KR920008002B1 - 자기조절식 압력제어밸브 - Google Patents

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가부시끼가이샤 티엘브이
후지와라 가쓰지
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Abstract

내용 없음.

Description

자기조절식 압력제어밸브
제1도는 자기조절식(self-regulated) 압력제어밸브의 압력조절 유니트(unit)를 도시한 부분단면도.
제2도는 압력조절 유니트의 압력조절부재와 피제어 압력 사이의 관계를 도시한 그래프.
제3도는 본 발명에 따른 제1실시예에서 자기조절식 압력제어밸브의 블록도.
제4도는 본 발명에 따른 제2실시예에서 자기조절식 압력제어밸브의 블록도.
제5도는 본 발명에 따른 제3실시예에서 자기조절식 압력제어밸브의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 감압밸브(압력제어밸브) 8 : 압력조절 죔로드(압력조절부재)
20 : 회전 포텐시오메터(위치 감지장치) 50 : 압력조절 유니트(압력조절장치)
52 : 구동유니트(구동장치) 54 : 압력감지 유니트(압력 감지장치)
55 : 신호변환 유니트(신호변환기) 56, 70 : 제어유니트(제어장치)
58, 72 : 압력설정 유니트(압력설정장치)
본발명은 자기조절식 압력제어밸브에 관련된 것인데, 이 밸브는 압력감지장치에 의해서 감지된 제어시스템(system)의 유통압력에 상응하는 제어신호를 기초로 해서 그것의 압력설정조건의 자기조절(self-regulation)을 통하여 선정되어 설정된 수준에서 2차압력, 즉 결합되어 제어되는 시스템의 압력을 제어할 수 있다.
본발명의 출원인은 일본 특허출원번호 제59-207779호에 개시된 자동감압(automatic pressure reducing)다이아프램 밸브를 제안하였다. 이 자동감압 다이아프램 밸브는 감압 다이아프램 밸브 유니트(unit), 압력설정용 스프링을 구비한 압력설정 유니트, 압력설정 유니트 작동용 엑츄에이터 및 감지된 2차압력, 즉 피제어 압력의 목표압력으로부터의 압력편차가 선정된 기준편차를 넘을 때 압력편차가 제로(zero)상태로 바뀌도록 엑츄에이터를 작동시키는 제어신호를 주는 제어유니트를 구비하고 있다.
이 자동감압 다이아프램 밸브는 2차압력의 압력편차가 기준 압력편차밑에 있는 동안에는 기계적 작동을 통하여 2차압력을 안정시키는 안정된 감압작동을 가능하게 한다. 하지만, 자동감압 다이아프램 밸브는 감지된 압력편차와 기준 압력편차 사이의 비교결과를 기초로 하여 2차압력을 조절하기 때문에, 선정된 설정압력에서 2차압력을 안정시키는데 시간이 오래 걸린다.
따라서, 본발명의 목적은 선정되어 설정된 값까지 2차압력을 신속하게 조절할 수 있는 자기조절식 압력제어밸브를 제공하는 것이다.
본발명은 압력조절장치의 위치와, 압력조절장치 및 압력조절장치 구동용 구동장치를 포함하는 자기조절식 감압밸브의 2차압력 사이의 함수관계를 이용한다.
본발명의 목적을 달성하기 위해서, 본발명은 자기조절식 압력제어밸브를 제공한다 : 상기 밸브는 압력제어 밸브 유니트, 2차압력 감지용 감지유니트, 압력제어밸브 유니트의 2차압력 조절용 압력조절 유니트, 압력조절 유니트 작동용 구동유니트, 구동유니트 제어용 제어유니트 및 설정압력 설정용 압력설정 유니트를 구비하고 있다. 제어유니트는 압력조절 유니트의 위치와 제어된 압력에 상응하는 2차압력 사이의 함수관계를 기초로 하여 2차압력을 요구되는 압력, 즉 설정압력으로 조절하도록 구동유니트를 제어한다.
본발명을 수행하는 하나의 방식으로서, 제어유니트는 연산장치, 수정장치(correcting means) 및 기억장치를 포함하는 컴퓨터를 구비하고 있다.
본발명에 따라, 임의의 설정압력이 압력설정 유니트에 의해서 주어질 때, 제어유니트의 작동장치는 2차압력과 압력조절부재의 위치사이의 함수관계를 기초로 하여 압력조절 유니트의 압력조절부재의 적당한 위치를 계산한 다음에, 제어유니트는 2차압력이 설정압력으로 조절되도록 압력조절부재의 위치를 계산한 적당한 위치로 조정하는 구동유니트에 제어신호를 보낸다.
