KR101654873B1 - 액츄에이터용 볼륨 부스터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼륨 부스터의 플러그 작동수단을 피스톤 타입으로 구성하여 위치변화의 폭을 증가시킴으로써, 포지셔너(positioner)에서 공급되는 신호압의 범위를 사용자의 요구조건에 맞게 저압에서 고압까지 폭넓게 조정할 수 있으며, 특히 피스톤에 배출(vent)수단을 마련하여 구성을 간소화시킨 액츄에이터용 볼륨 부스터에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 몸체의 내부에 덮개로 가려진 상부챔버 및 밑판으로 가려진 하부챔버가 분리 구획되고, 상기 하부챔버에는 양측으로 입력포트 및 출력포트가 구비되어 공급플러그에 의해 개폐되고, 상기 상부챔버에는 승강식 피스톤이 구비되며, 상기 상부챔버와 연결되는 신호포트로부터 공급되는 압력에 의해 상기 피스톤이 하강되면 상기 공급플러그가 밀리면서 상기 입력포트와 출력포트가 연결되도록 한 액츄에이터용 볼륨 부스터에 있어서, 상기 상부챔버에는 상기 공급플러그와 일체로 연결되는 배출플러그가 구비되고; 상기 피스톤의 하부에는 상기 덮개 중앙의 배출포트와 연결된 배출플러그시트가 구비되어서 상기 배출플러그에 의해 개폐되며; 상기 공급플러그는 플러그스프링에 의해 상측으로 가압되고, 상기 피스톤은 상기 플러그스프링보다 약한 피스톤스프링에 의해 하측으로 가압되어, 상기 공급플러그가 공급플러그시트와 밀착되고, 상기 배출플러그가 상기 배출플러그시트와 밀착되도록한 특징이 있다.

Description

액츄에이터용 볼륨 부스터{Volume Booster for actuators}

본 발명은 액츄에이터용 볼륨 부스터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 볼륨 부스터의 플러그 작동수단을 피스톤 타입으로 구성하여 위치변화의 폭을 증가시킴으로써, 포지셔너(positioner)에서 공급되는 신호압의 범위를 사용자의 요구조건에 맞게 저압에서 고압까지 폭넓게 조정할 수 있으며, 특히 상기 피스톤에 배출(vent)수단을 마련하여 구성을 간소화시킨 액츄에이터용 볼륨 부스터에 관한 것이다.

볼륨 부스터는 일반적으로 파일럿 제어 방식의 밸브로서, 출구측 압력이 파일럿 압력과 일정한 비례 관계를 유지하는 비교적 대용량의 강압 밸브를 말한다. 압축된 공기, 천연 가스, 오일 및 프로판 등과 같은 유체의 흐름을 제어하는 시스템들은 유체의 여러 흐름 파라미터를 제어하는 다수의 제어 밸브를 포함한다. 일반적인 제어 밸브는 피스톤 액추에이터 또는 다이어프램 기반 액추에이터와 같은 공압 액추에이터를 통해 포지셔너(positioner)에 의해 제어될 수 있다. 종래의 포지셔너는 공압 신호를 액추에이터에 전달하여 개방된 위치와 폐쇄된 위치 사이에 밸브 제어 요소를 왕복운동(stroke)시킨다. 그러나, 표준 표지셔너가 제어 밸브를 왕복운동시킬 수 있는 속도는 부분적으로 액추에이터 및 제어 밸브의 사이즈에 따라 좌우된다. 예를 들어 더 큰 액추에이터/제어 밸브는 일반적으로 왕복운동 하는데 더 긴 시간을 가진다. 상기 볼륨 부스터는 포지셔너로부터 송신된 공압 신호의 볼륨을 증폭시켜 액추에이터가 제어 밸브를 왕복운동시키는 속도를 증가시키는데 사용된다.

종래 볼륨부스터는 실용등록 제467301호에 개시된 바와같이 공급 포트, 출력포트, 밸런스 챔버, 신호 포트, 배출 포트, 다이어프램 어셈블리, 및 개폐 부재를 포함한다. 공급 포트는 출력포트와 유체 연결된다. 밸런스 챔버는 신호 포트와 연결되고, 다이어프램 어셈블리는 밸런스 챔버를 가로지르도록 배치된다. 개폐 부재는 다이어프램 어셈블리와 연동하여 동작하고, 신호 포트의 압력 신호에 따라 입력포트와 출력 포트의 유체 연결을 개폐한다. 그 동작에 있어서, 공급 포트를 통해 일정한 압력이 공급된다. 신호 포트를 통해 압력 신호가 제공될 때, 다이어프램 어셈블리와 개폐 부재는 아래로 움직이고, 개폐 부재가 공급 포트와 출력 포트의 연결을 개방하여 입력포트로 공급된 압력은 출력 포트로 전달된다. 신호 포트로부터 압력 신호가 제거된 때, 다이어프램 어셈블리와 개폐 부재는 다시 위로 올라가고, 공급 포트에 공급되는 압력은 개폐 부재에 의해 차단되어 출력 포트로 전달되지 않는다.

