KR102012949B1 - 대유량 밸브 충격압력 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대유량 밸브의 충격압력 시험장치를 제공한다.
특히, 본 발명은 시험 대상 밸브로 토출되는 유체의 압력을 높이는 수압 펌프, 상기 수압 펌프와 연결되며 일정한 수위를 유지하면서 수압 펌프 내로 유체를 공급하는 유체 공급 탱크, 밸브 시험 충격압력 과정에서 사용된 유체가 저장되는 드레인 탱크 및 상기 유체 공급 탱크의 수위를 유지할 수 있도록 상기 드레인 탱크로부터 유체 공급 탱크 내로 유체를 공급하는 순환 펌프를 포함하며, 상기 수압 펌프는 직진식 수압펌프로써 전 후진하는 직진운동을 통하여 고압의 유체를 공급하는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치에 관한 것이다.
상기와 같은 구성을 통하여, 종래의 밸브 시험장치들에 비하여 실제 작동 환경과 유사한 시험 조건을 구성할 수 있어 밸브의 성능 및 내구수명 테스트 결과의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

대유량 밸브 충격압력 시험장치{Valve impact pressure testing apparatus for large flow}

본 발명은 밸브의 성능 및 내구성을 테스트할 수 있는 대유량 밸브 충격압력 시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시험장치 내부에 구비된 직진식 수압펌프 및 에어 벤트 밸브(air vent valve)를 통하여 압력을 급격하게 증가시켜 충격 압력 시험의 설계 사항과 유사한 조건에서 밸브 테스트를 가능하게 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치에 관한 것이다.

밸브는 유체를 통하게 하거나 차단 또는 제어하기 위해 통로를 개폐할 수 있도록 한 가동 기구들을 총칭하는 용어로써, 밸브는 용도나 구조에 따라 여러 가지로 분류 및 호칭된다.

밸브는 유체의 압력, 온도, 속도 및 유량 등을 조절하는 역할을 하여, 송유관, 배수관, 가스관 등의 이송용 배관 내에 배치되어 유체의 흐름을 각각의 프로세스마다 요구하는 물리적 조건에 맞출 수 있도록 하는 일반적이면서도 중요한 제어 요소이다.

위와 같이 유체를 사용하는 산업 분야에서 핵심적인 부품인 밸브의 수요는 점차 증가하여 국내외 밸브생산업체들은 급증하는 밸브 수요를 충족시키기 위하여 대량생산시스템을 구축하려는 움직임을 보이는데, 이 때 필요한 것이 밸브의 성능을 시험할 수 있는 시험장치이다.

종래에 사용되던 밸브는 물론 밸브의 인자를 개선시킨 새로운 밸브의 성능 및 내구성을 확인하기 위해서는 대량 생산 전 테스트가 필요한데, 종래에 사용되던 밸브 시험장치는 에너지 소모량이 큰 펌프를 사용함에 따라 비경제적이었다.

나아가, 밸브의 안착 및 고정시키는 등의 시험 세팅 시간이 오래 걸리고, 밸브에 작용하는 압력은 점차적으로 상승하는 방식으로 작용하여 실험 환경과 작동 환경이 상이하다는 등의 문제점이 있었다.

또한, 종래의 밸브 시험 장치의 경우 회전식 수압 펌프를 이용하여 고압의 충격을 주는 방식을 택하였는데, 회전식 수압 펌프의 경우 실제로 밸브 작동 상황의 충격압력을 재현할 수 있는 것은 펌프의 성능 및 신호응답에 좌우되므로 현실적으로 밸브의 실제 작동 상황을 재현하기 어려웠다.

일부 큰 규모의 밸브생산업체를 제외하고는 간단한 성능 시험을 진행한 후 출시하는 것이 업계의 실상이므로, 현재의 밸브생산업계에서는 효율적으로 밸브 성능을 테스트할 수 있는 장치에 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이와 같은 요구에 맞추어, 종래 선행발명(국내등록특허, 등록번호: KR 10-1370591)은 실린더를 이용하여 밸브의 내구성을 테스트하는 내용을 고안하였으나, 직진식 펌프가 아닌 회전식 펌프를 사용하여 급격한 압력 상승을 구현할 수 없다는 점에서 후술할 본 발명과 차이가 있다.

