KR20180011576A - 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브 - Google Patents

캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위하여 이루어진 유체유동제어장치를 포함하는 컨트롤밸브에 관한 것이다.
이러한 본 발명인 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브는, 다수의 실린더로 이루어지는 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브에 있어서, 상기 유체유동제어장치는, 다수개의 제1 유로가 형성된 제1 실린더와; 상기 제1 실린더와 동심원을 가지며 완충 챔버부가 형성되도록 외측으로 이격되어 설치되는 다수개의 제2 유로가 형성된 제2 실린더와; 상기 완충 챔버부에 위치하며, 제2 유로 부위에 설치되는 콘(con) 형태로 이루어진 완충확산장치을 포함하도록 이루어진다.

Description

캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브{Control valve comprising a fluid control device for cavitation and water hammering prevention}
본 발명은 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위하여 이루어진 유체유동제어장치를 포함하는 컨트롤밸브에 관한 것이다.
일반적으로 유체의 유동제어장치는 밸브 등의 유체처리장치에 장착되어 이를 통과하는 유체의 운동에너지를 적절하게 제어한다. 궁극적으로 유체의 압력, 속도, 유량, 소음, 캐비테이션 등을 적정 수준으로 제어하는 장치이다.
유체의 운동에너지는 유체의 유동속도에 따라 결정되며, 유체의 유동속도는 유동제어장치의 유입구 및 배출구 사이에 작용하는 유체의 압력 차이(차압), 유체의 밀도, 유로의 형태와 레이놀즈 수에 의해 결정되는 국부 손실(국부 유체 저항)과 직접적인 연관이 있다.
즉, 유체의 유체제어장치에서 유동속도는 장치 또는 유체 저항부에 부과되는 특정 차압 조건에서 유체 저항부가 갖는 손실 계수의 제곱근에 반비례하고, 유체의 운동에너지는 유동속도의 제곱에 비례한다.
그러므로 유체의 운동에너지를 적정 수준으로 낮추기 위해서는 유체 저항부가 갖는 손실계수를 증가시켜야 한다.
이러한 유체역학적 이론의 배경이 되는 유동속도(V), 운동에너지(KE) 및 유량률(w)은 공지된 각각의 수학식으로 계산될 수 있다.
결과적으로 유체의 유동제어장치에 작용하는 특정 차압 조건에서 유체의 운동에너지를 낮추기 위해서는 총 국부유체 저항을 크게 하여야 한다. 그리고 유체의 운동에너지가 적절하게 제어되는 상태에서 유체의 유량률을 증대하기 위해서는 유로의 총단면적을 크게 하여야 한다. 이러한 특성을 이용하면 유체의 유동제어장치를 보다 소형화할 수 있을 것이다.
또한, 유체유동제어장치는 소음에 대해서도 고려되어야 하는데, 주요 소음원은 공기역학적 소음으로 이 소음에너지의 정도는 질량 유량률, 상류측 절대압력과 하류측 절대압력에 의한 압력비, 기하학적 구조 및 유체의 물리적 특성과 관련된다.
특정부위에서 압력비가 크면 음속 유동 또는 쵸크 유동(Choke Flow)이 발생하여 높은 소음원이 되므로, 압력비를 제어함으로써 소음 발생율 감소 또는 억제할 수 있다는 것은 공지의 기술로 널리 알려져 있다.
따라서 유체의 운동에너지는 기준 정도에 따라 그 이하로 유지되고, 유체의 압력은 급격한 변화가 생기지 않게 하여 적정한 유동속도를 유지하는 것이 요구된다.
이와 관련된 종래기술들에는 아래 제시한 바와 같이 특허문헌을 통한 개시와 논문 및 학술지를 통하여 다양한 여러 기술들이 개시되어 사용되고 있는 실정이다.
