KR100392587B1 - 디지털 공기밸브 시험장치 - Google Patents

디지털 공기밸브 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상하수도관에 설치되는 공기밸브의 성능을 시험하기 위한 디지털 공기밸브 시험장치에 관한 것으로, 모터-송풍기 세트와, 상기 모터-송풍기 세트로부터 송풍되는 공기가 일측에서 타측까지 흐르는 엘보우 파이프와, 상기 엘보우 파이프 일측에 구축되어 내부 공기압의 크기를 제한하는 안전밸브와, 상기 안전밸브 전면에 축설되어 공기의 흐름을 층류로 필터링하는 정류기와, 상기 정류기 전면에 구축되어 공기의 흐름을 변화시키는 오리피스와, 상기 엘보우 파이프의 타단에 구축된 플랜지 탭에 끼워지는 공기밸브와, 상기 엘보우 파이프 내의 온도 및 공기압의 변화에 기초하는 전기적인 신호를 검출하여 처리 및 기록하는 조작반과, 상기 조작반을 원격으로 제어하는 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

디지털 공기밸브 시험장치{A Digital Testing Device For An Air-Valve}
본 발명은 공기밸브 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상하수도관 등에 장착되는 공기밸브의 흡기 및 배기능을 시험하기 위한 파이프에 온도 및 압력검출기를 부착하고, 검출신호를 디지털로 변환, 처리 및 기록할 수 있는 조작반 및 조작반을 원격으로 제어할 수 있는 컴퓨터를 구비하는 디지털 공기밸브 시험장치에 관한 것이다.
공기가 유동하는 엘보우 파이프에 공기밸브를 결합하여 유동하는 공기의 압력 및 온도변화를 검출하여 디지털 신호로 변환, 처리 및 기록함으로써, 조사할 수 있는 공기밸브 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공기밸브는 상하수도관의 돌출부위에 연결되어 상하수도관 내부의 물이 보다 안정적으로 흐를 수 있도록 관내의 공기를 흡기 또는 배기하는 것이다.
이러한, 공기밸브는 내부에 설치되는 플로우트(Float)의 기능의 양호여부와 더불어 급속배기기능. 급속흡기기능, 급수중기능 등을 통해 시험하여 그 성능이 검증된다.
이와 같은 공기밸브의 성능을 시험하는 종래의 공기밸브 시험장치를 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.
도 1은 종래 공기밸브 시험장치의 계통도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 시험장치(9)는 일단에 송풍기(1)가 연결된 엘보우 파이프(3)와, 상기 파이프(3)에 일측을 따라 설치되는 안전밸브(3a) 및 그 전면에 설치되는 정류기(3b) 및 오리피스(3c)로 구성된다.
그리고, 상기 파이프(3) 타단에는 시험용 공기밸브(7)가 연결된다.
여기서, 상기 송풍기(1)가 송풍을 시작하게 되면, 송풍되는 공기는 우선 상기 안전밸브(3a)를 거치게 되는데, 상기 안전밸브(3a)는 상기 파이프(3) 내의 과도한 공기압 상승으로 인한 과부하를 방지한다.
아울러, 상기 공기는 정류기(3b)를 거쳐 층류로 필터링 되며, 다음으로 오리피스(3c)를 거치면서 순간적인 압력변화를 일으키게 되고, 이를 기초로 하여 공기의 유량을 계산한다.
이 때, 상기 정류기(3b) 일측에는 온도계(5)가 설치되어 유동하는 공기의 온도를 측정하고, 상기 오리피스(3c) 전후의 절대압력을 측정하여 공기의 유량을 계산한다.
그리고, 이를 기초로 하여 공기밸브(7)의 성능을 시험하게 된다.
이와 같은 종래의 공기밸브 시험장치(9)는 실시간적으로 공기의 유동과정을 처리하는 전자기적 제어장비가 구비되지 못하기 때문에, 엘보우 파이프 내를 유동하는 공기의 온도 및 압력을 시간대 별로 수동으로 직접 측정하여 기록해야 하는문제점이 있다.
