KR20190061131A - 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브 - Google Patents

충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유량 제어용 포펫 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브 개방 시 개방 면적이 급격히 증가 하는 것을 방지하여 유압의 급속한 증가에 따른 밸브 충격이나 소음을 방지한 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브에 관한 것이다.

Description

충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브{Flow control poppet valve having a function of shock pressure control}
본 발명은 유량 제어용 포펫 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브 개방 시 개방 면적이 급격히 증가 하는 것을 방지하여 유압의 급속한 증가에 따른 밸브 충격이나 소음을 방지한 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브에 관한 것이다.
최근에 굴삭기를 비롯한 건설 중장비에 있어서, 유압회로 개선을 통한 에너지 절약 및 안정적인 승차감 확보를 위하여 독립유량제어 밸브(IMV: Independent Metering Valve)를 채용하고 있다.
독립유량제어 밸브는 전자비례제어 기능과 대용량 제어 기능을 동시에 갖추고 있기 때문에 구조적으로 튼튼하고 내구성이 우수한 포펫 밸브를 사용하는 것이 바람직하나, 중량이 무겁고, 가공 및 제어적인 측면에서 개구면적을 설계하기가 까다롭다.
도 1에는 통상의 포펫 밸브(V)의 개략단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 포펫 밸브(V)는 유체 유입구(I)와 유출구(O)가 형성된 실린더(C)와 실린더(C) 내부에 구비되며 왕복 운동을 통해 유로를 밀폐 또는 개방하는 포펫(P)을 구비한다. 포펫(P)은 단부로 갈수록 단면적이 좁아지는 경사면이 존재하고 경사면이 실린더(C)의 오리피스에 선 접촉하여 오리피스를 밀폐하는 것이 일반적이다.
위와 같은 포펫 밸브(V)는 개방 시 유입구(I) 측 유체의 유압으로 인해 오리피스 개방 면적이 급격히 증가하게 되고, 밸브의 급작스런 개방 면적의 변화에 따라 전달되는 압력파의 영향으로 해머 특성을 가지게 되어 포펫 밸브(V)를 포함하는 시스템에 충격을 가하거나, 혹은 위 시스템을 운전하는 운전자의 승차감을 불쾌하게 하여 전체적으로 제어의 어려움을 유발시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 독립유량제어 밸브를 채용한 시스템에 있어서, 대용량 유량제어가 가능한 동시에 개방 시 개방 면적이 급격히 증가하지 않도록 제어하여 시스템에서 발생하는 압력파로 인한 충격 및 소음을 줄인 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브를 제공함에 있다.
보다 구체적으로 개방 시 개방 면적과 직접적인 연관이 있는 포펫의 형상 변경을 통해 밸브 개방 시 초기에는 개방 면적이 서서히 증가하도록 구성하여 시스템에서 발생하는 압력파로 인한 충격 및 소음을 줄인 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브를 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 유량 제어용 포펫 밸브는, 포펫의 왕복 운동을 통해 오리피스를 개폐하여 유량을 제어하는 포펫 밸브에 있어서, 상기 포펫 밸브는, 일측이 구동부와 연결되며, 타측을 통해 오리피스를 개방 또는 밀폐하는 포펫 몸체; 상기 오리피스의 둘레에 맞닿도록 상기 포펫 몸체의 타측 단부에서 타측 방향으로 연장되되 단면적이 감소하도록 이루어진 경사부; 상기 오리피스에 끼워지도록 상기 경사부의 타측 단부에서 타측 방향으로 연장되며, 내부가 중공된 끼움부; 및 상기 포펫 밸브 개방 시 상기 오리피스와 우선 연통되어 유체가 유동하도록 상기 끼움부를 관통하여 형성된, 압력배출부를 포함한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른, 압력배출부는, 상기 끼움부의 타단에서 일측으로 함몰 형성되는 노치홈으로 이루어지며, 상기 노치홈은, 하단에서 상방으로 갈수록 그 폭이 점점 감소하는 삼각 형태로 이루어진다.
