KR101409765B1

KR101409765B1 - 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브

Info

Publication number: KR101409765B1
Application number: KR1020130152409A
Authority: KR
Inventors: 이성민
Original assignee: 파카코리아(주)
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2014-06-19

Abstract

본 발명은 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화력발전소의 터빈을 제어하기 위한 작동유의 흐름 방향을 절환하는 스풀의 고착 현상 등을 해결할 수 있도록 한 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 스풀의 고착 현상을 해소할 수 있는 높은 스풀 절환력을 제공하는 파일럿 솔레노이드 밸브를 수직 방향으로 설치하여 스풀의 고착 현상을 용이하게 해소할 수 있도록 한 점과, 스풀의 정상 작동 여부를 확인할 수 있는 작동상태 확인 수단을 설치하여 작업자가 밸브의 고장 여부를 쉽게 인지할 수 있도록 한 점과, 그리고 스풀이 고착되는 경우 스풀을 강제 전진시키거나 본래 위치로 뒤돌릴 수 있는 강제 절환 수단을 더 설치하여 스풀의 고착 현상을 용이하게 해결할 수 있도록 한 점을 특징으로 하는 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브를 제공하고자 한 것이다.

Description

화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브{Directional Control Valve for controlling turbine}

본 발명은 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화력발전소의 터빈을 제어하기 위한 작동유의 흐름 방향을 절환하는 스풀의 고착 현상 등을 해결할 수 있도록 한 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브에 관한 것이다.

화력 발전 방식은 연료를 연소시켜 발생한 열로 물을 가열하여 증기로 만든 후, 이 증기를 이용하여 발전기와 연결된 증기 터빈을 구동시키는 방법과, 가스 터빈을 원동기로 사용하여 발전하는 가스 터빈 발전 방식으로 대별된다.

최근에는 가스 터빈 발전과 증기 터빈 발전을 조합하여 높은 온도에서 이점을 가지는 가스 터빈과 낮은 온도에서 열 이용도가 높은 증기 터빈을 결합한 복합 화력 발전 방식이 적용되고 있다.

일반적인 화력 발전 시스템은 압축공기를 연소기로 보내 연료와 혼합하여 연소시키는 과정과, 고온 및 고압의 가스에 의하여 터빈이 작동하는 과정 등을 포함하되, 가스 터빈이 회전함에 따라 터빈의 회전축과 연결된 터빈측 발전기를 회전시켜 발전이 이루어진다.

이러한 화력발전 시스템의 발전기를 구동하여 양질의 전기를 생산하기 위해서는 발전기에 연결된 터빈에 최적량의 스팀을 공급하여야 하고, 고속으로 회전하는 터빈이나 스팀 계통에 이상이 발생한 비상시에는 터빈의 과속방지를 위하여, 즉시 터빈으로 공급되는 스팀을 차단하여 터빈을 보호하는 제어가 이루어져야 한다.

이를 위해, 화력발전 시스템에는 터빈 제어를 위한 방향 절환 밸브 즉, 고속응답 솔레노이드 밸브(Fast acting solenoid valve)가 탑재되어 있다.

여기서, 종래의 터빈 제어용 방향 절환 밸브의 구성 및 동작을 첨부한 도 1 내지 도 3을 참조로 살펴보면 다음과 같다.

상기 방향 절환 밸브는 비상시 터빈으로 공급되는 스팀을 차단하기 위한 일종의 비상(emergency)용 밸브로서, 중립상태에서는 스팀 공급을 위한 파일럿 압력을 공급하고, 작동시 스팀 차단을 위한 파일러 압력을 차단하는 기능을 한다.

첨부한 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 밸브 바디(10)에는 작동유의 흐름 및 압력을 절환시키기 위한 유로로서 A-포트, P-포트, B-포트, T-포트가 형성되어 있고, 각 포트들은 스풀(20)의 직선 이동에 의하여 절환된다.

또한, 상기 스풀(20)의 일측단에는 전원 인가시 작동하여 스풀을 밀어주는 수평 배열의 솔레노이드(22)가 장착되어 있고, 스풀(20)의 타측단에는 스풀이 본래 위치로 복귀되도록 한 스프링(24)이 압축 가능하게 장착되어 있다.

상기 A-포트 및 B-포트는 터빈 제어용 조속기 밸브에서 서보(Servo) 공급단 셧-오프(Shut-off) 밸브에 파일럿(Pilot) 압력을 공급해주고, 디스크 드럼 밸브(Disk drum Valve)에 상시 가압을 제공하여 터빈이 정상 동작 가능토록 만들어준다.

이때, 터빈의 정상적인 동작 상태에서는 방향 절환 밸브의 스풀(20)은 절환 작동하지 않아, P-포트에 상시 고압이 걸리고, 즉 정상 상태이므로 P-포트 및 B-포트는 고압 상태이고, A-포트 및 T-포트는 저압 상태가 된다.

