KR101880639B1

KR101880639B1 - 스마트 제어밸브 구동기

Info

Publication number: KR101880639B1
Application number: KR1020170089723A
Authority: KR
Inventors: 조재열; 이경하
Original assignee: 주식회사 제이에스코리아
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2018-07-20

Abstract

본 발명은 스마트 제어밸브 구동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체(물, 기름, 증기 등)를 사용하여 운전되는 설비에서, 유체의 유량과 압력을 조절하는 제어밸브에 설치되어, 전기 및 공압을 이용하여 제어밸브를 작동 시키되, 요크를 제거하여 무게중심을 낮춤으로써, 종래의 구동기 보다 가성 및 고유진동수를 높이고, 모멘트 하중, 지진하중 및 외부 진동하중에 제어밸브 조립체의 구조적 건정성을 확보할 수 있는 스마트 제어밸브 구동기을 제공한다.

Description

스마트 제어밸브 구동기 {Smart control valve actuators and trim}

본 발명은 스마트 제어밸브 구동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체(물, 기름, 증기 등)를 사용하여 운전되는 설비에서, 유체의 유량과 압력을 조절하는 제어밸브에 설치되어, 전기 및 공압을 이용하여 제어밸브를 작동 시키는 스마트 제어밸브 구동기에 관한 것이다.

발전소, 화학플랜트 및 해양 플랜트 같이 플랜트 산업과 같이 유체(물, 증기 및 기름)를 사용하여 운전되는 설비에서 유체의 유량과 압력을 조절하는 유체 기기를 제어밸브라고 하며, 전기 및 공압을 이용하여 제어밸브의 플러그(유로의 개폐를 담당)를 움직이는 동력 장치를 구동기라고 한다.

종래의 제어밸브는, 구동기를 설치하기 위하여 본넷과 구동기 요크를 스터드 볼트로 고정한다. 구동기 요크는 포지셔너, 리미트 스위치 및 클램프 등 여러 가지 밸브 부속기기들이 설치되며, 이로 인해 제어밸브 측 무게 중심이 높아지게 된다.

따라서 배관에 제어밸브 설치 시 구동기 상부에서 모멘트 하중이 발생하게 되며, 지진하중과 외부 진동하중에 구동기 요크 하단과 체결볼트에 응력 집중이 발생하게 되고, 이에 따른 구조 건전성을 확보하기 위하여 요크 두께가 증가하고, 체결볼트 수량 및 스터드 볼트 지름이 증가된다. 즉, 높은 설계 강도가 요구 되는 문제점이 있다.

또한, 고온 유체를 제어하는 구동기는 배관의 온도가 제어밸브 바디, 본넷 등에 전달되고, 구동기 요크와 구동기 상부로 그 온도가 전달된다. 제어밸브 바디 보다 온도는 낮지만, 구동기 상단에 높은 열전달로 구동기의 강성 저하, 코팅 박리(뜯어져 나가는 현상) 및 안전사고 등이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

아울러, 제어밸브가 닫혀있는 상태에서 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있는 것이 바람직하다.

한국등록특허 [10-1601758]에서는 유체 제어밸브가 개시되어 있다.

한국등록특허 [10-1601758](등록일자: 2016년03월03일)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 요크를 제거하여 무게중심을 낮춤으로써, 종래의 구동기 보다 가성 및 고유진동수를 높이고, 모멘트 하중, 지진하중 및 외부 진동하중에 제어밸브 조립체의 구조적 건정성을 확보할 수 있는 스마트 제어밸브 구동기을 제공하는 것이다.

