KR20240012223A - 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브는 스템의 바디 상 결합 위치, 스템의 디스크 상 결합 위치가 정대칭 위치에서 소정 거리 이격되는 형태를 통해, 유로 차단 위치에서만 디스크와 시트가 접촉되면서 기밀성이 보장되도록 한다.
또한, 시트가 바디에 장착되되 소정의 이동 마진이 형성되도록 결합되어 디스크가 시트에 접촉될 때 시트가 이동 마진 내에서 왕복 이동 되어, 편심에 따른 시트면에 가해지는 힘의 불균형이 일부 해소되도록 할 수 있다.

Description

세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브{Segmented ball valve}

본 발명은 볼타입 편심 플러그 밸브에 관한 것으로, 유체를 단속하는 플러그가 편심됨으로써, 부드러운 개폐 동작 및 기밀 성능을 유지하기 위한 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브에 관한 것이다.

관로상의 유체 흐름을 제어하기 위한 제어수단으로써 설치의 편의성, 구조적 안전성, 작동의 편리성 및 신뢰성 등이 우수한 버터플라이 밸브, 볼 밸브, 플러그 밸브 등이 사용되고 있다.

볼 밸브는 도 1에 도시된 바와 같이 본체의 상부에 위치하는 핸들을 회전 조작하게 되면 핸들과 스템으로 연결되어 본체 내부에 설치된 볼이 시트에 접촉된 상태로 회전하면서 본체를 통과하는 유체의 흐름을 허용하거나 차단하는 구조로 이루어진다.

이러한 볼 밸브는 유체 (오일, 가스, 증기 등)의 흐름을 차단하고 조절하는 핵심 장치로써, 1/4 회전으로 빠르게 열고 닫을 수 있고 높은 토크 힘 없이도 높은 기밀성이 보장되는 장점이 있다.

다만, 볼 밸브는 기밀을 위해 볼과 본체 내벽이 밀착된 상태로 반복 개폐 동작이 이루어지므로, 마찰에 의한 마모가 발생되고 기밀 성능이 저하되며 유량 제어가 어려워질 수 있다.

또한, 사용 연수가 늘어나면 개폐 동작에 과도한 힘이 요구될 수 있으며 내구성 저하 문제가 발생될 수도 있다.

높은 기밀성능을 유지하면서도 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 디스크 회전을 위한 구성요소 중 일부를 편심시키는 기술이 제안되었다.

여기서, 볼 밸브 편심 기술은 볼의 형상이 구가 아닌 반구로 제작하고, V-Shape 등의 세그먼트 형으로 제작하며, 회전 축을 밸브 본체 중심으로부터 소정 거리 이격시키는 방식을 말한다.

이를 통해, 볼의 회전이 종료되는 시점에서만 플러그를 이용하여 시트와 접촉되도록 하며, 이외의 회전각에서는 볼 또는 플러그가 내벽과 접촉되지 않도록 한다.

그러나, 상기한 편심 기술을 적용한 대부분의 사례에서 밸브 구조가 복잡해지는 경향이 있다.

즉, 정대칭을 이루는 제품에 비해서는 편심되면서 특정한 회전각에서만 접촉되고 기밀이 보장되어야 하므로 제작이 어려울 수 밖에 없다.

또한, 이러한 종래의 편심형 볼 밸브는 양방향 기밀 성능에 단점이 있다. 즉, 이러한 양방향 기밀상의 단점으로 인해 고온 고압의 환경 또는 극저온 환경에서 한계가 있다.

특히, 회전 중심이 편심됨에 따라 회전 중심으로부터 가장자리까지의 거리가동일하게 형성되지 않음으로써 여러가지 문제점을 야기할 수 있다.

예를 들어, 시트에 반복적으로 가해지는 하중의 크기가 시트의 구역별로 다르게 형성되어, 불균일한 시트 마모 또는 시트 교체 주기 단축 문제를 야기할 수 있다.

이러한, 불균일한 시트 마모는 디스크가 유로를 차단시키는 초기각을 변경시킬 수 있고, 기밀 저하를 가속시킬 수 있다.

한편, 양방향 기밀 성능을 확보하기 위한 선행발명으로써 디스크와 시트를 이종 소재로 설정하는 방안이 제안된 바 있다.

즉, 디스크는 금속 소재로 설정하고, 시트는 탄성 소재로 설정하여 상호 간에 탄성 작용을 통한 기밀 성능을 향상시키는 방책이 될 수 있다.

