WO2013165185A1 - Hydraulic servo actuator of steam valve for turbine control employing hydraulic dynamic bearing - Google Patents

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Abstract

The hydraulic servo actuator of a steam valve for turbine control according to one embodiment of the present invention comprises: a cylinder tube; a piston rod inserted into the cylinder tube in the lengthwise direction and moving in a reciprocating manner; and a hydraulic dynamic bearing which is disposed at the outer circumferential edge at one end portion of the piston rod in the cylinder tube, which has a tapered shape, the diameter of which gradually decreases toward said end portion of the piston rod, and which decreases the friction between the piston rod and the inner circumferential surface of the cylinder tube. According to the present invention, friction between the piston and the cylinder tube can be minimized and, by further comprising a wear ring and a buffer ring at the outer circumferential edge of the hydraulic dynamic bearing, the movement of the piston rod can be guided and foreign substances in the hydraulic working fluid can be filtered out.

Description

유압 다이내믹 베어링을 채용한 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터Hydraulic Servo Actuator of Steam Valve for Turbine Control with Hydraulic Dynamic Bearing
본 발명은 유압서보 액추에이터에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 원자력 및 화력발전소의 터빈회전을 제어하는 스팀밸브의 유압서보 액추에이터에 있어서, 피스톤과 실린더의 마찰을 최소화하기 위한 유압 다이내믹 베어링을 채용한 유압서보 액추에이터에 관한 것이다. The present invention relates to a hydraulic servo actuator, and more particularly, to a hydraulic servo actuator of a steam valve for controlling turbine rotation of nuclear and thermal power plants, a hydraulic servo employing a hydraulic dynamic bearing for minimizing friction between a piston and a cylinder. It relates to an actuator.
원자력 및 화력발전소 등의 대형 발전기를 구동하여 전기를 생산하기 위해서는 발전기에 연결된 고압 및 저압터빈에 최적량의 스팀을 공급하여야 하고, 고속으로 회전하는 터빈이나 스팀계통에 이상이 발생할 경우에는 터빈의 과속방지를 위하여, 즉시 터빈으로 공급되는 스팀을 차단하여 터빈을 보호해야 한다.In order to produce electricity by driving large generators such as nuclear and thermal power plants, it is necessary to supply the optimum amount of steam to the high and low pressure turbines connected to the generator. To prevent this, the turbine must be protected by immediately shutting off the steam to the turbine.
이를 위한 것이 도 1a 및 도 1b에 도시된 터빈출력제어장치(제어밸브, 300)이며, 상기 터빈출력제어장치(300)는 원자력 및 화력발전소에서 스팀터빈에 유체에너지인 스팀을 최적으로 공급하여 터빈을 회전시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동하여 전기를 생산할 수 있도록 하는 것으로, 터빈의 속도와 계통의 스팀량을 제어하는 것이다.The turbine output control device (control valve, 300) shown in Figures 1a and 1b for this purpose, the turbine output control device 300 is a turbine by optimally supplying the fluid energy steam to the steam turbine in nuclear and thermal power plants The mechanical energy is used to drive the generator to produce electricity, controlling the speed of the turbine and the amount of steam in the system.
이러한 상기 터빈출력제어장치(300)는 도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 바와 같이, 단동(single)형 유압서보 액추에이터(200)에 의해 작동되는데, 이러한 기존의 유압서보 액추에이터(200)는 유압서보 액추에이터(200) 내부에 형성된 실린더 튜브(10)와, 상기 실린더 튜브(10)의 내부에 일단부가 길이방향으로 내설되는 피스톤 로드(20)와, 상기와 같이 실린더 튜브(10)에 내설된 피스톤 로드(20)의 일단부에 형성되는 피스톤 헤드(31)로 이루어져, 상기 실린더 튜브(10)로 유입되는 유압유에 의해 상, 하로 유동되는 피스톤(30)과, 상승된 피스톤(30)에 의해 압축되었다가, 원상태로 복귀되면서 피스톤(30)을 하강시키는 스프링(40)과, 유압서보 액추에이터(200)의 급속 복귀 시 유압유를 외부로 배출하는 급속배유밸브(덤프 밸브, 50)로 이루어지며, 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있듯이, 1000MW급 원자력발전소의 스팀터빈에는 20개의 스팀을 공급하는 스팀공급밸브가 장착되어 있고, 500MW급 화력발전소에는 10개의 스팀공급밸브가 장착되어 있다.The turbine output control device 300 is operated by a single-type hydraulic servo actuator 200, as shown in Figures 1a, 1b and 2, such a conventional hydraulic servo actuator 200 is The cylinder tube 10 formed in the hydraulic servo actuator 200, the piston rod 20 having one end portion in the longitudinal direction inside the cylinder tube 10, and the cylinder tube 10 embedded in the cylinder tube 10 as described above. It consists of a piston head 31 formed at one end of the piston rod 20, the piston 30 flows up and down by the hydraulic oil flowing into the cylinder tube 10, by the raised piston 30 Compressed, it is made of a spring (40) for lowering the piston 30 while returning to the original state, and a rapid oil drain valve (dump valve, 50) for discharging the hydraulic oil to the outside during the rapid return of the hydraulic servo actuator 200, As shown in FIGS. 3A and 3B , A steam turbine of a 1000MW-class nuclear power plant is equipped with a steam supply valve for supplying the steam 20 and, 500MW grade thermal power plant is equipped with a steam supply valve 10.