또한, 상기 포펫의 길이 방향 축과, 상기 노치홈의 경사면이 이루는 각을 노치홈의 개구 각도로 정의할 때, 상기 노치홈의 개구 각도는, 55~65도이다.
또한, 상기 노치홈의 포펫 길이 방향 함몰 깊이를 상기 노치홈의 높이로 정의할 때, 상기 노치홈의 높이는, 상기 끼움부의 길이의 90프로 이하이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 압력배출부는, 상기 노치홈의 일측에 이격되며, 상기 끼움부를 관통하는 복수의 압력배출홀을 더 포함한다.
또한, 상기 압력배출홀은, 상기 노치홈의 일단 일측에 이격되는 제1 압력배출홀; 상기 제1 압력배출홀에서 원주 방향 및 타측 방향으로 이격되는 제2 압력배출홀; 및 상기 제2 압력배출홀에서 원주 방향 및 타측 방향으로 이격되는 제3 압력배출홀을 포함한다.
또한, 상기 제1 압력배출홀의 직경은 상기 제3 압력배출홀의 직경의 1/3 이고, 상기 제2 압력배출홀의 직경은 상기 제2 압력배출홀의 직경의 2/3이다.
또한, 상기 제3 압력배출홀의 중심은 상기 노치홈의 일단과 동일한 높이에 위치하도록 구성된다.
아울러, 상기 포펫의 길이 방향 축과, 상기 노치홈의 경사면이 이루는 각을 노치홈의 개구 각도로 정의할 때, 상기 노치홈의 개구 각도는, 70~80도이다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 압력배출부는, 상기 끼움부의 타단에서 일측으로 함몰된 홈의 형태로 이루어지며, 타측에서 일측으로 갈수록 폭이 점점 감소하는 원호 형태로 이루어진, 원호홈; 및 상기 원호홈의 일단에서 일측으로 함몰된 홈의 형태로 이루어지며, 타측에서 일측으로 갈수록 그 폭이 점점 감소하는 삼각 형태로 이루어진 노치홈을 포함한다.
또한, 상기 노치홈의 타단 폭은, 상기 원호홈의 타단 폭 또는 상기 끼움부의 직경보다 좁게 형성된다.
또한, 상기 포펫의 길이 방향 축과, 상기 노치홈의 경사면이 이루는 각을 노치홈의 개구 각도로 정의할 때, 상기 노치홈의 개구 각도는, 35도 이하이다.
아울러, 상기 원호홈의 반경(r)은 아래 식을 통해 산출된다.
Figure pat00001
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브는, 밸브 개방 시 초기에 개방 면적이 서서히 증가하도록 구성하여 압력파로 인한 충격압을 감소시킴에 따라 시스템에 가해지는 충격과 소음을 줄여 충격으로 인한 밸브 또는 시스템의 내구성이 향상되고, 충격이나 소음으로 인해 시스템을 운전하는 운전자에게 발생될 수 있는 불쾌감을 줄여 운전자의 안락한 승차감을 보장하는 효과가 있다.
