KR101148377B1

KR101148377B1 - 체크밸브 무손실 유압제어시스템

Info

Publication number: KR101148377B1
Application number: KR1020090104976A
Authority: KR
Inventors: 박한영; 정승화; 신동기; 정태희
Original assignee: (주) 삼진정밀; 한국수자원공사
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2012-05-21
Also published as: KR20110048249A

Abstract

본 발명은 송수관로의 펌프 토출측에 설치된 체크밸브의 개폐동작시 완충을 위하여 설치된 실린더(3)에 유압제어시스템을 연결한 체크밸브 무손실 유압제어시스템으로, 상기 유압제어시스템은 유압모터(111)에 의해 구동되는 유압펌프(112)에서 유압유를 펌핑하여 역류방지를 위한 체크밸브(113)를 거치고 릴리이프밸브(114)를 통해 설정압력으로 유압을 공급하는 유압발생부(110)와; 상기 유압발생부(110)에서 공급되는 유압이 출구포트(A), 출구포트(B), 유압공급포트(P) 및 드레인 포트(T)에 연결된 상태로 전기적인 신호로 방향을 전환 작동하는 솔레노이드작동부(121,122)를 구비한 3위치 4웨이밸브(123)로 이루어져 정상 작동 상태에서 상기 실린더(3)의 상승 및 하강 포트(a,b)에 유압을 선택적으로 공급하여 실린더(3)를 상승 또는 하강시키는 정상시 유로전환부(120)와; 상기 출구포트(A)와 상기 실린더(3)의 상승 포트(a) 사이 및 출구포트(B)와 상기 실린더(3)의 하강 포트(b) 사이의 관로에 각각 설치되어 비상정지시 전자적인 신호로 방향을 전환 작동하도록 각각 솔레노이드작동부(131,133)를 구비한 2개의 2위치 4웨이밸브(132,134)를 포함하는 비상시 유로전환부(130); 를 포함하여 이루어진다.

체크밸브, 손실 수두, 실린더, 유압, 제어, 정전

Description

체크밸브 무손실 유압제어시스템 {Hydraulic control system for lossless check valve}

본 발명은 체크밸브 무손실 유압제어시스템에 관한 것으로, 정수장 등에서 원수나 정수를 송수하기 위한 송수관로 상의 펌프 토출측에 설치된 스윙 체크밸브에서 발생하는 수두손실을 최소화하기 위하여 완충작용을 위해 체크밸브의 외측에 설치된 실린더를 유압제어시스템에 연결하여 자동적인 개도 조정이 가능하도록 하고 정상 작동시는 물론 펌프의 닫힘이나 정전 등 이상 발생시에도 즉시 방출회로로 전환할 수 있도록 한 송수관로의 체크밸브 구동용 유압제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 원수를 취수하여 정수하는 정수장에서는 펌프에 의해 원수나 정수된 물을 각종 시설로 공급하게 되는데, 펌프의 토출측에는 도 1에 도시된 바와 같이 역류 방지를 위한 체크밸브(1)가 설치된다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같은 체크밸브(1)는 관로를 통과하는 수력(水力)에 의해 발생하는 토크만으로 밸브를 개방하도록 되어 있는데, 일반적으로 스윙 체크밸브는 폐쇄시 부압을 이기고 폐쇄시간을 짧게 하기 위하여 밸브 외측에 웨이 트(2)를 추가하게 된다.

한편, 상기 체크밸브에는 개방 및 폐쇄시 완충작용을 위하여 실린더(3)가 설치되어 있다.

