KR100429279B1 - 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치 - Google Patents

온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100429279B1
KR100429279B1 KR10-2003-0021253A KR20030021253A KR100429279B1 KR 100429279 B1 KR100429279 B1 KR 100429279B1 KR 20030021253 A KR20030021253 A KR 20030021253A KR 100429279 B1 KR100429279 B1 KR 100429279B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pump
aberration
efficiency
water
temperature
Prior art date
Application number
KR10-2003-0021253A
Other languages
English (en)
Inventor
김영규
이태영
이상훈
권영준
박장원
Original Assignee
한국수자원공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국수자원공사 filed Critical 한국수자원공사
Priority to KR10-2003-0021253A priority Critical patent/KR100429279B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100429279B1 publication Critical patent/KR100429279B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 수차발전기 및 펌프모터 효율측정의 정확성과 적용성을 향상시키기 위한 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치로서, 기기를 지나는 물과 터빈 축과의 에너지 수수(授受)관계를 측정하여 온도측정법에 의해 해당설비의 효율을 측정하는 것으로, 수력설비 입·출구 두 단면에서의 유체의 온도와 압력 및 발전기 출력(펌프모터의 소비전력)을 검출하여 이 데이터를 운동에너지와 위치에너지의 산출에 사용되는 중력가속도와 해발고도의 상수와 연산하여 단위질량의 물에 의해 수차가 얻은 비에너지(펌프에 의해 단위질량의 물이 얻은 비에너지;Em)와, 단위질량의 물이 수차에 준 비에너지(펌프가 단위질량의 물에 실제 공급한 비에너지; Eh) 및 단위질량의 물에 해당하는 수차(펌프)의 기계적 손실(Ex)을 계산하여 이들로부터 수차발전기(펌프모터)의 효율(η)과 유량(Q)을 알아낼 수 있도록 되어 있다.

Description

온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치 {The performance measuring device for hydro-utilities with thermodynamic method}
본 발명은 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치에 관한 것으로, 기존의 효율측정장치에 비하여 적용성과 정확성을 높일 수 있도록 수력설비 입·출구 두 단면에서의 유체의 온도 및 압력과 발전기 출력(펌프모터의 소비전력)을 센서에서 감지하고, 이들 데이터와 운동에너지와 위치에너지의 산출에 사용되는 중력가속도와 해발고도의 상수를 연산부의 프로그램에 의해 연산하여 실시간으로 수차발전기와 펌프모터의 효율 및 유량을 측정하고 이를 외부로 표시할 수 있도록 한 것이다.
유체기계설비 운영의 신뢰성과 효율성이 유지되기 위해서는 정확한 설비상태의 파악이 필요하며, 이는 정기적인 시험을 통하여 얻어지는 자료를 분석하고, 필요한 조치를 취함으로써 해당설비의 성능을 정상으로 유지시킬 수 있다.
이들 설비의 효율시험은 대표적으로 절대유량법(압력시간법,초음파법)과 상대유량법(지수법,효율특성법)이 있으며, 종래에 주로 사용되어 왔던 방법들은 상대유량을 측정하는 방식으로 정확한 효율측정에 한계가 있으며, 압력시간법을 이용한 초음파법은 단속적으로 측정이 가능하나 일정거리의 직선구간 확보라든가 관로조건 등 제한요소가 있어 적용에 한정적인 방법이었다.
