KR20160119122A

KR20160119122A - 볼 밸브

Info

Publication number: KR20160119122A
Application number: KR1020167023553A
Authority: KR
Inventors: 파스칼 마이에르
Original assignee: 하이닥 악세서리즈 게엠베하
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-07
Publication date: 2016-10-12
Also published as: CN106062447A; CA2940310A1; JP6371404B2; EP3111120A1; EP3111120B1; CN106062447B; DE102014002917A1; US20170175928A1; JP2017506728A; WO2015128058A1

Abstract

적어도 2개의 유체 연결 지점들(12,14)을 갖는 밸브 하우징(2) 및 상기 밸브 하우징(2)에 위치하고 전환 샤프트(32)에 의해서 전환 위치들로 회전식으로 작동될 수 있는 밸브 볼(26)을 포함하고, 상기 전환 샤프트의 적어도 일부는 상기 밸브 하우징(2)에 결합되고, 유체 연결 지점들(12,14) 사이의 유체 연결은 상기 밸브 볼(26)의 상기 전환 위치들에서 상기 밸브 볼(26)에 있는 유체 통로(30)를 통해서 개방 또는 폐쇄될 수 있는 볼 밸브가 개시된다. 상기 개시된 볼 밸브는 센서 어레이(52,54)가 위치한 위치 정보(48,50)를 판독함으로써 상기 밸브 볼(26)의 각각의 전환 위치를 식별하는 것을 특징으로 한다.

Description

볼 밸브{BALL VALVE}

본 발명은 볼 밸브에 관한 것으로서, 상기 볼 밸브는 적어도 2개의 유체 연결 지점들을 갖는 밸브 하우징 및 상기 밸브 하우징에 위치하고 전환 샤프트에 의해서 전환 위치들로 회전식으로 작동될 수 있는 밸브 볼을 포함하고, 상기 전환 샤프트의 적어도 일부는 상기 밸브 하우징에서 결합되고, 상기 전환 위치에서 유체 연결 지점들 사이의 유체 연결은 상기 볼 밸브에 있는 유체 통로를 통해서 개방 또는 폐쇄될 수 있다.

종래 기술에서, 볼 밸브들은 비록 이들이 블리드 밸브로서 또는 다른 기능을 위하여 사용될 수 있지만, 다양한 유체 시스템에서 대부분 차단 장치로서 사용된다. 대체로, PTFE와 같은 플라스틱으로 제조된 밀봉 쉘 또는 와셔들은 차단 장치를 형성하는 밸브 볼 및 밸브 하우징 사이에 설치되고 또한 더욱 높은 작동 온도에서 금속 가스켓으로 제조될 수 있다. 볼 밸브는 밸브 볼 및 와셔 사이 뿐 아니라 와셔 및 밸브 하우징 사이의 접촉력으로 인하여 양호한 밀봉부에 의해서 구별되고, 상기 접촉력은 유체 압력에 의해서 강화된다. 다른 장점은 신속한 전환 동작이다. 밸브 볼에 위치한 직선형 유체 통로에 의해서, 밸브 볼의 정확하게는 90° 선회 내에서 완전히 밀폐되고, 이는 다른 디자인의 차단 밸브와 비교할 때 더욱 짧은 작동 시간을 가능하게 한다. 또한, 연결 지점에서 라인의 단면과 대응하는 밸브 볼의 유체 통로의 단면을 갖는 개방 상태에서 매우 작은 유동 손실이 발생한다.

