KR20240044746A - 플러그-스템 조립체 및 이를 포함하는 플러그 밸브 - Google Patents

Abstract

플러그-스템 조립체 및 이를 포함하는 플러그 밸브가 개시된다. 개시된 플러그-스템 조립체는, 수직 방향으로 연장되고 외주면에 수형 스크류 패턴이 형성된 하단부를 구비하는 스템; 하단부가 끼워지도록 파이고 내주면에 수형 스크류 패턴에 치합되는 암형 스크류 패턴이 형성된 스템 결합 홈, 및 유체가 관통하여 흐르도록 수평 방향으로 개방된 수평 관통공이 형성된 플러그; 및 하단부가 스템 결합 홈에 끼워져 스템과 플러그가 결합된 때 스템 및 플러그 중 하나가 다른 하나에 대해 회전하는 것을 방지하는 회전 방지부;를 포함한다.

Description

플러그-스템 조립체 및 이를 포함하는 플러그 밸브{PLUG-STEM ASSEMBLY AND PLUG VALVE WITH THE SAME}

본 발명은 유로를 개폐하기 위한 플러그와 플러그를 지지하는 스템을 포함하는 플러그-스템 조립체, 및 플러그-스템 조립체를 포함하는 플러그 밸브에 관한 것이다.

플러그 밸브는 온도 및 압력의 넓은 영역에 걸쳐 액체, 기체(gas) 및 슬러리(slurry)와 같은 유체의 흐름을 조절하는데 이용되는 기계 장치로서, 예컨대, 정제, 화학, 석유화학, 약학, 등 다양한 산업 분야에서 이용된다. 플러그 밸브는 손으로 핸들을 잡고 돌리는 인력에 의해 개폐되거나, 공압, 유압, 또는 전동 모터를 포함하는 액추에이터의 동력에 의해 개폐될 수 있다.

플러그 밸브는 밸브 본체의 내부에 삽입되어 유로를 개폐하도록 회전하는 플러그(plug)와, 플러그를 하단에 지지하며 상하 방향으로 연장된 스템(stem)을 포함한다. 통상적으로 플러그와 스템은 용접에 의해 결합된다. 그런데, 플러그와 스템의 소재가 상이한 경우에 이들을 용접하기도 어렵고, 용접한 경우에도 견고하게 접합되지 않아서 용접 부위가 쉽게 파손 또는 부식될 수 있다. 또한, 플러그 밸브의 사용 과정에서 플러그와 스템 중 하나만 파손되거나 고장나는 경우에도 플러그와 스템이 용접되어 있어서 함께 교체해야 하므로, 플러그 밸브의 AS(after service) 비용이 증대되고, 자원 낭비의 우려도 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1105451호(2012.01.05. 등록, 발명의 명칭: 플러그 밸브)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 손상 없이 분리 가능하게 결합된 플러그와 스템을 포함하는 플러그-스템 조립체와, 이를 구비한 플러그 밸브를 제공한다.

본 발명은, 수직 방향으로 연장되고 외주면에 수형 스크류 패턴(male screw pattern)이 형성된 하단부를 구비하는 스템(stem); 상기 하단부가 끼워지도록 파이고 내주면에 상기 수형 스크류 패턴에 치합되는 암형 스크류 패턴이 형성된 스템 결합 홈, 및 유체가 관통하여 흐르도록 수평 방향으로 개방된 수평 관통공이 형성된 플러그(plug); 및 상기 하단부가 상기 스템 결합 홈에 끼워져 상기 스템과 상기 플러그가 결합된 때 상기 스템 및 상기 플러그 중 하나가 다른 하나에 대해 회전하는 것을 방지하는 회전 방지부;를 포함하는 플러그-스템 조립체를 제공한다.

상기 회전 방지부는, 상기 하단부의 외주면에 상하 방향으로 연장되게 형성된 스템 키 홈부(key groove portion); 상기 스템 결합 홈의 내주면에 상하 방향으로 연장되게 형성된 플러그 키 홈부; 및 상기 스템 키 홈부 및 상기 플러그 키 홈부가 마주보도록 정렬된 때 상기 스템 키 홈부 및 상기 플러그 키 홈부에 의해 형성되는 키 삽입 홀(hole)에 끼워지는, 상하 방향으로 연장된 키(key);를 구비할 수 있다.

상기 회전 방지부는, 상기 스템을 수평 방향으로 관통하도록 상기 스템에 형성된 핀 홀부(pin hole portion); 및 수평 방향으로 연장되어 상기 핀 홀부에 끼워지며, 상기 키가 상기 키 삽입 홀에서 이탈되지 않도록 상기 키를 가로막는 고정 핀(pin);을 더 구비할 수 있다.

상기 고정 핀은 상기 핀 홀부에 억지 끼움 고정될 수 있다.

상기 회전 방지부는, 상기 스템을 수평 방향으로 관통하도록 상기 스템에 형성된 핀 홀부(pin hole portion); 상기 핀 홀부에 삽입되는 일측 및 상기 일측에 연결되며 상기 스템에서 방사 방향으로 돌출되는 타측을 구비한 고정 핀; 및 상기 플러그에 형성되고, 상기 스템이 상기 플러그에 대해 회전하지 않도록 상기 타측을 가로막는 핀 안내부;를 구비할 수 있다.

상기 고정 핀은 상기 핀 홀부에 억지 끼움 고정될 수 있다.

