KR101586257B1 - 더블 노즐 타입 스마트 포지셔너 - Google Patents

더블 노즐 타입 스마트 포지셔너 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하나의 실시예에 따른 더블 노즐 타입 포지셔너가 제공된다. 이 포지셔너는 플래퍼(1), 상기 플래퍼(1)를 중심으로 양쪽에 배치되어 있는 제1 노즐(2) 및 제2 노즐(3), 상기 제1 노즐(2)의 정압 유지를 위한 제1 오리피스(4), 상기 제2 노즐(3)의 정압 유지를 위한 제2 오리피스(5), 입력부가 공급 압력에 연결되어 있는 제1 파일럿 밸브(6), 입력부가 상기 제1 파일럿 밸브(6)의 출력부에 연결되어 있는 제2 파일럿 밸브(7), 상기 제2 파일럿 밸브(7)의 출력부에 연결된 배출구(8), 및 상기 제1 파일럿 밸브(6)의 출력부 및 상기 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부에 연결된 액추에이터(9)를 포함한다. 상기 플래퍼(1)의 이동에 따라 상기 제1 노즐(2)이 개방되면 상기 제2 노즐(3)이 폐쇄되고, 상기 제1 노즐(2)이 폐쇄되면 상기 제2 노즐(3)이 개방된다.

Description

더블 노즐 타입 스마트 포지셔너{DOUBLE NOZZLE TYPE SMART POSITIONER}
본 발명은 밸브의 개도를 제어하는 포지셔너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 더블 노즐 타입의 포지셔너에 관한 것이다.
제어 밸브는 외부의 제어신호에 따라 밸브의 개도를 조절할 수 있는 밸브를 지칭하는 것으로, 발전소, 수처리, 석유화학 등 각종 공정자동화의 효율 및 성능에 중대한 영향을 미치는 핵심적인 기기이다. 특히, 제어 밸브는 발전소와 같은 대형의 플랜트에 설치된 각종 관로 내부를 흐르는 고온, 고압의 유체를 제어하는데 필수적이며, 유체의 유량, 압력 및 방향 등을 제어할 뿐만 아니라 유로 개폐, 교축, 역지, 과압방지 등의 주요 기능도 수행한다.
일반적으로 제어신호는 현장에서 발생하는 각종 노이즈로부터 신호의 왜곡을 방지하기 위해 4-20mA의 전류를 사용하며 밸브를 구동시키기 위한 보조 동력원으로서 공압을 이용한다.
제어 밸브는 크게 밸브본체, 액추에이터, 포지셔너로 구성되며, 밸브의 구동 방식이 직선 운동이냐 회전 운동이냐에 따라 리니어 타입 밸브, 로터리 타입 밸브로 구분된다. 액추에이터는 보조동력원인 공압을 이용하여 밸브본체와 연결된 스템을 밀어내거나 회전토크를 발생시켜 밸브를 구동시키는 역할을 담당한다. 따라서 밸브본체를 구동하기 위해 필요한 힘과 이동거리(혹은 회전각도)에 따라 액추에이터의 사양이 결정된다. 포지셔너는 밸브본체(정확하게는 스템)와 연결된 센서를 통해 플러그 개도를 측정하고 외부로부터 입력된 명령신호(4-20mA)와 비교하여 밸브의 개도가 명령신호와 일치할 때까지 액추에이터로 공급되는 공압을 조절하는 제어기기이다.
도 1은 하나의 노즐, 하나의 플래퍼(flapper) 및 하나의 파일럿 밸브를 포함하는 종래기술의 포지셔너를 도시한다. 이 포지셔너는 하나의 플래퍼(1), 하나의 노즐(2), 및 하나의 파일럿 밸브(4)를 포함한다. 또한, 노즐(2)의 정압 유지를 위한 오리피스(3)를 더 포함한다. 파일럿 밸브(4)의 입력부는 공급 압력에 연결되어 있고, 출력부는 액추에이터(5)에 연결된다. 파일럿 밸브(4)의 출력부에서 액추에이터(5)로 공급되는 공압에 따라 액추에이터가 작동된다.
이러한 포지셔너는 파일럿 밸브(4)의 출력, 즉, 액추에이터(5)로 공급되는 공압이 외부 환경에 영향을 많이 받는다는 단점이 있다.