또한, 선행발명(일본등록특허, 등록번호: JP-5956909)은 가변 용량 펌프를 이용하여 밸브를 시험할 수 있는 장치에 대하여 제안하고 있으나, 앞선 선행발명과 마찬가지로 밸브의 실제 작동 환경과 유사한 상황에서의 테스트는 어렵다는 점에서 본 발명과 차이가 있다.

마지막으로, 선행발명(국내등록특허, 등록번호: KR-10-1551761)은 본 발명과 마찬가지로 실제 작동 환경과 유사한 상황에서 밸브 테스트를 할 수 있는 시험 장치를 제안한다는 점에서 본 발명과 관련성이 높으나, 가압 메커니즘 내지는 에어 벤트 밸브(air vent valve)를 통하여 임펄스(Impulse) 형상의 압력 증가를 구현할 수는 없어 시험 환경이 실제 밸브가 작동하는 환경과는 차이가 있다.

즉, 상기 기술한 바와 같이 종래에도 밸브 시험 장치의 필요성이 대두됨에 따라 시험 장치를 고안해왔으나, 여전히 밸브의 수명 내지 성능을 명확하게 측정할 수 없는 것이 현실이다.

한국등록특허 KR-10-1370591, 발명의 명칭: “밸브시험 장치” 일본등록특허 JP-5956909, 발명의 명칭: "시험 장치 및 시험 장치의 제어 방법" 한국등록특허 KR-10-1551761, 발명의 명칭: “버터플라이밸브 충격압력 시험장치”

본 발명은 종래에 있던 밸브 시험 장치의 시험 환경이 실제 밸브 작동 환경과 상이하여 밸브의 수명 내지 성능을 시험한 결과를 신뢰하기 어렵다는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명은 직진식 수압 펌프를 통하여 압력을 급격하게 상승시켜 실제 작동 상황과 유사한 환경에서 밸브의 수명 및 성능을 확인할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

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

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 시험 대상 밸브로 토출되는 유체의 압력을 상승시키는 수압 펌프, 상기 수압 펌프와 연결되어, 수압 펌프 내로 유체를 공급하는 유체 공급 탱크, 밸브 충격압력 시험 과정에서 사용된 유체가 저장되는 드레인 탱크 및 상기 드레인 탱크로부터 유체 공급 탱크로 유체를 공급하여, 상기 수압 펌프 내로 공급되는 유체를 보충할 수 있는 순환 펌프를 포함하며,

상기 수압 펌프는 직진식 수압펌프로써 전 후진하는 수평 운동을 통하여 고압의 유체를 공급함으로써, 시험 대상 밸브에 수충격을 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치를 제공한다.

특히, 상기 수압펌프의 전단부에는 상기 유체 공급 탱크로부터 유체가 공급되는 인입부 및 시험 대상 밸브에 고압의 유체를 분사하는 토출부를 포함하는 것을 특징한다.

또한, 상기 토출부는 어댑터가 부착됨에 따라 토출부 직경이 가변될 수 있고, 직경이 가변 됨에 따라 시험 대상 밸브에 분사되는 유체의 압력도 가변될 수 있는 것을 특징한다.

아울러, 유체가 유입되고 토출되는 상기 인입부 및 상기 토출부에 체크 밸브(Check valve)가 구비되어 유량의 역류를 방지할 수 있다.

본 발명의 상기 수압펌프의 후단부에는 유압식 서보 액추에이터(Servo actuactor), 상기 유압식 서보 액추에이터에 의하여 전 후진 수평 운동하는 유압 실린더 블록, 상기 유압 실린더 블럭과 연결되어 수평 이동 가능한 실린더 로드, 상기 유압식 서보 액추에이터 내부의 공기를 제거하는 유압 실린더 에어 벤트 밸브 및 상기 실린더 로드의 일단에 연결되는 수압 실린더 블럭을 포함하며,

상기 유압식 서보 액추에이터에 의해 유압 실린더 블럭이 수평 운동함에 따라, 유압 실린더 블럭과 연결된 실린더 로드 및 수압 실린더 블록도 수평 이동하여, 상기 유체 공급 탱크로부터 상기 수압펌프 내로 유입된 유체의 압력을 상승시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수압 펌프의 후단부에 펌프 내에 누유 발생 시, 드레인할 수 있는 유압 드레인부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 수압 펌프와 배관을 통해 연결되어 가압된 유체가 유입될 수 있는 유입구, 유입구 영역에 공급된 유체의 공기를 제거할 수 있는 에어 벤트 밸브(Air vent valve) 및 상기 드레인 탱크와 연결되는 배출구로 구성된 수충격 재현부를 더 포함할 수 있다.

