KR20050004247A

KR20050004247A - 유체통로의 폐쇄방법과 이것에 이용하는 워터 해머리스밸브장치 및 워터 해머리스 폐쇄장치

Info

Publication number: KR20050004247A
Application number: KR10-2004-7019218A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 오미; 이케다노부카주; 니시노코우지; 나가세마사아키; 도히료스케; 니시무라류타로
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨; 다다히로 오미
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-01-12
Also published as: US7278437B2; US20070068577A1; US20080035877A1; CA2508700A1; CN100468267C; EP1852764A1; EP1574924A4; KR20060085257A; CN1692318A; WO2004057432A1; KR100625071B1; US20050241697A1; CN100591959C; CN101922566B; CN101922566A; US8020574B2; US7080658B2; EP1574924A1; AU2003289436A1; CN101126463A

Abstract

매우 간단한 장치나 조작에 의해, 워터 해머가 발생되는 일없이, 또한 단시간내에 유체통로를 긴급폐쇄할 수 있도록 한다.

그것을 위해서, 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브와 액추에이터 작동식 밸브에 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 공급하는 전공변환장치와, 상기 액추에이터 작동식 밸브의 상류측 관로에 착탈가능하게 부착한 진동센서와, 진동센서에 의해 검출한 진동검출신호(Pr)가 입력됨과 아울러 전공변환장치에 상기 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')의 크기를 제어하는 제어신호(Sc)를 출력하고, 상기 제어신호(Sc)의 조정에 의해 전공변환장치로부터 진동검출신호(Pr)가 대략 0이 되는 스텝작동압(Ps')의 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 출력시키는 튜닝박스로 워터 해머리스 폐쇄장치를 구성한다.

Description

유체통로의 폐쇄방법과 이것에 이용하는 워터 해머리스 밸브장치 및 워터 해머리스 폐쇄장치{METHOD FOR CLOSING FLUID PASSAGE, WATER HAMMERLESS VALVE AND WATER HAMMERLESS CLOSING DEVICE}

물 등의 액체가 유통되는 통로를 급격하게 폐쇄하면, 폐쇄 개소보다 상류측의 통로내압이 진동적으로 상승되는 소위 워터 해머가 발생되는 것은 널리 알려진 사상이다.

또한, 상기 워터 해머가 발생되면, 상류측 통로의 내압상승에 의해 이것에 접속되어 있는 기기·장치류가 파손되는 등의 여러가지 문제점이 야기된다.

그 때문에, 워터 해머의 발생을 방지하는 방책에 대해서는 종래부터 각종의 기술이 개발되고 있다.

그러나, 어느 기술이나 기본적으로는 (1)유체통로의 폐쇄시간을 길게 설정하거나, 또는 (2)통로내에 발생된 진동압력을 바이패스통로를 개방해서 외부로 방출하거나, 별도로 설치한 어큐뮬레이터내로 흡수한다는 것이며, 전자의 방법에서는 유체통로의 폐쇄에 시간이 걸려서 긴급폐쇄의 요청에 대응할 수 없고, 또 후자에서는 부대설비비가 높아진다는 문제가 있다.

또한, 상기 워터 해머에 따른 문제는, 지금까지 비교적 대유량의 유체를 취급하는 산업분야에서 주로 문제로 되어 왔지만, 최근에서는, 소유량의 유체를 취급하는 분야, 예를 들면 반도체 제조에 있어서의 실리콘의 습식 산화막처리의 분야나 약품제조의 분야 등에 있어서도, 설비의 보전이나 제품품질의 향상 등의 점에서 공급유체의 긴급폐쇄시에 있어서의 워터 해머의 발생의 방지가 강하게 요청되고 있다.

특허문헌1: 일본특허공개 평1-190235

특허문헌2: 일본특허공개 2000-10602

특허문헌3: 일본특허공개 2002-295705

본 발명은, 유체통로의 긴급 폐쇄시에 있어서의 워터 해머의 발생을 완전히 방지할 수 있도록 워터 해머 발생 방지시스템의 개량에 관한 것이며, 유체압력의 대소에 상관없이 유체통로를 워터 해머가 발생되는 일없이 신속하고 확실하게 폐쇄할 수 있도록 한 유체통로의 폐쇄방법과 이것에 사용하는 워터 해머리스 밸브장치 및 워터 해머리스 폐쇄장치에 관한 것이다.

도1은, 유체통로의 워터 해머의 발생상태의 조사에 사용한 시험장치의 회로구성도이다.

도2는, 시험장치에 사용한 전공변환장치의 설명도이며, (a)는 기본구성도, (b)는 블럭구성도이다.

도3은, 전공변환장치(5)의 입력신호(I)(입력전압(V))과 출력압력(Pa)(kgf/㎠·G)의 관계를 나타내는 선도이다.

도4는, 관로내압(P₁)을 일정하게 한 다단계식 폐쇄에 있어서, 액추에이터에의 공급압(Pa)을 변화시킨 경우의 밸브상류측 관로(L₁)의 내압(P₁)의 변화상태를 나타내는 선도이며, (a)는 Pa를 5kgf/㎠·G로부터 직접 0kgf/㎠·G로 폐쇄했을 때, (b)는 Pa를 5kgf/㎠·G로부터 1.9kgf/㎠·G로 떨어트린 후 0으로 한 경우, (c)는 5→1.66→0, (d)는 5→1.65→0, (e)는 5→1.62→0, (f)는 5→1.62→0, (g)는 5→1.50→0으로 한 경우를 나타내는 것이다.

도5는, 관로내압(P₁)을 일정하게 한 다단계식 폐쇄에 있어서의 액추에이터에의 구동압력(Pa)과 압력상승(ΔP₁)의 관계를 나타내는 선도이다.

도6은, 관로내압(P₁)을 일정하게 한 다단계식 폐쇄에 있어서, 액추에이터에의 공기공급압(Pa)을 변화시킨 경우의 밸브 스트로크(ΔG)의 변화를 나타내는 선도이며, (a)는 Pa를 5kgf/㎠·G(완전개방)→0(완전폐쇄)로, (b)는 5kgf/㎠·G(완전개방)로부터 1.9kgf/㎠·G(중간개도)로 한 후, 0(완전폐쇄)로, (c)는 5→1.66→0으로, (d)는 5→1.65→0으로, (e)는 5→1.62→0, (f)는 5→1.50→0으로 한 경우를 나타내는 것이다.

도7은, 관로내압(P₁)을 일정하게 한 다단계식 폐쇄에 있어서의 밸브 스트로크(ΔG)(mm)와 관로(L₁)의 압력상승(ΔP₁)의 관계를 나타내는 선도이다.

도8은, 탱크압(관로내압(P₁))을 변화시킨 경우의 다단계식 폐쇄(Pa=5-1.65-0kgf/㎠·G)에 있어서의 관로내압(P₁)의 변화상황을 나타내는 선도이며, (a)는 관로 내압(P₁)=3kgf/㎠·G일 때, (b)는 P₁=2, (c)는 P₁=1의 경우를 각각 나타내는 것이다.

도9는, 도8의 시험에 있어서의 액추에이터 작동압(Pa)과 밸브 스트로크(ΔG)의 관계를 나타내는 선도이며, (a)는 탱크내압(PT)이 3kgf/㎠·G일 때, (b)는 PT=2일 때, (c)는 PT=1일 때를 각각 나타내는 것이다.

도10은, 밸브 다단계식 폐쇄에 있어서의 탱크내압(PT)과, 워터 해머를 방지할 수 있는 액추에이터 작동압력(Pa)의 관계를 나타내는 선도이다.

도11은, 밸브 다단계식 폐쇄에 있어서의 탱크내압(PT)을 파라미터로 한 밸브스트로크(ΔG)와 관로압력상승(ΔP₁)의 관계선도이다.

도12는 도11의 주요부 확대도이다.

도13은, 본 발명에 따른 워터 해머리스 밸브장치의 전체구성도이다.

도14는, 본 발명에 따른 유체통로의 워터 해머리스 폐쇄장치의 제1실시예의 전체구성도이다.

도15는, 본 발명에 따른 유체통로의 워터 해머리스 폐쇄장치의 제2실시예의 전체구성도이다.

도16은 도15의 워터 해머리스 폐쇄장치에 있어서의 액추에이터 작동압(Pa)의 제어(도16의 (a))와 진동발생의 일례(도16의 (b))를 나타내는 설명도이다.

도17은, 본 발명의 제3실시예에 따른 워터 해머리스 폐쇄장치의 전체시스템 구성도이다.

도18은, 튜닝박스의 PC화면표시의 개요도이다.

도19는, 전공변환장치의 구성 개요도이다.

도20은, 오토튜닝 조작의 흐름도이다.

도21은, 오토튜닝 조작에 있어서의 구동압력(Pa)과 발생하는 진동의 관계의 설명도이다.

도22는, 스텝상의 구동압력(Pa)의 스텝압력 유지시간(t)과 압력 상승값(ΔP)의 관계를 나타내는 선도이다.

PT:물탱크 내압 L₁:밸브 상류측 관로

P₁:관로내압 Pa:액추에이터 작동압

Pao:공기공급압력 ΔG:밸브 스트로크

S:밸브개폐 지령신호 SG:밸브 스트로크 설정신호

SR:구동력 제어신호 Sp:밸브 스트로크 검출신호

1:물탱크 2:물탱크 가압원

3:압력센서 4:밸브

4a:액추에이터 5:전공변환장치

6:밸브구동용 가스원 7:신호 발생기

8:스토레이지 오실로스코프 10:밸브본체

11:액추에이터 12:자동 구동력 제어기(자동 압력제어기)

13:제어회로 14:밸브 스트로크 검출기(위치 검출기)

15:연산·기억장치 16:연산제어장치

17:전공변환 제어장치 18:진동센서

19:튜닝박스 20:전공변환장치

TC:폐쇄시간 검출센서 T:폐쇄시간 검출신호

TS:폐쇄시간 설정신호 P₁:압력 검출신호

PM:허용 압력상승값 설정신호 Pr:진동 검출신호

Prm:허용상한 진동압력 설정신호 Ps:스텝압력 설정신호

Ts:스텝압력 유지시간 설정신호(폐쇄시간 설정신호)

Sc:제어신호 Se:액추에이터 작동압 제어신호

So:밸브의 NO·NC 전환신호 t:스텝압력 유지시간

Ps':스텝작동압

본 발명은, 종전의 워터 해머의 발생방지기술에 있어서의 상술한 바와 같은 문제, 즉 (1)유체통로의 차단시간을 약간 길게 설정하는 것을 기본으로 하는 방책에서는, 긴급성의 요청에 충분히 대응할 수 없는 것, 및 (2)진동압력을 흡수 또는 방출시키는 것을 기본으로 하는 방책에서는, 부대설비비가 높아지는 것 등의 문제를 해결하고자 하는 것이며, 유체통로에 개재한 밸브의 폐쇄를 다단계 동작으로 행함으로써, 워터 해머가 발생되는 일없이, 또한 매우 짧은 시간(예를 들면 1000msec이내)에 유체통로를 긴급폐쇄할 수 있도록 한 유체통로의 폐쇄방법과 이것에 사용하는 워터 해머리스 밸브장치 및 워터 해머리스 폐쇄장치를 제공하는 것이다.

