KR920008001B1

KR920008001B1 - 유량제어밸브

Info

Publication number: KR920008001B1
Application number: KR1019870004510A
Authority: KR
Inventors: 가츠아키 야스이; 야스오 다다
Original assignee: 미츠비시 덴키 가부시키가이샤; 시키 모리야
Priority date: 1986-06-19
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1992-09-21
Also published as: DE3720380C2; DE3720380A1; JPS631868A; KR880000719A

Abstract

내용 없음.

Description

유량제어밸브

제1a, b도는 본원 발명의 일실시예에 의한 유량제어밸브의 일부를 잘라서 나타낸 사시도 및 측면도.

제2도 및 제3도는 각기 일실시예의 동작시의 잡음을 주파수(KHz)에 대한 음압(dB)으로 나타낸 선도.

제4a, b도 및 제5a, b도 그리고 제6a, b도는 각기 본원 발명의 다른 실시예를 나타내는 사시도 및 측면도.

제7도는 종래의 유량제어밸브를 나타내는 사시도.

제8도 및 제9도는 각기 종래 장치의 동작시의 잡음을 주파수(KHz)에 대한 음압(dB)으로 나타낸 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 밸브몸통 2 : 밸브봉

3 : 밸브체 4 : 핀(fin)

본원 발명은 유량제어밸브에 관한 것이며, 특히 그 잡음을 저감시키기 위한 것이다.

제7도는 일본기계학회편, 기계 I 학편람 B1에 기재된 종래의 유량제어밸브의 일부를 잘라서 나타낸 사시도이다. 이 유량제어밸브는 예를 들면 버터플라이밸브이다. 도면에 있어서(1)은 유로를 형성하는 밸브몸통, (2)는 판형상의 밸브체(3)를 회전 가능하게 지지하는 밸브봉이다.

다음에 동작에 대하여 설명한다. 밸브몸통(1)의 한 끝에 접속된 입구관(도시생략)으로부터 밸브몸통(1)에 유입한 유체는 밸브몸통(1)과 밸브체(3)의 틈사이를 지나 밸브몸통(1)의 다른 끝에 접속된 출구관(도시생략)으로부터 유출한다. 밸브체(3)의 유로에 대한 각도는 밸브봉(2)를 통하여 외부로부터 조절되며, 이에 의해 유체의 유량을 제어한다.

종래의 유량제어밸브는 상기와 같이 구성되어 있으므로, 밸브의 알려진 정도가 완전폐쇄에 가까울때는 유체의 흐름은 밸브체(3)과 밸브몸통(1)사이에서 급격히 좁혀지고 밸브 통과후에는 급격히 확대된다. 따라서 밸브체(3)의 하류에서 큰난류(亂流)가 생기기 쉽고, 이것이 잡음의 원인이 되어 있었다. 이 잡음은 특정 주파수에 음압의 극대치를 갖는 것이고 그 주파수는 밸브상류와 하류의 압력비나 밸브의 열려진 정도 등에 의하여 변화한다.

이 흐름용 제어밸브를 내포하는 유로에 수십 KHz의 초음파를 사용한 초음파식 칼만유량계를 설치할 수가 있는데, 유량제어밸브에 의한 잡음이 유량계의 정밀도를 저하시키고, 특히 잡음이 극대화되는 주파수가 유량계에 사용하는 주파수와 같게 되는 경우에는, 유량의 계측이 불가능하게 되는 등의 문제점이 있었다.

