KR20180069369A - Flow control valve with shutter having taper shaped flow channel - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a flow rate control valve, and more specifically, relates to the flow rate control valve which reduces driving force of a shutter by applying the shutter having a tapered flow path. The present invention comprises: a housing defining an appearance; an inlet plug mounted to the housing and defining an inlet through which fluid is introduced; a shutter which forms the tapered flow path through which the fluid introduced through the inlet plug passes and which can move up and down along a central shaft of the shutter by operation of a driving apparatus; and an outlet through which the fluid which has passed through the flow path of the shutter flows out. Further, the present invention is characterized in which a flow rate is adjusted according to movement of the shutter.

Description

테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브{FLOW CONTROL VALVE WITH SHUTTER HAVING TAPER SHAPED FLOW CHANNEL}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a flow control valve having a shutter with a tapered flow path formed therein,

본 발명은 유량조절밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 적용함으로써 셔터의 구동력을 감소시킨 유량조절밸브에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a flow rate control valve, and more particularly, to a flow rate control valve that reduces a driving force of a shutter by applying a shutter having a tapered flow path.

저온, 상온, 고온의 액체 및 기체를 공급하는 유량조절밸브의 공급유량을 제어하여 발생추력을 제어하는 추력발생시스템에서 유량조절밸브의 공급유량을 제어하는 방식은, 유량이 통과하는 노즐 및 오리피스 전단의 공급압력을 조절하는 방식과 실시간으로 변화하는 공급압력에 따라 노즐 및 오리피스의 면적의 크기를 조절하는 방식이 있다. 이중 다양한 추력발생시스템에 적용 가능하고, 간결한 시스템 구성 및 빠른 응답속도 등의 이유로 후자의 방식이 많이 사용되고 있는 추세이다.A method for controlling the flow rate of the flow rate control valve in a thrust generation system for controlling the flow rate of the flow rate control valve for supplying low temperature, room temperature, high temperature liquid and gas, and controlling the generation thrust is a method in which the flow rate of the nozzle and the orifice shear And a method of adjusting the area of the nozzle and the orifice according to the supply pressure varying in real time. The latter method can be applied to various thrust generating systems, and the latter method is widely used because of the simple system configuration and quick response speed.

도 1은 종래의 유량조절밸브의 단면도로, 이에 도시된 바와 같이 유량조절밸브(100)는 입구플러그(12)를 통해 유입된 유체가 셔터(10)에 형성된 유로(11)를 통과하여 출구플러그(13)를 통해 빠져나가도록 구성되어 있으며, 이때 셔터(10)가 구동장치에 의해 셔터구동축(A1)으로 직선 이동함으로써 유로(11)에 형성된 오리피스(orifice)의 면적을 조절하여 공급유량을 제어한다.FIG. 1 is a sectional view of a conventional flow control valve. As shown in FIG. 1, the flow control valve 100 is configured such that a fluid introduced through an inlet plug 12 passes through a flow path 11 formed in the shutter 10, The shutter 10 is linearly moved to the shutter driving axis A1 by the driving device so that the area of the orifice formed in the flow path 11 is controlled to control the supply flow rate do.

그런데 상기와 같은 종래의 유량조절밸브는 공급유량을 조절하기 위해 셔터를 구동할 때, 도 6의 (a)와 같은 유체의 흐름에 의해, 도 7의 (a)와 같이 유체가 정체되는 유로의 하측내면에는 정체압력이 형성되고, 반면에 유체가 정체되지 않고 흐르는 유로의 상측내면에는 정체압력이 형성되지 않고, 정체압력보다 상대적으로 낮은 압력이 형성되어 압력의 분포가 하측으로 치우치는 현상이 발생하게 된다.However, in the conventional flow rate control valve, when the shutter is driven to adjust the supply flow rate, the flow of the fluid as shown in FIG. 7 (a) A stagnation pressure is formed on the lower inner surface while a stagnation pressure is not formed on the upper inner surface of the flow passage without fluid stagnation and a pressure lower than the stagnation pressure is formed and the distribution of the pressure is biased downward do.

따라서 이와 같은 압력차이로 인해 셔터에 셔터의 구동을 방해하는 방향으로의 힘이 지속적으로 가해지게 된다. 그러므로 셔터를 구동하기 위해서는 상기 힘보다 큰 힘이 필요하며, 이는 필요한 공급유량이 증가하면 증가할수록 더욱더 큰 힘이 필요하게 된다.Therefore, due to such a pressure difference, the force in the direction to obstruct the shutter is continuously applied to the shutter. Therefore, in order to drive the shutter, a force larger than the force is required, which requires more force as the required supply flow rate increases.

다시 말해, 유로가 형성된 셔터의 구동에 의해 오리피스의 면적을 조절하여 공급유량을 제어하는 방식의 유량조절밸브는 필요한 공급유량이 증가함에 따라 필요한 셔터의 구동력도 증가하게 되고, 이로 인해 셔터를 구동하는 구동장치의 크기도 따라서 커지게 되며 이는 전체적인 시스템의 크기 증가를 야기하게 된다.In other words, the flow rate control valve of the type that controls the supply flow rate by adjusting the area of the orifice by driving the shutter in which the flow path is formed increases the driving force of the required shutter as the required supply flow amount increases, The size of the driving apparatus becomes large accordingly, which causes an increase in the size of the overall system.

