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KR20180039736A - 고로 충전 설비용 실링 밸브 어레인지먼트 - Google Patents

고로 충전 설비용 실링 밸브 어레인지먼트 Download PDF

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KR20180039736A
KR20180039736A KR1020187009384A KR20187009384A KR20180039736A KR 20180039736 A KR20180039736 A KR 20180039736A KR 1020187009384 A KR1020187009384 A KR 1020187009384A KR 20187009384 A KR20187009384 A KR 20187009384A KR 20180039736 A KR20180039736 A KR 20180039736A
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KR
South Korea
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shutter
motion
shaft
eccentric sleeve
tilting
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KR1020187009384A
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Inventor
패트릭 후트마허
이브 하이넨
찰스 스타이켄
하라드 랑
풀 토커트
Original Assignee
풀 부르스 에스.에이.
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Publication date
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Abstract

고로(shart furnace) 충전 설비용 실링 밸브 어레인지먼트(sealing valve arrangement)에 있어서, 밸브 시트와 함께 협동(cooperating)하도록 배열되는 셔터(shutter); 상기 밸브 시트와 실링 접촉에서 실링된 폐쇄 위치 및 상기 밸브 시트로부터 떨어진 열린 위치 사이에서 상기 셔터를 움직이기 위한 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치(integrated dual-motion shutter-actuating device);을 포함하고, 상기 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치는, 상기 셔터를 실링된 폐쇄 위치(closed position)에서 상기 셔터가 상기 밸브 시트로부터 풀리는(released) 클램프되지 않은 위치(unclamped position)로 이동하기 위한 제1 모션 집합체(primary motion assembly); 상기 셔터를 상기 클램프되지 않은 위치에서부터 상기 밸브 시트로부터 떨어진 열린 위치(open position)로 기울이기 위한 제2 모션 집합체(secondary motion assembly),를 포함하고, 상기 제2 모션 집합체는 상기 셔터를 운반(carrying)하고, 회전 축을 정의하는 기울임 샤프트(tilting shaft)에 연결되는 기울임 암(tilting arm), 및 상기 기울임 암에 대한 상기 축에 대해 각 회전(angular rotation)을 주도록 구성된 기울임 샤프트 액츄에이터(tilting shaft actuator);를 포함하고, 상기 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치는 고정형 외부 실린더 슬리브(stationary outer cylindrical sleeve)를 더 포함하고, 상기 제1 모션 집합체(primary motion assembly)는 상기 외부 실린더 슬리브 내부에 순환하여(rotationally) 설치된 내부 편심 슬리브 샤프트(inner eccentric sleeve shaft), 및 상기 내부 편심 슬리브 샤프트로 각 회전을 주도록 구성된 제1 모션 액츄에이터(primary motion actuator)를 포함하되, 제1 모션은 편심율(eccentricity) 및 상기 내부 편심 슬리브 샤프트의 각 회전의 함수이고, 상기 제2 모션 집합체의 상기 기울임 샤프트는 상기 제1 모션 집합체의 상기 내부 편심 슬리브 샤프트 내부에 순환하여 설치되고, 제2 모션은 상기 기울임 샤프트의 각 회전(angular rotation)의 함수이다.

Description

고로 충전 설비용 실링 밸브 어레인지먼트
본 발명은 일반적으로 고로 충전 설비용 실링 밸브 어레인지먼트에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 용광로 충전설비에서 로 가스(furnace gas)의 손실을 방지하기 위한 상부 또는 하부 실링 밸브 어레인지먼트에 관한 것이다.
밸리스 톱(the BELL LESS TOP®) 타입의 고로 충전 설비는 수 십 년 동안 산업에서 널리 사용되었다. 이러한 설비의 초기 샘플은 예를 들어 US 4,071,166에 공개되었다. 이러한 설비는 하나 이상의 중간 충진 물질 저장 호퍼(intermediate charge material storage hopper)를 수문 또는 에어락과 같은 방식으로 구동함으로써, 용광로 가스의 로구(furnace throat)에서의 탈출을 최소화한다. 이러한 효과를 위해, 각각의 호퍼는 호퍼 주입구 및 출구부 각각의 실링 폐쇄(sealing closure)를 위한 상부 실링 밸브 및 하부 실링 밸브를 갖는다. 호퍼가 채워지는 동안에, 상부 실링 밸브는 열리고, 하부 실링 밸브는 닫힌다. 호퍼로부터 로(furnace)가 물질로 채워질 때, 하부 실링 밸부는 열리고, 상부 실링 밸브는 닫힌다. US 4,071,166에서 일반적으로 사용되는 덮개 타입 밸브를 포함하는 단일 샤프트에 대해서 셔터가 기울어질 수 있는 실링 밸브 어레인지먼트를 개시하고 있다. 이러한 샤프트의 축은 밸브 시트의 대략 평면에 배치된다. 셔터는 열림 위치에서 물질의 흐름 경로(material flow path)에 완전히 제거되어야 하기 때문에, US 4,071,166를 따르는 어레인지먼트는 하부 실링 밸브 하우징 및 각각의 중간 저장 호퍼 내부 모두에 대해서 수직 방향으로 상당한 공간을 요구한다. (본 발명 도 1 참조) 달리 말하면, 이러한 밸브 어레인지먼트는 실링 밸브 하우징 내부에 어떠한 자유 높이를 요구하고, 호퍼의 최대 충진 높이를 제한한다.