상기 터빈출력제어장치(300)는 발전소 별로 발전량 제어에 따라서 일부는 100% 열림 상태로 제어되고, 일부는 10~100%까지 작동을 하고, 액추에이터(200)의 고착상태를 막기 위해서 상시 미세하게 움직임을 가지고 있으며, 3개월에 1회 이상 순차적으로 열림과 닫힘을 점검한다.The turbine output control device 300 is partially controlled to 100% open state according to the power generation amount control for each power plant, a part is operated up to 10 ~ 100%, and always finely moved to prevent the stuck state of the actuator 200 Check the opening and closing at least once every 3 months.
또한, 고열과 오염 입자 등으로 인하여 실린더 튜브(10)와 피스톤 실(seal)부분이 고착되는 고장발생사례가 있기 때문에, 원자력 발전소의 경우, 핵연료 교체주기인 18개월에 1회씩 액추에이터(200) 전체를 분해정비(overhaul)한다.In addition, since there is a failure case in which the cylinder tube 10 and the piston seal portion are fixed due to high heat and contaminant particles, the entire actuator 200 in a nuclear fuel replacement cycle is performed once every 18 months. Overhaul
발전소의 단동형 유압서보 액추에이터(200)는 긴 행정거리를 자주 선회(직선운동)를 하지 못하고, 압력에 의해서 실린더 튜브(10)에 피스톤 실이 강하게 밀착된 상태로 아주 미세하게 움직이게 됨으로써 마찰열이 발생하여 소착이 발생하게 되고, 이때 유압작동유 속에 혼입된 오염 입자들이 쐐기(wedge) 형태로 실린더 내에 낌이 발생함으로서 정상작동을 하지 못하는 등의 고장이 증가되는 원인이 되었다.The single-acting hydraulic servo actuator 200 of the power plant does not frequently turn a long stroke (linear motion), and the frictional heat is generated because the piston seal moves very finely in a state where the piston seal is strongly adhered to the cylinder tube 10 by pressure. When the sintering occurs, contaminants mixed in the hydraulic fluid are caught in the cylinder in the form of wedges, which causes a failure such as failure to operate normally.
또한, 상용화는 이루어지지 않았지만 정압 베어링을 로드에 채용하는 기술이 특허로 출원되었지만, 이는 단동 실린더의 특성이 반영되지 못했다. 즉, 피스톤 로드 부분은 저압의 누유량만 채워져 있는 상태로 압력이 존재하지 않기 때문에 거의 실 마찰이 존재하지 않고, 피스톤 로드의 정압 베어링에 압력을 가해야 함으로서, 이 높은 압력이 실 마찰을 증가시키는 악영향을 미칠 수 있다.In addition, although the commercialization has not been made, the technology of adopting a static bearing to the rod has been applied for a patent, but this does not reflect the characteristics of the single-acting cylinder. That is, since there is no pressure in the state where the piston rod part is filled with only the low leakage oil, there is almost no real friction, and this high pressure increases the actual friction by applying pressure to the static pressure bearing of the piston rod. May adversely affect
상기 특허에 개시된 "복동 실린더(양 로드 실린더)와 각각의 로드에 정압 베어링을 채용하는 기술"은 발전소 계통에 이상이 발생할 경우 비상정지를 위해 액추에이터가 급속하게 후진하여 스팀을 차단하는데, 이 경우는 액추에이터 하단에 설치된 큰 강철 스프링에 의해서 급속하게 작동됨으로써 액추에이터 행정거리 끝단에 기계적 충격이 발생하여, 파손이 됨으로 유압 쿠션(완충)기능이 존재하는데 이를 설치할 수 없는 기구학적 문제를 가지고 있다.In the patent, the "double-acting cylinder (both rod cylinder) and the technology of employing a static bearing on each rod" is the actuator rapidly reverses and shuts off the steam in case of an emergency in the power plant system, in this case Rapidly actuated by a large steel spring installed at the bottom of the actuator, mechanical shock occurs at the end of the actuator stroke distance, resulting in breakage of the hydraulic cushion (buffer) function, which has a mechanical problem that cannot be installed.
