KR100745228B1 - 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능시험장치 - Google Patents

안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전소의 공기구동 인양장치의 출력성능을 용이하게 시험할 수 있도록 한 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 각종 조작기기와 전기적으로 접속됨과 공기구동 인양장치의 여러가지 기능을 시험하는 데이터 프로그램이 내장되어 공기구동 인양장치의 시험 기능을 제어하는 제어부(99)와; 사각형상의 베이스 플레이트(100)와; 상기 베이스 플레이트(100)의 상면 양측에 수직으로 일정길이로 형성되는 로우어 스터드(Lower Stud)(102)(104)와; 상기 로우어 스터드(102)와 로우어 스터드(104) 사이에 설치되어 상기 로우어 스터드(102)와 로우어 스터드(104)를 고정시켜주는 업퍼 플레이트(Upper Plate)(106)와; 상기 업퍼 플레이트(106)의 상측에 설치되는 공기구동 인양장치의 에어모터(20-1)를 상기 업퍼 플레이트(106)에서 이탈하지 못하도록 에어모터(20-1)의 업퍼 스터드(Upper Stud)(20-3)를 고성시켜주는 로우어 플레이트(Lower Plate)(108)와; 상기 제어부(99)의 조작에 의해 에어공급부(30)로부터 에어를 공급받아 상기 에어모터(20-1)로 에어를 주입하는 에어주입기(110)와; 상기 제어부(99)의 조작에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력을 조절하는 전자식공기압력조절기(112)와; 상기 제어부(99)의 조작에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력을 상기 제어부(99)로 전송하는 압력신호전송기(114)와; 상기 에어모터(20-1)의 축 중심과 정렬상태를 이루도록 로우어 플레이트(Lower Plate)의 하측에 수직으로 일정길이로 형성되는 축(116)과; 상기 축(116)의 하부에 설치되고 상기 축(116)의 이동시, 에어모터(20-1)의 인장응력을 측정하고, 측정된 인장응력을 상기 제어부(99)로 전송하는 인장응력측정용 센서(118)와; 상기 인장응력측정용 센서(118)의 하측에 설치되며, 상기 축(116)의 이동시 축정렬을 시켜주는 링크로드엔드(120)로 구성된다.
안전밸브, 공기구동 인양장치, 시험장치, 전자식공기압력조절기, 압력신호전송기

Description

안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치{Output capability test device of air-set pressure device for the in-service test on the safety valve}
도 1은 일반적인 공기구동 인양장치가 안전밸브에 설치된 상태를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치를 나타낸 도면,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치의 결합상태를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
99 : 제어부
100 : 베이스 플레이트
102, 104 : 로우어 스터드
106 : 업퍼 플레이트
108 : 로우어 플레이트
110 : 에어주입기
112 : 전자식공기압력조절기
본 발명은 인양장치의 출력성능 시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전소의 공기구동 인양장치의 출력성능을 용이하게 시험할 수 있도록 한 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 발전소에서는 열에너지 또는 기계적에너지를 전기적 에너지로 변환한다. 그러므로 발전을 하려면 이에 상당하는 에너지를 소비해야 하는데, 이러한 발전을 위한 에너지의 근원을 발전자원 또는 전력자원이라고 한다. 현재 발전용으로 사용되는 발전기는 거의 전자기유도 작용을 이용하여, 기계동력을 전력으로 변환시키는 방식이다. 따라서 모든 에너지의 흐름을 기계동력으로 바꾸어 전력을 발생하게 한다. 화학에너지를 직접 전기에너지로 바꾸는 전지나, 열에너지를 직접 전기에너지로 바꾸는 열전쌍이 있지만, 전지는 대규모 발전에는 사용하지 않으며, 열전쌍을 발전에 사용하는 것은 아직 시험적인 단계에 머물러 있다. 발전자원으로서 무엇을 사용하느냐에 따라서 발전방식과 원동설비도 달라지는데, 현재 주로 사용되는 발전소에는 다음과 같다. 수력발전소, 화력발전소, 원자력발전소, 조력발전소, 풍력발전소, 지열발전소등이 있다.
한편, 발전소에는 고압 및 저압의 열교환기, 탱크, 주요 밸브(안전밸브, 압력방출밸브 등), 배관의 배수 또는 배기시 사용되는 소형수동밸브, 계측제어설비, 전기설비 등이 설치된다.
그리고, 상기 설비들은 발전소의 정비 기간 중 정비 및 검사를 받게 된다.
상기 설비들 중 안전밸브는 도 1에 나타낸 바와 같이, 공기구동 인양장치에 의해 인양되고, 검사를 받는다.
