KR930006512B1 - 밸브 스템 패킹 어셈블리(Valve Stem Packing Assembly) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

밸브 스템 패킹 어셈블리(Valve Stem Packing Assembly)

제1도는 본 발명에 의하여 제작된 밸브스템과 패킹어셈블리의 한 실시예를 도시한 단면도.

제2도는 제1도의 2-2선을 따라 취한 확대부분단면도.

제3도는 제2도의 3-3선을 따라 취한 단면도.

제4도는 제1도의 패킹어셈블리와 스텝의 확대한 분해 단면도.

제5도는 제4도의 패킹어셈블리의 분해단면도.

제6도는 본 발명에 따라 제작된 밸브스템과 패킹어셈블리의 다른 실시예를 도시한 단면도.

제7도는 제6도의 패킹어셈블리와 스템의 확대분해 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 스템통로 52 : 패킹

60 : 제1패킹부재 62 : 제2패킹부재

64 : 제1미끄럼면 66 : 제2미끄럼면

B :밸브몸체 C : 밸브스템

본 발명은 밸브들, 특히 볼밸브, 나비형밸브 또는 플러그 밸브등과 같은

회전하는 밸브들에 대한 밸브스템 패킹 어셈블리에 관한 것이다.

회전 또는

회전하는 밸브와 그와 유사한 밸브에 대한 스템 패킹 어셈블리의 두가지 목적은 밸브몸체를 관통하는 회전스템으로 유체가 유출되는 것을 방지하고 스템에 작용하는 내부압력으로 인한 하중을 지지하기 위한 베어링을 마련하기 위한 것이다. 이 두목적은 볼밸브, 나비형밸브, 또는 플러그 밸브를 포함하는

회전,

회전 및 비슷한 밸브의 모든 종류를 위한 스템 패킹 어셈블리에 적용한다. 다른 밸브와 상이한 점은 축방향 운동없이 부분회전만하는 순수한 회전운동응 한다는 것이다.

가장 기본적인 스템 패킹은 O링을 사용한 누설방지이다. 이러한 O링은생산하기 간편할 뿐만 아니라 소형, 간단하고 저렴하여 대부분의 경우 유효하다.

좀더 정교한것은 테프론 부싱(Teflon Busing : 테프론은 폴리 테트라 플루오 에틸렌으로 제작된, 아이.듀퐁사의 등록상표)을 사용하는 것이다. 이것은 아마도 가장 일반적인 방법이며 전형적으로 부싱을 압착하기 위해 사용되는 수단이다. 이 방법은 O링을 사용하는 것과 비교할때 더 복잡하고 고가이다. 그러나 테프론 부싱을 사용한 밸브는 O링에 비하여 더 넓은 온도범위에서 또한 다양한 화학물질에 사용될 수 있다.

또다른 방법은 테프론보다 더 높은 온도에서 사용할 수 있는 재질을 사용하는 것으로서, 예를들면 석면 도는 그라포일(Grafoil : 유기제 결합제를 사용하지 않은 유연한 탄소화합물로 만들어진 Union Carbide사의 등록상표명)등이 있다. 이것들은 사용한 밸브는 너무 고가이어서 일반용도엔 부적합하고 고온에서 보통 사용된다.

위의 모든 누설방지방법은 반경방향인 내, 외부방향으로 패킹재료를 변형시키는데에 축방향힘을 전달하여 밸브스템통로를 밀봉 작용한다. 그러한 변형은 스템과 스템통로(stem passage)와 함께 누설방지 접촉을 일으키도록 설계되어 있다. 패킹이 반경방향으로 늘어나 누설방지를 하는 축방향 힘의 전환효율은 많은 반복된 밸브사용에 걸쳐 누설방지 효과와 수명을 결정한다. 특히 반경방향의 변형없이 축방향 힘을 받는 누설방지 장치는 비요율적이며 적절한 누설방지를 유지하기 위하여 자주 조정을 해야한다.

위이 모든 누설방지 장치는 어디에 적용하는가에 따라 어떤 제한조건과 바람직하지 못한 특성을 갖는다. O링을 사용하는 경우 사용온도와 압력에 제한을 받으며 O링의 재질은 대부분의 화학물질 또는 용재에 사용하기에 적합하지 않다.

비록 테프론이 대부분의 화학물질에 사용할 수 있다고 하지만 이것은 온도의 제한을 받는다. 석면 또는 그라포일은 고온에서 견딜 수 있으나 일반적인 조건에서 기밀이 잘 유지되지 않고 신뢰성이 떨어진다. 테프론, 석면과 그라포일은 밸브를 사용함에 따라 마모가 되어 느슨해져 누설이 일어나 자주 조정해 줄 필요가 있다. 또한 온도의 반복적인 변화는 각 재료간 팽창율이 다르기 때문에 패킹이 느슨하게되어 누설이 일어난다. 테프론은 금속에 비해 대략 10배정도 빠르게 늘어나므로 특히 문제점이 많다.

