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KR102370512B1 - 시트 삽입 및 추출 툴을 갖는 밸브 - Google Patents

시트 삽입 및 추출 툴을 갖는 밸브 Download PDF

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KR102370512B1
KR102370512B1 KR1020167034592A KR20167034592A KR102370512B1 KR 102370512 B1 KR102370512 B1 KR 102370512B1 KR 1020167034592 A KR1020167034592 A KR 1020167034592A KR 20167034592 A KR20167034592 A KR 20167034592A KR 102370512 B1 KR102370512 B1 KR 102370512B1
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KR
South Korea
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valve seat
valve
seat
tool
carrier
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KR1020167034592A
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윌리엄 에이치 글림
마크 에이 클라손
제프리 나탄 오버톤
Original Assignee
스와겔로크 컴패니
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Abstract

밸브 및 툴 조립체는 밸브 시트, 밸브 시트 리세스, 시트 캐리어, 및 밸브 시트 변위 툴을 포함한다. 밸브 시트 설치 툴, 밸브 시트 교체 키트, 및 밸브 시트 교체 방법 또한 개시한다. 밸브는 예를 들면 다이어프램 밸브일 수 있다.

Description

시트 삽입 및 추출 툴을 갖는 밸브{VALVE WITH SEAT INSERTION AND EXTRACTION TOOL}
관련 출원
본 출원은 VALVE WITH REPLACEABLE SEAT AND EXTRACTION TOOL라는 명칭으로 2014년 9월 26일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제62/055,793호 및 VALVE WITH REPLACEABLE SEAT AND TOOL THEREFOR라는 명칭으로 2014년 5월 12일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 제61/991,816호의 이익을 주장하며, 그들의 전체 개시 내용은 참조로 본 명세서에 원용된다.
본 발명의 기술분야
본 발명은 유체 흐름 및 급송 장치와 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유체의 흐름 및 급송을 제어하는 데에 이용되는 밸브에 관한 것이다. 본 발명은 그 밸브를 갖는 툴에 관한 것이다.
밸브는 기상 및 액상 유체 급송을 위한 흐름 제어 장치로서 이용하는 것에 대해 공지되어 있다. 반도체 산업은 물론 기타 산업에서, 다양한 처리 공정 중에 프로세스 화학물질의 급송을 밸브, 예를 들면 고순도 밸브를 이용하여 제어하고 있다. 밸브에 대한 보다 일반적인 용례의 몇몇으로는 화학적 기상 성막(CVD) 및 원자층 성막(ALD)이 있다.
본 명세서에서 제시하는 제1 발명 개념은 밸브 및 이 밸브에 밸브 시트를 설치하는 툴을 제공한다. 하나의 실시예에서, 밸브 및 툴 조립체는 밸브 시트, 밸브 시트 리세스, 시트 캐리어, 및 밸브 시트 변위 툴을 포함한다. 본 개념의 추가가적 실시예들을 본 명세서에서 제시한다.
본 명세서에서 제시하는 제2 발명 개념은 밸브 시트 교체 키트를 제공한다. 하나의 실시예에서, 밸브 교체 키트는 설치된 밸브 시트를 밸브 바디의 밸브 시트 리세스로부터 제거하는 밸브 시트 추출 툴, 및 제거된 밸브 시트를 교체하기 위해 밸브 시트 리세스 내에 밸브 시트를 설치하는 밸브 시트 설치 툴을 포함한다. 본 개념의 추가가적 실시예들을 본 명세서에서 제시한다.
본 명세서에서 제시하는 제3 발명 개념은 밸브 시트 설치 툴을 제공한다. 하나의 실시예에서, 밸브 시트 설치 툴은 시트 캐리어, 리테이너 너트 및 밸브 시트 변위 툴을 포함하며, 리테이너 너트는 밸브 시트 변위 툴 및 밸브 시트 캐리어를 밸브 바디에 결합하도록 작동될 수 있다. 본 개념의 추가가적 실시예들을 본 명세서에서 제시한다.
본 명세서에서 제시하는 제4 발명 개념은 밸브 바디로부터 밸브 시트를 제거하는 밸브 시트 추출 툴을 제공한다. 하나의 실시예에서, 밸브 시트 추출 툴은 나사 형성부, 및 밸브 바디에 장착되어, 추출 툴을 밸브 시트와 축방향으로 정렬시키는 정렬 부재를 포함한다. 추가가적 실시예들을 본 명세서에서 제시한다.
본 명세서에서 제시하는 제5 발명 개념은 밸브의 밸브 시트 리세스에 이전에 설치하였던 밸브 시트를 교체하는 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 그 방법은, 이전에 설치된 밸브 시트를 제거하는 단계; 교체용 밸브 시트를 압축하는 단계; 압축된 밸브 시트를 밸브 시트 리세스로부터 축방향으로 이격된 제1 위치에 유지하는 단계; 및 압축된 교체용 밸브 시트를 제1 위치로부터 밸브 시트 리세스 내로 변위시키는 단계를 포함한다. 본 개념의 추가가적 실시예들을 본 명세서에서 제시한다.
본 명세서에서 제시하는 다른 발명 개념은 밸브 바디로부터 밸브 시트를 제거하는 밸브 시트 추출 툴 조립체를 제공한다. 하나의 실시예에서, 밸브 시트 추출 툴 조립체는, 나사 형성부를 갖는 밸브 시트 추출 툴, 및 밸브 바디에 장착되어, 밸브 시트 추출 툴을 밸브 시트와 정렬시키는 편심 정렬 부재를 포함한다. 편심 정렬 부재는 밸브 시트의 중심선에 대해 평행하게 반경 방향으로 오프셋된 정렬 축선을 갖는다. 추가가적 실시예들을 본 명세서에서 제시한다.
본 명세서에서 제시하는 다른 발명 개념은 밸브 바디로부터 밸브 시트를 제거하는 밸브 시트 추출 툴을 제공한다. 하나의 실시예에서, 밸브 시트 추출 툴은 나사 형성부, 밸브 바디에 장착되어, 추출 툴을 밸브 시트와 정렬시키는 정렬 부재, 및 이 정렬 부재 내에 적어도 부분적으로 수용되는 편심 부싱을 포함한다. 편심 정렬 부재는 밸브 시트의 중심선에 대해 평행하게 반경 방향으로 오프셋된 길이 방향 축선을 갖는다. 추가가적 실시예들을 본 명세서에서 제시한다.
편심 정렬 부재 및/또는 편심 부싱 개념은 전술한 제1 내지 제4 실시예는 물론 그 대안적인 실시예에 대한 대안적인 실시예로서 이용될 수도 있다.
본 명세서에서 제시하는 또 다른 발명 개념은 밸브의 밸브 시트 리세스에 이전에 설치하였던 밸브 시트를 제거하는 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 그 방법은, 밸브 시트의 일부를 파지하기 위해 나사 형성부를 포함한 편심 추출 툴을 이용하는 단계; 및 이어서, 그 밸브 시트를 밸브 시트 리세스로부터 빼내는 단계를 포함한다. 추가가적 실시예들을 본 명세서에서 개시한다.
전술한 발명 개념은 물론 기타 발명 개념은 이하에서 완전히 개시하며, 첨부 도면을 고려한 바람직한 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 당업자들에 의해 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 명세서에서 개시하는 툴과 함께 이용될 수 있는 종래 기술의 밸브의 실시예를 도시하고,
도 2는 밸브 바디에 설치된 밸브 시트 설치 툴의 조립체의 입면도이며,
도 3은 도 2의 조립체의 평면도이고,
도 4는 도 2의 조립체의 분해 사시도이며,
도 5는 도 3의 라인 5-5를 따라 취한 도 2의 조립체의 길이 방향 단면도이고,
도 5a는 도 5의 원형 부분의 확대도이며,
도 6은 밸브 시트 추출 툴의 입면도이고,
도 7은 도 5 및 도 5a에 도시한 바와 같은 밸브 시트 캐리어의 단면도이며,
도 8은 밸브 바디, 예를 들면 도 1 및 도 5에 도시한 밸브 바디에 설치된 사용 중의 밸브 시트 추출 툴의 길이 방향 단면도이고,
도 9는 밸브 시트 리세스로부터 밸브 시트를 변위시킨 후에 사용 중의 밸브 시트 추출 툴의 길이 방향 단면도이며,
도 10은 밸브 시트 추출 툴의 다른 실시예의 길이 방향 단면도이고,
도 11은 밸브 시트 추출 툴 조립체의 실시예의 분해 사시도이며,
도 12는 도 11의 조립체의 길이 방향 단면도이고,
도 13은 밸브 시트를 추출한 상태의 밸브 시트 추출 툴의 길이 방향 단면도이며,
도 14는 밸브 시트 추출 툴 조립체의 다른 실시예의 분해 사시도이고,
도 15는 도 14의 조립체의 길이 방향 단면도이며,
도 16은 밸브 시트를 추출한 상태의 밸브 시트 추출 툴의 길이 방향 단면도이다.
