KR101310447B1 - 유량측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량측정장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 원형 또는 사각형의 수로관에 설치되어 유량을 측정하는 장치로 비만관(非滿管)상태에서도 측정이 용이하고 장치 내에 스트레이트너를 구비하여 난류 및 와류를 정상류로 정류하고 비대칭적이고 불규칙한 유속분포를 갖는 수로관에서 정확한 유량측정이 가능하고 설치가 간편한 유량측정장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 유량측정장치는 물이 흐르는 수로관의 개구부에 삽입하여 체결부로 수로관의 벽체에 고정 설치되되 내부에 와류를 정상류로 정류하는 스트레이트너가 구비된 몸체부와, 상기 몸체부의 길이방향 끝단 하단에 막대형태로 돌출되어 연장형성된 센서지지부와, 상기 센서지지부 끝단 상부에 설치되어 유속과 수위를 측정하는 초음파센서부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

유량측정장치{FLOW MEASURING DEVICE}

본 발명은 유량측정장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 원형 또는 사각형의 수로관에 설치되어 유량을 측정하는 장치로 비만관(非滿管)상태에서도 측정이 용이하고 장치 내에 스트레이트너를 구비하여 난류 및 와류를 정상류로 정류하고 비대칭적인 유속분포를 갖는 수로관에서 정확한 유량측정이 가능하고 설치가 간편한 유량측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 맨홀 또는 정수장과 같은 수처리 시설의 침전지,여과지 정수지 등의 유입부와 유출부에 유량을 측정할 수 있도록 별도 유량측정장치가 구비되어 사용된다.

그러나 실제로 현장에서 수로관 내에 유체의 흐름을 보면 곡관, 축소관, 비선형관로 등에 의해 와류현상이 일어나고 관로 내에 유속이 각 구간별로 불규칙하고 비대칭적이기 때문에 종래의 플륨식, 웨어식, 전자식, 초음파방식 등의 유량측정방법은 그 정확도에 있어서 실제 유량값과 많은 차이점을 보이는 문제점이 있었다.

그리고 정수장과 같은 수처리 시설의 침전지,여과지,정수지 등의 유입·유출부의 유량을 측정하기 위해서는 유량계실 및 측정용 수로가 따로 설치되는데, 이에 따른 공사비용이 클 뿐만 아니라 장시간 소요되는 공사기간 동안 단수(斷水)되어야 하고 이를 방지하기 위해 서는 바이패스 관로를 따로 구비해야되는 문제점이 있다.

또한 일반적으로 수처리 시설의 경우 비만관(非滿管)측정이 용이해야 되기 때문에 웨어식(WEIR TYPE), 플륨식(FLUME TYPE) 유량측정방식이 많이 사용되고 있는데, 웨어식의 경우 수로에 웨어판을 설치하여 유체가 웨어판을 넘쳐흐르는 수면의 높이를 측정하여 베르누이정리를 이용하여 유량을 측정하고, 플륨식의 경우 수로의 일부 단면은 축소한 다음 축소된 부분의 수위와 그렇지 않은 부분의 수위차를 측정하여 유량을 계산한다.

그러나 상기 웨어식과 플륨식의 경우 유량측정에 있어서 수위로만 측정하기 때문에 수위값의 변동으로 인한 유량값의 오차범위가 매우 크고, 웨어판 또는 축소관등의 설치 때문에 공사 비용이 클 뿐만 아니라 이물질 퇴적문제로 인한 오차범위 증가와 유지관리의 문제점이 있다.

위와 같이 유량값에 오차가 커지면 수처리 시설의 투입약품(응집제,가성소다,염소 등)의 과다사용 및 수질이 저하되는 문제점이 발생한다.

관련 선행기술로서,

공개특허 제 10-2011-0138834호(복합식 비만관 유량측정 장치 및 측정방법)에는, 유체가 흘러오는 방향으로부터 유입부와, 스로트부 및 유출부로 구성된 PB 플륨과, 상기 유입부의 하면에 설치된 1쌍의 수위센서와, 상기 스로트부의 크레스트부에 설치된 유속센서, 및 상기 수위센서 및 상기 유속센서로부터 검출신호를 전달받아 유량을 측정하는 제어부를 포함하여 이루어진 구성이 제시되어 있다.