상기 공기구동 인양장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 안전밸브(10)의 상면에 공기구동 인양장치(20)를 설치하고, 상기 공기구동 인양장치의 에어모터("에어실린더"라고도 함)(20-1)에 에어공급부(30)를 연결한다.
그런후에, 상기 에어공급부(30)를 동작시킨다. 이때, 상기 에어공급부(30)의 동작에 따라 에어모터(20-1)가 상측으로 이동한다.
상기 공기구동 인양장치(20)의 에어모터(20-1)에 공기압력을 서서히 증가시키면 안전밸브(10)의 스템을 들어올리는 힘(인장력)이 증가한다.
그리고, 스템을 들어올리는 힘이 계속되면, 안전밸브가 순간열림이 되며 이때, 사용자는 공기구동 인양장치에 공급된 공기압력을 측정하고, 차압표(도시는 생략함)를 사용하여 차압을 결정한다.
그리고, 안전밸브(10)의 설정치는 차압표에서 결정된 차압과 계통압력을 합한 값으로서,
설정값 Pset = 차압(psi) + Psystem(psi)으로 계산한다.
여기서, 상기 안전밸브(10)에 설치된 스프링의 힘 Fspring 이라고 할 때, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Fspring = ASeat × PSet
여기서, ASeat = 안전밸브 디스크 유효면적(in2)
PSet = 안전밸브의 설정압력(psi)
또한, 공기구동 인양장치를 사용했을 경우의 힘의 평형관계는 다음과 같다.
스프링 설정치 = 공기구동 인양장치에 의한 힘 + 계통압력에 의한 힘
즉, Fspring = Fsystem + FAssist
= ASeat × Psystem + ACylinder × PCylinder
따라서, 설정값 Pset = Psystem + (ACylinder × PCylinder)/ ASeat
= Psystem + FAssist/ ASeat
= 차압 + Psystem
여기서, Psystem : 안전밸브가 설치된 계통의 압력(psi)
ACylinder : 유압(공기압)실린더의 유효면적(in2)
PCylinder : 안전밸브가 설치된 계통의 압력(psi)
FAssist : 안전밸브가 순간열림 할 수 있도록 유압(공기압)식 인양장치를 사용하여 들어올린 힘(LBS)
그러나, 종래에는 안전밸브의 설정치를 확인할 때, 안전밸브가 열리는 순간의 인양장치에 가해진 유압을 측정한 다음 차압표에 따라 차압을 결정하는데 문제가 있다.
상기 방법은 공기구동 인양장치의 출력성능에 변화가 없다는 것을 전제로 하는 것으로, 현실적으로는 동일 사양의 공기구동 인양장치라도 에어모터(에어실린더)의 사용년수, 외형변형(외부 충격으로 인한 찌그러짐), 보관상태 및 내주 다이아프램의 마찰변화에 따라 공기구동 인양장치의 출력성능에 차이가 있으며, 이로 인하여 확인되어지는 안전밸브의 설정치에 영향을 미치게 되기 때문이다.
특히, 종래에는 공기구동 인양장치의 출력성능을 검증하기 위한 시험장치가 없다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 발전소의 공기구동 인양장치의 출력성능을 용이하게 시험할 수 있도록 한 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치의 특징은,
각종 조작기기와 전기적으로 접속됨과 공기구동 인양장치의 여러가지 기능을 시험하는 데이터 프로그램이 내장되어 공기구동 인양장치의 시험 기능을 제어하는 제어부(99)와;
사각형상의 베이스 플레이트(100)와;
상기 베이스 플레이트(100)의 상면 양측에 수직으로 일정길이로 형성되는 로우어 스터드(Lower Stud)(102)(104)와;
상기 로우어 스터드(102)와 로우어 스터드(104) 사이에 설치되어 상기 로우어 스터드(102)와 로우어 스터드(104)를 고정시켜주는 업퍼 플레이트(Upper Plate)(106)와;
상기 업퍼 플레이트(106)의 상측에 설치되는 공기구동 인양장치의 에어모터(20-1)를 상기 업퍼 플레이트(106)에서 이탈하지 못하도록 에어모터(20-1)의 업퍼 스터드(Upper Stud)(20-3)를 고성시켜주는 로우어 플레이트(Lower Plate)(108)와;
상기 제어부(99)의 조작에 의해 에어공급부(30)로부터 에어를 공급받아 상기 에어모터(20-1)로 에어를 주입하는 에어주입기(110)와;
상기 제어부(99)의 조작에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력을 조절하는 전자식공기압력조절기(112)와;
상기 제어부(99)의 조작에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력을 상기 제 어부(99)로 전송하는 압력신호전송기(114)와;
상기 에어모터(20-1)의 축 중심과 정렬상태를 이루도록 로우어 플레이트(Lower Plate)의 하측에 수직으로 일정길이로 형성되는 축(116)과;