따라서, 시간에 따라 연속적으로 변화하는 공기 유동과정을 실시간으로 체크할 수 없기 때문에, 정확하고도 신속한 공기밸브 시험이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 제 1목적은 보다 정확하고 신속하게 공기밸브의 성능을 시험할 수 있는 디지털 공기밸브 시험장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 제 2목적은 공기 유동과정에 따른 변화를 디지털 신호로 변환하여 실시간으로 처리 및 기록할 수 있는 조작반 및 조작반을 원격으로 제어할 수 있는 컴퓨터를 포함하는 디지털 공기밸브 시험장치를 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적들은, 모터-송풍기 세트(10);
상기 모터-송풍기 세트로(10)부터 송풍되는 공기가 일측에서 타측까지 흐르는 엘보우 파이프(20);
상기 엘보우 파이프(20) 일측에 구축되어 내부 공기압의 크기를 제한하는 안전밸브(21);
상기 안전밸브(21) 전면에 축설되어 공기의 흐름을 층류로 필터링하는 정류기(22);
상기 정류기(22) 전면에 구축되어 공기의 흐름을 변화시키는 오리피스(23);
상기 엘보우 파이프(20)의 타단에 구축된 플랜지 탭(24)에 끼워지는 시험용공기밸브(30);
상기 엘보우 파이프(20) 내의 온도 및 공기압의 변화에 기초하는 전기적인 신호를 검출하여 처리 및 기록하는 조작반(40);
상기 조작반(40)을 원격으로 제어하는 컴퓨터(50);로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 공기밸브 시험장치에 의하여 달성된다.
아울러, 상기 조작반은 상기 정류기 전면 일측에 설치되는 온도감지센서와, 상기 오리피스 직전과 직후에 각각 설치되는 송풍압력 검출기 및 중간압력 검출기와, 상기 공기압 밸브 직전에 설치되는 방출압력 검출기로부터 검출되는 신호를 처리하는 제어기와, 상기 모터-송풍기 세트의 모터 회전속도를 조절하는 인버터로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 종래 공기밸브 시험장치의 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 디지털 공기밸브 시험장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 디지털 공기밸브 시험장치의 계통도,
도 4는 본 발명에 따른 컴퓨터의 공기밸브 시험을 위한 메인화면이다.
< 도면의 주요부분에 따른 부호의 설명 >
1: 송풍기 3: 엘보우 파이프
3a: 안전밸브 3b: 정류기
3c: 오리피스 5: 온도계
7: 공기밸브 9: 공기밸브 시험장치
10: 모터-송풍기 세트 11: 모터
12: 송풍기 20: 엘보우 파이프
21: 안전밸브 22: 정류기
23: 오리피스 24: 플랜지 탭
30: 공기밸브 40: 조작반
41: 제어기 41a: 온도감지센서
41b: 송풍압력 검출기 41c: 중간압력 검출기
41d: 방출압력 검출기 42: 인버터
50: 컴퓨터 51: 메인화면
100: 디지털 공기밸브 시험장치
본 발명에 따른 디지털 공기밸브 시험장치의 구성에 관해 설명하기에 앞서, 본 발명에서 일관되게 사용되고 있는 공기 밸브에 대해 설명하면, 공기밸브(Air Valve)는 상하수도용으로 사용되는 밸브의 일종으로, 내설된 플로우트(Float)의 작동에 의해 관내의 축적된 공기를 배출시키거나, 이와는 반대로 관내가 진공이 되지 않도록 공기를 흡입하는 밸브이다.
본 발명에서의 상기 시험장치는 보다 정확하고 신속하게 공기밸브의 성능을검증할 수 있도록 직경 75mm 인 공기밸브와, 직경 100mm 인 공기밸브의 다량배기 시험 및 급속배기시험을 전기, 전자적인 제어장비 및 컴퓨터로 원격 제어하여 실시간으로 모니터링 할 수 있다.
다음으로는 본 발명에 따른 디지털 공기밸브 시험장치의 구성에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 공기밸브 시험장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 공기밸브 시험장치(100)는 시험용 공기밸브(30)다 연결되는 엘보우 파이프(20)와, 상기 파이프(20) 내에 공기를 송풍하는 모터-송풍기 세트(10)와, 상기 파이프(20) 내에서 유동하는 공기의 온도 및 압력 변화를 감지하여 디지털 신호로 변환, 처리 및 기록하기 위한 조작반(40) 및 상기 조작반(40)을 원격 제어하기 위한 컴퓨터(50)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 엘보우 파이프(20)는 직경이 약 100mm 정도이며, 일측이 수직에 가깝게 만곡되어져 있는 것으로, 일단에는 상기 모터-송풍기 세트(10)가 결합되고, 타단에는 시험 대상인 공기밸브(30)가 결합된다.
아울러, 상기 파이프(20)의 만곡부위를 중심으로 파이프(20) 일측에는 상기 모터-송풍기 세트(10)가 송풍하는 공기의 유동 방향을 따라 차례대로 안전밸브(21), 정류기(22), 오리피스(23)가 설치된다.
여기서, 상기 안전밸브(21)는 상기 파이프(20) 내의 공기압의 크기를 소정 이하로 제한하기 위한 것으로, 공기압 상승에 의한 과부하시 일정량의 공기를 배기하여 상기 파이프(20) 내의 공기 유동을 안정적인 상태로 지속할 수 있다.
