KR100361898B1 - An apparatus for measuring the displacement of the pipe - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발전설비 보일러 증기관을 비롯한 각종 산업설비 배관의 변위를 3차원적으로 측정할 수 있으면서 실시간 모니터링 할 수 있는 3차원 배관변위측정장치에 관한 것으로, 측정장치를 고정체에 고정시켜 주는 고정부(10)와, 상기 고정부(10)에 지지되고 측정하고자 하는 배관라인(40)의 변위량을 3차원적으로 검출하여 주는 변위검출부(20)와, 상기 변위검출부(20)에서 검출된 변위량을 전달받아 출력하여 주는 표식부(30)로 구성되는 것이다.The present invention relates to a three-dimensional pipe displacement measuring device capable of real-time monitoring while measuring the displacement of various industrial equipment pipes, including the power plant boiler steam pipe, a fixed part for fixing the measuring device to the fixed body (10), the displacement detection unit 20 for supporting the fixed portion 10 and the displacement amount of the pipe line 40 to be measured in three dimensions, and the displacement amount detected by the displacement detection unit 20 It is composed of a marker unit 30 that receives and outputs.
Description
본 발명은 발전설비 보일러 증기관을 비롯한 각종 산업설비 배관의 변위를 3차원적으로 측정할 수 있으면서 실시간 모니터링 할 수 있는 3차원 배관변위측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional pipe displacement measuring device capable of real-time monitoring while measuring the displacement of various industrial equipment pipes, including power plant boiler steam pipe.
발전소 보일러 및 산업설비 배관시스템에 대한 안전성 확보에 대한 인식의 중요성은 설비의 운전이력이 증가함에 따라 더해가고 있지만 실제적인 설비 건전성 평가는 상용프로그램을 이용한 평가수준에 머물고 있어서, 이론적인 근거를 위주로 한 전체적인 경향만을 분석하는 수준이다. 그러나 실제 발전소의 배관 상태는 운전 조건이나 환경 등의 영향으로 설계당시의 상태와는 상당한 차이를 보이고 있으며, 또한 배관 거동 분석에 있어 많은 문제점들을 야기시키고 있다. 그럼에도 불구하고 손상해석을 위한 수치해석 프로그램의 입력값으로 설계당시의 값들을 취하고 있으므로, 이와 같은 방법의 건전성 평가는 실제와는 상이한 결과를 나타내는 경우가 많아서, 상당한 위험성을 내포할 수 밖에 없다.The importance of recognizing the safety of the power plant boiler and industrial piping system is increasing as the operation history of the facility increases. However, the actual facility soundness evaluation remains at the evaluation level using commercial programs. Only the overall trend is analyzed. However, the actual pipe condition of the power plant shows a considerable difference from the state of design at the time of the design due to the operating conditions or the environment, and also causes many problems in the analysis of the pipe behavior. Nevertheless, since the values at the time of design are taken as input values of the numerical analysis program for damage analysis, the soundness evaluation of such a method often results in a different result from the actual one, and thus poses a considerable risk.
종래의 일실시예를 구체적으로 설명하면, 도 5에서 도시하는 바와 같이 바닥에 지지되고 그 상단면에 표식판(1)이 부착되는 받침대(2)와, 배관라인(3)에 그 일측이 고정되어 그 배관라인(3)의 변위에 따라 움직이는 연결대(4)와, 상기 연결대(4)의 끝 부분에 그 상단이 연결되고 그 하단은 상기 표식판(1)에 닿도록 연장되는 촉침(5)으로 구성된다.Referring to the conventional embodiment in detail, as shown in Figure 5 is supported on the bottom and the support plate 2 is attached to the top surface thereof, and the one side is fixed to the piping line (3) A connecting rod 4 which moves according to the displacement of the pipe line 3, and an upper end of which is connected to an end of the connecting rod 4, and a lower end of which is extended to contact the sign plate 1; It consists of.
이와 같이 구성되는 종래의 배관변위측정장치는 배관라인(3)의 변위에 따라 연결대(4)가 촉침(5)으로 전달하여 주면 촉침은 표식판(1)의 평면상에 배관라인(3)에 변위 상태를 표시하여 준다.In the conventional pipe displacement measuring device configured as described above, when the connecting rod 4 is transferred to the stylus 5 according to the displacement of the duct line 3, the stylus is connected to the piping line 3 on the plane of the sign plate 1. Displays the displacement status.