이런 식으로 2차압력이 설정압력으로 조절된 후, 자기조절식 밸브 유니트는 통상적인 방법으로 기계적 압력제어 작동을 개시한다. 더 나아가, 2차압력의 미소조정이 필요할 때에는 2차압력을 계속적으로 또는 주기적으로 감지하는 2차압력 감지장치를 구비하고, 설정압력과 감지된 2차압력 사이의 압력차이를 기초로 하여 2차압력을 계속적으로 또는 주기적으로 제어하는 제어유니트의 작동장치로 계산된 정확한 신호에 의해서 구동유니트를 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 자기조절식 압력제어밸브는 2차압력 변화에 대한 고속응답이 가능하며, 2차압력, 즉 피제어 압력을 설정압력, 즉 목표압력으로 순간적으로 조절하는 것이 가능하다.
본발명의 상기 목적들과 특징, 유용성들은 첨부된 도면과 함께 상술한 본발명의 바람직한 실시예들에 대한 이하의 서술로부터 더욱 명백해질 것이다.
제1실시예(제1도 및 제3도)는 감압밸브(1)에 대한 본발명의 적용이다. 제1도를 참조하면, 감압밸브(1)는, 한쪽 끝은 스프링 시이트(3)위에 다른쪽 끝은 스프링 시이트(6)위에 수용되어 있는 압력설정 스프링(2)을 구비하고 있다. 스프링 시이트(3 및 6)는 제1도에 도시되어 있는 것과 같이 다이아그램(4)과 보올(7)을 통한 압력조절 죔로드(8)의 아래끝에 의해서 각각 가압된다. 감압밸브(1)의 2차압력은 다이아프램(4)으로 덮혀진 압력실(5)의 압력이다. 다이아프램(4)의 위치는 압력설정 스프링(2)에 의해서 다이아프램에 가해진 압력과 압력실(5)내에 공급된 압력사이의 압력평형에 의존한다. 다이아프램(4)의 2차압력 제어기능은 잘 알려져 있으므로, 그것에 대한 설명은 생략하기로 한다.
숫나사(9)는 압력조절 죔로드(8)의 아래부분에 형성되어 있다. 압력조절 죔로드(8)의 나사가 형성된 아래 끝은 감압밸브의 중앙부분에 암나사(1)를 구비한 고정부재안에 나사로 죄어진다. 축상의 보어(bore)는 제1도에 도시되어 있는 것과 같이 압력조절 죔로드(8)의 윗부분에 형성되어 있다. 보올(12)을 지지하는 리테이너(11)는 압력조절 죔로드(8)의 축상의 보어안에 끼워져 있다. 스플라인 축(13)은 보올(12)과 맞물리도록 압력조절 죔로드(8)의 축상의 보어안에 결합되어 있다. 그 스플라인 축(13)은 모우터(15)의 출력축에 감속기어(14)를 통하여 연결되어 있다.
압력조절 죔로드가 고정부재의 암나사(10)와 맞물리므로, 압력조절 죔로드(8)는 모우터(15)의 출력축이 어떠한 한 방향으로 돌 때 아래쪽으로 위치를 옮기도록 스플라인 축(13)을 통하여 회전되며, 이에 따라 압력설정 스프링(2)은 설정된 압력이 증가되도록 압력조절 죔로드(8)에 의해 스프링 시이트를 통하여 압축된다. 다른 한편으로, 모우터(15)의 출력축이 반대방향으로 회전할 때에는, 압력조절 죔로드(8)는 위쪽으로 위치를 옮기도록 반대방향으로 회전되며, 이에 따라 압력설정 스프링(2)의 압축은 설정압력이 감소되도록 이완된다. ＂죔로드 위치＂라고 언급될 선정된 기준위치(압력조절 죔로드(8)의 아래끝이 압력설정 스프링(2)을 압축하지 아니하고 보올(7)을 통해서 스프링 시이트(6)와 접속되는 위치)로부터의, 압력조절 죔로드(8) 아래 끝의 이동거리는 압력설정 스프링(2)의 압축량에 비례하므로, 제2도에 도시되어 있는 것과 같이 압력을 설정하게 된다. 본발명은 압력조절 죔로드(8)의 아래끝의 이동거리와 설정된 압력사이의 그러한 관계를 효과적으로 이용한 것이다.
본발명의 제1실시예를 도시하고 있는 제3도에 따르면, 자기조절식 압력제어밸브는 감압밸브(1), 모우터(15)를 포함하고 있는 압력조절 유니트(50), 압력감지 유니트(54), 신호변환 유니트(55), 죔로드 위치와 피제어 압력 사이의 함수관계를 표시하는 죔로드 위치 데이터를 저장하고 있는 컴퓨터를 포함하고 있는 제어 유니트(56), 및 압력설정 유니트(58)를 구비하고 있다. 제1실시예에서, 모우터(15)는 스테핑 모우터이다.