반면, 비상 상황에서는 솔레노이드(22)에 전원을 인가하여 솔레노이드(22)와 연결된 스풀(20)이 직진 이동하며 절환 작동되도록 함으로써, 작동유가 흐르는 압력방향이 B-포트에서 A-포트로 바뀌게 되고, B-포트의 압력은 T-포트로 빠져나가게 된다.

따라서, 상기 방향 절환 밸브 즉, 고속응답 솔레노이드 밸브의 스풀(20)이 스프링(24)을 압축시키며 전진 작동하면, 작동유가 흐르는 압력방향이 B-포트에서 A-포트로 바뀌어 파일럿 압력이 차단되고, 동시에 B-포트의 압력은 T-포트로 드레인되면서 터빈이 안전을 위하여 급제동하게 된다.

그러나, 상기한 터빈 제어용 방향 절환 밸브는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 방향 절환 밸브는 비상시 터빈으로 공급되는 스팀을 차단하기 위한 일종의 비상(emergency)용 밸브이므로, 스풀이 내부 유로를 차단한 상태에서 미작동 상태로 일정 기간 유지됨에 따라, 첨부한 도 2에서 보듯이 작동유 내부의 이물질이 스풀(20, Spool)과 밸브 바디(10)의 내표면에 침착되고, 침착된 이물질로 인하여 스풀의 작동시 스틱(Stick) 즉, 고착 현상이 발생하는 문제점이 있다.

특히, 화력발전소의 터빈 조속기 내부의 마찰면에서 나오는 이물질은 구조적으로 필터링하기 까다로워 스풀 및 밸브 바디에 쉽게 침착되는 문제점이 있다.

이렇게 스풀이 고착되면, 정작 비상시 스풀이 작동하지 않게 되므로, 터빈의 비상 제동이 원활하게 이루어질 수 없는 문제점이 따르게 된다.

한편, 스풀의 고착시, 도 3에서 보듯이 수평 배열된 솔레노이드(22)의 일측단에 형성된 푸시핀(26)을 작업자가 강제로 눌러서 솔레노이드(22)를 강제로 작동시킬 수 있고, 강제 작동시 스풀의 고착을 해소함과 함께 스풀을 절환 이동시킬 수 있다.

그러나, 스풀의 고착이 심하여 푸시핀을 눌러주더라도 고착현상이 해소되지 않는 경우가 있고, 이에 푸시핀을 큰 힘으로 눌러주어야 하지만, 솔레노이드 밸브가 전체 설비 중 매우 협소한 곳이 위치되어 있기 때문에 작업자가 수평방향에서 푸시핀을 큰 힘으로 가압하는데 한계가 있다.

즉, 수평으로 배열된 솔레노이드(22)의 주변에 방해 요인(기타 부품 등)이 존재하고, 푸시핀(26)을 눌러줄 수 있는 경로에도 방해 요인 등이 존재하여, 결국 첨부한 도 3에서 보듯이 작업자가 푸시핀(26)을 정확하게 큰 힘으로 눌러주는데 어려움이 있고, 아예 푸시핀이 방해요인에 가려져 눌러줄 수 없는 문제점이 있다.

또한, 스틱(Stick) 현상으로 인한 스풀의 복귀 불능시, 강제로 복귀시키는 별도의 장치가 전혀 없기 때문에 발전소 재가동이 불가하여 밸브교체까지의 장시간 비가동을 초래하여 큰 손실을 보게 되는 문제점이 있다.

이에, 상기한 스풀의 고착 상태를 해소하기 위한 새로운 구조가 요구되고 있다.

