KR101858203B1 - Fail-safe system for actuator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 밸브의 비상 복귀 수단을 구비한 밸브 개폐용 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정유시설, 발전소, 저수지, 펌프장, 수료용 수문, 댐 등에서 유체의 흐름을 개폐하는 밸브를 작동시키는 액추에이터에 있어서, 밸브의 개방 상태에서 구동축을 작동시키는 전동모터의 전원이 차단될 경우 밸브를 폐쇄 상태로 자동으로 복귀시켜, 밸브 정지로 인해 발생할 수 있는 안전사고를 예방할 수 있도록, 구동축의 외주면에 구비된 톱니부, 상기 구동축과 직교되는 방향으로 전후진하게 설치되고 상기 톱니부에 치합되는 랙기어부를 구비한 피스톤 및 상기 구동축이 폐쇄 방향으로 회전 압력을 받도록 상기 피스톤을 전진 방향으로 탄성 지지하는 탄성체를 포함하는 밸브의 비상복귀 수단을 구비한 밸브 개폐용 액추에이터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
점차로 고도화되는 산업 구조의 개편에 따라 전(全) 산업 분야에 걸쳐, 기존의 개별적인 유인 관리 시스템에서 통합화되면서 무인화된 통합운영체계로 발전을 함에 따라 이에 상응하여 효율적인 통합 운영체계의 구축이 이루어지고 있으며, 특히 유체의 흐름을 제어하는 밸브 관련 부분에서는 원격에서의 효율적인 제어가 가능한 자동 밸브 및 각종 자동 유량 제어장치의 보급이 급속도로 이루어지고 있다.As a result of the reorganization of the increasing industrial structure, the integrated management system of the entire individual industry has been integrated into an unmanned integrated operating system, and an efficient integrated operating system has been constructed accordingly The automatic valve and various automatic flow control devices capable of efficiently controlling the flow of fluid remotely are rapidly spreading.
이러한 자동 유량 제어장치에 사용되는 전동 액추에이터는 밸브 및 조절용 댐퍼 등을 자동화하는데 꼭 필요한 구동장치로써, 제어부와 부속적인 기어장치, 모터 등으로 구성되어 있다.The electric actuator used in such an automatic flow control device is a driving device that is essential for automating a valve and a control damper, and is composed of a control part, an associated gear device, and a motor.
상기 전동 액추에이터의 대표적인 구조를 간단하게 설명하면, 전원 인가에 따라 회전하는 모터의 회전축 끝단부에 웜기어가 구비되며, 기어 설치부에 상기 웜기어와 맞물리면서 회전하는 웜휠과, 이와 연동하는 감속기어들로 구성된 각종 중개기어가 설치되며, 상기 중개기어를 통하여 토크가 향상되어 전달되는 회전력에 의하여 밸브와 연결된 구동축이 양방향 회전함에 따라 밸브의 개폐가 이루어진다.A typical structure of the electric actuator will be briefly described. A worm gear is provided at an end portion of a rotating shaft of a motor that rotates according to power application. The worm wheel is engaged with the worm gear and the reduction gears Various intermediate gears are installed and the valve is opened and closed as the drive shaft connected to the valve rotates in both directions by the rotational force transmitted through the intermediary gear to increase the torque.
그런데 이러한 종래 전동 액추에이터에 있어서 밸브의 개방 상태에서 모터를 구동시키는 전원이 정전 등에 의하여 차단될 경우, 모터를 비롯한 구동수단이 동시에 정지됨에 따라 밸브의 개폐 작동이 불가능해지게 된다.However, in such a conventional electric actuator, when the power source for driving the motor is shut off due to a power failure or the like in an open state of the valve, the opening and closing operations of the valve become impossible due to the simultaneous stop of the driving means including the motor.
이러한 경우 밸브의 작동 정지 상태가 장시간 유지되면, 작동 중(또는 작동 완료 후) 정지된 밸브 또는 유체가 흐르는 파이프라인 등의 파손이나 액추에이터의 각종 부품들의 고장 등으로 인해, 유체의 누출, 설비 파괴 등의 안전사고가 발생할 위험이 있다.In this case, if the operation stoppage state of the valve is maintained for a long time, leakage of the fluid, equipment breakage, or the like may occur due to breakdown of the valve or fluid flowing through the valve during operation There is a risk of accident.
따라서 대부분의 전동 액추에이터는 수동으로 밸브의 개폐를 조작할 수 있는 수동 핸들이 더 구비되어 비상 상황에 맞춰 밸브를 수동으로 작동시켜 안전사고가 발생하지 않도록 한다.Therefore, most electric actuators have a manual handle that can manually open and close the valve so that the valve is operated manually in case of an emergency, so that safety accidents do not occur.
