KR20140136927A - 전환 밸브 - Google Patents

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KR20140136927A
KR20140136927A KR1020147023330A KR20147023330A KR20140136927A KR 20140136927 A KR20140136927 A KR 20140136927A KR 1020147023330 A KR1020147023330 A KR 1020147023330A KR 20147023330 A KR20147023330 A KR 20147023330A KR 20140136927 A KR20140136927 A KR 20140136927A
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housing
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마이클 제이. 데이비스
케리 엘. 드윗
스티븐 에이. 보르트만
윌리엄 제이. 라일리
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빅톨릭 컴패니
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Abstract

유체의 흐름을 우회시키는 밸브는 입구를 갖는 하우징과, 이 하우징 주위에 간격을 두고 배치 된 복수의 출구를 갖는 하우징을 가지고 있다. 본체는 하우징 내에 배치되어있다. 본체는 하우징에 대해 상대적으로 회전 가능하며, 공간에 의해 접합된 흡기 포트 및 배기 포트를 가지고 있다. 흡기 포트는 하우징 입구와 동축으로 정렬되고, 하우징 입구는 본체의 회전축과 동축으로 정렬된다. 배기 포트는 축에 편심 배치되어, 하우징에 대해 상대적으로 본체가 회전하면, 배기 포트가 복수의 하우징 출구 포트들 중 하나와 정렬될 수도 있다. 시일은 본체와 하우징 사이에 배치되어 있다. 시일은 출구와 배기 포트를 둘러싸서, 배기 포트를 출구와 정렬할 때 누설을 방지한다.

Description

전환 밸브{DIVERTER VALVE}
본 출원은 그 전문이 본원에 참고로 인용되는 2012년 3월 23일에 출원된 미국 가 특허 출원 제 61/614,605 호에 기초하여 우선권을 주장한다.
본 발명은 하나의 경로로부터 여러 상이한 경로들 중 하나로 흐름을 우회하기 위해 사용되는 밸브에 관한 것이다.
각종 공업 프로세스는 유체의 흐름을 다수의 상이한 경로들 중 하나로 유도할 수 있는 밸브를 필요로 한다. 그러한 밸브는, 블로우 몰딩 작업을 위한 폴리에틸렌 펠렛뿐만 아니라 광미사 또는 쇄석을 포함하는 슬러리와 같은 미립자 물질, 재 뿐만 아니라, 곡물 및 모래 등의 대략 입상의 물질을 포함하는 흐름을 바꾸기 위해 광범위한 용도를 갖는다. 하나의 프로세스, 특히 갱도의 페이스트 백필(paste backfill)은 중요한 관심사이다. 페이스트 백필은 현재 채광 프로세스에 의해 남겨진 빈 공간을 채우기 위해 갱도에 다시 펌핑된다. 백필 프로세스 도중에, 기본 백필 공급 라인은 다수의 갱도로 유도될 필요가 있다. 다수의 상이한 갱도들 중 하나로 흐름을 유도할 수 있는 밸브가 설치되지 않으면, 공급 관의 전체의 섹션들을 분리하여 원하는 위치로 흐름을 수동으로 유도하도록 재구축할 필요가 있다. 유체의 원하는 위치가 변화할 때마다 배관 망을 반복적으로 구축 및 해체할 필요가 없도록 하기 위해서는, 유체 흐름을 복수의 위치들 중 하나로 선택적으로 유도할 수 있는 전환 밸브가 명백히 필요하다.
본 발명은 유체 흐름을 여러 경로들 중 하나 사이의 우회시키기 위한 밸브에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 밸브는 측벽과, 이 측벽에 부착되고 대향하여 배치된 제 1 및 제 2 단부 캡들을 포함하는 하우징을 포함한다. 측벽 및 단부 캡은 챔버를 규정한다. 입구가 제 1단부 캡에 배치되어 있다. 이 입구는 챔버와의 유체 연통을 제공한다. 복수의 출구들이 측벽에 배치되어있다. 출구들은 챔버와의 유체 연통을 제공한다. 본체가 챔버 내에 배치되어있다. 이 본체는 입구와 동축으로 정렬된 축을 중심으로 하우징에 대해서 상대적으로 회전 가능하다. 공간은 본체 내에 완전히 배치되어 있다. 공간은 입구와 동축으로 정렬된 흡기 포트, 및 본체의 회전시 측벽에 배치된 복수의 출구들 중 어느 하나와 정렬 가능한 배기 포트를 갖는다. 일 실시예에서, 공간은 직경을 가지고 있으며, 흡기 포트와 배기 포트 사이의 곡선 경로를 규정한다. 곡선 경로는 공간의 직경의 3 배 만큼의 곡률 반경을 가질 수도 있다. 또한, 공간은 흡기 포트와 배기 포트 사이에 일정한 직경을 가질 수도 있다.