대한민국등록특허공보 제10-0775106호Korean Registered Patent No. 10-0775106

이에 상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 적용함으로써 셔터의 구동력을 감소시킨 유량조절밸브를 제공하는 데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a flow control valve with reduced shutter driving force by applying a shutter having a tapered flow path.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유량조절밸브는 외관을 형성하는 하우징; 상기 하우징에 장착되고, 유체가 유입되는 입구를 형성하는 입구플러그; 상기 입구플러그를 통해 유입된 상기 유체가 통과하는 테이퍼형 유로를 형성하고, 구동장치의 작동에 의해 셔터중심축으로 상하 직선 이동이 가능한 셔터; 상기 테이퍼형 유로를 통과한 상기 유체가 유출되는 출구를 형성하는 출구플러그;를 포함하고, 상기 셔터의 이동에 따라 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a flow control valve comprising: a housing defining an outer tube; An inlet plug mounted in the housing and defining an inlet through which fluid is introduced; A shutter capable of forming a tapered flow path through which the fluid introduced through the inlet plug passes and being vertically movable along the center axis of the shutter by operation of the driving device; And an outlet plug for forming an outlet through which the fluid that has passed through the tapered flow path flows out, and the flow rate is adjusted according to the movement of the shutter.

또한, 상기 입구플러그의 중심축과 상기 출구플러그의 중심축은 일직선상에 위치하고, 상기 셔터중심축과는 수직을 이루며, 상기 테이퍼형 유로의 중심축과는 평행하거나 일직선상에 위치하는 것을 특징으로 한다.The central axis of the inlet plug and the central axis of the outlet plug are located on a straight line, perpendicular to the shutter center axis, and parallel to the central axis of the tapered flow path or located on a straight line .

또한, 상기 테이퍼형 유로의 내경은 상기 유체의 이동방향으로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 한다.Further, the inner diameter of the tapered flow path is smaller as the fluid moves in the moving direction.

또한, 상기 테이퍼형 유로의 최대 내경은 상기 입구플러그의 내경보다 큰 것을 특징으로 한다.The maximum inner diameter of the tapered flow path is larger than the inner diameter of the inlet plug.

또한, 상기 테이퍼형 유로의 최소 내경은 상기 출구플러그의 내경과 동일한 것을 특징으로 한다.The minimum inner diameter of the tapered flow path is the same as the inner diameter of the outlet plug.

또한, 상기 테이퍼형 유로의 내측면이 상기 유로의 중심축과 이루는 각도가 10~16도인 것을 특징으로 한다.The inner surface of the tapered flow path forms an angle of 10 to 16 degrees with the central axis of the flow path.

또한, 상기 셔터의 스트로크는 상기 셔터의 외측면이 상기 입구플러그에서 상기 테이퍼형 유로로 유입되는 상기 유체를 막지 않는 최대거리인 것을 특징으로 한다.Further, the stroke of the shutter is a maximum distance at which the outer surface of the shutter does not block the fluid flowing into the tapered flow path from the inlet plug.

또한, 상기 최대거리는 상기 유로의 최대 내경과 상기 입구플러그의 내경의 차이의 절반 길이인 것을 특징으로 한다.The maximum distance is a half of the difference between the maximum inner diameter of the flow path and the inner diameter of the inlet plug.

또한, 상기 셔터가 상기 중심축을 따라 상하 직선 이동하도록 상기 하우징의 내부에 장착되고, 상기 셔터의 외측면 둘레를 감싸도록 형성된 가이드유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The guide unit may further include a guide unit mounted inside the housing such that the shutter moves up and down along the central axis, and is configured to surround the outer surface of the shutter.

또한, 상기 가이드유닛은, 상기 셔터의 상측 외측면 둘레를 감싸는 부싱; 및 상기 부싱의 하측방향으로 상기 셔터의 외측면 둘레를 감싸는 셔터가이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The guide unit may include: a bushing surrounding an upper outer circumference of the shutter; And a shutter guide surrounding the outer periphery of the shutter in a downward direction of the bushing.

또한, 상기 셔터에는 외측면 둘레를 따라 음각으로 삽입홈이 형성되어 있고, 상기 삽입홈에는 실링용부재가 삽입된 것을 특징으로 한다.Further, the shutter has an insertion groove formed at an oblique angle along the outer circumference, and a sealing member is inserted into the insertion groove.

또한, 상기 삽입홈에 삽입된 실링용부재는, 상기 테이퍼형 유로를 기준으로 상측 및 하측에 각각 복수 개가 서로 일정거리 이격되어 형성된 것을 특징으로 한다.A plurality of sealing members inserted into the insertion groove are spaced apart from each other by a predetermined distance on the upper side and the lower side with respect to the tapered flow path.

또한, 상기 부싱 및 상기 실링용부재는 그라파이트 재질인 것을 특징으로 한다.Further, the bushing and the sealing member are graphite materials.

본 발명은 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 적용함으로써 유체의 흐름에 의한 압력분포가 일측으로 치우치지 않도록 한다. 이로 인해 양측의 압력에 의해 발생한 힘이 서로 상쇄됨으로써 셔터의 구동을 방해하는 힘의 크기를 감소시키는 효과가 있다.In the present invention, by applying a shutter having a tapered flow path, the pressure distribution due to the flow of the fluid is prevented from being deviated to one side. As a result, forces generated by the pressure of both sides cancel each other, thereby reducing the magnitude of the force that hinders the shutter.

또한, 테이퍼형 유로로 인해 셔터에 가해지는 힘이 셔터의 구동을 방해하는 셔터구동축 방향의 성분과 유체의 흐름 방향의 성분으로 분리됨으로써, 셔터의 구동을 방해하는 힘의 크기가 감소하는 효과가 있다.Further, the force applied to the shutter by the tapered flow path is separated into the component in the direction of the shutter drive shaft and the component in the flow direction of the fluid, which interrupts the drive of the shutter, thereby reducing the magnitude of the force interfering with the drive of the shutter .

