KR20190065891A - 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브 - Google Patents

캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밸브의 개방 시 다공판이 유로 상에 배치되어 유체의 압력이 점차적으로 저하되게 유도하게 되는 버터플라이 밸브에 관한 기술로서, 유체의 유입구 및 유출구가 서로 연통되어 내부에 챔버가 형성된 하우징과, 하우징의 챔버 내에 회전 가능하게 설치되며 챔버를 폐쇄할 수 있는 판 형태의 폐쇄디스크와, 폐쇄디스크의 회전축에 결합되며 폐쇄디스크가 회전되어 챔버가 개방 또는 폐쇄될 때 하우징 내에서 유체에 의해 발생되는 캐비테이션을 저감하기 위해 유체가 통과하는 다수의 관통된 공극이 형성된 판 형태의 개방디스크와, 폐쇄디스크의 회전축에 결합되어 하우징의 외부까지 연장되게 형성되는 스템과, 스템의 하우징 외부에 노출된 부위에 결합되어 스템에 회전력을 전달하는 핸들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브 {Butterfly Valve with Disc for Cavitation Reduction}
본 발명은 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브에 관한 것으로, 더 상세하게는 밸브의 개방 시 다공판이 유로 상에 배치되어 유체의 압력이 점차적으로 저하되게 유도하게 되는 버터플라이 밸브에 관한 기술이다.
일반적으로, 버터플라이 밸브는 개방 시 디스크 부분에서 유속이 급격히 증가되어 디스크 후면의 압력이 포화증기압 이하로 크게 저하되고, 이에 따라 유체 내에 포함된 공기가 기포로 변하게 되는 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생하게 된다.
캐비테이션 현상이 발생되면 밸브에서 큰 진동이 발생하게 되는데, 이 때 밸브에 포함된 구성들에 침식이 발생하는 등 밸브에 손상이 발생될 수 있다.
한국등록특허공보 10-1037920
이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 제안된 것으로, 밸브의 개방 시 다공판이 유로 상에 배치되어 유체의 압력이 점차적으로 저하되게 유도하게 되는 버터플라이 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브는 유체의 유입구 및 유출구가 서로 연통되어 내부에 챔버가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 챔버 내에 회전 가능하게 설치되며 상기 챔버를 폐쇄할 수 있는 판 형태의 폐쇄디스크와, 상기 폐쇄디스크의 회전축에 결합되며, 상기 폐쇄디스크가 회전되어 상기 챔버가 개방 또는 폐쇄될 때 상기 하우징 내에서 유체에 의해 발생되는 캐비테이션을 저감하기 위해 상기 유체가 통과하는 다수의 관통된 공극이 형성된 판 형태의 개방디스크와, 상기 폐쇄디스크의 회전축에 결합되어 상기 하우징의 외부까지 연장되게 형성되는 스템과, 상기 스템의 상기 하우징 외부에 노출된 부위에 결합되어 상기 스템에 회전력을 전달하는 핸들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 폐쇄디스크는 상기 챔버의 폐쇄 시 상기 챔버의 벽과 마주보는 부위에서부터 상기 회전축 방향으로 요입되는 수납홈이 형성되고, 상기 폐쇄디스크가 상기 챔버를 폐쇄한 상태일 때 상기 챔버 벽에 가압되어 상기 수납홈에 수납되어 있다가, 상기 폐쇄디스크가 회전하면 상기 수납홈에서 돌출되는 내부디스크를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 내부디스크의 돌출되는 끝단의 모서리는 둥글게 처리된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 개방디스크의 공극은 상기 유체가 유입되는 부위보다 유출되는 부위의 지름이 더 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 개방디스크에는 와류 발생을 저감시키기 위해 상기 공극들의 사이에서 상기 유체가 유입되는 방향으로 돌출된 돔이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브에 따르면 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 개방디스크에 형성된 다수의 공극에 의해 밸브를 통과하는 유체가 분산 및 유속이 저감되어 디스크 후면에서 발생되는 압력 저하가 완화됨에 따라, 캐비테이션을 저감시킬 수 있게 된다.