또한, 포펫 밸브를 적용하여 충분한 유량을 통과시키는 구조를 가짐과 동시에 포펫에 노치와 초크를 형성함으로써, 밸브의 동작에 따른 충격을 최소화함에 따라 포펫의 파손 및 동심도 변형을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 노치 형상을 다양하게 함으로써 유량제어 기울기를 제어할 수 있는 동시에 시스템의 용량에 따라 유량제어의 범위를 유연하게 변경하여 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 통상의 포펫 밸브 개략단면도
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포펫 밸브 개략단면도
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포펫 정면도
도 4는 본 발명의 제1 실시 예 따른 포펫 밸브의 포펫 변위에 따른 밸브 개방 면적의 변화를 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포펫 밸브 개략단면도
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포펫 정면도
도 7은 본 발명의 제2 실시 예 따른 포펫 밸브의 포펫 변위에 따른 밸브 개방 면적의 변화를 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 포펫 밸브 개략단면도
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 포펫 정면도
도 10은 본 발명의 제3 실시 예 따른 포펫 밸브의 포펫 변위에 따른 밸브 개방 면적의 변화를 나타낸 그래프
본 발명의 일실시 예에 따른 포펫 밸브는 포펫의 오리피스 개폐 측 형상 변경을 통해 오리피스를 밀폐하고 있는 포펫의 개방 시 개방 면적이 초기에 서서히 증가하도록 즉 초기에 유압이 일부 배출될 수 있도록 포펫 상에 압력배출부를 형성하여 밸브의 급격한 개방 면적 증가에 의한 압력파 및 충격압력을 저감함에 그 목적이 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
- 실시 예 1 (기본 형)
도 2에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포펫 밸브(V1)의 구성을 설명하기 위한 개략 단면도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포펫 밸브(V1)는 유체 유입구(I)와, 유체 유출구(O)가 형성된 실린더(C)와, 실린더(C) 내부에 구비되며 길이방향 일측은 구동부(미도시)와 연결되어 구동부의 구동에 의해 왕복운동하며, 길이방향 타측은 왕복운동을 통해 오리피스를 밀폐 또는 개방하는 포펫(100)을 구비한다.
이때, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포펫(100)은 포펫 몸체(110)와, 포펫 몸체(110)의 하단에 형성되며 오리피스와 선접촉하여 오리피스를 밀폐하는 경사부(120)와, 경사부(120)의 하단에 형성되며, 오리피스에 끼워지는 끼움부(150)를 포함한다. 또한 끼움부(150) 상에는 포펫(100) 개방 시 초기 유압 배출을 위한 압력배출부(500)가 형성된다.
포펫 몸체(110)는 원통형으로 내부가 채워진 형상으로 이루어질 수도 있고, 내부가 중공 형성될 수 도 있다. 다만 포펫 몸체(110)의 하단은 밀폐될 수 있다.
경사부(120)는 포펫 몸체(110)의 하단에서 하방으로 연장 형성되며, 하방으로 갈수록 직경이 감소하는 테이퍼 형으로 이루어질 수 있다. 경사부(120)에는 오리피스의 단부가 맞닿아 선접촉을 통해 포펫(100)이 오리피스를 밀폐하도록 구성된다.
끼움부(150)는 경사부(120)의 하단에서 하방으로 연장 형성된다. 끼움부(150)는 내부가 중공된 원통 형태로 이루어져 오리피스에 끼워지도록 구성된다. 이때 끼움부(150)에는 포펫(100)의 초기 개방 시 유압이 일부 배출될 수 있도록 압력배출부(500)가 형성된다. 압력배출부(500)는 유압이 배출되는 압력배출공간(190)과, 압력배출공간(190)이 형성되도록 끼움부(150) 상에 형성되는 노치홈(155)으로 구성된다. 노치홈(155)은 끼움부(150)의 하단에서 상방으로 함몰된 홈의 형태로 이루어지며, 보다 상세하게는 하단에서 상방으로 갈수록 그 폭이 점점 감소하는 삼각 형태로 이루어질 수 있다. 따라서 압력배출공간(190)은 상단에서 하단으로 갈수록 개방 면적이 증가하도록 구성될 수 있다. 따라서 포펫 밸브(V1) 개방 시 유체 유입구(I)를 통해 실린더(C) 내부로 유입된 유체가 유체 유출구(O) 측으로 유동 시 포펫(100)의 끼움부(150)에 형성된 압력배출공간(190)의 상측 개방 면적을 통해 일부가 유출되도록 하여 포펫 밸브(V1)의 개방 면적이 서서히 증가하도록 구성된다.
