KR20020044924A - 서보밸브의 성능시험 장치 - Google Patents

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KR20020044924A
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전창식
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이종훈
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Abstract

본 발명은 발전소의 터빈 스팀밸브 엑츄에이터 및 기타 일반 산업용 유압기기 등에 사용되는 서보밸브의 성능시험장치에 관한 것으로서, 실제 작동조건과 일치하는 온도,압력 및 유량으로 유압유를 조절하여 엑츄에이터에 공급하는 유압공급장치와; 서보밸브가 장착되는 매니폴더 블록과; 상기 서보밸브에 각종시험과 장비보호를 위해 장착된 각종 밸브들로 이루어지고, 출력되는 유압유의 온도와 압력 및 유량을 측정하는 계측센서로 구성된 유압회로유니트와; 상기 계측된 신호를 각각의 온도, 압력 및 유량의 단위에 맞는 값으로 전환하고 상기 서보밸브의 개폐를 제어하는 신호를 출력하는 제어유니트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 밸브의 특성을 용이하게 판단할 수 있고 또한, 시험의 속도와 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

서보밸브의 성능시험 장치{Servo Valve Tester}
본 발명은 발전소의 터빈 스팀밸브 엑츄에이터(Turbine Steam Valve Actuator) 및 기타 일반 산업용 유압기기 등에 사용되는 서보밸브의 성능시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실제 운전 상황과 동일한 조건하에 서보밸브의 작동성능을 자동으로 시험하여 이의 고장 유무를 판단할 수 있도록 구성된 서보밸브의 성능시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 서보밸브(servo valve)는 입력신호에 의해 유량 및 압력을 제어하는 밸브로, 각종 발전소나 조선, 항공산업 등 다양한 산업분야에 응용되어 사용되고 있다.
특히, 원자력발전소나 화력발전소 증기터빈에 사용되는 서보밸브는 입력전류의 대소에 따라 실린더에 공급하는 유량과 유압을 비례적으로 제어할 수 있도록 구성된 것으로 도1을 참조하여 그 작동원리를 설명하면, 입력전류가 코일(1)에 인가되어 아마츄어(Amature)(3)에 자기적 극성이 형성되면 상, 하부 자석(4)사이에 위치하고 있던 아마츄어(3)는 전류의 크기와 극성에 따라 상부 또는 하부자석(4)측으로 이동하게 되고, 이에 따라 상기 아마츄어(3)에 일체로 연결된 플래퍼(Flapper)(6)가 도면의 좌측 또는 우측으로 기울면서 노즐의 배합을 변화시키며, 상기 좌우노즐(7)의 배압변화는 그 노즐(7)에 각각 연결된 스풀(spool)(8)을 좌우로 움직이게 한다.
상기 스풀(8)이 좌우측으로 이동함에 따라 압력포트(9)의 공급압이 C1포트(10) 혹은 C2포트(11)로 유로가 형성되어 제어유량을 터빈 스팀밸브 엑츄에이터의 파워실린더(power cylinder)로 공급하여 유압의 힘에 의해 스팀밸브의 위치가 결정됨으로써 발전소 출력이 조절된다.
그러나, 발전소 가동중 서보밸브에서 고장이 발생될 경우 스팀밸브의 위치제어가 불가능하게 되며 또한 서보밸브의 사용 년수가 증가함에 따라 그 구동부위의 과다 마모에 의한 내부 누설량 증가, 구동부위의 고착, 제어불량 등과 같은 문제점이 발생되므로 정기적으로 서보밸브의 이상 유무를 확인하고 교정해 주어야 한다.
지금까지의 서보밸브의 성능시험 및 교정방법은 일단, 터빈을 비롯한 관련된 모든 부속설비를 조립하고 관련 유압계통을 가동시켜 서보밸브가 제대로 동작하는지를 확인하고 있는데, 이러한 경우 서보밸브의 중요한 성능시험중의 하나인 유량시험이 곤란하고, 또한 고장발생시 서보밸브 자체의 고장인지 혹은 엑츄에이터나 제어계통의 고장인지 명확한 판단이 어려워 시스템의 정상적인 복구에 과다한 시간이 소요될 뿐만아니라 또한, 발전소 운전중 서보밸브의 내부누설이 과다하게 많아질 경우 계통의 정상압력 유지가 불가능하여 시스템 정지를 유발하는 등 발전소 연속운전에 많은 차질을 초래하여 왔다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 서보밸브를 스팀밸브 엑츄에이터로부터 분리하여 본 발명의 시험장치에 설치한 후 실제 운전되는 엑츄에이터의 환경과 동일한 조건 하에서 각종 시험을 통하여 서보밸브의 이상 유무를 판단할 수 있게 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 서보밸브의 개략적인 모습을 보여주는 단면도.