예를 들면, 밸브몸통(1)이 내경 46mm의 원통형이고, 밸브체(3)이 완전폐쇄시에 밸브몸통(1)의 중심축과 이루는 각도(β)를 85°로 구성되는 타원판으로 한다. 이 유량제어밸브를 사용하여 잡음을 측정하는 실험을 행하였다. 실험에서는 유량제어밸브의 하류에 직관, 스로틀 밸브, 서지탱크를 통하여 진공펌프를 접속하여 진공펌프의 흡인력으로 밸브에 기류를 흐르게 한다. 상류에는 초음파식 칼만유량계를 접속하고 있다. 이 유량제어밸브인 버터플라이 밸브의 열려진 정도를 일정하게 한 상태로 밸브 하류의 압력을 변화시켜, 이때의 밸브상류 45mm에 있어서의 바람자르는 소리를 마이크로 잡아서 주파수분석을 행하였다. 제8도는 이 바람자르는 소리의 주파수분석 결과를 나타내는 선도이다. 이 때의 밸브의 알려진 정도는 5', 상류압력은 1기압, 하류압력은 제8도의 위로부터 차례로 0.9기압, 0.8기압, 0.7기압, 0.6기압, 0.5기압이다. 횡축은 주파수(KHz)이고, 종축은 음압(dB)이다. 각 선도에 표시되어 있는 38.6KHz의 피크(가)는 칼만유량계에 사용되는 초음파의 것이고, 버터플라이밸브에서 나오는 잡음은 아니다. 제8도에 표시된 바와 같이 하류압력이 0.9기압, 0.8기압으로 높을 때 즉 유속이 작을 때는 미소하지만, 하류압력이 0.6기압, 0.5기압으로 유속이 커지면 큰 피크성의 잡음을 일으킨다. 단 하류압력이 0.4기압 이하로 되면 밸브체(3)과 밸브몸통(1)의 틈사이에 있어서의 유속이 음속으로 고정되기 때문에, 유속은 그 이상 커지지 않으며 잡음은 반대로 격감한다. 제9도는 밸브의 열려진 정도가 6'때의 주파수(KHz)에 대한 음압(dB)을 나타내는 선도이고, 이 도면에 있어서도 마찬가지로, 하류압력이 낮고 유속이 클 때에 커다란 피크성의 잡음을 일으키고 있다. 이 피크의 주파수는 밸브의 알려진 정도에 따라 칼만유량계에 사용되는 초음파의 주파수와 일치하며 유량계측을 불가능하게 한다.

본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 잡음의 발생을 저감시킬 수 있는 유량제어밸브를 얻는 것을 목적으로 한다.

본원 발명에 관한 유량제어밸브는 유로를 형성하는 밸브몸통, 이 밸브몸통내에 밸브봉에 의해 회전 가능하게 지지된 판모양의 밸브체 및 이 밸브체의 유로하류에 열리는 부분이고 또한 밸브체의 하류방향의 면의 외주를 따라 설치되고 밸브체가 유로를 완전폐쇄 상태로 할 때 중앙부에 있어서의 외벽면과 밸브몸통의 내벽면이 이루는 각도가 0' 내지 15'인 핀을 구비한 것이다.

본원 발명에 있어서의 유량제어밸브는 밸브체와 밸브몸통의 내벽사이를 통과한 흐름이 급히 확대되지 않고 핀과 밸브몸통의 내벽사이에서 천천히 확대되기 때문에, 밸브몸통의 내벽과 핀 사이에서 유속이 감속되어 압력회복이 일어나고, 밸브체로부터 하류의 난류가 억제되기 때문에 잡음이 저감된다.

단 완전폐쇄시 밸브몸통의 내벽면과 핀의 외벽면이 이루는 각도가 15'보다 크면 흐름이 핀에서 박리되기 때문에 이 각도는 0' 내지 15'가 아니면 안된다.

이하 본원 발명의 일실시예를 도면에 따라 설명한다. 제1a도는 본원 발명의 일실시예에 의한 유량제어밸브의 일부를 잘라서 나타낸 사시도, 제1b도는 같은 유량제어밸브의 일부를 잘라서 나타낸 측면도이다. 유량제어밸브의 일례로서 버터플라이 밸브를 나타낸다. 도면에 있어서(1)은 원의 지름이 46m/m인 원통형상의 밸브몸통, (3)은 이 밸브몸통(1)내에 밸브봉(2)에 의해 회전가능하게 지지된 판모양의 밸브체이고, 전폐시에 밸브몸통(1)의 중심축과 이루는 각도(β)가 85'정도가 되도록 설치되어 있으며, 이 경우는 판두께 1.5mm 정도의 타원판으로 구성되어 있다. (4)는 밸브체(3)의 유로하류에 열리는 부분으로 또한 밸브체(3)의 하류방향의 면의 외주를 따라 설치된 핀이고, 밸브체(3)이 유로를 완전폐쇄상태로 할 때 중앙부에 있어서의 외벽면과 밸브몸통(1)의 내벽면이 이루는 각도(α)는 0°내지 15°가 되도록 구성되어 있다. 예를 들면 이 경우에는 각도(α)는 5'이고, 밸브체(3)의 중심으로부터 ±60'정도의 범위의 둘레에 밸브체(3)의 하류측의 면에 수직으로 고착되고 판두께는 1.5m/m, 폭은 6mm이다.

