KR930006483Y1 - 배력(倍力)밸브 개폐장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

배력(倍力)밸브 개폐장치

제1도 내지 제5도는 종래 밸브의 구성을 도시하는 예시도.

제6a도 및 제6b도는 종래의 가스차단 장치를 부착한 밸브의 예시도.

제7a도 및 제7b도는 본 고안의 장치를 부착한 밸브개폐장치의 작동 예시도.

제8도는 상기 제7a도의 요부 정면도.

제9도는 본 고안의 핸들과 아암의 작동도.

제10도 및 제11도는 본 고안의 완충장치 예시도.

제12도는 본 고안의 동작 원리도.

제13도는 본 고안의 동작원리 결과치를 나타낸 도표.

제14도는 본 고안의 밸브개폐장치에 대한 또 다른 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 핸들 16 : 아암

17 : 핀 18 : 핸들홈

22, 22' : 완충장치

본 고안은 증기 또는 물등의 유체의 유량을 제어하는 밸브 개폐장치에 관한 것으로, 특히 석유정제, 천연가스 및 화학약품등의 공업용 배관에 널리 적용될 수 있는 배력 밸브 개폐장치에 관한 것이다.

종래의 통상적인 밸브개폐장치에 대한 예를 이하 살펴보면, 먼저 제1도에 도시한 바와 같은 나사식 밸브의 예를 들 수 있는데, 이는 몸체(1A)내에 볼(4A)이 삽입되고 이에 스핀들(3A)을 연결하여 외부의 핸들(2A)과 연결시킴으로써 핸들(2A)의 수동작에 의해 개폐토록 하는 것이 나와 있다.

또 다른 밸브예로는, 제2도에 도시한 바와 같은 플랜지형 밸브를 들 수 있는데, 이것 역시 본체(1B)에는 볼(4B)이 삽입되고 그 상부로 스핀들(3B)과 핸들(2B)이 연결되는 동일한 구성으로 이루어져 있다.

그 외의 상기와 같은 유사한 류의 밸브로는, 원뿔형의 밸브를 회전시켜 통로를 개폐하는 밸브인 콕을 들 수 있는데, 상술한 기본적인 구성요소를 갖춘 것으로서, 제3도 내지 제5도에 도시하였다. 제3도는 나사형 콕을 일부 단면으로 나타내었으며, 제4도는 2축 흐름을 갖는 플랜지형 콕을 도시하고 있으며, 제5도는 3축 흐름을 갖는 플랜지형 콕을 각각 예시하였다. 상술한예는 모두 손으로 직접 핸들을 개폐 동작시키는 수동식 개폐밸브를 예로 들었는 바, 이들은 통상적으로 크고 작은 파이프 연결구조에 사용되고 있는 것이다.

그러나 용량이 큰 파이프 장치에 인력에 의해 개폐동작토록 적용시키기에는 불편할 뿐만 아니라 무리가 있으며, 또한 정확한 개폐동작이 확실하게 이루어진다는 보장도 없는 것이다. 따라서 이보다 더욱 진보된 기술로는, 제6도에 도시한 바와 같은, 모터를 이용하여 그의 구동력이 기어열을 거쳐 아암에 의해 밸브가 개폐동작토록 하는 것이 나와 있다. 이는, 종래 수동식 밸브의 핸들을 제거하고 스핀들(3F) 상부의 돌출부에, 그 내부에 모터와 기어열을 갖는 별도의 개폐장치(15F)가 연결되어 구동 작동되는 방식이다. 그러나 이와 같은 개폐장치(15F)를 본체(1F)에 부착시킬 경, 특정 형태의 밸브형태에서는 개폐장치(15F)를 별도로 부착시키기에는 많은 어려움이 따르며 설치에도 많은 시간이 소요되고 확실한 부착이 어려운 단점이 있다.