아울러, 상기 수충격 재현부는 유입구 영역과 배출구 영역을 연결하는 오토 밸브 및 밸브의 시험 과정을 확인할 수 있는 관측부를 더 포함하고,

상기 유입구 영역에 유체가 가득 차면 상기 오토 밸브를 개방하여, 상기 배출구 영역으로 물을 이동시켜 상기 배출구를 통해 배출되게 할 수 있고,

상기 유입구 영역에 유체가 유입되는 중에는 상기 오토 밸브를 개방하여, 상기 유입구 영역 내의 공기가 상기 수충격 재현부로부터 빠져나갈 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 드레인 탱크와 연결되는 가압용 물 펌프, 상기 가압용 물 펌프에 의하여 가압된 유체가 저장되는 어큐뮬레이터 및 상기 어큐뮬레이터와 상기 수충격 재현부 사이에 위치하는 가압 오토 밸브를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 가압 오토 밸브 개방함에 따라 상기 어큐뮬레이터에 저장된 미리 가압된 유체가 수충격 재현부의 유입부로 유입되어,

시험 대상 밸브에 짧은 시간 안에 시험 압력을 인가할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 고압의 수압을 제공하기 위하여 유압식 서보 액추에이터에 의하여 전 후진 동작하는 직진식 수압 펌프, 에어 벤트 밸브(Air vent valve) 및 오토 밸브를 포함하여, 종래의 밸브 시험 장치가 설정된 시험 조건 압력에 도달할 때 점층적으로 증가하여 실제 작동 상황과 상이한 환경에서 밸브 시험이 진행되던 문제점을 해결할 수 있다.

특히, 에어 벤트 밸브를 거쳐 공기를 제거한 후에 오토 밸브(Auto Valve)를 통하여 유출되는 양 및 시간을 조절하여 시험 대상 밸브에 임펄스 형태의 충격을 가할 수 있을뿐더러 단시간 내에 급격한 압력 증가를 구현할 수 있어 실제 작동 상황과 유사한 상황에서 밸브를 테스트할 수 있다.

도 1은 대유량 밸브 충격압력 시험장치의 수압 펌프에 관하여 도시한 사시도이다.
도 2는 대유량 밸브 충격압력 시험장치의 수압 펌프의 작동과정을 나타낸 도면이다. 특히, 도 2 (a)는 유압 저장 탱크로부터 유체가 공급되는 과정을, 도 2 (b)는 서보 액추에이터의 전진 운동에 따라 유체의 압력을 증가시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 인입부에 어댑터를 부착하는 과정을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 서보 액추에이터의 배치에 관한 도면이다. 특히 도 4 (a)는 수압식 액추에이터 내부에 유압식 서보 액추에이터가 배치된 경우, 그리고 도 4 (b)는 수압식 액추에이터 외부에 유압식 서보 액추에이터가 배치된 경우에 대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 밸브 충격압력 시험장치에 대한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 수충격 재현부에 대한 회로도이다.
도 7은 가압 유체의 압력 상승 파형에 관한 도면이다. 특히 도 7 (a)는 종래 시험 장치에 따른 압력 상승을, 그리고 도 7 (b)는 본 발명의 시험 장치에 따른 압력 상승을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 시험 장치를 사용할 때 나타나는 수충격 압력 파형을 나타낸 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본 출원에서, “포함하다.” 또는 “가지다.” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

밸브는 유체의 압력, 온도, 속도 및 유량 등을 조절하는 주요한 제어 요소로써, 수요가 많아짐에 따라 대량생산할 필요성이 대두되고 있으며 대량 생산을 위해서는 생산된 밸브의 성능 또는 내구성을 확인할 수단이 필요하다.

밸브는 다양한 용도로 사용되는데 그 중 소규모의 유량을 제어하는데 사용되는 경우에는 성능 및 내구성을 확인할 수 있는 장치를 쉽게 고안할 수 있으나, 대유량을 제어하는 밸브의 경우에는 시험 시스템을 구성하는 장치들의 부피가 크고 배치가 복잡하므로 고려할 요소가 많다.

또한, 대유량 밸브의 경우 실제 작동 조건과 유사한 시험 조건을 구성하는 것이 어려운데 본 발명은 위의 문제점을 해결할 수 있는 시험장치를 제안한다.

