KR101353051B1 - 펌프 효율 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌프의 효율을 측정하는 시스템에 관한 것으로서, 펌프의 유입관상에 설치되어 유입수의 온도를 측정하는 제1온도센서와, 펌프의 유출관상에 설치되어 유출수의 온도를 측정하는 제2온도센서와, 펌프의 유입관상에 설치되어 유입수의 압력을 측정하는 제1압력센서와, 펌프의 유출관상에 설치되어 유출수의 압력을 측정하는 제2압력센서와, 펌프로 공급되는 전력을 측정하는 전력측정부와, 펌프의 가동을 제어하면서 제1온도센서, 제2온도센서, 제1압력센서, 제2압력센서, 전력측정부에서 검출된 정보를 수신받아 펌프의 효율을 산출하는 분석부를 구비한다. 이러한 펌프 효율 측정 시스템에 의하면, 수력학적 및 열역학적 펌프 효율 측정을 모두 지원하면서도 펌프의 유입관과 유입수와 유출관의 유출수의 온도를 측정하는 온도센서의 온도값을 자체적으로 교정할 수 있어 사용상의 편리함과 더불어 측정 정밀도를 높일 수 있는 장점을 제공한다.

Description

펌프 효율 측정 시스템{pump efficiency measuring system}
본 발명은 펌프 효율 측정 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 수력학적 측정 및 열역학적 측정을 모두 지원하는 펌프 효율 측정 시스템에 관한 것이다.
펌프는 산업 및 건설현장에서 급수, 냉난방 및 산업공정수행을 위해 다양하게 사용되고 있으며, 전체 국가 전력의 약 20%를 소비하고 있다. 그런데, 펌프의 에너지 낭비요소에 대한 관리는 거의 이루어지지 않고 있는 실정이며, 효율이 저하된 상태로 펌프가 운전된다면 그에 따른 에너지 낭비는 대단히 크게 된다.
펌프의 경우 초기 구입비용에 비해 사용하면서 발생하는 전력비용이 대단히 크기 때문에 이러한 낭비를 줄이기 위해서는 펌프의 효율을 정기적으로 측정하여 펌프의 운전 상태를 진단하는 것이 요구된다.
국내 등록특허 제10-0689155호에는 펌프의 입력단과 출력단의 압력차 및 펌프의 전동기로 공급되는 전력정보를 이용하여 펌프의 효율을 측정하는 장치가 개시되어 있다.
상기 장치는 펌프효율을 수력학적 측정방식에 의해 측정하는 것으로 유량계의 설치가 어려운 환경에서 압력정보를 이용하여 펌프의 성능특성 곡선으로부터 유량을 예측하도록 되어 있다. 그런데, 펌프의 성능특성이 변동되는 경우 펌프 효율 측정 오차가 커지는 문제점이 있다.
한편, 펌프가 설치된 현장 상황에 따라 펌프 효율 측정방식을 수력학적 측정방식 이외에 열역학적 측정방식도 지원하여 측정방식을 선택적으로 이용할 수 있는 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 펌프의 유입관과 유입수와 유출관의 유출수의 온도 차 정보를 이용하여 펌프의 효율을 측정할 수 있도록 지원하는 펌프 효율 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 펌프의 유입관과 유입수와 유출관의 유출수의 온도를 측정하는 온도센서의 온도값을 자체적으로 교정할 수 있는 펌프 효율 측정 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 펌프 효율 측정 시스템은 펌프의 유입관상에 설치되어 유입수의 온도를 측정하는 제1온도센서와; 상기 펌프의 유출관상에 설치되어 유출수의 온도를 측정하는 제2온도센서와; 상기 펌프의 유입관상에 설치되어 유입수의 압력을 측정하는 제1압력센서와; 상기 펌프의 유출관상에 설치되어 유출수의 압력을 측정하는 제2압력센서와; 상기 펌프로 공급되는 전력을 측정하는 전력측정부와; 상기 펌프의 가동을 제어하면서 상기 제1온도센서, 상기 제2온도센서, 상기 제1압력센서, 상기 제2압력센서, 상기 전력측정부에서 검출된 정보를 수신받아 상기 펌프의 효율을 산출하는 분석부;를 구비한다.
