KR20200013061A - 가변 유량 포핏 밸브 - Google Patents

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제임스 알. 에벤
앤쏘니 제이. 쿠쉘
마이클 이. 블룸
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그라코 미네소타 인크.
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Abstract

가변 유량 포핏 밸브는 제1 스테이지, 제2 스테이지, 제2 스테이지에 배치된 부싱, 및 밸브를 개방 상태로 작동시키도록 구성된 캡을 포함한다. 제1 스테이지는 제1 테이퍼부를 갖는 헤드 및 헤드로부터 하류로 연장되는 샤프트를 갖는 내부 밸브 플러그, 및 부싱 내에 배치되고 샤프트 둘레에서 연장되는 제1 스테이지 스프링을 포함한다. 샤프트는 캡에 부착되어 캡으로 하여금 내부 밸브 플러그가 개방 위치로 작동되게 한다. 제2 스테이지는 상류부 및 상류부로부터 하류로 연장되는 제2 테이퍼부를 갖는 외부 밸브 플러그를 포함한다. 부싱은 숄더를 포함하고, 캡은 숄더를 맞물려 외부 밸브 플러그를 개방 위치로 작동시키도록 구성된다.

Description

가변 유량 포핏 밸브
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 6월 23일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "VARIABLE FLOW POPPET VALVE(가변 유량 포핏 밸브)"인 미국 가출원 제62/523,845호에 대한 우선권을 주장하며, 그 개시내용은 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
본 개시내용은 전반적으로 밸브에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 유체 분배 시스템을 위한 가변 유량 포핏 밸브에 관한 것이다.
자동차 공장에서 오일 및 기타 윤활제를 분배하는 데에 사용되는 것과 같은 유체 분배 시스템은 분배 노즐을 사용하여 가압 유체의 분배를 제어한다. 분배 노즐은 유동을 제어하기 위해 사용자에 의해 작동되는 내부 밸브를 포함한다. 사용자는 트리거를 눌러 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 내부 밸브를 기계적으로 작동시킨다. 밸브의 상류 유체가 가압되고, 밸브가 개방 위치에 있을 때 유체 압력은 유체를 밸브를 지나 하류로 보낸다. 상류 유체 압력은 폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 밸브의 이동에 저항하여, 사용자는 상류 유체 압력을 극복하고 밸브를 개방 위치로 작동시키기 위해 큰 힘을 가해야 한다. 또한, 밸브는 통상적으로 이원 유량(binary flow rate)을 제공하여, 밸브가 개방될 때 유체가 유동하거나, 밸브가 유동하지 않을 때 유체가 유동하지 않는다. 밸브가 2-스테이지 밸브인 경우, 밸브는 2개의 별개의 유량, 즉 제1 스테이지가 개방된 낮은 유량, 및 제2 스테이지가 개방된 높은 유량을 제공한다.
본 개시내용의 양태에 따르면, 가변 유량 밸브는 외부 밸브 플러그, 부싱, 내부 밸브 플러그, 및 캡을 포함한다. 외부 밸브 플러그는 상류부 및 상류부로부터 연장되는 외부 플러그 테이퍼부를 갖는 밸브 플러그 본체, 및 밸브 플러그 본체를 통해 연장되는 플러그 통로를 포함한다. 플러그 통로는 밸브 플러그 본체의 상류부로 연장되고 제1 스테이지 시트를 포함하는 제1 세그먼트, 및 제1 세그먼트로부터 연장되는 제2 세그먼트를 포함한다. 부싱은 제2 세그먼트에 배치되며 샤프트 개구를 갖는 상류 단부, 하류 단부, 및 반경방향 내향으로 연장되고 상류 단부와 하류 단부 사이에 배치되는 숄더를 포함한다. 내부 밸브 플러그는 플러그 통로 내에 배치되고 샤프트 개구를 통해 부싱 내로 연장된다. 내부 밸브 플러그는 제1 스테이지 시트와 정합하도록 구성된 내부 플러그 테이퍼부를 갖는 헤드, 및 헤드로부터 샤프트 개구를 통해 연장되는 샤프트를 포함한다. 캡은 샤프트에 부착되고 부싱 내에 배치된다. 캡은 내부 밸브 플러그를 제1 스테이지 폐쇄 위치와 제1 스테이지 개방 위치 사이에서 작동시키도록 구성되고, 부싱의 숄더와 맞물려 외부 밸브 플러그를 제2 스테이지 폐쇄 위치와 제2 스테이지 개방 위치 사이에서 작동시키도록 구성된다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 유체를 분배하는 노즐은 상류 유체 챔버 및 하류 유체 챔버를 획정하는 노즐 본체, 상류 유체 챔버와 하류 유체 챔버 사이에서 노즐 본체로부터 반경방향 내향으로 연장되는 외부 밸브 시트, 및 노즐 본체 내에 배치된 가변 유량 밸브를 포함한다. 가변 유량 밸브는 완전 폐쇄 위치, 부분 개방 위치, 및 완전 개방 위치 사이에서 이동될 수 있다. 가변 유량 밸브는 외부 밸브 플러그, 상류 유체 챔버 내에 배치되고 외부 밸브 플러그를 외부 밸브 시트를 향해 편향시키도록 구성된 제2 스테이지 스프링, 부싱, 내부 밸브 플러그, 캡, 및 제1 스테이지 스프링을 포함한다. 외부 밸브 플러그는 상류부 및 상류부로부터 연장되고 외부 밸브 시트와 정합하도록 구성된 외부 플러그 테이퍼부를 갖는 밸브 플러그 본체, 및 밸브 플러그 본체를 통해 연장되고 제1 스테이지 시트를 포함하는 플러그 통로를 포함한다. 부싱은 플러그 통로에 배치된다. 내부 밸브 플러그는 플러그 통로 내에 배치되고 부싱 내로 연장된다. 내부 밸브 플러그는 제1 스테이지 시트와 정합하도록 구성된 내부 플러그 테이퍼부를 갖는 헤드 및 헤드로부터 그리고 부싱으로 연장되는 샤프트를 포함한다. 캡은 샤프트에 부착되고 부싱 내에 배치된다. 제1 스테이지 스프링은 부싱 내에 그리고 샤프트 둘레에 배치되고 부싱의 상류 단부와 캡 사이에서 연장된다. 캡은 가변 유량 밸브를 완전 폐쇄 위치로부터 부분 개방 위치 - 이 위치에서 내부 밸브 플러그가 제1 스테이지 시트로부터 변위됨 - 로, 그리고 부분 개방 위치로부터 완전 개방 위치 - 이 위치에서 외부 밸브 플러그가 외부 밸브 시트로부터 변위됨 - 로 작동시키도록 구성된다.
도 1a는 노즐 조립체의 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 상세 Z의 확대 단면도로서, 폐쇄 위치에서 가변 유량 포핏 밸브를 도시한다.
도 1c는 부분 개방 위치에서 도 1b의 가변 유량 포핏 밸브의 단면도이다.
도 1d는 완전 개방 위치에서 도 1b의 가변 유량 포핏 밸브의 단면도이다.
도 2a는 가변 유량 포핏 밸브의 분해도이다.
도 2b는 도 2a의 가변 유량 포핏 밸브의 하류 단부의 입면도이다.
도 2c는 도 2a의 가변 유량 포핏 밸브의 단면도이다.
도 3은 다른 가변 유량 포핏 밸브의 단면도이다.