볼 밸브들은 전환 샤프트 상에 결합하는 피봇 레버에 의해서 수동으로 작동된다. 대안으로서, 설비는 자동 작동을 위해서 제조될 수 있다; 예를 들어, 설비는 손으로 도달하기 어려운 현장에서 전동 액추에이터에 의해서 구성될 수 있다. 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 90°의 각도 범위에 걸친 전환 샤프트의 회전 이동을 위하여, 90°의 각도 범위를 제한하는 단부 정지부와 함께 한 종류의 백스톱(backstop)을 형성하는 캠 디스크는 통상적으로 하우징으로부터 돌출하는 전환 샤프트의 연장부에 제공되고, 상기 단부 정지부는 밸브 하우징에 있는 관련 정지 핀과 협력한다. 작동 중에, 밸브 볼의 각각의 전환 위치의 체크 즉, 하우징의 정지 핀에 대해서 설치된 캠을 갖는 전환 샤프트의 선회 위치의 체크는 전환 샤프트를 통해서 실행된다. 많은 경우에, 또한 시각적인 이러한 유형의 모니터링 상태는 만족스럽지 않고 특히 이러한 볼 밸브가 안전 관련 전환 기능을 위해서 사용되는 경우에는 부적절하다. 전환 샤프트에 의해서 이루어진 체크에 의해서, 볼의 실제 전환 위치는 확정될 수 없다. 볼 위치는 전환 샤프트가 파손되거나 또는 볼과 전환 샤프트의 기계적 결합이 고장나는 경우에는 정확하게 체크될 수 없다.

상기 문제점들에 대해서, 본 발명의 목적은 볼 위치의 정확한 체크를 가능하게 하는 볼 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 상기 목적은 전체적으로 청구항 1의 특징을 갖는 볼 밸브에 의해서 달성된다.

제 1 항의 특징부에 따른, 본 발명의 핵심 특수 형태는 밸브 볼에 위치한 위치 정보를 판독함으로써 상기 밸브 볼의 각각의 전환 위치를 식별하는 센서 어레이에 의해서 설비가 제조된다는 사실에 있다. 전환 위치가 전환 샤프트에 의해서 표시되지 않는다는 사실은 실제 전환 위치의 전체적으로 정확한 표시를 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어, 전환 샤프트의 고장 또는 밸브 볼과의 결합 또는 전환 샤프트에 대한 액추에이터의 오작동으로 인하여 종래 기술에서 발생할 수 있는 에러는 본 발명에 따른 볼 밸브가 높은 안전 필수장치가 배치되는 시스템에서 사용하기에 적당하도록 회피가능하다.

특히 유리한 방식에서, 상기 위치 정보의 무접촉 판독을 위한 설비는 센서 어레이로 제조된다. 이를 위해서, 레이저 광학 시스템, 유도 시스템 등과 같은 공지된 종래 기술의 센서 시스템이 사용될 수 있다. 대안으로서, 시스템은 밸브 볼에서 물리적 위치 마킹들의 기계적 스캐닝을 위해 제공될 수 있다.

특히, 유리한 예시적 실시예에 있어서, 상기 위치 정보는 상기 밸브 볼 상에 위치한 복수의 위치 마킹들의 패턴에 의해서 형성되고, 상기 센서 어레이는 상기 밸브 하우징과 연계된 상기 위치 마킹들을 식별하는 적어도 하나의 센서를 구비한다. 복수의 위치 마킹들에 의해서, 밸브 볼의 완전히 개방된 위치 뿐 아니라 폐쇄 위치를 위한 표시가 발생될 수 있다.

밸브 볼이 상기 전환 샤프트의 회전축과 직교로 이어지는 유체 통로를 갖는 볼 밸브에 대해서, 상기 회전축과 각각 오프셋되게 배열되는 위치 정보로서 2개의 위치 마킹들이 제공될 수 있다. 이 경우의 센서 어레이가 밸브 하우징에 삽입된 2개의 센서들을 갖는다면, 개방 위치 및 폐쇄 위치의 표시 뿐 아니라, 밸브 볼이 비규정 중간 위치에 있다는 불명료하지 않은 표시를 발생시킬 수 있다.

특히, 유리한 방식에서, 상기 센서들은 직선을 따라서 서로로부터 이격되어 배열되고, 상기 직선은 상기 전환 샤프트의 회전축과 교차하고 개방 위치에 있는 유체 통로의 밸브 볼의 방향과 직각으로 연장된다.