상기와 같은 수동 핸들을 구비한 전동 액추에이터에 관한 종래 기술로써, 대한민국 공개특허 제10-2008-0100887호(2008.11.21.) "액추에이터 비상구동장치"(이하 종래 기술 1이라 함.)가 있는데,An actuator emergency driving device (hereinafter referred to as "
상기 종래 기술 1은 정전 시에도 액추에이터를 수동으로 작동하여 관로의 밸브를 작동시킬 수 있도록 하여 가스나 오일 등의 누출로 인한 사고를 신속히 대처할 수 있도록 된 액추에이터의 비상구동장치이다.The above-mentioned
상기 종래 기술 1은 다수의 회전체, 회전축, 기어들의 연동으로 작동하는 밸브의 수동 조작을 위하여 회전 핸들이 고정된 제3회전축과, 다른 기어와 회전축을 일체로 회전되도록 결속시키거나 결속을 해제하는 결속수단을 포함하여 이루어진다.In the
이에 따라 상기 종래 기술 1은 정전 등의 비상 상황이 발생하여 액추에이터가 작동되지 않을 경우 작업자가 상기 결속수단을 통하여 회전 핸들이 고정된 제3회전축과, 밸브 작동에 직접적으로 연계되는 다른 기어와 회전축을 결속시킨 다음 회전핸들을 정역회전시켜 밸브를 수동으로 작동시킬 수 있다.Accordingly, in the
그러나 상기 종래 기술 1은 작업자가 직접 밸브를 수동으로 작동시켜야 하므로, 비상 상황 발생 시 빠른 대처가 이루어지지 않게 되면 안전사고로 확산될 위험이 크고, 밸브의 크기, 액추에이터의 구조 등에 따라 작업자가 손쉽게 수동으로 밸브를 작동시킬 수 없는 경우가 많기 때문에 전동 액추에이터의 안전장치로써 그 한계가 명확하며,However, in the
따라서 전원이 차단된 경우라 하더라도 비상 상황 발생 즉시, 자동으로 밸브의 개폐가 이루어지도록 하는 안전장치의 필요성이 대두되었다.Therefore, there is a need for a safety device that automatically opens and closes the valve immediately after an emergency occurs even when the power is shut off.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로써, 대한민국 공개특허 제10-2004-0018063호(2004.03.02.) "전자밸브용 이머전시 액추에이터"(이하 종래 기술 2라 함.)가 있는데,As a conventional technique for solving the above problems, Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2004-0018063 (Mar. 23, 2004) entitled " Emergency actuator for solenoid valve "
상기 종래 기술 2는 전원부의 전원이 갑자기 차단될 경우, 액추에이터를 작동시키는 마이크로 컨트롤러를 활성화시키기 위한 충전배터리가 즉각적으로 비상전원을 대체 공급하도록 하여 전원부의 전원 차단으로 인하여 발생될 수 있는 위급한 상황 내지는 손실을 미연에 방지할 수 있는 전자밸브용 액추에이터의 이머전시 액추에이터에 관한 것이다.In the
이를 위하여 상기 종래 기술 2는 전원 차단 시 비상전원을 공급받아 밸브체를 전체적으로 개방 또는 폐쇄시키는 풀오픈 상태/풀 클로즈상태, 그리고 전원부의 전원이 차단되기 이전의 상태로 유지시키는 페일스톱 상태 중 어느 하나의 상태로 마이크로 컨트롤러의 메모리에 페일모드 스위치를 이용하여 미리 설정 가능하게 함으로써, 전원부의 기능마비로 인한 상황을 유연하게 대처할 수 있으며, 전원부의 전원이 차단되어 충전 배터리의 전원이 대체되는 순간 비상접점이 동작되어 중앙 제어반에 긴급 상황의 시그널을 제공할 수 있도록 한다.To this end, in the
그러나 상기 종래 기술 2는 충전배터리를 이용하여 밸브의 제어가 전기적으로 이루어지므로, 장기간 사용에 따른 충전배터리의 전력 저하 또는 액추에이터의 전기적 결함 또는 액추에이터 자체의 화재 발생으로 인한 전원 차단 등의 비상 상황에서 상기한 밸브제어가 이루어질 수 없으므로 상기 종래 기술 2 또한 밸브 작동을 위한 액추에이터의 안전장치로써 완전하게 기능할 수 없는 한계가 있다.However, since the control of the valve is electrically performed using the rechargeable battery, the
이에 따라 기계 구조 설계를 통하여 어떠한 비상 상황이 발생하더라도 밸브의 개방 또는 폐쇄 작동이 자동으로 이루어지도록 하는 안정장치가 필요하다.Accordingly, there is a need for a stabilizer that automatically opens or closes the valve regardless of any emergency situation through mechanical structure design.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전동모터로 공급되는 전원이 차단되는 비상 상황이 발생하였을 때, 별도의 후속 조치를 취하지 않더라도 밸브의 폐쇄가 자동으로 이루어지도록 하는 밸브의 비상 복귀 수단을 구비한 밸브 개폐용 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 하며,SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a valve that automatically closes a valve when an emergency situation occurs, And an emergency return means of the valve opening / closing actuator,
특히 비상 상황 발생 즉시, 별도의 동력을 필요로 하지 않고 탄성체의 탄성력만으로 밸브가 연결된 구동축을 폐쇄 상태의 원 상태로 자동 복귀시킬 수 있도록, 비상 복귀 수단으로써, 구동축의 외주면에 구비된 톱니부와, 상기 구동축과 직교되는 방향으로 전후진 하게 설치되고 상기 톱니부에 치합되는 랙기어부를 구비한 피스톤 및 상기 구동축이 밸브 폐쇄 방향으로 회전 압력을 받도록 상기 피스톤을 전진 방향으로 탄성 지지하는 탄성체를 포함하는 밸브 개폐용 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The emergency return means is provided with a serrated portion provided on the outer circumferential surface of the drive shaft so that the drive shaft connected to the valve can be automatically returned to the closed state in the closed state by only the elastic force of the elastic body, A piston having a rack gear portion which is installed forward and backward in a direction orthogonal to the drive shaft and engaged with the toothed portion, and an elastic body which elastically supports the piston in a forward direction so as to receive a rotational pressure in the valve closing direction And an actuator for opening and closing.