도면중 화살표 A는 유체, 예를 들면 공기의 흐름방향을 나타낸다.

다음, 동작에 대하여 설명한다. 화살표 A방향에서 밸브몸통(1)으로 유입한 흐름은, 밸브체(3)에 의해 막아져서 밸브체(3)과 밸브몸통(1)의 틈사이를 지나 하류에 유출된다. 밸브체(3)의 각도는 밸브봉(2)에 의해 외부로부터 제어되어 있으며, 이 각도에 따라 유량이 제어된다. 밸브체(3)의 상류에 열리는 부분(제1도를 향해서 밸브체(3)의 상반부)과 밸브몸통으로 형성되는 틈사이와, 밸브체(3)의 하류에 열리는 부분(제1도를 향해서 밸브체(3)의 하반부)과 밸브몸통으로 형성된 틈사이는 면적이 같다. 그러나 하류에 열리는 부분쪽은 핀(4) 때문에 흐름효율이 좋으므로 유체는 하류에 열리는 부분의 틈사이에 많이 흐른다. 따라서 상류에 열리는 부분의 틈사이를 지나는 유체의 유량이 줄고 발생하는 잡음은 작게된다. 한편 밸브체(3)의 하류에 열리는 부분에서는 유량은 많아지지만 핀(4)에 의해 정류되고 있기 때문에 난류가 적어지며 잡음의 발생은 저감한다. 제2도는 본 실시예에 의한 유량제어밸브를 사용하고 밸브의 열려진 정도를 5'로 하여 종래와 같은 잡음측정 실험을 행한 경우의 하류압력이 위로부터 차례로 0.9기압, 0.8기압, 0.7기압, 0.6기압, 0.5기압일때의 주파수(KHz)에 대한 음압(dB)을 나타내는 선도이며, 제3도는 마찬가지로 밸브의 알려진 정도가 6'일때의 선도이다. 어느 경우에도 종래의 제8도, 제9도와 비교하여 명백한 바와 같이 잡음이 매우 낮게 억제되어 있다.

이것은 밸브체(3)와 밸브몸통(1)의 내벽사이를 통과한 흐름이 핀(4)에 의하여 급격히 확대되지 않고 핀(4)의 외벽면과 밸브몸통의 내벽면 사이에서 천천히 확대되어 가기 때문에, 유속이 감속되고 압력회복이 일어나 밸브체(3)의 하류측의 난류가 억제되므로 잡음이 낮아진다. 단, 밸브체(3)이 유로를 완전폐쇄 상태로 할 때 핀(4)의 중앙부에 있어서의 외벽면과 밸브몸통의 내벽면이 이루는 각도(α)는 0' 내지 15'가 되도록 구성되어 있으며, 15'를 넘으면 흐름이 핀(4)으로부터 박리된다.

또한 핀(4)의 폭은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니지만, 핀(4)의 중앙부의 폭이 밸브체(3)의 회전축으로부터 밸브몸통(1)의 내벽면까지의 최대길이의 15% 정도 이상으로 구성하는 것이 바람직하며, 15%보다 작으면 그 다지 효과를 기대할 수 없다. 상기 실시예에서는 25%정도로 구성하고 있다.

또한 상기 실시예에서는 타원판형상의 밸브체(3)에 핀(4)를 고착시키는 구조의 것을 나타냈으나 프레스가공, 절삭가공 등에 의해 밸브체(3)과 핀(4)를 일체구조로 해도된다.

그리고 상기 실시예에서는 판형상의 핀(4)과 밸브체(3)의 하류측면이 수직이 되도록 형성하고 있으나, 제4도에 나타낸 바와 같이 밸브체(3)의 회전중심축, 또는 회전중심축의 핀측으로부터 핀(4)의 하류측 끝부분까지를 원활한 면으로 구성해도 되고, 이 경우도 잡음 저감에 대해서는 상기 실시예와 마찬가지의 효과를 거두며, 완전개방시에 있어서의 흐름저항을 작게할 수 있다.

