KR101395311B1 - 누수현황 산출시스템 및 그 방법 - Google Patents

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KR101395311B1
KR101395311B1 KR1020130024667A KR20130024667A KR101395311B1 KR 101395311 B1 KR101395311 B1 KR 101395311B1 KR 1020130024667 A KR1020130024667 A KR 1020130024667A KR 20130024667 A KR20130024667 A KR 20130024667A KR 101395311 B1 KR101395311 B1 KR 101395311B1
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leakage
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calculating
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KR1020130024667A
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김상현
정광준
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 배관의 누수가 발생한 경우에 배관 내부를 흐르는 유체의 압력을 시계열적으로 측정하여 누수위치와 누수량 등을 산출하는 누수현황 산출시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 누수현황 산출방법은, 배관(100)을 통한 유체의 흐름을 강제하는 강제단계(S200)와; 상기 강제단계(S200)에 의해 강제되어 배관(100)을 따라 유동하는 유체의 흐름을 차단하는 차단단계(S210)와; 상기 차단단계(S210)의 수행결과, 배관(100) 내부의 유압의 변화를 도식화하는 형상화단계(S230)와; 상기 형상화단계(S230)에 의해 형성된 파형을, 정상파형과 비교하여 누수 여부를 판단하는 판단단계(S240)와; 상기 판단단계(S240)에서의 판단결과, 누수라고 판단된 경우에는 누수현항을 산출하는 산출단계(S250) 등으로 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 누수 위치와 누수량이 정확하고 신속하게 산출되는 장점이 있다.

Description

누수현황 산출시스템 및 그 방법 {A calculation system for water leakage and mehtod thereof}
본 발명은 누수현황 산출시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배관의 누수가 발생한 경우에 배관 내부를 흐르는 유체의 압력을 시계열적으로 측정하여 누수위치와 누수량 등을 산출하는 누수현황 산출시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 주택, 건물, 공장, 아파트에 물 공급을 위한 수도관이 땅속에 매설되고 본관에서 갈라진 지관을 통하여 깨끗한 물을 곳곳에 공급하게 된다.
이처럼, 지하에는 다량의 수도관이 매설되고, 주변에서 다른 작업이 진행되기도 한다. 그리고, 노후 및 외부의 충격 등으로 인하여 수도관에 빈번한 누수가 발생한다.
그러나, 이러한 수도관은 주로 지하에 묻혀 있으므로, 누수가 발생하는 경우에도 누수 위치를 파악하기가 어렵다. 따라서, 수도관으로부터 분출된 물이 지상으로 흘러나와 다량의 물소비를 발생시키는 문제점이 있으며, 누수 위치 파악을 위해 수도관 매설 부위를 모두 파헤쳐야 하는 불편이 있다.
특히, 국내의 누수 탐지기술은 현장 방문 후 엔지니어의 경험을 기반으로 한 off-line 탐사를 통해 누수 관망을 찾아내는 기술이 일반적이다. 그러나, 이러한 방식은, 엔지니어의 경험을 기반으로 한다는 점과, 실시간 모니터링이 불가능하고 사후에 대처를 한다는 점, 그리고 정확한 위치를 찾지 못하고 누수 주변을 모두 공사를 해야 한다는 점 등에서 번거롭고 경제적으로 부족한 부분이 많다.
이러한 단점들을 보완하기 위해 관망의 누수를 탐지하는 기술들이 많이 개발 되고 있다.
국내의 특허 등록 사례를 보면 주로 관에 추가적인 탐지 장치 또는 누수 탐지가 가능한 액체관을 설치하여 전기적 신호를 이용하여 누수 탐지를 하는 방법들이 많이 제안되어 지고 있다.
하지만, 상수관망 내의 설치는 그 규모뿐만 아니라 사용자들의 편의를 위해서도 쉽게 이루어질 수 없고, 너무 짧은 거리의 누수만을 탐지 가능한 경우 그 설치 간격을 짧게 하여야 하여 경제적으로 큰 위험성을 가지게 된다.
이와 같이, 근래에는 누수 발생 부위를 지상에서 알아내기 위한 많은 기술이 개발되고 있으나, 이러한 누수 감지기술은 주로 소리나 진동 또는 전기적 신호 등을 이용하여 감지하게 되므로 정확한 누수 위치와 누수량 파악이 어려운 문제점이 있다.
즉, 국내 특허등록 제10-1107085호(누수 탐지 장치 및 방법)에 개시된 것과 같이, 소리를 이용하여 누수 부위를 알아내는 등 다양한 방식이 사용되고 있으나, 이러한 방식은 주변의 소음 등에 많은 영향을 받게 되므로 정확한 측정이 어려운 문제점이 있다.
