제 6장 VALVE REMOTE CONTROL SYS.
1. 적용 범위 및 목적
선박에 적용되는 각종 SYSTEM의 자동화는 선박의 유지 운항을 위한 OPERATING COST를 줄일 수 있다는 장점 때문에 선주 측으로부터 많은 호응을 받고 있으며 특히 선박의 전 AREA에 걸쳐 산재되어 있는 VALVE들에 대한 CENTRALIZED REMOTE CONTROL SYSTEM의 채택은 매우 타당성 있는 것으로써, 실제로 현재 건조중인 거의 모든 선박의 DECK SYSTEM에 이의 적용이 일반화 되어있다.
이와 같이 DECK SYSTEM에서의 REMOTE CONTROL에 대한 정확한 DATA나 관련 자료들이 부족하고 정리가 되어 있지 않은 상태이므로 불필요한 M/H의 낭비 및 실질적인 업무에 있어서 불편을 겪고 있는 실정이다.
이에 당사에서 주로 사용하고 있는 HYDRAULIC SYSTEM을 중심으로 관련 RULE이나 SYSTEM을 살펴보고 이를 정리. 비교. 검토함으로써 당 조선소 설계의 기준으로 사용하고자 한다.
2. SYSTEM 개요
VALVE REMOTE CONTROL SYSTEM에는 POWER SOURCE에 따라
1) HYDRAULIC SYSTEM
2) ELECTRIC SYSTEM
3) PNEUMATIC SYSTEM 등으로 구분할 수 있다.
일반적으로 선박의 경우에는 ACTUATOR/CYLINDER의 SIZE를 줄일 수 있게 HIGH
PRESSURE를 가지는 HYDRAULIC SYSTEM을 채택하고 있다.
그리고 HYDRAULIC SYSTEM의 경우에도 FLOW CONTROL VALVE의 OPERATION
방법에 따라
1) PURE HYDRAULIC SYSTEM
2) ELECTRO-HYDRAULIC SYSTEM으로 나누고
이를 다시 V/V의 ACTUATOR의 작동방식에 따라
1) SINGLE ACTING(SPRING RETURN) ONE LINE SYSTEM
2) DOUBLE ACTING TWO LINE SYSTEM
3) DOUBLE ACTING COMMON LINE SYSTEM으로 구분이 된다.
2.1 PURE HYDRAULIC SYSTEM
이 SYSTEM은 VALVE의 ACTUATOR의 작동을 위한 HYDRAULIC POWER UNIT에
서 토출된 PRESSURIZED OI을 CONTROL CONSOLE 상에 위치한 PILOT VALVE를
이용 직접 CONTROL 하는 TYPE을 말한다. 즉 이 SYSTEM 은 HYDRALIC PIPING
을 CONTROL CONSOLE 까지 연결시켜 SYSTEM을 구성하여야 하므로 배관 작업
이 상당히 늘어 나는 단점이 있으나 CONTROL SYSTEM 의 가격이 저렴하다는 장
점이 있다.
[1] SINGLE ACTING ONE LINE SYSTEM
아래 SCHEMATIC DIAGRAM과 같이 CONTROL VALVE의 OPERATING SWITCH를
OPEN에 두면 POWER UNIT에서 HYDRAULIC PUMP를 통해 토출되는 60-120 BAR
의 HYDRAULIC OIL이 P LINE을 통해 ACTUATOR의 한 쪽으로 유입되면 V/V가
OPEN 되고, 다시 CONTROL V/V의 OPERATING SWITCH를 CLOSE에 두게되면
ACTUATOR의 SPRING 힘에 의해 ACTUATOR 내의 HYDRAULIC OIL은 T LINE을
통해 HYDRAULIC POWER UNIT로 돌아가고 V/V는 닫히게 된다.
이때, T LINE 상에는 PRESSURE가 걸리지 않게 된다.
