KR20150128071A - 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치에 관한 것으로,
보다 상세하게는 원자력, 화력 발전소 또는 플랜트 설비 등의 고온, 고압의 유체가 이송되는 배관에 적용되는 메탈 씰 밸브 장치(Metal Seal Valve)에서 밸브 작동을 위하여 90도 회전되는 밸브부와, 밸브부에 밀착되어 기밀성을 유지하는 시트부 표면의 마찰계수를 최소화함으로써, 접촉되는 표면들에서 발생하는 마찰력을 줄여 개폐 동작 시 소요되는 힘을 최소화(저 토크(Low Torque))할 수 있는 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치에 관한 것이다.

Description

개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치{MANUFACTURING METHOD FOR METAL SEAL VALVE AND METAL SEAL VALVE THEROF}

본 발명은 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 원자력, 화력 발전소 또는 플랜트 설비 등의 고온, 고압의 유체가 이송되는 배관에 적용되는 메탈 씰 밸브 장치(Metal Seal Valve)에서 밸브 작동을 위하여 90도 회전되는 밸브부와, 밸브부에 밀착되어 기밀성을 유지하는 시트부 표면의 마찰계수를 최소화함으로써, 접촉되는 표면들에서 발생하는 마찰력을 줄여 개폐 동작 시 소요되는 힘을 최소화(저 토크(Low Torque))할 수 있는 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치에 관한 것이다.

유체 밸브 장치는 밸브의 개폐 형태, 방법 등에 따라 다양한 종류의 것이 있는데, 특히 밸브를 90도 회전시킴으로써, 유체를 선택적으로 소통시켜 유량을 제어하는 밸브로써, 크게 볼 밸브 장치(Ball Valve), 플러그 밸브 장치(Plug Valve), 세그먼트 볼 밸브 장치(Segment Ball Valve) 등이 있다.

상기 유체 밸브 장치는 크게 유체 유입로와 유체 배출로가 구비된 하우징 안에 밸브가 회전 가능하도록 결합되며, 유체의 누설 차단을 위한 시트(seat)부가 필수적으로 장착되어 이루어진다.

따라서 상기한 유체 밸브 장치는 밸브와 시트부 간의 밀착을 통해 기밀성(밀봉력)을 유지하는 것이 매우 중요하다.

그러데 상기한 종류의 유체 밸브 장치가 원자력, 화력 발전소 또는 플랜트 설비 등의 고온, 고압의 유체가 이송되는 배관에 적용되는 경우 유체의 특성에 맞게 밸브 및 시트부가 금속재, 즉 메탈(Metal) 재질로 제작된 밸브가 사용된다.

이러한 메탈 씰 밸브 장치(Metal Seal Valve)에 관한 종래 기술로써, 대한민국 공개특허 제10-2008-0113664호(2008.12.31.) "메탈시트를 갖는 볼 밸브"(이하 종래 기술이라 함.)가 있는데,

상기 종래 기술은 밸브부로써 유체통로관이 구비된 볼 밸브를 채용하고, 하밀성 확보를 위하여 하우징 내측면에 메탈시트가 장착되며, 볼 밸브의 바디에 상기 메탈시트에 밀착되는 디스크가 구비되어 있다.

상기 종래 기술에서 볼 밸브의 내구성 강화 및 기밀성 강화를 위해서는 메탈시트와 동일한 종류의 메탈로 볼 밸브 및 볼 밸브의 디스크가 제작되어야 하는데, 상기한 바와 같이, 고온, 고압의 유체 배관에서 기밀성을 확보하기 위해서는 볼 밸브의 디스크가 상기 메탈시트에 완전히 밀착되어야 하고,

이러한 밀착에 의하여 메탈 간의 마찰력이 매우 크기 때문에 밸브를 회전 시킬 때에는 많은 힘(고 토크(High Torque))이 요구되는 단점이 있다.

따라서 밸브 개폐 동작에 큰 힘이 요구될 경우, 작동에 필요한 수동 레버(Manual Lever)의 크기도 상대적으로 커져야 하는 문제점이 수반되고, 일반 작업자의 힘으로 레버 작동이 불가능할 경우에는 수동 레버에 감속기어를 활용한 수동 기어 박스(Manual Gear Box)가 채용되어야 하므로 밸브 장치의 구조가 복잡해져 제작이 어렵고 제작 단가가 증가될 수밖에 없는 문제점이 있다.