또, 본 발명은, 유체통로의 워터 해머리스 폐쇄가 가능한 밸브의 폐쇄조건을 밸브의 폐쇄테스트를 현실적으로 행함으로써 미리 구해 두고, 상기 폐쇄조건을 기억시킨 전공변환장치에 의해 밸브본체의 액추에이터를 작동시킴으로써, 신속하고 확실하게 유체통로의 워터 해머리스 폐쇄를 가능하게 한 유체통로의 폐쇄방법과, 이것에 사용하는 워터 해머리스 폐쇄장치를 제공하는 것이다.

본원 발명자들은, 통로폐쇄밸브의 밸브체를 밸브폐쇄 직전의 소정의 위치까지 급속히 이동시키고, 단시간 경과후에 밸브체를 밸브폐쇄 위치로 이동시키도록 한 다단계 방식에 의한 밸브의 폐쇄방법을 착안함과 아울러, 상기 폐쇄방법을 사용해서 수많은 워터 해머의 발생기구의 해석시험을 행했다.

또한, 본원 발명자들은 상기 시험의 결과로부터, 밸브의 폐쇄에 있어서, 밸브폐쇄시의 제1단계의 밸브체 정지위치를 특정 범위내의 위치로 함으로써, 워터 해머의 발생이 방지되는 것을 알아냈다.

본원 발명은 상기 지견을 기초로 해서 창작된 것이며, 청구항1의 발명은, 관로내압이 대략 일정한 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브에 의해 유체통로를 폐쇄하는 방법에 있어서, 먼저 상기 액추에이터에의 구동용 입력을 소정의 설정값까지 증가 또는 감소시켜서 밸브체를 밸브폐쇄방향으로 이동시키고, 액추에이터에의 구동용 입력을 상기 설정값으로 단시간 유지한 후, 상기 구동용 입력을 더욱 증가 또는 감소시켜서 밸브를 완전폐쇄상태로 함으로써, 워터 해머가 발생되는 일없이 유체통로를 폐쇄하는 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항2의 발명은, 관로내압이 대략 일정한 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브에 의해 유체통로를 폐쇄하는 방법에 있어서, 먼저 상기 액추에이터로의 구동용 입력을 증가 또는 감소시켜, 밸브체를 밸브폐쇄방향으로 이동시킴으로써 밸브 스트로크를 소정의 설정값 근방으로 유지하고, 다음에, 상기 밸브 스트로크를 설정값으로 단시간 유지한 후, 상기 구동용 입력을 더욱 증가 또는 감소시켜서 밸브를 완전폐쇄상태로 함으로써, 워터 해머가 발생되는 일없이 유체통로를 폐쇄하는 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항3의 발명은, 관로내압이 일정하지 않은 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브에 의해 유체통로를 폐쇄하는 방법에 있어서, 먼저 상기 액추에이터에의 구동용 입력을 증가 또는 감소시켜, 밸브체를 밸브폐쇄방향으로 이동시킴으로써 밸브 스트로크를 소정의 설정값 근방으로 유지하고, 다음에, 상기 밸브 스트로크를 설정값으로 단시간 유지한 후, 상기 구동용 입력을 더욱 증가 또는 감소시켜서 밸브를 완전폐쇄상태로 함으로써, 워터 해머가 발생되는 일없이 유체통로를 폐쇄하는 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항4의 발명은, 청구항1 내지 3의 발명에 있어서, 밸브를 상시폐쇄형 공기압작동식 다이어프램 밸브 또는 밸브의 작동시에 밸브내 용적이 변화되지 않는 정용적·상시폐쇄형 공기압작동식 다이어프램 밸브로 한 것이다.

청구항5의 발명은, 청구항1 내지 4의 발명에 있어서, 밸브의 폐쇄시간을 극히 단시간으로 함과 아울러 유체통로의 압력상승값을 밸브폐쇄전의 압력값의 10%이내로 하도록 한 것이다.

청구항6의 발명은, 밸브본체와, 밸브본체를 구동하는 액추에이터와, 액추에이터에 입력하는 구동력을 조정하는 자동 구동력 제어기와, 밸브본체의 밸브 스트로크를 검출하는 밸브 스트로크 검출기와, 밸브개폐 지령신호(S)와 밸브 스트로크 검출신호(Sp)와 밸브 스트로크 설정신호(SG)가 입력됨과 아울러 상기 자동 구동력 제어기에 구동력 제어신호(SR)를 출력하고, 액추에이터를 통해 밸브본체의 밸브 스트로크를 설정값으로 단시간 유지한 후 밸브본체를 완전폐쇄로 하는 제어회로를 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항7의 발명은, 청구항6의 발명에 있어서, 밸브본체를 다이어프램식 밸브로 함과 아울러 액추에이터를 공기압작동식 액추에이터로 하도록 한 것이다.

청구항8의 발명은, 청구항6 또는 청구항7의 발명에 있어서, 밸브본체를 상시폐쇄형 다이어프램식 밸브로 함과 아울러 액추에이터를 공기압작동식 액추에이터로 하고, 또한 제어회로의 밸브 완전폐쇄시간을 극히 단시간으로 하도록 한 것이다.

청구항9의 발명은, 밸브본체와, 밸브본체를 구동하는 액추에이터와, 액추에이터에 입력하는 구동력을 조정하는 자동 구동력 제어기와, 밸브본체의 밸브 스트로크를 검출하는 밸브 스트로크 검출기와, 밸브개폐 지령신호(S)와 밸브 스트로크 검출신호(Sp)와 밸브 스트로크 설정신호(SG)가 입력됨과 아울러 상기 자동 구동력 제어기에 구동력 제어신호(SR)를 출력하고, 액추에이터를 통해 밸브본체의 밸브 스트로크를 설정값으로 단시간 유지한 후 밸브본체를 완전폐쇄로 하는 제어회로로 이루어지는 워터 해머리스 밸브장치와, 1차측 유통로의 유체압을 검출하는 압력 검출센서와, 상기 압력 검출센서로부터의 유통로 내압의 압력 검출신호(P₁)와 폐쇄시간 검출센서로부터의 폐쇄시간 검출신호(T)와 허용압력 상승값 설정신호(PM)와 폐쇄시간 설정신호(TS)가 입력됨과 아울러, 상기 압력 검출신호(P₁)와 허용압력 상승값 설정신호(PM)의 비교 및 폐쇄시간 검출신호(T)와 폐쇄시간 설정신호(TS)의 비교를 행하는 비교회로와, 폐쇄시간에 대응한 압력상승값과 스트로크 설정값의 관계 데이터를 유지하는 기억회로와, 비교회로에 있어서의 비교결과로부터 허용압력 상승값 설정신호(PM)와 폐쇄시간 설정신호(TS)에 최적의 스트로크 설정값을 선택하는 연산회로를 구비한 연산기억장치를 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항10의 발명은, 청구항9의 발명에 있어서, 워터 해머리스 밸브장치의 제어회로를, 폐쇄시간 설정신호(TS)가 입력되고, 밸브본체의 밸브폐쇄 작동시에 있어서의 액추에이터의 작동속도의 조정에 의해 유체통로의 폐쇄시간을 제어가능한 구성으로 한 것이다.

청구항11의 발명은, 밸브본체와, 밸브본체를 구동하는 액추에이터와, 밸브상류측 배관로에 착탈가능하게 고정된 진동센서와, 밸브개폐 지령신호가 입력됨과 아울러, 그 데이터 기억부에 미리 기억된 제어신호(Sc)에 의해 액추에이터에 입력하는 액추에이터 작동압(Pa)을 제어하는 전공변환 제어장치와, 상기 진동센서로부터의 진동 검출신호(Pr)와 액추에이터에 공급하는 스텝압력 설정신호(Ps)와 스텝압력의 유지시간 설정신호(Ts)와 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)가 입력됨과 아울러 상기 진동 검출신호(Pr)와 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)의 비교를 행하여, 상기 스텝압력 설정신호(Ps)를 수정하는 비교연산회로를 구비하고, 상기 유지시간 설정신호(Ts) 및 수정된 스텝압력 설정신호(Ps)로 이루어지는 제어신호(Sc)를 상기 전공변환 제어장치의 데이터 기억부로 출력하는 연산제어장치를 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항12의 발명은, 청구항11의 발명에 있어서 연산제어장치를, 스텝압력 설정회로와 유지시간 설정회로와 허용상한 진동압력 설정회로와 비교연산회로로 구성함과 아울러, 액추에이터 작동압을 스텝 변화시킨 직후의 진동 검출신호(Pr)가 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)를 초과한 경우에는, 스텝압력 설정신호(Ps)를 상승시키는 방향으로, 또한, 액추에이터 작동압을 중간의 스텝작동압으로부터 0으로 한 직후의 진동 검출신호(Pr)가 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)를 초과한 경우에는, 스텝압력 설정신호(Ps)를 하강시키는 방향으로 각각 수정하는 구성으로 한 것이다.

청구항13의 발명은, 청구항11의 발명에 있어서 전공변환 제어장치를, 연산제어장치로부터의 제어신호(Sc)를 기억하는 데이터 기억부와 신호변환부와 전공변환부로 구성함과 아울러, 데이터 기억부에 미리 기억된 워터 해머가 발생되지 않을 때의 제어신호(Sc')에 기초해서 신호변환부로부터 액추에이터 작동압 제어신호(Se)를 출력하고 또한 전공변환부로부터 액추에이터 작동압(Pa)을 출력하는 구성으로 한 것이다.