보통 일반적인 패킹스스템엔 상기의 모든 제안요소들이 있다. 내화가 요구되는 경우 화재가 발생한 후에도 패킹은 누출방지작용이 이루어져 밸브가 적어도 누출없이 한번 내지 수회 작동할 수 있어야 하므로 그러한 제한 요소들은 대단히 중요하다. O링을 만드는데 사용되는 재료들, 즉 테프론, 비금속등은 화재시에 파손되어 완전히 손실되거나 단지 숯덩이 처럼 되어 버린다. 비록 내화성 재질일지라도 열에 의해 소량의 수측이 일어나 패킹을 느슨하게 한다.

스템에 트러스트 하중을 지지하는 것은 외부에서 또는 내부에서 이루어지느데 대체적으로 내부적인 것이 대부분이다. 내부적으로 지지하는 것에 있어 스템은 베어링을 지지하기 위한 쇼울더(shoulder)를 갖는 헤드(Head)가 있다. 스템은 몸체(Body)의 내부로 부터 삽입되고 베어링은 스템 쇼울더와 몸체에 있는 플랜지사이에 있다. 이 베어링은 트러스트 하중을 지지하고 스템이 쉽게 돌 수 있게 해준다. 이 베어링 장치는 소형이고 간단하고 저렴하며 스템헤드는 스템이 튕겨나가는 것을 방지해준다. 모든 외부 패킹부품들이 제거될지라도 스템은 압력을 받고 있는 밸브 몸체 밖으로 튕겨나갈 수 없다. 그러나 내부 베어링은 작동유체에 의하여 손상을 입기 쉽다.

외부에서 트러스트 하중을 지지해주는 베어링은 일반적인 방법은 아니지만 보통 스템 패킹과 함게 결합되어 있다. 이것은 크고 고가인 외부 요우크(Yoke) 구조가 요구되며 수리 또는 고장으로 이 요우크가 제거되면 내부압력에 의해 스템이 튕겨져 나간다. 이것의 중요한 장점은 밸브의 외부에 베어링이 위치하는 것이다. 즉 베어링은 내부 유체로부터 격리되어 있어 최대 수명을 얻을 수 있도록 윤활 및 제작될 수 있다. 그러나 외부 베어링은 외부로부터 오염되어 부식하기 쉽다. 대부분의

회전 밸브에 있어서 트러스트 베어링의 마모는 밸브 운용을 제한하는 인자가 되지는 못한다.

또한 베어링에 작용하는 하중은 패킹의 조절에 따라 변한다. 패킹하중은 보통 베어링을 조임으로서 발생하는데 그러한 조임현상을 피하기 위해서는 내, 외 양측의 베어링 시스템에 복잡한 요우크장치를 부가해야 한다. 과도한 외부조정이나 열팽창으로 너무 꼭 죄어지면 베어링에는 과부하가 걸릴 수 있다. 이런 경우 패킹과 베얼링은 보다 빨리 마모되고 수명이 감소되며 더욱 느슨해진다.

간단하고 저렴하며 신뢰성 있는 방법으로 단점과 사용에 제한되는 요소들을 최소화하거나 줄이기 위하여 많은 연구가 있었다. 본 발명은 이러한 필요성 및 다른 사항들을 충족할 수 있는 새롭고 개량된 밸브 스템패킹 어셈블리를 제공하는데 있다.

밸브 몸체는 몸체의 내부 끝에 확장된 헤드를 갖는 밸브스템을 회전가능하게 수용하는 스템통로(passage)가 있다. 이 스템은 몸체의 내부로부터 스템통로로 삽입되고 헤드의 원주 뒷면은 스템통로의 하부에 연한 내측으로 확장된 플랜지와 맞닿는 쇼울더 또는 트러스트 베어링면(Thrust Bearing Surface)이라 정의한다.

스템 쇼울더와 스템통로 플랜지 사이에 끼워진 트러스트 와셔는 강도를 개선한 재질로 구성되어 있으며 이 와셔는 높은 온도에서도 견딜 수 있어 밸브는 내화성을 갖는다. 트러스트 와셔는 보통 사용시 윤활성을 제공하기 위하여 와셔 양면에 테프론을 피복시킨다. 피복제는 화재가 발생하면 소실한것이나 피복제의 두께는 아주 얇아서(0.001-0.002inch) 패킹을 느슨하게 하지는 않는다. 트러스트 와셔는 니트로닉 60(Nitronic 60 ; Armeo사의 등록상표이며 일종의 스테인레스 강이다)으로 만들어진다. 이 형태의 스테인레스강은 화재 후 금속면과 마찰하거나 보통 사용시 피복제가 마멸되어도 손상을 입지 않는다.

