KR20190081437A

KR20190081437A - 수두손실 저감형 글로브 밸브

Info

Publication number: KR20190081437A
Application number: KR1020170183981A
Authority: KR
Inventors: 박영철; 이기동; 김태관; 조현규; 여동현
Original assignee: 동아대학교 산학협력단
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2019-07-09
Also published as: KR102038096B1

Abstract

본 발명은 유체가 유동할 때 불연속적인 유동이 발생하더라도 밸브 내부 구조물에 충격 및 와류 발생을 저감시켜 수두손실을 최소화할 수 있는 수두손실 저감형 글로브 밸브에 관한 것으로, 본 발명에 따른 수두손실 저감형 글로브 밸브는, 전방부와 후방부 각각에 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 밸브몸체; 상기 유입구와 배출구 사이에서 유체가 하측에서 상측으로 통과하는 유로를 형성하도록 밸브홀이 상하 방향으로 관통되게 형성되어 있는 격벽부; 상기 밸브홀의 상부에 상하로 이동 가능하게 설치되어 밸브홀을 개폐하는 디스크; 상기 디스크를 상하로 이동시키는 개폐작동유닛; 및, 상기 밸브몸체 내부에서 상기 격벽부의 밸브홀의 사선 방향 상측에 설치되어 밸브홀을 통해 배출구 쪽으로 유동하는 유체와 부딪히면서 충격을 흡수하는 완충부재;를 포함할 수 있다.

Description

수두손실 저감형 글로브 밸브{Globe Valve to Reduce Vortex Loss}

본 발명은 글로브 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브몸체 내에 S자형으로 형성된 유로가 형성되고, S자형의 유로 사이에서 디스크가 상하로 이동하면서 유로를 개폐하며 유량을 제어하는 글로브 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 글로브 밸브(globe valve)는 유량제어의 목적으로 현재 가장 많이 채택하고 있는 밸브형식으로, 고압의 유체가 흐르는 관로상에 설치되어 유로를 개폐하는데 사용되고 밸브의 재질로는 청동, 주철, 주동(鑄銅), 합금강 등이 사용된다.

통상의 글로브 밸브는 도 1에 도시된 것과 같이, 밸브몸체의 입구(1)와 출구(2)가 일직선상에 위치되고, 상기 입구(1)와 출구(2)사이의 대략 중간지점에 해당되는 내벽면으로부터는 개폐구가 형성되어 있는 격벽(3)이 형성되어 대략 'S'자형의 유로가 형성되며, 상기 격벽(3)의 개폐구의 테두리에는 밸브의 디스크(4)가 안착되는 디스크시트(5)가 형성되는 한편, 상기 디스크시트(5)에는 밸브 스템(6)이 상기 디스크시트(5)에 대하여 직각으로 설치된 구조로 이루어져 있다.

이러한 종래의 글로브밸브는 스템(6)을 회전시키면 스템(6)에 형성되어 있는 나사산과 밸브몸체의 나사산 간의 작용에 의해 스템(6)이 상하로 이동하여 디스크(4)가 디스크시트(5)에서 이격되거나 밀착되면서 개폐구를 개폐한다.

그런데 종래의 글로브밸브는 내부에 S자형의 유로가 형성되어 있기 때문에 유로를 따라 유체가 유동할 때 불연속적인 유동이 발생하게 되면 S자형 유로를 형성하는 격벽 부분에 강한 압력이 가해지고 와류가 발생하여 큰 수두 손실이 발생하며, 파손이나 손상이 발생하여 밸브 수명이 저하되는 문제가 발생한다.

또한 디스크와 밸브 시트가의 중심축이 어긋나는 경우가 많아 유로 폐쇄 상태에서 유체의 누출이 발생하는 문제도 있다.