또한, 정압 베어링은 압력이 공급되지 않을 경우 즉시 베어링의 역할을 상실하는데, 실제로 발전소에서는 정전 등의 이상이 발생했을 때 액추에이터가 스프링에 의해서 급속하게 차단되어야 할 경우에 베어링 역할을 하지 못하는 치명적인 문제점을 가지고 있다.In addition, hydrostatic bearings lose their role immediately when no pressure is applied.In fact, power plants fail to act as bearings when the actuator is to be shut off rapidly by a spring when an abnormality such as a power failure occurs. Have.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원자력 및 화력 발전기에 연결된 고압 및 저압 스팀터빈으로 적정량의 스팀을 공급하거나 또는 비상시 스팀의 공급을 차단하는 유압서보 액추에이터에 있어서, 유압서보 액추에이터의 피스톤에 테이퍼형 유압 다이내믹 베어링을 채용하여 마찰을 최소화하고, 유압작동유 내부에 혼입된 미세한 오염입자(contamination particle)들을 흡수할 수 있는 다공질 물질 버퍼링(buffer ring)을 설치하여 흡착하고, 갑작스런 압력변화에 따른 피스톤 흔들림을 방지하고, 가이드 역할을 위하여 웨어링(wearing)을 설치한 원자력 및 화력발전소 터빈제어 액추에이터를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to supply a suitable amount of steam to the high pressure and low pressure steam turbine connected to the nuclear and thermal power generator or to the hydraulic servo actuator to cut off the supply of steam in the emergency In the piston of the hydraulic servo actuator, a tapered hydraulic dynamic bearing is adopted to minimize friction and a porous material buffer ring is installed to absorb fine contamination particles entrained in the hydraulic oil. In addition, to prevent the piston shake due to sudden pressure changes, and to provide a control actuator for the nuclear and thermal power plant turbine with a wear ring (wearing) for the guide role.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시 예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention will be described below, and will be appreciated by the embodiments of the present invention. Furthermore, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations indicated in the claims.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터는, 실린더 튜브와, 상기 실린더 튜브 내에서 길이방향으로 삽입되며 왕복 이동하는 피스톤 로드, 및 상기 실린더 튜브 내에서 상기 피스톤 로드의 일단부의 외주연에 구비되고, 상기 피스톤 로드의 일단부를 향해 직경이 점차 감소되는 테이퍼진 형태를 가지며, 상기 피스톤 로드와 상기 실린더 튜브 내주면 사이의 마찰을 감소시키는 유압 다이내믹 베어링을 포함한다.As a means for solving the above problems, the hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve according to an embodiment of the present invention, a cylinder tube, a piston rod inserted in the longitudinal direction and reciprocating in the cylinder tube, and It is provided on the outer periphery of one end of the piston rod in the cylinder tube, has a tapered form that the diameter gradually decreases toward one end of the piston rod, the hydraulic pressure to reduce the friction between the piston rod and the cylinder tube inner peripheral surface Dynamic bearings.
상기 유압 다이내믹 베어링은, 상기 실린더 튜브의 내주면과 상기 유압 다이내믹 베어링의 외주연 사이로 유압작동유가 미세 유동되도록 이격되어 구비될 수 있다. The hydraulic dynamic bearing may be provided to be spaced apart from the inner circumferential surface of the cylinder tube and the outer circumferential edge of the hydraulic dynamic bearing so that the hydraulic hydraulic fluid flows finely.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터는, 상기 유압 다이내믹 베어링의 외주연에 구비되며 상기 피스톤 로드의 이동을 가이드하기 위한 웨어링을 더 포함할 수 있다. The hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve according to another embodiment of the present invention may be provided on an outer circumference of the hydraulic dynamic bearing and further include a wear ring for guiding the movement of the piston rod.
상기 웨어링은 상기 유압 다이내믹 베어링의 양측 외주연 중, 직경이 커지는 일측 외주연에 구비될 수 있다.The wear ring may be provided at one side outer circumference of which the diameter is increased among the outer circumferences of both sides of the hydraulic dynamic bearing.
상기 웨어링은 상기 유압 다이내믹 베어링의 일측 외주연에 형성되는 제1 원주형 홈에 삽입 설치될 수 있다.The wear ring may be inserted into a first cylindrical groove formed at one outer circumference of the hydraulic dynamic bearing.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터는, 상기 유압 다이내믹 베어링의 외주연에 구비되며 상기 실린더 튜브내로 유입되는 유압작동유의 이물질을 여과하는 버퍼링(buffer ring)을 더 포함할 수 있다.The hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve according to another embodiment of the present invention may further include a buffer ring provided at an outer circumference of the hydraulic dynamic bearing to filter foreign substances of hydraulic hydraulic oil introduced into the cylinder tube. Can be.
상기 버퍼링은 상기 유압 다이내믹 베어링의 양측 외주연 중, 직경이 작아지는 타측 외주연에 구비될 수 있다.The buffering may be provided at the outer circumference of the other side of which the diameter becomes smaller among the outer circumferences of both sides of the hydraulic dynamic bearing.
상기 버퍼링은 상기 유압 다이내믹 베어링의 타측 외주연에 형성되는 제2 원주형 홈에 삽입 설치될 수 있다.The buffering may be inserted into a second cylindrical groove formed at the outer circumference of the other side of the hydraulic dynamic bearing.
상기 버퍼링은 다공질 물질로 형성될 수 있다.The buffering may be formed of a porous material.
본 발명의 실시예들에 따른 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터는, 상기 피스톤 로드에 상기 실린더 튜브 내부에 위치한 일단부 외주연에 테이퍼진 형태로 형성되는 쿠션 부재가 구비될 수 있다. Hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve according to the embodiments of the present invention, the piston rod may be provided with a cushioning member formed in a tapered shape on the outer periphery of one end located inside the cylinder tube.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 유압서보 액추에이터의 분해정비 후 조립을 할 때, 웨어링에 의해서 금속마찰이 발생하지 않고, 작동 중 실 마찰이 발생하지 않는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect that the metal friction does not occur by the wear ring, the actual friction does not occur when the assembly after disassembly and maintenance of the hydraulic servo actuator.