그러나 상기 웨이트(2)로 인하여 밸브 디스크는 상시 전개되지 않아 손실 수두가 지속적으로 발생하여 에너지 손실에 따른 전력비 상승의 주요 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 체크밸브의 완충작용을 위하여 설치되어 있는 실린더에 유압장치를 연결하여 체크밸브를 설정된 상한 개도율까지 개방시킬 수 있고, 이후 중립상태를 유지할 수 있으며, 체크밸브의 개도율이 설정된 하한 개도율 이하로 낮아질 경우 자동으로 상한 개도율까지 밸브 디스크를 개방시킨 후 다시 중립상태를 유지할 수 있도록 함으로써 체크밸브의 손실 수두를 최소화시켜 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 체크밸브 무손실 유압제어시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기 설치되어 있는 실린더에 유압장치를 연결하여 체크밸브를 설정된 상한 개도율까지 개방시킬 수 있고, 이후 중립상태를 유지할 수 있으며, 체크밸브의 개도율이 설정된 하한 개도율 이하로 낮아질 경우 자동으로 상한 개도율까지 밸브 디스크를 개방시킨 후 다시 중립상태를 유지할 수 있도록 한 체크밸브 무손실 유압제어시스템으로,

상기 유압제어시스템은 유압모터에 의해 구동되는 유압펌프에서 유압유를 펌핑하여 역류방지를 위한 체크밸브를 거치고 릴리이프밸브를 통하여 설정압력으로 유압을 공급하는 유압발생부와;

상기 유압발생부에서 공급되는 유압이 2개의 출구포트와 유압공급포트 및 드 레인 포트에 연결된 상태로 전기적인 신호로 방향을 전환 작동하는 솔레노이드작동부를 구비한 3위치 4웨이밸브로 이루어져 정상 작동상태에서 상기 실린더의 상승 및 하강 포트에 유압을 선택적으로 공급하여 실린더를 상승 또는 하강시키는 정상시 유로전환부와;

상기 정상시 유로 전환부의 일측 출구포트와 상기 실린더의 상승 포트 사이 및 상기 정상시 유로 전환부의 타측 출구포트와 상기 실린더의 하강 포트 사이의 관로에 각각 설치되어 비상정지시 전기적인 신호로 방향을 전환 작동하도록 각각 솔레노이드작동부를 구비한 2개의 2위치 4웨이밸브로 이루어진 비상시 유로전환부; 를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 체크밸브의 손실수두를 최소화하여 전력비가 손실되는 것을 방지할 수 있으며, 개도 조정에 의한 진동 및 소음 감소와 더불어 충격음(수격)방지 등 관로 설비의 안정성 향상에 기여할 수 있는 효과를 갖는다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 체크밸브 무손실 유압제어시스템의 유압회로도로, 본 발명에 의한 유압제어시스템은 체크밸브(1; 도 1 참조)의 개폐동작시 완충을 위하 여 설치된 실린더(3)에 유압제어시스템을 연결하여 체크밸브(1)를 설정된 상한 개도율까지 개방시킬 수 있고, 이후 중립상태를 유지할 수 있으며, 체크밸브(1)의 개도율이 설정된 하한 개도율 이하로 낮아질 경우 자동으로 상한 개도율까지 밸브 디스크를 개방시킨 후 다시 중립상태를 유지할 수 있도록 한 체크밸브 무손실 유압제어시스템으로,

상기 유압제어시스템은 유압모터(111)에 의해 구동되는 유압펌프(112)에서 유압유를 펌핑하여 역류방지를 위한 체크밸브(113)를 거치고 릴리이프밸브(114)를 통해 설정압력으로 유압을 공급하는 유압발생부(110)와;

상기 유압발생부(110)에서 공급되는 유압이 출구포트(A), 출구포트(B), 유압공급포트(P) 및 드레인 포트(T)에 연결된 상태로 전기적인 신호로 방향을 전환 작동하는 솔레노이드작동부(121,122)를 구비한 4웨이밸브(123)로 이루어져 정상 작동 상태에서 상기 실린더(3)의 상승 및 하강 포트(a,b)에 유압을 선택적으로 공급하여 실린더(3)를 상승 또는 하강시키는 정상시 유로전환부(120)와;

상기 정상시 유로 전환부(120)의 일측 출구포트(A)와 상기 실린더(3)의 상승 포트(a) 사이 및 상기 정상시 유로 전환부(120)의 타측 출구포트(B)와 상기 실린더(3)의 하강 포트(b) 사이의 관로에 각각 설치되어 비상정지시 전자적인 신호로 방향을 전환 작동하도록 각각 솔레노이드작동부(131,133)를 구비한 2개의 4웨이밸브(132,134)를 포함하는 비상시 유로전환부(130); 를 포함하여 이루어져 있다.

