KR200247267Y1 - 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 액추에이터 쪽으로 작동유체를 공급하는 부분에 가변식 오리피스가 설치되어 작동유체의 유량 조절이 용이하도록 된 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치에 관한 것으로, 전기의 공급에 의해 동작하는 토오크모터(110)와, 상기 토오크모터(110)에 연동되는 플래퍼(120)와, 상기 플래퍼(120)의 일측에 위치되어 상기 플래퍼(120)의 위치에 의해 배압이 변화되는 밸브노즐(130)과, 상기 밸브노즐(130)의 배압 변화에 의해 동작하며 배관에 설치된 밸브체의 액추에이터(160)에 연결된 작동유체 배출관(142a)(142b)을 갖는 파일럿밸브(140) 및, 상기 액추에이터(160)의 동작을 상기 플래퍼(120)에 피드백 시키는 피드백 연결부로 이루어진 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치에 있어서, 상기 파일럿밸브(140)의 작동유체 배출관(142a)(142b)에 외부에서 조작하여 작동유체 배출관(142a)(142b)의 작동유체 유량을 조절할 수 있도록 된 가변식 오리피스(150)가 설치됨을 특징으로 한다.

Description

전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치{Electro-pneumatic positioner for controlling the opening and closing state of a valve automatically}

본 고안은 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액추에이터 쪽으로 작동유체를 공급하는 부분에 가변식 오리피스가 설치되어 작동유체의 유량 조절이 용이하도록 된 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 유체의 수송을 위한 배관 설비는 유체의 온도, 압력 및 유량 조절 등이 매우 중요한 요소이고, 이는 배관의 필요 개소에 설치되는 밸브 시스템에 의해 이루어지게 된다.

그리고, 이러한 밸브 시스템의 안정성을 도모하기 위하여 밸브위치 자동제어기로 알려져 있는 포지셔너(positioner)가 설치된다.

상기 포지셔너는 밸브 시스템의 여러 인자가 변화하는 경우 그와 비례하여 온도조절장치와 동작조절장치의 불규칙한 동작을 제어하고, 압력조절장치의 작동이 정확하고 신속하게 이루어질 수 있도록 제어한다.

상기 포지셔너를 입력신호에 따라 구분하면, 전기신호를 입력받아 그 신호의크기만큼 밸브 개폐를 제어하는 전기공압식 포지셔너와, 입력신호를 공기압으로 입력받아 제어하는 공압식 포지셔너로 대별된다.

그리고, 본 고안에 관련된 전기공압식 포지셔너는 전기신호를 입력받아 공압으로 출력함으로써 밸브 시스템을 제어한다.

종래의 전공식 포지셔너(Electro-pneumatic positioner)는 도1에 도시된 구성을 가지며, 토오크모터(Torque motor)(1), 토오크모터(1)에 의해 작동하는 플래퍼(Flapper)(3), 플래퍼(3)에 의해 개폐되는 밸브노즐(Valve nozzle)(5), 밸브노즐(5)에 연결되고 액추에이터(9)로 공기를 공급하는 파일럿밸브(Pilot valve, 또는 Pilot relay)(7)를 가지고 있다.

전원공급장치로부터 전원을 공급받아 작동하는 토오크모터(1)에는 플래퍼(3)가 장착되어 길게 연장되어 있다. 그리고, 플래퍼(3)의 말단부에는 밸브노즐(5)이 위치하고 있어, 토오크모터(1)에 의해 작동하는 플래퍼(3)가 밸브노즐(5)을 개폐할 수 있도록 되어 있다. 밸브노즐(5)은 파일럿밸브(7)와 연결되어 있어, 공급되는 작동유체, 예를 들어 공기의 유량을 조절할 수 있도록 되어 있다.

파일럿밸브(7)는 액추에이터(9)와 연결되어 있고, 액추에이터(9)에는 밸브스템(11)이 길게 연장되어 있다. 밸브스템(11)의 단부는 캠(15)장치가 접촉하고 있고, 캠(15)장치에는 지지레버가 설치된다. 그리고, 지지레버와 토오크모터(1)로부터 연장되는 플래퍼(3) 사이에는 피드백스프링(13)이 개재되어 밸런서(Balancer)의 역할을 수행할 수 있도록 되어 있어, 액추에이터(9)와 토오크모터(1)는 비례적으로 작동할 수 있도록 되어 있다.

이러한 구성에 의해, 토오크모터(1)에 전원이 인가되면, 파일럿밸브(7)의 위치제어 작용에 의해 밸브노즐(5)의 개구가 적절하게 개폐됨으로써, 작동유체 즉, 공기의 유량이 적절하게 조절될 수 있게 된다.

