KR101407951B1 - 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치 - Google Patents

모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치에 관한 것으로서, 스프링팩을 압축할 수 있도록 압축력을 제공하는 부분으로서, 전기 모터 또는 유압으로 동작되는 구동기, 상기 구동기의 구동힘을 스프링팩으로 전달하기 위한 피스톤, 상기 구동기를 지지하기 위한 구동기 받침대 및 구동기 지지대로 구성된 구동부; 상기 스프링팩을 안착 및 고정시키고, 지지대와 스프링팩을 누를 수 있는 구조로 형성된 것으로, 상기 구동기의 구동힘을 최종적으로 스프링팩에 전달하여 스프링팩이 압축되도록 하는 스템, 내부의 빈 공간에 상기 스프링팩을 안착시켜 스프링팩이 압축 또는 인장될 수 있도록 하는 스프링팩 하우징, 상기 스프링팩 하우징이 결합되는 하부 지지대 및 상기 스프링팩 하우징에 안착되어 압축 또는 인장되는 스프링팩으로 구성된 압축부; 및 상기 스프링팩의 압축힘 및 압축거리를 측정하는 부분으로서, 상기 스프링팩이 압축되면서 받는 부하(load)를 로드셀로 전달하고 압축거리를 측정하는 공간을 제공하는 로드셀 받침대, 압축힘을 측정하는 로드셀, 상기 스프링팩 하우징과 연결되어, 스프링팩, 로드셀 받침대, 로드셀을 고정하고 변위센서를 설치하기 위한 공간을 제공하는 센서플랜지, 압축거리를 측정하는 변위센서 및 상기 변위센서를 고정하는 변위센서 고정장치로 구성된 측정부; 를 포함한다.

Description

모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치{TEST EQUIPMENT FOR THE MEASUREMENT OF COMPRESS FORCE AND DISTANCE OF THE MOTOR OPERATOR SPRINGPACK}
본 발명은 발전소 등에 설치되어 유체의 흐름을 조절하거나 차단하는 기능을 수행하는 모터 구동밸브에 있어서, 밸브 동작 시 구동력을 전달해주는 모터 구동기의 부품 중 하나인 스프링팩의 성능을 시험하기 위한 장치에 관한 것이다.
압축력 측정 장치와 관련해서는, 한국공개특허 제10-2012-0096612호(이하, '선행문헌') 외에 다수 출원 및 공개되어 있다.
선행문헌에 따른 장치는, 복수개의 디스크 스프링을 내부에 고정시키는 디스크 스프링 고정부; 상기 디스크 스프링에 압축력을 가하는 유압실린더부; 일측이 상기 디스크 스프링 고정부에 결합되고 타측이 상기 유압실린더부에 결합되어 상기 압축력을 감지하는 로드셀부; 상기 디스크 스프링 고정부의 타측에 배치되어 상기 디스크 스프링의 압축변위를 측정하는 변위측정부; 및 상기 유압실린더부, 상기 로드셀부 및 상기 변위측정부를 작동시키고 제어하는 제어부; 를 포함한다.
한편, 모터 구동밸브에 설치된 모터 구동기는 모터의 회전력이 각종 기어들의 맞물림 연결로 밸브스템에 그 힘을 전달하여 밸브가 동작하도록 한다.
모터 구동기 부품 중에서 토크스위치와 스프링팩은 모터 구동기에서 발생되는 출력을 제어하는 기능을 담당한다.
스프링팩은 작은 접시형 스프링(belleville spring)의 집합체로 이루어져 있으며, 압축 및 팽창 동작을 한다. 모터에서 발생된 회전력은 모터 구동기에 있는 웜기어에 전달되고 웜기어는 직선운동으로 스프링팩을 압축하게 된다. 이때, 스프링팩의 압축은 사전에 설정한 토크스위치 설정 값에 이르면 토크스위치를 동작시켜서 모터의 전원을 차단하여 모터 구동기 동작을 제어함으로써 적절한 힘이 전달되어 밸브가 정상적으로 동작되도록 하고 동시에 과도한 힘 전달을 차단하여 구동기 및 밸브 부품의 손상을 방지하도록 설계되어 있다.