본 발명은 상기한 종래 기술인 지수법, 효율특성법, 압력시간법 등을 적용한 효율측정장치의 이용시 문제되었던 정확한 효율시험 값의 측정한계와 시험의 특성상 단속적인 성격, 그리고 적용의 한계 등의 문제점을 개선하기 위한 대안으로, 기기를 지나는 물과 수차(펌프) 축과의 사이에서 전달되는 에너지 수수(授受)관계를 정확히 측정하여 실시간으로 정확하게 해당설비의 효율을 측정할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수차 발전기나 펌프 등 수력설비의 입·출구 두 단면에서의 유체의 온도와 압력 및 발전기 출력(펌프모터의 소비전력)을 센서에 의해 검출하고, 이들 센서에서 검출된 온도와 압력 및 발전기 출력(펌프모터의 소비전력)에 대한 데이터와 운동에너지와 위치에너지의 산출에 사용되는 중력가속도와 해발고도의 상수를 연산하여 단위질량의 물에 의해 수차가 얻은 비에너지(펌프에 의해 단위질량의 물이 얻은 비에너지;Em)와, 단위질량의 물이 수차에 준 비에너지(펌프가 단위질량의 물에 실제 공급한 비에너지;Eh) 및 단위질량의 물에 해당하는 수차(펌프)의 기계적 손실(Ex)을 계산하여 이들로부터 수차발전기(펌프)의 효율(η)을 알아냄을 특징으로 하는 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치를 제공하는 것으로, 구체적으로 본 발명에 의한 효율측정장치는 수차 발전기나 펌프 등 수력설비의 입·출구 두 단면에서의 유체의 온도를 각각 감지하기 위하여 관내에 직접 삽입되는 온도센서로 이루어진 온도감지부와; 상기 입·출구 두 단면에서의 유체의 압력을 각각 감지하기 위한 압력센서로 이루어진 압력감지부와; 상기 발전기의 출력이나 펌프의 소비전력을 감지하기 위한 출력(소비전력)감지부와; 수차(펌프)의 기계적 손실에 대한 자료를 입력하고 이를 기억할 수 있는 데이터 저장부; 및 상기 온도감지부, 압력감지부 및 출력(소비전력)감지부에서 감지된 데이터와 데이터 저장부에 저장된 데이터를 연산하여 수차의 경우 단위질량의 물에 의해 수차가 얻은 비에너지(Em)와, 단위질량의 물이 수차에 준 비에너지(Eh)를, 펌프의 경우 펌프에 의해 단위질량의 물이 얻은 비에너지(Em)와 펌프가 단위질량의 물에 실제 공급한 비에너지(Eh)를 계산해내고, 이 데이터를 상기 데이터 저장부에 저장된 해당 설비에서의 단위질량의 물에 해당하는 수차(펌프)의 기계적 손실(Ex)에 대한 데이터와 함께 연산하여 실시간으로 수차발전기(펌프)의 효율(η)을 측정하는 연산부와; 이를 외부로 표시하는 디스플레이부를 포함하여 이루어진다.
도 1은 본 발명에 의한 효율측정장치의 기본원리와 센서 설치위치를 도시한 수차발전기의 단면도,
도 2는 엔탈피-엔트로피선도,
도 3은 본 발명에 의한 효율측정장치의 구성을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명에 의한 효율측정장치의 온도센서 설치상태를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 수차효율측정결과와 기존의 압력시간법에 의한 준공효율을 함께 도시한 수차효율그래프,
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 상류 2 : 하류
3 : 관로 10 : 온도감지부
10a: 온도센서 10b : 프로브(탐침)
20 : 압력감지부 30 : 출력(소비전력)감지부
40 : 메모리부 50 : 연산부
60 : 디스플레이부
이하에서는 본 발명의 측정원리와 구체적인 측정장치에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 설명에서 사용되는 약어(부호)의 의미와 단위는 다음과 같다.
약 어 설 명 단 위
A 면적 ㎡
a 등온계수 ㎥/㎏
평균등온계수 ㎥/㎏
cP 정압비열 J/(㎏ K)
평균정압비열 J/(㎏ K)
E 유체의 비에너지 J/㎏
EH 유체의 비수력에너지 J/㎏
EM 유체의 비기계에너지 J/㎏
EX 유체의 비기계에너지 외부손실 J/㎏
g 중력가속도 ㎨
h 엔탈피 J/㎏
KP 감속계수
H 수차(펌프) 총수두 m
H1 총 입력수두 m
H2 총 출력수두 m
N 회전속도 r/min
P 압력 N/㎡
s 엔트로피 J/(㎏ K)
ν 평균속도 ㎧
VM 비체적 ㎥/㎏
평균 비체적 ㎥/㎏
z 해발고도 m
열전달에 의한 보정값 J/㎏
온도차 K
η 효율 -
θ 온도 ℃
ΘA 대기온도 ℃
ρ 밀도 ㎏ /㎥
평균밀도 ㎏ /㎥
<측정원리>
본 발명에 의한 온도측정법을 이용한 수차와 펌프의 효율측정장치의 기본원리는 도 1에 도시된 바와 같이 기기를 지나는 물이 터빈축에 전달한 에너지 관계를 이용하여 효율을 구하게 되는데, 이 에너지 기기의 상류(1)측 단면(A1)의 유체가 가지고 있는 에너지와 하류(2)측 단면(A2)의 유체가 가지고 있는 에너지는 일치하게 되며, 이들 에너지는 상류측과 하류측 단면에서의 압력, 온도, 속도, 높이의 측정으로 계산할 수 있고, 물의 역역학적 특성에 의해 비기계에너지(Em)는 상,하 단면간의 수온변화량을 측정함으로써 계산할 수 있다. 수력 효율은 각각의 위치에너지, 운동에너지, 엔탈피항의 단위질량당 변화의 비율이다.