상기 분석부는 상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서에 대한 온도 켈리브레이션 모드를 선택할 수 있도록 된 조작부와; 상기 조작부로부터 상기 온도 켈리브레이션 모드가 선택되면, 상기 펌프가 비가동된 상태에서 제1온도센서로부터 검출된 제1온도값과, 상기 제2온도센서에서 검출된 제2온도값에 대해 상기 제1온도값과 상기 제2온도값의 차이가 제로가 되기 위한 보정값을 산출하고, 산출된 보정값을 펌프효율 산출모드시 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도값에 반영하여 펌프효율을 산출하는 제어부;를 구비한다.
또한, 상기 온도 켈리브레이션 모드시 상기 제어부는 상기 제1온도센서로부터 설정된 검출간격으로 검출된 복수개의 검출데이터에 대한 평균값과, 상기 제2온도센서로부터 설정된 검출간격으로 검출된 복수개의 검출데이터에 대한 평균값으로부터 상기 보정값을 산출한다.
상기 펌프의 유출관을 통해 유출되는 유량을 검출하여 상기 제어부에 제공하는 유량검출부;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 펌프 효율 측정 시스템에 의하면, 수력학적 및 열역학적 펌프 효율 측정을 모두 지원하면서도 펌프의 유입관과 유입수와 유출관의 유출수의 온도를 측정하는 온도센서의 온도값을 자체적으로 교정할 수 있어 사용상의 편리함과 더불어 측정 정밀도를 높일 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 펌프 효율 측정 시스템을 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 펌프 효율 측정 시스템의 온도 켈리브레이션 모드 수행과정을 나타내 보인 플로우도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 펌프 효율 측정 시스템을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 펌프 효율 측정 시스템을 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 펌프 효율 측정 시스템(100)은 제1온도센서(111), 제2온도센서(112), 제1압력센서(121), 제2압력센서(122), 유량검출부(130), 전력측정부(140), 분석부를 구비한다.
펌프(10)는 전동기(10b)의 구동에 의해 발생된 펌핑력으로 유입관(13)을 통해 유입된 유입수를 유출관(15)을 통해 토출할 수 있도록 된 펌핑체(10a)로 되어 있다.
제1온도센서(111)는 펌프(10)의 유입관(13)상에 설치되어 유입수의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(150)에 출력한다.
제2온도센서(112)는 펌프(10)의 유출관(15) 상에 설치되어 유출수의 온도를 측정하고, 측정된 온도를 제어부(150)에 출력한다.
제1압력센서(121)는 펌프(10)의 유입관(13)상에 설치되어 유입수의 압력을 측정하고, 측정된 압력값을 제어부(150)에 출력한다.
제2압력센서(122)는 펌프(10)의 유출관(15)상에 설치되어 유출관을 통해 유출되는 유출수의 압력을 측정하고, 측정된 압력값을 제어부(150)에 출력한다.
유량검출부(130)는 펌프(10)의 유출관을 통해 유출되는 유량을 검출하여 제어부(150)에 제공한다. 유량검출부(130)는 통상의 유량계가 적용되면 된다.
전력측정부(140)는 펌프(10)의 전동기(10b)로 공급되는 전력을 검출하고, 검출된 구동 전력을 제어부(150)에 출력한다.
바람직하게는 전력측정부(140)는 전동기(10b)로 전력을 공급하는 전력공급라인을 외측에 결합하여 전류를 검출하는 커런트 트랜스포터 타입을 적용한다.
분석부는 제어부(150), 조작부(151) 및 표시부(153)로 되어 있다.
분석부는 제1온도센서(111), 제2온도센서(112), 제1압력센서(121), 제2압력센서(122), 전력측정부(140) 및 유량검출부(130)를 대응되는 접속단자에 접속하여 측정할 수 있으면서 이동가능한 포터블 타입으로 구축되는 것이 바람직하다.