수직적인 구조적 공간의 “손실(lost)”를 줄이기 위해서, 개선된 이른바 듀얼-모션 셔터-작동 장치가 제안되었다. US 4,514,129는 이러한 듀얼-모션 셔터-작동 장치를 제안하였다. 이러한 장치는 제 1 축에 대하여 밸브를 기울이고(tilt), 제 1축에 수직인 제 2 축에 대하여 셔터를 그것의 마운팅 암(mounting arm)과 함께 개별적으로(separately) 피봇(pivot) 하도록 구성된다. 이러한 듀얼-모션 셔터-작동 장치는 셔터를 상기 시트의 측면의 높은 주차 위치(parking position) 및 시트의 부분적으로 위로 이동하는 것을 허락한다. 따라서, US 4,514,129를 따르는 밸브 어레인지먼트는 상당히 감소된 구조적 높이를 요구한다. US 4,755,095는 유사한 상부 실링 밸브 어레인지먼트에서 셔터-작동 장치가 유사한, 즉 호퍼의 주입구 실링을 위한 셔터-작동 장치를 개시하고 있다. 그러나, 이러한 타입의 셔터-작동 장치의 단점은 마모되기 쉬운 많은 수의 관절 부품 및 가혹한 조건의 노출에 있다.
WO 2010/015721 A1 은 밸브 시트와 함께 하부 실링 밸브 하우징을 포함하는 고로 충전 설비용 듀얼-모션 하부 실링 밸브 집합체에 대해 개시하고 있다. 셔터는 밸브 시트와 함께 협동하도록 조정되었고, 하부 실링 밸브 하우징의 상부 플레이트에 지지될 수 있는 밸브 작동 메커니즘에 작동적으로 연결되어(operatively connected), 밸브 시트와 실링 접촉으로 또는 밖으로의 셔터를 움직인다. 특히, 밸브 작동 메카니즘은 셔터를 지지하는 턴-슬라이드 실린더형 조인트(turn-slide cylindrical joint)를 포함한다. 실린더형 조인트(cylindrical joint)는 조인트가 셔터를 위, 아래로 이동하는 것을 허락하도록 상당히 수직한 조인트 축(joint axis)을 갖는고, 예를 들어 수직방향으로 그리고, 평면에 수직하게 일반적으로 상당한 수평면에서 상기 조인트가 선회하는 것을 허락한다. 턴-슬라이드 실린더형 조인트(turn-slide cylindrical joint)는 조인트의 아웃풋 샤프트(output shaft)로 수행하는 샤프트, 상기 샤프트가 설치되는 중간 할로우 슬리브(intermediate hollow sleeve), 및 상기 슬리브를 지지하고, 상기 조인트의 고정된 프레임을 형성하는 바깥 쉘(outer shell)을 포함한다. 샤프트는 축“‡향으로 고정되고, 할로우 슬리브의 조인트 축에 대해 회전가능하다. 상기 슬리브는 축방향으로 하우징에 고정된 바깥 쉘의 조인트 축을 따라서 미끄러질 수 있다. 상기 메카니즘은 축방향 이동(미끄럼)을 위한 제1 수압 실린더(first hydraulic cylinder), 및 회전(선회(turning))을 위한 제2 수압 실린더(second hydraulic cylinder)를 더 포함한다. 제1 실린더(first cylinder)는 쉘에 대해서 조인트 축을 따라 축 방향으로 슬리브와 함께 샤프트를 이동하기 위해 바깥 쉘에 연결된 일 측면을 같고, 할로우 슬리브에 연결된 다른 측면을 갖는다. 제2 수압 실린더(second hydraulic cylinder)는 조인트 축에 대한 중간 슬리브(intermediate sleeve)에 대해서 샤프트를 회전시키기 위해 상기 슬리브에 경첩으로 연결된(hinged) 일 측면을 갖고, 상기 샤프트에 경첩으로 연결된 다른 측면을 갖는다. 그러나, 역시 전달 움직임(translational movement)은 먼지가 많은 환경에서 수행되고, 메카니즘의 수명은 작동 중에 먼지가 실링으로 들어갈 수 있고, 실링 표면을 손상시킬 수 있기 때문에 단축된다. 이러한 해결책의 다른 단점은 셔터 상에 떨어지는 먼지가 내려올 수 없다는 것이다.
WO 2011/000966 A1는 여전히 듀얼-모션 셔터-작동 장치를 개시하고, 상기한 셔터 구동장치는, 실질적으로 평행하고, 예를 들면, 수직보다는 수평에 더 가까운 상대 배향(relative orientation)을 가지는, 오프셋 축(offset axes)에 대하여 두 회전의 중첩(superposition)을 셔터에 부여하도록(confer) 구성된 형태의 장치이다.