그러나 상기 선행기술은 유입부에만 수위 센서가 구비되어 있고 스로트부의 크레스트부의 수위센서가 없는 구성으로 되어 있다. 그런데 유량측정 값을 제대로 얻기 위해서는 같은 위치에서 속도와 수위의 측정값이 동시에 필요하기 때문에 유입부에 설치된 수위센서로 높이(h)를 먼저 구하고 상기 크레스트부의 수위(h')는 함수식으로 얻어서 유량값을 계산하기 때문에 연산과정이 복잡하고 유량측정의 정확도가 낮아지는 문제점이 있다.

또한 상기 선행기술은 유속측정이 단일적이기 때문에 물의 와류현상이나 불균일한 유속분포로 인해 측정값의 오차가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유량측정장치를 측정하고자 하는 수로관의 개구된 유입부 및 유출부에 삽입하여 설치함으로써 시공이 간편하고 별도 유량계실 및 측정용 수로 설치공사에 따른 비용이 절감되고 공사기간이 단축됨에 따라 단수(斷水)시간을 최소화하는 유량측정장치를 제공함에 목적이 있다.

또한 만관(滿管)뿐만 아니라 비만관(非滿管)상태에서도 측정이 용이하고 유량측정장치에 유체의 와류,난류 성분을 저감하는 스트레이트너를 구비하여 유량측정의 정확도를 높이고 수로관 내에 흐르는 비대칭적이고 불규칙한 유속분포를 가지는 유체를 구간별로 3차원으로 측정하여 유량측정의 정확도를 높일 수 있는 유량측정장치를 제공함에 목적이있다.

본 발명의 유량측정장치는 물이 흐르는 수로관의 개구부에 삽입하여 체결부로 수로관의 벽체에 고정 설치되되 내부에 와류를 정상류로 정류하는 스트레이트너가 구비된 몸체부와, 상기 몸체부의 길이방향 끝단 하단에 막대형태로 돌출되어 연장형성된 센서지지부와, 상기 센서지지부 끝단 상부에 설치되어 유속과 수위를 측정하는 초음파센서부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스트레이트너는 몸체부 내부에 길이방향으로 다수의 원통형 직관이 배열되어 집적되게 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 몸체부는 원통형으로 구비되고 몸체부의 양측과 하단 외측면 중앙에 롤러가 구비된 가이드부가 형성되고 수로관에 설치된 안내지지부를 따라 삽입이 원활하게 되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 초음파센서부는 중앙부에 직상방으로 향하도록 설치되어 수위를 측정하는 수위감지부와, 상기 수위감지부의 전후방에 설치되어 4개지점의 유속을 측정하는 유속감지부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

아울러 상기 초음파센서부에 연결되어 검출된 수위값과 유속값을 인가받아 유량을 계산하는 제어부를 포함하여서 됨을 특징으로 한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유량측정 장치를 측정하고자 하는 수로관의 개구된 유입부 및 유출부에 삽입하여 설치함으로써 시공이 간편하고 별도 유량계실 및 측정용 수로 설치공사에 따른 비용이 절감되고 공사기간이 단축됨에 따라 단수(斷水)시간을 최소화하는 효과가 있다.

또한 만관(滿管)뿐만 아니라 비만관(非滿管)상태에서도 측정이 용이하고 유량측정장치에 유체의 와류,난류 성분을 저감하는 스트레이트너를 구비하여 유량측정의 정확도를 높이고 수로관 내에 흐르는 비대칭적이고 불규칙한 유속분포를 가지는 유체를 구간별로 3차원으로 측정하여 유량측정의 정확도를 높이는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 유량측정장치의 사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 유량측정장치의 초음파센서부를 나타낸 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 유량측정장치가 수로관에 설치된 상태를 나타낸 측단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 유량측정장치가 수로관에 설치된 상태를 나타낸 전단면도.
도 5 는 본 발명에 따른 유량측정장치의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 6 은 본 발명에 따른 유량측정장치의 또 다른 실시예를 수로관에 설치된 상태를 나타낸 측단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 유량측정장치는 맨홀 또는 수처리시설의 침전지,여과지,정수지 등의 유입·유출부의 유량을 측정하기 사용되는 것으로 수로관(A)의 개구부에 삽입하여 설치되는 것으로서 시공이 간편하고 유량계실 및 측정용 관로의 설치문제가 해소되기 때문에 공사비가 절감되고 공사시간 또한 단축할 수 있고, 수로내 유체의 와류 및 난류 성분을 효과적으로 제거하고 비대칭적이고 불규칙한 유속분포를 갖는 유체를 구간별로 3차원으로 측정하여 유량측정의 정확도를 제고하는 유량측정장치에 관한 것이다.