본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기는, 유체를 사용하여 운전되는 설비의 유체 유량과 압력을 조절하는 제어밸브(10)에 설치되는 스마트 제어밸브 구동기에 있어서, 상기 제어밸브(10)에 결합되는 구동기하우징(100); 상기 구동기하우징(100) 내부에 일측이 구비되며, 타측이 상기 구동기하우징(100) 외부로 돌출되어 상기 제어밸브(10) 내부에서 왕복운동 하는 구동기스템(200); 상기 구동기하우징(100) 내부에서 상기 구동기하우징(100)과 구동기스템(200) 사이에 구비되며, 구동기포지셔너(20)로부터 공급되는 압력에 의해 압축되었다가 원상태로 복귀되면서 상기 구동기스템(200)을 복귀시키는 구동기스프링(300); 상기 구동기스템(200)의 타측에 연결되며, 상기 제어밸브(10)의 유로를 개폐하는 밸브플러그(400); 상기 밸브플러그(400)에 의해 개폐되는 상기 제어밸브(10)의 유로 상에 구비되되, 상기 밸브플러그(400)가 유로를 폐쇠하는 지점에 고정되는 밸브시트링(500); 및 양 측이 개방된 기둥형상이며, 개방된 일 측이 상기 구동기하우징(100)과 연결되고 개방된 타 측이 상기 밸브시트링(500)과 연결되며, 측면으로 유체가 통과되도록 홀이 형성된 밸브트림(600); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동기하우징(100)은 외부 표면에 요부와 돌부가 교호되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)은 선 접촉이 두 곳 이상 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브시트링(500)은 상기 밸브플러그(400)와 선 접촉되는 오리피스 지역을 따라 하나 또는 다수의 홈(501)이 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 밸브플러그(400)는 상기 홈(501)에 삽입되도록 상기 밸브플러그(400)와 선 접촉되는 오리피스 지역을 따라 돌출부(401)가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브플러그(400)는 상기 밸브시트링(500)과 선 접촉되는 부분이 굴곡진 것을 특징으로 한다.

또, 상기 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)은 상기 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)의 선 접촉되는 부분이 동심원을 이루도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브트림(600)은 다수의 실린더기둥(610, 620, 630, 640, 650)이 겹쳐지되, 가장 바깥쪽 또는 가장 안쪽에서 홀수 번 째 실린더기둥(610, 630, 650)은 지정된 위치마다 특정 개수(N개)의 원홀(611, 631, 651)이 다수 형성되고, 가장 바깥쪽 또는 가장 안쪽에서 짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)은 지정된 위치마다 상기 특정 개수의 긴타원형홀(621, 641)이 다수 형성되되, 짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)에 형성된 긴타원형홀(621, 641)의 일측, 타측 또는 일측과 타측에, 상기 짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)과 내측과 외측에서 인접한 홀수 번 째 실린더기둥(610, 630, 650)의 원홀(611, 631, 651)이 연통되어, 상기 밸브트림의 측면에는 상기 특정 개수의 관통홀이 형성되도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 스마트 제어밸브 구동기는 상기 밸브플러그(400)가 상기 밸브시트링(500)에 밀착되는 밸브 닫힘 시 유체 누설 유/무, 밸브플러그(400) 위치, 구동기하우징(100) 온도 및 제어밸브(10) 온도 중 선택되는 하나 또는 복수의 제어밸브 상태 정보를 표시하는 디스플레이부(700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기에 의하면, 구동기하우징이 요크를 거치지 않고 제어밸브에 직접 설치되어, 종래의 구동기 보다 가성 및 고유진동수를 높이고, 모멘트 하중, 지진하중 및 외부 진동하중에 제어밸브 조립체의 구조적 건정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 구동기하우징의 표면적을 증가시킴으로써, 구동기하우징이 과열되는 것을 방지하여, 코팅이 박리되는 것을 감소시킬 수 있고, 구동기하우징의 강성을 증가 시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 선 접촉이 두 곳 이상 되도록 밸브플러그 및 밸브시트링을 형성함으로써, 유체 누설을 다중(이중 삼중)으로 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 밸브시트링의 밸브플러그와 선 접촉되는 오리피스 지역을 따라 홈이 형성됨으로써, 선 접촉이 용이하게 발생되도록 하여 유체 누설을 차단하는 효과가 더욱 뛰어나다.

또, 홈에 삽입되도록 밸브플러그에 돌출부가 형성됨으로써, 밸브 개방 시 유체의 흐름이 급격하게 증가하는 것을 방지하여 여타 부품들의 손상을 방지 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 밸브플러그의 밸브시트링과 선 접촉되는 부분이 굴곡지도록 함으로써, 밸브플러그와 밸브시트링의 동심을 자동으로 맞추어 여타 부품들의 손상을 방지 할 수 있는 효과가 있다.

