WO2017034061A1 - 밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치 - Google Patents

밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치 Download PDF

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WO2017034061A1
WO2017034061A1 PCT/KR2015/009095 KR2015009095W WO2017034061A1 WO 2017034061 A1 WO2017034061 A1 WO 2017034061A1 KR 2015009095 W KR2015009095 W KR 2015009095W WO 2017034061 A1 WO2017034061 A1 WO 2017034061A1
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WO
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stamp
valve
lower fixing
monitoring device
fixed
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/009095
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English (en)
French (fr)
Inventor
이상혁
김대환
이태현
류경하
김상교
김재형
김영중
Original Assignee
한국기계연구원
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K35/00—Means to prevent accidental or unauthorised actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/30—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. mechanical strain gauge

Definitions

  • the present invention relates to a stem fracture monitoring device of a valve actuator, and more particularly, to determine the influence of the moment applied to the stem during the operation of the valve driver to the fracture of the stamp, and to determine the relationship between the moment and the deformation amount of the stamp. It relates to a stamping failure monitoring device of the valve actuator for.
  • a valve is representative.
  • a number of devices or methods for diagnosing or evaluating the state of the valve have been developed.
  • Korean Patent No. 10-1527315 discloses a technique for a performance test apparatus of an air driver capable of measuring related information, including a stamp sensor and a displacement sensor
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-2007- 0044973 relates to a method and apparatus for controlling a motor drive valve, and discloses a technology related to a stamp force measurement sensor mounted on the motor drive valve to measure a force of a stamp.
  • the pressure generated when the working fluid flows inside acts as an external force on the plug or disk of the valve, and this external force causes a moment to be applied to the stamp, causing deformation or failure of the stamp. Therefore, it is necessary to monitor the deformation or failure of the stamp as described above, to predict the deformation of the stamp, and to predict the damage of the stamp in the actual application environment in advance and to prevent similar situations such as accidents in advance. Do. However, to date, research on the related technology is weak.
  • an object of the present invention relates to a stem fracture monitoring device of a valve actuator capable of predicting or diagnosing the fracture of a stem by measuring the deformation amount of the stamp more effectively and precisely. .
  • the stem fracture monitoring device of the valve driver is fixed to at least one of a drive stamp or a valve stem of the valve driver, to diagnose or break the drive stamp or the valve stem.
  • Predict and include upper and lower fixtures and a plurality of pillars.
  • the upper and lower fixing parts are spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the plurality of pillar parts may be fixed at both ends to the upper and lower fixing parts, respectively, and extend in a direction parallel to the extending direction of the driving stamp or the valve stamp.
  • the upper fixing portion is fixed to the drive stamp
  • the lower fixing portion is fixed to the valve stem, it is possible to diagnose or predict the failure of the drive stamp and the valve stamp.
  • both the upper fixing portion and the lower fixing portion may be fixed to the drive stamp or both of the valve stamps to diagnose or predict fracture of the drive stamp or the valve stamp.
  • each of the upper and lower fixing parts may have a circular plate or square plate shape.
  • each of the upper and lower fixing portions may be separated from each other so that the upper and lower openings are opened, and may be detachable from the driving stem or the valve stem.
  • the plurality of pillar parts may be arranged at uniform intervals along the circumference of the upper and lower fixing parts.
  • a measuring unit for measuring the deformation of the pillar portion may be formed.
  • the measuring unit may be a strain gauge attached to the pillar portion.
  • the measuring unit may be a linear variable differential transformer (LVDT) for measuring the distance between the upper and lower fixing parts introduced into the pillar portion or replacing the pillar portion.
  • LVDT linear variable differential transformer
  • the stamp breaking monitoring device includes a pair of fixing parts spaced apart and fixed at a predetermined distance and a measuring part measuring a relative position change of the fixing parts, thereby deforming the valve stamp or the driving stamp. Measurement is possible.
  • the measuring unit is formed in the plurality of pillars formed between the fixing parts, even if the valve stamp or the driving stamp is deformed in various directions, it is possible to measure the deformation of the valve stamp or the driving stamp relatively precisely and accurately. have.
  • the measurement unit selectively uses a strain gauge or LVDT, and can measure the direction and the deformation amount of the deformation of the valve stem or the driving stamp accurately and accurately based on the measured values formed on the respective pillars.
  • the stamp breaking monitoring device is fixed to the valve stamp and the driving stamp of the valve driver at the same time to diagnose or predict the fracture of the valve stamp and the driving stamp, as well as the valve stamp mounted only on the valve stamp to diagnose or predict the fracture of the ball stamp. And, it is mounted only on the drive stamp can diagnose or predict the break of the drive stamp, it is possible to monitor a variety of stamp failure.
  • the stamp breaking monitoring device is fixed to the stamp, it is possible to improve the bondability to the structure that is located in the stamp in a symmetrically separated state and then coupled to each other fixed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a valve driver according to the prior art.