도 3에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 포펫(100)의 압력배출부(500)의 형상 및 배치를 설명하기 위한 개략 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 노치홈(155)의 높이(l1), 다시 말해 노치홈(155)의 포펫(100) 길이 방향 함몰 깊이는, 끼움부(150)의 직경(Dp)과, 노치홈(155)의 개구 각도(α1)에 의해 결정될 수 있다. 노치홈(155)의 개구 각도(α1)는 포펫(100)의 길이 방향 축과, 노치홈(155)의 경사면이 이루는 각으로 정의될 수 있다.
이때 노치홈(155)의 개구 각도(α1)는, 55~65도 일 수 있다. 개구 각도(α1)가 너무 좁으면 압력 배출이 너무 느려 밸브의 응답성이 나빠질 수 있고, 개구 각도(α1)가 너무 넓으면 압력 배출이 너무 빨라 충격압력 저감 효과가 미미해질 수 있다. 따라서 노치홈(155)의 개구 각도(α1)가 정해진 상태에서 끼움부(150)의 직경(Dp)에 따라 노치홈(155)의 높이(l1)가 결정될 수 있다.
또한, 노치홈(155)의 높이(l1)는 끼움부(150)의 높이의 90% 이하일 수 있다. 노치홈(155)의 높이(l1)가 끼움부(150)의 높이의 90% 를 초과할 경우 포펫(100)의 오리피스 밀폐 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 따라서 끼움부(150)의 높이 역시 노치홈(155)의 높이(l1)에 따라 적절히 정해질 수 있다.
도 4에는 본 발명의 제1 실시 예 따른 포펫 밸브(V1)의 포펫(100) 변위에 따른 밸브(V1)의 개방 면적의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 위 그래프에서 X축은 포펫(100)의 변위이고, Y축은 포펫(100)의 변위에 따른 밸브(V1)의 개구면적을 나타낸다.
도시된 바와 같이 포펫 밸브(V1)는 초기 포펫(100)의 개방 시(포펫 이동 시) 개구 면적이 2차 함수와 같이 서서히 증가하며, 이에 따라 충격압의 발생을 방지하여 시스템에 가해지는 충격이 저감됨에 따라 포펫(100)과 밸브(V1)의 내구성이 향상되고, 밸브가 적용된 시스템은 운용하는 운전자의 안락한 승차감을 보장할 수 있다.
- 실시 예 2 (하이브리드 형)
도 5에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포펫 밸브(V2)의 구성을 설명하기 위한 개략 단면도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포펫 밸브(V2)는 유체 유입구(I)와, 유체 유출구(O)가 형성된 실린더(C)와, 실린더(C) 내부에 구비되며 길이방향 일측은 구동부(미도시)와 연결되어 구동부의 구동에 의해 왕복운동하며, 길이방향 타측은 왕복운동을 통해 오리피스를 밀폐 또는 개방하는 포펫(200)을 구비한다.
이때, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포펫(200)은 포펫 몸체(210)와 포펫(200)의 하단에 형성되며 오리피스와 선접촉하여 오리피스를 밀폐하는 경사부(220)와, 경사부(220)의 하단에 형성되며, 오리피스에 끼워지는 끼움부(250)를 포함한다. 또한 끼움부(250) 상에는 포펫(200) 개방 시 초기 유압 배출을 위한 압력배출부(600)가 형성된다.
포펫 몸체(210), 경사부(220) 및 끼움부(250)의 구성은 상술된 제1 실시 예의 포펫 몸체(110), 경사부(120) 및 끼움부(150)의 구성과 유사하므로 이하 끼움부(250)에 형성된 압력배출부(600)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
끼움부(250)에는 포펫(200)의 초기 개방 시 유압이 일부 배출될 수 있도록 압력배출부(600)가 형성된다. 압력배출부(600)는 유압이 배출되는 압력배출공간(290)과, 압력배출공간(290)이 형성되도록 끼움부(250) 상에 형성되는 노치홈(251)으로 구성된다. 또한, 압력배출부(600)는 끼움부(250) 상에 구비되며, 끼움부(250)를 관통하는 원형의 홀 형태로 이루어진 압력배출홀(260)을 더 포함한다.