이러한 효과를 위해, 상기 장치는, 제 1 기울임 샤프트(primary tilting shaft) 상에 지지되고, 고정형 구조체(stationary structure) 상에 제1 기울임 암(primary tilting arm)을 회전하면서 지지하는 베어링과 함께, 일반적으로 하부 실링 밸브 하우징 또는 중간 저장 호퍼의 쉘 상에 부동의 제1 축(immobile first axis)에 대해 회전할 수 있는 방법으로 구비되는 제 1 기울임 암(primary tilting arm); 제1 기울임 암 상에 제2 기울임 암을 회전하면서 지지하는 베어링과 함께, 제2 축(second axis), 즉 본질적으로 제1 축에 대해서 평행하게 회전하고, 제2 기울임 암과 함께 움직이는 방법으로 구비되는, 셔터를 운반하고, 제2 기울임 샤프트에 의해 지지되는 제2 기울임 암; 및 제1 기울임 암이 제1 축에 대해서 회전함과 동시에 제2 기울임 암에 대한 제2 축에 대해서 회전을 주도록 구성된 메카니즘을 포함한다. 이러한 방법에서, 제 1 기울임 샤프트(first tilting shaft)는 할로우 슬리브 샤프트(hollow sleeve shaft)로 구성되고, 셔터-작동 장치는, 제 1 기울임 샤프트를 통해 연장되는 기준 로드(reference rod)를 포함한다. 이러한 기준 로드는 고정형 구조체에 연결된 말단부(distal end portion) 및 기준 부재에 연결된 근단부(proximal end portion)를 갖고, 상기 메카니즘은 상기 기준 부재와 결합된 구동면(driven side)을 갖는다. 이러한 방법의 주된 단점은 상기 장치를 제조 및 조립 측면에서 더 비싸게하는 구동 부품의 숫자이다. 마지막으로 상기 메카니즘은 비록 먼지에 덮이더라도 먼지 환경에서 구동하는 것이다.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 감소된 구동 부품(movable parts)과 함께 감소된 건설 높이(construction height)와 결합된 셔터-작동 장치를 실링 밸브 어레인지먼트와 함께 제공하는 것이고, 바람직하게 가혹한 조건에 직접적으로 노출되는 구동 부품의 숫자를 줄이는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 실링 밸브 어레인지먼트(sealing valve arrangement)의 첫 번재 실시 예로, 특히 용광로와 같은 고로의 충전설비용 상부 또는 하부 실링 밸브 어레인지먼트를 제공하는 것이다. 상기 실링 밸브 어레인지먼트는 밸브 시트(valve seat)와 함께 구동하도록 배열되는 셔터(shutter), 및 바람직하게 그것의 측면에 위치하는 상기 밸브 시트와 실링 접촉에서 실링된 닫힌 위치(sealed closed position) 및 상기 밸브 시트로부터 떨어진 열린 위치(open position) 사이에서 상기 셔터를 움직이기 위한 통함 듀얼-모션 셔터-작동 장치(integrated dual-motion shutter-actucating device)를 포함한다. 상기 열린 위치에서, 상기 실링 밸브를 통해서 통로 또는 물질 흐름 경로는 셔터에 의해서 완전히 치워진다(cleared).
상기 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치는 다음을 포함한다:
- 셔터는 밸브 시트로부터 해방되고(released), 상기 셔터를 실링된 닫힌 위치(sealed closed position)로부터 클램프되지 않은 또는 실링되지 않은 위치로 이동시키기 위한 제1 모션 집합체(primary motion assembly); 및
- 상기 셔터를 상기 클램프되지 않은 또는 봉인되지 않은 위치로부터 상기 밸브 시트로부터 떨어진 열린 위치로 기울이기 위한 제2 모션 집합체(secondary motion assembly). 상기 제2 모션 집합체는 상기 셔터에 부착되고, 회전 각도를 정의하는 기울임 샤프트에 연결된 기울임 암 및 상기 기울임 암에 대한 상기 축에 대해 각 회전을 주도록 구성된 기울임 샤프트 액츄에이터를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치는 고정형 외부 실린더 슬리브(stationary outer cylindrical sleeve)를 더 포함한다. 제1 모션 집합체는 상기 외부 실린더 슬리브 내부에 순환하여 설치된 내부 편심 슬리브 샤프트(제1 편심 슬리브 샤프트)를 포함하고, 제1 모션 액츄에이터는 상기 내부 편심 슬리브 샤프트에 대해서 각 회전(angular rotation)을 주도록 구성되고, 제1 모션은 편심율(eccentricity) 및 상기 내부 편심 슬리브 샤프트의 각 회전의 함수이다. 또한, 상기 상기 제2 모션 집합체의 상기 기울임 샤프트는 상기 제1 모션 집합체의 상기 내부 편심 슬리브 샤프트 내부에 순환하여 설치되고, 제2 모션은 기울임 샤프트의 각 회전의 함수이다.
본 발명의 주된 장점은 모든 부품이 셔터의 제1 및 제2 모션(primary and secondary motion) 모두에 관여한다는 것이고, 즉 밸브 시트 및 주차 위치(parking position)에서 셔터를 기울이는 것으로부터 클램프를 하지 않는 것은 단지 몇 개 및 건설적으로 간단한 부품을 포함하는 집합체에 의해서 행해지고, 먼지 및 온도에 대해서 더 쓸모있고, 더 보호적이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 모션 특히 셔터가 이러한 제1 모션 중에 이동에 의핸 거리 및 경로는 편심율 및 내부 편심 슬리브 샤프트의 각 회전의 함수이다. 본 발명의 문맥에서, 편심 슬리브 샤프트는 일반적으로 종래의 슬리프 샤프트를 닮았다. 즉, 중심 길이방향(공축의) 보어(central longitudinal (coaxial) bore)를 포함하는 샤프트가 예를 들어 추가 샤프트를 잡고, 상기 추가 샤프트 보어의 중심(center)은 가운데(central) 또는 공축이 아니고, 오히려 슬리브 샤프트의 중심 축에 대해서 간격이 시프트 되거나, 또는 오프셋(중심을 벗어난, off-center)되었다는 것을 제외하고는 닮았다. 또한, 편심율이라는 용어로 정의되는 이러한 오프셋 간격은 제1 움직임의 최대 거리(maximum distance), 즉 밸브 시트로부터 이동될 수 있는 셔터의 최대 거리를 정의한다. 후속으로 자세히 예시될 것처럼, 이러한 최대 거리는 편심 슬리브 샤프트가 180° 회전한다면 편심율의 두 배이다. 따라서, 내부 편심 슬리브 샤프트를 편심율 위치(보어의 오프셋 중심 또는 상기 보어에 놓여진 샤프트의 중심 위치) 가 수직 최상단 편심율 위치(셔터가 닫힌)인 편심율 위치에서 180° 그것의 최하단 위치로 회전함으로써, 셔터는 편심율의 두 배 거리에 의해서 완전히 클림 V되지 않을 수 있다. 따라서, 적절히 편심율을 선택함으로써, 셔터는 클램프되지 않을 수 있고, 제2 기울임 모션에 의해서 기울어져 버림에 따라(tilted away) 밸브 시트로부터 충분히 떨어질 수 있다. 이러한 제2 기울임 모션은 샤프트를 충분한 각도만큼 편심 보어(eccentric bore) 내에 회전하도록 단순히 요구한다.