둘째, 개방디스크의 공극이 유입방향보다 유출방향의 지름이 더 크게 형성됨에 따라, 공극을 통과하는 유체의 압력이 점차적으로 감소되어 캐비테이션 저감 효과가 증대된다.
셋째, 개방디스크의 공극 사이에 돌출된 돔에 의해 공극들의 사이에서 발생될 수 있는 와류가 완화되므로 공극에 의한 유속 감소를 개선할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브의 폐쇄상태의 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브의 디스크가 소정의 각도로 회전된 상태를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브의 개방상태의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브의 폐쇄상태의 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브의 개방상태의 정면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크의 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크의 사시도.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브는 유체의 유입구(112) 및 유출구(114)가 서로 연통되어 내부에 챔버(113)가 형성된 하우징(110)과, 하우징(110)의 챔버(113) 내에 회전 가능하게 설치되며 챔버(113)를 폐쇄할 수 있는 판 형태의 폐쇄디스크(121)와, 폐쇄디스크(121)의 회전축(132)에 결합되며 폐쇄디스크(121)가 회전되어 챔버(113)가 개방 또는 폐쇄될 때 하우징(110) 내에서 유체에 의해 발생되는 캐비테이션을 저감하기 위해 유체가 통과하는 다수의 관통된 공극(127)이 형성된 판 형태의 개방디스크(126)와, 폐쇄디스크(121)의 회전축(132)에 결합되어 하우징(110)의 외부까지 연장되게 형성되는 스템(132)과, 스템(132)의 하우징(110) 외부에 노출된 부위에 결합되어 스템(132)에 회전력을 전달하는 핸들(도시되지 않음)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 4, 도 5, 도 7은 도 1, 도 2, 도 3, 도 6과 비교하여 폐쇄디스크(121)와 개방디스크(126)가 결합된 각도가 상이하나, 이는 이 실시예의 상태 및 디스크의 구조를 용이하게 이해할 수 있도록 다소 변칙적으로 표시한 것으로, 서로 동일 실시예인 것으로 간주한다.
스템(132)은 폐쇄디스크(121) 및 개방디스크(126)와 동일한 회전축(132)을 갖는다.
이 실시예의 하우징(110)에 형성된 챔버(113)는 유입구(112) 측부터 유출구(114) 측까지 너비가 일정한 것을 특징으로 한다.
폐쇄디스크(121)는 챔버(113)의 폐쇄 시 챔버(113)의 벽과 마주보는 부위에서부터 회전축(132) 방향으로 요입되는 수납홈(123)이 형성된다. 예를 들어, 정면에서 본 폐쇄디스크(121)가 원반형태이면 회전축(132)을 중심으로 좌우측 가장자리 면부터 회전축(132) 부근까지 수납홈(123)이 형성될 수 있다. 폐쇄디스크(121)가 원형이고, 회전축(132)이 중심에 위치할 때, 폐쇄디스크(121)의 좌측에 형성된 수납홈(123)은 폐쇄디스크(121)의 좌측 끝단부터 회전축(132)에 인접한 폐쇄디스크(121)의 상하끝단까지 반원형태로 절개된 형상을 가질 수 있다. 폐쇄디스크(121)의 우측에 형성된 수납홈(123)도 대칭되는 형태를 가지므로, 평면 방향에서 보면 폐쇄디스크(121)는 H 형태를 가진다. H 형태의 폐쇄디스크(121)는 중심에 회전축(132)이 위치하고, 상하부의 개방된 부위가 수납홈(123)이 된다.
또한, 폐쇄디스크(121)가 챔버(113)를 폐쇄한 상태일 때 챔버(113) 벽에 가압되어 수납홈(123)에 수납되어 있다가, 폐쇄디스크(121)가 회전하면 수납홈(123)에서 돌출되는 내부디스크(122)가 포함된다. 내부디스크(122)는 폐쇄 상태의 폐쇄디스크(121)가 개방방향으로 회전하더라도 소정의 회전 각도까지는 유체가 밸브를 통과할 수 없도록 저지하는 기능을 한다. 캐비테이션은 밸브의 개방 또는 폐쇄 시와 같이 유체의 흐름이 크게 변화될 때 발생되는데, 폐쇄디스크(121)가 개방 방향으로 회전될 때 내부디스크(122)가 밸브의 개방을 지연시켜 캐비테이션이 발생되는 시점도 지연시키게 된다. 내부디스크(122)는 챔버(113) 벽을 따라 원활하게 이동되어 수납홈(123)에서 입출될 수 있도록, 돌출되는 끝단의 모서리가 둥글게 처리되는 것이 바람직하다. 폐쇄디스크(121)의 수납홈(123)과 내부디스크(122)의 사이에는 스프링(124)이 설치되어, 스프링(124)이 내부디스크(122)를 돌출되는 방향으로 밀어낼 수 있다.
