Control Valve Actuator의 종류

공정제어에서 사용되는 Actuator는 신뢰성이 높고, 조작이 간단하며, 효율이 경제적인 Pneumatic type이 90% 이상 사용되고, 나머지 일부분 Motorized type과 Hydraulic type이 사용되고 있다.

 

 

 

Control Valve Actuator의 종류

 

공정제어에서 사용되는 Actuator는 신뢰성이 높고, 조작이 간단하며, 효율이 경제적인 Pneumatic type이 90% 이상 사용되고, 나머지 일부분 Motorized type 과 Hydraulic type이 사용되고 있다.

 

 

 

Pneumatic type Actuator

내부구조에 따라 다음과 같이 분류된다.

 

1. Diaphragm type

Diaphragm case, Diaphragm, Diaphragm plate, Springs Rod(Actuator stem), Yoke로 구성된다.

Supply air를 Actuator 내부의 Diaphragm에 공급해서 Rod를 통하여 직선운동으로 전환한다. Supply air가 공급이 차단되었을 때는 Spring의 탄성에 의하여 원위치로 오게 된다. 가격이 상대적으로 저렴하고 구조가 간단하여 유지보수가 쉽고 Modulating 특성이 좋으며, Diaphragm을 사용함으로써 Cylinder (Piston)와 같은 저항 마찰력이 생기지 않는다. 하지만, Diaphragm의 내구력으로 인하여 수명이 짧고, Air 압력을 제한적으로 사용하기 때문에 Power가 크지 않다.

Single-acting 사용 시 Spring의 탄성 때문에 10% 미만과 90% 이상에서의 제어성이 나빠지며, Stem의 비틀림 동작 발생시 쉽게 파손되고, 적용 Lift에 제한이 있다.

 

 

 

2. Cylinder(Piston) type

Supply air를 Actuator 내부의 Cylinder 상하부에 공급해서 Rod를 통하여 직선운동으로 전환한다.

Double acting이 기본이며, Single acting을 만들기 위하여 Cylinder 상부에 Spring을 사용한다.

내구력이 우수하고 Power가 크며, Double acting 사용 시 Position 유지가 견고하여 10% 미만의 저개도 운전 시 제어성이 매우 좋다. 또한 진동 및 축 비틀림에도 강하고 적용 Lift에 제한이 없고 동작 속도가 빠르다. 하지만 Cylinder 내벽 등 정밀가공이 필요한 부분이 많아 가격이 비싸고 유지보수가 불편하며, Piston의 움직이는 부분이 Viton 등 연질 O-ring으로 되어 있어 장기적으로 움직이는 제어용으로는 Diaphragm보다는 수명이 짧고, 마모된 O-ring을 주기적으로 교체해야 된다. 압력이 높은 Air를 사용하기 때문에 구동부의 정확도나 안정성이 Diaphragm보다는 떨어진다.

 

 

 

Hydraulic type

압축된 Oil이나 고압을 작동 Energy로 사용하기 때문에 조작력이 크고, 동작속도가 빠르다.

구조가 매우 강하게 설계되었기 때문에 고장이 적으며, 장시간 사용할 수 있다. 장시간 사용하기 위해서는 압축 Oil의 교환이 필요하며, Maintenance가 힘들다는 단점이 있다.

 

 

 

Motorized type

전기식 Actuator는 전기모터에 특별한 장치를 하여 밸브 축을 움직이도록 되어 있는 것으로서 근래에 와서는 조절 계기의 조작량 신호가 전기식으로 바뀜에 따라, 계기 신호를 모터에 직접 주어 움직이게 함으로써 사용이 증가 추세에 있다.

전기식 Actuator의 단점은 가격이 다른 Actuator에 비해 비싸고, 동작 속도가 Pneumatic에 비해 늦고 기계적인 기어박스 및 전기적인 배선 등이 복잡하여 고장이 Pneumatic에 비해 많고 수리 시 많은 비용과 시간이 필요할 뿐만 아니라 방폭 지역에서는 가격이 비싼 방폭형 Actuator를 사용해야 한다.

안전상태는 아직도 Pneumatic Actuator에 비하여 떨어진다. 장점으로는 계기 또는 컴퓨터에서 나오는 신호를 직접 받아 동작할 수 있으며, 제어하고자 하는 곳에 다른 외부 에너지(공기 또는 유압) 없이도 전기 배선만으로 설치할 수 있어 단독으로 멀리 떨어져 있어도 설치 사용할 수 있다는 점이다.

전기모터 Actuator는 전기모터 관성상 미세한 제어는 공기 식이나 유압식에 비해 떨어진다. 따라서 대개의 전기 Actuator는 밸브 개폐용으로 사용하며, 제어용으로 사용 시는 특별한 모터를 채용해야만 한다.

 

 

Reference : 월간계장기술, Control Valve의 개요 및 구조, 정승헌, 2010.10