본 발명과 관련한 특허문헌에는 (KR) 등록특허 10-0527918호인 유체유동제어장치, (KR) 등록특허 10-1010746호인 유체유동제어장치, (KR) 공개특허 10-2014-0060594호인 유체 유동 제어장치 및 시스템, 및 이를 통해 유체를 유동시키는 방법, (KR) 공개특허 10-2015-0130447호인 유체 유동 제어장치 및 시스템과 이들을 통해 유체를 유동시키는 방법 등과 같은 여러 종래기술이 개시되어 있다.
예를 들어 보면, 상기 (KR) 등록특허 10-1010746호에서는, 고차압 조건과 한정된 가용 체적 내에서 유체를 적절한 운동에너지로 낮추어서 유체에 의해 발생할 수 있는 소음, 진동 및 캐비테이션 등의 부작용을 억제하고, 정밀한 유체의 제어가 가능한 실린더 조립체를 포함하는 유체의 유동제어장치를 제공하고자, 원통 형상의 실린더가 중첩되어 유체의 유량 및 유속을 제어하기 위한 유로를 형성하는 실린더조립체로 구성되는 유체유동제어장치에 있어서, 실린더 중심축으로부터 횡방향으로 관통되는 장공형상의 제 1 유로가 외주면을 따라 횡방향 및 종방향으로 복수 형성되고, 횡방향으로 구비된 각각의 유로가 서로 대칭적으로 기울어지도록 형성된 제 1 실린더; 제 1 실린더의 외주면에 구비되고, 제 1 유로와 대응되는 위치에 구비되어 제 1 유로보다 종방향으로 상대적으로 넓게 연통되는 제 2 유로가 형성된 제 2 실린더; 제 2 실린더의 외주면에 구비되고, 제 2 유로와 대응되는 위치에 구비되어 제 1 유로와 동일한 크기를 갖는 제 3 유로가 제 1 유로와 어긋나도록 형성된 제 3 실린더를 포함하는 유체유동제어장치를 제공하였다.
(KR) 등록특허 10-0527918 (KR) 등록특허 10-1010746 (KR) 공개특허 10-2014-0060594 (KR) 공개특허 10-2015-0130447
본 발명은 초고압 유체의 압력조절을 하되, 캐비테이션과 워터해버링을 방지할 수 있도록 이루어진 컨트롤 밸브를 제공하고자 한다.
즉, 본 발명은 초고압 유체의 압력조절을 함에 있어 캐비테이션과 워터해버링을 방지할 수 있도록 완충확산장치를 구비하는 완충 챔버부를 가지는 유체유동제어장치를 제공하고, 이를 포함하는 컨트롤밸브를 제공하고자 한다.
이와 같은 본 발명의 목적은, 다수의 실린더로 이루어지는 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브에 있어서, 상기 유체유동제어장치는, 다수개의 제1 유로가 형성된 제1 실린더와; 상기 제1 실린더와 동심원을 가지며 완충 챔버부가 형성되도록 외측으로 이격되어 설치되는 다수개의 제2 유로가 형성된 제2 실린더와; 상기 완충 챔버부에 위치하며, 제2 유로 부위에 설치되는 콘(con) 형태로 이루어진 완충확산장치을 포함함을 특징으로 하는 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브에 의하여 달성될 수 있다.
상기 완충확산장치는 코일 스프링으로 이루어지는 한편, 상기 제2 유로를 통하여 유입되는 유체가 코일 스프링 내측으로 유입어 코일 스프링 외측으로 유출되도록 이루어질 수 있다.
상기 유체유동제어장치에는 완충확산장치가 구비되는 완충 챔버부가 복수개가 형성될 수도 있다.
상기 제2 실린더의 내주면 측으로 제2 유로로 유입되는 유체가 완충확산장치를 거치도록 제2 유로 부위에 완충확산장치를 설치하기 위한 안착홈이 구비된다.
이와 같이 이루어진 본 발명인 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브는, 유체유동시 유체가 완충확산장치를 통과를 함으로써 캐비테이션과 워터해머링 방지할 수 있는 장점을 가진다.