그러나, 만약 밸브 시트로부터 셔터의 초기 풀림(unclamping)은 밸브 시트의 중심 축(valve seat’s central axis)으로 평행을 벗어난 움직임을 의미한다면, 적어도 다수의 응용에서 밸브 시트 및 가스켓의 마모는 바람직하지 않은 정도로 높아지는 것이 관찰되어왔다.
따라서, 다른 실시 예에서, 내부 편심 슬리브 샤프트는, 외부 실린더 슬리브 내부에 셔터가 실링된 폐쇄 위치에 있을 때 외부 실린더 슬리브의 중심으로부터 약 편심 거리(eccentricity distance) 만큼 측면으로 위치되는 편심 위치로 배열된다. 달리 말하면, 이러한 실시 예에서 제1 모션은 수직의 최상단 편심율 위치에서 시작하지 않고, 오히려 최상단 수직 위치에 대해 90° 회전된 편심 슬리브 샤프트의 위치 상황으로부터 시작한다.
놀랍게도, 이러한 구성은 밸브 시트의 축과 거의 평행한 제1 모션의 초기 구성(component)의 장점을 제공하고, 그것에 의하여 비교적 온화하고, 마모가 감소된 클램핑되지 않은 구동을 허락한다. 이러한 구성으로, 제1 모션은 내부 편심 슬리브가 90°의 각도만큼 회전되는 것을 의미할 것이고, 편심율만큼의 수직 및 수평 거리만큼 셔터를 움직인다.
따라서, 제1 모션 용 오직 하나의 편심 슬리브 샤프트를 사용하더라도, 초기에 거의 병진 풀림(translational unclamping)을 허락한다. 이것은 열림의 시작에 시트로부터 거의 직선의 경로, 밸브 시트의 축에 기본적으로 평행하도록 셔터를 들도록 편심에 의해 제공되는 움직임을 의미한다.
바람직하게 또는 필요할 경우, 제1 모션의 병진 파트(translational part)는 본 발명의 실링 밸브 어레인지먼트의 구조적으로 더 간단한 변형을 통해 더 증가될 수 있다.
이러한 추가 다른 실시 예에서, 제1 모션 집합체는 외부 실린더 슬리브 내부에 순환하여 설치된 외부 편심 슬리브 샤프트(제2 편심 슬리브 샤프트, second eccentric sleeve shaft)를 더 포함하고, 상기 내부 편심 슬리브 샤프트(제1 편심 슬리브 샤프트, first eccentric sleeve shaft)는 상기 외부 편심 슬리브 샤프트 내부에 순환하여 설치되고, 제1 모션은 내부 및 외부 편심 슬리브 샤프트의 편심율 및 각 회전의 함수이다.
두 개의 중첩된(nested) (제1 및 제2) 편심 슬리브 샤프트를 결합함으로써, 각각은 순환적으로 움직일 수 있고, 제1 모션은 다시 편심율 및 각 회전의 함수로 조정될 수 있다. 하지만, 이번에는 내부 또는 외부 편심 슬리브 샤프트의 것 중 하나이다. 그들의 편심율 및 그들의 회전 각도는 실제 상황 및 물체에 맞도록 오퍼레이터에 의해 설정되고 각각 최고로 맞춰질 수 있다. 하기에 제공되는 예시에 의해 쉽게 이해되는 바와 같이, 두 편심 슬리브 샤프트가 180° 회전된다면 허락되는 최대 (합산) 거리는 두 편심율의 합계이다.
그러나, 더블 편심 슬리브 샤프트 집합체(double eccentric sleeve shaft assembly)는 특정 상황에서 특히 이점이 있고, 바람직한 제1 모션을 더 허락할 수 있다. 따라서, 또한 두 편심 슬리브 샤프트와 함께하는 다른 실시 예는 내부 및 외부(제1 및 제2) 편심 슬리브 샤프트는 동일한 편심율을 갖는다. 또한, 편심 액츄에이터(eccentric actuator)는 바람직하게 상기 내부 및 외부 편심 슬리브 샤프트에 상대-회전 각 회전(counter-rotating angular rotation)을 동시에 주도록 구성된다. 실제로, 동일한 편심율 및 둘 (내부 및 외부) 편심 슬리브 샤프트의 동일한 각도로 동시에 상대-회전(counter-rotating)을 결함함으로써, 제1 모션은 제1 모션 중에 어떤 때라도 측면 이동 없이 완전한 병진(translational)이 된다. 즉, 제1 모션 중에 셔터의 움직임은 완전히 직선이다.
