KR200257281Y1 - 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 버터플라이 밸브(Butterfly Valve)의 캐비테이션 방지장치에 관한 것으로, 특히 밸브가 작은 각도로 개방될 때 디스크 부분의 유속이 증가함에 따라 디스크 후면으로 발생되는 캐비테이션 현상을 방지하여, 이 캐비테이션 현상에 따른 관로의 진동 및 소음 유발 방지는 물론 디스크나 밸브 몸체의 괴식(壞蝕)을 억제할 수 있도록 한 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치를 제공하기 위함이다.

본 고안은 관로가 연결 설치되는 본체(1)내에 디스크(2)가 개방 조작 가능하게 구비된 통상의 버터플라이 밸브에 있어서: 유체가 유입되는 방향의 디스크(2) 전면 상측부 가장자리를 따라 적정간격을 두고 고정 설치된 다수의 리브들(12)과, 이 리브들(12)에 외측부 일부만 덮히는 형태로 부착 설치되는 원호형 유도판(18) 및 원호형 유도판(18)의 부착에 의해 각 리브들(12) 사이로 형성되어 유체의 흐름을 분산 유도하기 위한 다수의 통로(16)로 이루어진 상부 캐비테이션 방지수단(10) 및; 유체가 유입되는 방향의 상기 디스크(2) 배면 하측부 가장자리를 따라 적정 간격을 두고 고정 설치된 다수의 리브들(26)과, 이 리브들(26)의 상부에 부착 설치됨과 동시에 다수의 통공(22)을 가지며, 하단 입구부위를 기준으로 상단 배출구 부위가 더 넓어지게 소정의 경사각(θ)을 갖도록 확개 형성된 활형 다공 유도판(24) 및 이 활형 다공 유도판(24)의 부착에 의해 각 리브들(26) 사이로 형성되어 유체의 흐름을 디스크(2)의 배면으로 폭 넓게 분산 유도 및 확산하기 위한 다수의 통로(16)로 이루어진 하부 캐비테이션 방지수단(20)으로 구성된다.

Description

버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치{Anti cavitation apparatus of buttetrfly valve}

본 고안은 버터플라이 밸브(Butterfly Valve)의 캐비테이션 방지장치에 관한 것으로, 특히 밸브가 작은 각도로 개방될 때 디스크 부분의 유속이 증가함에 따라 디스크 후면으로 발생되는 캐비테이션 현상을 방지하여, 이 캐비테이션 현상에 따른 관로의 진동 및 소음 유발 방지는 물론 디스크나 밸브 몸체의 괴식(壞蝕)을 억제할 수 있도록 한 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 버터플라이 밸브는 주로 상수도, 하수도, 건물 등에 많이 사용되는 바, 이는 유량제어를 위해 닫힌 상태의 밸브를 저개도로 조정하여야 하는데, 이 때 디스크 부분에서 유속이 급속히 증가함으로 인하여 특히 밸브 내의 디스크 후면의 압력이 증기압보다 아래로 내려가고, 이 때 유체 내에 포함되어 있던 공기가 기포로 변하게 되는 캐비테이션(공동화 현상, cavitation)현상이 발생하며, 이 기포로 인하여 관로의 소음 및 진동이 발생할 뿐 아니라 디스크 및 본체가 괴식 파손되는 문제로 인해 내구성이 매우 현저히 저하되는 것이다.

도1은 캐비테이션 방지장치가 구비되어 있지 통상의 버터플라이 밸브에서 디스크를 저개도 상태로 운전할 때 발생되는 캐비테이션 현상을 설명하기 위한 그래프로서, 이에 표현된 바와 같이 통상의 버터플라이 밸브는 저개도 운전시 유속(V)이 증가하면서 수압(PP)이 감소되고, 유속(V)의 급속한 증가에 의해 수압(P)이 순간적으로 증기압(Pva)이하로 감소되며, 이 때문에 물속에서 기포가 발생하게 되는것이다.

따라서, 밸브가 작은 각도(0도∼30도)로 개방되는 저개도(低開度) 운전시 디스크 후면으로 유속의 흐름을 분산 유도하여 이 부분에서의 유속을 저하시킴과 동시에 압력의 저하를 최대한 방지하여 캐비테이션 현상이 발생되지 않도록 하는 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 고안한 것으로, 본 고안의 목적은 버터플라이 밸브의 디스크의 상, 하측부에 유체의 흐름을 디스크의 후면으로 유도 분산 및 확산(diffuse)시키는 캐비테이션 방지수단을 설치하여 디스크 부위를 지나는 유체의 유속을 현저히 떨어뜨림과 동시에 유체가 밸브 내부 통로를 안정적으로 흐르게 하며, 특히 하측부의 유체흐름을 디스크 배면부 까지 연장 확산시켜 디스크 후면부의 수압이 증기압 이하로 떨어지지 않도록 하여 캐비테이션의 발생을 현저하게 완화시킬 수 있도록 한 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치를 제공하기 위함이다.