특히, 완충확산장치가 콘(con) 형태의 코일 스프링으로 이루어짐으로써 도면 8에서와 같이 제2 유로로 유입되는 유체가 스프링에 부딪힘으로써 캐비테이션과 워터해머링 방지할 수 있는 우수한 장점을 가진다.
도 1은 본 발명 및 종래기술의 일 실시 예를 나타낸 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 단면 개략도.
도 2는 본 발명 및 종래기술의 일 실시 예를 나타낸 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 단면 개략도.
도 3은 본 발명인 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 주요부분에 대한 단면 개략도.
도 4는 본 발명인 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 주요부분인 제1 실린더를 전개한 부분 평면개략도.
도 5는 본 발명인 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 유체유동제어장치의 평단면 및 부분상세단면 개략도.
도 6은 본 발명인 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 유체유동제어장치의 주요부분에 대한 정단면 개략도.
도 7은 본 발명인 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 유체유동제어장치의 평단면 개략도.
도 8은 본 발명인 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 유체유동제어장치의 주요부분에 대한 평단면 상세개략도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브의 유체유동제어장치의 주요부분에 대한 정단면 상세개략도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 초고압의 유체 압력을 조절시 구비되어 사용되는 컨트롤밸브에 관한 것으로, 유체 압력 조절시 발생할 수 있는 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위하여 이루어진 유체유동제어장치를 포함하는 컨트롤밸브에 관한 것이다.
이하, 실시 예를 나타낸 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 유체유동제어장치(100)는 컨트롤밸브를 포함한 어떠한 유체처리장치 내에도 응용되어 장착될 수 있는 것이다.
도 1돠 도 2에 나타낸 바와 같이, 유체의 유동제어장치(100)는 유체 처리 장치의 일종인 컨트롤 밸브 내에 유입구(10)와 유출구(20) 사이에 설치된다. 한편, 밸브 내의 유입구(10) 및 유출구(20)의 방향은 밸브의 특성 및 사용되는 유체의 종류에 따라 변경 가능하다. 또한, 밸브의 유량은 스템(30)에 의해 연결된 플러그(40)가 상하운동에 따라서 조절된다.
이러한 상기 유체유동제어장치(100)에 대하여 일 실시 예를 나타낸 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
상기 유체유동제어장치(100)는, 다수개의 제1 유로(111)가 형성된 제1 실린더(110)와, 상기 제1 실린더(110)의 외측으로 완충 챔버부(130)가 형성되도록 이격되게 설치되는 다수개의 제2 유로(121)가 형성된 제2 실린더(120)와, 상기 완충 챔버부(130)에 위치하며, 제2 유로(121) 부위에 설치되는 콘(con) 형태로 이루어진 완충확산장치(140)을 포함한다.
상기 제1 실린더(110)와 제2 실린더(120)는 동심원을 가지도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제1 실린더(110)에 형성된 제1 유로(111)는 실시 예를 도시한 도 4와 같이 원형으로 이루어진 원형유로(112)와 밑면으로부터 경사지게 형성된 장홀로 이루어진 경사유로(113)가 조합형태로 보통 이루어진다(도 4는 제1 실린더(110)를 전개한 부분 전개면도임).
상기 제2 실린더(120)에는 다수의 제2 유로(121)가 형성되며, 상기 제2 유로(121)에는 완충확산장치(140)의 설치를 위한 안착홈(122)이 구비된다. 이는 완충확산장치(140)가 제2 유로(121)에 설치됨으로써 제2 유로(121)를 통해 유입되는 유체는 완충확산장치(140)를 통과하게 된다.
이러한 상기 제2 실린더(120)는 보통 도 7과 같이 제2 부분실린더(120a)와 제2 부분실린더(120b)와 같이 다수개로 분할된 구조로 이루어져, 조립 및 설치가 용이할 수 있도록 한다.
상기 완충 챔버부(130)는 제1 실린더(110)와 제2 실린더(120) 사이에 발생하는 공간으로 이루어지며, 이 완충 챔버부(130) 내에 다수의 완충확산장치(140)가 설치된다.