특허 제10-1107085호
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유체의 흐름을 차단하는 제어밸브와 유압을 측정하는 측정센서 등이 구비되어 유압의 변화를 감지하여 누수현황을 분석하는 분석수단이 구비되는 누수현황 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 배관을 통한 유체의 흐름을 차단하여 유압 변화를 측정함으로써 누수위치 및 누수량 등의 누수현황을 산출해내는 누수현황 산출방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템은, 내부에는 유체가 유동 가능한 통로가 형성되는 배관과; 상기 배관의 일측에 구비되며, 배관을 통해 유동가 유동되도록 유체의 유동을 강제하는 유동강제수단과; 상기 배관의 일단에 구비되며, 상기 배관을 선택적으로 개폐하여 배관을 통한 유체의 흐름을 단속하는 제어밸브와; 상기 배관에 구비되며, 배관 내부를 유동하는 유체의 압력을 측정하는 측정센서와; 상기 측정센서와 연결되며, 측정센서에서 보내오는 자료에 의해 배관 내부의 유압 상태를 분석하는 분석수단과; 상기 분석수단에 의해 분석된 압력변화를 파형으로 그래프화하여 외부로 디스플레이하는 출력수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석수단은, 상기 배관의 누수위치를 수식 프로그램에 의해 산출하는 누수위치산출부와, 상기 배관을 통한 누수량을 수식 프로그램에 의해 산출하는 누수량산출부와, 상기 배관의 전체 길이를 수식 프로그램에 의해 산출하는 배관길이산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 출력수단은, 상기 누수위치산출부와 누수량산출부 또는 배관길이산출부에서의 계산 결과 중 적어도 어느 하나를 문자나 숫자에 의해 외부로 디스플레이하는 것을 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 누수현황 산출방법은, 배관을 통한 유체의 흐름을 강제하는 강제단계와; 상기 강제단계에 의해 강제되어 배관을 따라 유동하는 유체의 흐름을 차단하는 차단단계와; 상기 차단단계의 수행결과, 배관 내부의 유압의 변화를 측정하는 측정단계와; 상기 차단단계의 수행결과, 배관 내부의 유압의 변화를 도식화하는 형상화단계와; 상기 형상화단계에 의해 형성된 파형을, 정상파형과 비교하여 누수 여부를 판단하는 판단단계와; 상기 판단단계에서의 판단결과, 누수라고 판단된 경우에는 누수현항을 산출하는 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 산출단계는, 상기 측정단계에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 누수위치산출부에서 누수 위치를 계산하는 누수위치산출과정과; 상기 측정단계에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 누수량산출부에서 누수량을 계산하는 누수량산출과정과; 상기 측정단계에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 배관길이산출부에서 배관의 전체 길이를 계산하는 배관길이산출과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 산출단계 다음에는, 산출 결과를 외부로 문자나 수식 또는 도형으로 디스플레이하는 현황표시단계가 더 구비되며; 상기 현황표시단계는, 상기 누수위치산출과정과 누수량산출과정 또는 배관길이산출과정에서의 산출값 중 적어도 어느 하나 이상을 외부로 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단단계는, 상기 형상화단계에 의해 형성된 파형과 미리 저장된 정상파형과의 압력 크기가 허용크기 이상일 경우에 누수로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 누수위치와 누수량 또는 배관길이의 계산에는, 하기(下記)의 빈도영역에서의 수압과 유량 유도식이 사용됨을 특징으로 한다.
Figure 112013020195678-pat00001
Figure 112013020195678-pat00002
(여기서,
Figure 112013020195678-pat00003
는 전달계수,
Figure 112013020195678-pat00004
는 빈도,
Figure 112013020195678-pat00005
는 컨덕턴스,
Figure 112013020195678-pat00006
은 관로의 길이,
Figure 112013020195678-pat00007
는 누수까지의 거리,
Figure 112013020195678-pat00008
는 누수유량, 그리고
Figure 112013020195678-pat00009
는 평균 수압을 의미한다.)
또한, 누수위치와 누수량 또는 배관길이의 계산에는, 하기(下記)의 목적함수(OF)가 사용된다.
Figure 112013020195678-pat00010
(여기서,
Figure 112013020195678-pat00011
는 최적화된 수압 시계열이고,
Figure 112013020195678-pat00012
는 관측된 수압 시계열이다)
상기 목적함수(OF)에서, 최적화된 수압
Figure 112013020195678-pat00013
은,
Figure 112013020195678-pat00014
에 의해 계산되며;
Figure 112013020195678-pat00015
임을 특징으로 한다.
