KR101657945B1 - 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원판 형상으로 형성되어 밸브체의 유로를 개폐하는 밸브 디스크의 일측 가장자리로부터 연장되어 정, 역회전하면서 상기 밸브 디스크를 연동시키는 밸브축; 상기 밸브체의 상측에 구비되어 상기 밸브축에 구동력을 전달하는 것으로, 상기 밸브축과 직교되게 상기 밸브축의 상단부와 연결되어 정, 역회전함으로써, 상기 밸브축을 정, 역회전시켜 상기 밸브체의 유로를 개폐하는 구동 전달부; 및 상기 구동 전달부와 연결되어 상기 구동 전달부를 자동 또는 수동으로 가동시킬 수 있도록 스위칭하는 절환부를 포함하는 것을 특징으로 하여, 밸브 개폐 동작이 정확하게 이루어짐은 물론, 이러한 밸브 개폐 동작을 위한 장치 전체의 소형화 및 컴팩트화 구현이 가능한 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터에 관한 것이다.

Description

쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터 {HYDRAULIC ACTUATOR FOR QUARTER-TURN VALVE}

본 발명은 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브 개폐 동작이 정확하게 이루어짐은 물론, 이러한 밸브 개폐 동작을 위한 장치 전체의 소형화 및 컴팩트화 구현이 가능한 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터에 관한 것이다.

선박용 버터플라이 밸브는 통상 밸브체의 유로를 개폐하는 원판 형상의 디스크를 가로지르는 밸브축이 정, 역회전함에 따라 밸브체의 유로를 개폐하는 것이다.

이러한 밸브축이 회전력을 가지고 밸브체의 유로를 개폐하도록 하기 위하여 디스크가 결합된 밸브축에 구동 장치가 장착되는 것이다.

하지만, 이러한 일반적인 버터플라이 밸브는 구동 장치로 전달되는 작동 유체의 손실이 발생하였을 경우 밸브와 연결된 배관 내부의 유체 흐름에 따라 버터플라이 밸브의 디스크가 회전하게 되어 누설 등의 사고가 일어날 우려가 많다. 이런 문제가 발생하는 원인은 기존의 구동 장치는 그 내부 구조가 통상적으로 알려진 스카치 & 요크 타입으로 구성되어 내부의 작용력이 해소되면 외부의 힘에 의하여 움직일 수 있는 구조로 되어있기 때문이다.

그리고, 이러한 구동 장치는 밸브 전체와 유사한 부피를 가지며 선박용 및 산업용의 대형 밸브 및 고압용 밸브의 경우 상당히 부피와 하중을 지님에 따라 설치시 공간적 제약이 상당히 뒤따르는 것이다.

또한, 이러한 구동 장치는 통상적으로 유압 실린더를 적용하여 구동시키는 액추에이터를 채용하게 되는데, 이러한 유압 실린더에 의한 액추에이터는 적용될 밸브의 크기에 따라 유압 실린더 관련 부품들이 디스크의 큰 개폐 토크에 견디도록 설계되어야 하므로, 자연히 그 부피와 하중도 함께 증대될 수 밖에 없으며, 이에 따라 설치 공간을 많이 차지하게 되는 것이다.

따라서, 장치 전체의 부피를 줄이고 경량화 및 컴팩트화가 가능하며 구동장치로 전달되는 작동 유체의 손실에도 정확한 개폐 및 작동 위치의 유지가 가능하도록 하는 장치의 개발이 절실한 것이다.

