KR20140002317A

KR20140002317A - 볼밸브

Info

Publication number: KR20140002317A
Application number: KR1020120070580A
Authority: KR
Inventors: 심재봉; 문철근
Original assignee: (주)범석엔지니어링
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-08

Abstract

본 발명은 수밀구조가 개선된 트러니언 형식의 볼밸브의 시트 구조에 관한 것이다. 그 구성은; 밸브몸체(1); 상기 밸브몸체(1)의 좌우 양측에 고정되는 캡(3); 상기 밸브몸체(1)에 관로(W)와 수직방향으로 설치되는 밸브스템(9); 상기 밸브스템(9)의 끝단에 연결되는 볼(15, ball); 상기 볼(15)과 캡(3) 사이에 설치됨으로써 상기 볼(15)과 면접촉을 하게 되는 시트링(19); 유체의 누설을 방지하기 위한 실링수단을 포함하는 볼밸브에 있어서; 상기 실링수단은 상기 시트링(19)과 상기 캡(3)의 경계에 끼워지는 쐐기 형태의 압력가스켓(29); 상기 시트링(19)이 상기 볼(15)을 향해 탄성력을 받을 수 있도록 일단은 상기 시트링(19)에 접촉하고 타단은 상기 캡(3)에 접촉되는 링형상의 판스프링(35)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

볼밸브{Ball Valve}

본 발명은 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수밀구조가 개선된 트러니언 형식의 볼밸브의 시트 구조에 관한 것이다.

밸브는 일반적으로 관로상의 유체흐름을 단속하기 위한 기계요소이다. 유체나 단속하고자 하는 목적 등에 따라 여러 종류의 밸브가 제공되고 있다. 본 발명은 특히 볼밸브에 관한 것이며, 특히 트러니언(trunnion) 형식의 볼밸브에 관한 것이다. 본 발명의 권리범위가 트러니언 형식에만 국한될 것은 아니다.

볼밸브는 일반적으로 적은 조작력으로 신속하게 유체를 단속할 때 많이 사용되며, 완전 개방시 유체저항이 작기 때문에 압력손실이 적다는 장점도 갖고 있다.

그러나 볼밸브는 고온 및 고압환경에서는 사용이 자제되고 있는데, 이는 유체의 누설을 방지하기 위한 실링의 어려움 때문이다.

도 1은 종래의 3 피스(3-pieces) 형 볼밸브의 개략적 단면 구성도이다.

밸브몸체(100)의 좌우 양측에는 플랜지가 설치된 캡(102)이 캡볼트(104)에 의해 각각 고정 설치된다. 밸브몸체(100)에는 관로(W)와 수직방향으로 밸브스템(106)이 관통하며 밸브스템(106)에는 볼(108)이 고정된다. 볼(108)에는 관로(W)와 동일 직경의 유통홀(110)이 마련되어 있다. 밸브몸체(100)의 하단에는 트러니언지지대(112)를 통해 트러니언(114, trunnion)이 설치될 수 있다.

볼(108)과 캡(102) 사이에는 볼과 면접촉을 하는 시트링(116, seat ring)이 설치된다. 그리고 유체의 누설을 방지하기 위해 시트링(116)과 캡(102) 사이에는 시트 가스켓(118)이 개입되게 된다. 시트 가스켓(118)은 도시된 바와 같이 볼(108)과 면접촉을 하게 되는데, 볼밸브를 오랜 기간 사용하거나 고온 환경에서 사용하는 경우에는 누설(leak)의 여지가 매우 크다.

시트링(116)의 마모에 의해 체결력이 약해져 헐거워질 수도 있고, 시트 가스켓(118) 자체에 열적 변형이 발생할 수도 있기 때문이다.

이러한 문제에 대하여 대한민국 특허출원 제10-2003-0057116호는 화재가 발생하는 경우에도 볼밸브의 닫힘 상태가 유지되어 추가적인 폭발이나 화재를 방지할 수 있는 볼밸브를 제안하고 있다. 그러나 화재시에 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위해 안출된 것이며, 오랜기간 안정적으로 사용할 수 있는 실링구조를 제시하지는 못하고 있다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 오랜 기간 사용하거나 고온 환경에서 사용하는 경우에도 누설(leak)이 최소화되도록 실링구조가 개선된 볼밸브를 제공하는 것에 있다. 좀더 구체적인 목적은 시트링과 볼의 밀착력을 지속적으로 일정하게 유지할 수 있는 볼밸브의 실링구조를 제공하는 것에 있다.

