KR20070023580A - 유체 작동식 위치 조절기 - Google Patents

Abstract

유체 작동식 위치 조절기는 공급 연결부, 통기 연결부 및 동력 연결부가 조정가능한 방법으로 회로로 위치될 수 있는 조절기 하우징에 배치된 서보 수단을 포함한다. 조절기의 위치를 결정 또는 설정하기 위해서, 서보 수단은 동일 크기의 상호 대향적으로 배향되며 각기 제어 챔버의 경계를 형성하는 두 유체 작동면을 가진다. 두 제어 챔버는 중간 배치된 쵸크 수단에 의해 공통 제어 압력 챔버와 연결되어 있다. 두 쵸크 수단으로 부터 하류에서, 각 제어 챔버는 통기 연결부와 연결되어 있다. 제어 밸브 수단은 두 통기 연결부를 제어할 수 있으며, 특히 이 통기 연결부를 동시에 닫을 수 있다.

Description

유체 작동식 위치 조절기{A FLUID OPERATED POSITION REGULATOR}

본 발명은 동력 기기용, 특히 프로세스 밸브용 유체 작동식 위치 조절기에 관한 것이며, 이 조절기는 서로 유체 회로 내의 동력 기기의 연결을 위하여 제공된 공급 개구, 통기 개구 및 동력 연결부가 별개의 방식으로 서보 수단의 위치에 따라 배치되도록, 제어된 유체 작동에 의해 위치 이동될 수 있는 하나 이상의 서보 수단이 배치된 조절기 하우징을 포함한다.

유럽 특허 공보 제 0 726 511 B1 호에 개시된 이러한 형태의 위치 조절기는 조절기 하우징에 배치된 서보 수단을 포함하며, 이 서보 수단은 추정된 위치에 따른 방식으로 동력 연결부를 공급 연결부 또는 통기 연결부와 선택적으로 연결시키거나 또는 공급 연결부 및 통기 연결부를 동시에 연결 해제하는 위치에 있다. 예컨대, 프로세스 밸브 또는 몇몇 다른 동력 기기를 작동시키는데 사용될 수 있는, 동력 연결부에 사용될 수 있는 유체 압력은 요구조건에 따라 설정될 수 있다. 현재 전환 상태를 나타내는 서보 수단의 위치는 조정 제어압에 의해 영향을 받을 수 있으며, 이 조정 제어압은 기계적 스프링 수단과 반대되게 서보 수단의 격판 부재에 작용한다. 위치 조절기는 제어 압력이 주위 압력과 동일한 경우에 서보 수단이 통기 위치에 있도록 설계되어 있으며, 두 다른 연결부로부터 동시에 동력 연결부를 분리하며 연결된 동력 기기를 일정한 위치에 있게 하는 닫혀진 상태가 존재하는 제어압을 정확히 설정하는 것은 비교적 어렵다.

본 발명의 일 목적은 공간을 줄일 수 있으며 단순한 수단으로 동력 기기를 정밀히 제어할 수 있는 유체 작동식 위치 조절기를 제공하는 것이다.

본 발명의 명세서, 청구범위 및 도면으로 구체화될 이러한 목적 및/또는 다른 목적을 달성하기 위해서는, 조절기의 위치 설정을 위해서, 서보 수단은, 서보 운동의 반대 방향으로 대면하며 동일한 유효 크기로 되어 있는 두 유체 작동면을 가지며, 이 각각의 유체 작동면은 공통 제어 압력 연결부가 제공되어 있는 일 제어 챔버 및 두 제어 챔버의 경계를 형성하며, 이 두 제어 챔버는 유체 유동을 위하여 중간에 배치된 쵸크 수단에 의해 각기 연결되며, 두 제어 챔버는 각기 관련 쵸크 수단으로부터 하류에 통기구와 연결되어 있으며, 상기 두 통기구에는 전기 작동식 제어 밸브 수단이 제공되어 있으며, 상기 밸브 수단은 조절기 하우징과 단일체를 구성하며 두 통기구를 각각 선택적으로 개방 또는 폐쇄할 수 있으며, 이러한 폐쇄는 양 통기구를 동시에 폐쇄할 수 있는 것을 포함한다.

관련 공통 제어 압력 연결부에 의해 제어부와 연결을 이루는 두 유체 작동면에 대한 대칭 구조는 양 통기구가 동시에 닫히는 경우에 서보 수단에 작용하는 유체력이 서로 보상되게 되어 확실하게 규정된 위치가 얻어지도록 한다. 통기구가 닫혀질 때, 공급 연결부와 통기 연결부로부터 동력 연결부가 분리되는 서보 수단의 홈 위치를 설정할 수 있으며, 일정 동력압을 유지할 수 있다. 두 제어 챔버가 일 및 동일 제어 압력 연결부에 연결되기 때문에, 정확한 조정은 제어압의 어떠한 변동과 무관한다. 동력 연결부에 작용하는 동력압을 변경시키는 서보 수단의 서보 이동을 일으키기 위해서, 두 통기구 중의 어느 하나는 연결된 제어 챔버에서 시스템을 편위시키는 압력 강하가 존재하도록 제어 밸브 수단의 적절한 전기 제어에 의해 개방될 수 있다. 단일 구조적 기기로서 조절기 하우징과 제어 밸브 수단의 조합은 설치 장소에서의 설치 동안에 콤팩트한 치수 및 단순한 조작을 가능하도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시형태는 청구범위로 구체화될 것이다.