여기서, 비기계에너지인 Em은 이상적인 동작에서는, 유량과 기계와 어떠한 마찰손실도 발생하지 않으며, 이것은 런너에 전달되는 비에너지의 계산이 가능하다. 등엔트로피의 변화는 수력기기의 손실없이 동작할 수 있는 에너지로 비에너지 (Eh)라 한다.
이상적인 과정의 경우, 가역엔탈피 변화과정에서 입구조건과 출구압간의 전체 엔탈피의 변화는의 값이나,
실제 수차(펌프)과정에서의 엔탈피 변화는
의 값이며, 이는 열역학 제1법칙에 의하여 수차(펌프)축으로 전달된(흐름과 무관한 외부손실 EX는 제외) 비에너지이다. 위치에너지와 운동에너지의 항을 무시하면, 상기 두 과정은 도 2에 도시된 엔탈피-엔트로피선도를 따른다.
여기서,= 수차 케이싱에서 발생한 열전달로 인한 손실이다.
본 발명에 의한 온도측정에 의한 효율측정장치에서는 외부 베어링의 손실과 같은 동력손실(Ex)로 인한 관 내부의 수온상승은 나타나지 않으므로 이는 열량측정법 등으로 측정한다. 수력효율은 런너에 전달되는 기계적 비에너지와 수력적 비에너지 비를 이용하여 얻을 수 있다.
수차 및 펌프의 효율 η은 각각
(식1)
(식2)
이다.
그러므로 효율과 유효낙차(Hn=Em/g)는 반복수행 방식으로 결정된 운동에너지항목을 포함하여 측정한 비에너지로 직접 계산할 수 있다.
발전기 출력과 관련 손실에 대한 부가적인 측정은 다음 식에 의해 기계적 출력(Pm)과 사용수량 즉, 유량(Q)을 계산할 수 있다.
Q = Pm /ρg Hn (식3)
일반적으로 전체 효율측정의 정확도는 ±0.7%∼±1.5% 이다. 또한 데이터 수집은 동시에 수행되고, 온도센서는 가능한 여러 개를 사용하도록 한다. 결과적으로 본 발명에 의한 효율측정기술의 평균 불확도는 상당히 신뢰할 수 있으며, 효율을 직접 측정하기 때문에, 400m 낙차에서 효율측정시 시스템 오차는 +0.65% 이내로 추정할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 효율계산방법과 본 발명의 효율측정장치의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
<효율계산방법>
가. 수차와 펌프의 효율
수차와 펌프의 효율은 다음과 같다.
수차효율(식1)
(여기서, η은 수차 효율, Em은 단위질량의 물에 의해 수차가 얻은 비에너지, Eh는 단위질량의 물이 수차에 준 비에너지, Ex는 단위질량의 물에 해당하는 수차의 기계적 손실(베어링, 축 봉수장치의 손실)이다)
펌프효율(식2)
(여기서, η는 펌프 효율, Em은 펌프에 의해 단위질량의 물이 얻은 비에너지, Eh는 펌프가 단위질량의 물에 실제 공급한 비에너지, Ex는 단위질량의 물에 해당하는 펌프의 기계손실(베어링, 축 봉수장치의 손실)이다)
나. 단위질량의 물이 수차에 준 비에너지(Eh)
물이 수차에 준 비에너지는 다음식으로 구한다.
(식4)
(여기서, H는 유효낙차 또는 전양정(m), Pabs은 측정단면에서의 절대압력(Pa), v는 단면평균유속(㎧), z는 설치표고(m),는 시험상태에서의 중력가속도(㎨),는 물의 밀도(㎏/㎥)이다)
다. 단위질량의 물이 얻은 비에너지
단위질량의 물이 얻은 비에너지는 다음식으로 구한다.