아울러 본 발명은 상기 비상 복귀 수단에 의한 밸브의 원상 복귀 작동이 보다 신속하고 정확하게 이루어질 수 있도록, 상기 구동축을 중심으로 실린더부가 직교되는 방향으로 교차 배열되어 있으며, 각 실린더부에 상기 피스톤이 전후진하게 설치되어 있는 밸브 개폐용 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the cylinder is arranged in an intersecting manner in a direction in which the cylinder portion is orthogonal to the drive shaft, so that the emergency return operation of the valve by the emergency return means can be performed more quickly and accurately, And an actuator for opening and closing the valve.
또한 본 발명은 액추에이터가 설치된 밸브의 종류나 밸브로 유량이 조절되는 유체의 종류 등에 따라 상기 피스톤의 이동 속도를 임의로 변경하여 사용할 수 있도록, 상기 피스톤이 상기 탄성체와 연결된 몸체부와 상기 몸체부에서 전방으로 돌출 연결되고 상기 랙기어부를 구비한 작동편을 포함하며, 상기 하우징과 상기 실린더부 사이가 상기 몸체부를 격벽으로 하여 서로 구획화되어 있되, 상기 몸체부에 상기 하우징과 실린더부 사이를 연통시키는 하나 이상의 배기공이 구비되어, 배기공의 개도 범위 조절 또는 배기공의 개폐 조정을 통해, 상기 하우징과 실린더부 사이로 배기되는 공기의 유량을 조절하여 피스톤의 이동 속도를 변경할 수 있는 밸브 개폐용 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.Further, the present invention is characterized in that the piston is connected to the body part connected to the elastic body and the body part connected to the elastic body so that the movement speed of the piston can be arbitrarily changed according to the type of the valve provided with the actuator, Wherein the housing and the cylinder portion are partitioned from each other by the body portion as a partition wall, wherein the body portion is provided with at least one member for communicating between the housing and the cylinder portion, There is provided an actuator for opening and closing a valve capable of changing a moving speed of a piston by adjusting the flow rate of air exhausted between the housing and the cylinder through adjustment of the opening range of the exhaust hole or opening and closing of the exhaust hole The purpose.
나아가 본 발명은 상기 비상 복귀 수단이 구비되는 액추에이터의 전체 크기를 최소화하면서 직교되는 방향으로 교차 설치된 피스톤들이 동시에 전진 작동할 때 다른 피스톤과 충돌하지 않도록, 상기 작동편에 직교되는 다른 피스톤의 랙기어부가 통과되는 통과부가 구비되어 있는 밸브 개폐용 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.Further, the present invention is characterized in that, when the pistons crossed in the direction orthogonal to each other while minimizing the overall size of the actuator provided with the emergency return means, the rack gear portions of the other pistons orthogonal to the operating pieces And an actuator for opening and closing the valve.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터는,According to an aspect of the present invention, there is provided an actuator for opening and closing a valve,
하우징; housing;
상기 하우징에 내장되며 전동모터에 의해 양방향 회전하면서 밸브를 개폐 작동시키는 구동축; 및A drive shaft that is built in the housing and bi-directionally rotated by an electric motor to open and close the valve; And
상기 구동축의 일방향 회전에 의한 밸브의 개방 상태에서, 전원 차단 시 상기 구동축을 타방향으로 회전시켜 상기 밸브를 자동으로 폐쇄시키는 비상 복귀 수단;을 포함하되,And an emergency return means for automatically closing the valve by rotating the drive shaft in the other direction when the power is shut off in a state where the valve is opened by unidirectional rotation of the drive shaft,
상기 비상 복귀 수단은,Wherein the emergency return means comprises:
상기 구동축의 외주면에 구비된 톱니부;A tooth portion provided on an outer circumferential surface of the drive shaft;
상기 하우징 내에서 상기 구동축과 직교되는 방향으로 전후진하게 설치되고, 상기 톱니부에 치합되는 랙기어부를 구비한 피스톤; 및A piston provided in the housing in a direction perpendicular to the drive shaft, the piston having a rack gear portion engaged with the toothed portion; And
상기 구동축이 타방향으로 회전 압력을 받도록, 상기 피스톤을 전진 방향으로 탄성 지지하는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 한다.And an elastic body elastically supporting the piston in a forward direction so that the driving shaft receives a rotational pressure in the other direction.
그리고 본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터에서,In the valve opening / closing actuator according to the present invention,
상기 하우징은 상기 구동축을 중심으로 서로 직교되는 방향으로 교차 배열된 실린더부를 구비하여, Wherein the housing includes a cylinder portion that is arranged in a direction orthogonal to the drive shaft,
각 실린더부에 상기 피스톤이 전후진하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.And the piston is provided in each cylinder part so as to move back and forth.
