KR20180051171A - 캐비테이션 저감형 디스크 및 이를 갖는 버터플라이 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브몸체의 유로를 개폐하는 디스크를 전면판과 후면판으로 분할하여 구성하고 그 사이에 유체가 유동할 수 있는 다수의 유로구멍이 관통되게 형성되어 있는 다공판을 개재하여, 디스크의 개방 작동 초기에 저개도에서 다공판의 유로구멍을 통해서도 유체가 유동할 수 있도록 하여 캐비테이션 현상을 저감시킬 수 있도록 한 캐비테이션 저감형 디스크 및 이를 갖는 버터플라이 밸브에 관한 것으로, 본 발명에 따른 캐비테이션 저감형 디스크는, 밸브의 구동부와 연결되어 회전하면서 밸브몸체의 유로를 개폐하는 밸브의 디스크에 있어서, 서로 일정 거리 이격되어 나란하게 설치되는 원반형의 전면판 및 후면판과; 상기 전면판과 후면판 사이에 개재되어 전면판과 후면판과 함께 회전하며, 외주면의 일단부에서부터 타단부까지 관통되게 형성되어 유로가 개방될 때 유체가 흐르게 되는 복수개의 유로구멍을 구비한 다공판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캐비테이션 저감형 디스크 및 이를 갖는 버터플라이 밸브{Disk for Reducing Cavitation and Butterfly Valve Having the Same}

본 발명은 버터플라이 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브몸체의 유로를 개폐하는 디스크를 전면판과 후면판으로 분할하여 구성하고 그 사이에 유체가 유동할 수 있는 다수의 유로구멍이 관통되게 형성되어 있는 다공판을 개재하여, 개방 작동 초기에 다공판의 유로구멍을 통해서도 유체가 유동할 수 있도록 하여 캐비테이션 현상을 저감시킬 수 있도록 한 캐비테이션 저감형 디스크 및 이를 갖는 버터플라이 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 버터플라이 밸브는 원반형의 디스크를 회전시켜 유로를 개폐하는 구조로 이루어지는데, 주로 상수도, 하수도, 건물 등에 많이 사용된다. 이러한 버터플라이 밸브는 디스크가 닫힌 상태에서 열리기 시작할 경우에나 또는 비교적 적은 각도로 개방되어 유체의 흐름을 조절할 경우에 디스크 부분에서 유속이 급속히 증가하여 디스크 후면의 압력이 포화증기압 이하로 급격히 저하되고, 이에 따라 유체(물)내의 공기가 기포로 변하게 되는 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생하게 된다.

이러한 캐비테이션 현상은 소음 및 진동을 발생시키고, 디스크 및 관로를 침식시키는 문제점을 발생시키게 된다. 이러한 캐비테이션 현상을 저감시키기 위해서는 밸브의 디스크가 저개도(底開度)로 변화될 때 디스크 면과 면접되는 유체의 유속 흐름이 분산되도록 유도하여 유속을 저하시키는 기술이 개발이 요구된다.

대한민국 등록실용신안 제0256367호(2001년 11월 22일 등록)에는 디스크의 정면 상측부에 다수개의 통공을 갖는 원호형 다공 압력감쇄판을 설치하고, 디스크의 배면 하측부에 다수개의 유로 유도판이 고정됨과 아울러 다수개의 통공을 가지는 활형 다공 압력감쇠판을 부착하여, 유체가 상기 압력감쇄판과 유로유도판을 통과하면서 확산(diffuse)되도록 하여 유체의 유속을 떨어뜨리고, 이로써 밸브 내의 수압이 포화증기압 이하로 떨어지지 않도록 조절하여 캐비테이션 현상을 방지할 수 있도록 한 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기한 선 등록고안은 디스크에 다수의 통공과 유로를 갖는 유로유도판과 압력감쇠판 등 비교적 복잡한 구조체를 별도로 설치해야 하므로 구조가 복잡하고, 제조공정이 복잡하여 실제 양산에는 많은 문제점을 가지고 있다.