그런데, 종래의 이러한 구조에서는, 파일럿밸브(7)에서 액추에이터(9)쪽으로 공급되는 작동유체의 유량이 파일럿밸브(7) 자체의 규격, 즉 파일럿밸브(7)에 내장된 오리피스의 규격에 의해 제한되는 것으로, 전공식 포지셔너를 설치할 때 그러한 파일럿밸브(7)에 내장된 오리피스를 적절한 규격의 것으로 선택하여야 한다.

즉, 상기 파일럿밸브(7)에 내장된 오리피스의 규격이 적절하지 않았을 때 액추에이터(9)쪽으로 공급되는 작동유체의 유량이 너무 크거나 또는 너무 작아서 배관에 설치된 밸브시스템을 신속하고 정확하게 제어하는 것이 불가능하여, 밸브체의 개구를 원하는 정도로 알맞게 개폐할 수 없는 문제점이 있었다.

그리고, 종래에는 상기 파일럿밸브(7)를 분해하여 소정규격을 갖는 오리피스로 교체함에 의해 상기한 문제점을 해결하는 것이었으나, 이러한 작업은 전공식 포지셔너 자체의 영점 조절을 다시 하여야 하는 등 그 작업에 많은 시간과 노력이 요구되는 것이었다.

본 고안은 이러한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은,액추에이터 쪽으로 작동유체를 공급하는 부분에 가변식 오리피스를 설치하여 작동유체의 유량 조절이 용이하게 이루어질 수 있도록 된 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치를 제공함에 있다.

도1은 종래 기술에 따른 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치를 도시한 개략 구성도;

도2는 본 고안에 따른 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치를 도시한 개략 구성도;

도3은 본 고안의 요부인 가변식 오리피스 장착부분을 상세하게 도시한 단면도;

도4는 본 고안의 피드백 연결부를 상세하게 도시한 사시도;

도5는 본 고안의 동작상태를 도시한 블록도; 이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

110 : 토오크모터 120 : 플래퍼

122 : 안정화 스프링 124 : 지지스프링

126 : 피드백스프링 128 : 영점조절기

130 : 밸브노즐 140 : 파일럿밸브

142a, 142b : 작동유체배출관 143 : 오리피스끼움관

150 : 가변식 오리피스 160 : 액추에이터

170 : 피드백 연결부 171 : 고정축

172 : 회전축 173 : 스팬

173a : 구름롤러 174 : 피드백레버

175 : 피드백아암

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서, 본 고안은, 전기의 공급에 의해 동작하는 토오크모터와, 상기 토오크모터에 연동되는 플래퍼와, 상기 플래퍼의 일측에 위치되어 상기 플래퍼의 위치에 의해 배압이 변화되는 밸브노즐과, 상기 밸브노즐의 배압 변화에 의해 동작하며 배관에 설치된 밸브체의 액추에이터에 연결된 작동유체 배출관을 갖는 파일럿밸브 및, 상기 액추에이터의 동작을 상기 플래퍼에 피드백 시키는 피드백 연결부로 이루어진 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치에 있어서, 상기 파일럿밸브의 작동유체 배출관에 외부에서 조작하여 작동유체 배출관의 작동유체 유량을 조절할 수 있도록 된 가변식 오리피스가 설치됨을 특징으로 하는 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도2는 본 고안에 따른 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치를 도시한 개략 구성도이다.

미도시된 전원공급장치로부터 전원, 즉 전류를 공급받아 동작하는 토오크모터(110)가 구비되고, 상기 토오크모터(110)에 의해 소정 간격 이동하도록 플래퍼(120)가 설치된다.

상기 플래퍼(120)는 일측이 안정화 스프링(122)에 의해 지지되고, 타측에 밸브노즐(130)이 위치된다. 그리고, 상기 안정화 스프링(122)은 상기 플래퍼(120)를 설정위치에 유지시킨다.

또한, 상기 플래퍼(120)의 좌, 우측은 지지스프링(124)과 피드백 스프링(126)에 의해 각각 지지되는바, 상기 지지스프링(124)은 영점 조절기(128)에 연결되고, 피드백 스프링(126)은 후술할 스팬(Span)(173)에 연결된다.

파일럿밸브(140)의 중앙 및 양측에 각각 작동유체를 공급받는 작동유체 공급관(141a)(141b)(141c)이 연결되도록 구비되고, 또한 이 파일럿밸브(140)는 내부 스풀의 이동에 따라 상기 양측 작동유체 공급관(141a)(141b)과 연결되도록 된 작동유체 배출관(142a)(142b)을 갖는다.

