KR101478008B1 - 버터플라이 밸브의 수명시험 방법 - Google Patents

버터플라이 밸브의 수명시험 방법 Download PDF

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이기천
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 디스크 개폐수단을 작동시켜 버터플라이 밸브의 디스크를 폐쇄 방향으로 전환시킨 다음, 수압형성용수를 공급하는 밸브폐쇄 및 압력인가 단계(S1); 인가되는 압력을 검출 판단하고, 기준압력범위를 유지하도록 제어하는 검출압력판단 및 유지제어 단계(S2); 누적제어시간이 소정의 제1설정시간 이상인 경우 다음 단계로 이행하도록 하고, 누적제어시간이 제1설정시간 미만인 경우 (S2)단계를 수행하도록 하는 누적제어시간 판단 단계(S3); 디스크 개폐수단을 작동시켜 디스크를 개방 방향으로 전환시킴으로써 수압형성용수를 배출시키는 밸브개방 및 압력해제 단계(S4); 디스크 개폐수단 시간차가 제2설정시간 이상인 경우 누수상태로 인식하고 전원을 차단하여 수명시험을 종료하도록 하고, 상기 제2설정시간 미만인 경우에는 다음 단계로 이행하도록 하는 누수상태 판단 단계(S5); 및 시험횟수를 갱신하고, 소정의 대기시간이 경과할 때까지 기다리는 시험횟수갱신 및 대기 단계(S6); 를 포함하여 상기 (S1) 내지 (S6) 단계를 반복 수행하는 버터플라이 밸브의 수명시험 방법에 관한다. 또한, 갱신된 시험횟수를 외부로 나타내는 표시부와, 영상수단에 의한 누수발생구간을 녹화함으로써 수명시험의 효율성을 향상시키는 방법을 개시한다.

Description

버터플라이 밸브의 수명시험 방법{Lifetime Testing Method of Butterfly Valve}
본 발명은 피시험체인 버터플라이 밸브와 결합되도록 구비된 수명시험장치를 이용하여 밸브의 수명(성능)시험을 수행하는 방법에 관한다. 특히, 시험횟수를 정확히 산출하고, 누수발생을 판단하여 전원을 차단하며, 실제 누수상태를 영상녹화하여 재생 확인할 수 있도록 하는 방법을 제공한다.
일반적으로 밸브는 각각의 프로세스에서 요구하는 유체의 물리적 조건과 양에 맞도록 유체의 흐름을 제어하는 가장 일반적이고 중요한 제어요소이다.
중/소형밸브는 그 사용용도에 따라 볼 밸브 및 게이트 밸브 등 다양한 밸브를 사용하고 있다. 그러나 아파트 단지, 댐, 배수펌프장, 수도배관 등에 사용되는 대형 밸브는 설치면적과 중량의 문제점 때문에 버터플라이 밸브가 많이 사용되고 있다.
버터플라이 밸브는 내부에 설치된 원형 단면의 디스크를 회전시킴으로써, 비교적 낮은 압력에서 유체의 큰 흐름을 포함하는 개폐와 유량을 조절하는 목적으로 사용된다. 버터플라이 밸브는 축에 대한 디스크의 회전으로 유량이 조절되기 때문에 구조가 간단하고, 다른 밸브에 비해 경량이므로 부가적인 지지대를 필요로 하지 않아 공간 점유율이 우수한 장점이 있다.
현재 산업용으로 사용되는 버터플라이 밸브에 대한 국내외 표준으로는 ISO 10631, [0006] ANSI/ASME B16.34,ANSI/AWWA C504, KS B 2333등이 있다. 이러한 표준에서는 밸브 사용에 대한 압력등급을 규정하고 있으며, ISO5208, IEC 60534-4, KS B 2304에서는 밸브의 검사방법과 압력시험에 대하여 규정하고 있다.
이러한 상기 버터플라이 밸브의 구성에서 누수(leak)는 주요 고장모드이다. 특히, 일반적인 플랜트 설비의 경우 10년 이상을 사용하여야 하기에, 현장조건에서 발생할 수 있는 고장모드를 재현 시험할 수 있는 수명시험 방법 및 시스템의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
이를 위해 발명된 종래 기술들 중의 하나로서, 대한민국 등록특허 제10-0894440호는 밸브의 일면을 고정형판에, 타면을 가동지그로 가압한 후, 가압기에 의해 분기관으로부터 누설된 물이 전진되어 나오는지 여부에 따라 로드셀의 변화량을 측정하여 누수를 확인하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 누수 상태를 육안으로 파악하기 어렵고, 내부 누수를 확인하기 위해서는 수명시험장치를 모두 분해하여야만 하는 문제점이 있으며, 설비도 복잡하다.
상술한 문제점을 해소하기 위하여 본원 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1284359호와 같이 투명재질의 확인커버가 구비되는 점검부를 포함하는 버터플라이 밸브 단면고정형 수명시험장치를 발명한 바 있다.
그런데, 본원 출원인에 의한 대한민국 등록특허 제10-1284359호의 수명시험장치에 의하더라도, 누수발생 시점과 누수발생시의 시험횟수를 정확하게 파악하기 어려운 한계점이 여전히 상존하였다. 또한, 누수가 발생되었음에도 이를 사용자가 인지하지 못한 경우, 지속적으로 시험이 진행되어 불필요한 전력 소모가 발생되며 수명시험횟수를 정확히 카운팅(counting)하기 어려운 한계가 있었다.