  • Figure 2a is a schematic diagram showing a valve driver equipped with a stamped breaking monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2b is a schematic diagram showing a valve driver equipped with a stamped breaking monitoring device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 2c is a schematic diagram showing a valve actuator is equipped with a stamping failure monitoring device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a perspective view illustrating the stamp breaking monitoring device of FIGS. 2A to 2C
  • FIG. 3B is a side view illustrating the stamp breaking monitoring device of FIG. 3A.
  • 3C is a perspective view illustrating another example of the stamp breaking monitoring device of FIGS. 2A to 2C.
  • FIG. 4 is a side view illustrating a measuring unit of the stamp breaking monitoring device of FIG. 3A.
  • FIG. 5 is a side view illustrating another example of a measuring unit of the stamp breaking monitoring device of FIG. 3A.
  • valve driver 110 drive unit
  • valve portion 130 connection portion
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a valve driver according to the prior art.
  • the valve driver 100 includes a driving unit 110, a valve unit 120, and a connection unit 130 to control a fluid flowing through the valve unit 120.
  • a driving unit 110 to control a fluid flowing through the valve unit 120.
  • a valve unit 120 to control a fluid flowing through the valve unit 120.
  • a connection unit 130 to control a fluid flowing through the valve unit 120.
  • the driving unit 110 is connected to the cylinder portion 111 that forms a space therein, a piston 112 which is transferred up and down in the cylinder portion, and a lower portion of the piston 112 and the piston 112. ) Includes a driving stem 113 for vertically conveying.
  • the valve unit 120 is positioned below the drive unit 110 and is introduced into the valve body 121 through which fluid flows, and inside the valve body 121 to control the flow of the fluid and to the upper portion. And a valve stamp 122 extending to it.
  • valve driver 100 is manufactured such that the driving stamp 113 and the valve stem 122 are separated from each other due to the difficulty of design and manufacture, driving safety, etc., and are connected to each other through the connecting portion 130. do.
  • valve driver 100 when the valve driver 100 is driven, when a force is applied to the valve stem 122 side according to the flow of the fluid, the valve stem 122 is subjected to deformation such as tension, compression, or bending, Accordingly, breakage of the valve stem 122 or the drive stamp 113 may occur at the connection unit 130.
  • a stem break monitoring apparatus of the valve driver according to the present embodiment is required.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a valve driver equipped with a stamped breaking monitoring device according to an embodiment of the present invention.
  • valve driver 100 is the same as the structure of the conventional valve driver described with reference to FIG. 1, and will be omitted.
  • the stem breaking monitoring device 200 of the valve driver 100 is simultaneously connected to the driving stamp 113 and the valve stem 122, and the inside of the stamp breaking monitoring device 200 is The connecting portion 130 is interposed.
  • the connecting portion 130 is to connect the drive stamp 113 and the valve stem 122, substantially fixed in the form of one extension bar of the drive stamp 113 and the valve stamp 122. Therefore, even though the stamp breaking monitoring device 200 is fixed to the driving stamp 113 and the valve stamp 122 at the same time, it can be regarded as being substantially fixed to one stamp.
  • the break of the driving stamp 113 and the valve stem 122 may be diagnosed or predicted through the stamp breaking monitoring device 200.
  • stamp breaking monitoring device 200 A more specific shape of the stamp breaking monitoring device 200 will be described later.
  • Figure 2b is a schematic diagram showing a valve driver equipped with a stamped breaking monitoring device according to another embodiment of the present invention.
  • the stamp breaking monitoring device 201 has the same structure as the stamp breaking monitoring device 200 described with reference to FIG. 2A. However, the stamp breaking monitoring device 201 may be fixed only to the driving stamp 113 to diagnose or predict the breaking of the driving stamp 113.
  • Figure 2c is a schematic diagram showing a valve actuator is equipped with a stamping failure monitoring device according to another embodiment of the present invention.
  • the stamp breaking monitoring device 202 has the same structure as the stamp breaking monitoring device 200 described with reference to FIG. 2A. However, the stamp breaking monitoring device 202 may be fixed only to the valve stamp 122 to diagnose or predict the breaking of the valve stamp 122.
  • stamp breaking monitoring apparatus 200 201, 202
  • stamp breaking monitoring devices 200, 201, and 202 have only the fixed positions and have the same shape, only one stamp breaking monitoring device 200 will be described below.
  • FIG. 3A is a perspective view illustrating the stamp breaking monitoring device of FIGS. 2A to 2C
  • FIG. 3B is a side view illustrating the stamp breaking monitoring device of FIG. 3A.
  • the stamp breaking monitoring device 200 includes an upper fixing part 210, a lower fixing part 220, and a plurality of pillar parts 230.
  • each of the upper and lower fixing parts 210 and 220 of the stamp breaking monitoring device 200 may have a circular plate shape.
  • the upper and lower fixing parts 210 and 220 are spaced a predetermined distance and have a pair of symmetrical shapes, and are mounted on a driving stamp or a valve stamp according to the above-described embodiment. To this end, upper and lower openings 211 and 221 are formed in each of the upper and lower fixing parts 210 and 220.