도 1a는 다른 옵션 중에서도 오일, 부동액, 트랜스미션 유체, 및/또는 윤활제와 같은 가압 유체를 분배하도록 구성된 노즐(10)의 단면도이다. 도 1b는 도 1a의 상세 Z의 확대 단면도로서, 폐쇄 위치에서 가변 유량 포핏 밸브(variable flow poppet valve)(VFPV)(12)를 도시한다. 도 1c는 VFPV(12)를 부분 개방 위치에서 도시하는 단면도이다. 도 1d는 완전 개방 위치에서 VFPV(12)의 단면도이다. 도 1a 내지 도 1d를 함께 설명하기로 한다.
노즐(10)은 VFPV(12), 노즐 본체(14), 입구 피팅(16)(도 1a), 출구 피팅(18)(도 1a), 트리거(20)(도 1a), 캠(22)(도 1a), 및 푸시 로드(24)를 포함한다. VFPV(12)는 제1 스테이지(26), 제2 스테이지(28), 부싱(30), 및 캡(32)을 포함한다. 제1 스테이지(26)는 내부 밸브 플러그(34) 및 제1 스테이지 스프링(36)을 포함한다. 내부 밸브 플러그(34)는 샤프트(38) 및 헤드(40)를 포함하고, 헤드는 절두 원추형이고 제1 테이퍼형 표면(42)을 포함한다. 제2 스테이지(28)는 외부 밸브 플러그(44) 및 제2 스테이지 스프링(46)을 포함한다. 외부 밸브 플러그(44)는 외부 플러그 본체(48) 및 플러그 통로(50)를 포함한다. 외부 플러그 본체(48)는 제2 테이퍼형 표면(52) 및 상류부(54)를 포함한다. 플러그 통로(50)는 제1 세그먼트(56) 및 제2 세그먼트(58)를 포함한다. 제1 세그먼트(56)는 제1 스테이지 시트(60) 및 중간부(62)를 포함한다. 부싱(30)은 상류 단부(64), 하류 단부(66), 샤프트 개구(68), 및 숄더(70)를 포함한다. 노즐 본체(14)는 상류 유체 챔버(72), 하류 유체 챔버(74), 및 제2 스테이지 시트(76)를 포함한다. 상류 화살표 및 하류 화살표는 각각 상류 방향 및 하류 방향을 나타낸다.
입구 피팅(16)은 노즐 본체(14)에 부착되고 유체를 상류 유체 챔버(72)에 제공한다. 출구 피팅(18)은 노즐 본체(14)에 부착되고 하류 유체 챔버(74)로부터 유체를 받는다. VFPV(12)는 상류 유체 챔버(72)와 하류 유체 챔버(74) 사이에서 노즐 본체(14) 내에 배치되고 상류 유체 챔버(72)와 하류 유체 챔버(74) 사이의 유체 유동을 제어하도록 구성된다. 푸시 로드(24)는 하류 유체 챔버(74)에 배치되고 폐쇄 위치(도 1b에 도시됨), 부분 개방 위치(도 1c에 도시됨), 및 완전 개방 위치(도 1d에 도시됨) 사이에서 VFPV(12)를 작동시킨다. 캡(32)은 내부 밸브 플러그(34)에 부착되고 부싱(30)의 하류 단부(66)로 연장된다. 푸시 로드(24)는 캡(32)과 접경하고 캡(32)을 상류 방향으로 구동시키도록 구성된다. 푸시 로드(24)가 캡(32)과 접경하는 것으로 설명되었지만, 일부 예에서, 캡(32)의 하류 단부는 푸시 로드(24)에 부착되는 것이 이해된다. 캡(32)은 임의의 원하는 방식으로 푸시 로드(24)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 캡(32)은 푸시 로드(24) 상의 나사부와 정합되도록 구성된 나사부를 포함할 수 있다. 그러나, 캡(32)은 임의의 원하는 방식으로, 예를 들어 압입 연결에 의해, 접착제에 의해, 또는 용접에 의해 푸시 로드(24)에 영구적으로 또는 제거 가능하게 부착될 수 있는 것이 이해된다. 일부 예에서, 캡(32)은 푸시 로드(24)와 일체형일 수 있다. 트리거(20)는 노즐 본체(14)에 피봇 가능하게 부착되고 캠(22)에 연결된다. 캠(22)은 노즐 본체(14)에 배치되고 회전하여 푸시 로드(24)를 상류 방향으로 구동시킴으로써 VFPV(12)를 작동시키도록 구성된다.
제2 스테이지 시트(76)는 노즐 본체(14)로부터 연장되고 노즐 본체와 일체형이다. 제2 스테이지 시트(76)는 노즐 본체(14)의 챔퍼링 보어이다. 제2 스테이지 시트(76)는 노즐 본체(14)와 일체형인 것으로 설명되었지만, 제2 스테이지 시트(76)는 노즐 본체(14)와 별도로 형성되어 노즐 본체(14) 내에 설치될 수 있는 것이 이해된다. 외부 밸브 플러그(44)는 노즐 본체(14)에 배치되고 폐쇄 위치에 있을 때 제2 스테이지 시트(76)와 맞닿도록 구성된다. 외부 플러그 본체(48)의 상류부(54)는 노즐 본체(14) 내에서 외부 밸브 플러그(44)를 정렬시킨다. 제2 테이퍼형 표면(52)은 상류부(54)로부터 하류로 연장되고 제2 스테이지 시트(76)와 접경하도록 구성된다. 제2 스테이지 스프링(46)은 상류 유체 챔버(72) 내에 배치되고 입구 피팅(16)과 외부 밸브 플러그(44)의 상류부(54) 사이에서 연장된다.
플러그 통로(50)는 외부 플러그 본체(48)를 통해 연장되고 제1 스테이지(26)를 통해 유동하는 유체에 대한 유로를 획정한다. 플러그 통로(50)의 제1 세그먼트(56)는 플러그 통로(50)의 제2 세그먼트(58)의 상류에 배치된다. 제1 스테이지 시트(60)는 제1 세그먼트(56)의 챔퍼링 부분이고 제1 세그먼트(56)의 상류 단부에 배치된다. 중간부(62)는 제1 스테이지 시트(60)로부터 플러그 통로(50)의 제2 세그먼트(58)로 하류로 연장된다. 제2 세그먼트(58)는 중간부(62)보다 더 큰 직경을 제공한다. 부싱(30)은 플러그 통로(50)의 제2 세그먼트(58)에 배치된다. 샤프트 개구(68)는 부싱(30)의 상류 단부(64)를 통해 연장되고, 일부 예에서, 샤프트 개구(68)는 중간부(62)와 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 숄더(70)는 상류 단부(64)와 하류 단부(66) 사이에서 부싱(30)으로부터 반경방향 내향으로 연장된다.
내부 밸브 플러그(34)는 플러그 통로(50)를 통해 그리고 샤프트 개구(68)를 통해 부싱(30) 내로 연장된다. 헤드(40)는 제1 테이퍼형 표면(42)을 포함하고, 제1 테이퍼형 표면(42)은 제1 스테이지 시트(60)와 접경하도록 구성된다. 샤프트(38)는 헤드(40)로부터 하류 방향으로 연장된다. 샤프트(38)는 중간부(62)를 통해 그리고 샤프트 개구(68)를 통해 부싱(30) 내로 연장된다. 샤프트(38)의 하류 단부는 캡(32)에 연결된다. 샤프트(38)는 나사식 연결 또는 압입 연결과 같은 임의의 원하는 방식으로 캡(32)에 연결될 수 있다. 제1 스테이지 스프링(36)은 부싱(30) 내에서 샤프트(38) 둘레에 배치된다. 제1 스테이지 스프링(36)은 부싱(30)의 상류 단부(64)와 캡(32) 사이에서 연장된다.