즉, 통상적인 방법에 따라 디스크를 개방 또는 폐쇄 방향으로 전환시키기 위한 공지의 디스크 개폐수단을 이용하여 디스크를 ‘일정 시간 간격’으로 개폐 전환시키면서 검출된 압력의 변화를 분석하여 시험횟수를 정하게 되고, 누수상태를 수시로 점검하게 된다. 하지만, 수압펌프에 의해 인가된 수압은 일정한 비율로 상승되어 유지되고 하강하는 것이 아니라 시험여건에 따라 변동폭이 커서 압력 변화만으로는 정확한 누수발생 분석 및 누수발생시의 시험횟수의 카운팅이 어렵다는 것을 실험적으로 관찰하게 되었다.
도 1a는 이상적으로 기대되는 수압의 변화이고, 도 1b는 실제 압력센서에 의해 검출된 압력의 변화를 나타내는 그래프이다.
만일, 도 1a과 같은 이상적인 압력 변화가 관찰된다면, 예컨데, 기준압력범위를 10bar 로 설정한 경우, 10bar를 초과 진입한 후, 10bar 이하로 하강한 시점에 시험횟수 1회로 갱신하면 될 것이다. 하지만, 실제 시험을 통한 압력변화 그래프인 도 1b를 참조하면, 수압펌프의 동력상태, 압력센서의 성능 등에 의해 영향을 받아 도 1a와는 다른 양태를 보이는 문제점이 관찰된다.
특히, 대형 버터플라이 밸브의 경우에는 압력을 형성하는 과정에서 발생되는 기포를 외부로 배출하기 위하여 수압유입부의 공기홀(28)에 에어벤트(29)가 구비되는데, 에어벤트의 특성상 밸브의 압력형성 과정에 압력강하가 발생하게 되어 종래 방법으로는 정확한 시험횟수를 산출할 수 없는 문제점이 발견되었다. 도 1b에 의하면 디스크 개폐수단에 의하여 디스크가 개폐를 1회 싸이클을 수행하였음에도 시험횟수가 3회로 산정되는 문제점이 있다.
물론, 일정 시간 간격으로 개폐되는 디스크 개폐수단의 전기신호를 근거로 일률적으로 시험횟수로 산정할 수는 있겠지만, 이러한 경우에는 누수발생의 여부, 누수발생 시점의 시험횟수 및 누수발생 시각을 정확히 분석할 수 없다.
한편, 대한민국 공개특허 제2013-0032500호는 밸브 자체에 회전축의 운동을 베벨기어에 의해 회전수가 표시되는 카운터기를 구비하여 밸브의 회전수를 표시하는 방법이다. 하지만, 누수발생확인 또는 시험횟수 산출을 위해 별도의 기계적 장치들이 부가되어 구조가 복잡해지는 요인이 되며, 실제 누수가 발생한 시점의 시험횟수를 정확히 산정하기 어렵다는 한계는 여전히 상존한다.
대한민국 등록특허 제10-0894440호 (2009.04.14 등록) 대한민국 등록특허 제10-1284359호 (2013.07.01 등록) 대한민국 공개특허 제2013-0032500호 (2013.04.02 공개)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, i)누수발생여부, 누수발생시 시험횟수 및 누수발생 시간을 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 버터플라이 밸브의 수명시험 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, ii)외부에서 누수상태가 식별가능하도록 구비된 수명시험장치를 활용함에 있어서, 실제 누수발생시 영상과 시험횟수를 영상 기록하고 이를 효과적으로 확인할 수 있도록 하여 수명시험의 신뢰성을 향상시키고자 한다.
나아가, iii)누수 발생 판단시, 자동적으로 수명시험장치의 가동을 중단시키어 불필요한 전력소모를 방지하고 사용자의 주기적 점검을 요하지 않는 자동화된 방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상술한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명은 버터플라이 밸브가 안착된 수명시험장치를 이용하는 수명시험 방법에 있어서, (S1) 제1전기신호에 의하여 디스크 개폐수단을 작동시켜 상기 버터플라이 밸브의 디스크를 폐쇄 방향으로 전환시킨 다음, 수압형성용수를 공급하는 밸브폐쇄 및 압력인가 단계; (S2) 인가되는 압력을 검출하여 기준압력범위(Ps)에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 기준압력범위(Ps)를 유지하도록 제어하는 검출압력판단 및 유지제어 단계; (S3) 상기 기준압력범위(Ps)를 유지하는데 누적 소요된 누적제어시간(Tc)이 소정의 제1설정시간(D1) 이상인 경우 다음 단계로 이행하도록 하고, 상기 누적제어시간(Tc)이 상기 제1설정시간 미만인 경우 상기 (S2)단계를 수행하는 누적제어시간 판단 단계; (S4) 제2전기신호에 의하여 상기 디스크 개폐수단을 작동시켜 상기 디스크를 개방 방향으로 전환시킴으로써 상기 수압형성용수를 배출시키는 밸브개방 및 압력해제 단계; (S5) 상기 제2전기신호와 상기 제1전기신호가 발생한 시각 사이의 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn)가 제2설정시간(D2) 이상인 경우 누수상태로 인식하고 전원을 차단하여 수명시험을 종료하도록 하고, 상기 디스크 개폐수단 시간차가 상기 제2설정시간 미만인 경우에는 다음 단계로 이행하도록 하는 누수상태 판단 단계; 및 (S6) 상기 제2전기신호에 의하여 시험횟수를 갱신하고, 소정의 대기시간이 경과할 때까지 기다리는 시험횟수갱신 및 대기 단계를 포함하여 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 시험횟수갱신 및 대기 단계(S6)에서 