[2] DOUBLE ACTION TWO-LINE SYSTEM
위 SCHEMATIC DIAGRAM에서 보는 바와 같이 CONTROL VALVE의 OPERATING SWITCH를 OPEN에 두면 HYDR. POWER UNIT로부터의 PRESSURIZED OIL이 P LINE을 통해 V/V의 ACTUATOR의 (1)에 유입되어 V/V를 열게되고, 이때 ACTUATOR의 (2)에서는 ACTUATOR내의 PRESSURE가 걸려있지 않은 HYDR. OIL이 T LINE을 통해 HYDR. POWER UNIT로 되돌아간다.
V/V를 CLOSE 시킬 때에는 OPERATING SWITCH를 조작, ACTUATOR의 작동을 반대로 시킴으로써 V/V를 CLOSE 시킨다.
[3] DOUBLE ACTING COMMON LINE SYSTEM
위 그림에서와 같이 CONTROL CONSOLE상에서 CONTROL V/V를 OPEN에 두면
DOUBLE ACTING LINE SYSTEM에서와 같이 PRESSURIZED HYDRAULIC OIL 이 P
LINE을 통해 ACTUATOR (1)에 유입되어 V/V를 열게되고, 이때 ACTUATOR의 (2)에
있던 HYDR. OIL은 COMMON LINE으로 빠져나가게 된다. 이와는 반대로 V/V를
CLOSE로 둘 때에는 COMMON LINE으로부터의 PRESSURIZED OIL이 (2)에 유입되
어 V/V를 닫고 (1)의 HYDR. OIL은 T LINE을 통해 HYDR. POWER UNIT로 되돌아간
다.
COMMON LINE SYSTEM에서는 COMMON LINE 상에 HYDR. POWER UNIT로부터의
토출압력 (SYSTEM WORKING PRESSURE)의 1/2 정도의 압력이 걸려있고 T LINE
상에는 압력이 걸리지 않는다.
2.2 ELECTRIC HYDRAULIC SYSTEM
ELECTRIC-HYDRAULIC SYSTEM의 작동원리는 지금까지 소개한 PURE
HYDRAULIC SYSTEM과 똑같다고 볼 수 있으며 단지 OPEN/CLOSE의 지시를 위한
CONTROL V/V의 OPERATING을 SOLENOID V/V를 이용한 ELECTRIC METHOD에
의해서 실행한다는 차이점이 있다.
(1) SINGLE ACTING ONE LINE SYSTEM
(2) DOUBLE ACTING TWO LINE SYSTEM
(3) DOUBLE ACTING COMMON LINE SYSTEM
3. SYSTEM의 구성
VALVE REMOTE CONTROL SYSTEM의 구성을 위해서는 우선 HYDRAULIC
POWER UNIT와 ACTUATOR, CONTROL, CONSOLE, POSITION INDICATION
DEVICE등의 MAIN EQUIPMENT와 MULTI-CORE TUBE등의 LEADING PIPE가 필요
하게 된다.
[1] CONTROL TYPE
VALVE REMOTE CONTROL SYSTEM의 CONTROL TYPE은 SINGLE LINE이나
TWO LINE으로 구성된 PURE HYDRAULIC CONTROL이나 ELECTRO-
HYDRAULIC CONTROL 또는 PNEUMATIC-ELECTRIC CONTROL로 나누어진다.
[2] HYDRAULIC POWER UNIT
SYSTEM의 POWER SOURCE로 HYDRAULIC PUMP를 통해 일정 압력을 가지는
HYDR. OIL을 토출 SYSTEM에 공급한다.
간단한 MANUAL POWER UNIT에서부터 무인 기관실 지역을 COVER 하기 위한 경
보 장치를 갖춘 전자동 UNIT까지 SYSTEM의 특성에 따라 적당한 UNIT의 선택이
가능하다.
일반적인 HYDR. POWER UNIT의 구성은 다음과 같다.
(1) HYDRAULIC POWER TANK
(2) HYDRAULIC PUMP WITH MOTOR
(3) MAIN ELECTRIC POWER SWITCH
(4) HYDRAULIC POWER PRESSURE GAUGE
(5) HYDRAULIC OIL LOW LEVEL ALARM
(6) HYDRAULIC OIL LOW PRESSURE ALARM
(7) ACCUMULATOR
(8) VISUAL-LEVEL GAUGE & ALARM, AND REGULATING COMPONENTS
(9) ETC.