수차의 경우,
(식5)
펌프의 경우,
(식6)
(여기서, P는 측정단면에서의 절대압력(Pa), z는 표고(m),는 측정단면에서 채수한 물이 외부와의 열교환에 따른 보정치(Pa), v는 단면평균유속(㎧),는 주관에서 물이 외부와의 열교환에 따른 보정치(J/kg),는 구간 1,2에서 평균압력과 온도에서 물의 등온계수(㎥/kg)이다)
라. 베어링 손실결정
모든 베어링손실은 열량측정법에 의해서 측정하거나, 아래 (3)항에서의 절차에 따라서 구할 수 있다.
(1) 열량측정법
손실은 열량측정법에 의해서 결정되며, 다음과 같다.
·냉각수에 의한 발생(대부분에 해당됨)
·방열과 대류에 의한 발생(바닥과 천정 등)
(2) 냉각수에 의해서 발생한 손실
냉각코일의 냉각수 유량과 입출구의 온도를 측정한다. 냉각수 유량은 냉각수 플로우 메터의 다이어프램 플로우차트를 보고 결정하거나, 펌프 토출량으로 결정한다. 물의 온도는 1/10℃ 정확도를 갖는 온도센서로 측정한다.
냉각수에 의해서 베어링 손실된 량은 다음과 같다.
(식7)
(여기서,는 베어링 오일(냉각수) 입출구 온도차(℃), ρ는 오일(냉각수) 밀도(㎏/㎥), q 는 냉각수 공급량(㎥/s), CP는 베어링 오일(냉각수) 정압비열(j/㎏/℃)이다)
(3) 계산에 의한 손실 산정
(가) 스러스트 베어링
세그먼트 폭 : b=0.5({d_o}-{d_i}) (m)
세그먼트의 평균길이 :(m)
마찰계수 :
마찰손실 :{Ptb}=({FAE}+{FAP}+{FAT})·f·vm(W) (식8)
(여기서, do는 세그먼트 베어링 외경, di는 세그먼트 베어링 내경, N 은 세그먼트 수, μ는 동점성계수 (Pa·S), vm은 평균속도(m/s), Pm은 평균압력(Pa), k 는 세그먼트 모양에 따른 상수(약 3.5), FAE는 발전기 추력, FAT는 수차추력, FAP는 펌프 임펠러 추력이다)
(나) 가이드 베어링
·저어널 베어링
(식9)
(여기서, μ는 동점성계수(Pa·S), n은 회전수(1/S), d는 베어링 직경(m), l은 축방향 베어링 길이(m), δ는 축방향 전체 공차(m)이다)
·세그먼트 베어링
(식10)
(여기서, k는 세그먼트 모양에 따른 계수 4 ∼ 7.8, N은 세그먼트 수, μ는동점성계수(Pa·S), n은 회전수(S-1), d는 베어링 직경(m), l은 세그먼트 원주방향길이 =(m), b 는 축방향 베어링 길이(m), δ 는 축방향 전체 공차(m)이다)
(다) 펌프의 베어링
PPB= Kx·N ·d2(식11)
(여기서, Ppb는 베어링 마찰손실, Kx은 베어링 손실계수 (W min/m2), N 은 베어링 회전수, d2는 축 직경이다)
따라서, 비에너지 손실은 다음 식에 의해 계산해 낼 수 있다.
Ex= Ppb/qm(J/kg) (식12)
<효율측정장치의 구성>
본 발명에 의한 온도측정에 의한 수차 및 펌프 효율측정장치의 구성은 도 3에 도시된 바와 같은데, 이는 수차 발전기나 펌프 등 수력설비의 입·출구 두 단면에서의 유체의 온도를 각각 감지하기 위한 온도센서로 이루어진 온도감지부(10)와; 상기 입·출구 두 단면에서의 유체의 압력을 각각 감지하기 위한 압력센서로 이루어진 압력감지부(20)와; 상기 발전기의 출력이나 펌프의 소비전력을 감지하기 위한 출력(소비전력)감지부(30)와; 해당 발전기나 펌프의 기계적 손실에 대한 데이터가 저장된 저장부(40); 및 상기 온도감지부(10), 압력감지부(20) 및 출력(소비전력)감지부(30)에서 감지된 데이터를 상기 (식1) 또는 (식2)와 (식3)에 의해 연산하여 이들로부터 수차발전기(펌프)의 효율(η)과 유량을 측정하는 연산부(50);및 측정결과를 외부로 표시하는 디스플레이부(60)를 포함하여 이루어져 있다.