위와 같은 목적은,

밸브몸체; 상기 밸브몸체의 좌우 양측에 캡볼트에 의해 고정되는 것으로서 관체와의 연결을 위해 플랜지가 설치되는 캡; 개폐수단에 의해 축회전가능하게끔 상기 밸브몸체에 관로와 수직방향으로 설치되는 밸브스템; 상기 밸브스템의 끝단에 연결되어 밸브스템의 축회전에 의해 회전 가능하게 상기 밸브몸체 내부에 설치되는 것으로서 상기 밸브스템의 축회전에 의해 회전되면서 관로를 개폐하는 볼; 상기 볼과 캡 사이에 설치됨으로써 상기 볼과 면접촉을 하게 되는 시트링; 유체의 누설을 방지하기 위한 실링수단을 포함하는 볼밸브에 있어서;

상기 실링수단은 상기 시트링과 상기 캡 사이에 끼워지는 압력가스켓; 상기 압력가스켓이 상기 볼을 향해 탄성력을 받을 수 있도록 일단은 상기 압력가스켓에 접촉하고 타단은 캡에 접촉되는 링형상의 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼밸브에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 판스프링은 상기 압력가스켓을 통해 상기 시트링을 가압할 수 있도록 상기 판스프링의 일측은 상기 압력가스켓에 접할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 상기 압력가스켓은 그라파이트(graphite)로 되어 있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 압력가스켓은 상기 볼을 향한 부분의 단면이 뾰족한 쐐기형태로 되어 있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면 상기 시트링과 상기 캡의 접촉부에는 링형태의 보조패킹이 더 개입될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 압력가스켓은 그라파이트(graphite)를 베이스로 하되, 상기 압력가스켓의 외표면에 보호캡이 덧씌워질 수 있다. 여기서 보호캡은 상기 압력가스켓의 모서리 부분을 커버할 수 있도록 선단과 후단에 각각 고정 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 압력가스켓은 그라파이트(graphite)로 되어 있으며, 상기 압력가스켓의 내부에는 1개 이상의 강성보강판이 매입될 수 있다. 여기서, 상기 강성보강판은 박형의 금속으로서 단면이 곡선 형태로 굴곡되어 있을 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 시트링이 항시 일정한 힘으로 볼을 향해 가압하게 됨으로써 오랜 사용에도 마모 등에 의해 볼과 시트링 사이에 틈이 생기지 않아 누설이 방지된다. 또한 그라파이트라는 소재를 사용함으로써 고온환경에서도 사용할 수 있는 볼밸브가 제공된다.

도 1은 종래 기술에 의한 볼밸브의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 볼밸브의 단면도이며, 도 3은 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 볼밸브의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 압력가스켓의 일부절개 사시도이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

도시된 볼밸브는 트러니언(trunnion, 고정식) 형식이며 동시에 3피스(three pieces) 형식이다. 볼밸브의 형식이 어떠한 가에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다. 트러니언 형식이 아닌 플로팅(floating) 형식이나 2피스(two pieces) 형식의 볼밸브도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 즉 도시된 볼밸브는 하나의 예시에 지나지 아니함을 유의해야 할 것이다.

볼밸브의 중심에 단관 형태의 밸브몸체(1)가 위치하고 있다. 한쌍의 캡(3)이 밸브몸체의 좌우 양측에 캡볼트(5)에 의해 고정 설치된다. 캡(3)에는 관체(미도시됨)와의 연결을 위해 플랜지(7)가 일체형으로 설치된다. 좌우의 캡(3)은 대칭으로 되어 있는 것이 보통이지만 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 밸브몸체(1)와 좌우 캡에 의하여 횡방향으로 관로(W)가 만들어지고 있으며 이 관로(W)는 통상 관체의 관로와 동일 선상에 위치하게 된다. 밸브몸체(1)의 중심에 관로(W)와 직각방향으로 밸브스템(9)이 설치된다. 밸브스템(9)의 상단에는 개폐수단(11)이 연결된다. 수동개폐식인 경우에는 조작핸들이 개폐수단(11)이 될 수 있고, 자동개폐식인 경우에는 모터가 개폐수단(11)으로 사용될 수도 있다. 밸브스템(9)을 지지하기 위한밸브스템지지대(13)가 밸브몸체(1)의 상단에 설치되고 있으며 밸브스템지지대(13)와밸브스템(9) 사이에는밸브스템패킹(15)이 개입된다.밸브스템(9)은 그의 축(Y)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다.

스템(9)의 하단에는 볼(15, ball)이 연결된다. 볼(15)은 밸브스템(9)의 축회전에 의해 회전 가능하게 밸브몸체(1) 내부에 설치되는 것으로서 밸브스템(9)의 축회전에 의해 회전되면서 관로(W)를 개폐한다. 볼(15)의 중심에는 관로(W)의 직경과 동일 또는 유사한 유통홀(17)이 마련되어 있다.