제1 및 제2 모션은 적절한 숫자의 개별의 액추에이터에 의해 영향받을 수 있다. 일반적으로, 모션 집합체 마다 하나의 액츄에이터 사용은 실링 밸브 어레인지먼트에 과도한 복잡함을 더함 없이 편리한 컨트롤을 허락해준다. 그럼에도 불구하고, 그것은 본원에서 설명된 실링 어레인지먼트의 파트 숫자를 더 줄이는 것이 바람직하거나, 필요할 수도 있다.
따라서, 또한 다른 실시 예에서, 기울임 샤프트 액츄에이터(tilting shaft actuator)는 내부(또는 외부) 편심의 회전으로 기울임 샤프트를 부수적으로 회전시키는데 사용되는 컨트롤 로드(control rod)일 수 있다. 일 실시 예에서, 이러한 컨트롤 로드는 정지점(stationary point)에 일단이 순환적으로 연결되고, 다른 것은 기울임 샤프트 또는 그것과 관련된 크랭크에 액츄에이터와 함께 편심 회전하도록 순환적으로 연결된다. 유압 잭(hydraulic jack) 또는 동류가 컨트롤 로드를 수단으로 하여 기울임 샤프트(제2 모션)의 회전을 구동한다.
본 발명의 문맥에서, 바람직하거나 유용하다고 생각된다면 많은 수의 둥지튼 편심 슬리브 샤프트가 사용될 수 있다. 그러나, 일반적으로 집합체의 복잡함 및 작동 메카니즘은 편심 슬리브의 높은 숫자와 함께 빠르게 증가한다.
또한, 다른 실시 예에서, 셔터를 그것의 주차 위치(parking position)까지 기울이는 제2 모션은 부속적 또는 후속적으로 또한 더한 각도만큼 편심 슬리브 샤프트(또는 존재한다면 그 중 하나 이상)를 회전시키는 제2 기울임 모션으로 더 보조되거나, 끝날 수 있다. 예를 들어, 편심 슬리브 샤프트의 편심 위치를 주차 위치의 옆으로 회전함으로써, 그것이 오직 제2 모션에 의해 되듯이 셔터는 밸브의 중심으로부터 여전히 멀리 위치할 수 있다.
비록 앞서 셔터의 열림 구동만 설명되었지만, 통상의 기술자에게 폐쇄는 기본적으로 열림에 설명된 단계를 되돌리는 것이라는 것은 명백하다. 정확한 역순으로부터 벗어나는 것은 바람직하게 이해될 수 있다.
기울임 암은 바람직하게 칸티레버 암이고, 내부 편심 슬리브 샤프트 내부에서 일 단부(one end portion)는 상기 기울임 샤프트(tilting shaft)에 의해서 지지되고, 타 단부(another end portion)에서 셔터를 운반한다. 셔터는 어떠한 적당한 타입일 수 있고, 바람직하게 셔터는 원뿔(conical), 구형(spherical), 포물선형(parabolic) 또는 덮개 타입(flap type) 밸브 셔텨일 수 있다.
바람직하게, 하나 이상의 편심 슬리브 샤프트 뿐만 아니라 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치 내부의 기울임 샤프트는 축방향으로 간격을 둔(axially spaced) 베어링과 함께 순환적으로 설치된다.
본 발명은 종래 해결책과 비교하여 다수의 장점이 성취되었고, 이러한 장점 중 중요한 이득은 다음과 같다:
● 셔터의 열림 중에, 셔터 위의 먼지가 기울임 모션에 의해 떨어질 수 있다.
● 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치는 회전 움직임으로만 작동하고, 방 가스성(gas tightness)은 축 샤프트 가스켓으로 쉽게 달성될 수 있다. 비교로, 먼지 환경에서 실린더의 병진 움직임은 작동 중에 계속적인 먼지의 실링으로 유입 및 실링 표면의 손상으로 짧은 수명을 갖는다.
● 셔터의 열림 모션 중에 작업 높이(working height)의 손실이 없다
● 메커니즘의 주요 파트(major part)는 밸브 케이싱의 바깥에 쉽게 놓일 수 있다.
● 하나의 편심 슬리브 샤프트는 대부분의 상황에 맞는 건설적으로(constructionally) 간단한 해결책을 제공할 수 있고, 특히 제1 모션이 수직 성분으로만 시작할 때 해결책을 제공할 수 있다.( 축 A 및 B가 동일 수평면, 도 1 및 도 3 참조)
● 두 개의 편심 슬리브 샤프트와 함께, 기울임 암은 내부 편심 슬리브 샤프트에 피봇-설치된다. 내부 편심 슬리브 샤프트는 외부 편심 슬리브 샤프트에 피봇 설치된다. 외부 편심 샤프트는 외부 슬리브 또는 케이싱에 피봇 설치된다. 두 개의 편심 슬리브 샤프트가 풀림/클램핑(unclamping/clamping) 모션 중에 반대 방향에서 동시에 작동할 때, 반대의 편심율 위치 및 동일한 편심율의 두 개의 편심 슬리브 샤프트는 균일하고, 완전한 셔터의 병진 움직임(수평/수직)이 실현될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예는 첨부된 도면을 참조하여 예로써 설명될 것이다:
도 1a - c는 하나의 편심 슬리브 샤프트를 포함하는 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치를 나타내는 실링 밸브 어레인지먼트의 제1 실시 예의 일련의 부분 수직 단면도이다;
도 2는 도 1에 묘사된 실시 예의 실링 밸브 어레인지먼트가 그것의 케이싱에 있는 것을 나타내는 일련의 부분 수직 단면도이다;
도 3a - c는 관련 액츄에이터와 바람직한 배열로 하나의 편심 슬리브 샤프트를 포함하는 통합 듀얼-모션 셔터-작동 창치를 나타내는 실링 밸브 어레인지먼트의 제2 실시 예의 일련의 부분 수직 단면도이다;
도 4a1 - b2는 두 개의 편심 슬리브 샤프트를 포함하는 통합 듀얼-모션 셔터-작동 창치를 나타내는 실링 밸브 어레인지먼트의 제3 실시 예의 일련의 부분 수직 단면도이다;
도 5a - c는 하나의 제1 모션 액츄에이터 및 기울임 컨트롤 로드의 교대 액츄에이터 배열의 하나의 편심 슬리브 샤프트를 포함하는 통합 듀얼-모션 셔터-작동 창치를 나타내는 실링 밸브 어레인지먼트의 제4 실시 예의 일련의 후면 도(back view)이다.
