KR101641554B1

KR101641554B1 - 밸브 액추에이터 장치

Info

Publication number: KR101641554B1
Application number: KR1020150116399A
Authority: KR
Inventors: 김동완
Original assignee: (주)에너토크
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2016-07-21

Abstract

본 발명의 밸브 액추에이터 장치는 밸브에 연결된 중간 축이 마련되고, 외부 제어 신호에 의해 상기 중간 축을 회전시키는 것으로 상기 밸브를 움직이는 액추에이터부; 및 수동 회전에 의해 상기 중간 축을 회전시키는 핸들부;를 포함하고, 상기 액추에이터부는 지하에 마련된 제1 위치에 설치되며, 상기 핸들부는 지상에 마련된 제2 위치에 설치될 수 있다.

Description

밸브 액추에이터 장치{VALVE ACTUATOR DEVICE}

본 발명은 밸브를 동작시키는 밸브 액추에이터에 관한 것으로서, 구체적으로 수동 조절이 가능한 밸브 액추에이터에 관한 것이다.

밸브 액추에이터는 정상 운전시 모터나 유압에 의하여 동작되고 비상 운전시 사람의 힘으로도 동작시킬 수 있는 것으로서, 밸브에 구동력을 제공하여 밸브를 개폐하는 장치이다.

종래의 밸브 액추에이터는 비상 운전시 밸브 액추에이터에 배치된 수동 핸들을 조작하기 위해 밸브 액추에이터에 접근해야 하는 문제점이 있었다.

밸브 액추에이터의 주변이 각종 위험에 노출된 비상 상황에서 밸브 액추에이터에 접근하는 것은 현실적으로 어렵다.

한국공개특허공보 제10-2013-0018162호에는 밸브 액추에이터에 대한 기술이 개시되고 있다.

한국공개특허공보 제10-2013-0018162호

본 발명은 안전한 위치에서 수동 조작이 가능한 밸브 액추에이터 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 밸브 액추에이터 장치에 따르면, 사용자의 접근이 어려운 지하에 배치된 액추에이터부의 수동 조작을 사용자의 접근이 용이한 지상에서 수행할 수 있다.

액추에이터부가 맨홀(manhole)이나 지하에 설치된 경우, 단전이나 고장에 의해 수동 조작이 요구될 수 있다. 이때, 사용자는 위험을 감수하고 액추에이터부에 접근하여 수동 절환을 하고 수동 조작을 해야 한다.

일예로, 단전이나 액추에이터부의 고장은 맨홀이나 지하에 물이 찬 경우에 발생될 수 있는데, 사용자가 감전사 또는 익사의 위험을 무릅쓰고 맨홀이나 지하에 배치된 액추에이터부를 수동 조작하는 것은 현실적으로 불가능하다.

그러나, 본 발명에 따르면 지상에 마련된 핸들을 조작하는 것을 통해 액추에이터부를 수동 조작할 수 있으므로, 적재적소의 밸브를 용이하면서도 안전하게 수동 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 밸브 액추에이터 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 토크 센서부를 포함하는 밸브 액추에이터 장치의 외관을 도시한 사시도이다.
도 3은 토크 센서부를 포함하는 밸브 액추에이터 장치의 단면도이다.
도 4는 토크 센서부의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 토크 센서부의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 토크 센서부의 동작을 모식적으로 도시한 개략 사시도이다.
도 7은 비교 실시예에 따른 밸브 액추에이터 장치를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 밸브 액추에이터 장치의 단면을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 밸브 액추에이터 장치의 단면을 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 밸브 액추에이터 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 밸브 액추에이터 장치는 액추에이터부(210) 및 핸들부(230)를 포함할 수 있다.

액추에이터부(210)에는 밸브(10)에 연결된 중간 축(150)이 마련될 수 있다. 이때, 액추에이터부(210)는 외부 제어 신호에 의해 중간 축(150)을 회전시키는 것으로 밸브를 움직일 수 있다.

밸브(10)는 유체가 흐르는 유로가 마련된 유체 파이프(3) 또는 관을 개폐하는 것일 수 있다. 따라서, 밸브를 움직이는 액추에이터부(210)에 따르면 유로가 개폐될 수 있다.

유로의 개폐는 관리실에 마련된 제어반 또는 액추에이터부(210)에 마련된 유량 감지 수단에 의해 제어될 수 있다. 이때, 제어반 또는 유량 감지 수단에서는 액추에이터부(210)에 마련된 모터(120)의 제어 신호가 생성될 수 있다. 이때의 모터(120)의 제어 신호가 앞에서 언급된 외부 제어 신호일 수 있다.

상황에 따라 액추에이터부(210)는 외부 제어 신호 또는 구동 전력을 제공받지 못하거나 자체 고장에 의해 정상적으로 동작하기 힘들 수 있다.