또한 이와 같은 종래 장치는 모터에 의한 밸브의 개폐동작을 위해 일정회로에 의한 제어수단으로써 개폐동작이 제어되도록 되어 있는 것이 통상적이나, 파이프를 갖는 기기의 구조가 매우 큰 장치에서는, 그에 비례하여 개폐장치(15F) 내에 구성시킨 모터의 전동력을 크게 하여 주어야 하므로 큰 용량의 모터를 갖는 개폐장치(15F)로 구성시켜야 하고, 모터의 효율성에 있어서도 크게 떨어지는 단점이 있다.

모터에 의해 동작되는 상기의 종래예와 유사한 또 다른 예로는 제6b도에 도시한 바와 같은 것이 나와 있다. 이는, 모터구동에 의해 발상되는 토오크가 기어열에 의해 증가되며, 증가된 토오크는 최종기억축에 전달되어지며 축의 회전과 함께 요오크(1G)가 회전운동을 하게되며, 이와 함께 핸들(2G)의 회전운동이 동시에 이루어져 밸브의 개폐가 이루어지도록 되어 있다.

그러나, 상기 장치는 핸들(2G)을 구동시키는 토오크를 모터토크와 기어열에 의해 증가된 토오크로 한정된다는 점이다. 또한 G부분 상세사시도를 보면 구동력 전달을 위한 요오크(1G)가 핸들(2G)에 장착되었을 때 작동시, 핸들(2G)와 요오크(1G) 사이에는 좌우방향으로 유격(D)이 생기므로 이러한 유격은 요오크(1G)가 개폐위치에 도달했을 때 핸들(2G)은 유격(D)만큼 개폐위치에 도달되어지지 않기 때문에 밸브의 완전 개폐가 유격만큼 이루어지지 않는 단점이 있다. 따라서 이와 같은 장치가 폭발 및 인체에 유해한 유체의 흐름을 제어하는 석유공업용 수동식 밸브에 적용될 때에는 매우 위험한 요소로 나타날 수도 있는 것이다.

본 고안은 상기한 종래의 밸브 개폐장치들의 문제점들 해결토록 한, 모터와 기어열, 아암드의 구성에 의해 모터에서 발생되는 토오크를 기어열과 아암에 의해 증가시켜 보다 정확하게 원활한 개폐가 이루어질 수 있도록 하는 배력의 원리를 이용한 밸브 개폐 장치를 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 상기한 밸브체에만 한정 적용되는 것이 아니라 그 이외의 여러 산업기기 분야에서 개폐작동이 필요한 모든 기기에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

상기한 목적을 이루기 위한 본 고안의 가장 기본적인 구성은, 핸들의 중앙에 이 핸들을 작동시키는 핀이 삽입될 수 있는 홈을 길죽하게 형성시켜, 이 핸들의 홈내에서 아암과 연결된 핀이 상기 홈의 궤적내에서 이동함에 따라 밸브가 개폐동작토록 한 것이다.

이하 본 고안의 한 구성과 동작관계를 개폐밸브에 적용시킨 한 예로써 설명한다.

제7a도는 본 고안의 배력밸브 개폐장치를 적용시킨 한 예를 나타낸 개략평면도이고 제8도는 제7도의 정면도이다. 여기서 본 고안의 주요 구성은 아암(16)과 핀(17), 그리고 핸들(2)임을 먼저 밝힌다.