그리고, 상기 정류기(22)는 통상적으로 난류인 공기를 층류로 필터링하여 보다 이상적인 유체유동으로 안정적인 시험결과를 확보할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 오리피스(23)는 공기밸브(30)를 통해 배기되는 방출유량을 측정하기 위해 상기 파이프(20) 내에 설치된다.
그리고, 상기 파이프(20) 타측에는 상기 공기밸브(30)가 안정적으로 고정되도록 상기 공기밸브(30) 입구 형상에 대응하는 플랜지 탭(24)이 형성되어 있다.
한편, 상기 조작반(40)은 상기 파이프(20) 내에서 유동하는 공기의 온도 및 압력변화를 검출하여 처리 및 기록하는 것이다.
아울러, 상기 조작반(40)은 상기 컴퓨터(50)에 의해 원거리에서 제어되어 전반적인 공기밸브(30) 시험 과정이 모니터링 될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 공기밸브 시험장치 시험장치의 계통도이고, 도 4는 본 발명에 따른 컴퓨터의 공기밸브 시험을 위한 메인화면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 엘보우 파이프(20) 일단에는 모터-송풍기 세트(10)가 결합되고, 타단에는 시험용 공기밸브(30)가 결합된다.
여기서, 상기 모터-송풍기 세트(10)는 상기 파이프(20) 내로 공기를 송풍하게 되며, 상기 파이프(20) 내를 유동하는 공기의 유동량의 크기에 기초하여 상기 공기밸브(30)는 다량 배기 또는 급속 배기를 하게 된다.
이러한 공기밸브(30)의 배기정도에 따른 성능을 파이프(20) 내에서 유동하는 공기의 온도 및 압력을 측정하여 검증할 수 있는데, 이 때 상기 시험용 공기밸브(30)는 그 직경이 약 75mm 정도인 것과, 100mm 정도인 것을 사용한다.
아울러, 상기 모터-송풍기 세트(10)는 파이프(20) 내로 공기를 송풍하는 송풍기(12)와, 상기 송풍기(12)에 구동력을 제공하는 모터(11)로 이루어진다.
그리고, 상기 송풍기(12)로부터 상기 파이프(20) 내로 유입되는 공기는 상기 파이프(20)에 구축되는 안전밸브(21)를 우선적으로 거치게 되는데, 상기 안전밸브(21)는 통상적인 플로우트(Float) 방식의 밸브로서, 공기의 유동량을 일정하게 하기 위해 내부 공기압의 상승으로 인한 과부하시 일정량의 공기를 외부로 방출할 수 있다.
이 때, 상기 안전밸브(21) 부근 영역에는 온도감지센서(41a)가 위치하여 상기 공기의 온도변화를 시간에 따라 검출하여 조작반(40)으로 보내진다.
아울러, 상기 온도감지센서(41a)에 의한 온도측정은 -10℃ 내지 100℃ 범위 안에서 이루어지며, 분해능은 1℃ 정도로 한다.
또한, 상기 안전밸브(21)를 거친 공기는 파이프(20)에 내설된 정류기(22)를 통해 난류에서 층류로 필터링 되어 보다 이상화된 유체(Ideal Fluid)로 변환될 수 있다.
아울러, 층류화된 상기 공기는 오리피스(23)를 거치면서 일시적인 압력 변화를 거치게 되고. 이를 기초로 하여 상기 공기밸브(30)를 통해 배기되는 방출유량을 계산할 수 있다.
이 때, 상기 오리피스(23) 직전에 설치되는 송풍압력 검출기(41b)와, 직후에 설치되는 중간압력 검출기(41c)를 통해 상기 오리피스(23)를 거치면서 순간적으로 일어나는 압력변화를 측정하여 상기 조작반(40)에 전송한다.
상기 조작반(40)에 전송된 압력변화를 기초로 하여 하기와 같은 공식에 의해 상기 공기밸브(30)의 배기량이 산출된다.
여기서, 상기 Q는 표준상태(20℃, 760mmHg, 상대습도 65%)에서의 배기량(㎥/분)이고, α는 상기 오리피스(23)의 유량계수이며, ε은 상기 오리피스(23)의 공기팽창에 대한 보정계수이다.
또한, A1은 상기 오리피스(23)의 조임면적이고, hn은 상기 오리피스(23)의 차압(kgf/㎡)이며, P1은 상기 오리피스(23) 상류의 절대압력(kgf/㎡ 절대압력)이고, T1은 상기 오리피스(23) 상류의 절대온도(K)이다.
이와 같이, 공기밸브(30)의 방출유량 즉, 배기량을 온도 및 압력을 기초로 하여 측정할 수 있으며, 이를 통해 상기 공기밸브(30)의 불량여부를 알 수 있다.