청구항14의 발명은, 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브와, 액추에이터 작동식 밸브에 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 공급하는 전공변환장치와, 상기 액추에이터 작동식 밸브의 상류측 관로에 착탈가능하게 부착된 진동센서와,진동센서에 의해 검출된 진동 검출신호(Pr)가 입력됨과 아울러 전공변환장치로 상기 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')의 크기를 제어하는 제어신호(Sc)를 출력하고, 상기 제어신호(Sc)의 조정에 의해 전공변환장치로부터 진동 검출신호(Pr)가 대략 0이 되는 스텝작동압(Ps')의 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 출력시키는 튜닝박스를 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항15의 발명은, 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브의 상류측에 진동센서를 착탈가능하게 부착하고, 진동센서로부터의 진동 검출신호(Pr)를 튜닝박스에 입력함과 아울러, 튜닝박스로부터의 제어신호(Sc)를 전공변환장치에 입력하고, 상기 제어신호(Sc)에 의해 전공변환장치에 있어서 발생된 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 액추에이터에 공급해서 액추에이터 작동식 밸브를 2단계 작동에 의해 폐쇄하도록 한 유체통로의 폐쇄방법에 있어서, 상기 튜닝박스에 있어서 액추에이터에 공급하는 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)과 진동 검출신호(Pr)의 상대관계를 대비하여, 1단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 저감시에 진동발생이 있을 때에는 스텝작동압(Ps')을 상승시키고, 또한, 2단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 저감시에 진동발생이 있을 때에는 스텝작동압(Ps')을 하강시켜, 상기 스텝작동압(Ps')의 상승 또는 하강에 의한 조정을 복수회 반복함으로써, 진동 검출신호(Pr)가 대략 0이 되는 2단계상 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')을 구하고, 상기 진동발생이 대략 0이 되는 스텝작동압(Ps')의 2단계상의 작동압(Pa)을 전공변환장치로부터 출력시킬 때의 제어신호(Sc)의 데이터에 기초하여, 상기 액추에이터 작동식 밸브를 폐쇄하도록 한 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항16의 발명은, 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브의 상류측에 진동센서를 착탈가능하게 부착하고, 진동센서로부터의 진동 검출신호(Pr)를 튜닝박스에 입력함과 아울러, 튜닝박스로부터의 제어신호(Sc)를 전공변환장치에 입력하고, 상기 제어신호(Sc)에 의해 전공변환장치에 있어서 발생된 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 액추에이터에 공급해서 액추에이터 작동식 밸브를 2단계 작동에 의해 폐쇄하도록 한 유체통로의 폐쇄방법에 있어서, 상기 튜닝박스에 있어서 액추에이터에 공급하는 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)과 진동 검출신호(Pr)의 상대관계를 대비하여, 1단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 상승시에 진동발생이 있을 때에는 스텝작동압(Ps')을 하강시키고, 또한, 2단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 상승시에 진동발생이 있을 때에는 스텝작동압(Ps')을 상승시켜, 상기 스텝작동압(Ps')의 하강 또는 상승에 의한 조정을 복수회 반복함으로써, 진동 검출신호(Pr)가 대략 0이 되는 2단계상 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')을 구하고, 상기 진동발생이 대략 0이 되는 스텝작동압(Ps')의 2단계상의 작동압(Pa)을 전공변환장치로부터 출력시킬 때의 제어신호(Sc)의 데이터에 기초하여, 상기 액추에이터 작동식 밸브를 폐쇄하도록 한 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항17의 발명은, 청구항15 또는 청구항16의 발명에 있어서, 진동발생이 대략 0이 되는 2단계상의 작동압(Pa)을 출력시킬 때의 제어신호(Sc)의 데이터를 전공변환장치의 기억장치에 입력한 후, 진동센서 및 튜닝박스를 분리하도록 한 것이다.

청구항18의 발명은, 청구항15 또는 청구항16의 발명에 있어서, 진동센서를액추에이터 작동식 밸브의 설치위치로부터 1000mm 이내의 상류측 위치에 설치하도록 한 것이다.

청구항19의 발명은, 청구항15의 발명에 있어서, 2단계상의 작동압(Pa)의 스텝작동압 유지시간(t)을 1초보다 작게 설정하도록 한 것이다.

먼저, 본원 발명자들은, 반도체 제조장치의 수분공급계에 있어서의 워터 해머의 발생상황을 조사하기 위해서, 공기압작동 다이어프램 밸브를 사용해서 유체유통로를 완전개방으로부터 완전폐쇄로 전환한 경우의 유로의 압력변동을 관찰했다.

도1은, 상기 조사에 사용한 시험장치의 회로 구성도이며, 도1에 있어서, 1은 물탱크, 2은 물탱크 가압원, 3은 압력센서, 4는 밸브, 5는 전공변환장치, 6은 밸브구동용 가스원, 7은 신호 발생기, 8은 스토레이지 오실로스코프이다.

상기 물탱크(1)는 약 30ℓ의 용량을 갖는 밀폐 구조형이며, 그 내부에는 약25ℓ의 유체(25℃의 물)가 저류되어 있다.

또한, 물탱크(1)는 가압원(2)으로부터의 N₂에 의해 100∼300KPaG의 범위로 조정가능하게 가압되어 있다.

상기 압력센서(3)는 밸브(4)의 상류의 수압을 고감도로 검출가능한 센서이며, 본 시험장치에 있어서는 확산 반도체방식의 압력센서를 사용하고 있다.

상기 밸브(4)로서는, 다이어프램식 공기압밸브를 사용하고 있으며, 그 사양은 유체입구압력 0.1MPa, 유체출구압력 0.3MPa, 유체온도 10∼100℃, CV값 0.27, 조작 공기압 0.3∼0.6MPa, 접액부의 재질(밸브보디 PTFE, 다이어프램 PTFE), 통로내경 4mm이다.

즉, 상기 밸브(4)는 노멀 클로즈형의 합성수지 다이어프램을 밸브체로 하는 공기작동식 다이어프램 밸브이며, 스프링(도시생략)의 탄성력에 의해 다이어프램 밸브체가 상시 밸브시트에 접촉되어 밸브폐쇄상태로 유지된다. 또한, 작동용 공기압의 공급에 의해 액추에이터(4a)가 작동하고, 다이어프램 밸브체가 밸브시트로부터 이간됨으로써 밸브개방상태로 유지된다.

따라서, 상기 노멀 클로즈형의 공기작동식 다이어프램 밸브를 폐쇄하기 위해서는, 액추에이터(4a)로 밸브개방을 위해 공급하고 있는 작동 공기압을 감소시킬 필요가 있다.

또, 본원 발명에 있어서는, 상기 노멀 클로즈형의 공기작동식 다이어프램 밸브 대신에 노멀 오픈형의 공기작동식 다이어프램 밸브를 사용해도 좋은 것은 물론이며, 이 경우에는, 액추에이터(4a)로 공급하는 작동 공기압을 상승시킴으로써 밸브가 폐쇄되게 된다.

상기 전공변환장치(5)는 밸브개도를 지시하는 입력신호에 대응한 구동압력(공기압)을 밸브(4)의 액추에이터(4a)에 공급하기 위한 것이고, 본 시험장치에 있어서는 도2에 나타내는 바와 같은 구성의 전공변환장치(5)를 사용하고 있다.

즉, 입력신호(I)가 제어회로(A)에 입력되면, 급기용 전자밸브(B)가 개방으로 되고, 공급압력(C)의 일부가 급기용 전자밸브(B)를 통해서 출력압력(Pa)으로 되어 밸브(4)의 액추에이터(4a)에 공급된다.

이 출력압력(Pa)은 압력센서(E)를 통해 제어회로(A)에 피드백되며, 입력신호(I)에 대응하는 출력압력(Pa)으로 될 때까지, 정정동작이 행하여진다. 또, 도2에 있어서, F는 배기용 전자밸브, G는 배기, H는 전원, J는 입력신호(I)에 대응하는 출력신호이며, 상기 출력신호(J)(즉, 입력신호(I))가 후술하는 스토레이지 오실로스코프의 CH₂에 입력전압으로서 입력된다.

도3은, 상기 전공변환장치(5)의 입력신호(I)값(입력전압(V))과 출력압력(Pa)의 관계를 나타내는 선도이며, 입력전압 5V(작동용 공기압(P)=약 5kgf/㎠·G)에서 밸브(4)는 완전개방상태로 유지되게 된다.

상기 밸브 작동용 공기원(6)에는 컴프레서가 사용되고 있으며, 소정압의 공기가 공급된다. 또한, 상기 신호발생기(7)는 전공변환장치(5) 등에의 입력신호(I) 등을 생성하는 것이며, 소망의 전압출력이 입력신호(I)로서 전공변환장치(5)로 출력된다.

또한, 상기 스토레이지 오실로스코프(8)는 압력센서(3)로부터의 상류측 관로(L₁)내의 검출 압력신호(P₁)(전압(V))나 전공변환장치(5)에의 입력신호(I)(입력전압(V))가 입력되고, 관로(L₁)의 압력(P₁)의 변동이나 입력신호(I)(입력전압(V))의 변동 등이 관측·기록된다.

또, 본 시험장치에 있어서는, 스토레이지 오실로스코프(8)를 이용하고 있으며, 시간축의 판독은 500msec/1눈금이다.

도1을 참조하여, 먼저, 물탱크(1)내의 압력(PT)을 3kgf/㎠·G의 일정 압력으로 유지하고, 액추에이터(4a)에 5kgf/㎠·G의 공기압(Pa)을 공급해서 밸브(4)를 완전개방상태로 했다. 또, 이 때의 밸브(4)와 물탱크(1) 사이의 배관로(L₁)의 내경은 4.0mm, 길이는 약 2.5m, 물의 유량은 Q=약 3.451/min이었다.

이 상태로부터, 밸브(4)의 액추에이터(4a)에의 공급 공기압(Pa)을, (a)5kg f/㎠·G(완전개방)→0kgf/㎠·G(완전폐쇄)로 했을 때, (b)5→1.9→0으로 했을 때, (c)5→1.66→0으로 했을 때, (e)5→1.65→0로 했을 때, (f)5→1.62→0으로 했을 때, (g)5→1.50→0으로 했을 때의 각각에 대해서, 상류측 관로(L₁)의 내압(P₁)의 변화를 스토레이지 오실로스코프(8)에 의해 관측했다.

도4는 그 관측결과를 나타내는 것이며, 상기 도4의 (a)∼(f)로부터도 알 수 있듯이, 5kgf/㎠·G(완전개방)→0(완전폐쇄)의 과정을 거쳐 밸브(4)를 완전폐쇄로 한 경우에는, 도4의 (a)와 같이 최대 9.15kgf/㎠·G의 진폭의 압력(P₁)의 변동이 나타내어졌다.

이것에 대하여, 공급압력(Pa)을 5→1.65→0(도4의 (e))로 변화시킨 경우에는 관로압력(P₁)에 거의 변동이 생기지 않고, 워터 해머의 발생이 완전히 방지되는 것을 알 수 있다.

한편, 공급압력(Pa)을 5→1.50→0(도4의 (f))로 변화시킨 경우에는, 관로압력(P₁)에 최대진폭 2.90kgf/㎠·G의 진동이 발생했다.

상기의 각 시험결과로부터, 상기 밸브(4)의 경우, 밸브(4)를 완전개방으로부터 완전폐쇄로 전환할 때에 액추에이터(4a)에의 작동 공기압(Pa)을 5V(완전개방)→1.65V(밸브개도 0.072mm/1.93mm×100=3.73%)→0(완전폐쇄)의 과정을 거쳐서 폐쇄함으로써, 워터 해머의 발생을 완전히 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

즉, 관로(L₁)의 내압(P₁)이 일정한 경우에는, (1)완전개방상태로부터 어느 일정 밸브개도까지 순식간에 급속 폐쇄하고, 그 후 단시간을 두고 완전폐쇄상태로 하는 것에 의해, 약 500∼1000msec의 동안에 워터 해머가 발생되는 일없이 유체통로를 폐쇄할 수 있는 것, 및 (2)상기 최초의 밸브체의 정지위치, 즉 밸브개도가 일정값보다 크거나 또는 작아도 워터 해머의 발생을 방지할 수 없는 것을 알 수 있다.