실용신안등록 제2004-55393호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 스풀의 고착 현상을 해소할 수 있는 높은 스풀 절환력을 제공하는 파일럿 솔레노이드 밸브를 수직 방향으로 설치하여, 스풀의 고착 현상을 용이하게 해소할 수 있도록 한 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 스풀의 정상 작동 여부를 확인할 수 있는 작동상태 확인 수단을 설치하여, 작업자가 밸브의 고장 여부를 쉽게 인지할 수 있도록 한 점이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스풀이 고착되는 경우, 스풀을 강제 전진시키거나 본래 위치로 뒤돌릴 수 있는 강제 절환 수단을 더 설치하여, 스풀의 고착 현상을 보다 용이하게 해결할 수 있도록 한 점에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 작동유의 흐름 및 압력을 절환시키기 위한 유로로서, A-포트, P-포트, B-포트, T-포트가 형성된 밸브 바디와; 밸브 바디내에 직선 이동 가능하게 장착되어 각 포트를 절환시키는 스풀과; 상기 스풀의 일측단부에 직선 이동 가능하게 장착된 피스톤과; 상기 밸브 바디의 일측부에 일체로 가공되는 것으로서, 상기 피스톤에 스풀을 절환 이동시키기 위한 유압을 공급하는 유압 공급라인이 형성된 절환용 블럭과; 상기 절환용 블럭의 상부 및 내부에 수직 배열되며 장착되어, 유압 공급라인을 개폐 제어하며 스풀의 피스톤쪽으로 절환용 유압력을 공급하는 수직형의 파일럿 솔레노이드 밸브와; 상기 스풀의 타측단부와 밸브 바디의 내벽면 사이에 압축 가능하게 지지되어, 스풀에 본래 위치 복귀를 위한 탄성복원력을 제공하는 스프링과; 상기 스풀의 타측단부와 연결되면서 밸브 바디의 타측 내외부에 구축되어, 스풀의 고착시 스풀을 강제 절환시킬 수 있도록 한 강제 절환 수단과; 상기 강제 절환 수단에 의하여 스위칭 온/오프되면서 스풀의 정상 작동 여부를 알려주는 작동상태 확인 수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 절환용 블럭의 유압공급라인은: 피스톤의 외면과 연통 가능하게 연장 형성되는 수평공급라인과; 유압공급원과 연결되면서 수평공급라인의 외측단과 연통 가능하게 형성되며, 파일럿 솔레노이드 밸브에 의하여 개폐되는 수직공급라인; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 파일럿 솔레노이드 밸브의 하부에는 전원 인가 여부에 따라 승하강하는 파일럿 로드가 일체로 연결되되, 파일럿 로드의 하단끝 외경부에는 유압공급라인의 수직공급라인을 개폐하는 개폐체가 형성되고, 개폐체의 바로 위에는 수직공급라인과 유압실을 형성하는 소직경부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따른 상기 작동상태 확인 수단은: 밸브 바디의 상면 위치에 장착되는 LED 램프와; 밸브 바디의 타측 위치 및 강제 절환 수단의 강제 절환용 로드에 장착되어, 파일럿 솔레노이드 밸브에 대한 전원 인가시 동시에 전원을 공급받아 온 또는 오프로 스위칭되며 LED 램프를 온/오프시키되, 스풀의 정상적인 절환 이동시 스위칭 오프되어 LED 램프를 오프시키고, 스풀의 고착시 스위칭 온 상태를 유지하여 LED 램프를 점등시키는 작동 확인 스위치; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 작동 확인 스위치는: 밸브 바디의 외측면에 부착되어 파일럿 솔레노이드 밸브에 대한 전원 인가시 동시에 전원을 공급받는 제1스위치 접점과; 강제 절환 수단의 강제 절환용 로드의 타측단부에 부착되는 동시에 LED 램프와 도전 가능하게 연결되어, 제1스위치 접점과 접촉시 LED 램프에 전원을 공급하는 제2스위치 접점; 으로 구성된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따른 상기 강제 절환 수단은: 스풀의 타측단면에 일측단이 일체로 부착되고, 외부로 기밀 가능하게 연장되는 타측단끝에는 작동 확인 스위치의 제2스위치 접점이 부착된 강제 절환용 로드와; 강제 절환용 로드의 중간부분에 일체로 장착되는 강제 절환봉 체결블럭과; 밸브 바디의 상면을 통하여 노출되는 강제 절환봉 체결블럭에 젖힘 가능하게 체결되는 수직형의 강제 절환봉; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 스풀의 절환력을 기존(약 15 kgf) 대비 약 5배 이상(사용압력 50bar시 약 85 kgf) 증가시키는 파일럿 솔레노이드 밸브를 수직 방향으로 설치하여 스풀의 고착 현상을 해결할 수 있다.

또한, 절환력이 높아진 만큼 스풀의 복귀력 또한 2배이상 상승되어 복귀시 고착현상을 해결할 수 있고, 이는 본 발명의 파일럿 솔레노이드 밸브가 기존 면접촉을 하여 이물질에 무방비한 스풀 형식과 달리 체크(CHECK)면으로 선접촉을 하며 짧은 스트로크(STROKE)로 작동하므로, 스틱(STICK)에 매우 강한 힘을 발휘한다.

둘째, 파일럿 솔레노이드 밸브가 수직방향으로 배열됨에 따라, 파일럿 솔레노이드 밸브의 상단부에 형성된 푸시핀(솔레노이드 밸브 강제 작동용)이 전체 설비 중 협소한 곳에 위치하더라도, 작업자가 수직방향에서 큰 힘으로 푸시핀을 용이하게 가압할 수 있다.

즉, 푸시핀의 위쪽에 방해요인이 있더라도, 푸시핀 위에 위치한 작업자가 편안 자세에서 푸시핀을 수직으로 눌러줄 수 있으므로, 큰 힘으로 푸시핀을 용이하게 가압 조작할 수 있다.

셋째, 작업자가 스풀의 정상 작동 여부를 오작동 램프 등을 보고 쉽게 확인할 수 있으므로, 작업자가 밸브의 고장 여부를 쉽게 인지할 수 있다.