노즐 본체(14)는 다른 옵션 중에서도 알루미늄 또는 스테인리스강과 같은 금속으로 주조된다. 외부 밸브 플러그(44)는, 외부 밸브 플러그(44)가 제2 스테이지 시트(76)와 맞물릴 때 외부 밸브 플러그(44)가 노즐 본체(14)와 유체 밀폐 시일을 형성하도록 엘라스토머 재료로 형성된다. 외부 밸브 플러그(44)는, 분배되는 유체와 양립 가능하고 제2 스테이지 시트(76)와 시일을 형성할 수 있는 임의의 원하는 엘라스토머, 예를 들어 열가소성 엘라스토머로 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 밸브 플러그(44)는 Santoprene™과 같은 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(ethylene propylene diene monomer)(EPDM) 고무로 형성될 수 있다. 내부 밸브 플러그(34)는 외부 밸브 플러그(44)와 유체 밀폐 시일을 형성하도록 구성된 금속 재료, 예를 들어 알루미늄 또는 스테인리스강으로 형성된다.
VFPV(12)의 제1 스테이지(26)는 제2 스테이지(28)가 개방 위치로 작동하기 전에 개방 위치로 작동하도록 구성된다. 제1 스테이지 스프링(36)은, 외부 밸브 플러그(44)가 개방 위치로 시프트되기 전에 내부 밸브 플러그(34)가 개방 위치로 시프트되는 것을 보장하도록 제2 스테이지 스프링(46)보다 낮은 스프링 레이트를 갖는다. 작동 동안, VFPV(12)는 초기에 도 1b에 도시된 완전 폐쇄 위치에 있다. 사용자는 트리거(20)를 사용하여 노즐(10)을 통한 유체의 유동을 제어한다. 노즐(10)을 통한 유체 유동을 개시하기 위해, 사용자는 트리거(20)를 누르고, 이는 캠(22)이 회전되게 하여 푸시 로드(24)를 상류 방향으로 구동시킨다. 푸시 로드(24)는 캡(32)과 푸시 로드(24)의 연결 때문에 캡(32)을 상류 방향으로 구동시킨다. 캡(32)은 내부 밸브 플러그(34)를 상류 방향으로 구동시켜, 헤드(40)가 제1 스테이지 시트(60)로부터 맞물림 해제되고 제1 스테이지 스프링(36)이 캡(32)과 부싱(30)의 상류 단부 사이에서 압축된다. 제1 스테이지 시트(60)로부터 맞물림 해제된 헤드(40)는 제1 테이퍼형 표면(42)과 제1 스테이지 시트(60) 사이의 유로를 개방하고, 유체는 플러그 통로(50)를 통해 하류로 유동하기 시작한다. 유체는 제1 테이퍼형 표면(42)과 제1 스테이지 시트(60) 사이의 유로를 통해 유동하고, 중간부(62)를 통해 유동하며, 샤프트 개구(68)를 통해 부싱(30)에 진입한다. 유체는, 도 2a 내지 도 2c와 관련하여 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 부싱(30)을 통해 유동하고 캡(32)을 통해 VFPV(12)를 빠져나간다.
헤드(40)가 제1 스테이지 시트(60)로부터 변위됨에 따라, 제1 테이퍼형 표면(42)과 제1 스테이지 시트(60) 사이의 유로의 체적이 증가한다. 유로의 체적이 증가함에 따라, 제1 스테이지(26)를 통한 유량도 유사하게 증가한다. 제1 테이퍼형 표면(42) 및 제1 스테이지 시트(60)의 프로파일은 가변 유량을 제공하여, 제1 스테이지를 통한 유동은 이원이 아니고 대신에 사용자에 의해 제어될 수 있다. 이와 같이, 사용자는 트리거(20)를 누름으로써 헤드(40)가 제1 스테이지 시트(60)로부터 변위되는 거리를 제어함으로써 하류 유체 챔버(74)로의 유체의 유량을 제어한다. 제1 스테이지(26)를 개방시키면 또한 상류 유체 챔버(72)에서 압력 강하가 유발된다. 상류 유체 챔버(72) 내의 유체 압력은 제1 스테이지(26)를 통한 유량이 증가함에 따라 계속 강하된다. 상류 유체 챔버(72) 내의 감소된 유체 압력은 도 1d에 도시된 완전 개방 위치로 VFPV(12)를 작동시키기 위해 상당히 적은 힘이 요구되는 것을 보장한다.
푸시 로드(24)는 캡(32)이 부싱(30)의 숄더(70)와 맞물릴 때까지 캡(32)을 상류 방향으로 계속 구동시킨다. 제1 스테이지(26)는 캡(32)이 숄더(70)와 맞물릴 때 완전히 개방된다. 제1 스테이지(26)의 작동 전체에 걸쳐, 제2 테이퍼형 표면(52)은 제2 스테이지(28)가 폐쇄되도록 제2 스테이지 시트(76)와의 맞물림 상태를 유지한다. 이와 같이, VFPV(12)가 도 1c에 도시된 부분 개방 위치에 있는 경우, 유체는 제1 스테이지(26)를 통해 유동하지만 제2 스테이지(28)를 통해 유동하는 것이 방지된다.
사용자는 VFPV(12)를 도 1c에 도시된 부분 개방 위치로부터 도 1d에 도시된 완전 개방 위치로 작동시킴으로써 VFPV(12)를 통한 유량을 추가로 증가시킬 수 있다. 사용자는 트리거(20)를 더 누름으로써 VFPV(12)를 완전 개방 위치로 작동시킨다. 캠(22)은 푸시 로드(24)를 더 상류로 구동시킨다. 캡(32)은 부싱(30)의 숄더(70)에 힘을 가함으로써 외부 밸브 플러그(44)를 상류 방향으로 구동시킨다. 제2 테이퍼형 표면(52)이 제2 스테이지 시트(76)로부터 맞물림 해제되면, 제2 테이퍼형 표면(52)과 제2 스테이지 시트(76) 사이에서 제2 스테이지(28)를 통해 유로가 개방된다. 유체는 상류 유체 챔버(72)로부터 하류 유체 챔버(74)로 제1 스테이지(26) 및 제2 스테이지(28) 모두를 통해 유동한다. 제1 스테이지(26)를 통한 유량과 유사하게, 제2 스테이지(28)를 통한 유량은 트리거(20)를 누름으로써 외부 밸브 플러그(44)가 제2 스테이지 시트(76)로부터 변위되는 거리를 제어함으로써 제어된다. 위에서 설명된 바와 같이, 상류 유체 챔버(72) 내의 유체 압력은 제1 스테이지(26)가 개방될 때 감소하여, 제2 스테이지(28)를 개방 위치로 작동시키는 데에 더 적은 힘이 요구된다. 제2 스테이지(28)를 개방 위치로 작동시키는 데에 더 적은 힘이 요구되기 때문에, 사용자는 제2 스테이지(28)의 작동에 대해 더 큰 제어를 갖는다.