또한 밸브의 개폐가 큰 힘에 의해서만 작동되는 경우, 밸브와 연결된 스템(Stem; 구동축)에도 큰 힘이 전달, 작용되기 때문에 스템의 강도를 유지하기 위해선 스템 단면적 역시 커져야 하므로 밸브 장치가 대형화될 수밖에 없는 단점이 있으며,

이러한 단점을 해소하더라도 밸브 스템의 전단 및 비틀림응력이 크게 발생됨에 따라 부품의 파손, 손상 등의 고장이 자주 발생하게 되고, 결국 밸브 작동이 아예 불가능하게 되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

밸브 개폐 작동이 적은 힘만으로도 용이하게 이루어질 수 있도록, 유체 밸브 장치의 기밀성을 보장하기 위해 필수적으로 적용되는 밸브부와 시트부의 표면에 저 마찰계수 코팅을 하여 밸브 개폐에 소요되는 토크를 최소화 할 수 있는 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 밸브부와 시트부 간의 마찰력을 최소화함으로써, 다른 구성 부품들의 추가 설치 도는 크기의 증대를 방지하여 제품의 소형화가 가능하고 제작 단가를 절감할 수 있는 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 내식성이 우수하여 유체 접촉에 의한 부식(Corrosion)을 방지할 수 있고, 마찰력을 감소시켜 침식(Erosion)을 방지함으로써, 사용 수명을 증대되는 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 밸브의 종류에 상관없이 회전을 통해 유량을 제어하는 모든 종류의 유체 밸브 장치, 즉 메탈 씰 볼 밸브, 메탈 씰 플러그 밸브, 세그먼트 메탈 실 볼 밸브 등에 모두 적용되어 사용할 수 있는 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법은

유체 유입로와 유체 배출로를 갖는 하우징에 장착되어 회전을 통해 유량을 제어하는 밸브부 및 상기 하우징과 상기 밸브부 사이에 장착되어 기밀성을 유지하는 시트부를 포함하는 유체 밸브 장치의 제작 방법에 있어서,

(A) 가공된 밸브부와 시트부를 정밀 가공하는 정삭 가공 단계;

(B) 정삭 가공된 밸브부와 시트부의 표면에 경도를 부여하기 위해 열처리하는 열처리 가공 단계;

(C) 열처리된 밸브부와 시트부의 표면을 최종 연마 하는 연마 가공 단계; 및

(D) 최종 연마된 밸브부와 시트부의 표면에 코팅층을 형성하여 마찰 계수를 최소화하는 코팅 가공 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치는

유체 유입로와 유체 배출로 및 이들과 연결된 밸브 장착부를 갖는 하우징;

상기 밸브 장착부에 장착되고, 회전을 통해 유량을 제어하며, 표면에 코팅층이 형성된 밸브부;

상기 밸브부에 밀착되도록 상기 밸브 장착부에 장착되고, 표면에 코팅층이 형성되어 기밀성을 유지시키는 시트부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치에서

상기 시트부는 상기 유입로와 상기 배출로를 제외한 밸브 장착부에 결합되는 시트링으로 구성되고,

상기 밸브부는 상기 시트링에 밀착되도록 결합되어 회전에 의하여 상기 유입로와 배출로를 선택적으로 소통시키는 소통로를 갖는 밸브로 구성되는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치에서

상기 시트부는 상기 유입로와 상기 배출로를 제외한 밸브 장착부에 결합되는 시트링으로 구성되고,

상기 밸브부는 상기 시트링에 밀착되도록 결합되어 회전에 의하여 상기 유입로를 선택적으로 개폐시키는 세그먼트(segment) 볼 밸브로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치는 유량 제어 및 기밀성 유지를 위한 핵심 부품인 밸브부와 시트부의 표면을 저 마찰 계수 코팅 처리 단계를 거쳐 제작됨으로써, 밀착되는 밸브부와 시트부의 마찰력을 최소화하여, 이에 따라 밸브 개폐에 소요되는 토크가 최소화되어 최소한의 힘만으로도 밸브 개폐가 이루어져 편리하다.

또 본 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치는 벨브부의 회전에 의하여 유량이 제어되는 장치에 적용될 때 개폐를 위한 토크 저감 효과가 매우 뛰어나며,

특히, 코팅 전 가공 단계에서 열처리를 통한 경도 부여, 연마 가공 단계 등을 거치면서, 저 마찰 계수, 고경도, 내식성 등이 보장되어, 종래 유체 밸브 장치에 소요되는 개폐 토크를 50%이상 줄임으로써, 밸브의 개폐 작동이 용이하게 이루어진다.

나아가 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치는 저 토크로 인한 추가 부품의 설치 또는 부품의 대형화를 방지함에 따라 제품 전체의 소형화 달성에 매우 유리하고,

내식성이 향상됨에 따라 유체 접촉에 의한 부식을 방지할 수 있고, 밀착되는 부위의 마찰력을 최소화함에 따라 마찰에 의한 침식을 방지할 수 있다.