등록실용신안 제20-0256367호(2001년 11월 22일 등록) 등록실용신안 제20-0257281호(2001년 11월 30일 등록)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 밸브몸체의 유로를 개폐하는 디스크를 전면판과 후면판으로 분할하여 구성하고 그 사이에 유체가 유동할 수 있는 다수의 유로구멍이 관통되게 형성되어 있는 다공판을 개재하여, 디스크의 개방 작동 초기에 저개도에서 다공판의 유로구멍을 통해서도 유체가 유동할 수 있도록 하여 캐비테이션 현상을 저감시킬 수 있도록 한 캐비테이션 저감형 디스크 및 이를 갖는 버터플라이 밸브를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캐비테이션 저감형 디스크는, 밸브의 구동부와 연결되어 회전하면서 밸브몸체의 유로를 개폐하는 밸브의 디스크에 있어서, 서로 일정 거리 이격되어 나란하게 설치되는 원반형의 전면판 및 후면판과; 상기 전면판과 후면판 사이에 개재되어 전면판과 후면판과 함께 회전하며, 외주면의 일단부에서부터 타단부까지 관통되게 형성되어 유로가 개방될 때 유체가 흐르게 되는 복수개의 유로구멍을 구비한 다공판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 캐비테이션 저감형 디스크를 갖는 본 발명의 버터플라이 밸브는, 전방면과 후방면이 개방되게 형성되어 유체가 흐르는 관로 상에 연결되는 밸브몸체와; 상기 밸브몸체 내측에 회전 가능하게 설치된 상기 디스크와; 상기 밸브몸체의 외측에서 회전축을 매개로 상기 디스크에 연결되어 디스크에 회전력을 전달하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 디스크가 회전하여 유로가 개방되면 디스크의 전면과 후면을 통해 유체가 유동함과 동시에 디스크의 가운데에 배치된 다공판의 유로구멍을 통해서도 유체가 흘러 나가게 되기 때문에 디스크의 전면과 후면에서의 유속 차이가 줄어들게 되어 캐비테이션 현상이 저감될 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감형 디스크가 적용된 버터플라이 밸브를 나타낸 종단면도로, 도 1은 유로가 폐쇄된 상태이고, 도 2는 유로가 개방된 상태를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 디스크의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐비테이션 저감형 디스크의 종단면도이다.
도 5는 도 4의 I-I 선 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐비테이션 저감형 디스크의 횡단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 캐비테이션 저감형 디스크 및 이를 갖는 버터플라이 밸브의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감형 디스크가 적용된 버터플라이 밸브를 나타낸 것으로, 본 발명의 버터플라이 밸브는, 유체가 흐르는 관로 상에 연결되는 밸브몸체(10)와, 상기 밸브몸체(10) 내측에 회전 가능하게 설치된 디스크(20)와, 상기 밸브몸체(10)의 외측에서 회전축(31)을 매개로 상기 디스크에 연결되어 디스크에 회전력을 전달하는 구동부를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 밸브몸체(10)는 전방면과 후방면이 개방되게 형성된 원통형으로 이루어지진다. 상기 밸브몸체(10)의 개방된 전방면은 유체의 공급처와 연결되는 배관에 연결되는 유입구를 이루고, 밸브몸체(10)의 개방된 후방면은 유체의 사용처와 연결되는 배관에 연결되는 배출구를 이룬다.

상기 밸브몸체(10)의 내측 공간의 내주면에는 상기 디스크(20)의 외주면과 맞접촉하면서 개폐 작용을 하는 시트(seat)(11)가 형성되어 있다.

상기 디스크(20)는 전체적으로 원반형으로 이루어져, 상기 구동부에 의해 회전축(31)을 중심으로 좌우로 일정 각도로 회전하면서 밸브몸체(10) 내의 유로를 개폐한다. 상기 디스크(20)는 저개도에서 디스크(20) 내부를 통해서도 유체가 유동할 수 있도록 구성되어 디스크(20)의 전방과 후방에서의 유속 차이를 줄여 캐비테이션 현상을 저감할 수 있는 구조를 갖는다. 이에 대해서는 아래에 더욱 상세히 설명한다.

상기 구동부는 상기 디스크(20)의 상단에 연결되는 회전축(31)의 상단부에 설치되는 종동기어(32)와, 상기 밸브몸체(10)의 외부에서 상기 종동기어(32)에 맞물리는 구동기어(33)와, 상기 구동기어(33)의 중심에 연결되어 외부에서 가해지는 외력에 의해 회전하는 스템(34)을 포함한다.