또한, 그라파이트 재질의 부싱과 실링용부재를 적용함으로써 셔터 구동 시 발생하는 마찰력을 최소화하는 효과가 있다.Further, by applying a bushing and a sealing member made of a graphite material, there is an effect of minimizing the frictional force generated when the shutter is driven.

따라서 상기와 같은 효과들로 인해 셔터구동력을 감소시켜 작은 힘으로도 셔터의 구동이 가능하도록 함으로써 작은 크기의 구동장치를 적용할 수 있으며, 이를 통해 전체적인 시스템의 크기를 줄이는 등 경제적인 측면에서 우수하며 나아가 셔터구동력의 감소로 인해 정밀한 제어가 가능한 효과가 있다.Therefore, the shutter driving force can be reduced and the shutter can be driven even with a small force by virtue of the above-described effects, so that a small-sized driving apparatus can be applied. Thus, the overall size of the system can be reduced, Furthermore, there is an effect that precise control can be performed due to a decrease in the shutter driving force.

도 1은 종래의 유량조절밸브의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 유량조절밸브의 셔터의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 유량조절밸브의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 유량조절밸브의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 유량조절밸브의 셔터에 형성된 테이퍼형 유로의 단면도이다.
도 6은 종래의 유량조절밸브와 본 발명의 유량조절밸브의 구동 시 속도를 비교하는 CFD 결과이다.
도 7은 종래의 유량조절밸브와 본 발명의 유량조절밸브의 구동 시 압력을 비교하는 CFD 결과이다.1 is a cross-sectional view of a conventional flow control valve.
2 is a schematic view of the shutter of the flow rate control valve of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the flow control valve of the present invention.
4 is a cross-sectional view of the flow control valve of the present invention.
5 is a sectional view of a tapered flow path formed in the shutter of the flow control valve of the present invention.
FIG. 6 is a CFD result comparing speeds of the conventional flow rate control valve and the flow rate control valve of the present invention.
7 is a CFD result comparing the pressures of the conventional flow rate control valve and the flow rate control valve of the present invention.

이하, 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in order to fully understand the present invention. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals in the drawings. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 2는 본 발명의 테이퍼형 유로(21)가 형성된 셔터(20)의 모식도이고, 도 3 내지 도 5는 테이퍼형 유로(21)가 형성된 셔터(20)를 구비한 유량조절밸브(200)의 단면도이며, 도 6 내지 도 7은 종래의 유량조절밸브(100)와 본 발명의 유량조절밸브(200)의 구동 시 유체의 흐름 속도와 유체의 흐름에 의한 압력분포를 보여주는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 결과이다.2 is a schematic view of a shutter 20 in which a tapered flow path 21 of the present invention is formed and FIGS. 3 to 5 are schematic views of a flow control valve 200 having a shutter 20 in which a tapered flow path 21 is formed 6 to 7 show CFD (Computational Fluid Dynamics) graphs showing the flow velocity of the fluid and the pressure distribution due to the fluid flow during the operation of the flow control valve 100 of the present invention and the flow control valve 200 of the present invention, Results.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 유량조절밸브(200)를 설명한다.Hereinafter, the flow control valve 200 of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5. FIG.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 유량조절밸브(200)는 외관을 형성하는 하우징(24), 상기 하우징(24)에 장착되고, 유체가 유입되는 입구를 형성하는 입구플러그(22), 상기 입구플러그(22)를 통해 유입된 유체가 통과하는 테이퍼형 유로(21), 상기 테이퍼형 유로(21)를 형성하고, 액츄에이터 등의 구동장치의 작동에 의해 셔터중심축(A1)으로 상하 직선 이동이 가능한 셔터(20), 상기 테이퍼형 유로(21)를 통과한 유체가 유출되는 출구를 형성하는 출구플러그(23)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 3, the flow control valve 200 of the present invention includes a housing 24 defining an outer appearance, an inlet plug 22 mounted on the housing 24 to form an inlet through which fluid flows, The tapered flow path 21 through which the fluid introduced through the inlet plug 22 passes and the tapered flow path 21 are formed and moved up and down by a shutter center axis A1 by the operation of a driving device such as an actuator And an outlet plug (23) for forming an outlet through which the fluid that has passed through the tapered flow path (21) flows out.

입구플러그(22)와 출구플러그(23)는 도 3과 같이 유체가 원활히 유입 또는 유출되도록 입구플러그의 중심축(A3)과 출구플러그의 중심축(A4)이 일직선상에 위치하도록 하우징(24)에 장착된다.The inlet plug 22 and the outlet plug 23 are connected to the housing 24 so that the center axis A3 of the inlet plug and the center axis A4 of the outlet plug are aligned in a straight line, Respectively.

그리고 셔터(20)는 도 2와 같이 일방향성을 갖는 원기둥형으로, 구동장치에 연결되어 구동장치의 작동에 의해 상하 직선 이동함으로써 오리피스(orifice)를 형성하고, 그 면적을 조절할 수 있도록 입구플러그의 중심축(A3) 및 출구플러그의 중심축(A4)과 수직을 이루도록 하우징(24)에 장착된다.As shown in FIG. 2, the shutter 20 has a cylindrical shape with a unidirectional shape. The shutter 20 is connected to a driving device and moves up and down linearly by the operation of the driving device to form an orifice. And is mounted on the housing 24 so as to be perpendicular to the center axis A3 and the center axis A4 of the outlet plug.