넷째, 스풀의 절환 이동시 고착되는 경우, 지렛대와 같은 강제 절환 수단을 이용하여 스풀을 전진시켜 절환 이동시키거나, 본래 위치로 쉽게 뒤돌릴 수 있으므로, 스풀의 고착 현상을 쉽게 해소시킬 수 있다.

다섯째, 비상 정지용 안전밸브로서, 그 기능이 탁월하여 화력발전소 뿐만아니라 각종 산업용으로도 사용 가능한 장점이 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브 및 작동 상태를 나타낸 단면도,
도 2는 종래의 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브의 스풀 고착 현상을 나타낸 단면도,
도 3은 종래의 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브의 솔레노이드 밸브를 강제 조작할 때의 문제점을 나타낸 단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브 및 작동 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브의 고장시 작동상태 확인 수단이 작동하는 것을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브의 고장시 강제 절환 수단을 이용하여 스풀을 강제 절환시키는 상태를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브를 나타낸 전체 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브를 나타내는 단면도로서, 도 4a는 전원 인가 직후 스풀의 절환 작동 전 상태를, 도 4b는 스풀의 절환 작동 후 상태를 나타낸다.

도 4a 및 도 4b에서 보듯이, 상기 밸브 바디(10)는 스풀의 절환 작동에 의하여 작동유의 흐름 및 압력을 절환시키기 위한 유로로서, A-포트, P-포트, B-포트, T-포트가 형성된다.

상기 밸브 바디(10)내에는 각 포트를 절환시키는 스풀(20)이 일정 거리만큼 직선 이동 가능하게 장착되고, 스풀(20)의 일측단부에는 스풀(20)을 밀어주기 위한 피스톤(28)이 부착된다.

이때, 상기 밸브 바디(10)의 일측부에는 일체로 가공된 절환용 블럭(30)이 형성되는 바, 이 절환용 블럭(30)내에는 스풀(20)을 절환 이동시키기 위한 유압을 피스톤(28)쪽으로 공급하기 위한 유압 공급라인(32)이 형성된다.

바람직하게는, 상기 유압공급라인(32)은 피스톤(28)의 외면과 연통 가능하게 연장 형성되는 수평공급라인(34)과, 유압공급원(미도시됨)과 연결되면서 수평공급라인(34)의 외측단과 연통 가능하게 연결되는 수직공급라인(36)으로 구분된다.

상기 절환용 블럭(30)의 상부 및 그 내부에 걸쳐 유압 공급라인(32)을 개폐 제어하면서 스풀(20)에 부착된 피스톤(28)쪽으로 절환용 유압력을 공급할 수 있도록 작동하는 수직형의 파일럿 솔레노이드 밸브(40)가 장착된다.

좀 더 상세하게는, 상기 파일럿 솔레노이드 밸브(40)는 전원을 공급받아 파일럿 로드(42)를 일정 거리 하강 또는 승강시키도록 코일 및 자석 등이 내장된 밸브 몸체부와, 밸브 몸체부의 하부로부터 돌출되어 전원 인가시 하강하고, 전원 차단시 다시 승강하는 파일럿 로드(42)와, 전원 차단시에도 파일럿 로드를 강제로 하강시키기 위하여 파일럿 솔레노이드 밸브(40)의 상단면에 누름 가능하게 장착되는 푸시핀(48)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 파일럿 로드(42)의 하단끝 외경부에는 유압공급라인(32)의 수직공급라인(36)을 개폐하는 대직경부인 개폐체(44)가 형성되고, 개폐체(44)의 바로 위에는 수직공급라인(36)과 유압실을 형성하는 소직경부(46)가 형성되며, 개폐체(44)의 하단끝부는 스프링에 의해 지지된다.

따라서, 상기 파일럿 로드(42)의 하강시 개폐체(44)도 하강하여 개폐체(44)의 상단면과 유압공급라인(32)의 수직공급라인(36) 사이에 수평공급라인(34)으로 작동유가 흐르는 틈새가 생성되고, 이때 개폐체(44) 하부의 틈새가 체크(check)면으로 닫히면서 드레인라인이 차단된다.

반면, 상기 파일럿 로드(42)의 승강시 개폐체(44)도 승강하여 개폐체(44)의 상단면이 수직공급라인(36)을 막아주어 작동유가 더 이상 수평공급라인(34)으로 흐르지 않게 되며, 이때에는 개폐체(44) 하부의 틈새가 생성되어 수평공급라인(34)의 압력은 탱크(tank)로 드레인된다.

이러한 상기 파일럿 솔레노이드 밸브(40)는 포펫 타입(Poppet type)으로서, 일반적인 솔레노이드보다 스트로크(Stroke)가 짧아 흡입력이 강하며, 스풀에 대한 절환 압력을 유압을 이용하여 제공하기 때문에 스풀의 절환력을 기존(약 15 kgf) 대비 약 5배 이상(약 85 kgf) 증가시켜 제공할 수 있다.