상기 스템(34)에는 사용자가 스템(34)을 용이하게 회전시킬 수 있도록 하기 위하여 핸들(35)이 장착된다.

이 실시예에서 상기 종동기어(32)와 구동기어(33)는 베벨기어가 적용되지만, 이외에도 다양한 종류의 기어 또는 동력전달기구가 사용될 수 있으며, 회전축(31)이 스템(34)과 직접 연결되어 회전하게 구성될 수도 있을 것이다.

전술한 것과 같이 상기 디스크(20)는 개방 상태에서 디스크(20)의 내부를 통해서도 유체가 유동할 수 있도록 구성되어 저개도 개방 상태에서 디스크(20)의 전면과 후면에서의 유속 차이를 줄여 캐비테이션 현상을 저감할 수 있도록 구성되어 있다.

좀 더 구체적으로, 상기 디스크(20)는 서로 일정 거리 이격되어 나란하게 설치되는 원반형의 전면판(21) 및 후면판(22)과, 상기 전면판(21)과 후면판(22) 사이에 개재되는 다공판(23)을 포함한다.

상기 전면판(21)과 후면판(22)은 서로 직경이 동일한 원반형으로 이루어지며, 상기 다공판(23)의 전면과 후면에 각각 고정되게 결합된다. 도 6에 도시한 것과 같이 상기 전면판(21) 또는 후면판(22)의 외주면에는 시트(11)와 밀착되면서 수밀 작용을 하도록 고무 또는 실리콘 재질로 된 링 형태의 실링재(40)가 장착될 수 있다. 상기 실링재(40)는 전면판(21)과 후면판(22) 중 어느 하나에만 설치될 수도 있고, 도 1 및 도 2에 도시한 것과 같이 상기 시트(11)에 설치될 수도 있다.

상기 다공판(23)은 상기 전면판(21) 및 후면판(22)과 대응하는 직경의 원반형으로 이루어지며, 상단부가 상기 회전축(31)과 결합되어 상기 전면판(21) 및 후면판(22)과 함께 회전축(31)을 중심으로 밸브몸체(10)에 대해 회전한다.

상기 다공판(23)에는 외주면의 일단부에서부터 타단부까지 복수개의 유로구멍(24)이 관통되게 형성되어, 디스크(20)가 회전하여 유로가 개방될 때 상기 유로구멍(24)을 통해 유체가 흐르게 된다. 따라서 디스크(20)가 개방되어 유체가 디스크(20)의 전면과 후면을 통해 유동하기 시작할 때, 상기 다공판(23)의 유로구멍(24)을 통해서도 유체가 흘러 나가게 되기 때문에 디스크(20)의 전면과 후면에서의 유속 차이가 줄어들게 되어 캐비테이션 현상이 저감될 수 있게 된다.

상기 유로구멍(24)을 통해 유체가 원활하게 유동할 수 있도록 하기 위하여 상기 유로구멍(24)은 지면(地面)에 대해 수평하게 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 유로구멍(24)은 다공판(23)의 상부에서 하부까지 일정한 간격으로 배열될 수도 있으나, 지그재그 형태로 배열될 수도 있고, 불규칙적인 간격으로 배열될 수도 있다. 또한 유로구멍(24)은 원형 단면 형태를 가질 수도 있지만, 반원형 또는 다각형 등 불규칙적인 단면 형태가 혼재되어 구성될 수도 있다.

또한 도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이, 상기 유로구멍(24)의 내측에 유동 저항을 저감시키기 위한 자기윤활성 수지 재료로 된 가이드튜브(25)가 삽입될 수 있다. 상기 가이드튜브(25)는 자기윤활성이 우수한 PTFE 등을 적용하여 만들어질 수 있다. 또한 상기 가이드튜브(25)를 통해 유체가 유동할 때 표면 저항을 더 감소시켜 유체가 더욱 원활하게 흐를 수 있도록 상기 가이드튜브(25)의 내측면에 길이방향을 따라 길게 연장된 복수의 미세돌기(26)가 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성될 수도 있다. 상기 미세돌기(26)는 대략 삼각형 단면 형태를 갖는 것이 바람직하다.

또한 디스크(20)의 저개도 개방시 유체가 상기 다공판(23)의 유로구멍(24) 내측으로 더 잘 유도될 수 있도록 하기 위하여 도 6에 도시한 것과 같이, 상기 다공판(23)의 외주면은 반경방향 내측으로 오목한 반원형의 홈 형태로 된 것이 바람직하다.