또한, 본 발명은 버퍼링에 의해 압력작동유가 함유하고 있는 이물질이 여과되도록 함으로써, 오염물질에 의한 고장을 방지함으로서 유압서보 액추에이터의 제어 안정성을 발휘하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of exhibiting the control stability of the hydraulic servo actuator by preventing foreign substances contained in the pressure hydraulic fluid by the buffering, thereby preventing the failure caused by contaminants.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 터빈제어 액추에이터가 설치되어 있는 터빈출력 제어장치를 나타낸 일 실시예의 도면이다.1A and 1B are diagrams of an embodiment of a turbine output control apparatus in which a general turbine control actuator is installed.
도 2는 종래의 원자력 및 화력발전소의 터빈제어용 유압서보 액추에이터를 나타낸 정면 단면도이다.2 is a front sectional view showing a conventional hydraulic servo actuator for turbine control of nuclear and thermal power plants.
도 3a 및 도 3b는 일반적인 원자력 및 화력발전소의 터빈 제어밸브 및 스팀 계통도이다.3a and 3b is a turbine control valve and steam system diagram of a typical nuclear and thermal power plant.
도 4는 종래의 터빈제어용 유압서보 액추에이터를 나타낸 정면 단면도이다.4 is a front sectional view showing a conventional hydraulic servo actuator for turbine control.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링을 사용한 터빈제어용 유압서보 액추에이터를 나타낸 정면 단면도이다.5 is a front sectional view showing a hydraulic servo actuator for turbine control using a hydraulic dynamic bearing according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈제어용 유압서보 액추에이터가 스프링에 의해 후진할 경우 최종 단에서 나타나는 쿠션작용도를 나타낸 정면 단면도이다.Figure 6 is a front cross-sectional view showing a cushion action diagram appearing in the final stage when the turbine servohydraulic servo actuator according to an embodiment of the present invention when it is reversed by a spring.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링의 다이어그램이다.7 is a diagram of a hydraulic dynamic bearing in accordance with one embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 유압 다이내믹 베어링의 틈새(유막, clearance) 변화에 따른 유량곡선이다.8 is a flow curve according to a change in clearance (oil film, clearance) of the hydraulic dynamic bearing according to the present invention.
도 9는 종래의 액추에이터의 구조도를 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view showing a structural diagram of a conventional actuator.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링이 장착된 액추에이터의 구조도를 나타내는 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing a structural diagram of an actuator equipped with a hydraulic dynamic bearing according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링과 웨어링이 장착된 액추에이터의 구조도를 나타내는 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing a structural diagram of an actuator equipped with a hydraulic dynamic bearing and a wear ring according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링과 웨어링 및 버퍼링이 장착된 액추에이터의 구조도를 나타내는 단면도이다.12 is a cross-sectional view showing a structural diagram of an actuator equipped with a hydraulic dynamic bearing and a wear ring and a buffering according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 여러 실시 예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.Before describing the various embodiments of the present invention in detail, it will be appreciated that the application is not limited to the details of construction and arrangement of components described in the following detailed description or illustrated in the drawings. The invention can be implemented and carried out in other embodiments and can be carried out in various ways. In addition, the device or element orientation (eg "front", "back", "up", "down", "top", "bottom" The expressions and predicates used herein with respect to terms such as "," "left", "right", "lateral", etc. are used merely to simplify the description of the present invention, and related apparatus. Or it will be appreciated that the element does not simply indicate or mean that it should have a particular direction.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.The present invention has the following features to achieve the above object.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 유압 다이내믹 베어링을 채용한 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a hydraulic servo actuator of a steam control turbine valve employing a hydraulic dynamic bearing according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링을 사용한 터빈제어용 유압서보 액추에이터를 나타낸 정면 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터빈제어용 유압서보 액추에이터가 스프링에 의해 후진할 경우 최종 단에서 나타나는 쿠션작용도를 나타낸 정면 단면도이다. 5 is a front sectional view showing a hydraulic servo actuator for turbine control using a hydraulic dynamic bearing according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a turbine control hydraulic servo actuator according to an embodiment of the present invention when it is reversed by a spring. Front cross-sectional view showing the degree of cushioning appearing in the final stage.
도 5 및 도 6을 참조하면, 유압서보 액추에이터(100)는 실린더 튜브(110)와, 피스톤 로드(120) 및 유압 다이내믹 베어링(132)을 포함한다. 피스톤 로드(120) 및 유압 다이내믹 베어링(132)은 실린더 튜브(110) 내에 구비된다. 피스톤 로드(120)는 상기 실린더 튜브(110) 내에서 길이방향으로 삽입되며, 유압 다이내믹 베어링(132)은 상기 피스톤 로드(120)의 일단부의 외주연에 구비된다. 유압 다이내믹 베어링(132)은 피스톤 로드(120)의 일단부를 향해 직경이 점차 감소되는 테이퍼진 형태를 가지며, 피스톤 로드(120)와 실린더 튜브(110) 내주면 사이의 마찰을 감소시킬 수 있다. 5 and 6, the hydraulic servo actuator 100 includes a cylinder tube 110, a piston rod 120, and a hydraulic dynamic bearing 132. The piston rod 120 and the hydraulic dynamic bearing 132 are provided in the cylinder tube 110. The piston rod 120 is inserted in the longitudinal direction in the cylinder tube 110, the hydraulic dynamic bearing 132 is provided on the outer periphery of one end of the piston rod 120. The hydraulic dynamic bearing 132 has a tapered shape in which the diameter gradually decreases toward one end of the piston rod 120, and may reduce friction between the piston rod 120 and the inner circumferential surface of the cylinder tube 110.