도 2는 도 1의 포지셔너의 단점을 극복하기 위해, 하나의 액추에이터에 2개의 포지셔너를 결합한 종래기술의 배열을 도시한다. 이 배열은 두 세트의 플래퍼(1), 노즐(2), 오리피스(3), 및 파일럿 밸브(4)가 하나의 액추에이터(5)에 연결된다. 예컨대, 한 세트의 파일럿 밸브(4)의 출력은 액추에이터(5)를 상승시키는 쪽에 연결되고, 다른 세트의 파일럿 밸브(4)의 출력은 액추에이터(5)를 하강시키는 쪽에 연결된다. 이들 각각의 세트의 구조는 도 1의 포지셔너의 구조와 동일하다.
이러한 배열에서, 액추에이터(5)는 하나의 파일럿 밸브(4)의 출력과 다른 파일럿 밸브(4)의 출력의 차이에 의해 구동된다. 대체로, 두 파일럿 밸브는 비슷한 정도의 외부 영향을 받을 것이므로, 이들 두 출력의 차이는 외부 영향이 서로 상쇄된다. 결국, 이러한 배열을 통해 외부 환경에 대한 영향은 많이 받지 않게 되었다.
그러나, 포지셔너와 액추에어터를 결합하는 조립 과정이 더 번거로워지고, 두 포지셔너를 동시에 제어해야 하는 문제가 존재한다. 즉, 두 포지셔너를 제어하는 제어 신호 간의 타이밍 문제, 두 포지셔너의 출력에 존재할 수 있는 오차 등으로 인해 액츄에이터가 오작동할 가능성이 존재한다.
따라서, 상기 문제점을 해소할 수 있는 새로운 포지셔너 구조에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명에 따른 더블 노즐 타입 포지셔너는 플래퍼(1); 플래퍼(1)를 중심으로 양쪽에 배치되어 있는 제1 노즐(2) 및 제2 노즐(3); 제1 노즐(2)에 연결된 제1 파일럿 밸브(6); 제2 노즐(3)에 연결된 제2 파일럿 밸브(7); 제1 노즐(2)과 상기 제1 파일럿 밸브(6) 및 제2 노즐(3) 및 제2 파일럿 밸브(7)에 정압을 공급하는 정압 소스; 정압 소스로부터 제1 노즐(2)과 제1 파일럿 밸브(6)로 제공되는 압력을 정압 유지하기 위한 제1 오리피스(4); 및 정압 소스로부터 제2 노즐(3) 및 제2 파일럿 밸브(7)로 제공되는 압력을 정압 유지하기 위한 제2 오리피스(5)를 포함한다. 상기 제1 파일럿 밸브(6) 입력부는 공급 압력에 연결되어 있고, 상기 제1 파일럿 밸브(6)는 상기 정압 소스로부터 공급되는 공압에 따라, 상기 제1 파일럿 밸브(6) 입력부로부터 공급된 압력을 상기 제1 파일럿 밸브(6) 출력부로 전달하도록 구성되어 있다. 상기 제1 파일럿 밸브(6)의 출력부는 상기 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부에 연결되어 있다. 상기 제2 파일럿 밸브(7)는 상기 정압 소스로부터 공급되는 공압에 따라, 상기 제2 파일럿 밸브(7) 입력부로 공급된 압력을 상기 제2 파일럿 밸브(7) 출력부로 전달하도록 구성되어 있고, 상기 제2 파일럿 밸브(7)의 출력부는 배출구(8)에 연결되어 있다. 상기 제1 파일럿 밸브(6)의 출력부와 상기 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부의 접점은 액추에이터(9)에 연결되어 있다. 상기 플래퍼(1)의 이동에 따라 상기 제1 노즐(2)이 개방되면 상기 제2 노즐(3)이 폐쇄되고, 상기 제1 노즐(2)이 폐쇄되면 상기 제2 노즐(3)이 개방되도록 구성되어 있다.
바람직하게는, 상기 제1 노즐(2) 및 상기 제2 노즐(3)의 개폐는 단일 전류에 의해 제어된다.
바람직하게는, 상기 플래퍼(1)는 전류의 극성에 따라 반대방향으로 이동하도록 구성되어 있다.
