KR930006506B1 - 버터플라이 밸브 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

버터플라이 밸브

제1도는 밸브의 시이트를 형성하는 원추, 분리각도상수의 곡선 및 본 발명에 따라 구성된 밸브의 버터플라이부재를 보인 다이아그램.

제2도는 제1도에서 보인 바와같은 동일한 원주에서 변형 또는 접촉 압력의 상수곡선을 보인 다이아그램.

제3도는 최소분리각도가 최대가 되는 결합평면에서 점Q의 도식적인 궤적을 보인 다이아그램.

제4도는 본 발명에 따른 밸브의 한 실시형태를 보인 단면도.

제5도는 동 부분확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 폐쇄부재 5 : 밀폐부재

7 : 시이트 : 원추

: 원추

본 발명은 유동도관을 형성하는 관상동체와 도관의 축선에 대하여 횡방향인 축선을 중심으로 하여 회전되도록 관상동체에 착설된 버터플라이 폐쇄부재로 구성되고 이들 두 요소중에 하나에는 밀폐부재가 형성되어 있고 다른 하나에는 이 밀폐부재를 위한 시이트면에 형성된 버터플라이형태의 밸브에 관한 것이다.

프랑스 특허 제2456 271호에는 폐쇄부재, 즉 버터플라이가 착설된 통로를 통하여 연장된 동체로 구성된 버터플라이 밸브가 기술되어 있는 바, 폐쇄부재는 이 폐쇄부재의 디스크주연에 고정되거나 형성된밀폐부재가 동체에 형성된 시이트와 유밀(流密)하게 접촉하는 폐쇄위치와 폐쇄부재가 폐쇄위치에 대하여 거의 수직이 되는 충분한 개방위치 사이로 이동가능하게 되도록 통로의 축선에 대하여 수직인 축선을 중심으로하여 회전가능하게 착설되어 있으며, 폐쇄부재의 주면과 시이트의 결합면은 폐쇄위치에 대하여 통로의 축선과 함께 예각을 이루는 공통축선을 갖는, 두 회전원추에 의하여 형성된 원추면인 반면에, 폐쇄부재의 회전축선은 폐쇄부재의 디스크의 평균평면에 대하여 시이트면을 형성하는 원추의 정점(頂点)으로부터 통로의 축선을 따라 편기되어 있다.

이 버터플라이 밸브는 폐쇄부재의 회전축선은 시이트면을 형성하는 원추의 정점을 향하여 통로의 축선에 대하여 방사상으로 편기됨을 특징으로 한다.

이러한 형태의 밸브의 양호한 작동은 다음 파라메타에 따라 죄우된다 :

분리각도 :

밀페면의 접촉압력 ;

밀페면의 형상 ;

버터플라이 부재의 회전토오크

본 발명의 목적은 그 구조가 상기 언급된 파라메타 사이의 회적한 절충결과에 따라 구성된 밸브를 제공하는데 있다.

따라서 본 발명은 통로를 통하여 연장된 동체로 구성되고, 폐쇄부재, 즉 버터플라이부재가 폐쇄부재의 디스크주연에 고정되거나 형성된 밀폐부재가 동체에 형성된 시이트와 밀폐접촉되는 폐쇄위치와 이 폐쇄위치에 대하여 거의 수직인 충분한 개방위치사이로 이동가능하게 되도록 상기 통로의 축선에 대하여 직각인 축선을 중심으로 회전하도록 통로내에 착설되고, 폐쇄부재의 주면과 시이트의 결합면은 두 회전원추에 의하여 형성된 원추면인 반면에 폐쇄부재의 회전축선이 폐쇄부재의 디스크의 평균평면에 대하여 시이트면을 형성하는 원추의 정점으로부터 통로의 축선을 따라 편기된 버터플라이가 제공되는 바, 여기에서 밸브의 시이트를 형성하는 원추의 정점각 2Ψ의 주어진 값과, 한 축선이 상기 원추의 축선과 일치하는 정규직교계

에서 버터플라이부재의 회전축선이 주어진 위치 C에 대하여 그 시이트를 갖는 밸브의 버터플라이부재의 결합 평면이 정하여지며, 최소분리각도가 최대가 되는 점은 정규직교계의 평면

에 점 Q의 자취이고 그 좌표와 분리각도는 다음 근사관계식에 의하여 주어진다.

여기에서 C는 버터프라이부재의 회전축선의 자취와 정규직교계의 중심 0 사이의 거리이고, 통로의 축선상에 놓인 버터플라이부재의 경사각도 0는 쐐기각도

의 여각관계에 의하여 정하여진다.

