KR20200019956A - 센터링된 버터플라이 밸브 - Google Patents

Abstract

밸브는 본체(2), 통로를 드러내는 개방 위치로부터 통로를 덮는 폐쇄 위치로 본체(2) 내에서 회전하는 능력을 갖도록 장착된 센터링된 버터플라이(1), 및 시트에 의해 그리고 버터플라이의 폐쇄 위치에서 시트 반대쪽의 면에 의해 한정되는 하우징 내에 배치된 시일(3)을 포함하고, 시트 및 면은 축방향으로 내부를 향해 수렴한다. 시일(3)은 하우징 내에서 자유롭다.

Description

센터링된 버터플라이 밸브

본 발명은 버터플라이 밸브에 관한 것이다. 버터플라이 밸브는 회로 내에서 상류/하류 기밀도를 보장하는 데에 사용된다. 버터플라이 밸브는 배관의 일부를 형성하는 본체, 및 유동이 통로를 통과하게 하거나 이 통로를 차단하도록 유동에 수직인 축에서 회전하는 버터플라이를 포함한다. 본 문헌에서, 유동 방향은 축방향이다.

이들 구성요소는 견고하기 때문에, 더 유연하며 이들 표면이 적절한 밀봉 수준을 보장하도록 서로 적응되게 하는 중간 시일이 일반적으로 동반된다. 상기 시일은, 구성요소 중 하나의 일부를 형성하는 정적 기밀도를 보장하는 부분, 및 버터플라이 밸브가 폐쇄될 때 제2 구성요소와 접촉하는 동적 기밀도를 보장하는 부분을 포함한다. 정적 부분은 본체 또는 버터플라이에 고정될 수 있다.

버터플라이 밸브는 또한 일반적으로 시스템 외부로 유체가 누설되는 것을 방지하는 2개의 다른 시일, 구체적으로 샤프트/본체 시일 및 본체/배관 시일을 갖는다.

센터링된 버터플라이 밸브에서, 시일은 폐쇄 위치에서 버터플라이의 정중면(median plane)에 제공된다. 이 위치에서, 시일은 (구성에 따라 본체 또는 버터플라이의) 동적 접촉 표면(또는 시트)에 접한다.

필요한 밀봉 수준을 보장하기 위해, 시일과 동적 시트 사이에 접촉 압력을 제공해야 한다. 이 접촉 압력은 설계 단계에서 반경방향 클램핑 치수에 의해 제공된다. 이는 가요성 시일이 강성 동적 시트에 대해 평탄화되는 것에 의해 반영되는데, 접촉 압력은 시일의 탄성에 따라 좌우된다.

이 유형의 밸브의 대칭 설계는 양쪽 유동 방향에서 동일하게 수행하는 것을 보장한다. 미국 특허 제1 977 351 A호는, 예를 들어 본체에 장착된 시일을 갖는 센터링된 버터플라이 밸브를 기술하고 있다.

센터링된 버터플라이 밸브는, 접촉력이 유체에 의해 생성된 힘에 전적으로 수직이기 때문에 자체 밀봉되지 않는다. 이는 이 힘이 완전히 시일의 초기 클램핑에 기인됨을 의미한다. 이는 아래의 단점을 초래한다:

·버터플라이 밸브가 회전할 때마다 시일이 다이내믹 시트에 마찰하기 때문에 버터플라이를 구동시키기 위해 필요한 토크;

·이 활주 마찰로 인한 접촉 표면의 조기 마모; 및

·특히 버터플라이의 폐쇄 운동학으로 인해 재료의 파열 없이 시일이 높은 압축 수준을 견디지 못하기 때문에, 현재 재료의 물리적 한계; 이는 허용 가능한 작동 압력을 제한한다.

센터링된 버터플라이 밸브의 다른 단점은 밀봉면(폐쇄 위치에서 버터플라이 밸브의 정중면)이 또한 구동 샤프트(회전축)를 포함한다는 것이다. 이는 이 샤프트를 양쪽에서 우회하는 밀봉 시스템을 생성하는 것이 필요하게 만들어, 개별 부품이 더 복잡해진다.

