KR101412475B1 - 펌프시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

펌프시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

펌프시스템 및 그 제어방법을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 펌프시스템은 유체가 저장되는 탱크; 탱크의 유체를 흡입하여 송출하는 메인펌프; 탱크와 메인펌프의 흡입 측을 연결하는 흡입배관; 메인펌프의 토출 측으로부터 연장되는 토출배관; 토출배관에 설치되어 유로의 개방을 조절하는 토출제어밸브; 토출제어밸브 하류의 토출배관에 설치된 유량계; 토출제어밸브 상류의 토출배관으로부터 연장되어 흡입배관에 연결되는 우회배관; 우회배관에 설치되어 유로의 개방을 조절하는 우회제어밸브; 메인펌프의 흡입 측과 토출 측에 각각 설치되어 압력을 감지하는 흡입 및 토출압력센서; 탱크의 유체레벨이 메인펌프의 동작조건 이하로 내려갈 때 메인펌프를 우회하도록 메인펌프 상류의 흡입배관과 유량계 상류의 토출배관을 연결하여 유체의 송출을 구현하는 보조펌프장치; 및 탱크의 유체레벨 및 유량계의 정보에 근거하여 변화하는 유효흡입수두를 검출하고, 메인펌프의 유량 산출을 통해 필요흡입수두를 검출하며, 검출된 정보들에 근거하여 토출제어밸브, 우회제어밸브, 보조펌프장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

펌프시스템 및 그 제어방법{PUMP SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 상대적으로 유체의 송출능력이 큰 메인펌프의 동작시간을 늘려 유체의 송출시간을 단축할 수 있는 펌프시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
펌프시스템은 탱크 등에 저장된 유체를 이송하고자 하는 목적지로 압송하는 시스템이다. 대체로 유체의 송출을 위한 펌프와, 펌프의 흡입 측과 탱크를 연결하는 흡입배관 및 펌프의 토출 측으로부터 목적지로 연장되는 토출배관을 구비한다.
펌프가 유체를 송출하기 위해서는 필요흡입수두(NPSHr: Net Positive Suction Head Required, 동작을 위해 펌프의 흡입 측에 요구되는 최소 압력)를 만족시켜야 한다. 즉 설치환경(펌프위치, 흡입관경, 배관길이 등)에 의해 결정되는 유효흡입수두(NPSHa: Net Positive Suction Head Available)가 펌프의 필요흡입수두보다는 커야 한다. 통상적으로 펌프의 동작을 위한 유효흡입수두는 필요흡입수두 + 0.6m, 또는 필요흡입수두 x 1.3 이상이 되어야 하는 것으로 보고 있다.
한편, 탱크 등에 저장된 유체는 유체의 송출이 진행됨에 따라 레벨(level)이 낮아지는데, 유체레벨이 낮아지면 유효흡입수두(NPSHa)도 낮아진다. 따라서 탱크의 유체레벨이 특정레벨 이하로 내려가면 펌프가 동작하더라도 유체의 송출이 불가능해지는 상황이 발생할 수 있다. 유효흡입수두가 필요흡입수두보다 낮아지기 때문이다.
이러한 경우 펌프시스템에서는 펌프의 송출유량을 줄이는 방식으로 더 낮은 레벨까지 유체의 송출을 구현하기도 한다. 펌프의 송출유량이 적어지면, 유효흡입수두(NPSHa)는 높아지고, 펌프의 필요흡입수두(NPSHr)는 낮아져 운전 가능한 조건이 되기 때문이다. 하지만, 통상적인 펌프는 동작을 위한 최소 송출유량이 정상 동작 시 송출유량(Normal Flowrate)의 약 30% 수준이기 때문에 무한정 송출유량을 줄여가며 운전을 계속할 수는 없다.
따라서 종래 펌프시스템은 보다 낮은 레벨에서도 유체의 송출을 구현하기 위해 송출유량이 적지만 흡입수두의 변화에 거의 영향을 받지 않는 보조펌프장치를 더 구비하기도 한다. 탱크 내 잔여유체의 송출을 위해 보조펌프장치를 이용하는 것이다.