본 발명을 첨부도면에 의가하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 밸브의 설명에 앞서, 본원 출원인이 해결코자하는 문제는 상기 언급된 작동파라메타를 감안하여 공식화되어 설명될 것이다.

배브의 시이트는 고정되고 정점각 2Ψ을 갖는 회전원추 C₁의 일부에 형성되고, 버터플라이부재가 이동가능하고 폐쇄위치에서 원추 C₁에 일치하는 원추 C₂의 일부로 구성된다고 가정할 수있다. 원추 C₂는 원추C₁의 회전축선에 대하여 직각인 축선을 중심으로 회전가능하게 되어 있다. 원추 C₂의 일부가 상기 언급된 축선을 중심으로 부정적으로 약간 회전될 때에 원주 C₂의 각점에서 C₂의 궤적

가 원추C₁에 대한 법서

과 이루는 각도가 계산되며,

과

는 단일벡타이다.

만약 이 각도가 90°이하이면 궤적은 결합되고, 90°보다 크면 분리된다.

따라서 밸브의 버터플라이부재는 궤적의 각도가 적어도 마찰각도와 같을 때에 원추 C₂의 일부에서 절취되어야 한다.

밀폐면의 접촉압력은 밸브의 구조와 작동에도 관계되는 파라메타이다. 이 압력은 버트플라이부재가 그 시이트에 대하여 접할때에 발생된다. 원추 C₂의 일부로부터 절취된 버터플라이는 가소성 또는 탄성의 주면을 갖는다고 가정된다.

약간의 회전각도에 대하여 원추 C₂의 일부분의 한 점에서 나타나는 변형은 상기 점과 버터플라이부재의 회전축선 사이의 최소거리와 원추 C₁에 대한 법선

과 궤적

사이의 이들점에서의 각도에 따라 죄우된다(제2도).

버터플라이부재의 밀폐면은 금속일 수도 있는데 이와같은 경우 상기 언급된 변형이 사실상의 접촉압력이된다. 이 분리각도에 따라서 이러한 변형 또는 압력이 원추 C₁에 대하여 접하여 있는 원추 C₂의 각 점에서 계산될 것이다. 버터플라이부재의 외형은 이러한 변형 또는 압력이 가능한 한 버터플라이부재의 주연에서 거의 동일하도록 선택되어야 한다.

밀폐면의 형태에 관한 한 원추각도가 상이한 밸브시이트와 밸브에 결합되어 기하학적으로 완벽한 구조가 구성될 수 있도록 밀폐부재 주연의 가소성과 탄성을 이용하여 근사치에 가깝게 구성되어야 한다. 버터플라이의 회전토오크 또는 작동토오크는 밀폐면의 압축과 버터플라이부재에 작용하는 압력 및 그 표면의 압력중심에 대한 축선의 편기에 따라 선택된다.

밸브의 경우에 있어서, 이러한 토오크는 가능한 한 적어야 한다.

제1도에서 보인 아이아그램에서는 정규직교계

가 선택되었음을 보이고 있다.

축선

은 시이트가 형성되는 원추 C₁의 축선이다.

화살표 F는 버터플라이를 개방하기 위한 버터플라이부재의 회전방향, 즉 축선

에 대하여 평행한 축선을 중심으로한 회전방향을 나타내며, 이 축선의 자취는 제1도에서 점 C로 표시되어 있다.

그리고 좌표의 상기 언급된 정규직교계에서 곡선이 그려지며 버터플라이부재가 점 C를 중심으로 하여 회전할 때에 동일한 분리각도를 갖는 원추 C₁의 점과 연결된다.

이를 위하여 OA=OB=1이라 하자, 점 A와 점 B는 축선

과 원추 C₁과 교차되는 점이다.

를 포함하는 C의 임의의 선택과 OA=OB=1의 임의의 선택은 결코 해법의 일반성을 제한하지는 않는다. 실제로 어떠한 방법으로든 찾아낸 해법은 무한대의 유사한 해법을 제시한다.

원추 C₁과 C₂사이의 접촉점 M에서 원추 C₁에 대한 법선

과 원추 C₂의 접선 t 사이의 각도의 코싸인은 이들 두벡타의 스칼라적으로 주어진다.

이 관계식에서 x와 z는 점 M의 좌표이고 Ψ는 원추 C₁의 정점의 반각이다

원추 C₁에 대한 원추 C₂의 분리각도 δ는 다음식으로 정의된다.