먼저, 도 1과 도 5를 참조하여 밸브 시험장치의 전체적인 구성을 살펴 본다.

이 때, 도 1은 대유량 밸브 충격압력 시험장치의 수압 펌프에 관하여 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 밸브 충격압력 시험장치에 대한 회로도이다.

본 발명에 따른 밸브 시험장치는 시험 대상 밸브로 토출되는 유체의 압력을 높이는 수압 펌프(100), 상기 수압 펌프(100)와 연결되며 수압 펌프(100) 내로 유체를 공급할 수 있는 유체 공급 탱크(200), 밸브 충격압력 시험 과정에서 사용된 유체가 저장되는 드레인 탱크(300) 및 상기 유체 공급 탱크(200)로 상기 수압 펌프(100) 내로 공급되는 유체를 보충하기 위해, 상기 드레인 탱크(300)로부터 상기 유체 공급 탱크(200)로 유체를 공급하는 순환 펌프(400)를 포함한다.

또한, 도 1과 같이, 본 발명은 유압식 액추에이터를 통하여 유체를 가압하므로, 유압 공급 탱크(133) 및 유압 펌프(135)를 포함한다.

유체 공급 탱크(200)는 수압 펌프(100)에 저압의 유체를 공급해주면서도 일정한 수위를 유지하는데, 구체적으로 밸브 시험에 사용된 유체가 드레인 탱크(300)로 드레인되고, 상기 드레인 탱크(300)에 모인 유체를 순환 펌프(400)를 통하여 상기 유체 공급 탱크(200) 내로 공급하는 과정을 통하여 상기 유체 공급 탱크(200)의 수위가 유지될 수 있다.

이 때, 본 발명의 수압 펌프(100)는 직진식 수압펌프로써, 전 후진하는 수평 운동을 통하여 시험 대상이 되는 밸브에 수충격을 가할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 밸브 시험 장치를 통하여 성능 시험 대상이 되는 밸브는 주로 버터플라이 밸브 내지 쓰로틀 밸브(Throttle valve)이지만, 이에 한정되는 것은 아니며 볼 밸브, 스톱 밸브 등 다양한 종류의 밸브의 성능도 시험할 수 있다.

종래의 밸브 시험장치들은 주로 회전식 수압펌프를 이용하여 유체를 가압하는 방식을 채택하였다. 다만, 본 발명은 종래의 시험장치들과 달리 직진식 수압펌프를 이용하여 유체를 가압하는 것을 기술적 특징으로 한다.

밸브의 실제 사용 환경과 유사한 환경에서 시험을 하기 위해서는 시험 대상 밸브에 순간적으로 높은 압력이 가해져야 하는데, 종래처럼 회전식 수압펌프를 사용하는 경우 순간적으로 압력을 상승시킬 수 있는지 여부는 전적으로 회전식 수압펌프의 성능 및 신호응답성에 좌우된다.

대형 회전식 수압 펌프를 사용하는 경우에는 순간적으로 압력을 상승시킬 수 있다는 장점은 있으나, 펌프의 비용이 증가하며 펌프의 부피도 커지므로 전체적인 시험 장치의 크기 또한 커진다는 문제가 있었다.

상기와 같은 현실적인 문제점 때문에 종래에는 후술할 도 7과 같이 점층적으로 압력이 상승하는 방식으로 밸브의 성능을 테스트하였으며, 위와 같이 압력이 점층적으로 상승하는 시험 조건은 밸브가 실제 사용되는 환경 조건과 상이하므로, 시험 결과를 전적으로 신뢰하기는 어려웠다.

이를 보완하고자, 본 발명은 회전식 수압펌프 대신 직진식 수압펌프를 이용함으로써, 시험 대상 밸브에 가해지는 유체를 시험 압력 조건까지 상승시키는 속도를 높일 수 있음은 물론 임펄스(Impulse) 형태의 수충격을 가하는 것까지 가능하다.

다음으로, 도 2 및 도 3를 참조하여 수압 펌프에 대하여 구체적으로 살펴보겠다. 도 2는 대유량 밸브 충격압력 시험장치의 수압 펌프의 작동과정을 단순화하여 나타낸 도면이다. 특히, 도 2 (a)는 유압 저장 탱크로부터 유체가 공급되는 과정을, 도 2 (b)는 서보 액추에이터의 전진 운동에 따라 유체의 압력을 증가시키는 과정을 나타낸 도면이다.