갱신된 시험횟수를 외부에서 식별가능한 표시부에 나타내도록 하는 시험횟수표시 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 검출압력판단 및 유지제어 단계(S2)는 유량조절수단, 수압 펌프 및 체크밸브 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 PID제어하여 상기 기준압력범위(Ps)를 유지 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 사용자에 의한 구동시작을 입력받는 경우, 총 경과시간(Ts)을 산출하는 글로벌 타이머를 작동시키고, 누수상태 판단 단계(S5)에서 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn)가 제2설정시간(D2)을 초과하였다고 판단한 경우의 누수발생구간(Tdis)을 기억하도록 할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 사용되는 수명시험장치는 수압펌프에 연통된 수압 유입구를 구비하는 유입부; 상기 유입부와 소정 거리 이격되되, 내부 식별이 가능한 투명 재질의 확인커버를 구비하는 점검부; 및 상기 유입부와 상기 점검부 사이에 상기 버터플라이 밸브가 안착 결합되어 기밀을 유지할 수 있도록 하는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
나아가, 확인커버 또는 확인커버와 표시부를 녹화할 수 있는 위치에 배치된 영상수단에 의하여 버터플라이 밸브의 누수 상태를 촬영하도록 녹화 재생하는 것을 특징으로 할 수 있다.
종래 기술에서는 누수발생을 파악하지 못하여 사용자의 주기적 점검 및 불필요한 전력 낭비가 발생되었다. 그러나, 본 발명에 의하면 검출된 압력에 기초하여 기준압력범위를 유지제어함에 따라 디스크 개폐수단의 시간차에 의해 누수상태를 판단함으로써 상술한 문제점을 해소할 수 있다.
나아가, 정확한 시험횟수와 누수발생구간이 파악됨에 따라 신뢰성 있는 시험 결과를 얻을 수 있다. 또한, 외부에서 누수상태가 식별가능하도록 확인커버가 구비된 수명시험장치에 영상수단과 표시부를 구비할 경우에는 실제 녹화된 영상을 재생하여 누수상태를 육안으로 재생 확인할 수 있는 효과가 있다. 아울러, 구조적인 부품의 추가없이도 정확한 시험횟수 갱신 및 누수발생구간을 파악할 수 있어 비용절감의 장점이 있다.
도 1a는 1회의 시험주기에 따른 이상적인 압력 변화를 나타내는 예상도이며, 도 1b는 실제 검출된 압력 변화를 나타내는 실험 그래프.
도 2는 본 발명의 일실시예에 사용되는 버터플라이 밸브 및 수명시험장치의 를 나타내는 정면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 사용되는 버터플라이 밸브 및 수명시험장치의 를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 사용되는 버터플라이 밸브 및 수명시험장치의 를 나타내는 단면 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 버터플라이 밸브의 수명시험 시스템을 나타내는 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 버터플라이 밸브의 수명시험 시스템을 나타내는 상세 개념도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 버터플라이 밸브의 수명시험 방법을 나타내는 순서도.
도 8은 시간 경과에 따른 정상 작동시의 압력 변화량과 디스크 개폐수단의 전압치를 나타내는 모식도.
도 9는 시간 경과에 따른 누수 발생시의 압력 변화량과 디스크 개폐수단의 전압값을 나타내는 모식도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버터플라이 밸브의 수명시험 방법을 나타내는 순서도.
도 11은 본 발명이 적용된 버터플라이 밸브의 수명시험 장치를 나타내는 실제 사진.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 구조 및 작용에 대하여 설명한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 사용되는 수명시험장치(100)를 나타내는 도면들이다. 이에 대한 상세한 설명은 동일 출원인에 의한 대한민국 등록특허 제10-1284359호에 대부분 개시되어 있다. 여기서는 본 발명에 따른 방법 및 시스템의 작용 및 효과를 설명하는데 있어서 필요한 구성들을 발췌하여 간단히 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 사용되는 수명시험장치(100)는 버터플라이 밸브(10)를 탈착가능하도록 안착시키어 수명시험을 수행할 수 있는 구성으로서, 특히 누수된 유체를 육안으로 외부에서 식별할 수 있도록 투명재질의 확인커버(31)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, 투명재질의 확인커버(31)는 밸브플랜지(32)에 커버플레이트(39)를 이용하여 공지의 체결수단에 의해 결합될 수 있으며, 복수개의 관통홀에 상술한 고정수단(38)이 체결되어 점검부(30)과 유입부(20)의 기밀이 유지되어 결합된다. 보다 기밀성을 향상시키기 위해서는 공지의 실링부재 등이 추가될 수 있음은 물론이다.
