럽쳐밸브의 안전성 시험

 

럽쳐밸브의 안전성 시험

 

승강기부품의 안전인증⑨

 

 

유압식 엘리베이터의 경우 유압 작동으로 엘리베이터를 상승 및 하강시킨다. 유압을 발생시키는 유압 유니트와 가이드 레일을 따라 엘리베이터를 승·하강 시키는 실린더로 구성된 유압식 엘리베이터는 주로 화물용으로 사용된다. 실린더와 유압유니트는 고압호스(Hose)로 연결되며, 만일 이 호스(Hose)가 파단될 경우엔 실린더 로드가 급하강하여 엘리베이터 추락 사고를 일으킨다. 이 같은 추락을 방지하기 위해 실린더 하부에 럽쳐밸브(Rupture Valve)를 설치하여야 한다. 럽쳐밸브는 엘리베이터가 급속히 하강하여 정격속도 +0.3㎧에 이르기 전 작동하여 엘리베이터를 감속 정지시키는 안전장치이다.

글 이주환(한국산업기술시험원 팀장)

 

 

 

럽쳐밸브의 종류

 

럽쳐밸브는 연결되는 파이프 직경의 크기와 실린더와 유압 유니트를 연결하는 방식에 따라 ‘I’형 및 ‘L’형 구조로 분류할 수 있다. ‘I’형은 실린더와 유니트의 유로가 관통하는 방식이라면 ‘L’형은 90˚ 각도로 꺾인 방식이다.

 

유압 라인에 이상이 생겨 엘리베이터가 갑자기 하강하게 되면 럽쳐밸브를 통과하는 유량도 증가한다. 유속이 증가하면 럽쳐밸브의 전·후단 압력은 급속히 낮아진다. 압력이 럽쳐밸브의 설정압력보다 낮아지면 럽쳐밸브는 빠르게 닫히고 추락하는 엘리베이터를 정지시켜서 승객을 보호하고 엘리베이터의 손상을 막는다. 고장원인이 제거된 다음 유압펌프를 가동하여 카를 상승시키면 럽쳐밸브는 자동적으로 열리고 엘리베이터는 정상적으로 사용할 수 있다.

 

[그림 1] ‘I’형 구조 럽쳐밸브(1인치)[그림 2] ‘L’형 구조 럽쳐밸브(1 1 2 인치)

 

 

 

럽쳐밸브의 성능기준

 

럽쳐밸브는 [그림 3]에서 조절나사의 높이(h)를 조절함으로 유량 토출량을 조절할 수 있다. 럽쳐밸브의
조정은 엘리베이터의 하강방향 운전을 멈출 수 있어야 하며 작동 시 아래 <표 1>과 같은 성능기준을 만
족하여야 한다

 

 

[그림 3] 럽쳐밸브(Model; R10) 세부 구조

 

 

<표 1> 럽쳐밸브의 성능

 

 

 

럽쳐밸브의 시험

 

럽쳐밸브의 시험을 위해서는 유압 배관이 완전히 파손되어 추락이 발생하는 것을 시뮬레이션 할 수 있는 시험장치를 구성하여야 한다. 아래 [그림 4] 및 [그림 5]는 한국산업기술시험원(KTL)에서 보유하고 있는 럽쳐밸브 시험장치를 나타낸다.

 

 

[그림 4] 시험하중 및 실린더 장치     [그림 5] 럽쳐밸브 시험장치

 

 

 

 

 

시험장치는 시험하는 동안 럽쳐밸브 앞 및 뒤의 압력을 기록할 수 있어야 하고 유량 또한 측정하고 기록되어야 한다. 아래 [그림 6] 및 [그림 7]은 시험품인 럽쳐밸브와 시험을 하기 위해 럽쳐밸브를 설치한 상태를 나타낸다.

 

 

 

[그림 6] 시험품(R10-1.5")

[그림 7] 시험품의 설치상태

 

 

 

 

럽쳐밸브의 시험은 크게 두 가지 시험항목을 측정한다. 첫째는 럽쳐밸브의 동작특성을 측정하는 것이고 둘째는 내압성능을 측정하는 것이다. 럽쳐밸브의 동작특성은 10회 작동 반복시험을 통해서 시험기준에서 요구하는 공차(Tolerances)에 적합한지를 판단한다. 내압시험의 경우 럽쳐밸브가 견딜 수 있는 최대압력(Pmax)의 5배를 가한 상태에서 2분 이상 압력시험을 실시하였을 때, 이상이 없어야 한다.