본 발명의 더블 노즐 타입 포지셔너를 이용하면, 2개의 노즐을 통해 2개의 파일럿 밸브를 비례적으로 제어할 수 있다. 또한, 양의 전류 및 음의 전류를 모두 이용하므로 낮은 전류로 제어가 가능하다. 2개의 노즐이 보조적인 스토퍼(stopper)로서 역할하여, 외부의 영향에 대한 변화량이 적다.
도 1은 하나의 노즐, 하나의 플래퍼 및 하나의 파일럿 밸브를 포함하는 종래의 포지셔너의 도면이다.
도 2는 도 1의 포지셔너의 단점을 극복하기 위해, 하나의 액추에이터에 2개의 포지셔너를 결합한 종래기술의 배열을 도시하는 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 더블 노즐 타입 포지셔너의 도면이다.
이제, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 더블 노즐 타입 포지셔너가 설명된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 더블 노즐 타입 포지셔너의 개략적인 도면이다. 이 더블 노즐 타입 포지셔너는 플래퍼(1), 제1 노즐(2), 제2 노즐(3), 제1 오리피스(4), 제2 오리피스(5), 제1 파일럿 밸브(6), 제2 파일럿 밸브(7), 및 배출구(8)를 포함한다. 제1 노즐(2) 및 제2 노즐(3)은 플래퍼(1)의 플래퍼(1)를 중심으로 양쪽에 배치되어 있어, 플래퍼(1)의 이동에 의해 제1 노즐(2)이 폐쇄되면 제2 노즐(3)이 개방되고 제1 노즐(2)이 개방되면 제2 노즐(3)이 폐쇄된다. 플래퍼(1)가 중앙에 위치하면, 제1 및 제2 노즐(2 및 3) 모두 개방된다. 이러한 플래퍼(1)의 이동은 플래퍼에 제공되는 제어 전류에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 플래퍼(1)는 제어 전류의 극성에 따라 각각 반대로 이동되도록 구성될 수 있다.
제1 노즐(2)은 제1 파일럿 밸브(6)에 연결되어 있다. 제1 노즐(2) 및 제1 파일럿 밸브(6)로 정압을 공급하는 정압 소스가 그 사이에 연결된다. 제2 노즐(3)은 제1 파일럿 밸브(7)에 연결되어 있다. 제2 노즐(3) 및 제2 파일럿 밸브(7)로 정압을 공급하는 압력원이 그 사이에 연결된다. 이들 압력원은 동일한 압력원인 것이 바람직하다. 이 압력원으로부터 제1 노즐(2) 및 제1 파일럿 밸브(6)로, 그리고 제2 노즐(3) 및 제2 파일럿 밸브(7)로 공급되는 압력을 일정하게 유지하기 위해, 각각 제1 오리피스(4) 및 제2 오리피스(5)가 제공된다.
제1 파일럿 밸브(6)의 입력부는 별도의 공급 압력에 연결되어 있고, 출력부는 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부에 연결되어 있다. 제2 파일럿 밸브(7)의 출력부는 배출구(8)와 연결되어 있다. 제1 파일럿 밸브(6)의 출력부와 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부는 결합되어, 액추에이터(9)에 연결된다.
그 동작에 있어서, 플래퍼(1)에 양의 제어 전류가 공급되면, 플래퍼(1)가 제1 노즐(2) 쪽으로 이동하여 제1 노즐(2)은 폐쇄되고, 제2 노즐(3)은 개방된다. 제1 노즐(2)이 폐쇄되어 있으므로, 정압 소스로부터 제공되는 압력은 제1 파일럿 밸브(6)로 모두 제공된다. 또한, 제2 노즐(3)은 개방되므로, 정압 소스로 제공되는 압력은 제2 노즐(3)을 통해 배출되고, 제2 파일럿 밸브(7)로 제공되지 않는다. 이에 따라, 제1 파일럿 밸브(6)는 입력된 공급 압력을 출력부를 통해 내보내고 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부와 출력부는 폐쇄된다. 제1 파일럿 밸브(6)에서 출력된 공압은 액추에이터(9)로 전달되고 액추에이터(9)를, 예컨대, 상승시킨다.