도 1을 참조하면, 바람직한 실시예에서, 밸브 및 액추에이터 조립체(10)는 액추에이터 조립체(12) 및 밸브 조립체(14)를 포함할 수 있다. 액추에이터 조립체(12)는 밸브 조립체(14) 위에 스택될 수 있거나, 그 밸브를 개폐하도록 기타 방식으로 그와 작동적으로 결합될 수 있다. 본 바람직한 실시예에서는 수동 액추에이터를 사용하는 것을 예시하고 있지만, 대안적인 실시예에서는 자동 액추에이터, 예를 들면 공압 액추에이터를 이용할 수도 있다. 밸브 조립체(14)는 액체 또는 기체와 같은 유체의 흐름을 제어하는 데에 이용될 수 있다.
액추에이터 조립체(12)와 밸브 조립체(14)는 편리하게는 미국 오하이오주 살론에 소재한 Swagelok Company로부터 구매 가능한 DP 시리즈 또는 DF 시리즈 다이어프램 밸브로서 구현될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. DP 시리즈 및 DF 시리즈 밸브는 또한 Swagelok Company로부터 온라인 및 기타 방식으로 공공연히 입수 가능한 SPRINGLESS DIAPHRAGM VALVES 및 HIGH FLOW SPRINGLESS DIAPHRAGM VALVES라는 제목의 제품 카탈로그에서도 제시되어 있으며, 이들 카탈로그는 참조로 본 명세서에 완전히 원용한다. 하지만, 수많은 기타 액추에이터 구조 및 밸브 구조가 대안적으로 이용될 수도 있다. 본 발명은 스프링리스 다이어프램 밸브 조립체에 이용하는 것에 한정되는 것이 아니라, 타이드 다이어프램 밸브(tied diaphragm valve)나, 종래의 니들 또는 플러그 밸브에 이용될 수 있는 것과 같은 O링 또는 패킹에 의해 밀봉된 스템을 갖는 밸브 등을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 수많은 기타 밸브 구조에도 대안적으로 이용될 수 있다.
편의상, 액추에이터 조립체(12)는 DP 시리즈 또는 DF 시리즈 다이어프램 밸브와 함께 시판되는 액추에이터 조립체일 수도 있다. 따라서, 액추에이터 조립체(12)에 대한 구체적인 설명은 본 발명을 이해하고 실시하는 데에 반드시 필요로 하진 않는다. 도면에 도시한 구성은 상시 폐쇄 밸브 및 수동 액추에이터 조립체에 대한 것이지만, 대안적으로는 밸브 및 액추에이터 조립체(10)는 상시 개방 구성 및/또는 자동 액추에이터로 실시될 수도 있다.
액추에이터 조립체(12)는 보닛(16) 및 이 보닛(16)에 지지되고 그에 대해 회전될 수 있는 핸들(18)을 포함한다. 핸들(18)은 밸브 조립체(14)를 개폐하도록 수동으로 돌려질 수 있다. 핸들(18)은 구동 부재(20)에 작동적으로 결합되어, 핸들의 회전이 구동 부재(20)의 회전을 야기하도록 된다. 구동 부재(20)는 밸브 스템(22)에 나사식으로 결합된다. 밸브 스템은 다이어프램(24)의 비습윤측과 접촉한다. 세트 스크루(26)가 밸브 스템(22)이 액추에이터 스템(20)과 함께 도는 것을 억제한다. 그 결과, 액추에이터 스템(20)의 회전은 핸들(18)이 회전하는 방향에 따라 아래위로 밸브 스템(22)의 축 방향 변위를 야기한다. 밸브(14)는 도 1에 폐쇄 위치로 도시되어 있으며 상시 폐쇄 밸브이다. 밸브(14)를 폐쇄하기 위해, 핸들(18)을 도면에서 볼 때 시계 방향으로 돌려 액추에이터 스템(20)이 시계 방향으로 회전하게 하며, 이는 또한 밸브 스템(22)을 축방향 하측으로 병진 이동시켜, 다이어프램(24)을 밸브 시트(28)에 대고 압박하게 된다. 스프링(30)이 밸브 스템(22)에 폐쇄력을 가하도록 마련된다. 이는 다이어프램에 가해지는 폐쇄력을 제한하여, 핸들(18)의 과도한 조임이 밸브 시트(28)를 손상시키는 것을 방지한다. 밸브(14)를 개방하기 위해, 핸들(18)은 도면에서 볼 때 반시계 방향으로 돌려진다. 이는 액추에이터 스템(20)이 반시계 방향으로 돌게 하여 밸브 스템(22)이 축방향 상측으로 병진 이동하게 하며, 이는 다이어프램(24)이 밸브 시트(28)로부터 떨어진 오목한 표면을 갖는 자연스런 돔 형상으로 복귀하게 하며, 이에 의해 흐름에 대해 밸브(14)를 개방한다. 다이어프램(24)은 다이어프램(24)의 응력이 가해지지 않은 자연적인 상태에서 돔형의 오목 형상으로 복귀한다는 점에서 스프링과 같은 효과를 갖도록 돔 형상으로 이루어질 수 있다.
밸브 조립체(14)는 밸브 바디(32)를 포함하며, 그 밸브 바디를 통한 유체 흐름을 위해 2개 이상의 포트를 구비할 수 있다. 밸브 바디(32)는 밸브 시트(28)의 중심선과 동축을 이루는 길이 방향 축선(X)을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 밸브 시트(28)는 밸브 시트(28)의 중심선 및 나아가서는 축선(X)에 대해 대칭을 이루지만 반드시 그럴 필요는 없다. 축선(X)은 밸브 바디(32)의 길이 방향 중앙 축선이지만 반드시 그럴 필요는 없다. 본 명세서에 있어서 축방향 및 반경 방향 정렬 또는 그 방향에 대한 모든 기준은 본 명세서에서 달리 언급하지 않는다면 축선(X)을 기준으로 한다.
밸브 바디(32)는 제1 또는 입구 포트(34)와 제2 또는 출구 포트(36)를 포함할 수 있고, 이들 두 포트는 모두 밸브가 개방되는 경우에 밸브 캐비티(38)와 유체 연통한다. 밸브 캐비티(38)는 다이어프램(24)에 의해 밀봉된다. 다이어프램(24)이 밸브 시트(28)에 대고 압박될 때, 입구 포트(34)와 출구 포트(36) 사이의 흐름은 방지된다. 다이어프램(24)이 밸브 시트(28)와 접촉하지 않는 경우, 입구 포트(34)와 출구 포트(36)가 밸브 캐비티(38)를 통해 서로 유체 연통한다. 추가적인 포트가 필요에 따라 마련될 수도 있다. 유체 흐름은 제1 포트(34)와 제2 포트(36) 간의 어느 한 방향으로 이루어 질 수 있다.
보닛에 있어서의 핸들(18)의 단부와는 반대쪽의 말단부는 플랜지(40)를 포함한다. 보닛(16)을 밸브 바디(32) 상에 클램핑하여 유지하는 데에 보닛 너트(42)가 이용될 수 있다. 예를 들면, 밸브 바디(32)는 나사 형성부(44)를 포함할 수 있고, 이는 보닛 너트(42)의 나사 형성부(46)와 맞물린다. 보닛 너트(42)는 또한 보닛의 플랜지(40)와 맞물리는 플랜지(48)를 포함하며, 보닛 너트(42)가 밸브 바디 상으로 아래쪽으로 조여질 때, 보닛 플랜지(40)가 보닛 너트 플랜지(48)와 밸브 바디(32)의 클램핑면(50) 사이에 포획되어 축방향으로 끼이도록 된다. 다이어프램(24)의 외주부(24a)가 보닛 플랜지(40)와 밸브 바디(32)의 클램핑면(50) 사이에 클램핑될 수 있다. 이는 주변 환경으로의 유체 손실에 대해 밸브 캐비티(38)를 밀봉하는 바디 시일을 제공한다.