이 식으로 버터플라이부재의 이동영역에서 원추 C₁의 모든 점의 분리각도 δ를 도표로 그려낼 수 있다. 이 도표가 제1도에서 δ의 여러값으로 설정된 쌍곡포물선형태를 갖는 일련의 곡선의 형태로 도시되어 있다.

만약 스칼라적

·

가 0보다 작을 때에 해당 점 M의 궤도는 "결합"됨을 알 수 있을 것이다.

만약,

·

＜0이면, 궤도는 "분리"된다.

만약,

·

=0이면, 접촉이 미끄러진다.

이와같이 하므로서 결합되는 궤적과 분리되는 궤적을 갖는 원추 C₁의 영역이 제1도에서 정하여진다.

관계식(1)에 따라 각도 δ가 일정한 곡선이 원추 C₁에서 정하여질 수 있다.

이를 위하여,

라 하자. δ의 절대값으로서 크기 z가 얻어진다.

z의 싸인은 다음식으로 결정된다.

(z-c-zu)sinδ＞0 (4)

제1도에서 보인 좌표는 실제로 원추 C₁상에 위치하는 곡선의 대칭평면

에서 일군dml 투영을 보이고 있음을 알 수 있을 것이다.

따라서 이 평면의 각 점 P은 이 평면에 대하여 대칭인 원추 C₁의 두 점 P₁,P₂의 직각투영이다.

버터플라이부재의 회전중심과 정규직교계의 중심 O 사이의 거리가 제로가 되도록 하기 위하여 (C=0), 버터플라이부재와 사이트 사이의 밀페라인은 원추의 축선

에 대하여 수직인 평면내에 포함되어야 하며 따라서 δ=0이다.

따라서, 축선

상에서 버터플라이부재를 위한 개방회전의 "나선"방향을 설정함ㅇ에 있어서, 점 C는 축선

상에 위치하여야 한다.

따라서 조건 C〉0에 따라 OC=C이다.

버터플라이부재는 "분리"각도를 이루는

·

의 등식으로 정의된 영역에서 절취되여야 한다.

극으로 정하여진 수직점 P의 부근에서, 그리고 원추의 두 점 P₁과P₂에 일치하는 점 Q가 쌍곡포물선의 점이 된다. 점 P의 위치는 다음식으로 정의된다 :

xp=sinΨ cosΨ

zp=c

점 P에서 각도 δ가 다음식으로 주어진다.

점 P의 영역에서 보아, 그리고 정규직교체

의 상한에서 각각 취하여진 4개의 점 IJKL를 고려하여 I로부터 J를 향하여 δ의 연속커어브와 교차하도록 이 각도는 먼저 감소된 다음 증가된다.

K로부터 L를 향하여 이동될 때 δ는 먼저 증가한 다음 가소한다.

이는 쌍곡포물선 브릿지로 불리는 형태를 보인 제3도에서도 찾아 볼 수 있다. δ가 버퍼플라이부재의 전주면을 통하여 최대가 되도록 하기 위하여 그 결합평면은 제3도에서 그려진 라인 Ⅱ의 골에서 라인 Ⅰ의 상부에 위치하는 점을 통과하여야 한다.

Q라고 표시된 이 점은 최소분리각도가 최대가 되거나 쌍곡포물선 점이 되는 점이다. 이 점을 찾아내기 위하여, 다음 등식이 충분히 해결되여야 하며

제3도의 곡선 Ⅰ와 Ⅱ의 곡률이 반대가 되도록 되어 "말안장"의 형태가 되도록 정하여져야 한다.

C≠0인 경우 이 등식의 해법은 다음과 같다.

z에 대하여

x에 대한 다음 3가지 값

좌표의 정확한 값과 점 Q의 각도 δ의 정확한 값은 다음 등식으로부터 얻을 수 있다.

이 등식의 근사해법은 다음과 같다.

이들 식으로부터 주어진 근사치의 정밀도는 정확한 값에 대하여 ±5 10^-7로서 가공공차를 감안하면 충분한 것이다.

만약에 기계적인 이유로 점 Q에서

·

가 최소가 되도록 결정되며, 등식(c)에 의하여 결정된 조건을 만족시키는 한쌍의 파라메타(c,Ψ)가 얻어진다.