[3] ACTUATOR
REMOTE CONTROL 되는 VALVE의 SPINDLE에 부착되어 있으며 HYDRAULIC
POWER PACK으로부터 공급되는 PRESSURIZED HYDR. OIL에 의해 내부의
RACK과 PINION이 THRUSTER를 받게 되고 이 힘에 의해 VALVE의 SPINDLE을
회전시켜 VALVE의 적당한 개폐가 가능하게 된다.
작동 방식에 따라
(1) DOUBLE ACTING TYPE
(2) SINGLE ACTING (SPRING RETURN) TYPE,이 있다.
일반적으로 ACTUATOR의 선정은 FITTING 되는 VALVE의 종류 SYSTEM
WORKING PRESSURE, TORQUE 등에 따르며 각 SYSTEM MAKER별로 독특한 사
양을 가지고 있으나 SYSTEM 구성상의 큰 차이는 없다.
① DOUBLE ACTING TYPE
이미 앞에서도 언급이 있었지만 ACTUATOR에 PRESSURE LINE과 RETURN LINE
이 걸리게 되며 이때, CONTROL V/V의 위치 (OPEN/CLOSE)에 따라 ACTUATOR의
어느 한쪽에 있던 PRESSURIZED OIL은 CONTROL V/V의 위치에 따른 작동을 끝
낸 후 RETURN LINE을 통해 HYDRAULIC OIL STORAGE TANK로 FEED BACK 된
다.
위 SCHEMATIC DIAGRAM은 MANUAL OPERATED DOUBLE ACTING CONTROL
TYPE을 나타내었으며, 보통 P LINE에는 HYDRAULIC PUMP로부터 토출된 60-120
BAR의 PRESSURE를 가지는 HYDR. OIL이 걸려있고 T LINE에는 압력이 걸려 있
지 않게 된다.
위 DIAGRAM에서의 회로의 구성을 보면 V/V의 OPEN시에는
P → A → (1) VALVE OPEN이 되고 CLOSE시에는
P → B → (2) VALVE CLOSE가 된다.
② SINGLE ACTING TYPE
아래 그림에서처럼 HYDRAULIC POWER PACK으로부터 토출되는 고압의 HYDR.
OIL은 P LINE을 통해 ACTUATOR(1)에 유입하고, 이에 따라 VALVE가 OPEN된
다.
역으로 VALVE를 CLOSE 시키고자 할 때에는 SPRING 의 힘에 의해 VALVE가
CLOSE 되며 ACTUATOR(1)의 OIL은 T LINE을 통해 STORAGE TANK로
RETURN 되게된다.
[4] POSITION INDICATING DEVICE
CONTROL CONSOLE/PANEL 상에서의 임의의 VALVE POSITION(OPEN/CLOSE)
을 CHECK 하기 위한 방법으로, 일 반적으로 VALVE의 OPEN/CLOSE를 나타내는
INDICATING LAMPS에 의해 지시된다. 그러나 BALLAST PUMP의 DISCHARGE
SIDE나 CARGO OIL SYSTEM과 같은 특수한 경우에는 VALVE의 MOVEMENT에
의한 100% FULL INDICATION을 CONTROL CONSOLE 이나 PANEL 상에서
MONITOR 할 수 있어야 된다.
현재 SYSTEM MAKER들이 사용하고 있는 POSITION INDICATION METHOD를 대
별해 보면
(1) DIRECT OPEN/CLOSED POSITION INDICATOR
(2) INDIRECT OPEN/CLOSED POSITION INDICATOR
(3) DIRECT CONTINUOUS 등이 있다.
[5] CONTROL CONSOLE
선박의 전 AREA에 산재되어 있는 각종 VALVE류나, REMOTELY CONTROLLED
되는 EQUIPMENT들에 대한 CONTROL과 MONITORING을 할 수 있는 조종대로
그 구성은 대략 다음과 같다.