유체 분배 이벤트가 완료된 후, VFPV(12)는 도 1b에 도시된 완전 폐쇄 위치로 다시 시프트된다. 사용자는 캠(22)이 도 1a에 도시된 위치로 복귀하도록 트리거(20)를 해제한다. 제2 스테이지 스프링(46)은 외부 밸브 플러그(44)를 도 1d에 도시된 위치로부터 도 1c에 도시된 위치로 구동시켜, 제2 테이퍼형 표면(52)이 제2 스테이지 시트(76)와 맞물림으로써, 제2 스테이지(28)를 통한 유로를 폐쇄한다. 제1 스테이지 스프링(36)은 캡(32), 및 이에 따라 푸시 로드(24)를 상류 방향으로 그리고 도 1b에 도시된 위치로 다시 구동시킨다. 캡(32)은 샤프트(38)와 캡(32)의 연결 때문에 내부 밸브 플러그(34)를 도 1b에 도시된 폐쇄 위치로 다시 당긴다. 헤드(40)는 제1 스테이지 시트(60)와 다시 맞물려, 제1 스테이지(26)를 통한 유로를 폐쇄한다. 헤드(40)가 제1 스테이지 시트(60)와 맞물리고 제2 테이퍼형 표면(52)이 제2 스테이지 시트(76)와 맞물리면, VFPV(12)는 완전 폐쇄 위치에 있고 유체는 상류 유체 챔버(72)로부터 하류 유체 챔버(74)로 유동하는 것이 방지된다.
VFPV(12)는 상당한 이점을 제공한다. 제1 스테이지 스프링(36)은 제2 스테이지 스프링(46)보다 낮은 스프링 레이트를 가짐으로써, 제2 밸브 플러그가 개방 위치로 시프트되기 전에 내부 밸브 플러그(34)가 개방 위치로 시프트되는 것을 보장한다. 내부 밸브 플러그(34)가 개방 위치로 시프트되면 상류 유체 챔버(72)에서 압력 강하가 유발됨으로써, 외부 밸브 플러그(44)를 개방 위치로 시프트하는 데에 필요한 힘이 감소된다. 이와 같이, 사용자는 제2 스테이지(28)를 통한 유량에 대해 더 큰 제어를 갖는다. 게다가, 외부 밸브 플러그(44)는 노즐 본체(14)에 직접 밀봉하고, 내부 밸브 플러그(34)는 외부 밸브 플러그(44)에 직접 밀봉함으로써, 부품의 수를 감소시키고 제조 및 조립을 단순화한다. 내부 밸브 플러그(34)는 제1 테이퍼형 표면(42)을 포함하고, 이는 사용자가 헤드(40)와 제1 스테이지 시트(60) 사이의 거리를 제어함으로써 제1 스테이지(26)를 통한 유량을 가변적으로 제어하게 한다. 외부 밸브 플러그(44)는 제2 테이퍼형 표면(52)을 포함하고, 이는 또한 사용자가 제2 테이퍼형 표면(52)과 제2 스테이지 시트(76) 사이의 거리를 제어함으로써 유량을 가변적으로 제어하게 한다. 이와 같이, VFPV(12)는 사용자가 노즐(10)을 통한 유량을 정밀하게 제어하게 하여, 보다 양호한 제어를 제공하고, 사용자 신뢰성을 증가시키며, 재료 낭비를 줄인다.
도 2a는 VFPV(12)의 분해도이다. 도 2b는 VFPV(12)의 단부도이다. 도 2c는 VFPV(12)의 단면도이다. 도 2a 내지 도 2c를 함께 설명하기로 한다. VFPV(12)는 제1 스테이지(26)(도 2a 및 도 2c), 제2 스테이지(28)(도 2a 및 도 2c), 부싱(30), 및 캡(32)을 포함한다. 제1 스테이지(26)는 내부 밸브 플러그(34'), 제1 스테이지 스프링(36)(도 2a 및 도 2c), 환형 유로(78a)(도 2c), 및 환형 유로(78b)(도 2c)를 포함한다. 내부 밸브 플러그(34')는 샤프트(38')(도 2a 및 도 2c) 및 헤드(40)(도 2a 및 도 2c)를 포함하고, 헤드(40)는 제1 테이퍼형 표면(42)(도 2a 및 도 2c) 및 슬롯(80)(도 2a 및 도 2c)을 포함한다. 샤프트(38')는 단차부(82)(도 2a 및 도 2c), 부착부(84), 및 플랜지(86)(도 2a 및 도 2c)를 포함한다. 제2 스테이지(28)의 외부 밸브 플러그(44)가 도시되어 있다. 외부 밸브 플러그(44)는 외부 플러그 본체(48) 및 플러그 통로(50)를 포함한다. 외부 플러그 본체(48)는 제2 테이퍼형 표면(52), 상류부(54)(도 2a 및 도 2c), 및 베인(88)을 포함한다. 플러그 통로(50)는 제1 세그먼트(56)(도 2c) 및 제2 세그먼트(58)(도 2c)를 포함한다. 제1 세그먼트(56)는 제1 스테이지 시트(60)(도 2c) 및 중간부(62)(도 2c)를 포함한다. 부싱(30)은 상류 단부(64)(도 2a 및 도 2c), 하류 단부(66)(도 2a 및 도 2c), 샤프트 개구(68)(도 2c), 및 숄더(70)(도 2b 및 도 2c)를 포함한다. 캡(32)은 캡 본체(90), 중앙 보어(92), 및 리브(94)를 포함한다. 리브(94) 및 부싱(30)은 간극(96)을 획정한다(도 2b). 도 2c에 도시된 상류 화살표 및 하류 화살표는 각각 상류 방향 및 하류 방향을 나타낸다.
플러그 통로(50)는 외부 플러그 본체(48)를 통해 연장된다. 제1 세그먼트(56)는 플러그 통로(50)의 상류 단부에 배치되고, 제2 세그먼트(58)는 플러그 통로(50)의 하류 단부에 배치된다. 제1 스테이지 시트(60)는 제1 세그먼트(56)의 챔퍼링 부분이고 제1 세그먼트(56)의 상류 단부에 배치된다. 중간부(62)는 제1 스테이지 시트(60)와 제2 세그먼트(58) 사이에서 연장되어 그 사이에 유로를 제공한다. 제2 세그먼트(58)는 제1 세그먼트(56)보다 큰 직경을 갖는다. 부싱(30)은 제2 세그먼트(58)의 하류 단부를 통해 제2 세그먼트(58) 내로 연장된다. 숄더(70)는 부싱(30)으로부터 반경방향 내향으로 연장된다. 샤프트 개구(68)는 부싱(30)의 상류 단부(64)를 통해 연장된다.
외부 밸브 플러그(44)의 상류부(54)는 제1 스테이지 시트(60)로부터 제2 테이퍼형 표면(52)으로 하류 방향으로 반경방향으로 분기된다. 제2 테이퍼형 표면(52)은 상류부(54)로부터 외부 밸브 플러그(44)의 하류 단부로 하류 방향으로 수렴된다. 베인(88)은 상류부(54)로부터 반경방향으로 연장되고 외부 밸브 플러그(44)를 노즐 본체(14)(도 1a 내지 도 1d) 내에서 안내하도록 구성된다.
