KR101634969B1 - 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브에 조립되어 유로를 개방 또는 폐쇄를 액추에이터로써, 유로가 형성되며, 밸브 시트의 직 상부에 다이어프램이 구비되고, 연결부가 상부로 연장된 밸브체; 상기 연결부에 조립 고정되고, 내부에 공간을 갖는 보닛; 상기 보닛에 나사 결합 방식으로 조립되는 실린더를 구비하고, 이 실린더 내부에 설치된 피스톤을 스프링으로 하강시키며, 피스톤에 형성된 공기 통로에 압축 공기를 주입하여 피스톤을 상승시키는 액추에이터 본체; 상기 연결부의 안쪽에 다이어프램을 누르는 누름체를 구비하되, 이 누름체의 상부는 보닛의 내부 공간까지 연장되고, 이 누름체의 위쪽에 위치하며 저부에 테이퍼면을 갖는 볼 브라켓트 및 상기 볼 브라켓트와 누름체 사이에 끼워지는 볼로 이루어진 개폐부; 외면에 경사면이 형성되고 상기 피스톤의 저면에 조립되어 상하 이동하며 볼을 수평 이동시키는 경사핀; 상기 실린더를 관통하는 회전방지볼트가 보닛에 형성된 요홈까지 끼워지고, 이 보닛의 외면 단턱부와 실린더의 저면 사이에 상태확인부재가 구비된 비상가동부;로 구성된 것으로, 밸브 제어 시스템의 고장 또는 압축 공기의 주입 불능 시 또는 유로 폐쇄가 요구되는 경우 상기 회전방지볼트를 제거하고, 실린더를 회전 하강시켜 유로를 폐쇄하되, 실린더의 하강 중 상태확인부재가 깨지거나 휘어지면 유로가 폐쇄되었음 인지하도록 한 기술적인 특징이 있다.

Description

비상 제어 기능이 구비된 액추에이터{actuator having an emergency control}

본 발명은 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터에 관한 것이다.

더 상세하게는 밸브 유로를 긴급히 폐쇄할 때 또는 밸브를 제어하는 시스템에 이상이 발생했을 때, 안전 사고를 미리 방지하고자 비상 작동부가 구비되고, 나아가 폐쇄 상태를 외부에서 확인할 수 있는 상태확인부재가 구비된 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 밸브는 유체 또는 기체의 이송을 안내하고 차단하는 것으로, 무수히 많은 형태 및 종류, 구조로 이루어져 다양한 용도로 활용되고 있다.

최근 이러한 밸브는 자동화 또는 제어가 용이하도록 액추에이터와 결합되고, 제어 시스템을 자동으로 개폐 조작되고 있다.

예를 들어 공개 특허 10-2013-0037026호의 액추에이터는

상부에 헤드 커버가 씌워지고 하부에는 로드 커버가 갖추어진 튜브의 내측에 피스톤을 구비하되, 이 피스톤은 상기 헤드 커버와 로드 커버 각각에 형성된 포트를 통해 공급되는 압축 공기에 의해 상하 이동하고, 이 피스톤과 연결되며 하단은 로드 커버를 관통하여 연장된 피스톤 로드가 갖추어진 실린더; 상기 피스톤 로드의 하단과 연결되어 상·하 이동하며, 유체가 흐르는 유로에 설치된 밸브 시트에 밀착 혹은 이격되어 유로를 차단 혹은 개방하는 밸브 디스크로 구성된 밸브; 상기 실린더의 로드 커버에 설치되고, 상기 밸브 디스크가 밸브 시트에 밀착되기 직전에 하강하는 피스톤을 탄력 지지하여 이동 속도를 감속시키는 디스크 스프링;으로 이루어진 것으로,

밸브를 닫을 때 피스톤의 이동 속도와 힘을 감쇄시켜 밸브가 서서히 그리고 부드럽게 닫힐 수 있도록 하여 밸브 디스크와 밸브 시트를 보호할 수 있도록 한 것이다.

다른 실 예로, 국내등록특허 10-0904864호의 밸브 구동용 액추에이터는

내부에 공간부가 형성되는 몸체; 상기 몸체의 내부로 유입 및 배출되는 유, 공압에 의하여 상기 몸체의 내부에서 직선 운동하는 피스톤 로드; 상기 피스톤 로드에 연동되어 상기 몸체에서 회동되도록 밸브 구동축을 통해 상기 몸체에 회동가능하게 설치되는 요크; 상기 피스톤 로드의 직선 운동을 상기 요크의 회동 운동으로 전환할 수 있도록 상기 피스톤 로드에 결합되어 상기 요크에 슬라이딩 가능하게 설치되는 연결부재를 포함하는 것으로 연결 부재의 내구성을 향상시키고 있다.