본 발명의 상세 및 이점은 첨부된 도면을 참조로하는 실시 예에 제한되지 않고 후속의 상세한 설명에서 더욱 명백해질 것이다.
도 1a-c는 하나의 편심 슬리브 샤프트(20)를 포함하는 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치를 나타내는 실링 밸브 어레인지먼트(10)의 제1 실시 예의 일련의 부분 수직 단면도이다. 도 1a를 참조하면, 셔터(40)는 밸브 시트(50) 상에 단단하게 앉은 폐쇄 위치 내의 기울임 암(30)의 일 단부 상에 설치되었다. 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치는 고정형 외부 실린더 슬리브(25)를 포함하고, 내부 편심 슬리브 샤프트(20) 베어링(26)을 수단으로 하여 순환적으로 설치되었다. 내부 편심 슬리브 샤프트(20)는 중심 축 A의 주위를 그것이 연결된 편심 크랭크(eccentric crank, 21)을 수단으로 하여 회전할 수 있다.
내부 편심 슬리브 샤프트(20)의 오프셋 보어(offset bore) 내부에 실린더형 샤프트는 기울임 암(30)에 일 단부가 연결되고, 타 단부는 기울임 크랭크(tilting crank, 31)에 연결되며, 베어링(36)을 수단으로 하여 설치되고, 기울임 크랭크(31)가 작동될 때 축 B에 대해 회전한다.
도 1a - c의 실시 예에서 편심율은 중심 A 및 B의 거리이다. 제한되지 않는 예시로서, 공동 실링 밸브 어레인지먼트에서 편심율은 일반적으로 50 내지 200mm 사이에서 선택될 수 있고, 바람직하게 80 내지 120mm 사이에서 선택될 수 있다. 도 1a의 폐쇄 위치에서 축 B는 실링 밸브(시트)(50)의 축 C를 포함하는기울임 방향에 대해 수직한 수직 면에 위치한다. 고정 축 A는 움직이는 축 B로 부터 측면에 위치된다.(또한 본원에서 편심율 위치(eccentric position)로 불리우는)
편심 크랭크(21)를 도 1a에 나타난 위치에서 도 1b에 나타난 위치로 이동함으로써, 제1 모션은 회전하는 편심 슬리브 샤프트(20)에 의해 영향을 받는다. 풀림 모션(unclamping motion)의 맨 처음에, 셔터(40)는 거의 수직으로 내려가고, 밸브 시트의 축 C에 대해 본질적으로 평행하다. (도 2 아래의 묘사를 참조) 초기의 범위에서 거의 수직 거리는 편심율에 의해서 제어될 수 있고, 편심율이 클수록 거의 직선 초기 거리(almost straight initial distance)는 더 크다. 사실, 실제로 시트 및 가스켓의 마모의 관점에서 대부분의 순간은 제1 모션의 처음 수 밀리미터이다. 정말로, 대부분의 경우 가스켓은 셔터의 실링된 닫힌 위치에서 단단히 눌려져있다. 이러한 가스켓은 수 밀리미터, 대략 3mm의 높이 압축성을 갖는다. 따라서, 이러한 경우 셔터는 이 3mm 만큼 시트로 부터 낮춰지고, 셔터와 시트 사이의 추가적인 접촉은 더 이상 없다. 따라서 후속의 모션은 더 자유롭게 선택될 수 있다. 제1 모션 중에, 편심 슬리브 샤프트(20)는 90°의 각도로 반시계 방향으로 돌려지고, 움직이는 축 B의 경로는 도 1b에서 축 A 아래의 축 B까지의 편심율과 일치하는 반경을 갖는 4분원이다. 셔터(40)는 이제 밸브 시트로부터 셔터(40)를 도 1C에 도시된 측면의 주차 위치로 기울임 암(30)을 기울이는 제2 모션을 시작하기에 충분한 거리이다.
기울임 구동(제2 모션)은 축 B의 주위로 액츄에이터(미도시)를 수단으로 하여 기울임 샤프트를 회전함으로써 초래되고, 액츄에이터는 기울임 크랭크(31)를 반시계방향으로 밸브의 통로를 깨끗하게 하는 충분한 각도로 돌린다.
하나의 편심 듀얼-모션 메커니즘의 초기의 거의 직선인 수직 움직임은 도 2에서 더 설명된다. 도 2는 하우징(housing, 60) 내의 실링 밸브 어레인지먼트를 도 1a - c의 연결로써 나타낸 것이다. Pp 및 Ps으로 참조된 곡선은 제1 모션(Pp) 및 제2 모션(Ps) 중에 셔터의 어떠한 점(그것의 중심과 같은)에서 선택된 경로를 나타낸 것이다. Pp 경로에서 보여지듯이 초기에는 일반적으로 밸브 시트, 실링 가스켓 및 셔터의 마모를 감소시키기에 이점이 있는 오직 수직의 성분만 갖는다.