볼(15)과 밸브몸체(1) 사이에는 시트링(19, seat ring)이 설치된다. 시트링(19)은 볼(15)과 구면접촉을 하게 되며 정밀가공되어야 한다. 시트링(19)과 밸브몸체(1)는 재질적인 면에서도 구분이 되며, 시트링(19)은 마모시 교체가 가능하게 되어 있다. 물론 시트링(19)은 좌우 대칭으로 설치되며, 이하에서는 어느 한쪽의 것만을 설명한다. 시트링(19)이 밸브의 구면 전체와 접촉될 필요는 없으며 그렇다면 저항이 심하고 누설의 위험이 더 크다. 따라서 시트링(19)은 볼(15)과 부분적으로만 구면접촉을 하게 되며 볼(15)의 나머지 구간에는 밸브스템(9)과 시트링(19) 사이의 간격을 유지하기 위한 보강링(21)이 개입되어 있다. 확대도에 도시된 것처럼 보강링(21)과 볼(15)은 이격되어 있다. 이하 설명되는 시트링(19)은 기본적으로 링(ring) 형태이며 그의 단면 형태는 몇 개의 구성요소를 가진다.

본 발명의 실시예에 의하면 시트링(19)은 정밀한 표면가공이 이루어지게 되는 볼접촉면(23)과, 관로의 중심축(X)에 대하여 소정의 각도(A)로 경사지게 설치되는 수밀유지면(25)을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 시트링(19)은 패킹안착부(27)를 더 포함한다.

이러한 시트링(19)의 형상은 이하 설명되는 실링수단의 일환이라 볼 수 있다. 실링수단은 볼밸브에서 유체의 누설(leak)을 방지하기 위한 것으로서 다각적 방법이 동원되고 있다.

우선 링형태로 된 압력가스켓(29)이 시트링(19)과 캡(3)의 연결부위에 끼워진다. 압력가스켓(29)은 쐐기 형태로서 전단 경사면(31)의 경사각은 수밀유지면(25)의 경사각(A)에 대응된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 압력가스켓(29)의 후단인 가압면(33)과 캡 사이에는 소정의 공간이 마련되어 있으며 이 공간에는 판스프링(35)이 설치된다.

판스프링(35)은 통상적으로 스프링 와셔라 불리는 기계요소와 유사한 구성을 가진다. 그래서 일측은 캡에 지지되고 타측은 시트링을 지지하고 있다. 보호링(37)이 압력가스켓(29)과 판스프링(35) 사이에 더 설치되어 압력가스켓을 보호하도록 할 수 있다. 미설명된 도면부호 39, 41은 보조패킹을 각각 지시하며 시트링(19)과 캡(3)의 접촉부에 더 설치된다. 보조패킹(39,41)의 설치 위치 및 개수는 조정될 수 있으며 재질은 그라파이트가 사용될 수 있으며 종래기술에 준하여 설치된다.

본 발명의 실시예에 의하면 상기 압력가스켓(29)은 재질이 탄소(C)를 베이스로 한 그라파이트(graphite)로 되어 있다. 이 그라파이트는 내열성이 뛰어난 소재로서 열변형이 거의 없다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 관한 것이다. 본 실시예는 판스프링의 설치 위치가 변경될 수 있음을 예시하고 있다. 본 실시예에 의하면, 판스프링이 시트링과 캡 사이에 마련되는 공간에 설치되고 있다. 압력가스켓과 시트링 간의 연결관계 등은 일 실시예와 동일하다.

위와 같은 구성에 의하면 판스프링(35)은 항시 일정한 힘으로 시트링(19)을 볼(15)을 향해 밀착시키게 된다. 즉 시트링(19)은 작용선은 관로(W)와 평행하며 방향은 밸브스템(9)을 향한 방향으로 탄성력을 받게 된다. 따라서 시트링(19)의 볼접촉면(23)이 마모가 진행되어도 어느 정도는 수밀을 유지할 수 있게 된다. 판스프링(35)의 설치 개수 또는 설치 위치는 설명된 바와 같이 필요에 따라 변경될 수 있다.

또한 쐐기 형태로 되어 있는 압력가스켓(29)은 캡(3)과 시트링(19) 사이에서 쐐기작용을 통해 수밀을 공고히 하는데 일조하게 된다.