그런데 이와 같은 종래의 액추에이터 또는 밸브 구동용 액추에이터는 목적하는 바에 따라 구성되고 동작 하지만, 안전 사고에 대비할 수 없는 문제가 있다.

즉, 상기의 밸브들은 제어 시스템의 고장 또는 압력 펌프의 고장 및 유로의 폐쇄가 필요한 경우 작업자가 직접 유로를 폐쇄할 수 있는 기능이 없는 문제가 있다. 또한, 이러한 문제는 유로를 통과하는 물질이 위험물인 큰 사고로 이어질 수 있는 문제도 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 비상 사태에 대비하여 수동으로 밸브를 개방하고, 다시 폐쇄할 수 있도록 구성하여 사고를 미리 방지할 수 있는 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 비상 조작 시 유로가 폐쇄되었는가를 외부에서 확인할 수 있도록 상태확인부재를 구비하여 조작이 용이하도록 한 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 피스톤의 하부에 경사핀을 구비하여 볼을 이동시키는 것으로 유로를 개폐하되, 경사핀의 조립 및 가공이 용이하고, 실린더와 피스톤 또한 분리 구성되어 이 또한 조립성 및 제작성이 우수한 발명이다.

본 발명은 밸브에 조립되어 유로를 개방 또는 폐쇄를 액추에이터로써, 유로가 형성되며, 밸브 시트의 직 상부에 다이어프램이 구비되고, 연결부가 상부로 연장된 밸브체; 상기 연결부에 조립 고정되고, 내부에 공간을 갖는 보닛; 상기 보닛에 나사 결합 방식으로 조립되는 실린더를 구비하고, 이 실린더 내부에 설치된 피스톤을 스프링으로 하강시키며, 피스톤에 형성된 공기 통로에 압축 공기를 주입하여 피스톤을 상승시키는 액추에이터 본체; 상기 연결부의 안쪽에 다이어프램을 누르는 누름체를 구비하되, 이 누름체의 상부는 보닛의 내부 공간까지 연장되고, 이 누름체의 위쪽에 위치하며 저부에 테이퍼면을 갖는 볼 브라켓트 및 상기 볼 브라켓트와 누름체 사이에 끼워지는 볼로 이루어진 개폐부; 외면에 경사면이 형성되고 상기 피스톤의 저면에 조립되어 상하 이동하며 볼을 수평 이동시키는 경사핀; 상기 실린더를 관통하는 회전방지볼트가 보닛에 형성된 요홈까지 끼워지고, 이 보닛의 외면 단턱부와 실린더의 저면 사이에 상태확인부재가 구비된 비상가동부;로 구성된 것으로, 밸브 제어 시스템의 고장 또는 압축 공기의 주입 불능 시 또는 유로 폐쇄가 요구되는 경우 상기 회전방지볼트를 제거하고, 실린더를 회전 하강시켜 유로를 폐쇄하되, 실린더의 하강 중 상태확인부재가 깨지거나 휘어지면 유로가 폐쇄되었음 인지하도록 한 기술적인 특징이 있다.

본 발명은 실린더와 피스톤, 경사핀 또는 누름체 각각이 분할 구성되어 제작이 용이하고, 조립이 간편하며, 비상 가동부를 구비하여 위급 상황에서 밸브 유로를 폐쇄함으로써 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 비상 가동부의 조작 시, 상태확인부재가 구비됨으로써, 작업자에게 유로가 폐쇄되었음을 인지시킬 수 있고, 나아가 무리한 힘을 주어 내구 구성 부품의 파손을 방지할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액추에이터의 전단면도,
도 2는 본 발명에 따른 액추에이터의 조립 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 액추에이터의 확대 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 액추에이터의 동작 과정을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 적용되는 상태확인부재의 일 예를 나타낸 일측면도,
도 6은 본 발명에 적용되는 상태확인부재의 다른 일 예를 나타낸 일측면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 일측면도.

본 발명을 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.

