KR101103792B1

KR101103792B1 - 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템

Info

Publication number: KR101103792B1
Application number: KR1020090102362A
Authority: KR
Inventors: 김연환; 김계연; 이준신; 배춘희; 이욱륜
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2012-01-06
Also published as: KR20110045690A

Abstract

본 발명은 발전소 및 석유화학플랜트의 펌프, 열교환기, 밸브 등으로 구성하는 배관시스템 내부에서 발생하는 난류성 유동, 케비테이션, 플러싱, 음향 공명, 각종 와류 또는 수격 등의 유체유발 현상을 모사하여 과도한 맥동현상을 해소하는 대책 설계 및 대책 검증을 실험할 수 있는 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기계식으로 발생시키는 맥동압 모사발생 시스템은 크게 모사 배관계의 작동액체를 수용하여 피스톤의 작동을 원활히 유지시켜 주는 액체 수용 공간부, 두 개의 부싱과 4개의 오링을 두 개 기밀블럭에 일정 간격으로 적용하는 실링장치를 수용하는 공간부, 그리고 양 공간의 중앙을 관통하여 액체를 실링하는 공간의 바깥쪽에 설치된 가진기로부터 왕복 가진력을 받아 직선왕복 운동을 하는 축과 피스톤의 작동부로 구성하고, 피스톤의 왕복운동을 통하여 기계식으로 맥동파를 작동액체에 직접 발생시키고 발생 맥동파를 모사 배관계로 안내하는 배관으로 구성하여 대상 액체 배관계의 압력 맥동파를 모사함으로써 유체유발에 대한 대책 설계 및 검증을 위하여 적용함으로써 고질적인 유체유발 과도 진동의 대책수립에 적용할 수 있고 고주파수 영역의 각종 검증 시험용으로 사용할 수 있다.

Description

액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템{Generating system for the reproducing pulsation pressure waves of liquid pipe systems}

본 발명은 화력발전소, 원자력발전소 및 장치 산업계에서 물과 같은 액체형 유체 배관계에서 과도 진동을 일으키는 유체유발 특성인 맥동 압력파를 모사하여 압축기 또는 공명장치의 성능을 검증 실험하는 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템에 관한 것이다.

발전소 냉각수 배관계, 복수 배관계, 급수 배관계, 해수 배관계, 압유 배관계 및 산업계의 각종 액체 수송용 배관시스템에서 다양하게 나타나는 난류성 유동, 케비테이션, 플러싱, 음향 공명, 각종 와류 또는 수격 등의 유체유발 압력 맥동파를 모사 배관시스템 내부 액체에서 발생시키기 위해 종래에는 수중형 스피커를 물속에 삽입하는 방식을 주로 사용하고 있는데, 이러한 종래의 방식은 100㎐ 이내 저주파수 영역에서 사용할 수 없거나 가진 에너지를 충족시킬 수 없고 스피커의 주파수 응답영역이 제한되어 있어 산업계에서 사용하는 액체 작동 배관시스템에서 나타나는 다양한 종류의 유체유발 진동특성 중 저주파 영역 압력 맥동파의 모사가 어렵거나 불가능한 문제점이 있었다.

특히 종래에는 수배관계의 수격문제 등의 흡수장치로 사용되는 축압기 또는 공명 흡입장치 등의 성능검증을 위한 100㎐ 이내의 저주파 특성시험을 위한 실제 작동액체에 관한 모사 성능검증에 제약이 많았다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 액체형태의 액체배관 내부에서 발생하는 저주파수에서 고주파수에 이르는 맥동 압력파를 전자식 또는 유압식 가진기를 적용하여 압력파를 모사하는 배관계의 작동 유체 내에서 피스톤 접촉에 의한 기계식 방식으로 발생시킴에 따라 응용 및 확장이 가능한 물을 비롯하여 액체 배관계의 유체유발 맥동 압력파를 모사할 수 있도록 이루어진 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모사 액체 배관계에 플랜지 형태로 설치되어 가진기와 축으로 연결하여 주기성 직선운동을 하는 피스톤을 수용하는 두 개의 일정한 공간부로써 액체를 수용하여 연결된 모사 배관계와 압력 평행을 이루는 공간과 누수장치를 보호하며 가진기와 연결된 축을 지지하고 안내하는 공간부로 구성되고, 상기한 피스톤이 두 개의 공간 사이에서 주기적인 왕복 직선 운동이 가능하되, 액체의 누수가 발생되지 않도록 부싱과 링과 같은 실링부재를 양쪽 공간에 삽입하는 구조의 장치를 삽입하고 두 개의 공간을 결합하는 구조로 구성되며, 상기한 액체수용 공간부는 압력 평행을 유지하도록 설치된 모사 배관계의 설치 지점의 전 또는 후단에 연결함으로써 피스톤 운동의 저항을 최소화하는 튜브를 포함하며, 상기한 피스톤 축부는 저주파수 영역을 작동하기 위해서는 다양한 용량의 전자식 또는 유압식 가진기를 사용하여 모사 배관계의 특정대상 압력 맥동파 및 그 크기를 조절하는 연결부재를 포함한다.