특허출원 제10-2008-0116327호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 밸브 개폐 동작이 정확하게 이루어짐은 물론, 이러한 밸브 개폐 동작을 위한 장치 전체의 소형화 및 컴팩트화 구현이 가능한 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원판 형상으로 형성되어 밸브체의 유로를 개폐하는 밸브 디스크의 일측 가장자리로부터 연장되어 정, 역회전하면서 상기 밸브 디스크를 연동시키는 밸브축; 상기 밸브체의 상측에 구비되어 상기 밸브 축에 구동력을 전달하는 것으로, 상기 밸브축과 직교되게 상기 밸브축의 상단부와 연결되어 정, 역회전함으로써, 상기 밸브축을 정, 역회전시켜 상기 밸브체의 유로를 개폐하는 구동 전달부; 및 상기 구동 전달부와 연결되어 상기 구동 전달부를 자동 또는 수동으로 가동시킬 수 있도록 스위칭하는 절환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 구동 전달부는, 상기 밸브축의 상단부를 수용하는 기어 박스와, 상기 기어 박스에 내장되고, 상기 밸브축의 상단부에 구비되는 웜 휠과, 상기 기어 박스에 내장되어 양단부가 상기 기어 박스의 양측으로 노출되며, 상기 웜 휠과 맞물려 정, 역회전하는 웜이 외주면을 따라 형성된 웜 축과, 상기 웜 축을 사용자의 수동 조작에 의하여 정, 역회전시킬 수 있도록 상기 웜 축의 일단부에 연결되는 핸드 휠과, 구동력을 전달받아 상기 웜 축을 자동으로 정, 역회전시킬 수 있도록 상기 웜 축의 타단부에 연결되는 유압 모터를 포함하며, 상기 절환부는 상기 유압 모터측과 연결되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 유압 모터는 작동 유체의 압력에너지를 기계적 에너지로 변환하여 회전운동을 발생하는 장치인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 구동 전달부는, 상기 유압 모터와 상기 웜 축의 타단부를 상호 연결하는 커플링과, 상기 커플링과 상기 모터 사이에 구비되는 감속기 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터는, 상기 밸브축의 단부와 연결되는 연결축과, 상기 연결축에 연결되고 상기 구동 전달부의 유압 모터의 회전에 따라 전기적으로 반응되며, 상기 밸브 디스크의 개폐 각도에 따라 작동상태를 전달하는 리미트 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 절환부는, 작동 유체가 수용되는 유체 구동원과, 상기 유체 구동원의 일측과 상기 구동 전달부의 유압 모터를 연결하는 제1 배관과, 상기 제1 배관으로부터 분기되어 상기 유체 구동원의 타측과 연결되는 제2 배관과, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 분기점에 설치되어 상기 유압 모터측으로 향하는 상기 작동 유체의 흐름을 선택적으로 차단 또는 허용하며, 상기 구동 전달부의 수동 작동이 가능하도록 차단된 상기 작동 유체를 상기 제2 배관을 통하여 상기 유체 구동원으로 되돌리는 바이패스 3방 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터는, 상기 제1 배관과 제2 배관 상에 장착되는 릴리프 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.

우선, 본 발명은 웜기어 어셈블리인 웜 휠과 맞물리는 웜 축에 유압 모터를 결합 구동할 수 있도록 하여 설치 공간을 줄여 장치 전체의 컴팩트화 및 경량화 구현이 가능하게 된다.

따라서, 본 발명은 기존의 유압 실린더에 의하여 작동되는 액추에이터에 비하여 기어 박스의 작동 배율을 올리는 것, 즉 윔기어 어셈블리인 웜 휠과 웜 축의 작동 배율을 올리는 것만으로도 밸브 디스크의 큰 개폐 토크에 견딜 수 있게 되기 때문에, 설치 공간을 많이 필요로 하지 않으면서도 효율적인 장치 관리가 가능하게 된다.

그리고, 본 발명은 릴리프 밸브를 유압 모터와 연결되는 배관에 설치하여 밸브체와 유압 모터에 과부하가 걸리는 것을 해소할 수 있다.

또한, 본 발명은 바이패스 3방 밸브를 유압 모터와 연결되는 배관에 설치하여 수동 조작에 의한 밸브 디스크의 개폐시 유압 모터 내부에 채워진 작동 유체의 저항으로 인한 작동 불능 상태를 미연에 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터가 장착된 밸브체의 외관을 나타낸 개념도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터의 전체적인 결합 관계를 모식적으로 나타낸 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터의 주요부인 구동 전달부의 유압 모터와 유체 구동원 사이의 연결 상태를 나타낸 블록 개념도

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터가 장착된 밸브체의 외관을 나타낸 개념도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터의 전체적인 결합 관계를 모식적으로 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터의 주요부인 구동 전달부의 유압 모터와 유체 구동원 사이의 연결 상태를 나타낸 블록 개념도이다.

본 발명은 도시된 바와 같이 밸브축(100)에 구동 전달부(200)이 연결되고, 절환부(300)은 구동 전달부(200)과 연결되는 구조임을 파악할 수 있다.

우선, 밸브 디스크(500)이 밸브체(400)에서 폐쇄상태로부터 완전 개방되는 상태로 전환될 때 밸브축(100)이 90도 회전(1/4회전)하는 밸브가 쿼터턴 밸브이다.

이러한 쿼터턴 밸브에서 밸브축(100)은 원축 형상으로 형성되어 밸브체(400)의 유로를 개폐하는 밸브 디스크(500)의 일측 가장자리로부터 연장되어 정, 역회전하면서 밸브 디스크(500)을 연동시키는 것이다.

구동 전달부(200)은 밸브체(400)의 상측에 구비되어 밸브축(100)에 구동력을 전달하는 것으로, 밸브축(100)과 직교되게 밸브축(100)의 상단부와 연결되어 정, 역회전함으로써, 밸브축(100)을 정, 역회전시켜 밸브체(400)의 유로를 개폐하는 것이다.