다만, 이러한 탄성 소재의 시트는 대부분 수입에 의존하여야 하며, 제조비용이 상승하고 안정적인 가격으로 해당 소재를 수급하는 것에도 한계가 있다.

KR 2020-0086043 A KR 2002870 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 양방향 기밀성능을 구현하여, 고온 고압의 환경이나 극저온 환경에서 사용될 수 있는 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.

본 발명에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브는 유로가 형성된 본체, 상기 유로를 개폐하는 디스크, 상기 본체 중심으로부터 편심되도록 설치되어 상기 디스크를 회전시키는 스템을 포함하고, 상기 디스크는 상기 유로를 개폐하는 플러그 및 상기 플러그와 상기 스템을 연결시키는 디스크 축으로 이루어지며, 상기 본체의 유입구 측에는 상기 플러그가 안착되는 시트가 마련되고, 상기 시트는 상기 유로 내벽으로부터 이동마진(Bc)을 갖도록 형성되어, 상기 플러그 및 상기 시트가 접촉 시 상기 시트가 상기 이동마진(Bc) 내에서 이동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플러그는 상기 시트와의 접촉이 시작되는 차단 시작 각도로부터 유로가 완전히 차단되는 완전 차단 각도까지 상기 시트에 슬라이딩 되면서 이동되되, 상기 시트에는 경사면이 형성되어 상기 플러그가 상기 차단 시작 각도로부터 상기 완전 차단 각도로 회전되면서 상기 플러그와 상기 시트의 접촉면적이 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플러그와 상기 시트는 경도가 다른 이종 소재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 시트와 상기 유로 내벽 사이에는 탄성 부재가 마련되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 시트는 상기 유로 내벽으로부터 상기 이동마진(Bc) 내에서 슬라이딩 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브는 스템의 바디 상 결합 위치, 스템의 디스크 상 결합 위치가 정대칭 위치에서 소정 거리 이격되는 형태를 통해, 유로 차단 위치에서만 디스크와 시트가 접촉되면서 기밀성이 보장되도록 하는 효과가 있다.

또한, 시트가 바디에 장착되되 소정의 이동 마진이 형성되도록 결합되어 디스크가 시트에 접촉될 때 시트가 이동 마진 내에서 왕복 이동 된다.

이를 통해, 반복적인 디스크 및 시트 접촉 시 발생되는 충격을 완화시킬 수 있다.

또한, 회전 중심으로부터 시트면 까지의 거리가 힘의 균형에 따라 변경될 수 있으므로 편심에 따른 시트면에 가해지는 힘의 불균형이 일부 해소되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 볼 밸브의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브의 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브에서 시트에 형성된 이동마진(Bb)을 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브를 상세히 설명한다. 이러한 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 전달하기 위한 것으로서 제시된 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 기술적 사상을 보다 명확하게 하기 위하여, 도면상에서 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하거나 구성의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있도록 하였다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브(10)는 본체(100), 스템(400), 디스크(200), 시트(300)를 구성으로 포함한다.

상기 본체(100)에는 유로가 형성되며, 상기 유로를 가로지르도록 설치되는 스템(400)이 구비된다.

상기 본체(100)의 일측에 마련된 구동모듈에 의해 상기 스템(400) 및 스템(400)에 결합된 디스크(200)가 스템(400)를 회전중심으로 회전 구동 되면서 유로의 개폐 동작을 수행할 수 있다.

여기서, 기밀 향상을 위하여 시트(300)가 구비되며, 상기 본체(100)에는 상기 유로를 따라 시트(300)가 결합된다.

상기 디스크(200)는 상기 유로를 개폐하는 플러그(210) 및 상기 플러그(210)와 상기 스템(400)을 연결시키는 디스크 축(220)으로 이루어진다.

여기서, 상기 스템(400)은 편심된 위치에 설치된다.

이를 통해, 중간 개도에서는 상기 시트(300) 및 상기 플러그(210)가 상호 접촉되지 않고 구동되며, 접촉이 시작되는 차단 시작 각도(또는 실링포인트)로부터 접촉이 이루어 지도록 회전 반경이 형성될 수 있다.

이러한 편심 구조를 통해 시트 마찰에 의한 마모가 최소화되어 부드러운 동작성능이 구현되면서도, 실링포인트에서는 완전한 기밀 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 스템(400)이 편심 설치됨에 따라 중심거리의 차이가 발생되고, 그로 인해 힘의 불균형으로 인해 발생되는 상기 시트(300)의 불균일한 마모현상 또는 마모에 따른 초기위치의 변경으로 인한 기밀 성능 저하가 나타날 수 있다.