도면 중 부호 115는 필터이고, 116은 유압게이지이며, 부호 124,125는 파일 럿 체크밸브이고, 부호 126,127은 유량제어밸브이다.

본 발명에서 상기 정상시 유로전환부(120)를 이루는 밸브(123)는 솔레노이드조작 3위치 스프링중립 4웨이밸브로, 스풀의 양끝에 각각 솔레노이드 작동부(121,122)가 구비되어 있어 일측 솔레노이드 작동부의 온(ON) 동작시 타측 솔레노이드 작동부는 OFF되어 방향전환이 이루어지며, 중립시에는 양측 솔레노이드 작동부가 동시에 오프되어 스프링에 의해 중립상태를 유지하게 된다.

상기 밸브(123)의 중립상태에서의 유동경로는 도면에 도시된 바와 같이 유압공급포트(P)는 폐쇄되고 양측 출구포트(A,B)는 드레인포트(T)로 개방되는 상태를 이루게 된다.

또, 상기 비상시 유로전환부(130)를 이루는 2개의 밸브(132,134)는 단일 솔레노이드 조작 2위치 4웨이밸브이다.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 의한 유압제어시스템의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 정수장에서는 펌프를 구동시켜 원수나 정수된 물을 각종 시설로 공급할 경우 이 펌프(도시 안 됨)에 작동신호를 주면 관로의 토출밸브가 열리기 시작하며, 이 토출밸브가 완전히 열리면 본 발명의 유압제어시스템에 개방신호가 전송된다.

이 개방신호에 의해 솔레노이드작동부(121,131,133)가 통전되며 유압발생부(110)의 유압모터(111)가 가동되어 유압유를 실린더(3)의 상승 포트(a)로 유입시키고, 하강 포트(b)에서는 유압유가 유출되어 저장탱크(117)로 회수한다.

상기한 실린더(3)의 상승동작에 의해 체크밸브는 기 설정된 상한 개도율까지 개방작동되며, 설정치까지 개방되면 유압모터(111)는 가동을 중단하고, 상기 솔레노이드작동부(121)는 중립상태로 절환되어 유압제어시스템 전체가 대기상태를 유지하게 된다. 이때 솔레노이드작동부(131,133)는 통전상태를 유지한다.

이와 같은 상태에서 이상 요인에 의해 체크밸브의 개도가 하한 개도율 이하로 낮아질 경우에는 솔레노이드작동부(121)가 다시 통전되고, 유압모터(111)가 가동되어 상한 개도율까지 체크밸브를 개방시키게 된다.

한편, 제어실이나 펌프 현장조작판넬에서 펌프에 정지신호를 주면 관로의 토출밸브(전동버터플라이밸브)가 닫히기 시작하며, 이때 토출밸브의 닫힘 신호가 본 발명의 유압제어시스템으로 전달되어 솔레노이드작동부(121,122,131,133)가 모두 중립상태로 절환되어 실린더(3)의 상승 포트(a)에서 유출된 유압유가 하강 포트(b)로 유입되도록 유로가 형성된다. 즉, 유압제어시스템은 체크밸브의 외부에 부착된 웨이트(2; weight)에 의해 체크밸브가 차단(폐쇄)되도록 폐회로를 구성하게 된다.