또한 본 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치는 회전을 통해 유량을 제어하는 모든 유체 밸브 장치, 즉 메탈 실 볼 밸브, 메탈 실 플러그 밸브, 세그먼트 메탈 실 밸브 등에 모두 적용하여 사용할 수 있으므로 범용성 및 효용성이 매우 뛰어나다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 밸브 장치의 제작 방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 유체 밸브 장치의 제1실시예(볼 밸브)의 개폐 상태를 따로 도시한 종단면도.
도 3은 본 발명에 따른 유체 밸브 장치의 제2실시예(플러그 밸브)의 개폐 상태를 따로 도시한 종단면도.
도 4는 본 발명에 따른 유체 밸브 장치의 제3실시예(세그먼트 볼 밸브)의 개폐 상태를 따로 도시한 종단면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제작된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치를 을 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 2를 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여, 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

설명에 앞서, 본 발명에 따른 유체 밸브 장치의 구조를 간략하게 설명하면, 고압, 고온의 유체 이송에 사용되는 배관(미도시)에 설치되어 연결되고, 유체 유입로(111)와 유체 배출로(112)를 갖는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 밸브 장착부(113)에 장착되어 회전을 통해 유량을 제어하는 밸브부(200)와, 상기 밸브부(200)에 밀착되도록 상기 밸브 장착부(113)에 장착되어 기밀성을 유지시키는 시트부(300)로 구성된다.

상기 밸브부(200)는 회전 방식을 통해 유량을 제어하는 밸브의 종류에 따라 달라질 수 있는데,

도 2에 도시된 원구형 바디(211)에 수평 방향으로 관통 형성된 소통로(212)를 갖는 볼 밸브(210),

도 3에 도시된 원추형 바디(221)에 수평 방향으로 관통 형성된 소통로(222)를 갖는 플러그 밸브(220),

도 4에 도시된 반구형 바디(231)로 이루어져, 유입로(111)를 개폐시키는 세그먼트 볼 밸브(230)로 이루어질 수 있으며,

이러한 밸브들(V)의 형태는 유체의 특성, 유량 제어 방법 등에 따라 당업자가 취사 선택하여 본 발명의 유체 밸브 장치에 다양하게 채용하여 적용되도록 할 수 있다.

또 상기 시트부(300)는 상기 밸브부(200)의 형태에 상응하는 형태로 제작되어 상기 밸브 장착부(113)에 장착되면서 상기 밸브들(V)의 외주면에 밀착되어 유체가 누설되지 않도록 밸브 장치의 기밀성(밀봉성)을 유지시키는 기능을 한다.

특히, 고압, 고온의 유체 유량 제어를 위하여 상기 밸브부(200) 및 상기 시트부(300)는 메탈 재질로 제작되는데, 유체 누설 차단을 위한 기밀성 확보를 위하여 상기 밸브부(200)와 시트부(300)가 서로 밀착되어 형성되므로 금속 마찰력이 크게 발생한다.

이에 본 발명은 상기 밸브부(200)와 시트부(300) 사이의 마찰력을 최소화함으로써 밸브의 개폐 작동이 용이하게 이루어진 유체 밸브 장치의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유체 밸브 장치를 제안한다.

이하에서는 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 유체 밸브 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

우선 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 개폐가 용이한 유체 밸브 장치의 제작 방법은 소재에 대한 열처리 및 연삭 가공 과정과, 형상 가공 단계와, 정삭 가공 단계와, 최종 열처리 가공 단계와, 최종 연마 가공 단계와, 세정 단계 및 코팅 가공 단계를 거쳐 유체 밸브 장치가 제작된다.

도 1에서 1차 열처리 가공 단계(S10)에서 2차 열처리 가공 단계(S30)까지가 본 발명의 열처리 및 연삭 과정이다.

도 1 내지 도 4를 참고하여 상술한 각각의 처리 단계를 구체적으로 설명하면, 먼저 유체 밸브 장치의 밸브부(200) 및 시트부(300)를 제작하기 위한 소재로써 메탈 재질의 원자재가 입고되면, 입고된 원자재는 무른 상태를 가지므로 원하는 2차 열처리 가공 시 형상 변화를 방지하기 위하여 담금질(Qunching) 및 뜨임(Tempering)을 반복 수행하는 것에 의하여 원자재에 원하는 1차 경도를 부여하는 1차 열처리 작업이 이루어진다(1차 열처리 가공 단계(S10)).