또한 본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터에서,In the valve opening / closing actuator according to the present invention,
상기 피스톤은 상기 탄성체가 연결된 몸체부와, 상기 몸체부에서 전방으로 돌출 연결되고 상기 랙기어부를 구비한 작동편을 포함하고,Wherein the piston includes a body portion to which the elastic body is connected, and an actuating piece projecting forward from the body portion and having the rack gear portion,
상기 하우징과 상기 실린더부는 상기 몸체부를 격벽으로 하여 서로 구획화되어 있되,Wherein the housing and the cylinder are partitioned from each other with the body portion being a partition wall,
상기 몸체부에는 상기 하우징과 실린더부 사이를 연통시키는 하나 이상의 배기공이 구비되어, 상기 배기공의 개도 범위 조절 또는 상기 배기공의 개폐 조정을 통해, 상기 하우징과 실린더부 사이로 배기되는 공기의 유량을 조절하여, 상기 피스톤의 이동 속도를 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.The body portion may include at least one exhaust hole communicating between the housing and the cylinder portion to adjust the flow rate of air exhausted between the housing and the cylinder portion through the opening range adjustment of the exhaust hole or the opening / So that the moving speed of the piston can be changed.
나아가 본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터에서,Furthermore, in the valve opening / closing actuator according to the present invention,
상기 작동편에는 직교되는 다른 피스톤의 랙기어부가 통과되는 통과부가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.And the operating piece is provided with a passage portion through which a rack gear portion of another piston orthogonal to the passage passes.
본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터는,According to the present invention, there is provided an actuator for opening /
밸브의 개방 상태에서 밸브를 개폐하는 구동축을 회전시키는 전동모터에 전원 공급이 차단될 경우, 별도 전원의 공급이 필요 없이 탄성체의 탄성력으로 전진 작동하는 피스톤을 통해 구동축이 폐쇄 방향으로 자동 복귀하도록 회전하여 밸브가 폐쇄되므로, 정전 등의 비상 상황에서 별도의 후속 조치를 즉시 행하지 않더라도 밸브의 제어 불능에 따른 각종 안전사고의 발생을 예방할 수 있고,When the electric power supply to the electric motor for rotating the valve shaft is closed in a state where the valve is open, the electric motor is rotated so that the drive shaft is automatically returned to the closing direction through the piston which is actuated by the elastic force of the elastic body, It is possible to prevent the occurrence of various safety accidents due to the inability to control the valve even if a separate follow-up action is not immediately performed in an emergency such as a power failure,
서로 직교되도록 교차 배열된 각 실린더부에 상기 피스톤을 설치하여, 비상 복귀 수단에 의한 밸브의 원상 복귀 작동이 보다 신속하고 정확하게 이루어지고,The piston is provided in each of the cylinder portions arranged so as to be orthogonal to each other so that the emergency return operation of the valve by the emergency return means can be performed more quickly and accurately,
액추에이터가 설치되는 밸브의 종류나 밸브에 의해 유량이 조절되는 유체의 종류 등에 따라, 상기 피스톤의 작동 속도를 임의로 변경할 수 있으며,The operating speed of the piston can be arbitrarily changed according to the type of the valve provided with the actuator, the type of the fluid whose flow rate is controlled by the valve,
액추에이터의 전체 크기를 최소한으로 소형화하면서 교차되는 방향으로 작동하는 피스톤들의 충돌을 방지할 수 있는 효과가 있다.It is possible to prevent the collision of pistons operating in an intersecting direction while minimizing the overall size of the actuator to a minimum.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터의 전면 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터의 평면 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 피스톤의 평면과 측면 단면도 및 배면도.
도 4는 본 발명에 따른 실린더부의 정면도 및 측면 단면도.
도 5는 도 1의 요부 확대 단면도.1 is a front cross-sectional view of an actuator for opening and closing a valve according to the present invention.
2 is a plan sectional view of an actuator for opening and closing a valve according to the present invention.
3 is a plan view and a side sectional view and a rear view of a piston according to the present invention.
4 is a front view and a side sectional view of a cylinder according to the present invention;
5 is an enlarged sectional view of the main part of Fig. 1;
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. While the present invention has been described in connection with certain embodiments, it is obvious that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.In the drawings, the same reference numerals are used for the same reference numerals, and in particular, the numerals of the tens and the digits of the digits, the digits of the tens, the digits of the digits and the alphabets are the same, Members referred to by reference numerals can be identified as members corresponding to these standards.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.In the drawings, the components are expressed by exaggeratingly larger (or thicker) or smaller (or thinner) in size or thickness in consideration of the convenience of understanding, etc. However, It should not be.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, the term " comprising " or " consisting of ", or the like, refers to the presence of a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.It is to be understood that the first to second aspects described in the present specification are merely referred to in order to distinguish between different components and are not limited to the order in which they are manufactured, It may not match.
본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터를 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 1을 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.In describing the actuator for opening and closing a valve according to the present invention, if an unstructured approximate direction reference is specified with reference to FIG. 1 for convenience, upper, lower, left, and right directions are determined as a direction in which gravity acts, Unless otherwise specified in the description and claims of the invention relating to this specification.
이하에서는 본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an actuator for opening and closing a valve according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 정면 단면도 및 평면 단면도인 도 1, 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 밸브 개폐용 액추에이터는 크게, 1 and 2, which are a front sectional view and a plan sectional view of the present invention, the actuator for opening and closing a valve according to the present invention mainly comprises:
하우징(10); A housing (10);
상기 하우징(10)에 내장되며 전동모터(M)에 의해 양방향 회전하면서 밸브(미도시)를 개폐 작동시키는 구동축(20); 및A
상기 구동축(20)의 일방향 회전에 의한 밸브의 개방 상태에서, 전원 차단 시 상기 구동축(20)을 타방향으로 회전시켜 상기 밸브를 자동으로 폐쇄시키는 비상 복귀 수단(S);을 포함한다.And an emergency returning means (S) for automatically closing the valve by rotating the drive shaft (20) in the other direction when the valve is opened by unidirectional rotation of the drive shaft (20).