또, 밸브플러그 및 밸브시트링의 선 접촉되는 부분이 동심원을 이루도록 함으로써, 선접촉이 이루어지는 부분이 눌리는 압력을 일정하게 유지시킬 수 있어, 내구성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 다수의 실린더기둥을 겹쳐 밸브트림을 형성하고, 밸브트림의 측면에 다수의 굴곡진 유로를 형성함으로써, 압력 및 우량을 제어할 수 있음과 동시에 유체의 케비테이션 현상을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 제어밸브 상태정보를 확인할 수 있는 디스플레이부를 구비함으로써, 문제 발생 시 신속한 조치가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기에 의해 제어밸브가 닫힌 상태를 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 스프링이 압축되어 제어밸브가 열린 상태를 보여주는 도면.
도 3은 도 1의 확대된 부분을 더 확대한 도면.
도 4는 도 1의 밸브트림의 단면을 보여주는 도면.
도 5는 도 4의 분해사시도를 보여주는 도면.
도 6은 도 4의 분해평면도를 보여주는 도면.
도 7은 도 1에 디스플레이부가 추가된 상태를 보여주는 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기에 의해 제어밸브가 닫힌 상태를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 스프링이 압축되어 제어밸브가 열린 상태를 보여주는 도면이며, 도 3은 도 1의 확대된 부분을 더 확대한 도면이고, 도 4는 도 1의 밸브트림의 단면을 보여주는 도면이며, 도 5는 도 4의 분해사시도를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 4의 분해평면도를 보여주는 도면이며, 도 7은 도 1에 디스플레이부가 추가된 상태를 보여주는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기는 기존 제어밸브 구동기, 시트링, 플러그 및 트림이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로,

제어밸브 무게 중심을 낮추고 고유진동수 증가를 위하여 구동기 요크를 제거하였다. 요크를 제거함으로써 기존 구동기 무게 중심 보다 약 30 cm 낮게 설치할 수 있으며, 구동기 상부 모멘트 감소 및 지진하중과 진동하중에 대한 응답수가 작아진다. 따라서 제어밸브 바디와 구동기 연결 체결볼트인 스터드 볼트의 지름을 작게 형성할 수 있고, 응력 집중 부분이 발생되지 않도록 할 수 있다.

또한, 방열면적을 증가 시켰으며, 시트링과 플러그 손상에 대한 유체 누설 방지하기 위한 멀티 시트링을 구현하였고, 플러그 하단이 굴곡지도록 변경하였다.

또, 트림에 유체 통과 시 유체 저항을 높이고, 이물질 고착을 방지하기 위하여, 트림을 다수의 실린더를 겹쳐 형성하되, 측면에 유체의 통과가 가능한 홀이 꺽이도록 형성하여 유체 저항값과 압력을 조절할 수 있다.

아울러, 제어밸브 상태와 밸브 닫힘 시 유체 누설을 자가 진단한 정보를 운전자가 육안으로 확인할 수 있도록 하였다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기는 유체를 사용하여 운전되는 설비의 유체 유량과 압력을 조절하는 제어밸브(10)에 설치되는 스마트 제어밸브 구동기에 있어서, 구동기하우징(100), 구동기스템(200), 구동기스프링(300), 밸브플러그(400), 밸브시트링(500) 및 밸브트림(600)을 포함한다.

즉, 종래에 설치되던 구동기 요크를 제거하여 기존 구동기 보다 가성 및 고유진동수를 높이고, 모멘트 하중, 지진하중 및 외부 진동하중에 제어밸브 조립체에 구조적 건정성을 확보한다.

구동기하우징(100)은 상기 제어밸브(10)에 결합된다.

상기 제어밸브(100)의 결합되는 측은 개구되어 있으며, 상기 구동기하우징(100)이 결합되면서 개구된 부분을 외부와 차단(밀폐) 시키게 된다.

이때, 결합되는 측 이외에도 유체가 유입되는 통로와 유출되는 통로도 개구되어 있다.