(1) VALVE OPEN/CLOSE KNOB/PUSH-BUTTON
(2) VALVE OPEN/CLOSE INDICATION LAMP
(3) PUMP REMOTE START/STOP PUSH-BUTTON
(4) PUMP PRESSURE GAUGE
(5) SYSTEM MIMIC DIAGRAM
(6) NAME PLATE
(7) 기타 REMOTELY CONTROL 되는 SYSTEM의 MEASURING APPLIANCES 그
형태에 따라 PIANO TYPE과 SELF-STANDING TYPE이 있으며, CONTROL ROOM
내부의 SPACE나 MAINTENANCE등을 고려해서 선정하도록 한다.
[6] ACCUMULATOR
HYDRAULIC REMOTE-CONTROL SYSTEM에 있어서 HIGH/LOW의 압력 한계 사이
에서 자동 제어되는 PUMP의 간헐적인 작동이나, PUMP가 START/STOP 할 때와
CONTROL CABINET에서의 DISTRIBUTION ELEMENTS가 조정될 때 SYSTEM 내
에서의 수격 작용의 감소가 필요로 할 때와 동력이 끊겼을 때, MAIN SYSTEM이
DAMAGE를 입었을 경우의 VALVE들의 EMERGENCY OPERATION을 위해 설치되
며 그 TOTAL VOLUME은 ACCUMULATOR가 설치될 장소의 크기와
ACCUMULATOR가 실행할 기능에 따라 정해지며 PRESSURE CIRCUIT에 평행하게
설치된다.
각 SYSTEM MAKER 별로 ACCUMULATOR의 TYPE은 다소 차이가 있으나 다음과
같이 대별할 수 가 있다.
(1) BOTTLE TYPE
일반적으로 많이 채택하고 있는 SYSTEM으로, 일정 VOLUME의 BOMBE의
INSIDE에 RUBBER BLADDER를 가지는 TYPE으로 POWER PACK 속에 내장이
가능하기 때문에 전체적으로 SPACE를 SAVE 할 수 있다.
(3) ACCUMULATOR의 작동 원리
아래 그림 A에서 볼 수 있듯이 BOTTLE 내의 RUBBER BLADDER에 P0의 압력으
로 NITROGEN GAS를 채워 놓은 다음에 B에서와 같이 HYDR. OIL의 압력 P1이
P0보다 클 경우에는 ACCUMULATOR의 속으로 HYDR. OIL이 유입된다.
이 때, ACCUMULATOR 속으로 PRESSURIZED HYDR. OIL이 채워지게 되면
NITROGEN BLADDER는 변형되게 되고 BLADDER 안의 GAS VOLUME은 사용 압
력 (SYSTEM PRESSURE) PE의 활동 하에 감소하게 된다. 그리고 만약 SYSTEM
PRESSURE가 가장 낮은 압력으로 떨어지게 되면 (POWER FAILURE시 등)
ACCUMULATOR내의 HYDR. OIL은 ACCUMULATOR 내의 BLADDER가 팽창하면
서 ACCUMULATOR내에 저장되어 있던 OIL은 RESTORE 되고 이로써
EMERGENCY로 사용이 가능하게 된다.
BLADDER 내의 초기 INFLATING PRESSURE P0로 유입시킬 때에는
ACCUMULATOR의 TOP에 있는 BLADDER VALVE에 의하며, INFLATING GAUGE
로 유입 압력 P0를 조정한다. 이 때 INFLATING PRESSURE P0는 SYSTEM MAX.
SERVICE PRESSURE PE의 1/4정도의 범위 내나 MINIMUM SYSTEM PRESSURE
의 9/10 범위 내에 두어야 한다.
[7] EMERGENCY OPERATING SET
SYSTEM을 구성하고 있는 관련 EQUIPMENT들의 BREAKDOWN이 일어날 경우
나, SYSTEM FAILURE시에 손쉽게 빠른 방법으로 SYSTEM을 보전할 수 있는 장
치가 있어야 하며, 일반적으로 HYDRAULIC HAND PUMP UNIT 등이 PORTABLE
SET로 구성되어 있다.