한편, 상기 스풀(20)의 타측단부와 밸브 바디(10)의 내벽면 사이에는 스프링(38)이 압축 가능하게 배치되는 바, 이 스프링(38)은 스풀(20)의 절환 이동시 압축되어 스풀의 본래 위치 복귀를 위하여 2배 이상의 강한 힘을 가진 탄성복원력을 제공한다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 터빈의 정상적인 동작 상태에서는 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 전원이 차단(미인가)되어, 방향 절환 밸브의 스풀(20)은 절환 작동하지 않는다(도 4a 참조).

즉, 터빈의 정상 작동 상태에서는 밸브 바디(10)의 작동유가 흐르는 P-포트 및 B-포트는 고압 상태이고, A-포트 및 T-포트는 저압 상태가 되면서 디스크 드럼 밸브(Disk drum Valve)와 셧 오프 밸브(Shut off Valve)에 상시 가압을 제공하여 터빈이 정상 동작 가능토록 만들어준다.

반면, 비상 상황에서는 스풀(20)이 직진 이동하며 절환 작동되도록 함으로써, 작동유가 흐르는 압력방향이 B-포트에서 A-포트로 바뀌어 파일럿 압력이 차단되고, 동시에 B-포트의 압력은 T-포트로 드레인되면서 터빈이 안전을 위하여 급제동하게 된다.

이러한 터빈의 비상 제동을 위하여, 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 전원을 인가하면 파일럿 로드(42)가 일정한 스트로크로 하강한다.

상기 파일럿 로드(42)의 하강시, 그 하단끝 외경부에 형성된 개폐체(44)도 하강하여, 개폐체(44)의 상단면과 유압공급라인(32)의 수직공급라인(36) 사이에 틈새가 생성되고, 이 틈새를 통하여 작동유가 수평공급라인(34)으로 흐르게 된다.

연이어, 상기 수평공급라인(34)으로 공급된 작동 유압이 스풀(20)에 부착된 피스톤(28)을 가압하게 되고, 이때의 스풀 절환을 위한 가압력에 의하여 스풀(20)이 일정한 스트로크로 절환 이동하게 되며, 피스톤에 작용되는 스풀의 절환력은 유압력으로 제공되기 때문에 기존(약 15 kgf) 대비 약 5배 이상(약 85 kgf) 증가시켜 제공할 수 있다.

이와 같은 스풀의 절환 작동에 의하여 작동유가 흐르는 압력방향이 B-포트에서 A-포트로 바뀌어 파일럿 압력이 차단되고, 동시에 B-포트의 압력은 T-포트로 드레인되면서 터빈이 안전을 위하여 급제동하게 된다.

이때, 상기 스풀(20)의 타측단부에 지지된 스프링(38)이 압축되는 상태가 되며, 상기 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 대한 전원 차단시 즉, 터빈을 재가동할 때 스프링(38)의 탄성복원력에 의하여 스풀(20)은 본래 위치로 이동하되, 기존에 비하여 2배 이상 강한 탄성복원력을 받아 이동하게 된다.

한편, 상기 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 전원이 공급되지 않는 상태에서 터빈의 비상 제동을 위하여 파일럿 솔레노이드 밸브(40)를 수동으로 작동시킬 수 있다.

즉, 상기 파일럿 솔레노이드 밸브(40)의 상단부에 형성된 푸시핀(48, 솔레노이드 밸브 강제 작동용)을 작업자가 수동으로 눌러주는 경우에도 파일럿 로드(42)가 일정한 스트로크로 하강하게 되므로, 위에서 설명된 스풀(20)의 절환 작동이 동일하게 이루어질 수 있다.

이때, 상기 푸시핀(48)이 전체 설비 중 협소한 곳에 위치하더라도, 파일럿 솔레노이드 밸브(40)가 수직한 배열을 이루고 있으므로, 작업자가 수직방향에서 큰 힘으로 푸시핀을 용이하게 가압할 수 있다.

상기와 같이, 정상적으로 스풀이 절환 작동하면 전혀 문제가 없으나, 작동유 내부의 이물질이 스풀(20)과 밸브 바디(10)의 내표면에 침착되고, 침착된 이물질로 인하여 스풀의 작동시 스틱(Stick) 즉, 고착 현상이 발생할 수 있고, 이로 인하여 터빈의 비상 제동이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.

이를 해소하고자, 본 발명은 스풀(20)의 타측단부와 연결되면서 밸브 바디(10)의 타측 내외부에 구축되어, 스풀(20)의 고착시 스풀을 강제 절환시킬 수 있도록 한 강제 절환 수단(50)을 포함한다.

