KR101299986B1 - 개량된 역지밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역지밸브의 디스크가 결합된 샤프트에 연결되는 엑츄에이터 혹은 댐핑장치를 연결하는 양 플랜지가 충격에 의해 체결력이 손상되지 않도록 서로 맞댄 양 플랜지의 접속표면을 키와 키홈을 통해 연결하고, 양 플랜지의 체결공에 볼트와 너트로 체결함으로써 플랜지의 체결력이 약화되거나 볼트가 부러지거나 볼트와 너트가 이완되지 않도록 견고한 체결력을 확보하고, 디스크의 배면에 작용하는 역유압의 전단력에 대해 디스크를 지지하는 샤프트의 지지력을 강화함으로써 신뢰성을 크게 향상시킨 역지밸브에 관한 것이다.

Description

개량된 역지밸브{ADVANCED NONRETURN VALVE}

본 발명은 역지밸브의 디스크가 결합된 샤프트에 연결되는 엑츄에이터 혹은 댐핑장치를 연결하는 양 플랜지가 충격에 의해 체결력이 손상되지 않도록 서로 맞댄 양 플랜지의 접속표면을 키와 키홈을 통해 연결하고, 양 플랜지를 볼트와 너트로 체결함으로써 플랜지의 체결력이 약화되거나 볼트가 부러짐 혹은 볼트와 너트가 이완되지 않는 견고한 체결력을 확보하고, 디스크의 배면에 작용하는 역유압의 전단력에 대한 샤프트의 지지력을 강화함으로써 신뢰성이 크게 향상된 개량된 역지밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 수력발전소, 댐 혹은 저수지 혹은 상수도 정수장 등에 마련된 펌프장에서 유체를 특정지역으로 이송시킬 때 이송펌프에 의해 다량으로 펌핑되는 유체는 이송배관을 따라 이송된다.

펌프장에는 기본적으로 안전한 유체 펌핑을 위한 펌프와 이송배관, 서지탱크 역지밸브, 유량조절밸브, 유지 보수용 차단밸브 및 안전변 등이 필수적으로 설치되지만 이송펌프가 정전이나 기타 예상하지 못한 이유로 갑자기 정지하는 경우 역류하는 유체의 압력에 의해 배관내에 수격(water hammer)현상이 발생되면서 펌프 및 배관 혹은 기타 제반설비에 치명적인 충격이 가해지는 문제를 발생시킨다.

이러한 문제를 방지하기 위해 이송배관의 관로에 역지밸브를 설치하여 유체의 역류방지는 물론 수압과 수충격을 완충하여 배관과 각종 펌핑시설을 보호하고 있다.

역지밸브는 일 예로서는 대한민국 공개특허공보 제2000-0030247호(펌프제어 고압 버터플라이밸브)와, 본 발명자가 창안한 대한민국 등록실용신안 제20-0206590호(펌프제어밸브)를 참조해 볼 수 있다.

상기한 바와 같은 종래의 역지밸브에 따른 기능적 특징을 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 간략히 설명한다.

도 1은 역지밸브의 케이싱속에 설치된 디스크를 전면에서 바라 본 역지밸브의 요부 단면도로서, 역지밸브(10)의 주요 구성과 작용에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

역지밸브(10)는 ① 내부에 관로(12)를 개폐시키기 위한 디스크(20)와 디스크(20)가 개폐될 수 있도록 지지하면서 디스크와 함께 회동할 수 있도록 관로(12)를 가로질러 설치된 샤프트(30)를 포함하는 역지밸브 케이싱(10a)(이하, '제1구성'이라 함)과;

② 역지밸브 케이싱(10a)의 측면으로 연장된 샤프트(30)에 연결되면서 샤프트(30)에 동력을 전달하여 관로(12)에 설치된 디스크(20)를 개방시키기 위해 기어군(40b)들이 내장된 기어박스(40a)를 갖춘 엑츄에이터(이하, '제2구성'이라 함)와;

③ 상기 디스크(20)가 닫힐 때, 즉 디스크(20)의 배면에 작용하는 역유압에 의해 디스크(20)와 함께 회동하는 샤프트(30)에 저항력을 제공하여 디스크(20)가 일시에 닫히지 않도록 함으로써 수압을 완충시키는 댐핑장치(50)(이하, '제3구성'이라 함)로 구성되어 있다.

상기한 제1구성의 특징은 이송배관의 관로(12)속으로 유입되는 유체의 압력에 의해 디스크(20)가 샤프트(30)를 중심으로 개방되면서 유체가 통과하고, 유체 이송펌프(도면에는 미도시)가 정전이나 기타 예측할 수 없는 사정에 의해 정지된 경우, 디스크를 통과한 유체가 디스크를 거슬러 역류하지 못하도록 관로(12)를 폐쇄시키는 작용을 하는 구성이다.