본 발명에서 온도측정법을 이용한 수차발전기 및 펌프의 효율측정 용도로 사용되는 기기의 입구 및 출구부분에 설치되는 온도감지부(10)의 온도감지수단으로는 1mK의 정도를 갖는 초정밀급 온도센서이며, 이 센서는 주파수 출력방식으로 신호전송거리가 우수하고 재질이 INCONEL 625(주로 산화, 부식에 강하여 고압의 화학수소 차단을 위한 밸브에 사용)로 높은 유속에도 견딜 수 있으며, 프로브(탐침)의 길이가 190mm이상으로 관내 삽입이 가능한 주파수출력방식의 온도센서를 적용한다. 온도센서(10a)의 설치구조는 도 4에 도시되어 있는데, 이는 관로(3)의 내부로 온도센서(10a)의 탐침(10b)이 삽입되어 관로(3)를 통과하는 물의 온도를 감지하도록 되어 있다. 본 발명에서 사용되는 온도센서의 측정범위는 -5∼+35℃로써 수차 및 펌프효율측정에 적합하며, 정확도는 ±0.001℃ 이내이고, 년간 안정성은 ±0.002℃이므로 정기적인 교정이 필요하다. 응답속도는 0.7sec 이내로 매우 빠른 편이며, 별도의 예열 시간이 필요 없다.
또, 입구 및 출구부분에 설치되는 압력감지부(20)의 압력감지수단으로는 효율측정 정확도 향상을 위하여 정확도 ≥±0.1 F.S BSL(비선형성 포함, 히스테리시스, 반복성)이내 정밀급 시험용 압력센서를 적용하였다. 압력센서의 출력은전압(5V이상), 전류(4∼20㎃)이며 라인 최대압력은 50㎏f/㎠ 이상이고 년간 안정성은 0.1%F.S 이내이다.
또한, 발전기(펌프)의 출력(소비전력)을 측정하기 위한 출력(소비전력)감지부(30)의 출력(소비전력)측정수단으로 사용되는 센서의 정도는 0.35% 이며, 측정범위는 전압은 600V, 전류 20A 이내이다.
상기 온도감지부(10)에서 사용되는 온도감지수단은 온도센서가 주파수출력방식이므로 온도센서에서 감지된 온도신호는 필터를 통과하여 노이즈를 제거하고 주파수카운터(12)를 거쳐 연산부(50)로 송출되며, 압력감지부(20)에서 감지된 압력신호도 필터를 통과하여 A/D변환기(22)에서 디지털 신호로 변환되어 연산부(50)로 송출된다.
상기 압력감지부(20)는 전류신호변환모듈(4CH)과 과전압보호모듈(4CH)로 구성되어 있고, 전류 입력 신호범위는 4∼20㎃, 정도는 0.05% FSR이며, 전압 입력신호범위는 ±10V이며, 정도는 ±0.05% FSR 이하이다.
또, 상기 A/D 변환기(24)는 분해능 24비트이며, 입력범위는 ±10V, 샘플링 비율은 100kS/s 이상, 입력 수는 8채널 이상 동시 샘플링이 가능하다.
데이터수집 장비로서 상기 연산부(50)는 CPU 모듈내장형으로, 내장된 효율 측정 프로그램은 온도측정법을 이용한 오프-라인, 온-라인 실시간 효율측정과 압력시간법, 지수법을 이용한 효율측정이 가능하도록 구성하였다.
상기 연산부(50)에 내장된 효율측정 프로그램에서는,
a) 위도, 해발고도, 대기압, 기온, 수온 등의 현장조건과 물, 공기, 윤활유의 비중 및 정압비열, 물의 정적비열, 온도 및 압력 측정부 단면적 및 해발고도, 수차발전기 각각의 중량, 축 추력 및 발전기 효율 등의 상수를 입력하는 단계;
b) 발전수량 입·출구 온도 및 압력, 베어링 냉각수 입·출구 온도, 발전기 출력을 취득하는 단계;
c) 유량을 "0"으로 가정하여 수력/기계효율 초기값 산출하고 이로써 유량 초기값을 산출하는 단계; (아래 식 참조)
(식13)
d) 초기값 → 유속 → 효율 → 유량 → 유속을 연산하여 직전 결과의 편차가 1%이하로 수렴될 때까지 반복 수행하여 효율과 유량을 산출하는 단계;를 거쳐 수차(펌프)의 효율을 측정하도록 되어 있다.