대체로, 공급 연결부와 독립적인 제어 압력 연결부에 소망하는 압력을 받는 압력 매체를 제공할 수 있다. 그러나, 상기 제어 압력 연결부에는 통기 개구가 열려진 상태에서 최소한의 유체 손실이 있도록, 공급 압력보다 낮은 제어 압력을 설정할 수 있는 압력 조절기의 중간 연결부를 지닌 공급 연결부로부터 위치 조절기 상의 압력이 제공될 수 있다.

제어 밸브 수단은 닫혀진 위치와 특정 개방 위치 사이에서 전환할 수 있을 뿐만 아니라 조정가능한 단면을 가진 중간 위치에서 설정할 수 있도록 연속적이고 무단계 작동이 가능한 적절한 밸브 수단일 수 있다. 그러나, 다른 방안으로서, 전환 밸브 수단의 형상의 구조는 특히, 펄스 폭 변조 제어용 수단과 조합을 이룰 수 있다.

제어 밸브 수단은 압전 밸브 수단이며, 압전 작용 밸브 부재를 가지는 것이 바람직하다. 이는 특히 콤팩트한 치수가 저 전기 동력 요구조건으로 가능하다는 것을 의미한다.

압전 제어 밸브 수단을 사용하는 경우에, 하나의 각 통기 개구와 관련되며, 일체의 가요성 변환기의 구성요소인 두 인접 배치된 스트립형 압전 가요성 변환기로 구성된 두 밸브 부재로 구성된 구조적 형상을 가진다. 상기 가요성 변환기는 대칭적 구조로 인하여 두 개별 가요성 변환기보다 정밀하게 제어될 수 있다.

이러한 가요성 변환기에 의하여, 두 밸브 부재는 특별히 큰 스트로크를 얻을 수 있으며, 따라서 가요성 변환기가 두 가요성 변환기 사이에서 강성 연결을 일으키는 지지 영역을 가질 때, 설정될 수 있는 출구 유동 단면적의 비교적 큰 범위가 존재하며, 상기 지지 영역은 밸브 하우징에 대하여 회전 운동하도록 탑재되어 있다. 각각의 일 밸브 부재를 개방시키는 작동은 관련 통기구의 밸브 시이트(seat)에 대하여 향상된 닫힘력으로 다른 밸브 부재를 밀어서 보조될 수 있으며, 가요성 변환기는 지지 영역에 대하여 기울어져 있다. 상기 제어 밸브 수단은 유럽 특허 문헌 제 1 207 329 B1 호에 설명되어 있으며, 이는 본원의 위치 조절기에 특히 적합하다.

서보 수단의 위치를 결정하는 두 유체 작동면은, 서보 수단의 상호 축 방향으로 대향하는 두 말단부에 바람직하게 배열되는 두 격판 부재에 위치되는 것이 바람직하다.

서보 수단은 조절기 하우징에 대하여 설정될 수 있는 플런저형 서보 부재를 포함하며, 서보 부재는 이 서보 부재의 말단 영역에서 조절기 하우징의 외측 격판 부재에 의해 매달려 있으며, 상기 외측 격판 부재는 관련 유체 작동면을 형성한다. 이러한 서보 부재는 이송 유동 개구를 둘러싸는 하우징의 일 밸브 시이트와 각기 상호작용할 수 있는 두 가동 닫힘 부재를 지지하는 것이 바람직하며, 여기에는 두 이송 유동 개구 사이에서 동력 연결부와 연결된 동력 챔버가 존재하며, 상기 동력 챔버는 밸브 부재의 위치에 따라 공급 연결부 또는 통기 연결부와 선택적으로 연결되거나 또는 이 두 연결부로부터 동시에 분리된다.

정확한 홈 위치를 이루기 위해서, 서보 부재는 조절기 하우징에 대하여 두 대향 작동 스프링 수단에 의해 축선 방향으로 편향되는 것이 바람직하다. 위치 조절기의 특성에 영향을 미치기 위해서, 하나 이상의 스프링 수단이 스프링 설정력에 대하여 조정될 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태 및 사용하기에 알맞은 형상은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 실시형태의 상세한 설명으로 이해될 수 있다.

유체 작동식 위치 조절기 (1) 는 각 요소가 함께 콤팩트하게 배치된 일 구조적 기기의 형상으로 설계되어 있다. 이는 위치 조절기 (1) 를 형성하는 사각형 틀 안에 이 도면의 각 요소의 도시를 간단히 개략적으로 나타내기 위함이다.

도 1 ~ 도 3 에 도시된 바에 따르면, 본 실시예에서 다른 구성 요소들 (상세히 도시되지 않음) 을 지닌 프로세스 밸브의 단일 작동식 유체 동력 구동기의 경우에, 위치 조절기 (1) 에 의해 제어될 수 있는 동력 기기 (2) 또는 부하가 존재한다. 동력 기기 (2) 는 하우징 (3) 과, 선형적으로 이동하거나 하우징 (3) 에 대하여 회전 이동될 수 있는 출구 구동부 (4) 를 포함하며, 출구 구동부 (4) 는 압력 매체하에서 스프링 수단 (6) 의 복귀력에 대하여 구동챔버 (5) 가 가압될 수 있는 하우징 (3) 과 관련이 있다.

구동 챔버 (5) 의 유체 작동은 출력 구동부 (4) 및 이 출력 구동부에 의해 구동된 일련의 부품 (예컨대, 밸브 스풀(spool)) 의 소정의 위치를 얻을 수 있도록 제어된 방법으로 위치 조절기 (1) 에 의해 정해질 수 있다.