밸브 시트(28)는 밸브 바디(32)의 밸브 시트 리세스(52) 내에 배치될 수 있다. 밸브 시트 리세스(52)는 입구 포트(34)를 둘러싸며, 밸브 시트 리세스(52)를 구획하는 환형 지지벽(54)을 포함할 수 있다. 환형 지지벽(54)은 밸브 시트 리세스(52) 내에 밸브 시트(28)를 포획 및 고정하도록 내측으로 향하고 선택적으로는 도시한 바와 같이 스테이킹(staking)될 수 있다. 따라서, 지지벽(54)은 스테이킹될 때에 절두 원추형 테이퍼 외면(56)을 제공하다.
밸브 조립체(14)는 수많은 다양한 재료로 이루어질 수 있다. DP 시리즈 및 DF 시리즈는 스테인리스강으로 이루어진 밸브 바디 및 다이어프램을 포함한다. 밸브 시트(28)는, 예를 들면 PFA(퍼플루오로알콕시), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌), PEEK(폴리에테르에테르케톤), PI(폴리이미드) 및 엘라스토머를 비롯하여 이들에 한정되지 않는 비금속 재료로 통상 이루어진다. 모든 용례에서 밸브 시트 재료가 탄성적으로 압축 가능한 것이 바람직하지만 반드시 그럴 필요는 없다.
밸브 시트(28)는 밸브 조립체(14)에서 마모성 아이템이다. 밸브 시트(28)의 현장 및 가동 중 교체는 스테이킹된 밸브 시트 리세스(52)로부터 밸브 시트(28)의 제거가 어려울 수 있기 때문에 통상 수행되지 않는다. 완전히 조립된 밸브 및 액추에이터 조립체(10)에서 밸브 시트(28)를 제거하기 위해, 보닛 너트(42)를 풀어 밸브 바디로부터 나사 연결 해제함으로써, 액추에이터(12)를 제거해 따로 떼어 놓을 수 있도록 한다. 이는 그 다음으로 제거될 다이어프램(24)에 대한 접근을 제공한다. 다이어프램(24)이 제거된 후에, 작업자는 밸브 시트(28)에 접근하게 된다. 본 발명자들의 경험으로는 밸브 캐비티(38) 및 밸브 포트(34, 36) 등의 밸브 바디(32)의 노출된 표면을 손상시키지 않고 밸브 시트(28)를 제거하기는 어려울 수 있다는 점을 알았다. 또한, 밸브 시트(28)가 성공적으로 추출되더라도, 밸브 바디(32)의 노출된 표면의 손상시킬 가능성뿐만 아니라, 바람직하지 못한 밸브 시트의 과도한 조작 없이 스테이킹된 밸브 시트 리세스(52) 내로 교체용 밸브 시트를 설치하기는 어려울 수 있다.
본 발명자들은 본 명세서의 교시 및 발명에 따라 밸브 시트 추출 툴(58) 및 밸브 시트 설치 툴(60)을 포함할 수 있는 밸브 시트 변위 툴을 제공한다. 밸브 시트 추출 툴(58)(이하에서는 짧게 추출 툴(58)로도 칭함)은 설치된 밸브 시트(28)를 밸브 바디 표면을 손상시키지 않고 안전한 방식으로 제거할 수 있게 한다. 밸브 시트 설치 툴(60)은 밸브 시트(28)를 조작할 필요가 없고 또한 밸브 바디(32)의 노출된 표면을 손상시키지 않고 밸브 시트(28)를 밸브 시트 리세스(52)(밸브 시트 리세스가 스테이킹되어 있는지의 여부에 관계없이) 내에 설치할 수 있게 한다. 본 명세서의 바람직한 실시예에서는 밸브 바디(32)와 설치 툴(60)과 추출 툴(58) 간의 나사식 연결을 예시하고 있지만, 편의상 그런 것이다. 밸브 바디(32)와 설치 툴(60) 또는 추출 툴(58) 간의 나사식 연결을 이용하지 않는 비나사식 실시예가 대안적으로 이용될 수도 있다. 밸브 시트 변위 툴이라 함은 밸브 시트 리세스(52)에 대해 축방향으로 밸브 시트를 접촉 및 변위 또는 이동시키도록 밸브 시트 설치 툴 또는 밸브 시트 추출 툴로서 구성된 툴을 의미한다.
도 2 내지 도 5 및 도 7을 참조하면, 하나의 실시예에서, 밸브 시트 변위 툴은 밸브 바디(32)에 용이하게 조립될 수 있는 밸브 시트 설치 툴(60)(이하에서는 짧게 설치 툴(60)로서도 칭함)의 형태로 실현될 수 있다. 본 명세서에서의 바람직한 실시예들은 앞서 언급한 DP 시리즈 또는 DF 시리즈 등의 밸브 바디에 장착될 수 있는 밸브 시트 설치 툴(60)을 나타내고 있다. 하지만, 본 발명은 나사의 종류, 밸브 바디의 기하학적 형상 등에 대해 필요에 따라 적절히 수정을 가한 수많은 다양한 밸브 바디에 이용될 수도 있다.
밸브 시트 설치 툴(60)(도 4 참조)은 밸브 바디(32) 내에, 특히 그 밸브 바디의 밸브 시트 리세스(52) 내에 설치될 밸브 시트(28)를 유지하는 밸브 시트 캐리어(62)를 포함한다. 설치 툴(60)은 또한 리테이너 너트(64) 및 밸브 시트 변위 툴(66)을 포함한다.
도 7을 참조하면, 시트 캐리어(62)는 대체로 환형 캐리어 바디(68)이며, 위쪽으로 향한 반경 방향 표면 또는 견부(72)를 갖는 하부 플랜지(70)를 구비할 수 있다. 캐리어 바디(68)는 또한 바람직하게는 밸브 바디에서의 환형 지지벽(54)의 절두 원추형 표면(56)(도 1 참조)과 상보적인 형상으로 이루어질 수 있는 절두 원추형 표면(74)을 포함할 수 있다. 캐리어 바디(68)의 절두 원추형 표면(74)은 캐리어 바디(68)를 관통하는 관통 보어 벽(76)의 일단부에 형성될 수 있다. 절두 원추형 표면(74)에 축방향으로 인접하여 제1 원통형 부분(78)이 마련된다. 제1 원통형 부분(78)은 절두 원추형 표면(74)의 최소 직경보다 약간 작은 직경을 가져, 반경 방향 단차부(80)를 형성한다. 반경 방향 단차부(80)의 폭은 밸브 시트 리세스(52)를 획정하는 밸브 바디 내의 지지벽(54)의 폭과 거의 같다. 따라서, 제1 원통형 부분(78)의 직경은 밸브 바디(32) 내의 지지벽(54)의 최소 직경보다 크지 않는 것이 바람직하고, 그 보다 약간 작을 수도 있다. 이러한 식으로, 시트 캐리어 바디(68)가 밸브 바디(32) 상에 배치될 때에, 제1 원통형 부분(78)과 지지벽(54) 사이에 스무스한 벽 천이부가 존재한다(도 5a 및 도 5a 참조).
도 7의 시트 캐리어(62)는 그 내에 밸브 시트(28)가 설치된 것으로 도시되어 있으며, 설치 툴(60)의 일부로서 이용될 수 있는 시트 캐리어 서브조립체(62a)를 제공한다. 보어 벽(76)은 또한 일단부에서 제2 원통형 부분(78)으로 스무스하게 천이하고 시트 캐리어 내에서 밸브 시트(28)를 제위치에 유지하는 캐리어 리세스(82)를 포함할 수 있다. 캐리어 리세스(82)의 직경은 밸브 시트(28)의 최대 직경보다 약간 작도록 치수 설정되어, 밸브 시트(28)가 캐리어 리세스(82) 내에 배치될 때에 압축되도록 될 수 있다. 이러한 압축은 수송 및 통상의 취급 중에 시트 캐리어(62)의 내부에 밸브 시트(28)를 유지하는 데에 도움을 줄 수 있다. 제1 원통형 부분(78)의 직경은 바람직하게는 캐리어 리세스(82)의 직경보다 작아, 밸브 시트(28)가 (도 7, 도 5 및 도 5a에서 볼 때) 하측으로 눌려짐에 따라, 밸브 시트(28)가 아래에서 더 설명하는 바와 같이 더욱 압축되도록 된다. 캐리어 리세스(82)는 제2 단부에서 제2 원통형 부분(84)으로 스무스하게 천이되며, 그 제2 원통형 부분은 제1 원통형 부분(78)과 동일할 직경을 가질 수 있다. 제1 원통형 부분(78)과 제2 원통형 부분(84)이 밸브 시트(28)의 최대 직경보다 작은 직경을 갖기 때문에, 대안적인 실시예로서 캐리어 리세스(82)는 제1 및 제2 원통형 부분(78, 84)이 시트 캐리어(62) 내에 밸브 시트를 유지하는 데에 도움을 줄 것이라는 점에서 밸브 시트(28)를 꼭 맞게 심지어는 헐겁게 유지할 수도 있다. 시트 캐리어(62)는 또한 시트 캐리어 서브조립체(62a)의 통상의 수송 및 취급 중에 밸브 시트(28)를 손상으로부터 보하는 데에 도움을 준다.