도2는 본 발명에 따른 서보밸브 성능시험장치의 전반적인 구성을 보여주는 블록도.
도 3는 본 발명에 따른 서보밸브 성능시험장치의 외형도
도 4은 도3의 디스플레이 모듈부를 확대하여 표현한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 시험장치의 유압공급장치의 회로도.
도 6는 본 발명의 따른 시험장치의 매니폴더 블록의 구성도.
도7은 본 발명으로 시험하기 위한 전체적인 유압회로도.
도8은 본 발명에 따른 시험장치의 제어유니트를 구성하는 밸브콘트롤 모듈의 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 서보밸브 102 : 엑츄에이터하우징
200 : 제어유니트 201 : 밸브컨트롤모듈
202 : 디스플레이모듈203 : 서멀어레이레코더
204 : 수동다이얼205 : 자동제어스위치
206 : 컨트롤다이얼207 : 디지털인디케이터
208 : 단자접속부209 : 압력인디케이터
210 : 온도인디케이터211 : 유량인디케이터
212 : 공급측밸브213 : 커넥터
214 : 리턴밸브215 : 미세레인지밸브
216 : 광역레인지밸브217 : 인디케이터
300 : 유압공급장치301 : 유압펌프
302 : 유압유공급라인303 : 유압엑츄에이터
304 : 유압유복귀라인305 : 압력조절밸브
306 : 오일냉각기307 : 히터
308 : 축압기309 : 오일탱크
310 : 1차측공급라인311 : 2차측공급라인
312 : 필터313 : 체크밸브
314 : 스트레이너315 : 온도감지기
316 : 전동모터400 : 매니폴더블록
401 : 밸브장착부402 : 센서부
403 : 필터부404 : 입력유압
405 : 열기쪽유압406 : 닫기쪽유압
500 : 유압회로유니트501 : 압력트랜스미터
502 : 온도트랜스미터503 ; 유량트랜스미터
504 : 메인셧오프밸브505,506 : 리턴유량
510 : 계측센서512 : 입,출력밸브
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 다음과 같이 구성된다. 즉, 본 발명은 서보밸브의 성능시험장치에 있어서, 실제의 작동조건과 일치하는 온도,압력 및 유량으로 유압유를 조절하여 엑츄에이터에 공급하는 유압공급장치와; 유압 엑츄에이터에서 분리된 서보밸브가 장착되는 매니폴더 블록과; 상기 서보밸브에 각종시험과 장비보호를 위해 장착된 각종 밸브들로 이루어지고, 출력되는 유압유의 온도와 압력 및 유량을 측정하는 계측센서로 구성된 유압회로유니트 및; 계측된 신호를 각각의 온도, 압력 및 유량의 단위에 맞는 값으로 전환하고 상기 서보밸브의 개폐를 제어하는 신호를 출력하는 제어유니트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 서보밸브 성능시험장치의 전체적인 장치구성을 나타낸 블록도로서, 도면에서 보는 바와 같이, 제어유니트(200)는 서보밸브(100)의 개폐를 제어하는 신호를 출력하는 밸브컨트롤모듈(201)과, 센서로부터 온도,압력 및 유량 데이터 신호를 받아 디스플레이 값으로 전환하여 나타내는 디스플레이모듈(202)과, 시험데이터를 기록하여 저장하는 서멀어레이레코더(thermal array recoder)(203)로 이루어져 있다.
여기서, 상기 밸브컨트롤모듈(201)에는 서보밸브(100)의 개폐를 가변저항에 의하여 수동으로 제어할 수 있도록 출력신호를 보내는 수동 다이얼(204)과, 밸브의 개폐를 일정 주기로 자동적으로 제어하는 자동제어스위치(205)와, 상기 밸브의 개폐주기를 사용자가 조절 가능하도록 하는 컨트롤다이얼(206)이 구비되어 있다.
