KR101558540B1

KR101558540B1 - 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터

Info

Publication number: KR101558540B1
Application number: KR1020150103508A
Authority: KR
Inventors: 이점수; 이병갑
Original assignee: 주식회사 하이밸; 이점수; 이병갑
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2035-07-22
Also published as: JP5934830B1; SG10201506806WA; CN106369213A; JP2017026136A; CN106369213B

Abstract

본 발명은 다양한 버터플라이밸브의 밸브축 형상에 상관없이 일정한 형상의 회전축을 가지도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 버터플라이밸브의 다양한 밸브축 형상에 맞게 용이하게 교체 및 변환할 수 있는 밸브연결부를 통해 새로운 연결구조를 도입한 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터에 관한 것으로서, 상하 개방된 원통 형상의 실린더와, 중앙에 샤프트홀이 관통 형성되고, 상기 실린더의 내부에 삽입되어 유압의 공급 및 배출에 따라 상기 실린더의 내부에서 상하로 왕복운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 샤프트홀을 관통하여 삽입되고, 상기 피스톤의 상하 왕복운동에 따라 정역방향으로 회전운동하며, 하면에 스플라인연결홈이 상방으로 함몰 형성된 회전축과, 상기 실린더의 상부에 결합되고, 상기 회전축의 상단 외주면이 삽입되어 회전 지지되는 상부커버홀이 관통 형성된 상부커버와, 상기 실린더의 하부에 결합되고, 상기 회전축의 하단 외주면이 삽입되어 회전 지지되는 하부커버홀이 관통 형성된 하부커버와, 상기 회전축의 스플라인연결홈의 내부에 삽입되도록 스플라인 결합되고, 버터플라이밸브의 노출된 밸브축 단부가 내부로 삽입 결합되는 밸브연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터{HYDRAULIC ROTARY ACTUATOR FOR OPENING AND CLOSING BUTTERFLY VALVE}

본 발명은 유압식 로터리 엑추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버터플라이밸브의 노출된 밸브축과 연결되어 유압의 작동으로 버터플라이밸브의 밸브축을 회전시켜 버터플라이밸브를 개폐하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 밸브는 관속을 흐르는 유체의 유량, 유속, 압력 등을 제어하는 장치이다. 밸브는 목적에 따라 여러 종류로 구분될 수 있는데, 그 중 버터플라이밸브(Butterfly Valve)는 여러 산업 분야에서 사용되고 있으며 특히 산업용수나 기름 또는 해수 등의 각종 유체의 흐름을 개방 또는 폐쇄한다. 이러한 버터플라이밸브는 다른 밸브와 비교하여 밸브의 개폐작동이 원활하고, 구조가 간단하며, 공간활용성이 좋은 장점이 있다.

상기와 같은 버터플라이밸브(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 일반적으로 유체를 이송시키기 위한 관로(미도시) 상에 설치된 밸브몸체(11)와, 상기 밸브몸체(11)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 개폐하는 원판형 디스크(12)와, 상기 디스크(12)와 결합되어 상기 디스크(12)를 회전시키고, 일단이 상기 밸브몸체(11)의 외부로 노출된 밸브축(13)을 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 밸브몸체(11)로부터 노출된 상기 밸브축(13)을 회전시킴으로써 상기 밸브축(13)과 결합된 디스크(12)의 회전으로 개폐작동이 이루어지는 것이다.

이러한 밸브축(13)을 회전시키기 위하여 상기 밸브몸체(11)의 상부에 회전구동장치가 설치되고, 다양한 동력원의 제공에 따라 동력전달수단을 통해 상기 밸브축(13)에 회전력을 전달한다. 예컨대, 상기 동력원은 작업자의 수동작동에 의한 손잡이의 회전력이거나, 전기모터의 회전력일 수 있고, 기타 유압 또는 공압 등의 엑추에이터로부터 전달되는 회전력일 수 있다. 이러한 동력원으로부터 제공된 동력은 동력전달수단을 거쳐 상기 밸브축(13)에 회전력으로 전달해야 하며, 이러한 동력전달수단으로는 복수의 기어연결이나 기구학적 링크연결 등 다양한 동력전달수단 등이 구비될 수 있을 것이다.

예컨대, 한국공개특허공보 제10-2002-0003769호의 '고무 버터플라이 밸브'의 경우 동력원은 작업자의 수동작동에 의한 손잡이의 회전력이고, 동력전달수단은 복수의 기어연결임을 알 수 있다. 또한, 한국등록특허공보 제10-0482906호의 '회전식밸브용액츄에이터'의 경우 동력원은 전기모터의 회전력이고, 동력전달수단은 웜휠 기어연결이다. 여기서, 상기 수동작동에 의한 손잡이를 회전시키는 경우는 당연하게도 수동에 한정되는 큰 단점이 있고, 전기모터를 사용하는 경우에는 필요한 동력이 크면 클수록 전기모터의 용량 및 크기도 커지므로 전체적인 장치가 대형화되며, 복잡한 배선 및 기어연결구조가 필요한 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하고자 유압과 같이 기계적인 힘으로 응답성이 빠르고, 장치를 소형화하면서도 큰 힘을 낼 수 있는 유압식 로터리 엑추에이터가 사용되고 있다. 즉, 유압식 로터리 엑추에이터는 유압을 이용하여 피스톤을 직선 왕복운동시키고, 피스톤과 연결된 출력축에 직선운동을 전달하여 회전운동으로 변환하는 장치로서, 변환된 회전운동을 상기 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)에 전달하여 상기 버터플라이밸브(10)의 디스크(12)를 개폐하는 것이다.