아울러, 상기 공기밸브(30) 직전에는 방출압력 검출기(41d)가 설치되어 방출직전의 공기압을 검출하여 상기 조작반(40)으로 전송하여 처리 및 기록될 수 있다.
한편, 상기 조작반(40)은 상기 엘보우 파이프(20) 내의 공기압 및 온도변화를 검출하여 처리 및 기록하는 제어기(41)와, 상기 모터-소풍기 세트(10)의 모터(11) 회전속도를 전기적으로 조절하는 인버터(42) 등으로 이루어진다.
아울러, 상기 제어기(41)는 상기 정류기(22) 전면 일측에 설치되는 온도감지센서(41a)로부터 아날로그 형태의 온도감지신호를 전송받는다.
그리고, 상기 제어기(41)는 상기 오리피스(23) 직전과 직후에 각각 설치되는 송풍압력 검출기(41b) 및 중간압력 검출기(41c)로부터 각각 송풍압력 및 오리피스(23)를 통과한 직후의 공기압에 대한 아날로그 검출신호를 전송받는다.
또한, 상기 공기밸브(30) 직전에 설치된 방출압력 검출기(41d)가 방출직전에 있는 공기압을 검출하여 상기 제어기(41)에 전송함으로써, 상기 송풍압 및 중간압력과 방출압을 실시간으로 처리 및 기록할 수 있다.
이렇게 전송된 온도 및 각 압력검출 신호는 상기 제어기(41)에서 디지털 신호로 변환, 처리 및 기록되어 공기밸브(30)의 성능 시험을 위한 컴퓨터(50)의 메인화면(51)을 통해 디스플레이되는데, 이는 윈도우즈 오퍼레이팅 시스템을 통해 구동될 수 있는 공기밸브(30) 성능시험의 프로그램이다.
이와 같은 상기 메인화면(51)에는 상기 엘보우 파이프(20) 내의 공기유동 과정에 따른 송풍압, 공기 온도, 대기압, 시험용 공기밸브(30)의 직경, 방출압력 등과 이를 기초로 하는 공기밸브(30)의 배기량(방출량)이 실시간으로 산출되어 디스플레이되면서, 상기 공기밸브(30)의 모든 시험과정을 실시간으로 모니터링 할 수 있으며, 이는 컴퓨터(50)를 통해 원격 제어될 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 공기밸브 시험장치(100)에서, 시험용으로 사용되는 공기밸브(30)는 직경 75mm와 직경 100mm의 크기를 갖는 공기밸브(30) 외에, 직경 25mm, 직경 150mm, 직경 200mm의 공기밸브(30) 중에 임의로 선택하여 사용할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 디지털 공기밸브 시험장치에 따르면, 엘보우 파이프의 각 지점에 설치된 센서 및 검출기로 온도 및 압력을 검출하여 조작반을 통해 디지털 신호로 변환, 처리 및 기록 할 수 있기 때문에, 실시간으로 공기의 유동과정을 조사할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 조작반은 디지털로 처리되는 결과를 통신망으로 연결된 컴퓨터에 연속적으로 전송하기 때문에, 상기 컴퓨터는 실시간으로 그 결과를 모니터링 할 수 있으며, 이를 기초로 최종 시험결과를 보다 정확하고 신속하게 알 수 있는 특징이 있다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (2)

  1. 모터-송풍기 세트(10);
    상기 모터-송풍기 세트로(10)부터 송풍되는 공기가 일측에서 타측까지 흐르는 엘보우 파이프(20);
    상기 엘보우 파이프(20) 일측에 구축되어 내부 공기압의 크기를 제한하는 안전밸브(21);
    상기 안전밸브(21) 전면에 축설되어 공기의 흐름을 층류로 필터링하는 정류기(22);
    상기 정류기(22) 전면에 구축되어 공기의 흐름을 변화시키는 오리피스(23);
    상기 엘보우 파이프(20)의 타단에 구축된 플랜지 탭(24)에 끼워지는 시험용 공기밸브(30);
    상기 엘보우 파이프(20) 내의 온도 및 공기압의 변화에 기초하는 전기적인 신호를 검출하여 처리 및 기록하는 조작반(40);
    상기 조작반(40)을 원격으로 제어하는 컴퓨터(50);로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 공기밸브 시험장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조작반(40)은 상기 정류기(22) 일측에 설치되는 온도감지센서(41a)와,
    상기 오리피스(23) 직전과 직후에 각각 설치되는 송풍압력 검출기(41b) 및중간압력 검출기(41c)와,
    상기 공기압 밸브(30) 직전에 설치되는 방출압력 검출기(41d)로부터 검출되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하여 처리하는 제어기(41) 및
    상기 모터-송풍기 세트(10)의 모터(11) 회전속도를 조절하는 인버터(42)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 공기밸브 시험장치.
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