내부 밸브 플러그(34')는 플러그 통로(50) 내에 배치된다. 헤드(40)의 제1 테이퍼형 표면(42)은 제1 스테이지(26)가 폐쇄 위치(도 2c에서 가장 잘 보임)에 있을 때 제1 스테이지 시트(60)와 접경한다. 샤프트(38')는 헤드(40)로부터 중간부(62)을 통해 하류로 연장되고, 샤프트(38')는 샤프트 개구(68)를 통해 부싱(30) 내로 연장된다. 플랜지(86)는 샤프트(38')로부터 반경방향으로 연장되고 내부 밸브 플러그(34')가 캡(32)에 부착될 때 캡(32)의 상류 단부에 맞닿도록 구성된다. 단차부(82)는 헤드(40)와 플랜지(86) 사이에서 샤프트(38') 상에 배치되고 샤프트(38')의 단면적의 감소를 제공한다. 환형 유로(78a)는 단차부(82)의 상류의 샤프트(38') 부분과 플러그 통로(50)의 내부 벽 사이에 배치되고, 환형 유로(78b)는 단차부(82)의 하류의 샤프트(38') 부분과 플러그 통로(50)의 내벽 사이에 배치된다. 내부 밸브 플러그(34')는 단일 단차부(82)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 내부 밸브 플러그(34')는 원하는 만큼 많거나 적은 단차부를 포함할 수 있어 제1 스테이지(26)를 통해 보다 큰 유동 제어를 제공할 수 있는 것이 이해된다.
부착부(84)는 플랜지(86)로부터 하류로 연장되는 샤프트(38')의 부분이고, 부착부(84)는 캡(32)의 중앙 보어(92) 내로 연장되어 내부 밸브 플러그(34')와 캡(32)을 연결한다. 일부 예에서, 부착부(84)는 외부 나사부를 포함하고 중앙 보어(92)는 부착부(84)의 외부 나사부와 정합하도록 구성된 내부 나사부를 포함한다. 그러나, 부착부(84)는 임의의 원하는 방식으로, 예를 들어 압입 연결에 의해 중앙 보어(92) 내에 고정될 수 있는 것이 이해된다. 다른 예에서, 부착부(84)는, 예를 들어 접착제를 이용하여 중앙 보어(92) 내에 영구적으로 고정될 수 있다. 슬롯(80)은 헤드(40) 내로 연장되고 내부 밸브 플러그(34')와 캡(32)의 연결을 용이하게 하도록 구성된다. 예를 들어, 부착부(84)와 캡(32)이 상호 맞물린 나사부를 포함하는 경우, 슬롯(80)은, 예를 들어 스크류 드라이버를 사용하여 사용자가 내부 밸브 플러그(34')를 캡(32)에 대해 회전하게 하여, 그들 사이의 연결을 용이하게 한다. 슬롯(80)은 슬롯형, Phillips®, Torx®, 클러치, Pozidriv®, 정사각형, 육각형, 또는 임의의 다른 원하는 구동 형태와 같이 부착을 용이하게 하기 위한 임의의 원하는 구동 형태를 위해 구성될 수 있다.
캡(32)은 부싱(30)의 하류 단부(66)를 통해 부싱(30) 내로 연장된다. 리브(94)는 캡 본체(90)로부터 반경방향으로 연장되고 부싱(30) 내에 캡(32)을 정렬시키도록 구성된다. 게다가, 리브(94)는 유체가 VFPV(12)의 제1 스테이지(26)로부터 하류로 유동하는 유로를 제공하는 간극(96)을 사이에 형성한다. 리브(94)는 제2 스테이지(28)를 폐쇄 위치(도 1b 및 도 1c에 도시됨)와 개방 위치(도 1d에 도시됨) 사이에서 작동시키기 위해 부싱(30)의 숄더(70)와 맞물리도록 추가로 구성된다. 중앙 보어(92)의 하류 단부는 캡(32)을 푸시 로드(24)에 고정하기 위해 푸시 로드(24)(도 1a 내지 도 1d)의 일부를 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 중앙 보어(92)는 푸시 로드(24) 상의 외부 나사부와 정합하도록 구성된 내부 나사부를 포함할 수 있다. 제1 스테이지 스프링(36)은 부싱(30) 내에 배치되고 내부 밸브 플러그(34')의 샤프트(38')를 둘러싼다. 제1 스테이지 스프링(36)은 캡(32)과 부싱(30)의 상류 단부(64) 사이에서 연장된다.
작동 동안, 제1 스테이지(26)는 제2 스테이지(28)가 개방 위치로 작동되기 전에 개방 위치로 작동된다. 유체의 분배를 시작하기 위해, 캡(32)은 상류 방향으로 구동되고, 캡(32)은 내부 밸브 플러그(34')를 상류 방향으로 푸시하여 헤드(40)는 제1 스테이지 시트(60)로부터 맞물림 해제된다. 캡(32)이 상류로 시프트됨에 따라, 제1 스테이지 스프링(36)은 캡(32)과 부싱(30)의 상류 단부(64) 사이에서 압축된다. 헤드(40)가 제1 스테이지 시트(60)로부터 맞물림 해제될 때, 유로가 제1 테이퍼형 표면(42)과 제1 스테이지 시트(60) 사이에서 개방되고 유체는 제1 스테이지(26)를 통해 하류로 유동하기 시작한다. 유체는 제1 테이퍼형 표면(42)과 제1 스테이지 시트(60) 사이에서 개방된 유로를 통해, 중간부(62)를 통해 하류로 유동하고 샤프트 개구(68)를 통해 부싱(30)에 진입한다. 유체는 부싱(30)을 통해 하류로 유동하고 캡(32)의 리브(94) 사이에 배치된 간극(96)을 통해 VFPV(12)를 빠져나간다.
사용자는 내부 밸브 플러그(34')가 상류 방향으로 변위되는 거리를 제어함으로써 제1 스테이지(26)를 통한 유량을 제어한다. 헤드(40)와 제1 스테이지 시트(60) 사이의 거리가 증가함에 따라, 제1 스테이지(26)를 통한 유량도 유사하게 증가한다. 단차부(82)는 추가의 유량 제어를 제공한다. 샤프트(38')는 단차부(82)의 상류에 더 큰 단면적을 갖고 단차부(82)의 하류에 더 작은 단면적을 갖는다. 내부 밸브 플러그(34')가 상류 방향으로 시프트됨에 따라, 환형 유로(78a)의 길이는 감소하고 환형 유로(78b)의 길이는 증가한다. 환형 유로(78b)가 환형 유로(78a)보다 더 큰 단면적을 가지므로, 환형 유로(78a)의 길이를 감소시키는 동시에 환형 유로(78b)의 길이를 증가시키면 제1 스테이지(26)를 통한 유량이 증가된다. 이와 같이, 단차부(82)는 사용자에게 증가된 유동 제어를 제공하고 사용자가 내부 밸브 플러그(34')가 상류 방향으로 변위되는 거리를 제어함으로써 유량을 더 변경시키게 한다. 사용자는 캡(32)이, 예를 들어 숄더(70)와 맞물리는 리브(94)에 의해 숄더(70)와 맞물릴 때까지 캡(32), 및 이에 따라 내부 밸브 플러그(34')를 상류 방향으로 계속 변위시킨다. 캡(32)이 숄더(70)와 맞물리면, 제1 스테이지(26)가 완전히 개방된다.