구체적인 설명에 앞서, 본 명세서상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분 짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

먼저 본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명에 따른 액추에이터의 전단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액추에이터의 조립 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 액추에이터의 확대 단면도를 도시한 것이다.

또한 첨부된 도 4는 본 발명에 따른 액추에이터의 동작 과정을 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명에 적용되는 상태확인부재의 일 예를 나타낸 일측면도이며, 도 6은 본 발명에 적용되는 상태확인부재의 다른 일 예를 나타낸 일측면도를 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타낸 일측면도를 나타낸 것이다.

도면에서 본 발명의 액추에이터(10)는 유로(120)가 마련된 밸브체(100)와, 이 유로(120)를 개방 또는 폐쇄토록 하는 액추에이터 본체부(200)로 구성되며, 여기에 본 발명의 특징이라 할 수 있는 비상 작동부(40)가 구비된다.

밸브체 (100)

본 발명에 따른 상기 밸브체(100)는 일 직선 또는 소정 각도로 입구와 출구가 연통하는 유로(120)가 형성되고 이 유로(120)의 중앙 부위 또는 어느 지점에 밸브 시트(130)가 구비되며, 또한 밸브 시트(130)의 직 상부에 디이어프램(140)이 위치하는 구성이다.

또한, 밸브체의 상면 중앙에는 연결부(150)가 돌출되는데, 이 연결부()의 안쪽 공간에 도면과 같이 상기 다이어프램(140)이 위치하고, 이 다이어프램(140) 위쪽으로, 안내부(160)와 누름체(170)가 구비되는 것이다.

즉, 연결부(150)의 내부에 상기 안내부(160)가 끼워진 상태에서, 다시 안내부(160)의 안쪽으로 누름체(170)가 끼워져, 이 누름체가 안내부를 따라 상하 이동하며 다이어프램(140)을 누르거나, 누름이 해지되도록 하는 것이다.

한편, 상기 누름체(170)는 그 상부가 후술하는 보닛(20)까지 연장되어 그 상면을 따라 볼(30)이 경사핀의 동작에 따라 이동할 수 있도록 하는 구성이다.

개폐부 (50)

본 발명에 따른 개폐부(50)는 연결부(150)와 상기 보닛(20)의 내부 공간(22)에 설치되는 것으로, 누름체(170)와, 이 누름체(170)의 상면에 위치하는 볼(30)과 볼 브라켓트(255)로 구성되며, 여기에 경사핀(250)이 더 구비되는 것이다.

상기 누름체(170)는 하부가 안내부에 끼워진 상태에서 상부가 보닛의 내부 공간(22)까지 연장된 구성으로 도면과 같이 상, 하부가 분리 구성되거나 일체로 구성될 수 있다. 물론 분리형은 제작 및 조립이 용이하다.

상기 볼 브라켓트(255)는 상기 누름체와 간격을 두고 보닛(20)에 조립되어 이들 사이에 볼(30)이 끼워지도록 하되, 저면에 테두리에서 중앙 부위로 상향 경사진 테이퍼 면(256)이 형성되어, 누름체 상면 사이 공간이 외향으로 갈수록 점차 공간이 작아지도록 하는 구성이다.

한편, 상기 경사핀(250)은 하단에서 상부로 갈수록 직경이 커지는 역원추형상으로 구성되며, 하강했을 때 경사면(251)이 볼(30)을 외측으로 밀어, 이 볼이 테이퍼 면을 따라 이동하며 누름체(170)를 하향 이동시켜 다이어프램이 눌러지도록 하는 것이다.

액추에이터 본체부 (200)

본 발명에 따른 액추에이터 본체부(200)는 실린더(210)와, 피스톤(240) 그리고 스프링(230)으로 구성된다.

상기 실린더(210)는 실린더 하부체(214)와 실린더 본체(212)로 분리 구성되어 조립되며, 상기 실린더 하부체(212)는 보닛(20)에 형성된 나사부에 나사 결합되는 것으로, 비상 가동부의 동작 시 이 나사부를 중심으로 실린더가 회전하며 하강하여 유로가 폐쇄되도록 하는 것이다.

상기 피스톤(240)은 상부 피스톤과 중앙 피스톤, 하부 피스톤으로 분리 구성되어 서로 끼워맞춤으로 조립된다.