본 발명의 한 실시예에 있어서 패킹 자체는 내화성이 요구되지 않는 보통상태에서 패킹을 주로 사용할때엔 테프론 패킹장치로 구성된다. 이 실시예에 있어서 패킹은 스템통로안에 스템을 둘러싼것을 의미하고 겹쳐진 제1, 제2패킹부재를 포함하며 서로 축방향으로 미끄러져 축방향 힘을 반경방향 힘으로 전환, 반경방향으로 늘어나 스템과 통로 사이의 기밀 접촉을 유지한다. 납짝한 패킹 지지링은 지지패킹 마개(Gland)와 테프론 패킹부재 사이에 끼워진다. 지지링은 폴리이미드(polymide) 플라스틱으로 제작되며 스템과 함께 회전하거나 회전하지 않거나 할 수 있다. 제1패킹부재는 제1패킹부재와 맞을 수 있도록 내측면을 갖는 원통 고리모양으로 된 제2패킹부재로 테어퍼가 진 절두원추형 고리모양이다. 제1, 제2패킹부재는 부품에 분포된 축방향 힘에 의하여 서로 상대적으로 미끄럼운동을 하는 접촉면을 따라 작동한다. 이와 같은 배치는 효과적으로 축방향 힘을 반경방향의 변형으로 변환하여 스템과 스템통로사이의 기밀을 향상시킨다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제1, 제2패킹부재는 선재로 보강된 그라포일, 예를들면 뉴우져지주의 메텍스(Metex)사에 의해 제작된 선재로 편직한 형태와 같은 것으로 만든다. 그라포일에 의한 노설방지는 상온 뿐만 아니라 회재시에도 기밀이 잘 이루어진다. 그라포일로 패킹부재를 제작하는 것은 밸브 사용시 내화성이 요구될때 유용하며 반대로 상온에서는 테프론 패킹부재가 바람직하다. 그라포일은 화재로 인한 심한 수축과 같은 큰 변형이 없다. 그라포일의 열 팽창계수는 금속과 아주 비슷하고 어떤 플라스틱보다 금속의 열팽창 계수에 가까와 상온에서나 화재시에도 변형의 아주 적다.

그라포일을 선재로 보강하는 것은 강도와 내마모성 그리고 특히 반복적인 열변화에 대한 내열성을 준다. 그라포일의 마모수명은 적당한 조건하에는 아주 좋은 편이지만 쉽게 손상을 입는다.미끄럼면은 거친면이 그라포일을 찢고 손상시키므로 아주 매끄럽게 해야 한다. 압축 하중은 너무 지나치지 않게 누설방지될 만큼되어야 한다.과도한 하중은 그라포일이 스템에 붙어 찍어지고 빨리 마모되게 한다. 압력이 작용하는 상태하에서 그라포일의 추출을 방지하기위해서는 각단에 틈새를 작게 해야 한다. 상부와 하부의 패킹지지링은 그라포일로된 패킹을 적절히 운용하는데에 필수적이다. 갈매기 모양을 한 패킹지지링은 스템과 몸체에 대하여 반경방향으로 그라포일 패킹을 원하는 반경방향의 누설방지력을 증가시키기 위하여 쐐기 역할을 하도록 밀어준다.

또다른 패킹 지지링은 베스펠(Vespel ; 듀퐁사의 등록상표로서 높은 온도에서 잘 견디는 특수 폴리이미드 플라스틱)과 같은 폴리이미드 플라스틱 재질로 제작한다. 금속대신에 베스펠로 패캥 지지링을 만들면 스템에 잘 밀착이 된다. 베스펠이 스템과 접촉하여 마찰하면 약간 마모가 되나 크게 악영향을 주지는 않는다. 금속제 지지링은 스템을 마모시키고 그 표면을 손상시키며 차례로 그라포일 마모면에 해를 입힌다. 따라서 금속제 지지링은 스템과 큰 틈새가 필요하나 최대 수명을 위한 패킹압출을 방지하기 위하여 극소의 틈새가 필수적이므로 이것은 바람직하지 않다.

베스펠은 역시 화재시에도 잘 견딜 수 있다. 베스펠이 합성물질이어서 열에 의해 탄화된다 할지라도 치수의 변형은 없다. 또한 베스펠은 화재중과 후에도 충분한 압축강도를 갖는다. 또한 용해되지 않고 타지도 않으며 기포를 형성하지 않는 새로운 다른 중합체가 있는데 이들은 베스펠을 대신하여 사용할 수 있을 것이다.

본 발명의 또다른 내화성 실시예에 있어서 상부지지링의 다른 중요한 기능은 미끄럼 회전부위에 접촉면을 형성하는 것이다. 패킹은 몸체와 같이 정지상태에 있는 반면에 핸들이나 다른 작동부, 너트 및 다른 상부부품은 스템과 함께 회전해야만 한다. 이런 관점에서 보면 상대적으로 미끄럼 회전운동이 발생하는 접촉면이 있어야 하며 그 접촉면의 위치를 조정하는 것은 대단히 중요하다.

그라포일의 끝단면에 대하여 미끄럼회전을 하는것은 그라포일의 아주 빠른 마모를 가져오므로 적합하지 않다. 갈매기 형상의 지지링이 쐐기를 박는 운동을 함에도 불구하고 그라포일에서 축방향 응력이 스템을 따라 누출 방지 작용을 하는 반경방향 응력보다 커서 그라포일에 대한 상대적인 스템의 회전은 반경방향의 접촉면에서 허용할 수 있다. 그라포일의 끝단에 대한 미끄러짐을 방지하기 위하여 상부 지지링은 반경방향의 노치를 포함한다. 이 노치가 그라포일과 맞닿는 부분에서 어떤 미끄럼운동을 방지하기 위하여 압력을 받게되면 그라포일과 고착된다.