일예로, 밸브가 설치된 지하에 물이 침수된 경우 또는 밸브가 설치된 유체 파이프(3)가 누설된 경우 밸브의 근처에 마련된 액추에이터부(210) 역시 물에 침수될 수 있다. 물의 침수로 인해 제어 신호의 공급 또는 구동 전력의 공급이 중단될 수 있다.

그런데, 문제는 지하의 물 침수 문제나 유체 파이프(3) 누설 문제를 해결하기 위한 선결 과제로 유체 파이프(3)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 밸브를 움직여야 한다는 것이다. 이 경우 전기 공급을 통한 액추에이터부(210)의 구동이 불가능하므로 액추에이터부(210)에 마련된 핸들(170)을 수동을 돌려서 유체 파이프(3)를 개폐해야 한다.

핸들(170)은 도 7과 같이 액추에이터부(210)에 직접 설치될 수 있다.

도 7은 비교 실시예에 따른 밸브 액추에이터 장치를 나타낸 개략도이다.

도 7과 같이 수동 조작 가능한 핸들(170)이 액추에이터부(210)에 설치된 경우 사용자는 지면(1) 아래의 제1 위치 ①에 배치된 핸들(170)을 조작하기 위해 사다리(9) 등을 이용해 제1 위치 ①로 접근해야 한다. 그러나, 침수된 상태의 지하로 접근하는 것이 쉽지 않다. 왜냐하면, 침수된 유체로 인해 익사나 감전사의 위험이 존재하기 때문이다.

이와 같이 액추에이터부(210)가 설치된 지하로의 접근이 어려운 비상 상황시 용이하게 액추에이터부(210)를 수동 조작할 수 있는 방안이 본 발명에 의해 제안된다.

다시 도 1로 돌아가서 본 발명의 밸브 액추에이터 장치에는 수동 회전에 의해 액추에이터부(210)에 마련된 중간 축(150)을 회전시키는 핸들부(230)가 마련될 수 있다. 중간 축(150)은 밸브에 연결된 상태이므로 중간 축(150)을 회전시키면 밸브가 움직여 유로가 개폐될 수 있다.

핸들부(230)를 구성하는 핸들(170)이 액추에이터부(210)에 직접 설치되면, 앞에서 살펴본 문제가 그대로 존재하므로 핸들부(230), 구체적으로 핸들(170)은 액추에이터부(210)로부터 이격된 위치에 배치될 수 있다.

일예로, 액추에이터부(210)가 지하에 마련된 제1 위치 ①에 설치될 때, 핸들부(230)는 지상에 마련된 제2 위치 ②에 설치될 수 있다. 그 결과 사용자는 비상 상황시 제1 위치 ①로 접근할 필요없이 지상에 마련된 제2 위치 ②에서 핸들부(230)를 조작할 수 있다. 따라서, 언제든지 원하는 시점에 액추에이터부(210)를 수동 조작할 수 있으며, 익사나 감전사 등의 위험을 방지할 수 있다.

제1 위치 ①에 배치된 액추에이터부(210)를 제2 위치 ②에 배치된 핸들부(230)를 통해 수동 조작하기 위해 핸들부(230)는 특수한 구조를 취할 수 있다.

액추에이터부(210)는 모터(120), 중간 축(150)이 마련될 수 있다.

모터(120)는 모터(120) 축을 구비하고 전기 공급에 의해 회전할 수 있다.

중간 축(150)은 모터(120) 축의 회전에 의해 회전되고, 회전에 의해 밸브를 움직일 수 있다.

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핸들부(230)는 중간 축(150)에 연결되는 연결 축(231), 연결 축(231)에 연결되고 수동 조작되는 핸들(170)을 포함할 수 있다. 이때, 연결 축(231)은 제1 위치 ①로부터 제2 위치 ②까지 연장될 수 있다. 이에 따르면 사용자는 제2 위치 ②에서 핸들(170)을 조작하는 것에 의해 연결 축(231)을 회전시킬 수 있으며, 연결 축(231)의 회전을 통해 제1 위치 ①에 마련된 중간 축(150)을 회전시킬 수 있다.

연결 축(231)은 제1 위치 ①로부터 제2 위치 ②까지 연장되는 맨홀 또는 파이프 내에 배치될 수 있다.

이하에서는 액추에이터부(210)의 구조에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 토크 센서부(300)를 포함하는 밸브 액추에이터 장치(100)의 외관을 도시한 사시도이다. 도 3은 토크 센서부(300)를 포함하는 밸브 액추에이터 장치(100)의 단면도이다. 도 4는 토크 센서부(300)의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 도 5는 토크 센서부(300)의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 도 6은 토크 센서부(300)의 동작을 모식적으로 도시한 개략 사시도이다.