노치홈(251)은 끼움부(250)의 하단에서 상방으로 함몰된 홈의 형태로 이루어지며, 보다 상세하게는 하단에서 상방으로 갈수록 그 폭이 점점 감소하는 삼각 형태로 이루어질 수 있다. 따라서 압력배출공간(290)은 상단에서 하단으로 갈수록 개방 면적이 증가하도록 구성될 수 있다.
압력배출홀(260)은 복수 개가 끼움부(250)의 원주 방향을 따라 복수 개가 이격 배치될 수 있다. 제1 압력배출홀(261)은 노치홈(251)의 상단 상측에 이격 형성되며, 제2 압력배출홀(262)은 제1 압력배출홀(261)에서 원주 방향 및 하방으로 이격 형성된다. 제3 압력배출홀(263)은 제2 압력배출홀(262)에서 원주 방향 및 하방으로 이격 형성된다. 또한, 제1 압력배출홀(261)의 직경은 제2 압력배출홀(262)의 직경보다 작게 형성되고, 제2 압력배출홀(262)의 직경은 제3 압력배출홀(263)의 직경보다 작게 형성된다.
위와 같은 압력배출부(600)의 구성을 통해 포펫 밸브(V2) 개방 시 유체 유입구(I)를 통해 실린더(C) 내부로 유입된 유체가 유체 유출구(O) 측으로 유동 시 제1 압력배출홀 내지 제3 압력배출홀(261, 262, 263)을 통해 순차적으로 유출되며, 제3 압력배출홀(263)로 유출 시 압력배출공간(290)의 상측 개방 면적을 통해 일부가 동시에 유출되도록 하여 포펫 밸브(V2)의 개방 면적이 서서히 증가하도록 구성된다.
도 6에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 포펫(200)의 압력배출부(600)의 형상 및 배치를 설명하기 위한 개략 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 노치홈(251)의 높이(l3), 다시 말해 노치홈(251)의 포펫(200) 길이 방향 함몰 깊이는, 제1 압력배출홀(261)의 상단과, 제3 압력배출홀(263)의 중심 사이의 거리(l2)와, 끼움부(250)의 직경(Dp)과, 노치홈(251)의 개구 각도(α2)에 의해 결정될 수 있다. 노치홈(251)의 개구 각도(α2)는 포펫(200)의 길이 방향 축과, 노치홈(251)의 경사면이 이루는 각으로 정의될 수 있다.
한편, 제1 압력배출홀(261)의 직경은 제3 압력배출홀(263)의 직경의 1/3일 수 있고, 제2 압력배출홀(262)의 직경은 제3 압력배출홀(263)의 직경의 2/3 일 수 있다.
또한, 제3 압력배출홀(263)의 중심은 노치홈(251)의 상단과 동일한 높이에 위치하도록 구성되며, 제1 압력배출홀(261)의 상단과, 제3 압력배출홀(263)의 중심 사이의 거리(l2), 제1 압력배출홀(261)의 상단에서 끼움부(250)의 하단까지의 거리(l) 및 제3 압력배출홀(263)의 직경(d3)은 아래 공식을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00002
이때 노치홈(251)의 개구 각도(α2)는, 제1 압력배출홀(261)의 상단과, 제3 압력배출홀(263)의 중심 사이의 거리(l2)를 감안하여 제1 실시 예의 노치홈(155)의 개구 각도(α1) 보다 넓게 형성될 수 있고, 이에 따라 개구 각도(α2)는 70~80도 일 수 있다.