도 7은 시트 캐리어(62)를 예를 들면 사용 전의 수송 및 통상의 취급의 경우와 같이 밸브 시트(28)가 그 내에(캐리어 리세스(82) 내에) 배치되어 유지되어 있는 상태로 도시하고 있음을 유념해야 할 것이다. 밸브 시트(28)의 그 위치는 또한 설치 툴(60)이 밸브 바디(32)에 장착될 때에 밸브 시트(28)를 밸브 시트 리세스(52) 내로 설치하기 위한 초기 위치이기도 하다. 도 5 및 도 5a는 도 7에 도시한 위치로부터 밸브 시트 리세스(52) 내로 변위된 후의 밸브 시트(28)를 도시하고 있다.
도 5a를 참조하면, 밸브 시트 설치 툴(60)은 밸브 시트 변위 툴(66)을 포함한다. 도 5a는 밸브 시트 리세스(52) 내로 밸브 시트(28)를 설치하기에 앞서, 시트 캐리어(62), 리테이너 너트(64) 및 밸브 시트 변위 툴(66)을 포함할 수 있는 밸브 시트 설치 툴(60)이 완전한 조립체로서 밸브 바디(32) 상에 설치된 것을 도시한다. 밸브 시트 변위 툴(66)은 노브(88)와 연장부(90)를 갖는 아버(arbor)(86)의 형태로 실현될 수 있다. 아버 연장부(90)는 밸브 시트 변위 툴(66)의 중앙에 위치하여 축선(X)과 정렬되는 팁(94)을 유지하는 보스(92)를 포함한다. 팁(94)은 보스(92)에 의해 유지되어, 팁(94)이 축선(X)을 중심으로 한 회전에 대해 아버(86)에 대해 고정되도록 된다. 팁(94)은 보스(92)의 보어(98) 내에 수용되는 팁 스템(96)을 포함한다. 팁 스템(96)은 보어 리세스(102) 및 회전 방지 리테이너 핀(104)과 협동하는 팁 스템 리세스(100)를 이용하여 보어(98) 내에 유지될 수 있다. 따라서, 팁(94)은 리테이너 핀(104)에 의해 아버(86)와 연결되지만, 그 팁(94)은 아버(86)가 선회할 때에 축선(X)을 중심으로 회전하진 않을 것이다. 아버(86)가 팁(94)에 토크를 가하는 일 없이 축선(X)을 중심으로 자유로이 선회할 수 있도록 트러스트 베어링(106)이 마련될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 밸브 시트 설치 툴(60)은 리테이너 너트(64)를 포함한다. 리테이너 너트(64)는 제1 나사 형성부(110)를 갖는 직원통형 내부 보어(108)를 구비할 수 있다. 리테이너 너트(64)의 중심선은 바람직하게는 밸브 시트(28)의 중심선이기도 한 축선(X)과 동축을 이룬다. 리테이너 너트(64)는 또한 제2 나사 형성부(114)를 갖는 스커트부(112)를 구비할 수 있다. 나사 형성 스커트부(112)는 밸브 바디의 나사 형성부(44)와 나사식으로 맞물려, 리테이너 너트(64)가 도 5에 도시한 바와 같이 밸브 바디(32)에 결합될 수 있도록 된다. 아버 연장부(90)는 또한 리테이너 너트(64)의 제1 나사 형성부(110)와 협동하는 나사 형성부(116)를 포함한다. 따라서, 아버(86)가 리테이너 너트(64) 내로 나사 결합될 수 있다.
따라서, 도 5 및 도 5a에서와 같이 완전히 조립된 경우, 리테이너 너트(64)가 밸브 바디(32)에 나사식으로 결합되고 밸브 시트 변위 툴(66)이 리테이너 너트(64)에 나사식으로 결합된다. 따라서, 리테이너 너트(64)는 밸브 시트 변위 툴(66)과 밸브 시트 캐리어(62) 간의 정렬 부재로서 기능한다. 밸브 시트 캐리어(62)는 시트 캐리어 플랜지(70)가 밸브 바디(32)와 리테이너 너트(64) 사이에 압축되게 끼인 상태에서 밸브 시트 캐비티(68) 내에 부분적으로 수용된다.
도 5a 및 도 7을 참조하면, 밸브 시트 캐리어(62)는 축선(X)을 따라 밸브 시트 리세스(52)와 자가 정렬된다. 이는 환형 지지벽(54)의 절두 원추형 표면(56)에 꼭 맞게 정합하는 절두 원추형 표면(74)에 의해 이루어진다.
도 5, 도 5a 및 도 7을 참조하면, 밸브 시트 설치 툴(6)의 예시적인 작동은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 설치 툴(60)은 시트 캐리어(62)가 리테이너 너트(64)에 의해 설치 유지되고 밸브 시트 변위 툴(66)이 리테이너 너트(64)에 결합된 상태로 전술한 바와 같이 밸브 바디(32) 상에 설치된다. 밸브 시트(28)는 설치 과정의 시작시에 도 7에서와 같이 시트 캐리어 리세스(82) 내에 배치된다. 아버(86)가 선회되며, 리테이너 너트(64)에 의한 나사 형성부의 작동에 의해 아버(86)가 도면에서 볼 때에 축방향 아래쪽으로 전진한다. 팁(94)은 밸브 시트(28)와 접촉할 표면(107)을 구비하며, 노브(88)를 더 돌림에 따라, 팁(94)은 밸브 시트(28)에 대해 하향 힘을 가할 것이며, 이에 의해 밸브 시트(28)를 캐리어 리세스(82)로부터 밸브 바디(32)의 밸브 시트 리세스(52) 내로 밀어 변위시키게 된다. 이 상태는 도 5 및 도 5a에 도시한 위치이다. 아버(86)는 밸브 시트(28)가 밸브 시트 리세스(52) 내로 완전히 삽입되는 경우에 노브(88)가 포지티브 스톱(positive stop)으로서 리테이너 너트(64)의 상면(64a)과 접촉하도록 축방향으로 치수 설정될 수 있다. 따라서, 밸브 시트(28)는 밸브 시트 리세스(52) 내에 완전히 안착된다. 이어서, 밸브 시트 변위 툴(66)이 반대 방향으로 돌려져 아버를 축방향 위쪽으로 후퇴시킨다. 아버(86)는 리테이너 너트(64)로부터 완전히 제거되거나, 리테이너 너트(64)를 풀어 밸브 바디의 나사 형성부(44)로부터 분리시킬 수 있도록 하기에 충분하게 후퇴될 수 있다. 리테이너 너트(64)가 밸브 바디의 나사 형성부(44)로부터 분리된 후에, 밸브 시트 변위 툴(66) 및 시트 캐리어(62)(이 시트 캐리어는 더 이상 그 내에 밸브 시트(28)를 갖고 있지 않음)가 제거될 수 있다.
밸브 시트(28)는 작업자가 밸브 시트(28)를 조작할 필요 없이 밸브 시트 캐리어 내에 설치될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다. 밸브 시트(28)는 제조업자 또는 기타 제어된 장소에서 밸브 시트 캐리어(62) 내에 설치될 수 있다. 따라서, 시트 캐리어(62)는 밸브 시트를 유지하고, 그 밸브 시트(28)를 수송 및 통상의 취급 중에 손상 및 오염으로부터 보호할 수 있다. 시트 캐리어(62)는 선택적으로는 그 내에 유지된 밸브 시트(28)의 하나 이상의 특성을 관찰자에게 알리도록 색상 코딩되거나, 및/또는 기타 식별 정보 또는 시각적 표식을 포함할 수 있다. 예를 들면, 색상 코딩 또는 기타 표식 및 정보는 예를 들면, 시트 사이즈 또는 재료를 나타낼 수 있다.