만약 마모가 주된 문제가 아니라면, 도 1a에서 축 B의 초기 위치는 이러한 경우 초기 움직임은 밸브 시트로부터 셔터의 편향된 풀림(unsealing)을 야기하는 수직 및 수평 성분을 모두 가질 수 있다는 것을 알면서 축 A 보다 높은 또는 낮은 위치에서 선택될 수 있다. 도 1a의 초기 위치보다 높은 위치를 선택함으로써, 밸브 시트로부터의 셔터의 거리는 커질 수 있고, 최대 거리는 편심율의 두 배이다.(앞선 설명 참조)
도 3a - c는 도 1a - c의 그것과 유사하되, 바람직한 작동 메커니즘으로 포함하는 어레인지먼트를 나타낸다. 예를 들어, 수압 잭(hydraulic jack)과 같은 제1 모션 액츄에이터(22)는 일단부는 고정 설치점(stationary mounting point)에 고정되고, 타단부는 크랭크(21)에 고정된다. 액츄에이터(22)를 작동함으로써, 편심 슬리브 샤프트(20)는 도 3B에 도시된 위치로 회전한다. 도 3a - c의 실시 예에서, 제2 모션(기울임) 액츄에이터(32)는 컨트롤 로드(33), 고정 점(stationary point, 35)에 대해 피봇하는 레버(lever, 34)를 포함하는 컨트롤 로드 집합체에 일단이 연결된다. 컨트롤 로드 집합체의 목적은 셔터 암(shutter arm 30)을 제1 모션 중에 본질적으로 수직하도록 유지하는 것이다. 편심 크랭크(21)가 움직임으로써, 제1 모션 중에 셔터 암(30)이 수직하게 유지되도록 컨트롤 로드(33)는 점(35) 주위를 피봇팅하는 레버(34) 상에 컨트롤 로드(33)는 작동한다. 제1 모션이 종료될 때, 액츄에이터(32)는 기울임 샤프트를 기울임 크랭크(31)를 통해서 셔터(40)를 도 3C에 도시된 주차 위치에 올리도록 돌린다.
실링 밸브 어레인지먼트의 예시되지 않은 실시 예에서, 제2 모션 액츄에이터(32)는 (액츄에이터(22)와 유사하게)고정점에 일단부가 설치될 수 있고, 기울임 크랭크(32)에 타단부가 설치될 수 있다. 제1 모션 중에 셔터 암을 수직하도록 유지하는 것은 필수적이 아니라는 것은 주목할만하다. 또한, 바람직할지라도 그것의 액츄에이터(32) 방식으로 기울임 샤프트의 배향(orientation)을 조절하는 것은 다른 수단에 의해서도 달성될 수 있다.
도 4a1 및 b1는 외부 실린더 슬리브(25)에 내부(201) 및 외부(202) 편심 슬리브 샤프트를 포함하는 통합 듀얼-모션 셔터-작동 창치의 실링 밸브 어레인지먼트의 단면약도를 나타낸 것이다. 두 개의 편심은 동일한 편심율을 갖는다. 제한되지 않는 예(example)로써, 통상의 실링 밸브 어레인지먼트에서 각각의 편심율은 20 내지 100mm 사이에서 선택될 수 있고, 바람직하게 30 내지 60mm 사이일 수 있다. 기울임 샤프트(37)는 기울임 암(30)에 일단부가 연결되고, 내부 편심 슬리브 샤프트(201)의 보어 내에 순환적으로 고정된다. 도 4a1 및 b1은 제1 모션 전 및 후의 셔터 위치를 나타낸 것이다. 즉, 밸브 시트(a1)와 실링된 폐쇄 위치에서의 실링 접촉 및 밸브 시트(b1)로부터 열린 클램프되지 않은 위치를 나타내는 것이다. 도 a2 및 a2는 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치의 횡단면과 동일한 상황을 나타낸것이다.
내부 및 외부 편심 슬리브 샤프트(201 및 202)를 동시에 반대 방향으로 회전함으로써, 만약 각각의 편심이 90°만큼 회전한다면 기울임 샤프트의 중심은 편심율을 합과 동일한 거리만큼 직선 경로를 따라서 이동한다. 또는, 만약 각각의 편심 슬리브 샤프트에 대해서 각 회전이 180°라면 편심율의 합에 두 배까지 이동한다.
도 5a - c는 도 1a - c와 유사하지만 다른 실시 예의 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치를 포함하는 어레인지먼트를 나타낸다. 제1 모션 액츄에이터(도시되지 않음)은 예를 들어 유압 잭(hydraulic jack)일 수 있고, 고정 설치 점(stationary mounting point)에 일 단이 고정되고, 크랭크(21)에 타단이 고정된다. 제1 모션 액츄에이터의 작동을 통해, 편심 슬리브 샤프트(20)는 도 5B에 도시된 바와 같이 회전한다. 도 5a - c의 실시 예에서, 제2 모션(기울임) 액츄에이터(32)는 컨트롤 로드이고, 고정 점에 일단 부가 고정되어 피봇식으로 연결되고, 기울임 샤프트(37) 또는 그것의 연결된(associated) 크랭크(31)에 타단부가 연결된다. 편심 크랭크(21)가 움직이면, 도 5C에 나타냈듯이 컨트롤 로드(32)는 기울임 샤프트(37)에 셔터(40)를 주차 위치로 들도록 작동한다(기울임 크랭크(31)을 통해서).
