압력 보상 유량 제어 밸브의 동특성에 관한 연구

Abstract

이 논문은 압력 보상 유량 제어 밸브의 동특성을 구하여, 이를 해석하므로서, 압력 보상 유량 제어 밸브의 설계시에 필요로 하는 기본 자료를 얻고, 또 실험을 통하여 이를 확인하므로서 이론적인 전개의 타당성을 부여하고자 하는 것이다. 일반적으로 단순한 가변 오리피스를 사용한 유량 제어 밸브는 밸브의 개도가 같아도 밸브 전후의 압력차에 따라서 유량이 변하게 된다. 그러므로, 압력 보상 유량 제어 밸브에는 압력포상기구로서의 보상 - 스푸울이 밸브 내부에 설치되어 있는데, 이 스푸울은 스프링 - 질량 - 제동마찰 운동계를 형성하게 된다. 이 보상 스푸울을 내장한 압력 보상 유량 제어 밸브는 유량제어용 throttle밸브의 전후 압력차를 항상 일정하게 유지시키기 위하여 유량 제어용 throttle밸브의 입구 압력과 출구 압력을보상 스푸울에 귀환시키게 되는데, 이 귀환 통로의 저항치에 따라서 밸브의 응답도 및 안정성이 달라진다. 따라서, 본 논문에서는 귀환 통로의 저항값과 스푸울 밸브 및 throttle 밸브의 밸브계수들의 항으로 운동 방정식을 유도하였고, 이 유도된 식을 이용하여 밸브의 안정성과 응답도를 고찰하였다. 이론적인 전개를 간단히 하기 위해서 밸브 자체에 대해서만 전개하였으므로, 기름의 압축성은 고려하지 않았으나, 실험의 결과와 잘 부합되었다. 이 압력 보상 유량 제어 밸브는 내부에 귀한계를 형성하고 있으므로 자동제어 이론을 도입하여 안정성을 판별하는 기준식을 도출하였는데, 이는 실험에서 타당성이 확인되었다. 이론적인 전개에서 얻은 결과식을 확인하기 위하여 밸브 유입구 압력과 유출구 압력의 급상승시에 대한 step응답을 구하여서 비교 관찰하는 실험을 하였다. 본 실험에서는 귀환 통로의 저항값을 변경시켜 가면서 이에 따른 응답을 고찰하기 위하여 귀환 통로에 가변 저항을 설치하였으며, 또 스프링 상수 및 초기 설정 스프링 힘이 밸브의 보상 압력에 미치는 영향을 검토하기 위해서 이들도 조절할 수 있도록 실험 장치를 제작하여 실험하였다. 실험 결과, 전개된 이론식은 실험과 잘 부합되었으며, 특히 밸브를 설계할 때 필요로 하는 기초 자료들을 얻었다. 또, 실험을 통하여 밸브 각부분에 있어서의 작동 상태를 규명하였고 밸브계수들이 작동점 (operating point) 에 따라서 달라지는 경향을 파악하였다.