실린더 튜브(110)의 내주면과 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연 사이는 이격되어 있으며, 그 사이로 실런더 튜브(110) 내로 유입되는 유압작동유가 미세유동될 수 있다. The inner circumferential surface of the cylinder tube 110 and the outer circumference of the hydraulic dynamic bearing 132 are spaced apart, and the hydraulic fluid flowing into the cylinder tube 110 may be minutely flowed therebetween.
한편, 피스톤 로드(120)에는 실린더 튜브(110) 내부에 위치한 일단부 외주연에 테이퍼진 형태로 형성되는 쿠션 부재(122)가 구비될 수 있다. 쿠션 부재(122)는, 스프링에 의해 피스톤 로드(120)가 하강될 때 쿠션 부재(122) 외주연측으로 유압작동유가 헤드블럭 사이로 서서히 빠지면서 헤드블럭을 닫을 수 있도록 하여, 유압 다이내믹 베어링(132)과 헤드블럭 사이의 유압작동유에 의해 쿠션 압력이 형성될 수 있도록 되어 있다. On the other hand, the piston rod 120 may be provided with a cushion member 122 formed in a tapered shape on the outer periphery of one end located in the cylinder tube 110. The cushion member 122 allows the hydraulic dynamic oil 132 to close to the outer peripheral side of the cushion member 122 when the piston rod 120 is lowered by a spring, thereby closing the head block while gradually releasing the hydraulic fluid between the head block and the hydraulic dynamic bearing 132. The cushion pressure can be formed by the hydraulic oil between the head blocks.
기존에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤 로드(20)의 일단부에 형성되는 실린더 헤드(70)의 경우, 외주연에 피스톤 실(seal, S)을 형성하며 실린더 튜브(10)의 내주연과 접촉되면서, 피스톤 로드(20)가 상하로 유동되는 형태를 가졌다. 그러나, 이러한 경우, 실린더 튜브(10) 내주연에 마찰열이 발생하게 되어 장비의 수명 단축과 함께, 실린더 튜브(10)와 피스톤(더욱 자세히는, 피스톤 헤드) 상호간의 접촉 부위에 이물질이 끼는 문제가 발생하였다. 이에, 본 발명에서는 도 6에서와 같이, 피스톤 로드(120)의 일단부의 외주연에, 피스톤 로드(120)의 길이방향 일측을 향해 직경이 점차 감소되는 테이퍼진 형상의 유압 다이내믹 베어링(132)을 구비하여 피스톤으로 사용한다. 이와 같은 테이퍼진 형상의 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연은 실린더 튜브(110)의 내주연과 접촉되지 않고 간극의 형태로 상호간 이격되어 있는 형태가 되도록 한다. Conventionally, as shown in FIG. 9, in the case of the cylinder head 70 formed at one end of the piston rod 20, a piston seal S is formed on an outer circumference thereof and the cylinder tube 10 is formed. In contact with the inner circumference, the piston rod 20 had a shape that flows up and down. In this case, however, frictional heat is generated in the inner circumference of the cylinder tube 10, and the life of the equipment is shortened, and foreign matter is caught in the contact portion between the cylinder tube 10 and the piston (more specifically, the piston head). Occurred. Thus, in the present invention, as shown in Figure 6, at the outer periphery of one end of the piston rod 120, a tapered hydraulic dynamic bearing 132 of which the diameter is gradually reduced toward one longitudinal direction of the piston rod 120 It is used as a piston. The outer periphery of the tapered shape hydraulic dynamic bearing 132 is not in contact with the inner periphery of the cylinder tube 110, so as to be spaced apart from each other in the form of a gap.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링의 다이어그램이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링이 장착된 액추에이터의 구조도를 나타내는 단면도이다. 7 is a diagram of a hydraulic dynamic bearing according to an embodiment of the present invention, Figure 10 is a cross-sectional view showing a structural diagram of an actuator equipped with a hydraulic dynamic bearing according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 10을 참조하면, 유압 다이내믹 베어링(132)은 쿠션 압력을 받는 쿠션 부재(122)측에 위치한 일단의 직경(d0)을 타단보다 작게 하고, 상시 탱크로 연결되어 압력이 거의 없는 피스톤 로드(120) 측에 위치한 타단의 직경(d1)을 일단보다 크게 하여, 결국 쿠션 부재(122)측 방향을 향해 직경이 점차 감소되는 테이퍼진 형상을 가지도록 한다. 유압 다이내믹 베어링(132)의 양측의 편심량(e) 변화에 따라서, 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연과 실린더 튜브(110)의 내주연 상호간의 간극이 작은 쪽에서 피스톤 로드(120)의 길이방향 중심축에 대하여 직각인 방향으로 힘이 발생하여, 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연 전체에 걸쳐, 유압 다이내믹 베어링(132)과 실린더 튜브(110) 내주연과의 간극이 자동으로 동일하게 유지된다. 