제1도에서 보인 분리각도의 좌표는 상기 정의된 점 Q의 둘레에 이론적인 밀폐라인의 경사각도 θ가 선택될 수 있다. 이론적인 밀페라인은 δ의 최소치가 가능한한 크도록 상기 정의된 점 Q를 통하여 통과하여야 한다. δ의 "최소의 최대"는 Ψ과 c에 따라 죄우된다. 따라서 δ 최대치를 결정하고 값 Ψ,c를 이로부터 추산하는 것이 가능하다.

제1도에서 보인 좌표는 δ의 기울기가 최대가 되도록 상기 정의된 점 Q를 따라서 이론적인 밀폐라인의 경사각 θ을 결정할 수 있도록 한다.

최적분리각도가 결정되면 시이트에 대한 버터플라이부재의 접촉압력과 밀폐부재의 가소변형에 관한 밸브 작동의 조건이 시험되어야 한다.

밸브의 밀폐면이 탄성 또는 가소성인 경우 이들의 압축 ε은 다음 식으로 주어진다 :

dε=Psinδd∝

여기에서 P는 회전축선에 대한 밀폐점의 최소거리이고, d∝는 밀폐면의 압착시 근접방향으로 무한히 작은 회전각도이다. 밀폐부재의 구조는 Psinδ가 밀페부재의 주면의 어떠한 점 M에서나 가능한한 일정하게 되도록 요구된다.

따라서, 상기 언급된 바와 같이

따라서, 다음식이 연구되어야 한다.

조건이 설정되어야 한다. 버터플라이부재의 회전축선 Cy상의 폐쇄모멘트

은 시이트상에 압력 P를 생성한다.만약 점 M의 부근에서 무한히 작은 면 또는 면적이 고려되는 경우

D는 축선

상의 M의 직각투영이다. 이 모멘트의 x와 y의 성분은 대칭 또는 반작용으로 균형을 이루게 된다.

y만의 성분 또는 작용 모멘트는

비율은 밀폐면의 밀폐부재의 탄성 또는 가소성번형의 특징이다. 이는 예를들어 1뉴톤의 힘을 점M에서 얻을 수 있도록 가하여져야 하는 토오크를 나타낸다. 모든 계산이 이루어졌을 때에 다음식이 얻어진다.

z의 값은 이 식으로부터 얻어진다.

이 함수는 원추 C₁상에 ε의 좌표를 그릴 수 있도록 하며 상수를 갖는 평면

에서 쌍곡포물선에 가깝게 된다.

상수 ε의 커어브형태는 상수 δ의 커어브의 형태와 매우 유사하며 두 파라메타가 양립할 수 있는 값을 갖도록 이들 두 파라메타의 선택을 용이하게 한다.

이들 커어브의 수평 및 수직 접근선은 다음식으로 주어진다.

xa=sinΨcosΨ

za=sinΨ[csinΨ+ε] (13)

ε가 0에 가까울때에

Lim za=csin²

ε에서 변수는 다음식으로 주어진다.

이 로 약부되고

이 z=0으로 약분된다.

따라서 그 좌표가 x=sinΨcosΨ, z=0인 점에 대하여 ε의 일측단부에서 얻어진다. 의 값은 다음 등식으로 주어진다.

ε=-csinΨ

ε=0이고 δ=0이면 이들 값에 해당하는 쌍곡포물선은 다음 식과 같이 주어짐을 알 수 있다.

ε와 δ의 곡선의 매우 작은 형태 때문에 시이트의 축선상에서 버터플라이부재의 결합평면의 경사각도 o를 선택하는 것은 곤란하지 않다. 이 각도는 쐐기각도의 여각보다는 작고 거의

의 제한값보다 크거나 같도록 선택되는 것이 유리하다.

제4도에서 보인 밸브는 원통형의 동체(1)로 고성되고 그 내공(2)은 유체가 흐르는 통로를 구성하며 이 동체에 조립되는 도관(도시하지 않았음)을 통한 유체의 순환은 축선XY를 중심으로 회전가능하게 착설된 폐쇄부재(3)에 의하여 제어된다. 회전축선의 자취는 제1도의 점 C으로 구성되며 그 좌표는 축선 XX로부터 이 점의 편기로 주어진다.

동체(1)의 하류측 단부에는 링(4)이 고정되며 밀폐부재(5)가 동체와 링 사이에 중첩되며, 링은 그 내공이 버퍼플라이부재(3)의 디스크(9)의 주면(8)에 대하여 시이트(7)를 형성하는 래빗트(6)를 갖는다. 버터플라이 부재의 주요부는 보스(10)에 의하여 상류측으로 연장되고 보스에는 축선 YY를 갖는 원통형 공(11)이 천설되어 있으며, 이에 동체(1)에 축설되어 버터플라이부재가 회전가능하게 착설되는 세미-핀(13)이 키(13)로 고정되어 있다.