작동에 사용된 압력 매체에 대하여, 이 압력 매체는 보다 구체적으로 압축 공기이다. 그러나, 다른 가스 매체 또는 유압 매체 또한 사용될 수 있다.

위치 조절기 (1) 는 기다란 하우징 챔버 (8) 가 몇 개의 요소를 포함하는 서보 수단 (12) 을 보유하도록 경계 형성되어 있는 조절기 하우징 (7) 을 포함한다. 서보 수단 (12) 은 또한 기다란 형상을 가지며, 이 서보 수단 또는 이 서보 수단의 개별 요소는 조절기 하우징 (7) 과 관련하여 하우징 챔버 (8) 의 길이방향의 축선 (14) 의 방향으로 선형 운동 (이른바, 서보 운동 (13)) 을 실행하도록 위치되어 있다.

제어된 유체가 서보 수단 (12) 의 방향과 반대로 작용하는 두 유체 작용면 (15a, 15b) 에 작용하기 때문에, 서보 수단 (12) 의 서보 운동 (13) 및 이에 따른 위치가 결정된다. 유체 작동의 제어를 위하여, 전기 작동식 제어 밸브 수단 (16) 이 제공되어 있다. 이 제어 밸브 수단은 적절한 센서 수단 (17) 에 의해 얻어진 위치 신호에 따른 방식으로 작동되며, 상기 적절한 센서 수단의 예는 제어 밸브 수단 (16) 용 전기 작동 신호를 생성하는 전자 제어 수단 (18) 과 연결된 동력 기기 (2) 의 출력 구동부 (4) 로부터의 변위 측정 시스템이다. 전자 제어 수단 (18) 은 간략화된 도시를 위하여 도 1 에만 도시되어 있으며, 구조적 기기의 위치 조절기 (1) 의 구성요소로 최적 설계되어 있다.

조절기 하우징 (7) 에는 공급 연결부 (22), 통기 연결부 (23) 및 동력 연결부 (24) 가 존재한다. 공급 연결부 (22) 는 압력원 (P), 특히 압축 공기의 공급원과 연결될 수 있다. 이는 출력 구동부 (4) 의 작동에 필요한 압력 매체를 제공한다.

통기 연결부 (23) 는 대기 (R) 와 연결되어 있다. 위치 조절기 (1) 가 유압 매체로 작동된다면, 통기 연결부 (23) 는 탱크와 연결될 수 있다.

동력 연결부 (24) 는 동력 기기 (2) 를 연결시킨다. 일반적으로, 이는 내장된 유체 덕트일 수 있는 유체 라인 (25) 에 의해 구동 챔버 (5) 와 연결된다.

상기 언급된 3 개의 연결부 (23, 24, 25) 는 하우징 챔버 (8) 의 조절기 하우징 (7) 을 통하여 신장되어 있는 유체 덕트로 소통된다. 상기 덕트는 하우징 챔버 내 측에서 개방된다. 동력 연결부 (24) 는 길이방향의 영역, 즉, 하우징 챔버의 동력 챔버 (26) 와 소통하며, 공급 연결부 (22) 는 공급 챔버 (27) 와 상시 연결되어 있으며, 통기 연결부 (23) 는 통기 챔버 (28) 와 연결되어 있다.

동력 챔버 (26) 는 일 측면에서 공급 챔버 (27) 에 의해 축선 방향으로 경사져 있으며, 다른 측면에서 통기 챔버 (28) 에 의해 축선 방향으로 경사져 있다. 동력 챔버 (26) 는 이송 개구 (32a, 32b) 로 경사 형성되어 있는 각 챔버 (27, 28) 와 연결되며, 이 이송 개구는 밸브 시이트가 각 경우에 길이방향 축선 (14) 방향으로 이동가능한 닫힘 부재 (33a, 33b) 와 대향하도록 관련 통기 챔버 (28) 및 공급 챔버 (27) 와 축방향으로 마주보는 환형 밸브 시이트 (31) 에 의해 경계가 형성된다.

각각 통기 챔버 (28) 및 공급 챔버 (27) 에 배치된 두 닫힘 부재 (33a, 33b) 는 서보 작용 방향 (12) 의 닫힘 부재를 통과하여 뻗어있는 길이방향의 축선 (14) 방향의 중앙 플런저형 서보 부재 (34) 를 가진다. 각 경우에, 가요성 외측 격판 부재 또는 막 부재 (35a, 35b) 는 이러한 서보 부재 (34) 의 두 말단 영역에서 밀폐 접촉하고 있으며, 한편 상기 부재는 밀폐식으로 조절기 하우징 (7) 에 고정되어 있다. 각 외측 격판 부재 (35a, 35b) 는 하우징 챔버 (8) 의 축방향으로 인접한 말단 벽 (35a, 35b), 제 1 및 제 2 제어 챔버 (37a, 37b) 로 경계 형성되며, 각 제어 챔버와 마주보는 격판 면은 각 경우에 상기 언급된 유체 작용면 (15a, 15b) 중의 어느 하나에 의해 형성된다.

각 외측 격판 부재 (35a, 35b) 로부터의 축선방향의 소정거리로 내부 격판 부재 (38a, 38b) 가 존재하며, 상기 내부 격판 부재는 밀폐식으로 한편으로 닫힘 부재 (33a, 33b) 중의 어느 하나에 작용하며, 다른 한편으로 조절기 하우징 (7) 에 작용한다. 내부 격판 (38a, 38b) 은 이송 개구 (32a, 32b) 와 축선방향으로 대향하는 측에서 관련 통기 챔버 (28) 과 공급 챔버 (27) 의 경계를 형성한다.