1차 열처리 작업이 이루어진 후에는 1㎛ra 이상의 직경을 가지는 연삭물질을 이용한 황삭이 이루어진다(황삭 가공 단계(S20)).

황삭 가공이 완료된 후에는 가공 중의 형상 변화를 방지하기 위하여 1차 경도보다 높은 원하는 2차 경도를 가지도록 담금질(Qunching) 및 뜨임(Tempering)을 반복 수행하는 2차 열처리 작업이 이루어진다(2차 열처리 가공 단계(S30)).

2차 열처리 가공 단계(S30)가 완료된 후에는 원자재의 표면을 매끄럽게 하기 위하여 0.1㎛ra 이하의 직경을 가지는 연삭물질을 이용한 1차 연삭 가공이 이루어진다(1차 연삭 가공 단계(S40)).

1차 연삭 가공이 완료된 후에는 원자재에 대한 형상 가공을 수행하여, 유량 제어 기능을 하는 밸브부(200)와, 상기 밸브부(200)의 표면에 밀착되는 시트부(300)를 가공 형성한다.(형상 가공 단계(S50)).

상기 형상 가공 단계(S50)에서 밸브부(200)는 밸브들(V)의 종류에 따라 다양하게 가공될 수 있고, 따라서 밸브부(200)에 밀착되는 시트부(300)의 형상 역시 달라질 수 있다.

형상 가공 단계(S50)가 완료된 후에는 형상 가공 중에 가공된 시트부(300)와 밸브부(200)의 훼손된 표면, 모서리, 테두리 끝단부 등 기밀성 유지에 적합한 정밀도와 연마 치수를 가지도록 정밀 가공 작업이 이루어진다. 이 단계는 상기 1차 연삭 가공 단계(S40)에서 이용된 것보다 직경이 더 작은 연마물질을 이용하여 작업이 진행된다(정삭 가공 단계(S60)).

정삭 가공이 완료된 후에는 가공된 밸브부(200)와 시트부(300)에 최종 연마를 하기 위하여 원하는 3차 경도를 가지도록 담금질(Qunching) 및 뜨임(Tempering)을 반복 수행하는 최종 열처리 작업이 이루어진다. 이 단계는 후술하는 최종 연마 가공 단계(S80)에서 진구도가 저하되는 것을 방지하기 위한 작업이다(최종 열처리 가공 단계(S70)).

최종 열처리 가공이 완료되면, 열처리된 밸브부(200)와 시트부(300)를 최종 연마하여 최대 표면조도와 진구도를 확보하여 밀착 시 유체 누설 방지 및 후술하는 코팅 효율이 극대화되도록 한다. 이 단계는 상기 정삭 각공 단계에서 이용된 것과 동일 또는 직경이 더 작은 연마물질을 이용하여 작업이 진행된다(최종 연마 가공 단계(S80)).

최종 연마 가공이 완료된 후에는 상기한 가공 단계 중에서 부착된 이물질들을 제거하기 위한 세정작업이 이루어진다(세정 단계(S90)).

세정이 완료된 후에는 점착성이 낮고 마찰 계수가 낮은 물질을 이용하여 가공 완료된 밸브부(200)와 시트부(300)의 표면에 마찰 계수를 감소시키기 위한 코팅층(213)(223)(233)(311)을 형성한다. 이 단계는 마찰 계수가 낮고 점착성이 낮은 물질을 물리증착법(Physical Vapor Deposition Process) 또는 화학증착법(Chemical Vapor Deposition Process)을 이용하여 진행된다(코팅 가공 단계(S100)).

상기 코팅 가공 단계(S100)는 유체 밸브 장치가 사용되는 온도에 따라 다양한 방식으로 이루어질 수 있는데,

우선, 사용온도 350℃ 이하에서는 수소를 다량 함유하는 DLC(a-C : amorphous carbon 무정형 탄소)를 질소가스 분위기 또는 진공 중에서 가스화한 물질을 피복하는 DLC(Diamond - Like Carbon) 코팅 방법으로 수행될 수 있다.

상기 DLC(Diamond - Like Carbon) 코팅 방법에 의해 형성된 코팅층(213)(223)(233)(311)은 비결정질의 탄소계 신소재로서 플라즈마 중의 탄소이온이나 활성화된 탄화수소 분자를 전기적으로 가속화하여 기판에 충돌시켜 만들어진 박막모양의 물질이며, 경도, 내부식성, 내마모성이 우수하고 특히 매우 낮은 마찰계수를 얻을 수 있다.

상기 DLC의 경도(HV)는 2500~3000이고, 마찰 계수는 ㅅ=0.05~0.2㎛ra이다.