도 5a를 다시 참조하면, 전술한 바와 같이, 시트 캐리어(62)의 제1 원통형 부분(78)의 직경은 밸브 시트 리세스(52)의 최소 직경, 특히 밸브 시트 리세스(52) 내로 밸브 시트가 변위됨에 따라 밸브 시트(28)에 에지를 제공할 수 있는 지지벽(54)의 직경보다 크지 않으며, 바람직하게는 그보다 약간 작을 수 있다. 바람직하게는, 제1 원통형 부분(78)의 직경은 응력 미인가 상태에서의 밸브 시트(28)의 직경보다 작다. 따라서, 밸브 시트(28)가 캐리어 리세스(82) 밖으로 변위됨에 따라, 밸브 시트(28)는 압축되어, 밸브 시트(28)가 손상 없이 밸브 바디(32)의 밸브 시트 리세스(52) 내로 밀어 넣어질 수 있도록 될 것이다.
게다가, 제2 원통형 부분(84)은 보스(92)를 꼭 맞게 수용하는 직경을 가질 수 있다. 이는 밸브 시트 변위 툴을 축선(X)을 따라 정렬시켜, 팁(94)의 표면(107)이 밸브 시트(28)와 편평하게 또는 동일면으로 접촉하게 한다. 비회전 팁(94)은 팁(94)과 밸브 시트(28) 사이에서 러빙(rubbing) 또는 마모에 의해 야기되었을 밸브 시트(28)에 대한 손상을 방지한다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 하나의 실시예에서, 밸브 시트 변위 툴은 밸브 시트 추출 툴(58)의 형태로 실현될 수도 있으며, 노브(118), 중앙에 배치된 스템(120) 및 나사 형성부(122)를 포함할 수 있으며, 하나의 실시예에서 그 나사 형성부는 스템(120)의 나사 형성된 밸브 시트 맞물림 부분 또는 팁일 수 있다. 나사 형성부(122)(이하에서는 바람직한 실시예의 나사 형성 팁(122)을 참조한다)는 밸브 시트(28)를 그립 또는 파지하도록 기능하여, 밸브 시트 리세스(52)로부터 밸브 시트(28)를 수출하는 데에 이용될 수 있다. 추출 툴(58)은 정렬 부재(123) 또는 기타 기법을 이용하여 밸브 시트(28)와 축방향으로 정렬될 수 있다. 편의상, 리테이너 너트(64)가 그러한 축방향 정렬을 위한 정렬 부재(123)로서 이용될 수 있다. 정렬 부재(123)를 갖는 추출 툴(58)은 밸브 시트 추출 툴 조립체(125)(도 8 참조)의 실시예를 제공한다. 도 8에 가장 잘 도시한 바와 같이, 스템(120)은 직원통형의 스무스한 벽(124)을 구비할 수 있고, 이 벽은 리테이너 너트(64)의 제1 나사 형성부(110)와의 간섭 없이 리테이너 너트 보어(108)의 대응하는 직원통형의 스무스한 부분(108a)에 꼭 맞게 수용, 바람직하게는 회전 가능하게 수용된다. 하나의 실시예에서, 정렬 부재(123)는 밸브 시트(28)의 중심선이기도 한 축선(X)과 동축을 이루는 중앙 길이 방향 축선을 갖는다. 따라서, 나사 형성 팁(122)이 스템(120)에서 그 중앙에 위치하기 때문에, 나사 형성 팁(122)도 축선(X)을 따라 정렬된다. 나사 형성 팁(122)의 나사산(126)은 바람직하게는 예리하다. 액추에이터 조립체(12) 및 보닛 너트(42)를 제거한 후에 밸브 시트(28)를 밸브 시트 리세스(62)로부터 추출하기 위해, 다이어프램(24)(도 1 참조)이 밸브 시트(28)에 대한 접근을 제공하도록 제거된다. 리테이너 너트(64)가 밸브 바디(32)의 나사 형성부(44)에 설치되어 아래로 조여진다. 리테이너 너트(64)는 밸브 바디(32)의 상면(32a)과 접촉하는 카운터보어(64b)를 포함할 수 있다. 추출 툴(58)은 축방향으로 리테이너 너트(64) 내로 미끄러져 들어간다. 리테이너 너트(64)는 추출 툴(58)을 축선(X)과 정렬시켜, 나사 형성 팁(122)이 밸브 시트(28)의 중심선과 정렬되게 한다. 처음에, 노브(118)는 팁(122)이 밸브 시트(28)와 처음으로 접촉할 때에 리테이너 너트(64)의 상면(64a)으로부터 축방향으로 이격되어 있다. 나사산(126)은 바람직하게는 밸브 시트(28)의 내경보다 큰 최대 직경을 갖는다. 예리한 나사산이 형성된 나사 형성 팁(122)이 밸브 시트(28)와 맞물림에 따라, 그 팁(122)의 나사산(126)은 밸브 시트(28)와의 나사식 연결을 자가 태핑(self-tapping)에 의해 형성된다. 바람직하게는, 나사산(126)은 밸브 시트의 전체 내경면(28b)(도 7 참조)에 걸쳐 자가 태핑한다. 노브(118)가 더 돌려짐에 따라, 축방향 하향의 작은 힘이 노브(118)에 가해질 수 있다. 이는 팁(122)의 나사산(126)과 밸브 시트(28) 간의 자가 태핑을 도울 것이다. 노브(118)는 노브(118)가 리테이너 너트(64)의 상면(64a)과 접촉한 후에도 돌려질 수 있다. 밸브 시트(28)와 밸브 시트 리세스(52)를 획정하는 표면 간에 마찰이 존재하기 때문에, 팁(122)을 더욱 회전시키게 되면, 어떤 면에서는 축방향으로 고정된 코르크스크루를 돌림으로써 병에서 코르크를 제거하는 것과 유사하게, 밸브 시트(28)가 밸브 시트 리세스(52)로부터 축방향으로 잡아 당겨지게 한다. 도 8은 밸브 시트 리세스(52)로부터 완전히 추출된 위치에서의 밸브 시트(28)를 도시하고 있음을 유념해야 할 것이다. 밸브 시트(28)가 밸브 시트 리세스(52)로부터 변위된 후에, 추출 툴(58)은 리테이너 너트(64)로부터 빼내어 질 수 있고, 그 리테이너 너트(64)는 풀어 밸브 바디(32)로부터 제거될 수 있다. 대안으로서, 노브(118)를 돌려, 나사산(126)이 밸브 시트(28)의 내경면 내로 자가 태핑하여 밸브 시트를 포획하도록 할 수도 있다. 이어서, 리테이너 너트(64)가 밸브 바디(32)로부터 풀어지고, 리테이너 너트(64) 및 추출 툴(58)은 밸브 바디(32)로부터 떨어지게 제거되어, 밸브 시트(28)도 함께 제거될 수 있다.
도 10은 추출 툴(58)에 대한 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 하나의 실시예에서, 리테이너 너트(64)와 밸브 바디(32) 사이에 유지될 수 있는 회전 방지 디스크(130)가 마련될 수 있다. 회전 방지 디스크(130)는 환형으로서, 나사 형성 팁(122)이 통과하기에 충분하게 큰 중앙 구멍(132)을 포함할 수 있다. 회전 방지 디스크(130)는 리테이너 너트(64)의 카운터보어 표면과 접촉할 수 있는 둘레 플랜지(134)를 포함할 수 있다. 회전 방지 디스크(130)의 하면(136)의 일부가 밸브 시트(28)의 대향면(28a)(도 7 참조)과 접촉한다. 밸브 시트(28)는 밸브 시트 리세스(52) 내에 완전히 안착된 경우 환형 지지벽(54) 위로 축방향으로 연장하여, 회전 방지 디스크의 하면(136)이 밸브 시트(28)와 접촉하도록 보장한다는 점을 유념해야 할 것이다. 회전 방지 디스크(130)의 하면(136)에 있어서의 밸브 시트 표면(28a)과 접촉하는 부분은 선택적으로는 예를 들면 널링(knurling)에 의해 거칠게 또는 텍스처화될 수 있다. 경질 재료(예를 들면, 폴리이미드)로 이루어지는 밸브 시트(28)의 경우, 회전 방지 디스크(130)는 나사 형성 팁(122)이 밸브 시트(28) 내로 자가 태핑하는 중에 밸브 시트(28)의 회전을 방지한다. 회전 방지 디스크(130)는 다른 재료, 심지어는 경질이 아닌 재료로 이루어진 기타 밸브 시트에 이용될 수도 있다. 하지만, 회전 방지 디스크(130)는 팁의 나사산(126)이 추출을 위해 밸브 시트(28) 내로 파고드는 동안에 밸브 시트(28)의 회전을 방지하기 위한 하나의 방안이다. 이용될 수 있는 기타 기법으로는 밸브 시트(28)와 접촉할 특수한 리테이너 너트(64)를 마련하거나, 추출 툴(58)의 일부로서 스프링 압박 부싱을 마련하는 것을 포함하며 이들에 한정되진 않는다. 추출 툴(58)을 위한 리테이너 너트(64)가 편의상 설치 툴(60)에 이용되는 리테이너 너트(64)와 동일할 수 있지만, 그러할 필요가 없다는 점은 유념해야 할 것이다. 다른 정렬 부재(123)가 필요에 따라 각 툴(58, 60)에 이용될 수도 있다.
