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문제 정의
- 본 연구에서는 국내 발전소에 설치된 모터 구동 밸브 중 가장 많은 설치 대수를 차지하는 플렉시블 웨지형 게이트 밸브의 운전 특성과 운전에 영향을 주는 주요 성능인자들에 대한 특성 분석을 수행하였다. 연구는 각각 다른 유체 차압조건에서 플렉시블 웨지형 게이트밸브의 열림 및 닫힘 동작 시험을 수행하여 진단신호를 분석하고 주요 성능 인자들을 도출하여 차압별로 비교 분석을 하는 방법으로 수행되었다.
제안 방법
- 15에서 비교분석하였다. 닫힘 행정의 경우 running 구간 이후 유체의 차압이 급격히 증가하기 시작하는 initial wedging 구간에서부터 디스크가 유체를 완전히 차단하는 seating 구간까지 7개 지점에 대해 밸브 팩터를 구하였다. 분석결과 열림 행정과 마찬가지로 닫힘 행정에서도 고차압의 경우가 중 차압의 경우보다 밸브 팩터값이 크게 나타나는 것을 알 수 있으며, 최대 밸브 팩터값이 고차압의 경우는 0.
- 정적시험은 배관에 유체가 존재하지 않는 상태의 시험으로 정적시험을 통하여 밸브, 구동기 및 주요 부품들의 건전성 여부를 분석하고 반복 동작 시험을 수행하여 토크스위치, 스템 등 주요 부품들의 운전 특성을 파악하였다. 동적 시험은 유체의 차압이 존재하는 상태에서 수행하는 시험으로 유체의 차압은 중차압(lO8.3kg0cm2), 고차압(168.7kgf/cm2)으로 나누어 반복시험을 수행하였다. 동적시험을 통하여 유체의 차압이 없는 정적시험 결과 및 각 동적시험 차압하에서의 밸브 운전 특성 및 성능 인자들의 특성을 상호 비교분석하였다.
- 7kgf/cm2)으로 나누어 반복시험을 수행하였다. 동적시험을 통하여 유체의 차압이 없는 정적시험 결과 및 각 동적시험 차압하에서의 밸브 운전 특성 및 성능 인자들의 특성을 상호 비교분석하였다.
- 모터구동 플렉시블 웨지형 게이트밸브의 열림 및 닫힘 동작시 모터에서 전달되는 토크가 구동기를 통하여 밸브 스템에서 스러스트로 변환되는 과정까지의 동력전달 메커니즘을 분석하고 진단 신호 분석을 통하여 주요 동작 시점의 운전 특성을 파악하였다. 시험결과 밸브 운전 성능인자인스템팩터, 부하율, 밸브팩터등의 특성이 파악되었으며, 특히 유체 차압에 의해 이들 인자들이 매우 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
- 시험 밸브의 열림 및 닫힘 행정 주요 구간별 밸브 팩터를 추출하여 Fig. 14와 Fig. 15에서 비교분석하였다. 닫힘 행정의 경우 running 구간 이후 유체의 차압이 급격히 증가하기 시작하는 initial wedging 구간에서부터 디스크가 유체를 완전히 차단하는 seating 구간까지 7개 지점에 대해 밸브 팩터를 구하였다.
- 시험은 정적시험과 동적시험으로 나누어 수행되었다. 정적시험은 배관에 유체가 존재하지 않는 상태의 시험으로 정적시험을 통하여 밸브, 구동기 및 주요 부품들의 건전성 여부를 분석하고 반복 동작 시험을 수행하여 토크스위치, 스템 등 주요 부품들의 운전 특성을 파악하였다.
- 연구는 각각 다른 유체 차압조건에서 플렉시블 웨지형 게이트밸브의 열림 및 닫힘 동작 시험을 수행하여 진단신호를 분석하고 주요 성능 인자들을 도출하여 차압별로 비교 분석을 하는 방법으로 수행되었다.
- 열림 행정의 경우 밸브가 최초로 열리기 시작하는 cracking 구간에서부터 유체차압의 영향이 거의 없는 running 구간 진입전까지 4개 지점에 대해 밸브 팩터를 구하였다. 분석결과 고 차압의 경우가 중차압의 경우보다 밸브 팩터값이 크게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 최대 밸브 팩터값이 고차압의 경우는 0.