상기 강제 절환 수단(50)의 일 구성으로서, 스풀(20)의 타측단면에 강제 절환용 로드(52)가 부착되는 바, 이 강제 절환용 로드(52)의 타측단은 밸브 바디의 외부로 기밀 가능하게 연장된다.

이때, 상기 강제 절환용 로드(52)의 타측단끝에는 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이 작동 확인 스위치(64)의 제2스위치 접점(68)이 부착된다.

또한, 상기 강제 절환용 로드(52)의 중간부분에는 강제 절환용 로드(52)와 함께 직선 이동하는 강제 절환봉 체결블럭(54)이 장착된다.

또한, 상기 밸브 바디(10)의 상면을 통하여 노출되는 강제 절환봉 체결블럭(54)에는 수직형의 강제 절환봉(56)이 지렛대와 같이 젖힘 가능하게 볼 조인트된다.

바람직하게는, 상기 강제 절환봉(56)의 상면에는 젖힘 토크를 보다 용이하게 인가하기 위하여 별도의 공구를 삽입할 수 있는 공구 삽입홈(58)이 형성된다.

따라서, 스풀이 고착 현상으로 인하여 움직이지 않을 경우, 작업자가 공구 삽입홈(58)에 공구를 삽입한 후, 지렛대와 같이 스풀의 절환 작동 방향으로 향하여 젖혀주면, 강제 절환봉이 젖혀지면서 강제 절환봉 체결블럭(54)이 스풀의 절환 작동 방향으로 이동하는 동시에 강제 절환용 로드(52)도 동일 방향으로 이동하게 되며, 이는 뜻하지 않는 외력이 가해지더라도 밸브가 작동하지 않고, 조작이 필요할 때 도구를 사용하여 스풀을 절환시킬 수 있도록 한 것이다.

연이어, 상기 강제 절환용 로드(52)와 연결된 스풀(20)이 터빈 비상제동을 위한 절환 작동 방향으로 강제 이동하게 된다.

이와 같이 강제 절환 수단을 이용하여 스풀을 수동 절환 작동시킴으로써, 작동유가 흐르는 압력방향이 B-포트에서 A-포트로 바뀌어 파일럿 압력이 차단되고, 동시에 B-포트의 압력은 T-포트로 드레인되면서 터빈이 안전을 위하여 급제동하게 된다.

한편, 본 발명의 터빈 제어용 방향 절환 밸브는 상기와 같이 스풀이 고착되어 밸브가 고장난 상태임을 작업자가 쉽게 인지할 수 있도록 하는 수단 즉, 스풀과 연동하는 강제 절환 수단에 의하여 스위칭 온/오프되면서 스풀(20)의 정상 작동 여부를 알려주는 작동상태 확인 수단(60)을 포함한다.

상기 작동상태 확인 수단(60)의 일 구성으로서, 밸브 바디(10)의 상면 위치에 장착되는 LED 램프(62)가 부착되며, 작업자는 LED 램프(62)의 점등 여부에 따라 스풀이 고장남을 인지할 수 있다.

또한, 상기 LED 램프(62)를 온/오프시키기 위한 작동 확인 스위치(64)가 밸브 바디(10)의 타측 위치 및 강제 절환 수단(50)의 강제 절환용 로드(52)에 각각 장착된다.

보다 상세하게는, 상기 작동 확인 스위치(64)는 밸브 바디(10)의 외측면에 부착되어 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 대한 전원 인가시 동시에 전원을 공급받는 제1스위치 접점(66)과, 강제 절환 수단(50)의 강제 절환용 로드(52)의 타측단부에 부착되는 동시에 LED 램프(62)와 도전 가능하게 연결되어 제1스위치 접점(66)과 접촉시 LED 램프(62)에 전원을 공급하는 제2스위치 접점(68)를 포함하여 구성된다.

따라서, 상기 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 대한 전원 인가시 동시에 작동 확인 스위치(64)에도 전원이 공급되어, 작동 확인 스위치(64)는 온 또는 오프로 스위칭되며 LED 램프(62)를 온/오프시키되, 스풀(20)의 정상적인 절환 이동시 스위칭 오프되어 LED 램프(62)를 오프시키고, 스풀(20)의 고착시 스위칭 온 상태를 유지하여 LED 램프(62)를 점등시키게 된다.

좀 더 상세하게는, 상기 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 대한 전원 인가시 동시에 작동 확인 스위치(64)의 제1스위치 접점(66)에 전원이 공급될 때, 스풀의 고착시 스풀과 연동하는 강제 절환용 로드(52)도 움직이지 않는 상태가 되므로, 제1스위치 접점(66)과 강제 절환용 로드(52)의 타측단부에 부착된 제2스위치 접점(68)이 상호 접촉되는 상태가 된다.

이에, 전원이 제1스위치 접점(66) 및 제2스위치 접점(68)을 통하여 LED 램프(62)로 공급되어, LED 램프(62)가 점등됨으로써, 작업자는 점등된 LED 램프(62)를 보고 스풀의 고착에 따른 밸브 고장이 발생된 상태임을 쉽게 인지할 수 있다.