도 10의 실시예의 예시적인 작동은 다음과 같이 이루어진다. 다이어프램(24)이 제거된 후에, 회전 방지 디스크(130)가 밸브 시트의 대향면(28a)과 접촉하도록 밸브 바디(32) 내에 배치될 수 있다. 이어서, 리테이너 너트(64)가 밸브 바디(32) 상에 조여지며, 이는 회전 방지 디스크(130)와 밸브 시트(28) 간에 압축 하중을 가한다. 이어서, 팁(122)이 밸브 시트(28)와 맞물릴 때까지 추출 툴(58)이 리테이너 너트(64) 내로 축방향으로 미끄러져 들어간다. 리테이너 너트(64)는 추출 툴(58)을 축선(X)과 정렬시켜, 나사 형성 팁(122)이 밸브 시트(28)의 중심과 정렬되게 한다. 노브(118)가 돌려지고, 예리한 나사산이 형성된 팁(122)은 밸브 시트(28)와의 나사식 연결을 자가 태핑에 의해 형성한다. 노브(118)가 더 돌려짐에 따라, 축방향 하향의 작은 힘이 노브(118)에 가해질 수 있다. 이는 팁(122)과 밸브 시트(28) 간의 자가 태핑을 도울 것이다. 회전 방지 기구(130)는 나사산(126)이 밸브 시트의 내경면 내로 파고들 때에 밸브 시트(28)의 회전을 방지한다. 밸브 시트(28)가 나사산(126)에 의해 포획된 후, 리테이너 너트(64)가 밸브 바디(32)로부터 풀어지고, 리테이너 너트(64), 추출 툴(58) 및 밸브 시트(28)가 밸브 바디(32)로부터 떨어지게 당겨지며, 이에 의해 밸브 시트(28)를 밸브 시트 리세스(52)로부터 제거한다.
또한, 길이 방향 축선을 갖는 밸브 조립체 내의 이전에 설치된 밸브 시트를 교체하는 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 그 방법은 밸브 바디(32) 내의 밸브 시트 리세스(52) 내에 이전에 배치된 밸브 시트(28)에 접근하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 밸브 시트(28)가 전술한 바와 같이 또는 기타 방식으로 추출된다. 이어서, 교체용 밸브 시트(28)를 압축하고 그 압축된 교체용 밸브 시트(28)를 밸브 시트 리세스(52)로부터 축방향으로 이격된 제1 위치에, 예를 들면 시트 캐리어(62)의 캐리어 리세스(82) 내에 유지함으로써 교체용 밸브 시트(28)가 밸브 시트 리세스(52) 내에 설치된다. 압축된 교체용 밸브 시트(28)는 이어서 제1 위치로부터 밸브 시트 리세스(52) 내로 축방향으로 변위된다. 도 9는 밸브 시트 변위 툴(66), 특히 그 팁(94)이 밸브 시트(28)의 상면과 막 접촉할 때의 제1 위치의 밸브 시트(28)를 도시한다. 도 5a는 변위 툴(66)이 밸브 시트(28)를 도 9의 제1 위치로부터 축방향으로 변위시킨 후의 밸브 시트 리세스(52) 내에 위치한 밸브 시트(28)를 도시한다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 밸브 시트 추출 툴 조립체(200)의 다른 실시예는 밸브 시트 추출 툴(202) 및 정렬 부재(204)를 포함한다. 이의 설명을 위해, 본 명세서의 도 6 및 도 8의 실시예에서와 동일한 구성 요소들에 대해 동일한 도면 부호를 이용한다. 밸브 시트 추출 툴(202)은 노브(218), 중앙 스템(220) 및 중앙 나사 형성부(222)를 포함할 수 있으며, 하나의 실시예에서 그 나사 형성부는 스템(220)의 나사 형성된 밸브 시트 맞물림 부분 또는 팁일 수 있다. 밸브 시트 추출 툴(202)은 본 명세서의 도 6 및 도 8의 실시예와 동일한 구조일 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 나사 형성부(222)(이하에서는 바람직한 실시예의 나사 형성 팁(222)을 참조한다)는 밸브 시트(28)를 그립 또는 파지하도록 기능하여, 밸브 시트 리세스(52)로부터 밸브 시트(28)를 수출하는 데에 이용될 수 있다. 밸브 시트 추출 툴(202)은 정렬 부재(204) 또는 기타 기법을 이용하여 밸브 시트(28)와 정렬될 수 있다. 도 6 및 도 8의 실시예와는 달리, 정렬 부재(204)는 아래에서 더 설명하는 바와 같은 편심 정렬 보어를 구비하며, 이에 따라 본 실시예에서는 그 정렬 부재(204)를 편심 정렬 부재(204)로 부른다.
스템(220)은 직원통형의 스무스한 벽(224)을 구비할 수 있고, 이 벽은 정렬 부재(204)의 상응하는 직원통형의 스무스한 정렬 보어(206)에 꼭 맞게 수용, 바람직하게는 회전 가능하게 수용된다. 도 12로부터, 정렬 부재(204)는 정렬 부재(204)가 밸브 바디(32)의 대응하는 나사 형성부(44)에 나사 결합될 수 있도록 내나사 형성부(208)를 포함할 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
하나의 실시예에서, 편심 정렬 부재(204)는 밸브 시트(28)의 중심선이기도 한 축선(X)과 동축을 이루는 중앙 길이 방향 축선을 갖는다. 하지만, 정렬 보어(206)는 바람직하게는 길이 방향 축선(E) 상에 편심되게 배치된다. 따라서, 편심 축선(E)은 축선(X)에 대해 평행하지만 반경 방향으로 오프셋된다. 이는, 나사 형성 팁(222)이 중앙 스템(220)에서 그 중앙에 위치하기 때문에, 나사 형성 팁(222)이 축선(E)과 정렬되게 한다. 나사 형성 팁(222)의 나사산(226)은 바람직하게는 예리하게 테이퍼진다. 액추에이터 조립체(12) 및 보닛 너트(42)를 제거한 후에 밸브 시트(28)를 밸브 시트 리세스(62)로부터 추출하기 위해, 다이어프램(24)(도 1 참조)이 밸브 시트(28)에 대한 접근을 제공하도록 제거된다. 편심 정렬 부재(204)가 밸브 바디(32)의 나사 형성부(44)에 설치되어 아래로 조여진다. 편심 정렬 부재(204)는 밸브 바디(32)의 상면(32a)과 접촉하는 카운터보어(204a)를 포함할 수 있다.