전술한 패킹의 두가지 실시예에서 금속링 패킹 누르개(Gland)는 상부 지지링을 지지시키며 스템과 함께 회전하여 링과 접촉하여 미끄럼운동을 한다. 베스펠은 우수한 내마모성을 가지며 마찰계수가 작아서 링의 평평한 상부면은 패킹누루개에 대하여 좋은 베어링면이 된다. 금속링을 사용하는 것은 우수한 회전 접촉면을 형성할 수 없어 또다른 조정된 베어링부위를 필요로 한다. 패킹 누르개는 또한 베스펠 지지링을 강하게 지지한다. 패킹 누르개의 틈새는 금속면과 마찰을 방지하기 위하여 약간 크지만 베스펠을 충분히 지지하고 지지되지 않는 부분에서 파괴되는것을 방지하기 위해 너무커서는 안된다.

적어도 하나의 절두원추형 스프링 와셔(Frusto-conical Spring Washer)는 하부패킹 너트와 패킹 누르개 사이에 있으며 전체적인 패킹조립체에 탄성력을 갖게 한다. 하부 패킹너트는 패킹위에 적당한 조이는 힘이 주어질때까지 스프링을 조이는데 사용한다. 스프링 와셔의 유연성은 본장치가 열변형이나 마모등으로 미소한 치수 변형이 있어도 패킹의 느슨해짐이나 과도한 조임없이 그 치수변형을 보상하여 주며 정기적으로 패킹너트를 조정하지 않고도 오랜기간의 수명을 유지할 수 있다. 또한 일련의 스프링 와셔가 서로 반대방향으로 위치하여 설치되었다.

스프링 와셔의 독특한 형상은 밸브스템의 편평한 면에 고정시켜 스프링 와셔가 항상 스템과 함께 회전하도록하여 스프링과 핸들사이에 미끄럼운동을 방지한다. 하부스프링의 외부단은 패킹 누르개를 밀어준다. 이때 대부분 선접촉을 하므로 여기에 작용하는 단위 응력이 매우 커서 높은 마찰력을 발생하여 스프링과 패킹 누르개를 효과적으로 고착시켜 준다. 그러므로 패킹 누르개는 스프링 와셔 및 스템과 함께 회전하여 차례로 베스펠 지지링위에 미끄러짐 운동을 해야한다. 패킹 너트는 상기 스프리와셔의 외부단에서 강력한 고착력을 발휘하고 사용도중 너트가 느슨해지는 것을 방지하려고 지지한다.

핸들과 스톱플레이트(stop plate)는 스템에 장착되어 있으며 하부 패킹너트위에 있다. 핸들과 스톱플레이트에서 뚫어진 통로구멍은 스템에 대하여 이 두부품이 회전할 수 없도록 스템과 함께 형상을 만들었다. 핸들은 상부 핸들 너트로 고정된다. 제3스프링 와셔는 이미 앞서 언급한 2가지와 동일하며 핸들과 너트 사이에서 핸들너트의 회전을 방지하기 위하여 끼워진다.

핸들과 함게 밸브를 반복 사용함으로 틈새, 공차와 비틀림을 야기하여 스템의 편평한 면과 핸들 사이에 헐거움이 점차로 발전하여 핸들, 스템과 핸들 너트 사이 약간의 상대운동이 결국 너트를 풀것이다. 그러나 상부 또는 제3의 스프링 와셔는 그러한 헐거운 현상을 방지해준다.

제3의 스프링 와셔의 뚫어진 통로구멍에서 반듯한 면은 스프링 와셔의 회전을 방지하지만 핸들의 경우엔 전적으로 방지할 수 없다. 스프링은 핸들에 대해서는 내측단에 핸들너트에 대해서는 외측단에 위치해있다. 스프링 와셔의 축방향 힘은 이 두단에서 반대방향으로 같으며 마찰력도 동일하다. 그러나 토르크의 경우는 반경이 길므로 외측단이 항상 크다.

따라서 어떤 상대운동이 내부 반경부분에서 즉 핸들과 스프링사이에서, 너트에서 미끄러운동을 하기전에 미끄럼운동을 하게 한다. 이 현상은 핸들의 작은 운동이 핸들너트에 전달되어 점차 느슨해지는 것을 효과적으로 방지한다.

본 발명의 중요한 장점은 제작하기에 작고, 간편하고, 간단하며 저렴한 개량된 밸브 스템 패킹 어셈블리라는 점이다.

본 발명의 다른 장점은 내화용으로 그라포일을 사용하고 보통용으로는 테르론 패킹을 효과적으로 사용할 수 있다는 점이다.

본 발명의 또다른 장점은 약간 높은 온도에서 사용할 수 있는 보통재료의 경우도 아주 높은 온도에서 잘 사용할 수 있다는 점이다.

본 발명의 또다른 장점은 장기적으로 패킹너트를 조정할 필요없이 장시간 사용할 수 있도록 스템패킹에 분포된 축방향 힘을 반경방향으로 누출방지를 위한 팽창에 효과적으로 유도할 수 있다는 점이다.