이에, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브(10)는 시트(300)가 이동마진을 갖도록 형성될 수 있다.

자세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 시트(300)가 상기 유로와 이동마진(Bc)을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 디스크(200)의 회전에 따라 상기 디스크(200)가 상기 시트(300)와 접촉 내지 이격되면, 상기 시트(300)는 상기 이동마진(Bc) 내에서 수평방향으로 왕복이동될 수 있다.

자세하게는, 상기 디스크(200)가 일 방향으로 회전하면 상기 디스크(200)와 상기 시트(300)가 접촉되는 일측 경사면 상에 발생되는 반력에 의해서 상기 시트(300)가 일 방향으로 이동할 수 있다.

이를 통해 상기 디스크(200) 및 상기 시트(300)의 접촉 시 발생되는 충격이 완화되는 효과가 발생된다.

여기서, 상기 플러그(210)는 상기 시트(300)와의 접촉이 시작되는 차단 시작 각도로부터 유로가 완전히 차단되는 완전 차단 각도까지 상기 시트(300)에 슬라이딩 되면서 이동될 수 있다.

상기 시트에는 경사면이 형성되어, 상기 플러그가 상기 차단 시작 각도로부터 상기 완전 차단 각도로 회전되면서 상기 플러그와 상기 시트의 접촉면적이 점진적으로 증가되면서 기밀 성능이 향상될 수 있다.

상기 플러그와 상기 시트는 경도가 다른 이종 소재로 이루어질 수 있다.

이를 통해, 상호 간에 충격이 완화되어 내구성이 보존되고 접촉면적이 더욱 넓어져 기밀 성능이 향상될 수 있다.

여기서, 상기 시트(300)는 상기 유로 내벽으로부터 상기 이동마진(Bc) 내에서 슬라이딩 가능하도록 마련될 수 있다.

상기 시트(300)와 상기 유로 내벽 사이에 슬라이딩 가스켓이 마련될 수 있다.

한편, 상기 시트(300) 또는 상기 플러그(210)의 마모 현상에 따라, 상기 차단 시작 각도 또는 상기 완전 차단 각도가 변경되어 기밀 성능이 저하될 수 있다.

이에, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브(10)에서는 상기 시트(300)와 상기 유로 내벽 사이에 탄성 부재가 마련될 수 있다.

상기 시트(300) 또는 상기 플러그(210)가 마모되더라도, 상기 시트(300)가 상기 탄성 부재에 의해 상기 플러그(210)를 압박하게 되므로 소정의 기간 동안에는 기밀 성능이 유지될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브를 제공하는 것을 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예들은 각각 일 실시 예에 불과한 것으로, 본 발명의 진정한 권리범위는 청구범위에 기재된 청구항들에 의해 결정되어야 할 것이다.

10: 밸브
100: 본체
110: 제1 본체
111: 유입구
120: 제2 본체
121: 유출구
200: 디스크
210: 플러그
220: 디스크 축
300: 시트
400: 스템
Bc: 이동마진

Claims (5)

1. 유로가 형성된 본체;
   상기 유로를 개폐하는 디스크;
   상기 본체 중심으로부터 편심되도록 설치되어 상기 디스크를 회전시키는 스템;을 포함하고,
   상기 디스크는 상기 유로를 개폐하는 플러그 및 상기 플러그와 상기 스템을 연결시키는 디스크 축으로 이루어지고,
   상기 본체의 유입구 측에는 상기 플러그가 안착되는 시트가 마련되며,
   상기 시트는,
   상기 유로 내벽으로부터 이동마진(Bc)을 갖도록 형성되어,
   상기 플러그 및 상기 시트가 접촉 시 상기 시트가 상기 이동마진(Bc) 내에서 이동되는 것을 특징으로 하는 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 플러그는 상기 시트와의 접촉이 시작되는 차단 시작 각도로부터 유로가 완전히 차단되는 완전 차단 각도까지 상기 시트에 슬라이딩 되면서 이동되되,
   상기 시트에는 경사면이 형성되어, 상기 플러그가 상기 차단 시작 각도로부터 상기 완전 차단 각도로 회전되면서 상기 플러그와 상기 시트의 접촉면적이 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 플러그와 상기 시트는 경도가 다른 이종 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 시트와 상기 유로 내벽 사이에는 탄성 부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 시트는 상기 유로 내벽으로부터 상기 이동마진(Bc) 내에서 슬라이딩 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 세그먼트 볼타입 편심 플러그 밸브