- 유체 차압에 따른 부하율 민감도 분석을 위하여 밸브의 차압별 시험 결과에서 토크스위치 트립 시의 스러스트, 토크, 스프링팩 변위, 스템 팩터, 스템 마찰계수 등을 분석 비교하였다. Fig.
- 정적시험은 배관에 유체가 존재하지 않는 상태의 시험으로 정적시험을 통하여 밸브, 구동기 및 주요 부품들의 건전성 여부를 분석하고 반복 동작 시험을 수행하여 토크스위치, 스템 등 주요 부품들의 운전 특성을 파악하였다. 동적 시험은 유체의 차압이 존재하는 상태에서 수행하는 시험으로 유체의 차압은 중차압(lO8.
대상 데이터
- 시험 대상 밸브는 76 mm 플렉시블 웨지형 게이트밸브로서 3가지 차압조건(무차압, 중차압, 고 차압) 수행하였다. 유동장치는 다양한 압력을 형성하기 위해 발전소 현장의 펌프 및 배관설비를이용하였으며, 시험 대상 밸브 및 구동기의 상세사양은 Table 1과 같다.
- 밸브의 성능평가를 위해서는 밸브 동작시 주요 행정 위치에서 밸브에 발생되는 토크, 스러스트, 전류, 전압 등의 신호를 취득하고 분석해야 하는데, 본 연구에서는 미국 CRANE Inc.에서 개발한 모터 구동 밸브 전용 진단 시험 장비인 UDS (Universal Diagnostic System)를 사용하여 주요 시험 데이터들을 취득하였다. UDS는 모터구동밸브, 체크밸브, 공기구동밸브등 밸브 진단시험 전용 장비로써 진단 신호를 수집하는 Data Acquisition Module(DAM), 진단신호 수집에 사용되는 센서와 시험 장치를 제어하여 시험 데이터를 수집하고 분석하는 UDS 프로그램°)으로 구성되어 있다.
성능/효과
- 스템 팩터는 고차압 조건에서 가장 높게 나타나고 있으며, 다음으로 저차압, 무차압순으로나타나는 것을 알 수 있다. 또한 밸브 운전 구간별로 분석할 경우 running load 구간에서 스템 팩터값이 가장 낮게 나타나며, 밸브의 열림 및 닫힘 직전에서 가장 높은 값을 나타내고 있음을 알 수 있다. 특히 열림행정 고차압조건에서 스템 팩터값이 급격히 감소하는 부분이 나타나는데, 이것은 피스톤 효과(piston effbct)에 의한 것으로 차압이 높을수록 피스톤 효과가 크게 나타나며, 이 구간에서는 밸브의 열림시 스템과 스템너트의 마찰이 거의 발생하지 않는다고 볼 수 있다.
- 알 수 있었다. 밸브 팩터값이 상승한다는 것은 밸브 동작시 더 많은 힘이 요구됨을 의미하는 것으로 유체 차압이 높은 조건에서 더 많은 힘이 요구됨을 시험 평가 결과로 알 수 있었다.
- 부하율의 경우 대체적으로 유체 차압이 커질 수록 부하율도 증가하는 것을 알 수 있었으며, 부하율증가의 주원인이 스템 마찰의 증가에 있는 것을 부하율 민감도 분석을 통하여 파악할 수 있었다. 밸브팩터의 경우도 유체 차압이 증가할수록 그 값이 커지는 것을 알 수 있었으며, 열림 행정보다는 닫힘행정에서 그 값이 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 스템팩터의 경우 유체의 차압이 증가할수록 스템과스템너트의 마찰계수가 증가하여 구동기에서 발생되는 토크가 스템의 스러스트로 변환되는 과정에서 힘의 손실이 커지는 것을 알 수 있었다. 부하율의 경우 대체적으로 유체 차압이 커질 수록 부하율도 증가하는 것을 알 수 있었으며, 부하율증가의 주원인이 스템 마찰의 증가에 있는 것을 부하율 민감도 분석을 통하여 파악할 수 있었다. 밸브팩터의 경우도 유체 차압이 증가할수록 그 값이 커지는 것을 알 수 있었으며, 열림 행정보다는 닫힘행정에서 그 값이 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 밸브 팩터를 구하였다. 분석결과 고 차압의 경우가 중차압의 경우보다 밸브 팩터값이 크게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 최대 밸브 팩터값이 고차압의 경우는 0.3016, 중차압의 경우는 0.2849로 나타났다.
