KR100589060B1 - 공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능을 보다 정확하게 시험하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 밸브 제어부로부터 인가되는 전류를 공압신호 형태로 변환하는 전류-압력변환기와; 전류-압력변환기에서 변환된 공압신호에 의해 그 열림정도가 결정되는 포지셔너와; 포지셔너를 통해 공급되는 제어용 공기가 유입 및 유출되는 구동부와; 본넷과, 구동부에 의해 상하이동가능하게 설치된 스템과, 스템의 하단부에 결합된 밸브체로 이루어진 밸브와; 포지셔너를 통해 구동부 측으로 제어용 공기를 공급하는 제어용 공기공급부를 포함하는 공기구동식 밸브시스템에 있어서, 밸브의 본넷이 고정결합되는 프레임과, 제어용 공기공급부 및 구동부 사이의 공급배관 상에 장착되는 공기압력센서와, 스템의 일측 축선 상에 설치되는 스템의 스트레인을 측정하는 스트레인게이지와, 스템의 타측 축선 상에 설치되어 스템의 위치변위를 측정하는 변위센서와, 프레임 측에 높이조절가능하게 설치되어 밸브체와 접촉함으로써 스템에 작용하는 축력을 측정하는 로드셀과, 각 센서로부터 측정 데이터를 입력받는 제어부를 포함한다.

공기구동, 밸브, 스템, 축력, 구동부, 성능 시험

Description

공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능 시험장치{Device for testing the performance of the actuator in an air operated valve system}

도 1은 일반적인 다이어프램형 구동부가 적용된 공기구동식 밸브 시스템을 예시적으로 도시한 부분 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동식 밸브 시스템의 구동부 성능 시험장치를 도시한 개념도.

도 3은 본 발명의 시험장치의 변위센서 부분을 상세하게 도시한 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 프레임 11a, 11b : 공기압력센서

12 : 스트레인게이지 13 : 변위센서

14 : 로드셀 15 : 유체차압 모사기

16 : 제어부

본 발명은 제어용 공기에 의해 밸브의 개폐가 이루어지는 공기구동식 밸브시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능을 보 다 정확하게 시험하는 장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 공기구동식 밸브시스템(air operated valve system)은 발전소와 같은 대형의 플랜트에 설치된 각종 관로 내부로 흐르는 고온ㆍ고압의 유체를 제어하기 위한 대표적인 밸브 시스템 중의 하나로서, 유체의 유량, 압력, 방향 등을 제어할 뿐만 아니라 유로 개폐, 교축, 역지, 과압방지 등의 주요 기능을 수행한다.

이러한 공기구동식 밸브시스템은 그 구동부의 형태에 따라 다이어프램형, 실린더형으로 구분되고, 또한 공기유입방식에 따라 싱글 구동방식(single acting)과, 더블 구동방식(double acting) 등으로 구분된다.

이 중에서 도 1은 다이어프램형 구동부가 적용된 공기구동식 밸브 시스템의 일 형태를 예시적으로 도시한 개념도이다.

도시된 바와 같이, 공기구동식 밸브 시스템은 밸브 제어부(미도시)로부터 인가되는 전류를 공압신호 형태로 변환하는 전류-압력변환기(1)와, 전류-압력변환기(1)에서 변환된 공압신호에 의해 그 열림정도가 결정되는 포지셔너(2)와, 플랜트의 관로(7) 상에 설치된 밸브(4)와, 포지셔너(2)를 통해 공급되는 제어용 공기에 의해 밸브체(4c)를 작동시켜 밸브(4) 내의 유로를 개폐시키는 구동부(5)와, 외부의 공급원(미도시)으로부터 포지셔너(2)를 통해 구동부(5) 측으로 제어용 공기를 공급하는 제어용 공기공급부(미도시)를 포함한다. 여기서, 구동부(5) 내부에는 외력(즉, 공급되는 제어용 공기)이 제거되면 탄성력에 의해 원위치로 복귀하는 다이어프램(5a)이 구비되고, 포지셔너(2), 구동부(5), 및 제어용 공 기공급부(미도시)는 공급배관을 통행 상호 연통된다.

또한, 밸브(4)는 플랜트의 관로 상에 설치된 본넷(4a, bonnet)과, 본넷(4a) 내부의 유로 상에 장착된 밸브 시트(4b)와, 밸브 시트(4b)를 개폐하는 플러그 또는 디스크 형태의 밸브체(4c)와, 밸브체(4c)의 상부에 연결된 스템(4d)으로 이루어진다.