즉 실린더 튜브(110) 내 유압 다이내믹 베어링(132)의 양측이 동심을 유지함으로써, 실린더 튜브(110) 내주연과 유압 다이내믹 베어링(132) 외주연 상호간의 실(seal) 마찰이 존재하지 않아 마찰 마모 고장을 근원적으로 해결하고, 급속한 작동에 의한 스틱 슬립(stick slip)이 발생하는 것이 방지된다. Referring to FIGS. 7 and 10, the hydraulic dynamic bearing 132 has a diameter d 0 of one end located on the side of the cushion member 122 which is subjected to cushion pressure smaller than the other end, and is connected to a tank at all times so that there is almost no pressure. The diameter (d 1 ) of the other end located on the piston rod 120 side is made larger than one end, so as to have a tapered shape in which the diameter gradually decreases toward the cushion member 122 side. In accordance with the change in the amount of eccentricity e on both sides of the hydraulic dynamic bearing 132, the longitudinal center of the piston rod 120 in the gap between the outer periphery of the hydraulic dynamic bearing 132 and the inner periphery of the cylinder tube 110 is smaller. The force is generated in a direction perpendicular to the axis, and the clearance between the hydraulic dynamic bearing 132 and the inner circumference of the cylinder tube 110 is automatically maintained over the entire outer circumference of the hydraulic dynamic bearing 132. That is, since both sides of the hydraulic dynamic bearing 132 in the cylinder tube 110 are kept concentric, there is no seal friction between the inner circumference of the cylinder tube 110 and the outer circumference of the hydraulic dynamic bearing 132, so that frictional wear and tear occurs. The failure is fundamentally solved, and stick slip due to rapid operation is prevented from occurring.
이러한 구조에 의해서, 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연과 실린더 튜브(110)의 내주연 사이로 유압작동유가 미세 유동되도록 함으로써, 유압 다이내믹 베어링(132)이 실린더 튜브(110) 내에서 실린더 튜브(110)의 폭방향으로 왔다갔다 이동되면서 자체적으로 중심을 잡게 되는 것으로, 유압 다이내믹 베어링(132)과 실린더 튜브(110) 상호간은 접촉되지 않되, 상호간의 간극 사이로 유압작동유는 미세유동이 가능한 구조이다.By such a structure, the hydraulic hydraulic fluid is finely flowed between the outer circumference of the hydraulic dynamic bearing 132 and the inner circumference of the cylinder tube 110, whereby the hydraulic dynamic bearing 132 is the cylinder tube 110 in the cylinder tube 110. By moving back and forth in the width direction) to be centered itself, the hydraulic dynamic bearing 132 and the cylinder tube 110 are not in contact with each other, but the hydraulic hydraulic oil is a structure capable of fine flow between the gaps.
이는 유체동력학적 기술을 사용함으로써, 압력을 공급했을 때와 공급하지 않고 스프링에 의해서 급속하게 피스톤이 움직일 때 발생하는 유체의 가속도에 의하여 발생하는 유체흐름으로 베어링 기능이 가능하며, 기존 액추에이터에 설치된 오리피스(도 4의 참조번호 '60')에서 누유되는 허용유량(0.2 ~ 0.4 GPM, 약 0.757 ~ 1.514 l/min.)을 감안하여, 본 발명의 도 7에 도시된 다이어그램과 같은 구조를 가진 본 발명의 유압 다이내믹 베어링(132)의 규격을 하기의 (수학식 1)에 대입하여 시뮬레이션한 결과, 본 발명의 도 8에 도시된 바와 같은 틈새(유막, clearance) 변화에 따른 유량 곡선을 특징으로 한다. By using hydrodynamic technology, the bearing function is possible due to the fluid flow generated by the acceleration of the fluid generated by the spring when the piston moves rapidly without supplying pressure, and the orifice installed in the existing actuator. In view of the allowable flow rate (0.2 to 0.4 GPM, about 0.757 to 1.514 l / min.) Leaked from (reference numeral '60' of FIG. 4), the present invention has a structure as shown in the diagram of FIG. 7 of the present invention. As a result of simulation by substituting the standard of the hydraulic dynamic bearing 132 into (Equation 1) below, the flow curve according to the gap (oil film, clearance) change as shown in FIG. 8 of the present invention is characterized.