그러나 종래의 볼륨 부스터는 다이어프램 어셈블리의 제작에 있어서, 신축성이 좋은 합성고무 또는 합성수지를 금형에서 찍어내는 방식이므로 금형제작비용이 추가되고, 또한 다이어프램의 상하 운동범위가 제한되므로 저압, 중압 및 고압용 다이어프램을 따로 제작해야 되므로 비용이 증가되는 등의 문제점이 있었다.

유럽특허 제EP 2 236 840 B1호는 몸체의 상부챔버에 피스톤 타입의 상단플러그가 구비되고, 하부챔버에는 연질 튜브형태의 하단플러그가 구비된 것으로서, 상단플러그의 승강에 따라 하단플러그가 압축되거나 팽창되면서 공급된 압력은 출력 포트로 전달되도록 한 것이다.

그러나 종래 유럽특허의 경우 상기 하단플러그가 연질 튜브형태의 사출물로 제작되다보니 사출금형을 제작해야되는데, 하나의 부스터에서 저압, 중압 및 고압용의 하단플러그를 따로 제작해야 되는 단점이 있으며, 또한 배출수단이 상기 하단플러그의 내부에 구비되므로 배출구조가 복잡한 등의 단점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 볼륨 부스터의 플러그 작동수단을 피스톤 타입으로 구성하여 위치변화의 폭을 증가시킴으로써, 포지셔너(positioner)에서 공급되는 신호압의 범위를 사용자의 요구조건에 맞게 저압에서 고압까지 폭넓게 조정할 수 있으며, 특히 피스톤에 배출(vent)수단을 마련하여 구성을 간소화시킨 액츄에이터용 볼륨 부스터를 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 몸체의 내부에 덮개로 가려진 상부챔버 및 밑판으로 가려진 하부챔버가 분리 구획되고, 상기 하부챔버에는 양측으로 입력포트 및 출력포트가 구비되어 공급플러그에 의해 개폐되고, 상기 상부챔버에는 승강식 피스톤이 구비되며, 상기 상부챔버와 연결되는 신호포트로부터 공급되는 압력에 의해 상기 피스톤이 하강되면 상기 공급플러그가 밀리면서 상기 입력포트와 출력포트가 연결되도록 한 액츄에이터용 볼륨 부스터에 있어서, 상기 상부챔버에는 상기 공급플러그와 일체로 연결되는 배출플러그가 구비되고; 상기 피스톤의 하부에는 상기 덮개 중앙의 배출포트와 연결된 배출플러그시트가 구비되어서 상기 배출플러그에 의해 개폐되며; 상기 공급플러그는 플러그스프링에 의해 상측으로 가압되고, 상기 피스톤은 상기 플러그스프링보다 약한 피스톤스프링에 의해 하측으로 가압되어, 상기 공급플러그가 공급플러그시트와 밀착되고, 상기 배출플러그가 상기 배출플러그시트와 밀착되도록한 특징이 있다.

본 발명에 따르면 볼륨 부스터 내부의 플러그를 작동시키는 수단으로 피스톤이 구비된다. 종래 다이어프램 방식은 다이어프램의 외주연이 볼륨 부스터의 몸체 내부에 고정되는 방식이므로 다이어프램의 위치변화의 폭에 제한이 있었다. 따라서 저압, 중압 및 고압 방식의 밸브마다 다이어프램의 두께를 압력에 맞게 따로 제작해야되므로 제작비용이 증가되는 단점이 있었다.

