KR102383952B1

KR102383952B1 - 디스크가 경사진 버터플라이밸브

Info

Publication number: KR102383952B1
Application number: KR1020200134363A
Authority: KR
Inventors: 이병순
Original assignee: 이병순
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-04-06

Abstract

본 발명은 디스크가 경사진 버터플라이밸브에 관한 것으로, 외부몸체를 이루는 몸체(3); 관로(P) 상으로 흐르는 유체의 유동을 개폐하되, 밸브 폐쇄 시 정방향 유동과 같은 순방향으로 회전하는 순방향 반경부(5-1)와, 반대의 역방향으로 회전하는 역방향 반경부(5-2)로 이루어진 디스크(5); 및 밸브 폐쇄 상태에서 상기 순방향 반경부(5-1)와 상기 역방향 반경부(5-2)의 말단과 접촉하도록 상기 몸체(3)의 내주면을 따라 돌출된 몸체시트(7);를 포함하여 이루어지며, 밸브 폐쇄 상태에서 상기 역방향 반경부(5-2)의 회전을 저지하도록, 상기 디스크(5)는 상기 몸체(3)의 축선(x)에 직교하는 동시에 상기 디스크(5)의 회전축(51)에 직교하는 선을 수선(y)이라고 할 때, 상기 디스크(5)가 상기 수선(y)에 대해 디스크 경사각(α)을 이루도록 경사져 있는 것을 특징으로 하며, 따라서 디스크의 순방향 반경부와 역방향 반경부가 회전축을 중심으로 하여 점대칭을 이루도록 형성되더라도, 디스크가 수선에 대해 예각으로 경사져 있으므로, 순방향 반경부는 밸브 개방 시 몸체시트와 크게 저항을 일으키지 않도록 하는 동시에, 역방향 반경부는 밸브 폐쇄 상태에서 정방향 유동에 대한 수밀 성능을 높일 수 있게 된다.

Description

디스크가 경사진 버터플라이밸브{Butterfly Valve Provided With Slanted Disc}

본 발명은 디스크가 경사진 버터플라이밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스크 말단면과 몸체시트 시트면의 접촉 각도를 디스크 회전축에 대해 점대칭을 이루도록 형성하면서도, 밸브 개방 시 몸체시트로 인해 디스크 순방향 반경부 말단면에 발생하는 저항은 줄이고, 밸브 폐쇄 상태에서 몸체시트의 시트면과 역방향 반경부 말단면 사이에 발생되는 수밀 성능은 크게 높일 수 있도록 한 디스크가 경사진 버터플라이밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 버터플라이밸브 특히 그 중에서도 더블디스크 버터플라이 밸브는 도 1에 도시된 더블 디스크 버터플라이밸브(공개특허 제10-2020-0083799호)에 개시된 바와 같이, 본체(110), 회전축(120), 그리고 디스크(130)를 포함하여 이루어지는 바, 디스크(130)에 의해 본체(110) 내의 관로를 폐쇄한 때, 디스크(130)의 시트(131)가 본체(110) 내주면의 고정시트(112)가 밀착됨으로써, 수밀을 이루도록 되어 있다.

그런데, 위와 같은 버터플라이밸브(101)는 고정시트(112)의 상하부분 시트면 각도나 회전축(120) 중심에서 디스크(130) 말단까지의 길이를 회전축(120) 중심에 대해 점대칭을 이루도록 배치할 경우, 시트면의 각도에 따라 디스크(130)의 개폐 회전이 불가하게 되거나, 회전이 가능하더라도 디스크(130) 상측 말단면이 밸브 개방 시 큰 저항을 발생시키거나 또는 디스크(130) 하측 말단면이 밸브 폐쇄 상태에서 수밀 성능이 크게 저하되는 문제점이 있다.

공개특허 제10-2020-0083799호

본 발명은 위와 같은 종래의 버터플라이밸브가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 디스크의 순방향 반경부와 역방향 반경부가 회전축을 중심으로 하여 점대칭을 이루도록 형성되더라도, 순방향 반경부는 밸브 개방 시 저항을 크게 일으키지 않는 동시에, 역방향 반경부는 밸브 폐쇄 상태에서 수밀 성능을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 유체 관로 상에 배치되어, 외부몸체를 이루는 몸체; 사용자의 조작에 의해 피벗 회전하도록 상기 몸체 내에 장착되며, 상기 관로 상으로 흐르는 유체의 유동을 개폐하되, 밸브 폐쇄 시 정방향 유동과 같은 순방향으로 회전하는 순방향 반경부와, 반대의 역방향으로 회전하는 역방향 반경부로 이루어진 디스크; 및 밸브 폐쇄 상태에서 상기 순방향 반경부와 상기 역방향 반경부의 말단과 접촉하도록 상기 몸체의 내주면을 따라 돌출된 몸체시트;를 포함하여 이루어지며, 밸브 폐쇄 상태에서 상기 역방향 반경부의 회전을 저지하도록, 상기 디스크는 상기 몸체의 축선에 직교하는 동시에 상기 디스크의 회전축에 직교하는 선을 수선이라고 할 때, 상기 디스크가 상기 수선에 대해 디스크 경사각을 이루도록 경사져 있는 디스크가 경사진 버터플라이밸브를 제공한다.