  • each of the upper fixing portion 210 and the lower fixing portion 220 can be separated in the form of a semi-circular plate so that the upper and lower openings in the drive stamp or the valve stamp.
  • the separated structures in the state where the (211, 221) is located is coupled to each other, it may be fixed to the drive stamp or valve stamp.
  • the ease of joining is improved.
  • Both ends of the plurality of pillars 230 are fixed to the upper and lower fixing portions 210 and 220, respectively.
  • the pillar parts 230 may be formed at uniform intervals along the circumferential direction of the upper and lower fixing parts 210 and 220, and the number of the pillar parts 230 may be variously modified. have.
  • 3C is a perspective view illustrating another example of the stamp breaking monitoring device of FIGS. 2A to 2C.
  • the stamp breaking monitoring device 300 also includes an upper fixing part 310, a lower fixing part 320, and a plurality of pillar parts 330.
  • each of the upper and lower fixing parts 310 and 320 of the stamp breaking monitoring device 300 may have a rectangular plate shape.
  • the upper and lower fixing parts 310 and 320 are spaced a predetermined distance and have a pair of symmetrical shapes, and are mounted on a driving stamp or a valve stamp according to the above-described embodiment. To this end, upper and lower openings 311 and 321 are formed in the upper and lower fixing parts 310 and 320, respectively.
  • each of the upper fixing part 310 and the lower fixing part 320 may be separated in half so that the upper and lower openings 311 may be formed in the driving stamp or the valve stamp.
  • 321 is a structure in which the separated structures are coupled to each other, and may be fixed to the driving stamp or the valve stamp.
  • Both ends of the pillar parts 330 are fixed to the upper and lower fixing parts 310 and 320, respectively.
  • the pillar parts 330 may be formed at four corners of the upper and lower fixing parts 310 and 320, respectively, and the number and arrangement of the pillar parts 330 may be variously modified.
  • the upper and lower fixing parts 310 and 320 may be formed in a plate shape having various shapes in addition to a circular or rectangular plate.
  • FIG. 4 is a side view illustrating a measuring unit of the stamp breaking monitoring device of FIG. 3A.
  • the bending moment when a bending moment is applied to the valve stem 122 or the driving stamp 113, the bending moment is bent as shown. Accordingly, one end of the upper and lower fixing parts 210 and 220 may be bent. Are close to each other and the other ends are far from each other. Thus, the ones fixed at positions adjacent to each other among the pillar parts 230 are bent while decreasing in length, and the ones fixed at positions away from each other are bent in increasing length.
  • the measuring unit 240 when the measuring unit 240 is attached to the pillars 230, the measured length 240 increases or decreases the length of the pillars 230. I can measure it.
  • the measuring unit 240 when the measuring unit 240 is attached to each of the pillars 230, and measures the deformed amount of the pillars 230 through the measuring unit 240, from the measured deformation amount
  • the deformation direction and the deformation amount of the valve stem 122 or the driving stamp 113, in particular, the direction and magnitude of the bending moment are measured.
  • the deformation direction of the valve stem 122 or the driving stamp 113 may be more accurately measured.
  • the deformation or breakage of the valve stamp 122 or the drive stamp 113 of the actual valve driver may be predicted or Diagnosis can be made.
  • the measurement unit 240 may be attached to the pillars 230 with a strain gauge, for example, to measure the deformation of the pillars 230.
  • FIG. 5 is a side view illustrating another example of a measuring unit of the stamp breaking monitoring device of FIG. 3A.
  • the pillar parts 230 of the stamp breaking monitoring device connect the upper and lower fixing parts 210 and 220, as shown in the drawing. As described above, the measuring part 250 fixed to the upper or lower fixing parts 210 and 220 is introduced into the pillar parts 230.
  • the measurement unit 250 is fixed to the upper and lower fixing parts 210 and 220 by a linear variable differential transformer (LVDT) to change the gap between the upper and lower fixing parts 210 and 220, respectively. Measure it.
  • LVDT linear variable differential transformer
  • the measuring unit 250 also enters each of the pillars 230 or replaces the pillars and measures the change in the gap between the upper and lower fixing parts 210 and 220 at each position. .
  • the pillar parts 230 form LVDT body parts
  • the measuring part 250 introduced into the pillar parts 230 is the upper and lower fixing parts 210 by the LVDT probe.
  • the LVDT probe protrudes from the LVDT body parts and measures the change in the distance between the upper and lower fixing parts 210 and 220.
  • the pillar parts 230 are replaced with the LVDT probes, so that the LVDT probes have the upper and lower fixing parts as the positions of the upper and lower fixing parts 210 and 220 change. The change in the interval between 210 and 220 is measured.
  • the deformation direction and the deformation amount of the valve stem 122 or the driving stamp 113 can also be measured through the measurement unit 250.
  • valve stamp 122 or the drive stamp 113 by precisely measuring the deformation direction and the deformation amount of the valve stamp 122 or the drive stamp 113, predicting or diagnosing the deformation or breakage of the valve stamp 122 or the drive stamp 113 of the actual valve driver. can do.
