KR20150104101A - 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터 - Google Patents
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Abstract
연속적인 자석 운동 위치 인디케이터(1)는 클래퍼 밸브의 위치를 검출한다. 클래퍼 밸브는 밸브 바디와, 이 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함한다. 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터(1)는, (a) 밸브 바디의 내측에 배치된 제1 자석 세트(30), 및 밸브 바디의 외측에 위치하고, 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제2 자석 세트(26)를 포함하는 자석 조인트 조립체와, (b) 원격 위치 전송기 및/또는 국소적인 시각적 인디케이터(18)를 포함한다. 작동시에, 자석 조인트 조립체는, 동적 시일 인터페이스 없이, 클래퍼의 회전 운동을 밸브 스템으로부터 원격 위치 전송기 및/또는 국소적인 시각적 인디케이터(18)로 전달한다.
Description
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 "연속적인 자석 운동 위치 인디케이터(Continuous Magnetic Motion Position Indicator)"라는 명칭으로 2012년 11월 30일자로 출원된 미국 특허 가출원 제61/732,230호와 관련되고, 이러한 미국 특허 가출원으로부터 우선권 이익을 주장한다. 상기 미국 특허 가출원 제61/732,230호는 그 전체가 본 명세서에 참조로 합체된다.
발명의 분야
본 발명은 해저 및 탑사이드(topside) 체크 밸브에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 밸브 클래퍼(valve clapper)의 순간적인 위치의 연속적인 표시를 제공할 수 있는 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터에 관한 것이다.
전통적인 종래 기술의 체크 밸브의 디자인에서, 클래퍼의 위치는 일반적으로 밸브 바디에 누설 경로를 도입하지 않고서는 검출할 수 없다. 검출될 수 있는 유일한 위치는 로킹된 개방 위치이며, 그 이유는 밸브 바디 외측에 위치되는 오퍼레이터(operator) 상에 위치된 외부 장치에 의해 통상 검출가능하기 때문이다. 오퍼레이터는 밸브를 작동하는데 사용되는 기계 또는 유압 장비이다. 그러나, 전통적인 체크 밸브 내의 클래퍼가 자유 스윙 운동(free swinging motion) 중인 경우에는, 클래퍼의 실제 위치는 검출가능하지 않다.
체크 밸브 자체 및 플랜트의 정확한 기능을 보장하기 위해서는, 클래퍼의 실제 위치를 아는 것이 매우 중요할 수 있다. 플랜트는 파이프라인 조립체를 포함하지만 이에 한정되지 않는 생산 시스템이다. 또한, 클래퍼의 위치를 모니터링하는 것은 밸브와 연관된 잠재적인 고장의 예측 및 교정(correction)을 가능하게 하여, 전체 플랜트에 대한 그러한 고장의 부정적인 결과를 방지 또는 감소시킬 수 있다.
본 발명의 개선된 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터(Continuous Magnetic Motion Position Indicator)(CMMPI)는 자석 조인트 조립체, 및 단일 또는 다중 형태일 수 있는 원격 위치 전송기(remote position transmitter) 및/또는 국소적인 시각적 인디케이터(local visual indicator)를 포함한다. 자석 조인트는, 동적 시일 인터페이스(들) 없이, (밸브 바디 내측의) 밸브의 클래퍼 스템(clapper stem)으로부터 (밸브 바디 외측의) 위치 인디케이터 스템으로 클래퍼의 회전 운동을 전달한다.
밸브 스템의 회전은 원격 모니터링을 위해 클래퍼의 회전 운동을 전류 신호로 변환하는 원격 회전 위치 전송기로 전달된다. 국소적인 시각적 위치 인디케이터가 또한 디자인에 포함될 수 있다.
본 발명의 개선된 CMMPI에서, 자석 조인트는 밸브 바디의 외측에 위치된 다른 자석 세트와 인터페이싱하는 밸브 바디의 내측의 자석 세트를 포함한다. 자기장의 적절한 배향 및 자석의 위치뿐만 아니라, 포함된 구성요소를 위한 재료의 선택은 조인트 조립체의 신뢰성있고 내구성있는 작동을 제공한다.
본 발명의 CMMPI에 이용될 수 있는 자석의 하나의 타입은 영구 자석이다. 자석의 배향은 교대로 N극-S극-N극-S극이다. 외부 세트는 내부 세트와 극성이 반대이다.
