KR20140032958A - 가요성 관용 분리형 연결 유닛을 위한 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 회전가능한 복수의 섹터, 슬라이스 또는 페탈(6-7, 6'-7')을 포함하며 가요성 관용 연결 유닛을 위한 제어 밸브(5, 5')에 관한 것이다. 상기 복수의 회전가능한 섹터(6-7, 6'-7')는, 상기 연결 유닛의 원주 방향을 따라 번갈아 배치되며 서로 다른 형상과 치수를 갖는 적어도 두 시리즈의 회전 섹터를 포함한다. 작은 섹터(6, 6')는 큰 섹터(7, 7') 보다 느리게 폐쇄되도록 제어될 수 있다. 회전가능한 섹터(6-7, 6'-7')의 형상과 치수는 섹터들 그 자체 사이의 더 양호한 타이트성(tightness)을 위해 서로 인접하는 섹터(6-7, 6'-7')의 경계들의 부분적인 겹침이 일어나도록 되어 있다.

Description

가요성 관용 분리형 연결 유닛을 위한 제어 밸브{CONTROL VALVE FOR SEPARABLE CONNECTION UNIT FOR FLEXIBLE PIPES}

본 발명은 유체 제품, 특히 석유 제품의 전달관을 위한 분리형 연결 유닛을 위한 페탈(petal)형 제어 밸브에 관한 것이다.

석유화학 설비에서 유조선으로, 플랫폼에서 유조선으로, 유조선에서 유조선으로, 유조선에서 육지 설비로 또한 그 반대 방향으로 이루어지는 석유 제품의 해상 전달은 가요성 관 및 이 관 자체의 연결 유닛에 의해 일어나는 것으로 알려져 있는데, 연결 유닛은 두개의 분리가능한 부분으로 이루어지며, 각각의 부분에는 각각의 제어 밸브가 제공되어 있고, 이 제어 밸브는 분리시 자동적으로 폐쇄되어 제품이 바다로 누출되는 것을 제한하게 되며, 그래서 바다의 오염이 덜 일어난다. 이들 연결 유닛은 가요성 관에 있어서 바다에 위치되는 부분에 배치되는데, 관에 대한 과도한 당김 또한 연결 라인에 대한 과도한 압력을 유발하는 비정상적인 상황의 경우에 상기 관 및 보다 일반적으로는 연결 라인을 보호는 일차적인 목적을 갖고 있다. 이러한 비정상적인 상황은, 유조선 또는 보다 일반적으로는 석유 설비(FPSO)가 이탈하여 떠다니는 경우, 거친 바다로 인해 관이 한계 이상의 견인을 받는 경우, 보트가 관에 부딪혀 그 관을 끌고가 이 관에 과도한 하중을 유발하는 경우, 하류 유동 밸브가 빠르게 폐쇄되는 경우 또는 과도한 축방향 하중 및/또는 압력 증가를 야기하는 다른 이유가 있을 수 있다.

현재 이용가능한 제어 유닛은, 상기한 상황에서 연결 유닛의 두 부분이 분리된 후에 제어 밸브가 자동적으로, 즉 작업자에 의한 통제 없이 폐쇄되도록 만들어진다.

페탈형 유체 제어 밸브, 즉 복수의 슬라이스 또는 페탈로 형성된 유체 제어 밸브가 또한 알려져 있는데, 그 슬라이스 또는 페탈은 페탈이 석유 제품의 유동 방향에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 페탈이 상기 연결 유닛의 축선에 대해 횡방향으로 수렴하여 제품의 유동을 거의 완전히 차단하게 되는 폐쇄 위치 사이에서 회전하도록 되어 있다. 개방 위치에서 폐쇄 위치로의 운동은, 축방향 인장 응력이 연결 유닛에 가해진 후에 예컨대 축방향으로 제거가능한 내부 슬리브에 의해 가해지는 억누름 작용이 중단되면 탄성 수단의 편향에 의해 일어나게 된다. 유체역학적 브레이크가 상류 밸브의 폐쇄 속도를 적절히 늦추어, 탄성 수단과 가압 유체의 조합된 작용에 의해 결정되는 과도한 압력(워터 해머라고함)을 피하게 해주는데, 이러한 과도한 압력은 상기 제어 밸브와 연결 유닛 자체에 파괴적인 영향을 줄 수 있다.

본 발명의 목적은, 가요성 관을 위한 분리형 연결 유닛의 상류 제어 밸브로 사용될 때 폐쇄 중에 워터 해머의 형성을 피하는데 특히 적합한, 페탈형 또는 보다 일반적으로는 회전 섹터형의 제어 밸브를 만드는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은, 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 회전가능한 복수의 섹터(슬라이스 또는 페탈)를 포함하며 가요성 관용 연결 유닛을 위한 제어 밸브로서, 상기 복수의 회전가능한 섹터는, 상기 연결 유닛의 원주 방향을 따라 번갈아 배치되며 서로 다른 형상과 치수를 갖는 적어도 두 시리즈의 회전 섹터를 포함하는 것을 특징으로 제어 밸브로 달성된다.