  • the stamp breaking monitoring device includes a pair of fixing parts spaced apart and fixed at a predetermined distance and a measuring part for measuring a relative position change of the fixing parts, thereby driving a valve stamp or driving.
  • Deformation measurement of the stamp is possible.
  • the measuring unit is formed in the plurality of pillars formed between the fixing parts, even if the valve stamp or the driving stamp is deformed in various directions, it is possible to measure the deformation of the valve stamp or the driving stamp relatively precisely and accurately. have.
  • the measurement unit selectively uses a strain gauge or LVDT, and can measure the direction and the deformation amount of the deformation of the valve stem or the driving stamp accurately and accurately based on the measured values formed on the respective pillars.
  • the stamp breaking monitoring device is fixed to the valve stamp and the driving stamp of the valve driver at the same time to diagnose or predict the fracture of the valve stamp and the driving stamp, as well as the valve stamp mounted only on the valve stamp to diagnose or predict the fracture of the ball stamp. And, it is mounted only on the drive stamp can diagnose or predict the break of the drive stamp, it is possible to monitor a variety of stamp failure.
  • the stamp breaking monitoring device is fixed to the stamp, it is possible to improve the bondability to the structure that is located in the stamp in a symmetrically separated state and then coupled to each other fixed.
  • the stem failure monitoring device of the valve driver according to the present invention has industrial applicability that can be used to predict or diagnose the stem failure of a valve control valve for fluid control used in a power plant or the like.

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Abstract

밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치는, 밸브 구동기의 구동 스탬 또는 밸브 스탬 중 적어도 하나에 고정되어, 상기 구동 스탬 또는 밸브 스탬의 파단을 진단 또는 예측하며, 상부 및 하부 고정부들 및 복수의 기둥부들을 포함한다. 상기 상부 및 하부 고정부들은 서로 소정 거리 이격된다. 상기 복수의 기둥부들은 양 끝단이 상기 상부 및 하부 고정부들 각각에 고정되며 상기 구동 스탬 또는 상기 밸브 스탬의 연장 방향과 평행한 방향으로 연장된다.

Description

밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치
본 발명은 밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브 구동기의 작동 중에 스탬에 인가되는 모멘트가 스탬의 파단에 미치는 영향을 확인하고, 모멘트와 스탬의 변형량 사이의 관련성을 파악하기 위한 밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치에 관한 것이다.
원자력 발전소 등과 같은 발전소 내에서 유체 제어를 위한 다양한 장치들이 구비되고 있으며, 밸브가 대표적이다. 특히, 밸브의 경우 단순한 유체 제어 뿐 아리나 사고가 발생하는 등과 같은 유사시 안전기능도 동시에 수행하므로, 상기 밸브의 상태를 진단 또는 평가하기 위한 다수의 장치나 방법이 개발되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1527315호는 스탬센서와 변위센서를 포함하여 관련 정보를 계측할 수 있는 공기구동기의 성능 시험 장치에 관한 기술을 개시하고 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2007-0044973호는 모터 구동 밸브의 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 모터 구동 밸브에 장착되어 스탬의 힘을 측정하는 스탬 힘 측정용 센서에 관한 기술을 개시하고 있다.
특히, 밸브의 경우, 내부에서 작동유체가 흐를 때 발생하는 압력은 밸브의 플러그 또는 디스크에 외력으로 작용하며, 이러한 외력은 스탬에 모멘트를 인가하게 되어 스탬의 변형 또는 고장을 유발하게 된다. 따라서, 상기와 같은 스탬의 변형 또는 고장을 모니터링 하여, 스탬의 변형을 예측하고, 이를 바탕으로 실제 적용 환경에서의 스탬의 파손을 미리 예측하여 사고 등의 유사 상황을 미연에 방지하기 위한 기술이 필요하다. 그러나, 현재까지 관련 기술에 대한 연구는 미약한 상황이다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 스탬의 변형량을 보다 효과적이고 정밀하게 측정하여 스탬의 파단을 예측 또는 진단할 수 있는 밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치는, 밸브 구동기의 구동 스탬 또는 밸브 스탬 중 적어도 하나에 고정되어, 상기 구동 스탬 또는 밸브 스탬의 파단을 진단 또는 예측하며, 상부 및 하부 고정부들 및 복수의 기둥부들을 포함한다. 상기 상부 및 하부 고정부들은 서로 소정 거리 이격된다. 상기 복수의 기둥부들은 양 끝단이 상기 상부 및 하부 고정부들 각각에 고정되며 상기 구동 스탬 또는 상기 밸브 스탬의 연장 방향과 평행한 방향으로 연장된다.