사용자는 제2 스테이지(28)를 개방 상태로 작동시킴으로써 제1 스테이지(26)의 용량을 넘어서 유량을 추가로 증가시킬 수 있다. 캡(32)은 숄더(70)와 맞물리고 부싱(30)을 통해 외부 밸브 플러그(44)에 구동력을 가한다. 캡(32)은 제2 테이퍼형 표면(52)이 제2 스테이지 시트(76)(도 1b 내지 도 1d에서 가장 잘 보임)로부터 맞물림 해제되도록 외부 밸브 플러그(44)를 상류 방향으로 구동한다. 사용자는 외부 밸브 플러그(44)가 제2 스테이지 시트(76)로부터 변위되는 거리를 제어함으로써 VFPV(12)의 제2 스테이지(28)를 통한 유량을 제어한다. 제2 스테이지(28)가 완전 폐쇄 상태와 완전 개방 상태 사이에서 작동될 때, 제1 스테이지(26)는 완전 개방 위치에서 유지된다.
분배 이벤트가 완료된 후, VFPV(12)는 완전 폐쇄 위치로 다시 시프트된다. 제2 스테이지 스프링(46)(도 1a 내지 도 1d)은 외부 밸브 플러그(44)를 제2 테이퍼형 표면(52)이 제2 스테이지 시트(76)와 맞물리는 폐쇄 위치로 다시 구동시킨다. 제1 스테이지 스프링(36)은, 제1 테이퍼형 표면(42)이 제1 스테이지 시트(60)와 맞물릴 때까지 캡(32)에 작용하고 캡(32), 및 이에 따라 내부 밸브 플러그(34')를 하류 방향으로 구동시킨다.
VFPV(12)는 상당한 이점을 제공한다. 제2 스테이지(28)를 개방 상태로 시프트하기 전에 제1 스테이지(26)를 개방 상태로 시프트하면 VFPV(12)의 상류측에 압력 강하가 유발된다. VFPV(12)의 상류측의 압력 감소는 VFPV(12)를 제1 스테이지(26) 및 제2 스테이지(28) 모두가 완전히 개방되는 완전 개방 위치로 시프트시키는 데에 필요한 힘의 양을 감소시킨다. 제1 스테이지(26)를 통한 유량이 증가함에 따라, VFPV(12)의 상류측 압력이 감소된다. 제2 스테이지(28)를 작동시키는 데에 필요한 감소된 압력 및 감소된 힘은 VFPV(12)를 통한 유량에 대한 증가된 사용자 제어를 제공한다. 단차부(82)는 제1 스테이지(26)를 통한 증가된 유동 제어 및 유동 가변성을 제공한다. 환형 유로(78b)의 길이를 증가시키면서 환형 유로(78a)의 길이를 감소시키면 중간부(62)를 통한 유로의 체적이 증가된다. 유로의 체적을 증가시키면 제1 스테이지(26)를 통한 유량이 증가된다.
도 3은 제1 스테이지(26), 제2 스테이지(28), 부싱(30), 및 캡(32)을 포함하는 VFPV(12)의 단면도이다. 제1 스테이지(26)는 내부 밸브 플러그(34") 및 제1 스테이지 스프링(36)을 포함한다. 내부 밸브 플러그(34")는 샤프트(38) 및 헤드(40')를 포함한다. 헤드(40')는 제1 테이퍼형 표면(42') 및 슬롯(80)을 포함한다. 샤프트(38)는 부착부(84) 및 플랜지(86)를 포함한다. 제2 스테이지(28)의 외부 밸브 플러그(44)가 도시되어 있다. 외부 밸브 플러그(44)는 외부 플러그 본체(48) 및 플러그 통로(50')를 포함한다. 외부 플러그 본체(48)는 제2 테이퍼형 표면(52), 상류부(54), 및 베인(88)을 포함한다. 플러그 통로(50')는 제1 세그먼트(56') 및 제2 세그먼트(58)를 포함한다. 제1 세그먼트(56')는 제1 스테이지 시트(60')를 포함한다. 부싱(30)은 상류 단부(64), 하류 단부(66), 샤프트 개구(68), 및 숄더(70)를 포함한다. 캡(32)은 캡 본체(90), 중앙 보어(92), 및 리브(94)를 포함한다. 상류 화살표 및 하류 화살표는 각각 상류 방향 및 하류 방향을 나타낸다.
외부 밸브 플러그(44)의 상류부(54)는 제1 스테이지 시트(60')로부터 제2 테이퍼형 표면(52)으로 하류 방향으로 반경방향으로 분기된다. 제2 테이퍼형 표면(52)은 상류부(54)로부터 외부 밸브 플러그(44)의 하류 단부로 하류 방향으로 수렴된다. 베인(88)은 상류부(54)로부터 반경방향으로 연장되고 외부 밸브 플러그(44)를 노즐 본체(14)(도 1a 내지 도 1d) 내에서 안내하도록 구성된다.
플러그 통로(50')는 외부 플러그 본체(48)를 통해 연장된다. 제1 세그먼트(56')는 플러그 통로(50')의 상류 단부에 배치되고, 제2 세그먼트(58)는 플러그 통로(50')의 하류 단부에 배치된다. 제1 스테이지 시트(60')는 제1 세그먼트(56')의 챔퍼링 부분이다. 제1 스테이지 시트(60')는 제1 스테이지 시트(60')의 하류 단부가 제2 세그먼트(58)에 근접하여 배치되도록 제1 세그먼트(56')의 대부분을 통해 연장된다. 부싱(30)은 플러그 통로(50')의 제2 세그먼트(58) 내에 배치된다. 숄더(70)는 부싱(30)으로부터 반경방향 내향으로 연장된다. 샤프트 개구(68)는 부싱(30)의 상류 단부(64)를 통해 연장되고 제1 스테이지 시트(60')의 하류 단부에 근접하여 배치된다.
내부 밸브 플러그(34")는 외부 밸브 플러그(44) 내에 배치된다. 내부 밸브 플러그(34")는 제1 스테이지 시트(60')를 통해 그리고 샤프트 개구(68)를 통해 부싱(30) 내로 연장된다. 헤드(40')의 제1 테이퍼형 표면(42')은 내부 밸브 플러그(34")가 폐쇄 위치에 있을 때 제1 스테이지 시트(60')에 맞닿도록 구성된다. 제1 테이퍼형 표면(42')은 샤프트(38)와의 교차점까지 하류로 연장된다. 제1 테이퍼형 표면(42') 및 제1 스테이지 시트(60')는 세장형이다. 제1 테이퍼형 표면(42')은 제1 스테이지 시트(60')를 넘어 하류로 연장되고 내부 밸브 플러그(34")가 폐쇄 위치에 있는 상태에서 샤프트 개구(68) 내로 연장된다. 슬롯(80)은 헤드(40') 내로 연장되고 내부 밸브 플러그(34")와 캡(32)의 연결을 용이하게 하도록 구성된다. 샤프트(38)는 헤드(40')로부터 캡(32)으로 하류 방향으로 연장된다. 부착부(84)는 중앙 보어(92) 내로 연장되고 내부 밸브 플러그(34")를 캡(32)에 고정시킨다. 플랜지(86)는 샤프트(38)로부터 반경방향으로 연장되고 내부 밸브 플러그(34")가 캡(32)에 고정될 때 캡(32)의 상류 단부에 맞닿도록 구성된다.
캡(32)은 부싱(30)의 하류 단부(66)를 통해 부싱(30) 내로 연장된다. 리브(94)는 캡 본체(90)로부터 반경방향으로 연장되고 부싱(30) 내에 캡(32)을 정렬시키도록 구성된다. 게다가, 리브(94)는 유체가 VFPV(12)의 제1 스테이지(26)로부터 하류로 유동하는 유로를 제공하는 간극(96)을 사이에 형성한다. 리브(94)는 제2 스테이지(28)를 폐쇄 위치(도 1b 및 도 1c에 도시됨)와 개방 위치(도 1d에 도시됨) 사이에서 작동시키기 위해 부싱(30)의 숄더(70)와 맞물리도록 추가로 구성된다. 중앙 보어(92)의 하류 단부는 캡(32)을 푸시 로드(24)에 고정하기 위해 푸시 로드(24)(도 1a 내지 도 1d)의 일부를 수용하도록 구성된다.