도5는 동일 밸브(4)를 이용하여, 도4의 경우와 같은 조건하에서 밸브의 완전개방→완전폐쇄 시험을 반복했을 때의 관로내압(P₁)의 상승상황을 그래프화한 것이며, 어느 시험에 있어서나, 관로(L₁)의 내압(P₁)이 일정(3kg/㎠·G)할 때에는, 최초(1단째)에 밸브체를 일단 정지시키기 위한 액추에이터에의 공급 공기압(Pa)이 약 1.65kgf/㎠·G일 때에, 내압(P₁)의 압력 상승값이 대략 0으로 되었다.

도6은, 상기 도4의 시험에 있어서, 액추에이터(4a)에의 공급압(Pa)과 밸브 스트로크(ΔG)(mm)의 관계를 나타내는 것이며, 시험조건은 관로(L₁)의 내압(P₁)=3kgf/㎠·G(일정), 유량(Q)=3.45ℓ/min(일정)하에서, 밸브(4)를 다단계식 폐쇄에 의해 밸브폐쇄한 것이다.

또, 밸브 스트로크(ΔG(mm))는 포텐셔미터를 사용해서 측정되고 있으며, 다이어프램 밸브체를 상방으로부터 압압하는 밸브 샤프트의 완전폐쇄위치로부터 밸브개방방향으로의 이동량을 밸브 스트로크(ΔG(mm))로 규정하고 있다.

도6의 (a)∼(f)로부터 알 수 있듯이, 액추에이터(4a)에의 공급 공기압(Pa)이 1.9kgf/㎠·G일 때의 밸브 스트로크(ΔG)는 0.782mm로 되며, Pa=1.66일 때는 ΔG=0.108, Pa=1.65일 때는 ΔG=0.072mm로 된다.

또한, 도6의 (d)로부터도 알 수 있듯이 밸브 스트로크(ΔG)=0.072mm(밸브개도 0.072/1.93×100=3.73%)일 때에 워터 해머의 발생이 대략 0으로 된다.

즉, 관내압력(P₁)이 일정하에 있어서의 다단계식 폐쇄에 있어서는, 밸브개도가 상기 0.072보다 크거나 작아도 워터 해머가 발생하게 된다.

도7은, 상기 도6과 같은 조건하에서 액추에이터(4a)에의 공급압(Pa)을 변화시킨 경우에 있어서의 밸브 스트로크(ΔG)와 관로의 압력상승(ΔP₁)의 실측값을 나타내는 선도이며, 모두 최초(1단째)에 밸브체를 일단 정지시키는 위치를 밸브 스트로크(ΔG)=약 0.07mm정도의 위치로 했을 때에, 워터 해머의 발생이 대략 0으로 되었다.

다음에, 물탱크(1)의 내압(PT)이 변화된 경우의 워터 해머의 발생방지에 대해서, 도1의 시험장치를 사용해서 시험을 했다.

도8의 (a)∼(c)는 그 결과를 나타내는 것이며, 탱크내압(PT)이 3kgf/㎠·G일 때, 액추에이터에의 공급압(Pa)을 5→1.65→0으로 하는 다단계식 폐쇄에 있어서는, 관로내압(P₁)의 진동적인 상승은 보여지지 않는다(도6(a)).

그러나, 탱크내압(PT)이 변화되면, 도8(b) 및 도8(c)의 화살표 A로부터도 알 수 있듯이, 관로내압(P₁)에 약간 압력변동이 발생하게 된다.

도9는, 상기 도8의 시험시에, 액추에이터(4a)의 작동압(Pa)이 1.65kgf/㎠· G일 때의 밸브 스트로크(ΔG)를 포텐셔미터에 의해 계측한 것이며, 밸브(4)의 다이어프램 밸브체에 가해지는 유체(물)의 압력에 의해, 액추에이터(4a)에의 공급압(1.65kgf/㎠·G)이 동일하여도 밸브 스트로크(ΔG)가 변화되고, 그 결과, 상기 도8의 (b),(c)의 A와 같이, 관로내압(P₁)에 진동적인 변동이 발생하게 된다.

도10은, 밸브의 다단계식 폐쇄에 있어서, 탱크내압(PT)과 관로내압(P₁)의 변동을 방지할 수 있는 액추에이터의 작동압(Pa)의 관계를 나타내는 선도이며, 곡선 A₃은 탱크내압(PT)=3kgf/㎠·G일 때, 곡선 A₂는 Pa=2, 곡선 A₁은 Pa=1일 때를 나타내는 것이며, 워터 해머의 발생을 방지할 수 있는 액추에이터 압력(Pa)의 범위가 탱크내압(PT)에 의해 크게 변동되는 것을 알 수 있다.

즉, 도5 및 도7의 시험결과로부터도 알 수 있듯이, 탱크내압(PT) 즉 관로(L₁)의 내압(P₁)이 대략 일정한 경우에는, 밸브(4)의 액추에이터(4a)에 공급하는 작동압(Pa)을 제어하는 다단계식 폐쇄에 의해(본 실시형태의 상시폐쇄형 공기압작동 다이어프램 밸브에 있어서는, Pa=5kgf/㎠·G→1.65kgf/㎠·G→0의 다단계식 폐쇄), 약 500∼1000msec의 단시간내에, 워터 해머의 발생을 대략 완전히 방지하면서 관로(L₁)를 고속 폐쇄할 수 있다.

그러나, 탱크내압(PT)(즉 관로내압(P₁))이 변동되는 경우에는, 상기 도10으로부터도 알 수 있듯이, 액추에이터(4a)에의 공기 공급압(Pa)을 제어하는 것만으로는 다단계식 폐쇄에 있어서 워터 해머의 발생을 완전히 방지하는 것은 곤란하다.

그래서, 본건 출원인은, 상기 액추에이터(4a)에의 공급압(Pa)의 제어 대신에, 밸브(4)의 밸브 스트로크(ΔG)를 제어요소로 하고, 탱크내압(PT)을 파라미터로 하는 다수의 다단계식 폐쇄시험을 행했다.

또, 시험장치는 상기 도1의 경우와 거의 동일하며, 밸브(4)의 밸브 스트로크(ΔG)를 계측하는 포텐셔미터를 이것에 부가한 점이 다를 뿐이다.

도11은, 밸브(4)를 다단계식 폐쇄한 경우의, 탱크내압(PT)을 파라미터로 한 밸브 스트로크(ΔG)와 관로압력상승(ΔP₁)의 관계를 나타내는 것이며, 도12는 도1의 주요부의 확대도이다.

또, 도11 및 도12에 있어서 A₃, A₃'은 탱크내압(PT)이 3kgf/㎠·G일 때, A₂, A₂'는 PT=2kgf/㎠·G일 때, A₁, A₁'은 PT=1kgf/㎠·G일 때를 각각 나타내는 것이다.

도12로부터도 알 수 있듯이, 밸브 스트로크(ΔG)를 제어함으로써 밸브(4)의 다단계식 폐쇄를 행한 경우에는, 관로(L₁)내의 내압(P₁)의 크고 작음에 상관없이, 밸브 스트로크(ΔG)가 0.07∼0.08mm의 사이에서 일단 밸브폐쇄작동을 단시간에 정지시키고, 그 후 완전폐쇄상태로 함으로써, 약 500∼800msec의 단시간내에 워터 해머가 발생되는 일없이 밸브(4)를 완전개방에서 완전폐쇄로 급속 폐쇄할 수 있는 것을 알 수 있다.

도13은, 상기 도11 및 도12 등의 시험결과에 기초해서 구성한 본건 발명에 따른 워터 해머리스 밸브장치의 블록 구성도를 나타내는 것이다.

도13에 있어서, 10은 밸브본체, 11은 액추에이터, 12는 자동 구동력 제어기, 13은 제어회로, 14는 밸브 스트로크 검출기이다.

상기 밸브본체(10)는 배관로(L₁)내에 개재되어 있으며, 본 실시형태에 있어서는 다이어프램 밸브체를 구비한 밸브본체(10)가 사용되고 있다.

또, 밸브본체 그 자체는 어떠한 형식이어도 좋은 것은 물론이며, 디스크 밸브체를 구비한 디스크 밸브 등이어도 좋다.

또한, 본 실시형태에서는 밸브시트 내경이 4.00mm인 다이어프램 밸브를 밸브(4)로서 사용하고 있지만, 밸브(4)의 크기는 10A∼100A정도까지 자유롭게 선정가능하다.

상기 액추에이터(11)는 밸브본체(10)의 구동부이며, 본 실시형태에 있어서는 공기압 실린더가 액추에이터로서 이용되고 있으며, 스프링(11a)에 의해 피스톤(11b)을 아래방향으로 압압하는 것에 의해, 밸브본체(10)는 폐쇄되고, 또한 반대로, 자동 구동력 제어기(12)로부터 구동압(Pa)을 공급하고, 피스톤(11b)을 스프링(11a)의 탄성력에 저항해서 상방으로 밀어 올리는 것에 의해, 밸브본체(10)는 개방된다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 액추에이터(11)로서 공기압 실린더를 사용하고있지만, 유압 실린더형의 액추에이터(11)이어도, 또는 전동식(솔레노이드나 모터, 압전소자)의 액추에이터(11)이어도 좋은 것은 물론이다.

또한, 본 실시형태에서는 상시폐쇄형의 밸브(4)를 사용하고 있지만, 상시 개방형의 밸브(4)여도 좋고, 또한, 본 실시형태에서는 액추에이터(4a)에 공급하는 구동압(Pa)을 증가시키는 것에 의해 밸브폐쇄하도록 하고 있지만, 액추에이터(4a) 에 공급하는 구동압(Pa)을 감소시키는 것에 의해 밸브폐쇄시키는 구성으로 하는 것도 가능하다.

자동 구동력 제어기는 액추에이터(4a)에의 공급 구동력을 조정하는 것이며, 본 실시형태에서는, 컴프레서(도시생략) 등의 가압원으로부터의 공급 공기압(Pao)을 소정의 압력(Pa)으로 제어하고, 상기 압력(Pa)의 공기압을 액추에이터(11)에 공급하도록 한 자동 압력제어기가 사용되고 있다.

또, 액추에이터(11)에 전동식 액추에이터가 사용되는 경우에는, 상기 자동 구동력 제어장치는 전기출력의 제어기가 되는 것은 물론이다.

상기 제어회로(13)에는, 밸브 스트로크 검출기(14)로부터의 밸브 스트로크(ΔG)의 검출신호(Sp), 밸브본체(10)에의 개폐 지령신호(S) 및 다단계식 폐쇄에 있어서의 중간 정지위치(즉 제어밸브 스트로크(ΔG))의 설정신호(SG) 등이 입력됨과 아울러, 자동 구동력 제어기(12)에, 소정의 밸브 스트로크(ΔG)를 부여하는 데에 필요한 제어압력(Pa)을 출력하는 압력 제어신호(SR)가 출력된다.