이러한 상기 완충 챔버부(130)는 완충확산장치(140)를 통과한 유체가 안정되도록 하는 공간으로 이용된다.
상기 완충확산장치(140)는 실시 예를 나타낸 도 5와 같이 다수개가 제1 실린더(110)의 중심을 기준으로 하여 등간격으로 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 완충확산장치(140)는 제2 실린더(120)의 내주면에 형성된 안착홈(122)에 설치됨으로써 제1 실린더(110)의 중심을 기준으로 하여 등간격으로 배치될 수 있도록 하며, 상기 제2 실린더(120)의 내주면에 형성된 안착홈(122)은 상기와 같이 완충확산장치(140)를 설치할 수 있도록 형성되는 것은 당연할 것이다.
또한 안착홈(122)은 제2 유로(121)에 형성되어 제2 유로(121)를 통해 유입되는 유체가 완충확산장치(140)를 통과할 수 있도록 한다(도 8 참조).
상기 완충확산장치(140)는 보통 코일 스프링으로 형성되며, 바람직하게는 콘(con) 형태의 코일 스프링으로 형성된다.
이와 같이 이루어진 콘(con) 형태의 코일 스프링으로 형성된 완충확산장치(140)는 제2 유로(121)를 통해 유입되는 유체는 실시 예인 도 8과 같이 코일 스프링의 내면과 충돌을 하는 한편, 코일 스프링 사이에 형성되는 틈새를 통하여 외측인 완충 챔버부(130)로 이동한다.
상기 제2 유로(121)를 통해 유입되는 유체의 일부는 완충확산장치(140)인 코일 스프링과 충돌을 함으로써 캐비테이션과 워터해머링이 감소하게 되며, 유체의 확산에 따른 체적 변화를 효율적으로 수용하여 유체의 유속 및 압력을 효과적으로 감소할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 것으로,
상기 유체유동제어장치(100)에는 완충확산장치(140)가 구비되는 완충 챔버부(130)가 복수개가 형성될 수도 있다.
즉, 다수개의 완충 챔버부(130)가 형성되도록 제2 실린더(120)의 외측으로 이격되게 제3 실린더(160)를 형성하고, 상기 다수개의 완충 챔버부(130) 각각에 다수의 완충확산장치(140)를 설치한다.
10 : 유입구 20 : 유출구
30 : 스템 40 : 플러그
100 : 유체유동제어장치
110 : 제1 실린더
120 : 제2 실린더
130 : 완충 챔버부
140 : 완충확산장치

Claims (4)

  1. 다수의 실린더로 이루어지는 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브에 있어서,
    상기 유체유동제어장치(100)는,
    다수개의 제1 유로(111)가 형성된 제1 실린더(110)와;
    상기 제1 실린더(110)의 외측으로 완충 챔버부(130)가 형성되도록 이격되게 설치되는 다수개의 제2 유로(121)가 형성된 제2 실린더(120)와;
    상기 완충 챔버부(130)에 위치하며, 제2 유로(121) 부위에 설치되는 콘(con) 형태로 이루어진 완충확산장치(140)을 포함함을 특징으로 하는 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충확산장치(140)는 코일 스프링으로 이루어지는 한편,
    상기 제2 유로(121)를 통하여 유입되는 유체가 코일 스프링 내측으로 유입어 코일 스프링 외측으로 유출되도록 이루어짐을 특징으로 하는 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유체유동제어장치(100)에는 완충확산장치(140)가 구비되는 완충 챔버부(130)가 복수개가 형성됨을 특징으로 하는 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 실린더(120)의 내주면 측으로 제2 유로(121)로 유입되는 유체가 완충확산장치(140)를 거치도록 제2 유로(121) 부위에 완충확산장치(140)를 설치하기 위한 안착홈(122)이 구비됨을 특징으로 하는 캐비테이션과 워터해머링 방지를 위한 유체유동제어장치를 구비하는 컨트롤밸브.
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