또한, 상기 구동기하우징(100)은 상기 구동기스템(200) 일부분과 구동기스프링(300)을 내부에 수용한다.

구동기스템(200)은 상기 구동기하우징(100) 내부에 일측이 구비되며, 타측이 상기 구동기하우징(100) 외부로 돌출되어 상기 제어밸브(10) 내부에서 왕복운동 한다.

즉, 상기 구동기하우징(100)이 상기 제어밸브(100)의 개구된 측(유체가 통과하지 않는 부분)에 결합되면서, 상기 구동기스템(200) 일측은 상기 구동기하우징 내부에 구비되어 왕복운동 하게 되며, 상기 구동기스템(200) 타측은 상기 제어밸브(10) 내부에서 왕복운동 하게 된다.

상기 구동기(200)은 왕복운동이 가능하도록 기둥 형상으로 형성되고, 기둥 형상으로 형성된 부분 중 상기 구동기하우징(100) 내부에 위치되는 부분 일부에 기둥 형상으로 형성된 부분과 직각으로 연결되어(예: 판 형상 등) 상기 구동기(200)이 상기 구동기하우징(100) 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 2에서는 단면이 T자 형상으로 상기 구동기(200)이 형성된 예를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 단면이 십자(+) 형상으로 형성되는 등 상기 구동기(200)을 상기 구동기하우징(100) 내부에서 왕복운동 시킬 수 있는 구조라면 어떠한 구조도 채택 가능함은 물론이다.

구동기스프링(300)은 상기 구동기하우징(100) 내부에서 상기 구동기하우징(100)과 구동기스템(200) 사이에 구비되며, 구동기포지셔너(20)로부터 공급되는 압력에 의해 압축되었다가 원상태로 복귀되면서 상기 구동기스템(200)을 복귀시킨다.

상기 구동기스프링(300)은 상기 구동기스템(200)을 왕복운동 시키기 위한 것으로, 상기 구동기하우징(100)과 구동기스템(200) 사이에 구비되어 탄성력을 제공한다.

도 1 내지 도 2에서와 같이, 구동기하우징(100) 상부와 구동기스템(200) 상면 사이에 구동기스프링(300)이 구비된 경우, 상기 구동기포지셔너(20)는 상기 구동기스템(200) 하부로 압력을 공급할 수 있다.

즉, 상기 구동기스템(200)을 기준으로 상기 구동기스프링(300)이 구비되는 위치와 반대되는 위치에 상기 구동기포지셔너(20)가 압력을 공급하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 2에서는 구동기하우징(100) 상부와 구동기스템(200) 상면 사이에 구동기스프링(300)이 구비된 예를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 구동기하우징(100) 하부와 구동기스템(200) 하면 사이에 구동기스프링(300)이 구비되는 등 상기 구동기스프링(300)과 구동기포지셔너(20)가 상기 구동기스템(200)을 상기 구동기하우징(100) 내부에서 왕복운동 시킬 수 있는 구조라면 어떠한 구조도 채택 가능함은 물론이다.

밸브플러그(400)는 상기 구동기스템(200)의 타측에 연결되며, 상기 제어밸브(10)의 유로를 개폐한다.

상기 밸브플러그(400)는 밸브시트링(500)이 설치된 유로(오리피스)를 개폐하기 위한 것으로, 상기 구동기스템(200)의 왕복운동에 따라 상기 밸브플러그(400)가 상기 밸브시트링(500)이 설치된 유로를 차단하거나 개방할 수 있다.

밸브시트링(500)는 상기 밸브플러그(400)에 의해 개폐되는 상기 제어밸브(10)의 유로 상에 구비되되, 상기 밸브플러그(400)가 유로를 폐쇠하는 지점에 고정된다.

상기 밸브시트링(500)은 유로(오리피스)를 상기 밸브플러그(400)로 개폐하기 위한 장소(홀)에 고정된다.

즉, 상기 밸브플러그(400)와 밸브시트링(500)은 제어밸브(10)의 오리피스 지역에서 유체의 흐름을 차단하는 역할을 수행하는 것으로, 유체의 흐름을 차단하기 위해 상기 밸브플러그(400)와 밸브시트링(500)이 빈 틈이 발생되지 않도록 선접촉되어 밀착된다.