또한, 제1 압력배출홀(261)의 상단에서 끼움부(250)의 하단까지의 거리(l)는 끼움부(250)의 높이의 90% 이하일 수 있다. 위 거리(l)가 끼움부(250)의 높이의 90% 를 초과할 경우 포펫(200)의 오리피스 밀폐 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 따라서 끼움부(250)의 높이 역시 위 거리(l)에 따라 적절히 정해질 수 있다.
도 7에는 본 발명의 제2 실시 예 따른 포펫 밸브(V2)의 포펫(200) 변위에 따른 밸브(V2)의 개방 면적의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 위 그래프에서 X축은 포펫(200)의 변위이고, Y축은 포펫(200)의 변위에 따른 밸브(V2)의 개구면적을 나타낸다.
도시된 바와 같이 포펫 밸브(V2)는 초기 포펫(200)의 개방 시(포펫 이동 시) 개구 면적이 2차 함수와 같이 서서히 증가하며, 이에 따라 충격압의 발생을 방지하여 시스템에 가해지는 충격이 저감됨에 따라 포펫(200)과 밸브(V2)의 내구성이 향상되고, 밸브가 적용된 시스템은 운용하는 운전자의 안락한 승차감을 보장할 수 있다.
또한, 제2 실시 예에 따른 포펫(200)은 압력배출홀(260)로 인해 제1 실시 예에 따른 포펫(100)의 초기 개방 면적 증가 보다 개방 면적이 더욱 서서히 증가하는 것을 알 수 있다.
- 실시 예 3 (믹스 형)
도 8에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 포펫 밸브(V3)의 구성을 설명하기 위한 개략 단면도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면 본 발명의 제3 실시 예에 따른 포펫 밸브(V3)는 유체 유입구(I)와, 유체 유출구(O)가 형성된 실린더(C)와, 실린더(C) 내부에 구비되며 길이방향 일측은 구동부(미도시)와 연결되어 구동부의 구동에 의해 왕복운동하며, 길이방향 타측은 왕복운동을 통해 오리피스를 밀폐 또는 개방하는 포펫(300)을 구비한다.
이때, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 포펫(300)은 포펫 몸체(310)와 포펫(300)의 하단에 형성되며 오리피스와 선접촉하여 오리피스를 밀폐하는 경사부(320)와, 경사부(320)의 하단에 형성되며, 오리피스에 끼워지는 끼움부(350)를 포함한다. 또한 끼움부(350) 상에는 포펫(300) 개방 시 초기 유압 배출을 위한 압력배출부(700)가 형성된다.
포펫 몸체(310), 경사부(320) 및 끼움부(350)의 구성은 상술된 제1 실시 예의 포펫 몸체(110), 경사부(120) 및 끼움부(150)의 구성과 유사하므로 이하 끼움부(350)에 형성된 압력배출부(700)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
끼움부(350)에는 포펫(300)의 초기 개방 시 유압이 일부 배출될 수 있도록 압력배출부(700)가 형성된다. 압력배출부(700)는 유압이 배출되는 제1 및 제2 압력배출공간(391, 392)과, 제1 및 제2 압력배출공간(391, 392)이 형성되도록 끼움부(350) 상에 각각 형성되는 원호홈(351) 및 노치홈(352)으로 구성된다.
원호홈(351)은 끼움부(350)의 하단에서 상방으로 함몰된 홈의 형태로 이루어지며, 보다 상세하게는 하단에서 상방으로 갈수록 그 폭이 점점 감소하는 원호 형태로 이루어질 수 있다. 따라서 제1 압력배출공간(391)은 상단에서 하단으로 갈수록 개방 면적이 증가하도록 구성될 수 있다.
또한, 노치홈(352)은 원호홈(351)의 상단부에서 상방으로 함몰된 홈의 형태로 이루어지며, 보다 상세하게는 하단에서 상방으로 갈수록 그 폭이 점점 감소하는 삼각 형태로 이루어질 수 있다. 따라서 제2 압력배출공간(392)은 제1 압력배출공간(391)의 상측에 연속적으로 연장 형성되되, 상단에서 하단으로 갈수록 개방 면적이 증가하도록 구성될 수 있다.