본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 첨부된 도면을 살펴보면 제1도는 밸브스템(C)을 회전 가능하게 수용하기 위하여 그안에 원통형 스템수용통로(12)가 있는 밸브몸체(B)를 보여준다. 밸브스템(C)은 내부 확장헤드(14)를 포함하고 있다. 그위엔 동그랗고 평평한 쇼율더(16)을 가지고 있다. 확장헤드(14)는 밸브통로(22)가 밸브부재(20) 안쪽의 잘맞는 그루우브(Groove)에 끼워진 돌출부(18)를 갖고 있다. 내측으로 뻗어나 온 동그란 플랜지(30)는 플랜지의 내측 끝단에 인접한 스템통로에 설비된다. 상하의 평평한 플랜지 면(32,34)은 같은 상태로 위치를 유지하도록 스템의 여러부분과 패킹 어셈블리와 함께 운용된다. 트러스트 와셔나 베어링 와셔(36)는 스템쇼율더(16)와 플랜지면(34)사이에 끼워진다. 챔퍼(chamfer)(38)는 플랜지(34)면의 평면과 외측둘레와의 사이에 크러스트 와셔 둘레 주위로 뻗어있다. 침퍼(38)는 와셔의 내, 외측 둘레사이 즉, 반경방향 두께의

보다 작다. 전술한 형태의 트러스트 외셔(36)는 니트로닉 60 스테인레스강으로 만들어져 있으며 윤활을 위하여 상기 평평한 끝단에 0.001-0.002인치 두께의 테프론 필름이나 아주 얇은 코팅으로 입힌다.

또한 트러스트 와셔의 한면 또는 양면은 윤활재를 공급할 수 있도록 V형 노치나 그와 유사한 것을 효과적으로 사용할 수 있다.

밸브스템(C)은 아래의 매끄러운 원통형 스템부분(40)과 좀더 작은 지름으로 나사가 난 긴스템부분(42)으로 이루어진다. 이 스템 역시 서로 양쪽에 있는 반듯한 스템면(44)과 둥근모양으로 양쪽에서 서로 마주보는나사가 난 스템면(46)을 가지고 있다.

패킹지지링(50)은 원통형 패킹(52)의 위에 있다. 지지링(50)과 패킹(52)은 패킹(52)과 맞닿은 링(50)의 평평한면(54)과 함께 스템통로(12)내에서 스템일부를 싸고 있는 고리형 어셈블리로 되어 있다. 패킹링의 상부면(56)의 운통형 패킹 누르개(58)에 맞닿아 있다.

패킹은 제1상부패킹(60)과 제2하부패킹(62)으로 이루어져 있는데(60,62)는 통로(12)와 스템일부(40)와 맞닿은 밀봉사이에 패킹의 축방향 전달력과 원주방향의 팽창에 서로 맞닿은 면을 따라 제1패킹과 서로 미끄러져 포개어 끼워진다.

특히 제1도, 제4도와 제5도를 주의깊게 살펴보면 제1패킹(60)과 제2패킹(62)사이 미끄럼접촉은 제2패킹의 제2미끄럼면(66)을 따라 발생한다. 제1, 제2미끄럼면(64,66)은 서로 짝을 이루어 부분적으로 스템통로(12) 및 스템(C)과 축방향 수직정렬에서 벗어나 접촉면이 경사져 있어 스템통로벽과 스템일부(40)에 평행을 이루지도 않는다 (52)에 분포된 축방향힘은 원주방향으로 팽창 변형하게 된다. 제1패킹(60)은 끝단면(72)이 있는 절두 원추형 고리 패킹, 제1원주방향의 외측면(74)과 제2원추방향의 내측면(76)으로 이루어진다. 제1측면(74)은 각을 이루어 경사진 제1측면 또는 미끄럼면(64)을 한정하는 제2측면(76)에 대한 끝단면(72)에 영향을 받는다. 그러므로 미끄럼면(64)은 패킹(62)안에 짝이되어 잘맞도록 외측 원추형면을 이룬다. 제2패킹(62)은 끝단면(80), 제1원주방향의 내측면(82)과 제2원주방향 외측면(84)을 갖는 원통형 고리패킹으로 이루어진다. 제1측면(82)은 제2외측면(84)의 끝단면에 대한 끝면(80)에 영향을 받는다. 그러므로 제2미끄럼면(66)은 제1패킹(60)에 짝이되어 잘맞도록 내측원추형면으로 이루어져 있다 어셈블리에서 제1패킹(60)과 제2패킹(62)은 스템통로(12)와 세템일부(40)로 짝을 이루는 축방향으로 곧장, 원주방향으로는 내, 외측면을 갖는 고리패킹으로 이루어진다(제1도).

패킹지지링(50)은 패킹(60,62)도 패킹 누르개(58)를 통하여 분포된 축방향 힘을 전달하고자 제1패킹(60)의 끝단면(72)에 단단히 맞닿는다. 패킹(60,62)은 보통 축방향으로 서로 팽창하려하므로 패킹(60,62)의 끝단은 제2패킹(62)내의 제1패킹(60)의 과도한 미끄러짐을 방지하기 위하여 원주방향의 일치상태에 있게 한다. 지지링을 지나 패킹에 작용하여 부포된 축방향 힘은 통상 미끄럼면(64,66)을 따라 결국 상대적인 미끄럼과 제2패킹(62)속으로 제1패킹(60)의 큰 팽창에 직접 영향을 주어 젭패킹의 제2측면(76)은 스템일부(40)와 맞닿은 밀봉부분을 밀게되고 제2패킹(62)의 제2측면(84)은 연속적으로 스템통로에 맞닿은 밀봉부분을 밀게된다.