본 발명의 CMMPI를 위한 구성요소는 프로세스 유체 및 해수에 저항성이 있는 것으로 선택될 수 있다. 또한, 재료 선택은 자기장과의 잠재적인 간섭을 완화시키는데 이용되는 재료의 강자성 특성을 고려해야 한다.
본 발명의 CMMPI 시스템에는 다양한 타입의 원격 회전 전송기들이 설치될 수 있지만, 전송기의 개수는 요구 또는 소망하는 중복안전화(redundancy)의 수준에 따라 달라질 수 있다.
하나의 실시예에서, 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터는 밸브 바디와, 이 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함하는 클래퍼 밸브의 위치를 검출한다. 상기 인디케이터는,
(a) 밸브 바디의 내측에 배치된 제1 자석 세트, 및 밸브 바디의 외측에 위치하고, 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제2 자석 세트를 포함하는 자석 조인트 조립체와,
(b) 적어도 하나의 원격 위치 전송기를 포함한다.
작동시에, 자석 조인트 조립체는, 동적 시일 인터페이스 없이, 클래퍼의 회전 운동을 밸브 스템으로부터 원격 위치 전송기로 전달한다.
전술한 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터는 회전 운동을 제2 자석 세트로부터 원격 위치 전송기로 전달하기 위한 기어 조립체를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 원격 위치 전송기는 복수의 원격 위치 전송기를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 밸브 바디와, 이 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함하는 클래퍼 밸브의 위치를 검출하는 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터는,
(a) 밸브 바디의 내측에 배치된 제1 자석 세트, 및 밸브 바디의 외측에 위치하고, 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제2 자석 세트를 포함하는 자석 조인트 조립체와,
(b) 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터를 포함한다.
작동시에, 자석 조인트 조립체는, 동적 시일 인터페이스 없이, 클래퍼의 회전 운동을 밸브 스템으로부터 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터로 전달한다.
전술한 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터는 회전 운동을 제2 자석 세트로부터 국소적인 시각적 인디케이터로 전달하기 위한 기어 조립체를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터는 복수의 국소적인 시각적 인디케이터를 포함할 수 있다.
클래퍼 밸브의 위치를 검출하는 방법의 제1 실시예는 밸브 바디와, 이 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함한다. 제1 방법 실시예는,
(a) 밸브 바디의 내측에 제1 자석 세트를 배치하고, 밸브 바디의 외측에, 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제2 자석 세트를 배치하여, 자석 조인트 조립체를 형성하는 단계와,
(b) 클래퍼의 회전 운동을 밸브 스템으로부터, 제2 자석 세트에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 원격 위치 전송기로 전달하는 단계를 포함한다.
제1 방법 실시예를 수행할 때, 클래퍼 회전 운동은, 동적 시일 인터페이스 없이, 적어도 하나의 원격 위치 전송기로 전달된다.
제2 실시예에서, 밸브 바디와, 이 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함하는 클래퍼 밸브의 위치를 검출하는 방법은,
(a) 밸브 바디의 내측에 제1 자석 세트를 배치하고, 밸브 바디의 외측에, 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제2 자석 세트를 배치하여, 자석 조인트 조립체를 형성하는 단계와,
(b) 클래퍼의 회전 운동을 밸브 스템으로부터, 제2 자석 세트에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터로 전달하는 단계를 포함한다.
제2 방법 실시예를 수행할 때, 클래퍼의 회전 운동은, 동적 시일 인터페이스 없이, 국소적인 시각적 인디케이터로 전달된다.
도 1은 본 발명의 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터(CMMPI)의 사시 절개 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 CMMPI의 평면도이다.
도 3은 도 2의 화살표 A-A의 방향에서 절취한 본 발명의 CMMPI의 단면도이다.
도 4는 도 2의 화살표 B-B의 방향에서 절취한 본 발명의 CMMPI의 단면도이다.
도 5는 도 3의 화살표 C-C의 방향에서 절취한 본 발명의 CMMPI의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 CMMPI의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 CMMPI의 평면도이다.
도 3은 도 2의 화살표 A-A의 방향에서 절취한 본 발명의 CMMPI의 단면도이다.
도 4는 도 2의 화살표 B-B의 방향에서 절취한 본 발명의 CMMPI의 단면도이다.
도 5는 도 3의 화살표 C-C의 방향에서 절취한 본 발명의 CMMPI의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 CMMPI의 사시도이다.
