KR100474372B1 - 프로펠러식 하천 유속측정장치 및 이를 이용한 유량산정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하천의 유속을 측정하여 하천의 유량을 산정하기 위한 프로펠러를 이용한 하천 유속측정장치에 관한 것으로서, 프로펠러(21)가 회전축(23)을 이용하여 회전할 수 있게 내부에 프로펠러 본체(29)가 위치할 수 있는 공간부(40)를 형성하고 유입구(27)와 유출구(25)가 일체로 형성되어 있는 몸체(22)와 회전축(23)을 중심으로 구형의 형태를 갖되 구형 중앙부에는 관통부(28)를 형성한 프로펠러(21)가 회전축(23)을 중심으로 4방향으로 설치된 프로펠러 본체(29)로 이루어진 프로펠러식 하천 유속측정장치(20)의 프로펠러(21) 외측부에 센서(31)를 설치하고 이를 감지할 수 있게 몸체 상부(30)에 감지부를 설치하여 프로펠러(21)의 회전수를 감지부(30)에서 감지하여 이를 컴퓨터에 연결하여 미리 설정된 프로그램을 이용하여 하천의 유속을 산정하여 이를 이용하여 유량을 결정하는 프로펠러식 하천 유속측정장치 및 이를 이용한 유량산정방법이다.

Description

프로펠러식 하천 유속측정장치 및 이를 이용한 유량산정 방법{Propeller type current meter and its current measurement method}

본 발명은 하천의 유량을 산정하여 하천의 단면 등을 결정하여 하천의 치수계획에 반영하기 위하여 하천의 유속을 측정하기 위한 프로펠러를 이용한 하천 유속측정장치에 관한 것으로서, 회전축을 중심으로 구형의 형태를 갖되 구형 중앙부에는 관통부를 형성하는 프로펠러가 4방향으로 설치된 프로펠러 본체가 회전할 수 있게 몸체 내부에 공간부를 형성하고 공간부의 전면과 후면에 각각 유입구와 유출구가 일체로 형성되어 있는 몸체로 이루어진 프로펠러식 하천 유속측정장치의 프로펠러 외측부에 센서를 설치하고 몸체 상단부에 감지장치를 설치하여 프로펠러의 회전수를 감지부에서 감지하여 이를 컴퓨터에 전송하여 미리 설정된 프로그램을 이용하여 하천의 유속을 산정하여 이를 이용하여 하천의 유량을 결정하는 프로펠러식 하천 유속측정장치 및 이를 이용한 유량산정방법에 관한 것이다.

이러한 프로펠러를 이용한 하천 유속측정장치는 프로펠러의 규격에 관계없이 유속을 측정할 수 있으므로 유속계의 소형 제작이 가능하여 휴대가 용이하며 수심이 5㎝정도인 하천에서도 유속의 측정이 가능하므로 하천의 수심에 관계없이 유속측정이 가능하다. 또한 사람의 접근이 불가능한 홍수 시에도 하천의 유속을 측정하기 위하여 교각 등에 부착하면 홍수시 하천의 유속, 특히 평균유속의 측정이 가능한 측정 장치로서 여러 가지 하천의 조건에 영향을 최소화하면서 유속을 정확히 간편하게 측정할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