도 3을 참조하면, 버터플라이 밸브(10)의 좌측 일면에는 확인커버(31)가 포함된 점검부(30)가 구비되며, 버터플라이 밸브(10)의 우측 타면에는 수압이 공급되는 수압 유입부(26)를 포함하는 유입부(20)가 구비된다. 즉, 점검부(30)과 유입부(20)의 사이에 버터플라이 밸브(10)가 개재되고, 고정수단(38)들이 점검부와 유입부를 관통하여 체결됨으로써 기밀이 유지된다. 유입부(20)는 도 3과 같이 받침판(23), 밸브브라켓(21) 및 가이드부(24)를 포함하여 지탱될 수 있다.
도 4를 참조하면, 버터플라이 밸브(10)는 공압 액츄에이터(11)의 작동에 의해 디스크(12)가 회전 가능하도록 구비된다. 공압 액츄에이터(11)는 솔레노이드 밸브(미도시)와 같은 부품이 포함되어 작동될 수 있다. 본 명세서에서는 디스크(12)를 개방 또는 폐쇄 방향으로 전환시키기 위한 상기 구성들을 ‘디스크 개폐수단’으로 정의하기로 한다. 또한, 후술할 제어부(300)에서 전기신호를 송신하여 디스크 개폐수단을 작동시키는 구성은 ‘디스크개폐 제어수단’으로 각각 정의하기로 한다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 유입부(20)는 수압펌프 등과 같은 수압형성수단(미도시)에 의해 공급된 유체가 최초 도입되는 수압 유입부(26)를 포함하여 구비된다. 수압 유입부(26)의 상부에는 공기홀(28)이 구비되는 것이 바람직하며, 공기홀(28)에는 기포 등을 외부로 방출할 수 있는 에어벤트(29) 등이 추가적으로 구비된다.
상술한 바와 같이, 수압 유입부(26) 내에는 수압형성용수 공급전에 기체 상태의 공기가 내재될 수 있으며, 수압형성용수가 공급되면 액체와 기체 사이의 혼합에 따른 상변화 및 기체의 배출 등에 의해 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생할 수 있다.
특히, 중소형급 수도용 버터플라이 밸브에 비하여 400mm 직경을 초과하는 정도의 대형급 수도용 버터플라이 밸브의 경우는 공기홀(28)에 구비된 에어벤트(29)의 특성상 압력 형성과정에서 압력강하가 발생되는 빈도 및 정도가 심화될 수 있다.
한편, 점검부(30) 하부에는 디스크 개방 또는 디스크 누수시 점검부에 유입되는 물이 외부로 배출되도록 하기 위한 드레인부(35)가 연통되며, 점검부 상부에는 공기가 유입될 수 있는 공기유동부(37)를 포함할 수 있다.
종래의 통상적인 시험방법에서는 디스크 개폐수단을 이용하여 디스크(12)를 일정 시간간격(예를 들어, 약 3분 간격)으로 개폐하면서 검출된 압력 변화를 분석하므로 누수가 발생되는지를 주기적으로 점검하여야 하였다. 그러나, 압력 변화가 상술한 문제점들에 의해 일정하지 않으므로 정확한 누수상태를 파악하기 어렵고, 누수발생 구간 및 시험횟수를 정확히 산출하는 것이 곤란하였다.
그러나, 본 발명에 따른 수명시험방법 및 시스템에서는 디스크를 일정 시간 간격으로 개폐하는 것이 아니라, 검출된 압력을 분석하고 유지제어하는데 소요된 누적제어시간(Tc)을 제1설정시간(D1)과 대비하여 개폐하도록 하되,솔레노이드 밸브 등을 포함한 디스크 개폐수단에 인가되는 전기적 신호에 근거하여 시험횟수를 갱신하는 것을 하나의 특징으로 한다.
또한, 누적제어시간(Tc)이 제2설정시간(D2)(예를 들어, 약 10분) 이상으로 지연되는 현상을 누수상태로 판정하고 전원을 차단함으로써 불필요한 전력소모를 최소화한다.
나아가, 누수발생 구간에 해당하는 시간대에 확인커버(31) 부위를 영상수단에 의해 녹화하거나, 확인커버(31) 및 표시부(500)을 포함한 부위를 영상수단에 의해 녹화함으로써 신뢰성있는 실험 결과의 도출이 가능하다. 이하, 도 5 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 시스템을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 버터플라이 밸브의 수명시험 시스템(1000)을 나타내는 개념도이며, 도 6은 도 5의 상세 개념도이다.
도 5 및 도 6을 참조한 본 발명에 따른 시스템은, 디스크와 디스크 개폐수단을 포함하는 버터플라이 밸브, 상기 버터플라이 밸브가 탈착가능하도록 기밀 결합되는 수명시험장치 및 제어부를 포함하는 버터플라이 밸브의 수명시험 시스템에 있어서,
상기 수명시험장치는 수압을 검출하는 압력센서, 수압형성수단에 연통되는 유입부, 상기 유입부와 소정 거리 이격되되 내부 식별이 가능한 투명 재질의 확인커버를 구비하는 점검부 및 상기 유입부와 상기 점검부 사이에 상기 버터플라이 밸브가 안착 결합되어 기밀을 유지하도록 하는 고정수단을 포함하고,
상기 제어부는 상기 압력센서로부터 검출되는 압력값을 수신하여 기준압력범위(Ps)를 유지하기 위하여 PID제어하는 압력유지 제어수단과, 누적제어시간(Tc)이 소정의 제1설정시간(D1) 이상인지 여부를 판정하여 디스크 개폐수단을 전기신호에 의하여 개폐하도록 하는 디스크개폐 제어수단과, 누수상태 여부를 판정하여 전원 차단지령을 내리는 누수상태 조치수단과, 상기 전기신호에 근거하여 시험횟수를 갱신하는 시험횟수 산출수단을 포함하고, 수신받은 상기 시험횟수를 외부로 나타내는 표시부를 포함한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 버터플라이 밸브(10)가 안착된 수명시험장치(100)가 구비되는데, 수명시험장치(100)의 유입부(20)는 수압펌프(61) 및 수압탱크(60)를 포함하는 수압형성수단과 도관(70)에 의해 연통된다. 이 때, 버터플라이 밸브(10)가 다수개 구비되어 복수의 도관(70)들이 분기라인 형태로 구비될 수 있음은 물론이다.