특히, 이 실시예와 같이 평면 방향에서 볼 때 폐쇄디스크(121)와 개방디스크(126)가 X 형태로 회전축(132)이 교차되게 결합되어 있으면, 내부디스크(122)는 폐쇄 상태의 폐쇄디스크(121)가 회전하여 개방될 때, 개방디스크(126)의 좌우 끝단이 챔버(113)의 벽에 접촉될 때 까지 유체의 흐름을 저지할 수 있다. 개방디스크(126)의 좌우 끝단이 챔버(113)의 벽에 접촉되면 유체는 개방디스크(126)의 공극(127)을 통해서만 밸브를 통과할 수 있게 되므로 개방 또는 폐쇄 시 유체에 의한 캐비테이션을 크게 저감시킬 수 있게 된다.
개방디스크(126)에 형성된 다수의 공극(127)은 유체를 분산시키고, 유속을 감소시킨다. 유량 및 유속이 감소된 유체는 압력이 1차적으로 저하되므로 개방디스크(126)의 후방에서 발생되는 캐비테이테이션을 저감시킬 수 있게 된다. 개방디스크(126)의 공극(127)은 유체가 유입되는 부위보다 유출되는 부위의 지름이 더 큰 것을 특징으로 한다. 공극(127)의 유출부위가 유입부위보다 지름이 더 크게 형성됨에 따라, 유체가 공극을 통과하면서 압력이 점차적으로 감소하게 된다.
특히, 유속은 관로의 중심부로 갈수록 빨라지는데, 개방디스크(126)를 통과한 유체는 전체적으로 균일한 압력손실이 발생될 수 있도록, 유속이 빠른 부위에 형성된 공극(127)은 유속이 상대적으로 느린 부위의 공극(127)보다 유출되는 부위의 지름이 더 크게 형성될 수 있다.
또한, 개방디스크(126)에는 와류 발생을 저감시키기 위해 공극(127)들의 사이에서 유체가 유입되는 방향으로 돌출된 돔(128)이 형성될 수 있다. 공극(127)은 유체가 유입되는 부위가 유출되는 부위보다 협소하게 형성되므로 유체가 유입되는 개방디스크(126)의 전면은 후면보다 공극(127)들의 사이가 더 넓게 이격된다. 공극(127) 사이에 충돌된 유체는 공극(127)으로 유입되는 유체 사이에서 와류를 발생시켜 후속 유체가 공극(127)으로 원활히 유입되는 것을 방해하게 된다. 이 때, 개방디스크(126)의 공극(127)들 사이에 돔(128)이 형성되면 돔(128)의 표면을 따라 유체의 흐름이 유도되므로 와류가 발생되는 것을 완화시킬 수 있게 된다. 돔(128)은 도시된 바와 같이 구형태로 실시될 수 있으며, 원뿔, 각뿔 등의 돌출된 다른 형태로도 실시될 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비테이션 저감을 위한 디스크가 포함된 버터플라이 밸브의 사용예를 설명한다.
먼저, 이 실시예의 버터플라이 밸브를 관로시스템의 유체가 유입되는 방향에 유입구(112)가 연결되게 설치한다.
도 1을 참조하면, 폐쇄디스크(121)가 챔버(113)가 형성된 방향으로부터 직교하게 위치하면 밸브가 폐쇄된다. 이 때, 내부디스크(122)는 챔버(113)의 벽에 가압되어 폐쇄디스크(121)의 수납홈(123) 내에 수납된 상태가 된다.