일 실시예에서, 상기 상부 고정부는 상기 구동 스탬에 고정되며, 상기 하부 고정부는 상기 밸브 스탬에 고정되어, 상기 구동 스탬 및 상기 밸브 스탬의 파단을 진단 또는 예측할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부 고정부 및 상기 하부 고정부가 모두 상기 구동 스탬에 고정되거나 또는 모두 상기 밸브 스탬에 고정되어, 상기 구동 스탬 또는 상기 밸브 스탬의 파단을 진단 또는 예측할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부 및 하부 고정부들 각각은 원형 플레이트 또는 사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부 및 하부 고정부들 각각은 상부 및 하부 개구부들이 개방되도록 서로 분리되어, 상기 구동 스탬 또는 상기 밸브 스탬과 탈부착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부 및 하부 고정부들이 원형 플레이트 형상인 경우, 상기 복수의 기둥부들은 상기 상부 및 하부 고정부들의 원주를 따라 균일한 간격으로 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 기둥부들 중 적어도 하나의 기둥부에는, 상기 기둥부의 변형을 측정하는 측정부가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정부는, 상기 기둥부에 부착된 스트레인 게이지(strain gauge)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정부는, 상기 기둥부의 내부에 인입되거나 또는 상기 기둥부를 대체하며 상기 상부 및 하부 고정부들 사이의 거리를 측정하는 LVDT(linear variable differential transformer)일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 스탬 파단 모니터링 장치는 소정거리로 이격되며 고정되는 한 쌍의 고정부들과 상기 고정부들의 상대적인 위치 변화를 계측하는 측정부를 포함함으로써, 밸브스탬 또는 구동스탬의 변형 계측이 가능하다. 특히, 상기 측정부는 상기 고정부들 사이에 형성되는 복수의 기둥부들에 형성되므로, 상기 밸브스탬 또는 구동스탬이 다양한 방향으로 변형되더라도 상대적으로 정밀하고 정확하게 상기 밸브스탬 또는 구동스탬의 변형을 계측할 수 있다.
나아가, 상기 측정부는 스트레인 게이지 또는 LVDT를 선택적으로 사용하며, 각각의 기둥부들에 형성되어 계측된 값을 바탕으로 밸브스탬 또는 구동스탬의 변형의 방향 및 변형량을 정밀하고 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 상기 스탬 파단 모니터링 장치는 밸브 구동기의 밸브스탬 및 구동스탬에 동시에 고정되어 밸브스탬 및 구동스탬의 파단을 진단 또는 예측하는 것은 물론이며, 밸브스탬에만 장착되어 밸스스탬의 파단을 진단 또는 예측할 수도 있고, 구동스탬에만 장착되어 구동스탬의 파단을 진단 또는 예측할 수 있어, 스탬 파단을 다양하게 모니터링할 수 있다.
나아가, 상기 스탬 파단 모니터링 장치는 스탬에 고정되는 것으로, 대칭적으로 분리된 상태에서 스탬에 위치한 후 서로 결합되어 고정되는 구조로 결합성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 밸브 구동기를 도시한 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치가 장착된 밸브 구동기를 도시한 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치가 장착된 밸브 구동기를 도시한 모식도이다.
도 2c는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치가 장착된 밸브 구동기를 도시한 모식도이다.
도 3a는 도 2a 내지 도 2c의 스탬 파단 모니터링 장치를 도시한 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 스탬 파단 모니터링 장치를 도시한 측면도이다.
도 3c는 도 2a 내지 도 2c의 스탬 파단 모니터링 장치의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3a의 스탬 파단 모니터링 장치의 측정부를 도시한 측면도이다.
도 5는 도 3a의 스탬 파단 모니터링 장치의 측정부의 다른 예를 도시한 측면도이다.
* 부호의 설명
100 : 밸브 구동기 110 : 구동부
120 : 밸브부 130 : 연결부
200, 201, 202, 300 : 스탬 파단 모니터링 장치
210, 310 : 상부 고정부 220, 320 : 하부 고정부
230, 330 : 기둥부 240, 250 : 측정부
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 밸브 구동기를 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 밸브 구동기(100)는 구동부(110), 밸브부(120) 및 연결부(130)를 포함하여, 상기 밸브부(120)를 통해 유동되는 유체를 제어하며, 밸브가 사용되는 유로 시스템에서 사고 등의 발생시에는 안전기능을 동시에 수행한다.
구체적으로 상기 구동부(110)는 내부에 공간을 형성하는 실린더부(111), 상기 실린더부의 내부에서 상하방향으로 이송되는 피스톤(112), 및 상기 피스톤(112)의 하부에 연결되어 상기 피스톤(112)을 상하방향으로 이송시키는 구동스탬(stem)(113)을 포함한다.
상기 밸브부(120)는 상기 구동부(110)의 하부에 위치하며, 내부에 유체가 유동되는 밸브몸체(121), 및 상기 밸브몸체(121)의 내부로 인입되어 상기 유체의 유동을 제어하며 상부로 연장되는 밸브 스탬(122)을 포함한다.
한편, 상기 밸브 구동기(100)는 설계 및 제작의 어려움과 구동 안전성 등의 이유 때문에 상기 구동 스탬(113)과 상기 밸브 스탬(122)이 서로 분리되도록 제작되며, 상기 연결부(130)를 통해 서로 연결된다.