도 1은 해저 및 탑사이드 응용을 위한 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터(CMMPI)(1)를 도시한다. CMMPI(1)는, 자유 스윙 운동을 비롯하여, 밸브 샤프트(2)를 통한 클래퍼의 순간적인 위치의 모니터링을 가능하게 한다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이, CMMPI(1)는 고정 볼트(8) 및 너트(40)를 사용하여 압력-수용 캡(28) 및 밸브 바디(4)에 연결되는 하우징(10)을 포함한다. 외부 자석 세트(26)는 외부 자석 하우징(24) 내에 수용되고, 내부 자석 세트(30)는 내부 자석 하우징(32) 내에 수용된다. 외부 자석 세트(26) 및 내부 자석 세트(30)는 클래퍼의 회전을 밸브 샤프트(2)를 통해, 압력-수용 부분의 외측에 있고 커버(16) 내에 수용된 원격 위치 전송기 및/또는 국소적인 시각적 인디케이터(18)에 전달한다. 이것에 의해, 클래퍼의 위치는 밸브 바디(4)에 추가적인 동적 시일 인터페이스를 도입함이 없이 검출될 수 있으며, 대신에 밸브 바디(4)가 정적 시일(6)을 이용할 수 있게 한다. 자석 세트(26, 30)로부터 원격 위치 전송기 및/또는 국소적인 시각적 인디케이터(18)로의 운동의 전달은 기어 세트 하우징(14) 내에 위치된 기어 세트(22)를 통해 달성된다.
도 2는 원격 위치 전송기 및/또는 국소적인 시각적 인디케이터(18)뿐만 아니라, 커버(16)를 도시하는 CMMPI(1)의 평면도이다. 화살표 A-A는 도 3에 도시된 단면도를 위한 이등분선(bisecting line)을 나타낸다. 화살표 B-B는 도 4에 도시된 단면도를 위한 이등분선을 나타낸다.
도 3은 도 2의 화살표 A-A의 방향에서 절취한 CMMPI(1)의 단면도를 도시한다. 도 4는 도 2의 화살표 B-B의 방향에서 절취한 CMMPI(1)의 단면도를 도시한다. 도 3 및 도 4는 CMMPI(1)의 다양한 구성요소들 사이의 연결을 구체적으로 도시한다. 롤러 베어링(12)은 CMMPI(1) 전체에 걸쳐서 이용되어 이동을 용이하게 하는 한편, 핀(34)은 기어 세트 하우징(14)에의 커버(16)의 부착을 용이하게 한다. 핀(34)은 또한 하우징(10)에의 기어 세트 하우징(14)의 부착뿐만 아니라, 밸브 바디(4)에의 압력-수용 캡(28)의 부착을 용이하게 한다(도 1 참조). 볼트(8) 및 너트(40)는 압력-수용 캡(28) 및 밸브 바디(4)에의 하우징(10)의 부착을 용이하게 한다. 도 3은 또한 플랜지(36) 및 육각 나사(38)를 도시한다.
도 5는 도 3의 화살표 C-C의 방향에서 절취한 본 발명의 CMMPI의 단면도이다. 도 5는 내부 자석 세트(30) 및 외부 자석 세트(26)의 배치를 도시한다. 8개의 내부 자석(30)은, 도 5에서 내부 자석(30a)으로서 도시된 아래로 향하여 있는 양극(positive pole)을 갖는 내부 자석과, 내부 자석(30b)으로서 도시된 아래로 향하여 있는 음극(negative pole)을 갖는 내부 자석이 교대로 배열되어 있다. 유사하게, 8개의 외부 자석(26)은, 도 5에서 외부 자석(26a)으로서 도시된 아래로 향하여 있는 양극을 갖는 외부 자석과, 외부 자석(26b)으로서 도시된 아래로 향하여 있는 음극을 갖는 내부 자석이 교대로 배열되어 있다.
도 6은 위치 전송기 및/또는 국소적인 시각적 인디케이터(18), 기어 세트 하우징(14), 하우징(10) 및 압력-수용 캡(28)을 도시하는 CMMPI(1)의 사시도이다.