유입부(20)에 공급되는 유체의 수압을 측정하기 위한 공지의 압력센서(90)와 도관내 압력을 조절하기 위한 공지의 유량조절수단(80)이 포함될 수 있다. 수압펌프(61)과 유입부(20) 사이의 도관(70), 또는 드레인부(35)와 수압탱크(60) 사이의 도관(71) 상에는 제어부(300)에 의해 제어되되, 사용자의 시험시작 명령에 따라 개방되거나 또는 1회 싸이클마다 개폐되거나 또는 제어부에 의해 유량을 가감 조절할 수 있는 체크밸브가 구비될 수 있음은 물론이다.
압력센서(90)는 제어부(300)와 전기적으로 연결되며, 제어부는 검출된 압력값들을 소정 시간간격으로 실시간 수신한다. 제어부(300)는 수신받은 압력값을 분석한 후, 유량조절수단(80), 수압펌프(61) 및 체크밸브 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 제어함으로써 기설정된 기준압력에 도달하게 하거나 유지하도록 한다.
한편, 제어부(300)는 버터플라이 밸브(10)의 디스크 개폐수단을 작동시켜 디스크(12)를 개방 또는 폐쇄 방향으로 전환시키기 위한 디스크개폐 제어수단을 포함한다. 이때, 디스크 개폐수단은 솔레노이드 밸브(미도시)를 포함하는 공압 액츄에이터(11)로 구비될 수 있으며, 제어부(300)에서의 전기 신호에 의해 작동하게 된다. 이 때의 전기신호는 예컨데 5볼트의 전압값이 송출될 수 있다.
본 발명에서는 예컨데, 솔레노이드 밸브에 인가하여 디스크(12)를 폐쇄 방향으로 전환시키는 첫번째 신호를 제1전기신호(즉, 솔레노이드 밸브 OFF 신호)로 지칭하고, 솔레노이드 밸브에 인가하여 디스크(12)를 개방 방향으로 전환시키는 두번째 신호를 제2전기신호(즉, 솔레노이드 밸브 ON 신호)로 지칭하기로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 시스템은 갱신되는 시험횟수를 외부로 표시하는 표시부(indicator, 500)를 더 포함할 수 있다. 또한, 점검부(30)의 투명재질로 이루어진 확인커버(31) 부위를 촬영 및 녹화하는 영상수단(700)을 포함할 수 있다.
영상수단(700)은 더욱 바람직하게는 확인커버(31) 부위 뿐만 아니라, 시험횟수가 갱신되는 표시부(500)를 함께 녹화해둠으로써, 누수발생구간에서 실제 누수가 발생되는 영상정보를 재생확인하여 시험의 신뢰성을 제고할 수 있다. 영상수단의 재생을 위해서는 모니터와 같은 영상출력장치(900)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 버터플라이 밸브의 수명시험 방법을 나타내는 순서도이다. 도 7을 참조한 본 발명의 수명시험 방법은 사용자의 시험시작 명령에 따라 아래 (S1) 내지 (S6) 단계를 포함하여 반복적으로 수행됨을 특징으로 한다.
(S1) 제1전기신호에 의하여 디스크 개폐수단을 작동시켜 상기 버터플라이 밸브의 디스크를 폐쇄 방향으로 전환시킨 다음, 수압형성용수를 공급하는 폐쇄 및 압력인가 단계;
(S2) 인가되는 압력을 검출하여 기준압력범위(Ps)에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 기준압력범위(Ps)를 유지하도록 제어하는 검출압력판단 및 유지제어 단계;
(S3) 상기 기준압력범위(Ps)를 유지하는데 누적 소요된 누적제어시간(Tc)이 소정의 제1설정시간(D1) 이상인 경우 다음 단계로 이행하도록 하고, 상기 누적제어시간(Tc)이 상기 제1설정시간(D1) 미만인 경우 상기 (S2)단계를 수행하도록 하는 누적제어시간(Tc) 판단 단계;
(S4) 제2전기신호에 의하여 상기 디스크 개폐수단을 작동시켜 상기 디스크를 개방 방향으로 전환시킴으로써 상기 수압형성용수를 배출시키는 개방 및 압력해제 단계;
(S5) 상기 제2전기신호와 상기 제1전기신호가 발생한 시각 사이의 디스크 개폐수단 시간차가 제2설정시간(D2) 이상인 경우 누수상태로 인식하고 전원을 차단하여 수명시험을 종료하도록 하고, 상기 디스크 개폐수단 시간차가 상기 제2설정시간(D2) 미만인 경우에는 다음 단계로 이행하도록 하는 누수상태 판단 단계; 및
(S6) 상기 제2전기신호에 의하여 시험횟수를 갱신하고, 소정의 대기시간이 경과할 때까지 기다리는 시험횟수갱신 및 대기 단계;
먼저, 밸브폐쇄 및 압력인가 단계(S1)는 제어부(300)에서 디스크 개폐수단으로 제1전기신호를 보내어 버터플라이 밸브(10)의 디스크(12)를 폐쇄 방향으로 전환시킨다. 이후, 수압펌프(61)를 가동시켜 수압형성용수를 공급함으로써 압력을 버터플라이 밸브(10)에 인가하는 단계이다.