모터 구동기 최초 설치 시 해당 밸브에 적절한 구동 힘이 전달되도록 토크 스위치 값을 설정한다. 그러나, 모터 구동기가 수년 또는 수십년동안 반복운전을 수행함으로써 자연적으로 스프링팩의 스프링 탄성이 저하되며, 이에 따라 최초에 설정된 스프링 압축거리에 대한 스프링 힘 발생량이 달라져 토크스위치 설정 값에 따른 구동기의 출력도 달라진다.
또한, 스프링에 손상이 발생하거나, 특성이 변하여 동작 시 마다 스프링 힘이 조금씩 달라지는 이른바 반복성 문제가 발생할 수도 있다. 이런 경우, 모터 구동기에서 발생되는 출력이 저하되거나 불안정하여 밸브 동작이 정상적으로 이루어지지 않을 수 도 있고, 고장의 원인이 되기도 한다. 통상 발전소에서는 스프링팩 성능을 시험할 방법이 없기 때문에 모터 구동기 성능저하가 스프링팩이 원인인지도 알 수 없으며, 성능이 저하된 상태로 사용을 하다 그 정도가 심한 경우에는 모터 구동기 자체를 교체하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 스프링팩 압축힘 및 압축거리를 측정할 수 있는 성능시험 장치를 개발하여 스프링팩의 정상 유무 및 성능저하 상태를 파악하고 성능에 문제가 있는 스프링팩을 교체하도록 하여 모터 구동기의 정상 출력을 확보함으로써 모터 구동기 교체에 따른 발전소 정비 비용 절감에 기여하고 동시에 모터 구동기 및 밸브의 고장 및 손상 방지에 기여하도록 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 모터 구동기에 설치되는 스프링팩의 압축힘과 압축거리 측정 시험이 가능한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치에 관한 것으로서, 스프링팩을 압축할 수 있도록 압축력을 제공하는 부분으로서, 전기 모터 또는 유압으로 동작되는 구동기, 상기 구동기의 구동힘을 스프링팩으로 전달하기 위한 피스톤, 상기 구동기를 지지하기 위한 구동기 받침대 및 구동기 지지대로 구성된 구동부; 상기 스프링팩을 안착 및 고정시키고, 지지대와 스프링팩을 누를 수 있는 구조로 형성된 것으로, 상기 구동기의 구동힘을 최종적으로 스프링팩에 전달하여 스프링팩이 압축되도록 하는 스템, 내부의 빈 공간에 상기 스프링팩을 안착시켜 스프링팩이 압축 또는 인장될 수 있도록 하는 스프링팩 하우징, 상기 스프링팩 하우징이 결합되는 하부 지지대 및 상기 스프링팩 하우징에 안착되어 압축 또는 인장되는 스프링팩으로 구성된 압축부; 및 상기 스프링팩의 압축힘 및 압축거리를 측정하는 부분으로서, 상기 스프링팩이 압축되면서 받는 부하(load)를 로드셀로 전달하고 압축거리를 측정하는 공간을 제공하는 로드셀 받침대, 압축힘을 측정하는 로드셀, 상기 스프링팩 하우징과 연결되어, 스프링팩, 로드셀 받침대, 로드셀을 고정하고 변위센서를 설치하기 위한 공간을 제공하는 센서플랜지, 압축거리를 측정하는 변위센서 및 상기 변위센서를 고정하는 변위센서 고정장치로 구성된 측정부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스프링팩 하우징은, 원통형 형상인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스프링팩 하우징은, 그 바닥면에 상기 하부 지지대와 연결 시 중심축을 맞추기 위한 단이 존재하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 로드셀 받침대의 내부는, 환형 공간으로 이루어져 상기 스프링팩 부품이 움직일 수 있는 공간을 제공하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 로드셀 받침대의 내부는, 압축 부하가 상기 로드셀로 전달되고 스프링팩의 압축거리 측정을 위한 변위센서 연결을 위한 홀(hole)을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 스프링팩의 압축힘과 압축거리를 측정할수 있는 시험 장치를 제공함으로써 발전소 등에 사용 중인 모터 구동기의 스프링팩을 현장에서 간편하게 시험을 수행하고 그 성능을 분석할 수 있는 장점이 있다.