또한 본 발명은, 밸브 본체; 및 상기 밸브 본체를 관통하도록 수직 방향으로 연장되고 외주면에 수형 스크류 패턴이 형성된 하단부를 구비하는 스템, 상기 밸브 본체의 내부에 삽입되며, 상기 하단부가 끼워지도록 파이고 내주면에 상기 수형 스크류 패턴에 치합되는 암형 스크류 패턴이 형성된 스템 결합 홈 및 유체가 관통하여 흐르도록 수평 방향으로 개방된 수평 관통공이 형성된 플러그, 및 상기 하단부가 상기 스템 결합 홈에 끼워져 상기 스템과 상기 플러그가 결합된 때 상기 스템 및 상기 플러그 중 하나가 다른 하나에 대해 회전하는 것을 방지하는 회전 방지부를 포함하는 플러그-스템 조립체;를 포함하는 플러그 밸브를 제공한다.

본 발명에 의하면, 플러그와 스템의 소재가 상이하여 용접하기 어려운 경우에도 플러그와 스템을 서로에 대해 회전하지 않도록 견고하게 결합할 수 있다.

본 발명에 의하면 플러그와 스템이 분리 가능하게 결합되므로, 플러그와 스템 중 하나만 파손되거나 고장나는 경우에 파손된 하나만 교체하고 온전한 다른 하나는 그대로 사용할 수 있다. 따라서, 플러그 밸브의 AS 비용이 절감되고 자원 낭비도 막을 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플러그 밸브의 사시도 및 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 제1 작동체, 제2 작동체, 작동체 하우징, 환형 슬리브, 및 플러그-스템 조립체를 분해 도시한 분해 사시도로서, 도 3은 위에서 본 그림이고, 도 4는 아래에서 본 그림이다.
도 5는 도 3의 플러그-스템 조립체를 V-V에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 플러그-스템 조립체의 분해 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플러그-스템 조립체 및 이를 포함하는 플러그 밸브를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플러그 밸브의 사시도 및 단면도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 제1 작동체, 제2 작동체, 작동체 하우징, 환형 슬리브, 및 플러그-스템 조립체를 분해 도시한 분해 사시도로서, 도 3은 위에서 본 그림이고, 도 4는 아래에서 본 그림이다. 도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플러그 밸브(10)는 밸브 본체(11), 플러그-스템 조립체(100), 한 쌍의 밀봉 보강체(150), 제1 작동체(40), 제2 작동체(50), 작동체 하우징(housing)(70), 환형 슬리브(sleeve)(60), 작동 볼(ball)(84), 캠 핀(cam pin)(80), 및 회전 액추에이터(actuator)(90)를 구비한다.

밸브 본체(11)는 본체 하우징(housing)(12)과 커버(cover)(22)를 구비한다. 본체 하우징(12)은 유체가 유입되도록 유체의 흐름 방향을 따라 상류측 파이프(pipe)에 연결되는 제1 포트(port)(13), 유체가 유출되도록 유체의 흐름 방향을 따라 하류측 파이프에 연결되는 제2 포트(15), 및 제1 포트(13) 및 제2 포트(15) 사이에 마련된 플러그 수용부(17)를 구비한다. 커버(22)는 플러그 수용부(17)의 상측에 형성된 본체 하우징(12)의 상측 개구(19)를 폐쇄하며 본체 하우징(12)에 결합된다. 플러그 수용부(17)는 본체 하우징(12)의 내측면에서 축선(CX)을 따라 아래로 파인 요홈(groove)를 포함한다.

플러그-스템 조립체(100)는 밸브 본체(11)의 커버(22)를 관통하도록 수직 방향의 축선(CX)을 따라 연장되는 스템(stem)(101)과, 밸브 본체(11)의 내부에 삽입되며 스템(101)의 하단부(103)(도 6 참조)에 결합되는 플러그(plug)(110)를 포함한다. 플러그(110)는 제1 포트(13)와 제2 포트(15)를 잇는 유로를 개폐하도록 회전 및 승강 가능하게 플러그 수용부(17)에 회전 가능하게 탑재된다.

구체적으로, 플러그(110)는 플러그 수용부(17)의 요홈에 끼워지는 하향 돌기(114)를 구비한다. 플러그(110)에는 유체가 관통하여 흐르도록 중앙부를 수평 방향으로 개방된 수평 관통공(111)이 형성된다. 플러그(110)는 수평 관통공(111)의 양 측 개구 사이에 아래로 갈수록 축선(CX)과 가까워지게 기울어진 한 쌍의 플러그 경사면(116)과, 한 쌍의 플러그 경사면(116)에서 돌출되고 플러그 경사면(116)의 경사 방향으로 연장된 한 쌍의 경사 가이드 돌기(117)를 구비한다.

한 쌍의 밀봉 보강체(150)는 각각 플러그 경사면(116)과 마주보며 플러그 경사면(116)과 같은 방향으로 기울어진 보강체 경사면(152)을 구비한다. 본체 하우징(12)의 내부에서 일 측 및 타 측의 보강체 경사면(152)이 한 쌍의 플러그 경사면(116)과 마주보도록, 한 쌍의 밀봉 보강체(150)는 플러그(110)의 양 측에 배치된다. 각각의 보강체 경사면(152)에는 경사 가이드 돌기(117)가 끼워질 수 있게 보강체 경사면(152)에서 내측으로 파이고 보강체 경사면(152)의 경사 방향으로 연장된 경사 가이드 홈(154)이 형성된다. 각각의 밀봉 보강체(150)에서 보강체 경사면(150)의 반대 측면에는 유체의 누출을 차단하는 보강체 가스켓(156)이 설치된다.