또 사용온도 350℃ 이상에서는 Ti와 Al 조성으로 이루어지는 TiALN(Titanium Aluminium Nitride)을 이용한 코팅 방법으로 수행될 수 있다.

상기 TiALN는 고온, 고압 등의 가혹한 환경 조건에 적합한 코팅층(213)(223)(233)(311)이며, TiALN의 경도(HV)는 3000이고, 마찰계수는 DLC보다 조금 높은 ㅅ=0.3~0.4㎛ra이다.

상기 코팅 가공 단계(S100)에서 밸브부(200)와 시트부(300)의 마찰 계수를 최소화하기 위해서는 코팅 전처리가 매우 중요한데, 이에 따라 전처리로써, 상기 최종 열처리 가공 단계(S70)를 통한 경도 부여, 최종 연마 가공외에도 추가적으로 버핑, 나노질화처리, 탈자처리 등을 더 실시하여 최저 마찰 계수의 코팅층(213)(223)(233)(311)을 보장할 수 있다.

따라서 종래 유체 밸브 장치에서 일반 밸브 및 일반 시트부의 가공 연마 후 표면 마찰계수는 ㅅ=05.~0.8㎛ra이나, 본 발명에 따른 코팅 가공 단계(S100) 후 밸브부(200) 및 시트부(300)의 표면 마찰계수는 DLC 코팅 시 ㅅ=0.05~0.2㎛ra, TiALN 코팅 시 ㅅ=0.3~0.4㎛ra(TiALN 코팅은 350℃ 이상의 특수 환경에 사용되는 밸브에 적용되는 것으로, 마찰계수가 DLC 코팅 시보다 상대적으로 높더라도 일반 마찰 계수보다 낮는 마찰 계수를 확보할 수 있고, 특히 고온, 고압의 유체 이송 배관에 설치되는 점을 감안하면, 밸브의 개폐 작동을 위한 토크가 종래 유체 밸브 장치보다 크게 줄어드는 효과가 있음.)으로 종래의 일반 밸브 및 시트부의 마찰 계수보다 평균 약 2~5배의 저 마찰 계수를 확보할 수 있다.

또한 코팅층(213)(223)(233)(311)의 경도는 최소 Hv3000을 유지하여 고속 유체에 의한 마모 및 상호 운동부의 마모를 최소화할 수 있다.

따라서 본 발명은 밸브부(200)와 시트부(300)의 표면 코팅층(213)(223)(233)(311)의 마찰계수가 낮음으로 밀착되는 밸브부(200)와 시트부(300)의 마찰력을 저하시켜 밸브부(200)의 회전 작동이 적은 힘만으로도 이루어지도록 할 수 있다.

다음 상기한 제작 방법에 의하여 제작되는 개폐가 용이한 유체 밸브 장치를 설명한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 밸브 장치는 크게 유체 유입로(111)와 유체 배출로(112)를 갖는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)에 내장되는 밸브부(200) 및 시트부(300)로 구성된다.

우선 상기 밸브부(200)는 상기한 바와 같이, 밸브들(V)의 형태에 따라 달라지는데, 이를 보다 구체적으로 설명하면,

도 2에 도시된 볼 밸브(210)는 원구형 바디(211)를 갖고 상기 유입로(111)와 배출로(112)의 크기에 상응하도록 수평 방향으로 형성된 유체 소통로(222)가 구비된다.

상기 원구형 바디(211) 상측 중앙에는 스템(240)이 결합되어 볼 밸브(210)가 회전 작동되도록 한다.

상기 스템(240)이 일측 90도 회전을 하게 되면 상기 소통로(222)의 양측 개구부가 하우징(100)의 유입로(111)와 배출로(112) 모두와 연통된 상태가 되어 밸브 장치가 개방되어 유체가 유동되며(도 2의 [A] 참고.),

상기 스템(240)이 타측 90도 회전을 하게 되면 상기 소통로(222)의 양측 개구부가 하우징(100)의 유입로(111)와 배출로(112)가 형성되지 않은 밸브 장착부(113)의 내주면을 향함에 따라 소통로(222)가 형성되지 않은 원구형 바디(211)의 외주면에 상기 유입로(111)와 배출로(112)를 차폐시켜 밸브 장치가 폐쇄되어 유체의 유송이 차단된다(도 2의 [B] 참고.).

또 도 3에 도시된 플러그 밸브(220)는 원추형 바디(221)를 갖고, 상기 유입로(111)와 배출로(112)의 크기에 상응하도록 수평 방향으로 형성된 유체 소통로(232)가 구비된다.

상기 원추형 바디(221)의 상면 중앙에는 스템(240)이 결합되어 플러그 밸브(220)가 회전 작동되도록 한다.