내부 및 외부 격판 요소 (38a, 35b, 38b, 35b) 사이에는 제 1 및 제 2 압력 보상 챔버 (42a, 42b) 가 둘러싸여 있다. 상기 제 1 및 제 2 압력 보상 챔버는, 관련 닫힘 부재 (33a, 33b) 를 통과하여 신장되어 있는 하나 이상의 압력 보상 덕트 (43a, 43b) 에 의해 동력 챔버 (26) 에 상시 연결되어 있다. 압력 보상 덕트 (43a, 43b) 는 각 닫힘 부재 (33a, 33b) 의 축방향 단부면에서 대향 밸브 시이트 (31) 내에서 반경방향으로 개방되어 있다. 다른안으로서, 압력 보상 덕트 (43a, 43b) 는 조절기 하우징 (7) 에 형성될 수도 있다.

각 닫힘 부재 (33a, 33b) 는 축선 방향으로 대향 통기 부재를 향하여 서보 부재 (34) 와 관련하여 관련 기계적 스프링 수단 (44a, 44b) 에 의해 편위될 수 있다. 관련 스프링 수단 (44a, 44b) 이 가압될 때, 두 닫힘 부재 (33a, 33b) 는 상기 스프링 수단에 의해 동축으로 둘러싸인 서보 부재 (34) 에 대하여 축선 방향으로 이동될 수 있다.

작동 실시형태에서, 스프링 수단 (44a, 44b) 은 압축 스프링 수단의 형상으로 되어 있으며, 이 스프링 수단은 서보 부재 (34) 를 각기 동축으로 둘러싸며, 일 단부에서 외측 격판 요소 (35a, 35b) 를 부착시키는 역할을 하는 서보 부재 (34) 의 확장된 헤드 (45a, 45b) 에 대하여 지지되며, 다른 단부에서 서보 부재 (34) 보다 큰 직경을 가지는 인접 닫힘 부재 (33a, 33b) 의 오목부의 바닥부에 대하여 지지된다.

두 닫힘 부재 (33a, 33b) 사이에는 축선방향으로 서보 부재 (34) 의 동반 이동부 (46) 가 존재한다. 이 동반 이동부의 직경은 두 닫힘 부재 (33a, 33b) 가 이동하여 인접하게 되어, 서보 부재 (34) 와 관련하여 각기 다른 닫힘 부재를 향하여 각 닫힘 부재 (33a, 33b) 의 변위를 제한하는 위치에 있도록 각각 인접 닫힘 부재 (33a, 33b) 를 이동시키는 서보 부재 (34) 의 길이방향의 영역보다 크다.

격판 부재 (35, 38) 는 고무 탄성 또는 탄력성을 가진다. 상기 격판 부재는 조절기 하우징 (7) 에서 이 격판 부재가 상기 언급된 서보 운동 (13) 을 실행하도록 한편으로 서보 부재 (34) 에, 다른 한편으로 닫힘 부재 (33a, 33b) 에 매달려 있다. 이에 대한 형상으로 시스템의 무압력 상태에서 도 1 로 도시된 구성은 서보 수단 (12) 이 홈 위치를 형성할 수 있으며 두 닫힘 수단 (33a, 33b) 이 대향하는 밸브 시이트 (31) 를 밀폐 방식으로 연결하고 관련 이송 개구 (32a, 32b) 를 닫혀진 상태로 유지시킬 수 있다. 동반 이동부 (46) 의 길이는 상기 홈 위치에서 상기 동반 이동부의 길이가 두 닫힘 부재 (33a, 33b) 와 접촉하거나 이로 인한 최소 거리에 있도록 선택된다.

홈 위치를 재현성 있게 설정하기 위해서, 서보 부재 (34) 와 조절기 하우징 (7) 사이에서 작용하는 두 개의 다른 스프링 수단 (47a, 47b) 을 추가로 구비하는 것이 바람직하며, 상기 두 추가 스프링 수단은 서보 부재가 이러한 추가 스프링 수단 (47a) 과 (47b) 사이의 홈 위치에서 클램핑되어 중심에 위치하도록 서로 반대방향의 축선 방향으로 서보 부재 (34) 를 민다. 하나 이상의 이러한 추가 스프링 수단 (47b) 은 사선의 화살표 (47') 로 도 1 에 도시된 바와 같이 홈 위치가 무압력 상태에 있도록 전체 시스템이 조립 동안에 조정되어 조정된 스프링력을 가질 수 있다.

추가 스프링 수단 (47a, 47b) 으로 편위된 정도를 조정함으로써, 서보 부재 (34) 의 이동 및 그에 따른 위치 조절기의 특성에 필요한 유체 서보력의 정도를 조정할 수 있다.

홈 위치에서 어느 한 방향으로 서보 부재 (34) 가 이동된다면, 이동 방향에 대해 앞에 있는 각 닫힘 부재는 동반 이동부 (46) 에 의해 관련 밸브 시이트 (31) 에서 이탈하여 움직일 수 있게 된다. 한편, 뒤에 있는 다른 닫힘 부재는 관련 밸브 시이트 (31) 에 의해 재 위치에 다시 유지되며, 닫힘부재와 서보 부재 (34) 사이에서 작용하는 각각의 스프링 수단 (44a, 44b) 은 닫힘 방향으로 작용하는 미는 힘이 증가되도록 가압된다.