도 3은 인입부에 어댑터를 부착하는 과정을 도시한 사시도이다.

본 발명의 수압펌프(100)는 펌프 전단부에 상기 유체 공급 탱크로부터 유체가 공급되는 인입부(110)와 시험 대상 밸브에 고압의 유체를 분사하는 토출부(120)를 포함한다.

이 때, 펌프의 전단부는 시험 대상 밸브가 부착되는 방향을 의미하며, 후술할 후단부는 전단부의 반대편 영역을 의미한다.

앞서 언급한 바와 같이 유체 공급 탱크(200)는 일정한 수위를 유지하면서 직진식 수압펌프(100) 내로 저압의 유체를 공급하며, 저압의 유체는 가압된 후에 토출부(120)를 통하여 시험 대상 밸브로 분사된다. 유체의 가압 과정의 자세한 내용은 후술한다.

인출부(110)와 토출부(120)를 통하여 유체의 이동이 발생하므로, 상기 인출부의 유체 공급 탱크로부터 유체가 유입되는 부분과 상기 토출부로 수압 펌프를 통하여 가압된 유체가 토출되는 부분에는 체크밸브(Check valve, 130)가 설치될 수 있다.

체크밸브(130)는 유체가 한쪽 방향으로만 흐르게 하고 반대 방향으로는 흐르지 못하게 하는 밸브로써, 상기 인출부(110)와 토출부(120)에 부착되어 유체가 역류하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 수압펌프의 토출부(120)는 어댑터(121)를 부착함에 따라 토출부(120) 직경의 크기를 변경할 수 있다.

상기 토출부(120)에 부착되는 어댑터(121)의 형상은 토출부와 어댑터 사이에 틈이 거의 없도록 부착될 수 있어, 틈 사이로 유체가 새어나가지만 않는다면 어떠한 형상이든 관계 없으며, 도 3의 형상에 한정되는 것이 아니고 실시예에 따라 다양한 형상의 어댑터를 사용할 수 있다.

또한, 내부 직경 크기가 다양한 어댑터(121)를 시험 조건에 따라 선택하여 시험 대상 밸브로 유량이 분출되는 직경의 크기를 변경할 수 있다.

직경의 크기가 변경되면 분출되는 유체의 유량은 동일하지만 유체가 이동할 수 있는 영역이 변경되므로, 압력이 변하게 된다. 예를 들어, 직경의 크기가 더 작은 어댑터를 사용하면 유동할 수 있는 영역이 좁아져 유량의 압력이 증가하게 된다.

도 2와 같이, 본 발명의 수압펌프(100) 후단부에는 유압식 서보 액추에이터(Servo actuactor, 140)와 상기 유압식 서보 액추에이터(140)에 의하여 전 후진 수평 운동하는 유압 실린더 블록(141), 상기 유압식 서보 액추에이터(140) 내부의 공기를 제거하는 유압 실린더 에어 벤트 밸브(160), 상기 유압 실린더 블록(141)과 연결되는 실린더 로드(143) 및 상기 실린더 로드(143)에 부착되는 수압 실린더 블록(145)을 포함한다.

직진식 수압펌프(100)의 작동 메커니즘에 대하여 구체적으로 살펴보면, 먼저 유압식 서보 액추에이터(140)에 의해 유압 실린더 블럭(141)이 전 후진 수평 이동 할 수 있다. 이 때, 유압식 서보 액추에이터(140)는 도 1과 같이 유압 공급 탱크(133)와 유압 펌프(135)를 이용하여 전 후진 운동시킬 수 있는 원동기이다.

또한, 상기 유압 실린더 블럭(141)과 연결된 실린더 로드(143) 및 수압 실린더 블록(145) 또한 도 2와 같이 전 후진 수평 운동하게 되고, 위와 같은 수평 운동을 통해 인입부(110)로부터 유입된 저압의 유체를 가압할 수 있다.

상기와 같은 전·후진 운동을 1회 또는 여러 번 반복하여, 물을 빠르게 토출시킴으로써 시험대상밸브에 임펄스(Impulse) 형태의 수충격을 가할 수 있게 된다.