그러나 보조펌프장치는 유체의 송출능력이 메인펌프에 비하여 현저히 떨어지기 때문에 이를 이용하여 탱크 내 유체를 모두 송출하기 까지 과도한 시간이 소요된다. 예를 들면, 선박의 밸러스트 시스템에 채용된 펌프시스템의 경우 밸러스트수를 모두 배출시키기 위한 전체 운전시간의 절반 이상이 보조펌프장치의 운전에 소요되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시 예는 상대적으로 유체의 송출능력이 큰 메인펌프의 동작시간을 늘려 전체 유체의 송출시간을 단축할 수 있도록 하는 펌프시스템 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유체가 저장되는 탱크; 상기 탱크의 유체를 흡입하여 송출하는 메인펌프; 상기 탱크와 상기 메인펌프의 흡입 측을 연결하는 흡입배관; 상기 메인펌프의 토출 측으로부터 연장되는 토출배관; 상기 토출배관에 설치되어 유로의 개방을 조절하는 토출제어밸브; 상기 토출제어밸브 하류의 상기 토출배관에 설치된 유량계; 상기 토출제어밸브 상류의 상기 토출배관으로부터 연장되어 상기 흡입배관에 연결되는 우회배관; 상기 우회배관에 설치되어 유로의 개방을 조절하는 우회제어밸브; 상기 메인펌프의 흡입 측과 토출 측에 각각 설치되어 압력을 감지하는 흡입 및 토출압력센서; 상기 탱크의 유체레벨이 상기 메인펌프의 동작조건 이하로 내려갈 때 상기 메인펌프를 우회하도록 상기 메인펌프 상류의 흡입배관과 상기 유량계 상류의 토출배관을 연결하여 유체의 송출을 구현하는 보조펌프장치; 및 상기 탱크의 유체레벨 및 상기 유량계의 정보에 근거하여 변화하는 유효흡입수두를 검출하고, 상기 메인펌프의 유량 산출을 통해 필요흡입수두를 검출하며, 검출된 정보들에 근거하여 상기 토출제어밸브, 상기 우회제어밸브, 상기 보조펌프장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 펌프시스템이 제공될 수 있다.
상기 보조펌프장치는 상기 우회배관이 연결되는 지점 상류의 상기 흡입배관으로부터 연장되어 상기 유량계 하류의 상기 토출배관에 연결되며 제1개폐밸브를 갖춘 제1보조배관과, 상기 제1개폐밸브 하류의 상기 제1보조배관에 설치된 이덕터와, 외부의 유도유체주입부로부터 연장되어 상기 이덕터의 유체주입부에 연결되며 제2개폐밸브를 갖춘 제2보조배관을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 따른 펌프시스템의 제어방법에 있어서, (a) 상기 메인펌프를 정상 가동시키는 단계; (b) 상기 탱크의 유체레벨이 제1설정레벨 미만으로 내려가면, 변화하는 유효흡입수두(NPSHa)가 상기 메인펌프의 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)보다 큰 조건을 유지하도록 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 메인펌프 동작을 위한 최소유량에 이르기까지 상기 토출제어밸브의 개방정도를 점차 감소시키는 방식으로 제어하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 메인펌프 동작을 위한 최소유량 미만으로 판단되면, 변화하는 유효흡입수두(NPSHa)가 상기 메인펌프의 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)보다 큰 조건을 유지하도록 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 보조펌프장치의 송출유량에 이르기까지 상기 우회제어밸브의 개방을 점차 증대시키고 상기 토출제어밸브의 개방을 점차 줄이는 방식으로 제어하는 단계; 및 (d) 상기 단계(c)에서 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 보조펌프장치의 송출 유량 미만으로 판단되면, 상기 메인펌프 대신 상기 보조펌프장치를 가동시키는 단계를 포함하는 펌프시스템의 제어방법이 제공될 수 있다.