도 2 내지 도 6을 함께 참조하며 토크 센서부(300) 및 이를 장착한 밸브 액추에이터 장치(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 2를 참조하면, 밸브 액추에이터는 모터(120)에 의하여 구동력을 제공받고 유체 파이프(3) 내부에서 밸브(10)가 승강되게 할 수 있다. 도시된 예시에 한정되지 않고 버터 플라이 형태의 밸브(10)가 회동되는 실시예도 가능하다.

도 3에 도시된 밸브 축(180)은 도 2의 밸브에 연결되어 밸브 액추에이터에서 제공된 작동력을 밸브에 전달한다. 도 3에 도시된 밸브 축(180)은 웜 기어(140)에 연결되어 회전하며, 밸브 축(180)의 회전에 따라 밸브(10)는 회전 또는 승강될 수 있다.

도 3의 모터(120)는 하우징(110) 내부에 설치되며, 하우징(110)에 고정되는 스테이터(128)와 모터 축(122)에 고정되는 로터(127)를 포함한다. 스테이터(128) 및 로터(127) 사이에 작용하는 전자기력에 의하여 모터 축(122)은 구동력을 발생한다.

모터 축(122)은 모터 축 베어링(121)에 의하여 회전 가능하게 하우징(110)에 고정된다. 중간 축(150)은 중간 축 베어링(155)에 의하여 회전 가능하게 하우징(110)에 고정된다. 중간 축(150)에는 웜(130)이 마련되고, 웜(130)은 밸브 축(180)에 마련된 웜 기어(140)에 결합된다. 중간 축(150)은 높은 감속비로 감속되며 밸브 축(180)에 모터(120)의 구동 회전력을 전달한다. 모터(120)가 정지된 경우 핸들(170)의 수동 회전에 의하여 밸브 축(180)이 회전되게 할 수 있다.

한편, 토크 센서부(300)가 장착되는 중간 축(150)과 모터(120)가 설치되는 모터 축(122)을 기구적으로 절연시키는 차단 수단이 마련될 수 있다. 차단 수단은 중간 축(150)과 모터 축(122)을 축 방향으로는 분리시키고 원주 방향으로는 연결한다. 따라서, 모터(120)에서 발생한 회전력은 원주 방향을 따라 중간 축(150)에 손실없이 전달되지만, 중간 축(150)에 작용하는 스러스트 하중은 축방향을 따라 모터 축(122)으로 전달되지 않는다. 이러한 기능은 차단 수단에 의하여 구현된다.

차단 수단은 중간 축(150)에 작용하는 부하로 인하여 중간 축(150)이 스러스트 하중(thrust force)을 받을 때 중간 축(150)에 가해지는 스러스트 하중이 모터 축(122)에 작용하지 않게 절연시킨다.

한편, 외부 부하에 의한 스러스트 하중이 중간 축(150)에 가해지고, 스러스트 하중에 의하여 중간 축(150)이 중간 축 베어링(155) 유격 범위 내에서 미시적으로 거동되며, 미시적 거동과 동일한 양만큼 제1 탄성 부재(331) 또는 제2 탄성 부재(332)가 탄성 변형된다. 토크 센서부(300)에서 측정되는 '토크'는 밸브 축(180)의 부하 토크를 말한다. 밸브 축(180)의 부하 토크는 웜 기어(140) 및 웜(130)에 의하여 중간 축(150)의 스러스트 하중에 대응되는 성분이다.

토크 센서부(300)는 밸브 축(180)의 부하 토크 또는 중간 축(150)의 스러스트 하중을 정확하게 측정할 수 있어야 한다. 정확한 측정이 되려면, 스러스트 하중이 손실되지 않고 100% 만큼 중간 축(150)에 전달되어야 하며, 스러스트 하중에 정확하게 대응되도록 제1 탄성 부재(331) 또는 제2 탄성 부재(332)가 탄성 변형되어야 한다.

중간 축(150)에 가해지는 스러스트 하중이 제1 탄성 부재(331) 또는 제2 탄성 부재(332)로 모두 전달되게 하는 한편 모터(120)에서 발생한 회전력이 손실없이 중간 축(150)으로 전달되게 하려면, 중간 축(150)과 모터 축(122)은 축 방향으로는 절연되고 원주 방향으로는 연결되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 차단 수단이 마련될 수 있다.

일 실시예로서, 차단 수단은 모터 축(122) 또는 중간 축(150)에 형성되는 장공(125)과, 장공(125) 사이에 끼워지는 고정 키(160)를 포함한다.

일 실시예로서, 모터 축(122)의 단부(123)에 모터 축 구멍(124)이 형성되고, 모터 축 구멍(124)에 중간 축(150)의 단부(153)가 삽입된다. 중간 축(150)의 단부(153)에 슬리브(sleeve) 결합된 모터 축 구멍(124)에는 축 방향으로 따라 연장되는 장공(125)이 형성되며, 장공(125) 및 중간 축(150)의 단부(153)는 고정 키(160)에 의하여 결합된다. 중간 축(150)은 장공(125)을 따라 축 방향으로는 이동 가능하며, 원주 방향으로는 모터 축(122)에 구속된다.