(여기서,
Figure 112013020195678-pat00016
는 기준수압이며,
Figure 112013020195678-pat00017
는 기준수압에서의 변동치를 의미하고,
Figure 112013020195678-pat00018
는 변동유량을 의미한다.)
본 발명에 의한 누수현황 산출시스템 및 그 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서는 지배방정식이 빈도영역에서 기술된다. 그리고, 임의의 환경변수에 대한 시계열과 관측된 시계열의 차이를 최소화하는 목적함수를 이용한다. 따라서, 누수위치와 누수량 등의 정확한 산출이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는, 제안된 식에 의해 관의 누수 위치와 누수량 뿐만 아니라 관의 길이까지도 탐지가 가능하며, 이러한 누수 위치와 누수량 및 관의 길이는 동시에 산출이 가능하다. 따라서, 작업능률이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템의 바람직한 실시예의 구성을 개략적으로 보인 블럭구성도.
도 2는 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템의 실시예의 구성을 보인 실험장치도.
도 3은 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템에서의 결과치를 보인 것으로, 정상적인 경우와 누수가 발생한 경우의 압력 차이를 보인 그래프.
도 4은 본 발명에 의한 누수현황 산출방법의 바람직한 실시예의 구성을 개략적으로 보인 흐름도.
이하 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템의 일 실시예의 구성이 블럭도로 도시되어 있다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템은, 내부에는 유체가 유동 가능한 통로가 형성되는 배관(100)과, 상기 배관(100)을 통해 유동가 유동되도록 유체의 유동을 강제하는 유동강제수단(110)과, 상기 배관(100)을 선택적으로 개폐하여 배관(100)을 통한 유체의 흐름을 단속하는 제어밸브(120)와, 상기 배관(100) 내부를 유동하는 유체의 압력을 측정하는 측정센서(130)와, 상기 측정센서(130)와 연결되며 측정센서(130)에서 보내오는 자료에 의해 배관(100) 내부의 유압 상태를 분석하는 분석수단(140)과, 상기 분석수단(140)에 의해 분석된 압력변화를 파형으로 그래프화하여 외부로 디스플레이하는 출력수단(150) 등으로 구성된다.
상기 배관(100)은, 물과 같은 유체의 흐름을 안내하는 수도관 등으로 이루어진다. 즉, 상수도관 등이 그 예이다.
상기 유동강제수단(110)은, 상기 배관(100)의 일측에 구비되어 물과 같은 유체의 유동을 강제하는 것으로, 주로 펌프(pump) 등으로 이루어진다. 즉, 압력차나 프로펠러 등을 이용하여 강제로 물이 흐르도록 하는 한 다양한 장치가 사용 가능하다.
상기 제어밸브(120)는, 상기 배관(100)의 끝단 등에 설치되어, 배관(100)을 통해 공급되는 물을 차단하는 역할을 한다. 즉, 상기 제어밸브(120)는, 수도관의 수도꼭지와 등으로 이루어져, 물의 공급을 선택적으로 차단하게 된다.
상기 측정센서(130)는, 배관(100)의 끝단부나 상기 제어밸브(120)의 설치 주위에 구비되는 것이 바람직하며, 상기 배관(100) 내부를 흐르는 유체의 압력이나 속도 등을 측정하기 위한 것이다.
상기 분석수단(140)은, 컴퓨터 등으로 이루어져, 상기 측정센서(130)에서 보내오는 자료에 의해 배관(100) 내부의 유압 상태를 분석하는 중앙처리장치(CPU)의 기능을 한다. 따라서, 이러한 분석수단(140)은, 상기 측정센서(130)로부터 신호나 자료를 송부받기 위하여, 측정센서(130)와 유선 또는 무선으로 연결된다.
상기 출력수단(150)은, 상기 분석수단(140)에 의해 분석된 압력변화를 파형으로 그래프화하여 외부로 디스플레이하는 기능을 한다. 즉, 모니터와 같은 역할을 하는 것으로, 상기 측정센서(130)에 의해 측정된 압력의 변화를 상기 분석수단(140)에 의해 가공하여 외부로 표시해주는 역할을 한다.
한편, 상기 출력수단(150)은, 아래에서 설명할 누수위치산출부(152)와 누수량산출부(154) 또는 배관길이산출부(156)에서의 계산 결과 중 적어도 어느 하나를 문자나 숫자 또는 도식화에 의해 외부로 디스플레이하도록 구성됨이 바람직하다.