상기와 같은 유압식 로터리 엑추에이터는, 유압을 동력원으로 하여 동력전달수단으로 랙피니언타입 및 스카치요크타입이 주로 사용되어 왔다. 즉, 랙피니언타입(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 좌우 양측에 구비된 한 쌍의 실린더(21)와, 상기 실린더(21)에 각각 내장되고, 중앙에 랙기어(22)가 형성된 한 쌍의 피스톤(23)과, 상기 랙기어(22)와 치합되어 회전하도록 피니언기어(24)가 형성된 회전축(25)을 포함하여 이루어진다. 또한, 스카치요크타입(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 좌우 양측에 구비된 한 쌍의 실린더(31)와, 상기 실린더(31)에 각각 내장되고, 중앙에 돌출된 스카치(32)가 형성된 한 쌍의 피스톤(33)과, 상기 스카치(32)와 결합되어 회전하도록 요크(34)가 형성된 회전축(35)을 포함하여 이루어진다.

그러나, 상술한 랙피니언타입(20) 및 스카치요크타입(30)은 양자 모두 한 쌍의 실린더(21, 31) 및 피스톤(23, 33)이 구비되므로 전체적인 장치가 커져 공간활용성이 떨어지고, 그에 따른 제조단가가 상승하는 문제점이 있다. 그에 따라, 한국등록특허 제10-0554689호, 한국등록특허 제10-0578538호 및 한국등록특허 제10-1424423호와 같이 하나의 실린더 내부에 단일의 피스톤이 설치되고, 상기 피스톤과 동축 상에 회전축을 삽입하여 상기 피스톤의 상하운동과 연동하여 상기 회전축을 정역회전시킴으로써 전체적인 장치의 크기가 작아져 공간활용성을 높이고, 제조단가를 획기적으로 줄일 수 있게 되었다.

이때, 상기와 같은 유압식 로터리 엑추에이터의 회전축을 상기 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)과 결합하여야 하는데, 일반적으로 밸브는 밸브제조회사가 제작하고, 엑추에이터는 엑추에이터제조회사가 별도로 제작하므로 양자는 제작사별, 제품별, 크기별로 다양한 모양, 치수 및 공차를 가지는 문제가 있다. 따라서, 이를 상호 결합하기 위해서는 밸브제조회사로부터 납품된 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)에 맞게 엑추에이터제조회사에서는 엑추에이터의 회전축을 다양하게 형상 가공해야 하는 번거로운 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 다양한 버터플라이밸브의 밸브축 형상에 상관없이 일정한 형상의 회전축을 가지도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 버터플라이밸브의 다양한 밸브축 형상에 맞게 용이하게 교체 및 변환할 수 있는 밸브연결부를 통해 새로운 연결구조를 도입한 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터는, 상하 개방된 원통 형상의 실린더와, 중앙에 샤프트홀이 관통 형성되고, 상기 실린더의 내부에 삽입되어 유압의 공급 및 배출에 따라 상기 실린더의 내부에서 상하로 왕복운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 샤프트홀을 관통하여 삽입되고, 상기 피스톤의 상하 왕복운동에 따라 정역방향으로 회전운동하며, 하면에 스플라인연결홈이 상방으로 함몰 형성된 회전축과, 상기 실린더의 상부에 결합되고, 상기 회전축의 상단 외주면이 삽입되어 회전 지지되는 상부커버홀이 관통 형성된 상부커버와, 상기 실린더의 하부에 결합되고, 상기 회전축의 하단 외주면이 삽입되어 회전 지지되는 하부커버홀이 관통 형성된 하부커버와, 상기 회전축의 스플라인연결홈의 내부에 삽입되도록 스플라인 결합되고, 버터플라이밸브의 노출된 밸브축 단부가 내부로 삽입 결합되는 밸브연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더는, 상기 피스톤의 상하 왕복운동을 가이드하는 가이드핀이 삽입 체결되도록 외주에 서로 마주보는 한 쌍의 체결홀이 관통 형성되고, 상기 피스톤은, 상기 가이드핀이 삽입되어 상기 실린더를 기준으로 상하로 왕복운동하도록 외주에 상하 길이방향을 따라 서로 마주보는 한 쌍의 가이드슬릿이 관통 형성되며, 상기 회전축의 회전운동을 가이드하는 로테이트핀이 삽입 체결되도록 외주에 사선으로 서로 마주보는 한 쌍의 로테이트슬릿이 관통 형성되고, 상기 회전축은, 상기 로테이트핀이 관통 삽입되어 상기 피스톤의 상하 왕복운동에 따라 상기 피스톤을 기준으로 정역방향으로 회전운동하도록 외주에 관통홀이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축은, 상기 피스톤을 기준으로 회전각이 90도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부커버는, 상기 피스톤의 상방으로 상기 실린더의 내부에 유압을 공급 또는 배출하는 상부유압포트가 형성되고, 상기 하부커버는, 상기 피스톤의 하방으로 상기 실린더의 내부에 유압을 공급 또는 배출하는 하부유압포트가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부커버 및 하부커버는, 서로 복수의 스터드볼트에 의해 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축은, 상면에 회전각도를 표시하기 위한 표시라인이 형성되고, 상기 상부커버는, 상면에 상기 회전축의 회전각도만큼 상기 표시라인과 대응되는 표시눈금이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브연결부는, 상기 회전축의 스플라인연결홈의 내부에 삽입되어 스플라인 결합되도록 외주면에 상하로 스플라인 가공되고, 상기 버터플라이밸브의 노출된 밸브축 단부가 삽입 형합되도록 상기 밸브축 단부의 형상과 동일한 형상으로 밸브연결홀이 상하로 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브축 단부는, 평단면상 다각형상 또는 "D"형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브축 단부와 상기 밸브연결부의 밸브연결홀은 상호 키(key) 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 버터플라이밸브의 밸브축 단부는, 평단면상 원형이고, 상기 밸브연결부는, 상기 회전축의 스플라인연결홈의 내부에 삽입되어 스플라인 결합되도록 외주면에 상하로 스플라인 가공된 원통 형상의 밸브커넥터와, 상협하광의 원통 형상으로 둘레를 따라 상하 길이방향으로 복수의 슬릿이 형성되고, 상기 밸브커넥터의 하단 내부 길이방향을 따라 인입출 가능하게 설치되어 상기 밸브커넥터의 하단 내부로 인입시 직경이 축소되며, 상기 밸브커넥터의 하단 내부로부터 인출시 직경이 확장되는 고정척을 포함하고, 상기 고정척은, 상기 버터플라이밸브의 밸브축 단부가 삽입됨과 동시에 상기 밸브커넥터의 하단 내부로 인입되면서 직경이 축소되어 삽입된 상기 밸브축 단부의 외주면을 압박고정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브커넥터는, 하단 외주면에 내부를 향해 파지핀삽입홀이 관통 형성되고, 상기 고정척은, 상기 밸브커넥터의 파지핀삽입홀 보다 장공으로 상기 파지핀삽입홀에 대응되도록 외주면에 상하 길이방향을 따라 핀슬라이드홀이 관통 형성되고, 상기 밸브연결부는, 상기 밸브커넥터의 파지핀삽입홀을 통해 상기 고정척의 핀슬라이드홀까지 삽입되고, 상기 핀슬라이드홀의 상하 길이만큼 상기 고정척의 상기 밸브커넥터에 대한 인입출 거리를 제한하는 슬라이드핀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브연결부는, 상기 밸브커넥터의 내부에 설치되어 상기 고정척이 인출되는 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터는, 버터플라이밸브의 다양한 밸브축 형상에 맞게 용이하게 교체 및 변환할 수 있도록 스플라인 가공된 밸브연결부를 통해 새로운 연결구조를 도입하여 버터플라이밸브의 밸브축 형상에 상관없이 일정한 형상의 회전축을 가질 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