일반적으로 자연하천의 유량을 산정하기 위하여 유량 연속방정식인 Q 〓 AV를 이용하여 유량을 측정하게 된다. 이때 A는 하천의 단면적을 나타내는 것으로서 이미 설계도에 반영되어 있으므로 하천의 단면적은 쉽게 산출이 되나 V의 경우 하천의 유속을 나타내는 것으로서 하천의 유량조건, 하천의 바닥 조건 등에 따라 다양한 유속을 보여주고 있다. 따라서 하천의 유속 즉, 평균유속을 어떻게 정확하게 측정하느냐에 따라 하천의 치수계획 또는 설계의 정확도가 좌우된다. 이러한 점을 감안하여 종래에는 평상시 하천의 유속을 측정하는 장치로서 방향계 전면에 부착된 방향계의 회전에 의하여 유속을 측정하는 방법이 있으나 무게를 유지하기 위한 무게추가 있어 하천의 수심이 최소한 20 ~ 30㎝ 이상이 되어야만 측정이 가능하다는 점과 무게추에 의한 중량감이 있어서 측정 시에 불편한 점이 있다. 또한, 홍수 시에는 하천에 사람의 접근이 불가능하므로 교량에서 하천에 봉부자를 투하하여 일정구간을 봉부자가 통과한 시간을 측정하여 유속을 산정하는 방법을 이용하고 있으나, 이러한 측정 방법은 홍수시의 하천의 흐름이 불규칙하여 정확한 유속의 측정이 곤란하다는 점과 설령 측정을 하더라도 하천의 표면 유속을 측정한 것이므로 하천 수면에서 바닥까지의 2/3되는 지점의 유속인 평균 유속을 간접적으로 산정하기 위하여 환산계수를 적용하여 유속을 측정하게 되어 정확한 평균유속을 산정하지 못하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 평상시와 홍수시를 불문하고 하천의 어떠한 조건에서도 하천의 유속을 측정할 수 있음과 동시에 소형으로의 제작이 가능하여 휴대가 간편하며, 특히 수심이 아주 얕은 하천에도 적용하여 유속을 정확히 측정할 수 있는 하천의 유속측정장치의 제공 및 이를 이용하여 유량을 측정하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 하천의 유속을 정확히 측정하여 하천의 유량을 산정하기 위한 프로펠러를 이용한 하천 유속측정장치에 관한 것으로서, 구형의 형태를 갖되 구형 중앙부에는 관통부(28)를 형성하는 프로펠러(21)가 회전축(23)을 중심으로 4방향으로 설치된 프로펠러 본체(29)가 회전할 수 있게 내부에 공간부(40)를 형성하고 공간부(40)의 전면과 후면에 각각 유입구(27)와 유출구(25)가 일체로 형성되어 있는 몸체(22)로 이루어진 프로펠러식 하천 유속측정장치(20)로서 프로펠러(21) 외측부에 센서(31)를 설치하고 몸체(22) 상부에 감지부(30)를 설치하여 프로펠러(21)의 회전수를 감지부(30)에서 감지하여 프로펠러(21)의 회전수를 감지부(30)와 연결되어 있는 컴퓨터에 미리 설정된 프로그램에 입력하여 하천의 유속을 산정하여 하천의 유량을 계산하는 프로펠러식 하천 유속측정장치 및 이를 이용한 유량산정방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 하천의 유속측정장치 및 이를 이용한 유량산정방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1(a)(b)는 종래의 유속측정장치를 나타내는 단면도로서 (a)는 평상 수심의 하천 유속을 측정하는 장치로서 센서(5)가 부착된 방향계(4)와 이의 반대편에 본 장치의 자세유지를 위한 위치유지장치(2)와 이들 장치의 하부에 본 장치가 일정한 수심까지 접근할 수 있도록 하며 물의 흐름에 쉽게 흘러내려가지 않게 본 장치의 무게중심을 잡도록 하여 주는 무게추(6)로 이루어졌으며 이들의 장치를 한데 묶어주는 로프(3)와 센서(5)의 모든 수치를 외부로 전송하여 주는 선이 