제2구성은 디스크(20)의 개폐시키기 위해 관로(12)상에 설치된 디스크가 결합되어진 샤프트(30)에 동력을 전달하는 장치로, 전동 및 수동기능을 갖추고 있다.

제3구성은 제1구성에서 설명한 바와 같이 디스크(20)가 관로를 차단할 때 디스크(20)의 배면에 가해지는 유압에 의해 디스크가 순간적으로 급속히 닫히지 않도록 디스크(20)와 연결된 샤프트(30)에 저항력을 제공하여 디스크(20)의 닫힘동작을 억제시킴으로써 유압을 완충시키는 작용효과를 수행하는 댐핑장치(50)이다.

상기한 제1구성 내지 제3구성에 따른 보다 구체적인 구성과 그 구성들의 작용효과는 전술한 선행기술 문헌들을 참조해 볼 수 있다.

본 발명은 제1구성에 제2구성 및 제3구성을 연결하는 즉, 역지밸브(10)의 샤프트(30)에 엑츄에이터(40) 및 댐핑장치(50)를 연결하는 연결부위와 샤프트(30)에 가해지는 전단력에 대한 강성 강화를 통한 역지밸브(10)의 신뢰성 향상과 관련된다.

종래의 역지밸브(10)에 채용된 제2구성과 제1구성의 결합구조를 살펴보면, 디스크(20)가 결합된 샤프트(30)를 회전가능하게 지지하는 보스(13)가 역지밸브 케이싱(10a) 밖으로 돌출되어 있고, 보스(13)의 단부에 플랜지(31)가 마련되어 있다.

그리고, 제2구성 즉, 엑츄에이터(40)에서 출력되는 동력을 샤프트(30)로 전달하는 기어박스(40a)의 출력축을 보스(13)의 내부에 설치된 샤프트(30)와 연결하기 위해 기어박스와 보스(13)의 단부에는 각각 플랜지(41)(31)를 설치하여 양 플랜지(41)(31)를 볼트와 너트(참조번호 미표기)로 체결하여 역지밸브(10)의 케이싱(10a)에 엑츄에이터(40)를 장착한다.

한편, 제3구성 즉, 댐핑장치(50)는 제2구성인 엑츄에이터(40)의 동력을 샤프트(30)로 전달하는 기어군(40b)과 복합적으로 연동하는 구조로 설계되어 있고 기어군이 내장된 기어박스(40a)상부에 장착되어 있어 기어박스(40a)를 보스(13) 플랜지(31)에 체결하면 댐핑장치(50)도 역지밸브 케이싱(10a)에 장착된다.

그러나, 이송펌프의 구동이 정지된 경우 디스크(20)의 배면에 작용하는 유체의 전단력이 관로의 축선방향으로 작용하면서 디스크(20)가 관로의 축선방향으로 후퇴하는 힘을 받게 되면서 디스크(20)를 지지하는 샤프트(30)에 전단응력이 발생되고 더불어 디스크(20)가 샤프트(30)를 중심으로 회동할 때 샤프트(30)에 연결된 댐핑장치(50)의 완충압이 샤프트(30)에서 대립하면서 샤프트(30)에는 비틀림응력이 발생된다.

이때 디스크(20)에 가해지는 유체의 압력이 댐핑장치(50)에서 제공되는 에너지보다 크기 때문에 역유압이 샤프트(30)을 통해 댐핑장치(50)로 전달되지만 샤프트(30)에서 대립되는 힘은 역유압 에너지가 더 강하기 때문에 보스(13) 플랜지(31)에 결합된 기어박스(40a) 플랜지(41)이 회전하려는 경향이 발생된다.

그러나, 기어박스(40a)와 보스(13)의 양 플랜지(41)(31)는 볼트와 너트에 의해 체결되어 있기 때문에 기어박스(40a) 측 플랜지(41)는 실제로는 회전되지 않지만 상대적으로 역유압의 에너지가 볼트로 전달되면서 볼트가 부러지거나 볼트와 너트의 체결력이 이완되면서 양 플랜지(41)(31)가 완전히 분리되는 문제도 종종 발생한다.

한편 디스크(20)가 결합되어지는 샤프트(30)는 디스크(20)의 배면에 작용하는 유압의 전단응력이 관로(12)의 보스(13)측 입구에 집중적으로 누적되면서 그 부위가 피로해지면서 샤프트(30)가 부러지는 문제도 종종 발생된다.

샤프트(30)가 부러지는 주된 원인은 역유압이 지나치게 과도하여 샤프트(30)가 견디지 못하는 것이 직접적인 원인이고 더불어 샤프트(30)에 공존하는 역유압 에너지와 댐핑장치(50)의 완충력의 대립으로 인해 샤프트(30)에 비틀림 응력에 의한 피로가 전단력에 더해지는 점도 상당한 영향을 준다.