또, 제어실 및 펌프 현장조작판넬에서 필요에 의해 비상정지신호를 주거나, 펌프장 내 전력공급이 안 되어 펌프가 멈추게 되면, 바로 위에서 설명한 바 있는 펌프 멈춤시 작동방식과 동일하게 유압제어시스템은 펌프의 비상정지신호를 감지하여 그 즉시 솔레노이드작동부(121,122,131,133)가 모두 중립상태로 절환되도록 하여 실린더(3)의 상승 포트(a)에서 유출된 유압유가 하강 포트(b)로 유입되도록 유로가 형성된다. 즉, 유압제어시스템은 체크밸브의 외부에 부착된 웨이트에 의해 체크밸브가 차단(폐쇄)되도록 폐 회로를 구성하게 된다. 만약, 유압제어시스템에 전원공급이 안 되는 경우에도 이와 동일하게 회로 구성이 이루어진다.

한편, 유압제어시스템의 이상(fault)발생 시, 즉 유압제어시스템이 정상 작동 중 모터의 과부하가 발생하거나, 솔레노이드작동부에 이상이 발생하거나, 또는 체크밸브 개방시 설정된 시간 내에 상한 개도율까지 체크밸브가 열리지 못한 경우에는 이상이 발생한 것으로 간주하여 모든 솔레노이드작동부(121,122,131,133)가 중립상태로 절환되어 체크밸브의 웨이트에 의해 체크밸브가 차단되도록 폐 회로를 구성하게 되며, 또한, 정상 작동 중 유압제어시스템의 전원이 나간 경우에도 동일하게 회로 구성을 하게 된다.

도 3a에 도시된 유압회로 및 도 3b에 도시된 플로우차트는 정상작동시 체크밸브를 개방시키는 과정을 설명하기 위한 것으로, 개방신호의 전송에 의해 펌프가 구동되고 토출밸브가 열리면 본 발명의 유압제어시스템에서는 유압모터가 구동되어 펌프가 작동되며, 이와 동시에 솔레노이드작동부(121,131,133)는 온(ON)되고 솔레노이드작동부(122)는 오프(OFF)되어 유압유를 실린더(3)의 상승 포트(a)로 유입시 키고, 하강 포트(b)에서는 유압유가 유출되어 저장탱크(117)로 회수되면서 실린더가 상승하면서 체크밸브를 상한 개도율까지 개방시키게 된다.

한편, 도 4a에 도시된 유압회로 및 도 4b에 도시된 플로우차트는 전원이 오프되거나 비상정지시 체크밸브가 웨이트에 의해 닫히는 과정을 설명하기 위한 것으로, 이때에는 관로의 토출밸브(전동버터플라이밸브)가 닫히고, 펌프가 정지되며, 본 발명의 유압제어시스템의 솔레노이드작동부(121,122)는 중립상태(OFF)로 전환되고, 솔레노이드작동부(131,133)는 모두 오프(OFF)되어 실린더(3)의 상승 포트(a)에서는 유압유가 유출되고 실린더(3)의 하강포트(b)로는 상기 상승 포트(a)에서 유출된 유압유의 일부가 유입되는데, 이때에는 체크밸브의 외부에 부착된 웨이트에 의해 체크밸브가 차단(폐쇄)되게 된다.

또, 도 5a와 도 5b 및 도 6a와 도 6b에 도시된 유압회로와 플로우차트는 체크밸브의 개도를 수동으로 조정하여 닫아주거나 열어주는 과정을 설명하기 위한 것으로, 먼저, 도 5a와 도 5b의 유압회로 및 플로우차트에서는 수동절환에 의해서 체크밸브의 개도를 늘리고자 할 경우에는 솔레노이드작동부(121)는 온(ON)상태가 되고 솔레노이드 작동부(122)는 오프(OFF)상태가 되며, 솔레노이드작동부(131,133)는 모두 온(ON)상태가 되면서 실린더(3)의 상승 포트(a)로 유압유가 유입되고 하강 포트(b)에서는 유압유가 유출되어 드레인 되면서 실린더(3)가 상승하여 체크밸브의 개도율을 증가시켜주게 된다.