(수학식 1)(Equation 1)
Figure PCTKR2013003801-appb-I000001
Figure PCTKR2013003801-appb-I000001
이 때, c는 유압 다이내믹 베어링(132)의 가장 두꺼운 부분의 외주연과 실린더 튜브(110) 내주연 사이의 틈새(clearance)이고, t는 유압 다이내믹 베어링(132)의 테이퍼 높이(taper height)이며, L은 유압 다이내믹 베어링(132)의 테이퍼 길이(taper length)이며, e는 편심(eccentric)이며, d는 실린더 튜브(110)의 내경을 의미한다. Q는 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연과 실린더 튜브(110) 내주연 사이를 유동하는 유량이고, △P 는 쿠션 부재(122)측의 압력(P2)과 피스톤 로드(120)측의 압력(P1)의 차이이다. Where c is the clearance between the outer periphery of the thickest part of the hydraulic dynamic bearing 132 and the inner periphery of the cylinder tube 110, and t is the taper height of the hydraulic dynamic bearing 132. , L is the taper length of the hydraulic dynamic bearing 132, e is eccentric, d means the inner diameter of the cylinder tube (110). Q is a flow rate flowing between the outer periphery of the hydraulic dynamic bearing 132 and the inner periphery of the cylinder tube 110, and ΔP is the pressure P 2 on the cushion member 122 side and the pressure on the piston rod 120 side. (P 1 ) is the difference.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링과 웨어링이 장착된 액추에이터의 구조도를 나타내는 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing a structural diagram of an actuator equipped with a hydraulic dynamic bearing and a wear ring according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연에는, 피스톤 로드(120)의 이동을 가이드하기 위한 웨어링(wearing, 134)을 더 포함할 수 있다. 유압 다이내믹 베어링(132)의 테이퍼진 양측 외주연 중, 직경이 점차 커지는 일측 외주연에 제1 원주형 홈(G1)을 형성하고, 그 원주형 홈(G1)에 웨어링(134)이 대응하여 삽입 설치될 수 있다. 웨어링(134)은 본 발명에 따른 유압서보 액추에이터(100)의 초기 조립 및 작동 중에 갑작스런 압력 변화가 있을 때, 웨어링(134)이 실린더 튜브(110)의 내주연과 접촉되면서 액추에이터(100)의 유압 다이내믹 베어링(132)의 흔들림을 방지하고, 피스톤(130)의 원활한 이동이 가능하도록 피스톤(130)의 이동을 가이드하는 역할을 한다. Referring to FIG. 11, the outer periphery of the hydraulic dynamic bearing 132 may further include a wear ring 134 for guiding the movement of the piston rod 120. Of the tapered both outer peripheries of the hydraulic dynamic bearing 132, a first cylindrical groove G1 is formed at one outer periphery of which diameter gradually increases, and the wear ring 134 is correspondingly inserted in the cylindrical groove G1. Can be installed. The wear ring 134 is a hydraulic pressure of the actuator 100 while the wear ring 134 is in contact with the inner circumference of the cylinder tube 110 when there is a sudden pressure change during the initial assembly and operation of the hydraulic servo actuator 100 according to the present invention. It prevents the shaking of the dynamic bearing 132, and serves to guide the movement of the piston 130 to enable the smooth movement of the piston (130).
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유압 다이내믹 베어링과 웨어링 및 버퍼링이 장착된 액추에이터의 구조도를 나타내는 단면도이다. 12 is a cross-sectional view showing a structural diagram of an actuator equipped with a hydraulic dynamic bearing and a wear ring and a buffering according to another embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 버퍼링(buffer ring, 133)은 전술된 웨어링(134)과 마찬가지로 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연에 구비되는 것으로, 웨어링(134)의 반대측에 구비될 수 있다. 유압 다이내믹 베어링(132)의 테이퍼진 양측 외주연 중, 직경이 점차 작아지는 타측 외주연에 제2 원주형 홈(G2)을 형성하고, 그 원주형 홈(G2)에 대응하여 버퍼링(133)이 삽입 설치될 수 있다. 버퍼링(133)은 전술한 유압 다이내믹 베어링(132)의 외주연 측으로 미세 유동되는 유압작동유 내부에 혼입된 이물질(오염물질, 오염입자, contamination particle)을 흡수 또는 흡착함으로써, 이물질로 인한 실린더 튜브(110) 막힘이나 손상을 방지하기 위한 것으로, 유압작동유가 함유하고 있는 이물질은 여과하면서 유압작동유는 틈새를 통해 이동시키는 형태이다. 이를 위해, 버퍼링(133)은 망 형태 등으로 형성된 다공성 물질로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 12, the buffer ring 133 is provided on the outer circumference of the hydraulic dynamic bearing 132 similarly to the wear ring 134 described above, and may be provided on the opposite side of the wear ring 134. A second cylindrical groove G2 is formed on the other outer peripheral edge of the tapered both outer periphery of the hydraulic dynamic bearing 132 and the diameter gradually decreases, and the buffering 133 corresponds to the cylindrical groove G2. Insert can be installed. The buffer ring 133 absorbs or adsorbs foreign matters (contaminants, contaminants, contamination particles) mixed inside the hydraulic fluid that is finely flowed to the outer circumferential side of the hydraulic dynamic bearing 132 described above, thereby allowing the cylinder tube 110 to be caused by the foreign matters. ) It is to prevent clogging or damage, and foreign materials contained in the hydraulic fluid are filtered while the hydraulic fluid is moved through the gap. To this end, the buffering 133 may be made of a porous material formed in a net form or the like.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터에 의해서, 피스톤과 실린더 튜브와의 상호 마찰을 최소화할 수 있으며, 유압 다이내믹 베어링의 외주연에 웨어링 및 버퍼링을 더 구비하여 피스톤 로드의 이동을 가이드하고 유압작동유 내 이물질을 여과할 수 있다.Thus, by the hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve according to the embodiments of the present invention, it is possible to minimize the mutual friction between the piston and the cylinder tube, and further comprising a wear ring and buffering on the outer periphery of the hydraulic dynamic bearing It can guide the movement of the piston rod and filter foreign matter in the hydraulic fluid.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this, The person of ordinary skill in the art to which this invention belongs, Various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
본 발명은 유압서보 액추에이터의 분해정비 후 조립을 할 때, 웨어링에 의해서 금속마찰이 발생하지 않고, 작동 중 실 마찰이 발생하지 않는 효과가 있다.According to the present invention, when assembling after disassembly and maintenance of the hydraulic servo actuator, the metal friction does not occur by the wear ring, and there is an effect that the actual friction does not occur during operation.