상기 플러그 밸브(220)는 상기 볼 밸브(210)와 바디의 형상이 다른 밸브로써 형태로써, 개폐 방식이 대동소이하므로 이와 관련된 상세한 설명은 생략한다(도 3의 [A], [B] 참고.).

그리고 도 4에 도시된 세그먼트(segment) 볼 밸브(210)는 반구형 바디(231)를 갖고, 상기 바디(231)의 내부가 상기 유입로(111)의 형상에 상응하는 빈 공간(232)으로 형성된다.

상기 반구형 바디(231)의 상측 단부에는 스템(240)이 결합되며, 하측 단부에는 회전축(234)이 더 구비되어 세그먼트 볼 밸브(230)가 회전 작동되도록 한다.

상기 스템(240)이 일측 90도 회전을 하게 되면, 상기 반구형 바디(231)는 상기 유입로(111)가 형성되지 않은 밸브 장착부(113)의 내주면을 향함에 따라 유입로(111)가 개방되어 밸브 장치가 개방되어 유체가 유동되며(도 4의 [A] 참고.),

상기 스템(240)이 타측 90도 회전을 하게 되면 원구형 바디(211)의 외주면이 상기 유입로(111) 방향으로 향함에 따라 유입로(111)를 차폐시켜 밸브 장치가 폐쇄되어 유체의 유송이 차단된다(도 4의 [B] 참고).

상기 볼 밸브(210), 플러그 밸브(220), 세그먼트 볼 밸브(230)로 구성된 밸브부(200)의 표면에는 상기한 제작 방법에 따른 코팅층(213)(223)(233)이 형성되어 있다.

이어서 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 시트부(300)는 상기 유입로(111)와 상기 배출로(112)를 제외한 밸브 장착부(113)에 장착되는 시트링(310)으로 구성된다.

따라서 상기 시트링(310)은 상기 밸브 장착부(113)의 상, 하부에 장착되면서 상기 밸브들(V)의 외주면에 밀착된다. 상기 시트링(310)의 형상은 상기 밸브들(V)의 종류에 따라 달라질 수 있다.

또한 상기 시트링(310)의 표면에는 상기한 제작 방법에 따른 코팅층(311)이 형성되어 있다.

따라서 상기 밸브들(V)이 스템(240)에 의하여 회전 작동 즉, 밸브 장치의 개폐 작동이 이루어질 때 밀착된 표면 간의 마찰력이 최소화됨에 따라 개폐에 필요한 최소한의 토크가 요구되기 때문에 밸브 장치의 개폐가 쉽게 이루어진다.

한편 상기 시트링(310)은 상기 하우징(100)의 밸브 장착부(113)에 결합되는 로드링(320)에 의하여 고정, 장착된다.

즉 상기 시트링(310)은 유체 밸브 장치에서 기밀성 확보를 위한 필수 부품으로써, 상기한 제작 방법에 따라 표면이 정밀 가공되면서 코팅층(311)이 형성되므로, 볼트 등을 이용한 결합 방식을 채용할 수 없고, 이에 따라 상기 밸브 장착부(113)에 로드링(320)이 볼트 결합 방식 등으로 먼저 결합된 다음 상기 시트링(310)의 장착부(312)가 상기 로드링(320)의 중공(321)으로 삽입되면서 억지 끼움 방식으로 고정, 장착된다(여기서 고정이란 밸브 장착부(113)에서 이탈되지 않는 정도를 의미하며, 절대적으로 고정되는 상태의 개념이 아님.).

그리고 상기 로드링(320)과 밸브 장착부(113)의 내측면 사이 공간에는 상기 시트링(310)이 상기 밸브들(V)에 밀착되도록 탄성 지지하는 탄성체(330)가 구비된다.

상기 탄성체(330)는 상기 시트링(310)을 밸브들(V) 방향으로 가압도록 탄성력이 발휘되어 밸브들(V)과 시트링(310)의 정밀 가공된 표면들 간에 보다 완전한 밀착이 이루어지도록 하며, 회전 작동 마찰에 의한 미세 간극이 발생하더라도 상기 탄성체(330)에 의하여 시트링(310)이 가압되어 지지되므로 유체 누설을 차단할 수 있게 된다.

또한 상기 로드링(320)과 상기 시트링(310) 사이에는 시트 씰링부재(340)가 삽입, 장착되어 시트링(310)과 하우징(100) 사이의 기밀성이 유지되도록 한다.