제1전기신호는 디스크 개폐수단에 포함되는 솔레노이드 밸브(미도시)에 가해지는 신호로써 공압 액츄에이터(11)를 기동시키어 디스크(12)의 방향을 전환시킬 수 있다. 제1전기신호와 후술할 제2전기신호는 모두 5V의 균일한 전압이 사용될 수 있다.
이때, 사용자의 구동시작 명령과 상기 밸브폐쇄 및 압력인가 단계(S1) 전에는 후술할 기준압력범위(Ps), 제1설정시간(D1), 제2설정시간(D2) 및 대기시간(Tw)이 입력되거나, 후술할 누적제어시간(Tc), 글로벌 타이머 및 시험횟수(N) 등이 초기화(zero)되는 과정이 선행될 수 있음은 물론이다.
검출압력판단 및 유지제어 단계(S2)는 버터플라이 밸브(10)의 유입부(20)에 유입되는 수압을 측정하기 위한 압력센서(90)가 압력값을 측정하고, 제어부(300)에서는 검출되는 압력값이 기준압력범위(Ps)에 해당하는지 여부를 판단한다. 압력값은 제어부 내의 데이터 수집장치(NI DAQ CARD)에 전달하여 데이터 계측장치에서 데이터 표시 및 저장할 수 있음은 물론이다.
기준압력범위(Ps)는 버터플라이 밸브(10)에 가해지는 소정의 요구범위를 의미한다. 본 발명의 일실시예에서는 기준압력을 10bar 로 설정하고 기준압력의 상위 10% 이내의 값(즉, 10~11 bar)에 해당하는 범위를 기준압력범위(Ps)로 설정하였다. 다만, 이는 설정값에 불과하며, 기준압력 및 기준압력범위의 상하 백분율값은 호적의 범위로 정할 수 있음은 물론이다.
더욱 상세하게는, 검출된 압력값이 기준압력범위(Ps) 미만인 경우에는 수압펌프(61)를 가동하여 유체를 지속적으로 보충하여 주고, 검출된 압력값이 기준압력범위(Ps) 이상인 경우에는 유량조절수단(80), 수압펌프(61) 및 체크밸브에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 제어하여 기준압력범위(Ps)를 유지하도록 한다. 이때의 제어방법은 공지된 PID(Proportional Integral Differential Control) 제어방식을 사용할 수 있다.
다음으로, 누적제어시간 판단 단계(S3)는 기준압력범위(Ps)를 유지하는데 1회 싸이클 내에서 소요된 누적제어시간(Tc)이 소정의 제1설정시간(D1) 이상인 경우에는 다음 단계로 이행하도록 하고, 상기 누적제어시간(Tc)이 상기 제1설정시간(D1) 미만인 경우에는 상기 (S2)단계를 계속 수행하도록 하는 단계이다.
제어부(300)에서는 당해 싸이클(cycle) 내에서 상기 제1전기신호가 인가된 이후로부터 압력유지 제어수단에 의하여 유량조절수단(80), 수압펌프(61) 및 체크밸브에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 제어하여 기준압력범위(Ps)를 유지하도록 한다.
또한, 검출된 압력값이 기준압력범위(Ps)에 해당하는 시간들을 누적 계산하여 당해 싸이클 내에서 기준압력범위(Ps)를 유지하는데 총 소요된 누적제어시간(Tc)을 산정하고, 누적제어시간(Tc)이 소정의 제1설정시간(D1) 이내인지를 판정하여 디스크 개폐수단을 전기신호에 의하여 개방 하도록 지령하는 디스크개폐 제어수단이 구비된다.
바람직한 일실시예에서는 상기 제1설정시간(D1)을 3분으로 설정함으로써, 누적제어시간(Tc)이 제1설정시간(D1) 이상인 경우에는 다음 (S4)단계로 이행하도록 한다. 반면, 누적제어시간(Tc)이 제1설정시간(D1) 미만인 경우에는 앞서의 (S2)단계로 되돌아가 수명시험에 요구되는 조건을 만족할 때까지 계속 수행하도록 한다.
다음으로, 밸브개방 및 압력해제 단계(S4)는 제2전기신호에 의하여 상기 디스크 개폐수단을 작동시켜 상기 디스크(12)를 개방 방향으로 전환시킴으로써 상기 수압형성용수를 배출시키는 단계이다. 제어부(300)는 제2전기신호를 인가하여 디스크 개폐수단을 작동시키며, 제2전기신호는 상기 제1전기신호와 마찬가지로 5V의 전압일 수 있다.