그리하여, 상기 밸브 구동기(100)의 구동시, 상기 유체의 유동에 따라 상기 밸브 스탬(122) 측에 힘이 인가되는 경우 상기 밸브 스탬(122)은 인장, 압축 또는 굽힘 등의 변형을 받게 되며, 이에 따라 상기 연결부(130)에서 상기 밸브 스탬(122) 또는 상기 구동 스탬(113)의 파단이 발생할 수 있으며, 이를 방지 또는 예측하기 위해 본 실시예에 의한 밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치가 필요하다.
한편, 도 1에서는 피스톤-실린더 방식의 구동기를 예시하였으나, 이하에서 설명하는 밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치는 다양한 방식의 구동기에 적용될 수 있으며, 특히 스탬(stem)이 사용되며, 스탬의 파단에 대한 진단 또는 예측이 필요한 모든 형태의 구동기에 적용될 수 있음은 자명하다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치가 장착된 밸브 구동기를 도시한 모식도이다.
도 2a를 참조하면, 도시된 밸브 구동기(100)는 도 1에서 설명한 종래의 밸브 구동기의 구조와 동일하며, 앞서 상세히 설명하였으므로, 생략한다.
본 실시예에 의한 상기 밸브 구동기(100)의 스탬 파단 모니터링 장치(200)는 상기 구동스탬(113) 및 상기 밸브 스탬(122)에 동시에 연결되며, 상기 스탬 파단 모니터링 장치(200)의 내측에 상기 연결부(130)가 개재된다.
한편, 상기 연결부(130)는 상기 구동스탬(113)과 상기 밸브 스탬(122)을 연결하는 것으로, 실질적으로 상기 구동스탬(113) 및 상기 밸브 스탬(122)의 하나의 연장바의 형태로 고정하게 되며, 따라서 상기 스탬 파단 모니터링 장치(200)가 비록 상기 구동스탬(113) 및 상기 밸브 스탬(122)에 동시에 고정되어 있는 상태이더라도, 실질적으로는 하나의 스탬에 고정된 것으로 간주할 수 있다.
이에 따라, 상기 스탬 파단 모니터링 장치(200)를 통해 상기 구동스탬(113) 및 상기 밸브 스탬(122)의 파단을 진단 또는 예측할 수 있다.
상기 스탬 파단 모니터링 장치(200)의 보다 구체적인 형상은 후술한다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치가 장착된 밸브 구동기를 도시한 모식도이다.
도 2b를 참조하면, 본 실시예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치(201)는 도 2a를 참조하여 설명한 스탬 파단 모니터링 장치(200)와 동일한 구조를 가진다. 다만, 상기 스탬 파단 모니터링 장치(201)는 상기 구동스탬(113)에만 고정되어, 상기 구동스탬(113)의 파단을 진단 또는 예측할 수 있다.
도 2c는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치가 장착된 밸브 구동기를 도시한 모식도이다.
도 2c를 참조하면, 본 실시예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치(202)는 도 2a를 참조하여 설명한 스탬 파단 모니터링 장치(200)와 동일한 구조를 가진다. 다만, 상기 스탬 파단 모니터링 장치(202)는 상기 밸브스탬(122)에만 고정되어, 상기 밸브스탬(122)의 파단을 진단 또는 예측할 수 있다.
이하에서는, 보다 구체적인 상기 스탬 파단 모니터링 장치(200, 201, 202)의 구조 및 측정방법은 설명한다. 앞서, 설명한 바와 같이 상기 스탬 파단 모니터링 장치들(200, 201, 202)은 고정 위치만 다를 뿐, 서로 동일한 형상을 가지므로, 이하에서는 하나의 스탬 파단 모니터링 장치(200)에 대하여만 설명한다.
도 3a는 도 2a 내지 도 2c의 스탬 파단 모니터링 장치를 도시한 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 스탬 파단 모니터링 장치를 도시한 측면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 스탬 파단 모니터링 장치(200)는 상부 고정부(210), 하부 고정부(220) 및 복수의 기둥부들(230)을 포함한다.
본 예에서, 상기 스탬 파단 모니터링 장치(200)의 상부 및 하부 고정부들(210, 220) 각각은 원형 플레이트(plate) 형상을 가질 수 있다.
상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220)은 소정거리 이격되며 한 쌍의 대칭 형상을 가지며 앞서 설명한 실시예에 따라, 구동스탬 또는 밸브스탬 등에 장착된다. 이를 위해, 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220) 각각에는 상부 및 하부 개구부들(211, 221)이 중앙에 형성된다.
이 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 상부 고정부(210) 및 상기 하부 고정부(220) 각각은 반원판 형태로 분리가 가능하여 상기 구동스탬 또는 상기 밸브스탬에 상기 상부 및 하부 개구부들(211, 221)이 위치한 상태에서 분리된 구조가 서로 결합되는 구조로, 상기 구동스탬 또는 밸브스탬에 고정될 수 있다. 그리하여, 결합의 용이성이 향상된다.