센서 어레이의 상이한 스캐닝 기술에 대한 적당한 위치 마커들이 밸브 볼에 용이하게 형성될 때, 상기 밸브 볼의 외면에 있는 양호하게는 블라인드 홀들 형태의 리세스들로 설비가 제조될 수 있다.

특히 유리한 무접촉 스캐닝에 대해서, 강자기성을 갖는 재료로 제조된 밸브 볼로 설비가 구성될 수 있고, 유도 센서들은 스위치 신호를 발생시키기 위해 센서와 정렬되는 상기 밸브 볼의 블라인드 홀의 위치를 식별하는 센서들로서 제공된다. 따라서, 밸브 볼의 정확한 위치를 지시하는 스위치 신호는 블라인드 홀이 근위 스위치의 코어 또는 검출기 요소에 정확하게 정렬된 위치에 도달할 때 발생하는 유도율의 변화에 기초하여 매우 정확한 방식으로 발생될 수 있다.

유리한 예시적 실시예에 있어서, 상기 센서들은 상기 밸브 하우징의 관통 보어들에서 양호하게는 나사체결에 의해서 인서트들로서 통합되고, 압력 저항성의 밀봉 형성 밀봉 요소들을 위한 밀봉 표면들이 상기 관통 보어들 내에 그리고 상기 인서트들 상에 형성된다.

본 발명은 도면에 도시된 예시적 실시예를 참조하여 하기에 더욱 상세하게 설명된다.
도 1 및 도 2는 개방 전환 스위치가 도시되는 상이한 도면에서 보여지는 투명하게 도시된 밸브 하우징을 갖는 사시 사선도.
도 3은 밸브 하우징이 절취된 개방 전환 스위치의 도면.
도 4 내지 도 6은 폐쇄된 전환 위치가 각각의 경우에 도시된 도 1 내지 도 3에 대응하는 도면.
도 7 및 도 8은 중간 위치에 대응하는 전환된 위치가 도시되는, 도 1 및 도 4와 유사한 도면.
도 9 및 도 10은 제 2 중간 위치에 대응하는 전환된 위치가 도시되는, 도 7 및 도 8에 대응하는 도면.
도 11 및 도 12는 제 3 중간 위치에 대응하는 전환된 위치의 도 9 및 도 10에 대응하는 도면.

도면에 도시된 볼 밸브는 금속 재료, 예를 들어, 핏팅(fitting)에 적합한 적색 황동으로 제조된 큐브 형태의 밸브 하우징(2)을 가진다. 관통 홀(8)은 측벽(4) 및 측벽(6)과 인접한 각각의 단부 영역에 있는 암나사부(10)를 갖는 반대편 측벽들(4,6) 사이의 중심에 형성된다. 각각의 연결 지점을 형성하기 위하여, 임의의 추가적으로 상세하게 도시되지 않은 라인들을 위한 연결 부분(12,14)은 암나사부(10)와 나사체결된다. 암나사부(10)와 나사체결된 수나사부(18) 및 외부 나선 헤드(16) 사이에서, 연결 부분(12,14)은 각각의 유체 연결 지점에서 밀봉부를 형성하는 O 링(22)을 위한 방사상 홈(20)을 각각 구비한다.

연결 부분(12,14)의 수나사부(18)의 단부에서, PTFE 링 가스켓(24)은 링 가스켓들(24) 사이에 통합된 밸브 볼(26)을 위한 연성 유형의 밀봉부를 형성한다. 따라서, 링 가스켓(24)은 부유식으로 위에 설치된 밸브 볼(26)을 위한 밸브 볼(26)의 구형에 적합한 밀봉 쉘(28)(도 1 참조)을 형성한다. 유체 통로로서, 상기 밸브 볼은 유체 연결 지점의 연결 부분(12,14)의 통로 단면과 동일 직경을 갖는 보어(30)를 구비한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 밸브 볼(26)의 위치에서, 보어(30)는 연결 부분(12,14)과 정렬되고 볼 밸브는 개방 상태에 있으며, 유체 유동의 전체 단면은 실제 유동 손실이 없도록 볼 밸브에 걸쳐 유지된다.