상기 (b)단계는 상기 흡입 및 토출압력센서의 감지에 의해 산출되는 상기 메인펌프의 유량에 근거하여 필요흡입수두를 계산하고, 계산된 필요흡입수두와 유효흡입수두를 비교 판단하는 단계; 필요흡입수두가 유효흡입수두보다 큰 것으로 판단되면 상기 토출제어밸브의 개방을 더 감소시키는 단계; 필요흡입수두가 유효흡입수두보다 작은 것으로 판단되면 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 메인펌프의 동작을 위한 최소유량 미만인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (c)단계는 상기 흡입 및 토출압력센서의 감지에 의해 산출되는 상기 메인펌프의 유량에 근거하여 필요흡입수두를 계산하고, 계산된 필요흡입수두와 유효흡입수두를 비교 판단하는 단계; 필요흡입수두가 유효흡입수두보다 큰 것으로 판단되면 상기 우회제어밸브의 개방을 더 증대시키고 상기 토출제어밸브의 개방을 유지 및 감소시키는 단계; 필요흡입수두가 유효흡입수두보다 작은 것으로 판단되면 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 보조펌프장치의 송출유량 미만인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (d)단계 후에는 상기 탱크의 유체레벨이 제2설정레벨 미만인지를 판단하고, 상기 탱크의 유체레벨이 제2설정레벨 이상이면 상기 보조펌프장치의 동작을 유지하고 상기 탱크의 유체레벨이 제2설정레벨 미만이면 동작을 종료하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 펌프시스템은 우회배관을 통해 토출유체의 일부를 메인펌프의 흡입 측으로 우회시키는 방식으로 상대적으로 유체의 송출용량이 큰 메인펌프의 동작시간을 늘리고 상대적으로 송출용량이 작은 보조펌프장치의 동작시간을 최소화할 수 있기 때문에 탱크의 유체를 모두 송출하기까지 걸리는 시간을 종래보다 현저히 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 펌프시스템의 개략적인 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 펌프시스템의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 펌프시스템의 동작에 따른 탱크의 유체레벨 변화추이를 나타낸 그래프이다.
도 4는 통상의 펌프시스템 동작에 따른 탱크의 유체레벨 변화 추이를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 펌프시스템을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 펌프시스템은 물이나 기름 등의 유체가 저장되는 탱크(10)와, 탱크(10)의 유체를 흡입하여 원하는 목적지로 송출하는 메인펌프(20)와, 탱크(10)와 메인펌프(20)의 흡입 측을 연결하는 흡입배관(21), 그리고 메인펌프(20)의 토출 측으로부터 유체 송출을 위한 목적지로 연장되는 토출배관(22)을 포함한다.
흡입배관(21)은 탱크(10)의 내부로 진입한 상태에서 탱크(10)의 바닥과 근접하는 위치까지 연장된다. 토출배관(22)에는 유로의 개방정도를 조절하여 토출배관(22)을 통하여 송출되는 유량을 조절할 수 있는 토출제어밸브(23)가 설치되고, 토출제어밸브(23) 하류 측에서 토출되는 유량을 감지할 수 있는 유량계(24)가 설치된다. 또 메인펌프(20)의 흡입 측과 인접하는 흡입배관(21)에는 메인펌프(20) 흡입압력을 감지하는 흡입압력센서(25)가 설치되고, 메인펌프(20)의 토출 측과 인접하는 토출배관(22)에는 메인펌프(20)의 토출압력을 감지하는 토출압력센서(26)가 설치된다.
또 펌프시스템은 토출제어밸브(23) 상류의 토출배관(22)으로부터 연장되어 흡입압력센서(25) 상류의 흡입배관(21)에 연결되는 우회배관(31)과, 유로의 개방정도를 조절하기 위해 우회배관(31)에 설치된 우회제어밸브(32)를 포함한다. 우회배관(31)은 메인펌프(20)에서 토출되는 유체를 메인펌프(20)의 흡입 측으로 되돌려 보낼 수 있고, 우회제어밸브(32)는 유로의 개방을 조절함으로써 메인펌프(20) 흡입 측으로 되돌려 보내지는 유량을 조절할 수 있다.
또 펌프시스템은 탱크(10)의 유체레벨이 메인펌프(20)의 동작조건 이하로 내려갈 경우 흡입배관(21)의 유체가 메인펌프(20)를 우회하여 토출배관(22) 쪽으로 송출될 수 있도록 메인펌프(20) 상류의 흡입배관(21)과 유량계(24) 하류의 토출배관(22)을 연결하여 유체의 송출을 구현하는 보조펌프장치(40)를 구비한다. 유체의 송출을 진행함에 따라 탱크(10) 내부의 유체레벨이 낮아져 메인펌프(20)를 이용한 유체의 송출이 한계에 도달할 경우, 탱크(10) 내부의 잔여 유체를 보조펌프장치(40)를 이용하여 송출할 수 있도록 한 것이다.