상기 배관(100)의 일측에는, 상기 배관(100)으로 공급되는 유체가 일시적으로 머무르는 저장탱크(160)가 더 구비되기도 한다. 즉, 상수도와 같은 공통의 관(pipe)으로부터 물이 가정이나 건물 등으로 공급되는 경우에, 일시적으로 물을 저장하여 보관하는 기능을 가지는 저장탱크(160)가 더 구비된다.
상기 저장탱크(160)는 가정이나 건물의 옥상 등에 설치되는 물탱크에 대응되는 구성이다.
상기 분석수단(140)은, 다양한 수식과 프로그램 등에 의해 누수의 위치 및 누수량 등을 산출해낸다.
상기 분석수단(140)은, 도시된 바와 같이, 누수위치산출부(152)와 누수량산출부(154) 그리고, 배관길이산출부(156) 등으로 구성된다.
상기 누수위치산출부(152)는 상기 배관(100)의 누수위치를 수식 프로그램에 의해 산출하는 역할을 하며, 상기 누수량산출부(154)는 상기 배관(100)을 통한 누수량을 수식 프로그램에 의해 산출하는 역할을 한다. 그리고, 상기 배관길이산출부(156)는 상기 배관(100)의 전체 길이를 수식 프로그램에 의해 산출하는 기능을 가진다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 분석수단(140)에서는 종래의 일반적인 수식과 다른 수식의 전개에 의해 누수현황을 산출해낸다.
우선, 관망에서 동적인 흐름의 지배방정식을 다음과 같은 1차원 편미분 연속방정식과 운동량 방정식의 형태로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112013020195678-pat00019
Figure 112013020195678-pat00020
여기서
Figure 112013020195678-pat00021
는 평균유속,
Figure 112013020195678-pat00022
는 수압수두,
Figure 112013020195678-pat00023
는 압력파의 전파속도,
Figure 112013020195678-pat00024
는 중력가속도를 의미한다. 그리고,
Figure 112013020195678-pat00025
는 공간과 시간 축을 의미하고,
Figure 112013020195678-pat00026
로 표현되는 부정류 마찰항이다.
기존의 해석방식인 특성선 방법은 [수학식1]과 [수학식2]를 특성선상에서 차분화하여 적분하고, 밸브나 저수조, 혹은 누수와 같은 경계조건을 대입하여 시간과 공간상에서 해를 진행하는 방식으로 해석되었다.
상기의 [수학식1]과 [수학식2]는, 관로(배관)에서 유량과 수압의 변동을 시간상(Time Domain)에서 기술하는 수식이다.
이 두 수식을 빈도상(Frequency Domain)으로 전환하여 나타내고, 관로의 임의의 지점에서 존재하는 임의의 크기의 누수를 빈도상의 점 행렬(Point Matrix) (Mpesha et al. 2001 참조)로 표현을 도입하고 일련의 유도를 수행하면, 아래와 같은 방식의 유도가 가능하다.
[참조 : Mpesha, W., Gassman, S. L., Chaudry, M. H. (2001). "Leak detection in pipes by frequency response method." J. Hydraul . Eng., 127(2), 134-147.]
본 발명에서의 누수현황 산출방식은, 저수조-관로-밸브 체제에서 누수의 하류단에 존재하는 임의의 지점에서 수압과 유량을 다음과 같은 집적화 방식으로 유도하는 것이다.
다음은, 상기 저장탱크(160)-배관(100)-제어밸브(120)체제에 누수가 존재할 때 빈도영역에서의 수압과 유량의 유도식이다.
Figure 112013020195678-pat00027
Figure 112013020195678-pat00028
여기서,
Figure 112013020195678-pat00029
는 전달계수,
Figure 112013020195678-pat00030
는 빈도,
Figure 112013020195678-pat00031
는 컨덕턴스,
Figure 112013020195678-pat00032
은 관로의 길이,
Figure 112013020195678-pat00033
는 누수까지의 거리,
Figure 112013020195678-pat00034
는 누수유량, 그리고
Figure 112013020195678-pat00035
는 평균 수압을 의미한다.
수학식 3과 수학식 4에 전달함수의 관계를 대입한 후, 하류단 밸브지점에서의 복소수 수압과 유량
Figure 112013020195678-pat00036
,
Figure 112013020195678-pat00037
가 유도되고, 이로부터 유량 임펄스에 대한 수압의 반응인 임피던스가 얻어지면, 관망의 하류단에서의 시간상의 수압 반응은 다음과 같이 표시된다.