또한, 상기 디스플레이모듈(202)은 디지털인디케이터(207)와 각종 입출력 단자들이 집합된 단자접속부(208)로 이루어져 있고, 상기 디지털인디케이터(207)에는 서보밸브(100)로 유입되거나 유출되는 유압유의 압력을 지시하는 압력인디케이터(209)와 서보밸브(100)로 유입되는 유압유의 온도를 지시하는 온도인디케이터(210) 및 각 유압 회로상의 유압유의 유량상태를 지시하는 유량인디케이터(211)가 차례로 배치된다.
또한, 상기 서멀어레이레코더(203)는 단말장치와 연결되어 서멀 어레이레코더(203)에 저장된 시험 데이터를 모니터로 확인할 수 있게 되어있다.
한편, 유압공급장치(300)는 오일탱크에 저장되어 있는 유압유를 소정의 압력 및 유량으로 펌핑(pumping)하기 위한 유압펌프(301)와 상기 유압펌프(301)로부터 토출되는 유압유를 유압엑츄에이터(303)에 공급하기 위한 유압유공급라인(302)과 상기 유압엑츄에이터(303)로부터 배출되는 유압유를 복귀시키기 위한 유압유복귀라인(304)과 상기 유압펌프(301)로부터의 유압유 토출압력을 조절하는 압력조절밸브(305)와 그리고, 오일탱크에 저장된 유압유의 오일의 온도를 조절하기 위한 오일냉각기(306) 및 히터(307)를 구비하고 있다. 또한 상기 유압펌프(301)의 구동에 따른 진동과 유압유의 서지(surge)압을 해소하기 위하여 축압기(307)가 더 구비되어 있다.
매니폴더블록(400)은 서보밸브(100)를 장착 시키는 밸브장착부(401)와 밸브에서의 입력과 출력의 압력을 감지하는 압력센서를 장착 시키는 센서부(402), 그리고 서보밸브(100)에 유입되는 유압유의 각종 미세한 불순물을 제거하기 위한 필터가 장착되는 필터부(403)로 구성되어 있다.
유압회로유니트(500)는 유압회로에 의하여 각 위치에서 서보밸브(100) 성능시험에 필요한 유압유의 압력을 측정하여 그 데이터를 전기신호로 전환하여 압력인디케이터(209)에 전달해주는 압력트랜스미터(501)와, 서보밸브 시험장치로 유입되는 유압유의 온도를 측정하여 그 값을 전기신호로 전환하여 온도인디케이터(210)에 전달해 주는 온도트랜스미터(502), 상기 서보밸브(100)의 결과값에 의해 결정되는유량을 측정해서 그 값을 전기신호로 전환하여 유량인디케이터(211)에 전달해주는 유량트랜스미터(503) 등으로 구성된 각종 계측센서(510)와 사용자의 시험 형태별로 유로를 변경시키고 장비에 보호를 위한 각 입력단과 출력단의 각종 밸브(512)들로 이루어졌다.
상기와 같은 전반적인 구성을 이루고 있는 본 발명의 서보밸브 성능시험장치는, 먼저 유압공급장치(300)의 유압펌프(301)를 구동하면 오일탱크로부터 유압유공급라인(302)을 통하여 유압유가 유압엑츄에이터(303)에 공급되고, 상기 유압엑츄에이터(303)의 개방된 입력밸브를 통하여 유압유가 서보밸브(100)에 유입하게 된다. 이때, 밸브컨트롤모듈(201)로부터 수동 또는 자동으로 발생되는 제어신호가 서보밸브(100)에 전달되면 밸브에서는 받은 신호만큼 밸브를 열거나 닫게 된다. 그리고, 필터부(403)에서 걸려진 유압유는 개방된 공급밸브를 통하여 오픈 방향으로 흘러가면서 유량과 압력온도가 측정되고, 이때 측정된 유량,압력 및 온도 값은 트랜스미터(501,502,503)를 거쳐 각각의 인디케이터(209,210,211)로 연결되어 디스플레이 된다. 또한, 각각의 인디케이터(209,210,211)를 통해 출력되는 데이터들은 연결된 단자를 통하여 서멀어레이레코더(203)에 입력되어 최종적으로 저장되고, 이와 연결된 단말장치를 통해서 사용자가 모니터링 할 수 있도록 되어있다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들은 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해진다.
도3은 본 발명에 따른 서보밸브(100)의 성능시험장치의 전체적인 외형을 보여주는 도면으로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 시험장치는 상부에 각종 인디케이터(209,210,211)에 의한 디스플레이모듈(202)이 장착된 제어유니트(200)와 하부의 엑츄에이터하우징(102)로 구성되어 있다.