보조펌프장치(40)는 우회배관(31)이 연결되는 지점 상류의 흡입배관(21)으로부터 연장되어 유량계(24) 상류의 토출배관(22)에 연결되며 중도에 유로의 개폐를 위한 제1개폐밸브(42)가 설치된 제1보조배관(41)과, 제1개폐밸브(42) 하류의 제1보조배관(41)에 설치된 이덕터(43)와, 외부의 유도유체주입부(46)으로부터 연장되어 이덕터(43)의 유체주입부에 연결되며 중도에 유로의 개폐를 위한 제2개폐밸브(45)를 갖춘 제2보조배관(44)을 포함할 수 있다. 여기서 유도유체주입부(46)는 외부로부터 이덕터(43)로 유도유체를 공급하는 것으로 소형 펌프나 다른 형태의 유체공급수단을 포함할 수 있다.
도 1은 보조펌프장치(40)의 일 예로써 이덕터(43)와 유도유체주입부(46)를 포함하는 형태를 제시하고 있지만, 보조펌프장치의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 보조펌프장치는 도면에 나타내지는 않았지만, 우회배관(31)이 연결되는 지점 상류의 흡입배관(21)으로부터 연장되어 유량계(24) 상류의 토출배관(22)에 연결되며 개폐밸브를 갖춘 보조배관과, 이 개폐밸브 상류의 보조배관에 설치되어 유체의 송출을 구현하며 송출유량 및 필요흡입수두(NPSHr) 값이 메인펌프(20)보다 작은 펌프를 포함하는 형태일 수도 있다. 즉 이덕터(43)와 같은 구성이 배제될 수도 있다.
도 1에서 부호 27은 흡입배관(21)에 설치되어 유로를 개폐함으로써 탱크(10)의 유체가 메인펌프(20) 쪽으로 흐르는 것을 차단하거나 메인펌프(20) 쪽으로 흐르도록 개방할 수 있는 개폐밸브이다. 또 부호 11은 탱크(10)에 설치되어 탱크(10) 내에 저장된 유체의 레벨을 감지하는 레벨감지장치이다.
또 본 실시 예에 따른 펌프시스템은 레벨감지장치(11)에 의한 탱크(10)의 유체레벨 및 유량계(24)의 검출정보에 근거하여 변화하는 유효흡입수두(NPSHa)를 검출하고, 메인펌프(20)의 유량 산출을 통해 필요흡입수두(NPSHrc)를 검출하며, 검출된 정보들에 기초하여 토출제어밸브(23), 우회제어밸브(32), 보조펌프장치(40)의 동작을 제어하는 제어부(50)를 포함한다. 그 밖에도 제어부(50)는 메인펌프(20), 유도유체주입부(46), 흡입배관(21)에 설치된 개폐밸브(27)의 동작을 제어할 수 있고, 보조펌프장치(40)의 제1 및 제2개폐밸브(42,45)의 동작을 제어할 수 있다.
다음은 도 2의 흐름도를 참조하면서 본 실시 예에 따른 펌프시스템의 동작을 위한 제어방법에 대해 설명한다.
펌프시스템의 동작초기에는 도 1에 도시한 예처럼 탱크(10) 내부의 유체 레벨이 상대적으로 높은 상태로 유지될 수 있다. 따라서 이 상태에서는 메인펌프(20)의 흡입 측에 작용하는 유효흡입수두(HPSHa) 값이 메인펌프(20)의 필요흡입수두(NPSHr) 값보다 높게 유지될 수 있으므로, 제어부(50)가 메인펌프(20)를 정상 가동시킬 수 있다(61).
즉 제어부(50)는 탱크(10)의 유체레벨, 메인펌프(20)의 설치위치, 메인펌프(20)의 흡입관경, 흡입배관(21)의 길이 등의 정보에 기초하여 유효흡입수두(NPSHa)를 산출하고, 이러한 유효흡입수두 값이 정상가동 조건에서 메인펌프(20)의 필요흡입수두(NPSHr) 값보다 높은지 판단(메인펌프가 정상적으로 가동할 수 있는 조건인지를 판단)하여 메인펌프(20)가 정상적으로 동작할 수 있는 조건일 경우 메인펌프(20)를 정상적으로 동작시킬 수 있다(61). 여기서 메인펌프(20)를 정상적으로 동작시킨다는 것은 메인펌프(20)가 설계된 정상유량을 충분히 송출할 수 있는 조건으로 가동됨을 의미한다. 이처럼 메인펌프(20)를 정상적으로 가동시켜 유체를 송출하면, 메인펌프(20)의 송출유량이 상대적으로 크기 때문에 탱크(10)의 유체를 빠르게 송출할 수 있다.