먼저, 상부 피스톤(141)은 상면에 끼움홈(141a)이 구비되어 실린더 본체(214)에 마련된 수용부(220)에 끼워진 스프링(230)의 하단이 끼워지도록 하고, 하부 피스톤(243)은 상면 중앙과 저면에 축대(244)가 구비되며, 중앙 피스톤(242)은 상기 축대(244)에 끼워진 상태로 외면에 실린더 본체(212)의 내측에 고정된 구성으로, 상부 및 하부 피스톤의 상하 이동을 안내한다.

상기 축대(144)의 하부에는 경사핀(250)이 조립되고, 상부는 상부 피스톤(241)의 저면에 끼워져 함께 이동할 수 있도록 하며, 상기 상부 피스톤(241)의 상면에 돌출된 축부(245)는 실린더 본체(212) 상부에 형성된 공기 주입구(262)까지 연장되어 있다.

한편, 상기 축부(245)를 관통하고 축대(244) 하부까지 상기 공기 주입구와 연통하는 공기 통로(260)가 형성되고, 이 공기 통로와 연결되어 실린더 하부체의 상면과 하부 피스톤 저면 사이, 그리고 상부 피스톤과 중앙 피스톤 사이에 압축 공기가 주입될 수 있는 공기 유입구(264)가 마련된 구성이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 동작 과정을 살펴보면, 먼저 첨부된 도 1은 압축 공기가 주입되어 피스톤(240)이 상부로 이동한 상태로 유로가 개방된 상태이다.

압축 공기가 주입구(262)를 통해 공기 통로(260)로 공급되며, 이 공기 통로와 연결된 공기 유입구(264)를 통해 각 팽창 공간(202),(204)으로 공급되어 상, 하부 피스톤(241)(243)이 상부로 이동한다.

물론 경사핀(250)도 함께 이동한 상태로 누름체(170)는 별다른 압력을 받지 않게 된다. 이 상태에서 유로(120)의 입구로부터 유입되는 이송 유체(기체)는 압력으로 다이어프램을 밀어내면서 이송하며, 이때 누름체(170)는 상승하고, 볼(30)은 자연히 단면이 큰 중앙 부위로 이동하는 것이다.

도 2는 유로가 폐쇄된 상태이다.

압축 공기의 공급이 멈추면 스프링(230)이 상부 피스톤(141)을 밀고, 이에 따라 하부 피스톤(143)과 경사핀(250)이 하향 이동하면서, 볼(30)과 누름체(170)가 순차적으로 이동하여 유로를 폐쇄하게 된다.

비상 가동부(40)

본 발명에 따른 상기 비상 가동부(40)는 밸브 제어 시스템의 고장 또는 어느 한 라인의 유로를 급격하게 폐쇄할 때 사용되는 것으로, 특히 흐르는 물질이 위험한 경우 대형 사고를 미연에 방지할 수 있다.

이러한 비상 가동부(40)는 보닛(20)의 외벽에 요홈(41)이 형성되고, 이와 일직선으로 실린더 하부체(214)에 나사부(42)가 형성되며, 이 나사부(42)에 결합되는 회전방지볼트(44)가 상기 요홈(41)까지 끼워져, 이들 즉 보닛과 실린더를 결속 고정시키는 것이다.

또한, 상기 보닛(20)의 외벽에 마련된 단턱부(24)와 실린더 하부체(214)의 저면 사이에 확인 틈새(43)가 마련되고, 이 확인틈새(43)에 상태확인부재(45)가 끼워지는 것이다.

이러한 상태에서, 작업자는 긴급 상황이 발생하면, 회전방지볼트(44)를 빼내고, 실린더(210)를 회전시키면, 이 실린더(210)가 보닛에 형성된 나사를 따라 하강하고, 역시 피스톤(240)과 경사핀(250)에 강제로 하강하며, 볼과 누름체를 이동시켜 다이어프램을 눌러 유로를 폐쇄하게 된다.

이 과정에서 본 발명은 상태확인부재(45)를 구비함으로써, 작업자가 어떠한 위치까지 하강시킬 것인가를 알 수 있도록 하고, 또한 무리하게 힘을 주어 피스톤 및 누름체, 볼이 찌그러지거나 휘어지는 일이 없도록 하고, 특히 다이어프램의 파손을 방지할 수 있다.

즉, 실린더(210)가 하강하면 실린더 저면과 단턱부(24)가 접촉하는 부위가 날칼과 같은 역할을 하여 비철금속 또는 고무재 또는 연질 세라믹 등으로 제작된 판형의 상태확인부재(45)의 외측부가 휘어지거나 깨지게 되고 이것으로 작업자는 유로 폐쇄되었음을 알 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에 첨부된 도 5 및 도 6은 본 발명에 적용되는 상태확인부재(45)의 실시 예를 나타낸 것이다.