상기 하우징(10)의 상부에는 전동모터(M)가 설치되어 있으며, 하우징(10)을 상하로 관통하여 상기 구동축(20)이 양방향 회전하도록 축설된다.An electric motor M is installed on the upper portion of the
상기 구동축(20)은 상기 전동모터(M)의 회전축(M1)과 각종 축 및/또는 기어 등을 포함하는 감속기(미도시) 등으로 연결되어 전동모터(M)에 의해 양방향 회전하며, 하측 단부에 밸브 장착부(21)가 구비되어, 밸브를 회전 개폐한다.The
따라서 상기 전동모터(M)에 의해 상기 구동축(20)이 일방향 회전하면 밸브가 개방되고, 상기 구동축(20)이 타방향 회전하면 밸브가 폐쇄되어, 밸브 개폐를 통한 유체의 흐름이나 유량 제어가 이루어진다.Accordingly, when the
이러한 밸브 개폐를 위한 액추에이터의 작동 메커니즘은 수동, 자동 전환이 가능하도록 하는 전환 레버, 클러치, 수동 핸들 등을 포함하는 것으로, 이와 관련된 공지된 구성에 관한 상세한 설명은 이해의 편의를 위해 본 명세서에서 생략한다.The operation mechanism of the actuator for opening and closing the valve includes a switching lever, a clutch, a manual handle, and the like, which enable manual and automatic switching, and a detailed description of known configurations related thereto is omitted herein for the sake of convenience. do.
또한 상기 하우징(10)은 상기 구동축(20)을 중심으로 서로 직교되는 방향으로 교차 배열된 실린더부(11)를 구비하여, In addition, the
각 실린더부(11)에 상기 비상 복귀 수단(S)이 피스톤(30)이 전후진하도록 설치되어 있다.And the emergency return means S is provided on each
즉, 구동축(20)과 수직을 이루는 수평 방향으로 2개 이상의 실린더부(11)가 서로 직교되어 교차 배열되어 있다.That is, two or
이러한 실린더부(11)는 구동축(20)을 중심으로 2개만이 배열되어도 무방하나, 구동축(20)의 신속하고 정확한 회전 복귀를 위해선, 4개의 실린더부(11)가 구동축(20)을 중심으로 하우징(10)에 '+'자형으로 교차 배열되어, 각 실린더부(11)에 피스톤(30)이 설치되는 것이 바람직하다.Only two
그리고 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 실린더부(11)에는 복수개의 제1 수용홈(11a)이 구비되어, 각 제1 수용홈(11a) 상에 비상 복귀 수단(S)의 탄성체(40)가 내장된다.3 to 5, the
이때 각 제1 수용홈(11a)에는 지지블록(12)이 장착되어 지지블록(12)의 제1 지지단(12a)에 상기 탄성체(40)의 외측단이 지지된다.At this time, the supporting
또한 상기 지지블록(12)은 탄성체(40)의 길이방향으로 관통 형성된 나사공(도면 부호 미표기)이 구비되며, 상기 나사공에 헤드부(13a)를 구비한 가이드볼트(13)가 나사 결합되어, 피스톤(30)의 전진 거리 제한 및 전후진을 안내한다.The
미설명 도면부호 14는, 피스톤(30)의 작동편(33) 일면, 특히 랙기어부(33a)의 반대편 외측면에 접촉하여 피스톤(30)의 전후진을 안내하는 안내롤러이다.
이어서 본 발명에 따른 밸브의 비상 복귀 수단(S)은 상기 구동축(20)을 회전시키는 각종 축들이 연결된 구간(부위)에 부가적으로 추가 설치될 수 있는 것으로, 액추에이터의 종류, 형태 등에 따라 다른 구간(부위)에 적용될 수 있는 것인데, 비상 복귀 수단(S)의 설치 안정성 및 밸브의 자동 복귀 안정성 확보를 위하여 본 발명에 따른 밸브의 비상 복귀 수단(S)은 밸브의 개폐 동력을 최종적으로 전달하는 구동축(20)에 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The emergency returning means S of the valve according to the present invention may be additionally provided in a section where various shafts for rotating the
즉, 본 발명에서 구동축(20)이란 밸브와 직접 연결된 종동축 그 자체이거나, 다른 감속 기어들과 연결된 중개축(미도시)이거나, 밸브의 제작 형태에 따라 종동축(미도시)과 구동축(20)이 복수의 부품으로 서로 연결된 형태로 구현될 수 있으며, 이에 따라 종국적으로 밸브에 전동모터(M)의 회전력을 전달한다는 점에서 밸브와 직접 연결된 종동축 또는 중개축은 구동축(20)과 본질적으로 동일 또는 이에 상응하는 유사 개념임을 밝힌다.That is, in the present invention, the
구체적으로 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 비상 복귀 수단(S)은,Specifically, as shown in Figs. 1 to 5, the emergency return means S includes:
상기 구동축(20)의 외주면에 구비된 톱니부(22);A
상기 하우징(10) 내에서 상기 구동축(20)과 직교되는 방향으로 전후진하게 설치되고, 상기 톱니부(22)에 치합되는 랙기어부(33a)를 구비한 피스톤(30); 및A piston (30) having a rack gear portion (33a) installed forward and backward in a direction orthogonal to the drive shaft (20) in the housing (10) and meshing with the toothed portion (22); And