특정의 예시적인 실시예에서, 밸브는 제 2 단부 캡에 개구를 포함할 수도 있다. 샤프트가 본체에 부착되며, 개구를 통해 연장되어 있다. 샤프트는 본체를 하우징에 대해서 상대적으로 회전시킨다.
예시적인 실시예에서, 밸브는 측벽에 부착된 복수의 튜브를 더 포함할 수도 있다. 튜브들의 각각은 측벽의 출구들 중 하나와 유체 연통하고 있다. 챔버는 원추 형상을 가질 수도 있고, 본체도 원추 형상을 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 예시적인 실시예의 본체와 측벽 사이에서 챔버 내에 설치된 시일을 더 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 시일을 기재를 포함한다. 이 기재는 측벽에 부착될 수도 있다. 이 실시예에서, 기재는 복수의 구멍들을 가지며, 각각의 구멍은 측벽의 출구들 중 하나와 정렬된다. 다른 예시적인 실시예에서, 기재는 본체에 부착되어 있다. 이 실시예에서, 기판은 공간의 배기 포트와 정렬된 구멍을 갖는다.
밸브의 특정한 예시적인 실시예에서, 제 1단부 캡이 하우징에 착탈 가능하게 장착된다. 단부와 단부가 결합된 복수의 세그먼트들을 갖는 커플링을 사용하여 단부 캡을 하우징에 고정시킬 수도 있다. 세그먼트들은 하우징과 제 1단부 캡을 둘러싸서 제 1단부 캡을 하우에 유지한다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 실시예의 밸브의 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 밸브의 등각 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 밸브와 함께 사용되는 예시적인 시일의 등각 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 밸브와 함께 사용되는 다른 예시적인 시일의 등각 사시도이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 밸브(10)의 종단면도를 도시한 것이다. 밸브(10)는 하우징(12)을 포함한다. 하우징(12)은 제 1 및 제 2 단부 캡(16, 18)을 갖는 측벽(14)을 포함한다. 단부 캡들은 서로 대향한 측벽에 부착된다. 측벽 및 단부 캡들은 챔버(20)를 함께 규정하고 있다. 이 실시예에서, 제 2 단부 캡(18)은 측벽(14)과 일체로 형성되는 한편, 제 1 단부 캡(16)은 커플링(22)을 사용하여 측벽에 착탈 가능하게 부착된 별도의 구성요소이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 커플링(22)은 세그먼트(24, 26)를 포함하며, 이 세그먼트(24, 26)는 측벽(14) 및 단부 캡(16)을 둘러싸서 단부와 단부가 서로 부착된다. 세그먼트(24, 26)는 아치형 키(28)를 가지며, 이 아치형 키(28)는 내향으로 돌출하고 측벽(14)과 단부 캡(16)의 원주 홈(30)에 결합하여, 구성 요소들 간의 기계적 결합을 제공한다. 세그먼트(24, 26)는 볼트 및 너트 등의 조정 가능한 패스너를 사용하여 서로 부착되어, 밸브(10)의 서비스를 가능하게 하도록 세그먼트의 제거 및 결과적인 단부 캡(16)의 제거를 가능하게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 입구(32)가 단부 캡(16) 내에 배치된다. 입구(32)는 챔버(20)와 유체 연통을 제공하며, 배관 망(도시하지 않음)으로의 밸브(10)의 연결을 용이하게 하는 융기한 니플(34)을 포함할 수도 있다. 이 예에서는, 니플(34)은 본원에 참고로 인용되는 미국 특허 제 7,086,131 호에 개시된 것과 같은 기계적 결합을 사용하여 배관 요소에 부착할 수 있게 하는 원주 홈(36)을 갖는다. 다른 가능한 부착 기능부는, 예컨대, 플랜지 니플, 나사 니플, 쇼울더 또는 쇼울더 및 비드를 갖는 니플 뿐만 아니라 플레인 엔드 니플을 포함한다.