이와 같이 본 발명은 화력발전소, 원자력발전소 및 장치 산업계에서 물과 같은 액체형 유체 배관계에서 과도 진동을 일으키는 100㎐ 이내의 저주파수대 유체유발 맥동 압력파를 모사하여 특성을 검토하고 축압기, 액체용 공명기 등의 회피방안을 설계하며 검증하는 장치로 적용될 수 있어 발전소의 냉각수 배관계, 복수 배관계, 급수배관계, 해수 배관계, 압유 배관계 및 산업계의 각종 액체 수송용 배관시스템에서 나타나는 유체유발 진동원의 회피설계의 검증이 가능하게 되었으며;

동시에 가진기의 작동 주파수 범위 내 고주파수 영역의 맥동 압력파를 모사함으로써 수중에서 사용되는 수중 마이크로폰, 액체 배관계에 삽입되는 소음기 시스템 등의 성능을 검증하는 장치로 활용될 수 있어 그동안 시뮬레이션 및 간접 유체의 모사실험을 통해 추정하는 결과를 실제 작동액체의 조건에서 검증용으로 적용할 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 배관계의 맥동 압력파에 관한 모사 발생 시스템 전체 개략 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 맥동기의 단면도이다.

본 발명은 액체 배관계의 맥동 압력파를 모사 발생하는 가진기(100)를 가진 맥동기(1)와, 이 맥동기(1)에 가진 신호를 증폭하여 맥동 압력파의 주파수 및 진폭 력을 제어하는 전압-전류 모니터 및 앰프로 이루어진 맥동파 발생신호 증폭부(2) 및, 상기 맥동파 발생신호 증폭부(2)에 맥동기(1)의 작동신호를 발생시켜주고 그 결과를 맥동압 센서(4)로부터 받아 분석 검증하는 DAQ부(3)로 이루어져 있다.

여기서 상기 맥동기(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 액체모사 배관(80)에 플랜지 식으로 연결하고, 이 액체모사 배관(80)에 맥동 압력파를 모사 발생하는 맥동기(1)의 가진기(100)는 DAQ부(3)로부터 발생된 신호가 맥동파 발생신호 증폭부(2)를 거쳐 증폭된 가진 전압과 전류에 의하여 해당 주파수의 진폭으로 이 맥동기(1)의 맥동력 전달축(10)에 왕복 가진력을 전달하여 작동시키는 부분으로 액체 누수방지 보호 케이싱(40)의 내부 또는 외부에 직접 설치된다.

상기 가진기(100)는 맥동력 전달축(10)을 통하여 맥동파 발생 피스톤(20)에 연결되는데, 이 맥동력 전달축(10)은 액체 누수방지 보호 케이싱(40)의 공간부와 액체 압력 평행부(50)의 공간부를 통하여 맥동파 발생 피스톤(20)과 함께 자유로이 직선 왕복운동을 할 수 있도록 결합되어 있다.

여기서 상기 액체 누수방지 보호 케이싱(40)과 액체 압력 평행부(50)의 공간부들 사이에는 이 액체압력 평행부(50)로부터 액체 누수를 차단하기 위해 액체 누수 방지부(30)가 설치되는바, 이 액체 누수 방지부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 액체 누수방지 보호케이싱 (40) 측에 설치된 기밀블럭(35)에 고정된 와셔형 블럭(31)과 맥동력 전달축(10)에 고정된 다른 와셔형 블럭(31a)에 연결된 축을 지지하고 이 맥동력 전달축의 움직임을 제한하는 스프링(32)과 액체압력 평행 공간부에 설치된 기밀블럭(36)으로 구성되어 있다.

상기 스프링(32)은 액체 누수방지 보호 케이싱(40) 내에서 가진기(100)와 연결된 맥동력 전달축(10)에 고정된 와셔형 블럭(31a)과 기밀블럭(35)의 양단에 고정되어 맥동력 전달축(10)의 직선 왕복운동을 일정한 폭으로 유지되도록 탄발 설치되어 있다.