특히, 버터플라이밸브의 밸브축 단부가 원형인 경우 밸브연결부를 밸브커넥터 및 고정척으로 구성하여 상호 용이하게 탈착되면서도 회전축의 회전력을 정확하게 밸브축에 전달할 수 있어 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 버터플라이밸브를 도시한 사시도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 랙피니언타입 유압식 로터리 엑추에이터를 도시한 부분 절개 사시도이며,
도 3은 종래 기술에 따른 스카치요크타입 유압식 로터리 엑추에이터를 도시한 부분 절개 사시도이고,
도 4는 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터의 일 실시예를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4의 실시예의 요부를 도시한 부분 절개 사시도이고,
도 6은 도 5의 실시예의 분해 사시도이며,
도 7 및 8은 도 4의 실시예에서 피스톤의 상하운동에 따라 연동하는 회전축의 회전운동을 도시한 요부 사시도이고,
도 9는 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터 중 밸브연결부의 제1 실시예를 도시한 요부 사시도이며,
도 10은 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터 중 밸브연결부의 제2 실시예를 도시한 요부 사시도이고,
도 11은 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터 중 밸브연결부의 제3 실시예를 도시한 요부 사시도이며,
도 12는 도 11의 실시예가 결합된 상태를 도시한 측단면도이고,
도 13 및 14는 도 12의 실시예에서 밸브연결부의 작동과정을 도시한 측단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터는, 도 1을 참조하여 도 4 내지 14에 도시된 바와 같이 실린더(100), 피스톤(200), 회전축(300), 상부커버(400), 하부커버(500) 및 밸브연결부(600)를 포함하여 이루어지고, 스터드볼트(700)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 피스톤(200)의 상하운동에 따라 상기 회전축(300)의 연동하여 회전운동하기 위해 가이드핀(110) 및 로테이트핀(230)을 더 포함할 수 있다.

실린더(100)는 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 명칭 그대로 상하 개방된 원통 형상이고, 후술하는 피스톤(200)이 내부에 설치되어 유압의 작동에 따라 상기 피스톤(200)을 상하로 왕복운동시키는 유압실린더이다. 즉, 상기 실린더(100)는 상부와 하부가 개방된 원통 형상으로 제작되어 후술하는 피스톤(200)과 회전축(300)이 내부에 설치된다. 또한 상기 피스톤(200)의 회전을 방지하고, 상기 피스톤(200)의 상하 왕복운동을 가이드하는 가이드핀(110)이 삽입 체결되도록 외주에 서로 마주보는 한 쌍의 체결홀(120)이 관통 형성된다. 이러한 실린더(100)는 후술하는 회전축(300)과 함께 상부커버(400) 및 하부커버(500)에 의해 개방된 상부 및 하부가 폐쇄된다.