절환부(300)은 구동 전달부(200)과 연결되어 구동 전달부(200)을 자동 또는 수동으로 가동시킬 수 있도록 스위칭하는 것이다.

따라서, 본 발명은 설치 공간을 줄여 장치 전체의 컴팩트화 및 경량화 구현이 가능하게 된다.

따라서, 본 발명은 기존의 유압 실린더에 의하여 작동되는 액추에이터에 비하여 밸브 디스크(500)의 큰 개폐 토크에 견딜 수 있게 되기 때문에, 설치 공간을 많이 필요로 하지 않으면서도 효율적인 장치 관리가 가능하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

우선, 구동 전달부(200)은 밸브축(100)의 상단부를 수용하는 기어 박스(210)과, 기어 박스(210)에 내장되고, 밸브축(100)의 상단부에 구비되는 웜 휠(220)과, 기어 박스(210)에 내장되어 양단부가 기어 박스(210)의 양측으로 노출되며, 웜 휠(220)과 맞물려 정, 역회전하는 웜(231)이 외주면을 따라 형성된 웜 축(230)을 포함한다.

그리고, 구동 전달부(200)은 웜 축(230)을 사용자의 수동 조작에 의하여 정, 역회전시킬 수 있도록 웜 축(230)의 일단부에 연결되는 핸드 휠(240)을 포함한다.

또한, 구동 전달부(200)은 구동력을 전달받아 웜 축(230)을 자동으로 정, 역회전시킬 수 있도록 웜 축(230)의 타단부에 연결되는 유압 모터(250)을 포함한다.

여기서, 후술할 절환부(300)은 유압 모터(250)측과 연결되어 작동 유체의 공급 또는 차단에 관여하게 되는 것이다.

이때, 유압 모터(250)은 작동 유체의 압력에너지를 기계적 에너지로 변환하여 회전운동을 발생하는 장치 중 하나일 수 있다.

그리고, 구동 전달부(200)은 조립 체결의 편의를 도모하고, 점검 및 유지 관리의 편의 또한 도모할 수 있도록, 유압 모터(250)과 웜 축(230)의 타단부를 상호 연결하는 커플링(260)을 더 구비할 수도 있다.

또한, 구동 전달부(200)은 고속으로 회전하는 유압 모터(250)의 회전속도를 전달하는 밸브축(100)의 정, 역회전 속도로 저감할 수 있도록, 커플링(260)과 유압 모터(250) 사이에 감속기 어셈블리(270)을 더 구비할 수도 있다.

한편, 본 발명은 쿼터턴 밸브로서 밸브 디스크(500)의 개폐 각도를 일정 범위에서 정확하게 제한하고 밸브 개방 및 밸브 폐쇄 상태를 확실하게 유지할 수 있도록, 밸브축(100)의 단부와 연결되는 연결축(610)과, 연결축(610)에 연결되고 구동 전달부(200)의 유압 모터(250) 회전에 따라 전기적으로 반응되며, 밸브 디스크(500)의 개폐 각도에 따라 작동상태를 전달하는 리미트 스위치(600)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 절환부(300)은 작동 유체가 수용되는 유체 구동원(310)과, 유체 구동원(310)의 일측과 구동 전달부(200)의 유압 모터(250)을 연결하는 제1 배관(321)과, 제1 배관(321)로부터 분기되어 유체 구동원(310)의 타측과 연결되는 제2 배관(322)를 포함한다.

여기서, 절환부(300)는 제1 배관(321)과 제2 배관(322)의 분기점에 설치되어 유압 모터(250)측으로 향하는 작동 유체의 흐름을 선택적으로 차단 또는 허용하며, 구동 전달부(200)의 수동 작동이 가능하도록 차단된 작동 유체를 제2 배관(322)를 통하여 유체 구동원(310)으로 되돌리는 바이패스 3방 밸브(330)을 포함할 수 있다.

이때, 본 발명은 제1 배관(321)과 제2 배관(322) 상에 장착되는 릴리프 밸브(340)을 더 구비할 수도 있다.

이러한 바이패스 3방 밸브(330)과 릴리프 밸브(340)은 기어 박스(210) 일측에 마련된 유압 블록(350)에 내장되어 유체 구동원(310)과 연결된다.

즉, 본 발명은 릴리프 밸브(340)를 유압 모터(250)과 연결되는 제1 배관(321)과 제2 배관(322)에 설치하여 밸브체(400)과 유압 모터(250)에 과부하가 걸리는 것을 해소할 수 있다.