상기 구동축(20)이 타방향으로 회전 압력을 받도록, 상기 피스톤(30)을 전진 방향으로 탄성 지지하는 탄성체(40)를 포함한다.And an
상기 톱니부(22)는 구동축(20)의 외주면 일부에 요철(凹凸) 구조로 형성된 공지된 기어 형태로써, 전동모터(M)로부터 전달되는 회전력과 별개로 톱니부(22)의 가압에 따라 구동축(20)이 양방향으로 회전한다.The
상기 피스톤(30)은 상기 톱니부(22)에 치합된 랙기어부(33a)를 통해 구동축(20)의 회전에 따라 전후진하게 된다.The
즉, 전동모터(M)에 의해 상기 구동축(20)이 일방향(밸브의 개방 방향)으로 회전하면 톱니부(22)에 맞물린 랙기어부(33a)가 후진 압력을 받아 피스톤(30)이 후진하고,That is, when the
반대로 전동모터(M)에 의해 상기 구동축(20)이 타방향(밸브의 폐쇄 방향)으로 회전하면 톱니부(22)에 맞물린 랙기어부(33a)가 전진 압력을 받아 피스톤(30)이 전진하며,Conversely, when the
이러한 피스톤(30)의 전후진에 의해 상기 탄성체(40)가 길이방향으로 압축 내지 팽창된다.This elasticity of the
이때 상기 피스톤(30)은 상기 탄성체(40)가 연결된 몸체부(31)와, 상기 몸체부(31)에서 전방으로 돌출 연결되고 상기 랙기어부(33a)를 구비한 작동편(33)을 포함하고,The
상기 하우징(10)과 상기 실린더부(11)는 상기 몸체부(31)를 격벽으로 하여 서로 구획화되어 있다.The
즉, 몸체부(31)를 중심으로 구동축(20)이 축설된 하우징(10) 내부 공간과 상기 실린더부(11)의 내부 공간이 서로 격리되어 피스톤(30)이 전후진할 때 몸체부(31)에 의해 하우징(10)과 실린더부(11) 사이의 공기 흐름이 차단된다.That is, the inner space of the
또한 상기 몸체부(31)에는 상기 제1 수용홈(11a)과 대응하는 위치에 배열된 복수개의 제2 수용홈(31a)이 구비되고, 각 제1, 제2 수용홈(11a)(31a) 사이에 상기 탄성체(40)가 내장된다.The
이때 각 제1 수용홈(11a)에는 지지체(32)가 장착되어, 지지체(32)의 제2 지지단(32a)에 상기 탄성체(40)의 내측단이 지지된다.At this time, the supporting
또한 상기 지지체(32)는 길이방향으로 관통 형성되어 상기 가이드볼트(13)가 내삽되는 가이드홀(32A)을 구비한다.Further, the
상기 가이드홀(32A)의 외측단 내주면에는 걸림단(32b)이 돌출되어 피스톤(30)에 의해 상기 지지체(32)가 함께 전진할 때, 상기 헤드부(13a)가 상기 걸림단(32b)에 접촉하여 피스톤(30)의 전진 거리를 제한한다.A locking
특히 상기 몸체부(31)에는 상기 하우징(10)과 실린더부(11) 사이를 연통시키는 하나 이상의 배기공(31b)이 구비되어, 상기 배기공(31b)의 개도 범위 조절 또는 상기 배기공(31b)의 개폐 조정을 통해, 상기 하우징(10)과 실린더부(11) 사이로 배기되는 공기의 유량을 조절하여, 상기 피스톤(30)의 이동 속도를 변경할 수 있다.Particularly, the
즉, 상기 몸체부(31)에 의해 하우징(10)과 실린더부(11) 사이의 공기 흐름이 제한된 상태에서, 상기 피스톤(30)이 전진 작동할 때 하우징(10) 내부의 공기가 실린더부(11)로 이동해야 하는데,That is, when the
이러한 공기의 유량을 상기 배기공(31b)을 통해 조정함으로써, 탄성체(40) 자체의 탄성력, 탄성체(40)의 개수 등과 별개로 피스톤(30)의 전진 작동 속도를 다르게 변경하여 제어할 수 있다.By controlling the flow rate of the air through the
예를 들어, 몸체부(31)에 구비된 배기공(31b)의 개도 법위를 좁히거나 넓혀서 배기되는 공기의 유량을 조절하거나, 또는 몸체부(31)에 구비된 배기공(31b)들 중 개방된 배기공(31b)들의 개수 조정을 통해 배기되는 공기의 유량을 조절할 수 있으며,For example, it is possible to adjust the flow rate of the exhausted air by narrowing or widening the opening degree of the
이렇게 조절되는 공기의 유량에 따라 상기 몸체부(31), 즉 피스톤(30)의 전후진 이동 속도가 달라진다.The forward and backward moving speed of the
아울러 상기 피스톤(30)은 상기 구동축(20)을 중심으로 '+'자형으로 교차 배열되어 있으며, 각 작동편(33)의 내측면에 랙기어부(33a)가 구비되어, 4개의 피스톤(30)이 구동축(20)에 동시에 치합된다.In addition, the
이때 피스톤(30)이 전진 작동하게 되면, 서로 직교되는 피스톤(30)들의 랙기어부(33a)가 서로 충돌할 수 있는 바, 상기 작동편(33)에는 직교되는 다른 피스톤(30)의 랙기어부(33a)가 통과되는 통과부(33b)가 구비된다.At this time, when the
상기 통과부(33b)를 통해 각 피스톤(30)은 구동축(20)을 회전 복귀 시킬 수 있는 정도의 거리(스트로크)를 전후진할 수 있으며,The
이러한 통과부(33b)는 작동편(33)의 길이에 상관없이 피스톤(30)들을 구동축(20)에 대하여 동일 높이에 장착 가능하게 하여, 비상 복귀 수단(S)의 추가로 증대되는 액추에이터의 전체 크기를 최소한으로 소형화할 수 있다.The
본 명세서의 도면에는 'ㅁ'자형 통과부(33b)만 대표적으로 도시되어 있으나, 통과부(33b)를 'ㄱ' 자형 또는 'U' 자형 등으로 형성하는 것과 같이 작동편(33)이 다른 피스톤(30)의 랙기어부(33a)를 우회하여 전후진 가능한 형태이면 충분하다.Although only the "ㅁ" shaped passing
미설명 도면부호 34는 몸체부(31)의 외주면에 구비되어 하우징(10)과 실린더부(11) 사이를 기밀 상태로 만드는 기밀부재이다.