이때, 상기 실린더(100)에 관통 형성된 한 쌍의 체결홀(120)과 가이드핀(110)에는 암나사와 수나사를 각각 형성시켜 상기 가이드핀(110)이 상기 체결홀(120)에 나사 결합되도록 하며, 상기 체결홀(120)에는 패킹수단(미도시)이 구비되어 실린더(100) 내부로 공급 또는 배출되는 유압이 상기 가이드핀(110)과 체결홀(120)의 결합면 사이로 누유되지 않도록 한다.

피스톤(200)은 도 5 내지 8에 도시된 바와 같이 중앙에 샤프트홀(210)이 관통 형성되고, 상기 실린더(100)의 내부에 삽입되어 유압의 공급 및 배출에 따라 상기 실린더(100)의 내부에서 상하로 왕복운동한다. 즉, 상기 피스톤(200)은 실린더(100)에 공급 또는 배출되는 유압에 의해 실린더(100) 내에서 수직 왕복운동을 하되, 회전축(300)이 삽입되도록 샤프트홀(210)이 관통 형성된다.

회전축(300)은 도 4 내지 8에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(200)의 샤프트홀(210)을 관통하여 삽입되고, 상기 피스톤(200)의 상하 왕복운동에 연동하여 정역방향으로 회전운동하며, 하면에 스플라인연결홈(310)이 상방으로 함몰 형성된다. 상기 스플라인연결홈(310)은 후술하는 밸브연결부(600)와의 관계에서 회전축(300)의 회전력을 밸브연결부(600)를 통해 밸브축(13)에 전달하기 위한 구성이다. 이러한 회전축(300)은 도 7 및 8에 도시된 바와 같이 피스톤(200)의 상하 왕복운동에 연동하여 정역방향으로 회전운동하게 되는데, 이를 위하여 실린더(100), 피스톤(200) 및 회전축(300)은 가이드핀(110) 및 로테이트핀(230)이 구비되고, 각각 체결홀(120), 가이드슬릿(220), 로테이트슬릿(240) 및 관통홀(320)이 형성된다.

보다 구체적으로, 상기 피스톤(200)은 상기 가이드핀(110)이 삽입되어 상기 실린더(100)를 기준으로 상하로 왕복운동하도록 외주에 상하 길이방향을 따라 서로 마주보는 한 쌍의 가이드슬릿(220)이 관통 형성되며, 회전축(300)의 회전운동을 가이드하는 로테이트핀(230)이 삽입 체결되도록 외주에 사선으로 마주보는 한 쌍의 로테이트슬릿(240)이 관통 형성된다.

즉, 상기 피스톤(200)은 상기 샤프트홀(210)에 의해 상하가 개방되고 외주면에는 가이드슬릿(220) 및 로테이트슬릿(240)이 각각 천공된 원통 형상으로 제작되고, 외경은 상기 실린더(100)의 내경보다 대략 0.1mm 이하로 작게 제작되어 상기 실린더(100) 내로 공급 또는 배출되는 유압에 의해 수직 왕복운동이 용이하도록 한다. 다시 말해서, 상기 피스톤(200)은 상기 실린더(100)의 체결홀(120)에 체결된 가이드핀(110)이 슬라이딩되도록 수직방향으로 천공된 가이드슬릿(220)에 의해 회전되지 않고, 실린더(100) 내에서 수직 왕복운동을 한다. 이때, 회전축(300)의 관통홀(320)에 관통 삽입된 로테이트핀(230)이 슬라이딩되도록 사선으로 천공된 로테이트슬릿(240)에 의해 상기 피스톤(200)이 도 7에 도시된 바와 같이 실린더(100) 내에서 수직 상승될 경우에는 상기 로테이트핀(230)이 상기 로테이트슬릿(240)의 최하단까지 이동되면서 회전축(300)은 정방향(혹은 시계방향)으로 회전된다. 반대로, 상기 피스톤(200)이 도 8에 도시된 바와 같이 실린더(100) 내에서 수직 하강될 경우에는 상기 로테이트핀(230)이 상기 로테이트슬릿(240)의 최상단까지 이동되면서 회전축(300)은 역방향(혹은 반시계방향)으로 회전되는 것이다. 즉, 상기 회전축(300)은 상기 로테이트핀(230)이 관통 삽입되어 상기 피스톤(200)의 상하 왕복운동에 연동하여 상기 피스톤(200)을 기준으로 정역방향으로 회전운동하도록 외주에 관통홀(320)이 관통 형성된다.

이때, 상기 피스톤(200)의 로테이트슬릿(240)은, 20°내지 60°의 경사각을 갖는 일정 길이의 사선 또는 나선으로 천공되고, 회전축(300)에 관통 삽입된 로테이트핀(230)이 상기 로테이트슬릿(240)의 최하단과 최상단에 각각 도달 시 회전축(300)의 회전 반경이 90°로 제한되도록 한다. 즉, 회전축(300)은 상기 피스톤(200)을 기준으로 회전각이 90°인 것으로, 도 1에 도시된 버터플라이밸브(10)나 도면에는 도시되지 않았으나 볼밸브(ball valve)와 같이 밸브의 개폐를 위한 밸브축(13)의 회전각이 90°인 밸브에 적용할 수 있다.