또, 도 6a 및 도 6b에 도시된 유압회로와 플로우차트에서는 수동절환에 의해 체크밸브의 개도를 줄이고자 할 경우로서, 본 발명의 유압제어시스템에서는 도 5a 및 도 5b와는 반대로 즉, 수동절환에 의해 체크밸브의 개도를 줄이고자 할 경우에는 본 발명의 유압제어시스템에서 솔레노이드작동부(121)는 오프(OFF)상태가 되고 솔레노이드 작동부(122)는 온(ON)상태가 되며, 솔레노이드작동부(131,133)은 온(ON) 상태가 되면서 실린더(3)의 상승 포트(a)에서는 유압유가 유출되어 드레인되고, 하강 포트(b)로는 유압유가 유입되어 실린더(3)가 하강하면서 체크밸브의 개도율을 낮추어주게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 유압제어시스템을 본 출원인인 한국수자원공사 관할 구미정수장의 원호계통 1호 펌프의 체크밸브에 연결한 상태가 도 7의 사진에 게재되어 있으며, 이에 대한 실제 성능테스트 결과는 다음과 같다.

본 발명의 적용에 의한 개선효과 비교를 위해 유압제어시스템을 연결하지 않고 성능테스트 후 유압제어시스템을 연결하여 동일한 성능테스트를 하였다.

테스트 항목은 체크밸브의 개도율에 따른 손실수두 측정, 펌프효율 측정, 수충격 시험, 동작상태 및 연동조건 확인 등으로 체크밸브 유압제어시스템의 동작성능 및 에너지절감 효과, 수충격 시험을 통한 설비의 안정성을 평가하기 위한 시험을 수행하였다. 테스트 환경은 정수두 77m, 관로 길이 5,672m이며, 펌프설비는 송수가압장에 설치된 18.1㎥/분×77m×340kw 규격이다.

* 동작상태, 안전장치 및 연동조건 확인

펌프를 정지시키고 토출밸브를 닫은 상태에서 체크밸브의 바이패스밸브를 열어 전ㆍ후단의 압력차를 낮춘 후 유압제어시스템을 수동 및 로컬 상태로 전환하여 유압모터를 가동시킨 후 솔레노이드 밸브의 통전을 수동 제어하여 체크밸브의 개폐상태를 확인하였다. 개폐상태 및 개도율에 이상이 없는지 확인하였으며, 유압제어시스템에서 송신되는 작동상태 및 개도율의 신호가 제어실 및 통신설비(RCS)에 이상 없이 전달되는지 확인하였다. 또한, 유압제어시스템의 비상정지 및 전원차단 시 체크밸브의 작동에 이상이 없는지 확인하였다. 유압모터는 임의로 설정압력이상의 과부하를 발생시켜 즉시 모든 솔레노이드가 중립상태로 절환되고 Fault 신호를 발신하는지 확인하였다. 설정된 시간 내에 체크밸브의 개도율이 설정한 상한 개도율까지 도달하지 못했을 경우 모든 솔레노이드가 중립상태로 절환되고 Fault 신호를 발신하는지 수동 조작을 통해 확인하였다. 펌프는 가동하지 않고, 제어실에서 원격으로 토출밸브를 열고 닫았을 때 유압제어시스템이 연동하여 정상작동 하는지 확인하였다. 자동으로 운전 중 수동 및 로컬로 전환하여 임의로 체크밸브의 개폐를 변경시켜 본 후 다시 자동으로 절환하여 작동에 이상이 없는지 확인하였다.

손실수두 및 펌프효율 측정

펌프의 유입 및 유출 지점의 압력과 체크밸브 후단 압력 총 3곳에 압력측정계를 부착하고 유압제어시스템의 현장제어반에서 상ㆍ하한 개도율을 설정하여 설정된 개도만큼 체크밸브가 열리도록 조정한 후 펌프를 가동시켜 3곳의 압력을 측정하여 체크밸브 전ㆍ후단의 압력차 및 펌프효율을 측정하였다. 측정결과는 다음 표 1, 표 2 및 도 8 및 도 9와 같았다.