도1은 통상의 버터플라이 밸브에서 디스크를 저개도 상태로 운전시 발생되는 캐비테이션 현상을 설명하기 위한 그래프.

도2는 본 고안에 따른 버터플라이 밸브의 배면도.

도3은 본 고안에 따른 버터플라이 밸브의 부분 횡단면도.

도4는 본 고안에 따른 캐비테이션 방지장치가 설치된 디스크를 발췌하여 보인 부분 측면도.

도5는 본 고안에 따른 버터플라이 밸브에 있어서 디스크가 저개도 상태에서 유체의 흐름을 보인 작동 상태 측 단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1 : 본체 2 : 디스크

10 : 상부 캐비테이션 방지수단 12 : 리브

14 : 통로 16 : 원호형 유도판

20 : 하부 캐비테이션 방지수단 22 : 통공

24 : 활형 다공 유도판 26 : 리브

28 : 통로

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치의 기술적 특징은, 관로가 연결 설치되는 본체 내에 디스크가 개방 조작 가능하게 구비된 통상의 버터플라이 밸브에 있어서: 유체가 유입되는 방향의 디스크 전면 상측부 가장자리를 따라 적정간격을 두고 고정 설치된 다수의 리브들과, 이 리브들에 외측부 일부만 덮히는 형태로 부착 설치되는 원호형 유도판 및 원호형 유도판의 부착에 의해 각 리브들 사이로 형성되어 유체의 흐름을 분산 유도하기 위한 다수의 통로로 이루어진 상부 캐비테이션 방지수단 및; 유체가 유입되는 방향의 상기 디스크 배면 하측부 가장자리를 따라 적정 간격을 두고 고정 설치된 다수의 리브들과, 이 리브들의 상부에 부착 설치됨과 동시에 다수의 통공을 가지며, 하단 입구부위를 기준으로 상단 배출구 부위가 더 넓어지게 소정의 경사각(θ)을 갖도록 확개 형성된 활형 다공 유도판 및 이 활형 다공 유도판의 부착에 의해 각 리브들 사이로 형성되어 유체의 흐름을 디스크의 배면으로 폭 넓게 분산 유도 및 확산하기 위한 다수의 통로로 이루어진 하부 캐비테이션 방지수단으로 구성된 점에 있다.

또한 본 고안에 따르면 하부 캐비테이션 방지수단의 활형 다공 유도판은 하단 입구부위를 기준으로 상단 배출구 부위가 약 10∼15˚범위 내에서 더 넓어지도록 확장 형성시켜 유체의 분산 및 확산이 더욱 원활히 이루어지도록 구성함이 매우 바람직하다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2 내지 도4는 본 고안의 실시예에 따른 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치에 관한 각 도면이 도시되어 있다.

도2 내지 도4에 도시된 바와 같이, 통상의 버터플라이 밸브의 본체(1)에는 디스크(2)가 축(3)으로 축설되어 구동부(4)에 의해 회전 가능하게 결합되어 있으며, 본체(1)의 디스크(2) 전 후면 양 측면 상하로는 도시되지 않은 관로를 따라 흐르는 유체의 유속을 저하시킴과 동시에 압력의 저하 현상을 최대한으로 방지하기 위한 상, 하부 캐비테이션 방지수단(10)(20)이 각각 구비되어 있다.

상부 케비테이션 방지수단(10)은, 유체가 유입되는 방향의 디스크(2) 정면 상측부 중앙으로 가장자리를 따라 적정간격을 두고 고정 설치된 다수의 리브들(12)과, 이 리브들(12)에 외측부 일부만 덮히는 형태로 부착 설치되는 원호형 유도판(16) 및 원호형 유도판(16)의 부착에 의해 각 리브들(12) 사이로 형성되어 유체의 흐름을 분산 유도하기 위한 다수의 통로(14)로 구성된다.

하부 캐비테이션 방지수단(20)은, 유체가 유입되는 방향의 디스크(2) 배면 하측부 가장자리를 따라 적정 간격을 두고 고정 설치된 다수의 리브들(26)과, 이 리브들(26)의 상부에 부착 설치됨과 동시에 다수의 통공(22)을 가지며, 하단 입구부위를 기준으로 상단 배출구 부위가 더 넓어지게 소정의 경사각(θ)을 갖도록 확개 형성된 활형 다공 유도판(24) 및 이 활형 다공 유도판(24)의 부착에 의해 각 리브들(26) 사이로 형성되어 유체의 흐름을 디스크(2)의 배면으로 분산 유도하기 위한 다수의 통로(28)로 구성된다.