(실시예)
본 발명에 의한 소위, 온도측정법을 이용한 수차발전기의 효율측정장치를 본출원인의 관할하에 있는 수력발전소에 적용하여 측정한 결과와, 준공시 측정했던 효율(준공효율; 기존의 압력시간법에 의한 측정)을 다음 표 1에 나타내었고, 도 5에 그래프로 나타내었다.
압력시간법과 본 발명에 의한 효율측정대비표
수차출력(㎾) 본원 발명온도측정 효율(%) 압력시간법효율(%) 온도측정법 - 압력시간법(%) 비 고
7500 85.8 86.7 -0.9
8000 87.3 87.8 -0.4
8500 88.7 88.8 -0.0
9000 90.1 89.7 0.4
9500 91.3 90.6 0.7
10000 92.4 91.4 1.0
10500 93.4 92.1 1.3
11000 94.3 92.8 1.5
평 균(%) 91.0 90.4 0.6
상기 표 1 및 도 5의 수차효율그래프에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 의한 열역학법 효율 값과 준공시 측정(압력시간법)효율 값은 최소 -0.9%에서부터 최대 1.5%의 효율 차를 보이고 있고, 구간평균 0.6%의 편차를 보였으며, 이는 관련기준(IEC41)에서 제시하는 측정오차(약 ±1.5%)의 범위 내에 있음을 보여주고 있다.
다음 표는 본 발명에 의한 열역학적 측정기술과 기존의 효율측정기술의 특성을 비교한 것이다.
본 발명의 측정기술과 기존 측정기술의 특성 비교표
효율측정기술 장 점 단 점
압력시간법 -. 낙차에 관계없이 1.5%이하의 정확도로 측정가능-. 측정절차가 간단 -. 관로압력 측정단면간 불규칙부분이 적어야하고, 관로 중간노출구간이 필요-. 실시간 효율측정은 지수법을 이용하여정확도가 낮음.-. 측정시 설비에 무리를 줄수 있음
본원 발명(열역학법) -. 직관거리 제약이 없음-. 가격저가 검교정 단순-. 실시간 효율측정이 가능-. 대부분 수력발전소에 적용 -. 낙차 50m 이상에서 적용가능(정도 1.5%이하 유지)-. 온도센서 1mK 정확도 필요
초음파법 -. 실시간 효율측정이 가능 -. 일정한 직관거리 비확보시 설치 제약-. 시간이 경과할수록 관로 형상의 변화로측정신뢰성 저하-. 설치가 복잡
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본원발명에 의한 효율측정장치의 장점은 직관거리의 제약이 없어 대부분의 수력발전소에 적용이 가능하며, 설치가격은 기존의 초음파법에 비하여 저렴하며, 실시간으로 정확한 효율의 측정이 가능한 장점을 갖는다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 수차나 펌프의 입,출력부에서의 온도와 압력, 그리고 수차나 펌프모터의 출력(소비전력)측정만으로 펌프나 수차의 효율과 유량을 측정할 수 있고, 펌프나 수차가 설치된 관로상에서 유량계를 대체할 수 있으며, 온도센서가 주파수 출력방식(전송거리 1km이상)으로 측정거리에 제약이 없으며, 또한 기존의 유량게법이나 압력시간법 등이 요구하는 관로의 일정 직선구간확보 등 관로조건의 제약이 없어 적용성이 높고, 정확한 효율과 유량을 측정할 수 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 수차 발전기나 펌프 등 수력설비의 입·출구 두 단면에서의 유체의 온도를 각각 감지하기 위한 주파수 출력방식의 온도센서와, 이 온도센서에서 감지된 신호를 카운트하기 위한 주파수카운터로 이루어진 온도감지부(10);
    상기 입·출구 두 단면에서의 유체의 압력을 각각 감지하기 위한 압력센서와, 이 압력센서에서 감지된 아날로그신호를 디지털신호를 변환하기 위한 A/D변환기로 이루어진 압력감지부(20);
    상기 발전기의 출력이나 펌프의 소비전력을 감지하기 위한 출력(소비전력)감지부(30);
    발전기나 펌프의 기계적 손실(Ex)에 대한 데이터가 저장되는 저장부(40); 및 상기 온도감지부(10), 압력감지부(20) 및 출력(소비전력)감지부(30)에서 감지된 데이터와 운동에너지와 위치에너지의 산출에 사용되는 중력가속도와 해발고도의 상수를 연산하여 수차가 얻은 비에너지(펌프에 의해 단위질량의 물이 얻은 비에너지; Em)와, 단위질량의 물이 수차에 준 비에너지(펌프가 단위질량의 물에 실제 공급한 비에너지; Eh) 및 단위질량의 물에 해당하는 수차(펌프)의 기계적 손실(Ex)데이터를 연산하여 이들로부터 수차발전기(펌프)의 효율(η)을 측정하기 위한 연산프로그램이 내장되고 그 결과를 외부의 디스플레이부(60)에 표시하는 연산부(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치.