하지만, 종래의 것은 촉침(5)을 통하여 변위를 표식판(1) 상면에 나타내게 하는 것으로 배관라인의 변위를 2차원적인 평면상으로 나타낼 수 밖에 없으며, 변위측정은 최대 변위만을 확인할 수 있을 뿐이고, 운전특성에 따른 전체 배관 시스템의 거동은 파악할 수가 없다. 따라서 종래의 것은 수치해석에 필요한 기본 정보들의 제공은 불가능하며, 배관 거동에 문제가 발생했을 경우 그 근본 원인을 밝일 수가 없다.However, in the related art, the displacement is displayed on the upper surface of the sign plate 1 through the stylus 5, and the displacement of the piping line can only be expressed in a two-dimensional plane, and the displacement measurement can only confirm the maximum displacement. The behavior of the entire piping system according to the operating characteristics is not known. Therefore, it is impossible to provide basic information necessary for numerical analysis in the related art, and when the problem occurs in the pipe behavior, the root cause cannot be identified.
본 발명의 목적은 각종 산업설비 배관의 변위를 3차원적으로 측정할 수 있으면서 설비의 기본 변위 데이터 확보를 위해 수행하는 실시간 모니터링에 필요한 3차원 배관변위측정장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional pipe displacement measuring apparatus required for real-time monitoring performed to ensure the basic displacement data of the equipment while measuring the displacement of various industrial equipment pipes in three dimensions.
도 1은 본 발명에 따른 배관변위측정장치의 개략을 나타내는 예시도1 is an exemplary view showing an outline of a pipe displacement measuring apparatus according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 배관변위측정장치의 요부를 나타내는 일부단면도Figure 2 is a partial cross-sectional view showing the main part of the pipe displacement measuring apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 배관변위측정장치의 요부를 나타내는 배면도Figure 3 is a rear view showing the main portion of the pipe displacement measuring apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 배관변위측정장치의 요부를 나타내는 전면도Figure 4 is a front view showing the main part of the pipe displacement measuring apparatus according to the present invention
도 5는 종래의 배관변위측정장치를 나타내는 예시도5 is an exemplary view showing a conventional pipe displacement measuring apparatus
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10:고정부 11:본체10: Gogoku 11: The body
12:개폐나사 12a:핸들12: Opening and closing screw 12a: Handle
13:물림척 14:지지대13: Chuck 14: Support
20:변위검출부 21:프레임20: displacement detection unit 21: frame
21a:수준계 22:변위센서21a: Level 22: Displacement sensor
23:위치조절구 23a:레이저공23: Positioning mechanism 23a: Laser ball
24:와이어 24a:와이어공24: Wire 24a: Wire ball
25:센서지지대 26:가이드롤러25: sensor support 26: guide roller
30:표식부 31:연결단자30: marker 31: connection terminal
40:배관라인 P:측정지점40: Piping line P: Measuring point
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3차원 배관변위측정장치는 측정장치를 지지대에 고정시켜 주는 고정부와, 상기 고정부에 지지되고 측정하고자 하는 배관라인의 변위량을 3차원적으로 검출하여 주는 변위검출부와, 상기 변위검출부에서 감지된 변위량을 전달받아 출력하여 주는 표식부로 구성됨을 본 발명의 기본적인 기술적 사상으로 한다.The three-dimensional pipe displacement measuring apparatus of the present invention for achieving the above object is to provide a three-dimensional detection of the displacement portion of the fixed portion for fixing the measuring device to the support and the pipe line to be supported and measured in the fixed portion It is a basic technical idea of the present invention to constitute a displacement detection unit and a marker unit receiving and outputting the displacement amount detected by the displacement detection unit.
이하, 첨부도면들에 도시하는 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the accompanying drawings.
본 발명의 실시예도, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 측정장치를 지지대에 고정시켜 주는 고정부(10)와, 상기 고정부(10)에 지지되고 측정하고자 하는 배관라인(40)의 변위량을 3차원적으로 검출하여 주는 변위검출부(20)와, 상기 변위검출부(20)에서 검출된 변위량을 전달받아 출력하여 주는 표식부(30)로 구성된다는 점에서 본 발명의 기본적인 기술적 사상을 구현하는 것이다.In the embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, the fixed portion 10 for fixing the measuring device to the support and the displacement amount of the pipe line 40 supported by the fixed portion 10 to be measured 3 The basic technical concept of the present invention is implemented in that it is composed of a displacement detection unit 20 for dimensional detection and a marker unit 30 for receiving and outputting the displacement amount detected by the displacement detection unit 20.