유체 파이프(3) 내부를 흐르는 유체의 속도가 증가하거나 유체 파이프(3)가 막히면 밸브(10)에 가해지는 부하가 커지고 밸브 액추에이터에 과부하가 가해지면 밸브 액추에이터의 내부 부품이 파손될 수 있다. 또한, 모터(120) 제어의 정확도를 향상시키기 위하여 밸브(10)에 가해지는 외부 부하나, 중간 축(150)에서 밸브(10) 쪽으로 가하는 구동 부하를 정확하게 측정할 필요가 있다.

결국 중간 축(150)에 가해지는 스러스트 하중을 정확하게 측정하여야 한다. 그런데 본 발명과 같이 산업용으로 사용되는 밸브 액추에이터의 경우 스러스트 하중이 너무 크다. 민감도가 높지만 쉽게 파손되고 큰 하중을 측정하기 곤란한 피에조(piezo) 센서를 토크 센서부(300)에 채용하면 피에조 센서가 파손되거나 측정 가능한 값의 제한이 있을 수 있다.

일 실시예로서, 토크 센서부(300)는 밸브 액추에이터 내부에 축 방향으로 가해지는 스러스트 하중을 압력으로 변환하는 압력 변환 수단과, 압력을 측정하는 센서를 포함한다.

압력 변환 수단은 센서가 장착되는 압축 부재와, 압축 부재 및 센서를 가압하는 탄성 부재를 포함한다. 센서는 압축 부재와 탄성 부재 사이에 개재된다. 탄성 부재는 압축 부재 및 하우징(110) 사이에 개재된다.

스러스트 하중은 축 방향을 따라 정방향 하중 또는 역방향 하중으로 작용할 수 있다. 반면에 센서가 피에조 타입인 경우 압축력만 측정할 수 있다.

일 실시예로서, 센서는 정방향 하중을 측정하는 제1 센서(311)와 역방향 하중을 측정하는 제2 센서(312)를 포함한다. 압축 부재는 제1 센서(311)가 장착되는 제1 압축 부재(321)와 제2 센서(312)가 장착되는 제2 압축 부재(322)를 포함할 수 있다. 탄성 부재는 제1 압축 부재(321) 및 제1 센서(311)를 가압하는 제1 탄성 부재(331)와 제2 압축 부재(322) 및 제2 센서(312)를 가압하는 제2 탄성 부재(332)를 포함할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1 센서(311)의 프레임 기능을 하는 제1 센서(311)의 배면은 제1 압축 부재(321)에 형성된 센서 홀(340)에 밀착된다. 제1 센서(311)의 작동면에 해당하는 제1 센서(311)의 전면은 제1 탄성 부재(331)에 밀착된다. 제1 탄성 부재(331)의 일측은 하우징(110) 또는 센서 하우징(350)에 연결되고, 제1 탄성 부재(331)의 타측은 제1 압축 부재(321) 및 제1 센서(311)를 가압한다.

스러스트 하중이 정방향 하중으로 작용할 때, F1을 제1 압축 부재(321) 또는 제1 탄성 부재(331)의 면적 A에 의하여 나눈 면압 F1/A가 제1 압축 부재(321) 또는 제1 탄성 부재(331)의 단위 면적에 작용한다. 제1 센서(311)의 면적 a와 상기 면압 F1/A를 곱한 분력 (F1/A)*a가 제1 센서(311)에서 측정되는 측정력 f1 이다. 제1 압축 부재(321) 또는 제1 탄성 부재(331)의 면적 A보다 제1 센서(311)의 면적 a가 작으므로, 측정력 f1은 정방향 하중 F1보다 작다. 따라서, 스러스트 하중으로서 큰 힘이 작용하더라도, 제1 센서(311)에 작용하는 힘은 스러스트 하중의 분력이 작용하며, 스러스트 하중에 대한 제1 센서(311) 측정력의 감쇄 비율은 제1 센서(311)의 면적에 대한 제1 압축 부재(321) 또는 제1 탄성 부재(331)의 면적 비율에 대응된다.

마찬가지로, 제2 센서(312)의 프레임 기능을 하는 제2 센서(312)의 배면은 제2 압축 부재(322)에 형성된 센서 홀(340)에 밀착된다. 제2 센서(312)의 작동면에 해당하는 제2 센서(312)의 전면은 제2 탄성 부재(332)에 밀착된다. 제2 탄성 부재(332)의 일측은 하우징(110) 또는 센서 하우징(350)에 연결되고, 제2 탄성 부재(332)의 타측은 제2 압축 부재(322) 및 제2 센서(312)를 가압한다.