이러한 구성에 의해, 제어부(미도시)로부터 인가되는 전류가 전류-압력 변환기(1)에서 전류량에 비례한 공압신호 형태로 변환되면, 전류-압력 변환기(10)에서 변환된 공압신호에 의해 포지셔너(2)는 그 열림정도를 결정하게 되고, 이에 따라 제어용 공기공급부(미도시)로부터 제어용 공기가 포지셔너(2)를 통해 구동부(5) 측으로 유입된다.

이렇게 제어용 공기가 구동부(5)로 유입되거나 배출되면, 구동부(5)의 다이어프램(5a)이 작동하여 밸브(4)의 스템(4d)이 상하로 이동하고, 이 스템(4d)의 상하 작동에 의해 밸브체(4c)는 밸브 시트(4b)를 개폐하게 됨에 따라 플랜트의 관로(7) 개도율이 결정된다.

이러한 공기구동식 밸브시스템의 정확한 진단을 실시하기 위해 구동부(5)에 대한 출력성능 시험이 필요하다. 이에 따라, 종래에는 구동부(5)의 출력성능을 시험하기 위해 밸브(4)의 스템(4d)의 축선 상에 장착된 지시막대(4e)를 육안으로 확인하여 밸브(40)의 개도 측정값을 점검하여 왔다.

하지만, 이와 같이 육안으로 밸브(4)의 개도 측정값을 점검함에 따라 정확한 열림 정도 및 열림속도 등에 대한 파악이 어렵고, 그 측정오차가 매우 크며, 실제 밸브(4)의 스템(4d)에 작용하는 축력을 측정하기 어려운 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 구동부에 공급되는 공기압과, 스템의 위치변화와, 스템 상에 작용하는 축력과, 스템 상에 발생하는 스트레인과, 유체 흐름의 차압에 의해 발생하는 힘 등을 측정하여 이들과의 상관관계를 분석함으로써 구동부의 성능 및 운전 여유도를 분석할 수 있는 공기구동식 밸브 시스템의 구동부 성능 시험장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 밸브 제어부로부터 인가되는 전류를 공압신호 형태로 변환하는 전류-압력변환기와; 전류-압력변환기에서 변환된 공압신호에 의해 그 열림정도가 결정되는 포지셔너와; 포지셔너를 통해 공급되는 제어용 공기가 유입 및 유출되는 구동부와; 본넷과, 구동부에 의해 상하강가능하게 설치된 스템과, 이 스템의 하단부에 결합된 밸브체로 이루어진 밸브와; 포지셔너를 통해 구동부 측으로 제어용 공기를 공급하는 제어용 공기공급부를 포함하는 공기구동식 밸브시스템에 있어서, 밸브의 본넷이 고정결합되는 프레임과, 제어용 공기공급부 및 구동부 사이의 공급배관 상에 장착되는 공기압력센서와, 스템의 일측 축선 상에 설치되는 스템의 스트레인을 측정하는 스트레인게이지와, 스템의 타측 축선 상에 설치되어 스템의 위치변위를 측정하는 변위센서와, 프레임 측에 높이조절가능하게 설치되어 밸브체와 접촉함으로써 스템에 작용하는 축력을 측정하는 로드셀과, 각 센서로부터 측정 데이터를 입력받아 각 측정 데이터 사이의 상관관계를 분석하 는 제어부를 포함한다.

바람직하게는, 로드셀의 높이조절구조는 프레임 내부 공간에 구비된 구동모터와, 프레임의 높이방향으로 이동가능하게 설치된 지지대와, 상단부가 지지대의 하부에 결합된 이송스크류를 포함하고, 이 지지대의 상부면에 로드셀이 고정적으로 안착되고, 이송스크류의 외주면은 구동모터의 출력축에 구비된 구동기어와 치합하여 구성된다.

바람직하게는, 변위센서는 스템의 축선 상에 직각방향으로 클램핑결합된 안내막대를 매개로 상하이동하는 스템의 위치변위를 측정하도록 구성된다.

바람직하게는, 밸브체에 근접배치되어 밸브체 상에 인가되는 유체의 차압을 모사하는 유체차압 모사기를 더 구비한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능 시험장치를 도시한다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 밸브 제어부로부터 인가되는 전류를 공압신호 형태로 변환하는 전류-압력변환기(1)와, 전류-압력변환기(1)에서 변환된 공압신호에 의해 그 열림정도가 결정되는 포지셔너(2)와, 포지셔너(2)를 통해 공급되는 제어용 공기가 유입 및 유출되는 구동부(5)와, 구동부(5)에 의해 구동하는 밸브(4)와, 포지셔너(2)를 통해 구동부(5) 측으로 제어용 공기를 공급하는 제어용 공기공급부를 포함하는 공기구동식 밸브시스템에 있어서,