역지밸브(10)는 직경이 작은 배관에는 통상 사용되지 않고, 직경이 1m 이상인 대직경 배관에 주로 사용되는데, 특히 낮은 곳에서 높은 곳으로 유체를 이송시킬 때 유체 이송펌프가 예측할 수 없는 사정에 의해 구동이 정지될 경우 배관 및 펌프 및 기타 펌핑설비를 보호하기 위한 이송배관의 관로상에 설치하여 유체가 역류하지 못하도록 배관의 관로를 차단하는 것이다.

따라서, 유체 이송펌프가 정지된 경우 디스크(20)의 배면에 가해지는 역유압은 배관의 직경과 배관의 길이 및 높이에 따라 유체의 무게에 유체의 중력하중이 더해져 대단히 큰 유압이 디스크(20)의 배면에 작용하면서 디스크(20)를 지지하는 샤프트(30)가 유압을 이기지 못하고 부러지는 문제가 발생되는 것이다.

결국 디스크(20)의 배면에 작용하는 과도한 유압에 의해 샤프트(30)에 전단응력과 비틀림응력에 의해 피로해진 샤프트(30)가 유압에 의해 파단되거나 샤프트(30)와 연결된 플랜지 이음이 이완되거나 체결볼트가 부러져 댐핑장치(50)가 결합된 엑츄레이터(40)가 완전히 떨어져 나가는 심각한 문제가 발생되는 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 샤프트가 받는 전단력에 견딜 수 있도록 샤프트를 지지하는 보드의 일측단을 관로속으로 연장시켜 샤프트의 지지력을 강화하고, 디스크에서 샤프트로, 샤프트에서 댐핑장치로 전달되는 역유압 에너지에 의해 디스크가 결합된 샤프트와 엑츄에이터 및 댐핑장치의 기어의 출력축을 연결하는 양 플랜지가 분리되지 않도록 하고, 또한 양 플랜지를 체결하는 볼트가 부러지거나 너트가 이완되지 않도록 견고한 플렌지 체결을 확보함으로써 신뢰성을 크게 개선할 수 있는 역지밸브를 제공하는데 있다.

본 발명의 역지밸브에 따른 해결수단은,

유체의 흐름을 개폐시키기 위해 배관의 관로상에 설치되면서 케이싱의 관로가 개폐되어지도록 케이싱을 가로지르는 보스에 의해 회동가능하게 지지되는 디스크가 부착된 샤프트로 구성된 역지밸브 케이싱과;

내부에 기어군이 내장된 기어박스을 구비하고 상기 샤프트에 연결되는 엑츄에이터와;

상기 엑츄에이터의 출력과 상기 디스크의 배면에 작용하는 역유압을 완충시키는 댐핑장치를 통합적으로 연결된 기어박스의 출력축을 상기 보수에 플랜지 이음된 역지밸브에 있어서,

샤프트를 회동가능하게 지지하는 보스에 마련된 플랜지 혹은 기어박스의 출력축에 마련된 플랜지 중 어느 한면에는 키를 마련하고, 상대측 플랜지 표면에는 키홈을 마련하여 키홈과 키에 의해 양 플랜지를 연결한 뒤 양 플랜지를 볼트와 너트로 체결하고, 상기 보스의 일측단을 관로속으로 최대한 돌출되도록 설치하되 관로측 보스의 내경에 미끄럼 베어링을 설치함으로써 실현될 수 있다.

본 발명에 의하면, 디스크가 결합된 샤프트를 회동가능하게 지지하는 보스의 플랜지와, 상기 샤프트에 연결되어지는 엑츄에이터 및 댐핑장치의 동력을 전달하고 받는 기어군들이 내장된 기어박스의 플랜지를 연결함에 있어 양 플랜지에 각각 키와 키홈에 의해 양 플랜지를 연결하고 양 플랜지가 분리되지 않도록 볼트와 너트의 체결함으로써 키와 키홈에 의해 볼트와 너트로 전달되는 역유압 에너지를 차단하여 플랜지가 분리되거나 볼트가 부러지거나 혹은 너트가 이완되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 디스크의 배면에 작용하는 역유압에 따른 전단력에 대하여 샤프트를 지지하는 보스를 관로쪽으로 최대한 연장시킴으로써 전단력에 대한 샤프트의 강성을 크게 강화시킬 수 있는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 역지밸브의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 역지밸브를 배면에서 바라 본 요부단면로서, 플랜지 부위를 확대하여 도시한 요부 확대도 및 요부를 발췌하여 도시한 플랜지의 확대 단면도,
도 2는 종래의 역지밸브를 배면에서 바라 본 요부단면로서, 디스크가 부착된 샤프트를 지지하는 보스의 요부 확대도,
도 3은 본 발명에 따른 역지밸브를 배면에서 바라 본 요부단면도로서, 플랜지 부위를 확대하여 도시한 요부 확대도 및 요부를 발췌하여 도시한 플랜지의 확대 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 역지밸브를 배면에서 바라 본 요부단면도로서, 디스크가 부착된 샤프트를 지지하는 보스의 요부 확대도이다.