이어서 상기한 구성을 갖는 밸브 개폐용 액추에이터의 작동을 설명한다.Next, the operation of the valve opening and closing actuator having the above-described configuration will be described.
먼저 정상적인 전원 공급으로 전동모터(M)가 작동할 경우, 전원이 인가된 상태에서 밸브의 개폐를 위해 전동모터(M)의 작동을 제어하면, 전동모터(M)의 회전축(M1)에서 전달된 회전력이 상기 구동축(20)으로 전달되어 정상적인 밸브 개폐가 이루어지며,When the operation of the electric motor M is controlled so as to open and close the valve in the state that the electric power is applied when the electric motor M is operated with the normal power supply, A rotational force is transmitted to the
이때 상기 구동축(20)에 치합된 피스톤(30)들 역시 전후진하면서 탄성체(40)가 길이방향으로 압축 내지 팽창된다.At this time, the
그리고 상기 밸브가 개방된 상태에서, 정전 등으로 인해 상기 전동모터(M)로의 전원 공급이 차단되면, 상기 전동모터(M)의 작동이 정지되어, 상기 회전축(M1)과 연결된 구동축(20)에 가해지던 회전력이 상실된다.When the supply of electric power to the electric motor M is cut off due to a power failure or the like, the operation of the electric motor M is stopped and the
따라서 상기 피스톤(30)이 후진한 상태에서 구동축(20)을 개방 방향으로 회전하도록 강제하던 회전력이 상실됨에 따라, 압축된 상기 탄성체(40) 탄성력이 하우징(10)의 내측을 향해 작용하게 되고,The elastic force of the compressed
이렇게 탄성체(40)가 팽창하면서 발생하는 탄성력은 상기 피스톤(30)의 몸체부(31)(보다 엄밀하게는 상기 지지체(32))를 전진 가압하여, 피스톤(30)이 전진하면서 상기 랙기어부(33a)에 의해 상기 톱니부(22)가 회전하여, 결국 상기 구동축(20)은 밸브의 폐쇄 방향으로 회전하여 밸브가 자동으로 폐쇄 복귀한다.The elastic force generated by the expansion of the
아울러 상기 피스톤(30)이 전후진하면서 몸체부(31)의 배기공(31b)으로 배기되는 공기의 유량을 조절하면, 전동모터(M)의 출력이나 감속기의 토크 압력 및 상기 탄성체(40)의 탄성력과 별개로 피스톤(30)의 이동 속도, 즉 구동축(20)의 회전 속도를 변경할 수 있으며,The output of the electric motor M or the torque of the reduction gear and the torque of the reduction gear of the
특히 전원이 차단된 비상 상황에서, 상기 탄성체(40)의 탄성력만으로 상기 피스톤(30)이 전진하여 밸브를 폐쇄 상태로 자동 복귀할 때, 피스톤(30)의 이동 속도는 상기 배기공(31b)으로 통과되는 공기의 유량에 따라 제한을 받게 되어, 밸브의 폐쇄 속도를 필요에 맞게 조정하여 변경할 수 있게 된다.When the
즉, 배기공(31b)(들)의 개도 범위를 넓이거나, 개방된 배기공(31b)의 개수를 늘리면(경우에 따라 배기공(31b)들을 모두 개방할 수 있음.), 배기되는 공기의 유량이 증대되면서, 그만큼 피스톤(30)의 이동 속도가 증가하게 되고,That is, if the opening range of the
반대로 배기공(31b)(들)의 개도 범위를 좁히거나, 개방된 배기공(31b)의 개수를 줄이면(경우에 따라 배기공(31b)들을 모두 폐쇄할 수 있음.), 배기되는 공기의 유량이 감소하면서, 그만큼 피스톤(30)의 이동 속도가 감소하게 되므로,Conversely, if the opening range of the
이에 따라 구동축(20)을 회전시키는 피스톤(30)의 이동 속도 조절을 통해 밸브의 폐쇄 속도를 변경할 수 있게 된다.Accordingly, the closing speed of the valve can be changed by adjusting the moving speed of the
아울러 피스톤(30)의 전후진 시, 상기 지지체(32)가 전진하면서 제1, 제2 수용홈(11a)(31a) 사이의 거리를 넓혀 상기 탄성체(40)의 팽창이 안정적으로 이루어지며, In addition, when the
이때 상기 가이드볼트(13)는 상기 지지체(32)(즉, 피스톤(30))의 전후진을 안내함과 동시에, 지지체(32)의 걸림단(32b)에 걸리는 헤드부(13a)를 통해 피스톤(30)의 전진거리를 제한하게 되어, 밸브가 폐쇄 완료된 후에도 피스톤(30)에 계속적으로 전진 압력이 작용하면서 구동축(20)으로 회전 압력이 전달되어 구동축(20)이나 밸브의 파손 내지 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.At this time, the
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 밸브의 비상 복귀 수단을 구비한 밸브 개폐용 액추에이터를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications, alterations, and changes may be made by those skilled in the art. And substitutions are to be construed as falling within the scope of protection of the present invention.