도 2를 참조하면, 사용자가 핸들(도시되지 않음)을 일 방향으로 회전시키면, 폐쇄디스크(121) 및 개방디스크(126)가 함께 회전된다. 이 실시예는 평면 방향에서 보았을 때, 개방디스크(126)가 폐쇄디스크(121)의 반시계 방향에 위치해 있으므로, 핸들은 시계방향으로 회전시키는 것이 바람직하다. 폐쇄디스크(121)가 회전하여 양측이 챔버(113)의 벽과 이격되기 시작하면 동시에 폐쇄디스크(121)의 수납홈(123)에 수납되어 있던 내부디스크(122)가 돌출되기 시작하여 챔버(113)를 폐쇄 상태로 유지하게 한다. 내부디스크(122)가 한계까지 돌출될 때 개방디스크(126)의 끝단이 챔버(113)의 벽과 인접하거나 접촉된다.
도 3을 참조하면, 폐쇄디스크(121) 및 내부디스크(122)가 챔버(113)의 벽에서 완전히 이격되면 유체가 개방디스크(126)의 공극(127)을 통해 밸브를 통과할 수 있게 된다. 이 때, 유체는 돔(128)에 유도되어 공극(127)을 통과하고, 유출부위의 너비가 더 넓은 공극(127)에서 압력 저하가 점차적으로 진행됨에 따라, 개방디스크(126)의 후면에서 발생되는 캐비테이션이 크게 감소하게 된다.
밸브의 폐쇄를 위해 핸들은 반시계 방향으로 회전시키면, 먼저, 개방디스크(126)의 양측이 챔버(113)의 벽에서 이격될 때 내부디스크(122)가 챔버(113)의 벽과 인접하거나 접촉되어 유체가 밸브를 통과할 수 없게 된다. 이어서, 폐쇄디스크(121)의 양측이 챔버(113)의 벽에 접촉될 때 까지 개방디스크(126)는 챔버(113)의 벽을 타고 점차 수납홈(123)으로 밀려들어가게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상술된 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110 : 하우징 112 : 유입구
113 : 챔버 114 : 유출구
120 : 디스크 121a, 121b : 폐쇄디스크
122a, 122b : 내부디스크 123 : 수납홈
124 : 스프링 126a, 126b : 개방디스크
127 : 유로 128 : 돔
132 : 회전축

Claims (5)

  1. 유체의 유입구 및 유출구가 서로 연통되어 내부에 챔버가 형성된 하우징과;
    상기 하우징의 챔버 내에 회전 가능하게 설치되며, 상기 챔버를 폐쇄할 수 있는 판 형태의 폐쇄디스크와;
    상기 폐쇄디스크의 회전축에 결합되며, 상기 폐쇄디스크가 회전되어 상기 챔버가 개방 또는 폐쇄될 때 상기 하우징 내에서 유체에 의해 발생되는 캐비테이션을 저감하기 위해 상기 유체가 통과하는 다수의 관통된 공극이 형성된 판 형태의 개방디스크와;
    상기 폐쇄디스크의 회전축에 결합되어 상기 하우징의 외부까지 연장되게 형성되는 스템과;
    상기 스템의 상기 하우징 외부에 노출된 부위에 결합되어 상기 스템에 회전력을 전달하는 핸들을 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐쇄디스크는 상기 챔버의 폐쇄 시 상기 챔버의 벽과 마주보는 부위에서부터 상기 회전축 방향으로 요입되는 수납홈이 형성되고,
    상기 폐쇄디스크가 상기 챔버를 폐쇄한 상태일 때 상기 챔버 벽에 가압되어 상기 수납홈에 수납되어 있다가, 상기 폐쇄디스크가 회전하면 상기 수납홈에서 돌출되는 내부디스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부디스크의 돌출되는 끝단의 모서리는 둥글게 처리된 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개방디스크의 공극은 상기 유체가 유입되는 부위보다 유출되는 부위의 지름이 더 큰 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 개방디스크에는 와류 발생을 저감시키기 위해 상기 공극들의 사이에서 상기 유체가 유입되는 방향으로 돌출된 돔이 형성된 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브.
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