밸브 볼(26)의 회전 위치를 조정하기 위하여, 설비는 전환 샤프트(32)로 제조되고, 상기 전환 샤프트는 밸브 볼(26)을 회전시키기 위하여 결합 부분(34)을 통해서 연결되고 샤프트 연장부(36)와 함께 도 1에 도시된 밸브 하우징(2)의 상단측 위로 돌출한다. 샤프트 연장부(26)는 핸드 레버(미도시)와 같은 액추에이터 요소와 결합하기 위한 사각형 헤드(38)를 가진다. 캠 디스크(40)는 90°각도 범위에 걸쳐 연장되는 곡선 경로(42)를 주변부에 형성하는 샤프트 연장부(36)와 함께 회전하도록 연장되고 밸브 하우징(2)의 상단측으로부터 돌출하는 정지 핀(46)과 협력하여 전환 샤프트(32)의 회전을 90도 회전각으로 제한하는 양 단부에 있는 단부 정지부(44)를 형성한다.

바로 위에 있는 밸브 볼(26)의 전환 위치를 묻는 센서 어레이에 대해서, 본 발명에 따른 볼 밸브는 블라인드 홀(48,50)에 의해서 형성된 밸브 볼(26)의 외면에 제공된 위치 마킹들을 가진다. 블라인드 홀(48,50)은 각각의 블라인드 홀(48,50)이 전환 샤프트(32)의 회전축에 대해서 오프셋되는 방식으로 밸브 볼(26)의 외면에 있는 패턴 배열에 형성된다. 밸브 볼(26)은 강자성을 갖는 재료로 제조되고 블라인드 홀(48,50)에 의해서 형성된 볼(26)의 위치 정보를 판독하기 위해 제공된 센서 어레이는 센서들로서 2개의 유도 근위 스위치(52,54)를 가진다. 이들은 이들이 밸브 하우징(2)의 보어(8)만큼 멀리 연장되는 방식으로 전환 샤프트(32)의 샤프트 연장부(36) 반대편에 있는 밸브 하우징(2)의 하단측으로부터 보어들 안으로 스크류 인서트로서 도입된다.

도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 근위 스위치(52,54)는 직선을 따라서 서로로부터 이격되어 배열되고, 상기 직선은 상기 전환 샤프트(32)의 회전축(36)과 교차하고 개방 위치에서 상기 밸브 볼(26)의 보어(30)의 방향과 직각으로 연장된다. 볼(26)의 외면과 보어(8) 사이의 밸브 하우징(2)에 있는 틈새 용적이 압력 저항 방식으로 밀봉되도록, 관련 보어에 있는 밀봉면과 함께 (미도시) 밀봉 요소에 의해서 밀봉부를 형성하기 위해서, 관련 관통 보어 안으로 나사체결된 근위 스위치(52,54)는 밀봉면 형성 플랜지(56)를 가진다. 코어 또는 센서 단부들에 의해서, 근위 스위치(52,54)는 볼(26)의 표면으로 연장된다.

밸브 볼(26)의 강자상의 결과로 인하여, 블라인드 홀(48 또는 50)이 볼(26)의 회전 이동 중에 근위 스위치(52 또는 54)의 센서 단부와 정렬되면, 유도성의 변화가 발생된다. 블라인드 홀(48,50)과 정확하게 정렬되면, 해당 근위 스위치(52 또는 54)는 스위치 신호를 발생시킨다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 볼 밸브의 개방 전환 위치에서, 근위 스위치(54)는 블라인드 홀(50)과 정렬됨으로써 스위치 신호를 발생시키고, 블라인드 홀(48,50)의 영역 밖에 위치한 근위 스위치(52)는 임의의 스위치 신호를 발생시키지 않는다. 따라서, 센서 어레이는 밸브 볼(26)이 개방 전환 스위치에 있다는 불명료하지 않은 신호를 제공한다.