또한, 분석부의 제어부(150)는 제1온도센서(111), 제2온도센서(112), 제1압력센서(121), 제2압력센서(122), 전력측정부(140) 및 유량검출부(130)에서 출력되는 신호가 아날로그 신호인 경우 아날로그 신호를 디지털 신호로 측정레벨에 맞게 변환하는 변환모듈이 설치될 수 있음은 물론이다.
제어부(150)는 펌프(10)의 가동을 제어하면서 제1온도센서(111), 제2온도센서(112), 제1압력센서(121), 제2압력센서(122), 전력측정부(140) 및 유량검출부(130)에서 검출된 정보를 수신받아 펌프(10)의 효율을 산출하고, 산출된 효율을 표시부(153)를 통해 표시한다.
조작부(151)는 제1온도센서(111)와 제2온도센서(112)에 대한 온도 켈리브레이션 모드의 선택, 펌프 효율 측정을 수리학적 방법에 의해 측정하는 제1측정모드와 열역학적 방법에 의해 측정하는 제2측정모드의 선택 등 지원되는 기능을 선택할 수 있도록 되어 있다.
제어부(150)는 조작부(151)로부터 온도 켈리브레이션 모드가 선택되면, 펌프가 비가동된 상태에서 제1온도센서(111)로부터 검출된 제1온도값과, 제2온도센서(112)에서 검출된 제2온도값에 대해 제1온도값과 제2온도값의 차이가 제로가 되기 위한 보정값을 산출하고, 산출된 보정값을 제2측정모드 선택에 의한 펌프효율 산출모드시 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도값에 반영하여 펌프효율을 산출한다.
이러한 제어부(150)의 처리과정을 도 2를 참조하여 설명하면, 먼저, 온도센서보정모드인 온도켈리브레이션 모드가 선택됐는지를 판단하고(단계 210), 온도켈리브레이션 모드로 판단되면, 제1온도센서(111)의 제1온도값(T1)과, 제2온도센서(112)의 제2온도값(T2)을 검출한다(단계 220).
바람직하게는 온도 켈리브레이션 모드 수행시 제어부(150)는 제1온도센서(111)로부터 설정된 검출간격 예를 들면 2초간격으로 검출된 복수개의 검출데이터 예를 들면 8개 내지 30개의 데이터에 대한 평균값과, 제2온도센서(112)로부터 제1온도센서(111)와 동일한 검출간격으로 검출된 동일 개수의 검출데이터에 대한 평균값을 제1온도값 및 제2온도값으로 결정한다.
이후, 검출된 제1온도값(T1)과 제2온도값(T2)의 차가 영(zero)이 되는 보정값을 산출한다(단계 230).
즉, T1*k-T2=0이 되는 k값을 산출하고, 산출된 k값을 제1온도값(T1)에 대한 보정값으로 적용한다.
이후, 산출된 보정값은 온도차를 이용한 펌프 효율산출시 반영한다(단계 240).
이러한 시스템(100)은 펌프(10)의 효율을 열역학적 방법과 수력학적 방법의 두 가지 방법 모두에 대해 측정을 지원할 수 있고 그 측정방법을 이하에서 설명한다.
먼저, 수력학적 방법으로 펌프의 효율(ηP)을 측정하는 제1측정모드인 경우 아래의 수학식1을 이용하여 계산한다.
Figure 112012051966611-pat00001
여기서, Q는 유량검출부(130)에서 검출된 유량이며, PD는 유출관(115)에서 유출수의 압력이며, PS는 유입관(113)에서 유입수의 압력이며, PM은 펌프(10)의 공급 전력으로 전력측정부(140)에 측정된 전력이며, ηM은 기계효율로서 설정된 값이다.
한편, 유량검출부(130)를 설치하기 어려운 환경에서는 열역학적 방법에 의해 펌프 효율을 측정하면 되고, 이 경우 열역학적 측정방법인 제2측정모드를 선택하면 된다.
제2측정모드에서는 아래의 수학식 2에 의해 펌프의 효율을 산출한다.