미설명된 도면부호 43, 45는 각각 트러니언과 트러니언설치대를 지시한다. 언급했던 것처럼 볼밸브의 형식에 따라 트러니언(43)과 트러니언설치대(45)는 생략될 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 압력가스켓(29)과 관련된다. 압력가스켓(29)은 언급한 바와 같이 베이스가 그라파이트로 되어 있다. 이 경우 취성이 있게 되므로 본 실시예는 압력가스켓의 각 모서리 부위를 커버할 수 있도록 선단과 후단에 설치되고 있다. 보호캡(47,49)은 루프 형태이며 박판형 금속으로 되어 있다(도 3, 4, 5 참조). 이 경우 부품의 교체시 압력에 의해 손상되는 경우가 줄어들고 압력가스켓(2)의 기계적 강성이 높아지며, 실링효과도 더불어 향상된다. 선단에 설치된 보호캡(47)은 도시된 것처럼 단면이 "∠" 형태이며, 후단에 설치된 보호캡은 단면이 "ㄷ" 형태이다. 보호캡(47,49)은 압력가스켓(29)의 형태 복원력을 보강해주기도 한다.

또한 그라파이트로 된 압력가스켓(29) 내부에는 1개 이상의 강성보강판이 매입될 수 있다. 강성보강판(51)은 압력가스켓(29)을 소결 성형할 때 금형 내부에 미리 설치됨으로써 매입될 수 있다. 강성보강판(51)은 압력가스켓(29)과의 밀착력을 높이기 위해 도시된 것처럼 단면이 곡선 형태(예를 들어, 파형(∼))로 굴곡된 박형의 금속 판재일 수 있다. 보호캡(47,49)과 강성보강판(51)은 동시에 모두 설치될 수도 있고 필요에 따라 어느 하나만이 선택되어 설치될 수도 있다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1 : 밸브몸체 3 : 캡(cap)
5 : 캡볼트 7 : 플랜지
9 : 밸브스템 11 : 개폐수단
13 :밸브스템지지대 15 : 볼(ball)
17 : 통로 19 : 시트링(seat ring)
21 : 보강링 23 : 볼접촉면
25 : 수밀유지면 27 : 패킹안착부
29 : 압력가스켓 31 : 경사면
33 : 가압면 35 : 판스프링
37 : 보호링 39, 41 : 보조패킹
43 : 트러니언 45 : 트러니언설치대
47, 49 : 보호캡 51 : 강성보강판

Claims

단관 형태의 밸브몸체(1); 상기 밸브몸체(1)의 좌우 양측에 캡볼트(5)에 의해 고정되는 것으로서 관체와의 연결을 위해 플랜지(7)가 설치되는 캡(3); 개폐수단에 의해 축회전가능하게끔 상기 밸브몸체(1)에 관로(W)와 수직방향으로 설치되는 밸브스템(9); 상기 밸브스템(9)의 끝단에 연결되어 밸브스템(9)의 축회전에 의해 회전 가능하게 상기 밸브몸체(1) 내부에 설치되는 것으로서 상기 밸브스템(9)의 축회전에 의해 회전되면서 상기 관로(W)를 개폐하는 볼(15, ball); 상기 볼(15)과 캡(3) 사이에 설치됨으로써 상기 볼(15)과 면접촉을 하게 되는 시트링(19); 유체의 누설을 방지하기 위한 실링수단을 포함하는 볼밸브에 있어서;
상기 실링수단은 상기 시트링(19)과 상기 캡(3) 사이에 끼워지는 것으로서 링형태를 갖는 압력가스켓(29); 상기 시트링(19)이 상기 볼(15)을 향해 탄성력을 받을 수 있도록 일단은 상기 시트링(19)에 접촉하고 타단은 상기 캡(3)에 접촉되는 링형상의 판스프링(35)을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
제1항에 있어서, 상기 판스프링(35)은 상기 압력가스켓(29)을 통해 상기 시트링(19)을 가압할 수 있도록 상기 판스프링(35)의 일측은 상기 압력가스켓(29)에 접하게 되는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
제1항에 있어서,
상기 압력가스켓(29)은 그라파이트(graphite)로 되어 있는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
제1항에 있어서,
상기 압력가스켓(29)은 상기 볼(15)을 향한 부분의 단면이 뾰족한 쐐기형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
제1항에 있어서,
상기 시트링(19)과 상기 캡(3)의 접촉부에는 링형태의 보조패킹이 한 개 이상 개입되는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
제1항에 있어서,
상기 압력가스켓(29)은 그라파이트(graphite)를 베이스로 하되, 상기 압력가스켓(29)의 외표면에 보호캡이 덧씌워져 있는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
제6항에 있어서,
상기 보호캡은 상기 압력가스켓(29)의 모서리 부분을 커버할 수 있도록 선단과 후단에 각각 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
제1항에 있어서,
상기 압력가스켓(29)은 그라파이트(graphite)로 되어 있으며, 상기 압력가스켓(29)의 내부에는 1개 이상의 강성보강판(51)이 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 볼밸브.
제8항에 있어서,
상기 강성보강판(51)은 박형의 금속으로서 단면이 곡선 형태로 굴곡되어 있는 것을 특징으로 하는 볼밸브.