또한, 상기 말단면과 상기 말단면에 정합되도록 접촉하는 상기 몸체시트의 시트면은 밸브 폐쇄 상태에서 상기 시트면이 상기 말단면에 대해 쐐기작용을 일으키는 방향으로 시트 경사각만큼 경사지되, 상기 디스크의 횡단면을 이루는 평행사변형의 두 대각선 중 길이가 짧은 제1 대각선과, 상기 디스크의 디스크면이 이루는 각도를 단반경각이라고 할 때, 상기 디스크 경사각, 상기 시트 경사각, 및 상기 단반경각은 이들 중 2 개의 값이 정해진 때 나머지 1 개의 값이 φ+α=β의 관계식을 만족하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 순방향 반경부는 밸브 폐쇄 상태에서, 상기 관계식에 따라 상기 디스크 경사각 및 상기 단반경각의 합이 상기 시트 경사각보다 같거나 작을 때, 밸브 개방에 따른 상기 몸체시트와의 저항을 최소화하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 역방향 반경부는 밸브 폐쇄 상태에서, 상기 관계식에 따라 상기 디스크 경사각 및 상기 단반경각의 합이 상기 시트 경사각보다 클 때, 정방향 유동에 대한 수밀 성능을 강화하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디스크는, 중간에 배치되어, 디스크 두께를 결정하는 심부; 및 유동방향 상 상기 심부의 상류측 및 하류측의 끝면에 일체로 형성되는 한 쌍의 디스크부;를 포함하여 이루어지는 더블디스크인 것이 바람직하다.

본 발명의 디스크가 경사진 버터플라이밸브에 따르면, 디스크의 순방향 반경부와 역방향 반경부가 회전축을 중심으로 하여 점대칭을 이루도록 형성되더라도, 디스크가 수선에 대해 예각으로 경사져 있으므로, 순방향 반경부는 밸브 개방 시 몸체시트와 크게 저항을 일으키지 않도록 하는 동시에, 역방향 반경부는 밸브 폐쇄 상태에서 정방향 유동에 대한 수밀 성능을 높일 수 있게 된다.

도 1은 종래의 버터플라이밸브를 도시한 종단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버터플라이밸브를 밸브 폐쇄 상태로 도시한 개략 종단면도.
도 3은 도 2의 버터플라이밸브를 밸브 개방 상태로 도시한 개략 종단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버터플라이밸브를 밸브 폐쇄 상태로 도시한 개략 종단면도.
도 3은 도 2의 분해 사시도.
도 4는 도 2의 상단 부분을 상세 도시한 확대 단면도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스크가 경사진 버터플라이밸브를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 버터플라이밸브는 도 2 및 도 3에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 크게 몸체(3), 디스크(5), 및 몸체시트(7)를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 상기 몸체(3)는 버터플라이밸브(1)의 외부 몸체를 이루는 부분으로, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 유체가 흐르는 관로(P)와 관로(P) 사이에 설치되어 관로(P)와 함께 유체 유동로를 형성하는 바, 관로(P)의 내경(D)과 동일한 입출구경(d)을 가면서 축방향 즉, 유동방향으로 연장되어 형성된다. 또한, 몸체(3)는 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 외주면의 양단에 관로(P)와의 결합을 위한 플랜지(31)가 반경방향으로 돌출되어 형성된다.

상기 디스크(5)는 몸체(3)를 통과하는 유체의 유동을 실질적으로 단속하는 부분으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 내경(d)을 갖는 몸체(3)의 유체 유통공(33)을 가로지는 회전축(51)에 의해 유체 유통공(33) 상에 회전 가능하게 장착되는 바, 사용자의 조작 등 외력에 의해 회전축(51)을 중심으로 피벗 회전하여 유체 유통공(33)을 개폐한다.