도시한 바와 같이, 케이스(5)내에는, 구동모터(6)와, 구동모터축에 끼워진 모터피니언(7)과, 모터피니언과 맞물려 운동하는 제1평기어(8)와, 제1평기어와 삽입되어 있는 축(9)으로써 1열의 기어가 구성된다. 축(9)에는 모터에서 발생된 토오크가 모터피니언(7)과 제1평기어(8)에 의한 기어감속비에 의해 증가되어 전달되며, 증가된 토오크는 축(9)에 일체형으로 가공된 워엄(10)과 맞물려 회전운동을 하는 워엄기어(11)와 워엄기어(11)를 포함하고 있는 축(12)등으로써 2열의 기어가 구성된다. 축(12)에는 축(10)의 토오크가 워엄기어의 감속비에 의해 증가되어 전달되어지며, 축(12)과 일체형으로 가공된 피니언기어(13)와 맞물려 운동하는 최종기어(14) 및 축(15)등으로 3열의 기어가 구성된다. 축(15)의 하단에는 핸들(2)을 개폐시키는데 필요한 아암(16)이 부착되며 아암의 선단부에는 핀(17)이 부착되어 핀(17)은 핸들(2)에 가공되어져 있는 홈(18)의 궤적을 따라 운동하게 되어 있다. 또한 상기와 같이 구성된 모터(6) 및 기어열들을 내장하고 있는 케이스(5)와, 밸브와 연결되어 있는 피이프(19)와의 고정은 클램프(20)로써 볼트(21)체결을 할 수 있도록 구성된다. 본 고안에서는 또한, 핸들이 개폐되는 위치에서 충격을 완화시키는 완충장치(22)(22') 및 동일조건에서 모터(6)에 발생하는 과부하방지와 정확한 위치제어의 기능을 하는 모터과부하 방지장치(23)(24), 핀 (17)을 핸들(2)에서 분리시켜 클러치장치(25)등으로 함께 구성될 수도 있다.

상기한 본 고안의 일 구성예에 의한 실시예를 설명하면, 먼저, 구동모터(6)에서 발생되는 토오크를 기어열의 감속비에 의해 증가되어 최종축(15)에 전달된다. 이 증가된 토오크는 최종축(15)의 하단에 연결된 아암(16)에 전달되고 핀(17)이 핸들홈(18)에 삽입되어 있는 상태에서 모터(6)의 구동에 따라 아암(16)의 회전운동과 함께 핸들(2)의 개폐가 시작되어 아암(16)이 270°회전을 하면 핸들(2)의 90°회전하게 되어 제7b도와 같이 핸들(2)이 밸브를 완전히 폐쇄시키는 위치에 놓인다. 이때 핸들(2)의 정확한 위치제어는 아암(16)의 회전각도에 따라 좌우된다. 또한 밸브의 정확한 개폐를 위한 핸들(2)의 위치제어 및 아암의 원활한 운동을 위해서는 제9도에 도시한 바와 같이, 핸들(2)의 회전중심을 0₁, 아암의 회전중심을 0₂라 할 때의 필요조건은, 0₁을 중심으로 한 수직선과 0₁, 0₂의 접선이 이루는 각도는 45°이어야 한다. 즉, 아암의 회전중심 0₂는 반드시 이 45°경사선상의 임의의 위치에 있어야 한다.

상기 필요조건을 포함하여 구동되는 상기 장치는, 핸들이 개폐위치에 도달하였을 때 밸브에 형성된 제동역할을 하는 제7a도에 도시한 돌출부(26)에 의해 충격이 발생한다. 즉 모터(6)의 구동에 의한 관성력과 이에 대응하는 제동돌출부(26)의 충격을 완화시키기 위해 도면부호(22) 및 (22')예와 같은 완충장치를 각각 부착시킬 수 있다.

이 완충장치에 대한 구성은 제10도의 상세도에서 보듯이, 강제로 이루어지는 A부에 탄성재인 고무재질로 이루어진 B부를 부착하여, 핸들(2)이 "B"부에 도달하였을 때, 충격을 흡수하여 기계적 손상을 방지토록 한다.

또한, 제11도는 제7a도와 완충장치(22')를 상세 도시한 것으로, 핸들(2)내의 핀(17)이 도시한 바와 같이, 좌측위치에 도달할 경우(밸브가 잠겨진 위치), 한쪽면이 핀(17)의 면과 동일한 면형상으로 된 완충재가 존재함으로 인해 기계적인 충격을 완화토록 하였다.

상기한 완충장치(22,22')는 상기 구성예외에 다른 스프링 수단 등으로도 구성시킬 수 있다. 또한 본 고안의 장치에는, 밸브의 개방위치 또는 차단위치에 도달했을 경우 핸들이 더 이상 회전하지 못하도록 차단지점과 개방지점에 리미트 스위치를 각각 설치하여 리미트 스위치에 의해 모터구동전원이 차단되며, 이 때 아암선단부의 핀은 궤적을 따라 더 이상 운동을 할 수 없는 곳에 닿아 제동되게 된다. 이 때 발생하는 모터의 관성력은 완충장치에 의해 완충된다.