M : 전동모터 M1 : 회전축
S : 비상 복귀 수단
10 : 하우징 11 : 실린더부
11a : 제1 수용홈 12 : 지지블록
12a : 제1 지지단 13 : 가이드볼트
13a : 헤드부 14 : 안내롤러
20 : 구동축 21 : 밸브 장착부
22 : 톱니부 30 : 피스톤
31 : 몸체부 31a : 제2 수용홈
31b : 배기공 32 : 지지체
32A : 가이드홀 32a : 제2 지지단
32b : 걸림단 33 : 작동편
33a : 랙기어부 33b : 통과부
34 : 기밀부재 40 : 탄성체M: Electric motor M1:
S: Emergency return means
10: housing 11: cylinder part
11a: first receiving groove 12: support block
12a: first supporting end 13: guide bolt
13a: head portion 14: guide roller
20: drive shaft 21: valve mounting portion
22: serration part 30: piston
31:
31b: exhaust hole 32: support
32A:
32b: engaging end 33:
33a:
34: sealing member 40: elastic body
Claims (4)
상기 하우징에 내장되며 전동모터에 의해 양방향 회전하면서 밸브를 개폐 작동시키는 구동축; 및
상기 구동축의 일방향 회전에 의한 밸브의 개방 상태에서, 전원 차단 시 상기 구동축을 타방향으로 회전시켜 상기 밸브를 자동으로 폐쇄시키는 비상 복귀 수단;을 포함하되,
상기 비상 복귀 수단은,
상기 구동축의 외주면에 구비된 톱니부;
상기 하우징 내에서 상기 구동축과 직교되는 방향으로 전후진하게 설치되고, 상기 톱니부에 치합되는 랙기어부를 구비한 피스톤; 및
상기 구동축이 타방향으로 회전 압력을 받도록, 상기 피스톤을 전진 방향으로 탄성 지지하는 탄성체를 포함하고,
상기 하우징은 상기 구동축을 중심으로 서로 직교되는 방향으로 교차 배열된 실린더부를 구비하여,
각 실린더부에 상기 피스톤이 전후진하도록 설치되어 있고,
상기 피스톤은 상기 탄성체가 연결된 몸체부와, 상기 몸체부에서 전방으로 돌출 연결되고 상기 랙기어부를 구비한 작동편을 포함하고,
상기 작동편에는 직교되는 다른 피스톤의 랙기어부가 통과되는 통과부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 개폐용 액추에이터.
housing;
A drive shaft that is built in the housing and bi-directionally rotated by an electric motor to open and close the valve; And
And an emergency return means for automatically closing the valve by rotating the drive shaft in the other direction when the power is shut off in a state where the valve is opened by unidirectional rotation of the drive shaft,
Wherein the emergency return means comprises:
A tooth portion provided on an outer circumferential surface of the drive shaft;
A piston provided in the housing in a direction perpendicular to the drive shaft, the piston having a rack gear portion engaged with the toothed portion; And
And an elastic body elastically supporting the piston in a forward direction so that the driving shaft receives a rotational pressure in the other direction,
Wherein the housing includes a cylinder portion that is arranged in a direction orthogonal to the drive shaft,
The piston is provided in each cylinder part so as to move back and forth,
Wherein the piston includes a body portion to which the elastic body is connected, and an actuating piece projecting forward from the body portion and having the rack gear portion,
Wherein the actuating piece is provided with a passage portion through which a rack gear portion of another piston orthogonal to the actuator is passed.
상기 하우징과 상기 실린더부는 상기 몸체부를 격벽으로 하여 서로 구획화되어 있되,
상기 몸체부에는 상기 하우징과 실린더부 사이를 연통시키는 하나 이상의 배기공이 구비되어, 상기 배기공의 개도 범위 조절 또는 상기 배기공의 개폐 조정을 통해, 상기 하우징과 실린더부 사이로 배기되는 공기의 유량을 조절하여, 상기 피스톤의 이동 속도를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는, 밸브 개폐용 액추에이터.
The method according to claim 1,
Wherein the housing and the cylinder are partitioned from each other with the body portion being a partition wall,
The body portion may include at least one exhaust hole communicating between the housing and the cylinder portion to adjust the flow rate of air exhausted between the housing and the cylinder portion through the opening range adjustment of the exhaust hole or the opening / And the moving speed of the piston can be changed.
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KR1020180006182A KR101858203B1 (en) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | Fail-safe system for actuator |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013257030A (en) * | 2012-06-14 | 2013-12-26 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Relief valve and compressor fitted with the same |
KR101459710B1 (en) * | 2014-03-28 | 2014-11-12 | 주식회사 아이토크콘트롤즈 | Fail-safe system for actuator |
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2018
- 2018-01-17 KR KR1020180006182A patent/KR101858203B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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