이 때, 상기 유압 실린더 에어 벤트 밸브(160)는 상기 수압 펌프(100) 후단에 차는 공기를 급속으로 배출하여, 상기 수압 펌프(100)가 수충격을 더욱 빠르게 발생시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기 유압 펌프(135)에는 레귤레이터(Regulator)가 부착되어 상기 유압식 서보 엑추에이터(140)를 조절하여 상기 수압펌프(100)로부터 토출되는 유압 및 유량을 조절하여 시험대상밸브에 작용되는 수충격의 파형을 조절할 수 있다. 다시 말해, 레귤레이터를 통하여 시험조건을 변경시키며 밸브의 성능을 확인할 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여 액추에이터의 배치 에 대하여 상세하게 살펴본다.

도 4는 본 발명의 서보 액추에이터의 배치에 관한 도면이며, 특히 도 4 (a)는 수압식 액추에이터 내부에 유압식 서보 액추에이터가 배치된 경우, 그리고 도 4 (b)는 수압식 액추에이터 외부에 유압식 서보 액추에이터가 배치된 경우에 대한 도면이다.

본 발명의 직진식 수압펌프(100)는 결과적으로 수압식 액추에이터(147) 및 유압식 서보 액추에이터(140)를 통하여 유체를 가압하는 메커니즘을 갖추고 있는 바, 도 4 (a)와 같이 수압식 액추에이터(147) 내부에 유압식 서보 액추에이터(140)가 포함되어 있는 것이 일반적이다.

다만, 도 4 (b)와 같이 유압식 서보 액추에이터가 수압식 액추에이터의 내부가 아닌 외부에 설치 브래킷(Bracket, 148)에 의해 설치되더라도, 유압 실린더 블록(141)과 실린더 로드(143)가 결합되어 전 후진 수평 운동을 할 수 있다면 무관하다.

또한, 본 발명의 수압 펌프(100)의 후단부에 상기 드레인 탱크와 연결되는 유압 드레인부(150)를 포함할 수 있다. 상기 드레인부(150)를 통하여 밸브 시험 중 펌프 내에 누유가 발생할 경우 배관을 통하여 유체를 드레인 할 수 있다.

이 때, 드레인 된 누유는 상기 드레인 탱크(300)가 아닌 누유 탱크(미도시)로 이동하여, 드레인 탱크(300)에 섞이지 않도록 배치된다.

다음으로, 도 5 내지 도 6을 참조하여 밸브 충격압력 시험장치의 전반적인 구성에 대하셔 살펴본다. 도 5는 본 발명의 밸브 충격압력 시험장치에 대한 회로도이고, 도 6은 본 발명의 수충격 재현부에 대한 회로도이다.

본 발명은 제어부(10)를 통하여 각 오토 밸브의 개폐 내지 펌프의 회전 속도에 관한 정보를 획득하며, 동시에 이를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 5 및 도 6과 같이, 본 발명은 수압 펌프와 배관을 통해 연결되는 유입구(510)와 상기 수압 펌프에 의하여 가압된 유체의 공기를 제거하는 에어 벤트 밸브(Air vent valve, 520) 및 밸브 시험 중 사용되는 유체가 드레인 탱크(300)로 빠져나갈 수 있도록 드레인 탱크와 연결되는 배출구(530)로 구성된 수충격 재현부(500)를 포함할 수 있다.

수충격 재현부(500)의 유입구 영역(511)은 기본적으로 일부 유체가 채워져 있으며, 배출구 영역(512)는 대기압 상태로 유체가 없는 상태이다.

상기 유입구 영역(511)은 상기 유체 공급 탱크(200)과 연결되어, 유입구 영역으로 유체가 공급될 수 있다.

또한, 상기 유체 공급 탱크(200)와 상기 유입구 영역(511) 사이에는 유입 오토 밸브(210)가 구비되어 상기 유입구 영역(511)에 유체가 가득 찬 경우에는 밸브가 닫혀 유체의 공급을 멈출 수 있다.

이 때, 유체가 공급됨에 따라 상기 유입구 영역(511)의 유체는 공기를 포함하게 되며, 상기 에어 벤트 밸브(520)을 통하여 유입구 영역(511)의 유체에 공기를 제거할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 에어 벤트 밸브(520)를 통하여 유입구 영역(511)으로 공급되는 유체의 공기 함량을 1% 이하로 낮출 수 있다.

상기 수충격 재현부(500)는 유입구 영역(511)과 배출구 영역(512)을 연결하는 오토 밸브(540) 및 밸브의 시험 과정을 확인할 수 있는 관측부(560)를 더 포함한다.

이 때, 상기 유입구 영역(511)에 물이 채워질 때는 상기 오토 밸브(540)는 열려 있어, 상기 유입구 영역(511)의 공기가 상기 배출구 영역(512)으로 배출될 수 있다.

