KR20200000027U - 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그 - Google Patents

Abstract

본 고안은 밸브 포지셔너와 액츄에이터를 연결하는 연결구조를 개선하여 접촉 면적을 최소화하여 마찰 저항을 최소화할 수 있으며, 접촉면 마찰에 의한 간극 오차를 줄일 수 있게 되어 정밀제어를 통해 유량 안정화 시간을 단축시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그에 관한 것이다.

Description

밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그{Connection Jig for actuator and valve positioner}

본 고안은 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그에 관한 것으로, 특히 밸브 포지셔너와 액츄에이터를 연결하는 연결구조를 개선하여 접촉 면적을 최소화하여 마찰 저항을 최소화할 수 있으며, 접촉면 마찰에 의한 간극 오차를 줄일 수 있게 되어 정밀제어를 통해 유량 안정화 시간을 단축시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그에 관한 것이다.

일반적으로 액츄에이터(Actuator)라고 하는 것은 소정의 장치와 연결 설치되어 유압 또는 공압에 의하여 발생하는 전,후진력이나 회전력을 해당 장치의 구동부에 제공하기 위한 하나의 보조적인 구동수단을 말하는 것으로서, 해당 장치가 소형일 경우 전기식 액츄에이터를 사용하기도 하지만, 대부분의 경우는 비교적 강한 전,후진력이나 회전력을 장치의 구동부에 제공하기 위하여 유압식 또는 공압식 액츄에이터를 사용하고 있다.

상기와 같은 기능을 수행하는 종래의 액츄에이터 중에서 공압식 액츄에이터는 특히 밸브의 개폐작동에 널리 사용되는 데, 실린더의 내부 양측에 한 쌍의 피스톤이 설치된 상태에서 양측 피스톤의 사이에는 랙기어와 종동기어를 그 동력전달수단으로 하여 피스톤의 전,후진에 따라 양방향으로 회전되는 회전축이 설치되며, 상기 실린더의 벽체에는 양측 피스톤의 사이에 해당하는 공간을 통하여 공압을 인가시키기 위한 제 1공압통로와, 각 피스톤의 외부측에 해당하는 공간을 통하여 공압을 인가시키기 위한 제 2공압통로가 형성된 구성으로 이루어진다.

따라서, 상기 제 1 및 제 2공압통로를 통한 작동유체, 즉 압축공기의 공급방향에 따라 양측 피스톤이 서로 대향되는 방향으로 전,후진됨과 동시에 피스톤에 설치된 랙기어의 사이에서 종동기어가 회전축과 함께 양방향으로 회전하게 됨으로써,이와 같은 회전축의 양방향 요동 회전을 밸브 개폐와 같은 작동에 직접 이용하거나 또는 다른 회전축이나 구동축으로 전달하여 장치의 요구하는 작동을 수행할 수 있게 되는 것이다.

기존 컨트롤 밸브는 크게 밸브본체, 액추에이터, 포지셔너로 구성되며, 밸브의 구동 방식이 직선 운동이냐 회전 운동이냐에 따라 리니어 타입 밸브, 로터리 타입 밸브로 구분된다. 액추에이터는 보조동력원인 공압을 이용하여 밸브본체와 연결된 스템을 밀어내거나 회전토크를 발생시켜 밸브를 구동시키는 역할을 담당한다. 따라서 밸브본체를 구동하기 위해 필요한 힘과 이동거리(혹은 회전각도)에 따라 액추에이터의 사양이 결정된다.

포지셔너는 밸브본체(정확하게는 스템)와 연결된 센서를 통해 플러그 개도를 측정하고 외부로부터 입력된 명령신호(4-20mA)와 비교하여 밸브의 개도가 명령신호와 일치할 때까지 액추에이터로 공급되는 공압을 조절하는 제어기기이다.

일반적으로 포지셔너는 피드백 센서부, 외부에서 입력된 전기적 제어신호(명령신호)를 공압으로 변경시키는 모터 제어부, 액추에이터의 작동을 위한 토크 모터부, 그리고 외부에서 입력된 명령신호를 처리하고 구성품을 제어하는 제어부로 구성된다.