상기 복수의 기둥부들(230)은 양 끝단이 각각 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220)에 고정된다. 이 경우, 상기 기둥부들(230)은 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220)의 원주 방향을 따라 균일한 간격으로 형성될 수 있으며, 상기 기둥부들(230)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
도 3c는 도 2a 내지 도 2c의 스탬 파단 모니터링 장치의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 3c를 참조하면, 본 예에 의한 스탬 파단 모니터링 장치(300)도 상부 고정부(310), 하부 고정부(320) 및 복수의 기둥부들(330)을 포함한다.
다만, 본 예에서, 상기 스탬 파단 모니터링 장치(300)의 상부 및 하부 고정부들(310, 320) 각각은 사각형 플레이트(plate) 형상을 가질 수 있다.
상기 상부 및 하부 고정부들(310, 320)은 소정거리 이격되며 한 쌍의 대칭 형상을 가지며 앞서 설명한 실시예에 따라, 구동스탬 또는 밸브스탬 등에 장착된다. 이를 위해, 상기 상부 및 하부 고정부들(310, 320) 각각에는 상부 및 하부 개구부들(311, 321)이 중앙에 형성된다.
이 경우, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 상부 고정부(310) 및 상기 하부 고정부(320) 각각은 절반으로 분리가 가능하여 상기 구동스탬 또는 상기 밸브스탬에 상기 상부 및 하부 개구부들(311, 321)이 위치한 상태에서 분리된 구조가 서로 결합되는 구조로, 상기 구동스탬 또는 밸브스탬에 고정될 수 있다. 그리하여, 결합의 용이성이 향상된다.
상기 복수의 기둥부들(330)은 양 끝단이 각각 상기 상부 및 하부 고정부들(310, 320)에 고정된다. 이 경우, 상기 기둥부들(330)은 상기 상부 및 하부 고정부들(310, 320)의 네 모서리에 각각 형성될 수 있으며, 상기 기둥부들(330)의 개수 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 상기 상부 및 하부 고정부들(310, 320)은 원형 또는 사각형 플레이트 외에, 다양한 형상의 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.
도 4는 도 3a의 스탬 파단 모니터링 장치의 측정부를 도시한 측면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 밸브스탬(122) 또는 구동스탬(113)에 굽힘 모멘트가 인가되면 도시된 바와 같이 휘어지게 되며, 이에 따라, 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220)의 일 끝단은 서로 근접하게 되고 다른 끝단은 서로 멀어지게 된다. 그리하여, 상기 기둥부들(230) 중 서로 근접하는 위치에 고정된 것은 길이가 감소하며 휘어지게 되며, 서로 멀어지는 위치에 고정된 것은 길이가 증가하며 휘어지게 된다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 측정부(240)가 상기 기둥부들(230) 상에 부착되면, 상기 측정부(240)를 통해 상기 기둥부들(230)의 감소되는 길이 또는 증가되는 길이를 계측할 수 있다.
이 때, 상기 측정부(240)가 상기 기둥부들(230) 각각에 모두 부착되고, 상기 측정부(240)를 통해 상기 기둥부들(230)의 변형된 양을 계측하게 되면, 상기 계측된 변형량으로부터 상기 밸브스탬(122) 또는 구동스탬(113)의 변형 방향 및 변형량, 특히 굽힘 모멘트의 방향 및 크기가 계측된다.
특히, 상기 기둥부들(230)의 개수가 증가하여 서로의 간격이 줄어들면, 상기 밸브스탬(122) 또는 구동스탬(113)의 변형 방향을 보다 정확하게 계측할 수 있다.
이와 같이, 상기 밸브스탬(122) 또는 구동스탬(113)의 변형 방향 및 변형량을 정밀하게 계측함으로써, 실제 밸브 구동기의 밸브스탬(122) 또는 구동스탬(113)의 변형 또는 스탬의 파단을 예측하거나 진단할 수 있다.
한편, 상기 측정부(240)는 예를 들어, 스트레인 게이지(strain gauge)로 상기 기둥부들(230)에 부착되어, 상기 기둥부들(230)의 변형량을 계측할 수 있다.
도 5는 도 3a의 스탬 파단 모니터링 장치의 측정부의 다른 예를 도시한 측면도이다.
도 5를 참조하면, 본 예에 의한 상기 스탬 파단 모니터링 장치에서, 상기 스탬 파단 모니터링 장치의 기둥부들(230)은 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220)을 연결하되, 도면에 도시된 바와 같이 상기 기둥부들(230)의 내부에는 상기 상부 또는 하부 고정부들(210, 220)에 고정된 측정부(250)가 인입된다.
즉, 상기 측정부(250)는 LVDT(linear variable differential transformer)로 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220)에 각각 고정되어 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220) 사이의 간격 변화를 계측한다.
또한, 상기 측정부(250)도 상기 기둥부들(230) 각각에 모두 인입되거나 또는 상기 기둥부를 대체하며 각각의 위치에서 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220) 사이의 간격 변화를 계측하게 된다.
즉, 상기 기둥부들(230)이 LVDT 몸체부들을 형성하며, 상기 기둥부들(230)의 내부에 인입된 상기 측정부(250)는 상기 LVDT 프로브(probe)로 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220)의 위치가 변화함에 따라 상기 LVDT 프로브가 상기 LVDT 몸체부들로부터 돌출되며 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220) 사이의 간격 변화를 계측하게 된다.