작동 동안, 제1 스테이지(26)는 제2 스테이지(28)가 개방 위치로 작동되기 전에 개방 위치로 작동된다. 유체의 분배를 시작하기 위해, 캡(32)은 상류 방향으로 구동되고, 캡(32)은 헤드(40')가 제1 스테이지 시트(60')로부터 맞물림 해제되도록 내부 밸브 플러그(34")를 상류 방향으로 푸시한다. 캡(32)이 상류로 시프트됨에 따라, 제1 스테이지 스프링(36)은 캡(32)과 부싱(30)의 상류 단부(64) 사이에서 압축된다. 헤드(40')가 제1 스테이지 시트(60')로부터 맞물림 해제될 때, 유로가 제1 테이퍼형 표면(42')과 제1 스테이지 시트(60') 사이에서 개방되고 유체는 제1 스테이지(26)를 통해 하류로 유동하기 시작한다. 유체는 제1 테이퍼형 표면(42')과 제1 스테이지 시트(60') 사이에 개방된 유로를 통해 유동하고 샤프트 개구(68)를 통해 부싱(30)에 진입한다. 유체는 부싱(30)을 통해 하류로 유동하고 캡(32)을 통해 VFPV(12)를 빠져나간다.
제1 테이퍼형 표면(42') 및 제1 스테이지 시트(60')의 프로파일은 사용자가 제1 스테이지(26)를 통한 유량을 가변적으로 제어하게 한다. 헤드(40')가 제1 스테이지 시트(60')로부터 더 변위될수록, 제1 테이퍼형 표면(42')과 제1 스테이지 시트(60') 사이에 개방된 유로의 체적이 더 커진다. 유로의 체적이 증가함에 따라, 제1 스테이지(26)를 통한 유량도 증가된다. 이와 같이, 사용자는 제1 테이퍼형 표면(42')과 제1 스테이지 시트(60') 사이의 거리를 변경시킴으로써 제1 스테이지(26)를 통한 유량을 변경시킨다. 제1 테이퍼형 표면(42')과 제1 스테이지 시트(60')의 세장형 프로파일은 제1 테이퍼형 표면(42')과 제1 스테이지 시트(60') 사이의 세장형 유로를 획정한다. 세장형 유로는 제1 스테이지(26)가 제공할 수 있는 유량에 더 큰 가변성을 제공하며, 이 때문에, 제1 테이퍼형 표면(42') 및 제1 스테이지 시트(60')의 세장형 프로파일은 사용자에게 제1 스테이지(26)를 통한 유량의 증가된 제어를 제공한다.
사용자는 제2 스테이지(28)를 개방 상태로 작동시킴으로써 제1 스테이지(26)의 용량을 넘어서 유량을 추가로 증가시킬 수 있다. 캡(32)은 부싱(30)의 숄더(70)와 맞물리고 부싱(30)을 통해 외부 밸브 플러그(44)에 구동력을 가한다. 캡(32)은 제2 테이퍼형 표면(52)이 제2 스테이지 시트(76)(도 1b 내지 도 1d에서 가장 잘 보임)로부터 맞물림 해제되도록 외부 밸브 플러그(44)를 상류 방향으로 구동한다. 사용자는 외부 밸브 플러그(44)가 제2 스테이지 시트(76)로부터 변위되는 거리를 제어함으로써 VFPV(12)의 제2 스테이지(28)를 통한 유량을 제어한다. 제1 스테이지(26)는 제2 스테이지(28)가 개방 상태로 작동될 때 완전 개방 위치에 유지된다.
분배 이벤트가 완료된 후, VFPV(12)는 완전 폐쇄 위치로 다시 시프트된다. 제2 스테이지 스프링(46)(도 1a 내지 도 1d)은 외부 밸브 플러그(44)를 제2 테이퍼형 표면(52)이 제2 스테이지 시트(76)와 맞물리는 폐쇄 위치로 다시 구동시킨다. 제1 스테이지 스프링(36)은, 제1 테이퍼형 표면(42')이 제1 스테이지 시트(60')와 맞물릴 때까지 캡(32)에 작용하고 캡(32), 및 이에 따라 내부 밸브 플러그(34")를 하류 방향으로 구동시킨다.
VFPV(12)는 상당한 이점을 제공한다. 제1 테이퍼형 표면(42') 및 제1 스테이지 시트(60')는 세장형이고 이들 사이에 세장형 유로를 획정한다. 세장형 유로는 사용자가 제1 스테이지(26)를 통한 유량에 대해 정밀한 제어를 가하게 한다. 제2 스테이지(28)를 개방 상태로 작동시키기 전에 제1 스테이지(26)를 개방 상태로 작동시키면 VFPV(12)의 상류의 유체 압력이 감소됨으로써, 제2 스테이지(28)를 개방 상태로 작동시키는 데에 필요한 힘을 감소시키고 제2 스테이지(28)의 작동에 대한 사용자 제어를 증가시킨다. 게다가, 제1 테이퍼형 표면(42') 및 제2 테이퍼형 표면(52)은 VFPV(12)를 통한 유량에 대해 더 큰 사용자 제어를 제공한다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에서 변화가 이루어질 있음을 인지할 것이다.

Claims (20)

  1. 가변 유량 밸브이며,
    외부 밸브 플러그로서,
    상류부 및 상기 상류부로부터 연장되는 외부 플러그 테이퍼부를 갖는 밸브 플러그 본체; 및
    상기 밸브 플러그 본체를 통해 연장되는 플러그 통로를 포함하고,
    상기 플러그 통로는,
    상기 밸브 플러그 본체의 상류부로 연장되고 제1 스테이지 시트를 포함하는 제1 세그먼트; 및
    상기 제1 세그먼트로부터 연장되는 제2 세그먼트를 포함하는 것인, 외부 밸브 플러그;
    부싱으로서,
    상류 단부를 통해 연장되는 샤프트 개구를 갖는 상류 단부;
    하류 단부; 및
    반경 방향 내향으로 연장되고 상기 상류 단부와 하류 단부 사이에 배치되는 숄더를 포함하고,
    부싱은 제2 세그먼트 내에 배치되는 것인, 부싱;
    상기 플러그 통로 내에 배치되고 샤프트 개구를 통해 부싱 내로 연장되는 내부 밸브 플러그로서, 내부 밸브 플러그는,
    상기 제1 스테이지 시트와 정합하도록 구성된 내부 플러그 테이퍼부를 갖는 헤드; 및
    상기 헤드로부터 샤프트 개구를 통해 연장되는 샤프트를 포함하는 것인, 내부 밸브 플러그; 및
    샤프트에 부착되고 부싱 내에 배치되는 캡을 포함하고,
    상기 캡은 내부 밸브 플러그를 제1 스테이지 폐쇄 위치와 제1 스테이지 개방 위치 사이에서 작동시키도록 구성되고, 부싱의 숄더와 맞물려 외부 밸브 플러그를 제2 스테이지 폐쇄 위치와 제2 스테이지 개방 위치 사이에서 작동시키도록 구성되는, 가변 유량 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 샤프트는 샤프트로부터 반경방향으로 연장되고 캡의 상류 단부에 맞닿도록 구성된 플랜지를 더 포함하는, 가변 유량 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 내부 밸브 플러그는 상기 플랜지로부터 상기 캡의 캡 보어 내로 연장되는 부착부를 더 포함하는, 가변 유량 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플러그 통로의 제1 세그먼트는 상기 제1 스테이지 시트와 제2 세그먼트 사이에서 연장되는 중간부를 더 포함하는, 가변 유량 밸브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 샤프트는 단차부를 포함하고, 상기 샤프트는 상기 단차부와 캡 사이보다 헤드와 단차부 사이에 더 큰 단면적을 갖는, 가변 유량 밸브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 외부 밸브 플러그는 엘라스토머를 포함하고 상기 내부 밸브 플러그는 금속을 포함하며, 상기 내부 플러그 테이퍼부는 내부 밸브 플러그가 제1 스테이지 폐쇄 위치에 있는 상태에서 상기 제1 스테이지 시트와 직접 접경하도록 구성되는, 가변 유량 밸브.
