유량 제어 밸브

1. 개요

유량제어 밸브는 실린더의 속도나 유압 모터의 회전수를 조절하는데 사용된다. 유량의 조절은 다음의 원리에 의해서 이루어진다. 유량제어 밸브의 단면적을 감소시키면 유량 제어밸브 앞측의 압력이 상승하게 되고, 이 압력이 압력 릴리프 밸브를 동작시켜 일부 유량을 탱크로 귀환시키게 된다. 따라서 실린더나 유압 모터 측으로 흘러 들어가는 유량이 적어져서 속도를 조절하게 되는 것이다. 그러나 이러한 방법은 상당한 에너지 손실을 가져온다. 에너지를 절약하기 위해서는 가변 용량형 펌프가 사용될 수 있다. 이 경우에는 압력이 상승하면 펌프의 토출량이 감소하게 된다.

2. 유량제어 밸브의 종류

2.1 일방향 유량제어 밸브

유압 실린더의 속도제어는 일방향 유량제어 밸브를 이용한다. 일방향 유량제어 밸브는 유랑제어 밸브와 체크 밸브가 하나로 조합되어 있는 밸브이며 이는 A에서 B의 방향으로 흐르는 유량만을 조절한다. 이때 작동기의 속도는 부하의 변동에 크게 영향 받는다.

2.2 압력보상형 유량제어 밸브

일방향 유량제어 밸브는 조절값 (교축부의 단면적)이 일정하더라도 부하의 변동이 있으면 압력차 변동에 의해 통과 유량이 변하여 작동기의 속도도 변한다. 특히, 공작기계에서는 절삭저항의 변화에 따라 속도가 변하면 가공흔적이 남아 불량이 발생된다. 압력 보상형 유량제어 밸브는 작동기의 부하가 변하더라도 압력차 변화를 보상하여 일정한 속도를 얻을 수 있다.

속도는 유량에 의해 조절되며, 교축부에서 일정한 유량이 흐르기 위해서는 일정한 압력차가 있어야 한다. 그래서 고안된 것이 압력 보상형 유량제어 밸브이다.

다음은 2-way 압력보상형 유량제어 밸브의 구조 및 동작원리이다. 유량은 간극 SI (하우징과 조절용 피스톤 사이) 간극 S2 (하우징과 교축 나사 사이)를 통과하여야 한다. 간극 S2는 교축 나사를 돌려 면적을 증가시키거나 감소 시킬 수 있다. 따라서 이에 따른 유량도 변화한다. 만약 유량이 교축 조절나사에 의해 정해지면 조절용 피스톤(3)과 압축 스프링 (4)으로 구성된 압력보상기구 (Pressure compensator)에 의해 입구와 출구의 압력 변동하에서도 압력차를 일정하게 하여 유량이 일정하게 흐를 수 있도록 보장해 준다.
압력 보상형 유량제어 밸브를 잘 이해하기 위해서는 압력보상 피스톤에 작용하는 힘의 평형상태를 이해해야 한다.

3. 속도조절 방식 및 회로

3.1 미터 인(Meter in) 유량제어

미터 인 유량제어인 경우에는 작동기로 공급되는 유량을 제어한다. 제어된 유량만 작동기(실린더)로 유입되므로 실린더에는 부하만큼의 압력이 형성되고 안정된 속도가 얻어진다. 그러나 실린더에 인장하중이 작용하면 자유로이 끌리게 되므로 속도조절기능이 상실된다. 인장하중이 작용할 때에는 카운터 밸런스 밸브(Counter balance valve)를 사용하여 보완해 줘야 한다.

3.2 미터 아웃(Meter out) 유량제어

미터 아웃 유량제어는 작동기로부터 배출되는 유량을 제어한다. 이때 실린더의 피스톤은 유압적으로 클램프되어 안정된 속도를 얻고, 인장하중이 작용하는 경우에도 유효하지만 압력집중이 문제가 된다. 압력집중이란 실린더의 전진속도 조절의 경우 실린더 전후진측 단면적 차이에 의해 증압 작용이 발생되어 교축밸브의 입구에 높은 압력이 형성되는 것을 말한다. 이것은 실린더 내부의 마찰력과 부하에 의해서만 감소될 수 있다.

3.3 블리드 오프(Bleed off) 유량제어

블리드 오프 유량제어 방식은 유압펌프에서 토출되는 유량 중에서 일정유량은 도출(Bypass) 시키고 나머지 유량을 작동기로 보내는 방식이다. 이 회로에서 유압원의 압력은 작동기의 부하에 필요한 압력이상으로 상승하지 않으므로 동력손실방지, 유온 상승방지 측면의 효율이 우수하다. 그러나 동시에 여러 개의 작동기를 사용하는 경우나 부하의 변동이 심한 곳에는 사용할 수 없다. 부하의 변동이 적은 연삭기, 호닝 머신 등에 사용된다.