밸브(4)의 본넷(4a)이 고정결합되는 프레임(10)과, 제어용 공기공급부(20) 및 구동부(5) 사이의 공급배관(21, 22) 상에 장착된 공기압력센서(11a, 1b)와, 스템(4d)의 일측에 설치되는 스템(4d)의 스트레인을 측정하는 스트레인게이지(12)와, 스템(4d)의 타측에 설치되어 스템(4d)의 위치변위를 측정하는 변위센서(13)와, 프레임(10) 측에 높이조절가능하게 설치되어 밸브체(4c)의 하단부에 작용하는 축력을 측정하는 로드셀(14)과, 밸브체(4c)에 근접배치되어 밸브체(4c) 상에 인가되는 유체의 차압을 모사하는 유체차압 모사기(15)와, 각 센서(11a, 11b, 12, 13, 14)로부터 각 측정 데이터를 입력받는 제어부(16)를 포함한다.

프레임(10)은 그 상부면에 밸브(4)의 본넷(4a)이 견고하게 결합된다. 이러한 본넷(4a) 및 프레임(10) 사이의 견고한 결합은 밸브(4)의 스템(4d)이 상하작동할 때 발생하는 부하에 의해 진동 및 움직임이 구동부(5)로 전달되는 것을 방지함으로써 시험의 정확도를 보장한다.

공기압력센서(11a, 11b)는 제어용 공기공급부(20)와 포지셔너(2) 사이의 공급배관(21) 및 포지셔너(2)와 구동부(5) 사이의 연결배관(22) 상에 각각 설치되어, 제어용 공기공급부(20)로부터 공급되는 공기의 압력 및 구동부(5) 측으로 유입되는 공기의 압력을 측정하고, 이 측정된 공기압력 데이터는 A/D 신호변환된 후에 제어부(16)로 전송된다.

스트레인게이지(12)는 밸브(4)의 스템(4d) 일측 축선 상에 설치되어 유입되는 제어용 공기의 압력에 의해 작동하는 구동부(5)의 다이어프램(5a)에 의해 스템(4d)이 이동할 때 발생하는 스트레인(strain)을 측정하게 되고, 이 측정된 스 트레인 데이터는 A/D 신호변환된 후에 제어부(16)측으로 전송된다.

변위센서(13)는 도 3에 도시된 바와 같이, 스템(4d)의 축선 상에 직각방향으로 클램핑결합된 안내막대(18)를 매개로 상하이동하는 스템(4d)의 위치변위를 측정하고, 이 측정된 위치변위 데이터는 A/D 신호변환된 후에 제어부(16) 측으로 전송된다.

여기서, 변위센서(13)는 도 3에 도시된 바와 같이, LVDT(Linear Variable Differiental Transformer, 변위측정 자기센서) 또는 와이어 방식의 접촉센서을 채택할 수도 있고, 레이저변위센서와 같은 비접촉식 센서를 채택할 수도 있을 것이다.

로드셀(14)은 프레임(10)의 일측에 높이조절가능하게 설치되어, 스템(4d)의 하단부에 결합된 밸브체(4c)와 접촉함으로써, 스템(4d)의 축선방향으로 인가되는 축력을 측정하게 되고, 이 측정된 축력 데이터는 A/D 신호변환된 후에 제어부(16) 측으로 전송된다.

한편, 밸브체(4c)가 승하강함에 따라 이에 상응하여 로드셀(14)의 높이도 조절하여야 할 필요가 있다.

이러한 로드셀(14)의 높이 조절구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임(10) 내부 공간에 구비된 구동모터(31)와, 프레임(10)의 높이방향으로 이동가능하게 설치된 지지대(32)와, 상단부가 지지대(32)의 하부에 결합된 이송스크류(33)를 포함하고, 이 지지대(32)의 상부면에 로드셀(14)이 고정적으로 안착되고, 이송스크류(33)의 외주면은 구동모터(31)의 출력축에 구비된 구동기어(31a)와 치합 하도록 구성된다.

이러한 구성에 의해, 로드셀(14)은 구동모터(31)의 구동력이 구동기어(31a)와 치합하는 이송스크류(33)로 전달되면, 이에 따라 이송스크류(33) 및 이에 결합된 지지대(32)가 승하강함에 따라, 로드셀(14)도 승하강하게 되어 밸브체(4c)에 상응하도록 그 높이조절이 이루어진다.

한편, 밸브(4)의 본넷(4a) 내의 유로상에 장착되는 밸브 시트(4b)를 개폐하는 밸브체(4c)는 그 개폐시에 유체 흐름의 차압에 의한 외력을 받게 되는데, 본 발명은 이러한 유체흐름의 차압을 모사(模寫)(모방하여 밸브체(4c)에 가(加)함)할 수 있는 유체차압 모사기(15)를 더 구비할 수도 있다.

