공압 액추에이터 종류와 작동 원리｜복동식 vs 단동식 2편

안녕하세요 밸브파크 입니다.

지난 1편에서는 공압 액추에이터의 대표적인 구조인 랙앤피니언과 스카치요크의 차이를 살펴봤습니다.

이번에는 공압 액추에이터를 구분하는 또 하나의 중요한 기준을 알아보겠습니다.

바로 복동식(Double Acting)과 단동식(Single Acting / Spring Return)입니다.

두 방식의 가장 큰 차이는 간단합니다.

밸브를 열고 닫을 때 모두 공기압을 사용하는가 ?

아니면 한쪽은 공기압, 반대쪽은 스프링을 사용하는가?

이 차이는 단순한 구조의 차이를 넘어 공기 공급이 끊겼을 때 밸브가 어떻게 움직이는지와

관련되기 때문에 안전 설계에서 매우 중요합니다.

복동식(더블액팅) 액추에이터란?

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복동식은 밸브를 열고 닫는 양방향 모두 압축공기를 사용하는 방식입니다.

한쪽 포트에 공기를 공급하면 피스톤이 한 방향으로 움직이고 반대쪽 포트에 공기를 공급하면 다시 반대 방향으로 움직입니다.

압축공기로 밸브를 열고 반대 방향으로도 압축공기를 공급해 밸브를 닫는 방식입니다.

작동 과정을 간단하게 보면 아래와 같습니다.

사진에 보이는 두개의 구멍을 모두 사용하는 방식입니다.

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한쪽 구멍에 압축공기 공급 → 피스톤 이동 → 액추에이터 회전 → 밸브 열림

또 다른 구멍에 압축공기 공급 → 피스톤 반대 방향 이동 → 액추에이터 반대 회전 → 밸브 닫힘

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따라서 밸브의 열림과 닫힘을 모두 압축공기로 제어할 수 있다는 것이 복동식의 핵심입니다.

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복동식(Double Acting·더블액팅)의 특징

✓ 양방향 공기압 구동

✓ 양쪽 포트 사용

✓ 상대적으로 공기 소비량이 많음

✓ 동일 토크 기준 단동식보다 작은 사이즈 가능

✓ 일반적으로 단동식보다 저렴

✓ 5/2 Way 솔레노이드 밸브 적용

✓ 대구경/고토크 밸브 등의 적용

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다만 공기 공급이 차단되더라도 스프링으로 밸브를 특정 위치까지

자동 복귀시키는 구조는 아니기 때문에 기본적으로 페일세이프 기능이 없습니다.

※ 페일세이프(Fail-Safe)는 공기압이나 전원이 끊기는 비상 상황이 발생했을 때 밸브를 미리 정해진 안전한 위치로 움직이도록 하는 기능

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단동식(Single Acting·싱글액팅) 액추에이터란?

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단동식은 복동식과 달리 한쪽 방향에서는 공기압을 사용하고 반대 방향에서는 스프링의 복원력을 이용합니다.

예를 들어 공기압으로 밸브를 열어놓았다고 생각해 보겠습니다.

이때 공기 공급이 갑자기 끊기면 어떻게 될까요?

단동식에서는 내부 스프링이 작동해 밸브를 미리 정해진 위치로 복귀시킵니다.

바로 이 기능 때문에 단동식은 안전이 중요한 설비에서 많이 사용되고 있습니다.

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단동식(Single Acting·싱글액팅)에서 가장 중요한 페일 포지션

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단동식 (싱글액팅) 액추에이터를 이해하려면 페일 포지션(Fail Position)을 알아야 합니다.

페일 포지션을 쉽게 한마디로 설명해드리자면 아래와 같습니다.

대표적으로 다음 세 가지를 볼 수 있습니다.

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FC — Fail Close

공기 공급이 끊기면 밸브가 닫히는 방식입니다.

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FO — Fail Open

공기 공급이 끊기면 밸브가 열리는 방식입니다.

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FL — Fail Last

공기 공급이 끊겨도 마지막 위치를 유지하는 개념입니다.

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어떤 방식을 선택할지는 설비와 공정의 안전 요구사항에 따라 결정해야 합니다.

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왜 페일세이프가 중요할까?

산업 현장에서는 정상적인 운전 상황만 고려해서는 안 됩니다.

갑자기 정전이 발생하거나 압축공기 공급에 문제가 생기는 상황도 생각해야 합니다.

이때 밸브가 무조건 현재 위치에 그대로 있는 것이 안전한지 아니면 밸브를 닫아야하는지 또는 열어야 하는지를 미리 결정해야 합니다.

예를 들어 어떤 공정에서는 비상 상황에서 밸브를 닫아야 안전할 수 있고 다른 공정에서는 반대로 밸브를 열어야 안전할 수도 있습니다.

따라서 단동식 액추에이터의 선정에서는 단순히 "토크가 몇 Nm인가?"뿐만 아니라

공기 공급이 끊겼을 때 어떤 방향으로 움직여야 하는가를 먼저 결정해야 합니다.

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단동식(Single Acting·싱글액팅)은 토크도 더 꼼꼼하게 봐야 합니다.

단동식 액추에이터에서 또 하나 중요한 부분이 있습니다.

바로 스프링 때문에 토크가 일정하지 않다는 점입니다.

공기압으로 움직일 때는 Air Start / Air End를 확인하고

스프링으로 복귀할 때는 Spring Start /Spring End 를 확인해야 합니다.

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스프링의 저항이 작동 위치에 따라 달라질 수 있기 때문에 각각의 토크를 따로 확인해야 합니다.

단동식 액추에이터를 선정할 때는 단순히 정격 토크 하나만 보고 결정하기보다

4가지 토크를 밸브의 요구 토크와 각각 비교하는 것이 중요합니다.

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복동식(Double Acting·더블액팅) vs 단동식(Single Acting·싱글액팅) 비교