위와 같은 압력배출부(700)의 구성을 통해 포펫 밸브(V3) 개방 시 유체 유입구(I)를 통해 실린더(C) 내부로 유입된 유체가 유체 유출구(O) 측으로 유동 시 제2 압력배출공간(392) 및 제1 압력배출공간(391)을 통해 순차적으로 유출되도록 하여 포펫 밸브(V3)의 개방 면적이 서서히 증가하도록 구성된다.
특히 원호 형태로 이루어진 원호홈(351)의 상단에 삼각 형태로 이루어진 노치홈(352)을 추가 형성하여 포펫(300)의 개방 면적이 개방 초기에는 더욱 서서히 증가하도록 구성된다.
도 9에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 포펫(300)의 압력배출부(700)의 형상 및 배치를 설명하기 위한 개략 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 원호홈(351)의 높이(l5)와, 노치홈(352)의 높이(l4), 다시 말해 원호홈(351)과 노치홈(352)의 포펫(300) 길이 방향 함몰 깊이는, 끼움부(350)의 직경(Dp)과, 원호홈(351)의 반경(r)과, 노치홈(352)의 개구 각도(α3)에 의해 결정될 수 있다. 노치홈(352)의 개구 각도(α3)는 포펫(300)의 길이 방향 축과, 노치홈(352)의 경사면이 이루는 각으로 정의될 수 있다.
이때, 원호홈(351)의 반경(r)은 아래 식을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00003
또한, 노치홈(352)의 높이(l4)는 원호홈(351)의 높이(l5)와, 노치홈(352)의 높이(l4)의 합의 1/2 일 수 있다.
특히 노치홈(352)의 개구 각도(α3)는, 원호홈(351)이 형성됨에 따라 제1 실시 예의 노치홈(155)의 개구 각도(α1) 보다 좁게 형성할 수 있고, 이에 따라 개구 각도(α3)는 35도 이하일 수 있다.
또한, 원호홈(351)의 높이(l5)와, 노치홈(352)의 높이(l4)의 합은 끼움부(350)의 높이의 90% 이하일 수 있다. 위 합이 끼움부(350)의 높이의 90% 를 초과할 경우 포펫(300)의 오리피스 밀폐 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 따라서 끼움부(350)의 높이 역시 위 합에 따라 적절히 정해질 수 있다.
도 10에는 본 발명의 제3 실시 예 따른 포펫 밸브(V3)의 포펫(300) 변위에 따른 밸브(V3)의 개방 면적의 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 위 그래프에서 X축은 포펫(300)의 변위이고, Y축은 포펫(300)의 변위에 따른 밸브(V3)의 개구면적을 나타낸다.
도시된 바와 같이 포펫 밸브(V3)는 초기 포펫(300)의 개방 시(포펫 이동 시) 개구 면적이 2차 함수와 같이 서서히 증가하며, 이에 따라 충격압의 발생을 방지하여 시스템에 가해지는 충격이 저감됨에 따라 포펫(300)과 밸브(V3)의 내구성이 향상되고, 밸브가 적용된 시스템은 운용하는 운전자의 안락한 승차감을 보장할 수 있다.