본 발명의 유량측정장치는 도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 물이 흐르는 수로관(A)의 개구부에 삽입하여 체결부(110)로 수로관(A)의 벽체에 고정 설치되되 내부에 와류를 정상류로 정류하는 스트레이트너(200)가 구비된 몸체부(100)와, 상기 몸체부(100)의 길이방향 끝단 하단에 막대형태로 돌출되어 연장형성된 센서지지부(300)와, 상기 센서지지부(300) 끝단 상부에 설치되어 유속과 수위를 측정하는 초음파센서부(400)로 이루어진 구성이다.

상기 체결부(110)는 몸체부(100) 끝단에 장방형의 판체로 구비되어 몸체부(100)를 수로관(A)에 삽입시 체결부(110)가 수로관(A) 외벽에 접촉되어 더 이상 삽입되지 않을 때 외부에서 수로관(A)의 외벽에 앵커로 고정한다.

상기 스트레이트너(200)는 몸체부(100) 내부에 길이방향으로 다수의 원통형 직관이 집적된 형태로 배열되되 용접으로 고정·설치함으로써 몸체부(100)의 유입부로 흘러들어온 물의 와류나 그밖에 난류성분을 제거하고 정상류(층류)로 변환하여 물의 흐름을 안정화 시킨다.

상기 정상류(층류)란 난류,와류 와는 반대로 유체의 각 부분의 흐름이 상호 얽힘 없이 규칙적으로 흐르는 상태를 말하며 본 발명의 초음파센서부(400)가 유속을 측정하는데 있어서 가장 이상적인 상태의 유체 흐름이라고 할 수 있다.

이와 같이 스트레이트너(200)가 설치됨으로써 유체가 흐르는 방향을 X방향이라고 가정했을때 Y와 Z성분의 유체 흐름을 제거되고 물의 직진성을 높이고 수위변동을 최소화하여 유속측정과 수위측정의 정확도를 높이는 효과를 가진다.

본 발명의 센서지지부(300)는 초음파센서부(400)가 몸체부(100)에서 소정거리 떨어져 설치되도록 하기 위함이며 돌출길이는 몸체부(100)의 종방향 길이의0.4 ~ 0.6배의 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 길이가 너무 짧으면 초음파센서부(400)가 스트레이트너(200)에 근접되기 때문에 유속신호를 측정하는데 방해가 될 수 있고, 반면 너무 멀어지면 스트레이트너(200)의 효과가 사라지기 때문에 적당한 길이로 돌출 형성되는 것이 좋다.

본 발명의 유량측정장치는 도 3에 도시된 바와 같이 원통형의 수로관(A)에 설치될 경우 몸체부(100)도 상기 수로관(A)의 형상에 맞게 원통형으로 구비되고 상기 몸체부(100)의 양측과 하단 외측면 중앙에 롤러(121)가 구비된 가이드부(120)가 길이방향으로 형성되고 수로관(A)에 별도 설치된 안내지지부(120')를 따라 삽입되도록 한다.

상기 가이드부(120)를 형성함으로써 삽입시 초음파센서부(400)가 수로관(A) 내부 중앙 하단부에 정확히 위치할 수 있도록 함과 아울러 양측과 하단의 가이드부(120)에 구비된 롤러(121)가 안내지지부(120')를 따라 이동하기 때문에 설치 및 분해작업의 용이성을 높이도록 한다.

본 발명은 도 5 내지 6에 도시된 바와 같이, 원통형 수로관(A)에 설치될 뿐만 아니라 상향 개구된 사각형의 수로관(A)에도 적용될 수 있다. 설치방법은 상기 수로관(A)에 맞게 사각형으로 형성된 몸체부(100)를 개구된 수로관(A) 상부에서 삽입하고 몸체부(100) 끝단에 구비된 체결부(110)로 수로관(A) 내부 측벽에 고정 설치하는 방법으로 원통형의 수로관(A)과는 달리 초음파센서부(400)를 중앙 하단부에 위치하기가 용이하기 때문에 가이드부(120)를 따로 형성할 필요는 없다.