밸브 시트 추출 툴(202)은 축방향으로 편심 정렬 부재(204) 내로 미끄러져 들어간다. 편심 정렬 부재(204)는 나사 형성 팁(222)의 나사산(226)을 편심 축선(E)과 정렬시킨다. 처음에, 노브(218)는 나사 형성 팁(222)이 밸브 시트(28)와 처음으로 접촉할 때에 편심 정렬 부재(204)의 상면(204a)으로부터 축방향으로 이격되어 있다. 예리한 나사산이 형성된 나사 형성 팁(222)이 밸브 시트(28)와 맞물림에 따라, 그 나사 형성 팁(222)의 나사산(226)은 밸브 시트(28)와의 나사식 연결을 자가 태핑에 의해 형성된다. 나사산(226)이 밸브 시트(28)와 편심 상태로 정렬됨으로 인해, 나사 형성 팁(222)은 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이 밸브 시트(28)의 내경면의 일부분 또는 호형 섹션 내로만 자가 태핑한다. 노브(218)가 더 돌려짐에 따라, 축방향 하향의 작은 힘이 노브(218)에 가해질 수 있다. 이는 나사 형성 팁(222)의 나사산(226)과 밸브 시트(28) 간의 자가 태핑을 도울 것이다. 노브(218)는 노브(218)가 편심 정렬 부재(204)의 상면(204a)과 접촉한 후에도 돌려질 수 있다. 나사산(226)과 밸브 시트(28) 간의 편심 맞물림은 자가 태핑 중에 밸브 시트(28)의 회전을 방지하여, 회전 방지 구조에 대한 필요성을 제거한다. 나사산(226)이 밸브 시트(28)의 일부와만 맞물리기 때문에, 나사산(226)은, 밸브 시트가 추출된 후에 나사 형성 팁(222)으로부터 밸브 시트(28)를 보다 용이하게 제거할 수 있도록 밸브 시트(28)의 내경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 또한, 밸브 시트(28)의 일부만을 태핑함으로써, 처음에는 밸브 시트(28)의 한쪽이 지지벽(54)을 통과해 들어올려지기 때문에, 밸브 시트(28)가 밸브 시트 리세스(52)로부터 보다 용이하게 추출될 수 있다. 도 13은 밸브 시트 리세스(52)로부터 완전히 추출된 위치에서의 밸브 시트(28)를 도시하고 있음을 유념해야 할 것이다. 나사산(226)이 밸브 시트(28)를 자가 태핑한 후에, 밸브 시트 추출 툴(202)은 (도 13에서 볼 때) 축방향 위쪽으로 잡아당겨져 편심 정렬 부재(204)로부터 빼내어 질 수 있고, 그 후 편심 정렬 부재(204)는 풀어 밸브 바디(32)로부터 제거될 수 있다. 편심 정렬된 추출 툴은 그에 한정되는 것은 아니지만 보다 경질의 재료로 이루어진 밸브 시트, 예를 들면, VESPEL™을 추출에 특히 유용한 것으로 확인되었다.
대안적인 실시예로서, 리테이너(228), 예를 들면 C-클립 또는 링(228)이 스템(220) 상의 홈 내에 배치되어, 밸브 시트 추출 툴(202)이 편심 정렬 부재(204)로부터 완전히 제거되는 것을 방지할 수 있다. 리테이너(228)는 예를 들면 보어(206)의 직경보다 큰 외경을 가질 수 있다. 노브(218)를 돌려, 나사산(226)이 밸브 시트(28)의 내경면 내로 자가 태핑하여 밸브 시트를 포획하도록 할 수 있다. 이어서, 밸브 시트 추출 툴(202)이 밸브 시트(28)를 밸브 시트 리세스(52)로부터 추출하도록 축방향으로 들어올려진다. 하지만, 리테이너(228)가 편심 정렬 부재(204)로부터 밸브 시트 추출 툴(202)이 완전히 분리되는 것을 방지할 것이다. 이어서, 리테이너 너트(204)가 밸브 바디(32)로부터 풀어지거나 분리될 수 있고, 그리고 밸브 시트 추출 조립체(200)가 밸브 바디(32)로부터 회수 또는 분리되어, 밸브 시트(28)도 함께 제거될 수 있다.
도 14 내지 도 16을 참조하여, 대안적인 실시예를 설명한다. 이 실시예는 도 11 내지 도 13의 실시예의 요소 또는 부품들의 대부분을 공유하지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 동일 요소 또는 부품에는 동일한 도면 부호를 부여하며, 이에 의해 그 설명을 반복할 필요는 없을 것이다. 두 실시예 모두 그 기능, 즉 밸브(28)의 설치 및 추출의 측면에서 동일하게 작동할 수 있다.
하나의 실시예에서, 도 11 내지 도 13의 요소(204)와 같은 단일 피스의 편심 정렬 부재 대신에, 밸브 시트(28)에 대한 밸브 시트 추출 툴의 편심 정렬이 다른 방식으로 도입될 수 있다. 도 14 내지 도 16에서, 정렬 부재(254)가 마련되며, 그 정렬 부재는 편의상 도 1 내지 도 10에 이용된 리테이너 너트(64)와 동일한 구조일 수 있다. 따라서, 정렬 부재(254)는 밸브 시트(28)의 중심선인 축선(X)과 동축을 이루는 중심선을 갖는 직원통형 보어(108)를 포함할 수 있다. 편심 인서트(256), 예를 들면 부싱이 정렬 부재(254)의 보어(108) 내에 꼭 맞게 수용되는 직원통형 중앙 보스(258)를 구비한다. 상부 플랜지(260)가 보스(258)를 보어(108) 내에 축방향으로 위치 설정한다. 보스(258)는 보스(258)를 완전히 관통하는 직원통형 보어일 수 있는 편심 보어(262)를 포함한다. 따라서, 편심 보어(262)의 길이 방향 중심선(E)은 편심 축선으로서, 바람직하게는 축선(X)에 대해 평행하지만 반경 방향으로 오프셋된다. 이는, 나사 형성 팁(222)이 중앙 스템(220)에서 그 중앙에 위치하기 때문에, 나사 형성 팁(222)이 축선(E)과 정렬되게 한다. 따라서, 나사 형성 팁(222)은 도 11 내지 도 13의 실시예에서와 같이 밸브 시트(28)의 일부분을 자가 태핑하며, 밸브 시트 추출 툴(202)의 작동은 동일한 방식으로 작동한다. 따라서, 정렬 부재(254)와 편심 부싱(256)이 2피스의 편심 정렬 부재(264)를 형성한다. 도 15로부터, 편심 부재 플랜지(260)가 편심 부재(254)의 상면(254a)에 안착되어, 보스(258)를 정렬 부재(254)의 보어(108) 내에 축방향으로 위치 설정할 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다. 보스(258)의 상면(258a)은 또한 밸브 시트 추출 툴(202)을 위한 멈춤면으로서 기능할 수 있다.
도 11 내지 도 16의 두 실시예 모두에 있어서, 밸브 시트(28)의 내경에 대한 나사산(226)의 직경 크기는 밸브 시트의 원하는 부분에 맞물리도록 선택될 수 있다. 바람직하게는 나사산(226)이 밸브 시트의 전체 내면보다 작은 밸브 시트의 호형 부분(예를 들면, 도 13 및 도 16 참조) 내로 자가 태핑하는 것이지만, 호형 부분의 크기, 다시 말해, 나사산(226)에 의해 태핑되는 표면적의 크기는 설계상 선택의 문제이고 또한 밸브 시트(28)의 벽두께 및 나사 깊이에 좌우된다. 몇몇 경우에, 축선(X)으로부터 축선(E)의 소량의 반경 방향 오프셋이 사용되어, 심지어 밸브 시트(28)의 내면의 거의 대부분 또는 전체에 걸쳐 접촉이 존재할 수 있지만 밸브 시트(28)의 일부분 내로의 자가 태핑의 편향 또는 보다 큰 깊이를 갖도록 할 수도 있을지 모른다.
본 발명은 본 명세서의 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다. 그 장치 및 방법은 예를 들면 다른 액추에이터는 물론 다른 밸브 구조에도 이용될 수 있다. 밸브 시트 캐리어(62)는 그 시트 캐리어를 특정 밸브 바디(32)와 맞추도록 수많은 상이한 기하하적 형상 및 구성을 가질 수 있다. 캐리어 리세스(82)는 또한 밸브 시트(28)의 향상 및 시트 캐리어(62)에 밸브 시트(28)를 유지하는 데에 필요한 강건성에 기초하여 구성될 수 있다. 밸브 시트 리세스(52)도 스테이킹된 또는 테이퍼진 절두 원추형 리세스일 필요는 없다. 밸브 시트 변위 툴(66)도 밸브 시트 추출 툴(58)과 마찬가지로 수많은 상이한 형태 및 구성으로 실현될 수 있다. 다른 밸브 시트 추출 기법이 대안적으로 이용될 수도 있다.
본 발명은 발명의 실시를 위해 개시한 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 보호 범위 내에 포함되는 모든 실시예를 포함고자 한 것이다.