다시 말해, 원격 위치에 있는 유체 구동원(310)에서 공급되는 유체는 밸브체(400)의 밸브 디스크(500)을 개방하는 쪽과 폐쇄하는 쪽으로 공급하게 되며, 이러한 공급 유체는 각각의 공급 압력에 차이가 있어야 밸브체(400) 내부에서 발생하는 낌 현상을 방지할 수 있음은 물론, 유압 모터(250)의 출력이 부족하여 밸브 디스크(500)을 개폐할 수 없는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 바이패스 3방 밸브(330)을 유압 모터(250)과 연결되는 제1 배관(321)과 제2 배관(322)의 분기점에 설치함으로써, 핸드 휠(240)에 의한 수동 조작으로 밸브 디스크(500)을 개폐할 때 유압 모터(250) 내부에 채워진 작동 유체의 저항으로 인한 작동 불능 상태를 미연에 방지할 수 있게 된다.

즉, 유체 구동원(310)으로부터 유체의 공급이 중단되더라도 본 발명에 따른 바이패스 3방 밸브(330)이 설치된 현장이라면, 기어 박스(210)을 통하여 노출된 웜 축(230)과 연결된 핸드 휠(240)을 정, 역회전시키는 것만으로도 밸브 디스크(500)의 개폐 동작이 가능하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 밸브 개폐 동작이 정확하게 이루어짐은 물론, 이러한 밸브 개폐 동작을 위한 장치 전체의 소형화 및 컴팩트화 구현이 가능한 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

100...밸브축
200...구동 전달부
210...기어 박스
220...웜 휠
230...웜 축
231...웜
240...핸드 휠
250...유압 모터
260...커플링
270...감속기 어셈블리
300...절환부
310...유체 구동원
321...제1 배관
322...제2 배관
330...바이패스 3방 밸브
340...릴리프 밸브
350...유압 블록
400...밸브체
500...밸브 디스크
600...리미트 스위치
610...연결축

Claims (7)

1. 원판 형상으로 형성되어 밸브체의 유로를 개폐하는 밸브 디스크의 일측 가장자리로부터 연장되어 정, 역회전하면서 상기 밸브 디스크를 연동시키는 밸브축;
   상기 밸브체의 상측에 구비되어 상기 밸브축에 구동력을 전달하는 것으로, 상기 밸브축과 직교되게 상기 밸브축의 상단부와 연결되어 정, 역회전함으로써, 상기 밸브축을 정, 역회전시켜 상기 밸브체의 유로를 개폐하는 구동 전달부;
   상기 구동 전달부와 연결되어 상기 구동 전달부를 자동 또는 수동으로 가동시킬 수 있도록 스위칭하는 것으로, 작동 유체가 수용되는 유체 구동원과, 상기 유체 구동원의 일측과 상기 구동 전달부의 유압 모터를 연결하는 제1 배관과, 상기 제1 배관으로부터 분기되어 상기 유체 구동원의 타측과 연결되는 제2 배관과, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관의 분기점에 설치되어 상기 유압 모터측으로 향하는 상기 작동 유체의 흐름을 선택적으로 차단 또는 허용하며 상기 구동 전달부의 수동 작동이 가능하도록 차단된 상기 작동 유체를 상기 제2 배관을 통하여 상기 유체 구동원으로 되돌리는 바이패스 3방 밸브를 포함하는 절환부;
   상기 밸브축의 단부와 연결되는 연결축;
   상기 연결축에 연결되고 상기 구동 전달부의 유압 모터의 회전에 따라 전기적으로 반응되며, 상기 밸브 디스크의 개폐 각도에 따라 작동상태를 전달하는 리미트 스위치; 및
   상기 제1 배관과 제2 배관 상에 장착되는 릴리프 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동 전달부는,
   상기 밸브축의 상단부를 수용하는 기어 박스와,
   상기 기어 박스에 내장되고, 상기 밸브축의 상단부에 구비되는 웜 휠과,
   상기 기어 박스에 내장되어 양단부가 상기 기어 박스의 양측으로 노출되며, 상기 웜 휠과 맞물려 정, 역회전하는 웜이 외주면을 따라 형성된 웜 축과,
   상기 웜 축을 사용자의 수동 조작에 의하여 정, 역회전시킬 수 있도록 상기 웜 축의 일단부에 연결되는 핸드 휠과,
   구동력을 전달받아 상기 웜 축을 자동으로 정, 역회전시킬 수 있도록 상기 웜 축의 타단부에 연결되는 유압 모터를 포함하며,
   상기 절환부는 상기 유압 모터측과 연결되는 것을 특징으로 하는 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 유압 모터는 작동 유체의 압력에너지를 기계적 에너지로 변환하여 회전운동을 발생하는 장치인 유압 모터 중 하나인 것을 특징으로 하는 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 구동 전달부는,
   상기 유압 모터와 상기 웜 축의 타단부를 상호 연결하는 커플링과,
   상기 커플링과 상기 유압 모터 사이에 구비되는 감속기 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쿼터턴 밸브용 유압 액추에이터.
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