도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 밀봉 보강체(150) 중 일 측의 밀봉 보강체(150)가 제1 포트(13)를 가로막고 타 측의 밀봉 보강체(150)가 제2 포트(15)를 가로막으면 제1 포트(13)에서 제2 포트(15)를 향하는 유체 흐름이 폐쇄되는 밸브 폐쇄 상태가 된다. 이때에는 플러그(110)가 축선(CX)을 따라 아래로 하강한 상태로서, 일 측 및 타 측의 밀봉 보강체(150)의 보강체 경사면(152)이 한 쌍의 플러그 경사면(116)에 면접촉 가압되어서 일 측의 밀봉 보강체(150)에 설치된 보강체 가스켓(156)은 제1 포트(13)에 강하게 밀착되고, 타 측의 밀봉 보강체(150)에 설치된 보강체 가스켓(156)은 제2 포트(15)에 강하게 밀착된다.

밸브 폐쇄 상태의 플러그(110)가 밸브 본체(11) 내부에서 축선(CX)을 따라 상승하고, 상기 축선(CX)을 중심으로 90° 만큼 회전하여 플러그(110)의 수평 관통공(111)의 연장선과 제1 포트(13) 및 제2 포트(15)를 잇는 연장선이 평행하게 되면 밸브 개방 상태가 된다. 플러그(110)가 상승하면 한 쌍의 플러그 경사면(116)이 일 측 및 타 측의 보강체 경사면(152)과 이격된다. 이에 따라, 마치 쐐기(wedge)가 빠진 것처럼 일 측 및 타 측 밀봉 보강체(150)는 제1 포트(13) 및 제2 포트(15)에 밀착되지 않는다. 그러나, 한 쌍의 경사 가이드 돌기(117)는 일 측 및 타 측의 경사 가이드 홈(154)에서 완전히 이탈되지 않고 부분적으로 끼워진 상태이다.

그리고, 플러그(110)가 축선(CX)을 중심으로 90° 만큼 회전하면 경사 가이드 홈(154) 및 이에 끼워진 경사 가이드 돌기(117)에 의해 연계된 한 쌍의 밀봉 보강체(150)도 플러그(110)와 함께 90° 만큼 회전한다. 상술한 바와 같이 한 쌍의 밀봉 보강체(150)가 제1 포트(13) 및 제2 포트(15)에 밀착되지 않은 상태이기 때문에 큰 마찰 저항 없이 플러그(110)와 한 쌍의 밀봉 보강체(150)가 회전할 수 있어서, 플러그(110) 및 한 쌍의 밀봉 보강체(150)의 회전을 위해 요구되는 회전력이 감소된다.

제1 작동체(40)는 스템(101)의 상측에서 축선(CX)을 중심으로 회전한다. 제1 작동체(40)는 외주면에 핀 탑재 홈(groove)(42)이 형성된 상부(41), 외주면에 볼 체류 홈(groove)(46)이 형성되고, 방사 방향으로 돌출되게 외주면에 끼워진 회전 연계 핀(pin)(47)을 구비한 제1 하부(45), 제1 하부(45) 아래에 배치되고 외주면에 수나사 패턴(male thread pattern)이 형성된 제2 하부(48), 및 상부(41)와 제1 하부(45) 사이에 직경이 커지도록 방사 방향으로 확장된 플랜지부(43)를 구비한다.

제2 작동체(50)는 중공이 형성된 실린더(cylinder) 형상의 부재로서, 제2 작동체(50)의 상측으로 제1 작동체(40)의 하단부, 즉 제2 하부(48)가 끼워지며, 제2 작동체(50)의 하단부에는 스템(101)의 상단부가 결합된다. 구체적으로, 제2 작동체(50)의 실린더 형상을 한정하는 측벽(51)의 내주면(59)에는 제2 하부(48)의 수나사 패턴에 치합되는 암나사 패턴(female thread pattern)이 형성된다. 제2 작동체(50)의 상단부에 상기 암나사 패턴 상측에는 측벽(51)을 관통하는 볼 통공(53)이 형성된다. 제2 작동체(50)의 하단에는 결합 핀(28)이 가로질러 끼워지는 핀 체결 통공(58)이 형성된다.

스템(101)의 상단부에도 결합 핀(28)이 가로질로 끼워지는 핀 체결 통공(102)이 형성된다. 작업자가 스템(101)의 상단부를 제2 작동체(50)의 하단부에 끼우고, 스템(101)과 제2 작동체(50)의 핀 체결 통공(102, 58)을 가로지르도록 결합 핀(28)을 끼우며, 결합 핀(28)의 양 단부에 핀 고정구인 스냅 링(snap ring)(29)을 결합함으로써 스템(101)과 제2 작동체(50)가 분리 가능하게 결합된다.

제2 작동체(50)의 측벽(51)의 외주면에는 캠 그루브(cam groove)(55)가 형성된다. 캠 핀(80)은 캠 그루브(55)와 연계되어서 제2 작동체(50)가 축선(CX) 방향으로 승강할지 또는 축선(CX)을 중심으로 회전할지 결정한다. 캠 핀(80)의 말단은 캠 그루브(55)에 끼워진다. 캠 그루브(55)는 축선(CX)과 평행한 방향으로 연장되게 파인 수직 연장부(56)와, 수직 연장부(56)의 하단에 이어지며 축선(CX)을 중심으로 하는 원호 방향으로 연장되게 파인 수평 연장부(57)를 포함한다.

캠 핀(80)의 말단이 수직 연장부(56)의 길이 방향을 따라 상대 운동하는 동안에는 제2 작동체(50)와, 제2 작동체(50)에 스템(101)이 연결된 플러그-스템 조립체(100)는 축선(CX) 방향으로 승강만 하고 회전하지 않는다. 한편, 캠 핀(80)의 말단이 수평 연장부(57)의 길이 방향을 따라 상대 운동하는 동안에는 제2 작동체(50)와, 제2 작동체(50)에 스템(101)이 연결된 플러그-스템 조립체(100)는 축선(CX)을 중심으로 회전만 하고 승강하지는 않는다.

