KR20220037838A - 개폐밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개폐밸브에 관한 것으로, 더 상세하게는 배관에 수직한 평판을 유체가 흐르는 방향과 평행한 방향으로 이동시킴으로써 배관 중 관경이 다른 부분에서의 유체 흐름을 차단 또는 개방하는 개폐밸브에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 소정의 관경을 가지도록 형성되는 제1배관; 상기 제1배관과 연결되되, 제1배관의 관경보다 작은 관경을 가지는 제2배관; 상기 제1배관 및 제2배관의 연결부를 구성하는 관경변화부; 유체 흐름 방향에 수평한 방향으로 이동 가능하도록 배관 내부에 구비되어, 관경변화부에 접촉했을 때 제1배관 및 제2배관 사이를 차단하도록 제1배관의 관경보다 작고 제2배관의 관경 이상의 직경을 가지는 차단판 및; 상기 차단판의 위치를 조절하도록 구비되는 조절부를 포함하는; 개폐밸브를 제공한다.

Description

개폐밸브{Valve for opening and closing}

본 발명은 개폐밸브에 관한 것으로, 더 상세하게는 배관에 수직한 평판을 유체가 흐르는 방향과 평행한 방향으로 이동시킴으로써 배관 중 관경이 다른 부분에서의 유체 흐름을 차단 또는 개방하는 개폐밸브에 관한 것이다.

유량을 제어하거나 유체 흐름을 차단/개방할 수 있는 밸브로써, 볼밸브, 버터플라이밸브, 글로브밸브 등이 있다.

다만, 상기와 같은 종래의 밸브들은 일부 개방 시 유로가 일정하지 않고, 미세한 유량조절에 부적합하다는 한계가 있다.

국내등록특허 제10-1601846호에는, "전후방향으로 관통로가 형성된 밸브몸체와; 전후방은 외측 볼 출입구가 관통되게 형성된 챔버를 구비하고, 상기 밸브몸체 내에서 일축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 외측 밸브볼과; 상기 외측 밸브볼의 챔버 내에서 외측 밸브볼과 동축상으로 회전하도록 설치되며, 전후방향으로 대형 출입구와 좌우방향으로 소형 출입구가 각각 관통되게 형성되어 그 회전된 방향에 따라 상기 밸브몸체의 관통로로 유통되는 유량을 두 종류로 제어할 수 있게 하는 내측 밸브볼과; 상기 외측 밸브볼과 상기 내측 밸브볼을 서로 반대 방향으로 회전시키는 밸브볼 회전수단을 포함하고, 상기 밸브볼 회전수단은 상기 밸브몸체에 구동축에 의해 회전할 수 있게 설치된 제1베벨기어와; 상기 제1베벨기어와 직교하게 치합되며, 상기 외측 밸브볼과 결합되는 제1종동기어와; 상기 제1베벨기어와 이격되어 상기 구동축 상에 설치된 제2베벨기어와; 회전축이 상기 제1종동기어의 중심을 관통하여 상기 내측 밸브볼과 결합되며, 상기 제2베벨기어와 직교하게 치합되는 제2종동기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 유량 제어를 위한 이중 볼밸브."가 개시되어 있다.

상기와 같은 종래 밸브에서는, 밸브 일부 개방 시 유체가 개방된 지점으로 쏠려서 흐르며, 비개방면 부근에 와류가 형성되어 유체의 운동에너지/유속에 손실을 발생시키는 현상이 발생하고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 종래 밸브의 한계점을 개선하기 위하여, 밸브 일부 개방 시에도 넓은 면적으로 유체가 흐를 수 있게 함으로써, 비개방면에서 발생하는 와류를 억제할 수 있는 개폐밸브를 제공하는 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 밸브의 문제점을 해결하기 위하여, 소정의 관경을 가지도록 형성되는 제1배관; 상기 제1배관과 연결되되, 제1배관의 관경보다 작은 관경을 가지는 제2배관; 상기 제1배관 및 제2배관의 연결부를 구성하는 관경변화부; 유체 흐름 방향에 수평한 방향으로 이동 가능하도록 배관 내부에 구비되어, 관경변화부에 접촉했을 때 제1배관 및 제2배관 사이를 차단하도록 제1배관의 관경보다 작고 제2배관의 관경 이상의 직경을 가지는 차단판 및; 상기 차단판의 위치를 조절하도록 구비되는 조절부를 포함하는; 개폐밸브를 제공한다.