이 중 모터 제어부와 PCB(인쇄회로기판)가 장착된 제어부의 경우, 고온의 설치 환경으로 인한 고장률이 높다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 한국특허등록 제10-1231924호에 개시된 바와 같이 포지셔너를 밸브 바디로부터 분리해서 설치하는컨트롤 밸브용 분리형 포지셔너가 사용되고 있다. 이러한컨트롤 밸브용 분리형 포지셔너는 대부분 원격 제어 방식으로 제어된다. 그러나 이러한 종래의컨트롤 밸브용 분리형 포지셔너는 이격 거리가 커지면 복사열에 의한 부품의 고장 방지 효과가 커지지만, 액추에이터를 동작시키기 위한 공압 배관의 길이도 길어져 컨트롤 밸브의 제어 정밀도를 저하시키고 오버슈팅이나 헌팅을 유발하는 원인이 된다.

또한, 이격 거리의 한계 때문에 강한 복사열을 방출하는 현장에서는 리모트 컨트롤 방식의 장점을 충분히 활용할 수 없는 문제가 있다. 거기다 제어용 PCB가 고온에 손상되더라도 새로운 PCB로 교체하는데 작업 시간이 오래 걸리고, 교체 후에도 컨트롤 밸브에 맞게 캘리브레이션(calibration) 작업 및 밸브의 운전 시험을 거쳐야 하기 때문에 PCB의 단순 교체가 어려운 문제가 있다.

기존 컨트롤 밸브의 포지셔너와 관련된 선행기술로는 한국 공개특허공보 제10-2015-0124523호 "컨트롤 밸브용 분리형 포지셔너"(공개일자 : 2015.11.06)에 개시된 바와 같이, 액추에이터에 의해 개폐되는 컨트롤 밸브 시스템을 제어하는 컨트롤 밸브용 포지셔너에 있어서, 사용자에 의해 조작되는 사용자 조작장치와, 상기 컨트롤 밸브에 결합되어 상기 컨트롤 밸브의 개도 상태를 감지하는 피드백 센서부와, 상기 컨트롤 밸브와 이격되어 설치되며, 상기 액추에이터를 구동시키는 구동부와, 상기 컨트롤 밸브와 최대이격거리를 갖도록 설치되며, 상기 피드백 센서부로부터 상기 컨트롤 밸브의 개도 상태를 전송받고, 상기 컨트롤 밸브의 개도 상태 및 상기 사용자 조작장치로부터 입력된 신호에 따라 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것이다.

기존 밸브 포지셔너와 관련된 다른 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-0810563호 "밸브개도 측정을 위한 포지셔너의 피드백레버 감지장치"(등록일자 : 2008.02.28)에 개시된 바와 같이, 포지셔너의 바디상에 회전 가능하게 바디를 관통하는 메인샤프트가 설치되고 그 메인샤프트의 하단에는 피드백레버가 설치되며 상기 메인샤프트의 상부에는 피드백레버의 이동량을 감지하는 감지수단을 설치하되, 그 감지수단은 상부에 탄성수단에 의해 유동을 제어되는 감지기가 설치되고 그 감지기의 하부중앙에는 감지기와 연결되는 회전축이 연결 설치되며 상기 회전축의 하부는 메인샤프트의 상부와 연동되게 고정 설치되고, 상기 감지기 일측에는 피드백레버의 위치를 조정하는 위치조정레버가 설치되며 상기 감지기의 상면에는 감지기의 설치시 기준점이 되는 기준 값 표시부를 형성시켰고, 상기 메인샤프트의 일측 바디 상에는 고정샤프트가 메인샤프트와 일정간격 유지되게 고정 설치되고 그 고정샤프트 상에는 감지기의 이동 량을 보상하는 보상수단을 설치하되, 그 보상수단은 상기 위치조정레버의 일측면이 접촉되는 깔때기 형태의 테이퍼부가 형성된 조정구가 고정샤프트 상부에 설치되고, 그 조정구의 하단 중앙에는 상향하는 소정 깊이의 왼나사부가 형성되어 상기 고정샤프트의 상부와 왼나사 결합되며, 상기 조정구의 상단과 고정샤프트의 상부 간에는 오른나사볼트를 이용하여 상기 조정구의 상부를 관통하며 고정샤프트에 오른나사 결합되는 구조로 이루어진 것이다.

기존 컨트롤 밸브가 스스로 조절기능을 갖추고 있는 것은 계장제어 구성요소들이 있기 때문이다. 공정에서 운전변수(압력, 유량, 온도, 액위)들의 변화가 일어날 경우 이를 감지하고, 변화된 수치와 공정에서 원하는 수치를 비교하여 항상 원하는 출력값을 유지하기 위해서 운전변수를 조절하는 일련연속과정을 흔히 “Loop"라고 한다.