압력감지 유니트(54)의 압력센서(sensor)는 감압밸브(1)의 2차압력을 감지하고 신호변환 유니트(55)로 2차압력을 표시하는 압력신호를 보낸다. 그러면, 신호변환 유니트(55)는 압력신호를 그에 상응하는 디지털압력신호로 변환하고 나서, 그 신호를 제어유니트(56)의 컴퓨터로 보낸다.
압력설정 유니트(58)로부터의 설정압력을 표시하는 설정압력 신호의 수신에 따라, 컴퓨터는 그 안에 이전에 저장된 죔로드 위치 데이터를 기초로 하여 압력조절 죔로드(8)에 대한 설정압력에 상응하는 죔로드 위치를 계산한 다음에, 계산된 죔로드 위치에 상응하는 펄스(pulse)신호를 압력조절 유니트(50)를 구동시키는 구동유니트(52)로 보내어 압력조절 죔로드(8)를 계산된 죔로드 위치로 이동시킨다. 이 결과로서, 감압밸브(1)의 2차압력은 설정압력으로 순식간에 조정된다. 스테핑 모우터(15)의 출력축의 회전각은 펄스신호의 펄스수에 비례하므로, 압력조절 죔로드(8)의 위치는 펄스신호의 펄스수에 상응한다.
압력감지 유니트(54)는 2차압력을 계속적으로 혹은 주기적으로 감지하고, 이에 따라서 신호변환 유니트(55)는 디지털신호를 제어유니트(56)로 보낸다. 제어유니트(56)의 컴퓨터는 감지된 2차압력을 설정압력과 비교한다. 설정압력과 감지된 2차압력의 압력편차가 선정된 편차 범위안에 있을 때에는, 제어유니트는 구동 유니트(52)를 작동시키는 어떠한 신호도 보내지 않는다. 설정압력과 감지된 2차압력의 압력편차가 선정된 편차 범위위 한계값보다 클 때에는, 컴퓨터는 감지된 2차압력과 설정압력 사이의 압력차와 컴퓨터내에 저장되어 있는 죔로드 위치데이타를 기초로 하여, 압력조절 죔로드(8)가 이동되어야 할, 편차를 정정한 수정거리를 계산한 다음에, 2차압력의 미세조정을 위하여 압력조절 죔로드(8) 이송용 구동유니트를 작동시키도록 2차압력 수정용의 계산된 수정거리를 표시하는 제어신호를 보낸다.
예를 들면, 설정압력이 5kg/cm2이고 편차의 기준 범위가 ±0.1kg/cm2이며, 감지된 2차압력이 4.5kg/cm2일 때, 컴퓨터는 압력조절 죔로드(8)를 이송시킬 죔로드 위치 데이터를 기초로 하여 0.5kg/cm2의 압력편차에 상응하는 수정거리를 계산한다.
더욱 더 진보된 압력제어를 위해서, 설정압력과 죔로드 위치의 함수관계, 예를 들어서 1kg/cm2의 간격의 설정압력과 이에 상응하는 죔로드 위치에 의해서 표시되는 설정압력과 죔로드 위치의 선정된 상관관계는 컴퓨터 기억장치의 목록안에 저장되어 있다. 따라서, 제어작동 및 정확한 작동이 선정된 상관관계에 따른 디지털 데이터를 기초로 하여 수행된다. 수정량이 만들어지면, 그 이전의 죔로드 위치를 표시하는 디지털 데이터는 기억장치의 목록을 업데이트(update)시킨 새로운 죔로드 위치를 표시하는 수정된 데이터로 대치된다.
예를 들어서, 컴퓨터의 기억장치내에 저장되어 있는 죔로드 위치 S4 와 S5가 설정압력, 더 명확하게 말해서, 설정 2차압력 4kg/cm2와 5kg/cm2에 각각 대응한다고 가정한다. 상기 밸브가 압력설정장치에 의해 5kg/cm2의 설정압력으로 설정될 때, 모우터는 죔로드를 조절하는 압력을 그에 상응하는 죔로드 위치 S5로 구동한다. 기준 편차범위가 ±0.1kg/cm2일 때, 모우터는 설정압력과 현재의 2차압력의 압력편차가 기준 편차범위내에 있는 한 정지되어 있다.
설정압력이 5kg/cm2이고, 기준 편차범위가 0.1kg/cm2이며, 현재의 2차압력이 4.5kg/cm2라고 가정한다.