즉, 리미트스위치에 의해 모터구동전원이 차단되고, 제한된 핀의 운동궤적에 의해 기어의 운동이 제동되며 이 때 발생되는 관성력은 완충장치가 완화시키므로 밸브가 개폐점의 상태에서도 기계적 충격 및 마모를 방지하여 원활한 운동을 할 수 있다.

이와 같은 제어구성은 여러 형태와 다양한 변화를 주어 설치 가능하므로 이에 대한 구체적인 도면과 상세한 설명은 생략한다.

본 고안은 또한 만약 모터구동을 위한 전원이 정전되었을 경우에는, 제7a도 및 제8도에 도시한 핸들(2)에서, 아암(16)과 핀(17)을 분리시키기 위해 클러치(25)부분만을 위로 들어올려서 핸들(2)과의 결합을 해체시키고, 수동으로 핸들을 조작한 후 클러치(25)를 내려놓으면 스프링의 탄성력에 의해 핀(17)이 핸들(2)과 다시 체결될 수 있는 것이다.

상기한 본 고안의 구성예와 동작에 대한 원리와 그의 작용 효과를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 제12도에 있어서, 핸들(2)의 토오크를 T₁아암의 토오크를 T₂라 하고, F₁을 아암에 작용하는 힘, F₂는 핸들에 작용하는 힘, b=아암의 길이, c=핸들의 길이, μ=마찰계수(≒0.1)라고 할 때, F₂ds=F₁ds cosα+μF₁ds sinα식이 성립된다.

따라서, 로 나타낼 수 있다.

이 식을 기초로 하여 계산하면 각도에 따른 핸들(2)과 아암(16)의 위치 및 토오크의 증가는 아래의 표 1로 나타낼 수 있다.

[표 1]

상기 도표에서 알 수 있듯이 Q₁이 45°일 때 θ는 135°가 된다. 즉 핸들(2)이 45°회전했을 때, 아암(16)은 135°회전하게 되며, 이 때 Q₂-Q₁은 α로 나타낼 수 있다. 또한 이 범위에서는 T₁즉 아암(16)의 토오크는 (a+b)F₂와의 범위에 있으며, 이 때 (a+b)는 b의 약 2.4배가 되며, μ는 약 0.1로 가정했을 때 T₁/T₂는 약 2.4에서 10의 범위에 있다. 즉, 다시 말해 아암 토오크의 2.4배 이상의 토오크가 핸들(2)에 작용하게 된다.

또한 상기 표 1의 결과를 제13도에 도시한 도표에 의거 설명하면, 수직 축을 T₂/T₁, 즉 아암(16)과 핸들(2)의 토오크 비율로 놓고, 가로축은 θ, 즉 핸들의 회전각도를 나타내었을 경우 본 도면에서 보듯이, 0°일 경우의 T₂/T₁는 약 2.4 정도를 나타내며, 15°까지는 완만한 값을 나타낸다.

15°에서 45°사이에는 포물선으로 나타나 45°의 경우에는 T₂/T₁이 약 10을 나타낸다. 본 도표에서 알 수 있는 바와 같이, 핸들의 변위 θ₁에 따라 T₂/T₁, 즉 아암과 핸들의 토오크는 포물선으로 나타내어짐을 알 수 있다.

제14도는 힌지로 체결된 요크를 갖는 핸들(102)과 아암(16)으로 구성된 배력밸브장치의 변형된 예이다.

본 예에서는, 두개의 로울러(103)를 포함하는 요크(104)사이에 밸브핸들(102)을 끼워넣고 요크(104)의 한쪽로울러(103)하방에 아암(16)을 체결한 구성으로서, 실선은 밸브가 열려있는 상태를 도시하며 점선은 닫혀있는 상태를 도시하고 있다. 즉, 아암(16)의 선회력에 의해 핸들(102)를 점선으로 도시한 닫힘위치로 회전시킬 수 있다.