Claims (32)

  1. 밸브 및 툴 조립체로서:
    길이 방향 축선 및 밸브 시트 리세스를 포함하는 밸브;
    밸브 시트; 및
    편심 정렬 부재에 의해 상기 밸브에 부착 가능한 밸브 시트 추출 툴
    을 포함하며, 상기 편심 정렬 부재는, 상기 밸브 시트 추출 툴을 상기 밸브 시트와 편심되게 정렬시키도록 상기 밸브에 조립되도록 되어 있으며, 상기 편심 정렬 부재는 상기 밸브 시트 추출 툴이 밸브 바디에 장착되는 경우에 상기 밸브 시트의 중심선에 대해 평행하게 반경 방향으로 오프셋되는 정렬 축선을 갖는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 시트 추출 툴은 시트 맞물림 팁(seat engaging tip)을 포함하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 시트 맞물림 팁은 나사 형성부를 포함하며, 이 나사 형성부는, 상기 밸브 시트 추출 툴이 조작되어 상기 나사 형성부를 상기 밸브 시트와 맞물리게 하는 경우에, 상기 밸브 시트와의 나사식 연결을 자가 태핑(self-tapping)에 의해 형성하도록 구성되는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 편심 정렬 부재는 상기 밸브 바디와 나사식으로 맞물리도록 나사식으로 형성된 리테이너 너트를 포함하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 리테이너 너트는 상기 밸브 시트의 중심선에 대해 평행하게 반경 방향으로 오프셋된 중앙 축선을 갖는 내부 보어를 포함하며, 이 내부 보어는 상기 밸브 시트 추출 툴을 수용하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 밸브 시트 추출 툴은 상기 내부 보어 내에 꼭 맞게 수용되어 상기 내부 보어 내에서 수직 방향으로 슬라이딩 가능한 원통형 벽을 포함하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  9. 제6항에 있어서, 상기 리테이너 너트는, 상기 밸브 시트의 중심선과 동축을 이루는 중앙 축선을 갖는 내부 보어와, 이 내부 보어 내에 수용되는 편심 부싱을 포함하며, 상기 편심 부싱은 상기 밸브 시트의 중심선에 대해 평행하게 반경 방향으로 오프셋된 중앙 축선을 갖는 정렬 보어를 포함하며, 이 정렬 보어는 상기 밸브 시트 추출 툴을 수용하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 밸브 시트 추출 툴은 상기 정렬 보어 내에 꼭 맞게 수용되어 상기 정렬 보어 내에서 수직 방향으로 슬라이딩 가능한 원통형 벽을 포함하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 편심 정렬 부재는 상기 밸브에 나사식으로 연결 가능한 것인 밸브 및 툴 조립체.
  12. 밸브 시트 추출 툴 조립체로서:
    나사 형성부를 갖는 밸브 시트 추출 툴; 및
    상기 나사 형성부를 밸브 시트와 편심되게 정렬시키도록 밸브 바디에 장착되도록 되어 있는 편심 정렬 부재
    를 포함하며, 상기 편심 정렬 부재는 상기 밸브 시트 추출 툴이 상기 밸브 바디에 장착되는 경우에 상기 밸브 시트의 중심선에 대해 평행하게 반경 방향으로 오프셋된 정렬 축선을 갖는 것인 밸브 시트 추출 툴 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 편심 정렬 부재는, 상기 밸브 바디와 나사식으로 맞물리도록 된 리테이너 너트와, 이 리테이너 너트 내에 적어도 부분적으로 수용되는 편심 부싱을 포함하는 것인 밸브 시트 추출 툴 조립체.
  14. 밸브 시트 추출 툴 조립체로서:
    나사 형성부를 갖는 밸브 시트 추출 툴; 및
    상기 나사 형성부를 밸브 시트와 편심되게 정렬시키도록 밸브 바디에 장착되도록 되어 있는 편심 정렬 부재
    를 포함하며, 상기 편심 정렬 부재는 상기 밸브 바디와 나사식으로 맞물리도록 나사식으로 형성된 리테이너 너트를 포함하며, 이 리테이너 너트는 리테이너 너트의 중심선에 대해 평행하게 반경 방향으로 오프셋된 중앙 축선을 갖는 내부 보어를 포함하는 것인 밸브 시트 추출 툴 조립체.
  15. 밸브 및 툴 조립체로서:
    길이 방향 축선을 갖고 입구에서 출구로의 유체를 위한 유로를 포함하는 밸브 바디로서, 이 밸브 바디에 액추에이터를 결합하기 위한 나사 형성 너트와 맞물리도록 크기 설정된 나사 형성부와, 밸브 시트 리세스를 포함하는, 밸브 바디;
    밸브 시트;
    상기 밸브 시트를 유지하는 캐리어 리세스를 획정하는 관통 보어를 갖는 환형 시트 캐리어;
    상기 액추에이터가 상기 밸브 바디로부터 제거되는 경우, 상기 밸브 바디의 나사 형성부와 맞물려 상기 시트 캐리어를 상기 밸브 바디와 결합시키는 나사 형성 리테이너 너트; 및
    시트 변위 툴
    을 포함하며, 상기 시트 변위 툴은 상기 시트 변위 툴이 상기 시트 캐리어에 결합되도록 상기 나사 형성 리테이너 너트와 맞물리고, 상기 시트 변위 툴은 상기 밸브 시트를 상기 시트 캐리어 리세스로부터 상기 밸브 시트 리세스 내로 축방향으로 밀어내도록 작동 가능한 것인 밸브 및 툴 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 시트 변위 툴은 아버(arbor)를 포함하며, 이 아버는 상기 리테이너 너트와 나사식으로 맞물릴 때에 축방향으로 병진 이동하여, 상기 아버가 상기 밸브 시트를 상기 시트 캐리어로부터 상기 밸브 시트 리세스 내로 변위시키는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 아버는 팁을 포함하며, 이 팁은 상기 길이 방향 축선을 중심으로 자유롭게 회전하는 한편, 상기 밸브 시트와 접촉하여 상기 밸브 시트를 상기 밸브 시트 캐리어 밖으로 변위시키는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 팁의 표면과 상기 밸브 시트의 표면 사이에 배치된 회전 방지 부재를 포함하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  19. 제16항에 있어서, 상기 밸브 시트는 상기 시트 캐리어 내에서 압축되는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  20. 제15항에 있어서, 상기 시트 캐리어는 상기 시트 캐리어 내에 설치될 밸브 시트에 따라 색상 코딩되는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  21. 제15항에 있어서, 상기 시트 캐리어는 상기 밸브 시트를 상기 길이 방향 축선을 따라 정렬시키도록 상기 밸브 바디 내의 캐비티 내로 포개지는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제15항에 있어서, 상기 밸브 시트 리세스는 상기 밸브 시트의 최대 직경보다 작은 최소 직경부를 갖는 스테이킹(staking)된 환형 벽을 포함하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  25. 제15항에 있어서, 상기 밸브 시트는 환형 바디를 포함하는 것인 밸브 및 툴 조립체.
  26. 삭제
  27. 밸브 시트 설치 툴로서:
    밸브 시트를 유지하도록 구성된 캐리어 리세스를 획정하는 관통 보어를 갖는 환형 밸브 시트 캐리어;
    상기 환형 밸브 시트 캐리어의 관통 보어 내에 수용 가능한 한편, 상기 밸브 시트를 상기 시트 캐리어 리세스로부터 밸브 바디의 밸브 시트 리세스 내로 축방향으로 밀어내도록 작동 가능한 밸브 시트 변위 툴; 및
    상기 밸브 시트 변위 툴 및 상기 밸브 시트 캐리어를 상기 밸브 바디에 결합하도록 작동 가능한 나사 형성 리테이너 너트
    를 포함하고,
    상기 밸브 시트 캐리어는 밸브 시트 캐리어 내에 밸브 시트를 압축 및 유지하는 것인 밸브 시트 설치 툴.
  28. 삭제
  29. 제27항에 있어서, 상기 밸브 시트 변위 툴은 아버를 포함하며, 이 아버는 자유롭게 회전하는 팁을 포함하는 것인 밸브 시트 설치 툴.
  30. 제29항에 있어서, 상기 팁의 표면과 상기 밸브 시트의 표면 사이에 배치된 회전 방지 부재를 포함하는 것인 밸브 시트 설치 툴.
  31. 제27항에 있어서, 상기 시트 캐리어는 상기 시트 캐리어 내에 설치될 밸브 시트에 따라 색상 코딩되는 것인 밸브 시트 설치 툴.
  32. 삭제
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