연결된 방향계식 유속계(1)를 나타낸 것이며, (b)는 홍수시 하천의 유속을 측정하는 장치로서 직경 40㎜정도 PVC 파이프(12)의 하단부에 일정높이로 모래(11)와 같은 중량물을 채우고 교량 등에서 하천에 투하하여 일정 구간을 통과한 시간을 측정하여 유속을 산정하는 봉부자 유속측정장치(10)를 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 프로펠러식 하천 유속측정장치를 보여주는 단면도로서 구형의 형태를 갖되 구형 중앙부에는 관통부(28)를 형성하고 외측부에 센서(31)가 설치된 프로펠러(21)가 회전축(23)을 중심으로 4방향으로 설치된 프로펠러 본체(29)가 회전할 수 있는 내부 공간부(40)의 좌우측에 회전축(23)을 지지할 수 있는 홈(도면에 표시하지 않음)을 형성하여 회전축(23)을 끼우고 공간부(40)의 전면과 후면에 각각 유입구(27)와 유출구(25)가 일체로 형성되어 있는 상부에 감지부(30)가 형성된 몸체(22)로 이루어진 프로펠러식 하천 유속측정장치(20)로서 프로펠러(21) 외측부에 센서(31)를 설치하고 몸체(22) 상부에 감지부(30)를 설치하여 프로펠러(21)의 회전수를 감지부(30)에서 감지하여 프로펠러의 회전수를 감지부와 연결되어 있는 컴퓨터에 미리 입력되어 있는 해석 프로그램에 입력하여 유속을 산정하는 것이다. 이때 프로펠러가 수압을 받지 않고 하천의 흐름에 자연스럽게 회전하게 하기 위하여 바닥부(26)에서 회전축(23)까지 높이인 회전축 높이(24)는 반드시 유입구(27)의 높이보다 위쪽에 위치하도록 하여 회전축(23) 상부에는 프로펠러(21)가 물의 흐름 즉 수압을 받지 않도록 하되 회전축(23) 하부의 프로펠러(21)에만 유입구(27)에 유입된 물의 흐름에 의한 수압을 받도록 하여 자연스럽게 회전이 이뤄지도록 해야 하며 또한, 유입구(27)의 높이보다 유출구(25)의 높이가 낮아서 항상 유입구(27) 높이보다 아래쪽에 있어야 한다. 따라서 프로펠러 본체(29)의 회전축(23) 높이가 가장 상부 쪽에 그 다음이 유입구(27)의 높이이며 그 다음이 유출구(25)의 순으로 이루어지게 몸체(22)를 제작할 때 반드시 고려해야 한다. 몸체(22)의 재질은 플라스틱, 고무제품 등 재질에 특별한 제한은 없다. 또한, 프로펠러(21)의 재질에 있어서도 물의 흐름에 정확히 반응하여 회전할 수 있는 재질이면 상관이 없다. 다만 재질이 가벼워야 반응이 빨리 오면서 물의 흐름에도 민감하게 작용하여 회전할 수 있게 가벼운 재질인 플라스틱 등과 같은 것이 바람직하다. 또한 프로펠라의 관통부는 반드시 설치가 되어야 하며 만약 이것이 없으면 프로펠라기 회전하지 않는다. 센서(31)는 발광체를 선택할 경우 감지부(30)는 발광을 감지할 수 있는 전자감응식의 감지부가 바람직할 것이다. 그러나 여기에서 제시한 장치는 한 실시예를 보여주는 것으로서 여기에 한정하는 것은 아니며 현장여건에 따라 다양한 장치를 적용시켜 유속을 측정할 수 있다는 점을 명백히 밝혀둔다. 본 하천 유속측정장치(20)를 홍수시 하천의 유속을 측정하기 위하여 교각등과 같은 곳에 설치하고 하천의 유속을 측정하면 수면의 유속이 아닌 평균유속등과 같은 일정수심의 유속을 비교적 정확하게 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 프로펠러(21)의 세부사항을 보여주는 상세 단면도로서 구형의 얇은 플라스틱 판재의 중앙부를 관통한 관통부(28)를 형성한 프로펠러(21)를 회전축(23)을 중심으로 4방향으로 설치한 프로펠러 본체(29)를 보여주는 것으로서 프로펠러(21)의 외측부에 센서(31)를 설치한다.