10 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치를 포함하는 밸브 실링 어레인지먼트(Valve sealing arrangement with integrated dual-motion shutter-actuating device)
20, 201 내부 편심 슬리브 샤프트(Inner eccentric sleeve shaft)
202 외부 편심 슬리브 샤프트(Outer eccentric sleeve shaft)
21 편심 크랭크(Eccentric crank)
22 제1 모션 액츄에이터(Primary motion actuator)
25 외부 실린더 슬리브 (Outer cylindrical sleeve)
26 베어링(Bearings)
30 기울임 암(Tilting arm)
31 기울임 크랭크(Tilting crank)
32 제2 모션 액츄에이터(Secondary motion actuator)
33 컨트롤 로드(Control rod)
34 레버(Lever)
35 고정 점(Stationary point)
36 베어링(Bearings)
37 기울임 샤프트(Tilting shaft)
40 셔터(Shutter)
50 밸브 시트(Valve seat)
60 하우징(Housing)
A 실린더형 외부 슬리브의 축(Axis of cylindrical outer sleeve)
B 기울임 샤프트의 축(Axis of tilting shaft)
C 실링 밸브의 중심 축(Central axis of the sealing valve)
Pp 제1 모션 경로(Path of primary motion)
Ps 제2 모션 경로(Path of secondary motion)

Claims (7)

  1. 고로(shart furnace) 충전 설비용 실링 밸브 어레인지먼트(sealing valve arrangement)에 있어서,
    밸브 시트(valve seat)와 함께 협동(cooperating)하도록 배열되는 셔터(shutter);
    상기 밸브 시트와 실링 접촉에서 실링된 폐쇄 위치 및 상기 밸브 시트로부터 떨어진 열린 위치 사이에서 상기 셔터를 움직이기 위한 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치(integrated dual-motion shutter-actuating device);을 포함하고, 상기 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치는,
    - 상기 셔터를 실링된 폐쇄 위치(closed position)에서 상기 셔터가 상기 밸브 시트로부터 풀리는(released) 클램프되지 않은 위치(unclamped position)로 이동하기 위한 제1 모션 집합체(primary motion assembly);
    - 상기 셔터를 상기 클램프되지 않은 위치에서부터 상기 밸브 시트로부터 떨어진 열린 위치(open position)로 기울이기 위한 제2 모션 집합체(secondary motion assembly),를 포함하고, 상기 제2 모션 집합체는 상기 셔터를 운반(carrying)하고, 회전 축을 정의하는 기울임 샤프트(tilting shaft)에 연결되는 기울임 암(tilting arm), 및 상기 기울임 암에 대한 상기 축에 대해 각 회전(angular rotation)을 주도록 구성된 기울임 샤프트 액츄에이터(tilting shaft actuator);를 포함하고,
    상기 통합 듀얼-모션 셔터-작동 장치는 고정형 외부 실린더 슬리브(stationary outer cylindrical sleeve)를 더 포함하고,
    상기 제1 모션 집합체(primary motion assembly)는 상기 외부 실린더 슬리브 내부에 순환하여(rotationally) 설치된 내부 편심 슬리브 샤프트(inner eccentric sleeve shaft), 및 상기 내부 편심 슬리브 샤프트로 각 회전을 주도록 구성된 제1 모션 액츄에이터(primary motion actuator)를 포함하되, 제1 모션은 편심율(eccentricity) 및 상기 내부 편심 슬리브 샤프트의 각 회전의 함수이고,
    상기 제2 모션 집합체의 상기 기울임 샤프트는 상기 제1 모션 집합체의 상기 내부 편심 슬리브 샤프트 내부에 순환하여 설치되고, 제2 모션은 상기 기울임 샤프트의 각 회전(angular rotation)의 함수인, 실링 밸브 어레인지먼트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 편심 슬리브 샤프트는, 상기 외부 실린더 슬리브 내부에 배열되어 그것의 편심율 위치가 셔터가 실링된 폐쇄 위치에 있을 때 외부 실린더 슬리브의 중심(center)으로부터 편심율 거리에 대해서 측면에(laterally) 위치하는, 실링 밸브 어레인지먼트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 모션 집합체는 외부 실린더 슬리브 내부에 순환하여 설치된 외부 편심 슬리브 샤프트(outer eccentric sleeve shaft)를 더 포함하고, 상기 내부 편심 슬리브 샤프트는 상기 외부 편심 슬리브 샤프트 내부에 순환하여 설치되고, 상기 제1 모션은 내부 및 외부 편심 슬리브 샤프트의 편심율 및 각 회전의 함수인, 실링 밸브 어레인지먼트.
  4. 제3항에 있어서,
    내부 및 외부 편심 슬리브 샤프트는 동일한 편심율을 갖고, 편심 액츄에이터(eccentric actuator)는 상기 내부 및 외부 편심 슬리브 샤프트에 상대-회전 각 회전(counter-rotating angular rotation)을 동시에 주도록 구성되는, 실링 밸브 어레인지먼트.
  5. 제1항 내지 제4항 어느 한 항에 있어서,
    상기 기울임 암(tilting arm)은 일 단부(one end portion)에서 상기 기울임 샤프트(tilting shaft)에 의해서 지지되고, 타 단부(another end portion)에서 셔터를 운반하는 칸티레버 암(cantilever arm)인, 실링 밸브 어레인지먼트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셔터는 원뿔(conical), 구형(spherical), 포물선형(parabolic) 또는 덮개 타입(flap type) 밸브 셔텨인, 실링 밸브 어레인지먼트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편심 슬리브 샤프트는 축방향으로 간격을 둔 베어링과 순환적으로 설치된, 실링 밸브 어레인지먼트.
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