액츄에이터는 바디, 포지셔너(Positioner)와 함께 컨트롤 밸브의 주요 구성요소로서 밸브가 움직이는데 필요한 힘을 공급하는 기능을 수행한다. 일반적으로 액츄에이터에는 스템이 연결되어 있고 스템의 다른 쪽 끝에는 플러그가 연결되어 있어 액츄에이터가 플러그의 위치를 조절함으로써 밸브의 Opening 변화가 일어나고 최종적으로 유량을 제어하게 된다.

이는 액츄에이터와 밸브 바디를 연결해주는 링크와 레버는 매우 밀접한 관계를 유지한다.

포지셔너와 연결되는 링크와 레버는 밸브 스트로크에 상당한 영향을 주며, 조절신호에 의해 밸브개폐에 필요한 신호를 제어하는 핵심 장치이다. 이 컨트롤 밸브는 재액화기 인입라인을 조절하는 핵심밸브로서 압력변동시 재액화기는 물론 저장탱크의 1차펌프의 LP Header 주배관 압력관리에 큰 영향을 미칠 수 있다.

액츄에이터와 포지셔너 피드백 링크, 레버 브라켓 연결부의 포지셔너 접촉면이 2지점으로 간극오차가 발생할 우려가 있으며, 오차발생이 심할 경우 공급 공기압 및 신호압은 일정하지만 밸브 변동이 발생할 수 있으며, LNG유량조절시 반응속도가 지연될 경우 Overshoot/Undershoot현상이 발생하며, PID(Proprotingna Integral Derivation)제어를 할 수 없으므로 자동 운전할 수 없는 단점이 있다.

상기한 문제점의 주요원인으로 밸브 스템부의 휘어짐과 같은 접촉면 마찰에 의한 간극 오차가 발생되어 밸브가 변동되며, 밸브 스트로크의 한쪽 방향에서만 느리게 동작되는 밸브의 동작속도 지연이 발생함에 따라 정밀제어가 되지 않아 유량 안정화 시간이 지연될 우려가 있다.

따라서 설비의 주배관의 심한 압력변화에 따라 설비안정성 저하로 설비 Shut Down 및 자동운전이 불가하여 운전자가 수동운전을 하여야 하므로 피로도 증가에 따른 제2, 3의 위험도 증가를 방지함으로써 설비안정도 증가, 수동 운전에 따른 에러를 방지할 수 있다.

한국 공개특허공보 제10-2015-0124523호 "컨트롤 밸브용 분리형 포지셔너"(공개일자 : 2015.11.06) 한국 등록특허공보 제10-0810563호 "밸브개도 측정을 위한 포지셔너의 피드백레버 감지장치"(등록일자 : 2008.02.28)

본 고안은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 밸브 포지셔너와 액츄에이터를 연결하는 연결구조를 개선하여 접촉 면적을 최소화하여 마찰 저항을 최소화할 수 있으며, 접촉면 마찰에 의한 간극 오차를 줄일 수 있게 되어 정밀제어를 통해 유량 안정화 시간을 단축시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 밸브 포지셔너의 하측면에 결합되고, 중간부위에 포지셔너 구동부의 구동축이 관통되도록 제1통공이 형성된 상부브라켓; 상기 상부브라켓의 양측 단부와 볼팅 결합으로 연결되고, 하부면이 액츄에이터의 상면에 안착되며, 중간부위에 액츄에이터의 스템 부위와 결합되는 레버부가 관통되도록 제2통공이 형성된 하부브라켓; 및 상기 포지셔너 구동부의 구동축이 연동되도록 결합되는 링크부와, 상기 링크부의 하부에 일체로 연장되고 상기 제2통공을 관통하여 상기 스템 부위와 결합되는 레버부를 갖는 연결구;를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 링크부의 상부에는 상기 구동축이 끼워지도록 상부에 결합홈이 형성된

상기 상부브라켓은 양측 단부에 하측의 하부브라켓측으로 하향 절곡된 제1,2절곡부가 형성되고, 상기 하부브라켓은 양측 단부에 상기 제1,2절곡부가 겹쳐지도록 상향 절곡된 제3,4절곡부가 형성되며, 상기 제3,4절곡부는 서로 마주보는 내주면에 암나사산이 형성된 버어 연장부가 내측으로 돌출되도록 형성된 것이다.