물론, 상기 스풀이 정상 절환 작동하면, 스풀과 연동하는 강제 절환용 로드(52)도 스풀과 동일한 스트로크로 이동된 상태가 되므로, 강제 절환용 로드(52)에 부착된 제2스위치 접점(68)이 제1스위치 접점(66)과 분리되어, LED 램프(62)는 점등되지 않는다.

이상과 같이, 터빈 제어용 방향 절환 밸브에 포함된 스풀의 절환력을 기존(약 15 kgf) 대비 약 5배 이상(약 85 kgf) 증가시키는 파일럿 솔레노이드 밸브를 수직 방향으로 설치하여 스풀을 고착 현상없이 정상 작동시킬 수 있고, 스풀의 고착과 같은 고장 발생시에는 작업자가 LED 램프를 보고 쉽게 확인할 수 있으며, 이에 작업자가 지렛대와 같은 강제 절환 수단을 이용하여 스풀을 강제 절환 이동시킬 수 있다.

한편, 밸브 바디(10)는, 노듈러주철로 이루어질 수 있다. 이 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7 중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.

여기서, 노듈러주철을 1600℃ 미만으로 가열하면 전체 조직이 충분히 용융되지 못하며, 1650℃를 초과하여 가열시키면 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열하는 것이 바람직하다.

용융된 노듈러주철에는 마그네슘이 0.3∼0.7 중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣는 바, 마그네슘이 0.3 중량% 미만이면 구상화 처리제를 투입효과가 극히 미미해 지며, 0.7 중량%를 초과하면 구상화 처리제의 투입효과가 크게 향상되지 않는 반면에, 고가의 재료비가 증가되는 문제점이 있다. 그러므로 구상화 처리제의 마그네슘 혼합비율은 0.3∼0.7 중량% 정도가 적합하다.

용융된 노듈러주철에 구상화 처리제가 투입되면 이를 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한다. 구상화 처리 온도가 1500℃ 미만이면 구상화 처리가 제대로 이루어지지 않으며, 1550℃를 초과하면 구상화 처리 효과가 크게 개선되지 않는 반면에 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 구상화 처리 온도는 1500∼1550℃가 적합하다.

노듈러주철로 이루어진 본 발명의 밸브 바디(10)는 회주철에 비하여 흑연의 형태가 구상이고, 구상인 노듈러주철은 노치효과가 적기 때문에 밸브 바디(10)의 응력 집중 현상이 감소되며, 이에 따라 밸브 바디(10)의 강도와 인성이 크게 향상된다.

또한, 푸시핀(48)의 외부 표면에는 호흡기계 질환치료 등의 기능을 가진 방향제 물질이 코팅되며, 이에 따라, 사용자가 푸시핀(48)을 수동으로 누르면서 사용하는 경우에 주변으로 발산되면서 사용자의 피로회복, 건강증진, 심리적 안정효과를 얻을 수 있다.

방향제 물질에는 기능성 오일이 혼합될 수 있으며, 그 혼합비율은 방향제 95∼97중량%에 기능성 오일 3∼5중량%가 혼합되며, 기능성 오일은, 패션플라워 오일(Passion flower oil) 50중량%, 시다우드 오일(Cedarwood oil) 50중량%로 이루어진다.

여기서 기능성 오일은 방향제에 대해 3∼5중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 기능성 오일의 혼합비율이 3중량% 미만이면, 그 효과가 미미하며, 기능성 오일의 혼합비율이 5중량%를 초과하면 그 기능이 크게 향상되지 않는 반면에 제조 단가는 크게 증가된다.

기능성 오일 중 패션플라워 오일(Passion flower oil)은 브라질, 오스트레일라, 멕시코 등지에서 자라는 다년생초에서 얻어지는 오일로서, 진통, 항울, 심리적 스트레스해소, 불안증 해소 등에 좋은 효과가 있다.

시다우드 오일(Cedarwood oil)은 cedrol, cadinene 등의 화학적 성분을 함유하며, 호흡기 질환, 스트레스 완화, 항울증, 신경통, 근육통, 통증완화 등의 질환 치료에 작용효과가 우수하다.

이러한 기능성 오일이 푸시핀(48)의 둘레에 코팅되며, 이에 따라, 사용자가 푸시핀(48)을 수동으로 누르면서 사용하는 경우에 주변으로 발산되면서 사용자의 피로회복, 건강증진, 심리적 안정효과를 얻을 수 있다.