본 발명에 따른 제어 밸브가 유체 유동 방향에서 상류 제어 밸브로 사용될 때, 워터 해머의 형성 가능성을 더 제한하기 위해 상기 작은 섹터는 바람직하게는 큰 섹터에 비해 더 느리게 폐쇄되도록 구동된다.

서로 인접하는 상기 회전가능한 섹터의 형상과 치수는 섹터들 그 자체 사이의 더 양호한 타이트성(tightness)을 위해 서로 인접하는 섹터들의 부분적인 겹침이 일어나도록 되어 있다.

이렇게 해서, 유체역학적 브레이크를 적절히 조절하여, 폐쇄 단계 중의 워터 해머 및 설치에 유해한 각각의 영향을 피할 수 있다.

본 발명의 특징을 첨부 도면에서 비한정적인 예로 나타나 있는 실제적인 실시 형태에 대한 이하의 상세한 설명으로 더 설명하도록 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 두 개의 제어 밸브를 포함하는 가요성 관용 연결 유닛의 전체적인 축방향 부분 단면도를 나타낸다.
도 2 는 도 1 에 있는 연결 유닛의 상류 제어 밸브의 분해 사시도를 나타낸다.
도 3 은 도 1 에 있는 연결 유닛의 하류 제어 밸브의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4 는 도 1 에 있는 연결 유닛의 상류 제어 밸브의 회전 섹터를 폐쇄하는데 사용되는 본 발명에 따른 장치의, 도 1 에 나타나 있는 바와 같이 절단된 확대 상세도를 나타낸다.
도 5 는 상기 회전 섹터가 폐쇄되는 단계 중에 있는 동일한 장치를 나타낸다.
도 6 은 도 1 에 있는 연결 유닛의 하류 제어 밸브의 회전 섹터를 폐쇄하는데 사용되는 장치의 축방향 단면 확대 상세도를 나타낸다.
도 7 은 상기 회전 섹터가 폐쇄되는 단계 중에 있는 도 6 의 장치를 나타낸다.
도 8 ∼ 10 은 상류 제어 밸브의 회전 섹터의 폐쇄 속도를 조절하는 카트리지의 가능한 실시 형태들을 나타낸다.
도 11 및 12 는 큰 회전 섹터의 일 예를 서로 반대 방향에서 본 사시도를 나타낸다.
도 13 및 14 는 상기 큰 회전 섹터를 서로 반대 방향에서 본 평면도를 나타낸다.
도 15 는 상기 큰 회전 섹터의 부분 정단면도를 나타낸다.
도 16 및 17 은 작은 회전 섹터의 일 예를 서로 반대 방향에서 본 사시도를 나타낸다.
도 18 및 19 는 상기 작은 회전 섹터를 서로 반대 방향에서 본 평면도를 나타낸다.
도 20 은 상기 작은 회전 섹터의 부분 정단면도를 나타낸다.
도 21 은 폐쇄 위치에 있는 인접한 회전 세그먼트를 나타낸다.

도 1 은 가요성 관을 위한 연결 유닛을 나타내는데, 이 연결 유닛은 운반되는 유체 제품의 유동 방향으로 상하류에서 각각 두개의 분리가능한 밸브 부분 또는 몸체(1, 2)를 포함한다.

상기 두 부분(1, 2)은 파열 스크류(3)로 연결되며, 이 스크류는 강한 인장 응력(설정 하중 이상인)을 받으면 파단되어 상기 두 부분이 분리될 수 있다.

상기 유닛의 두 부분이 분리되면 연결 유닛으로부터 자동적으로 축방향으로 제거가능한 원통형 슬라이딩 슬리브(4)(도 1)가 연결 유닛에 배치되어 있다.

상기 원통형 슬리브(4)는 통상적으로 두개의 회전 섹터 밸브(5-5')를 개방 위치에 유지하며, 그 밸브 각각은 서로 다른 형상과 서로 다른 치수를 갖는 두 시리즈의 페탈 또는 슬라이스(6-7, 6'-7')로 이루어져 있고, 이 페탈 또는 슬라이스는 도 1 ∼ 4 및 6의 개방 위치와 도 5 및 7의 폐쇄 위치 사이에서 각각의 축(8-8') 둘레에서 원주 방향을 따라 번갈아 있다.

상기 슬리브(4)의 기능 및 작동 모드는 예컨대 2009년 4월 12일에 본 출원인이 출원한 이탈리아 특허 출원 MI2009A002146에 기재되어 있다.