즉, 제어회로(13)에서는, 밸브 스트로크 검출기(14)로부터의 밸브 스트로크 검출신호(Sp)와 중간 정지위치의 설정신호(SG)가 비교되고, 양자의 차가 0이 되도록 액추에이터(11)에의 공급 공기압(Pa)이 조정되게 된다.

또, 본 실시형태에서는, 제어회로(13)와 자동 구동력 제어기(12)를 별체로서 나타내고 있지만, 양자를 일체화해도 되는 것은 물론이다.

도13을 참조해서, 정상상태에 있어서는, 자동 구동력 제어기(12)로부터 소정의 압력(예를 들면 5kgf/㎠·G)의 공기압(Pa)이 액추에이터(11)로 공급되고 있으며, 피스톤(11b)을 스프링(11a)에 저항시켜 상방으로 밀어 올림으로써 밸브본체(10)는 완전개방되어 있다.

현재, 긴급시에, 제어회로(13)에 밸브개폐 지령신호(S)가 입력되면, 밸브본체(10)는 소위 다단계식 폐쇄에 의해 긴급폐쇄된다. 즉, 먼저 상기 액추에이터(11)에의 공기공급압력(Pao)이 밸브 스트로크 설정신호(SG)에 의해 주어진 압력값(예를 들면 1.65kgf/㎠·G)까지 순식간에 하강되고, 이것에 의해 피스톤(11b)은, 스프링(11a)의 탄성력에 의해 하강하여, 샤프트(11c)에 연결된 밸브체(도시생략)를 소정의 밸브 스트로크(ΔG)의 위치까지 하강시키고, 여기에서 단시간(예를 들면 300∼500msec)에 정지한다.

밸브본체(10)의 작동시에는, 밸브 스트로크 검출기(14)로부터의 스트로크 검출신호(Sp)가 제어회로(13)에 입력되어 있으며, 상기 스트로크 검출신호(Sp)와 밸브 스트로크 설정신호(SG)의 대비에 의해 제어 공기압(Pa)의 조정이 행해지고, 밸브본체(10)의 밸브 스트로크(ΔG)는 100∼200msec의 사이로 소정의 설정 위치에 유지된다.

소정의 밸브 스트로크(ΔG)의 위치에 단시간(300∼500msc)에 정지한 밸브 샤프트(11c)는 그 후 공기압(Pa)이 자동 구동력 제어기(12)를 통해 0으로 하강함으로써 완전폐쇄위치까지 순식간에 하강한다.

이것에 의해, 밸브본체(10)는, 소위 워터 해머가 생기는 일없이 완전폐쇄되게 되고, 완전폐쇄에 요하는 시간은 본 실시형태(관로직경(10A))에 있어서는 약 300∼1000msec의 사이이다.

또, 상기 실시형태에 있어서는, 밸브로서 밸브시트 내경이 4.00mm인 다이어프램식 공기작동 밸브를 이용한 경우에 대해서 주로 설명했지만, 본 발명은 보다 대형(예를 들면 25∼100A)의 글로브밸브나 디스크밸브에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

도14는, 본 발명에 따른 유체통로의 워터 해머리스 폐쇄장치의 제1실시예의 기본구성을 나타내는 것이며, 상기 도13에 나타낸 워터 해머리스 밸브장치에 밸브폐쇄시간(T)과 허용압력 상승값 설정신호(PM)를 제어요소로서 부가한 것이다. 즉, 상기 워터 해머리스 폐쇄장치에 있어서는, 1차측 압력의 검출센서(PC)와 밸브 폐쇄시간의 검출센서(TC)와 각 센서(PC,TC)로부터의 검출값(P₁,T)이 입력되는 연산·기억회로(15)가 상기 워터 해머리스 밸브장치에 부설되어 있다.

또한, 폐쇄시간 설정신호(TS)는 워터 해머리스 밸브장치의 제어회로(13)에도 입력되어 있으며, 제어회로(13)로부터 자동 구동력 제어기(12)로 출력되는 구동력 제어신호(SR)의 출력상태를 조정함으로써 액추에이터(11)의 작동속도(즉, 액추에이터(11)에의 작동압(Pa)의 인가상태)를 제어하고, 이것에 의해 밸브본체(10)의 완전개방으로부터 완전폐쇄까지의 시간을 조정하도록 구성되어 있다.

상기 밸브 폐쇄시간 검출센서(TC)는 액추에이터(11)에 설치되어 있으며, 밸브샤프트(11c)의 작동개시(밸브개방)로부터 작동정지(밸브폐쇄)까지의 시간(T)을 검출하고, 이것을 연산·기억회로(15)에 입력한다.

또한, 상기 압력 검출센서(PC)는 1차측 유통로(L₁)에 설치되어 있으며, 유체압력의 검출값(P₁)을 연산·기억회로(15)에 입력한다.

상기 연산·기억회로(15)에는 압력비교회로, 시간비교회로, 연산회로 및 기억회로가 각각 설치되어 있으며, 압력비교회로에서는 허용압력 상승값 설정신호(PM)와 압력 검출신호(P₁)의 비교가, 또 시간비교회로에서는 폐쇄시간 설정신호(TS)와 폐쇄시간 검출신호(T)의 비교가 행해진다.

또한, 상기 기억회로에는, 미리 실측에 의해 구한 밸브본체의, 폐쇄시간(T)을 파라미터로 한 스트로크 설정값과 압력 상승값의 관계 데이터가 다수 기억되어 있다.

또한, 상기 연산회로는, 압력 검출신호(P₁)가 허용압력 상승값 설정신호(PM)를 초과한 경우에, 폐쇄시간(T)이 폐쇄시간 설정신호(TS)를 초과하고 있는지의 여부에 따라, 상기 기억회로에 기억되어 있는 폐쇄시간(T)이 폐쇄시간 설정신호(TS)보다 짧고 또한 이것에 가장 가까운 경우의 압력상승값과 스트로크 설정값의 데이터를 선정하고, 그 데이터 중에서 압력 검출값(P₁)이 허용압력 상승값 설정신호(PM)이하가 되는 스트로크 설정신호(SG)를 선정하고, 이것을 제어회로(13)에 입력한다.

또, 상기 폐쇄시간 설정신호(TS)의 최소값은, 밸브본체(10)나 액추에이터(11)의 작동특성으로부터 제약을 받게 되지만, 통상은 1∼3sec의 값으로 설정되어 있다.

또, 밸브본체(10)의 폐쇄시간 설정신호(TS)는, 허용되는 범위에서 될 수 있는 한 길게 선정된다. 왜냐하면, 폐쇄시간(T)이 길 수록 워터 해머가 발생되기 어렵게 되기 때문이다.

상기 워터 해머리스 폐쇄장치의 사용에 있어서는, 폐쇄시간 설정신호(TS), 허용압력 상승값 설정신호(PM)를 입력한다. 이것에 의해, 연산·기억장치(15)의 기억회로로부터 적당한 스트로크 설정신호(SG)가 출력되고, 제어회로(13)에 입력된다.

유체유로(L1)의 폐쇄에 있어서는, 밸브개폐 지령신호(S)가 제어회로(13)에 입력되고, 이것에 의해 밸브본체(10)는, 완전개방에서 완전폐쇄로 전환된다.

이 때, 만일 1차측 유통로의 내압(P₁)이 워터 해머의 발생에 의해 진동한 경우에는, 압력 검출센서(PC)로부터의 압력 검출신호(P₁)가 피드백시켜 허용 압력상승값 설정신호와 비교되고, 만일 압력 검출신호(P₁)가 허용압력 상승값 설정신호(PM)를 초과하고 있는 경우에는, 연산회로에 의해 새로운 스트로크 설정신호(SG)가 선정되어, 제어회로(13)에 입력된다.

그 결과, 밸브본체(10)의 스템(11c)은 새로운 스트로크위치에 순식간에 되돌아가게 되고, 다음회의 밸브본체(10)의 개폐 작동시에는, 상기 워터 해머에 의한 압력상승이 허용 최대압력 상승값(PM)이하로 억제되게 된다.

도15 및 도16은, 본 발명에 따른 유체통로의 워터 해머리스 폐쇄장치의 제2실시예의 기본구성을 나타내는 것이며, 도14의 제1실시예의 경우와 같이, 이미 설치된 상류측 배관(L₁)에 압력 검출기(Pc)를 부착하거나, 또는 밸브본체(10)에 밸브 스트로크 검출기(위치 검출기)를 부착하는 것이 곤란한 경우에, 주로 이용되는 것이다.

도15 및 도16을 참조해서, 상기 워터 해머리스 폐쇄장치는, 도13의 워터 해머리스 밸브장치로부터 밸브 스트로크 검출기(14)를 제거한 형태의 밸브본체(10)와, 액추에이터(11)와, 전공변환 제어장치(17)와, 액추에이터 작동압(Pa)의 단계적 전환 및 전환후의 압력유지시간(Ts) 등을 제어가능하게 한 연산제어장치(16)와, 상류측 배관로(L₁)에 착탈가능하게 고정된 진동센서(18)를 조합하고, 밸브본체(10)의 액추에이터(11)에 가해지는 액추에이터 작동압(Pa)의 단계적 전환(도16의 (a)의 P₂max로부터 Ps에의 전환(스텝압력(Ps))이나 스텝압력(Ps)의 유지시간(Ts)을 적절하게 선정해서, 워터 해머리스 폐쇄를 가능하게 하는 밸브본체(10)의 폐쇄조건을 미리 설정해서 기억해 두는 것을 가능하게 한 것이다.

즉, 도15 및 도16에 있어서, 16은 연산제어장치, 17은 전공변환 제어장치, 18은 진동센서, 6은 밸브구동용 가스원, 10은 밸브본체, 11은 액추에이터이며, 밸브구동용 가스원(6)으로부터의 공기공급압력(Pao)(본 실시예의 경우 약 0.6MPa)이전공변환 제어장치(17)에 의해 도16(a)와 같은 상태의 스텝상의 작동압력(Pa)으로 변환되어, 액추에이터(11)에 인가되게 된다.

또, 액추에이터(11)에 가해지는 액추에이터 작동압(Pa)이나 그 유지시간(Ts)은 후술하는 바와 같은 방법에 의해, 미리 밸브 상류측 배관로(L₁)마다 밸브본체(10)의 폐쇄작동시험에 의해 구해진 연산제어장치(16)로부터의 제어신호(Sc)에 의해 제어되고 있으며, 상기 진동센서(18) 및 연산제어장치(16)는, 밸브본체(10)의 폐쇄작동시험에 의한 상기 제어신호(Sc)의 선정이 완료되면, 상류측 배관로(L₁)로부터 분리되게 된다.

즉, 상기 연산제어장치(16)에는 스텝압력 설정신호(Ps)의 설정회로(16a), 압력유지시간 설정신호의 설정회로(16b), 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)의 설정회로(16c), 관로의 진동압 검출회로(16d) 및 비교연산회로(16e) 등이 설치되어 있으며, 진동센서(18)에 의해 검출한 밸브본체(10)의 폐쇄시의 내압(P₁)의 변동에 의한 진동검출신호(Pr)와, 스텝압력 설정신호(Ps)와, 스텝압력 유지시간 설정신호(Ts)와, 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)가 각각 입력되어 있다.