10 : 밸브 바디 20 : 스풀
22 : 솔레노이드 24 : 스프링
26 : 푸시핀 28 : 피스톤
30 : 절환용 블럭 32 : 유압 공급라인
34 : 수평공급라인 36 : 수직공급라인
38 : 스프링 40 : 파일럿 솔레노이드 밸브
42 : 파일럿 로드 44 : 개폐체
46 : 소직경부 48 : 푸시핀
50 : 강제 절환 수단 52 : 강제 절환용 로드
54 : 강제 절환봉 체결블럭 56 : 강제 절환봉
58 : 공구 삽입홈 60 : 작동상태 확인 수단
62 : LED 램프 64 : 작동 확인 스위치
66 : 제1스위치 접점 68 : 제2스위치 접점

Claims

작동유의 흐름 및 압력을 절환시키기 위한 유로로서, A-포트, P-포트, B-포트, T-포트가 형성된 밸브 바디(10)와;
밸브 바디(10)내에 직선 이동 가능하게 장착되어 각 포트를 절환시키는 스풀(20)과;
상기 스풀(20)의 일측단부에 직선 이동 가능하게 장착된 피스톤(28)과;
상기 밸브 바디(10)의 일측부에 일체로 가공되는 것으로서, 상기 피스톤(28)에 스풀(20)을 절환 이동시키기 위한 유압을 공급하는 유압 공급라인(32)이 형성된 절환용 블럭(30)과;
상기 절환용 블럭(30)의 상부 및 내부에 수직 배열되며 장착되어, 유압 공급라인(32)을 개폐 제어하며 스풀(20)의 피스톤(28)쪽으로 절환용 유압력을 공급하는 수직형의 파일럿 솔레노이드 밸브(40)와;
밸브 바디(10)에 내장되고 스풀(20)의 타측단부에 지지되어서, 스풀(20)에 본래 위치 복귀를 위한 탄성복원력을 제공하는 스프링(38)과;
상기 스풀(20)의 타측단부와 연결되면서, 스풀(20)의 고착시 스풀을 강제 절환시킬 수 있도록 한 강제 절환 수단(50)과;
상기 밸브 바디(10)에 설치되고 상기 강제 절환 수단(50)에 연결되어서 강제 절환 수단(50)에 의하여 스위칭 온/오프되면서 스풀(20)의 정상 작동 여부를 알려주는 작동상태 확인 수단(60)을 포함하여 구성되며;
상기 절환용 블럭(30)의 유압공급라인(32)은:
피스톤(28)의 외면과 연통 가능하게 연장 형성되는 수평공급라인(34)과;
유압공급원과 연결되면서 수평공급라인(34)의 외측단과 연통 가능하게 형성되며, 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 의하여 개폐되는 수직공급라인(36);
으로 구성된 것을 특징으로 하는 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 파일럿 솔레노이드 밸브(40)의 하부에는 전원 인가 여부에 따라 승하강하는 파일럿 로드(42)가 일체로 연결되되, 파일럿 로드(42)의 하단끝 외경부에는 유압공급라인(32)의 수직공급라인(36)을 개폐하는 개폐체(44)가 형성되고, 개폐체(44)의 바로 위에는 수직공급라인(36)과 유압실을 형성하는 소직경부(46)가 형성되는 것을 특징으로 하는 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 작동상태 확인 수단(60)은:
밸브 바디(10)의 상면 위치에 장착되는 LED 램프(62)와;
강제 절환 수단(50)의 강제 절환용 로드(52)에 장착되어, 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 대한 전원 인가시 동시에 전원을 공급받아 온 또는 오프로 스위칭되며 LED 램프(62)를 온/오프시키되, 스풀(20)의 정상적인 절환 이동시 스위칭 오프되어 LED 램프(62)를 오프시키고, 스풀(20)의 고착시 스위칭 온 상태를 유지하여 LED 램프(62)를 점등시키는 작동 확인 스위치(64);
로 구성된 것을 특징으로 하는 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브.
청구항 4에 있어서,
상기 작동 확인 스위치(64)는:
밸브 바디(10)에 연결되어 파일럿 솔레노이드 밸브(40)에 대한 전원 인가시 동시에 전원을 공급받는 제1스위치 접점(66)과;
강제 절환 수단(50)의 강제 절환용 로드(52)의 타측단부에 부착되는 동시에 LED 램프(62)와 도전 가능하게 연결되어, 제1스위치 접점(66)과 접촉시 LED 램프(62)에 전원을 공급하는 제2스위치 접점(68);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 강제 절환 수단(50)은:
스풀(20)의 타측단면에 일측단이 일체로 부착되고, 외부로 기밀 가능하게 연장되는 타측단끝에는 작동 확인 스위치(64)의 제2스위치 접점(68)이 부착되는 강제 절환용 로드(52)와;
강제 절환용 로드(52)의 중간부분에 일체로 장착되는 강제 절환봉 체결블럭(54)과;
강제 절환봉 체결블럭(54)에 젖힘 가능하게 체결되는 수직형의 강제 절환봉(56);
으로 구성된 것을 특징으로 하는 화력발전소 터빈 제어용 방향 절환 밸브.