 

 

작동 반복시험 및 평가

]

럽쳐밸브의 작동 반복시험은 아래 조건에서 각각 10회씩 실시한다.
- 최대 압력, 최대 주위온도, 최소 조절유량 및 최소 점도
- 최소 압력, 최소 주위온도, 최대 조절유량 및 최대 점도

 

 

유압배관이 완전히 파손된 상태를 구현하기 위하여 정지상태에서 시험장치의 밸브를 완전히 열어서 유량이 급속히 흐르게 하여 럽쳐밸브 앞단의 정압력(Ps)이 10% 이하로 떨어지도록 하여야 한다. [그림 8]은 시험 시 나타나는 일반적인 럽쳐밸브의 전단 압력 및 후단 압력과 럽쳐밸브를 통해 흐르는 유량을 나타낸다.

[그림 8]은 럽쳐밸브의 성능(<표 1> 참조)에 만족한지 여부를 판단하기 위해 측정된 럽쳐밸브의 압력과 유량의 판정기준을 나타낸다. 럽쳐밸브의 최대감속도 기준에 따르면, 2.5G 이상 최대 감속도는 0.04초 이상 지속되지 않도록 규정한다. 이를 평가하기 위해 럽쳐밸브 압력곡선에서 3.5Ps(정적압력)이상의 압력이 0.04s 이상 지속되는지 여부를 평가한다. 또한 유량감속 시간(td), 정격유량(100% 유량)과 최대유량 사이의 시간(t0), 럽쳐밸브 작동 속도가 기준에 적합한지를 평가한다. 아래 <표 2>는 각각의 기준을 나타낸다.

 

 

<표 2> 럽쳐밸브의 성능곡선 판정 기준

 

 

[그림 8] 유압 유체유량, 럽쳐밸브의 전단 및 후단의 압력

 

아래 [그림 9] 및 [그림 10]은 작동반복시험과 시험 후 측정데이터를 나타낸다. 10회의 반복시험 데이터 중 한 번이라도 <표 2>의 기준을 벗어나면 부적합으로 판단한다

 

 

[그림 9] 작동반복시험

 

 

[그림 10] 럽쳐밸브 전단 및 후단 압력, 유량곡선

 

 

 

내압시험 및 평가

내압시험의 경우 럽쳐밸브를 [그림 11]처럼 시험지그에 장착하여 시험한다. 한국산업기술시험원(KTL)에서는 전용시험설비를 사용하여 럽쳐밸브의 최대압력인 70㎏/㎠의 5배인 350㎏/㎠를 럽쳐밸브에 2분 간 가하여 시험하며, 그 결과를 [그림 12]에서 나타낸다.

 

 

[그림 11] 내압시험 (70㎏/㎠)

 

 

럽쳐밸브의 현장 적용

 

럽쳐밸브는 실린더 하부에 설치하며 실린더 쪽과 유압 유니트 쪽의 연결 방향이 바뀌지 않도록 유의하여야 한다. 부품 제조사는 설치매뉴얼을 고객에게 제공하여 엘리베이터의 설치 시 럽쳐밸브가 정격속도 +0.3㎧ 이내에서 동작하는 지 시험해 보아야 한다. 부품 제조자는 럽쳐밸브의 사용유량(ℓ/min), 압력범위, 점도범위, 온도범위를 명시하여 고객에게 제공하여야 한다. 럽쳐밸브 시험을 위해 카에 과부하를 싣지 않고도 럽쳐밸브의 작동속도에 이르도록 수동으로 조절할 수 있는 수단을 기계실에 갖추어야 한다. 럽쳐밸브의 조정은 적절 사용유량을 조절나사를 돌려 설정하고 기계실 내 온도가 사용범위에 유지되도록 주기적으로 점검하여 엘리베이터
의 안전을 확보하는 것이 중요하다.

 

 

[그림 12] 내압시험 곡선