외측 격판 부재 (35a, 35b) 에 제공된 두 유체 작동면 (15a, 15b) 은 크기가 동일하다. 본 발명에 사용된 "유체 작동면" 이란 용어는 생성된 서보력의 계산과 관련된 효과적인 유체 작동면을 의미하며, 이 효과적인 유체 작동면은 격판의 경우에 예컨대 피스톤의 경우와 다르게 이 작동면의 변형 거동으로 인하여 전체 단면 영역보다 일반적으로 작다. 본 명세서에서 유체 작동면의 의미는 유효 유체 작동면을 의미한다.

두 제어 챔버 (37a, 37b) 는 제 1 및 제 2 제어 덕트 (48a, 48b) 에 의해 공통 제어 압력 연결부 (52) 에 연결되어 있다. 작동 실시형태에서 제어 압력 연결 (52) 은 도시적으로 나타낸 압력 조절기 (53) 의 출력에 의해 구성되며, 상기 압력 조절기는 위치 조절기 (1) 의 구성요소로 형성되어 있고 입구에서 공급 연결부 (22) 에 연결되어 있다. 이러한 방법으로, 제어 압력 매체는 공급 연결부로 부터 공급되며, 추가 연결 수단은 필요치 않다. 압력 조절기 (53) 에 의해, 소망하는 제어 압력은 정밀하게 설정될 수 있으며, 이 제어 압력은 일반적으로 공급 압력보다 실질적으로 낮다.

그러나, 도 2 에 점선 (52') 으로 도시된 바와 같이 제어 압력을 공급 연결부와 무관하게 개별적으로 소망하는 정도로 공급할 수도 있다.

두 제어 덕트 (48a, 48b) 의 경로에는 예컨대 덕트의 좁은 부분 형상의 쵸크 부재 (54a, 54b) 가 존재한다. 두 쵸크 수단 (54a, 54b) 은 동일한 교축 효과를 가진다.

통기 개구 (55a, 55b) 로 향하는 통기 덕트 (56a, 56b) 가 각 제어 덕트 (48a, 48b) 로부터 신장되어 있다. 각 제어 챔버 (37a, 37b) 로 향하는 유동 방향에 대하여, 통기 덕트 (56a, 56b) 의 분기 지점은 관련 쵸크 수단 (54a, 54b) 으로부터 하류이다. 통기 덕트 (56a, 56b) 는 또한 관련 제어 챔버 (37a, 37b) 로부터 직접 분기될 수 있다.

두 통기 개구 (55a, 55b) 는 상기 언급된 제어 밸브 수단 (16) 의 구성요소이다. 두 통기 개구 (55a, 55b) 를 개폐하는 위치가 동일하게 선택된다면 양 통기 개구 (55a, 55b) 를 동시에 닫을 수 있다. 하나의 통기 개구가 개방되면, 나머지 통기 개구는 닫혀진다.

작동 예의 제어 밸브 수단 (16) 은 연속 작동 밸브로 기능하도록 작동될 수 있다. 닫힘 위치 및 최대 개방 위치 외에, 다른 크기의 통기 단면을 조정가능하게 설정할 수 있는 중간 위치가 존재한다. 다른안으로서, 압력 매체가 이동하는 유동률에 영향을 미치는 제어 밸브 (16) 용 펄스 폭 변조 제어가 있을 수 있다.

제어 밸브 수단 (16) 은 이론적으로 전자기적으로 활성화된 시스템으로 설계될 수 있다. 압전(piezoelectric) 형태로 설계되는 것이 바람직하다. 그래서, 위치 조절기 (1) 는 두 통기구 (55a, 55b) 중의 하나와 관련된 두 압전 작동식 밸브 부재 (57a, 57b) 를 포함할 수 있다. 이러한 압전 밸브 부재는 스트립형 압전 가요성 변환기 (58a, 58b) 로 구성되어 있으며, 대응 제어 전압이 가해질 때, 이 압전 가요성 변환기는 편향 평면 (62) 에서 각 가요성 변환기 (58a, 58b) 의 크기의 주평면에 대하여 직각으로 구부러진다. 닫혀진 위치에서, 밸브 부재 (57a, 57b) 는 밀폐 효과를 가지도록 관련 통기구 (55a, 55b) 를 둘러싸는 관련 밸브 시이트 (63) 와 연결된다.

제어 밸브 수단 (16) 은 각 통기구 (55a, 55b) 에 대한 각자의 제어 밸브를 가질 수 있다. 작동 실시형태에서, 제어 밸브 수단 (16) 은 본 명세서에 참조된 유럽 특허 공보 제 1 207 329 호에 개시된 형상의 단일 3/3 웨이 연속 작동 밸브로 이루어져 있다. 이러한 경우에, 두 압전 가요성 변환기 (58a, 58b) 는 U 자형 또는 분기된 전체 가요성 변환기 (65) 를 제공하기 위해서 일단부에 제공된 강성 지지 영역 (64) 과 함께 연결되고 이 영역과 일치하는 크기의 평면을 따라 배치되어 있다.

양 가요성 변환기 (58a, 58b) 는 바람직하게 서로에 독립적으로 또는 서로에 대하여 쌍을 이루는 영구적 설정 방식으로 전기적으로 제어될 수 있으며, 이를 위하여 전기 라인 (도면에서 상세히 도시되어 있지 않음) 이 필요하다. 이러한 형태의 제어는 특별한 방식으로 그룹을 이루어 작동시킬 수 있다. 지지 영역 (64) 에서 가요성 변환기 (65) 는 이 전체 가요성 변환기 (65) 가 밸브 하우징 (66) 에 대하여 편향 평면 (62) 에 수직인 회전 축선 (67) 을 중심으로 회전할 수 있도록 제어 밸브 수단의 밸브 하우징 (66) 에 고정될 수 있는 것이 중요하며, 이는 도 4 에만 도시되어 있다.