도4는 도3의 시험장치에 있어서, 그 상부에 위치하는 제어유니트(200)의 구성을 보여주는 것으로, 전반적인 회로의 구성은 유압회로의 형태와 유사한 모양으로 이루어져 있으며 공급측밸브(212)와 온도를 지시하는 인디케이터(210), 그리고 상기 온도값을 서멀어레이레코더(203)로 연결하여 추출할 수 있는 커넥터(213)와, 서보밸브(100)가 장착되는 매니폴더블록(400)과 그 블록에서 각각 나뉘어져 상부에는 닫힘쪽의 압력과 유량을 지시하는 인디케이터(209a,211a)와, 하부에는 열림쪽의 압력 및 유량을 지시하는 인디케이터(209b,211b)로 이루어지며, 상기 열림쪽 혹은 닫힘쪽도 아닌 나머지 유압유가 흘러가는 리턴밸브(214)와 이곳을 통과하여 측정 규모가 큰 유량트랜스미터(503)와 미세 유량의 값을 측정할 수 있는 미세레인지밸브(215)와 광역레인지밸브(216)를 거쳐 다시 유압공급장치(300)로 들어가도록 되어 있고, 또한 자동 또는 수동으로 조절하도록 선택할 수 있는 자동제어스위치(205)와 수동으로 밸브를 여닫을 수 있는 수동다이얼(204)과 자동으로 밸브의 주기를 빠르게 또는 느리게 조절하는 컨트롤스위치(206)들로 구성되어 일정한 속도를 가진 시험이 가능한 밸브컨트롤모듈(201)로 이루어져 있다.
한편, 도5는 유압유를 공급하는 유압공급장치(300)의 회로도를 나타낸 것인데, 오일탱크(309)에 저장되어 있는 유압유를 유압유공급라인(302)을 통하여 서보밸브(100) 성능시험장치의 유압엑츄에이터(303)에 공급하게 된다. 유압펌프(301)로부터 토출되는 유압유 토출압력은 압력조절밸브(305)에 의하여 조절된다. 그리고, 유압유공급라인(302)의 말단부는 유압엑츄에이터(303)의 1차측 및 2차측에 유압유를 나뉘어 공급할 수 있도록 1차측 공급라인(310)과 2차측 공급라인(311)으로 분기되어 있다. 상기 1차측 공급라인(310)과 2차측 공급라인(311)에는 라인필터(312)가 각각 설치된다. 또한, 유압유공급라인(302)에는 유압유의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(313)가 설치된다. 그리고, 오일탱크(309)로부터 유압펌프(301)로 흡입되는 유압유 중의 불순물을 제거하기 위하여 오일탱크(309)에는 유압펌프(301)와 연결된 스트레이너(314)가 설치되고, 오일탱크(309)에 저장된 유압유의 오일의 온도를 조절하거나 일정하게 유지시키기 위하여 오일탱크(309)에는 오일냉각기(306) 및 히터(307)가 차례로 설치된다. 상기 오일냉각기(306) 및 히터(307)의 구동은 오일탱크(309)의 유압유의 온도를 감지하도록 설치된 온도감지기(315)의 신호를 받아 오일냉각기(306) 및 히터(307)에 피드백 함으로써 제어될 수 있다. 그리고, 유압펌프(301)는 전동모터(316)로 구동되며, 상기 유압펌프(301)의 구동에 따른 진동과 유압유의 써지압은 축압기(308)에 의하여 해소된다.
이밖에, 참조부호 (328)은 각 라인 압력을 체크하기 위한 유압게이지를 나타내고, (330)은 오일탱크(309)에 있는 유압유의 유면 높이를 측정하기 위한 레벨스위치이고, (332)는 오일탱크(309)에 대기압을 작용하도록 하는 에러 브리더(air breeder)이며, (334)는 리모트 컨트롤밸브, (336)은 릴리이프밸브, (338)은 포핏밸브, (340)은 볼밸브, (304)는 유압엑츄에이터(303)로부터 배출되는 유압유를 오일탱크(309)로 복귀시키기 위한 유압유복귀라인을 각각 나타낸다.
도6은 본 발명의 구성에 있어서, 메니폴더블록(400)의 구조를 도시한 것으로 시험 대상인 서보밸브(100)의 장착부로서, 입력유압(404)과 열기쪽 유압(406), 닫기쪽 유압(410)을 측정하는 센서부(402)와 입구쪽 필터부(403)로 구성되어 있다.