한편 하부 캐비테이션 방지수단(20)의 활형 다공 유도판(24)은, 그 경사 정도가 하단 입구부위에 대하여 상단 출구부위가 약 10∼15˚범위 내에서 더 넓어지도록 확장 형성하고, 각 리브들(26)에 의해 받침되도록 하여 디스크(2) 부위를 지나는 유체의 흐름을 배면 상측으로 보다 확실하게 골고루 분산 유도하여 디스크(2) 부위를 지나는 유속의 흐름을 현저히 저하시키도록 함과 동시에 압력의 저하를 최대한 방지하여 캐비테이션 현상을 방지하도록 구성하는 것이 매우 바람직하다.

그리고 상, 하부 캐비테이션 방지수단(10)(20)의 각 리브들(12)(26)은 버터플라이 밸브가 설치되는 관로의 길이 방향으로 배치되고, 다수개의 리브들(12)(26)은 디스크(2)의 가장자리를 따라 일정 간격을 두고 부착되며, 각 리브들(12)(26)의 상부에 부착되는 원호형 유도판(16) 및 활형 다공 유도판(24)은 리브들(12)(26)의 길이 및 부착 형태에 따라 다양한 형상을 가질 수 있으며, 각 리브들(12)(26)의 형태 및 길이 또한 필요에 따라 다양한 설계변경이 가능하다.

이와 같이 구성된 본 고안의 버터플라이 밸브에 있어서 캐비테이션 방지장치에 의한 캐비테이션이 방지되는 상태를 도5를 참조하여 설명한다.

도5에 도시된 바와 같이 본체(1)에 대하여 축(3)으로 설치된 디스크(2)를 구동부(4)로 회동 조작하여 저개도 상태로 개방하면 관로를 따라 흐르는 유체(물)는 본체(1)의 화살표 방향으로 각기 흐르게 되고, 저개도 상태의 디스크(2) 상부 및 하부로 형성된 통로를 통해 배출되어진다.

그러나 디스크(2)의 상, 하부로 형성된 통로를 지나는 유체는 디스크(2)의 전면 상측과 배면 하측으로 형성된 상, 하부 캐비테이션 방지수단(10)(20)에 의해 유체의 흐름이 제어된다.

즉, 디스크(2)의 상부측 통로로 흐르는 유체는 상측 공간은 물론 각 리브들(12)과 원호형 유도판(16)에 의해 형성된 각 통로(14)를 통해서도 가늘게 골고루 분산 유도되어 배출되는 것이며, 디스크(2)의 하부측 통로를 통해 흐르는 유체는 역시 하측 통로는 물론 각 리브들(26)과 활형 다공 유도판(24)에 의해 형성되어진 각 통로(28)를 통해서도 골고루 가늘게 분산 유도되어 배출되어지는 것이다.

특히 하부 캐비테이션 방지수단(20)에 의해 흐름이 분산 유도되는 유체는 활형 다공 유도판(24)이 리브들(26)에 의해 하단 입구부위 보다 상단 출구부위로 갈수록 더 넓어지게 확장 형성되어 있기 때문에 유체의 분산 및 확산이 도5에 도시된 바와 같이 디스크(2)의 배면 부위까지 골고루 확산 분포되어 이 부위의 캐비테이션 발생이 현저히 억제 또는 완화되는 것이다.

한편 하부 캐비테이션 방지수단(20)에서 활형 다공판(24)을 일반적으로 일직선으로 구성한 것과, 본 고안의 확장형으로 한 경우에 있어서 디스크(2)를 약 10°로 저개도시킨 상태에서 각각의 캐비티 체적과 유량 및 토르크를 비교 검토해 본 결과 아래의 표1과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

디스크 개도(45도)	직선형(일반)	확장형(본 고안)	비고
생성된 캐미티의 체적(㎥)	0.0877	0.0521	40%저감
유량(㎥/Ｓ)	4.81	4.82
토르크(Nm)	13654	13018

상기 대비와 같이 본 고안의 활형 다공 유도판(24)을 확장형으로 하는 경우 캐비티의 체적이 비 확장형에 비해 현저히 저감됨을 쉽게 알 수 있는 것이어서, 확장형의 경우가 유체의 분산 및 확산이 보다 원활하게 이루어져 캐비테이션 현상의 완화가 가능하다는 것을 알 수 있다.