또한, 본 발명은 버퍼링에 의해 압력작동유가 함유하고 있는 이물질이 여과되도록 함으로써, 오염물질에 의한 고장을 방지함으로서 유압서보 액추에이터의 제어 안정성을 발휘하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of exhibiting the control stability of the hydraulic servo actuator by preventing foreign substances contained in the pressure hydraulic fluid by the buffering, thereby preventing the failure caused by contaminants.

Claims (10)

  1. 실린더 튜브;Cylinder tube;
    상기 실린더 튜브 내에서 길이방향으로 삽입되며 왕복 이동하는 피스톤 로드; 및A piston rod inserted longitudinally in the cylinder tube and reciprocating; And
    상기 실린더 튜브 내에서 상기 피스톤 로드의 일단부의 외주연에 구비되고, 상기 피스톤 로드의 일단부를 향해 직경이 점차 감소되는 테이퍼진 형태를 가지며, 상기 피스톤 로드와 상기 실린더 튜브 내주면 사이의 마찰을 감소시키는 유압 다이내믹 베어링을 포함하는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터. It is provided on the outer periphery of one end of the piston rod in the cylinder tube, has a tapered form that the diameter gradually decreases toward one end of the piston rod, the hydraulic pressure to reduce the friction between the piston rod and the cylinder tube inner peripheral surface Hydraulic Servo Actuator for Steam Valve for Turbine Control with Dynamic Bearing.
  2. 제 1 항에서,In claim 1,
    상기 유압 다이내믹 베어링은,The hydraulic dynamic bearing,
    상기 실린더 튜브의 내주면과 상기 유압 다이내믹 베어링의 외주연 사이로 유압작동유가 미세 유동되도록 이격되어 구비되는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.The hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve is spaced apart from the inner peripheral surface of the cylinder tube and the outer circumference of the hydraulic dynamic bearing so that the hydraulic fluid flows finely.
  3. 제 1 항에서,In claim 1,
    상기 유압 다이내믹 베어링의 외주연에 구비되며 상기 피스톤 로드의 이동을 가이드하기 위한 웨어링을 더 포함하는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.The hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve is provided on the outer periphery of the hydraulic dynamic bearing further comprises a wear ring for guiding the movement of the piston rod.
  4. 제 3 항에서,In claim 3,
    상기 웨어링은 상기 유압 다이내믹 베어링의 양측 외주연 중, 직경이 커지는 일측 외주연에 구비되는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.The wear ring is a hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve provided on one side outer circumference of the outer diameter of both sides of the hydraulic dynamic bearing.
  5. 제 4 항에서,In claim 4,
    상기 웨어링은 상기 유압 다이내믹 베어링의 일측 외주연에 형성되는 제1 원주형 홈에 삽입 설치되는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.The wear ring is a hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve is installed in the first cylindrical groove formed on the outer periphery of the hydraulic dynamic bearing.
  6. 제 1 항에서,In claim 1,
    상기 유압 다이내믹 베어링의 외주연에 구비되며 상기 실린더 튜브내로 유입되는 유압작동유의 이물질을 여과하는 버퍼링(buffer ring)을 더 포함하는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.And a buffer ring provided at an outer circumference of the hydraulic dynamic bearing and filtering a foreign substance of the hydraulic hydraulic oil flowing into the cylinder tube.
  7. 제 6 항에서,In claim 6,
    상기 버퍼링은 상기 유압 다이내믹 베어링의 양측 외주연 중, 직경이 작아지는 타측 외주연에 구비되는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.The buffering is a hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve is provided on the outer peripheral edge of the two sides of the hydraulic dynamic bearing, the outer diameter of the smaller.
  8. 제 7 항에서,In claim 7,
    상기 버퍼링은 상기 유압 다이내믹 베어링의 타측 외주연에 형성되는 제2 원주형 홈에 삽입 설치되는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.The buffering is a hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve is installed in the second cylindrical groove formed on the outer peripheral edge of the hydraulic dynamic bearing.
  9. 제 6 항에서,In claim 6,
    상기 버퍼링은 다공질 물질로 형성되는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.The buffering is a hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve is formed of a porous material.
  10. 제 1 항에서, In claim 1,
    상기 피스톤 로드에는 상기 실린더 튜브 내부에 위치한 일단부 외주연에 테이퍼진 형태로 형성되는 쿠션 부재가 구비되는 터빈제어용 스팀밸브의 유압서보 액추에이터.The piston rod is a hydraulic servo actuator of the turbine control steam valve is provided with a cushion member formed in a tapered shape on the outer periphery of one end located inside the cylinder tube.
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