디스크(9)의 주연 요구(14)에는 환상의 밀폐부재(15)가 삽입되어 있으며, 폐쇄위치에서 시이트의 주면(8)에 대하여 탄성적으로 압력이 가하여진다. 주연요구(14)는 폐쇄부재의 표면과 스크류(19)로 고정되는 보강판(18)의 표면에 형성된 두 보충래빗트(16)(17)에 의하여 형성된다.

시이트(7)와 밀폐부재(15)의 밀폐물질은 사용조건에 따라 선택되며 요구된 가소성 및 탄성을 만족시키는 플라스틱스 또는 금속으로 구성될 수 있다.

제5도는 버터플라이부재의 밀폐부재와 시이트 사이의 상대적인 각도를 확대 도시한 것이다. E는 시이트(8)와 버터플라이부재 사이의 결합평면의 평균선이고 이 라인은 실제로는 타운이다. 밀폐면은 버터플라이상에 직선 Δ으로 형성되어 주어진 각도 β는 E의 모든 점 M과 SM과 타원 E의 중심 L에 의하여 형성된 평면에서 C₁의 모선 SM과 이루는 각도이다.

따라서 시이트(6)의 밀폐면(6)과 밀폐부재(15) 사이의 접촉변부(20)가 구하여진다. 또한 밀폐변부는 밀페부재상에서 각각 시이트 예각 β와 β'의 주면(8)이 구성되는 두 표면으로 형성된다. 이들 각도 β 또는 β'의 하나는 0이며 이 경우 밀폐부재의 표면 일부는 시이트의 해당표면에 결합된다.

버터플라이 밸브의 특징은 계산으로 구함에 있어서, 이들 특징은 밸브의 시이트와 버터플라이부재를 위한 요구된 형태를 얻기 위하여 통상적인 가공공구의 가공지침에 따라 용이하게 실체화 될 수 있다.

Claims (3)

1. 통로를 통하여 연장된 동체로 구성되고, 폐쇄부재, 즉, 버터프라이부재가 폐쇄부재의 디스크주연에 고정되거나 형성된 밀폐부재가 동체에 형성된 시이트와 밀폐접촉되는 폐쇄위치와 이 폐쇄위치에 대하여 거의 수직인 충분한 개방위치 사이로 이동가능하게 되도록 상기 통로의 축선에 대하여 직각인 축선을 중심으로 회전하도록 통로내에 착설되고, 폐쇄부재의 주면과 시이트의 결합면은 두 회전원추에 의하여 형성된 원추면인 반면에 폐쇄부재의 회전축선이 폐쇄부재의 디스크의 평균평면에 대하여 시이트면을 형성하는 정점으로부터의 통로의 축선을 따라 편기된 버터플라이밸브에 있어서, 밸브의 시이트를 형성하는 원추의 정점 2Ψ의 주어진 값과, 한 축선이 상기 원추의 축선과 일치하는 정규직교계

   

   에서 버터플라이부재의 회전축선의 주어진 위치 C에 대하여 그 시이트를 갖는 밸브의 버터플라이부재의 결합평면이 정하여지며, 최소분리각도가 최대가 되는 점은 정규직교계의 평면

   

   에 점 Q의 자취이고 그 죄표와 분리각도는 다음 근사 관계식에 의하여 주어짐을 특징으로 하는 버터플라이 밸브

   

   여기에서 C는 버터플라이부재의 회전축선의 자취와 정규직 교계의 중심 0 사이의 거리이고, 통로의 축선상에 놓인 버터플라이부재의 경사가도 0는 쐐기각도

   

   의 여각관계에 의하여 정하여진다.
2. 청구범위 1항에 있어서, 시이트와 버터플라이부재의 밀폐면으로 구성된 밸브의 적어도 하나의 밀폐면이 시이트상에 버터플라이부재를 접하도록 할 때에 가소성 또는 탄성변형을 가지며, 이들의 압축이 다음식으로 구하여지는 바의 버터플라이 밸브.

   
3. 청구범위 1항 또는 2항에 있어서 버터플라이부재와 그 시이트 사이의 밀폐면이 시이트와 버터플라이부재 사이에서 결합평면의 평균선의 모든 점에서 시이트와 평균선 중심의 접촉면을 형성하는 원추의 모선이 각도 β를 이루는 바의 버터플라이 밸브.

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