또한, 상기 유입구 영역(511)에 유체가 가득 찰 때는 상기 오토 밸브(540)를 개방하여 상기 배출구 영역(512)으로 물을 넘겨 상기 배출구(530)를 통해 넘겨진 물을 상기 드레인 탱크(300)으로 배출할 수 있다.

시험대상 밸브에 가압된 유체를 분사하는 실험을 약 1분 내지 2분을 지속한 이후에, 상기 관측부(560)를 통하여 대기압 상태였던 배출구 영역(512)에 누수(Leakage)가 발생하였는지 확인할 수 있다.

또한, 상기 관측부(560)를 통하여 밸브 시험 종료 후에 상기 수충격 재현부(500)를 개폐하여 물을 배수시킬 때에도 육안으로 확인이 가능하다.

종래의 선행 특허(KR-10-1551761)에서는 구형파(Square wave) 형상의 압력 파형을 만들기 위한 발명을 고안하였으나, 밸브에 압력이 작용하는 시간이 다소 소요되어 구형파보다는 사다리꼴 형상에 가까운 압력 파형이 나타난다는 문제가 있었다.

본 발명은 수충격을 발생시키는 것 외에도 하기와 같은 구성을 통하여 종래의 시험 압력 조건까지 상승하는데 시간이 오래 걸려, 시험 조건이 밸브의 실제 사용 조건과 상이하다는 문제점을 개선 할 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 상기 드레인 탱크(300)와 연결된 가압용 물 펌프(410)를 포함한다. 상기 가압용 물 펌프(410)는 드레인 탱크(300) 내에 저장된 유체를 사용하여 시험 대상 밸브에 구형파 형상의 압력을 가할 수 있다.

상기 가압용 물 펌프(410)는 펌프 모터 속도를 조절하여 미리 시험조건에 맞는 압력 조건을 만들 수 있고, 압력 조건을 충족한 유체는 어큐뮬레이터(Accumulator, 430)에 저장된다.

상기 어큐뮬레이터(430)는 가압 오토 밸브(420)를 통하여 상기 수충격 재현부(500)의 유입구(510)와 연결된다.

밸브의 시험이 시작되면, 상기 가압 오토 밸브(420)이 급속히 개방되면서 미리 시험 압력 조건을 충족시킨 유체를 상기 수충격 재현부(500)로 공급하여 짧은 시간 내에 시험 압력 조건에 도달할 수 있다.

구체적으로는, 원하는 압력 조건에 도달하는데 매우 짧은 시간 밖에 걸리지 않아 종래에 비하여 수직에 가까운 구형파 압력 파형을 나타낼 수 있다. 예를 들어 시험 대상 밸브에 작용하는 압력이 초기 1bar 압력 상태에서 10bar 상태까지 0.4초 내지 0.6초 정도밖에 걸리지 않는다.

마지막으로, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 시험장치와 종래의 시험장치를 비교한다.

도 7은 가압 유체의 압력 상승 파형에 관한 도면이다. 특히 도 7 (a)는 종래 시험 장치에 따른 압력 상승을, 그리고 도 7 (b)는 본 발명의 시험 장치에 따른 압력 상승을 나타낸 도면이고. 도 8은 본 발명의 시험 장치를 사용할 때 나타나는 수충격 압력 파형을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하여, 종래의 시험장치와 본 발명에 따른 시험장치의 압력 상승 파형을 분석해보면, 본 발명의 시험장치의 압력 상승 속도가 훨씬 빨라 좀 더 구형파(Square wave)에 가까운 압력 파형을 만들 수 있다.

또한, 도 8을 참조하면 알 수 있듯이, 직진식 수압 펌프(100)를 이용하여 수충격을 반복적으로 가할 수 있으며, 구형파에 가까운 급격한 압력 증가가 가능하여 시험 대상 밸브를 실제 구동 조건과 유사한 조건으로 테스트해볼 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 시험장치를 통하여 있어 실제 작동 상황과 유사한 조건에서 시험 대상 밸브의 성능을 테스트할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 컨트롤부
100 : 수압 펌프
110 : 인입부
120 : 토출부 121 : 어댑터
130 : 체크밸브 133 : 유압 공급 탱크
135 : 유압 펌프
140 : 유압식 서보 액추에이터 141 : 유압 실린더 블럭
143 : 실린더 로드 145 : 수압 실린더 블럭
147 : 수압식 액추에이터 148 : 설치 브래킷
150 : 드레인부
160 : 에어 벤트 벨브
200 : 유체 공급 탱크
300 : 드레인 탱크
400 : 순환 펌프 410 : 가압용 물 펌프
420 : 가압 오토 밸브 430 : 어큐뮬레이터
500 : 수충격 재현부 510 : 유입구
511 : 유입구 영역 512 : 배출구 영역
520 : 에어 벤트 밸브 530 : 배출구
540 : 오토 밸브
560 : 관측부