여기에서, 변위검출부(20)에서 배관라인(40)의 변위를 3차원적으로 검출하는 방법은 변위검출부(20)의 단일 평면상에 소정의 삼각형 내지 사각형 등의 도형을 형성하고 그 도형과 측정지점(P)간에 이루어지는 사면체에 대해 삼각함수와 평면도형의 기본 성질을 이용하여 측정지점(P)의 변위값인 좌표값(X,Y,Z)을 산출하게 된다.Here, the method for three-dimensionally detecting the displacement of the pipe line 40 in the displacement detection unit 20 forms a figure, such as a triangle or a rectangle, on the single plane of the displacement detection unit 20, the figure and the measurement A coordinate value (X, Y, Z), which is a displacement value of the measurement point P, is calculated using a trigonometric function and a planar shape of the tetrahedron formed between the points P.
이와 같이 구현되는 본 발명은 변위검출부(20)에서 배관라인(40)의 변위량을 3차원적으로 검출하여 표식부(30)에 전달하여 주고 표식부(30)에서는 이를 변환시켜 각 측정지점(P)에 대한 변위값을 산출하게 된다.In the present invention implemented as described above, the displacement detection unit 20 detects the displacement amount of the pipe line 40 in three dimensions and transmits it to the marking unit 30, and the marking unit 30 converts it to each measuring point P. To calculate the displacement for.
본 발명을 이루는 구성요소들을 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저 고정부(10)는 도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 지지대(14)에 고정되어서 변위검출부(20)를 적절한 위치에 지지시켜 주는 역할을 한다. 그리고 고정부 일측에 변위검출부(20)의 신호를 표식부(30)에 용이하게 전달하여 주도록 연결단자(31)를 설치하여 준다.Looking at the components of the present invention in more detail as follows. First, as shown in FIGS. 1 and 2, the fixing unit 10 is fixed to the support 14 to serve to support the displacement detection unit 20 at an appropriate position. In addition, the connection terminal 31 is installed on one side of the fixing unit so that the signal of the displacement detection unit 20 can be easily transmitted to the marker unit 30.
상기한 고정부(10)는 여러가지 형태와 구조로 만들수 있지만 본 실시예에서는 도 2에서와 같이 본체(11)와, 상기 본체에 나사결합되고 핸들(12a)에 의해 이동되는 개폐나사(12)와, 상기 개폐나사(12)에 고정되어 그 개폐나사의 이동에 따라 지지대(14)를 물어서 고정되게 하는 물림척(13)으로 이루어지는 바이스 구조로 이루어짐을 보여준다. 따라서 핸들(12a)을 회전시켜 물림척(13)으로 지지대(14)에 고정시켜 준다.The fixing part 10 can be made in various shapes and structures, but in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the main body 11 and the opening / closing screw 12 screwed to the main body and moved by the handle 12a and It is shown that it is made of a vise structure consisting of a chuck 13 fixed to the opening and closing screw 12 to bite the support 14 in accordance with the movement of the opening and closing screw. Therefore, the handle 12a is rotated and fixed to the support 14 by the chuck 13.
상기 변위검출부(20)는 배관라인(40)의 변위량을 3차원적으로 검출하여 주는 구조부로서, 도 2에서와 같이, 내부를 보호하여 주는 프레임(21)과, 상기 프레임(21)의 내부에 지지되고 삼각형태로 설치되는 3개의 변위센서(22)들과, 상기 3개의 변위센서(22)들 가운데 설치되고 프레임(21)의 전면에 뚫린 레이저공(23a)을 통하여 빛을 분사시켜 주는 위치조절구(23)와, 상기 프레임(21)의 전면에 삼각형태로 뚫린 와이어공(24a)들을 통하여 그 일측 끝단부들이 상기 변위센서(22)들에 각기 연결되고 그 타측 끝단부들은 배관라인(40)의 측정지점에 연결되는 3개의 와이어(24)들로 구성된다.The displacement detection unit 20 is a structural unit that detects the displacement amount of the pipe line 40 in three dimensions, as shown in Figure 2, the frame 21 to protect the inside and the inside of the frame 21 A position where three displacement sensors 22 are supported and installed in a triangular shape, and among the three displacement sensors 22 and the light is emitted through a laser hole 23a drilled in the front of the frame 21. One end is connected to each of the displacement sensors 22 through a control hole 23 and wire holes 24a formed in a triangular shape in the front of the frame 21, and the other ends thereof are pipe lines ( It consists of three wires 24 connected to the measuring point of 40.