제2 작동체(50)은 상단에 제1 작동체(40)가 제2 작동체(50)에 대해 축선(CX)을 중심으로 회전할 때 회전 연계 핀(47)과 충돌하는 걸림턱(52)을 구비한다. 회전 연계 핀(47)이 걸림턱(52)에 충돌하기 전까지는 제1 작동체(40)가 회전할 때 제2 작동체(50)가 회전하지 않을 수 있으나, 회전 연계 핀(47)이 걸림턱(52)에 충돌한 이후에는 제1 작동체(40)가 회전하면 제2 작동체(50)가 함께 회전하게 된다.

작동체 하우징(70)은 제1 작동체(40)와 제2 작동체(50)를 에워싸는 부재로서, 중공이 형성된 관형(管形)의 측벽부(73)와, 밸브 본체(11)의 상단부, 구체적으로는 커버(22)에 고정 결합되는 하단 플랜지부(72)와, 회전 액추에이터(90)의 액추에이터 커버(91)에 고정 결합되는 상단 플랜지부(71)를 구비한다. 작동체 하우징(70)의 측벽부(73)에는 캠 핀(80)이 끼워져 고정되는 캠 핀 체결공(77)이 형성된다.

또한, 측벽부(73)의 캠 핀 체결공(77) 아래에는 결합 핀(28)이 작동체 하우징(70)의 내부로 삽입 가능하게 개방된 한 쌍의 결합 핀 삽입공(78)이 형성된다. 작업자는 스템(101)과 제2 작동체(50)를 연결하기 위하여 한 쌍의 결합 핀 삽입공(78)을 통해 결합 핀(28)을 작동체 하우징(70)의 내부 공간으로 밀어 넣거나, 반대로 스템(101)과 제2 작동체(50)를 분리하기 위하여 한 쌍의 결합 핀 삽입공(78)을 통해 결합 핀(28)의 말단에서 스냅 링(29)을 분리하고 결합 핀(28)을 작동체 하우징(70)의 밖으로 빼낼 수 있다.

환형 슬리브(60)는 작동체 하우징(70)의 내부에 끼워진다. 구체적으로, 작동체 하우징(70)의 내주면은 상부 내주면(74)과, 상부 내주면(74)보다 작은 내경(inner diameter)을 가지며 상부 내주면(74)보다 아래에 마련된 하부 내주면(76)을 포함하며, 환형 슬리브(60)는 상부 내주면(74)에 외주면(61)이 면접촉되게 작동체 하우징(70)의 상측으로부터 끼워져 작동체 하우징(70)에 고정된다.

환형 슬리브(60)의 외주면에는 상단에서 아래로 축선(CX)과 평행하게 연장된 한 쌍의 제1 핀 탑재 장홈(elongated groove)(65)이 형성된다. 작동체 하우징(70)의 내주면에는 한 쌍의 제1 핀 탑재 장홈(65)에 대응되게 상단에서 아래로 축선(CX)과 평행하게 연장된 한 쌍의 제2 핀 탑재 장홈(75)이 형성된다. 작업자는 한 쌍의 제1 핀 탑재 장홈(65)과 한 쌍의 제2 핀 탑재 장홈(75)이 서로 마주보고 정렬되도록 환형 슬리브(60)를 상기 작동체 하우징(70)에 삽입하고, 서로 마주보고 정렬된 한 쌍의 제1 핀 탑재 장홈(65)과 한 쌍의 제2 핀 탑재 장홈(75)에 각각 하나씩 슬리브 결합 핀(88)을 끼워 넣어 환형 슬리브(60)를 작동체 하우징(70)에 설치할 수 있다.

환형 슬리브(60)의 하단에는 캠 핀 체결공(77)에 끼워진 캠 핀(80)을 회피하도록 상측으로 파인 캠 핀 회피 덴트(dent)(67)가 형성된다. 또한, 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에는 축선(CX)과 평행하게 연장되면서 파인 볼 안내 장홈(extended groove)(63)이 형성된다. 작동 볼(84)은 제2 작동체(50)의 볼 통공(53)에 끼워져서 제1 작동체(40)의 외주면, 구체적으로는 제1 하부(45)의 외주면 및 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에 밀착된다.

회전 액추에이터(90)는 제1 작동체(40)를 축선(CX)을 중심으로 일 방향 및 반대 방향으로 회전시키는 동력을 제공한다. 회전 액추에이터(90)는, 제1 작동체(40)의 핀 탑재 홈(42)에 탑재되는 구동 핀(93)과, 구동 핀(93)을 노출되지 않게 덮으며 작동체 하우징(70)의 상단 플랜지부(71)에 결합 지지되는 액추에이터 커버(cover)(91)와, 구동 핀(93)의 회전과 연동하여 회전하는 구동 휠(wheel)(92)을 구비한다.

작업자가 구동 휠(92)을 잡고 인력(人力)으로 회전시켜서 구동 핀(93)를 회전시켜 제1 작동체(40)를 축선(CX)을 중심으로 회전시킬 수도 있고, 공압 장치, 유압 장치, 또는 전동 모터의 동력을 이용하여 구동 핀(93)를 회전시켜서 제1 작동체(40)를 축선(CX)을 중심으로 회전킬 수도 있다.