스러스트 하중이 역방향 하중으로 작용할 때, F2을 제2 압축 부재(322) 또는 제2 탄성 부재(332)의 면적 A에 의하여 나눈 면압 F1/A가 제2 압축 부재(322) 또는 제2 탄성 부재(332)의 단위 면적에 작용한다. 제2 센서(312)의 면적 a와 상기 면압 F2/A를 곱한 분력 (F2/A)*a가 제2 센서(312)에서 측정되는 측정력 f2 이다. 제2 압축 부재(322) 또는 제2 탄성 부재(332)의 면적 A보다 제2 센서(312)의 면적 a가 작으므로, 측정력 f2는 역방향 하중 F2보다 작다. 따라서, 스러스트 하중으로서 큰 힘이 작용하더라도, 제2 센서(312)에 작용하는 힘은 스러스트 하중의 일부만 작용하며, 스러스트 하중에 대한 제2 센서(312) 측정력의 감쇄 비율은 제2 센서(312)의 면적에 대한 제2 압축 부재(322) 또는 제2 탄성 부재(332)의 면적 비율에 대응된다.

따라서, 중간 축(150)에 가해지는 스러스트 하중은 감쇄되어 토크 센서부(300)에 전달된다.

도 4를 참조하면, 토크 센서부(300)의 일 실시예가 도시된다. 중간 축(150)의 스러스트 하중은 센서 베어링(315)을 통하여 제1 압축 부재(321) 또는 제2 압축 부재(322)에 전달된다. 스러스트 하중이 정방향 하중인 경우 제1 압축 부재(321) 및 제1 탄성 부재(331)가 가압되고 제1 센서(311)는 면적비에 의하여 감쇄된 스러스트 하중을 측정한다. 스러스트 하중이 역방향 하중인 경우 제2 압축 부재(322) 및 제2 탄성 부재(332)가 가압되고 제2 센서(312)는 면적비에 의하여 감쇄된 스러스트 하중을 측정한다.

일 실시예로서, 센서 베어링 고정 부재(318)는 센서 베어링 내륜(316)을 중간 축(150)에 연결한다. 센서 베어링 외륜(317)은 제1 압축 부재(321) 또는 제2 압축 부재(322)에 연결된다. 중간 축(150)은 중간 축 베어링(155) 또는 센서 베어링(315)의 유격 범위내에서만 미시적으로 축방향 이동이 허용된다. 스러스트 하중의 작용시 제1 탄성 부재(331) 및 제2 탄성 부재(332)의 탄성 변형량이 중간 축 베어링(155)의 유격 범위 또는 센서 베어링(315)의 유격 범위보다 작도록, 제1 탄성 부재(331) 또는 제2 탄성 부재(332)는 하우징(110)과 제1 압축 부재(321) 사이 또는 하우징(110)과 제2 압축 부재(322) 사이에 설치된다. 중간 축 베어링(155) 또는 센서 베어링(315)의 유격 범위는 '0'에 가까운 극소값이 되며, 중간 축(150)의 축 방향 변위도 '0'에 가까운 극소값이 되고, 토크 센서부(300)는 중간 축(150)의 축방향 변위가 '0'에 가까운 상태에서 충분한 민감도로 스러스트 하중을 측정할 수 있다.

이와 같이 제1 탄성 부재(331) 및 제2 탄성 부재(332)의 탄성 변형량이 중간 축 베어링(155)의 유격 범위 또는 센서 베어링(315)의 유격 범위보다 작도록, 토크 센서부(300)는 모터 축(122)에 연결된 중간 축(150)에 직결되는 것이 바람직하다.

일 실시예로서, 도 4를 참조하면 토크 센서부(300)는 모터(120)의 스테이터(128) 또는 로터(127)에 대면되는 모터(120)의 인접 위치에 설치된다. 토크 센서부(300)는 모터(120)로부터 센서 하우징(350), 제2 탄성 부재(332), 제2 압축 부재(322), 제1 압축 부재(321), 제1 탄성 부재(331), 하우징(110)의 순서로 결합된 토크 센서부(300)가 도시된다. 모터(120)에 인접하여 토크 센서부(300)가 설치되는 경우 토크 센서부(300)의 일측을 하우징(110)에 연결하기 위하여 센서 하우징(350)이 모터(120) 및 토크 센서부(300) 사이에 배치될 수 있다.

한편, 하우징(110)에 대한 밀착성을 향상시키기 위하여 와셔(190)가 하우징(110) 및 제1 탄성 부재(331) 사이에 개재될 수 있다. 제2 탄성 부재(332)는 센서 하우징(350)에 의하여 하우징(110)에 연결될 수 있다.

일 실시예로서, 도 5를 참조하면, 중간 축(150)의 끝단에 토크 센서부(300)가 설치된다. 이에 의하면 중간 축 베어링(155), 제2 탄성 부재(332), 제2 압축 부재(322), 제1 압축 부재(321), 제1 탄성 부재(331), 센서 하우징(350)의 순서로 결합된 토크 센서부(300)가 도시된다. 센서 하우징(350)은 센서 하우징 고정 부재(352)에 의하여 하우징(110)에 착탈된다.