본 발명의 초음파센서부(400)는 통상적인 도플러방식의 초음파유속계(Acoustic Doppler Velocity Meter, ADVM)로써 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부에는 직상방으로 향하도록 설치되어 수위를 측정하는 수위감지부(410)와, 상기 수위감지부(410)의 전후방에 2개씩 설치되어 4개지점의 유속을 측정하는 유속감지부(420)로 구성된다.

상기 유속감지부(420)는 각 센서별로 광역 측정이 가능하고 각 센서별로 소정각도 꺾어짐으로써 관로의 구간별로 유속 데이터를 구함으로써 불규칙하거나 비대칭적인 유속분포를 3차원으로 측정할 수 있기 때문에 유량측정의 정확도를 높일 수 있다.

또한 상기 초음파센서부(400)는 수로관(A)의 크기에 따라 몸체부(100)의 크기를 변경하고 센서지지부(300)를 더 형성하여 복수로 더 설치할 수 있기 때문에 수로관(A)의 크기에 무관하게 설치되어 사용될 수 있다.

본 발명의 유량측정장치는 초음파센서부(400)에 연결되어 검출된 수위값과 유속값을 인가받아 유량을 계산할 수 있도록 별도 제어부(500)를 구성한다.

상기 제어부(500)의 유량측정방법에 있어서는 통상적으로 Q(유량)=A(단면적)×V(유속)으로 구할수 있다. A(단면적)은 수위감지부(410)에서 얻은 수위값과 수로면적을 통해서 통과 유량의 A(단면적)을 산출해 내고, V(유속은) 유속감지부(420)에서 얻은 각 구간별 유속의 평균값으로 유량을 측정할 수도 있고, 유속분포를 적분하여 유량을 측정할 수 있다. 그밖에 유량측정방법이 더 있을 수 있으나, 통상적인 유량측정방법의 범위 내에서 실시 가능한 구성임으로 그밖에 계산방법이나 상세한 계산식은 생략한다.

본 발명은 상기와 같은 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 권리는 적시된 실시예에 한하지 않고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 변형된 실시예가 있을 수 있다고 본다.

A : 수로관
100 : 몸체부
110 : 체결부
120 : 가이드부
120': 안내지지부
121 : 롤러
200 : 스트레이트너
300 : 센서지지부
400 : 초음파센서부
410 : 수위감지부
420 : 유속감지부
500 : 제어부

Claims (5)

1. 물이 흐르는 수로관(A)의 개구부에 삽입하여 체결부(110)로 수로관(A)의 벽체에 고정 설치되되 내부에 와류를 정상류로 정류하는 스트레이트너(200)가 구비된 몸체부(100)와,
   상기 몸체부(100)의 길이방향 끝단 하단에 막대형태로 돌출되어 연장형성된 센서지지부(300)와,
   상기 센서지지부(300) 끝단 상부에 설치되어 유속과 수위를 측정하는 초음파센서부(400)로 이루어진 것을 특징으로 하는 유량측정장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 스트레이트너(200)는 몸체부(100) 내부에 길이방향으로 다수의 원통형 직관이 배열되어 집적되게 설치되는 것을 특징으로 하는 유량측정장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체부(100)는 원통형으로 구비되고 몸체부(100)의 양측과 하단 외측면 중앙에 롤러(121)가 구비된 가이드부(120)가 형성되고 수로관(A)에 설치된 안내지지부(120')를 따라 삽입이 원활하게 되는 것을 특징으로 하는 유량측정장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 초음파센서부(400)는 중앙부에 직상방으로 향하도록 설치되어 수위를 측정하는 수위감지부(410)와, 상기 수위감지부(410)의 전후방에 설치되어 4개지점의 유속을 측정하는 유속감지부(420)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유량측정장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 초음파센서부(400)에 연결되어 검출된 수위값과 유속값을 인가받아 유량을 계산하는 제어부(500)를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 유량측정장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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