이외에도 상기 디스크(20)가 개방될 때 저개도에서 다공판(23)의 유로구멍(24)을 통해 유체가 더욱 원활하게 흐를 수 있도록 다양한 형태와 구조로 유로구멍(24)이 형성될 수 있을 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 버터플라이 밸브는 다음과 같이 작동한다.

도 1에 도시된 것과 같이 유로가 폐쇄된 상태에서 사용자가 핸들(35)을 잡고 일 방향으로 돌리면 스템(34)이 회전하게 되고, 스템(34)에 결합된 구동기어(33)와 종동기어(32) 간의 작용에 의해 회전축(31)이 회전하게 된다.

상기 회전축(31)이 회전함에 따라 회전축(31)과 결합되어 있는 디스크(20)가 회전하면서 유로가 개방되고, 유체가 디스크(20)를 통과하여 흐르게 된다. 이 때 유체의 일부가 상기 디스크(20)의 다공판(23)에 형성된 유로구멍(24)을 통해 유동하게 된다. 상기 유로구멍(24)을 통해 유동한 유체는 디스크(20)의 끝단에서 디스크(20)의 전면과 후면을 각각 통과하는 유체와 합류한 다음 후방으로 흘러가게 된다. 따라서 상기 다공판(23)의 유로구멍(24)을 통해 유동하는 유체에 의해 디스크(20)의 전방과 후방에서의 유속 차이가 상쇄되어 캐비테이션 현상을 저감시킬 수 있다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

10 : 밸브몸체 11 : 시트(seat)
20 : 디스크 21 : 전면판
22 : 후면판 23 : 다공판
24 : 유로구멍 25 : 가이드튜브
26 : 미세돌기 31 : 회전축
32 : 종동기어 33 : 구동기어
34 : 스템 35 : 핸들
40 : 실링재

Claims (9)

1. 밸브의 구동부와 연결되어 회전하면서 밸브몸체의 유로를 개폐하는 밸브의 디스크에 있어서,
   서로 일정 거리 이격되어 나란하게 설치되는 원반형의 전면판(21) 및 후면판(22)과;
   상기 전면판(21)과 후면판(22) 사이에 개재되어 전면판(21)과 후면판(22)과 함께 회전하며, 외주면의 일단부에서부터 타단부까지 관통되게 형성되어 유로가 개방될 때 유체가 흐르게 되는 복수개의 유로구멍(24)을 구비한 다공판(23);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저감형 디스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 다공판(23)의 유로구멍(24)은 지면(地面)에 대해 수평하게 형성된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저감형 디스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 다공판(23)의 유로구멍(24)은 불규칙적인 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저감형 디스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 유로구멍(24)의 내측에 유동 저항을 저감시키기 위한 자기윤활성 수지 재료로 된 가이드튜브(25)가 삽입된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저감형 디스크.
5. 제4항에 있어서, 상기 가이드튜브(25)의 내측면에 길이방향을 따라 길게 연장된 복수의 미세돌기(26)가 원주방향을 따라 일정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저감형 디스크.
6. 제1항에 있어서, 상기 다공판(23)의 외주면은 반경방향 내측으로 오목한 반원형의 홈 형태로 된 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저감형 디스크.
7. 제1항에 있어서, 상기 전면판(21) 또는 후면판(22)의 외주면을 따라 설치되는 링 형태의 실링재(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션 저감형 디스크.
8. 전방면과 후방면이 개방되게 형성되어 유체가 흐르는 관로 상에 연결되는 밸브몸체(10)와;
   상기 밸브몸체(10) 내측에 회전 가능하게 설치된 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 디스크와;
   상기 밸브몸체(10)의 외측에서 회전축(31)을 매개로 상기 디스크에 연결되어 디스크에 회전력을 전달하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.
9. 제8항에 있어서, 상기 구동부는, 상기 디스크의 다공판(23)의 상단에 연결되는 회전축(31)의 상단부에 설치되는 종동기어(32)와, 상기 밸브몸체(10)의 외부에서 상기 종동기어(32)에 맞물리는 구동기어(33)와, 상기 구동기어(33)에 연결되어 외부에서 가해지는 외력에 의해 회전하는 스템(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.
   

Images