도 4 내지 도 6은 볼 밸브가 폐쇄 상태에 있는 전환 위치를 도시한다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 블라인드 홀(48)은 근위 스위치(52)와 정렬되어서, 근위 스위치가 스위치 신호를 발생시키고, 근위 스위치(54)는 블라인드 홀(48 또는 50)의 영역 밖에 있고 스위치 신호를 발생시키지 않는다. 그러므로, 볼 밸브가 폐쇄되어 있다는 것을 불명료하게 표시하지 않는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 양자의 센서(52,54)는 완전 개방 위치에서 볼 밸브의 가능한 관통 유동 방향과 직각으로 연장되는 수직 평면에서 결합되게 놓여진다. 더우기, 밸브 볼(26)을 향하여 보여지는 2개의 센서(52,54)의 길이방향 축들의 가상 연장부는 서로 예각을 형성한다. 센서(52)가 마커 또는 마킹부(48)와 일치하는 위치에 있을 때, 다른 마커 또는 마킹부(50)는 2개의 센서(52,54)의 좌측(도 6을 볼 때)에 배열되고 각각의 가상 축 연장부의 단부들과 함께 밸브 볼(26) 자체에서 다소의 가상의 우측 및 구형 삼각형을 형성하고, 상기 삼각형은 좌측 자유 삼각 지점에서 밸브 볼(26)에 배열된 마커 위치(50)를 가진다. 가상 구형 삼각형 내에서, 마커(50) 및 각각의 센서(52,54) 사이의 레그 길이는 양호하게는 센서(52,54) 사이의 레그 길이의 약 2/3이다.

도 7 및 도 8은 한편 밸브 볼(26)의 중간 위치를 도시하고, 도 7에서 밸브 볼(26)의 유체 통로를 형성하는 보어(30)는 좌측에서 우측으로 아래로 약간 사선으로 이어진다. 양자의 블라인드 홀(48,50)은 근위 스위치(52,54)와의 정렬에서 벗어나므로, 스위치 신호가 발생되지 않는다. 신호 발생 부족은 밸브 볼(26)의 전환 위치가 비규정 상태에 있다는 것을 불명료하게 표시하지 않는다.

도 9 및 도 10 뿐 아니라 도 11 및 도 12는 밸브 볼(26)의 2개의 다른 상이한 비규정 중간 위치를 도시하고, 여기서 양자의 블라인드 홀(48,50)은 근위 스위치(52,54)와의 정렬에서 벗어나기 때문에, 근위 스위치(52,54)는 일단 다시 모두 스위치 신호를 발생시키지 않는다. 도 9 및 도 10의 예에서, 밸브 볼(26)은 완전 개방 단면의 약 1/4까지 상승하도록 비스듬하게 배치된다. 도 10에 가장 잘 도시된 바와 같이, 양자의 블라인드 홀(48,50)은 근위 스위치(52,54)의 영역 밖에 있어서, 모두 스위치 신호를 발생시키지 않는다. 도 11 및 도 12의 다른 예에서, 볼 밸브는 거의 완전히 폐쇄된다. 이러한 비규정 중간 위치에서, 양자의 블라인드 홀(48,50)은 근위 스위치(52,54)와의 정렬에서 벗어나기 때문에, 일단 근위 스위치(52,54)는 모두 스위치 신호를 발생시키지 않는다.

스위치 신호는 디지털 온 오프 신호로서 발생되기 때문에, 센서 어레이는 디지털 PLC에 적합하다. 직선형 유체 통로(보어 30)를 갖는 볼 밸브에 대한 개방 전환 위치, 폐쇄 전환 위치 및 비규정 전환 위치의 시퀀스는 하기 표에 기재되어 있다. DE 299 06 687 U1호에 예시된 바와 같이, 전환 샤프트의 90°선회 범위 및 밸브 볼의 L형 통로를 갖는 3-웨이 피팅으로서 구성된 볼 밸브에 의해서, 정지 위치 체크는 적어도 2개의 근위 스위치 및 3개의 블라인드 홀이 밸브 볼에 제공되면 그에 따라서 이행될 수 있다.