그러면, 컴퓨터는 식 :
△S=(S5-S4)×0.5/(5-4)
를 이용해서 편차 :
5.0-4.5=0.5kg/cm2
에 상응하는 죔로드 위치 수정변위 △S를 계산한다. 그 다음에, 모우터는 계산된 죔로드 위치 수정변위 △S에 의해서 2차압력을 4.5kg/cm2에서 5.0kg/cm2까지 증가시키도록 압력조절 죔로드를 구동시킨다. 그 다음에, 기억장치내에 저장된 초기 죔로드 위치 S5는 S5+△S로 대치된다. 압력조절 죔로드(8)가 그 이전의 죔위치로부터 설정압력이 바뀌도록 이송된 후 상기 목표압력에 대하여 피제어 압력을 조절하도록 상기 설정압력이 제어유니트에 주어지면, 컴퓨터는 목표압력에 대하여 순간적으로 2차압력을 조절하도록 실제 죔위치를 계산한다.
이와 같이, 자기조절식 압력제어밸브의 압력제어 시스템이 구성되면, 압력제어 시스템은 감압밸브의 작동조건이 변화되어도 이상적인 제어데이타를 산출하여 자기조절식 압력제어밸브가 고속응답으로 작동될 수 있게 한다.
제2실시예(제1도 및 제4도)는 기본적으로는 구성 및 기능에 있어서 제1실시예와 동일하다. 제2실시예는 압력조절 죔로드(8)의 위치감지용으로 회전 포텐시오메터(rotary potentiometer)와 압력조절 죔로드(8) 구동용으로 스테핑 모우터 대신에 정역전 모우터를 채용하고 있다.
제4도에 따르면, 제2실시예는 감압밸브(1), 압력조절 유니트(50), 구동유니트(52), 압력감지기(54), 신호변환기(55), 제어유니트(56), 압력설정 유니트(58), 감속기어(14) 및 회전 포텐시오메터(20)를 구비하고 있다.
제1도에 따르면, 회전 포텐시오메터(20)는 감속기어의 기어중의 하나와 작동하도록 맞물려 있다(도시되어 있지 않음). 상기 포텐시오메터(20)의 출력전압은 압력조절 죔로드(8)의 기준위치(압력조절 죔로드가 압력설정 스프링(2)을 압축하지 않고 압력설정 스프링(2)과 맞물리는 위치), 즉 죔로드 위치로부터의 이동거리에 비례한다.
따라서, 회전 포텐시오메터(20)의 출력전압은 죔로드 위치를 표시하므로, 2차압력 즉 피제어 압력을 표시한다. 제2실시예에서, 회전 포텐시오메터의 출력전압에 의해서 표시되는 죔로드 위치와 2차압력 사이의 함수관계를 표시하는 죔로드 위치 데이터는 컴퓨터안에 저장되어 있다.
회전 포텐시오메터(20)는 선형 포텐시오메터(linear potentiometer) 또는 차동변압기(differential transformer)로 대체되어도 좋다. 선형 포텐시오메터가 채용될 때에는, 선형 포텐시오메터의 아암(arm)은 압력조절 죔로드(8)와 동시에 선형으로 움직이도록 배치된다. 차동변압기가 채용될 때에는, 차동변압기의 코어(core)는 압력조절 죔로드(8)와 동시에 선형으로 움직이도록 배치된다.
제어유니트(56)는 회전 포텐시오메터(20)의 출력전압, 즉 죔로드 위치신호가 압력설정 유니트(58)에 의해서 제어유니트(56)로 주어진 신호와 일치할때까지 구동유니트(52)로 계속 신호를 보낸다. 그밖의 기능들은 제1실시예에서와 동일하므로, 그것들에 대한 기술은 중복을 피하기 위해서 생략하기로 한다.
제5도에 따르면, 제3실시예는 감압밸브(1), 감속기어(14), 회전 포텐시오메터(20), 압력조절 유니트(50), 구동유니트(52), 제어유니트(70), 및 포텐시오메터를 포함하고 있는 압력설정 유니트(72)를 구비하고 있다.
제어유니트(70)는 어떠한 컴퓨터도 내장하고 있지 않다. 제3실시예는 죔로드 위치와 2차압력, 즉 피제어 압력 사이에 관계를 기초로 하여 2차압력을 가장 간단하게 제어하는 것이 가능하다. 감속기어(14)에 작동하도록 연결된 회전 포텐시오메터(20)는 압력설정 유니트(72)의 포텐시오메터가 설정압력을 표시하는 전압신호를 제어유니트(70)로 보내는 동안에 2차압력에 상응하는 죔로드 위치를 표시하는 전압신호를 제어유니트(70)로 보낸다. 제어유니트(70)는 죔로드 위치를 표시하는 전압신호와, 설정압력을 표시하는 전압신호를 비교한 다음에, 회전 포텐시오메터(20)에서 받은 전압신호가 설정압력을 표시하는 전압신호와 일치할때까지 압력조절 죔로드를 이송하도록 구동유니트(52)에 제어신호를 보낸다.