상기 파일럿밸브(140)의 내부는 일반적으로 알려진 구조를 가지며, 이를 대략적으로 설명하면 내부에 상기 플래퍼(120)와 밸브노즐(130) 사이의 간격변화에 따른 작동유체의 압력변화에 의해 이동하는 스풀이 설치된다. 따라서, 플래퍼(120)와 밸브노즐(130) 사이의 간격변화에 의해 밸브노즐(130)의 배압이 변화되면 상기 파일럿밸브(140)의 일측 작동유체 공급관(141a)과 작동유체 배출관(142a)이 서로 연결되어 상기 작동유체 공급관(141a)을 통해 공급된 작동유체가 작동유체 배출관(142a)을 통해 배출되거나, 타측 작동유체 공급관(141b)과 작동유체 배출관(142b)이 서로 연결되어 상기 작동유체 공급관(141b)을 통해 공급된 작동유체가 작동유체 배출관(142b)을 통해 배출될 수 있는 것이다.

그리고, 상기 파일럿 밸브(140)의 양측에 설치된 작동유체 배출관(142a)(142b)의 각각에는 외부에서 조절할 수 있는 가변식 오리피스(150)가 설치되는바, 상기 가변식 오리피스(150)는 도3에 보다 상세하게 도시된 바와 같이 파일럿밸브(140)의 작동유체 배출관(142a)(142b)에 나사 결합으로 장착되어 회전에따라 상기 작동유체 배출관(142a)(142b)의 내경 크기를 변화시킴으로써 상기 작동유체 배출관(142a)(142b)을 통해 배출되는 작동유체의 유량을 조절하도록 설치된다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 작동유체 배출관(142a)(142b)에 대략의 방사상으로 오리피스 끼움관(143)을 일체로 형성하고, 이 오리피스 끼움관(143)의 내부에는 암나사산(143a)을 형성한다.

상기 가변식 오리피스(150)의 외표면에 상기 암나사산(143a)에 대응하는 수나사산(150a)을 형성함으로써 상기 가변식 오리피스(150)를 상기 오리피스 끼움관(143)의 암나사산(143a)에 끼워 결합시키고, 이에 의해 상기 가변식 오리피스(150)를 소정의 수공구를 이용하여 회전시키면 상기 가변식 오리피스(150)의 내측 단부가 상기 작동유체 배출관(142a)(142b)의 내부로 전, 후진되어 작동유체 배출관(142a)(142b)의 유체 통로의 크기를 변화시킬 수 있는 것이다.

그리고, 상기 오리피스 끼움관(143)에는 멈춤나사(144)가 장착되어 이 멈춤나사(144)에 의해 상기 가변식 오리피스(150)의 위치를 설정위치에 유지시킬 수 있도록 한다.

물론, 상기 가변식 오리피스(150)의 구성을 상기와 같이 제한하는 것은 아니며, 파일럿밸브(140)의 외부에서 작동유체 배출관(142a)(142b)의 작동유체 통로의 크기를 변화시킬 수 있는 것이면 다른 구성을 가져도 관계없다.

상기 작동유체 배출관(142a)(142b)의 각각은 액추에이터(160)의 양측에 연결되고, 상기 액추에이터(160)는 상기 작동유체 배출관(142a)(142b)을 통해 제공되는작동유체의 압력차에 의해 이동되는 스템(162)을 갖는다.

그리고, 상기 액추에이터(160)의 스템(162)은 피드백 연결부(170)를 통해 상기 플래퍼(120)에 연결된다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 도2 및 도4에 도시된 바와 같이 본 장치의 프레임에 고정된 고정축(171)과 축방향으로 회전 가능하게 장착된 회전축(172)이 구비되며, 상기 고정축(171)과 회전축(172)은 소정 거리 떨어져 평행하게 배치된다.

상기 고정축(171)에는 스팬(173)의 일단부가 선회 가능하도록 장착되고, 상기 회전축(172)에는 피드백 레버(174)의 일단부가 고정된다. 그리고, 상기 회전축(172)에는 상기 피드백 레버(174)와 대략 수직하게 배치되도록 피드백 아암(175)이 고정됨으로써 이 피드백 아암(175)이 상기 피드백 레버(174)와 일체로 거동하게 한다. 또한, 상기 피드백 아암(175)에는 길이방향을 따라 절곡된 형상의 절곡편(175a)이 일체로 형성된다.

그리고, 상기 스팬(173)에는 길이방향으로 위치조절이 가능하도록 된 구름롤러(173a)가 설치되고, 상기 구름롤러(173a)가 상기 피드백 아암(175)의 절곡편(175a)을 따라 구름 이동할 수 있게 위치시킨다. 여기에서, 상기 구름롤러(173a)는 상기 스팬(173)의 길이방향으로 설치되어 회전 가능하게 된 스크류축(미도시)에 끼워져 상기 스크류축의 회전에 의해 스팬(173)의 길이방향으로 이동 가능하게 장착되고, 상기 스크류축의 회전은 상기 스팬(173)의 일측 단부에 설치된 조절구(176)에 의해 이루어진다.