  3. 삭제
KR10-2003-0021253A 2003-04-04 2003-04-04 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치 KR100429279B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0021253A KR100429279B1 (ko) 2003-04-04 2003-04-04 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0021253A KR100429279B1 (ko) 2003-04-04 2003-04-04 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100429279B1 true KR100429279B1 (ko) 2004-04-29

Family

ID=49381912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0021253A KR100429279B1 (ko) 2003-04-04 2003-04-04 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100429279B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101353051B1 (ko) * 2012-06-29 2014-01-17 목포해양대학교 산학협력단 펌프 효율 측정 시스템
KR102069997B1 (ko) * 2019-06-24 2020-01-23 선호수 수력터빈 효율 측정 시스템 및 방법
CN114688012A (zh) * 2022-03-04 2022-07-01 扎赉诺尔煤业有限责任公司 水泵加载试验台和水泵试验方法
KR102577362B1 (ko) * 2023-06-07 2023-09-12 주식회사 스탠더드시험연구소 수력발전기 효율 측정 장치 및 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101353051B1 (ko) * 2012-06-29 2014-01-17 목포해양대학교 산학협력단 펌프 효율 측정 시스템
KR102069997B1 (ko) * 2019-06-24 2020-01-23 선호수 수력터빈 효율 측정 시스템 및 방법
CN114688012A (zh) * 2022-03-04 2022-07-01 扎赉诺尔煤业有限责任公司 水泵加载试验台和水泵试验方法
KR102577362B1 (ko) * 2023-06-07 2023-09-12 주식회사 스탠더드시험연구소 수력발전기 효율 측정 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Özahi et al. Simple methods for low speed calibration of hot-wire anemometers
Wang et al. Pressure drop analysis of steam condensation in a plate heat exchanger
Mohtar et al. Describing uncertainties encountered during laboratory turbocharger compressor tests
CN100501343C (zh) 计量能量的方法
KR100429279B1 (ko) 온도측정에 의한 수차 및 펌프의 효율측정장치
US6367306B1 (en) Compensating method and device for instrumental error in positive displacement type flowmeter
Gorton et al. A method of measuring the three-dimensional mean flow and turbulence quantities inside a rotating turbo-machinery passage
Adamkowski et al. Uncertainty analysis of liquid flow rate measurement with the pressure–time method
Gebhardt et al. Accurate and quickly responsive surface temperature measurement: a step to widespread non-invasive T-measurement in industry
EP0674154A1 (en) Method and device for determining the flow rate of a pumped fluid
Goyal Uncertainty estimation in calibration of instruments of model turbine test facility
Stuparu et al. Experimental investigation of a pumping station from CET power plant Timisoara
Büker et al. An ultra high-pressure test rig for measurements of small flow rates with different viscosities
Thom Thermodynamic testing of turbines and pumps
Dodge Measurement of the Flow of Gases and Vapors
Futral et al. Instrumentation Used to Define Performance of Small Size, Low Power Gas Turbines
Olsen Introduction to liquid flow metering and calibration of liquid flowmeters
CN109297540B (zh) 基于发电机的管路工作介质的压力和温度损失测量装置
Kurz et al. Site Performance Test Evaluation For Gas Turbine And Electric Motor Driven Compressors.
Baack Heat metering with glycol-water-mixtures
Nan et al. Development on intelligent small-flow target flow meter
You et al. Identification of centrifugal pump flow based on feature recognition
Shinder et al. Non-nulling protocols for fast, accurate, 3-D velocity measurements in stacks
Trigas Practical Aspects of Turbine Flow Meters Calibration and UVC principles
RU2259543C2 (ru) Способ градуировки расходомеров

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120404

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130328

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160328

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170405

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190403

Year of fee payment: 16