또한, 상기 조절부는: 상기 차단판에 수직으로 결합되며, 티 너트(T-nut) 타입으로 형성되는 래크; 상기 래크와 결합되며, 제1배관 또는 제2배관 내에 고정되는 티 슬롯(T-slot); 상기 래크에 대응되는 피니언기어; 상기 피니언기어에 동력을 전달하는 회전축 및; 상기 회전축과 연결되는 모터를 포함하여; 상기 모터의 구동에 따라 피니언기어가 정방향 및 역방향으로 회전하며, 모터의 동력이 래크를 통해 차단판으로 전달됨으로써 차단판의 개폐가 조절되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 티 슬롯이 고정된 제1배관 또는 제2배관은: 배관의 외측에서 돌출되도록 구비되어 상기 피니언기어를 수용하는 공간이 형성되는 기어슬롯 및; 상기 회전축이 관통하도록 형성되되 소정의 방수구조가 형성되는 샤프트홀을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 밸브의 일부 개방 시에도 유체가 넓은 범위를 통해 흐르도록 제어함으로써, 와류 발생으로 인한 에너지 손실 등을 방지할 수 있다.

또한, 종래 밸브에 비해 기구 구성요소의 수를 간략화 함으로써, 제조용이성을 증대시키고 개별 부품의 마모/노후로 인한 고장 빈도 등을 현저하게 감소시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 의한 개폐밸브의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3 은 본 발명의 실시 예에 의한 개폐밸브의 구조를 나타낸 사시도이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 발명의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 소정의 관경을 가지도록 형성되는 제1배관; 상기 제1배관과 연결되되, 제1배관의 관경보다 작은 관경을 가지는 제2배관; 상기 제1배관 및 제2배관의 연결부를 구성하는 관경변화부; 유체 흐름 방향에 수평한 방향으로 이동 가능하도록 배관 내부에 구비되어, 관경변화부에 접촉했을 때 제1배관 및 제2배관 사이를 차단하도록 제1배관의 관경보다 작고 제2배관의 관경 이상의 직경을 가지는 차단판 및; 상기 차단판의 위치를 조절하도록 구비되는 조절부를 포함하는; 개폐밸브를 제공한다.

상기 제1배관, 제2배관, 관경변화부, 차단판 등의 구성요소들은 부식 방지를 위해 STS304 또는 SUS304 소재로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는, 호칭 지름 400A, 두께 40S(12.7t), 내경 381mm로 제2배관을 설계하였다. 이에 대한 제1배관은 호칭 지름 500A, 두께 15.1t를 사용할 수 있다.

상기와 같은 설계조건 하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 개폐밸브를 동압 150kPa, 정압 700kPa에서도 안전하게 사용할 수 있다. 본 발명의 실시 예는, 차단판이 1MPa에서도 하중을 버틸 수 있도록 설계되었으며, 1MPa의 압력에서 본 발명의 실시 예에 의한 차단판에 가해지는 힘은 114kN이므로, 114kN에 대해 피니언기어를 회전시킬 수 있도록 모터를 선정할 수 있다.

상기 설계 조건(114kN)에 따르면, 피니언기어와 래크의 모듈은 23, 잇수는 17, 피치원 지름은 391mm, 압력각은 20º, 치형은 보통이, 기어 치형은 표준으로 설계될 수 있다.