그리고, 상기 비교연산회로(16e)에서는 진동검출신호(Pr)와 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)가 비교되어, 양자간에 차이가 있는 경우에는, 후술하는 바와 같이 스텝압력 설정신호(Ps)가 수정되고, 상기 수정된 스텝압력 설정신호(Ps)와 유지시간 설정신호(Ts)를 포함하는 제어신호가 전공변환 제어장치(17)의 데이터 기억부 로 출력되어 간다.

또한, 상기 전공변환 제어장치(17)에는, 데이터 기억부(17a)와 신호변환부(17b)(신호발생기(7))와, 전공변환부(17c)(전공변환장치(5)) 등이 설치되어 있으며, 신호변환부(17b)로부터의 액추에이터 작동압 제어신호(Se)가 전공변환부(17c)에 입력됨으로써, 액추에이터(11)에 공급하는 액추에이터 작동압(Pa)이 도16의 (a)와 같이 단계적으로 전환 변환된다.

또, 상기 전공변환 제어장치(17)에는, 밸브개폐 지령신호(S) 및 밸브본체(10)의 작동상황(NO 또는 NC)에 대응하기 위한 전환신호(So)가 입력되어 있다.

도16을 참조하여, 먼저 배관로(L₁)에 진동센서(18)를 고정한다. 다음에, 연산제어장치(16)에 적당한 스텝압력 설정신호(Ps), 스텝압력 유지시간 설정신호(Ts) 및 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)를 입력함과 아울러, 전공변환 제어장치(17)의 밸브본체 전환신호(So) 및 액추에이터 작동용 유체공급압(Pao)을 적절하게 설정한다.

그 후, 밸브개폐 지령신호(S)를 입력하고, 밸브본체(10)의 액추에이터(11)에 예를 들면 도16의 (a)와 같은 형태의 액추에이터 작동압(Pa)을 공급한다.

현재, 시각(t₁)에 있어서, 액추에이터 작동압(Pa)을 Pamax로부터 Ps까지 하강시키면, 밸브본체(10)의 유체통로는 중간위치까지 폐쇄되고, 또한 설정유지시간(Ts)이 경과한 시각(t₂)에 있어서, 액추에이터 작동압(Pa)이 0이 됨으로써 밸브본체(10)는 완전폐쇄상태로 된다.

이 동안에, 워터 해머의 발생에 의해 배관로(L₁)의 내압(P₁)이 변화되면, 그변화의 상태는 진동센서(18)에 의해 검출되고, 진동검출신호(Pr)는 연산제어장치(16)에 입력된다.

연산제어장치(16)에서는, 진동 검출신호(Pr)와 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)가 비교되어, 만약, A₁의 위치(시각(t₁))에 있어서는 진동을 발생하지 않거나 또는 진동의 크기가 허용값내이지만, A₂의 위치(시각(t₂))에 있어서 진동이 허용값(Prm)을 초과하는 경우에는, 액추에이터 작동압(Pa)을 조금 하강시키도록 스텝압력 설정신호(Ps)가 수정되고, 이 수정된 스텝압력 설정신호(Ps)와 그 유지시간 설정신호(Ts)가 제어신호(Sc)로서 연산제어장치(16)로부터 전공변환 제어장치(17)로 출력되고, 그 후 다시 동일한 밸브본체(10)의 폐쇄작동시험이 행해진다.

또한, 반대로, 만약, A₁의 위치(시각(t₁))에서 발생한 진동이 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)를 초과하는 경우에는, 상기 스텝압력 설정신호(Ps)를 약간 상승시키는 방향으로 설정신호(Ps)가 수정되고, 연산제어장치(16)로부터 전공변환 제어장치(17)에 제어신호(Sc)로서 출력되고, 그 후 다시 동일한 밸브본체(10)의 폐쇄 작동시험이 행해진다.

상기에 기재된 바와 같은 작동시험을 반복함으로써, 진동센서(18)를 설치한 배관로(L₁)의 워터 해머리스 폐쇄에 필요한 액추에이터(11)의 중간 작동압력(Ps)(스텝압력 설정신호(Ps))이 소정의 스텝압력 유지시간 설정신호(Ts)(밸브 폐쇄시간(Ts))에 대해서 선정되게 되고, 이 선정된 워터 해머를 발생시키지 않는 최적의 스텝압력 설정신호(Ps)와 그 유지설정시간(Ts)을 부여하는 제어신호(Sc)가 전공변환제어장치(17)의 데이터 기억부(17a)에 기억되고, 이후의 관로(L₁)의 폐쇄는, 이 기억된 제어신호(Sc)에 기초해서 액추에이터 작동압(Pa)을 제어함으로써 행해진다.

또, 상기 도15 및 도16의 실시예에 있어서는, 액추에이터 작동압(Pa)을 2단계로 전환제어하도록 하고 있지만, 필요한 경우에는 3단계나 4단계의 전환으로 해도 되는 것은 물론이다.

또, 스텝 유지시간 설정신호(Ts)는 통상 0.5∼1초 사이로 설정되고, 상기 시간(Ts)이 짧아짐에 따라, 워터 해머리스 폐쇄의 조건을 찾아내는 것이 곤란해지는 것은 물론이다.

도17은, 본 발명에 따른 유체통로 폐쇄방법과 이것에 사용하는 워터 해머리스 폐쇄장치의 제3실시예를 나타내는 것이다.

도17에 있어서 , L₁은 배관로, 10은 밸브본체, 11은 액추에이터, 18은 진동센서, 19는 튜닝박스, 20은 전공변환장치이며, 워터 해머리스 폐쇄장치로서의 기본적인 구성은, 도15에 나타낸 제2실시예의 경우와 대략 같다.

상기 튜닝박스(19)는 밸브본체(10)의 상류측에 부착된 진동센서(18)로부터의 진동검출신호(Pr)가 피드백신호로서 입력되고, 상기 피드백신호(Pr)로부터 워터 해머의 발생을 검출함과 아울러, 전공변환장치(20)에 액추에이터 작동압 제어신호(Se)를 출력함으로써, 액추에이터(11)에 공급하는 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 최적화하는 것이다. 구체적으로는, 후술하는 바와 같이 도21의 액추에이터 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')의 크기 및 스텝작동압 유지시간(t)의 최적값을 연산하고, 상기 액추에이터 작동압(Pa)을 전공변환장치(20)로부터 액추에이터(11)에 출력시키기 위한 제어신호(Sc)를 전공변환장치(20)로 출력한다.

또, 상기 튜닝박스(19)에는, 밸브본체(10)의 에어 액추에이터(11)의 작동형식(N.O. 또는 N.C.)에 대응해서 제어신호(Sc)를 전환하기 위한 전환 스위치가 설치되어 있다.

도18은, 튜닝박스(19)의 주요부를 형성하는 퍼스널 컴퓨터의 화면표시의 일례를 나타내는 것이며, 밸브본체(10)의 개폐상태, 에어 액추에이터(11)에의 액추에이터 작동압(Pa), 배관로(L)의 진동상황, 스텝작동압(Ps') 및 배관진동값, 오토튜닝의 조건설정, 매뉴얼 개폐의 조건설정, 밸브본체(10)의 작동형식 등의 화면표시가 가능한 구성으로 되어 있다.

상기 전공변환장치(20)는, 신호변환기와 전공변환기를 조합한 것이며, 도19에 나타내는 바와 같이 급기용 전자밸브(B), 배기용 전자밸브(F), 압력센서(E), 제어회로(A) 등으로 구성되어 있으며, 기본적으로는 도2의 (a) 및 (b)에 나타낸 것과 대략 같은 구성을 갖고 있다.

즉, 급기 전자밸브(B)에는 0.6MPa이하의 공기압이 공급되고 있으며, 0∼0.5MPa의 공기압이 액추에이터 작동압 제어압력(Pa)으로서 에어 액추에이터(11)로 출력된다.

또한, 상기 전공변환장치(20)의 제어회로(A)에는, 기판(A₁)과 외부 입출력 인터페이스(A₀) 등이 설치되어 있으며, 또한, 외부 입출력 인터페이스(A₀)에는 두개의 커넥터(Ac,Ad)가 설치되어 있다. 그리고, 커넥터(Ac)에는 공급전원(DC24 또는12V), 개폐신호(I)(전압입력 또는 무전압입력), 압력모니터(0∼5DCV·0∼981KPaG)가 접속되고, 또한, 커넥터(Ad)에는 튜닝박스(19)가 접속된다.

도20은, 상기 제3실시예에 있어서의 오토튜닝의 실시 플로우를 나타내는 것이며, 또한, 도21은 에어 액추에이터(11)에 가해지는 액추에이터 작동압(Pa)과 진동의 발생의 상대관계를 나타내는 것이다.

또, 액추에이터 작동압(Pa)으로서는, 도16의 경우와 마찬가지로 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)이 가해지고 있다.

도20을 참조해서, 도17에 나타내는 바와 같이 진동센서(18)를 배관로(L)의 소정위치(밸브본체(10)로부터 약 1000mm이내의 상류측 위치, 바람직하게는 100∼1000mm 상류측으로 떨어진 위치)에 고정함과 아울러, 튜닝박스(19) 및 전공변환장치(20)를 각각 세팅한다.

다음에, 오토튜닝 개시신호의 입력(스텝S₁)에 의해 밸브 완전개방상태로 약 2초간 유지한 후(스텝S₂), 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 가함으로써, 제어가 행해진다(스텝S₃). 또, 스텝작동압(Ps')의 유지시간(t)은 후술하는 바와 같이 0.5∼1sec로 설정되어 있다.

밸브본체(10)의 폐쇄에 의해 배관로(L)에 발생된 진동은, 진동센서(18)로부터의 진동검출신호(Pr)에 의해 검출 및 확인되고(스텝S₄), 진동이 도21의 A점에서발생하고 있는지, 또는 B점에서 발생하고 있는지를 확인하고(스텝S₅,S₆), A점에서 발생하고 있는 경우에는, 액추에이터 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')이 증가되고(스텝S₇), 또한, B점에서 발생하고 있는 경우에는 상기 스텝작동압(Ps')이 감소된다(스텝S₈).

상기 밸브본체(10)의 폐쇄제어를 반복함으로써(통상은 수회∼15회), 진동을 전혀 발생시키지 않는 최적의 스텝작동압(Ps')을 갖는 액추에이터 작동압(Pa)이 최종적으로는 얻어지게 되고, 이 오토튜닝에 의해 얻어진 진동을 완전히 방지가능한 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 출력하는 제어신호(Sc)를 전공변환장치(20)에 입력함으로써, 밸브본체(10)를 폐쇄하도록 한다.