등록특허 제10-1436851호 공개특허 제10-2014-0073954호 공개특허 제10-2017-0065976호

본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유체가 유동할 때 불연속적인 유동이 발생하더라도 밸브 내부 구조물에 충격 및 와류 발생을 저감시켜 수두손실을 최소화할 수 있는 수두손실 저감형 글로브 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 디스크가 유로를 폐쇄했을 때 디스크와 시트 사이를 통해 유체가 누설되는 현상을 방지할 수 있는 수두손실 저감형 글로브 밸브를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따른 수두손실 저감형 글로브 밸브는, 전방부와 후방부 각각에 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 밸브몸체; 상기 유입구와 배출구 사이에서 유체가 하측에서 상측으로 통과하는 유로를 형성하도록 밸브홀이 상하 방향으로 관통되게 형성되어 있는 격벽부; 상기 밸브홀의 상부에 상하로 이동 가능하게 설치되어 밸브홀을 개폐하는 디스크; 상기 디스크를 상하로 이동시키는 개폐작동유닛; 및, 상기 밸브몸체 내부에서 상기 격벽부의 밸브홀의 사선 방향 상측에 설치되어 밸브홀을 통해 배출구 쪽으로 유동하는 유체와 부딪히면서 충격을 흡수하는 완충부재;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 한 형태에 따른 수두손실 저감형 글로브 밸브는, 전방부와 후방부 각각에 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 형성되어 있는 밸브몸체; 상기 유입구와 배출구 사이에서 유체가 하측에서 상측으로 통과하는 유로를 형성하도록 밸브홀이 상하 방향으로 관통되게 형성되어 있는 격벽부; 상기 밸브홀의 상부에, 지면(地面)에 대해 연직한 축에 대해 하측으로 일정 각도로 기울어진 경사축을 따라 상하로 이동하면서 상기 밸브홀을 개폐하는 디스크; 상기 디스크를 상기 경사축을 따라 상하로 이동시키는 개폐작동유닛; 및, 상기 밸브몸체 내부에서 상기 격벽부의 밸브홀의 사선 방향 상측에 설치되어 밸브홀을 통해 배출구 쪽으로 유동하는 유체와 부딪히는 완충부재;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유로가 개방될 때 격벽부의 밸브홀을 통과한 유체가 완충부재에 부딪히면서 충격이 감소한 후 배출구를 통해 배출될 수 있게 된다. 따라서 유체가 유동할 때 불연속적인 유동이 발생하더라도 밸브몸체 내부의 구조물이 유체의 강한 압력에 의해 손상되거나 소음 및 진동이 발생하는 현상이 방지되고, 와류가 감소되어 수두손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 글로브밸브의 일례를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 글로브밸브의 단면도로, 유로가 폐쇄된 상태를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 글로브밸브의 단면도로, 유로가 개방된 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 글로브밸브를 구성하고 있는 완충부재의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 글로브밸브의 단면도로, 유로가 폐쇄된 상태를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 글로브밸브의 단면도로, 유로가 개방된 상태를 나타낸다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 수두손실 저감형 글로브 밸브를 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 글로브 밸브는, 밸브몸체(10)와, 밸브몸체(10) 내에서 유로를 형성하는 격벽부(20), 유로를 개폐하는 디스크(30), 디스크(30)를 개폐 작동시키는 개폐작동유닛, 및 유로 개방시 유체와 부딪히면서 완충 작용을 하는 완충부재(50)를 포함한다.

밸브몸체(10)는 전방부와 후방부 각각에 유체가 유입되는 유입구(11)와 유체가 배출되는 배출구(12)를 구비한다. 밸브몸체(10)의 상부에는 상기 개폐작동유닛을 구성하는 스템(40)이 관통하면서 결합되는 스템결합부(42)가 결합되어 있다.

격벽부(20)는 상기 유입구(11)와 배출구(12) 사이에서 유체가 하측에서 상측으로 통과하는 대략 'S'자 형의 유로를 형성하도록 밸브홀(21)이 상하 방향으로 관통되게 형성되어 있는 구조를 갖는다. 상기 격벽부(20)의 밸브홀(21)의 주변부에는 상기 디스크(30)의 외면과 접촉하면서 수밀을 유지하는 시트링(seat ring)(25)이 설치된다.

격벽부(20)의 후방부 하측에는 밸브홀(21)을 향해 전방에서 후방으로 상향 경사진 하부 유동가이드(23)가 형성되어, 밸브홀(21) 쪽으로 유동하는 유체가 격벽부에 부딪혀 충격을 발생시키지 않고 부드럽게 밸브홀(21)을 통해 유동할 수 있게 되어 있다.

또한 상기 밸브홀(21)의 전방부에 상부 유동가이드(24)가 상측으로 연직하게 연장되어 디스크(30)의 배면으로 유동하는 유체의 양을 최소화하고 유체가 완충부재(50) 쪽으로 유도될 수 있게 되어 있다.

