전기 액추에이터를 다양한 밸브 유형에 어떻게 매칭시키는가?

2026-01-16 11:12:41

올바른 전기 액추에이터를 선택하려면 밸브 동작 방식 이해하기

회전, 직동, 다중회전 동작: 핵심 차이점 및 밸브 조합

전기 액추에이터는 전기 신호를 받아 실제 움직임으로 변환하지만, 밸브의 작동 방식에 따라 적절한 형태의 동작을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 회전형 액추에이터는 볼 또는 버터플라이 밸브와 같은 쿼터턴 밸브에 필요한 약 90도의 회전을 제공합니다. 한편 직선운동을 하는 리니어 액추에이터는 게이트 밸브 및 핀치 밸브에 이상적입니다. 글로브 밸브나 나사식 스템을 가진 대형 게이트 밸브의 경우, 360도 이상 계속 회전할 수 있는 멀티턴 액추에이터가 사용됩니다. 이러한 액추에이터와 밸브의 잘못된 매칭은 꽤 흔한 문제입니다. 폰먼 인스티튜트(Ponemon Institute)의 2023년 연구에 따르면, 산업용 밸브 고장의 약 4건 중 1건은 잘못된 액추에이터가 연결된 데서 비롯됩니다. 따라서 정확한 매칭이 성능에 큰 차이를 만든다고 할 수 있습니다.

회전용 : 소형 설계, 빠른 사이클 시간(2~6초/90°), 경량이며 고주기 응용 분야에 이상적
선형 : 높은 추진력 출력(최대 50,000lbf), 고압 게이트 및 다이어프램 밸브용으로 설계됨
다중 회전 : 정밀한 위치 제어(±0.1° 반복도), 글로브 밸브의 유량 조절 및 비례 제어에 필수적임

공정형 전동 액추에이터가 볼 및 버터플라이 밸브에 이상적인 이유

90도 회전이 필요한 볼 및 버터플라이 밸브의 경우 쿼터턴 전기 액추에이터가 가장 적합합니다. 이러한 액추에이터는 중간에 별도의 부품 없이 밸브 스템에 직접 연결되므로 마모되거나 정기적인 수리가 필요한 부분이 줄어듭니다. 적절한 크기로 선택된 경우, 닫힌 밸브를 열 때 발생하는 초기 저항을 극복할 만큼 충분한 동력을 생성합니다. 특히 HVAC용 버터플라이 밸브의 경우 이 점이 매우 중요하며, 비상 상황에서 밸브가 급격히 닫히거나 닫힌 후 튀어오르는 현상 없이 신속하게 차단될 수 있게 해줍니다. 많은 최신 모델은 브러시리스 DC 모터를 장착하고 있어 백업 배터리와 자동 전환 스위치(ATS)와 잘 작동하므로, 다른 지역에서 정전이 발생하더라도 중요한 시스템이 계속 가동될 수 있습니다.

게이트 밸브 및 글로브 밸브에 멀티턴 전기 액추에이터가 필요한 이유

게이트 밸브와 글로브 밸브를 작동시키려면 긴 거리에 걸쳐 상당한 회전 동작이 필요하며, 대형 보어 게이트 밸브의 경우 500회에서 최대 1,000회까지도 회전이 요구될 수 있습니다. 다중 회전용으로 설계된 전기 액추에이터는 전체 움직임 동안 압력을 일정하게 유지하면서도 이동 경로상 모든 지점에서 중요한 밀봉 성능을 유지해야 하므로 높은 부하를 견뎌야 합니다. 특히 변조 응용 분야에서 글로브 밸브를 사용할 때 이러한 기능은 매우 중요합니다. 이러한 액추에이터는 정밀한 위치 조절 작업 중 스템이 흔들리거나 편심되지 않도록 특수 기어 장치를 갖추고 있습니다. 그 결과 화학약품 주입 시스템과 같은 핵심 공정에서 유체 흐름을 훨씬 더 정밀하게 제어할 수 있게 됩니다. 연구에 따르면, Ponemon Institute가 2023년에 발표한 자료에서 밝혔듯이, 정확도를 단 2% 이내로 유지하는 것만으로도 기업 당 매년 약 74만 달러의 비용 절감 효과를 가져올 수 있습니다.