Figure 112013020195678-pat00038
여기서
Figure 112013020195678-pat00039
이다.
수학식 5의
Figure 112013020195678-pat00040
를 관망내의 임의의 지점의 임피던스로 대체함으로, 관망내의 모든 지점에서 관말 밸브조작에 대한 수압반응을 유도할 수 있다.
이는 수학식 5와 같은 형태로 관망의 환경변수를 집적화하여 나타낼 수 있슴을 의미한다.
수학식 5의 형태로 나타나는 집적 반응함수를 통하여 임의의 관망 재원, 이상조건, 동적 구동 조건에 대한 수압의 변화를 시계열의 형태로 확보할 수 있다.
즉, 다음과 같은 수식으로 수압의 시계열을 확보할 수 있다.
Figure 112013020195678-pat00041
여기서,
Figure 112013020195678-pat00042
는 기준수압에서의 변동치를 의미하고,
Figure 112013020195678-pat00043
는 변동유량을 의미한다.
그리고, 최적화된 수압은 다음과 같이 계산한다.
Figure 112013020195678-pat00044
여기서,
Figure 112013020195678-pat00045
는 기준수압이다.
한편, 임의의 환경변수에 대한 시계열과 관측된 시계열의 차이를 최소화하는 목적함수(Objective Function)을 다음의 수학식 8로 구성할 수 있다.
Figure 112013020195678-pat00046
여기서,
Figure 112013020195678-pat00047
는 최적화된 수압 시계열이고,
Figure 112013020195678-pat00048
는 관측된 수압 시계열이다.
수학식 5를 구성하고 있는 환경변수를 최적화하기 위한 진단 알고리즘은 유전자 알고리즘을 사용한다.
임의 난수 후보해로 시작하는 진화연산은 수학식 5의 후보해의 적합도를 수학식 8로 평가하고, 진화를 거듭하면서 전달계수와 임피던스 특성을 실험치와 최대한 근사한 환경변수로 수렴한다.
이 과정에서, 상기의 수학식 3과 수학식 4의 관로(배관)의 길이
Figure 112013020195678-pat00049
과, 누수까지의 거리
Figure 112013020195678-pat00050
, 그리고 누수유량
Figure 112013020195678-pat00051
을 변화시키면서, 상기 수학식 8의 목적함수(OF)가 0(zero)이 되는
Figure 112013020195678-pat00052
,
Figure 112013020195678-pat00053
,
Figure 112013020195678-pat00054
를 찾아낸다.
한편, 상기의 계산 기술을 시험하기 위해서, 실험을 수행하였다.
도 2에는 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템의 실시예의 구성을 보인 실험장치도가 도시되어 있다. 즉, 상기와 같은 수식에 의해 산출되는 결과식을 실제 실험치와 비교하기 위해 도 2와 같은 구성으로 실험 시스템을 구축하여 실험을 수행하였다.
여기서, 실험관망(배관)의 길이는 87.22 m이고, 1000 HZ의 수압을 관말에서 측정하여 진단 조건으로 사용하였다.
이는 누수조건하에 누수위치, 무수면적, 배관 길이의 3변수를 진단하는 과정으로 구성된다.
도시된 바와 같이, 여기에서는 배관(100)이 좌우로 길게 설치되어 있으며, 이러한 배관(100)의 좌우에는 연결배관(102)이 더 구비된다.
그리고, 이러한 연결배관(102)의 끝단에는 각각 저(低)수조(114)와 고(高)수조(112)가 각각 구비된다. 따라서, 고(高)수조(112)의 물의 높이가 저(低)수조(114)의 물의 높이보다 높으므로 압력의 차이가 발생하며, 이로 인하여 고(高)수조(112)로부터 저(低)수조(114)로 물의 유동이 발생하게 된다. 즉, 상기 배관(100)을 통해 우측으로부터 좌측으로 물의 유동이 발생한다.
따라서, 상기 고(高)수조(112)의 물의 높이와 저(低)수조(114)의 물의 높이의 차이가, 상기 유동강제수단(110)과 같이 유체의 일방향 흐름을 강제하는 기능을 하게 된다.
한편, 상기 배관(100)의 좌측단에는 제어밸브(120)가 구비되고, 상기 배관(100)의 우측단에는 저장탱크(160)가 구비된다. 상기 제어밸브(120)의 우측에는 측정센서(130)가 설치된다.
또한, 상기 배관(100)의 좌측 부분에는 누수가 발생한 누수지점(P)을 나타내고 있다.
이와 같은 실험시스템을 통해 측정한 결과치가 아래의 표 1에 도시되어 있다.