플래퍼(1)에 음의 제어 전류가 공급되는 플래퍼(1)가 제2 노즐(3) 쪽으로 이동하여 제2 노즐(3)은 폐쇄되고, 제1 노즐(2)은 개방된다. 상기 설명한 바와 같이, 정압 소스로부터 제공되는 압력은 제2 파일럿 밸브(7)에 제공되고, 제1 파일럿 밸브(6)로 제공되지 않는다. 따라서, 제1 파일럿 밸브(6)로 입력되는 공급 압력은 출력되지 않고, 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부와 출력부는 개방된다. 액추에이터(9)에 존재하는 공압이 제2 파일럿 밸브(7)를 통해 배출구(8)로 배출되어, 액추에이터(9)는, 예컨대, 하강하게 된다.
플래퍼(1)에 전류가 제공되지 않으면, 두 노즐 모두 개방되며, 제1 파일럿 밸브(6) 및 제2 파일럿 밸브(7) 모두 입력부와 출력부가 차단되고, 액추에이터(9)는 움직이지 않게 된다.
상기 설명은 하나의 예일 뿐이다. 예컨대, 대안으로서, 플래퍼(1)에 음의 전류가 공급될 때 플래퍼(1)가 제1 노즐(2) 쪽으로 이동하고, 양의 전류가 공급될 때 플래퍼(1)가 제2 노즐(3) 쪽으로 이동되는 구성도 가능하다. 또한, 액추에이터의 상승 및 하강 방향도 반대일 수도 있고, 다른 방향일 수도 있다.
본 발명의 더블 노즐 타입 포지셔너는 2개의 노즐을 통해 2개의 포지셔너를 각각 비례적으로 제어할 수 있다. 제어 전류의 극성을 이용하므로, 낮은 전류로도 제어가 가능하고, 단일 전류를 이용하므로 설치 및 제어가 간편하다. 2개의 노즐이 스토퍼(stopper) 역할을 하므로 외부 영향에 대한 변화량이 적다.

Claims (3)

  1. 더블 노즐 타입 포지셔너로서,
    플래퍼(1);
    상기 플래퍼(1)를 중심으로 양쪽에 배치되어 있는 제1 노즐(2) 및 제2 노즐(3);
    상기 제1 노즐(2)에 연결된 제1 파일럿 밸브(6);
    상기 제2 노즐(3)에 연결된 제2 파일럿 밸브(7);
    상기 제1 노즐(2)과 상기 제1 파일럿 밸브(6), 및 상기 제2 노즐(3) 및 상기 제2 파일럿 밸브(7)에 정압을 공급하는 정압 소스;
    상기 정압 소스로부터 상기 제1 노즐(2)과 상기 제1 파일럿 밸브(6)로 제공되는 압력을 정압 유지하기 위한 제1 오리피스(4); 및
    상기 정압 소스로부터 상기 제2 노즐(3) 및 상기 제2 파일럿 밸브(7)로 제공되는 압력을 정압 유지하기 위한 제2 오리피스(5)를 포함하고,
    상기 제1 파일럿 밸브(6) 입력부는 공급 압력에 연결되어 있고, 상기 제1 파일럿 밸브(6)는 상기 정압 소스로부터 공급되는 공압에 따라, 상기 제1 파일럿 밸브(6) 입력부로부터 공급된 압력을 상기 제1 파일럿 밸브(6) 출력부로 전달하도록 구성되어 있고,
    상기 제1 파일럿 밸브(6)의 출력부는 상기 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부에 연결되어 있고,
    상기 제2 파일럿 밸브(7)는 상기 정압 소스로부터 공급되는 공압에 따라, 상기 제2 파일럿 밸브(7) 입력부로 공급된 압력을 상기 제2 파일럿 밸브(7) 출력부로 전달하도록 구성되어 있고, 상기 제2 파일럿 밸브(7)의 출력부는 배출구(8)에 연결되어 있고,
    상기 제1 파일럿 밸브(6)의 출력부와 상기 제2 파일럿 밸브(7)의 입력부의 접점은 액추에이터(9)에 연결되어 있고,
    상기 플래퍼(1)의 이동에 따라 상기 제1 노즐(2)이 개방되면 상기 제2 노즐(3)이 폐쇄되고, 상기 제1 노즐(2)이 폐쇄되면 상기 제2 노즐(3)이 개방되는 것을 특징으로 하는 더블 노즐 타입 포지셔너.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 플래퍼(1)의 이동은 단일 제어 전류에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 더블 노즐 타입 포지셔너.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 플래퍼(1)는 상기 단일 제어 전류의 극성에 따라 반대방향으로 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 더블 노즐 타입 포지셔너.
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