한편 상기 하우징(100)은 상기 밸브 장착부(113)가 형성된 하우징 본체(110)와, 상기 밸브 장착부(113)와 연통된 상, 하부 장착홀(114)(115)에 결합되어 하우징(100)을 폐쇄시키는 상, 하부 하우징 분체(120)(130)로 구성된다.

우선 상기 하부 장착홀(114)에 결합되는 하부 하우징 분체(120)는 상기 하우징 본체(110)의 하부 플렌지에서 수평 방향으로 삽입되는 볼트 결합 방식을 통해 결합되며, 상기 하부 하우징 분체(120)와 상기 하우징 본체(110) 사이에는 개스킷 부재(121)가 배치되어 밸브 장착부(113)의 유체가 하우징(100) 외부로 누설되는 것을 차단한다.

또 상기 상부 장착홀(115)에 결합되는 상부 하우징 분체(130)는 중앙에 수직방향으로 관통 형성된 축 결합홀(131)이 구비되어 있으며, 상기 상부 하우징 분체(130)와 상기 하우징 본체(110) 사이에도 개스킷 부재(132)가 배치되어 밸브 장착부(113)의 유체가 하우징(100) 외부로 누설되는 것을 차단한다.

상기 축 결합홀(131)에는 상기 밸브들(V)과 결합된 스템(240)이 삽입되어 장착된다.

상기 스템(240)은 상기 밸브들(V)과 함께 회전 작동하므로 상기 축 결합홀(131)과 상기 스템(240) 사이의 기밀성을 유지할 수 있도록 축 결합홀(131) 내주면에는 복수의 패킹부재(133)가 장착되고, 상기 패킹부재(133)를 가압하여 기밀성을 보강함과 동시에 패킹부재(133)들의 이탈을 방지하는 상부 캡(140)이 상기 상부 하우징(100)에 추가적으로 결합된다.

그리고 상기 상부 캡(140)의 상면에는 코일 스프링(151)으로 탄성 지지되는 지지부재(150)가 구비되고, 나사축(152)이 상기 지지부재(150)와 상기 상부 캡(140)을 관통하여 상기 상부 하우징 분체(130)에 나사 결합되고, 너트(153)가 상기 지지부재(150) 상부에서 나사축(152)에 결합되어, 지지부재가 고정, 설치된다.

상기 코일 스프링(151)은 상기 지지부재(150)가 상측으로 가압되도록 탄성력이 발휘되는데, 상기 지지부재(150)가 상부 하우징 분체(130)에 결합된 나사축(152)을 따라 상기 너트(153)에 의하여 구속된 상태가 되므로 코일 스프링(151)의 탄성력은 하측의 상부 캡(140)을 향해서만 발휘되어 결국 상기 상부 캡(140)이 상기 상부 하우징 분체(130)로부터 이탈되지 않도록 한다.

이는 상기 축 결합홀(131)의 길이방향을 따라 다수의 패킹부재(133)가 삽입 설치되어 있으므로 상기 상부 캡(140)을 나사 결합 방식 등으로 상부 하우징 분체(130)에 결합시킬 수 없는 것에 기인한 구성이다.

상기 코일 스프링(151), 지지부재(150), 나사축(152) 및 너트(153)로 구성된 상부 캡(140)의 고정수단은 상기 스템(240) 둘레를 따라 하나 이상 설치되는 것이 바람직하다(도면에서는 하나만 도시됨.).

그리고 상기 상부 하우징 분체(130)는 상면에 연결축(161)이 나사 결합되어 설치되고, 상기 연결축(161)은 끝단부에 요크플렌지(160)가 결합되어, 상기 요크플렌지(160)의 중앙에 상기 스템(240)의 끝단부가 관통 결합되어 지지된다.

상기 연결축(161)은 상기 스템(240) 둘레를 따라 하나 이상 설치되는 것이 바람직하다(도면에서는 하나만 도시됨.).

또 상기 요크플렌지(160)와 상기 스템(240) 사이에는 베어링(162)이 구비되어 스템(240) 회전 시 마찰력을 최소화한다.

상기 요크플렌지(160)에 의하여 지지되어 축설되는 스템(240)의 끝단부에는 수동 핸들(170)이 볼트 결합되어 작업자가 스템(240)을 회전 작동 시켜 밸브 장치의 개폐 작동이 이루어지도록 한다.

상기 수동 핸들(170)은 도면에 도시된 바와 같은 막대 형상의 손잡이(171) 형태뿐만 아니라, 원형의 핸들 형태(미도시)로도 구비될 수 있고,

경우에 따라 수동 핸들(170)이 생략(또는 수동 핸들(170)과 같이)된 채로 스템(240)을 자동으로 회전 작동시킬 수 있는 모터 등의 전동수단(미도시)이 추가적으로 설치될 수 있다.