본 발명의 연속적인 위치 인디케이터는 하기의 유리한 특징을 갖는다:
(a) 본 발명의 CMMPI는, 자유 스윙 운동을 비롯하여, 다양한 위치에서의 클래퍼의 순간적인 위치의 모니터링을 허용하고;
(b) 본 발명의 CMMPI는 탑사이드 및 해저 밸브 응용에 구현될 수 있고;
(c) 본 발명의 CMMPI는 밸브 바디를 통한 잠재적인 누설 경로를 도입할 수 있는 동적 시일 인터페이스(들)를 포함하지 않으며;
(d) 본 발명의 CMMPI에서, 위치 전송기 및 외부 자석 세트는 밸브의 기능에 악영향을 미치지 않고 밸브 바디의 외측으로부터 용이하게 제거 및 교체될 수 있다.
본 발명의 특정 요소, 실시예 및 응용이 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이것은 본 개시내용의 범위로부터 벗어남이 없이, 특히 전술한 교시에 비추어 본 기술분야에 숙련된 자에 의해 변형이 이루어질 수 있기 때문이라는 것이 이해될 것이다.
Claims (8)
- 밸브 바디와, 상기 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함하는 클래퍼 밸브의 위치를 검출하기 위한 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터에 있어서,
(a) 상기 밸브 바디의 내측에 배치된 제1 자석 세트, 및 상기 밸브 바디의 외측에 위치하고, 상기 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제2 자석 세트를 포함하는 자석 조인트 조립체와,
(b) 적어도 하나의 원격 위치 전송기를 포함하며,
이에 의해, 상기 자석 조인트 조립체는, 동적 시일 인터페이스 없이, 상기 클래퍼의 회전 운동을 상기 밸브 스템으로부터 상기 원격 위치 전송기로 전달하는 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터. - 제1항에 있어서, 회전 운동을 상기 제2 자석 세트로부터 상기 원격 위치 전송기로 전달하기 위한 기어 조립체를 추가로 포함하는 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 원격 위치 전송기는 복수의 원격 위치 전송기를 포함하는 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터.
- 밸브 바디와, 상기 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함하는 클래퍼 밸브의 위치를 검출하기 위한 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터(CMMPI)에 있어서,
(a) 상기 밸브 바디의 내측에 배치되고, 상기 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제1 자석 세트를 포함하는 자석 조인트 조립체와,
(b) 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터를 포함하며,
상기 자석 조인트 조립체는, 동적 시일 인터페이스 없이, 상기 클래퍼의 회전 운동을 상기 밸브 스템으로부터 상기 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터로 전달하는 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터. - 제1항에 있어서, 회전 운동을 상기 제2 자석 세트로부터 상기 국소적인 시각적 인디케이터로 전달하기 위한 기어 조립체를 추가로 포함하는 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터는 복수의 국소적인 시각적 인디케이터를 포함하는 연속적인 자석 운동 위치 인디케이터.
- 밸브 바디와, 상기 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함하는 클래퍼 밸브의 위치를 검출하는 방법에 있어서,
(a) 상기 밸브 바디의 내측에 제1 자석 세트를 배치하고, 상기 밸브 바디의 외측에, 상기 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제2 자석 세트를 배치하여, 자석 조인트 조립체를 형성하는 단계와,
(b) 상기 클래퍼의 회전 운동을 상기 밸브 스템으로부터, 상기 제2 자석 세트에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 원격 위치 전송기로 전달하는 단계를 포함하며,
상기 클래퍼 회전 운동은, 동적 시일 인터페이스 없이, 상기 적어도 하나의 원격 위치 전송기로 전달되는 클래퍼 밸브의 위치 검출 방법. - 밸브 바디와, 상기 밸브 바디 내에 배치된 클래퍼 및 밸브 스템을 포함하는 클래퍼 밸브의 위치를 검출하는 방법에 있어서,
(a) 상기 밸브 바디의 내측에 제1 자석 세트를 배치하고, 상기 밸브 바디의 외측에, 상기 제1 자석 세트와 작동적으로 인터페이싱하는 제2 자석 세트를 배치하여, 자석 조인트 조립체를 형성하는 단계와,
(b) 상기 클래퍼의 회전 운동을 상기 밸브 스템으로부터, 상기 제2 자석 세트에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터로 전달하는 단계를 포함하며,
상기 클래퍼 회전 운동은, 동적 시일 인터페이스 없이, 상기 적어도 하나의 국소적인 시각적 인디케이터로 전달되는 클래퍼 밸브의 위치 검출 방법.
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