[표 1] 체크밸브의 개도율에 따른 손실수두

체크밸브 개도율(%)	체크밸브 전단압력(m)	체크밸브 후단압력(m)	체크밸브 전후단 압력차(m)	비 고
100	74.98	74.80	0.18
85	75.09	74.70	0.39
70	75.32	74.50	0.82
60	75.73	74.40	1.33
50	76.26	74.30	1.96
40	77.08	74.00	3.08	저감장치 설치전
35	77.58	73.70	3.88
30	78.43	73.20	5.23
25	79.56	72.90	6.66

[표 2] 체크밸브의 개도율에 따른 펌프 효율

양정(m)	유량(㎥/hr)	인입전력(kW)	펌프효율(%)	비 고
69.90	1262.0	313.20	82.76	체크100%
70.20	1252.8	313.00	82.70	체크 85%
70.50	1244.6	311.40	82.86	체크 70%
70.90	1233.6	310.10	82.94	체크 60%
71.40	1218.1	310.30	82.64	체크 50%
72.20	1184.5	305.80	82.30	체크 40%
72.70	1164.1	303.90	82.10	체크 35%
73.50	1134.1	301.20	81.62	체크 30%
74.60	1086.4	298.20	80.76	체크 25%

본 발명의 유압제어시스템을 설치하기 전의 체크밸브 평균 개도율인 약 40%와 설치 후의 완전 개도가 된 100%와의 체크밸브 전,후단 압력차를 비교해보면 손실수두가 약 3m정도 감소한 것을 확인할 수 있었으며, 펌프 양정 및 펌프효율을 비교해보면 양정과 펌프 효율 모두 개선된 점을 확인할 수 있었다.

펌프의 정상정지 시 압력변화 측정

펌프에 정지 신호를 주면 토출밸브가 정지신호를 수신하여 닫히기 시작하는데, 이때 유압제어시스템은 토출밸브의 정지신호를 감지하여 모든 솔레노이드 밸브가 중립상태로 절환되고 유압회로를 방출회로로 전환하여 체크밸브는 웨이트에 의 해 닫히기 시작하며 펌프가 정지되면 급격히 닫히게 된다. 체크밸브의 개도율을 100%, 90%, 45%로 달리하여 각각의 개도율에서 펌프에 정지(Stop) 신호를 주었을 때 토출밸브 및 체크밸브가 닫히면서 발생하는 압력변화를 측정하였다. 측정결과는 도 10과 도 11 및 12에 나타내었다.

도 10에서 알 수 있는 바와 같이 토출밸브가 닫히면서 펌프 토출측 관로의 압력은 약 85m 정도까지 상승하다가 웨이트에 의해 체크밸브가 폐쇄되고 이때 관로의 상승 및 하강압력은 정전에 의한 펌프 트립조건보다 양호한 상태를 나타내는 것으로 측정되었다.

또, 도 11에서 알 수 있는 바와 같이 펌프에 정지신호를 주면 토출밸브가 닫히기 시작하면서 체크밸브의 개도율은 약 72% 정도로 낮아지고, 이후 토출밸브의 폐쇄가 진행되면서 개도율이 점점 줄어들다 펌프의 정지 전에 체크밸브의 개도율은 약 50%까지 낮아지고 이후 펌프가 정지되면 급격히 폐쇄되는 것으로 측정되었으며 압력변화는 안정적인 것으로 측정되었다.

또한, 도 12에서 알 수 있는 바와 같이 체크밸브의 개도율 45%에서 펌프에 정지신호를 주었을 때의 압력변화는 체크밸브의 개도율 100%일 경우보다 압력상승이 약간 높은 것으로 나타났으나 큰 차이는 없는 것으로 측정되었다.