또한, 셔터(20)는 입구플러그(22)로 유입된 유체가 유로(21)를 통과한 후 출구플러그(23)로 빠져나갈 수 있도록 유로의 중심축(A2)이 입구플러그의 중심축(A3) 및 출구플러그의 중심축(A4)과 평행하거나 일직선상에 위치하도록 장착된다.The center axis A2 of the flow path is connected to the center axis A3 of the inlet plug so that the fluid that has flowed into the inlet plug 22 can pass through the flow path 21 and then can escape to the outlet plug 23. [ ) And the center axis A4 of the outlet plug.

그리고 동시에 테이퍼형 유로(21)의 내경(D)이 유체의 흐름 방향으로 갈수록 점차 작아지도록 장착되어야 한다.At the same time, the inner diameter D of the tapered flow path 21 must be gradually reduced toward the flow direction of the fluid.

한편, 테이퍼형 유로(21)는 도 2와 같이 원기둥형의 셔터(20)에 형성되어 있고, 중심축(A2)을 기준으로 좌우 대칭을 이루는 것이 바람직하다.On the other hand, the tapered flow path 21 is formed in the cylindrical shutter 20 as shown in Fig. 2, and it is preferable that the tapered flow path 21 is symmetrical with respect to the center axis A2.

그리고 도 5와 같이 테이퍼형 유로(21)의 최대 내경(D1)은 셔터(20)의 구동 시 유체가 유입되는 유로(21)의 입구에 오리피스를 형성하지 않도록 입구플러그(22)의 내경(D3)보다 일정길이 크게 형성되어야 한다.5, the maximum inner diameter D1 of the tapered flow path 21 is set to be larger than the inner diameter D3 of the inlet plug 22 so as not to form an orifice at the inlet of the flow path 21, ).

그리고 테이퍼형 유로(21)의 최소 내경(D2)은 셔터(20)의 구동 시 유체가 유출되는 유로(21)의 출구에 오리피스를 형성하고, 그 면적이 조절되도록 출구플러그(23)의 내경(D4)과 동일한 길이로 형성되는 것이 바람직하다. The minimum inner diameter D2 of the tapered flow path 21 is determined by forming an orifice at the outlet of the flow path 21 through which the fluid flows during operation of the shutter 20 and adjusting the inner diameter of the outlet plug 23 D4, respectively.

여기서 상기 입구플러그(22)의 내경(D3)과 상기 출구플러그(23)의 내경(D4)은 동일한 것이 바람직하다.The inner diameter D3 of the inlet plug 22 and the inner diameter D4 of the outlet plug 23 are preferably the same.

그런데 이때 출구플러그(23)가 도 3과 같이 유체의 흐름방향으로 갈수록 내경이 점차 증가하도록 형성될 수도 있으며, 이러한 경우 상기 출구플러그(23)의 내경(D4)은 최소 내경을 의미한다.3, the inner diameter of the outlet plug 23 may gradually increase toward the fluid flow direction. In this case, the inner diameter D4 of the outlet plug 23 may be the minimum inner diameter.

한편, 유량조절밸브(200)의 셔터(20)의 구동 스트로크는 셔터(20)의 외측면이 입구플러그(22)에서 유로(21)로 유입되는 유체를 막지 않도록 하는 최대거리이다.On the other hand, the driving stroke of the shutter 20 of the flow control valve 200 is the maximum distance at which the outer surface of the shutter 20 does not block the fluid flowing from the inlet plug 22 into the flow path 21.

다시 말해, 상기 최대거리는 도 5와 같이 입구플러그의 중심축(A3), 출구플러그의 중심축(A4) 및 유로의 중심축(A2)이 일직선상에 위치하는 지점을 기준으로, 유로의 최대 내경(D1)과 입구플러그의 내경(D3)의 차이의 절반 길이이며, 상기 스트로크 범위 내에서 셔터(20)가 상하 직선이동하며 구동된다.In other words, the maximum distance is determined based on a point where the center axis A3 of the inlet plug, the center axis A4 of the outlet plug, and the center axis A2 of the flow passage are positioned on a straight line as shown in Fig. 5, Is half the length of the difference between the inner diameter D1 of the inlet plug and the inner diameter D3 of the inlet plug, and the shutter 20 is moved in a linearly moving manner within the stroke range.

이와 같은 스트로크를 갖는 이유를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 도 3의 유량조절밸브(200)의 셔터(20)를 스트로크만큼 셔터중심축(A1)을 따라 하강시킨 것으로, 유체가 빠져나가는 유로(21)의 출구에 오리피스가 형성된 것을 볼 수 있고, 셔터(20)를 스트로크 범위 내에서 상하 직선 이동하면서 상기 오리피스의 면적을 조절하여 유체의 유량을 제어하게 된다.The reason for having such a stroke will be described with reference to FIG. 4 shows that the shutter 20 of the flow control valve 200 of FIG. 3 is lowered along the center axis A1 of the shutter by a stroke and an orifice is formed at the outlet of the flow path 21 through which the fluid exits , And the flow rate of the fluid is controlled by adjusting the area of the orifice while linearly moving the shutter 20 up and down within the stroke range.