복수의 출구(38)가 측벽(14)에 배치되어 있다. 이 예에서는, 두개의 출구(38)가 직경방향으로 서로 대향하여 배치된 것으로 도시되어 있지만, 그 이상의 출구들이 실현 가능하다는 것으로 이해된다. 출구(38)는 챔버(20)와의 유체 연통을 제공하고, 각 출구는 관(40)을 가질 수도 있는데, 이 관(40)은 배관 망(미도시)의 파이프 요소로의 밸브(10)의 연결을 용이하게 하도록 측벽(14)에 부착되고 출구와 유체 연통하고 있다. 니플(34)과 유사하게, 관(40)의 단부는 배관 요소와의 부착을 제공하는 기능부를 가질 수도 있다. 이 예에서는, 관(40)은 원주 홈(42)을 가지고 있지만, 플랜지 튜브, 나사산 튜브, 쇼울더 또는 쇼울더 및 비드를 갖는 튜브, 뿐만 아니라 플레인 엔드 튜브도 가능하다.
밸브(10)는 챔버(20) 내에 배치된 실질적인 중실 본체(44)를 더 포함한다. 링 시일(21)은 단부 캡(16), 측벽(14) 및 본체(44) 사이에 배치되어, 단부 캡과 본체 사이의 계면을 밀봉하고 밸브(10)를 통해 흐르는 유체로부터 측벽(14)의 내면(14a)을 격리시킨다. 본체(44)는 단부 캡(16)의 입구(32)와 동축으로 정렬되는 축(46)을 중심으로 하우징(12)에 대해 상대적으로 회전 가능하다. 샤프트(48)가 본체(44)로부터 연장되어, 축(46)을 중심으로 샤프트를 회전시킨다. 샤프트(48)는, 이 샤프트(48)를 지지하는 베어링(52)을 가질 수도 있는 단부 캡(18)의 개구(50)를 통해 연장된다. 액츄에이터, 예컨대, 크랭크, 전기 또는 유압 모터(미도시)가 샤프트(48)에 부착되어, 이 샤프트를 시키고 밸브(10)를 작동시킬 수도 있다.
공간(54)은 본체(44)를 통해 연장된다. 공간(54)은 본체(44) 내에 완전히 포함되어있다. 즉, 측벽(14)의 내면(14a)의 어떤 부분도 공간의 가장자리를 형성하지 않거나, 또는 밸브를 통해 흐르는 유체에 의해 젖는 표면이 아니다. 이러한 구성은 고형물이 축적되어 본체(44)의 회전을 방해할 수도 있는 적은 표면적을 제공하므로, 밸브 작동 및 밀봉에 대해서 이점을 제공한다. 그러한 구성은 또한 밀봉해야 할 본체(44)와 측벽(14)의 내면(14a) 사이의 선을 최소화 한다. 또한, 공간(54)을 갖는 실질적인 중실 본체(44)의 사용에 의해서, 밸브가 고 내부 작동 압력에 견딜 수 있고, 연마 입자 물질을 포함하는 유체를 전환하도록 사용되는 경우, 긴 수명을 제공한다. 실질적인 중실 본체는 그 부피로 인해서 마모 수명이 긴 희생 면으로서 기능한다.
공간(54)은 입구(32)와 동축으로 정렬된 흡기 포트(56)를 갖는다. 공간(54)도 하우징(12)의 측벽(14)의 복수의 출구(38) 중 어느 하나와 정렬 가능한 배기 포트(58)를 갖는다. 배기 포트(58)와 출구(38)의 정렬은 하우징(12)에 대한 본체(44)의 회전에 의해서 실행된다. 도시된 실시예에서, 공간(54)은 직경(60)을 가지며, 흡기 포트(56)와 배기 포트(58) 사이에 곡선 경로(62)를 규정하고 있다. 직경(60)은 흡기 포트(56)와 배기 포트(58) 사이에서 일정한 것이 바람직하고, 곡선 경로(62)의 곡률 반경(64)은 직경(60)의 3배 정도인 것이 바람직하다. 이러한 구성은 밸브(10)를 통해 흐르는 유체의 수두 손실을 줄이는데 도움이 되고, 마모 입자를 갖는 유체가 밸브를 통해 흐를 때 마모율의 증가의 원인이 되는 와류를 발생시키는 난류를 줄일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시일(66)이 본체(44)와 측벽(14) 사이의 챔버(20) 내에 배치되어 있다. 이 실시예에서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 시일(66)은 고무 및 합성 고무 화합물과 같은 가요성 폴리머 재료, 뿐만 아니라, PTFE 및 ETFE 등의 불소 폴리머 화합물, 및 마모에 견디는 다른 윤활 물질로 형성된 기재(68 또는 70)를 포함한다. 기재(68)는 본체(44)에 부착되도록 구성되어 있다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 기재(68)는 본체(44)의 배기 포트(58)와 정렬된 단일의 구멍(72)을 갖는다. 다른 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 기재(70)는 측벽(14)의 내면(14a)에 부착되도록 구성되고, 따라서 측벽(14)의 출구(38)와 각각 정렬되는 복수의 구멍(72)을 각각 가지고 있다.