다시 말해서, 상기 로테이트슬릿(240)은, 회전축(300)의 회전 반경이 90°로 제한되도록 하되, 최하단과 최상단 간의 사선 각도에 따라 피스톤(200)의 상하 이동거리인 스트로크(stroke) 및 밸브축(13)에 연결된 회전축(300)의 출력 토크(torque)가 달라지게 된다. 즉, 로테이트슬릿(240)의 사선 각도가 작을수록 피스톤(200)의 스트로크가 짧아지고, 회전축(300)의 출력 토크가 작아진다. 상기 스트로크(stroke)란 실린더(100) 내에서 수직 왕복운동하는 피스톤(200)의 편도 거리를 의미하며, 피스톤(200)의 스트로크가 길어질수록 회전축(300)의 출력 토크는 커지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터는 요구되는 출력 토크와 실린더(100)의 크기에 따라 상기 로테이트슬릿(240)의 사선 각도를 달리하여 제작할 수 있다.

한편, 상기 피스톤(200)의 측면에는 실리콘 또는 고무 소재의 오링이 구비되어 실린더(100)와의 밀착성이 증대되도록 함으로써, 실린더(100) 내로 공급 또는 배출되는 유압에 의해 피스톤(200)의 수직 왕복운동이 용이하도록 한다.

상부커버(400)는 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 실린더(100)의 상부에 결합되고, 상기 회전축(300)의 상단 외주면이 삽입되어 회전 지지되는 상부커버홀(410)이 관통 형성된다. 또한, 하부커버(500)는 상기 실린더(100)의 하부에 결합되고, 상기 회전축(300)의 하단 외주면이 삽입되어 회전 지지되는 하부커버홀(510)이 관통 형성된다. 이때, 상기 회전축(300)에는, 상기 상부커버(400) 및 하부커버(500) 각각의 상부커버홀(410) 및 하부커버홀(510)과의 마찰 저항을 줄이기 위하여 스러스트 베어링(thrust bearing)이 구비될 수 있다.

또한, 상기 상부커버(400)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(200)의 상방으로 상기 실린더(100)의 내부에 유압을 공급 또는 배출하는 상부유압포트(420)가 형성되고, 상기 하부커버(500)는 상기 피스톤(200)의 하방으로 상기 실린더(100)의 내부에 유압을 공급 또는 배출하는 하부유압포트(520)가 형성된다. 따라서, 상기 상부커버(400)의 상부유압포트(420)로 유압이 공급될 경우에는 피스톤(200)이 도 8에 도시된 바와 같이 하방으로 이동하고, 상기 하부커버(500)의 하부유압포트(520)로 유압이 공급될 경우에는 피스톤(200)이 도 7에 도시된 바와 같이 상방으로 이동한다. 이러한 상부커버(400) 및 하부커버(500)는 서로 복수의 스터드볼트(700)에 의해 견고하게 결합될 수 있다.

한편, 상기 회전축(300)은 상면에 회전각도를 표시하기 위한 표시라인(330)이 형성되고, 상기 상부커버(400)는 상면에 상기 회전축(300)의 회전각도만큼 상기 표시라인(330)에 대응되는 표시눈금(430)이 형성될 수 있다. 이러한 표시라인(330) 및 표시눈금(430)을 통해 작업자가 상기 회전축(300)의 회전방향 및 버터플라이밸브(10)의 개폐 여부를 육안으로 쉽게 확인할 수 있다.

상술한 구성을 통해 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터는, 도 7에 도시된 바와 같이 회전축(300)의 정방향(혹은 시계방향) 회전이 버터플라이밸브(10)의 폐쇄와 연계됨을 가정하여 버터플라이밸브(10)의 폐쇄(close)가 요구될 경우에는, 상기 하부커버(500)에 형성된 하부유압포트(520)에 유압을 공급하여 상부커버(400)의 상부유압포트(420)로는 유압이 배출되도록 한다. 그에 따라, 상기 피스톤(200)이 가이드핀(110) 및 가이드슬릿(220)에 의해 회전되지 않고 실린더(100) 내에서 상승하되, 상기 회전축(300)에 관통 체결된 로테이트핀(230)이 상기 로테이트슬릿(240)의 최하단까지 슬라이딩되어 이동되면서 회전축(300) 및 이와 연결된 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)이 정방향으로 회전되어 버터플라이밸브(10)가 폐쇄 작동한다.

반대로, 도 8에 도시된 바와 같이 회전축(300)의 역방향(혹은 반시계방향) 회전이 버터플라이밸브(10)의 개방과 연계됨을 가정하여 버터플라이밸브(10)의 개방(open)이 요구될 경우에는, 상기 상부커버(400)에 형성된 상부유압포트(420)에 유압을 공급하고, 하부커버(500)의 하부유압포트(520)로는 유압이 배출되도록 한다. 그에 따라, 상기 피스톤(200)이 가이드핀(110) 및 가이드슬릿(220)에 의해 회전되지 않고 실린더(100) 내에서 하강하되, 상기 회전축(300)에 관통 체결된 로테이트핀(230)이 상기 로테이트슬릿(240)의 최상단까지 슬라이딩되어 이동되면서 회전축(300) 및 이와 연결된 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)이 역방향으로 회전되어 버터플라이밸브(10)가 개방 작동한다.