디스크(30)는 격벽부(20)의 상측에서 상하로 직선 왕복 운동하면서 밸브홀(21)을 개폐하는 개폐체로서 작동한다. 즉 디스크(30)가 개폐작동유닛에 의해 상측으로 이동하면 밸브홀(21)이 개방되어 유체가 배출구(12) 쪽으로 유동하게 되고, 디스크(30)가 개폐작동유닛에 의해 하측으로 이동하여 시트링(25)에 밀착되면 밸브홀(21)이 폐쇄되어 유체가 유동하지 못하게 된다.

상기 디스크(30)를 작동시키기 위한 개폐작동유닛은, 하단이 상기 디스크(30)의 중심부와 연결되고 외면에 수나사산(41)이 형성되어 있는 스템(40)과, 상기 밸브몸체(10)의 상부에 배치되며 상기 스템(40)의 수나사산(41)과 나선 결합되는 암나사산(43)이 형성된 스템결합부(42)와, 상기 스템결합부(42)의 외부에서 상기 스템(40)의 상단에 결합되는 핸들(44)을 포함한다.

따라서 사용자가 핸들(44)을 잡고 일방향(예를 들어 반시계방향)으로 돌리면, 수나사산(41)과 암나사산(43) 간의 작용에 의해 스템(40)이 회전하면서 상승하여 디스크(30)가 상승하고, 핸들(44)을 반대방향으로 회전시키면 스템(40)이 회전하면서 하강하여 디스크(30)가 하강하게 된다.

상기 완충부재(50)는 밸브몸체(10) 내부에서 격벽부(20)의 밸브홀(21)의 사선 방향 상측에 설치되어 밸브홀(21)을 통해 배출구(12) 쪽으로 유동하는 유체와 부딪히면서 충격을 흡수하는 작용을 한다.

상기 완충부재(50)는 고무 또는 실리콘과 같은 유연한 수지 재질의 판재나 시트로 이루어질 수 있다. 혹은 도 4에 도시한 것과 같이 완충부재(50)가 밸브몸체(10)에 부착되는 편평한 판상의 베이스판(51)과, 상기 베이스판(51)에 밸브홀(21) 쪽으로 돌출되게 형성된 복수의 코일(52)과, 상기 코일(52)의 끝단부에 부착되는 다각면체 형태의 완충돌기(53)를 포함할 수 있다. 여기서 완충돌기(53)는 테트라포드(tetrapod) 형태를 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 완충부재(50)에 테트라포드 구조의 완충돌기(53)가 다수개 구성되고, 각각의 완충돌기(53)가 코일(52)에 장착되면 밸브홀(21)을 통과한 유체가 높은 압력으로 완충부재(50)와 부딪히더라도 완충돌기(53)의 형상과 코일(52)의 탄성력에 의해 유체의 에너지가 흡수되고, 와류가 저감되어 완충 성능이 배가될 수 있게 된다.

전술한 구성으로 이루어진 글로브밸브는 다음과 같이 작동한다.

도 2에 도시한 것과 같이 디스크(30)가 밸브홀(21) 내주부에 설치된 시트링(25)과 밀착되어 유로를 폐쇄한 상태에서 유로를 개방하고자 할 경우, 사용자가 핸들(44)을 잡고 일방향(예를 들어 반시계방향)으로 회전시키면 스템(40)의 수나사산(41)과 스템결합부(42)의 암나사산(43) 간의 작용에 의해 스템(40) 및 디스크(30)가 회전하면서 상승하게 된다.

이에 따라 도 3에 도시한 것과 같이 밸브홀(21)이 개방되고 유체가 밸브홀(21)을 통해 유동하여 배출구(12)를 통해 배출된다.

이와 같이 디스크(30)가 상승하여 밸브홀(21)이 개방되면 밸브홀(21)을 통과한 유체는 밸브홀(21)의 사선 방향 상측에 설치된 완충부재(50)와 부딪히게 되고, 완충부재(50)에 의해 충격이 흡수된 후 배출구(12)를 통해 배출된다.