US 2014/203201 A1호는 본체(102)와 버터플라이(104) 사이에 위치된 시일(106)이 하우징 내에서 리테이너(120)와 본체(102)의 표면(118) 사이에 클램핑되는 밸브를 기술하고 있다. 유사하게, US 4 201 239 A호, US 4 335 748 A호, GB 1 566 456 A호, GB 1 006 377 A호 및 DE 82 33 785 U1호에서, 시일은 클램핑되거나, 로킹되거나, 형상-결합 방식으로 또는 언더컷 형태로 장착되거나, 가황에 의해 본체에 통합되어 하우징 내에서 그 전체가 이동하는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 밸브는 환형 내부 시트에 의해 축방향으로 통로를 형성하는 내부 영역을 획정하는 본체, 통로를 드러내는 개방 위치로부터 상기 통로를 덮는 폐쇄 위치로 본체 내에서 회전하는 능력을 갖도록 장착된 센터링된 버터플라이, 및 시트에 의해 그리고 버터플라이의 폐쇄 위치에서 시트 반대쪽의 면에 의해 한정되는 하우징 내에 배치된 시일을 포함하고, 시트 및 면은 축방향으로 내부를 향해 수렴한다. 폐쇄 위치에서, 시일은 하우징 내의 모든 방향으로 그 전체가 자유롭게 이동한다.

따라서, 시일은 밸브의 본체 또는 버터플라이에 정적으로 연결되지 않고, 마찬가지로 클램핑 또는 형상-결합 방식으로 장착되지 않으며, 2개의 동적 접촉 영역, 즉 본체 상의 한 영역 및 버터플라이 상의 한 영역에서 작동하기 때문에, 응력, 구속 또는 프리스트레스를 받지 않고 개방 위치에서 가장 적절한 위치를 취한다. 폐쇄 위치에서, 시일은 유체에 의해서만 구속되고 이에 따라 고정 또는 클램핑으로 인한 임의의 구속을 경험하지 않으므로, 자체가 가장 적절한 위치로 이동하며, 그 결과 가능한 최소 피로를 받는다. 결과적으로 밸브의 유효 수명이 훨씬 더 길어진다.

시일이 단순히 이동함으로써 하우징으로부터 떨어지는 것을 방지하기 위한 수단이 바람직하게 제공된다. 시일은 하우징을 떠나기 위해 변형되어야 한다. 이 수단은 방출 방지 링일 수 있거나, 균등하게 본체 내부의 원주방향 홈일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 축방향에서의 하우징 치수는 축방향에서의 시일 치수의 1 내지 50%만큼 축방향에서의 시일 치수보다 크다. 이 치수는 하우징 상의 임의의 다른 위치보다 내부에서 가장 먼 하우징 상의 위치에서 축방향으로 더 크다.

축방향에 수직인 반경방향의 하우징 치수는 또한 반경방향에서의 시일 치수의 1 내지 50%만큼 반경방향에서의 시일 치수보다 클 수 있다. 이 치수는 하우징 상의 임의의 다른 위치보다 내부에서 가장 먼 하우징 상의 위치에서 반경방향으로 더 크다.

시트 및 폐쇄 위치에서 버터플라이의 시트 반대쪽의 면은 바람직하게는 숄더 또는 리지와 같은 임의의 기하학적 불연속 없이 연속적인 방식으로 교차하지 않고 수렴해야 한다.

가장 간단한 실시예에서, 시일은 O-링이다. 시일은 또한 바람직하게는 탄성 코어에 의해 여자되는 립 시일일 수 있다.

O-링 시일은 버터플라이의 최대 외경보다 작은 내경 및 본체 시트의 최소 내경보다 큰 외경을 갖는다.

하나의 대안적인 버전에서, 밸브에는 폐쇄 위치에서 버터플라이의 양측에 2개의 시일이 제공된다.

순전히 예로서 재현되는 첨부 도면은 다음을 도시한다:
·도 1은 본 발명에 따른 버터플라이 밸브의 부분 절취부를 갖는 사시도이다.
·도 2는 밸브가 폐쇄될 때에 밸브의 부분 단면도이다.
·도 3은 자유 상태에서 여자될 때 립 시일의 상태를 도시한다.
·도 4는 이 시일을 가압된 상태에서 도시한다.
·도 5 및 도 6은 원형으로 나타낸 도 2의 좌측만의 확대도이다.

본 발명에 따른 버터플라이 밸브는 구동 샤프트(5)의 작용에 따라 회전하는 능력을 갖는 센터링된 버터플라이(1)를 포함하고, 시트(밀봉 구역) 반대쪽의 면은 경사진 밀봉 표면이다. 밸브는 또한 환형 내부 시트를 획정하는 본체(2)를 포함한다. 버터플라이(1)는 본체(2)에 센터링된다. 마지막으로, 밸브는 본체(2)의 일 측면에 시일(3)을 포함하고, 시일은 본체(2)의 시트와 시트 반대쪽의 버터플라이(1)의 면 사이에 획정된 하우징 내에, 방출 방지 링(4)에 의해 또는 본체(2)의 홈 내에 견고하게 유지되지만, 그 전체가 하우징 내에서 자유롭게 이동한다. 시트 및 면은 축방향으로 내부를 향해 점진적으로 수렴한다. 밸브가 개방 위치에 있을 때 누설을 방지하기 위해 구동 샤프트(5)/본체(2)의 시일(8)이 제공된다.