이와 같이, 디스크(5)는 회전축(51)을 중심으로 피벗 회전하는 바, 도 2 및 도 3에 화살표(F)로 표시된 유동을 정방향 유동이라고 할 때, 밸브 폐쇄 시 이 정방향 유동(F)과 같은 방향 즉, 순방향으로 회전하는 도면 상 상반부를 순방향 반경부(5-1)라 하고, 위 정방향 유동(F)과 반대 방향 즉, 역방향으로 회전하는 도면 상 하반부를 역방향 반경부(5-2)라고 하면, 밸브 폐쇄 상태에서 디스크(5)는 몸체(3)의 축선(x)에 직교하는 동시에 디스크(5)의 회전축(51)에 직교하는 선을 수선(y)이라고 할 때, 디스크(5)가 수선(y)에 대해 디스크 경사각(α)을 이루도록 도면 상 시계방향으로 경사져 배치된다. 이는 후술하는 바와 같이, 몸체시트(7)가 순방향 반경부(5-1)의 회전은 허용하되, 역방향 반경부(5-2)의 회전은 저지할 수 있도록 한다.

또한, 순방향 반경부(5-1)와 역방향 반경부(5-2)는 도시된 것처럼 회전축(51)을 중심으로 하여 점대칭을 이루도록 되어 있는 것이 바람직한 바, 이에 따라, 순방향 반경부(5-1)와 역방향 반경부(5-2) 각각의 상하측 반경방향 말단면(55,56) 또한 회전축(51)을 중심으로 점대칭이 되며, 밸브 폐쇄 상태에서 각각의 말단면(55,56)과 접촉하는 시트면(71)도 마찬가지로 회전축(51)을 중심으로 점대칭을 이룬다.

상기 몸체시트(7)는 밸브 폐쇄 상태에서 디스크(5)와 몸체(3) 사이의 유체 밀봉을 긴밀하게 유지하는 수단으로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 디스크(5)의 순방향 반경부(5-1)와 역방향 반경부(5-2)의 말단 즉, 말단면(55,56)과 접촉하도록 몸체(3)의 내주면을 따라 반경방향으로 돌출되도록 형성되는 바, 다양한 재질로 제작될 수 있으나, 금속 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 몸체시트(7)는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 디스크(5) 말단면(55,56) 접촉하는 시트면(71)이 상술한 바와 같이, 시트 경사각(β)으로 경사지는 바, 유체가 몸체시트(7)를 통과하는 구경(d) 즉, 유체통과경은 관로(P)의 내경(D)보다 작으며, 다음과 같이 수학식 1로 표현된다.

여기에서, d는 유체통과경, D는 몸체 내경, α는 디스크 경사각, 그리고 β는 시트 경사각을 각각 나타낸다.

이와 같이, 디스크(5) 말단면(55,56)과 이 말단면(55,56)에 접촉하여 정합되는 몸체시트(7)의 시트면(71)은 밸브 폐쇄 시 시트면(71)이 말단면(55,56)에 대해 쐐기작용을 일으키는 방향으로 시트 경사각(β)만큼 경사진다. 즉, 말단면(55,56)과 시트면(71)이 몸체(3)의 축선(x)에 대해 기울어진 시트 경사각(β)은 회전축(51)을 중심으로 점대칭을 이루도록 형성된다.

이때, 디스크(5)는 도 2에 도시된 것처럼, 평행사변형의 횡단면 형상을 가지게 되며, 두 대각선(11,13) 중 길이가 짧은 제1 대각선(11)과, 디스크(5)의 디스크면이 이루는 각도를 단반경각(φ)이라고 하면, 디스크 경사각(α), 시트 경사각(β), 그리고 단반경각(φ)은 이들 중 2 개의 값이 정해진 때 나머지 하나의 값은 다음 수학식 2에 따라 얻어진다.

한편, 본 발명의 다른 실시예가 도 4에 도시된다. 이 실시예에 따른 버터플라이밸브(1)는 도 4에 도시된 것처럼, 디스크(5)가 심부(53)와 한 쌍의 디스크부(57,58)로 이루어진 더블디스크를 채용한다.

여기에서, 심부(53)는 디스크(5)의 두께를 결정하는 부분으로, 중간에 배치되며, 디스크부(57,58)는 밸브 폐쇄 시 몸체시트(7)에 밀착되어 수밀을 이루는 부분으로, 유동방향 상 심부(53)의 상류측 끝면에 디스크부(57)가, 하류측의 끝면에 디스크부(58)가 쌍을 이루도록 부착되어 일체로 형성된다.

이때, 몸체시트(7)는 도 4에 도시된 것처럼, 시트면(71,72)의 높이에 상기 디스크(5)의 길이방향으로 편차를 만들 수 있으며, 이러한 편차는 시트면(71,72)의 경계에 시트턱(75)을 발생시킨다.

