KR102181092B1

KR102181092B1 - 밸브의 누설 차단장치

Info

Publication number: KR102181092B1
Application number: KR1020200034634A
Authority: KR
Inventors: 고기창
Original assignee: 고기창
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-11-20
Also published as: US11754198B2; CN115298467A; US20230175609A1; CN115298467B; WO2021187692A1

Abstract

본 발명은 밸브의 누설 차단장치에 관한 것으로, 특히 유로(11)를 통과하는 유체가 상기 밸브 스템 하부(21)의 외주면과 하부 안내구멍(31) 사이의 틈새를 통하여 보닛(30)의 보어(32) 안으로 유입되는 경우, 피스톤 부재(50)의 하단 수압면(S2)에 작용하는 누설 유체의 압력(P1)에 의해 피스톤 부재(50)의 상단 소경부(53)가 상승하여 씰링 오일 챔버(45) 내의 오일의 압력(P2)을 누설 유체의 압력(P1)보다 높은 압력으로 가압함으로써 유체의 누설을 차단하게 된다.

Description

밸브의 누설 차단장치{A leakage shut-off device of a fluid control valve}

본 발명은 밸브의 누설 차단장치에 관한 것으로, 특히 관로를 유동하는 유체가 밸브 스템의 외주면 틈새를 통하여 누설되는 것을 차단하는 장치에 관한 것이다.

유체가 흐르는 관에는 유체의 흐름을 제어하거나 유량을 제어하기 위한 유체 제어 밸브가 설치되어 사용된다. 이러한 밸브로서는 예를 들면 게이트 밸브, 글로브 밸브, 볼 밸브, 버터플라이 밸브, 앵글 밸브 등이 있다.

그 중 아래 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 글로브 밸브에 대한 예가 개시되어 있다. 특허문헌 1 내지 특허문헌 2에 개시된 종래의 밸브는, 밸브 스템의 외주면 틈새로 유체(배관을 통과하는 공정 유체)가 누설되는 것을 차단하기 위한 패킹장치를 구비하고 있다. 상기한 특허문헌 1 내지 2에 개시된 종래의 패킹장치들은 글랜드 패킹 등과 같은 씰링 부재를 사용하고, 씰링 부재와 밸브 부재 사이의 마찰접촉을 위해 씰링 부재를 일정한 가압 수단(예, 글랜드)으로 가압하여 변형시키는 구조로 되어 있다.

일 예로 특허문헌 1에 개시된 종래의 패킹 장치는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 밸브 하우징(12)에서 외측으로 돌출하는 밸브 스템(18)이 패킹 박스(22)의 내부공간을 관통하도록 설치되고, 이 패킹 박스(22) 내부에 배치된 밸브 스템(18)의 외주에, 테프론 또는 그래파이트 재질로 만든 복수의 글랜드 패킹(24)을 서로 적층되게 끼워 조립한 후, 상기 복수의 글랜드 패킹(24)을 상측에서 패킹 가압부재(26)로 가압하여, 가압된 글랜드 패킹(24)이 반경방향 내측과 외측으로 확장 전개되면서 내/외측 가장자리가 각각 밸브 스템의 외주면과 패킹 박스의 내부공간 내벽에 밀착하면서 씰링하는 구조를 가진다.

이러한 구조의 패킹 시스템에서는 씰링 부재인 글랜드 패킹(24)의 반경방향 양쪽 가장자리가 밸브 스템(24)의 외주면과 패킹 박스의 내벽에 압착하므로, 밸브 스템이 회전하거나 상하로 이동하는 동작을 반복하게 되면, 씰링을 위해 압착하는 부분에서 마찰에 의한 마모가 발생하게 되고, 압착하는 부분에서 마모가 발생하면 마모된 부분을 통하여 유체가 누설되는 문제가 발생한다. 이러한 유체의 누설이 발생하면 마모된 부품을 교체하기 위하여 공정을 중단하여야 하는 문제점이 있다.

또한, 글랜드 패킹(24)을 눌러주는 압력의 변화에 따라, 글랜드 패킹이 씰링을 위하여 밀착하는 부분에서 밀착력이 변화하여, 안정적인 씰링을 유지하기 어려운 단점이 있다.