시일(3)은 버터플라이(1)의 최대 외경보다 작은 내경 및 본체(2)의 시트의 최소 내경보다 큰 외경을 갖는다.

도 5에 도시된 바와 같이, 시일(3)이 유체 압력이 시일에 인가될 때의 위치에서 파단선으로 도시되고 유체 압력이 시일에 인가되지 않을 때 점선으로 도시된 경우, 시일(3)의 하우징의 축방향 치수(a)는 내측에 더 가까운 상이한 위치보다 도면의 좌측으로 더 간 하우징 위치에서 시일(3)의 축방향 치수(c)의 1 내지 50%에 해당하는 시일(3)의 축방향 이동 자유도(b)를 허용한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 시일(3)이 유체 압력이 시일에 인가되지 않은 가능한 위치에 도시된 경우, 시일(3)의 하우징의 반경방향 치수(d)는 시일(3)의 반경방향 치수(f)의 1 내지 50%에 해당하는 시일(3)의 반경방향 이동 자유도(e)를 허용한다.

2개의 시일이 있는 버전에서, 밸브는 정중면(P)에 관하여 대칭적이다(도 2). 상류/하류 방향에서의 밀봉(본체의 시트/시일/버터플라이의 시트 반대쪽의 면)은 유체 유동 또는 배관의 축에 관하여 축 대칭적이다. 밸브는 개방 위치에 있을 때 외부로의 누설을 방지하기 위해 본체(2)와 배관(T) 사이의 시일(7) 및 외부로의 누설을 방지하기 위해 샤프트(5)와 본체(2) 사이의 시일(8)을 포함한다. 시일(3)이 시트와 접선 위치에 있을 때 시일의 정중면과 링(4) 반대쪽의 면 사이의 거리는 시일(3)의 단면 직경 이하이다.

도 3은 버터플라이가 개방 위치에 있을 때 여자된 립 시일의 위치를 도시한다. 시일의 탄성 코어(6)는 시일을 본체(2) 및 버터플라이(1)에 가하지 않는다. 도 4에서, 시일의 2개의 립은, 탄성 코어(6)의 복귀력에 대항하여 작용하는 유체 압력 힘에 의해 버터플라이(1) 및 본체(2)에 각각 가압된다.

Claims (10)

1. 밸브로서,
   - 환형 내부 시트에 의해 축방향으로 통로를 형성하는 내부 영역을 획정하는 본체(2),
   - 통로를 드러내는 개방 위치로부터 상기 통로를 덮는 폐쇄 위치로 본체(2) 내에서 회전하는 능력을 갖도록 장착된 센터링된 버터플라이(1),
   - 시트에 의해 그리고 버터플라이의 폐쇄 위치에서 시트 반대쪽의 면에 의해 한정되는 하우징 내에 배치된 시일(3)을 포함하고, 시트 및 면은 축방향으로 내부를 향해 수렴하는, 밸브에 있어서,
   폐쇄 위치에서, 시일(3)은 하우징 내의 모든 방향으로 그 전체가 자유롭게 이동하는 것을 특징으로 하는 밸브.
2. 제1항에 있어서, 시일(3)이 변형없이 단순히 이동함으로써 하우징을 떠나는 것을 방지하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
3. 제2항에 있어서, 상기 수단은 방출 방지 링(4)인 것을 특징으로 하는 밸브.
4. 제2항에 있어서, 상기 수단은 본체(2) 내부의 원주방향 홈인 것을 특징으로 하는 밸브.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향에서의 하우징 치수가 축방향에서의 시일 치수의 1 내지 50%만큼 축방향에서의 시일 치수(3)보다 큰 것을 특징으로 하는 밸브.
6. 제5항에 있어서, 축방향에서의 최대 치수는 하우징 상의 임의의 다른 위치보다 내부에서 가장 먼 하우징 상의 위치에 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 축방향에 수직인 반경방향에서의 하우징 치수가 반경방향에서의 시일 치수의 1 내지 50%만큼 반경방향에서의 시일 치수(3)보다 큰 것을 특징으로 하는 밸브.
8. 제7항에 있어서, 반경방향에서의 최대 치수는 하우징 상의 임의의 다른 위치보다 내부에서 가장 먼 하우징 상의 위치에 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일(3)은 O-링 또는 바람직하게는 탄성 코어(6)에 의해 여자되는 립 시일인 것을 특징으로 하는 밸브.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브에는 폐쇄 위치에서 버터플라이의 양측에 2개의 시일(3)이 제공되는 것을 특징으로 하는 밸브.

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