상기 프레임(21)은 도 2에서와 같이, 상자 형태로서 내부에 설치되는 변위센서(22)들 및 위치조절구(23)를 보호하는 역할을 수행한다. 그리고 전면판에는 삼각형태로 이루어지도록 배치되게 뚫린 3개의 와이어공(24a)들과 그 삼각형의 중심에 레이저공(23a)이 뚫려있다. 한편, 프레임 상면판에는 변위검출부(20) 평형 상태를 확인할 수 있는 수준계(21a)를 설치하고 있다. 그래서 수준계(21a)를 통하여 변위검출부(20)가 수평하게 설치되었는지 쉽게 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2, the frame 21 protects the displacement sensors 22 and the position adjusting opening 23 installed therein in the form of a box. In addition, the front plate has three wire holes 24a bored to be arranged in a triangular shape and a laser hole 23a is drilled in the center of the triangle. On the other hand, the frame upper surface plate is provided with a level gauge 21a which can confirm the equilibrium state of the displacement detection unit 20. Therefore, it is easy to check whether the displacement detection unit 20 is horizontally installed through the level gauge 21a.
상기 삼각형태로 설치되는 3개의 변위센서(22)들은 각기 와이어(24)와 연결되어 배관라인(40)의 변위에 따른 와이어(24) 길이의 변화를 감지하여 표식부(30)로 전달하여 주는 역할을 수행한다. 이 같은 변위센서(22)들은 포텐쇼미터(Potentiometer), LVDT, 엔코드(Encoder), 케이블형위치센서 등을 선택적으로 사용할 수 있다. 한편 변위센서(22)들을 고정시키기 위하여 도 2에서와 같이, 센서지지대(25)로 지지시킨 것을 볼 수 있다.The three displacement sensors 22 installed in the triangular form are connected to the wires 24, respectively, and detect the change in the length of the wires 24 according to the displacement of the pipe line 40, and transmit the detected changes to the marking unit 30. Play a role. Such displacement sensors 22 may optionally use a potentiometer, LVDT, encoder, cable type position sensor, or the like. Meanwhile, in order to fix the displacement sensors 22, it can be seen that the support is supported by the sensor support 25.
상기 위치조절구(23)는 본 측정장치를 설치할 때만 사용되는 것으로 변위검출부(20)의 위치를 정확하게 설정하여 주는 역할을 한다. 본 실시예에의 위치조절구는 레이저빔을 사용한 것이다. 레이저빔은 도 2 및 도 3에서와 같이, 삼각형태를 이루는 3개의 와이어공(24a)들 정 중앙에 설치시켜 빛을 분사시켜 준다(도4참조). 그리고 그 빛이 레이저공(23a)을 통하여 배관라인(40)의 측정지점(P)에 정확하게 일치되도록 고정부(10)를 통하여 조절하여 고정시킴으로써 위치조절구(23)를 통한 변위검출부(20)의 위치를 설정하게 된다.The position adjusting device 23 is used only when the present measuring device is installed to serve to accurately set the position of the displacement detecting unit 20. The position adjusting tool in this embodiment uses a laser beam. 2 and 3, the laser beam is installed in the center of the three wire holes 24a having a triangular shape to emit light (see FIG. 4). Then, by adjusting and fixing the light through the fixing unit 10 so that the light is exactly matched to the measuring point P of the pipe line 40 through the laser hole 23a, the displacement detecting unit 20 through the position adjusting device 23 is fixed. Set the position of.
상기 3개의 와이어(24)들은 도 2 및 도 4에서와 같이 그 일측끝은 각기 와이어공(24a)을 통한 변위센서에 연결시키고 타측끝은 배관라인(40)의 측정지점(P)에 연결된다. 따라서 배관라인의 변위에 따라 와이어(24)의 길이가 변하게 되며 그 변한 값을 변위센서가 감지하게 된다. 한편, 와이어(24)들의 움직임을 원활하게 유도할 수 있도록 도 2에서와 같이, 프레임(21)의 내부 와이어공(24a)들 주변에 와이어가이드롤러(26)를 부가적으로 설치함을 보여준다.As shown in FIGS. 2 and 4, the three wires 24 are connected to the displacement sensor through the wire hole 24a, respectively, and the other end is connected to the measurement point P of the pipe line 40. . Accordingly, the length of the wire 24 is changed according to the displacement of the pipe line, and the displacement sensor detects the changed value. Meanwhile, as shown in FIG. 2, the wire guide roller 26 is additionally installed around the inner wire holes 24a of the frame 21 so as to smoothly induce the movement of the wires 24.