예컨대 제어 밸브(5)와 관련하여, 도 11 ∼ 21 에 그 제어 밸브의 페탈(6, 7)의 형상과 기능이 상세히 나타나 있다.

큰 페탈(7)이 도 11 ∼ 15 에 나타나 있는데, 이들 도면에서 그 페탈에는 V-형 단부(31)가 제공되어 있는 것을 볼 수 있으며, 그 단부의 측면(32)은 이웃한 다른 페탈(7)의 대응 측면과 유밀하게 접촉하도록 되어 있다. 각각의 페탈(7)은 아치형 말단부(34)를 갖는 옆 측면(33)을 더 갖고 있고 그 말단부는 단차부(35)를 제공하는데, 밸브(5)가 폐쇄되어 있을 때, 큰 치수의 두 페탈(7) 사이에 있는 작은 치수의 페탈(6)의 일 측면이 상기 단차부에 놓이게 된다.

작은 치수의 페탈(6)은 도 16 ∼ 20 에 나타나 있는데, 이들 도면에서 그 페탈에는 단차부(37)를 갖는 둥근 말단부(36) 및 그 단차부(37)가 연속되어 있는 곧은 측면(38)이 제공되어 있는 것을 볼 수 있고, 밸브(5)가 폐쇄되어 있을 때, 상 둥근 말단부는 인접한 두 페탈(7)의 아치형 말단부(34)와 타이트하게 결합하게 되고, 또한 밸브(5)가 폐쇄되어 있을 때 상기 곧은 측면은 인접한 두 페탈(7)의 옆 측면(33)과 타이트하게 결합하게 된다.

페탈(6)을 사이에 두고 있는 페탈(7)의 폐쇄 상태가 도 21 에 나타나 있다.

유체 제품의 유동 방향의 상류에 위치되는 제어 밸브(5)의 각각의 회전 섹터(6-7)는 그의 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 움직이기 위해, 각각의 자동 폐쇄 장치(도 1, 4 및 5 에서 전체적으로 참조 번호 "9"로 표시되어 있음)의 제어하에 축(8) 둘레로 회전될 수 있다. 각각의 장치(9)는 격납 몸체(10-11) 내부에서 고정 몸체(12) 및 이 고정 몸체(12)에 대해 축방향으로 슬라이딩하는 가동 몸체(13)를 포함한다(도 4 및 5). 고정 몸체(12) 내부에는 제 1 챔버(14)가 있는데, 이 챔버는 가동 몸체(13)의 제 1 부분 내부에서 횡벽(15)까지 연장되어 있으며, 그 횡벽은 제어 밸브의 각각의 회전 섹터(6, 7)의 제어 힐(heel)(16)에 접촉한다. 상기 제 1 챔버(14) 내부에는 헬리컬 스프링(17)이 들어 있으며, 이 스프링은 도 4 의 압축 상태로부터 도 5 의 신장 상태로 연장될 수 있다. 이탈리아 특허 출원 MI2009A002146에 설명되어 있는 방법에 따라 슬리브(4)가 밸브(5) 내부로부터 축방향으로 제거되어 그 밸브 자체의 회전 섹터(6, 7)에 대한 상기 슬리브의 억누름 작용을 중단하면 상기 스프링(17)의 신장이 자동적으로 일어나게 된다.

슬라이딩 몸체(13)의 반대쪽 단부에는 제 2 챔버(18)가 있는데, 이 챔버 안에는 대략 선택된 점도를 갖는 제동 유체가 보통 수용된다. 두 챔버(14, 18)는 통로 덕트(19)로 서로 연통하며, 이 덕트는 유동 속도 조절 카트리지(21)가 삽입되는 넓은 입구부(20)를 가지며, 상기 카트리지는 나선형 외부 홈(24)이 제공되어 있는 입구측(23)에서 원통형 부분(22)을 갖고 있다. 다른 연장의 외부 홈(24)을 갖는 카트리지(21)의 예들이 도 8 ∼ 10 에 나타나 있다.

상기 챔버(14)와 챔버(18) 사이의 상기 연통은, 슬라이딩 몸체(13)가 도 4 의 위치로부터 도 5 의 위치로 이동하는 중에 제동 유체가 챔버(18)로부터 챔버(14)로 누출되게 해주는 효과를 가지며, 상기 슬라이딩 몸체의 이동은 슬리브(4)가 없을 때는 스프링(17)에 의해 밀려 일어나며 그리고 밸브 섹터(6-7)의 폐쇄 회전 중에는 이음 부분(1)을 관류하는 가압 유체에 의해 일어나게 된다. 제동 유체의 통과에 의해 밸브의 폐쇄 속도가 느려져, 밸브 자체의 회전 섹터를 손상시킬 수 있는 갑작스런 충격을 피할 수 있다. 이렇게 해서, 갑작스런 압력 증가(워터 해머로 알려져 있음)를 피할 수 있다.