그리고 본 발명에 따르면, 스프링팩 성능 시험을 통하여 스프링팩의 고장 및 이상 유무를 확인할 수 있고, 스프링 탄성이 저하되어 최초 설계된 힘에서 동작하지 않는 경우 교체를 통하여 모터 구동기가 적정한 힘을 발생시킬 수 있도록 할 수 있다. 발전소의 경우 고장의 징후가 있거나, 성능이 저하된 스프링팩을 적기에 교체하여 모터구동기의 출력을 유지하고 모터구동밸브의 동작을 원활하게 함으로써 발전소의 정상 운전에 기여함은 물론이고, 모터구동기의 수명을 연장하는 효과도 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치에 관한 분해도.
도 2 는 본 발명에 따른 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치에 관한 조립도.
도 3 은 본 발명에 따른 스프링팩 시험 결과를 보이는 일예시도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치에 관하여 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 따른 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치에 관한 분해도이며, 도 2 는 본 발명에 따른 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치에 관한 조립도이다.
본 발명에 따른 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치는, 도 1 에 도시된 바와 같이 구동부(100), 압축부(200) 및 측정부(300)를 포함하여 이루어진다.
구동부(100)는 스프링팩을 압축할 수 있도록 압축력을 제공하는 부분으로서, 전기 모터 또는 유압으로 동작되는 구동기(110), 구동기(110)의 구동힘을 스프링팩으로 전달하기 위한 피스톤(120), 구동기(110)를 지지하기 위한 구동기 받침대(130) 및 구동기 지지대(140)로 구성된다.
구체적으로, 구동기(110)는 선형 압축힘을 가할 수 있는 모터형 구동기 또는 유압 구동기가 장착되어, 전기 모터 또는 유압으로 동작하며, 피스톤(120)은 압축부(200)의 스템과 연결되어, 구동기(110)의 구동힘을 직선운동으로 전달한다.
압축부(200)는 스프링팩을 안착 및 고정시키고, 지지대와 스프링팩을 누를 수 있는 구조로 형성된 것으로, 스템(210), 스프링팩 하우징(220), 하부 지지대(230) 및 스프링팩(240)으로 구성된다.
구체적으로, 스템(210)은 구동기(110)의 구동힘을 최종적으로 스프링팩(240)에 전달하여 스프링팩(240)이 압축되도록 한다.
스프링팩 하우징(220)은 원통형 형상이며, 내부의 빈 공간에 시험 대상 스프링팩(240)을 안착시켜 스프링팩(240)이 안정적으로 압축 또는 인장될 수 있도록 하며, 또한 바닥면은 하부 지지대(230)와 결합 시 중심축을 맞추기 위하여 단이 존재한다.
스프링팩(240)은 모델별로 크기가 다르며, 압축거리 및 압축힘도 다르게 나타난다. 본 시험 장치는 스프링팩(240) 제작사에서 생산되는 모든 모델의 스프링팩(240) 시험이 가능하며, 스프링팩 하우징(220)은 시험 대상 스프링팩(240) 모델에 맞도록 다양한 크기로 제작되어야 한다.
측정부(300)는 스프링팩의 압축힘 및 압축거리를 측정하는 부분으로서, 로드셀 받침대(310), 로드셀(320), 센서플랜지(330), 변위센서(340) 및 변위센서 고정장치(350)로 구성된다.