토크, 추력 및 스트로크 사양을 사용하여 전기 액추에이터 크기 정확히 산정하기

로터리 밸브의 토크 요구 사항 대 리니어 밸브의 추력 필요 조건

적절한 사이즈를 선정하려면 액추에이터가 밸브의 기계적 요구 조건을 충족할 수 있는지 확인하는 것이 우선입니다. 볼, 버터플라이, 플러그와 같은 회전식 밸브의 경우 뉴턴미터(N·m) 또는 파운드피트(lb·ft)로 측정되는 토크가 필요합니다. 이 토크는 시트 하중력, 씰의 마찰력, 유체 내부의 압력 등과 같은 저항에 대응해야 합니다. 게이트, 글로브, 다이어프램과 같은 직동식 밸브는 다르게 작동하며, 스템을 시스템 압력과 패킹 저항에 반대하여 위아래로 움직이기 위해 뉴턴(N) 또는 파운드힘(lbf)으로 측정되는 추력이 필요합니다. 필요한 추력을 과소평가할 경우 밸브가 완전히 닫히지 않아 누출이 발생할 수 있습니다. 토크가 부족하면 반응 속도가 느려지거나 제대로 밀착되지 않는 경우가 생길 수 있습니다. 우수한 엔지니어는 가동 시작 시의 정적 하중과 운전 중의 동적 하중 모두를 항상 고려하며, 일반적으로 25~50% 정도의 여유 용량을 추가로 설계에 반영합니다. 이는 씰이 노후화되거나 공정이 항상 원활하게 진행되지 않기 때문입니다. 최근 산업 보고서에 따르면 모든 밸브 시스템 문제의 약 3분의 1은 설치 시 잘못된 사이징 결정에서 비롯됩니다.

전기 액추에이터 기능을 제어 요구사항에 맞추기: On/Off 대 모드 조절 작동

정밀한 모드 조절을 위한 신호 호환성, 위치 피드백 및 포지셔너 통합

표준 온오프 액추에이터는 24V DC 또는 120V AC와 같은 기본 디지털 신호를 사용하여 밸브를 완전히 열거나 닫는 방식으로 작동합니다. 이러한 장치는 위치 모니터링이나 특수 신호 처리 기능이 필요하지 않습니다. 그러나 모드 조절형 액추에이터의 경우 상황이 달라집니다. 이 장치들은 4~20밀리암페어의 아날로그 신호에 연결되거나 Modbus RTU 또는 Profibus DP와 같은 디지털 필드버스 시스템과 연동되어 다양한 설정 값을 수신하고 정밀한 제어 조정이 가능하게 합니다. 정확한 동작을 위해 이러한 액추에이터에는 로터리 인코더나 매우 정밀한 포텐셔미터와 같은 상세한 위치 감지 기술이 탑재되어 있습니다. 이 보고 기능을 통해 밸브의 실제 위치를 최대 이동 거리의 ±0.5% 이내의 정확도로 확인할 수 있습니다. 지능형 포지셔너가 추가되면 폐쇄 루프 시스템(closed-loop system)이 구성됩니다. 이는 장치가 목표 위치 명령값과 밸브의 실제 위치를 지속적으로 비교하고, 차이가 발생할 경우 모터를 조정하여 오차를 보정한다는 의미입니다. 이러한 구조는 목표 위치 주변에서의 지속적인 진동, 원하는 설정점을 초과하는 갑작스러운 이동, 시간이 지남에 따라 나타나는 불일치한 반응 등의 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다. 이러한 문제들은 증기 압력을 조절하는 등 급격하게 변화하는 상황에서 특히 심각해질 수 있습니다. 단순히 부분적으로 열리고 닫히는 전통적인 온오프 밸브와 비교했을 때, 잘 설계된 모드 조절 시스템은 온도 제어 작업 중 에너지 소비를 20~30%까지 줄일 수 있습니다. 또한 위치 데이터를 활용하면 스토크 시간을 분석하고 장기간에 걸친 위치 편차를 감지함으로써 유지보수 시점을 예측할 수 있습니다.