여기서, 요크(104)는 핸들길이 방향에 직교하도록 고정되며, 아암(16)은 제9도에 도시한 예와는 상이하게 핸들과 힌지 A₁점의 각도가 α만큼 변위되어 있는 상태에 있다.

즉 아암(16)의 회전운동은 A₁점에서 시작하여 B₁에서 종료된다. 이 때 밸브핸들(102)은 y축에서 x축으로 회전운동을 하여 밸브는 닫힘 상태가 된다.

본 실시예의 배력밸브의 특징은 핸들에 수직력 F₁(화살표)가 작용하더라도 무리 없이 아암(16)이 회전할 수 있는다는 점이 제9도의 배력밸브와 상이한 장점인 것이다.

상기 구성에 대한 각 요소의 특정은 다음의 식에 의해 구성시킬 수 있다. 제14도에서, 변위각α, 아암의 길이ℓ, 아암의 회전중심 C₁, 핀과 아암의 회전중심이 이루는 각 β아암의 회전각등을 구해보면 ∠ OYR=∠ OXR=∠ OY₁R₁=∠ OX₁R₁=45°일 때, a,b는 본 장치를 설치하려는 위치와, 핸들의 폭에 의해 정해진다.

1)tam α=에서 α를 구한다.

2)ℓ=A₁C₁=B₁C₁=a tanα+a tan(45°-α)=에서 아암의 길이를 구한다.

3)C₁=a+b-ℓ=에서 C₁의 위치를 구하고 4)tam β==·로·β를 구한다.

5)·아암의·(270°-β)의 회전으로 핸들을 ·90°회전시킨다.

이상과 같은 본 고안의 배력 밸브 개폐장치에 의하면, 정확한 위치제어와 주어진 모터에 의한 전동토오크를 2.4배 이상으로 증가시킬 수 있는 효과가 있으므로, 소형 모터를 사용하여도 핸들(2)에 큰 힘을 가해질 수 있는 것이다.

본 고안은 상술한 본 고안에서의 실시예와 작동관계는 단지 예로써 설명한 것이므로 상기한 밸브의 구성에만 특히 한정되는 것이 아니고 밸브 개폐장치 이외의 여러 기기분야에 적용할 경우 각종 제품의 작동을 확실히 하고 제품의 소형화에도 기여할 수 있는 매우 큰 효과를 갖는 장치인 것이다.

Claims (3)

1. 모터를 이용한 밸브등의 개폐작동에 응용될 수 있는 개폐장치에 있어서, 축(15)에 체결되어 기어열에 의해 모터의 동력을 전달받아 선회하는 아암(16)과, 상기 핀(17)이 일정 궤적을 따라 이동 가능토록 하는 홈(18)을 가지고, 밸브상에 고정되어 개폐동작을 행하는 핸들(2)과, 상기 아암(16)의 선회력을 핸들(2)에 전동토록 연결시키는 핀(17)과, 그리고, 핸들(2)의 개방지점과 차단지점위치에 설치되어 모터의 동력을 차단토록 하는 리미트스위치로 구성되어, 모터에 의한 전동력이 아암(16)에 회전력을 주어 이와 연결된 핀(17)이 핸들의 홈(18)궤적을 따라 이동함으로써 핸들(2)을 제어 작동토록 한 것을 특징으로 하는 배력밸브 개폐장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 핸들(2)의 홈(18)에는, 핀(17)의 최종 궤적 도달위치에 도달할 경우에 완충을 위한 완충장치(22')를 형성시킨 것을 특징으로 하는 배력밸브 개폐장치.
3. 제1항에 있어서, 상기한 아암(16)의 선단은 두개의 로울러(103)을 갖춘 요크(104)와 힌지 연결되며, 상기 요크(104)의 두 로울러(103)사이에는 핸들(102)을 삽입시킨 구성인 것을 특징으로 하는 배력밸브 개폐장치.