구체적으로, 로드셀 받침대(310)는 스프링팩(240)이 압축되면서 받는 부하(load)를 로드셀(320)로 전달하고 압축거리를 측정하는 공간을 제공한다.
또한, 로드셀 받침대(310)의 내부는 환형 공간으로 이루어져 스프링팩(240) 부품(베어링 카트리지 스템 등)이 움직일 수 있는 공간을 제공하며, 압축 부하가 로드셀(320)로 전달되고 스프링팩(240)의 압축거리 측정을 위한 변위센서(340) 연결을 위한 홀(hole)을 제공한다.
로드셀(320)은 압축힘을 측정하며, 산업계에서 사용되는 로드셀(320) 중, 스프링팩 규격에 적합한 것을 사용하면 된다.
센서플랜지(330)는 스프링팩 하우징(220)과 연결되어, 스프링팩(240), 로드셀 받침대(310), 로드셀(320)을 고정하고 변위센서(340)를 설치하기 위한 공간을 제공한다.
변위센서(340)는 압축거리를 측정하며, 변위센서 고정장치(350)는 변위센서(340)를 고정하기 위한 장치로서, 자성을 가지도록 하여 쉽게 금속에 탈부착이 가능하도록 한다.
스프링팩 성능시험은 다음 순서로 이루어진다.
먼저, 시험 대상 스프링팩(240)에 해당하는 스프링팩 하우징(220)을 하부 지지대(230)에 결합시키고, 스프링팩 하우징(220) 내부에 시험 대상 스프링팩(240)을 안착 시킨다.
다음으로, 로드셀 받침대(320), 로드셀(310), 센서플랜지(330), 변위센서(340) 및 변위센서 고정장치(350)를 순서대로 조립시킨다. 이때, 스프링팩(240)에 윤활유가 주입된 상태의 시험을 할 경우, 스프링팩 하우징(220)에 적절량의 윤활유를 주입시킨다.
시험 장치 및 센서의 조립이 완료되면, 구동기(110)를 동작시킨다.
구동기(110)가 동작되면, 피스톤(120)이 동작하고 동시에 피스톤(120)과 연결된 스템(210)이 서서히 스프링팩(240)을 압축하기 시작한다.
압축힘은 일정하게 전달되도록 구동기(110)에 별도의 제어장치를 구비하면 되고, 일정 압축거리 만큼 압축이 되면 구동기(110)가 정지되도록 변위센서(240)와 구동기(110)에 제어 장치를 연결하면 된다.
스프링팩(240)의 압축 시작에서부터 압축이 완료되는 시점까지 압축힘은 로드셀(320)에서 측정되고, 압축거리는 변위센서(340)에서 동시에 측정된다.
시험이 완료되면 스프링팩(240)을 스프링팩 하우징(220)으로부터 분리시킨다.
만약, 다른 모델의 스프링팩(240)을 시험하고자 한다면, 그 모델에 해당되는 스프링팩 하우징(220)을 결합시켜 시험을 수행하도록 한다.
이때, 실험 장치가 수평으로 고안된 이유는 실제 대부분의 모터 구동기에 스프링팩이 수평으로 설치되어 있어 가능한 실제 환경에서 시험이 수행될 수 있도록 한 것이며, 모터 구동기에서 유입되는 윤활유가 수평 장착된 스프링팩의 동작에 미치는 영향 등을 시험 할 수 있도록 고안된 것이다.
스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정을 시험하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 시험대상 스프링팩을 스프링팩 하우징에 안착시킨 다음 하부지지대에 로드셀 받침대, 로드셀, 센서플랜지, 변위센서 및 변위센서 고정장치 순으로 조립을 한다.