[8] FLOW REGULATOR
VALVE OPERATING TIME의 REGULATION을 가능하게 해주는 APPLIANCE로
RETURN LINE상에 VALVE CONTROL DISTRIBUTOR BASE PLATE와 함께 일체를
이루고 있다.
일반적으로 HYDRAULIC DIAGRAM 상에는 다음과 같은 SYMBOL로써 나타내고
그 작동은 그림에서 보는 것과 같이 REGULATION SCREW(2)의 BOTTOM으로
유입된 FLUID는 측면의 FLOW REGULATOR ORIFICE를 통해 RETURN CIRCUIT
로 나가게 되면서 THROTTLE 된다.
REGULATION은 REGULATING SCREW를 잡고 있는 보호마개 (3)를 제거하고
REGULATING SCREW를 조정하여 REGULATING 하며 이 때 시계방향으로 돌리
게 되면 VALVE의 OPERATING TIME을 증가시키고, 반 시계방향으로는
OPERATING TIME을 감소시키게 된다.
[9] CONTROL VALVE
SYSTEM에서 있어서의 FLOW를 CONTROL 하는 VALVE로써
- MANUAL OPERATED TYPE
- SOLENOID TYPE이 있으며
일반적으로 SPOOL TYPE의 V/V를 채택해 오고 있다.
(1) MANUALLY OPERATED CONTROL VALVE
① 2 POSITION - 3 WAY WITH SPRING TYPE
② 2 POSITION - 3 WAY WITHOUT SPRING TYPE
③ 2 POSITION - 4 WAY WITH SPRING TYPE
④ 2 POSITION - 4 WAY WITHOUT SPRING TYPE
⑤ 3 POSITION - 4 WAY WITH SPRING TYPE
⑥ 3 POSITION - 4 WAY WITHOUT SPRING TYPE
(2) SOLENOID OPERATED CONTROL VALVE
① 2 POSITION - 3 WAY WITH SPRING TYPE
② 2 POSITION - 3 WAY WITHOUT SPRING TYPE
③ 2 POSITION - 4 WAY WITH SPRING TYPE
④ 2 POSITION - 4 WAY WITHOUT SPRING TYPE
⑤ 3 POSITION - 4 WAY WITH SPRING TYPE
⑥ 3 POSITION - 4 WAY WITHOUT SPRING TYPE
HYDRAULIC SYSTEM을 구성하는 FLOW를 CONTROL 하는 VALVE 들에 대한 JIS
상의 SYMBOL은 다음의 도표와 같다.
(1) MANUAL OPERATED CONTROL VALVE
(2) SOLENOID OPERATED CONTROL VALVE
[10] MIMIC DIAGRAM
선박에 있어서 REMOTE CONTROLLED 되는 V/V를 가지는 각 SYSTEM 중
CRITICAL 한 SYSTEM OPERATION을 요구하는 경우에는 CONTROL
CONSOLE/PANEL 상에서 SYSTEM OPERATION STATUS를 MONITORING 하고
CONTROL을 할 수 있어야 한다.
따라서 CONTROL POSITION 상의 적당한 부위에 SYSTEM SITUATION 에 따른
DIAGRAM을 SCHEMATIC으로 제작, 부착함으로써 이를 만족하고 있다.
보통 MIMIC DIAGRAM 상에는 SYSTEM VALVE의 OPEN/CLOSED POSITION
INDICATION이나 CONTROL KNOB/BUTTON 등 SYSTEM CONTROL을 위한
APPLIANCE가 부착된다.
[11] CONTROL-LINE
SYSTEM을 구성하는 PILOT LINE으로, SOLENOID VALVE CABINET/CONTROL
VALVE CABINET에서 VALVE의 ACTUATOR에 까지 이르는 CONTROL LINE으로
SYSTEM 특성에 따라 MULTI TUBE나 SEAMLESS STAINLESS STEEL TUBE를
사용하고 있다.
(1) MULTI-TUBE
YARD의 경우에는 2 CORE, 4 CORE와 6 CORE가 STANDARD로 채택, 사용되고
있다.
재질로는 NON-FLAMMABLE P. V. C로 쌓인 SUS 304 ERW를 사용하고 있다.