따라서 패킹(60,62)은 스템밀봉의 축방향팽창에 따라 통상 고르게 분포된 반경방향을 맞닿아 밀봉작용을 하게 된다. 그러한 밀봉작용은 규칙적인 패킹너트 조정의 필요없이 스템밀봉의 수명을 길게 해준다.

패킹지지링(50)은 원통형 패킹 누르개(58)와 맞닿는 면(56)을 갖고 있다. 한쌍의 절두 원추형 스프링 와셔(90a,90b)는 나사가 난 스템일부(42)에 접하여 있다. 제2도, 제3도에서 잘 보여주듯이 스프링 와셔(90a)는 주발형태이고 그 상, 하면은 평행이며 원추형면에 맞닿아 있다. 스프링 와셔(90a)의 오목한면은 원형의 외측원추면(92)에서 바깥주위에 맞닿아 있다.

스프링 와셔(90a)를 통과하는 중앙의 구멍 또는 통로는 스프링의 볼록한 면이 있는 구멍면의 맞물린지점에 내측원주단 일부를 규정짓는다. 스프링와셔(90a)에서 마주보는 원호모양의 내측 원주단(94)은 나사가 있는 스템면(46)의 원지름보다 약간크다. 또한 스프링 와셔는 양쪽의 반듯한 단면(98)과 함께 내측으로 팽창한 부분(96)을 갖고 있다. 스프링 와셔의 반듯한 단면(98)사이 거리는 스템의 판판한 면(44) 사이 거리보다 약간크다.

전술한 사실을 토대로 하여 볼때 나사가 난 스템부분(42)과 스프링 와셔안에 통로구멍은 스템과 스프링와셔 사이의 상대적인 회전을 방지하기 위하여 만들어져 있음을 알 수 있다. 제3도에서 확실히 보여주듯 외측원주면(92)으로부터 반듯한 단면(98)의 거리는 외측원주면(92)과 내측 원주면(94)사이 거리보다 크다. 확장부위(96)는 축방향 변형으로 인한 새로운 스프링율 효과 때문에 반듯한 단면(98)이 내측 원주면(94)과 함께 평면으로 놓일때까지 변형함에 따라 여러가지 스프링율을 갖게한다.

스프링 와셔(90a,90b)는 서로 맞물려 있는 내측 원주면부분에 위치해 있다. 와셔(90a)의 외측원주면(92)은 패킹 누르개(58)위에 맞닿아 있으며 스프링 와셔(90b)의 외측원주면(92)은 스템부분(42)에 나사가 있는 패킹너트를(100)에 맞닿아 있다. 전술하였듯이 조립된 부품들에서 패킹너트(100)는 스프리와셔(90a,90b)를 납작하게 하고 패킹마개(58), 패킹(52)과 지지링(52)위의 제어된 축방향 힘을 조절하기 위하여 조여진다.

두부분으로 나뉘어진 핸들은 서로 조일 수 있는 핸들(012)과 스톱플레이트(104)로 이루어진다. 핸들이나 스톱플레이트이 위치가 바뀌거나 한부분의 핸들로 이루어진 것도 있다. 스톱플레이트(104)는 밸브가 잠기고 열린사이 각도 90°로 스템(C)의 회전을 제한하기 위하여 밸브몸체(B)위에 돌출부를 설치, 운용한다. 핸들(102)과 스톱플레이트(104)는 제2도에서 보여주듯 스템일부(42)의 단면형상 및 크기와 일치하는 외형크기 및 형상으로 중앙이 비어있다. 핸들(102)과 스톱플레이트(104)는 패킹너트(100)에 얹혀있다. 스템일부(42)에 접하여 나사가 나 있는 핸들너트(106)에 맞닿은 외측원주면(92)에 위치한 반면 내측 부분원주면은 핸들(102)에 맞닿는다.

패킹너트(100)와 스프링 와셔(90a,90B)는 축방향으로 압축하는 패킹(52)수단에 적용되고 스템일부(40)와 스템통로(12)의 벽에 밀봉 안쪽 원주 방향으로 팽창하는 축방향 힘을 전달한다. 스프링 와셔(90a,90b)는 각부분 특히 패킹의 과부하를 방지하고 또한 열팽창을 견디기 위한 통제된 힘을 제공한다.

스템(C)이 핸들(102)를 조작하여 회전하게되면 패킹너트(100)와 스프링 와셔(90a,90b) 역시 함께 회전한다. 패킹 누르개(58)와 같이 스프링 와셔(90a)의 외측 원주면(92)의 견고한 맞닿음은 스템통로(12)에 상대적으로 회전한다. 이 결과는 패킹 누르개(59), 스템통로(12) 및 지지링(50)사이의 상대적인 회전에 저항하는 마찰력이 스프링 와셔(90a)와 패킹마개(58) 사이의 마찰력보다 작기 때문이다.