상기 기밀블럭(35)은 액체 누수방지 보호 케이싱(40) 측에 위치하여 액체의 누수를 방지하고자 맥동력 전달축(10)과 접촉하는 2개의 오링(33)과 부싱(37)을 설치하여 누수를 방지하며, 상기 맥동력 전달축(10)은 액체압력 평행부(50)의 케이싱(39) 위에 설치된 기밀블럭(35) 및 부싱(37)을 설치하여 움직임이 자유롭게 허용된다.

상기 액체압력 평행부(50)에 설치된 다른 기밀블럭(36)도 앞서 설명한 기밀블럭(35)과 유사하되, 누수를 방지하기 위한 2개의 오링(34)을 일정한 간격으로 맥동력 전달축(10)과 기밀블럭(36) 사이에 설치하여 액체가 다른 기밀블럭(35) 쪽으로 액체측 압력에 의해 누수되는 것을 방지하고 액체압력 평행부(50)의 케이싱 하부에서 상부의 기밀블럭(35)과 일체로 관통하는 형태로 고정되어 누수가 방지된다.

그리고 상기 액체압력 평행부(50)의 케이싱(39)을 사이에 두고 상하부 기밀블럭(35,36)들은 고정볼트(38)로 서로 긴밀하게 고정 연결된다.

따라서 본 발명은 2개의 구성 공간부를 구획하는 액체 누수방지 케이싱(40)과 액체압력 평행부(50)로부터 액체 누수를 차단하는 액체 누수 방지부(30)를 보호하며, 가진기(100)와 연결된 맥동력 전달축(10)이 직선 왕복운동을 가이드 부싱(90)을 통하여 안내하는 액체 누수방지 케이싱(40)의 공간부와 액체 모사 배 관(80)과 연결된 유체 유출입 튜브(70)를 통해 맥동파 발생 피스톤(20)이 작동하는 조건에서 액체를 수용하며 모사배관(80)의 작동액체에 대하여 상기 맥동파 발생 피스톤(20)이 원활하게 작동할 수 있도록 압력평형을 이루는 액체압력 평형부(50)와 액체 누수방지 케이싱(40)이 서로 결합된다.

이와 같은 구조를 갖는 본 발명은 작동부인 맥동파 발생 피스톤(20) 및 맥동력 전달축(10)이 저주파수 영역을 작동하기 위해서 다양한 용량의 전자식 또는 유압식 가진기(100)를 사용할 수 있으며, 이에 따라 맥동 주파수의 범위와 맥동력을 다양하게 사용할 액체 모사배관(80)의 특정 대상 압력 맥동파 및 그 크기를 조절하는 작동신호를 발생시켜 주는 DAQ부(3)와 작동신호에 따라 증폭된 전류 및 전압을 공급하는 맥동파 발생신호 증폭부(2)의 에너지를 가진기(100)가 받아 기계식으로 축과 실린더를 통하여 액체 모사배관(80)에 브랜치 형태로 연결하는 피스톤 가이드(60)를 통해 직접 액체에 특정 주파수의 맥동 압력파를 발생시킨다.

그리고 상기 모사배관(80)에 설치된 맥동압 센서(1)를 통하여 작동액체에 발생된 맥동 압력파를 검증하며 주파수 응답특성을 DAQ부(3)를 통하여 대상 맥동 압력파의 특성을 분석하고, 필요에 따라 유체 유발이 심하여 과도진동이 발생하는 액체 배관계의 유체 유발 문제를 검토하고 대책 설계의 성능을 검증한다.

[검증실험 결과]

도 4는 본 발명에 따른 액체 배관계의 맥동 압력파에 관한 모사발생 시스템을 작동하여 100㎐ 이내 저주파수대에 관한 맥동을 맥동 압력파의 모사발생 시스템을 통하여 액체 모사배관(80)에 발생시킨 결과의 화면 사진으로서 맥동 압력파의 주파수 10㎐가 액체 모사 배관계의 작동 유체에서 발생되어 압력 맥동파로 모사됨으로써 배관계 구조진동의 관심 주파수 영역에서 진동을 유발하는 유체유발 압력 맥동파를 모사하는 시스템임을 검증해주며 배관에서 발생하는 과도진동에 대한 대책을 수립시 축압기, 액체용 공명시스템 등의 성능을 검증하는 장비로 활용될 수 있으며;

도 5는 고주파수대에 관한 맥동을 맥동 압력파의 모사발생 시스템을 통하여 액체 모사 배관(80)에 발생시킨 결과의 화면사진으로서 맥동 압력파의 주파수 4㎑가 액체 모사 배관계의 작동 유체에서 발생되어 압력 맥동파로 모사됨으로써 본 발명의 시스템이 저주파수대뿐 아니라 고주파수대에 관한 유체유발 맥동파의 모사가 충족되는 시스템임을 검증하여 고주파 영역에 작동하는 주중 마이크로폰의 성능, 액체 배관계 내부의 감압시스템 또는 소음기 시스템의 성능을 검증하는 장치로 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템의 전체 개략 구성도,