밸브연결부(600)는 도 4, 6 및 9 내지 14에 도시된 바와 같이 상기 회전축(300)의 스플라인연결홈(310)의 내부에 삽입되도록 스플라인 결합되고, 버터플라이밸브(10)의 노출된 밸브축(13) 단부가 내부로 삽입 결합된다. 그에 따라, 상기 실린더(100) 내부에서 상하운동하는 피스톤(200) 및 이와 연동하여 회전하는 회전축(300)의 회전력을 상기 밸브연결부(600)를 통해 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)으로 전달하여 개폐할 수 있는 것이다.

이때, 상기 밸브연결부(600)는 도 9 및 10에 도시된 바와 같이 상기 회전축(300)의 스플라인연결홈(310)의 내부에 삽입되어 스플라인 결합되도록 외주면에 상하로 스플라인(S) 가공되고, 상기 버터플라이밸브(10)의 노출된 밸브축(13) 단부가 삽입 형합되도록 상기 밸브축(13) 단부의 형상과 동일한 형상으로 밸브연결홀(610)이 상하로 관통 형성된다. 예컨대, 상기 밸브축(13) 단부는, 도 9에 도시된 바와 같이 평단면상 사각형상으로 도시되어 있으나 기타 오각이나 육각의 다각형상일 수 있고, 도면에는 도시되지 않았으나 "D"형상일 수도 있다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 밸브축(13) 단부와 상기 밸브연결부(600)의 밸브연결홀(610)은 상호 키(key) 결합될 수도 있다.

이를 통해, 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13) 단부가 다양한 형상을 가지더라도, 회전축(300)의 하면에는 동일한 형상 및 크기를 가진 스플라인연결홈(310)을 형성하면 족하고, 단지 밸브연결부(600)를 통해 상기 밸브축(13) 단부의 형상에 대응되는 형상으로 밸브연결홀(610)을 가공하면 되는 것이다.

한편, 상기 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13) 단부가 평단면상 원형인 경우에는 상기 밸브연결홀(610) 역시 원형이 되므로, 회전축(300)의 회전력을 밸브연결부(600)를 통해 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)에 전달할 수 없는 경우가 발생한다. 이때, 양자를 상술한 형상으로 재가공할 필요없이 도 11 내지 14에 도시된 바와 같이 밸브연결부(600)를 밸브커넥터(620) 및 고정척(630)으로 구성할 수 있고, 슬라이드핀(640) 및 스프링(650)을 더 포함할 수 있다.

즉, 밸브연결부(600)는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 회전축(300)의 스플라인연결홈(310)의 내부에 삽입되어 스플라인 결합되도록 외주면에 상하로 스플라인(S) 가공된 원통 형상의 밸브커넥터(620)와, 상협하광의 원통 형상으로 둘레를 따라 상하 길이방향으로 복수의 슬릿(631)이 형성되고, 상기 밸브커넥터(620)의 하단 내부 길이방향을 인입출 가능하게 설치되어 상기 밸브커넥터(620)의 하단 내부로 인입시 직경이 축소되며, 상기 밸브커넥터(620)의 하단 내부로부터 인출시 직경이 확장되는 고정척(630)을 포함한다. 이때, 고정척(630)은 12 내지 14에 도시된 바와 같이 상기 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13) 단부가 삽입됨과 동시에 상기 밸브커넥터(620)의 하단 내부로 인입되면서 직경이 축소되어 삽입된 상기 밸브축(13) 단부의 외주면을 압박고정한다.

즉, 상기 고정척(630)은 상부의 직경이 하부의 직경보다 좁은 원통 형상이고, 둘레에 복수의 슬릿(631)이 형성되어 있기 때문에 반경 방향으로 힘을 줘 파지하면 복수의 슬릿(631)에 의해 직경이 축소되고, 힘을 빼면 본래의 형상으로 확장된다. 따라서, 도 13 및 14에 도시된 바와 같이 밸브커넥터(620)의 하단 내부 길이방향을 따라 고정척(630)이 인입출 가능하게 설치된 경우에는 밸브커넥터(620)의 하단 내부로 인입시 고정척(630)은 반경 방향으로 내측으로 힘을 받게 되어 직경이 축소되고, 밸브커넥터(620)의 하단 내부로부터 인출시에는 반경 방향으로 힘이 제거되면서 본래의 형상으로 확장되는 것이다.

즉, 상기 고정척(630)은 도 12 내지 14에 도시된 바와 같이 상기 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)에 삽입됨에 따라 상기 밸브커넥터(620)의 내부로 상방 이동하게 된다. 이때, 상기 고정척(630)의 내부로 상기 밸브축(13)의 단부가 삽입됨과 동시에 상기 고정척(630)은 상기 밸브커넥터(620)의 하단 내부로 인입되면서 직경이 축소되어 삽입된 상기 밸브축(13)의 단부 외주면을 압박고정한다.