디스크(12)가 개방되어 압력이 해제되면, 수압형성용수는 수명시험장치의 유입부(20)에서 버터플라이 밸브(10)의 열려진 개구를 통하여 점검부(30)로 이동하고, 점검부의 드레인부(35)를 통해서 외부로 배출된다. 외부로 배출된 유체는 체크밸브를 거쳐 수압탱크(60)로 순환되어져 다시 유입부(20)로 재공급되도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 누수상태 판단 단계(S5)는 상기 제2전기신호와 상기 제1전기신호가 발생한 시각 사이의 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn : ΔT1, ΔT2, ΔT3 ... )가 제2설정시간(D2) 이상인 경우 누수상태로 인식하고 상기 시험장치의 전원을 차단하여 버터플라이 밸브의 수명시험을 종료하도록 한다. 반면, 상기 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn)가 상기 제2설정시간(D2) 미만인 경우에는 정상상태로 인식하고 다음 단계로 이행하도록 한다.
바람직한 일실시예에서는 제2설정시간(D2)을 10분으로 설정하였다. 버터플라이 밸브(10) 내의 디스크(12) 둘레에서 누수가 발생하게 되어, 수압이 하강하게 되면 수압펌프(61)와 같은 수압형성수단이 기준압력범위(Ps)를 도달 및 유지시키기 위해서 지속적으로 작동하게 된다. 따라서, 당회 싸이클 내에서 제1전기신호가 발생한 시점으로부터 제2전기신호가 발생한 시점 사이의 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn)가 제2설정시간(D2) 이상인 경우에는 누수가 발생했다고 판단하게 되는 것이다.
즉, 종래 방법에 따르면, 솔레노이드 밸브와 같은 디스크 개폐수단을 일정한 시간 간격으로 작동시켜 디스크(12)를 개방 또는 폐쇄하는 방법만을 사용하므로, 누수 발생을 확인하기 어려우며 사용자가 주기적으로 점검할 수밖에 없다.
그러나, 본 발명에 따른 수명시험방법은 검출된 압력을 판단하여 압력을 유지제어하되, 디스크 개폐수단의 시간차를 이용하여 누수상태를 자동적으로 확인하고 수명시험장치의 전원을 차단할 수 있다.
다음으로, 시험횟수갱신 및 대기 단계(S6)는 상기 디스크 개폐수단에 전달된 상기 제2전기신호에 의하여 시험횟수를 갱신하고, 소정의 대기시간이 경과할 때까지 기다리는 단계이다. 즉, 2회에 걸친 제1, 2전기신호에 의해 디스크(12)가 폐쇄 및 개방 동작이 이루어져 1회의 싸이클(cycle)을 수행하게 되므로 제2전기신호가 가해진 경우를 시험횟수 갱신으로 인정한다.
아울러, 유체의 배출에 소요되는 시간을 감안하여 이를 소정의 대기시간(Tw)으로 설정하고, 대기시간이 경과하였다고 판단되는 경우 상기 (S1)단계로 되돌아가, 상기 (S1) 내지 (S6)단계를 포함하여 반복수행한다.
한편, 본 발명에 따른 수명시험방법은 (S5)단계에서 누수상태라고 판단한 경우에 종료되는 것이나, 사용자의 구동종료 명령에 의해서도 시험이 종료될 수 있음은 물론이다.
도 8은 시간 경과에 따른 정상 작동시의 압력 변화량과 디스크 개폐수단의 전압값을 나타내는 그래프이고, 도 9는 시간 경과에 따른 누수 발생시의 압력 변화량과 디스크 개폐수단의 전압값을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 붉은색 실선(윗쪽)은 압력센서(90)를 통해 검출되는 수압변화량을 나타내며, 파란색 실선(아랫쪽)은 디스크 개폐수단(일례로, 솔레노이드 밸브)에 인가되는 전압값(V)을 나타낸다.
디스크 개폐밸브의 n번째 싸이클 내에서 제1전기신호와 제2전기신호가 발생한 시각 사이의 시간차인 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn)와 대기시간(Tw)을 포함한 시간이 1회 싸이클에 해당하는 소요시간이며 시험횟수가 반복됨에 따른 총 누적시간이 총 경과시간(Ts)에 해당한다. 도 8의 경우에는 총 4회 시험횟수(N)가 카운팅된다.
그런데, 도 9를 참조하면, 디스크 개폐수단 시간차가 ΔT3 으로서, 제2설정시간(D2) 이상인 경우에는 누수상태 판단 단계(S5)에서 누수가 발생되었다고 판정하게 되며, 상술한 바와 같은 전원차단 명령을 내리게 된다. 도 9의 경우에는 총 2회 시험회수(N)가 카운팅되고, 3회차 시험시간인 시각인 누수발생구간(Tdis)에서 누수가 발생된 것으로 기억하게 된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버터플라이 밸브의 수명시험 방법을 나타내는 순서도이다. 도 10은 도 7에 따른 실시예에 표시부(500), 영상수단(700) 및/또는 글로벌 타이머(global timer)를 더 포함하여 실시하는 것을 나타내었다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 수명시험방법은 시험횟수 갱신 및 대기 단계(S6)에서 갱신된 시험횟수를 외부에서 식별가능한 표시부(500)에 나타내도록 하는 시험횟수 표시단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 표시부(500)는 수명시험장치에 직접적으로 부착된 LED 등의 인디케이터(indicator)로 구비될 수도 있으며, 또는 수명시험장치에 인접하여 배치된 별도의 표시부로 구비될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 수명시험방법은 버터플라이 밸브(10)의 누수 장면을 촬영하는 영상수단(700)에 의하여 시험과정을 녹화하는 것을 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는, 영상수단(700)은 장시간 녹화와 재생이 가능한 공지의 블랙박스 또는 비디오카메라 장치로서, 도 11과 같이 버터플라이 밸브(10)의 확인커버(31) 및 표시부(500)가 화면에 동시에 촬영되도록 하는 것이 좋다.