즉, 상기와 같이 배관(100)을 따라 물이 우측으로부터 좌측으로 유동하도록 하다가, 갑자기 상기 제어밸브(120)를 닫아 물의 흐름을 차단한다.
이렇게 되면, 상기 배관(100)을 통해 유동하던 물(유체)가 좌측으로 계속 가지 못하고 중단되어 좌우로 왕복 유동을 하게 되며, 이로 인해 압력의 변화가 생성되고, 상기 측정센서(130)는 이러한 배관(100) 내부의 압력변화를 측정하게 된다.
Figure 112013020195678-pat00055
상기 표 1은 관망 진단 결과를 나타낸 값이다. 즉, 상기 수학식 8을 사용한 4개의 레이놀드(Reynold)수에서의 관망 환경변수 동기화 진단 결과를 나타낸 값이다.
여기서, RN은 Reynolds수이며, Xleak은 누수의 위치, Qleak은 누수유량을 나타낸다. 또한, 괄호()안의 값은 현장 측정치를 나타낸다.
상기 표 1에서 보여주는 바와 같이, 누수위치와 누수량 그리고 배관의 길이 3변수 모두에서 실제치와 근사한 수렴결과를 보이고 있다. 이는 본 발명에서 제시하는 이론적 계산 기술이 관망동기화 진단에 대한 우수한 결과를 도출하는 증거이다.
도 3에는 도 2에서와 같은 누수 실험에 의한 실험치 결과 비교가 그래프로 나타나 있다. 즉, 여기서 청색선은 누수가 발생하기 않은 상태에서 정상적인 반응을 보이는 그래프이며, 검정선은 배관에 누수가 발생한 경우의 압력 그래프이다.
이와 같이, 배관에 누수가 발생한 경우에는 압력 그래프의 형상이 정상적인 경우에 비해 찌그러진 형상을 보이며, 이러한 경우에는 상기 분석수단(140)이 누수 발생으로 판단하게 된다.
도 4에는 본 발명에 의한 누수현황 산출방법의 바람직한 실시예의 구성을 개략적으로 보인 흐름도가 도시되어 있다.
이하에서는 상기에서 설명한 본 발명에 의한 누수현황 산출시스템에 의한 누수현황 산출방법에 대해 설명한다.
본 발명에 의한 누수현황 산출방법은, 배관(100)을 통한 유체의 흐름을 강제하는 강제단계(S200)와, 상기 강제단계(S200)에 의해 강제되어 배관(100)을 따라 유동하는 유체의 흐름을 차단하는 차단단계(S210)와, 상기 차단단계(S210)의 수행결과에 따라 배관(100) 내부의 유압의 변화를 도식화하는 형상화단계(S230)와, 상기 형상화단계(S230)에 의해 형성된 파형을 정상파형과 비교하여 누수 여부를 판단하는 판단단계(S240)와, 상기 판단단계(S240)에서의 판단결과에 의해 누수라고 판단된 경우에는 누수현항을 산출하는 산출단계(S250) 등으로 구성된다.
또한, 본 발명에 의한 누수현황 산출방법은, 배관(100)을 통한 유체의 흐름을 강제하는 강제단계(S200)와, 상기 강제단계(S200)에 의해 강제되어 배관(100)을 따라 유동하는 유체의 흐름을 차단하는 차단단계(S210)와, 상기 차단단계(S210)의 수행결과에 따라 배관(100) 내부의 유압의 변화를 측정하는 측정단계(S220)와, 상기 측정단계(S220)에서의 측정결과를 도식화하는 형상화단계(S230)와, 상기 형상화단계(S230)에 의해 형성된 파형을 정상파형과 비교하여 누수 여부를 판단하는 판단단계(S240)와, 상기 판단단계(S240)에서의 판단결과에 의해 누수라고 판단된 경우에는 누수현항을 산출하는 산출단계(S250)와, 상기 산출단계(S250)에서의 산출결과에 따라 누수 현황을 보수하는 사후조치단계(S270) 등으로 구성되기도 한다.
상기 강제단계(S200)는, 펌프 등에 의해 유체(물)이 어느 한 방향으로 흐르도록 강제하는 과정이며, 이는 수도관의 수도꼭지를 개방시키는 등의 조작에 의해 가능하다.
상기 차단단계(S210)는, 상기 제어밸브(120)를 잠그는 것으로, 수도관의 수도꼭지를 잠그는 등의 조작에 해당한다.
상기 측정단계(S220)는, 상기 배관(100) 내부의 유압을 측정하는 과정으로, 시간의 변화에 따른 유체(물)의 압력 변화 등을 측정한다.