KR20-0395564 Y1

KR

10-1197372

B1

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 기계적인 마찰접촉에 의한 씰링 부재를 사용하지 않고 유체의 누설을 효과적으로 차단할 수 있고, 구조가 간단하여 설치 또는 수리작업 및 사용이 편리하며, 내구성이 우수한 밸브 누설 차단장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 밸브 스템의 외주면을 따라 유체의 누설을 차단하는 밸브 누설 차단장치로서,

상기 밸브 스템을 중심축방향으로 통과시켜 밸브 스템 하부를 안내하는 하부 안내구멍과, 상기 하부 안내구멍의 상측에 동축으로 구비되고, 상기 하부 안내구멍보다 상대적으로 큰 직경의 보어를 구비한 보닛;

상기 보닛의 보어의 상단을 폐쇄하고, 상기 보닛의 보어를 통과하여 연장된 밸브 스템 상부를 중심축방향으로 통과시켜 지지하는 상부 안내구멍과, 상기 상부 안내 구멍의 하측에, 상기 보닛의 보어의 내경보다 작고 상기 상부 안내구멍의 내경 보다는 큰 내경을 가지고, 내부에는 가압된 오일이 채워지는 씰링 오일 챔버를 가진 상부 커버; 및

상기 보닛의 보어 안에 슬라이드 이동가능하게 설치되고, 중심축방향의 중앙 관통구멍에 상기 밸브 스템이 관통하도록 끼워지고, 저면에는 상기 밸브 스템의 외주면과 상기 중앙 관통구멍의 내주면 사이의 틈새를 통하여 유동하는 누설 유체의 압력이 작용하는 상대적으로 큰 단면적의 하단 수압면이 형성된 대경부와, 상기 대경부의 상단면에서 동축방향으로 상기 커버의 씰링 오일 챔버안으로 연장되고 상기 대경부의 하단 수압면보다 상대적으로 작은 단면적을 가지는 소경부를 포함한 피스톤 부재;를 포함하는 것에 특징이 있다.

상기 상부 커버는 상기 보닛의 보어 상단에 끼워져 결합되고, 중심축방향으로 상기 씰링 오일 챔버가 연장되어 씰링 오일 챔버 하부를 구성할 수 있다.

상기 씰링 오일 챔버에는 주입구를 통하여 내부 공간에 씰링용 오일을 유입하고, 상기 주입구의 입구를 마개 부재로 밀폐하여 씰링 오일 챔버를 씰링용 오일로 채워 넣도록 되어 있다.

상기 피스톤 부재의 중앙 관통구멍의 내벽과, 상기 피스톤 부재의 대경부의 외주면과, 상기 상부 커버의 상부 안내구멍의 내벽에 각각 원주방향을 따라 유체 누설 차단용 오링이 설치될 수 있다.

밸브를 개방위치로 전환하여 밸브의 내부 유로를 개방하였을 때, 유로를 통과하는 유체의 일부가 상기 밸브 스템 하부의 외주면과 하부 안내구멍 사이의 틈새를 통하여 누설되는 경우, 그 누설 유체는 보닛의 보어 안으로 유입되어 피스톤 부재의 하단 수압면에 작용하게 되고, 이 누설 유체의 압력에 의해 피스톤 부재의 상단 소경부가 상승하여 상기 씰링 오일 챔버 내의 오일의 압력을 누설 유체의 압력보다 높은 압력으로 상승시키게 된다. 이에 따라, 유로에서 누설되는 유체는 상대적으로 압력이 높은 씰링챔버의 액상의 오일을 통과할 수 없기 때문에 유체 누설을 차단할 수 있게 된다.

상기한 본 발명의 밸브 누설차단장치에 의하면, 밸브 스템 주위를 통하여 누설되는 오일을 그 누설 오일의 압력에 의해 보닛 내의 피스톤 부재가 오일 씨일 챔버 내부에 충진된 액체(오일)을 가압하여 압력을 유로를 통과하는 유체의 압력보다 높여 줌으로써 누설 유체가 씰링 오일 챔버의 높은 압력의 오일을 통과하지 못하므로 기계적인 글랜드 패킹과 같은 기계적인 마찰에 의한 차단부재를 사용하지 않고서도 간단한 구조로써 밸브 스템 주위를 통한 유체의 누설을 효과적으로 차단할 수 있다.

또한, 글랜드 패킹을 확장(팽창)시키기 위하여 글랜드를 보울트로 조여 가압하는 힘이 시간이 경과함에 따라 약화되고 글랜드 패킹의 밀폐력이 약화됨으로써 누설차단효과가 감쇠하는 종래의 글랜드 패킹에 비하여, 본 발명의 누설 차단장치는 시간 경과에 따른 밀폐력 약화의 현상이 없어 내구성이 우수하다.

도 1은 글랜드 패킹 장치가 설치된 글로브 밸브의 결합단면도이다.
도 2는 도 1의 글랜드 패킹 장치가 설치된 'A'부의 확대 상세도이다.
도 3은 본 발명의 누설 차단장치가 설치된 글로브 밸브의 길이방향 단면도이다.
도 4는 도 3의 'B'부의 확대 상세도로서, 본 발명의 누설 차단장치의 피스톤 부재가 씰링 오일 챔버의 씰링 오일을 가압하기 전 상태의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 누설 차단장치의 피스톤 부재가 보어 내에서 상승하여 실링 오일 챔버의 씰링 오일을 가압한 상태의 글로브 밸브의 길이방향 단면도이다.
도 6은 도 5의 'C'부의 확대 상세도이다.