즉, 도 10과 같이 사용자에 의한 구동시작이 입력되면, 영상수단 녹화를 개시한다. 이후, 누수상태로 판단되어 수명시험장치의 전원이 차단되면, 영상수단도 소정 시간 경과후 영상녹화를 중지한다. 또한, 도 11과 같이 복수개의 버터플라이 밸브들이 설치되어 본 발명에 의한 시험방법이 동시적으로 수행될 수 있음은 물론이다.
한편, 사용자에 의한 구동시작을 입력받는 경우, 총 경과시간(Ts)을 산출하는 글로벌 타이머(global timer)를 작동시키고, 누수상태 판단 단계(S5)에서 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn)가 제2설정시간(D2) 이상이라고 판단한 경우에는 글로벌 타이머를 중지시키어 누수발생구간(Tdis) 및 전회의 시험횟수를 저장장치에 기억시킨다. 동시에 수명시험장치의 전원을 차단시켜 불필요한 전력소모를 최소화시킨다. 나아가, 영상출력장치(900)에 경고 또는 알림 메시지를 표시하도록 할 수 있음은 물론이다.
누수발생으로 판단되어 수명시험이 중단된 경우, 사용자는 영상출력장치(900)를 통해 영상수단(700)을 통해 저장된 영상을 누수발생구간(Tdis)을 참조하여 다시 재생해 볼 수 있게 됨으로써, 버터플라이 밸브의 디스크(12) 둘레에 누수가 발생되는 것을 육안으로 확인이 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 버터플라이 밸브
11 : 공압 액츄에이터
12 : 디스크
100 : 수명시험장치
20 : 유입부
28 : 공기홀 29 : 에어벤트
30 : 점검부
31 : 확인커버 35 : 드레인부
60 : 수압탱크 61 : 수압펌프
80 : 유량조절수단
90 : 압력센서
300 : 제어부 500 : 표시부
700 : 영상수단 900 : 영상출력장치
1000 : 버터플라이 밸브의 수명시험 시스템
ΔTn : 디스크 개폐수단 시간차
Tdis : 누수발생구간
Ts : 총 경과시간
tw : 대기시간

Claims (5)

  1. 버터플라이 밸브가 안착된 수명시험장치를 이용하는 수명시험 방법에 있어서,
    (S1) 제1전기신호에 의하여 디스크 개폐수단을 작동시켜 상기 버터플라이 밸브의 디스크를 폐쇄 방향으로 전환시킨 다음, 수압형성용수를 공급하는 밸브폐쇄 및 압력인가 단계;
    (S2) 인가되는 압력을 검출하여 기준압력범위(Ps)에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 기준압력범위(Ps)를 유지하도록 제어하는 검출압력판단 및 유지제어 단계;
    (S3) 상기 기준압력범위(Ps)를 유지하는데 누적 소요된 누적제어시간(Tc)이 소정의 제1설정시간(D1) 이상인 경우 다음 단계로 이행하도록 하고, 상기 누적제어시간(Tc)이 상기 제1설정시간 미만인 경우 상기 (S2)단계를 수행하는 누적제어시간 판단 단계;
    (S4) 제2전기신호에 의하여 상기 디스크 개폐수단을 작동시켜 상기 디스크를 개방 방향으로 전환시킴으로써 상기 수압형성용수를 배출시키는 밸브개방 및 압력해제 단계;
    (S5) 상기 제2전기신호와 상기 제1전기신호가 발생한 시각 사이의 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn)가 제2설정시간(D2) 이상인 경우 누수상태로 인식하고 전원을 차단하여 수명시험을 종료하도록 하고, 상기 디스크 개폐수단 시간차가 상기 제2설정시간 미만인 경우에는 다음 단계로 이행하도록 하는 누수상태 판단 단계; 및
    (S6) 상기 제2전기신호에 의하여 시험횟수를 갱신하고, 소정의 대기시간이 경과할 때까지 기다리는 시험횟수갱신 및 대기 단계; 를 포함하여 상기 (S1) 내지 (S6) 단계를 반복 수행하는 버터플라이 밸브의 수명시험 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시험횟수갱신 및 대기 단계(S6)에서 갱신된 상기 시험횟수를 외부에서 식별가능한 표시부에 나타내도록 하는 시험횟수표시 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브의 수명시험 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출압력판단 및 유지제어 단계(S2)는 유량조절수단, 수압 펌프 및 체크밸브 중에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 PID제어하여 상기 기준압력범위(Ps)를 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브의 수명시험 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    사용자에 의한 구동시작을 입력받는 경우, 총 경과시간(Ts)을 산출하는 글로벌 타이머를 작동시키고, 상기 누수상태 판단 단계(S5)에서 상기 디스크 개폐수단 시간차(ΔTn)가 상기 제2설정시간(D2)을 초과하였다고 판단한 경우의 누수발생구간(Tdis)을 기억하는 것을 특징으로 하는 버터플라이 밸브의 수명시험 방법.
  5. 삭제
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