밸브트림(600)은 양 측이 개방된 기둥형상이며, 개방된 일 측이 상기 구동기하우징(100)과 연결되고 개방된 타 측이 상기 밸브시트링(500)과 연결되며, 측면으로 유체가 통과되도록 홀이 형성된다.

상기 밸브트림(600)은 상기 밸브플러그(400) 개도율에 따라 제어밸브(10)의 오리피스 지역을 통과하는 유체의 유량과 압력을 조절하기 위한 것으로, 개방된 양 측이 밀폐되어, 측면에 형성된 홀을 통해서만 유체가 통과하도록 상기 구동기하우징(100)과 밸브시트링(500) 사이에 구비된다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기의 구동기하우징(100)은 외부 표면에 요부와 돌부가 교호되도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

요부는 움푹 패인 홈 형상을 말하는 것이고, 돌부는 볼록 튀어나온 형상을 말하는 것으로, 요부와 돌부가 교호되도록 형성된다는 것은 요철 형상으로 주름진 형상을 말하는 것이다.

즉, 구동기하우징(100)의 외부 표면적을 증가시켜, 구동기 방열 면적을 증가 시킴으로써, 제어밸브(10)에서 전달되는 온도로 인해 구동기하우징(100)이 과열되는 것을 방지하여, 코팅이 박리(뜯어져 나가는 현상)되는 것을 감소시킬 수 있고, 구동기하우징(100)의 강성을 증가 시킬 수 있다.

고온 유체를 제어하는 구동기는 배관의 온도가 구동기하우징(100)으로 전달된다. 밸브 바디 보다 온도는 낮지만, 구동기하우징(100)의 온도 상승으로 인한 강성 저하, 코팅 박리(뜯어져 나가는 현상) 및 안전사고 등의 문제점을 해소하기 위해, 구동기하우징(100) 표면을 요철(주름) 형상으로 만드는 것이 바람직하다.

이때, 방열면적을 종래의 구동기 보다 20 ~ 40 % 증가 시키게 되면, 구동기하우징(100) 표면 온도를 50 ℃ 이하로 낮추는 것이 가능하며, 이로 인해, 운전자의 안전사고(화상 등)를 예방할 수 있음과 동시에, 구동기하우징(100)의 강성 저하를 방지하고, 구동기하우징(100)의 코팅이 박리되는 것을 방지할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기의 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)은 선 접촉이 두 곳 이상 되도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

종래의 제어밸브에 시트링과 플러그는 하나의 선접촉으로 오리피스 지역에서 유체를 차단하여 유체가 누설될 가능성이 높았다. 또한, 밸브 닫힘 시 시트링과 플러그 동심도가 맞지 않을 경우에도 유체 누설이 발생할 수 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 2곳 이상에 선접촉이 발생되도록 함으로서 하나의 선접촉에서 시트링이 손상되어도 오리피스 지역에 유체 누설을 방지할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기의 밸브시트링(500)은 상기 밸브플러그(400)와 선 접촉되는 오리피스 지역을 따라 하나 또는 다수의 홈(501)이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 홈(501)을 형성하는 것은, 상기 밸브시트링(500)이 상기 밸브플러그(400)에 의해 눌려 모양이 다소 변형되더라도 선 접촉이 발생되는 것이 용이하도록 하기 위함이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기의 밸브플러그(400)는 상기 홈(501)에 삽입되도록 상기 밸브플러그(400)와 선 접촉되는 오리피스 지역을 따라 돌출부(401)가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 돌출부(401)는 제어밸브의 유로 개방 초기에 유체의 흐름이 급격하게 증가하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 돌출부(401)가 밸브플러그(400)가 밸브시트링(500)의 상측 선 접촉 이루어지는 부분을 지나가는 동안 유체의 흐름이 급격하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 상기 돌출부(401)는 상기 밸브플러그(400)와 밸브시트링(500) 사이의 틈이 급격하게 커지지 않도록 하기 위한 것이다.

이때, 상기 돌출부(401)는 수직구간과 수평구간을 구비할 수 있다.