이하, 본 발명에 따른 밸브 누설장치의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다. 본 실시예에서는 글로브 밸브에 대하여 설명하지만 본 발명은 글로브 밸브에 한정되지 않고 다른 종류의 밸브에도 적용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 밸브 조립체는, 유로(11)와 밸브 시트(12)가 구비된 밸브 몸체(10), 상기 밸브 몸체(10)의 밸브 시트(12)에 안착하거나 또는 분리되면서 상기 유로(11)를 개폐하는 밸브 디스크(15), 하단에 상기 밸브 디스크(15)를 연결하여 밸브 디스크(15)를 개방위치 또는 폐쇄위치로 이동시키고, 상단에는 핸들(16)을 구비한 밸브 스템(20), 상기 밸브 스템(20)를 둘러싼 상태로 상기 밸브 몸체(10)의 상면에 보울트(13)로 결합되는 보닛(30), 상기 보닛(30)의 상면에 보울트(41)로 체결되는 상부 커버(40)를 포함한다.

도 3 및 도 4에 상세히 도시된 바와 같이, 상기 보닛(30)은 상기 밸브 스템(20)을 중심축방향으로 통과시켜 밸브 스템 하부(21)를 안내하는 하부 안내구멍(31)과, 상기 하부 안내구멍(31)의 상측에 동축으로 구비되고, 상기 하부 안내구멍(31)보다 상대적으로 큰 직경의 보어(32)를 구비한다.

그리고, 상기 상부 커버(40)는 상기 보닛의 보어(32)를 통과하여 연장된 밸브 스템 상부(22)를 중심축방향으로 통과시켜 지지하는 상부 안내구멍(42)과, 상기 상부 안내 구멍(42)의 하측에, 상기 보닛(30)의 보어(32)의 내경 보다 작고 상기 상부 안내구멍(42)의 내경 보다는 큰 내경을 가지고, 내부에는 가압된 씰링용 오일(L)이 채워지는 씰링 오일 챔버(45)를 구비한다.

상기 상부 커버(40)는 상기 보닛(30)의 보어(32)안에 슬라이드 삽입되게 저면에서 연장된 슬리브(43)를 구비한다.

상기 씰링 오일 챔버(45)의 내부 공간에 씰링용 오일(L)를 채워 넣기 위한 주입구(46)를 구비하고, 상기 주입구(46)의 입구는 마개 부재(47)로 밀폐된다.

상기 보닛(30)의 보어(32) 안에는 피스톤 부재(50)가 슬라이드 이동가능하게 설치된다. 상기 피스톤 부재(50)는 상기 밸브 스템(20)이 관통하도록 끼워지는 중앙 관통구멍(51)이 구비된다. 상기 피스톤 부재(50)는 저면에 상대적으로 큰 단면적의 하단 수압면(S1)이 형성된 대경부(52)를 구비한다. 대경부(52)의 하단 수압면(S1)에는 상기 밸브 스템(20)의 외주면과 상기 중앙 관통구멍(51)의 내주면 사이의 틈새를 통하여 누설되는 유체의 압력(P)이 작용한다.

상기 피스톤 부재(50)의 상부에는 상기 대경부(52)의 하단 수압면(S1)보다 상대적으로 작은 단면적의 상단 수압면(S2)을 가지는 소경부(53)를 구비한다. 상기 피스톤 부재(50)가 도 4에 도시된 바와 같이, 보닛(30)의 보어(32)에 설치된 상태에서 상기 소경부(53)는 상기 커버(40)의 슬리브(43) 내부의 씰링 오일 챔버(45)안에 슬라이드 이동가능하게 삽입된다.

그리고, 상기 피스톤 부재(50)의 중앙 관통구멍(51)의 내벽과, 상기 피스톤 부재(50)의 대경부(52)의 외주면과, 상기 상부 커버(40)의 상부 안내구멍(42)의 내벽에 각각 원주방향을 따라 오링(O)이 설치되어 오일 누설을 차단하도록 되어 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 유로(11)를 통과하는 유체가 상기 밸브 스템 하부(21)의 외주면과 하부 안내구멍(31) 사이의 틈새를 통하여(도 5의 백색 굵은 화살표 방향으로) 누설되는 경우, 그 누설 유체는 보닛(30)의 보어(32) 안으로 유입되어, 피스톤 부재(50)의 하단 수압면(S1)에 소정의 압력(P1)으로 작용한다.