따라서 높은 압력의 유체가 밸브몸체(10)에 직접 부딪혀 밸브몸체(10)가 손상되거나 소음 및 진동이 발생하는 현상이 방지될 수 있게 된다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 글로브밸브를 나타낸 것으로, 이 두번째 실시예의 글로브밸브는 전방부와 후방부 각각에 유체가 유입되는 유입구(11)와 유체가 배출되는 배출구(12)가 형성되어 있는 밸브몸체(10), 유입구(11)와 배출구(12) 사이에서 유체가 하측에서 상측으로 통과하는 유로를 형성하도록 밸브홀(21)이 상하 방향으로 관통되게 형성되어 있는 격벽부(20), 상기 밸브홀(21)의 상부에 지면(地面)에 대해 연직한 축에 대해 하측으로 일정 각도로 기울어진 경사축(A)을 따라 상하로 이동하면서 상기 밸브홀(21)을 개폐하는 디스크(30), 상기 디스크(30)를 상기 경사축(A)을 따라 상하로 이동시키는 개폐작동유닛, 및 상기 밸브몸체(10) 내부에서 상기 격벽부(20)의 밸브홀(21)의 사선 방향 상측에 설치되어 밸브홀(21)을 통해 배출구(12) 쪽으로 유동하는 유체와 부딪히는 완충부재(50)를 포함한다.

즉 이 실시예의 글로브밸브는 디스크(30)가 지면(地面)에 대해 연직한 축에 대해 하측으로 일정 각도로 기울어진 경사축(A)을 따라 상하로 이동하면서 유로를 개폐하는 구조로서, 개폐작동유닛을 구성하는 스템(40)이 경사축(A)을 따라 이동하여 유로를 개방하므로 유로 개방시 밸브홀(21)을 통과한 유체와 스템(40) 간의 충돌을 최소화할 수 있고, 완충부재(50)를 스템(40)의 주변부에 설치하여 완충 효과를 얻을 수 있으므로 설치가 용이한 이점을 얻을 수 있다.

상기 디스크(30)를 경사축(A)을 따라 이동시키기 위한 개폐작동유닛은 스템(40)과 스템결합부(42) 및 핸들(44)을 포함하고, 전술한 실시예와 마찬가지로 스템(40)의 외면에 수나사산(41)이 형성되고 스템결합부(42)의 구멍에 암나사산(43)이 형성되어 수나사산(41)과 암나사산(43) 간의 작용에 의해 스템(40)이 상하로 이동한다. 여기서 상기 스템(40)은 경사축(A)을 따라 연장되고, 스템결합부(42)의 암나사산(43)도 경사축(A)을 따라 형성되어 있으므로 스템(40)은 경사축(A)을 따라 회전하면서 직선 이동하게 된다.

상기 완충부재(50)는 중앙부에 상기 스템(40)이 관통하는 구멍이 형성된 링 형태로 되어, 상기 스템결합부(42)의 하부에서 상기 스템(40)의 외측에 설치된다. 완충부재(50)는 전술한 실시예의 완충부재(50)와 마찬가지로 고무 또는 실리콘과 같은 유연한 수지 재질의 판재나 시트로 이루어지거나, 혹은 도 4에 도시한 것과 같이 베이스판(51)과 복수의 코일(52)과 테트라포드(tetrapod) 형태의 완충돌기(53)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 전술한 첫번째 실시예와 마찬가지로 격벽부(20)의 후방부 하측에 밸브홀(21)을 향해 전방에서 후방으로 상향 경사진 하부 유동가이드(23)가 형성되고, 밸브홀(21)의 전방부에 상부 유동가이드(24)가 상측으로 연직하게 연장될 수도 있을 것이다.

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 : 유입구
12 : 배출구 20 : 격벽부
21 : 밸브홀 23 : 하부 유동가이드
24 : 상부 유동가이드 25 : 시트링
30 : 디스크 40 : 스템
41 : 수나사산 42 : 스템결합부
43 : 암나사산 44 : 핸들
50 : 완충부재 51 : 베이스판
52 : 코일 53 : 완충돌기
A : 경사축