- 닫힘 행정의 경우 running 구간 이후 유체의 차압이 급격히 증가하기 시작하는 initial wedging 구간에서부터 디스크가 유체를 완전히 차단하는 seating 구간까지 7개 지점에 대해 밸브 팩터를 구하였다. 분석결과 열림 행정과 마찬가지로 닫힘 행정에서도 고차압의 경우가 중 차압의 경우보다 밸브 팩터값이 크게 나타나는 것을 알 수 있으며, 최대 밸브 팩터값이 고차압의 경우는 0.449, 중차압의 경우는 0.447로 나타났다.
- 시험결과 밸브 운전 성능인자인스템팩터, 부하율, 밸브팩터등의 특성이 파악되었으며, 특히 유체 차압에 의해 이들 인자들이 매우 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 스템팩터의 경우 유체의 차압이 증가할수록 스템과스템너트의 마찰계수가 증가하여 구동기에서 발생되는 토크가 스템의 스러스트로 변환되는 과정에서 힘의 손실이 커지는 것을 알 수 있었다. 부하율의 경우 대체적으로 유체 차압이 커질 수록 부하율도 증가하는 것을 알 수 있었으며, 부하율증가의 주원인이 스템 마찰의 증가에 있는 것을 부하율 민감도 분석을 통하여 파악할 수 있었다.
- 파악하였다. 시험결과 밸브 운전 성능인자인스템팩터, 부하율, 밸브팩터등의 특성이 파악되었으며, 특히 유체 차압에 의해 이들 인자들이 매우 큰 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 스템팩터의 경우 유체의 차압이 증가할수록 스템과스템너트의 마찰계수가 증가하여 구동기에서 발생되는 토크가 스템의 스러스트로 변환되는 과정에서 힘의 손실이 커지는 것을 알 수 있었다.
- 7과 8은 시험밸브를 무차압, 중차압, 고차압 상태에서 각각 시험을 수행하고 취득한 스러스트 및 토크 값을 비교 분석한 것이다. 시험신호 비교에서 볼 수 있듯이 각 차압 조건에 따라 스러스트 및 토크 값이 다르게 나타나며, 특히 밸브 디스크에 차압의 영향이 크게 나타나는 열림 직전 및 닫힘 직전에는 그 영향이 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 기본적으로 동적 상태는 밸브 디스크 양단에 유체 차압이 추가적인 부하(load)로 발생하기 때문에 열림 및 닫힘시 밸브 스템에 정적 상태보다 더 큰 힘이 요구되는 것을 볼 수 있으며, 중 차압보다는 고 차압에서 더 큰 토크와 스러스트가 요구되는 것을 알 수 있다.
- 12에 비해 각 차압조건에서 그래프 선도들의 격차가 크고, 동일한 스프링 팩값에 대해 스러스트 값들이 크게 변하는 경향을 볼 수 있다. 위의 비교를 통하여 각각 다른 차압 조건에서 부하율이 커지면 토크의 변화는 크지 않지만 스러스트는 크게 변하여 부하율에 대한 민감도가 매우 높은 것을 알 수 있으며, 데이터를 분석 해 보면 스프링팩 변위 0.12에서 토크 값은 정적상태 대비 동적상태가 6% 정도 변한 것에 비해 스러스트 값은 정적상태 대비 동적상태가 25% 정도 변화한 것을 알 수 있다.
- 위의 유체 차압에 따른 밸브 팩터의 평가 결과 고 차압 조건이 중차압 조건보다 밸브 팩터값이크게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 열림 행정보다는 닫힘 행정에서 그 값이 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 밸브 팩터값이 상승한다는 것은 밸브 동작시 더 많은 힘이 요구됨을 의미하는 것으로 유체 차압이 높은 조건에서 더 많은 힘이 요구됨을 시험 평가 결과로 알 수 있었다.
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