이는, 상기 돌출부(401)가 일정 구간을 통과하는 동안 유체의 흐름을 일정하게 유지시킬 수 있도록 할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기의 밸브플러그(400)는 상기 밸브시트링(500)과 선 접촉되는 부분이 굴곡진(만곡된) 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 상기 밸브플러그(400)는 선 접촉이 발생되는 부분에 라운드 모양이 형성되도록 할 수 있고, 상기 밸브시트링(500)은 선 접촉이 발생되는 부분이 일정 각도로 꺾이도록 형성할 수 있다.

이는, 상기 밸브플러그(400)와 밸브시트링(500)의 동심을 자동으로 맞추기 위함이다.

즉, 상기 밸브플러그(400) 하단부의 굴곡진(도 3의 반구형상) 부분이 상기 밸브시트링(500)에 밀착되면서(닫히면서), 상기 밸브플러그(400)와 밸브시트링(500)이 동심을 자동으로 맞출 수 있음으로써, 여타 부품들의 손상을 방지 할 수 있다.

다시 말해, 상기 밸브플러그(400)의 굴곡진 부분으로 인해, 제어밸브 닫힘 시 자동적으로 상기 밸브플러그(400)와 밸브시트링(500)의 동심도를 유지하여 유체 누설을 방지 할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기의 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)은 상기 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)의 선 접촉되는 부분이 동심원을 이루도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

즉, 선 접촉 되는 부분의 동심을 일치시킴으로써, 선접촉이 이루어지는 부분이 눌리는 압력을 일정하게 유지시킬 수 있어, 내구성을 증가시킬 수 있다.

다시 말해, 어느 일 부분이 먼저 손상되지 않도록 할 수 있다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기의 밸브트림(600)은 다수의 실린더기둥(610, 620, 630, 640, 650)이 겹쳐지되, 가장 바깥쪽 또는 가장 안쪽에서 홀수 번 째 실린더기둥(610, 630, 650)은 지정된 위치마다 특정 개수(N개)의 원홀(611, 631, 651)이 다수 형성되고, 가장 바깥쪽 또는 가장 안쪽에서 짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)은 지정된 위치마다 상기 특정 개수의 긴타원형홀(621, 641)이 다수 형성되되, 짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)에 형성된 긴타원형홀(621, 641)의 일측, 타측 또는 일측과 타측에, 상기 짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)과 내측과 외측에서 인접한 홀수 번 째 실린더기둥(610, 630, 650)의 원홀(611, 631, 651)이 연통되어, 상기 밸브트림의 측면에는 상기 특정 개수의 관통홀이 형성되도록 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

다시 말해, 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, a에 해당되는 위치의 원홀은(611, 651) 긴타원형홀(621, 641)의 a에 해당되는 위치와 연통되도록 하고, b에 해당되는 위치의 원홀(631)은 긴타원형홀(621, 641)의 b에 해당되는 위치와 연통되도록 하여, 여러 장의 얇은 실린더기둥(610, 620, 630, 640, 650)이 겹쳐지도록 하여 밸브트림(600)을 형성할 수 있다.

즉, 원홀(611, 631, 651) 또는 긴타원형홀(621, 641)이 가공된 여러 장의 얇은 실린더기둥(610, 620, 630, 640, 650)을 겹쳐서 유체 저항 값을 조절할 수 있도록 할 수 있다.

다시 말해, 겹쳐지는 실린더기둥(610, 620, 630, 640, 650) 수량으로 압력을 조절하고, 오리피스 벽면에 형성된 원홀(611, 631, 651) 및 긴타원형홀(621, 641) 수량(N 개)으로 유량을 제어할 수 있다.

종래의 제어밸브 트림은 작은 사각형 홀을 여러겹층으로 쌓아서 만들거나 사선으로 홀을 생성하여 유체 저항 값을 높였으며, 종래의 제어밸브 트림은 유량 = 면적 *유체속도의 공식을 이용하여, 유체가 통과하는 면적을 조절함으로써 유량을 제어하였고, 트림에 의한 저항 값으로 압력을 조절하였다.