상기 고정척(630)이 밸브커넥터(620)와의 관계에서 밸브커넥터(620)의 하단 내부로 인입출 가능하게 설치되기 위하여 밸브커넥터(620) 및 고정척(630) 각각에 파지핀삽입홀(621) 및 핀슬라이드홀(632)이 형성되고, 슬라이드핀(640)이 제공된다. 즉, 도 11 내지 14에 도시된 바와 같이 상기 밸브커넥터(620)는 하단 외주면에 내부를 향해 파지핀삽입홀(621)이 관통 형성되고, 상기 고정척(630)은 상기 밸브커넥터(620)의 파지핀삽입홀(621) 보다 장공으로 상기 파지핀삽입홀(621)에 대응되도록 외주면에 상하 길이방향을 따라 핀슬라이드홀(632)이 관통 형성된다. 이때, 슬라이드핀(640)은 상기 밸브커넥터(620)의 파지핀삽입홀(621)을 통해 상기 고정척(630)의 핀슬라이드홀(632)까지 삽입되고, 상기 핀슬라이드홀(632)의 상하 길이만큼 상기 고정척(630)의 상기 밸브커넥터(620)에 대한 인입출 거리를 제한한다.

상기 슬라이드핀(640)에 의해 밸브커넥터(620)와 고정척(630)은 상호 결합되어 있고, 다만 밸브커넥터(620)의 파지핀삽입홀(621) 보다 고정척(630)의 핀슬라이드홀(632)이 상하 장공으로 형성되어 있기 때문에 고정척(630)은 밸브커넥터(620)를 기준으로 상하로 슬라이딩할 수 있는 것이다. 고정척(630)의 밸브커넥터(620)에 대한 상하 슬라이딩은 밸브커넥터(620)를 기준으로 하단 내부로 인입되거나 인출되는 것과 같다.

상기 밸브커넥터(620)에 대하여 고정척(630)의 내부로 밸브축(13)의 단부가 삽입된 후 고정척(630)의 직경이 축소되면서 밸브축(13)의 단부 외주면을 압박하여 견고하게 고정하게 된다. 반대로, 밸브커넥터(620)를 상방으로 들어올리면 상기 고정척(630)에 삽입된 밸브축(13)의 단부는 고정척(630)으로부터 압박 해제되면서 분리될 것이다. 이때, 고정척(630)의 직경이 축소된 상태, 즉 밸브커넥터(620)의 하단 내부에 인입된 상태를 상기 고정척(630)이 유지하게 되면 수리 및 교체를 위해 분해시 밸브커넥터(620) 및 고정척(630)의 분리가 어려울 수 있다.

이러한 밸브커넥터(620)에 대한 고정척(630)이 인입된 후 본래의 자리로 인출될 수 있도록 도와주기 위해 도 11 내지 14에 도시된 바와 같이 상기 밸브커넥터(620)의 내부에 설치되어 상기 고정척(630)이 인출되는 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링(650)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 고정척(630)은 스프링(650)의 탄성력에 의해 밸브커넥터(620)로부터 인출된 상태를 유지하게 되고, 고정척(630)의 내부로 밸브축(13)이 삽입되어 압박 고정될 때에는 고정척(630)이 스프링(650)의 스프링력을 이기고 밸브커넥터(620)의 하단 내부로 인입된다. 이후 고정척(630)으로부터 밸브축(13)이 분리되면 고정척(630) 자체의 자중 또는 슬릿(631)의 탄성력과 함께 상기 스프링(650)의 스프링력을 통해 밸브커넥터(620)로부터 고정척(630)이 인출된 상태를 유지할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터는, 상부커버(400) 및 하부커버(500)에 의해 회전축(300)의 동축 방향으로 실린더(100)와 피스톤(200)이 설치된 원통형상으로 제작됨으로써, 종래의 랙피니언타입과 스카치요크타입에 비해 전체적인 장치가 작아져 공간효율성이 향상되므로 설치 및 수리를 위한 조립 및 분해가 용이하고, 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13)과 연결 작업 시 배관 및 주위 장치에 간섭이 없어 설치 및 유지보수상의 작업 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 버터플라이밸브(10)의 다양한 밸브축(13) 형상에 맞게 용이하게 교체 및 변환할 수 있도록 스플라인(S) 가공된 밸브연결부(600)를 통해 새로운 연결구조를 도입하여 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13) 형상에 상관없이 일정한 형상의 회전축(300)을 가질 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

특히, 버터플라이밸브(10)의 밸브축(13) 단부가 원형인 경우 밸브연결부(600)를 밸브커넥터(620) 및 고정척(630)으로 구성하여 상호 용이하게 탈착되면서도 회전축(300)의 회전력을 정확하게 밸브축(13)에 전달할 수 있어 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

S : 스플라인
10 : 버터플라이밸브 13 : 밸브축
100 : 실린더
110 : 가이드핀 120 : 체결홀
200 : 피스톤
210 : 샤프트홀 220 : 가이드슬릿
230 : 로테이트핀 240 : 로테이트슬릿
300 : 회전축 310 : 스플라인연결홈
320 : 관통홀 330 : 표시라인
400 : 상부커버 410 : 상부커버홀
420 : 상부유압포트 430 : 표시눈금
500 : 하부커버
510 : 하부커버홀 520 : 하부유압포트
600 : 밸브연결부 610 : 밸브연결홀
620 : 밸브커넥터 621 : 파지핀삽입홀
630 : 고정척
631 : 슬릿 632 : 핀슬라이드홀
640 : 슬라이드핀
650 : 스프링
700 : 스터드볼트