이하, 본 발명에 따른 역지밸브에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명에 따른 역지밸브를 배면에서 바라 본 요부단면로서, 플랜지 부위를 확대하여 예시한 요부 확대도 및 플랜지부위를 분해한플랜지의 분해 확대 단면도로서, 샤프트(300)가 회동될 수 있도록 샤프트300)를 지지하는 보스(113)의 단부에 마련된 플랜지(131)와, 샤프트(300)에 연결되는 디스크 개방용 엑츄에이터(400)의 구동시 동력을 샤프트(300)로 전달하기 위한 기어군(400b)이 내장된 기어박스(400a)를 보스(113)에 장착하기 위한 플랜지(141)가 마련되어 있다.

상기한 양 플랜지(131)(141)는 도 3에 도시된 바와 같이 일측 플랜지 표면에 키(141a)가 마련되어 있고, 대응하는 플랜지에는 키(141a)가 삽입된는 키홈(131b)이 마련되어 있으며, 양 플랜지(141)(131)를 서로 맞대었을 때 동축 선상에 각각의 체결공(131a)이 마련되어 있다.

각각의 체결공(131a)은 도 3에 도시된 바와 같이 볼트와 너트(참조번호 미표기)의 체결에 의해 양 플랜지(141)(131)가 긴밀히 밀착되도록 체결된다.

따라서, 본 발명에 따른 플랜지(141)(131)는 키(141a)와 키홈(131b)에 의해 서플랜지의 원주방향으로 회전할 수 없기 때문에 샤프트(300)로 전달되어지는 역유압 에너지가 볼트로 전달되지 않는다. 따라서, 볼트가 부러지거나 체결요소가 절대 이완되지 않는다.

도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명에 따른 역지밸브(100)를 배면에서 바라 본 요부단면도로서, 디스크(400)가 부착된 샤프트(300)를 지지하는 보스(113)의 요부 확대도로서, 샤프트(300)를 지지하는 보스(113)의 단부를 관로(112)쪽으로 최대한 연장함으로서 샤프트(300)에 작용하는 전단력에 대한 강성을 강화시킬 수 있다.

관로측 보스(113)의 내경에는 미끄럼 베어링(132)을 설치하여 샤프트(300)가 회동될 때, 샤프트(300)를 지지하는 베어링(받침점)의 위치를 전단력이 작용하는 작용점과 최대한 근거리에 배치함으로써 종래의 샤프트와 동일 직경이라 하더라도 전단력에 대한 샤프트(300)의 강성을 크게 강화시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디스크의 배면에 작용하는 전단력에 대한 강성을 크게 강화할 수 있고, 샤프트에 연결되는 엑츄에이터와 댐핑장치의 연결부위(플랜지)가 견고하게 체결됨으로써 역지밸브의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있는 것이다.

100: 역지밸브 112: 관로
113: 보스 131: 플랜지
131a: 체결공 131b: 키홈
132: 미끄럼 베어링 141: 플랜지
141a: 키 200: 디스크
300: 샤프트 400: 엑츄에이터

Claims (1)

1. 이송배관의 관로(112)상에 설치되어 상기 관로(112)를 따라 흐르는 유체의 흐름을 개폐시키기 위하여 보스(113)에 회동가능하게 지지되는 디스크(200)가 부착된 샤프트(300)로 구성된 역지밸브 케이싱과;
   기어군(400b)이 내장된 기어박스(400a)를 구비하고 상기 샤프트(300)에 연결되는 엑츄에이터(400)와;
   상기 엑츄에이터(400)의 출력과 상기 디스크(200)의 배면에 작용하는 역유압을 완충시키는 댐핑장치(500)와 연결된 기어박스(400a)의 출력축을 상기 보스(113)에 플랜지 이음된 역지밸브(100)에 있어서,
   기어박스(400a)를 샤프트를 회전가능하게 지지하는 보스(113)에 연결함에 있어 기어박스(400a)의 플랜지(141)와 보스의 플랜지(131)가 접하는 표면에 키(141a)와 키홈(131b)을 각각 마련하여 키(141a)와 키홈(131b)이 맞물리도록 양 플랜지(131)(141)를 볼트와 너트로 체결되어 있고 관로(112)속에 위치된 상기 샤프트(300)의 원주면을 둘러쌓도록 상기 보스(113)를 상기 관로(112)속으로 돌출되도록 연장되고, 상기 보스(113)의 내경에 상기한 샤프트를 회전가능하게 지지하는 미끄럼 베어링(132)이 마련된 것을 특징으로 하는 개량된 역지밸브.

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