Figure 112012051966611-pat00002
여기서,
Figure 112012051966611-pat00003
는 유체의 단위 질량당 수력학에너지를 나타내고,
Figure 112012051966611-pat00004
은 유체의 단위 질량당 기계적인 에너지를 나타낸다. 또한
Figure 112012051966611-pat00005
와
Figure 112012051966611-pat00006
은 아래의 수학식3과 수학식4로 각각 나타낼 수 있다.
Figure 112012051966611-pat00007
Figure 112012051966611-pat00008
여기서, ρ는 유체밀도이고, cP는 비열이며, TD는 유입관(113)에서 유입수의 온도이며, TS는 유출관(115)에서 유출수의 온도이고, a는 등온계수이다. 여기서 유체밀도(ρ), 비열(cP) 및 등온계수(a) 3가지 값은 유체특성 테이블(fluid properties table)(ISO 5198)에서 특정된 값이다.
열역학적 방법은 단지 2개의 변수인 온도와 압력만 결정되면 펌프(10) 효율을 측정할 수 있는 매우 간단한 방법이다.
한편, 열역학적 방법에 의한 펌프효율 측정에 있어서 온도가 매우 중요한 인자이며, 제1 및 제2온도센서(111)(112)의 온도차 정보를 이용하여 펌프(10)의 효율을 산출하기 때문에 펌프설비에 이미 설치되어 있는 제1 및 제2온도센서(111)(112)를 이용하는 경우에도 하드웨어적으로 켈리브레이션을 하지 않고 앞서 설명된 온도 켈이브레이션 모드 수행에 의해 온도센서(111)(112)의 보정값을 찾아 수치적으로 켈리브레션을 할 수 있어 측정 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 시스템(100)은 제1측정모드와 제2측정모드 모두에 대해 펌프(10) 효율을 산출할 수 있어 측정값의 비교가 가능하고, 현장 조건에 맞게 어느 하나의 측정모드를 선택적으로 이용할 수 있는 장점을 제공한다.
111: 제1온도센서 112: 제2온도센서
121: 제1압력센서 122: 제2압력센서
130: 유량검출부 140: 전력측정부
150: 제어부 151: 조작부
153: 표시부

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 펌프의 효율을 측정하는 시스템에 있어서,
    펌프의 유입관상에 설치되어 유입수의 온도를 측정하는 제1온도센서와;
    상기 펌프의 유출관상에 설치되어 유출수의 온도를 측정하는 제2온도센서와;
    상기 펌프의 유입관상에 설치되어 유입수의 압력을 측정하는 제1압력센서와;
    상기 펌프의 유출관상에 설치되어 유출수의 압력을 측정하는 제2압력센서와;
    상기 펌프로 공급되는 전력을 측정하는 전력측정부와;
    상기 펌프의 가동을 제어하면서 상기 제1온도센서, 상기 제2온도센서, 상기 제1압력센서, 상기 제2압력센서, 상기 전력측정부에서 검출된 정보를 수신받아 상기 펌프의 효율을 산출하는 분석부;를 구비하고,
    상기 분석부는
    상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서에 대한 온도 켈리브레이션 모드를 선택할 수 있도록 된 조작부와;
    상기 조작부로부터 상기 온도 켈리브레이션 모드가 선택되면, 상기 펌프가 비가동된 상태에서 제1온도센서로부터 검출된 제1온도값과, 상기 제2온도센서에서 검출된 제2온도값에 대해 상기 제1온도값과 상기 제2온도값의 차이가 제로가 되기 위한 보정값을 산출하고, 산출된 보정값을 펌프효율 산출모드시 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도값에 반영하여 펌프효율을 산출하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 펌프 효율 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 온도 켈리브레이션 모드시 상기 제어부는 상기 제1온도센서로부터 설정된 검출간격으로 검출된 복수개의 검출데이터에 대한 평균값과, 상기 제2온도센서로부터 설정된 검출간격으로 검출된 복수개의 검출데이터에 대한 평균값으로부터 상기 보정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 펌프 효율 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 펌프의 유출관을 통해 유출되는 유량을 검출하여 상기 제어부에 제공하는 유량검출부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 펌프 효율 측정 시스템.


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