플러그 밸브(10)는 밸브 본체(11) 내부의 유체가 스템(101)의 외주면을 따라 외부로 누출되지 않도록, 스템(101)의 외주면과 커버(22)의 스템 관통공의 내주면 사이에 개재되는 누출 방지 패킹(packing)(87)을 더 구비한다. 누츨 방지 패킹(87)은 스템(101)에 꿰어지는 복수의 환형 씰(seal)을 포함할 수 있다. 플러그 밸브(10)는 누출 방지 패킹(87)이 밸브 본체(11) 내부의 압력에 의해 상승하여 커버(22)에서 분리되지 않도록, 커버(22)의 상단에 체결되어 누출 방지 패킹(87)을 아래로 가압하는 패킹 가압 블록(block)(86)을 더 구비한다. 패킹 가압 블록(86)은 작동체 하우징(70)의 하단 플랜지부(72)에 덮여 노출되지 않는다.

캠 그루브(55)에 캠 핀(80)의 말단이 끼워져 있으므로, 캠 그루브(55)의 경로에 따라 회전 액추에이터(90)의 동력에 의해 제1 작동체(40)가 축선(CX)을 중심으로 회전할 때 제2 작동체(50)의 움직임은 축선(CX)을 따라 승강하거나, 제1 작동체(40)의 회전에 동조하여 축선(CX)을 중심으로 회전하는 동작으로 제한된다. 부연하면, 도 2에 도시된 바와 같이 밸브 폐쇄 상태인 때 플러그(110)는 밸브 본체(11)의 내부에서 하강한 위치에 있고, 제2 작동체(50)도 제1 작동체(40)에 대해 하강한 위치에 있다. 이 때 캠 핀(80)의 말단은 캠 그루브(55)의 수직 연장부(56)의 상단에 끼워져 있고, 볼 통공(53)에 끼워진 작동 볼(84)은 제1 작동체(40)의 제1 하부(45)의 외주면과 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에 밀착된다. 구체적으로는, 작동 볼(84)의 내측면은 제1 하부(45)의 외주면에 밀착되고 작동 볼(84)의 외측면은 볼 안내 장홈(63)의 길이 방향 하단부에 부분적으로 끼워진다.

제1 작동체(40)가 도 3을 기준으로 반시계 방향으로 회전하면 제1 작동체(40)의 수나사 패턴에 치합된 암나사 패턴에 의해 제1 작동체(40)와 결합된 제2 작동체(50)는, 수직 연장부(56)의 경로에 의해 움직임이 제한되므로 환형 슬리브(60)와 작동체 하우징(70)에 대해 축선(CX) 방향으로 상승한다. 제1 작동체(40)가 180° 만큼 회전하면 캠 핀(80)이 수평 연장부(57)와 교차하는 수직 연장부(56)의 하단에 캠 핀(80)이 위치하도록 제2 작동체(50)가 상승하고, 걸림턱(52)이 회전 연계 핀(47)에 접촉된다. 스템(101)에 의해 제2 작동체(50)에 연결된 플러그(110)는 밸브 본체(11)의 내부에서 상승한다.

제2 작동체(50)가 작동체 하우징(70)과 환형 슬리브(60)에 대해 상승하는 동안에 작동 볼(84)은 제1 하부(45)의 외주면에 의해 방사 방향으로 가압되어 볼 안내 장홈(63)에 부분적으로 끼워진 상태를 유지하며 볼 안내 장홈(63)의 길이 방향 하단부에서 상단부로 이동한다. 캠 핀(80)이 수직 연장부(56)의 하단에 캠 핀(80)이 위치하도록 제2 작동체(50)가 상승하면, 작동 볼(84)과 제1 작동체(40)의 볼 체류 홈(46)이 축선(CX)의 방사 방향 일직선을 따라 같은 높이에 위치하도록 정렬된다.

제1 작동체(40)가 반시계 방향으로 계속 회전하면 캠 핀(80)이 수평 연장부(57)를 따라 상대 이동하고 회전 연계 핀(47)이 걸림턱(52)을 접촉하면서 밀어서 제2 작동체(50)가 제1 작동체(40)와 마찬가지로 반시계 방향으로 회전한다. 제2 작동체(50)에 연결된 플러그-스템 조립체(100)의 플러그(110)는 밸브 본체(11) 내부에서 상승한 상태로 회전한다. 제1 작동체(40), 제2 작동체(50), 및 플러그-스템 조립체(100)의 플러그(110)가 반시계 방향으로 90° 만큼 회전하면 밸브 개방 상태가 된다. 이 상태에서 캠 핀(80)이 수평 연장부(57)의 막다른 말단에 위치한다.

제2 작동체(50)가 작동체 하우징(70)과 환형 슬리브(60)에 대해 회전하는 동안에 작동 볼(84)은 볼 체류 홈(46)에 부분적으로 끼워진 채로 볼 안내 장홈(63)에서 벗어나서 볼 안내 장홈(63)를 제외한 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에 밀착된다. 작동 볼(84)이 볼 안내 장홈(63)에서 이탈하면, 볼 안내 장홈(63)보다 축선(CX) 방향으로 돌출된 환형 슬리브(60)의 내주면(62)에 의해 축선(CX) 방향으로 가압되므로 작동 볼(84)의 내측면이 볼 체류 홈(46)에 안정적으로 끼워질 수 있으며, 이 때에는 작동 볼(84)이 환형 슬리브(60)에 대한 제2 작동체(50)의 상대 회전을 방해하지 않는다.

제1 작동체(40)가 도 2를 기준으로 시계 방향으로 회전하면 캠 핀(80)이 수평 연장부(57)를 따라 반대 방향으로 상대 이동하고, 볼 통공(53)과 볼 체류 홈(46)에 끼워진 작동 볼(84)에 의해 제2 작동체(50)가 제1 작동체(40)에 동조하여 회전한다. 제1 작동체(40)와 제2 작동체(50)가 시계 방향으로 90° 만큼 회전하면 플러그-스템 조립체(100)가 마찬가지로 시계 방향으로 90° 만큼 회전하고, 캠 핀(80)은 수평 연장부(57)와 교차하는 수직 연장부(56)의 하단까지 상대 운동하여 이동한다. 이 때 작동 볼(84)과 볼 체류 홈(46)과 볼 안내 장홈(63)의 길이 방향 상단부가 축선(CX)의 방사 방향 일직선을 따라 같은 높이에 위치하도록 정렬된다.