공차와 마모는 핸들(102)과 스템일부(42) 사이 얼마간의 제한된 상대적 회전을 야기할 수도 있다. 이럴 경우 핸들(102)은 스프링 와셔(90c)에 대하여 회전할 것이고 핸들너트(106)엔 회전이 없을 것이다. 이것은 외측 원주면(92)에 핸들너트(106)에 맞물리는 반면 스프링 와셔(90c) 내측의 부분원주면(2)이 핸들(102)에 맞물리기 때문이다. 외측 원주면(92)의 반지름에서 비교되듯이 스프링 와셔(90c) 내측의 부분원주면에 대한 반지름 차로 인하여 토르크는 너트와 상대적으로 스프링 와셔(90c) 또는 핸들너트(106)를 회전하도록 하기보다는 스프링 와셔에 대하여 핸들(102)을 회전하도록 한다. 모든 스프링 와셔(90a,90b,90c)는 제작하는데 동일함을 알 수 있다.

전술한 바와 같이 모든 금속부위는 적절한 스테인레스강으로 이루어져 있다. 단지 일반적인 밸브사용에 적합하도록 설게된 본 발명의 실시예에서는 지지링(50)이 약50%의 그라피이트로 이루어진 베스펠로 만들어진데 반하여 패킹(52)은 테프론으로 이루어져 있다. 하지만 본 발명의 여러 부위는 다른 재질의 지지링과 패킹으로 대응 가능하고 일부 혹은 전금속부위는 적절한 다른 금속이나 플라스틱 재질로 대치될 수 있다. 그러한 변형 및/또는 대체를 다른 밸브에 적응하는것도 바람직하다.

본 발명의 또하나의 실시예를 제6도 및 제7도에서 볼수 있다. 같은 부품은 프라임을 갖는 숫자와 서로 동일하며 새로운 부품을 다른 숫자로 표기하였다.

여기에서 밸브몸체(B')와 밸브스템(C')은 제1패킹(60') 제2패킹(62'), 제1패킹지지링(116)과 제2패킹지지링(118)으로 이루어지는 스템패킹방법에 의하여 밸브스템통로(12')에서 밀봉된다. 이러한 본 발명의 실시예는 화재시에도 완전하게 사용하도록 설계되었다.

따라서 제1, 제2패킹(60',62')은 그라포일로, 제1, 제2지지링(116,118)은 베스펠로 만들어진다. 두 지지링(116,118)은 패킹을 상하에 각가 갈매기 형상의 면(120,122)을 갖고 있다. 갈매기 형상의 면(120,122)은 축방향으로 패킹들이 과부하가 걸리지 않고 패킹(60',62')의 반경방향 팽창을 용이하게 해준다. 제1지지링(116)에 있는 노치는 지지링(116)과 패킹 사이의 상대적인 회전 미끄럼운동을 방지하기 위형 제1패킹(60')의 끝단(72') 또는 끝면을 조여준다 제6도 및 제7도에서 기술된배치는 제1패킹(60')의 끝단면(72')의 직접적인 회전 미끄럼운동없이 여러부품들 사이 상대적인 미끄럼운동에 적합한 제어수단이 된다. 제어된 미끄럼수단으로 제1지지링(116), 패킹 누르개(58')와 스프링 와셔(90a',90b')가 있다. 밸브스템(C')을 회전하여 밸브를 조작하면 스프링(90a',90b')이 밸브스템과 함께 회전한다. 패킹 누르개(58')와 스프링 와셔(90a')의 외측원주면(92')에 꽉 맞닿음은 패킹 누르개가 제1지지링(116)위에서 회전하게 한다. 이 지지링(116)과 패킹 누르개(58') 사이에서 상대적 회전에 저항하는 마찰력이 스프링 와셔(90a')와 채킹누르개(58')하이 마찰력보다 작기 때문이다. 패킹(60',62')이 그라포일로 만들어진 곳에서 패킹지지링(116)이 패킹에 대하여 회전하지 않음은 중요한 사실이다.

만일 그러한 회전이 발생한다면 결과적으로 마찰에 의하여 맞닿음은 패킹에 해를 끼쳐 밀봉효과와 수명을 실질적으로 약화시킬 것이다. 따라서 스프링 와셔(90a',90b')가 패킹너트(100')와 함게 축방향 힘을 가할지라도 패킹(60',62')은 패킹지지링(116)과의 사이에 제어된 미끄럼 조작을 위한 패킹지지링에 대하여 고정되어 있다.

이미 전술한 바와 같이 본 발명은 두가지 실시예를 기술하였다. 타인이 이 명세서를 읽고 이해하여 변경 및 수정을 할 수 있으나 첨부된 특허청구범위나 동등범위안에 있는 한 그러한 모든 변경과 수정사항은 본 발명에 포함된다.

Claims (16)