그런데 이때 만약 셔터(20)가 스트로크를 초과하여 하강하게 되면 셔터(20)의 외측면이 유체가 유입되는 유로(21)의 입구를 막게 되고, 이로 인해 유로(21)의 입구에 오리피스가 하나 더 형성되게 된다. At this time, if the shutter 20 is lowered beyond the stroke, the outer surface of the shutter 20 closes the inlet of the flow path 21 through which the fluid flows, thereby causing the inlet of the flow path 21 to have one more orifice .

그러면 유체가 입구플러그(22)에서 유로(21)로 유입될 때 한 번, 유로(21)에서 출구플러그(23)로 빠져나갈 때 한 번 더 오리피스를 거치면서 유량이 조절되기 때문에 한 번의 오리피스를 거치면서 유량이 조절될 때보다 유량을 정확하게 조절하기 어려운 문제가 발생하게 된다.This is because when the fluid exits from the flow path 21 to the outlet plug 23 once as the fluid flows into the flow path 21 from the inlet plug 22, the flow rate is adjusted once more through the orifice so that a single orifice It is difficult to precisely control the flow rate when the flow rate is adjusted while the flow rate is controlled.

그러므로 도 4와 같이 유로(21)의 출구에만 하나의 오리피스를 형성하는 것이 유량을 정확하게 조절하기 위해서 가장 바람직하며, 이를 위해 셔터(20)가 입구플러그(22)를 막지 않는 최대거리 즉, 유로의 최대 내경(D1)과 입구플러그의 내경(D3)의 차이의 절반 길이가 셔터(20)의 가장 바람직한 스트로크가 된다.Therefore, it is most preferable to form one orifice only at the outlet of the flow path 21 as shown in FIG. 4, so that the maximum distance at which the shutter 20 does not block the inlet plug 22, that is, The half length of the difference between the maximum inner diameter D1 and the inner diameter D3 of the inlet plug is the most preferable stroke of the shutter 20. [

한편, 유량조절밸브(200)는 셔터(20)가 셔터중심축(A1)을 따라 상하 직선 이동할 수 있도록 하우징(24)의 내부에 장착되어 셔터(20)의 외측면 둘레를 감싸도록 형성된 가이드유닛을 더 포함할 수 있다.The flow control valve 200 is mounted on the inside of the housing 24 so as to move the shutter 20 up and down along the center axis A1 of the shutter, As shown in FIG.

상기 가이드유닛은 도 3과 같이 셔터(20)의 상측 외측면 둘레를 감싸는 부싱(25)과 상기 부싱(25)의 하측방향으로 셔터(20)의 외측면 둘레를 감싸는 셔터가이드(26)를 포함하여 구성되며, 상기 부싱(25)의 도움으로 셔터(20)가 셔터중심축(A1)으로 셔터가이드(26)를 따라 상하 직선 이동이 가능하게 된다. 3, the guide unit includes a bushing 25 surrounding the upper side of the outer side of the shutter 20 and a shutter guide 26 surrounding the outer side of the shutter 20 in the downward direction of the bushing 25 And the bushing 25 enables the shutter 20 to move linearly along the shutter guide 26 in the vertical direction along the shutter center axis A1.

또한, 도 2와 같이 셔터(20)의 외측면 둘레를 따라 음각으로 삽입홈(28)이 형성되어 있고, 삽입홈(28)에 실링용부재(27)가 삽입됨으로써 액체 또는 기체 등의 유체가 셔터(20)와 셔터가이드(26) 사이의 틈으로 유출되지 못하도록 실링하고, 동시에 셔터(20)와 셔터가이드(26)의 사이 마찰력을 감소시키는 효과가 있다. 2, the insertion groove 28 is formed at an oblique angle around the outer surface of the shutter 20. By inserting the sealing member 27 into the insertion groove 28, fluid such as liquid or gas There is an effect that sealing between the shutter 20 and the shutter guide 26 is prevented so as to prevent the shutter 20 from flowing out, and at the same time, the frictional force between the shutter 20 and the shutter guide 26 is reduced.

그리고 이러한 삽입홈(28)에 삽입된 실링용부재(27)는 더욱 효과적인 실링처리와 마찰력의 최소화를 위해, 도 3과 같이 테이퍼형 유로(21)를 기준으로 상측 및 하측 각각에 복수 개가 서로 일정거리 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 3, the sealing member 27 inserted in the insertion groove 28 is formed by a plurality of spaced apart portions on the upper and lower sides with respect to the tapered flow path 21, as shown in FIG. 3, for more effective sealing treatment and minimization of frictional force. It is preferable that they are spaced apart from each other.

그리고 상기 부싱(25)과 상기 실링용부재(27)는 고온의 유체를 공급하는 경우를 대비하거나 셔터(20)와 셔터가이드(26)의 사이 마찰력을 최소화시키기 위해 그라파이트(graphite) 재질인 것이 바람직하다.The bushing 25 and the sealing member 27 are preferably formed of a graphite material in order to prepare for the supply of the high temperature fluid or minimize the frictional force between the shutter 20 and the shutter guide 26 Do.

이하, 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 유량조절밸브(200)를 더 설명한다.Hereinafter, the flow control valve 200 of the present invention will be further described with reference to FIGS. 6 to 7. FIG.

도 6-(a)은 종래의 유량조절밸브(100)의 구동 시 유체의 흐름 및 속도를 보여주는 CFD 결과이고, 도 6-(b)은 본 발명의 유량조절밸브(200)의 구동 시 유체의 흐름 및 속도를 보여주는 CFD 결과이다.6 (a) is a CFD result showing the flow and velocity of fluid during driving of the conventional flow control valve 100, and FIG. 6 (b) CFD results showing flow and speed.