다음으로, 구동기를 동작시켜서 피스톤와 연결된 스템이 스프링팩 상부를 일정한 힘으로 누르도록 한다. 스프링팩이 일정한 힘으로 눌러질 때 동시에 로드셀에서는 스프링팩에 가해지는 힘이 측정되고, 변위센서에서는 스프링팩의 압축거리가 측정된다.
한편, 실험 장치가 수평으로 고안된 이유는 실제 대부분의 모터구동기에 스프링팩이 수평으로 설치되어 있어 가능한 실제 환경에서 시험이 수행될수 있도록 한것이며, 또한 모터 구동기에서 유입되는 윤활유가 수평 장착된 스프링팩의 동작에 미치는 영향 등을 시험 할 수 있도록 고안되었다
도 3 은 본 발명에 따른 스프링팩 시험 결과를 보이는 일예시도로서, 도시된 바와 같이 (a) 는 정상 상태의 스프링팩의 성능곡선을 나타내며, (b) 는 오랜 기간 동안 사용되어 성능저하가 발생된 스프링팩 성능곡선을 나타낸다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 구동부 110: 구동기
120: 피스톤 130: 구동기 받침대
140: 구동기 지지대 200: 압축부
210: 스템 220: 스프링팩 하우징
230: 하부 지지대 240: 스프링팩
300: 측정부 310: 로드셀 받침대
320: 로드셀 330: 센서플랜지
340: 변위센서 350: 변위센서 고정장치

Claims (6)

  1. 스프링팩을 수평으로 안착시킨 상태에서 상기 스프링팩을 압축시키면서 동시에 압축힘과 압축거리를 측정하는 것을 특징으로 하되,
    상기 스프링팩을 압축할 수 있도록 압축력을 제공하는 부분으로서, 전기 모터 또는 유압으로 동작되는 구동기, 상기 구동기의 구동힘을 스프링팩으로 전달하기 위한 피스톤, 상기 구동기를 지지하기 위한 구동기 받침대 및 구동기 지지대로 구성된 구동부;
    상기 스프링팩을 안착 및 고정시키고, 지지대와 스프링팩을 누를 수 있는 구조로 형성된 것으로, 상기 구동기의 구동힘을 최종적으로 스프링팩에 전달하여 스프링팩이 압축되도록 하는 스템, 내부의 빈 공간에 상기 스프링팩을 안착시켜 스프링팩이 압축 또는 인장될 수 있도록 하는 스프링팩 하우징, 상기 스프링팩 하우징이 결합되는 하부 지지대 및 상기 스프링팩 하우징에 안착되어 압축 또는 인장되는 스프링팩으로 구성된 압축부; 및
    상기 스프링팩의 압축힘 및 압축거리를 측정하는 부분으로서, 상기 스프링팩이 압축되면서 받는 부하(load)를 로드셀로 전달하고 압축거리를 측정하는 공간을 제공하는 로드셀 받침대, 압축힘을 측정하는 로드셀, 상기 스프링팩 하우징과 연결되어, 스프링팩, 로드셀 받침대, 로드셀을 고정하고 변위센서를 설치하기 위한 공간을 제공하는 센서플랜지, 압축거리를 측정하는 변위센서 및 상기 변위센서를 고정하는 변위센서 고정장치로 구성된 측정부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링팩 하우징은,
    원통형 형상인 것을 특징으로 하는 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링팩 하우징은,
    그 바닥면에 상기 하부 지지대와 연결 시 중심축을 맞추기 위한 단이 존재하는 것을 특징으로 하는 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 로드셀 받침대의 내부는,
    환형 공간으로 이루어져 상기 스프링팩 부품이 움직일 수 있는 공간을 제공하는 것을 특징으로 하는 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 로드셀 받침대의 내부는,
    압축 부하가 상기 로드셀로 전달되고 스프링팩의 압축거리 측정을 위한 변위센서 연결을 위한 홀(hole)을 제공하는 것을 특징으로 하는 모터 구동기 스프링팩 압축힘 및 압축거리 측정 시험 장치.
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