1. 밸브스템을 회전가능하게 수용하는 스템통로를 갖는 밸브몸체 ; 스템통로를 통과하는 유체의 누출에 대하여 상기 통로를 밀봉하기 위한 통로내 상기 스템을 둘러싸고 있는 패킹수단, 상기 패킹수단은 제1패킹부재와 제2패킹부재를 포함하며 상기 제1패킹부재는 상기 제2패킹부재와 포개져 미끄럼 압착을 하고 ; 상기 통로 및 스템과 함게 밀봉압착하도록 상기 패킹수단을 반경방향으로 채창시키기 위하여 축방향 힘을 반경방향으로 변환시키는 수단, 상기 패킹수단에 축방향 힘을 전달하기 위하여 상기 스템과 협력하는 힘적용수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
2. 제1항에 있어서, 상기 패킹수단은 상기 패킹수단과 맞닿아 있는 패킹지지링을 포함하고 패킹 누르개는 상기 힘 적용수단과 상기 링사이에 끼워져 있으며 상기 누르개는 상기 스템 및 힘적용수단과 함께 상기몸체에 상대적으로 회전가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 밸브패킹수단.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1패킹부재는 제1미끄럼면을 포함하고 상기 제2패킹주재는 제2미끄럼면을 포함하며 상기 제1, 제2미끄럼면을 상기 힘적용 수단과 함께 적어도 부분적으로 축방향 정렬에서 벗어나 있음을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1패킹부재는 끝단면, 반경방향의 제1외측면 및 반경방향의 제2외측면을 갖는 절두원추형 고리패킹으로 이루어지고, 상기 제2측면에 대하여 경사진 제1측면을 한정하기 위하여 상기 제1측면은 제2측면은 상기 끝단을 향한 상기 끝단면에 연결되었고, 상기 제2패킹부재는 반경방향 힘을 축방향힘으로 전환 및 미끄럼접촉을 위하여 상기 제1측면과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2패킹부재는 끝단면, 반경방향 제1측면 및 반경방향 제2측면을 갖는 원통형 고리 패킹으로 구성되어 있으며, 상기 제1측면은 상기 제1패킹부재의 상기 제1측면에 미끄럼 접촉쌍을 이루도록 상기 제2끝단면의 상기 끝단을 향한 상기 끝단면에 연결된 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1패킹부재의 상기 끝단면은 상기 패킹지지링과 맞닿는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
7. 제5항에 있어서, 사익 제2패킹부재의 상기 끝단면은 사익 패킹지지링과 맞닿는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
8. 제5항에 있어서, 상기 제1패킹부재 및 상기 제2패킹부재는 통상 축방향으로 서로 같은 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
9. 제5항에 있어서, 상기 제1패킹부재의 상기 반경방향 제2내측면이 상기 스템과 맞닿아 있고 상기 제2패킹부재의 상기 반경방향 제2외측면은 상기 통로에 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
10. 제1항에 있어서, 상기 패킹수단은 상기 패킹부재의 축방향 양측 끝단에 마주있는 제1 및 제2지지링을 포함하고, 상기 제1지지링은 상기 패킹부재와 상기 제1링사이 상대적인 미끄럼 회전운동을 막기 위하여 조임수단을 갖고 있으며 상기 힘적용수단에 인접하고 있는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2패킹부재는 유연한 탄소질의 재료로 이루어져 있고, 상기 지지링은 폴리이미드 플라스틱 재질로 이루어져 있으며, 상기 지지링은 상기 패킹부재와 맞닿아 있는 갈매기 형상의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
12. 제11항에 있어서, 상기 지지링은 상기 제2패킹부재와 상기 제1지지링 사이의 상대적인 미끄럼 회전운동을 막기 위하여 갈매기 형상의 면에 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
13. 스템통로와 스템통로내에 수용된 밸브스템 ; 상기 스템 주위에 내측원주면을 갖는 하부패킹부재와 상기 내측원추형 표면과 미끄럼접촉을 도와주고 상기 스템과 사기 통로에 밀봉접촉을 시키기 위하여 상기 패킹에 분포된 축방향 힘에 의하여 원주방향 내, 외측으로 변형되도록 외측원추형 표면을 갖는 상부 패킹부재로 이루어지는 밸브스템패킹 ; 및 축방향 힘을 상기 패킹에 분산시키기 위하여 상기 스템과 협력하는 힘 적용수단으로 구성되어 많은 회수의 밸브작동후에도 패킹너트의 조정이 필요없이 오랜 스템밀봉 수명을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹 배치.
14. 제13항에 있어서, 패킹지지링은 상기 패킹과 맞닿아 있고 패킹 누르개는 상기 패킹에 축방향 힘을 전달하기 위하여 상기 힘 적용수단과 상기 링 사이에 기워져 있음을 특징으로 하는 스템패킹 배치.
15. 밸브스템을 회전가능하게 수용하는 스템통로를 갖는 밸브몸체 ; 스템통로를 통과하는 유체 누출에 대하여 상기 통로를 밀봉하기 위한 상기 통로내에 상기 스템을 둘러싸고 있는 패킹 어셈블리, 상기 어셈블리는 제1 및 제2상호 미끄럼면 각각을 갖고 제1패킹부재 및 짝을 이루는 제2패킹부재를 포함하며, 상기 미끄럼면은 상기 패킹부재의 축방향 폭보다 크게 되어있으며 상기 패킹 어셈블리에 분포된 축방향 힘을 상기 어셈불리의 반경방향의 확대 변형으로 변환시키기 위하여 상기 스템통로 및 상기 밸브스템과의 평행정렬과는 위배되게 배치되었고 ; 상기 패킹 어셈블리에 축방향 힘을 전하기 위하여 상기 스템을 돕는 힘적용적수단 및 개, 폐위치 사이 밸브를 움직이기 위하여 상기 몸체에 상대적으로 회전할 수 있는 상기 스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브스템패킹.
16. 제15항에 있어서, 상기 패킹주재들은 상기 미끄럼면의 축방향 범위 이상의 반경방향으로 팽창변형을 분배함을 특징으로 하는 밸브스템패킹.

Images