회전 포텐시오메터(20)는 제2실시예의 기술에서 언급된 바와 같이 선형 포텐시오메터 또는 차동변압기로 대채되어도 좋다.
본발명이 본발명의 바람직한 실시예에 관하여 어느정도 상세하게 기술되었지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 본발명에서 본발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 많은 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (6)

  1. 자기조절식 압력제어밸브에 있어서, 이 밸브는 압력제어밸브; 설정압력 설정용 압력설정장치; 상기 압력제어밸브에 피제어 압력조절용 압력조절장치; 상기 압력조절장치 구동용 구동장치; 상기 압력설정장치에 의해서 설정된 설정압력과, 상기 압력조절장치의 압력조절부재의 위치와 피제어 압력 사이의 선정된 함수관계를 기초로 하여 상기 압력조절장치의 압력조절부재가 피제어 압력을 설정압력으로 조절하는 위치로 이송되도록 상기 구동장치의 작동을 제어하기 위한 제어장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기조절식 압력제어밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는 상기 압력조절장치의 압력조절부재의 위치와 피제어 압력사이의 상기 선정된 함수관계를 표시하는 제어데이타를 저장하고 상기 제어데이타와 상기 압력설정장치에 의해서 공급된 설정압력신호를 기초로 하여 상기 압력조절부재가 놓여질 위치를 계산하는 컴퓨터를 구비하고 있으며, 상기 압력조절부재의 위치는 포텐시오메터와 같은 위치감지장치에 의해서 감지되고, 상기 제어장치는 상기 위치감지장치의 감지신호가 제어데이타와 설정압력을 표시하는 신호를 기초로 하여 상기 제어장치의 컴퓨터에 의해서 계산된 위치를 표시하는 신호와 일치할때까지 상기 압력조절장치를 구동하도록 상기 구동장치의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 자기조절식 압력제어밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는 상기 압력조절장치의 압력조절부재의 위치와 피제어 압력 사이의 선정된 함수관계를 표시하는 제어데이타를 저장하는 컴퓨터를 구비하고 있으며, 상기 구동장치는 스테핑 모우터를 구비하고 있으며, 상기 컴퓨터는 상기 압력설정장치로부터 받은 설정압력을 기초로 하여 상기 압력조절부재가 놓여 있는 위치에 상응하는 펄스수를 갖는 펄스신호를 계산하여 피제어 압력을 설정압력으로 조절하는 그 펄스신호를 스테핑 모우터에 공급하는 것을 특징으로 하는 자기조절식 압력제어밸브.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 피제어 압력감지용 피제어 압력감지장치를 더 구비하고 있으며, 상기 피제어 압력감지장치에 의해서 공급된 감지신호와 상기 압력설정장치에 의해서 공급된 설정압력신호는 피제어 압력과 설정압력의 편차를 계산하는 상기 제어장치에 의해서 계속적으로 또는 주기적으로 비교되며, 만일 피제어 압력과 설정압력의 어떤 중대한 편차가 있으면, 컴퓨터는 그 편차와 피제어 압력을 설정압력과 일치시키기 위하여 피제어 압력을 수정한 컴퓨터에 저장되어 있는 제어데이타를 기초로 하여 상기 압력조절장치의 압력조절부재가 이동되어야할 현재위치로부터의 수정거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 자기조절식 압력제어밸브.
  5. 제4항에 있어서, 감지된 피제어 압력을 표시하는 피제어 압력신호와 설정압력을 표시하는 설정압력신호 사이의 차이의 조작을 통하여 상기 제어유니트에 의해서 계산된 상기 압력조절장치의 압력조절부재의 위치는 상기 압력조절장치의 압력조절부재의 새로운 수정위치로서 컴퓨터안에 저장되는 것을 특징으로 하는 자기조절식 압력제어밸브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는 포텐시오메터 혹은 상기 위치감지장치와 같은 것에 의하여 감지된 상기 압력조절장치의 압력조절부재의 위치에 상응하는 감지신호가 포텐시오메터 혹은 상기 압력설정장치와 같은 것에 의하여 공급된 설정압력을 표시하는 설정압력신호와 일치할때까지 작동하도록 상기 구동장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 자기조절식 압력제어밸브.
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