상기 형상화단계(S230)는, 상기 측정단계(S220)에서의 유압 크기를 그래프 등으로 도식화하는 과정이다. 이러한 도식화는 도 3에 예시되어 있다.
이와 같은 형상화단계(S230)의 도식화에 의해 압력 그래프 형상이 비정상적으로 찌그러지게 되면, 상기 분석수단(140)에서 정상이 아니라고 판단하게 되며, 이에 따라 누수 현황을 산출하게 된다.
상기 판단단계(S240)는, 상기 형상화단계(S230)에 의해 형성된 파형과 미리 저장된 정상파형과의 압력 크기가 허용크기 이상일 경우에 누수로 판단하게 된다. 즉, 도 3에서와 같이, 정상적인 압력 파형을 미리 입력해 놓고, 이러한 정상 파형에 비해 일정 허용크기 이상의 파형이 감지되면, 누수로 판단하게 된다.
상기와 같은 정상 또는 비정상 판단하는 과정이 상기 판단단계(S240)이며, 이러한 누수 판단에 따라 누수현황을 계산식에 의해 산출하는 과정이 상기 산출단계(S250)이다.
상기 산출단계(S250)는, 배관(100)에 누수가 발생한 경우에 누수 위치와 누수량 그리고, 배관의 길이 등을 계산해 내는 과정이다. 따라서, 도시된 바와 같이, 누수위치산출과정(S252)과 누수량산출과정(S254) 등으로 구성된다.
상기 누수위치산출과정(S252)은, 상기 측정단계(S220)에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 누수위치산출부(152)에서 누수 위치를 계산하는 과정이다.
그리고, 상기 누수량산출과정(S254)은, 상기 측정단계(S220)에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 누수량산출부(154)에서 누수량을 계산하는 과정이다.
한편, 상기 산출단계(S250)에는, 배관의 길이를 계산하여 산출하는 배관길이산출과정(S256)이 더 포함된다.
상기와 같은 산출단계(S250)에서는, 상기에서 설명한 분석수단(140) 등이 사용되며, 이때에는 상기에서 설명한 다양한 수식이 활용된다.
상기 배관길이산출과정(S256)은, 상기 측정단계(S220)에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 배관길이산출부(156)에서 배관의 전체 길이를 계산하는 과정이다.
그리고, 상기 산출단계(S250) 다음에는, 도시된 바와 같이, 산출 결과를 외부로 문자나 수식 또는 도형으로 디스플레이하는 현황표시단계(S260)가 더 구비된다.
상기 현황표시단계(S260)는, 상기 누수위치산출과정(S252)과 누수량산출과정(S254) 또는 배관길이산출과정(S256)에서의 산출값 중 적어도 어느 하나 이상을 외부로 디스플레이하는 과정을 포함한다.
상기 현황표시단계(S260)는, 도 3에서와 같은 형식의 그래프로 현황을 표시할 수도 있으며, 문자나 숫자 등으로 표시하는 것도 가능할 것이다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
100. 배관 110. 유동강제수단
120. 제어밸브 130. 측정센서
140. 분석수단 150. 출력수단
152. 누수위치산출부 154. 누수량산출부
156. 배관길이산출부 S200. 강제단계
S210. 차단단계 S220. 측정단계
S230. 형상화단계 S240. 판단단계
S250. 산출단계 S252. 누수위치산출과정
S254. 누수량산출과정 S256. 배관길이산출과정
S260. 현황표시단계 S270. 사후조치단계
P. 누수지점

Claims (10)

  1. 내부에는 유체가 유동 가능한 통로가 형성되는 배관(100)과;
    상기 배관(100)의 일측에 구비되며, 배관(100)을 통해 유동가 유동되도록 유체의 유동을 강제하는 유동강제수단(110)과;
    상기 배관(100)의 일단에 구비되며, 상기 배관(100)을 선택적으로 개폐하여 배관(100)을 통한 유체의 흐름을 단속하는 제어밸브(120)와;
    상기 배관(100)에 구비되며, 배관(100) 내부를 유동하는 유체의 압력을 측정하는 측정센서(130)와;
    상기 측정센서(130)와 연결되며, 측정센서(130)에서 보내오는 자료에 의해 배관(100) 내부의 유압 상태를 분석하는 분석수단(140)과;
    상기 분석수단(140)에 의해 분석된 압력변화를 파형으로 그래프화하여 외부로 디스플레이하는 출력수단(150)을 포함하며;
    상기 분석수단(140)은,
    상기 배관(100)의 누수위치를 수식 프로그램에 의해 산출하는 누수위치산출부(152)와, 상기 배관(100)을 통한 누수량을 수식 프로그램에 의해 산출하는 누수량산출부(154)와, 상기 배관(100)의 전체 길이를 수식 프로그램에 의해 산출하는 배관길이산출부(156)를 포함하는 것을 특징으로 하는 누수현황 산출시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력수단(150)은,
    상기 누수위치산출부(152)와 누수량산출부(154) 또는 배관길이산출부(156)에서의 계산 결과 중 적어도 어느 하나를 문자나 숫자에 의해 외부로 디스플레이하는 것을 포함하는 누수현황 산출시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 배관(100)을 통한 유체의 흐름을 강제하는 강제단계(S200)와;