도 2 내지 도 6에서 살펴본 밸브 액추에이터 장치는 핸들(170)이 하우징(110)으로부터 돌출된 중간 축(150)에 직접 연결되고 있다. 본 발명에 따르면, 해당 핸들(170)은 하우징(110)으로부터 이격된 지상의 제2 위치 ②에 설치될 수 있다. 아울러, 본 발명을 구성하는 액추에이터부(210)는 도 2 내지 도 6에서 설명된 밸브 액추에이터 장치에서 핸들(170)을 제외한 모든 구성을 포함할 수 있다. 이때, 토크 센서부는 구비되지 않아도 무방하다.

다시 도 1로 돌아가서, 핸들부(230)는 제1 위치 ①로부터 제2 위치 ②까지 연장된 연결 축(231), 수동 조작되는 핸들(170)을 포함할 수 있다. 이때, 연결 축(231)의 일단은 중간 축(150)에 연결되고, 연결 축(231)의 타단은 핸들(170)에 연결될 수 있다.

연결축의 일단에는 중간 축(150)에 맞물리는 기어가 마련될 수 있다. 그 결과 핸들(170)을 돌리면 연결 축(231)이 회전하고, 연결 축(231)의 회전에 의해 중간 축(150)이 회전할 수 있다. 반대로, 모터(120)에 의해 중간 축(150)이 회전하면 연결 축(231) 및 핸들(170)이 회전할 수 있다.

모터(120)의 구동시 핸들(170)이 회전하지 않도록 액추에이터부(210)에는 절환 장치가 마련될 수 있다. 절환 장치는 사용자에 의해 조작 가능하도록 액추에이터부(210)의 외부에 노출될 수 있다. 절환 장치는 사용자의 조작에 의해 핸들(170)과 중간 축(150)을 연결하거나 핸들(170)과 중간 축(150)의 연결을 해제할 수 있다.

그런데, 본 발명에서 사용자는 절환 장치가 마련된 제1 위치 ①이 아닌 제2 위치 ②에서 핸들(170)을 조작할 수 있다. 따라서, 제1 위치 ①에 마련된 절환 장치를 조작하기 어렵다. 따라서, 본 발명의 밸브 액추에이터 장치에는 중간 축(150)과 핸들(170)을 직접 연결하거나 해당 연결을 해제하는 절환 장치가 마련되지 않아도 무방하다. 대신, 연결 축(231)은 중간 축(150)에 맞물린 상태가 항상 유지될 수 있다.

연결 축(231)이 항상 중간 축(150)에 연결되므로 밸브의 자동 제어를 위해 모터(120)가 구동되면, 중간 축(150)에 연결된 연결 축(231) 및 핸들(170) 역시 회전할 수 있다.

그런데, 모터(120)의 구동시 핸들(170)이 회전하면 핸들(170)을 유지 보수하는 사용자의 손이 핸들(170)에 끼이는 사고가 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해 핸들부(230)에는 연결 축(231)과 핸들(170)을 연결시키는 절환 수단(233)을 포함할 수 있다. 이때의 절환 수단(233)은 중간 축(150)과 핸들(170)을 연결시키는 것이 아니라, 연결 축(231)과 핸들(170)을 연결시키는 점에서 앞에서 설명된 절환 장치와 구별될 수 있다.

절환 수단(233)은 핸들(170)과 함께 제2 위치 ②, 즉 지상에 배치될 수 있다. 이에 따르면 사용자는 제2 위치 ②에서 절환 수단(233)을 용이하게 조작할 수 있다.

절환 수단(233)의 조작에 따라 핸들(170)은 연결 축(231)에 연결되거나, 연결 축(231)과의 연결이 해제될 수 있다.

절환 수단(233)의 조작에 의해 평상시 핸들(170)은 연결 축(231)과의 연결이 해제된 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 모터(120)의 구동에 의해 연결 축(231)이 회전하더라도 핸들(170)은 연결 축(231)과 독립적인 운동 상태를 가질 수 있다.

비상 상황시 절환 수단(233)의 조작을 통해 핸들(170)은 연결 축(231)과 연결될 수 있다. 그리고, 핸들(170)을 돌리면 연결 축(231)과 중간 축(150)이 회전하면서 밸브를 원하는 상태로 움직일 수 있다.

밸브 액추에이터 장치의 공장 출하시 핸들부(230)가 액추에이터부(210)에 설치되는 것이 불합리할 수 있다. 왜냐하면, 액추에이터부(210)의 설치 위치에 따라 연결 축(231)의 길이가 달라질 수 있기 때문이다. 설사 해당 길이를 알고 있다고 하더라도, 연결 축(231)이 연결된 상태로 밸브 액추에이터 장치가 출하되면 이송 및 보관이 어려울 것은 자명하다. 아울러, 중간 축(150)에 핸들(170)이 직접 연결된 기존의 밸브 액추에이터 장치에 핸들부(230)를 설치하기 어려울 수 있다.