제1 작동체(40)가 시계 방향으로 더 회전하면 상술한 제2 작동체(50)의 상승 운동과 반대되게 제2 작동체(50)가 하강하고, 제1 작동체(40)가 180°만큼 회전하면 도 2에 도시된 것처럼 플러그(110)가 밸브 본체(11)의 내부에서 하강하여 밸브 폐쇄 상태가 된다.

환형 슬리브(60)는 작동체 하우징(70)보다 강도 및 경도가 크다. 작동체 하우징(70)의 소재로는 덕타일 주철(ductile iron)이 적용될 수 있다. 환형 슬리브(60)의 소재로는 덕타일 주철보다 강도 및 경도가 큰 크롬(Cr)-몰리브덴(Mo) 합금강이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 크롬-몰리브덴 합금강에서 크롬(Cr) 함유량은 0.5 내지 2.0 wt%, 몰리브덴(Mo) 함유량은 0.1 내지 1.0 wt% 일 수 있다. 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)의 함유량이 이보다 낮으면, 환형 슬리브(60)의 강도와 경도 향상이 미흡하여 환형 슬리브(60)가 손상될 수 있다. 또한, 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)의 함유량이 이보다 높으면 소재의 가격이 너무 높고 가공이 어렵다.

도 5는 도 3의 플러그-스템 조립체를 V-V에 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5의 플러그-스템 조립체의 분해 사시도이다. 도 2 내지도 6을 참조하면, 플러그-스템 조립체(100)는 스템(101), 플러그(110), 및 회전 방지부를 포함한다. 스템(101)은 외주면에 수형 스크류 패턴(male screw pattern)이 형성된 하단부(103)를 구비한다. 플러그(110)에는 스템(101)의 하단부(103)가 끼워지도록 상단에서 축선(CX)을 따라 아래로 파인 스템 결합 홈(groove)(122)이 형성된다. 스템 결합 홈(122)의 내주면에는 스템(101)하단부(103) 외주면의 수형 스크류 패턴에 치합되는 암형 스크류 패턴이 형성된다.

회전 방지부는 스템(101)의 하단부(103)가 스템 결합 홈(122)에 끼워져 스템(101)과 플러그(110)가 결합된 때 스템(101) 및 플러그(110) 중 하나가 다른 하나에 대해 회전하는 것을 방지한다. 회전 방지부는, 한 쌍의 스템 키 홈부(key groove portion)(106), 한 쌍의 플러그 키 홈부(125), 한 쌍의 키(key)(130), 핀 홀부(pin hole portion)(108), 및 고정 핀(pin)(135)을 구비한다.

한 쌍의 스템 키 홈부(106)는 각각 스템(101)의 하단부(103)의 외주면에 축선(CX)과 평행한 상하 방향으로 연장되게 형성된다. 한 쌍의 스템 키 홈부(106)는 각각 하단부(103) 외주면의 수형 스크류 패턴이 부분적으로 제거되도록 내측으로 오목하게 형성된다. 한 쌍의 스템 키 홈부(106)는 축선(CX)을 중심으로 스템(101)의 하단부(103)의 외주면의 반대측에 서로 등지게 배치된다.

한 쌍의 플러그 키 홈부(125)는 각각 스템 결합 홈(122)의 내주면에 축선(CX)과 평행한 상하 방향으로 연장되게 형성된다. 한 쌍의 플러그 키 홈부(125)는 각각 스템 결합 홈(122)의 내주면의 암형 스크류 패턴이 부분적으로 제거되도록 내측으로 오목하게 형성된다. 한 쌍의 플러그 키 홈부(125)는 축선(CX)을 중심으로 스템 결합 홈(122)의 내주면의 반대측에 서로 마주보게 배치된다.

스템(101)의 하단부(103)를 스템 결합 홈(122)에 끼우고 하단부(103)의 수형 스크류 패턴과 스템 결합 홈(122)의 암형 스크류 패턴이 치합되도록 축선(CX)을 중심으로 스템(101)을 플러그(110)에 대해 회전시키면 스템(101)의 하단부(103)가 스템 결합 홈(122)에 점차 깊이 박히면서 스템(101)이 플러그(110)에 결합된다. 하단부(103)가 스템 결합 홈(122)에 깊이 박힌 상태에서 한 쌍의 스템 키 홈부(106) 및 한 쌍의 플러그 키 홈부(125)가 서로 마주보도록 정렬되면, 한 쌍의 스템 키 홈부(106) 및 한 쌍의 플러그 키 홈부(125)에 의해 한정되고 상측으로 개방된 한 쌍의 키 삽입 홀(hole)이 형성된다.

한 쌍의 키(130)는 각각 크기가 일정한 원형 단면을 갖는 봉형의 부재로서, 상하 방향으로 연장되도록 세워져서 상측으로 개방된 한 쌍의 키 삽입 홀에 하나씩 끼워진다. 한 쌍의 키(130)는 각각 한 쌍의 스템 키 홈부(106) 및 한 쌍의 플러그 키 홈부(125)가 서로 마주보는 자세로 유지되도록 스템(101)과 플러그(110)를 서로에 대해 고정시킨다.