또 상기 수동 핸들(170)의 캡부(172) 하부에는 서로 대향하는 측방향으로 돌출된 한 쌍의 돌출부(173)가 구비되고, 상기 요크플렌지(160)의 상면에는 상기 스템(240) 둘레를 따라 일방향으로 동일선 상에 구비되는 스토퍼(163)가 설치되어,

상기 돌출부(173)들이 상기 스토퍼(163)들 사이에 교차 배열되도록 배치된다.

따라서 상기 수동 핸들(170)의 회전 각도는 상기 돌출부(173)와 상기 스토퍼(163)의 접촉에 의하여 90도로 제한되어 밸브들(V)의 개폐 각도를 정확하게 제어하여 회전 작동 시킬 수 있다.

한편 상기한 바와 같이, 본 발명의 유체 밸브 장치에서 회전 작동 시 필요로 하는 토크는 상기 밸브들(V)과 상기 시트링(310)의 밀착에 의한 마찰력이 크게 작용되는데, 이와 동시에, 수직방향으로 축결합된 스템(240) 역시 상부 하우징 분체(130), 상부 캡(140) 및 요크플렌지(160)들 모두와 접촉되면서 결합되어 있으므로,

상기 스템(240)과 다른 부재들 간의 마찰력 역시도 밸브의 개폐 토크를 증대시키는 주된 요인으로 작용한다.

따라서 본 발명은 상기 스템(240)의 외주면, 즉 표면의 마찰 계수를 최소화함으로써, 밸브의 회전 개폐가 더욱 적은 힘만으로도 가능할 수 있도록 상기 스템(240)은 상기한 제작방법에 의하여 동일하게 가공되어 스템(240) 외주면에도 코팅층(241)이 형성되는 것이 보다 바람직하다.

상기 스템(240)의 가공 작업은 본 발명의 제작 방법에 따른 밸브부(200)와 시트부(300)의 가공 작업과 동일하게 이루어지므로 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 개폐가 용이한 유체 밸브 장치 및 이에 의하여 제작된 유체 밸브 장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 하우징 110 : 하우징 본체
111 : 유입로 112 : 배출로
113 : 밸브 장착부
120 : 하부 하우징 분체 130 : 상부 하우징 분체
140 : 상부 캡 150 : 지지부재
160 : 요크 플렌지 170 : 수동 핸들
200 : 밸브부 210 : 볼 밸브
220 : 플러그 밸브 230 : 세그먼트 볼 밸브
240 : 스템
300 : 시트부 310 : 시트링
V : 210, 220, 230
213, 223, 233, 241, 311 : 코팅층

Claims (4)

1. 유체 유입로와 유체 배출로를 갖는 하우징에 장착되어 회전을 통해 유량을 제어하는 밸브부 및 상기 하우징과 상기 밸브부 사이에 장착되어 기밀성을 유지하는 시트부를 포함하는 유체 밸브 장치의 제조 방법에 있어서,
   (A) 가공된 밸브부와 시트부를 정밀 가공하는 정삭 가공 단계;
   (B) 정삭 가공된 밸브부와 시트부의 표면에 경도를 부여하기 위해 열처리하는 열처리 가공 단계;
   (C) 열처리된 밸브부와 시트부의 표면을 최종 연마 하는 연마 가공 단계; 및
   (D) 최종 연마된 밸브부와 시트부의 표면에 코팅층을 형성하여 마찰 계수를 최소화하는 코팅 가공 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 밸브 장치의 제조 방법.
2. 유체 유입로와 유체 배출로 및 이들과 연결된 밸브 장착부를 갖는 하우징;
   상기 밸브 장착부에 장착되고, 회전을 통해 유량을 제어하며, 표면에 코팅층이 형성된 밸브부;
   상기 밸브부에 밀착되도록 상기 밸브 장착부에 장착되어, 기밀성을 유지시키고, 표면에 코팅층이 형성되어 있는 시트부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 밸브 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 시트부는 상기 유입로와 상기 배출로를 제외한 밸브 장착부에 결합되는 시트링으로 구성되고,
   상기 밸브부는 상기 시트링에 밀착되도록 결합되어 회전에 의하여 상기 유입로와 배출로를 선택적으로 소통시키는 소통로를 갖는 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 시트부는 상기 유입로와 상기 배출로를 제외한 밸브 장착부에 결합되는 시트링으로 구성되고,
   상기 밸브부는 상기 시트링에 밀착되도록 결합되어 회전에 의하여 상기 유입로를 선택적으로 개폐시키는 세그먼트(segment) 볼 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브 장치.
   
   

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