그러나 본 발명 한 실시예의 볼륨 부스터는 몸체 내부에서 피스톤이 자유롭게 움직이는 방식이므로 신호압의 변화에 맞게 상기 피스톤을 받쳐주는 스프링의 종류만 바꿔주면 되므로 하나의 볼륨 부스터로 다양한 압력의 액츄에이터에 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한 상기 피스톤의 상측에 로드를 일체로 형성하여 상기 배출포트에 상기 로드가 끼워져 승강안내 되도록 하고, 상기 로드 내부에는 배출통로를 마련하여 일정 압력이 되면 공급압력이 대기중에 방출되도록 함으로써, 구조가 간소화되고 또한 배출통로가 상단에 구비되므로 소음기를 직접 장착할 수 있는 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 볼륨 부스터의 분리사시도
도 2는 본 발명 한 실시예의 볼륨 부스터의 단면도
도 3은 본 발명 한 실시예의 볼륨 부스터의 공급상태도
도 4는 본 발명 한 실시예의 볼륨 부스터의 배출상태도

도 1에서 본 발명 한 실시예의 볼륨 부스터는 레귤레이터와 연결되는 입력포트(11) 및 엑츄에이터와 연결되는 출력포트(12)를 갖는 몸체(10)가 구비된다. 상기 몸체(10)는 내부에 상측으로 개방된 상부챔버(13) 및 하측으로 개방된 하부챔버(14)가 구비되고, 상기 하부챔버(14)는 상기 입력포트(11)와 하부통로(15)로 연결된다. 그리고 상기 상부챔버(13)는 상기 출력포트(12)와 상부통로(16)로 연결된다.

상기 몸체(10)의 내부에는 상기 하부챔버(14)에서 승강되는 공급플러그(40)가 구비되고, 상기 상부챔버(13)에서 승강되는 배출플러그(41)가 구비되며, 이들 공급 및 배출플러그(40)(41)는 연결대(42)를 통하여 서로 연결된다. 상기 하부챔버(14)에는 상기 공급플러그(40)에 의해 개폐되는 공급플러그시트(10a)가 구비되어 상기 출력포트(12)를 개폐시킨다.

상기 상부챔버(13)에는 승강식 피스톤(50)이 구비되는데, 상기 피스톤(50)의 윗면 중앙에는 로드(51)가 구비되고, 상기 로드(51) 및 피스톤(50)의 내부를 상하측으로 관통하는 배출통로(52)가 구비된다. 그리고 상기 배출통로(52)의 하단에는 배출플러그시트(50a)가 형성되어 상기 배출플러그(41)에 의해 개폐된다.

상기 몸체(10)의 상단에는 덮개(20)가 결합되고, 하단에는 밑판(30)이 결합된다. 상기 덮개(20)에는 일측으로 신호포트(21)가 형성되어 상기 상부챔버(13)와 연결되고, 상기 덮개(20)의 중앙에는 상기 로드(51)가 끼워져 승강안내되는 배출포트(22)가 형성된다. 그리고 상기 밑판(30)의 중앙에는 상기 공급플러그(40)의 하부가 끼워져 승강 안내되는 가이드부(31)가 형성된다. 또한 상기 공급플러그(40)의 내부에는 상기 가이드부(31)와 출력포트(12)를 연결하는 연결통로(43)가 형성되어서 상기 공급플러그(40)의 승하강시 가이드부(31) 내부와 출력포트(12)의 밸런스가 유지되도록 구성된다.

그리고 상기 피스톤(50)은 피스톤스프링(53)에 의해 가압되어 상기 배출플러그시트(50a)가 상기 배출플러그(41)와 밀착되고, 상기 공급플러그(40)는 플러그스프링(44)에 의해 상측으로 가압되어 상기 공급플러그시트(10a)와 밀착된다. 미설명부호 61은 공급압력이 배출될 때 상기 상부챔버(13) 내의 압력을 순환시키는 바이패스통로, 60은 상기 바이패스통로(61)의 개폐량을 조절하는 조절구, 70은 필터이다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예의 볼륨 부스터는 플러그의 작동을 피스톤 방식으로 교체함으로써, 신호포트(21)에서 공급되는 신호압의 변화의 폭을 넓게 가져갈 수 있으며, 따라서 레귤레이터에서 엑츄에이터로 공급되는 압력을 다양하게 조정할 수 있다.

도 1 내지 도 3에서 본 발명 한 실시예의 작동과정을 설명하면, 신호포트(21)로 신호압이 입력되지 않는 초기상태에서 플러그스프링(44)에 의해 공급플러그(40)가 상승되어 공급플러그시트(10a)를 막고 있으므로 입력포트(11)와 출력포트(12)는 차단된다. 상기 공급플러그(40)의 상승으로 연결대(42)와 결합된 배출플러그(41)가 상승되는데, 이때 피스톤스프링(53)의 압력으로 하강된 피스톤(50)의 배출플러그시트(50a)가 상기 배출플러그(41)와 맞닿아 차단된다. 상기 플러그스프링(44)은 상기 피스톤스프링(53) 보다 강하게 설정되어 신호압이 공급되지 않는 초기상태에서는 상기 플러그시트(10a)(50a)들이 닫힌상태로 된다.