도7은 도3의 하부에 위치하게 되는 유압엑츄에이터(303)의 회로도이고, 도8은 도4의 제어유니트(200)에 있어서, 밸브컨트롤모듈(201)의 회로도를 나타낸 것이다. 도7에서 보는 바와 같이 유압공급장치(300)로부터 메인 셧 오프 밸브(504)를 열어 통과시킨 유압유는 온도트랜스미터(502)와 압력트랜스미터(501)를 지나 유량트랜스미터(503)에 도달하여 공급측의 각종 데이터를 출력하게 된다. 그리고 매니폴더블록(400)을 통해 서보밸브(100)로 들어간 유압유는 도8과 같은 밸브컨트롤모듈(201)의 회로에 의해 조작된 신호를 갖고 작동하는 서보밸브(100)의 개폐에 따라 열림쪽과 닫힘쪽으로 이동하게 되는데 각 방향에 위치하는 압력트랜스미터(501a,501b)가 각각의 정보를 압력인디케이터(203,208)에와 유량트랜스미터(503a,503b)가 각각의 정보를 유량인디케이터(204,207)에 보낸다. 최종적으로 도5의 유압공급장치(300)로 돌아가는 입구에 전체 리턴유량(505,506)과 압력을 측정하여 인디케이터(217)로 보내어 나타낸다.
상기한 구성의 본 발명의 서보밸브 성능시험장치를 사용할 경우 다음과 같은 직, 간접적인 효과를 얻을 수 있다.
첫째로, 일정한 시간동안 연속적으로 밸브컨트롤모듈이 자동 진행기능에 의해 밸브를 개폐하므로 입력신호의 값과 반응하여 개폐되는 밸브의 특성을 손쉽게 구해 낼 수 있으며, 시험의 신뢰성을 높일 뿐만 아니라 시험을 신속하게 행할 수 있다.
둘째로, 각종 센서에 의한 입출력값이 제어유니트의 디스플레이 모듈에 디스플레이 되도록 이루어져 있으므로 시험자는 각종 데이터의 비교 판단을 수월하게 수행할 수 있고 시험장치를 효과적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라 손쉽게 시험을 수행할 수 있다.
셋째로, 각종 입출력값 및 시험 데이터들을 제어유니트의 서멀어레이레코더에 모두 저장할 수 있으므로, 서멀어레이레코더에 저장된 시험데이터를 분석하여 다음 시험에 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 유압 엑츄에이터에 고장이 발생한 경우에 서멀어레이레코더에 저장된 시험데이터를 참조하여 신속한 조치를 할 수 있으므로 유압엑츄에이터에 대한 보전관리를 효과적으로 수행할 수 있다.

Claims (2)

  1. 서보밸브의 성능시험을 수행하기 위한 시험장치에 있어서,
    실제의 작동조건과 일치하는 온도,압력 및 유량으로 유압유를 조절하여 상기 서보밸브에 공급하는 유압공급장치와;
    유압엑츄에이터에서 분리된 서보밸브가 장착되는 매니폴더 블록과;
    상기 서보밸브에 각종시험과 장비보호를 위해 장착된 각종 밸브들로 이루어지고, 출력되는 유압유의 온도와 압력 및 유량을 측정하는 계측센서로 구성된 유압회로유니트 및;
    계측된 신호를 각각의 온도, 압력 및 유량의 단위에 맞는 값으로 전환하고 상기 서보밸브의 개폐를 제어하는 신호를 출력하는 제어 유니트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 서보밸브 성능시험장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어유니트에는 상기 서보밸브의 개폐를 제어하는 신호를 출력하고 출력된 신호를 가변저항에 의하여 수동으로 제어하는 출력신호를 보내는 여분의 수동다이얼과, 상기 서보밸브의 동작을 일정한 주기로 빠르게 또는 느리게 자동적으로 제어하는 자동제어스위치 및 자동 또는 수동모드로 조절할 수 있도록 선택할 수 있는 컨트롤다이얼이 구비되는 밸브컨트롤모듈과, 센서로부터 감지된 온도, 압력 및 유량 데이터를 디스플레이 값으로 전환하여 나타내는 디스플레이모듈 및 상기 신호들의 값 및 시험데이터를 기록하여 저장하는 서멀어레이레코더로 구성되고 또한 외부의 단말장치와 연결되어 통신할 수 있도록 구성된 서보밸브 성능 시험장치.
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