본 고안은 상기 밸브 포지셔너의 포지셔너 구동부의 회전력이 상기 링크부와 레버부로 구성된 연결구를 통해 액츄에이터의 스템부위에 전달되며, 접촉 면적을 최소화하여 마찰 저항을 최소화할 수 있으며, 접촉면 마찰에 의한 간극 오차를 줄일 수 있게 되어 정밀제어를 통해 유량 안정화 시간을 단축시킬 수 있는 이점을 갖는다.

도 1은 본 고안에 따른 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그를 나타낸 구성도.
도 2는 본 고안 하부브라켓을 나타낸 사시도.
도 3은 본 고안 지그가 밸브 포지셔너와 액츄에이터 사이에 설치된 상태를 보인 사용상태도.

본 고안에 따른 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 밸브 포지셔너(10)의 하측면에 결합되고, 중간부위에 포지셔너 구동부의 구동축(15)이 관통되도록 제1통공(110)이 형성된 상부브라켓(100); 상기 상부브라켓(100)의 양측 단부와 볼팅 결합으로 연결되고, 하부면이 액츄에이터(20)의 상면에 안착되며, 중간부위에 액츄에이터(20)의 스템 부위와 결합되는 레버부(320)가 관통되도록 제2통공(210)이 형성된 하부브라켓(200); 및 상기 포지셔너 구동부의 구동축(15)이 연동되도록 결합되는 링크부(310)와, 상기 링크부(310)의 하부에 일체로 연장되고 상기 제2통공(210)을 관통하여 상기 스템 부위와 결합되는 레버부(320)를 갖는 연결구(300);로 이루어진다.

도 1을 참조하면, 상기 상부브라켓(100)은 중간부위를 기준으로 양측 단부가 하향 절곡된 제1,2절곡부(120,130)가 형성되고, 상기 중간부위에 평면형태의 제1평면부(105)가 형성되어 밸브 포지셔너(10)의 하측면에 밀착되도록 결합되는 구조를 갖는다.

또한, 상부브라켓(100)은 제1평면부(105)의 중간에 포지셔너 구동부의 구동축(15)이 관통되도록 제1통공(110)이 상,하 연통되도록 천공된 구조를 갖는다.

상기 하부브라켓(200)은 상기 상부브라켓(100)과 상,하 대칭되는 구조로 중간부위인 제2평면부(205)의 좌,우 양측 단부로부터 상측 수직방향으로 연장되어 상기 제1,2절곡부(120,130)와 면 접촉되는 제3,4절곡부(220,230)가 형성된 구조를 갖는다.

즉, 상기 제3,4절곡부(220,230)는 상기 제1,2절곡부(120,130)가 겹쳐지도록 상기 제2평면부(205)의 좌,우 양측단으로부터 상향 절곡되도록 형성되며, 상기 제3,4절곡부(220,230)는 서로 마주보는 내주면에 암나사산이 형성된 버어 연장부(225)가 내측으로 돌출되도록 형성된 것이다.

상기 제1,2절곡부(120,130)에는 상기 제3,4절곡부(220,230)와의 결합을 위한 결합볼트(410)가 관통되도록 제1관통공이 각각 형성되고, 상기 제3,4절곡부(220,230)에는 상기 제1,2관통공을 통과한 결합볼트(410)가 버어 연장부(225)의 암나사산에 체결되도록 제2관통공이 각각 형성된 구조를 갖는다.

상기 제2평면부(205)에는 상기 레버부(320)가 관통되도록 중앙에 제2통공(210)이 형성된 구조를 갖는다.

상기 연결구(300)는 상부에 포지셔너 구동부의 구동축(15)이 연동되도록 결합되는 결합홈(315)이 형성된 링크부(310)와, 상기 링크부(310)의 하부에 일체로 연장되고 상기 제2통공(210)을 관통하여 상기 스템 부위와 결합되는 레버부(320)로 구성된다.

상기 레버부(320)는 스템 부위와의 결합을 위해 결합공(325)이 형성된 구조를 갖는다.