도 7-(a)은 종래의 유량조절밸브(100)의 구동 시 유체의 흐름에 따른 압력분포를 보여주는 CFD 결과이고, 도 7-(b)은 본 발명의 유량조절밸브(200)의 구동 시 유체의 흐름에 따른 압력분포를 보여주는 CFD 결과이다.7 (a) is a CFD result showing the pressure distribution according to the flow of the fluid when the conventional flow control valve 100 is driven. FIG. 7- (b) This is the CFD result showing the pressure distribution according to the fluid flow.

먼저, 종래의 유량조절밸브(100)의 경우 원통형의 유로(11)를 형성하고 있어서 셔터(10)가 하강함에 따라 유체가 유로(11)로 유입되는 입구와 유체가 유로(11)를 빠져나가는 출구에 각각 오리피스가 형성된 것을 볼 수 있다. In the conventional flow rate control valve 100, a cylindrical flow path 11 is formed. As the shutter 10 descends, an inlet through which the fluid flows into the flow path 11 and a fluid flow out of the flow path 11 It can be seen that each orifice is formed at the exit.

반면에, 본 발명의 유량조절밸브(200)의 경우 테이퍼형의 유로(21)를 형성하고 있어서 셔터(20)가 스트로크 범위 내에서 하강하면 유체가 유로(21)로 유입되는 입구에는 오리피스가 형성되지 않고, 유체가 유로(21)를 빠져나가는 출구에만 오리피스가 형성된 것을 볼 수 있다. 따라서 이와 같은 이유로 2개의 오리피스가 형성된 종래보다 1개의 오리피스를 형성함으로써, 유량을 보다 정확하게 조절하는 것이 가능하다.On the other hand, in the case of the flow control valve 200 according to the present invention, the tapered flow path 21 is formed. When the shutter 20 falls within the stroke range, an orifice is formed at the inlet of the flow- And the orifice is formed only at the outlet through which the fluid exits the flow path 21. Therefore, for this reason, it is possible to regulate the flow rate more precisely by forming one orifice than the conventional one in which two orifices are formed.

다음으로는 종래의 유량조절밸브(100)의 경우, 도 6-(a)과 같이 유체가 유로(11)를 통과할 때 유로(11)의 하측내면의 방향으로 흐름이 생성되고 이로 인해 유로(11)의 하측내면에 일부 유체가 정체되게 된다. 반대로 유로(11)의 상측내면은 유체가 정체되지 않고 계속적으로 흐르게 된다. Next, in the case of the conventional flow control valve 100, a flow is generated in the direction of the lower inner surface of the flow path 11 when the fluid passes through the flow path 11 as shown in FIG. 6- (a) 11). On the other hand, the fluid on the inner surface of the upper side of the flow path 11 continues to flow without stagnation.

이러한 이유로, 도 7-(a)과 같이 유체가 정체되는 유로(11)의 하측내면에 정체압력을 형성하는 반면에 상측내면은 상대적으로 낮은 압력을 형성하면서 압력의 분포가 하측으로 치우치게 됨으로써, 압력차이로 인해 셔터(10)의 구동을 방해하는 방향으로의 힘이 지속적으로 가해지게 된다. 그리고 상기 힘은 유량 또는 공급압력이 증가할수록 더욱 커지게 되면서 셔터(10)를 구동하기 위해 더 큰 구동력이 필요하게 된다.For this reason, as shown in FIG. 7A, the stagnation pressure is formed on the lower inner surface of the flow path 11 in which the fluid stagnates, while the upper inner surface forms a relatively low pressure while the pressure distribution is biased downward, The force in the direction to obstruct the driving of the shutter 10 is constantly applied due to the difference. And, the force becomes larger as the flow rate or the supply pressure increases, so that a larger driving force is required to drive the shutter 10.

반면에, 본 발명의 유량조절밸브(200)의 경우, 도 6-(b)과 같이 유체가 유로(21)를 통과할 때 유체의 흐름 방향으로 내경(D)이 작아지는 테이퍼형의 유로(21)로 인해, 유체가 유로(21)의 경사진 상측내면을 따라서 일부 속도가 감소되어 흐르고 이 중 일부 유체는 상측내면을 따라 정체되게 된다. 그리고 유체가 유로(21)를 빠져나가는 출구에 형성된 오리피스를 통과하지 못한 일부 유체가 하측내면을 향하여 흐르게 된다.On the other hand, in the case of the flow control valve 200 of the present invention, a tapered flow path (see FIG. 6B) in which the inner diameter D is reduced in the fluid flow direction when the fluid passes through the flow path 21 21, the fluid flows at a reduced speed along the inclined upper inner surface of the flow path 21, and some of the fluid becomes stagnated along the upper inner surface. And a part of the fluid which has not passed through the orifice formed at the outlet through which the fluid exits the flow path 21 flows toward the lower inner surface.

이러한 이유로, 도 7-(b)과 같이 유체가 정체되는 유로(21)의 상측내면에 정체압력을 형성하고 하측내면 역시 정체압력과 유사한 크기의 압력을 형성하면서 압력의 분포가 일측으로 치우치지 않고 양측에 형성된다.For this reason, the stagnation pressure is formed on the inner surface of the upper side of the flow path 21 in which the fluid stagnates as shown in Fig. 7- (b), and the lower inner surface forms a pressure similar in magnitude to the stagnation pressure while the pressure distribution is not shifted to one side Respectively.