이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스크가 경사진 버터플라이밸브(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 버터플라이밸브(1)에 의하면, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 디스크(5)가 폐쇄된 상태에서 정방향 유동(F)이 발생하면, 디스크(5)의 순방향 반경부(5-1)는 위 수학식 2에 따라 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)의 합이 정해질 때 시트 경사각(β)이 정해지며, 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)의 합이 시트 경사각(β)보다 같거나 작을 때, 밸브 개방에 따른 몸체시트(7)와의 저항을 최소화시키게 된다.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 평행사변형 형태의 횡단면을 갖는 디스크(5)가 폐쇄 상태에서 개방될 때, 디스크(5) 상변과 제1 대각선(11)의 교차지점을 제1 모서리(E1)라고 하고, 제2 대각선(13)의 교차지점을 제2 모서리(E2)라고 하면, 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)의 합이 시트 경사각(β)과 동일할 때, 제1 모서리(E1) 부분은 디스크(5)의 중심(O)에서 제1 모서리(E1)까지의 거리를 반경으로 하는 원을 그리면서 회전하게 되므로, 회전을 시작하는 방향(화살표 A)이 시트면(71)와 일치하게 되고, 따라서 몸체시트(7)에 대해 마찰 저항을 받지 않고 무난히 회전하게 된다. 이때, 제2 모서리(E2) 부분은 물론, 제1 및 제2 모서리(E1,E2) 중간(M1) 부분도 디스크(5)의 중심(O)에서 중간(M1)까지의 거리를 반경으로 하는 원을 그리면서 회전하게 되므로, 몸체시트(7)에 대해 마찰 저항을 받지 않고 무난히 회전한다.

따라서, 위 수학식 2에서 예컨대, 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)이 정해지고, 이들의 합이 시트 경사각(β)보다 작아지게 되면, 디스크(5) 즉, 순방향 반경부(5-1)는 폐쇄 상태에서 개방될 때 몸체시트(7)와 마찰을 일으키지 않고, 쉽게 열리게 된다. 반대로, 디스크 경사각(α)이 늘어 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)의 합이 시트 경사각(β)보다 커지면, 예컨대 제1 모서리(E1) 부분은 도 5의 점선으로 된 화살표(C) 방향으로 회전하게 되므로, 몸체시트(7)와 마찰을 일으키게 되고, 따라서 디스크(5)는 개방이 원활하게 이루어지지 않는다.

반면, 디스크(5) 폐쇄 상태에서, 정방향 유동이 발생하면, 역방향 반경부(5-2)는 위 수학식 2에 따라 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)의 합이 시트 경사각(β)과 같을 때 비로소 정방향 유동(F)에 대한 수밀 성능을 발휘하게 되며, 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)의 합이 시트 경사각(β)보다 클 때, 정방향 유동(F)에 대한 수밀 성능을 강화하게 된다.

예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 디스크(5)가 폐쇄된 상태에서 정방향 유동(F)에 의해 역방향 반경부(5-2)가 몸체시트(7)에 대해 가압될 때, 디스크(5) 하변과 제1 대각선(11)의 교차지점을 제3 모서리(E3)라고 하고, 제2 대각선(13)의 교차지점을 제4 모서리(E4)라고 하면, 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)의 합이 시트 경사각(β)과 동일할 때, 제3 모서리(E3) 부분은 디스크(5)의 중심(O)에서 제3 모서리(E3)까지의 거리를 반경으로 하는 원을 그리면서 회전하는 방향으로 힘을 받게 되므로, 회전을 시작하는 방향(화살표 D)이 시트면(71)와 일치하게 되고, 따라서 몸체시트(7)에 대해 마찰 저항을 일으키지 않게 되므로, 지수 능력이 최소화된다. 이때, 제3 및 제4 모서리(E3,E4) 중간(M2) 부분도 디스크(5)의 중심(O)에서 중간(M2)까지의 거리를 반경으로 하는 원을 그리면서 회전하게 되므로, 몸체시트(7)에 대해 마찰 저항을 일으키지 않게 되고, 따라서 지수 능력도 최소화된다.

따라서, 위 수학식 2에서 예컨대, 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)이 정해지고, 이들의 합이 시트 경사각(β)보다 커질 때, 디스크(5) 즉, 역방향 반경부(5-2)는 폐쇄 상태에서 정방향 유동(F)에 의해 가압되더라도, 몸체시트(7)와 마찰을 일으켜 수밀 성능을 발휘하게 된다. 그러나, 반대로, 디스크 경사각(α)이 줄어 디스크 경사각(α)과 단반경각(φ)의 합이 시트 경사각(β)보다 작아지게 되면, 예컨대 제3 모서리(E3) 부분은 도 6의 점선으로 된 화살표(E) 방향으로 회전하게 되므로, 몸체시트(7)와 마찰을 일으키지 않게 되고, 따라서 디스크(5)는 수밀 성능이 최소화 된다.