상기 오토튜닝시에 가해지는 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)의 스텝작동압 유지시간(t)은 짧을 수록 좋지만, 공기작동식 액추에이터(11)에 있어서는 t=1초이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 도20 및 도21에 있어서는, 노멀 클로즈형의 공기작동식 다이어프램 밸브를 사용하여, 액추에이터 작동압(Pa)을 공급함으로써 밸브개방중의 밸브본체(10)를 폐쇄하는 경우에 대해서 설명하고 있지만, 노멀 오픈형의 공기작동식 다이어프램 밸브를 사용하여, 액추에이터 작동압(Pa)을 2단계로 나누어서 상승시킴으로써 워터 해머리스 폐쇄를 행하는 것도 물론 가능하며, 이 경우에 액추에이터 작동압(Pa)의 스텝작동압(Pa')의 조정이 상기 노멀 클로즈형의 경우와는 반대로 되고, 1단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 상승시에 진동이 발생했을 때에는 스텝작동압(Pa')을 하강시키고, 또 2단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 상승시에 진동이 발생했을 때에는, 스텝작동압(Pa')을 상승시키게 된다.

도22는, 밸브 개폐시의 내용적 무변화형의 공기압 작동밸브(19.05mm)을 사용하고, 액체라인의 압력이 0.098MPa, 0.198MPa 및 0.294MPa의 3종의 배관로를, 액추에이터 작동압(Pa)이 0.490MPaG-0.19MPaG-0PaG의 2단계상의 작동압(Pa)을 사용해서 폐쇄했을 때의, 스텝작동압 유지시간(t)과 액체라인의 압력상승(ΔP)(MPa)의 관계를 나타내는 것이다. 스텝작동압 유지시간(t)을 1초이상으로 하면, 압력상승(ΔP)을 대략 0으로 할 수 있지만, t가 0.5초이하로 되면, 압력상승(ΔP)이 커지는 것을 알 수 있다.

또, 상기 오토튜닝조작이 완료되고, 배관로(L)의 워터 해머리스 폐쇄가 가능한 제어신호(Sc)(즉, 워터 해머리스 폐쇄가 가능한 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 출력하기 위한 제어신호(Sc))가 구해지면, 상기 제어신호(Sc)(즉, 작동압(Pa))의 데이터를 전공변환장치(20)로 전송하고, 별도로 이것을 기억해 둔다. 그리고, 오토튜닝(19) 및 진동센서(18)를 분리한다.

밸브본체(10)의 급폐쇄가 필요한 경우에는, 미리 오토튜닝에 의해 구한 상기 제어신호(Sc)의 데이터를 이용하여, 전공변환장치(20)로부터 워터 해머리스 폐쇄가 가능한 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 밸브본체(10)의 액추에이터(11)로 출력한다.

상기 도17의 실시예에 있어서는, 오토튜닝조작이 완료되면, 액추에이터 작동압(Pa)(스텝작동압(Ps')과 그 유지시간(t))이 정해지면, 상기 작동압(Pa)에 관한데이터를 전공변환장치(20)로 전송하고, 그 후, 진동센서(18) 및 튜닝박스(19)는 완전히 분리되도록 하고 있지만, 튜닝박스(19)를 소형화해서 전공변환장치(20)와 일체화하도록 해도 좋은 것은 물론이다.

(발명의 효과)

본원 방법발명에 있어서는, 유체압력이 일정한 경우에는, 액추에이터에의 구동력을 설정값으로 유지하거나, 또는 액추에이터에의 구동력을 조정해서 밸브의 밸브 스트로크(ΔG)를 설정위치에 유지함으로써, 최초의 밸브폐쇄작동에서 밸브체의 이동을 소정위치에 일단 단시간 정지시키고, 그 후 밸브체를 완전폐쇄위치로 이행시키도록 한 폐쇄방법에 의해 밸브를 폐쇄하도록 하고 있기 때문에, 상기 구동력의 설정값 또는 밸브 스트로크(ΔG)의 설정값을 적당한 범위의 값으로 함으로써, 매우 단시간(예를 들면 300∼1000msec)내에, 또한 워터 해머를 발생시키는 일없이 유체통로를 안전하게 폐쇄할 수 있다.

마찬가지로, 본원 방법에 있어서는, 유체압력이 변동하는 경우에는, 밸브 스트로크(ΔG)를 제어요소로 하고, 미리 설정한 밸브폐쇄시에 워터 해머를 발생시키지 않는 범위의 밸브 스트로크(ΔG)에 이르렀을 때에 밸브폐쇄동작을 단시간에 정지시키고, 그 후 상기 밸브 스트로크(ΔG)의 점으로부터 밸브폐쇄상태(밸브 스트로크(ΔG)=0)로 밸브체를 이행시키는 폐쇄방법으로 하고 있으므로, 밸브본체의 재질이나 구조에 상관없이 항상 안정된 워터 해머리스의 유체통로의 긴급폐쇄를 행할 수 있다.

또한, 본원 장치발명에 있어서는, 밸브본체의 밸브 스트로크(ΔG)를 검출해서 이것을 제어회로에 피드백하고, 밸브본체의 폐쇄시에 그 밸브 스트로크(ΔG)를 보다 신속하고 정확하게 소정의 설정값으로 도달시킴과 아울러, 설정된 밸브 스트로크(ΔG)의 점으로부터 완전폐쇄위치로 밸브체를 즉시 이행시키도록 한 밸브폐쇄작동에 의해, 밸브의 폐쇄를 행하는 구성으로 하고 있다.

그 결과, 간단한 구성임에도 불구하고, 극히 단시간내에 워터 해머가 없는 유체통로의 폐쇄를 행할 수 있고, 관로내압의 진동적 상승에 의한 여러가지 트러블을 완전히 제거하는 것이 가능하게 된다.

본원의 워터 해머리스 폐쇄장치에 있어서는, 압력검출센서(PC)에 의한 압력 검출값(P₁)과 밸브본체(10)의 폐쇄시간 검출센서(TC)에 의한 폐쇄시간 검출신호(T)를 연산·기억장치(15)에 피드백시키고, 워터 해머리스 밸브장치의 제어회로(13)에 입력하는 스트로크 설정신호(SG)를, 설정한 폐쇄시간에 있어서의 최적의 스트로크 설정신호로 제어하는 구성으로 하고 있다.

그 결과, 유통로의 폐쇄시에 만일 유통로의 내압이 허용압력 상승값을 초과한 경우에는, 스트로크 설정신호(SG)가 자동적으로 최적값으로 수정되게 되고, 이것에 의해, 그 후의 유체통로의 폐쇄시에 있어서의 허용 최대압력 상승값을 초과하는 워터 해머의 발생이 완전하게 방지되게 된다.

또, 본원 발명의 워터 해머리스 폐쇄장치에 있어서는, 배관로(L₁)에 진동센서(18)를 착탈가능하게 부착하고, 진동센서(18)에 의해 검출한 진동 검출신호(Pr)를 연산제어장치(16)로 피드백시키고, 전공변환 제어장치(17)를 통해 밸브본체(10)의 액추에이터(11)에 인가하는 액추에이터 작동압(Pa)을 제어함으로써, 워터 해머리스 밸브폐쇄를 달성하는 구성으로 하고 있다.

그 결과, 밸브본체(10)에 스트로크위치 검출장치를 설치하지 않거나, 또는 배관로(L₁)에 압력 검출기를 설치하지 않아도 워터 해머리스 밸브폐쇄를 달성할 수 있음과 아울러, 대상으로 하는 배관로(L₁)에 대해서 최적의 워터 해머리스 밸브폐쇄의 조건(즉, 액추에이터 작동압(Pa)의 제어조건)이 구해지면, 진동센서(18)나 연산제어장치(16)를 분리해서 다른 배관로에 적용하는 것이 가능해져, 경제적으로도 매우 유리하게 된다.

또한, 본 발명의 워터 해머리스 폐쇄장치에 있어서는, 실제로 작동상태하의 배관로 밸브본체(10)의 근방에 진동센서(18)를 설치함과 아울러, 전공변환장치(20)로부터 소정의 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 밸브본체(10)의 액추에이터(11)에 인가함으로써 밸브본체(10)를 현실적으로 개폐작동시켜, 상기 2단계상 액추에이터 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')의 최적값을 밸브본체(10)의 실제작동에 의해 선정하고, 또한 선정한 액추에이터 작동압(Pa)을 전공변환장치(20)의 기억장치에 기억시키도록 하고 있다.

그 결과, 전공변환장치(20)로부터의 액추에이터 작동압(Pa)에 의해 밸브본체(10)를 보다 확실하고 신속하게, 유체통로에 워터 해머가 생기는 일없이 급속히 폐쇄하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)의 선정·설정(튜닝)도, 5∼6회의 밸브본체(10)의 실제작동에 의해 간단하게 완료될 수 있고, 또한 적절한 크기의 스텝작동압(Ps')을 갖는 액추에이터 작동압(Pa)을 액추에이터(11)에 가함으로써, 제1회째의 밸브본체(10)의 실제 폐쇄시의 압력진동의 진폭값도 보다 낮은 값으로 억제할 수 있어, 배관로에 큰 악영향을 미치는 일없이, 상기 액추에이터 작동압(Pa)의 최적값을 미리 정확하게 구할 수 있다.

또한, 퍼스널 컴퓨터를 활용함으로써, 상기 2단계상 액추에이터 작동압(Pa)의 선정·설정(튜닝)을 매우 간단하고 신속하게 행할 수 있을 뿐만 아니라, 워터 해머리스 폐쇄장치를 보다 저렴하게 제조하는 것이 가능하게 된다.

본 발명은 공업용의 배수나 증기, 가스 등의 공급관로뿐만 아니라, 일반가정의 급수·급탕용 배관로, 반도체제조 플랜트의 유체(가스 및 액체) 공급관로, 화학약품공업 플랜트의 유체 공급관로 등에 적용할 수 있다. 그 중에서도, 특히 본원 발명은, 반도체제조용의 챔버장치나 웨이퍼 등의 세정장치, 각종 에칭장치 등에의 적용에 적합하다.