  7. 제1항에 있어서, 상기 캡은,
    캡 본체;
    상기 캡 본체를 통해 연장되고 상기 내부 밸브 플러그의 샤프트를 수용하도록 구성된 캡 보어; 및
    상기 캡 본체로부터 반경방향 외향으로 연장되는 복수의 리브를 포함하는, 가변 유량 밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 부싱 내에 그리고 샤프트 둘레에 배치되며, 부싱의 상류 단부와 캡 사이에서 연장되는 제1 스테이지 스프링을 더 포함하는, 가변 유량 밸브.
  9. 제1항에 있어서, 상기 외부 밸브 플러그의 상류부는 상류부로부터 반경방향 외향으로 연장되는 복수의 베인을 포함하는, 가변 유량 밸브.
  10. 유체를 분배하는 노즐이며,
    상류 유체 챔버 및 하류 유체 챔버를 획정하는 노즐 본체;
    상기 상류 유체 챔버와 하류 유체 챔버 사이에서 노즐 본체로부터 반경방향 내향으로 연장되는 외부 밸브 시트;
    상기 노즐 본체 내에 배치된 가변 유량 밸브를 포함하고, 상기 가변 유량 밸브는 완전 폐쇄 위치, 부분 개방 위치, 및 완전 개방 위치 사이에서 이동될 수 있고, 상기 가변 유량 밸브는,
    외부 밸브 플러그로서,
    상류부 및 상기 상류부로부터 연장되고 상기 외부 밸브 시트와 정합하도록 구성된 외부 플러그 테이퍼부를 갖는 밸브 플러그 본체; 및
    밸브 플러그 본체를 통해 연장되고 제1 스테이지 시트를 포함하는 플러그 통로를 포함하는 것인, 외부 밸브 플러그;
    상기 상류 유체 챔버 내에 배치되고 외부 밸브 플러그를 외부 밸브 시트를 향해 편향시키도록 구성된 제2 스테이지 스프링;
    상기 플러그 통로 내에 배치된 부싱;
    상기 플러그 통로 내에 배치되고 부싱 내로 연장되는 내부 밸브 플러그로서, 상기 내부 밸브 플러그는,
    상기 제1 스테이지 시트와 정합하도록 구성된 내부 플러그 테이퍼부를 갖는 헤드; 및
    상기 헤드로부터 그리고 부싱 내로 연장되는 샤프트를 포함하는 것인, 내부 밸브 플러그;
    샤프트에 부착되고 부싱 내에 배치되는 캡; 및
    상기 부싱 내에 그리고 샤프트 둘레에 배치되며, 부싱의 상류 단부와 캡 사이에서 연장되는 제1 스테이지 스프링을 포함하고,
    상기 캡은 가변 유량 밸브를 완전 폐쇄 위치로부터 부분 개방 위치 - 이 위치에서 내부 밸브 플러그가 제1 스테이지 시트로부터 변위됨 - 로, 그리고 부분 개방 위치로부터 완전 개방 위치 - 이 위치에서 외부 밸브 플러그가 외부 밸브 시트로부터 변위됨 - 로 작동시키도록 구성되는, 노즐.
  11. 제10항에 있어서, 상기 플러그 통로는,
    상기 밸브 플러그 본체의 상류부로 연장되고 제1 스테이지 시트를 포함하는 제1 세그먼트; 및
    상기 제1 세그먼트로부터 연장되는 제2 세그먼트를 더 포함하고, 상기 부싱은 제2 세그먼트 내에 배치되는, 노즐.
  12. 제11항에 있어서, 상기 플러그 통로의 제1 세그먼트는 상기 제1 스테이지 시트와 제2 세그먼트 사이에서 연장되는 중간부를 더 포함하는, 노즐.
  13. 제12항에 있어서, 상기 샤프트는 단차부를 포함하고, 상기 샤프트는 상기 단차부와 캡 사이보다 헤드와 단차부 사이에 더 큰 단면적을 갖는, 노즐.
  14. 제10항에 있어서, 상기 부싱은,
    상류 단부로서, 상기 상류 단부를 통해 연장되는 샤프트 개구를 갖고, 상기 내부 밸브 플러그는 샤프트 개구를 통해 부싱 내로 연장되는 것인, 상류 단부;
    하류 단부; 및
    반경 방향 내향으로 연장되고 상기 상류 단부와 하류 단부 사이에 배치되는 숄더를 포함하는, 노즐.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제2 스테이지 시트는 노즐 본체와 일체형인, 노즐.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 노즐 본체 및 제2 스테이지 시트는 금속을 포함하고;
    외부 밸브 플러그는 엘라스토머를 포함하며;
    상기 내부 밸브 플러그는 금속을 포함하고;
    상기 외부 플러그 테이퍼부는 가변 유량 밸브가 완전 폐쇄 위치 및 부분 개방 위치에 있는 상태에서 제2 스테이지 시트와 직접 접경하도록 구성되고, 상기 내부 플러그 테이퍼부는 가변 유량 밸브가 완전 폐쇄 위치에 있는 상태에서 제1 스테이지 시트와 직접 접경되도록 구성되는, 노즐.
  17. 제10항에 있어서, 상기 샤프트는 샤프트로부터 반경방향으로 연장되고 캡의 상류 단부에 맞닿도록 구성된 플랜지를 포함하는, 노즐.
  18. 제17항에 있어서, 상기 내부 밸브 플러그는 상기 플랜지로부터 그리고 상기 캡의 캡 보어 내로 연장되는 부착부를 더 포함하는, 노즐.
  19. 제10항에 있어서, 상기 제2 스테이지 스프링은 제1 스테이지 스프링보다 높은 스프링 레이트를 갖는, 노즐.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 노즐 본체 상에 장착된 트리거;
    상기 노즐 본체를 통해 연장되고 트리거에 연결된 캠; 및
    상기 하류 유체 챔버 내에 배치되고 캡에 연결된 푸시 로드를 더 포함하고,
    상기 트리거는 캠의 회전을 구동하도록 구성되고, 상기 캠은 푸시 로드를 상류 유체 챔버를 향해 변위시키도록 구성되며, 상기 푸시 로드는 캡을 변위시켜 상기 가변 유량 밸브를 완전 폐쇄 위치로부터 부분 개방 위치로, 그리고 부분 개방 위치로부터 완전 개방 위치로 작동시키도록 구성되는, 노즐.
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