전환 샤프트의 180°선회 범위 및 밸브 볼의 T형 통로를 갖는 3-웨이 피팅에 대해서, 정지 위치 체크는 적어도 3개의 근위 스위치 및 2개의 블라인드 홀이 밸브 볼에 제공되면 그에 따라서 이행될 수 있다. 실제 표는 한 라인 및 한 칼럼만큼 확장되어야 한다. 따라서, 이는 제 1 개방 전환 위치에 대한 신호 시퀀스 0 1 0, 제 2 폐쇄 전환 위치에 대한 신호 시퀀스 1 0 0, 제 3 개방 전환 위치에 대한 신호 시퀀스 1 0 1 및 비규정 전환 위치에 대한 신호 시퀀스 0 0 0의 발생을 가능하게 한다.

명백하게, 신호들은 또한 반대일 수 있다. 다시 말해서, 0은 1 대신에 사용될 수 있고 1은 0 대신에 사용될 수 있다. 신호 시퀀스의 명료성은 아직 유지될 것이다.

Claims

적어도 2개의 유체 연결 지점들(12,14)을 갖는 밸브 하우징(2) 및 상기 밸브 하우징(2)에 위치하고 전환 샤프트(32)에 의해서 전환 위치들로 회전식으로 작동될 수 있는 밸브 볼(26)을 포함하고, 상기 전환 샤프트의 적어도 일부는 상기 밸브 하우징(2)에서 결합되고, 상기 전환 위치들에서 유체 연결 지점들(12,14) 사이의 유체 연결은 상기 밸브 볼(26)의 유체 통로(30)를 통해서 개방 또는 폐쇄될 수 있는 볼 밸브에 있어서,
센서 어레이(52,54)가 제공되고, 상기 센서 어레이(52,54)는 상기 센서 어레이 상에 위치한 위치 정보(48,50)를 판독함으로써 상기 밸브 볼(26)의 각각의 전환 위치를 식별하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 위치 정보(48,50)의 무접촉 스캐닝을 위한 설비는 센서 어레이(52,54)로 제조되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위치 정보는 상기 밸브 볼(26) 상에 위치한 복수의 위치 마킹들(48,50)의 패턴에 의해서 형성되는 것과, 상기 센서 어레이는 상기 위치 마킹들(48,50)을 식별하는 상기 밸브 하우징(2)과 연계된 적어도 하나의 센서(52,54)를 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 볼(26)은 상기 전환 샤프트(32)의 회전축(36)과 직교로 이어지는 유체 통로(30) 및 상기 회전축(36)과 각각 오프셋되게 배열되는 위치 정보로서 2개의 위치 마킹들(48,50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 어레이는 상기 밸브 하우징(2)에 삽입된 2개의 센서들(52,54)을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들(52,54)은 직선을 따라서 서로로부터 이격되어 배열되고, 상기 직선은 상기 전환 샤프트(32)의 회전축(36)과 교차하고 상기 유체 통로(30)가 개방 위치에 있을 때 상기 밸브 볼(26)의 방향과 직각으로 연장되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
양호하게는 블라인드 홀들(48,50) 형태의 리세스들이 상기 밸브 볼(26)의 외면에 있는 위치 마킹들로서 제공되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 볼(26)은 강자기성을 가지는 것과 유도 근위 스위치들(52,54)은 스위치 신호를 발생시키기 위해 센서(52,54)와 정렬되는 상기 밸브 볼(26)의 블라인드 홀(48,50)의 위치를 식별하는 센서들로서 제공되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서들은 상기 밸브 하우징(2)의 관통 보어들에서 양호하게는 나사체결에 의해서 인서트들로서 통합되는 것과 압력 저항성의 밀봉 형성 밀봉 요소들을 위한 밀봉 표면들(56)이 상기 관통 보어들 내에 그리고 상기 인서트들 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 밸브.