상기 스팬(173)의 타단부에 연결된 피드백스프링(126)에 의해 상기스팬(173)이 반시계방향으로 선회하려는 회전력을 갖고, 이러한 회전력이 상기 피드백 아암(175)의 절곡편(175a)을 따라 구름 이동하도록 위치된 구름롤러(173a)에 의해 차단된다.

그리고, 상기 피드백 레버(174)는 액추에이터(160)의 스템(162)에 연결된다.

이러한 구성으로 된 본 고안의 작용을 설명한다.

배관에 구비된 밸브 시스템을 제어하기 위하여 밸브체의 스트로크 위치를 변화시키기 위해서는 미도시된 전원공급장치로부터 토오크모터(110)에 제공하는 입력전류를 변화시키고, 이에 의해 상기 토오크모터(110)가 플래퍼(120)를 작동시켜 상기 플래퍼(120)와 밸브노즐(130) 사이의 간격을 변화시킴으로써 상기 밸브노즐(130)의 배압이 급격하게 변화된다.

상기 밸브노즐(130)의 배압이 변화됨에 의해 파일럿밸브(140)의 내부 스풀이 이동하여 상기 파일럿밸브(140)의 일측 작동유체 공급관과 작동유체 배출관이 서로 연결됨으로써 작동유체 배출관을 통해 액추에이터(160)에 공압출력이 제공된다.

따라서, 상기 액추에이터(160)가 동작하여 스템(162)이 이동하고, 상기 스템(162)의 이동에 대응하여 피드백레버(174)가 회전된다.

상기 피드백 레버(174)의 회전은 회전축(172)을 통해 피드백 아암(175)에 전달되어 이 피드백 아암(175)을 회전시키고, 이에 의해 스팬(173)이 회전된다.

상기 스팬(173)이 회전은 그 스팬(173)에 연결되어 있는 피드백 스프링(126)을 통해 플래퍼(120)에 전달된다.

즉, 상기 플래퍼(120)는 토오크모터(110)의 동작에 의한 안정화 스프링(122)의 힘과 상기 스팬(173)을 통해 전달된 피드백 스프링(126)의 힘이 균형을 이루는 지점에서 멈추게 되고, 이 동작에 의해 상기 액추에이터(160)의 스템(162)이 정지되는 것이다.

이러한 동작이 도5에 개략적으로 설명되어 있다.

그리고, 상기에서 파일럿밸브(140)의 작동유체 배출관(142a)(142b)을 통해 배출되는 작동유체의 유량이 가변식 오리피스(150)에 의해 적정하게 설정될 수 있는바, 이는 상기 작동유체 배출관(142a)(142b)을 통해 배출되어 액추에이터(160)로 공급되는 작동유체의 유량을 최적의 상태로 설정할 수 있어 토오크모터(110)에 인가되는 입력전류에 대한 액추에이터(160)의 동작에 의한 밸브체의 개구가 원하는 정도로 미세하게 개폐될 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치에 의하면, 액추에이터쪽으로 공급되는 작동유체의 유량을 외부에 설치된 가변식 오리피스에 의해 보다 간단하고 신속하게 조절할 수 있는 우수한 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 전기의 공급에 의해 동작하는 토오크모터(110)와, 상기 토오크모터(110)에 연동되는 플래퍼(120)와, 상기 플래퍼(120)의 일측에 위치되어 상기 플래퍼(120)의 위치에 의해 배압이 변화되는 밸브노즐(130)과, 상기 밸브노즐(130)의 배압 변화에 의해 동작하며 배관에 설치된 밸브체의 액추에이터(160)에 연결된 작동유체 배출관(142a)(142b)을 갖는 파일럿밸브(140) 및, 상기 액추에이터(160)의 동작을 상기 플래퍼(120)에 피드백 시키는 피드백 연결부로 이루어진 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치에 있어서,

   상기 파일럿밸브(140)의 작동유체 배출관(142a)(142b)에 외부에서 조작하여 작동유체 배출관(142a)(142b)의 작동유체 유량을 조절할 수 있도록 된 가변식 오리피스(150)가 설치됨을 특징으로 하는 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가변식 오리피스(150)는 외표면에 수나사산(150a)이 형성되고, 상기 작동유체 배출관(142a)(142b)에 상기 수나사산(150a)과 대응하는 암나사산(143a)을 갖는 오리피스 끼움관(143)이 형성됨을 특징으로 하는 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 오리피스 끼움관(143)에 상기 가변식 오리피스(150)의 외표면에 밀착되게 끼워질 수 있도록 멈춤나사(144)가 장착됨을 특징으로 하는 전공식 밸브개폐 자동 위치제어장치.