따라서, 스템(101)과 플러그(110)는 축선(CX)을 중심으로 함께 회전할 수밖에 없으며, 스템(101) 및 플러그(110) 중 하나가 다른 하나에 대해 회전할 수 없다. 스템(101)과 플러그(110)는 분리되지 않고 결합된 상태가 유지된다. 도 6에는 단면이 원통형인 키(130)가 도시되어 있으나, 이와 달리 단면의 형상이 사각형, 육각형과 같은 다각형 형상인 키가 설치될 수도 있다.

핀 홀부(108)는 스템(101)을 수평 방향으로 관통하도록 스템(101)에 형성된다. 구체적으로, 핀 홀부(108)는 한 쌍의 스템 키 홈부(106)의 상단부에 일측 개구와 타측 개구가 형성되도록 축선(CX)과 직교하는 방향으로 연장되게 형성된다. 고정 핀(135)은 수평 방향으로 연장되어 핀 홀부(108)에 끼워진다.

고정 핀(135)은 핀 홀부(108)의 내주면에 억지 끼움 고정되는 보디(body)(137)와, 보디(137)에 연결되고 핀 홀부(108)에 삽입되지 않도록 보디(137)의 직경보다 큰 직경을 갖는 헤드(head)(136)을 구비한다. 한 쌍의 키(130)가 한 쌍의 키 삽입 홀에 하나씩 끼워진 상태에서, 헤드(136)가 핀 홀부(108)의 일측 개구 주변에 접촉될 정도로 고정 핀(135)의 보디(137)가 핀 홀부(108)에 억지 끼움 고정되면, 헤드(136)와 보디(137)의 말단부는 스템(101)에서 방사 방향(radial direction)으로 돌출된다.

고정 핀(135)의 헤드(136)와 보디(137)의 말단부는 한 쌍의 키(130)가 외력(外力)과 진동에 의해 상승하여 한 쌍의 키 삽입 홀에서 이탈되지 않도록 한 쌍의 키(130)를 상측에서 가로막는다. 따라서, 한 쌍의 키(130)가 한 쌍의 키 삽입 홀에 약간의 유격을 갖고 끼워지는 경우에도 고정 핀(135)에 가로막혀서 한 쌍의 키(130)가 한 쌍의 키 삽입 홀에서 빠져나오지 않는다. 그러므로, 플러그 밸브(10)를 오랜 기간동안 동작시킨다 하더라도 플러그(110)와 스템(101)이 분리되지 않는다.

회전 방지부는 플러그(110)에 형성된 핀 안내부(127)를 더 구비한다. 핀 안내부(127)는 스템 결합 홈(122)의 주변에서 상향 돌출된 환형의 상단 돌출부(120)의 상측면에서 아래로 오목하게 파이고 축선(CX)과 직교하도록 수평 방향으로 연장된 장홈(elongated groove)일 수 있다. 핀 안내부(127)는 축선(CX)과 직교하는 일직선을 따라 연장되나 스템 결합 홈(122)에 의해 두 부분으로 분리될 수 있다. 핀 안내부(127)는 한 쌍의 플러그 키 홈부(125)의 상단과 교차한다. 핀 안내부(127)의 폭은 고정 핀(135)의 헤드(136)가 안착될 수 있게 헤드(136)의 직경보다 크다.

플러그-스템 조립체(100)의 조립 과정은 아래와 같다. 먼저, 스템(101)의 하단부(103)를 스템 결합 홈(122)에 끼우고 수형 스크류 패턴과 암형 스크류 패턴이 치합되는 면적이 확대되도록 스템(101)를 플러그(110)에 대해 회전시켜 스템(101)의 하단부(103)를 스템 결합 홈(122)에 삽입시킨다.

다음으로, 핀 홀부(108)와 핀 안내부(127)를 축선(CX)과 직교하는 일직선을 따라 정렬시킨다. 이렇게 하면 한 쌍의 스템 키 홈부(106)와 한 쌍의 플러그 키 홈부(125)가 마주보게 되어 한 쌍의 키 삽입 홀이 형성된다. 다음으로, 한 쌍의 키(130)를 개방된 상측을 통해 한 쌍의 키 삽입 홀에 끼워 넣는다. 다음으로, 고정 핀(135)의 길이 방향과 핀 안내부(127)의 길이 방향이 일치하도록 고정 핀(135)을 핀 안내부(127)에 올리고, 고정 핀(135)의 보디(137)의 말단부터 핀 홀부(108)에 삽입되도록 고정 핀(135)을 핀 홀부(108)에 억지 끼움 고정한다.

플러그-스템 조립체(100)의 분리 과정은 조립 과정의 역순이다. 도면에 도시되지 않았으나, 키 삽입 홀에 삽입된 키(130)를 용이하게 위로 들어올려 키 삽입 홀에서 빼내기 위하여 각각의 키(130)의 상단에는 내주면에 암형 스크류 패턴이 형성된 빼내기 홈이 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플러그-스템 조립체의 회전 방지부는 도 5 및 도 6에 도시된 것과 달리 스템 키 홈부(106), 플러그 키 홈부(125), 및 키(130)를 구비하지 않을 수도 있다. 부연하면, 고정 핀(135)은 핀 홀부(108)에 삽입되는 일측 및 핀 홀부(108)의 일측에 연결되며 스템(101)에서 방사 방향으로 돌출되는 타측을 구비한다. 여기서, 고정 핀(135)의 일측은 보디(137)이고, 고정 핀(135)의 타측은 헤드(136) 및 헤드(136)의 반대편에 위치한 보디(137)의 말단일 수 있다.