Claims (10)

1. 시험 대상 밸브로 토출되는 유체의 압력을 상승시키는 수압 펌프;
   상기 수압 펌프와 연결되어, 수압 펌프 내로 유체를 공급하는 유체 공급 탱크;
   밸브 충격압력 시험 과정에서 사용된 유체가 저장되는 드레인 탱크;
   상기 드레인 탱크로부터 유체 공급 탱크로 유체를 공급하여, 상기 수압 펌프 내로 공급되는 유체를 보충할 수 있는 순환 펌프;
   상기 수압펌프의 후단부에는 유압식 서보 액추에이터(Servo actuactor);
   상기 유압식 서보 액추에이터에 의하여 전 후진 수평 운동하는 유압 실린더 블럭;
   상기 유압 실린더 블럭과 연결되어 수평 이동 가능한 실린더 로드;
   상기 유압식 서보 액추에이터 내부의 공기를 제거하는 유압 실린더 에어 벤트 밸브;
   상기 실린더 로드의 일단에 연결되는 수압 실린더 블록; 및
   상기 서보 액추에이터를 조절함으로써, 수압펌프로부터 토출되는 유압 및 유량을 조절하여 수충격의 파형을 조절하는 레귤레이터;를 포함하며,
   상기 유압식 서보 액추에이터에 의해 유압 실린더 블럭이 수평 운동함에 따라, 유압 실린더 블럭과 연결된 실린더 로드 및 수압 실린더 블록도 수평 이동하여, 상기 유체 공급 탱크로부터 상기 수압펌프 내로 유입된 유체의 압력을 상승시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 수압펌프의 전단부에는 상기 유체 공급 탱크로부터 유체가 공급되는 인입부; 및
   시험 대상 밸브에 고압의 유체를 분사하는 토출부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 토출부는 어댑터가 부착됨에 따라 토출부 직경이 가변될 수 있고, 직경이 가변 됨에 따라 시험 대상 밸브에 분사되는 유체의 압력도 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 인입부 또는 상기 토출부에는 체크 밸브(Check valve)가 구비되어, 유체의 역류를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 수압 펌프의 후단부에 펌프 내에 누유 발생 시, 드레인할 수 있는 유압 드레인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 수압 펌프와 배관을 통해 연결되어 가압된 유체가 유입될 수 있는 유입구;
   유입구 영역에 공급된 유체의 공기를 제거할 수 있는 에어 벤트 밸브(Air vent valve); 및
   상기 드레인 탱크와 연결되는 배출구로 구성된 수충격 재현부
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 수충격 재현부는 유입구 영역과 배출구 영역을 연결하는 오토 밸브; 및
   밸브의 시험 과정을 확인할 수 있는 관측부를 더 포함하고,
   상기 유입구 영역에 유체가 가득 차면 상기 오토 밸브를 개방하여, 상기 배출구 영역으로 물을 이동시켜 상기 배출구를 통해 배출할 수 있고,
   상기 유입구 영역에 유체가 유입되는 중에는 상기 오토 밸브를 개방하여, 상기 유입구 영역 내의 공기가 상기 수충격 재현부로부터 빠져나갈 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.
   
9. 제 7항에 있어서,
   상기 드레인 탱크와 연결되며, 유체를 가압할 수 있는 가압용 물 펌프;
   상기 가압용 물 펌프에 의하여 가압된 유체가 저장되는 어큐뮬레이터; 및
   상기 어큐뮬레이터와 상기 수충격 재현부 사이에 배치되는 가압 오토 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 가압 오토 밸브 개방 시에는 상기 어큐뮬레이터에 저장된 가압된 유체가 상기 수충격 재현부의 유입부로 유입되어,
    시험 대상 밸브에 시험 압력 조건을 충족하는 유체를 토출할 수 있는 것을 특징으로 하는 대유량 밸브 충격압력 시험장치.

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