    상기 강제단계(S200)에 의해 강제되어 배관(100)을 따라 유동하는 유체의 흐름을 차단하는 차단단계(S210)와;
    상기 차단단계(S210)의 수행결과, 배관(100) 내부의 유압의 변화를 측정하는 측정단계(S220)와;
    상기 차단단계(S210)의 수행결과, 배관(100) 내부의 유압의 변화를 도식화하는 형상화단계(S230)와;
    상기 형상화단계(S230)에 의해 형성된 파형을, 정상파형과 비교하여 누수 여부를 판단하는 판단단계(S240)와;
    상기 판단단계(S240)에서의 판단결과, 누수라고 판단된 경우에는 누수현항을 산출하는 산출단계(S250)를 포함하며;
    상기 산출단계(S250)는,
    상기 측정단계(S220)에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 누수위치산출부(152)에서 누수 위치를 계산하는 누수위치산출과정(S252)과;
    상기 측정단계(S220)에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 누수량산출부(154)에서 누수량을 계산하는 누수량산출과정(S254)과;
    상기 측정단계(S220)에서의 측정결과를 수식에 적용하여, 배관길이산출부(156)에서 배관의 전체 길이를 계산하는 배관길이산출과정(S256);을 포함하는 것을 특징으로 하는 누수현황 산출방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 산출단계(S250) 다음에는, 산출 결과를 외부로 문자나 수식 또는 도형으로 디스플레이하는 현황표시단계(S260)가 더 구비되며;
    상기 현황표시단계(S260)는,
    상기 누수위치산출과정(S252)과 누수량산출과정(S254) 또는 배관길이산출과정(S256)에서의 산출값 중 적어도 어느 하나 이상을 외부로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 누수현황 산출방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 판단단계(S240)는,
    상기 형상화단계(S230)에 의해 형성된 파형과 미리 저장된 정상파형과의 압력 크기가 허용크기 이상일 경우에 누수로 판단하는 것을 특징으로 하는 누수현황 산출방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 누수위치와 누수량 또는 배관길이의 계산에는, 하기(下記)의 빈도영역에서의 수압과 유량 유도식이 사용됨을 특징으로 하는 누수현황 산출방법.
    Figure 112013020195678-pat00056

    Figure 112013020195678-pat00057

    (여기서,
    Figure 112013020195678-pat00058
    는 전달계수,
    Figure 112013020195678-pat00059
    는 빈도,
    Figure 112013020195678-pat00060
    는 컨덕턴스,
    Figure 112013020195678-pat00061
    은 관로의 길이,
    Figure 112013020195678-pat00062
    는 누수까지의 거리,
    Figure 112013020195678-pat00063
    는 누수유량, 그리고
    Figure 112013020195678-pat00064
    는 평균 수압을 의미한다.)
  9. 제 8 항에 있어서, 누수위치와 누수량 또는 배관길이의 계산에는, 하기(下記)의 목적함수(OF)가 사용됨을 특징으로 하는 누수현황 산출방법.
    Figure 112013020195678-pat00065

    (여기서,
    Figure 112013020195678-pat00066
    는 최적화된 수압 시계열이고,
    Figure 112013020195678-pat00067
    는 관측된 수압 시계열이다)
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 목적함수(OF)에서,
    최적화된 수압
    Figure 112013020195678-pat00068
    은,
    Figure 112013020195678-pat00069
    에 의해 계산되며;
    Figure 112013020195678-pat00070
    임을 특징으로 하는 누수현황 산출방법.
    (여기서,
    Figure 112013020195678-pat00071
    는 기준수압이며,
    Figure 112013020195678-pat00072
    는 기준수압에서의 변동치를 의미하고,
    Figure 112013020195678-pat00073
    는 변동유량을 의미한다.)
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