도 4는 본 발명의 하천 유속측정장치를 이용하여 유량을 측정하는 과정을 보여 주는 과정도이다. 하천의 유속에 따라 프로펠러의 회전수에 차이가 있으므로 프로펠러에 설치된 센서의 회전수를 몸체의 상부에 부착되어 있는 감지부에 의해 감지되어 회전수가 컴퓨터로 전송되어 유속환산계수 등 여러 가지 조건이 미리 입력되어 프로그램화되어 있는 해석프로그램에 입력시키면 유속이 산정되어지게 된다. 유속을 산정하는 공식은 V 〓 CN으로서 여기서 V는 유속을 나타내며 C는 유속환산계수를 N은 프로펠러의 회전수를 나타낸다. 유속환산계수는 권위 있는 검정기관의 검정에 의하여 결정되는 계수로서 이러한 각종 수치를 이용하여 유량을 산정하게 되는데 이때 적용하는 유량 연속방정식은 Q 〓 AV가 되며 Q는 유량을 나타내며 A는 하천의 단면적을 V는 하천의 유속을 나타내는 것으로서 프로펠러의 회전수에 의하여 산정된 유속을 이용하여 유량을 산출하게 되는 것이다.

본 발명은 하천의 평균유속등과 같은 일정수심의 유속을 비교적 정확하게 측정할 수 있는 프로펠러를 이용한 하천 유속측정장치에 관한 것으로서 본 장치는 소형으로 제작할 수 있어 휴대가 간편하며 하천의 조건 즉 하천의 수심에 관계없이 유속을 측정할 수 있으며, 특히 홍수시 하천의 유속을 정확하게 평균유속을 측정할 수 있어 재해방지등 하천의 치수계획을 위한 설계에 유용하게 사용할 수 있는 자료를 제공하는 매우 유용한 발명이다.

도 1(a)(b)는 종래의 유속측정장치를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 프로펠러식 하천 유속측정장치를 보여주는 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 프로펠러의 세부사항을 보여주는 상세 단면도.

도 4는 본 발명의 유속측정장치를 이용하여 유량을 측정하는 과정을 보여 주는 과정도.

*도면의 주요부분에 대한 간단한 설명*

B : 회전축 길이 b : 프로펠러 폭

1 : 방향계식 유속계 2 : 위치 유지 장치

3 : 로프 4 : 방향계

5 : 센서 6 : 무게추

10 : 봉부자 유속측정장치 11 : 모래

12 : PVC파이프 20 : 프로펠러식 하천 유속측정장치

21 : 프로펠러 22 : 몸체

23 : 회전축 24 : 회전축 높이

25 : 유출구 26 : 바닥부

27 : 유입구 28 : 관통부

29 : 프로펠러 본체 30 : 감지부

31 : 센서 40 : 공간부

Claims (6)

1. 구형의 형태를 갖되 외측부에 센서(31)가 설치된 프로펠러(21)가 회전축(23)을 중심으로 4방향으로 설치된 프로펠러 본체(29)와 내부 공간부(40)의 좌우측에 회전축 높이(24)에 있는 회전축(23)을 지지할 수 있는 홈에 프로펠러 본체(29)의 회전축(23)을 삽입하여 회전할 수 있도록 하고, 공간부(40)를 형성하고 있는 몸체(22)의 상부에 감지부(30)를 형성한 유량계에 있어서,

   상기 프로펠러 본체(29)의 회전축 높이(24)를 유입구(27)의 높이보다 항상 위쪽에 위치하여 공간부내에 있는 프로펠러 본체(29)의 회전축(23) 상단부가 유입구(27)를 통해 유입되는 물의 흐름의 영향을 받지 않고 하단부에만 흐름의 영향을 받도록 상기 몸체의 전면과 후면에 각각 유입구와 유출구의 높이를 결정하여 일체로 형성한 것에 특징이 있는 프로펠러식 하천 유속측정장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서

   상기 프로펠러 본체(29)의 회전축 높이(24)와 유입구(27)와 유출구(25)의 높이는 바닥부(26)에서부터 프로펠러 본체(29)의 회전축(23)이 가장 높이 있으며, 다음이 유입구(27)의 높이이며, 그 다음이 유출구(25)의 높이가 되게 몸체(22)를 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 프로펠러식 하천 유속측정장치.
4. 삭제
5. 구형의 형태를 갖는 몸체의 상부에 감지부를 형성하고, 상기 몸체의 내측에 설치된 프로펠러의 외측부에 센서를 설치한 프로펠러의 회전축 높이를 가장 높게하고, 그 다음으로 유입구를 높게하고, 그 다음으로 유출구의 높이가 형성되도록 한 프로펠러식 하천 유속측정장치(20)를 고정설치하는 단계;

   프로펠러(21)의 외측부에 설치된 센서(31)의 회전수를 몸체(22)의 상부에 부착되어 있는 감지부(30)에 의해 감지되어 프로펠러 회전수가 컴퓨터로 전송되는 단계;

   전송된 프로펠러(21) 회전수가 유속환산계수 등 여러 가지 조건이 미리 입력되어 프로그램화되어 있는 해석프로그램에 입력시키면서 유속산정 공식인 V 〓 CN을 이용하여 유속을 산정하는 단계; 및

   산정된 유속을 이용하여 유량을 산정하는 연속방정식 Q 〓 AV에 의해 유량을 산출하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로펠러식 하천 유속측정장치를 이용한 유량 산정방법.
6. 삭제