컨트롤 밸브(Control Valve)를 제어하기 위한 구성 요소를 알아봅시다.
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컨트롤 밸브(Control Valve)는 유체(액체 또는 기체)의 유동을 제어하기 위한 기계장치입니다. 제어 밸브는 크게 구성 요소와 작동 방식으로 나눌 수 있습니다.
구성 요소
(1) 본체 (Body): 제어 밸브의 본체는 유체가 흐르는 파이프의 일부이며, 유체의 유동과 압력을 제어하는 기능을 합니다.
(2) 트림 (Trim): 트림은 Body 내부에서 유체의 유동을 제어하는 기능을 합니다. 일반적으로 트림은 구성 요소 중에서도 가장 중요한 역할을 합니다. 트림은 단순한 구조로 이루어져 있으며, 이를 통해 제어 밸브의 유체 유동 특성을 조절할 수 있습니다. (Globe Valve의 구조에서 Seat-Ring, Cage, Plug, Gasket 등을 의미합니다.)
(3) 구동기 (Actuator): 구동기구는 제어 밸브의 작동을 제어하는 장치입니다. 일반적으로 공압, 유압 또는 전기 신호를 사용하여 작동합니다.
(4) 밸브 제어 장치 : 밸브를 구동하기 위해서는 액추에이터가 장착되고, 액추에이터를 컨트롤하기 위해서는 Positioner를 비롯한 여러 장치들이 필요합니다.
Signal Fail, Air Fail 등의 조건, Stroke Time에 따라 여러 액세서리들로 추가 구성됩니다.
단순한 제어 용 밸브 = 밸브+액추에이터+포지셔너 구성이지만, 여러 동작 조건이 추가될 경우 구조가 복잡해집니다.
아래는 컨트롤 밸브에 사용되는 액세서리로 불리는 제품들과 역할입니다.
- 포지셔너(Positioner) : 제어밸브의 동작을 자동으로 제어하기 위한 액세서리입니다.
Positioner(포지셔너)는 무엇인가?
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- 레귤레이터(Regulator) : 공기 압력을 조절하여, 후단 입력을 일정하게 유지시켜서 제어밸브의 동작을 안정적으로 유지합니다.
- 포지션 트랜스미터(Position Transmitter) : 제어밸브의 위치 정보를 전기적으로 읽어 들여, 이 정보를 제어 시스템으로 전달합니다.
- 리미트 스위치(Limit Switch) : 제어밸브의 동작 방향과 상태를 식별할 수 있고, 포지션 정보를 제어 시스템에 알려주는 스위치입니다.
- 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve) : 전기적 신호를 받아서, 밸브를 개폐할 수 있고 Signal fail 등의 fail Posion을 결정합니다. 또한, 포트의 구성에 따라 밸브의 동작 방향을 변경합니다.
- 볼륨부스터밸브(Volume Booster Valve) : 제어밸브의 유량을 증폭하여 제어밸브의 동작을 더욱 정확하고 안정되게 제어합니다.
- 락업밸브(Lock-up Valve) : 제어밸브의 동작 중 Air가 설정 압력 이하로 드롭될 경우 락업 밸브의 Port를 차단시켜 최종 위치에 밸브를 고정시킵니다. 공기의 유동을 일시적으로 차단하여 제어밸브의 위치를 고정시킵니다.
- 스위칭 밸브(Switching Valve) : 두 개 이상의 공기 회로를 전환하여, 제어밸브를 원하는 위치로 조작할 수 있도록 합니다.
- 퀵이그저스트밸브(Quick Exhaust Valve) : 제어밸브에서 공기를 빠르게 배출시켜, 동작 속도를 높여서 반응속도를 높입니다.
- 스피드컨트롤러(Speed Controller) : 공기 유입을 조절하여, 제어밸브의 동작 속도를 조절합니다.
- 에어 오퍼레이터 밸브(Air Operator Valve) : 공기 압력을 신호원으로 이용하여, 유로를 개폐시켜 원하는 제어 포인트를 추가시킬 수 있습니다.
- 릴리프밸브(Relief Valve) : 공기 회로에서 과도한 압력을 방지하기 위한 밸브입니다.
- 써멀휴즈(Thermal Fuse) : 과열 방지를 위해, 특정 온도 이상이 되면 회로를 차단합니다.
이 외에도 많은 공압 장치들이 존재하지만 대부분 상기 장치들에 의해 제어됩니다.
작동방식
(1) 수동 작동: 수동 작동은 일반적으로 작은 크기의 제어 밸브에서 사용됩니다. 수동 작동은 사용자가 직접 조작하여 제어 밸브의 유체 유동을 제어합니다.
(2) 전기식 작동: 전기식 작동은 전기 신호를 사용하여 제어 밸브를 작동시키는 방식입니다. 이 방식은 일반적으로 작은 크기의 제어 밸브에서 사용되며, 자동 제어 시스템과 연동하여 사용됩니다.
(3) 공압식 작동: 공압식 작동은 압축 공기를 사용하여 제어 밸브를 작동시키는 방식입니다. 이 방식은 대형 제어 밸브에서 많이 사용되며, 빠른 반응 속도와 높은 정확도를 제공합니다.
-공압은 장거리 일 때 반응성에 대한 제약이 발생하며, 기체의 압축성으로 인해 제어의 반응 속도와 정확도가 떨어질 수 있는 단점이 있다. 근거리는 상관없음
(4) 유압식 작동: 유압식 작동은 유압 신호를 사용하여 제어 밸브를 작동시키는 방식입니다. 이 방식은 대형 제어 밸브에서 많이 사용되며, 높은 정확도와 반응 속도를 제공합니다.
-공압과 달리 유압은 압축성이 없어 빠른 반응과 엄청나게 큰 힘을 발휘할 수 있습니다. 큰 힘이 사용되는 곳에는 유압이 사용되고 있으며 주변에서 쉽게 찾을 수 있습니다.
덤프트럭, 포클레인, 지게차 등의 중장비를 작동하는 동력원은 유압 장치에 의해 사용됩니다.
위와 같이 구성 요소와 작동 방식에 따라 제어 밸브가 구성되며, 적절한 방식을 선택하여 제어 밸브를 설계하고 운영해야 합니다.
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