따라서, 상기 소정 위치에서는 강성 클램핑이 없으며, 상기 언급된 회전 운동이 일어날 수 있는 지지부가 존재한다.

가요성 변환기 (65) 는 전기적으로 비작동된 상태에서 상기 가요성 변환기가 도 1 에 도시된 바와 같이 양 밸브 부재 (57a, 57b) 로 닫혀진 위치를 확보할 수 있도록 기계적 스프링 수단 (도시되지 않음) 에 의해 작동되는 것이 바람직하다. 각 가요성 변환기 (58a, 58b) 는 스트로크에 따라 관련 통기구 (55a, 55b) 가 개방되도록 구동될 수 있으며, 통기 단면을 더 크게 또는 더 작게 개방시킬 수 있다. 담힘 방향으로 작용하는 힘을 인가하는 각 다른 가요성 변환기를 동시에 작동시켜, 개방 스트로크가 필요시에 증가될 수 있다. 지지 영역 (64) 에서 강성 연결부를 기준으로 할 때, 밸브 시이트 (63) 에 대하여 지지되는 가요성 변환기의 최종 굽힘은 이미 올라간 가요성 변환기가 더욱 편향되도록 회전 축선 (67) 을 중심으로 전체 가요성 변환기 (65) 를 회전시킨다.

가요성 변환기 (65) 를 사용하면, 정밀 위치 조절에 효과적인 정밀한 대칭 설계의 특징을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 길이방향의 중심에 대하여 대칭적으로 구성된 서보 수단 (12) 이 내장된 조절기 하우징을 더 고려해보면, 전체적으로 피스톤 조절기 (1) 는 대칭적으로 설계되었다.

다음으로, 위치 조절기 (1) 작동의 일반적인 방법을 설명한다.

작동 압력 매체를 시스템에 주입하는 것은 압력 조절기 (53) 를 통과하여 공급 연결부 (22) 에 의해 공급 챔버 (27) 로 유입되며, 또한 상기 압력 매체는 압력 조절기 (53) 를 통과하여 두 제어 챔버 (37a, 37b) 로 진입하며, 서보 수단 (12) 은 도 1 에 도시된 바와 같이 홈 위치로 유지되어 있다. 이러한 상태에서 연결된 동력 기기 (2) 의 출력 구동부 (4) 또한 도 1 에서 일점 쇄선으로 도시된 홈 위치로 유지되어 있다.

두 외부 격판 부재 (35a, 35b) 상의 동일한 유체 작용면 (15a, 15b) 으로 인해, 서보 부재 (34) 는 홈 위치에 있게 된다. 이는 관련 제 1 닫힘 부재 (33a) 및 이에 의해 지지된 제 1 내측 격판 부재 (38a) 에서 공급압으로부터 기인하는 압력이 서로 보상 또는 서로 평형을 이루기 때문에 더욱 그러하다. 두 통기구 (55a, 55b) 는 닫혀진다.

이제 출력 구동부 (4) 를 신장시키기 위해서, 공급 챔버 (27) 에 가장 근접한 제 2 제어 챔버 (37b) 에 형성된 유체 압력이 감소된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 이로써 제어 밸브 수단 (16) 의 적절한 작용에 의해 관련 제 2 제어 덕트 (48b) 에 연결된 제 2 통기구 (55b) 가 개방되게 된다. 이러한 경우에 상류에 배치된 제 2 쵸크 수단 (54b) 은 제어 압력 연결부 (52) 로부터의 과잉 유체 손실을 방지시킨다. 쵸크 수단 (54b) 에 의한 허용 유량은 제어 밸브 수단 (16) 을 통하여 얻어질 수 있는 통기 유량보다 실질적으로 낮은 것이 바람직하다.

제 1 제어 챔버 (37a) 의 압력이 아직 닫혀있는 제 1 통기구 (55a) 로 인하여 일정하게 유지되기 때문에, 서보 수단 (12) 에서의 힘들 간의 관계가 변경되며 서보 부재 (34) 는 통기된 제 2 제어 챔버 (37b) 를 향하여 이동된다. 이러한 경우에, 제 1 닫힘 부재 (33a) 와 그의 동반 이동부 (46) 는 공급 챔버 (27) 와 동력 챔버 (26) 사이에 위치된 제 2 이송 개구 (32b) 가 개방되도록 관련 밸브 시이트를 개방시킨다. 따라서, 압력 매체는 공급 연결부 (22) 를 떠나 동력 연결부 (24) 로 유동한 다음, 연결된 동력 기기 (2) 의 구동 챔버 (5) 로 유동하게 된다.

압력 보상 덕트 (43a, 43b) 로 인하여 압력 보상 챔버 (42a, 42b) 에 형성된 압력이 동력 챔버 (26) 의 압력 크기와 동일하게 되기 때문에, 제 1 닫힘 부재 (33a) 가 제 1 스프링 수단 (44a) 에 의해 닫혀진 위치로 유지되도록 압력이 보상되거나 또는 균등하게 된다.