도 2는 본 발명의 요부인 모사 발생부의 단면도,

도 3은 도 2의 A부분 확대 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 100㎐ 이내 저주파대 10㎐의 맥동 압력파 발생결과를 디스플레이로 나타낸 그래프,

도 5는 본 발명에 의한 고주파수대인 4㎐ 맥동 압력파 발생결과를 디스플레이로 나타낸 그래프이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 맥동기, 2 : 맥동파 발생신호 증폭부,

3 : DAQ부, 4 : 맥동압 센서,

10 : 맥동력 전달축, 20 : 맥동파 발생 피스톤,

30 : 액체 누수 방지부, 31,31a : 와셔형 블럭,

32 : 스프링, 33,34 : 오링,

35,36 : 기밀블럭, 37 : 부싱,

38 : 고정볼트, 39 : 액체 압력 평행부 케이싱,

40 : 액체 누수방지 보호 케이싱, 50 : 액체 압력 평행부,

60 : 피스톤 가이드, 70 : 유체 유출입 튜브,

80 : 모사배관, 90 : 가이드 부싱,

100 : 가진부.

Claims

액체 배관계의 맥동 압력파를 모사 발생하는 가진기(100)를 가진 맥동기(1)와, 상기 맥동기(1)에 가진 신호를 증폭하여 맥동 압력파의 주파수 및 진폭력을 제어하는 전압-전류 모니터 및 앰프로 이루어진 맥동파 발생신호 증폭부(2) 및, 상기 맥동파 발생신호 증폭부(2)에 맥동기(1)의 작동신호를 발생시켜주고 그 결과를 맥동압 센서(4)로부터 받아 분석 검증하는 DAQ부(3)를 구비하되, 상기 맥동기(1)는 액체 모사 배관(80)에 플랜지 식으로 연결하고, 상기 액체모사 배관(80)에 맥동 압력파를 모사 발생하는 맥동기(1)의 가진기(100)는 DAQ부(3)로부터 발생된 신호가 맥동파 발생신호 증폭부(2)를 거쳐 증폭된 가진 전압과 전류에 의하여 해당 주파수의 진폭으로 상기 맥동기(1)의 맥동력 전달축(10)에 왕복 가진력을 전달하여 작동시키는 부분으로 액체 누수방지 보호 케이싱(40)의 내부 또는 외부에 직접 설치 결합되어 이루어진 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템에 있어서,

상기 맥동력 전달축(10)은 액체 누수방지 보호 케이싱(40)의 공간부와 액체 압력 평행부(50)의 공간부를 통하여 맥동파 발생 피스톤(20)과 함께 자유로이 직선 왕복운동을 할 수 있도록 결합된 것을 특징으로 하는 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템.
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제 1항에 있어서,

상기 액체 누수방지 보호 케이싱(40)가 액체 압력 평행부(50)의 공간부들 사이에는 상기 액체압력 평행부(50)로부터 액체 누수를 차단하기 위해 액체 누수 방지부(30)가 설치되는데, 상기 액체 누수 방지부(30)는 액체 누수방지 보호케이싱 (40) 측에 설치된 기밀블럭(35)에 고정된 와셔형 블럭(31)과 맥동력 전달축(10)에 고정된 다른 와셔형 블럭(31a)에 연결된 축을 지지하고 상기 맥동력 전달축의 움직임을 제한하는 스프링(32)과 액체압력 평행 공간부에 설치된 기밀블럭(36)으로 구성된 것을 특징으로 하는 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템.
제 4항에 있어서,

상기 스프링(32)은 액체 누수방지 보호 케이싱(40) 내에서 가진기(100)와 연결된 맥동력 전달축(10)에 고정된 와셔형 블럭(31a)과 기밀블럭(35)의 양단에 고정되어 상기 맥동력 전달축(10)의 직선 왕복운동을 일정한 폭으로 유지되도록 탄발 설치된 것을 특징으로 하는 액체 배관계의 맥동 압력파에 관한 모사발생 시스템.
제 4항에 있어서,

상기 액체압력 평행부(50)의 케이싱(39)을 사이에 두고 상하부 기밀블럭(35,36)들은 고정볼트(38)로 서로 긴밀하게 고정 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 배관계의 맥동 압력파에 의한 모사발생 시스템.