상기 축(116)의 하부에 설치되고 상기 축(116)의 이동시, 에어모터(20-1)의 인장응력을 측정하고, 측정된 인장응력을 상기 제어부(99)로 전송하는 인장응력측정용 센서(118)와;
상기 인장응력측정용 센서(118)의 하측에 설치되며, 상기 축(116)의 이동시 축정렬을 시켜주는 링크로드엔드(120)로 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치를 나타낸 도면이고, 도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치의 결합상태를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 3e에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치는 각종 조작기기와 전기적으로 접속됨과 공기구동 인양장치의 여러가지 기능을 시험하는 데이터 프로그램이 내장되어 공기구동 인양장치의 시험 기능을 제어하는 제어부(99)와; 사각형상의 베이스 플레이트(100)와; 상기 베이스 플레이트(100)의 상면 양측에 수직으로 일정길이로 형성되는 로우어 스터드(Lower Stud)(102)(104)와; 상기 로우어 스터드(102)와 로우어 스터드(104) 사이에 설치되어 상기 로우어 스터드(102)와 로우어 스터드(104)를 고정시켜주는 업퍼 플레이트(Upper Plate)(106)와; 상기 업퍼 플레이트(106)의 상측에 설치되는 공기구동 인양장치의 에어모터("에어실린더"라고도 함)(20-1)를 상기 업퍼 플레이트(106)에서 이탈하지 못하도록 에어모터(20-1)의 업퍼 스터드(Upper Stud)(20-3)를 고성시켜주는 로우어 플레이트(Lower Plate)(108)와; 상기 제어부(99)의 조작에 의해 에어공급부(30)로부터 에어를 공급받아 상기 에어모터(20-1)로 에어를 주입하는 에어주입기(110)와; 상기 제어부(99)의 조작에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력을 조절하는 전자식공기압력조절기(112)와; 상기 제어부(99)의 조작에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력을 상기 제어부(99)로 전송하는 압력신호전송기(114)와; 상기 에어모터(20-1)의 축 중심과 정렬상태를 이루도록 로우어 플레이트(Lower Plate)의 하측에 수직으로 일정길이로 형성되는 축(116)과; 상기 축(116)의 하부에 설치되고 상기 축(116)의 이동시, 에어모터(20-1)의 인장응력을 측정하고, 측정된 인장응력을 상기 제어부(99)로 전송하는 인장응력측정용 센서(118)와; 상기 인장응력측정용 센서(118)의 하측에 설치되며, 상기 축(116)의 이동시 축정렬을 시켜주는 링크로드엔드(120)로 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제어부(99)와 에어모터(20-1)에 설치된 각종 실험장치들을 전기적으로 연결 한다.
그리고, 제어부(99)를 조작한다.
이때, 에어주입기(110)를 통해 에어모터(20-1)로 에어가 주입되고, 압력신호전송기(114)에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력이 제어부(99)로 전송된다.
그리고, 전자식공기압력조절기(112)를 사용하여 공기압을 일정 상승률로 서서히 증가시킨다.
이에 따라, 에어모터(20-1)는 상측으로 이동하고, 에어모터(20-1)의 이동에 따라 에어모터(20-1)에 연결된 축(116)이 상측으로 이동된다.
따라서, 시험장치의 하부에 설치된 인장응력측정용 센서(118)가 인장응력을 센싱하고, 센싱된 인장응력을 제어부(99)로 전송한다.
또한, 상기 축(116)의 이동시, 인장응력측정용 센서(118)의 하측에 설치된 링크로드엔드(120)는 상기 축(116)이 에어모터(20-1)의 축과 중심을 이루도록 잡아 준다.
한편, 상기 제어부(99)는 에어모터(20-1)에 공급된 공기 압력과 인장응력을 취득하고 출력 특성 그래프를 작성한다.
아래 그림1은 에어모터(20-1)에 공급되는 공기 압력과 인장력을 측정한 결과로서 50SQ.IN Crosby 에어모터의 한 예이다.
그림1
Figure 112005067875776-pat00001
상기에서 기술한 시험의 결과로부터 아래 그림2는 에어모터의 출력 특성을 보여주는 그래프이다.
이 그래프는 에어모터에 공급되는 공기압을 0psi ∼ 100psi까지 가압할 때 공기구동 인양장치의 출력 써러스트(Thrust)와의 관계를 나타낸 것이다.
그림2
Figure 112005067875776-pat00002
여기서, 이 그래프의 방정식은 다음과 같이 표현된다.