Claims

전방부와 후방부 각각에 유체가 유입되는 유입구(11)와 유체가 배출되는 배출구(12)가 형성되어 있는 밸브몸체(10);
상기 유입구(11)와 배출구(12) 사이에서 유체가 하측에서 상측으로 통과하는 유로를 형성하도록 밸브홀(21)이 상하 방향으로 관통되게 형성되어 있는 격벽부(20);
상기 밸브홀(21)의 상부에 상하로 이동 가능하게 설치되어 밸브홀(21)을 개폐하는 디스크(30);
상기 디스크(30)를 상하로 이동시키는 개폐작동유닛; 및,
상기 밸브몸체(10) 내부에서 상기 격벽부(20)의 밸브홀(21)의 사선 방향 상측에 설치되어 밸브홀(21)을 통해 배출구(12) 쪽으로 유동하는 유체와 부딪히면서 충격을 흡수하는 완충부재(50);
를 포함하는 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제1항에 있어서, 상기 완충부재(50)는 유연한 수지 재질의 판재로 된 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제1항에 있어서, 상기 완충부재(50)는 밸브몸체(10)에 부착되는 베이스판(51)과, 상기 베이스판(51)에 밸브홀(21) 쪽으로 돌출되게 형성된 복수의 코일(52)과, 상기 코일(52)의 끝단부에 부착되는 다각면체 형태의 완충돌기(53)를 포함하는 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제3항에 있어서, 상기 완충돌기(53)는 테트라포드(tetrapod) 형태를 갖는 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제1항에 있어서, 상기 격벽부(20)의 후방부 하측에 밸브홀(21)을 향해 전방에서 후방으로 상향 경사진 하부 유동가이드(23)가 형성된 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제1항에 있어서, 상기 밸브홀(21)의 전방부에 상측으로 연직하게 연장되어 디스크(30)의 외면과 접촉하는 상부 유동가이드(24)가 형성된 수두손실 저감형 글로브 밸브.
전방부와 후방부 각각에 유체가 유입되는 유입구(11)와 유체가 배출되는 배출구(12)가 형성되어 있는 밸브몸체(10);
상기 유입구(11)와 배출구(12) 사이에서 유체가 하측에서 상측으로 통과하는 유로를 형성하도록 밸브홀(21)이 상하 방향으로 관통되게 형성되어 있는 격벽부(20);
상기 밸브홀(21)의 상부에, 지면(地面)에 대해 연직한 축에 대해 하측으로 일정 각도로 기울어진 경사축을 따라 상하로 이동하면서 상기 밸브홀(21)을 개폐하는 디스크(30);
상기 디스크(30)를 상기 경사축을 따라 상하로 이동시키는 개폐작동유닛; 및,
상기 밸브몸체(10) 내부에서 상기 격벽부(20)의 밸브홀(21)의 사선 방향 상측에 설치되어 밸브홀(21)을 통해 배출구(12) 쪽으로 유동하는 유체와 부딪히는 완충부재(50);
를 포함하는 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제7항에 있어서,
상기 개폐작동유닛은,
하단이 상기 디스크(30)의 중심부와 연결되고 상기 디스크(30)에서부터 상기 경사축을 따라 연장되게 설치되고, 외면에 수나사산(41)이 형성되어 있는 스템(40)과;
상기 밸브몸체(10)의 상부에 배치되며, 상기 스템(40)의 수나사산(41)과 나선 결합되는 암나사산(43)이 형성된 스템결합부(42)와;
상기 스템결합부(42)의 외부에서 상기 스템(40)의 상단에 결합되는 핸들(44);
을 포함하는 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제8항에 있어서, 상기 완충부재(50)는 중앙부에 상기 스템(40)이 관통하는 구멍이 형성된 링 형태로 되어, 상기 스템결합부(42)의 하부에서 상기 스템(40)의 외측에 설치되는 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제9항에 있어서, 상기 완충부재(50)는 유연한 수지 재질의 판재로 된 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제9항에 있어서, 상기 완충부재(50)는 스템결합부(42)에 부착되는 베이스판(51)과, 상기 베이스판(51)에 밸브홀(21) 쪽으로 돌출되게 형성된 복수의 코일(52)과, 상기 코일(52)의 끝단부에 부착되는 다각면체 형태의 완충돌기(53)를 포함하는 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제11항에 있어서, 상기 완충돌기(53)는 테트라포드(tetrapod) 형태를 갖는 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제7항에 있어서, 상기 격벽부(20)의 후방부 하측에 밸브홀(21)을 향해 전방에서 후방으로 상향 경사진 하부 유동가이드(23)가 형성된 수두손실 저감형 글로브 밸브.
제7항에 있어서, 상기 밸브홀(21)의 전방부에 상측으로 연직하게 연장되어 디스크(30)의 외면과 접촉하는 상부 유동가이드(24)가 형성된 수두손실 저감형 글로브 밸브.