또한 밸브체(3)의 유로를 완전폐쇄 상태로 할 때, 핀(4)의 외벽면과 밸브몸통(1)의 내벽면이 이루는 각도 (α)가 핀(4)의 중앙부로부터 멀어짐에 따라 작게 구성하면 흐름이 핀(4)의 중앙부로 자연히 모이게 되어 더욱더 소음효과가 증가한다.

또한 반대로, 각도(α)가 핀(4)의 중앙부로부터 멀어짐에 따라 크게 구성하면, 흐름이 중앙부의 양쪽으로 나누어져서 잡음의 발생을 저감할 수 있다.

그리고 제5도에 나타낸 바와 같이 밸브체(3)의 상류측면에서 핀(4)의 외벽면을 지나 핀(4)의 하류측 끝부분에 이르는 면을 원활하게 구성하면, 핀(4)과 밸브몸통(1)의 틈사이에 있어서의 흐름이 원활하게 되고 또한 잡음을 저감시킬 수 있다.

그리고 제5도에서는 핀(4)의 하류쪽 끝부분을 예각으로 구성하고 있으며, 밸브체(3)이 완전폐쇄에 가까운 영역에서 밸브체(3)의 하류쪽에 생기는 엔트레인 와류와 밸브체(3)의 틈사이를 통과한 후의 흐름의 합류가 원활하게 행해져 잡음은 더욱 저감된다.

또한 핀(4)의 폭은 일정하지 않고, 제6도에 나타낸 바와 같이 중앙부로부터 멀어짐에 따라 짧게 구성하면 상기 실시예의 마찬가지의 효과를 올리는 동시에 핀(4)의 재료를 절약할 수 있다.

그리고 상기 실시예는 본원 발명을 버터플라이밸브에 응용한 예이지만, 이에 한하지 않고 스윙밸브등 다른 종류의 밸브에도 응용할 수 있는 것은 말할 나위 없다.

이상 상기한 바와 같이 본원 발명에 의하면 유로를 형성하는 밸브몸통, 이 밸브몸통내에 밸브봉에 의해 회전 가능하게 지지된 판형상의 밸브체 및 이 밸브체의 유로하류에 열리는 부분에서 또한 밸브체의 하류방향의 면의 외주를 따라 설치되고, 밸브체가 유로를 완전폐쇄 상태로 할 때 중앙부에 있어서의 외벽면과 밸브몸통의 내벽면이 이루는 각도가 0' 내지 15'인 핀을 구비함으로써 잡음을 저감할 수 있는 유량제어밸브를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

유로를 형성하는 밸브몸통, 이 밸브몸통내에 밸브봉에 의해 회전 가능하게 지지된 판형상의 밸브체, 및 이 밸브체의 유로하류에 열리는 부분에서 또한 상기 밸브체의 하류방향의 면의 외주를 따라서 설치되고, 상기 밸브체가 상기 유로를 완전폐쇄 상태로 할 때, 중앙부에 있어서의 외벽면과 상기 밸브몸통의 내벽면이 이루는 각도가 0°내지 15°인 핀을 구비한 유량제어밸브.
제1항에 있어서, 핀의 중앙부의 폭은 밸브체의 회전축으로부터 밸브몸통 내벽면까지의 최대길이의 15% 이상인 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 밸브체의 회전중심축, 또는 회전중심축의 핀측으로부터 핀의 하류측 끝부분까지를 원활한 면으로 구성하는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 밸브체가 유로를 완전폐쇄 상태로 할때, 핀의 외벽과 밸브몸통의 내벽면이 이루는 각도가 핀 중앙부로부터 멀어짐에 따라 작아지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 밸브체가 유로를 완전폐쇄 상태로 할때, 핀의 외벽과 밸브몸통의 내벽면이 이루는 각도가 핀 중앙부로부터 멀어짐에 따라 커지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 밸브체의 상류측면으로부터 핀의 외벽면을 지나 핀의 하류측 끝부분에 이르는 면을 원활하게 구성하는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 핀의 폭은 중앙부로부터 멀어짐에 따라 짧아지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.