수충격 시험

펌프의 비상정지 시 수충격이 발생하는 시간은 이론상 약 11초 정도이므로 유압제어시스템의 정상 폐쇄시간은 완전 개도 시 약 10초 정도가 소요되도록 구성하였다. 반면 구미정수장 원호계통 송수펌프의 토출측에는 수충격완화설비(에어챔 버) 1기가 설치되어 있어 수충격이 발생하였을 때 충격파가 관로를 왕복하는데 걸리는 시간은 실제 약 50초 정도 소요되었다. 체크밸브의 개도율을 90%, 70%, 40%로 달리하여 비상정지 시 체크밸브의 폐쇄시간 및 압력변화를 측정하였으며 폐쇄시간 및 압력변화 측정결과 양호한 상태를 나타내는 것으로 측정되었다. 측정결과는 다음 [표 3] 및 도 13과 도 14와 같다.

[표 3] 체크밸브의 개도별 폐쇄시간

구분	체크밸브 개도율	Up Surge 도달시간(T1)		체크밸브 폐쇄시간 (T₂)	설비안정 여부 (T₂<T₁(A))	비고
구분	체크밸브 개도율	이론(A) (A/C미설치)	실측(B) (A/C설치)	체크밸브 폐쇄시간 (T₂)	설비안정 여부 (T₂<T₁(A))	비고
저감장치설	90%	11.01초	50.0초	10.13초	안정	육안측정
	70%	11.01초	50.0초	6.39초	안정	육안측정
	40%	11.01초	50.0초	3.09초	안정	육안측정
미설치	40%	11.01초	50.0초	1.49초	안정	육안측정

펌프 토출압력은 74m, 체크밸브의 개도율 90%에서 펌프를 비상정지 시켰을 경우 도 11에서와 같이 체크밸브의 후단 수격압은 최대 70m, 최소 42m 정도로 측정되었으며 수충격에 의한 피해는 발생하지 않을 것으로 판단되었다.

웨이트 및 자중에 의해 체크밸브가 일정 개도 이하에서 급폐될 때 체크밸브의 디스크가 닫히면서 소음이 발생하였다. 소음 감소 및 체크밸브 시트 보호를 위해 실린더에 트로틀밸브를 부착하여 유압유의 유량을 조정하여 폐쇄속도를 50% 감소시킨 후 체크밸브의 개도율을 90%로 조정하고 펌프를 비상정지 하였다. 38%에서 0%로 체크밸브가 폐쇄될 때 걸리는 시간이 트로틀밸브를 부착하지 않았을 경우 0.4초에서 트로틀밸브를 부착한 후 2.4초로 증가하였으나 수충격완화설비의 작용으로 인해 Up Surge 도달시간이 50초이므로 수충격에 의한 피해는 발생하지 않는 것으로 측정되었다. 측정결과는 도 15에 나타내었다.

도 1은 본 발명이 적용되는 송수관로의 펌프 토출측에 설치된 체크밸브의 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 유압제어시스템의 회로도,

도 3a 및 도 3b는 정상작동시 체크밸브를 개방시키는 과정을 도시한 유압회로 및 플로우차트,

도 4a 및 도 4b는 비상정지시 체크밸브가 웨이트에 의해 닫히는 과정을 도시한 유압회로 및 플로우차트,

도 5a 및 도 5b는 수동으로 체크밸브의 개도를 늘리는 과정을 도시한 유압회로 및 플로우차트,

도 6a 및 도 6b는 수동으로 체크밸브의 개도를 줄이는 과정을 도시한 유압회로 및 플로우차트이다.

도 7은 본 발명의 실제 설치상태를 촬영한 실물사진,

도 8은 체크밸브의 개도율에 따른 손실수두 그래프,

도 9는 체크밸브의 개도율에 따른 펌프 효율 그래프

도 10은 체크밸브 개도율 100%일 때의 압력변화 그래프,

도 11은 체크밸브 개도율 90%일때의 압력변화 그래프,

도 12는 체크밸브 개도율 45%일때의 압력변화 그래프,

도 13은 체크밸브의 개도율을 90%, 70%, 40%일 때의 체크밸브 폐쇄시간 그래프,

도 14는 체크밸브의 개도율 90%에서 펌프를 비상정지 시켰을 경우 체크밸브 수격압 그래프,

도 15는 실린더에 트로틀밸브를 부착한 상태에서의 체크밸브 폐쇄 소요시간 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 체크밸브 2 : 웨이트