Claims

상하 개방된 원통 형상의 실린더와,
중앙에 샤프트홀이 관통 형성되고, 상기 실린더의 내부에 삽입되어 유압의 공급 및 배출에 따라 상기 실린더의 내부에서 상하로 왕복운동하는 피스톤과,
상기 피스톤의 샤프트홀을 관통하여 삽입되고, 상기 피스톤의 상하 왕복운동에 연동하여 정역방향으로 회전운동하며, 하면에 스플라인연결홈이 상방으로 함몰 형성된 회전축과,
상기 실린더의 상부에 결합되고, 상기 회전축의 상단 외주면이 삽입되어 회전 지지되는 상부커버홀이 관통 형성된 상부커버와,
상기 실린더의 하부에 결합되고, 상기 회전축의 하단 외주면이 삽입되어 회전 지지되는 하부커버홀이 관통 형성된 하부커버와,
상기 회전축의 스플라인연결홈의 내부에 삽입되도록 스플라인 결합되고, 버터플라이밸브의 노출된 밸브축 단부가 내부로 삽입 결합되는 밸브연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제1항에 있어서,
상기 실린더는,
상기 피스톤의 상하 왕복운동을 가이드하는 가이드핀이 삽입 체결되도록 외주에 서로 마주보는 한 쌍의 체결홀이 관통 형성되고,
상기 피스톤은,
상기 가이드핀이 삽입되어 상기 실린더를 기준으로 상하로 왕복운동하도록 외주에 상하 길이방향을 따라 서로 마주보는 한 쌍의 가이드슬릿이 관통 형성되며, 상기 회전축의 회전운동을 가이드하는 로테이트핀이 삽입 체결되도록 외주에 사선으로 서로 마주보는 한 쌍의 로테이트슬릿이 관통 형성되고,
상기 회전축은,
상기 로테이트핀이 관통 삽입되어 상기 피스톤의 상하 왕복운동에 연동하여 상기 피스톤을 기준으로 정역방향으로 회전운동하도록 외주에 관통홀이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제2항에 있어서,
상기 회전축은,
상기 피스톤을 기준으로 회전각이 90도인 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제1항에 있어서,
상기 상부커버는,
상기 피스톤의 상방으로 상기 실린더의 내부에 유압을 공급 또는 배출하는 상부유압포트가 형성되고,
상기 하부커버는,
상기 피스톤의 하방으로 상기 실린더의 내부에 유압을 공급 또는 배출하는 하부유압포트가 형성된 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제1항에 있어서,
상기 상부커버 및 하부커버는,
서로 복수의 스터드볼트에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제1항에 있어서,
상기 회전축은,
상면에 회전각도를 표시하기 위한 표시라인이 형성되고,
상기 상부커버는,
상면에 상기 회전축의 회전각도만큼 상기 표시라인과 대응되는 표시눈금이 형성된 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제1항에 있어서,
상기 밸브연결부는,
상기 회전축의 스플라인연결홈의 내부에 삽입되어 스플라인 결합되도록 외주면에 상하로 스플라인 가공되고, 상기 버터플라이밸브의 노출된 밸브축 단부가 삽입 형합되도록 상기 밸브축 단부의 형상과 동일한 형상으로 밸브연결홀이 상하로 관통 형성된 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제7항에 있어서,
상기 밸브축 단부는,
평단면상 다각형상 또는 "D"형상인 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제7항에 있어서,
상기 밸브축 단부와 상기 밸브연결부의 밸브연결홀은 상호 키(key) 결합되는 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제1항에 있어서,
상기 버터플라이밸브의 밸브축 단부는,
평단면상 원형이고,
상기 밸브연결부는,
상기 회전축의 스플라인연결홈의 내부에 삽입되어 스플라인 결합되도록 외주면에 상하로 스플라인 가공된 원통 형상의 밸브커넥터와,
상협하광의 원통 형상으로 둘레를 따라 상하 길이방향으로 복수의 슬릿이 형성되고, 상기 밸브커넥터의 하단 내부 길이방향을 따라 인입출 가능하게 설치되어 상기 밸브커넥터의 하단 내부로 인입시 직경이 축소되며, 상기 밸브커넥터의 하단 내부로부터 인출시 직경이 확장되는 고정척을 포함하고,
상기 고정척은,
상기 버터플라이밸브의 밸브축 단부가 삽입됨과 동시에 상기 밸브커넥터의 하단 내부로 인입되면서 직경이 축소되어 삽입된 상기 밸브축 단부의 외주면을 압박고정하는 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제10항에 있어서,
상기 밸브커넥터는,
하단 외주면에 내부를 향해 파지핀삽입홀이 관통 형성되고,
상기 고정척은,
상기 밸브커넥터의 파지핀삽입홀 보다 장공으로 상기 파지핀삽입홀에 대응되도록 외주면에 상하 길이방향을 따라 핀슬라이드홀이 관통 형성되고,
상기 밸브연결부는,
상기 밸브커넥터의 파지핀삽입홀을 통해 상기 고정척의 핀슬라이드홀까지 삽입되고, 상기 핀슬라이드홀의 상하 길이만큼 상기 고정척의 상기 밸브커넥터에 대한 인입출 거리를 제한하는 슬라이드핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.
제11항에 있어서,
상기 밸브연결부는,
상기 밸브커넥터의 내부에 설치되어 상기 고정척이 인출되는 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이밸브 개폐용 유압식 로터리 엑추에이터.