Out Put Thrust = (Air Pressure × 49.908) - 28(lbs)
또한, 그래프의 기울기는 49.908로 분석되고, 이것은 시험적으로 구해진 에어모터의 유효단면적으로서, 에어모터에 가해지는 공기 압력에 비례하여 출력 써러스트를 발생하게 된다.
그리고, - 28(lbs)은 y축의 절편으로 공기구동 인양장치의 출력에 영향을 미치는 에어모터 자체 중량과 다이아그램 포릭션 포오스(Diaphragm Friction Force)에 의해 나타나는 값으로 다음과 같이 분석된다.
y축의 절편 = 28lbs
출력에 영향을 미치는 에어모터중량 = 26.2lbs이고, 다이아그램 포릭션 포오스(Diaphragm Friction Force) = y축의 절편 - 출력에 영향을 미치는 에어모터의 중량이다.
여기서, 다이아그램 포릭션 포오스(Diaphragm Friction Force) = 28lbs - 26.2lbs = 1.8lbs이다.
따라서, 다이아그램 포릭션 포오스(Diaphragm Friction Force)는 상기와 같이 매우 미약하며, 환경적 영향에 의해 Friction Force에 변동이 있다하여도 공기구동 인양장치의 최종 출력에는 그다지 영향을 주진 않는 반면 출력에 영향을 미치는 에어모터 중량은 실측 결과 26.2lbs로 무시할 수 없으나 항상 일정하다.
그러므로, 에어모터의 출력 성능은 49.908로 아래와 같은 기준치 안에 존재함으로 검증 결과 만족으로 판정할 수 있다.
합격판정기준치 : 50 ± 1,0％ = 49.5 ∼ 50.5(lbs/psi) 이다.
한편, 공기구동 인양장치의 출력성능 시험결과를 바탕으로 차압표를 얻을 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 안전밸브의 가동 중 설정치 확인 시험에서 사전에 공기구동 인양장치의 출력성능에 대한 검증을 통해 확인되어지는 안전밸브의 설정치에 대한 오류를 방지하는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 공기구동 인양장치의 에어모터의 출력성능 시험을 통해 차압표를 생성하고 인장응력측정용 센서를 사용하지 않고도 설정치 확인이 가능한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 각종 조작기기와 전기적으로 접속됨과 공기구동 인양장치의 여러가지 기능을 시험하는 데이터 프로그램이 내장되어 공기구동 인양장치의 시험 기능을 제어하는 제어부(99)와;
    사각형상의 베이스 플레이트(100)와;
    상기 베이스 플레이트(100)의 상면 양측에 수직으로 일정길이로 형성되는 로우어 스터드(Lower Stud)(102)(104)와;
    상기 로우어 스터드(102)와 로우어 스터드(104) 사이에 설치되어 상기 로우어 스터드(102)와 로우어 스터드(104)를 고정시켜주는 업퍼 플레이트(Upper Plate)(106)와;
    상기 업퍼 플레이트(106)의 상측에 설치되는 공기구동 인양장치의 에어모터(20-1)를 상기 업퍼 플레이트(106)에서 이탈하지 못하도록 에어모터(20-1)의 업퍼 스터드(Upper Stud)(20-3)를 고성시켜주는 로우어 플레이트(Lower Plate)(108)와;
    상기 제어부(99)의 조작에 의해 에어공급부(30)로부터 에어를 공급받아 상기 에어모터(20-1)로 에어를 주입하는 에어주입기(110)와;
    상기 제어부(99)의 조작에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력을 조절하는 전자식공기압력조절기(112)와;
    상기 제어부(99)의 조작에 의해 상기 에어모터(20-1)의 에어 압력을 상기 제어부(99)로 전송하는 압력신호전송기(114)와;
    상기 에어모터(20-1)의 축 중심과 정렬상태를 이루도록 로우어 플레이트(Lower Plate)의 하측에 수직으로 일정길이로 형성되는 축(116)과;
    상기 축(116)의 하부에 설치되고 상기 축(116)의 이동시, 에어모터(20-1)의 인장응력을 측정하고, 측정된 인장응력을 상기 제어부(99)로 전송하는 인장응력측정용 센서(118)와;
    상기 인장응력측정용 센서(118)의 하측에 설치되며, 상기 축(116)의 이동시 축정렬을 시켜주는 링크로드엔드(120)로 구성된 것을 특징으로 하는 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능 시험장치.
KR1020050112822A 2005-11-24 2005-11-24 안전밸브 가동 중 시험용 공기구동 인양장치의 출력성능시험장치 KR100745228B1 (ko)

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