이로 인해 양측의 압력에 의해 발생한 힘이 서로 상쇄되어 셔터(20)의 구동을 방해하는 힘의 크기가 감소하게 됨으로써, 작은 구동력으로도 셔터(20)의 구동이 가능한 효과가 있다.As a result, the force generated by the pressure of both sides cancel each other and the magnitude of the force that hinders the driving of the shutter 20 is reduced, so that the shutter 20 can be driven with a small driving force.

나아가 테이퍼형 유로(21)의 내경(D)이 유체의 흐름 방향으로 갈수록 점차 작아지도록 셔터(20)를 장착한 것도 상기와 같은 효과를 얻기 위함이다. Furthermore, the shutter 20 is mounted so that the inner diameter D of the tapered flow path 21 becomes gradually smaller toward the fluid flowing direction.

또한, 종래의 원통형의 유로(11)는 유체의 흐름으로 형성된 압력으로 발생한 힘이 그대로 셔터구동축(A1) 방향으로 셔터(10)의 구동을 방해하며 가해지는 반면에 본 발명의 테이퍼형 유로(21)는 경사면으로 인해 유체의 흐름으로 형성된 압력으로 발생한 힘이 셔터구동축(A1) 방향의 성분과 유체의 흐름 방향의 성분으로 분해된다. In the conventional cylindrical flow path 11, the force generated by the pressure formed by the flow of the fluid is applied while interfering with the drive of the shutter 10 in the direction of the shutter drive shaft A1, while the tapered flow path 21 Is decomposed into a component in the direction of the shutter drive shaft (A1) and a component in the flow direction of the fluid due to the pressure generated by the flow of the fluid due to the inclined surface.

따라서 결론적으로 셔터(20)의 구동을 방해하는 방향으로의 힘의 크기가 감소하게 됨으로써, 작은 구동력으로도 셔터(20)의 구동이 가능한 효과가 있다.Consequently, the magnitude of the force in the direction of obstructing the driving of the shutter 20 is reduced, so that the shutter 20 can be driven with a small driving force.

그리고 상기 유체의 흐름 방향으로 가해지는 힘은 셔터(20) 구동 시 마찰력에 영향을 미치게 되는데 본 발명의 유량조절밸브(200)는 그라파이트 재질의 실링용부재(27)를 셔터(20)의 외측면에 윤활 역할로 적용함으로써 마찰력을 감소시키고, 이를 통해 셔터(20)의 구동력을 더욱 최소화하는 효과가 있다.The flow regulating valve 200 of the present invention is formed by attaching a sealing member 27 made of graphite to the outer surface of the shutter 20, So that the driving force of the shutter 20 can be further minimized.

한편, 본 발명의 유량조절밸브(200)의 테이퍼형 유로(21)는 도 5와 같이 유로(21)의 내측면이 유로의 중심축(A2)과 이루는 각도(α)가 10~16도로 형성되는 것이 가장 바람직하다.5, the tapered flow path 21 of the flow control valve 200 according to the present invention has an angle α formed by the inner surface of the flow path 21 with the central axis A2 of the flow path is 10 to 16 degrees .

유로(21)의 내측면이 유로의 중심축(A2)과 이루는 각도(α)가 10도 미만인 경우는 테이퍼형 유로(21)의 최대 직경(D1)이 너무 작게 형성되어 셔터(20)의 매우 스트로크가 짧게 되고, 이로 인해 유량조절의 범위가 함께 작아지게 된다.The maximum diameter D1 of the tapered flow path 21 is formed to be too small when the angle a formed between the inner surface of the flow path 21 and the central axis A2 of the flow path is less than 10 degrees, The stroke is shortened, so that the range of the flow rate adjustment becomes small together.

그리고 유로(21)의 내측면이 유로의 중심축(A2)과 이루는 각도(α)가 16도 초과인 경우에도 테이퍼형 유로(21)의 효용성이 떨어지게 되므로, 10~16도로 형성되는 것이 가장 바람직하다. Even when the angle? Formed by the inner surface of the flow path 21 with the central axis A2 of the flow path is greater than 16 degrees, the efficiency of the tapered flow path 21 is lowered. Therefore, Do.

한편, 본 발명의 유량조절밸브(200)는 테이퍼형 유로(21)가 형성된 셔터를 구동하고, 셔터의 구동에 의해 형성된 오리피스의 면적을 조절함으로써 유량을 제어하는데, 이때 동일한 조건이라면 테이퍼형 유로(21)의 경사각(α)과 상관없이 오리피스의 면적이 동일한 경우 유량은 오차범위 5% 내에서 동일하도록 구성하였다.The flow rate control valve 200 of the present invention controls the flow rate by driving the shutter having the tapered flow path 21 and controlling the area of the orifice formed by driving the shutter. 21), the flow rate is the same within the error range of 5% when the area of the orifice is the same.

본 발명인 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.The embodiments of the flow rate control valve provided with the shutter in which the tapered flow paths are formed according to the present invention are merely preferred embodiments to enable a person skilled in the art to easily carry out the present invention. The present invention is not limited to the example and the accompanying drawings, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that various substitutions, modifications and variations are possible within the scope of the present invention, and it is obvious that the parts easily changeable by those skilled in the art are included in the scope of the present invention .