이는 실제로 유체를 밸브체(4c)로 흐르게 하여 시험하는 것이 매우 번거러우므로, 실제 상황과 유사하게 유체차압 모사기(15)가 인위적으로 이동하면서 유체차압에 해당하는 압력을 밸브체(4c) 상에 물리적으로 가(부여)하는 방식으로 모사(模寫)함으로써 보다 정확한 구동부(5)의 분석을 수행하기 위함이다.

제어부(16)는 밸브(4)의 구동을 위한 각종 제어신호를 처리하도록 구성되고, 예컨대, 제어입력전류를 D/A 신호변환하여 그 신호를 전류-압력 변환기(1)로 전송함으로써 전류-압력 변환기(1)를 구동시킨다.

또한, 제어부(16)는 각 센서(11a, 11b, 12, 13, 14)로부터 각 측정 데이터를 입력받아 각 측정 데이터 사이의 상관관계를 분석함으로써, 구동부(5)의 실제 출력성능을 분석할 수 있을 뿐만 아니라 실제 운전에 대한 여유도를 종합적으로 분석할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명은 구동부(5)로부터 밸브(4)의 스템(4d)으로 구동력이 전 달될 때, 패킹 등의 마찰력, 유체의 차압 등과 같은 다양한 변수에 의해 구동력에 손실이 발생하게 되는 점을 감안하여 스템(4d)에 인가되는 축력을 보다 정밀하게 측정함으로써, 구동부(5)의 출력 성능을 보다 정확하게 시험하게 되고, 또한 이렇게 측정된 스템(4d)의 축력을 바탕으로 운전에 대한 여유도를 분석할 수 있게 되는 특징이 있다.

한편, 본 발명은 도 1 및 도 2에 예시적으로 도시된 다이어프램형 구동부가 적용된 공기구동식 밸브 시스템에만 한정되지 아니하고, 그외에 다양한 형태의 공기구동식 밸브 시스템에도 적용가능할 것이다.

상기와 같은 본 발명은, 구동부에 공급되는 공기압과, 스템의 위치변화와, 스템 상에 작용하는 축력과, 스템 상에 발생하는 스트레인과, 유체 흐름의 차압에 의해 발생하는 힘 등을 측정하여 이들과의 상관관계를 분석함으로써 보다 정밀한 구동부의 성능 및 운전 여유도를 분석할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 밸브 제어부로부터 인가되는 전류를 공압신호 형태로 변환하는 전류-압력변환기와; 전류-압력변환기에서 변환된 공압신호에 의해 그 열림정도가 결정되는 포지셔너와; 포지셔너를 통해 공급되는 제어용 공기가 유입 및 유출되는 구동부와; 본넷과, 구동부에 의해 상하이동가능하게 설치된 스템과, 이 스템의 하단부에 결합된 밸브체로 이루어진 밸브와; 포지셔너를 통해 구동부 측으로 제어용 공기를 공급하는 제어용 공기공급부를 포함하는 공기구동식 밸브시스템에 있어서,

   밸브의 본넷이 고정결합되는 프레임과.

   상기 제어용 공기공급부 및 구동부 사이의 공급배관 상에 장착되는 공기압력센서와,

   상기 스템의 일측에 설치되는 상기 스템의 스트레인을 측정하는 스트레인게이지와,

   상기 스템의 타측에 설치되어 상기 스템의 위치변위를 측정하는 변위센서와,

   상기 프레임 측에 높이조절가능하게 설치되어 밸브체와 접촉함으로써 상기 스템에 작용하는 축력을 측정하는 로드셀과,

   상기 각 센서로부터 측정 데이터를 입력받아 각 측정 데이터 사이의 상관관계를 분석하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능 시험장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 로드셀의 높이조절구조는

   상기 프레임 내부 공간에 구비된 구동모터와,

   상기 프레임의 높이방향으로 이동가능하게 설치된 지지대와,

   상단부가 상기 지지대의 하부에 결합된 이송스크류를 포함하고,

   상기 지지대의 상부면에 상기 로드셀이 고정적으로 안착되고, 상기 이송스크류의 외주면은 구동모터의 출력축에 구비된 구동기어와 치합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능 시험장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 변위센서는 상기 스템의 축선 상에 직각방향으로 클램핑결합된 안내막대를 매개로 상하이동하는 상기 스템의 위치변위를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능 시험장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 구동부 성능 시험장치는 상기 밸브체에 근접배치되어 밸브체 상에 인가되는 유체의 차압을 모사하는 유체차압 모사기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공기구동식 밸브시스템의 구동부 성능 시험장치.

Images