이런 상태에서 신호포트(21)로 신호압이 입력되면 피스톤(50)이 하강되는데, 이때 배출플러그시트(50a)와 배출플러그(41)가 밀착된 상태로 상기 연결대(42)가 눌리면서 공급플러그(40)가 하강되어 공급플러그시트(10a)가 개방된다. 따라서 입력포트(11)의 공급압이 출력포트(12)로 전달되면, 출력포트(12)에서 엑츄에이터로 공압이 전달된다. 상기 신호포트(21)의 신호압이 감소되면 상기 플러그스프링(44)에 의해 상기 공급플러그(40)가 상승되어 공급플러그시트(10a)를 차단한다.

그리고 상기 출력포트(12)로 공급되던 잔류 압력은 상기 상부통로(16)를 따라 상부챔버(13)의 내부로 역류된다. 이때 상기 피스톤(50)은 상승되면서 배출플러그시트(50a)가 상기 배출플러그(41)에서 떨어져 개방되고, 잔류 압력은 배출포트(22)를 따라 배기된다. 잔류 압력이 전부 배출되거나 또는 신호포트(21)의 압력과 평형을 유지하는 시점에서 상기 피스톤스프링(53)에 의해 상기 피스톤(50)이 하강되어 상기 배출플러그시트(50a)가 상기 배출플러그(41)와 밀착되어 초기상태로 된다.

본 발명은 신호포트(21)의 신호압 및 입력포트(11)의 공급압 변화에 맞게 상기 플러그스프링(44) 및 피스톤스프링(53)의 종류만 교체하면 되므로 하나의 볼륨부스터로 사용자의 다양한 요구조건을 만족시킬 수 있다.

10 : 몸체 10a : 공급플러그시트
11 : 입력포트 12 : 출력포트
13 : 상부챔버 14 : 하부챔버
15 : 하부통로 16 : 상부통로
20 : 덮개 21 : 신호포트
22 : 배출포트 30 : 밑판
31 : 가이드부 40 : 공급플러그
41 : 배출플러그 42 : 연결대
43 : 연결통로 44 : 플러그스프링
50 : 피스톤 50a : 배출플러그시트
51 : 로드 52 : 배출통로
53 : 피스톤스프링 60 : 조절구

Claims (4)

1. 몸체의 내부에 덮개로 가려진 상부챔버 및 밑판으로 가려진 하부챔버가 분리 구획되고, 상기 하부챔버에는 양측으로 입력포트 및 출력포트가 구비되어 공급플러그에 의해 개폐되고, 상기 상부챔버에는 승강식 피스톤이 구비되며, 상기 상부챔버와 연결되는 신호포트로부터 공급되는 압력에 의해 상기 피스톤이 하강되면 상기 공급플러그가 밀리면서 상기 입력포트와 출력포트가 연결되도록 한 액츄에이터용 볼륨 부스터에 있어서,
   상기 상부챔버에는 상기 공급플러그와 일체로 연결되는 배출플러그가 구비되고;
   상기 피스톤의 하부에는 상기 덮개 중앙의 배출포트와 연결된 배출플러그시트가 구비되어서 상기 배출플러그에 의해 개폐되며;
   상기 공급플러그는 플러그스프링에 의해 상측으로 가압되어 상기 입력포트와 출력포트를 차단하고, 상기 피스톤은 상기 플러그스프링보다 약한 피스톤스프링에 의해 하측으로 가압되어, 상기 배출플러그가 상기 배출플러그시트와 밀착되도록 한 것을 특징으로 하는 액츄에이터용 볼륨 부스터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 피스톤의 상부에는 상기 배출포트로 끼워지는 로드가 구비되고, 상기 로드의 내부에는 상기 배출플러그시트와 상기 배출포트를 연결하는 배출통로가 형성됨을 특징으로 하는 액츄에이터용 볼륨 부스터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체에는 상기 하부챔버와 상기 입력포트를 연결하는 하부통로가 구비되고, 상기 상부챔버와 상기 출력포트를 연결하는 상부통로가 구비되며;
   상기 밑판에는 상기 공급플러그를 승강안내하는 가이드부가 구비됨을 특징으로 하는 액츄에이터용 볼륨 부스터.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부챔버에는 상기 공급플러그에 의해 개폐되면서 상기 입력포트와 출력포트를 연결하는 공급플러그시트가 구비됨을 특징으로 하는 액츄에이터용 볼륨 부스터.

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