하지만, 작은 사각홀은 유체 속에 포함된 이물질들이 고착되어 홀을 막는 문제가 발생하고 사선으로 만들어진 홀은 밸브 바디 오리피스 지역에서 회오리처럼 유체가 방출되어 플러그 하단부에 케비테이션 현상을 발생시켜 제어밸브 트림에 손상을 유발하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브트림(600)은 도 4에 도시된 바와 같이, 오리피스 지역 안에서 바깥으로 여러 장에 얇은 실린더기둥(610, 620, 630, 640, 650)을 겹쳐 하나에 원통형 밸브트림(600)을 만든다.

이때, 원형의 원홀(611, 631, 651)과 긴타원형의 긴타원형홀(621, 641)이 ㄹ 자 형상 또는 계단 형상 등 유로가 꺾이면서 형성되도록 배열되도록 함으로써, 해당 유로를 유체가 통과하면서 유체는 크로스 플로(Cross Flow) 유동을 하며, 크로스 플로(Cross Flow) 되는 수량에 따라 유체 저항 값을 조절하여 차압을 제어하고, 상기 밸브플러그(400)가 상승되는 높이에 따라 개방되는 원형의 원홀(611, 631, 651)과 긴타원형의 긴타원형홀(621, 641)로 이루어진 유로의 수량에 따라 유체 유량을 조절할 수 있다.

이를 통해, 종래의 트림에서는 유체가 통과할 수 있는 면적 보다 이물질의 면적이 커서 발생 가능한 이물질 고착을 방지할 수 있으며, 오리피스 지역에서 회오리 방출을 방지할 수 있음으로써, 유체 케비테이션에 대한 부품 손상을 방지할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 제어밸브 구동기는 상기 밸브플러그(400)가 상기 밸브시트링(500)에 밀착되는 밸브 닫힘 시 유체 누설 유/무, 밸브플러그(400) 위치, 구동기하우징(100) 온도 및 제어밸브(10) 온도 중 선택되는 하나 또는 복수의 제어밸브 상태 정보를 표시하는 디스플레이부(700)를 더 포함할 수 있다.

이는, 밸브 닫힘 시 유체 누설 유/무, 밸브플러그(400) 위치, 구동기하우징(100) 온도 및 제어밸브(10) 온도 등 제어밸브 상태 정보를 밸브 운전자가 육안으로 용이하게 확인할 수 있도록 하여, 문제 발생 시 신속한 조치가 가능하도록 할 수 있다.

이를 위해, 유체 누설 발생 시 발생하는 변형 신호를 감지 및 데이터를 수집하고, 유체 누설 유/무를 판단할 수 있는 알고리즘에 분석기를 거쳐 운전자가 육안으로 확인 및 판단할 수 있도록 제어밸브 상태 정보를 상기 디스플레이부(700)에 표시되도록 할 수 있다.

이때, 상기 디스플레이부(700)는 구동기하우징(100)에 설치할 수 있다.

기존 제어밸브 동작 상태는 디스크 위치만 확인이 가능하였고, 포지셔너 막대로 밸브 개도를 인지할 수 있었을 뿐, 밸브에 유체 누설 유무 확인이 불가능하였으나, 본 발명에서는 밸브 닫힘 시 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500) 사이에서 발생할 수 있는 유체 누설을 자가진단하고, 제어밸브의 상태를 확인할 수 있는 디스플레이부(700)를 구동기하우징(100)에 설치하여 제어밸브 상태 정보를 밸브 운전자가 육안으로 용이하게 확인할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10: 제어밸브
20: 구동기포지셔너
100: 구동기하우징
200: 구동기스템
300: 구동기스프링
400: 밸브플러그
401: 돌출부
500: 밸브시트링
501: 홈
600: 밸브트림
610, 620, 630, 640, 650: 실린더기둥
611, 631, 651: 원홀
621, 641: 긴타원형홀
700: 디스플레이부