출력 구동 플러그 (4) 가 소망하는 위치에 도달했을 때, 제 2 통기구 (55b) 는 전자 제어 수단 (18) 의 제어하에서 재차 닫혀진다. 제 2 쵸크 수단 (54b) 에 의해, 전체 제어압은 짧은 시간 후에 서보 수단 (12) 이 도 1 에 도시된 바와 같은 홈 위치로 복귀하도록 제 2 제어 챔버 (37b) 에 재형성된다. 이제, 제어압은 두 제어 챔버 (37a 및 37b) 에서 일정하게 유지되기 때문에, 동력압은 더이상 변경하지 않으며 출력 구동부 (4) 는 필요 위치에 있게 된다.

어떤 이유로 제어압이 떨어지더라도 두 추가 스프링 수단 (47a, 47b) 으로 인하여 홈 위치는 유지되게 된다.

도 3 에 도시된 바와 같이 출력 구동부 (4) 를 재설정하기 위해서, 제어 밸브 수단 (16) 은, 제 2 통기구 (55b) 가 닫혀진 상태로 유지되며, 제 1 통기구 (55a) 가 더이상 유지되지 않도록 제어된다. 이러한 방법으로 연결된 제 1 제어 챔버 (37a) 는 관련 제 1 제어 덕트 (48a) 에 의해 통기된다. 결과적으로, 다양한 격판은 압력 (제 2 챔버 (37b) 에서 얻어진 제어 압력은 사실 일정하게 유지됨) 에 의해 비대칭적으로 작용하게 되어, 서보 부재 (34) 가 제 1 제어 챔버 (37a) 를 향하여 이동하고 동반부 (46) 가 관련 밸브 시이트로부터 제 1 닫힘 부재 (33a) 를 상승시킨다. 개방된 제 1 이송 개구 (32a) 에 의해, 동력 연결부 (24) 는 연결된 구동 챔버 (5) 와 함께 통기 연결부 (23) 내로 통기되게 된다.

출력 구동부 (4) 가 소망하는 위치로 복귀된 다음, 제어 수단 (18) 은 두 통기구 (55a 및 55b) 가 닫혀지도록 제 1 밸브 부재 (57a) 를 다시 닫혀진 위치로 전환시킨다. 제어 압력 연결부 (52) 에 의해 설정된 소정의 제어압은 제 1 쵸크 수단 (54a) 에 의해 제 1 제어 챔버 (37a) 에서 재형성될 수 있다. 따라서, 서보 수단 (12) 은 도 1 에 도시된 바와 같은 홈 위치로 다시 복귀되며, 동력 연결부 (24) 에 설정된 압력은 다시 변경되지 않는 상태로 유지된다.

상기 예에 설명된 설계의 이점은 두 챔버 (37a 및 37a) 에 동일 압력 상태가 형성될 때, 서보 부재 (34) 는 홈 위치에 있게 된다. 이러한 경우에, 동력 연결부 (24) 는 유밀 방식으로 공급 연결부 (22) 와 통기 연결부 (23) 으로부터 동시에 차단되며, 여기에 형성된 유체 압력은 일정하게 유지된다.

본 발명으로, 공간을 줄일 수 있으며 단순한 수단으로 동력 기기를 정밀히 제어할 수 있는 유체 작동식 위치 조절기를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 위치 조절기의 바람직한 제 1 구조적 형상을 부분 개략적으로, 또한 부분적으로 도시한 종단면도로서, 전체 배치는 서보 수단의 홈 위치에 있는 것을 나타내는 도면.

도 2 는 서보 수단 또는 설정 수단의 공급 위치에 있는 도 1 의 배치를 나타내는 도면.

도 3 은 서보 수단의 통기 위치에 있는 도 1 및 도 2 의 배치를 나타내는 도면.

도 4 는 제어 밸브 수단의 가요성 변환기의 바람직한 특정 형상을 화살표 IV 의 방향에서 본 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 위치 조절기

2: 동력 기기

3: 하우징

4: 출구 구동부

5: 구동 챔버

6: 스프링 수단

7: 조절기 하우징

8: 하우징 챔버

12: 서보 수단

17: 센서 수단

18: 전자 제어 수단

22: 공급 연결부

23: 통기 연결부

24: 동력 연결부

25: 유체 라인

26: 동력 챔버

27: 공급 챔버

28: 통기 챔버

33a, 33b: 닫힘 부재

34: 서보 부재

44a, 44b: 스프링 수단

Claims (17)