통과 속도 및 그래서 단일 회전 페탈의 폐쇄 속도는, 통로 덕트(19)의 단면, 카트리지(21)의 원통형 부분(22)의 직경 및 카트리지(21)의 나선형 외부 홈(24)의 연장에 달려 있으며, 카트리지를 다른 직경 및 다른 홈을 갖는 다른 카트리지로 교체하여 변경될 수 있다.

따라서, 밸브(5)의 단일 페탈의 다른 회전 속도 및 폐쇄 속도를 결정하기 위해, 한 종류의 카트리지를 작은 치수의 회전 섹터(6)에 대해 사용하고 큰 치수의 회전 섹터(7)에 대해서는 다른 종류의 카트리지를 사용하는 것도 생각해 볼 수 있다. 보다 구체적으로, 큰 치수의 페탈(7)에 대해 더 빠른 폐쇄 속도로 정하고 작은 치수의 페탈(6)에 대해서는 더 느린 폐쇄 속도로 정할 수 있으며, 따라서 작은 치수의 페탈은 인접한 페탈(7)의 가장자리와 겹쳐 그 가장자리 상에 부분적으로 놓이게 되며, 그래서 도 21 에 나타나 있는 폐쇄 상태가 얻어진다. 이리하여, 제어 밸브의 회전 섹터 또는 페탈의 폐쇄 중에 제품의 유출을 최대한으로 제한하여 워터 해머에 의해 발생되는 최고 압력을 허용가능한 수준으로 제한하는 폐쇄가 얻어진다.

유체 유동 방향의 하류에 있는 제어 밸브(5')의 회전 섹터 또는 페탈(6'-7')에는 자동 폐쇄 장치(9')(도 1, 6 및 7 에 나타나 있음)가 제공되어 있는데, 이 폐쇄 장치는 유사하게 고정 몸체(12'), 슬라이딩 몸체(13') 및 정상 압축 스프링(17')을 가지며, 그 스프링은 슬리브(4)가 제거된 경우에 밸브(5')의 여러 회전 섹터(6'-7')의 회전 및 자동적인 폐쇄를 결정한다. 대신에, 제동 유체가 챔버(18)로부터 챔버(14)로 감으로써 결정되는 제동 효과와 유사한 제동 효과는 없다. 사실 제동 효과는 이음 부분(2)에 있는 가압 유체로 결정된다.

Claims (4)

1. 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 회전가능한 복수의 섹터(슬라이스 또는 페탈)(6-7, 6'-7')를 포함하며 가요성 관용 연결 유닛을 위한 제어 밸브(5, 5')에 있어서,
   상기 복수의 회전가능한 섹터(6-7, 6'-7')는, 상기 연결 유닛의 원주 방향을 따라 번갈아 배치되며 서로 다른 형상과 치수를 갖는 적어도 두 시리즈의 회전 섹터를 포함하는 것을 특징으로 제어 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브가 유체 유동 방향에서 연결 유닛의 상류 제어 밸브(5)로 사용되면, 상기 작은 섹터(6, 6')는 큰 섹터(7, 7')에 비해 느리게 폐쇄되도록 구동되는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 서로 인접하는 상기 회전가능한 섹터(6-7, 6'-7')의 형상과 치수는 이들 섹터 사이의 더 양호한 타이트성(tightness)을 위해 서로 인접하는 섹터(6-7, 6'-7')의 경계들의 부분적인 겹침이 일어나도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 밸브.
4. 제 3 항에 있어서, 큰 치수의 섹터(7, 7')는 V-형 말단부(31)를 가지며, 이 말단부의 측면(32)은 그 근처에 있는 큰 치수의 다른 섹터(7)의 대응 측면에 유밀한 끼워맞춤으로 접촉하도록 되어 있으며, 또한 큰 치수의 섹터는 아치형 말단부(34)를 갖는 옆 측면(33)을 가지며, 그 아치형 말단부는 단차부(35)를 제공하며, 상기 밸브(5, 5')가 폐쇄되어 있을 때, 큰 치수의 두 회전 섹터(7, 7') 사이에 있는 작은 치수의 회전 섹터(6, 6')의 일 측면이 상기 단차부에 놓이게 되며, 작은 치수의 상기 회전 섹터(6, 6')는 단차부(37)를 갖는 둥근 말단부(36) 및 그 단차부(37)가 연속되어 있는 곧은 측면(38)을 가지며, 상기 밸브(5, 5')가 폐쇄되어 있을 때, 그 둥근 말단부는 인접한 두 회전 섹터(7, 7')의 상기 아치형 말단부(34)와 타이트하게 결합되며, 밸브(5, 5')가 폐쇄되어 있을 때 상기 곧은 측면은 인접한 두 회전 섹터(7, 7')의 옆 측면(33)과 타이트하게 결합하게 되는 제어 밸브.

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