3 : 실린더 110 : 유압발생부

111 : 유압모터 112 : 유압펌프

113 : 체크밸브 114 : 릴리이프밸브

120 : 유로전환부(정상시)

121,122 : 솔레노이드작동부

123 : 4웨이밸브 130 : 유로전환부(비상시)

131,133 : 솔레노이드작동부

132,134 : 4웨이밸브

Claims

송수관로의 펌프 토출측에 설치된 체크밸브의 개폐동작시 완충을 위하여 설치된 실린더(3)에 유압제어시스템을 연결한 체크밸브 무손실 유압제어시스템으로,

상기 유압제어시스템은 유압모터(111)에 의해 구동되는 유압펌프(112)에서 유압유를 펌핑하여 역류방지를 위한 체크밸브(113)를 거치고 릴리이프밸브(114)를 통해 설정압력으로 유압을 공급하는 유압발생부(110)와;

상기 유압발생부(110)에서 공급되는 유압이 출구포트(A), 출구포트(B), 유압공급포트(P) 및 드레인 포트(T)에 연결된 상태로 전기적인 신호로 방향을 전환 작동하는 솔레노이드작동부(121,122)를 구비한 4웨이밸브(123)로 이루어져 정상 작동 상태에서 상기 실린더(3)의 상승 및 하강 포트(a,b)에 유압을 선택적으로 공급하여 실린더(3)를 상승 또는 하강시키는 정상시 유로전환부(120)와;

상기 출구포트(A)와 상기 실린더(3)의 상승 포트(a) 사이 및 상기 출구포트(B)와 상기 실린더(3)의 하강 포트(b) 사이의 관로에 각각 설치되어 비상정지시 전자적인 신호로 방향을 전환 작동하도록 각각 솔레노이드작동부(131,133)를 구비한 2개의 4웨이 밸브(132,134)를 포함하는 비상시 유로전환부(130); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 체크밸브 무손실 유압제어시스템.
청구항 1의 체크밸브 무손실 유압제어시스템에 있어서,

정상운전하에서 체크밸브의 개방신호가 전송되면, 유압모터(111)가 구동되어 유압펌프(112)가 작동되며, 솔레노이드작동부(121,131,133)는 온(ON)되고, 솔레노이드작동부(122)는 오프(OFF)되어 유압유를 실린더(3)의 상승 포트(a)로 유입시키고, 하강 포트(b)에서는 유압유가 유출되어 저장탱크(117)로 회수되면서 실린더(3)가 상승하면서 체크밸브를 상한 개도율까지 개방시키도록 된 것을 특징으로 하는 체크밸브 무손실 유압제어시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 체크밸브가 기 설정된 상한 개도율까지 개방되면 유압모터(111)는 가동을 중단하고, 상기 솔레노이드작동부(121)는 중립상태로 절환되며, 솔레노이드작동부(131,133)는 통전상태를 유지면서 유압제어시스템 전체가 대기상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 체크밸브 무손실 유압제어시스템.
청구항 1의 체크밸브 무손실 유압제어시스템에 있어서,

정전이나 비상정지시에는 체크밸브가 웨이트에 의해 닫힐 수 있도록 상기 솔레노이드작동부(121,122)는 중립상태(OFF)로 전환되고, 솔레노이드작동부(131,133)는 모두 오프(OFF)되어 실린더(3)의 상승 포트(a)에서는 유압유가 유출되고 실린더(3)의 하강포트(b)로는 상기 상승 포트(a)에서 유출된 유압유의 일부가 유입되면서 체크밸브의 외부에 부착된 웨이트에 의해 체크밸브가 차단(폐쇄)되도록 된 것을 특징으로 하는 체크밸브 무손실 유압제어시스템.