이러한 구성을 갖는 본 고안은 먼저 각 구성요소의 조립과정을 설명하면, 하부브라켓(200)의 제3,4절곡부(220,230)가 상측을 향하도록 제2평면부(205)가 상기 액츄에이터(20)의 상면에 안착된 후에 중앙에 형성된 제2통공(210)을 통해 레버부(320)를 관통시켜 관통된 레버부(320)를 액츄에이터(20)의 스템 부위에 연동되게 결합시킨다.

이후에, 상부브라켓(100)의 제1평면부(105)를 밸브 포지셔너(10)의 하측면에 결합시킴과 아울러, 제1평면부(105)의 중앙에 형성된 제1통공(110)을 통해 포지셔너 구동부가 관통되도록 결합시켜 포지셔너 구동부의 구동축(15)이 상기 링크부(310)의 결합홈(315)에 끼워지도록 결합시킨다.

또한, 상기 상부브라켓(100)의 제1절곡부(120)를 상기 하부브라켓(200)의 제3절곡부(220)에 겹쳐지도록 배치함과 아울러, 상부브라켓(100)의 제2절곡부(130)를 상기 하부브라켓(200)의 제4절곡부(230)에 겹쳐지도록 한 후에, 결합볼트(410)를 이용하여 제1,3절곡부(120,220)와 상기 제2,4절곡부(130,230)를 일체로 결합시킨다.

이로 인해, 본 고안은 상기 밸브 포지셔너(10)의 포지셔너 구동부의 회전력이 상기 링크부(310)와 레버부(320)로 구성된 연결구(300)를 통해 액츄에이터(20)의 스템부위에 전달되며, 접촉면 마찰에 의한 간극 오차를 줄일 수 있게 되어 정밀제어를 통해 유량 안정화 시간을 단축시킬 수 있는 이점을 갖는다.

따라서, 본 고안은 밸브 포지셔너(10) 구동부의 회전 구동력이 링크부(310)의 결합홈(315) 부위를 통해 연동되도록 결합되어 있으며, 상부브라켓(100)과 하부브라켓(200)이 밸브 포지셔너(10)와 액츄에이터(20) 사이에 상,하로 결합되어 지지되므로, 접촉 면적을 최소화하여 마찰 저항을 최소화할 수 있는 이점을 갖는다.

이와 같이, 본 고안의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 고안의 범주에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 고안의 범위는 앞서 설명된 실시 예에 국한되어 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 이상에서와 같이 설명한 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10 : 밸브 포지셔너 15 : 구동축
20 : 액츄에이터 100 : 상부브라켓
105 : 제1평면부 110 : 제1통공
120 : 제1절곡부 130 : 제2절곡부
200 : 하부브라켓 205 : 제2평면부
210 : 제2통공 220 : 제3절곡부
230 : 제4절곡부 225 : 버어 연장부
300 : 연결구 310 : 링크부
315 : 결합홈 320 : 레버부
325 : 결합공

Claims (3)

1. 밸브 포지셔너(10)의 하측면에 결합되고, 중간부위에 포지셔너 구동부의 구동축(15)이 관통되도록 제1통공(110)이 형성된 상부브라켓(100);
   상기 상부브라켓(100)의 양측 단부와 볼팅 결합으로 연결되고, 하부면이 액츄에이터(20)의 상면에 안착되며, 중간부위에 액츄에이터(20)의 스템 부위와 결합되는 레버부(320)가 관통되도록 제2통공(210)이 형성된 하부브라켓(200); 및
   상기 포지셔너 구동부의 구동축(15)이 연동되도록 결합되는 링크부(310)와, 상기 링크부(310)의 하부에 일체로 연장되고 상기 제2통공(210)을 관통하여 상기 스템 부위와 결합되는 레버부(320)를 갖는 연결구(300);를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 링크부(310)의 상부에는 상기 구동축(15)이 끼워지도록 상부에 결합홈(315)이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부브라켓(100)은 양측 단부에 하측의 하부브라켓(200)측으로 하향 절곡된 제1,2절곡부(120,130)가 형성되고,
   상기 하부브라켓(200)은 양측 단부에 상기 제1,2절곡부(120,130)가 겹쳐지도록 상향 절곡된 제3,4절곡부(220,230)가 형성되며,
   상기 제3,4절곡부(220,230)는 서로 마주보는 내주면에 암나사산이 형성된 버어 연장부(225)가 내측으로 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 포지셔너와 액츄에이터의 연결용 지그.

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