Claims

관로내압이 대략 일정한 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브에 의해 유체통로를 폐쇄하는 방법에 있어서, 먼저 상기 액추에이터에의 구동용 입력을 소정의 설정값까지 증가 또는 감소시켜서 밸브체를 밸브폐쇄방향으로 이동시켜 액추에이터에의 구동용 입력을 상기 설정값으로 단시간 유지한 후, 상기 구동용 입력을 더욱 증가 또는 감소시켜서 밸브를 완전폐쇄상태로 함으로써, 워터 해머가 발생되는 일없이 유체통로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
관로내압이 대략 일정한 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브에 의해 유체통로를 폐쇄하는 방법에 있어서, 먼저 상기 액추에이터로의 구동용 입력을 증가 또는 감소시켜서, 밸브체를 밸브폐쇄방향으로 이동시킴으로써 밸브 스트로크를 소정의 설정값 근방으로 유지하고, 다음에, 상기 밸브 스트로크를 설정값으로 단시간 유지한 후, 상기 구동용 입력을 더욱 증가 또는 감소시켜서 밸브를 완전폐쇄상태로 함으로써, 워터 해머가 발생되는 일없이 유체통로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
관로내압이 일정하지 않은 유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브에 의해 유체통로를 긴급폐쇄하는 방법에 있어서, 먼저 상기 액추에이터에의 구동용 입력을 증가 또는 감소시켜서, 밸브체를 밸브폐쇄방향으로 이동시킴으로써 밸브 스트로크를 소정의 설정값 근방으로 유지하고, 다음에, 상기 밸브 스트로크를 설정값으로 단시간 유지한 후, 상기 구동용 입력을 더욱 증가 또는 감소시켜서 밸브를 완전폐쇄상태로 함으로써, 워터 해머가 발생되는 일없이 유체통로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브를 상시폐쇄형 공기압작동식 다이어프램 밸브 또는 밸브의 작동시에 밸브내 용적이 변화되지 않는 정용적·상시폐쇄형 공기압작동식 다이어프램 밸브로 한 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브의 폐쇄시간을 극히 단시간으로 함과 아울러 유체통로의 압력상승값을 밸브폐쇄전의 압력값의 10%이내로 하도록 한 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
밸브본체와, 밸브본체를 구동하는 액추에이터와, 액추에이터에 입력하는 구동력을 조정하는 자동 구동력 제어기와, 밸브본체의 밸브 스트로크를 검출하는 밸브 스트로크 검출기와, 밸브개폐 지령신호(S)와 밸브 스트로크 검출신호(Sp)와 밸브 스트로크 설정신호(SG)가 입력됨과 아울러 상기 자동 구동력 제어기에 구동력 제어신호(SR)를 출력하고, 액추에이터를 통해 밸브본체의 밸브 스트로크를 설정값으로 단시간 유지한 후 밸브본체를 완전폐쇄로 하는 제어회로로 구성한 것을 특징으로 하는 유체통로 폐쇄용 워터 해머리스 밸브장치.
제6항에 있어서, 밸브본체를 다이어프램식 밸브로 함과 아울러 액추에이터를 공기압작동식 액추에이터로 하도록 한 것을 특징으로 하는 유체통로 폐쇄용 워터 해머리스 밸브장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 밸브본체를 상시폐쇄형 다이어프램식 밸브로 함과 아울러 액추에이터를 공기압작동식 액추에이터로 하고, 또한 제어회로의 밸브 완전폐쇄시간을 극히 단시간으로 하도록 한 것을 특징으로 하는 유체통로 폐쇄용 워터 해머리스 밸브장치.
밸브본체와, 밸브본체를 구동하는 액추에이터와, 액추에이터에 입력하는 구동력을 조정하는 자동 구동력 제어기와, 밸브본체의 밸브 스트로크를 검출하는 밸브 스트로크 검출기와, 밸브개폐 지령신호(S)와 밸브 스트로크 검출신호(Sp)와 밸브 스트로크 설정신호(SG)가 입력됨과 아울러 상기 자동 구동력 제어기에 구동력 제어신호(SR)를 출력하고, 액추에이터를 통해 밸브본체의 밸브 스트로크를 설정값으로 단시간 유지한 후 밸브본체를 완전폐쇄로 하는 제어회로로 이루어지는 워터 해머리스 밸브장치와, 1차측 유통로의 유체압을 검출하는 압력 검출센서와, 상기 압력 검출센서로부터의 유체통로 내압의 압력 검출신호(P₁)와 폐쇄시간 검출센서로부터의 폐쇄시간 검출신호(T)와 허용압력 상승값 설정신호(PM)와 폐쇄시간 설정신호(TS)가 입력됨과 아울러, 상기 압력 검출신호(P₁)와 허용압력 상승값 설정신호(PM)의 비교 및 폐쇄시간 검출신호(T)와 폐쇄시간 설정신호(TS)의 비교를 행하는 비교회로와, 폐쇄시간에 대응한 압력상승값과 스트로크 설정값의 관계 데이터를 유지하는 기억회로와, 비교회로에 있어서의 비교결과로부터 허용압력 상승값 설정신호(PM)와 폐쇄시간 설정신호(TS)에 최적의 스트로크 설정값을 선택하는 연산회로를 구비한 연산기억장치로 구성된 것을 특징으로 하는 유체통로의 워터 해머리스 폐쇄장치.
제9항에 있어서, 워터 해머리스 밸브장치의 제어회로를, 폐쇄시간 설정신호(TS)가 입력되고, 밸브본체의 밸브폐쇄 작동시에 있어서의 액추에이터의 작동속도의 조정에 의해 유체통로의 폐쇄시간을 제어가능한 구성으로 한 것을 특징으로 하는 유체통로의 워터 해머리스 폐쇄장치.
밸브본체와, 밸브본체를 구동하는 액추에이터와, 밸브상류측 배관로에 착탈가능하게 고정된 진동센서와, 밸브개폐 지령신호가 입력됨과 아울러, 그 데이터 기억부에 미리 기억된 제어신호(Sc)에 의해 액추에이터에 입력하는 액추에이터 작동압(Pa)을 제어하는 전공변환 제어장치와, 상기 진동센서로부터의 진동 검출신호(Pr)와 액추에이터에 공급하는 스텝압력 설정신호(Ps)와 스텝압력의 유지시간 설정신호(Ts)와 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)가 입력됨과 아울러 상기 진동 검출신호(Pr)와 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)의 비교를 행하여, 상기 스텝압력 설정신호(Ps)를 수정하는 비교연산회로를 구비하고, 상기 유지시간 설정신호(Ts) 및 수정된 스텝압력 설정신호(Ps)로 이루어지는 제어신호(Sc)를 상기 전공변환 제어장치의 데이터 기억부로 출력하는 연산제어장치로 구성한 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 폐쇄장치.
제11항에 있어서, 연산제어장치를, 스텝압력 설정회로와 유지시간 설정회로와 허용상한 진동압력 설정회로와 진동압 검출회로와 비교 연산회로로 구성함과 아울러, 액추에이터 작동압을 스텝 변화시킨 직후의 진동 검출신호(Pr)가 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)를 초과한 경우에는, 스텝압력 설정신호(Ps)를 상승시키는 방향으로, 또한, 액추에이터 작동압을 중간의 스텝작동압으로부터 0으로 한 직후의 진동 검출신호(Pr)가 허용상한 진동압력 설정신호(Prm)를 초과한 경우에는, 스텝압력 설정신호(Ps)를 하강시키는 방향으로 각각 수정하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 폐쇄장치.
제11항에 있어서, 전공변환 제어장치를, 연산제어장치로부터의 제어신호(Sc)를 기억하는 데이터 기억부와 신호변환부와 전공변환부로 구성함과 아울러, 데이터 기억부에 미리 기억된 워터 해머가 발생하지 않을 때의 제어신호(Sc')에 기초해서 신호변환부로부터 액추에이터 작동압 제어신호(Se)를 출력하고 또한 전공변환부로부터 액추에이터 작동압(Pa)을 출력하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 폐쇄장치.
유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브와, 액추에이터 작동식 밸브에 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 공급하는 전공변환장치와, 상기 액추에이터 작동식 밸브의 상류측 관로에 착탈가능하게 부착된 진동센서와, 진동센서에 의해 검출된 진동 검출신호(Pr)가 입력됨과 아울러 전공변환장치에 상기 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')의 크기를 제어하는 제어신호(Sc)를 출력하고, 상기 제어신호(Sc)의 조정에 의해 전공변환장치로부터 진동 검출신호(Pr)가 대략 0이 되는 스텝작동압(Ps')의 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 출력시키는 튜닝박스로 구성한 것을 특징으로 하는 워터 해머리스 폐쇄장치.
유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브의 상류측에 진동센서를 착탈가능하게 부착하고, 진동센서로부터의 진동 검출신호(Pr)를 튜닝박스에 입력함과 아울러, 튜닝박스로부터의 제어신호(Sc)를 전공변환장치에 입력하고, 상기 제어신호(Sc)에 의해 전공변환장치에 있어서 발생된 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 액추에이터에 공급해서 액추에이터 작동식 밸브를 2단계 작동에 의해 폐쇄하도록 한 유체통로의 폐쇄방법에 있어서, 상기 튜닝박스에 있어서 액추에이터에 공급하는 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)과 진동 검출신호(Pr)의 상대관계를 대비하여, 1단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 저감시에 진동발생이 있을 때에는 스텝작동압(Ps')을 상승시키고, 또한, 2단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 저감시에 진동발생이 있을 때에는 스텝작동압(Ps')을 하강시키고, 상기 스텝작동압(Ps')의 상승 또는 하강에 의한 조정을 복수회 반복함으로써, 진동 검출신호(Pr)가 대략 0이 되는 2단계상 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')을 구하고, 상기 진동발생이 대략 0이 되는 스텝작동압(Ps')의 2단계상의 작동압(Pa)을 전공변환장치로부터 출력시킬 때의 제어신호(Sc)의 데이터에 기초하여, 상기 액추에이터 작동식 밸브를 폐쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
유체통로에 개재된 액추에이터 작동식 밸브의 상류측에 진동센서를 착탈가능하게 부착하고, 진동센서로부터의 진동 검출신호(Pr)를 튜닝박스에 입력함과 아울러, 튜닝박스로부터의 제어신호(Sc)를 전공변환장치에 입력하고, 상기 제어신호(Sc)에 의해 전공변환장치에 있어서 발생한 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)을 액추에이터에 공급해서 액추에이터 작동식 밸브를 2단계 작동에 의해 폐쇄하도록 한 유체통로의 폐쇄방법에 있어서, 상기 튜닝박스에 있어서 액추에이터에 공급하는 2단계상의 액추에이터 작동압(Pa)과 진동 검출신호(Pr)의 상대관계를 대비하여, 1단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 상승시에 진동발생이 있을 때에는 스텝작동압(Ps')을 하강시키고, 또한, 2단째의 액추에이터 작동압(Pa)의 상승시에 진동발생이 있을 때에는 스텝작동압(Ps')을 상승시키고, 상기 스텝작동압(Ps')의 하강 또는 상승에서 의한 조정을 복수회 반복함으로써, 진동 검출신호(Pr)가 대략 0이 되는 2단계상 작동압(Pa)의 스텝작동압(Ps')을 구하고, 상기 진동발생이 대략 0이 되는 스텝작동압(Ps')의 2단계상의 작동압(Pa)을 전공변환장치로부터 출력시킬 때의 제어신호(Sc)의 데이터에 기초하여, 상기 액추에이터 작동식 밸브를 폐쇄하도록 한 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 진동발생이 대략 0이 되는 2단계상의 작동압(Pa)을 출력시킬 때의 제어신호(Sc)의 데이터를 전공변환장치의 기억장치에 입력한 후, 진동센서 및 튜닝박스를 분리하도록 한 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 진동센서를 액추에이터 작동식 밸브의 설치위치로부터 1000mm 이내의 상류측 위치에 설치하도록 한 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 2단계상의 작동압(Pa)의 스텝작동압 유지시간(t)을 1초보다 작게 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 유체통로의 폐쇄방법.