핀 안내부(127)는 상단 돌출부(120)에 형성된 장홈이다. 도 5에 도시된 바와 같이 고정 핀(135)이 핀 홀부(108)에 억지 끼움 고정된 상태에서 헤드(136)와 보디(137)의 말단은 핀 안내부(127)에 겹쳐지게 돌출된다. 따라서, 스템(101)이 축선(CX)을 중심으로 회전하도록 스템(101)에 토크가 가해지는 경우에 핀 안내부(127)가 헤드(136)와 보디(137)의 말단을 가로막아서 스템(101)이 플러그(110)와 별개로 분리되어 회전할 수 없게 되고, 스템(101)과 플러그(110)는 함께 회전하게 된다.

도 5 및 도 6에 도시된 핀 안내부(127)은 상측이 개방되고 아래로 오목하게 파인 장홈이나, 이와 달리 고정 핀(135)이 끼워질 수 있도록 헤드(136)의 직경보다 큰 내경을 갖는 장홀(elongated hole)일 수도 있다.

이상에서 설명한 플러그-스템 조립체(100)는, 플러그(110)와 스템(101)의 소재가 상이하여 용접하기 어려운 경우에도 플러그(110)와 스템(101)을 서로에 대해 회전하지 않도록 견고하게 결합된다. 따라서, 플러그-스템 조립체(100)를 포함하는 플러그 밸브(10)의 생산성이 향상되고, 플러그-스템 조립체(100)의 내구성도 향상된다.

플러그-스템 조립체(100)는 플러그(110)와 스템(101)이 분리 가능하게 결합되므로, 플러그(110)와 스템(101) 중 하나만 파손되거나 고장나는 경우에 파손된 하나만 교체하고 온전한 다른 하나는 그대로 사용할 수 있다. 따라서, 플러그 밸브(10)의 AS 비용이 절감되고 자원 낭비도 막을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 플러그 밸브 11: 밸브 본체
12: 본체 하우징 22: 커버
40: 제1 작동체 50: 제2 작동체
55: 캠 그루브 60: 환형 슬리브
63: 볼 안내 장홈 70: 작동체 하우징
80: 캠 핀 90: 회전 액추에이터
100: 플러그-스템 조립체 101: 스템
106: 스템 키 홈부 108: 핀 홀부
110: 플러그 111: 수평 관통공
122: 스템 결합 홈 125: 플러그 키 홈부
127: 핀 안내부 130: 키
135: 고정 핀 150: 밀봉 보강체

Claims (7)

1. 수직 방향으로 연장되고 외주면에 수형 스크류 패턴(male screw pattern)이 형성된 하단부를 구비하는 스템(stem);
   상기 하단부가 끼워지도록 파이고 내주면에 상기 수형 스크류 패턴에 치합되는 암형 스크류 패턴이 형성된 스템 결합 홈, 및 유체가 관통하여 흐르도록 수평 방향으로 개방된 수평 관통공이 형성된 플러그(plug); 및
   상기 하단부가 상기 스템 결합 홈에 끼워져 상기 스템과 상기 플러그가 결합된 때 상기 스템 및 상기 플러그 중 하나가 다른 하나에 대해 회전하는 것을 방지하는 회전 방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그-스템 조립체.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 회전 방지부는,
   상기 하단부의 외주면에 상하 방향으로 연장되게 형성된 스템 키 홈부(key groove portion);
   상기 스템 결합 홈의 내주면에 상하 방향으로 연장되게 형성된 플러그 키 홈부; 및
   상기 스템 키 홈부 및 상기 플러그 키 홈부가 마주보도록 정렬된 때 상기 스템 키 홈부 및 상기 플러그 키 홈부에 의해 형성되는 키 삽입 홀(hole)에 끼워지는, 상하 방향으로 연장된 키(key);를 구비하는 것을 특징으로 하는 플러그-스템 조립체.
   
3. 제2 항에 있어서,
   상기 회전 방지부는,
   상기 스템을 수평 방향으로 관통하도록 상기 스템에 형성된 핀 홀부(pin hole portion); 및
   수평 방향으로 연장되어 상기 핀 홀부에 끼워지며, 상기 키가 상기 키 삽입 홀에서 이탈되지 않도록 상기 키를 가로막는 고정 핀(pin);을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플러그-스템 조립체.
   
4. 제3 항에 있어서,
   상기 고정 핀은 상기 핀 홀부에 억지 끼움 고정되는 것을 특징으로 하는 플러그-스템 조립체.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 회전 방지부는,
   상기 스템을 수평 방향으로 관통하도록 상기 스템에 형성된 핀 홀부(pin hole portion);
   상기 핀 홀부에 삽입되는 일측 및 상기 일측에 연결되며 상기 스템에서 방사 방향으로 돌출되는 타측을 구비한 고정 핀; 및
   상기 플러그에 형성되고, 상기 스템이 상기 플러그에 대해 회전하지 않도록 상기 타측을 가로막는 핀 안내부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 플러그-스템 조립체.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 고정 핀은 상기 핀 홀부에 억지 끼움 고정되는 것을 특징으로 하는 플러그-스템 조립체.
   
7. 밸브 본체; 및
   상기 밸브 본체를 관통하도록 수직 방향으로 연장되고 외주면에 수형 스크류 패턴이 형성된 하단부를 구비하는 스템, 상기 밸브 본체의 내부에 삽입되며, 상기 하단부가 끼워지도록 파이고 내주면에 상기 수형 스크류 패턴에 치합되는 암형 스크류 패턴이 형성된 스템 결합 홈 및 유체가 관통하여 흐르도록 수평 방향으로 개방된 수평 관통공이 형성된 플러그, 및 상기 하단부가 상기 스템 결합 홈에 끼워져 상기 스템과 상기 플러그가 결합된 때 상기 스템 및 상기 플러그 중 하나가 다른 하나에 대해 회전하는 것을 방지하는 회전 방지부를 포함하는 플러그-스템 조립체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플러그 밸브.

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