루이스 식

에서,

fv = 1(저속 조건), fw = 1(하중 일정 조건)로 가정하고,

STS304의

값이 127N/mm^2이라고 가정했을 때(GC300의 값 사용),

이고,

b=23*6=138mm (평기어 보통 너비 6*m)이며,

전술한 압력각, 잇수에 따른 y 값은 0.096이므로,

Ft = 1 * 1 * 127 * 72.22 * 138 * 0.096 = 121509.86 N = 121.5 kN ( > 114 kN)임을 확인할 수 있다.

모터의 경우, 필요한 토크가 222.88kN.m이며, 이에 따른 필요 마력은 222.88kN.m * 2 * 3.14 / 9.81 / 75 / 60 * 0.5rpm = 1.586ps이므로, 손실을 고려하여 2ps의 모터를 사용하는 것이 바람직하다.

모터의 RPM이 너무 크기 때문에 감속기를 이용하여 출력 RPM을 낮추는 과정이 필요하며, 감속비가 1/100인 감속기와 1/35인 감속기를 모두 사용하여 1:3500의 토크비를 확보할 수 있다.

또한, 상기 조절부는: 상기 차단판에 수직으로 결합되며, 티 너트(T-nut) 타입으로 형성되는 래크; 상기 래크와 결합되며, 제1배관 또는 제2배관 내에 고정되는 티 슬롯(T-slot); 상기 래크에 대응되는 피니언기어; 상기 피니언기어에 동력을 전달하는 회전축 및; 상기 회전축과 연결되는 모터를 포함하여; 상기 모터의 구동에 따라 피니언기어가 정방향 및 역방향으로 회전하며, 모터의 동력이 래크를 통해 차단판으로 전달됨으로써 차단판의 개폐가 조절되도록 구성될 수 있다.

상기 래크의 이 너비는 138mm로 설계하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 티 슬롯이 고정된 제1배관 또는 제2배관은: 배관의 외측에서 돌출되도록 구비되어 상기 피니언기어를 수용하는 공간이 형성되는 기어슬롯 및; 상기 회전축이 관통하도록 형성되되 소정의 방수구조가 형성되는 샤프트홀을 포함하여 구성될 수 있다.

1 : 제1배관
2 : 제2배관
3 : 차단판
4 : 티 슬롯
5 : 관경변화부
6 : 기어슬롯
7 : 피니언기어
8 : 래크
9 : 모터

Claims (3)

1. 소정의 관경을 가지도록 형성되는 제1배관;
   상기 제1배관과 연결되되, 제1배관의 관경보다 작은 관경을 가지는 제2배관;
   상기 제1배관 및 제2배관의 연결부를 구성하는 관경변화부;
   유체 흐름 방향에 수평한 방향으로 이동 가능하도록 배관 내부에 구비되어, 관경변화부에 접촉했을 때 제1배관 및 제2배관 사이를 차단하도록 제1배관의 관경보다 작고 제2배관의 관경 이상의 직경을 가지는 차단판 및;
   상기 차단판의 위치를 조절하도록 구비되는 조절부를 포함하는; 개폐밸브
2. 청구항 1항에 있어서,
   상기 조절부는:
   상기 차단판에 수직으로 결합되며, 티 너트(T-nut) 타입으로 형성되는 래크;
   상기 래크와 결합되며, 제1배관 또는 제2배관 내에 고정되는 티 슬롯(T-slot);
   상기 래크에 대응되는 피니언기어;
   상기 피니언기어에 동력을 전달하는 회전축 및;
   상기 회전축과 연결되는 모터를 포함하여;
   상기 모터의 구동에 따라 피니언기어가 정방향 및 역방향으로 회전하며, 모터의 동력이 래크를 통해 차단판으로 전달됨으로써 차단판의 개폐가 조절되는, 개폐밸브
3. 청구항 2항에 있어서,
   상기 티 슬롯이 고정된 제1배관 또는 제2배관은:
   배관의 외측에서 돌출되도록 구비되어 상기 피니언기어를 수용하는 공간이 형성되는 기어슬롯 및;
   상기 회전축이 관통하도록 형성되되 소정의 방수구조가 형성되는 샤프트홀을 포함하는; 개폐밸브
   

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