이와 달리, 도시하지는 않았으나, 상기 기둥부들(230)은 상기 LVDT 프로브로 대체되어, 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220)의 위치가 변화함에 따라 상기 LVDT 프로브가 상기 상부 및 하부 고정부들(210, 220) 사이의 간격 변화를 계측하게 된다.
그리하여, 상기 측정부(250)를 통해서도, 상기 밸브스탬(122) 또는 구동스탬(113)의 변형 방향 및 변형량을 계측할 수 있다.
즉, 상기 밸브스탬(122) 또는 구동스탬(113)의 변형 방향 및 변형량을 정밀하게 계측함으로써, 실제 밸브 구동기의 밸브스탬(122) 또는 구동스탬(113)의 변형 또는 스탬의 파단을 예측하거나 진단할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 스탬 파단 모니터링 장치는 소정거리로 이격되며 고정되는 한 쌍의 고정부들과 상기 고정부들의 상대적인 위치 변화를 계측하는 측정부를 포함함으로써, 밸브스탬 또는 구동스탬의 변형 계측이 가능하다. 특히, 상기 측정부는 상기 고정부들 사이에 형성되는 복수의 기둥부들에 형성되므로, 상기 밸브스탬 또는 구동스탬이 다양한 방향으로 변형되더라도 상대적으로 정밀하고 정확하게 상기 밸브스탬 또는 구동스탬의 변형을 계측할 수 있다.
나아가, 상기 측정부는 스트레인 게이지 또는 LVDT를 선택적으로 사용하며, 각각의 기둥부들에 형성되어 계측된 값을 바탕으로 밸브스탬 또는 구동스탬의 변형의 방향 및 변형량을 정밀하고 정확하게 측정할 수 있다.
한편, 상기 스탬 파단 모니터링 장치는 밸브 구동기의 밸브스탬 및 구동스탬에 동시에 고정되어 밸브스탬 및 구동스탬의 파단을 진단 또는 예측하는 것은 물론이며, 밸브스탬에만 장착되어 밸스스탬의 파단을 진단 또는 예측할 수도 있고, 구동스탬에만 장착되어 구동스탬의 파단을 진단 또는 예측할 수 있어, 스탬 파단을 다양하게 모니터링할 수 있다.
나아가, 상기 스탬 파단 모니터링 장치는 스탬에 고정되는 것으로, 대칭적으로 분리된 상태에서 스탬에 위치한 후 서로 결합되어 고정되는 구조로 결합성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 밸브 구동기의 스탬 파단 모니터링 장치는 발전소 등에 사용되는 유체 제어용 밸브 구동기의 스탬 파단을 예측 또는 진단하기 위해 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

Claims (9)

  1. 밸브 구동기의 구동 스탬 또는 밸브 스탬 중 적어도 하나에 고정되어, 상기 구동 스탬 또는 밸브 스탬의 파단을 진단 또는 예측하며,
    서로 소정 거리 이격된 상부 및 하부 고정부들; 및
    양 끝단이 상기 상부 및 하부 고정부들 각각에 고정되며 상기 구동 스탬 또는 상기 밸브 스탬의 연장 방향과 평행한 방향으로 연장되는 복수의 기둥부들을 포함하는 스탬 파단 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 고정부는 상기 구동 스탬에 고정되며, 상기 하부 고정부는 상기 밸브 스탬에 고정되어, 상기 구동 스탬 및 상기 밸브 스탬의 파단을 진단 또는 예측하는 것을 특징으로 하는 스탬 파단 모니터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 고정부 및 상기 하부 고정부가 모두 상기 구동 스탬에 고정되거나 또는 모두 상기 밸브 스탬에 고정되어, 상기 구동 스탬 또는 상기 밸브 스탬의 파단을 진단 또는 예측하는 것을 특징으로 하는 스탬 파단 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 고정부들 각각은 원형 플레이트 또는 사각형 플레이트 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스탬 파단 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 고정부들 각각은 상부 및 하부 개구부들이 개방되도록 서로 분리되어, 상기 구동 스탬 또는 상기 밸브 스탬과 탈부착되는 것을 특징으로 하는 스탬 파단 모니터링 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 고정부들이 원형 플레이트 형상인 경우, 상기 복수의 기둥부들은 상기 상부 및 하부 고정부들의 원주를 따라 균일한 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 스탬 파단 모니터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 기둥부들 중 적어도 하나의 기둥부에는, 상기 기둥부의 변형을 측정하는 측정부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스탬 파단 모니터링 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 측정부는,
    상기 기둥부에 부착된 스트레인 게이지(strain gauge)인 것을 특징으로 하는 스탬 파단 모니터링 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 측정부는,
    상기 기둥부의 내부에 인입되거나 또는 상기 기둥부를 대체하며 상기 상부 및 하부 고정부들 사이의 거리를 측정하는 LVDT(linear variable differential transformer)인 것을 특징으로 하는 스탬 파단 모니터링 장치.
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