또한, 제3 실시 예에 따른 포펫(300)은 원호 형태로 이루어진 원호홈(351)의 상단에 삼각 형태로 이루어진 노치홈(352)을 추가 형성하여 노치홈(352)의 개구 각도(α3)를 좁게 형성할 수 있어 제1 및 제2 실시 예에 따른 포펫 밸브(V1, V2)의 초기 개방 면적 증가 보다 개방 면적이 더욱 서서히 증가하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
V1, V2, V3 : 포펫 밸브
100, 200, 300 : 포펫
110, 210, 310 : 포펫 몸체
120, 220, 320 : 경사부
150, 250, 350 : 끼움부
155, 251, 352 : 노치홈
190, 290 : 압력배출공간
251 : 노치홈 260 : 압력배출홀
351 : 원호홈 391 : 제1 압력배출공간
392 : 제2 압력배출공간
500, 600, 700 : 압력배출부

Claims (13)

  1. 포펫의 왕복 운동을 통해 오리피스를 개폐하여 유량을 제어하는 포펫 밸브에 있어서,
    상기 포펫 밸브는,
    일측이 구동부와 연결되며, 타측을 통해 오리피스를 개방 또는 밀폐하는 포펫 몸체;
    상기 오리피스의 둘레에 맞닿도록 상기 포펫 몸체의 타측 단부에서 타측 방향으로 연장되되 단면적이 감소하도록 이루어진 경사부;
    상기 오리피스에 끼워지도록 상기 경사부의 타측 단부에서 타측 방향으로 연장되며, 내부가 중공된 끼움부; 및
    상기 포펫 밸브 개방 시 상기 오리피스와 우선 연통되어 유체가 유동하도록 상기 끼움부를 관통하여 형성된, 압력배출부를 포함하는, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압력배출부는,
    상기 끼움부의 타단에서 일측으로 함몰 형성되는 노치홈으로 이루어지며, 상기 노치홈은, 하단에서 상방으로 갈수록 그 폭이 점점 감소하는 삼각 형태로 이루어진, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 포펫의 길이 방향 축과, 상기 노치홈의 경사면이 이루는 각을 노치홈의 개구 각도로 정의할 때, 상기 노치홈의 개구 각도는, 55~65도인, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 노치홈의 포펫 길이 방향 함몰 깊이를 상기 노치홈의 높이로 정의할 때, 상기 노치홈의 높이는, 상기 끼움부의 길이의 90프로 이하인, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 압력배출부는,
    상기 노치홈의 일측에 이격되며, 상기 끼움부를 관통하는 복수의 압력배출홀을 더 포함하는, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압력배출홀은,
    상기 노치홈의 일단 일측에 이격되는 제1 압력배출홀;
    상기 제1 압력배출홀에서 원주 방향 및 타측 방향으로 이격되는 제2 압력배출홀; 및
    상기 제2 압력배출홀에서 원주 방향 및 타측 방향으로 이격되는 제3 압력배출홀을 포함하는, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 압력배출홀의 직경은 상기 제3 압력배출홀의 직경의 1/3 이고,
    상기 제2 압력배출홀의 직경은 상기 제2 압력배출홀의 직경의 2/3인, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제3 압력배출홀의 중심은 상기 노치홈의 일단과 동일한 높이에 위치하도록 구성되는, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 포펫의 길이 방향 축과, 상기 노치홈의 경사면이 이루는 각을 노치홈의 개구 각도로 정의할 때, 상기 노치홈의 개구 각도는, 70~80도인, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 압력배출부는,
    상기 끼움부의 타단에서 일측으로 함몰된 홈의 형태로 이루어지며, 타측에서 일측으로 갈수록 폭이 점점 감소하는 원호 형태로 이루어진, 원호홈; 및
    상기 원호홈의 일단에서 일측으로 함몰된 홈의 형태로 이루어지며, 타측에서 일측으로 갈수록 그 폭이 점점 감소하는 삼각 형태로 이루어진 노치홈을 포함하는, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 노치홈의 타단 폭은, 상기 원호홈의 타단 폭 또는 상기 끼움부의 직경보다 좁게 형성된, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 포펫의 길이 방향 축과, 상기 노치홈의 경사면이 이루는 각을 노치홈의 개구 각도로 정의할 때, 상기 노치홈의 개구 각도는, 35도 이하인, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 원호홈의 반경(r)은 아래 식을 통해 산출되는, 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브.
    Figure pat00004
KR1020170159168A 2017-11-27 2017-11-27 충격압력 저감 기능을 가지는 유량 제어용 포펫 밸브 KR102050763B1 (ko)

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