이송, 보관, 설치의 편의를 위해 핸들부(230)는 액추에이터부(210)에 착탈 가능하게 구성될 수 있다.

일예로, 중간 축(150)의 일부는 액추에이터부(210)를 구성하는 하우징(110)으로부터 돌출될 수 있다. 이렇게 돌출된 중간 축(150)에는 핸들(170)이 직접 설치될 수 있으며, 이렇게 중간 축(150)에 핸들(170)이 직접 설치된 모습은 기존의 밸브 액추에이터 장치에 해당할 수 있다.

본 발명은 제1 위치 ①의 핸들(170)을 제2 위치 ②로 옮기는 것이므로, 하우징(110)으로부터 돌출된 중간 축(150)에 직접 설치되는 핸들(170)은 배제될 수 있다. 대신 핸들부(230)에는 제1 기어(238), 제2 기어(239), 연결 축(231), 케이스(234, 235), 중간 축(150)이 아닌 연결 축(231)에 설치되는 핸들(170)이 마련될 수 있다.

제1 기어(238)는 액추에이터부(210)의 하우징(110)으로부터 돌출된 중간 축(150)에 설치될 수 있다.

제2 기어(239)는 제1 기어(238)에 맞물릴 수 있다. 이때, 연결 축(231)의 일단은 제1 위치 ①에서 제2 기어(239)에 설치되고 연결 축(231)의 타단은 제2 위치 ②까지 연장되고 제2 위치 ②에서 핸들(170)에 설치될 수 있다.

케이스에는 제2 기어(239)와 연결 축(231)의 일단이 수용될 수 있다. 이때, 케이스는 나사 결합에 의해 하우징(110)에 착탈될 수 있다. 따라서, 본 발명의 핸들부(230)에 따르면 기존 액추에이터부(210)의 중간 축(150)에 설치된 핸들(170)을 제거한 후 제1 기어(238)를 중간 축(150)에 장착하고 케이스를 장착하는 것으로, 기존의 액추에이터부(210)에 핸들부(230)를 설치할 수 있다. 아울러, 설치 환경에 따라 제1 위치 ①로부터 제2 위치 ②까지 연장된 연결 축(231)을 마련한 후 제2 기어(239)에 끼우는 것으로 연결 축(231)의 설치가 완료될 수 있다. 이에 따르면, 케이스 및 연결축의 이송, 보관, 설치가 용이해질 수 있다.

액추에이터부(210)에 핸들부(230)가 용이하게 설치되도록 케이스는 제1 부재(234)와 제2 부재(235)를 포함할 수 있다.

제1 부재(234)는 하우징(110)에 대면되는 것으로 하우징(110)에 나사 결합될 수 있다. 제2 부재(235)는 중간 축(150)을 덮고 제1 부재(234)에 나사 결합될 수 있다. 제1 부재(234)의 중간에는 중착 축이 통과하는 홀이 마련될 수 있다.

이때, 제1 기어(238)는 하우징(110)으로부터 돌출된 중간 축(150)의 단부에 직접 설치될 수 있다. 제2 기어(239)는 제2 부재(235)에 설치될 수 있다. 또한, 제2 부재(235)에는 연결 축(231)이 삽입되는 삽입구(237)가 마련될 수 있다.

이때, 제2 기어(239)와 삽입구(237)는 제1 위치 ①로부터 제2 위치 ②를 연결하는 가상의 연장선 상에 배치될 수 있다.

본 발명의 밸브 액추에이터 장치는 다음과 같이 설치될 수 있다.

액추에이터부(210)의 하우징(110)에 제1 부재(234)를 나사 결합한다.

액추에이터부(210)로부터 돌출된 중간 축(150)에 제1 기어(238)를 설치한다. 만약, 해당 중간 축(150)에 핸들(170)이 설치된 경우라면 해당 핸들(170)을 제거한 후 제1 기어(238)를 설치한다.

액추에이터부(210)가 설치된 제1 위치 ①과 핸들(170)이 설치될 제2 위치 ② 간의 기울기를 따라 제2 기어(239)와 삽입구(237)가 형성된 제2 부재(235)를 마련한다.

제2 부재(235)를 제1 부재(234)에 나사 결합한다. 이때의 나사 결합 과정에서 제2 기어(239)는 제1 기어(238)에 맞물릴 수 있다.

제1 위치 ①로부터 제2 위치 ②까지 연장되는 연결 축(231)을 제2 부재(235)에 설치한다.

제2 위치 ②에서 연결 축(231)에 핸들(170)을 설치한다. 필요한 경우 연결 축(231)과 핸들(170) 사이에 절환 수단(233)이 추가로 설치될 수 있다.