따라서 본체(1)의 저개도 상태에 있는 디스크(2) 부위를 지나는 유체는 상 하부 캐비테에션 방지수단(10)(20)에 의해 유체가 각 통로(14)(28)를 통해 골고루 나누어져 분산 배출되어 지게되고, 또한 하부 케비테이션 방지수단(20)의 경사 형성된 활형 다공 유도판(24)에 의해 디스크(2)의 배면 즉 캐비테이션 발생부분까지 유체의 흐름이 골고루 분산 유도되고 확산되어져 유체의 흐름이 자연적으로 느려지게되고 동시에 캐비테이션 현상이 발생되는 부위인 디스크(2) 배면부위의 압력은 통로(26)를 통해 이 부위까지 유도되는 유체의 분산 및 확산에 의해 대기압 이하로 저하되는 것이 방지되어 종래 유체의 속도가 빠름에 따른 캐비테이션 현상이 현저하게 낮아지는 것이어서 캐비테이션 현상에 따른 관로의 진동, 소음 및 괴식이 방지되는 것이다.

한편, 본 고안에 따른 캐비테이션 방지장치는 기존에 설치된 밸브와 새로이 설치되는 밸브에 적용할 수 있으며, 디스크에 별도로 제작한 캐비테이션 방지수단을 볼트 체결, 용접 등으로 다양한 방법으로 결합 가능하고, 주물제 사용시에는 일체형으로 주조하여 제작할 수도 있음은 물론이다.

또한 본 고안에 있어서 캐비테이션 방지장치(10)(20)가 설치된 디스크(2)를 75%이상 개방 조작하더라도 실험 결과 유체의 흐름에는 전혀 지장이 없고 특히 손실의 증가도 없어 유량 제어의 폭이 그만큼 넓어지는 것이다.

이상과 같이 본 고안에 따르면, 디스크의 상, 하측부에 구비된 캐비테이션 방지수단에 의해 유체의 흐름이 골고루 분산 및 확산(diffusion)되어져 디스크 부위를 지나는 유체의 속도가 자연적으로 느려지고 동시에 특히 출구부가 경사지게 화장 형성된 하부 캐비테이션 방지수단의 통로를 통해 디스크 배면 부위까지 유체의 흐름이 유도 확산됨에 따라 이 부위의 유체 압력이 증기압 이하로 떨어지는 것이 현저히 완하되어 캐비테이션 현상에 따른 관로의 소음 및 진동 유발이 방지되고, 또한 캐비테이션에 의한 밸브와 디스크의 괴식이 억제되어 밸브의 내구성이 증대됨은 물론 종래 통상의 버터플라이 밸브에 비하여 유량제어 특성이 우수하고, 또한 유량 제어의 범위가 보다 광범위하게 되는 효과를 갖는 것이다.

비록 본 고안이 첨부된 도면을 참조하여 설명하였을 지라도 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니라 하기의 등록청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 수정 및 변경이 있을 수도 있음은 물론이다.

Claims (2)

1. 관로가 연결 설치되는 본체(1)내에 디스크(2)가 개방 조작 가능하게 구비된 통상의 버터플라이 밸브에 있어서:

   유체가 유입되는 방향의 디스크(2) 전면 상측부 가장자리를 따라 적정간격을 두고 고정 설치된 다수의 리브들(12)과, 이 리브들(12)에 외측부 일부만 덮히는 형태로 부착 설치되는 원호형 유도판(16) 및 원호형 유도판(16)의 부착에 의해 각 리브들(12) 사이로 형성되어 유체의 흐름을 분산 유도하기 위한 다수의 통로(16)로 이루어진 상부 캐비테이션 방지수단(10) 및;

   유체가 유입되는 방향의 상기 디스크(2) 배면 하측부 가장자리를 따라 적정 간격을 두고 고정 설치된 다수의 리브들(26)과, 이 리브들(26)의 상부에 부착 설치됨과 동시에 다수의 통공(22)을 가지며, 하단 입구부위를 기준으로 상단 배출구 부위가 더 넓어지게 소정의 경사각(θ)을 갖도록 확장 형성된 활형 다공 유도판(24) 및 이 활형 다공 유도판(24)의 부착에 의해 각 리브들(26) 사이로 형성되어 유체의 흐름을 디스크(2)의 배면으로 폭 넓게 분산 유도 및 확산하기 위한 다수의 통로(28)로 이루어진 하부 캐비테이션 방지수단(20)으로 구성됨을 특징으로 하는 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치.
2. 상기 제1항에 있어서, 상기 하부 캐비테이션 방지수단(20)의 각 리브들(26)들에 경사 받침되는 활형 다공 유도판(24)은 하단 입구부위를 기준으로 상단 배출구 부위가 약 10∼15˚범위 내에서 더 넓어지도록 확장 형성됨을 특징으로 하는 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치.