기재(68, 70)는 본체(44) 또는 측벽(14)의 인터페이스 표면에 부착하고 있기 때문에, 그들의 형상은 본체 또는 측벽의 형상에 맞추는 것이 유리하다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(44) 및 측벽(14)을 테이퍼 원추형으로 형성함으로써, 추가의 이점이 발견될 수도 있다. 본체(44) 및 측벽(14)에 실질적으로 일치하는 원추 형상을 사용하면, 출구 및 배기 포트 둘레의 밀봉이 용이하게 되어, 본체(44)를 하우징(12) 내에 압축시킬 수 있고, 이에 의해서, 시일의 수명이 연장된다.

Claims (12)

  1. 밸브에 있어서,
    측벽, 상기 측벽에 부착되고 대향하여 배치된 제 1 및 제 2 단부 캡들을 포함하며, 상기 측벽 및 상기 단부 캡들이 챔버를 규정하는, 하우징;
    상기 제 1 단부 캡에 배치되어 상기 챔버와의 유체 연통을 제공하는 입구;
    상기 측벽에 배치되어 상기 챔버와의 유체 연통을 제공하는 복수의 출구들;
    상기 챔버 내에 배치되어, 상기 입구와 동축으로 정렬된 축을 중심으로 상기 하우징에 대해서 상대적으로 회전 가능한 본체; 및
    상기 본체 내에 완전히 배치되고, 상기 입구와 동축으로 정렬된 흡기 포트와, 상기 본체의 회전시 상기 측벽에 배치된 상기 복수의 출구들 중 어느 하나와 정렬 가능한 배기 포트를 가진 공간을 포함하는
    밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단부 캡의 개구; 및
    상기 본체에 부착되고 상기 개구를 통해 연장되어, 상기 본체를 상기 하우징에 대해 상대적으로 회전시키는 샤프트를 더 포함하는
    밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간은 직경을 가지고 있고, 상기 흡기 포트와 상기 배기 포트 사이의 곡선 경로를 규정하며, 상기 곡선 경로는 상기 공간의 상기 직경의 3 배 만큼의 곡률 반경을 갖는
    밸브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간은 상기 흡기 포트와 상기 배기 포트 사이에 일정한 직경을 갖는
    밸브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 측벽에 부착된 복수의 튜브들을 더 포함하고, 상기 튜브들의 각각은 상기 측벽의 상기 출구들 중 하나와 유체 연통하고 있는
    밸브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 원추 형상을 가지며, 상기 본체는 원추 형상을 갖는
    밸브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체와 상기 측벽 사이의 상기 챔버 내에 배치된 시일(seal)을 더 포함하는
    밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시일은 기재(substrate)를 포함하는
    밸브.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기재는 상기 측벽에 부착되고, 상기 기재는 상기 출구들 중 하나와 각각 정렬되는 복수의 구멍들을 갖는
    밸브.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기재는 상기 본체에 부착되고, 상기 기재는 상기 배기 포트와 정렬된 구멍을 갖는
    밸브.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단부 캡이 상기 하우징 상에 착탈 가능하게 장착되는
    밸브.
  12. 제 11 항에 있어서,
    단부와 단부가 결합된 복수의 세그먼트들을 갖는 커플링을 더 포함하고, 상기 세그먼트들은 상기 하우징과 상기 제 1 단부 캡을 둘러싸서 상기 제 1 단부 캡 을 상기 하우징에 유지시키는
    밸브.
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