한편, 도 3에 도시된 다른 실시예에 따른 디스크(5)는 더블디스크로서, 한 쌍의 디스크부(57,58)를 통해 이중으로 수밀을 이루는 바, 특히, 밸브 폐쇄 상태에서 역방향 반경부(5-2) 말단에서 발생하는 누수를 이중으로 차단하게 된다. 더욱이 시트면(71,72)에 시트턱(75)이 발생할 정도로 길이방향 편차가 발생되면, 역방향 반경부(5-2) 말단에서의 수밀 성능을 증대시킬 수 있게 된다.

1 : 버터플라이밸브 3 : 몸체
5 : 디스크 5-1 : 순방향 반경부
5-2 : 역방향 반경부 7 : 몸체시트
31 : 플랜지 33 : 유통공
51 : 회전축 53 : 심부
55, 56 : 말단면 57,58 : 디스크부
71,72 : 시트면 75 : 시트턱
α : 디스크 경사각 β : 시트 경사각
φ : 단반경각 P : 관로
x : 축선 y : 수선

Claims

삭제
유체 관로(P) 상에 배치되어, 외부몸체를 이루는 몸체(3);
사용자의 조작에 의해 피벗 회전하도록 상기 몸체(3) 내에 장착되며, 상기 관로(P) 상으로 흐르는 유체의 유동을 개폐하되, 밸브 폐쇄 시 정방향 유동과 같은 순방향으로 회전하는 순방향 반경부(5-1)와, 반대의 역방향으로 회전하는 역방향 반경부(5-2)로 이루어진 디스크(5); 및
밸브 폐쇄 상태에서 상기 순방향 반경부(5-1)와 상기 역방향 반경부(5-2) 각각의 말단면(55,56)과 접촉하도록 상기 몸체(3)의 내주면을 따라 돌출된 몸체시트(7);를 포함하여 이루어지며,
밸브 폐쇄 상태에서 상기 역방향 반경부(5-2)의 회전을 저지하도록, 상기 디스크(5)는 상기 몸체(3)의 축선(x)에 직교하는 동시에 상기 디스크(5)의 회전축(51)에 직교하는 선을 수선(y)이라고 할 때, 상기 디스크(5)가 상기 수선(y)에 대해 디스크 경사각(α)을 이루도록 경사져 있으며,
상기 말단면(55,56)과 상기 말단면(55,56)에 정합되도록 접촉하는 상기 몸체시트(7)의 시트면(71)은 밸브 폐쇄 상태에서 상기 시트면(71)이 상기 말단면(55,56)에 대해 쐐기작용을 일으키는 방향으로 시트 경사각(β)만큼 경사지되,
상기 디스크(5)의 횡단면을 이루는 평행사변형의 두 대각선 중 길이가 짧은 제1 대각선(11)과, 상기 디스크(5)의 디스크면이 이루는 각도를 단반경각(φ)이라고 할 때, 상기 디스크 경사각(α), 상기 시트 경사각(β), 및 상기 단반경각(φ)은 이들 중 2 개의 값이 정해진 때 나머지 1 개의 값이
φ+α=β
의 관계식을 만족하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크가 경사진 버터플라이밸브.
청구항 2에 있어서,
상기 순방향 반경부(5-1)는 밸브 폐쇄 상태에서, 상기 관계식에 따라 상기 디스크 경사각(α) 및 상기 단반경각(φ)의 합이 상기 시트 경사각(β)보다 같거나 작을 때, 밸브 개방에 따른 상기 몸체시트(7)와의 저항을 최소화하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크가 경사진 버터플라이밸브.
청구항 2에 있어서,
상기 역방향 반경부(5-2)는 밸브 폐쇄 상태에서, 상기 관계식에 따라 상기 디스크 경사각(α) 및 상기 단반경각(φ)의 합이 상기 시트 경사각(β)보다 클 때, 정방향 유동(F)에 대한 수밀 성능을 강화하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크가 경사진 버터플라이밸브.
청구항 2에 있어서,
상기 디스크(5)는,
중간에 배치되어, 디스크 두께를 결정하는 심부(53); 및
유동방향 상 상기 심부(53)의 상류측 및 하류측의 끝면에 일체로 형성되는 한 쌍의 디스크부(57,58);를 포함하여 이루어지는 더블디스크인 것을 특징으로 하는 디스크가 경사진 버터플라이밸브.