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유압 플랜트용 비례압력 제어 밸브는 제철, 제강, 자동차 생산 라인 등에 필요한 핵심 장치로 유압 시스템의 압력을 일정하게 제어하는 역할을 합니다.

한국기계연구원 극한에너지기계연구실 윤소남 박사팀이 세원셀론텍㈜과 공동으로 일본, 독일 등 첨단 기술을 보유한 외국 기업의 전유물이었던 중^대형 유압플랜트용 핵심 비례압력제어 밸브 설계 제작 기술이 국내 처음으로 개발했습니다.

비례압력제어 밸브 외관


이번에 개발된 밸브 성능은 최고 사용압력이 42 MPa(메가파스칼), 히스테리시스 특성(이력 특성)과 반복성(일정 반복 입력에 따른 출력 압력의 편차)이 0.5% 이하로 수입 제품과 동등한 성능을 보였습니다.

게다가 이를 파이로트로 사용해 2단으로 설치하면 유량제어 면적이 넓어져 최대 400 lpm의 유량 범위에서 사용할 수 있는 장점이 있습니다.

비례압력제어 밸브를 파이로트로 한 2단 제어밸브



이번에 개발된 비례압력제어 밸브는 비례 솔레노이드와 주밸브로 구성되며, 주밸브 부는 소음과 캐비테이션 문제점을 개선하는 구조를 지녀 이에 대한 특허 출원까지 마쳤습니다.

비례 솔레노이드는 시스템 압력을 비례적으로 제어할 수 있어 흡인력 비례 성능이 향상됐습니다.

또한 디지털 PWM(펄스폭 변조법) 신호를 빠르게 인지하는 방식을 채택해 응답 성능이 기존 밸브보다 50% 이상 높아졌고, 이에 따라 20% 이상의 에너지 절감 효과도 기대되고 있습니다.

연구팀은 이번 기술을 향후 사출기나 프레스, 모바일 건설 장비, 해양 플랜트 등의 압력제어 분야에 적용할 방침입니다.

개발된 밸브 성능측정 장비 및 시험입력신호

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곡물과 이물질을 분리하는 곡물 선별기에 쓰일 수 있는 에너지 절약형 압전식 공압 밸브가 국내 최초로 개발됐습니다.

이번에 개발된 기술은 향후 대형 에너지 플랜트 분야의 파이로트 라인에도 적용될 전망입니다. 

한국기계연구원 그린환경에너지기계연구본부의 윤소남 박사팀이 경원훼라이트공업㈜와 한국과학기술연구원 등과 공동으로 곡물 선별기의 공기분출기(이젝터)에 쓰이는 압전밸브를 개발한 것인데요.

색채 선별기 구조 및 작동도. 이번에 개발된 밸브는 곡물 선별기의 공기총(이젝터)으로 사용된다.


기존 곡물 선별기에는 솔레노이드(전자석) 방식의 밸브가 사용돼 코일에 전류를 흘러 보내면 100% 전기의 힘으로 곡물을 튕겨내면서 이물질을 걸러냈습니다.

그런데 이번에 기계연구원이 개발한 압전밸브는 훨씬 적은 전력으로도 공기 압력을 만들어 이물질이 튕겨내기 때문에 소비전력을 기존보다 30% 가량 줄일 수 있습니다.

공기 이젝터에 의해 이물질이 제거되는 모습


또 기존 솔레노이드 방식의 밸브는 1000만 회 가동시 15% 가량 성능이 저하된 반면 새로 개발된 압전밸브는 같은 조건에서 성능 저하율이 5%에 그쳤습니다.

아울러 박막 세라믹과 고탄성 판재를 사용해 내구성이 약했던 압전밸브의 단점을 극복해 국내 최초로 2000만 회 이상의 시험 운전을 달성하기도 했습니다.

개발된 압전밸브


현재 곡물 선별기의 세계 시장 규모는 450억 원 규모로, 이 가운데 국내 시장 점유율은 40%입니다.

기계연구원은 이번 개발을 통해 관련 세계시장의 한국 점유율이 60% 이상으로 높아질 것으로 관측하고 있습니다.

새로 개발된 곡물 선별기용 압전밸브의 내구성을 실험 중인 기계연구원 윤소남 박사


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