도 8은 본 발명의 밸브 액추에이터 장치의 단면을 나타낸 개략도이고, 도 9는 본 발명의 다른 밸브 액추에이터 장치의 단면을 나타낸 개략도이다.

중간 축(150)이 상하 방향으로 연장될 때 도 8에서 연결 축(231)은 상하 방향으로 연장될 수 있다. 연결 축(231)의 연장 방향은 제1 위치 ①과 제2 위치 ②에 따라 결정될 수 있다.

연결 축(231)은 제2 부재(235)에 마련된 삽입구(237)와 제2 기어(239)에 의해 지지되므로, 연결 축(231)의 연장 방향을 따라 삽입구(237)와 제2 기어(239)가 형성된 제2 부재(235)가 마련될 수 있다.

중간 축(150)과 연결 축(231)의 연장 방향이 동일하므로, 제1 기어(238)와 제2 기어(239)는 동일 방향으로 연장되는 회전축을 갖는 평기어 또는 헬리컬 기어로 구성될 수 있다.

도 9에서 연결 축(231)은 좌우 방향으로 연장되고 있다. 중간 축(150)과 연결 축(231)의 연장 방향이 서로 다르므로, 제1 기어(238)와 제2 기어(239)는 서로 다른 방향으로 연장되는 회전축을 갖는 베벨 기어, 나사 기어로 구성될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1...지면 3...유체 파이프
5...종동 축 9...사다리
10...밸브
A...상사점 B...하사점
100... 밸브 액추에이터 장치 110...하우징
120...모터 121...모터 축 베어링
122...모터 축 123...모터 축의 단부
124...모터 축 구멍 125...장공
127...로터(rotor) 128...스테이터(stator)
130...웜(worm) 140...웜 기어
150...중간 축 153...중간 축의 단부
155...중간 축 베어링 160...고정 키
170...핸들 180...밸브 축
190...와셔 210...액추에이터부
230...핸들부 231...연결 축
233...절환 수단 234...제1 부재
235...제2 부재 237...삽입구
238...제1 기어 239...제2 기어
300...토크 센서부 311...제1 센서
312...제2 센서 315...센서 베어링
316...센서 베어링 내륜 317...센서 베어링 외륜
318...센서 베어링 고정 부재 321...제1 압축 부재
322...제2 압축 부재 331...제1 탄성 부재
332...제2 탄성 부재 340...센서 홀
350...센서 하우징 352...센서 하우징 고정 부재
F1...정방향 하중 F2...역방향 하중

Claims

모터 축이 마련된 모터, 차단 수단에 의해 원주 방향으로 상기 모터 축에 구속되는 중간 축이 마련되고, 외부 제어 신호에 의해 회전되는 상기 모터 축에 의해 상기 중간 축을 회전시키는 것으로 밸브를 움직이며, 지하에 마련된 제1 위치에 설치되는 액추에이터부;
상기 제1 위치로부터 지상에 마련된 제2 위치까지 연장되며 기어를 통해 상기 중간 축에 맞물린 연결 축;
상기 제2 위치에 위치하는 상기 연결 축의 단부에 연결되고 수동 조작에 의해 상기 연결 축 및 상기 연결 축에 맞물린 상기 중간 축을 회전시켜 상기 밸브를 움직이는 핸들;
상기 핸들과 함께 상기 제2 위치에 배치되는 절환 수단;을 포함하고,
상기 연결 축은 상기 기어를 통해 상기 중간 축에 맞물린 상태가 유지되며,
상기 제2 위치에 배치된 상기 절환 수단의 조작에 따라 상기 핸들이 상기 연결 축에 연결되거나, 상기 핸들과 상기 연결 축의 연결이 해제되는 밸브 액추에이터 장치.
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제1항에 있어서,
상기 중간 축의 일부는 상기 액추에이터부를 구성하는 하우징으로부터 돌출되고,
상기 하우징으로부터 돌출된 상기 중간 축에 설치되는 제1 기어, 상기 제1 기어에 맞물리는 제2 기어, 일단이 상기 제2 기어에 설치되고 타단이 상기 제2 위치까지 연장되는 상기 연결 축, 상기 제2 기어와 상기 연결 축의 일단이 수용되는 케이스가 마련되며,
상기 케이스는 나사 결합에 의해 상기 하우징에 착탈되는 밸브 액추에이터 장치.
제4항에 있어서,
상기 케이스는 상기 하우징에 나사 결합되는 제1 부재, 상기 중간 축을 덮고 상기 제1 부재에 나사 결합되는 제2 부재를 포함하고,
상기 제2 기어는 상기 제2 부재에 설치되며,
상기 제2 부재에는 상기 연결 축이 삽입되는 삽입구가 마련되고,
상기 제2 기어와 상기 삽입구는 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치를 연결하는 가상의 연장선 상에 배치되는 밸브 액추에이터 장치.