한편, 위치조절구(23)를 통하여 변위검출부(20)의 위치를 설정하는 이유는 3개의 와이어공(24a)들로 이루어지는 삼각형의 중심이 배관라인(40)의 측정지점(P)에 일치시키기 위함이다. 따라서 위치조절구(23)인 레이저빔을 3개의 와이어공(24a)들로 이루어지는 삼각형의 중심에 설치하는 이유이다. 뿐만 아니라 3개의 와이어공(24a)들이 삼각형태를 이루는 이유는 삼각형과 측정지점(P)간에 사면체를 이루게 하여 삼각함수 및 평면도형의 기본 성질을 이용하여 측정지점(P)의 변위값을 산출하기 위한 것이다. 본 실시예에서는 변위검출부의 전면판에 삼각형 도형을 형성한 것으로 보여 주고 있으나, 다른 사각형 도형 등으로 하여도 무방하다.On the other hand, the reason for setting the position of the displacement detection unit 20 through the position adjustment port 23 is to match the center of the triangle consisting of three wire holes (24a) to the measuring point (P) of the pipe line 40 For sake. Therefore, this is why the laser beam, which is the position adjusting tool 23, is installed at the center of the triangle composed of three wire holes 24a. In addition, the reason why the three wire holes 24a form a triangular shape is to form a tetrahedron between the triangle and the measuring point P, and calculate the displacement value of the measuring point P using the basic properties of the trigonometric function and the planar shape. It is for. In this embodiment, it is shown that a triangular figure is formed on the front plate of the displacement detection unit, but may be other rectangular figures.
상기 표식부(30)는 크게 2개의 구조로 구분된다. 즉, 변위검출부(20)에서 검출된 데이트를 전달받아 입력하는 취득부와, 전달받은 데이트를 저장하고 출력하는 변위계산 프로그램으로 이루어진다. 취득부에서는 변위센서(22)들로부터 전달받은 아날로그 신호들을 디지털 신호로 변환하고 이들 값들은 변위계산 프로그램의 입력값을 제공하는 역할을 수행한다. 변위계산 프로그램은 취득부로부터 받은 데이터를 이용하여 각 측정지점에 대한 변위의 변화를 출력하고 그 결과값을 저장하는 기능을 수행한다. 따라서 변위계산 프로그램은 결과값을 저장할 수 있으므로 실시간 모니터링이 가능하다.The marker 30 is largely divided into two structures. That is, it consists of an acquisition unit for receiving and inputting the data detected by the displacement detection unit 20, and a displacement calculation program for storing and outputting the received data. The acquisition unit converts analog signals received from the displacement sensors 22 into digital signals, and these values serve to provide an input value of the displacement calculation program. The displacement calculation program outputs the change of displacement for each measurement point using the data received from the acquisition unit and stores the result. Therefore, the displacement calculation program can store the result value, enabling real-time monitoring.
이와 같이 실시되는 본 발명은 특정 물체의 변위점P(X,Y,Z)좌표를 산출함에 있어 단일평면에 존재하는 삼각형의 꼭지점과 변위점 P로 생성되는 사면체로부터 구할 수 있다. 즉, 변위측정의 기본원리는 측정지점의 위치(P)가 변화함에 따라 측정장치 프레임 전면판에 형성되는 삼각형과 측정지점이 사면체를 구성하게 되고 이 사면체에 대해 삼각함수와 평면도형의 기본 성질을 이용하여 측정지점(P)의 변위값P(X,Y,Z)를 산출하게 된다.The present invention thus implemented can be obtained from the tetrahedron generated by the vertex and displacement point P of a triangle existing in a single plane in calculating the coordinates of displacement point P (X, Y, Z) of a specific object. That is, the basic principle of displacement measurement is that as the position (P) of the measuring point changes, the triangle formed on the front plate of the measuring device frame and the measuring point form a tetrahedron. The displacement value P (X, Y, Z) of the measuring point P is computed using this.
이와 같은 본 발명 3차원 배관변위측정장치는 변위검출부(20)에 삼각형태로 이루어진 3개의 변위센서(22)들을 설치하고 그 변위센서(22)들과 배관라인의 측정지점(P) 간에 와이어를 연결시켜 변위검출부의 전면판의 삼각형과 측정지점의 사면체를 구성함으로써, 이 사면체에 대해 삼각함수와 평면도형의 기본 성질을 이용하여 측정지점(P)의 변위값을 3차원적으로 산출할 수 있는 효과를 갖는다.Such a three-dimensional pipe displacement measurement device of the present invention is installed in the displacement detection unit 20 three displacement sensors 22 made of a triangular shape and the wire between the displacement sensors 22 and the measuring point (P) of the pipe line By constructing the tetrahedron of the measurement plate and the triangle on the front plate of the displacement detection unit, it is possible to calculate the displacement value of the measurement point P three-dimensionally using the basic properties of the trigonometric function and the planar shape for this tetrahedron. Has an effect.
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