Claims

유체를 사용하여 운전되는 설비의 유체 유량과 압력을 조절하는 제어밸브(10)에 설치되는 스마트 제어밸브 구동기에 있어서,
상기 제어밸브(10)에 결합되는 구동기하우징(100);
상기 구동기하우징(100) 내부에 일측이 구비되며, 타측이 상기 구동기하우징(100) 외부로 돌출되어 상기 제어밸브(10) 내부에서 왕복운동 하는 구동기스템(200);
상기 구동기하우징(100) 내부에서 상기 구동기하우징(100)과 구동기스템(200) 사이에 구비되며, 구동기포지셔너(20)로부터 공급되는 압력에 의해 압축되었다가 원상태로 복귀되면서 상기 구동기스템(200)을 복귀시키는 구동기스프링(300);
상기 구동기스템(200)의 타측에 연결되며, 상기 제어밸브(10)의 유로를 개폐하는 밸브플러그(400);
상기 밸브플러그(400)에 의해 개폐되는 상기 제어밸브(10)의 유로 상에 구비되되, 상기 밸브플러그(400)가 유로를 폐쇠하는 지점에 고정되는 밸브시트링(500); 및
양 측이 개방된 기둥형상이며, 개방된 일 측이 상기 구동기하우징(100)과 연결되고 개방된 타 측이 상기 밸브시트링(500)과 연결되며, 측면으로 유체가 통과되도록 홀이 형성된 밸브트림(600);
을 포함하되, 상기 구동기포지셔너(20)는 상기 구동기스템(200)을 기준으로 상기 구동기스프링(300)이 구비되는 위치와 반대되는 위치에 일측이 연결되어, 상기 구동기스템(200) 하부로 압력을 공급하여, 상기 구동기스템(200)을 상부로 밀어올리며, 상기 구동기스프링(300)을 압축시키는 것을 특징으로 하며,
상기 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)은
선 접촉이 두 곳 이상 되도록 형성된 것을 특징으로 하고,
상기 밸브시트링(500)은
상기 밸브플러그(400)와 선 접촉되는 오리피스 지역을 따라 하나 또는 다수의 홈(501)이 형성된 것을 특징으로 하며,
상기 밸브플러그(400)는
상기 홈(501)에 삽입되도록 상기 밸브플러그(400)와 선 접촉되는 오리피스 지역을 따라 돌출부(401)가 형성된 것을 특징으로 하는 스마트 제어밸브 구동기.
제1항에 있어서,
상기 구동기하우징(100)은
외부 표면에 요부와 돌부가 교호되도록 형성된 것을 특징으로 하는 스마트 제어밸브 구동기.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 밸브플러그(400)는
상기 밸브시트링(500)과 선 접촉되는 부분이 굴곡진 것을 특징으로 하는 스마트 제어밸브 구동기.
제1항에 있어서,
상기 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)은
상기 밸브플러그(400) 및 밸브시트링(500)의 선 접촉되는 부분이 동심원을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 스마트 제어밸브 구동기.
제1항에 있어서,
상기 밸브트림(600)은
다수의 실린더기둥(610, 620, 630, 640, 650)이 겹쳐지되, 가장 바깥쪽 또는 가장 안쪽에서 홀수 번 째 실린더기둥(610, 630, 650)은 지정된 위치마다 특정 개수(N개)의 원홀(611, 631, 651)이 다수 형성되고, 가장 바깥쪽 또는 가장 안쪽에서 짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)은 지정된 위치마다 상기 특정 개수의 긴타원형홀(621, 641)이 다수 형성되되,
짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)에 형성된 긴타원형홀(621, 641)의 일측, 타측 또는 일측과 타측에, 상기 짝수 번 째 실린더기둥(620, 640)과 내측과 외측에서 인접한 홀수 번 째 실린더기둥(610, 630, 650)의 원홀(611, 631, 651)이 연통되어, 상기 밸브트림의 측면에는 상기 특정 개수의 관통홀이 형성되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 스마트 제어밸브 구동기.
제1항에 있어서,
상기 스마트 제어밸브 구동기는
상기 밸브플러그(400)가 상기 밸브시트링(500)에 밀착되는 밸브 닫힘 시 유체 누설 유/무, 밸브플러그(400) 위치, 구동기하우징(100) 온도 및 제어밸브(10) 온도 중 선택되는 하나 또는 복수의 제어밸브 상태 정보를 표시하는 디스플레이부(700);
를 포함하는 스마트 제어밸브 구동기.