상기 누설 유체에 의한 압력(P1)에 의해 상기 피스톤 부재(50)는 상승하고, 이에 따라 피스톤 부재(50)의 상단 소경부(53)가 상승하여 상기 씰링 오일 챔버(45) 내의 액체의 압력을 누설 유체의 압력보다 높은 압력(P2)으로 가압한다. 이에 따라 누설되는 유체의 압력(P1)은 씰링 오일 챔버(45)내의 가압된 오일의 압력(P2)보다 낮으므로, 유체는 씰링 오일 챔버(45)내로 유입할 수 없어 오일 누설이 차단된다.

10: 밸브 몸체 11: 유로
12: 밸브 시트 13: 보울트
15: 밸브 디스크 16: 핸들
20: 밸브 스템 21: 밸브 스템 하부
22: 밸브 스템 상부 30: 보닛
31: 하부 안내구멍 32: 보어
41: 보울트 40: 상부 커버
42: 상부 안내구멍 43: 슬리브
46: 주입구 47: 마개 부재
45: 씰링 오일 챔버 50: 피스톤 부재
51: 중앙 관통구멍 52: 대경부
53: 소경부 S1: 하단 수압면
S2: 상단 수압면 L: 씰링용 오일
O: 오링 P1: 유체 압력
P2: 씰링 오일 압력

Claims

밸브 스템(20)의 외주면을 따라 유체의 누설을 차단하는 밸브 누설 차단장치로서,
상기 밸브 스템(20)을 중심축방향으로 통과시켜 밸브 스템 하부(21)를 안내하는 하부 안내구멍(31)과, 상기 하부 안내구멍(31)의 상측에 동축으로 구비되고, 상기 하부 안내구멍(31)보다 상대적으로 큰 직경의 보어(32)를 구비한 보닛(30);
상기 보닛(30)의 보어(32)의 상단에 결합되고, 상기 보닛(30)의 보어(32)를 통과하여 연장된 밸브 스템 상부(22)를 중심축방향으로 통과시켜 지지하는 상부 안내구멍(42)과, 상기 상부 안내 구멍(42)의 하측에, 상기 보닛(30)의 보어(32)의 내경보다 작고 상기 상부 안내구멍(42)의 내경 보다는 큰 내경을 가지고, 내부에는 가압된 씰링용 오일(L)이 채워지는 씰링 오일 챔버(45)를 가진 상부 커버(40); 및
상기 보닛의 보어(32) 안에 슬라이드 이동가능하게 설치되고, 중심축방향의 중앙 관통구멍(51)에 상기 밸브 스템(20)이 관통하도록 끼워지고, 저면에는 상기 밸브 스템(20)의 외주면과 상기 중앙 관통구멍(51)의 내주면 사이의 틈새를 통하여 유동하는 누설 유체의 압력(P1)이 작용하는 상대적으로 큰 단면적의 하단 수압면(S1)이 형성된 대경부(52)와, 상기 대경부(52)의 상단면에서 동축방향으로 씰링 오일 챔버(454)안으로 연장되고 상기 대경부(52)의 하단 수압면(S1)보다 상대적으로 작은 단면적의 상단 수압면(S2)을 가지는 소경부(53)를 포함한 피스톤 부재(50);를 포함하는, 밸브 누설 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 씰링 오일 챔버(45)는 내부 공간에 씰링용 오일(L)을 유입하기 위한 주입구(46)를 구비하고, 상기 주입구(46)의 입구는 마개 부재(47)로 밀폐되는 것을 특징으로 하는 밸브 누설 차단장치.
제1항에 있어서,
유로를 통과하는 유체가 상기 밸브 스템 하부(21)의 외주면과 하부 안내구멍(31) 사이의 틈새를 통하여 누설되어 보닛(30)의 보어(32) 안으로 유입되는 경우, 상기 피스톤 부재(50)의 하단 수압면(S2)에 작용하는 누설 유체의 압력(P1)에 의해 상기 피스톤 부재(50)의 상단 소경부(53)가 상승하여 상기 씰링 오일 챔버(45) 내의 오일의 압력(P2)을 누설 유체의 압력(P1)보다 높은 압력으로 가압함으로써 유체의 누설을 차단시키는 것을 특징으로 하는 밸브 누설 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 상부 커버(40)는 상기 보닛의 보어(32) 상단에 끼워져 결합되고, 중심축방향으로 상기 씰링 오일 챔버(45)가 연장되어 씰링 오일 챔버(45)의 하부를 구성하는 슬리브(43)를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 누설 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 피스톤 부재(50)의 중앙 관통구멍(51)의 내벽과, 상기 피스톤 부재(50)의 대경부(52)의 외주면과, 상기 상부 커버(40)의 상부 안내구멍(42)의 내벽에 각각 원주방향을 따라 오링(O)이 설치된 것을 특징으로 하는 밸브 누설 차단장치.