먼저, 첨부된 도 5a의 상태확인부재(45)는 반원형으로 구성되어 끼울 수 있도록 한 것이고, 도 5b는 핀형 또는 판형으로 구성된 것이다.

이들 상태확인부재는 2중 사출 또는 인서트 사출 또는 접합 방식으로 구성되며, 안쪽의 심재부(45a)는 탄력을 가지고 눌림과 동시에 완충력을 가짐으로써 마모 또는 내부 구성의 휨을 방지할 수 있는 고무, 실리콘 또는 연질의 합성수지 등으로 구성되고, 외측부(45b)는 비철금속 또는 아크릴 또는 유리재로 구성될 수 있다.

도 6은 다른 형태의 상태확인부재(45)로써, 반원형으로 구성된 한 쌍의 상태확인부재가 힌지(45c)로 연결되고, 양측에 손잡이(45d)가 구비된 것이다.

이러한 구성의 상태확인부재는 양측 손잡이를 잡고 벌리거나 틈새에 끼우기 쉬운 장점이 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예이다.

이 실시 예는 실린더 본체(212)의 상면에 2개의 홀(200a)을 가공한 것으로, 이 홀에 포크 형태의 공구를 끼워 실린더를 회전시킴으로써, 회전이 용이하도록 한 것이다.

10 : 엑추에이터 30 : 볼
40 : 비상 가동부 100 : 밸브체
120 : 유로 140 : 다이어프램
200 : 엑추에이터 본체 210 : 실린더
230 : 스프링 240 : 피스톤
250 : 경사핀

Claims (4)

1. 밸브에 조립되어 유로를 개방 또는 폐쇄를 액추에이터로써,
   유로가 형성되며, 밸브 시트의 직 상부에 다이어프램이 구비되고, 연결부가 상부로 연장된 밸브체;
   상기 연결부에 조립 고정되고, 내부에 공간을 갖는 보닛;
   상기 보닛에 나사 결합 방식으로 조립되는 실린더를 구비하고, 이 실린더 내부에 설치된 피스톤을 스프링으로 하강시키며, 피스톤에 형성된 공기 통로에 압축 공기를 주입하여 피스톤을 상승시키는 액추에이터 본체;
   상기 연결부의 안쪽에 다이어프램을 누르는 누름체를 구비하되, 이 누름체의 상부는 보닛의 내부 공간까지 연장되고, 이 누름체의 위쪽에 위치하며 저부에 테이퍼면을 갖는 볼 브라켓트 및 상기 볼 브라켓트와 누름체 사이에 끼워지는 볼로 이루어진 개폐부;
   외면에 경사면이 형성되고 상기 피스톤의 저면에 조립되어 상하 이동하며 볼을 수평 이동시키는 경사핀;
   상기 실린더를 관통하는 회전방지볼트가 보닛에 형성된 요홈까지 끼워지고, 이 보닛의 외면 단턱부와 실린더의 저면 사이에 마련된 확인 틈새에 상태확인부재가 구비된 비상가동부;로 구성된 것으로,
   밸브 제어 시스템의 고장 또는 압축 공기의 주입 불능 시 또는 유로 폐쇄가 요구되는 경우 상기 회전방지볼트를 제거하고, 실린더를 회전 하강시켜 유로를 폐쇄하되, 실린더의 하강 중 상태확인부재가 깨지거나 휘어지면 유로가 폐쇄되었음 인식하도록 하는 것을 포함하는 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 경사핀은 상부에서 하단으로 갈수록 점차 직경이 작아지는 역원추형상으로 구성되어, 이 경사핀이 하강하면 볼이 외측으로 밀려나면서 누름체가 아래로 눌려지도록 하는 것을 포함하는 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 상태확인부재는 반원형 또는 핀형으로 구성되어 확인 틈새에 끼워지는 것을 포함하는 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 피스톤은, 상부, 중앙, 하부 피스톤으로 분리 구성되어 서로 끼워맞춤으로 조립되고, 상기 실린더는 실린더 하부체와 실린더 본체로 구성되어 조립되는 것을 포함하는 비상 제어 기능이 구비된 액추에이터.
   

Images