100 : 종래의 유량조절밸브
200 : 본 발명의 유량조절밸브
10,20 : 셔터
11,21 : 유로
12,22 : 입구플러그
13,23 : 출구플러그
24 : 하우징
25 : 부싱
26 : 셔터가이드
27 : 실링용부재
28 : 삽입홈100: Conventional flow control valve
200: Flow control valve of the present invention
10, 20: Shutter
11,21: Euro
12, 22: inlet plug
13, 23:
24: Housing
25: Bushing
26: Shutter guide
27: Sealing member
28: Insertion groove

Claims (13)

외관을 형성하는 하우징;
상기 하우징에 장착되고, 유체가 유입되는 입구를 형성하는 입구플러그;
상기 입구플러그를 통해 유입된 상기 유체가 통과하는 테이퍼형 유로를 형성하고, 구동장치의 작동에 의해 셔터중심축으로 상하 직선 이동이 가능한 셔터;
상기 테이퍼형 유로를 통과한 상기 유체가 유출되는 출구를 형성하는 출구플러그;를 포함하고,
상기 셔터의 이동에 따라 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.A housing defining an appearance;
An inlet plug mounted in the housing and defining an inlet through which fluid is introduced;
A shutter capable of forming a tapered flow path through which the fluid introduced through the inlet plug passes and being vertically movable along the center axis of the shutter by operation of the driving device;
And an outlet plug forming an outlet through which the fluid that has passed through the tapered flow path flows out,
Wherein the flow control valve adjusts the flow rate in accordance with the movement of the shutter. 제1항에 있어서,
상기 입구플러그의 중심축과 상기 출구플러그의 중심축은 일직선상에 위치하고,
상기 셔터중심축과는 수직을 이루며,
상기 테이퍼형 유로의 중심축과는 평행하거나 일직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.The method according to claim 1,
The center axis of the inlet plug and the center axis of the outlet plug are located on a straight line,
The shutter center axis being perpendicular to the shutter center axis,
Wherein the tapered flow path is parallel to or straight on the center axis of the tapered flow path. 제2항에 있어서,
상기 테이퍼형 유로의 내경은 상기 유체의 이동방향으로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.3. The method of claim 2,
Wherein the inner diameter of the tapered flow path is reduced toward the direction of movement of the fluid. 제3항에 있어서,
상기 테이퍼형 유로의 최대 내경은 상기 입구플러그의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.The method of claim 3,
Wherein the maximum inner diameter of the tapered flow path is larger than the inner diameter of the inlet plug. 제4항에 있어서,
상기 테이퍼형 유로의 최소 내경은 상기 출구플러그의 내경과 동일한 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.5. The method of claim 4,
Wherein the tapered flow path has a minimum inner diameter equal to an inner diameter of the outlet plug. 제5항에 있어서,
상기 테이퍼형 유로의 내측면이 상기 유로의 중심축과 이루는 각도가 10~16도인 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.6. The method of claim 5,
Wherein an angle formed by an inner surface of the tapered flow path with a central axis of the flow path is 10 to 16 degrees. 제5항에 있어서,
상기 셔터의 스트로크는 상기 셔터가 상기 입구플러그에서 상기 테이퍼형 유로로 유입되는 상기 유체를 막지 않는 최대거리인 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.6. The method of claim 5,
Wherein the stroke of the shutter is a maximum distance at which the shutter does not block the fluid flowing into the tapered flow path from the inlet plug. 제7항에 있어서,
상기 최대거리는 상기 유로의 최대 내경과 상기 입구플러그의 내경의 차이의 절반 길이인 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.8. The method of claim 7,
Wherein the maximum distance is a half of a difference between a maximum inner diameter of the flow path and an inner diameter of the inlet plug. 제1항에 있어서,
상기 셔터가 상기 중심축을 따라 상하 직선 이동하도록,
상기 하우징의 내부에 장착되고, 상기 셔터의 외측면 둘레를 감싸도록 형성된 가이드유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.The method according to claim 1,
The shutter is moved up and down along the central axis,
And a guide unit mounted inside the housing and configured to surround an outer circumferential surface of the shutter, wherein the guide unit includes a shutter having a tapered flow path formed therein. 제9항에 있어서,
상기 가이드유닛은,
상기 셔터의 상측 외측면 둘레를 감싸는 부싱; 및
상기 부싱의 하측방향으로 상기 셔터의 외측면 둘레를 감싸는 셔터가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.10. The method of claim 9,
The guide unit includes:
A bushing surrounding the upper outer circumference of the shutter; And
And a shutter guide surrounding the outer surface of the shutter in a downward direction of the bushing. 제10항에 있어서,
상기 셔터에는 외측면 둘레를 따라 음각으로 삽입홈이 형성되어 있고,
상기 삽입홈에는 실링용부재가 삽입된 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브. 11. The method of claim 10,
Wherein the shutter has an insertion groove formed at an oblique angle along the outer circumference,
And a sealing member is inserted into the insertion groove. 제11항에 있어서,
상기 삽입홈에 삽입된 실링용부재는,
상기 테이퍼형 유로를 기준으로 상측 및 하측에 각각 복수 개가 서로 일정거리 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.12. The method of claim 11,
The sealing member inserted into the insertion groove,
Wherein a plurality of tapered flow paths are formed on the upper and lower sides of the tapered flow path, respectively. 제11항에 있어서,
상기 부싱 및 상기 실링용부재는 그라파이트 재질인 것을 특징으로 하는 테이퍼형 유로가 형성된 셔터를 구비한 유량조절밸브.12. The method of claim 11,
Wherein the bushing and the sealing member are made of a graphite material.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4671312A (en) * 1984-05-14 1987-06-09 Axelson, Inc. Wireline cutting actuator and valve
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KR100775106B1 (en) 2006-05-12 2007-11-16 해양기계 주식회사 A flow control valve for quick opening
KR20110092727A (en) * 2010-02-10 2011-08-18 김성관 Fluid controlling valve

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