1. 동력 기기, 특히 프로세스 밸브용 유체 작동식 위치 조절기로서, 조절기 하우징을 포함하며, 이 조절기 하우징 내에는 위치이동 하면서 제어된 유체 작동에 의해 이동될 수 있는 하나 이상의 서보 수단이 배치되며, 상기 서보 수단은 이 서보 수단의 위치에 따라 서로 유체 회로 내의 동력 기기의 연결을 위하여 제공된 공급 연결부, 통기 연결부 및 동력 연결부를 별개의 방식으로 배치시킬 수 있으며, 서보 수단은 위치 설정을 위하여 서보 운동의 반대 방향으로 향해 있으며, 동일한 유효 크기로 이루어진 두 유체 작동면을 가지며, 각 상기 유체 작동면은 제어 챔버의 경계를 이루며, 두 제어 챔버에는 유체 유동을 위하여 중간 배치된 쵸크 수단에 의해 두 제어 챔버가 각기 연결된 공통의 제어 압력 연결부가 제공되어 있으며, 상기 두 제어 챔버는 통기 연결부를 지닌 각 관련 쵸크 수단으로부터 하류에 연결되어 있으며, 상기 두 통기 연결부에는 전기 작동식 제어 밸브 수단이 제공되어 있으며, 상기 제어 밸브 수단은 조절기 하우징과 단일 구조적 기기를 구성하며, 또한 두 통기 연결부를 각기 선택적으로 개방 또는 폐쇄할 수 있으며, 이러한 폐쇄는 양 통기 연결부를 동시에 폐쇄할 수 있는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
2. 제 1 항에 있어서, 제어 압력 연결부는 입력 측에서 공급 연결부와 연결되어 있으며, 압력 조절기의 중간 연결부는 구조적 기기의 구성요소로서 설계되는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
3. 제 1 항에 있어서, 제어 밸브 수단은 연속적인 작동 및/또는 펄스 폭 변조된 작동을 위하여 설계된 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
4. 제 1 항에 있어서, 제어 밸브 수단은 압전 작동식 밸브 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
5. 제 1 항에 있어서, 제어 밸브 수단에는, 통기 연결부 중의 하나와 각각 관련되며 밸브 하우징에 배치되어 있는 두 밸브 부재가 형성되어 있으며, 상기 밸브 부재는 두 인접 배치된 스트립형 압전 가요성 변환기로 구성되어 있으며, 상기 압전 가요성 변환기는 내부 가요성 변환기의 구성요소인 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
6. 제 5 항에 있어서, 가요성 변환기는 밸브 하우징에 대하여 회전 축선을 중심으로 회전 탑재되어 있으며, 상기 회전 축선은 가요성 변환기의 편향 평면에 대하여 수직으로 신장되어 있으며, 상기 회전 탑재는 가요성 변환기의 일 단부에 배치되고 두 가요성 변환기 사이에서 강성 연결이 이루어지는 지지 영역에 탑재되어 있음을 의미하는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
7. 제 1 항에 있어서, 두 제어 챔버는 서보 수단을 보유하는 하우징 챔버의 축선방향으로 서로 반대되는 단부 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
8. 제 1 항에 있어서, 두 제어 챔버에 동일한 유체 압력 상태가 존재할 때, 서보 수단은 공급 연결부 및 통기 연결부 모두로부터 동력 연결부를 연결해제시키는 위치가 확보되는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
9. 제 1 항에 있어서, 두 유체 작동면은 각기 일 격판 부재에 제공되는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
10. 제 1 항에 있어서, 서보 수단은 조절기 하우징의 하우징 챔버에 배치되며, 하우징 챔버의 길이방향으로 뻗어있는 플런저형 서보 부재를 가지며, 조절기 하우징과 관련하여 설정될 수 있으며, 상기 서보 부재는 관련 유체 작동면을 형성하는 외측 격판 부재에 의해 두 말단 영역의 조절기 하우징에서 이동가능하게 매달려 있는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
11. 제 11 항에 있어서, 동축으로 배치된 서보 부재는 두 닫힘 부재를 지지하며, 이 두 닫힘 부재는 상기 서보 부재와 조절기 하우징과 관련하여 축선 방향으로 설정될 수 있으며, 상기 닫힘 부재는, 서로 축선방향으로 떨어져 있고, 또한 서보 부재와 관련하여 서로를 향한 방향으로 스프링 수단에 의해 작동되며, 그리고 축선방향의 마주보며 배향되어 있는 두 밸브 시이트 중의 하나와 각각 마주보며, 동력 연결부와 연결된 동력 챔버는 상기 두 밸브 시이트 사이에 배치되며, 상기 동력 챔버는 밸브 시이트에 의해 경계를 형성하는 이송 개구에 의해, 한편으로, 동일 측에 배치되며 공급 연결부와 연결된 공급 챔버와 연결되며, 다른 한편으로, 통기 연결부와 연결된 통기 챔버와 연결되며, 상기 통기 챔버는 대향 측에 배치되어 있으며, 닫힘 부재 사이에 위치되어 있는 서보 부재의 동반부는 두 닫힘 부재가 관련 밸브 시이트를 연결하며 관련 이송 개구를 닫는 서보 부재의 홈 위치에서 출발하도록 형성되어 있으며, 서보 부재의 서보 방향에 따른 상기 동반부는 관련 밸브 시이트로부터 한 쪽 또는 다른 쪽 닫힘 부재를 들어올리는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
12. 제 11 항에 있어서, 두 제어 챔버에 동일 압력이 형성될 때, 서보 부재는 홈 위치를 확보하는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
13. 제 11 항에 있어서, 각 닫힘 부재는 인접 외측 격판 부재의 전방에 축방향으로 간극을 갖고서 일체로 배치된 내부 격판 부재에 의해 하우징에 대하여 이동가능하도록 매달려 있으며, 내부 격판 부재는 밀폐식으로 내부 격판 부재와 외부 격판 부재 사이에 배치된 압력 보상 챔버로부터 각 인접 공급 챔버 또는 각 통기 챔버를 분리시키며, 각 압력 보상 챔버는 유체 유동을 위하여 동력 챔버와 상시 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
14. 제 13 항에 있어서, 각 압력 보상 챔버는 유체 유동을 위하여 각 인접 닫힘 부재를 통하여 동력 챔버와 상시 연결되는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
15. 제 10 항에 있어서, 서보 부재는 조절기 하우징에 대하여 두 대향 작동식 스프링 수단에 의해 축선방향으로 편향되는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
16. 제 15 항에 있어서, 서보 부재는 두 대향 작동식 스프링 수단에 의해 중앙 위치되는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.
17. 제 15 항에 있어서, 하나 이상의 스프링 수단은 스프링력에 대하여 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 유체 작동식 위치 조절기.