메인펌프(20)를 정상 가동시켜 유체를 송출시키는 동안 제어부(50)는 탱크(10)의 유체레벨이 제1설정레벨(h1) 미만으로 내려갔는지를 판단한다(62). 그리고 탱크(10)의 유체레벨이 제1설정레벨(h1) 이상으로 판단되면 메인펌프(20)를 계속 정상 동작시키고, 탱크(10)의 유체레벨이 제1설정레벨(h1) 미만으로 판단되면 토출제어밸브(23)를 제어하여 토출제어밸브(23)의 개방을 감소시킨다(63). 즉 메인펌프(20)의 송출유량을 줄인다.
여기서 제1설정레벨(h1)이란, 메인펌프(20)의 동작에 의해 탱크(10) 내부의 유체레벨이 낮아짐으로 인해 유효흡입수두(NPSHa)가 필요흡입수두(NPSHr)보다 낮아져 메인펌프(20)의 정상운전이 어렵게 되는 유체레벨로, 메인펌프(20) 사양, 펌프시스템의 설치조건 등에 기초하여 미리 설정되는 유체레벨일 수 있다.
단계 63에서 토출제어밸브(23)의 개방을 감소시켜 메인펌프(20)의 송출유량을 줄이면, 유효흡입수두(NPSHa)는 높아지고 메인펌프(20)의 필요흡입수두(NPSHr)는 낮아지게 되므로 송출유량이 다소 줄더라도 메인펌프(20)의 운전은 계속할 수 있는 상태가 된다. 이 상태에서 제어부(50)는 탱크(10)의 유체레벨과 유량계(24)의 송출유량 등에 기초하여 변화된 유효흡입수두(NPSHa)를 계산하고, 메인펌프(20) 흡입 측과 토출 측에 각각 설치된 흡입압력센서(25)와 토출압력센서(26)의 정보를 통해 산출되는 메인펌프(20)의 유량에 근거하여 변화된 필요흡입수두(NPSHrc)를 계산하며, 유효흡입수두(NPSHa)가 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)보다 높은 상태를 유지하는지 판단한다(64). 여기서 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)는 메인펌프(20)의 송출유량 감소에 대응하여 변화되는 필요흡입수두 값을 의미한다.
단계 64에서 유효흡입수두(NPSHa)가 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)보다 높으면, 메인펌프(20)의 동작을 유지하는 가운데 유량계(24)에 의해 검출되는 토출유량이 메인펌프(20)의 동작이 유지될 수 있는 최소유량보다 적은지 여부를 판단한다(65). 이때 메인펌프(20)의 토출유량이 메인펌프(20)의 동작을 위한 최소유량 이상이면 그 상태로 메인펌프(20)의 동작을 유지한다. 여기서 메인펌프(20)의 최소유량은 메인펌프(20)의 동작을 유지하기 위한 최소 송출유량으로, 통상 메인펌프(20) 정상 동작 시 유량(Normal Flowrate)의 약 30%에 해당하는 유량을 의미하나 각각의 펌프에 따라 다를 수 있다.
단계 64에서 유효흡입수두(NPSHa)가 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)보다 높지 않은 것으로 판단되면, 제어부(50)는 토출제어밸브(23)의 개방을 유지 혹은 감소시킨다(63). 이를 위해 토출제어밸브(23)는 미리 설정된 값에 기초하여 유로의 단계적인 감소가 이루어지도록 제어될 수 있다. 그리고 이 상태에서 다시 단계 64를 수행한다.
이는 메인펌프(20)의 토출유량이 메인펌프(20) 동작을 위한 최소유량에 이르기까지 변화하는 유효흡입수두(NPSHa)가 메인펌프(20)의 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)보다 큰 조건을 유지하도록 토출제어밸브(23)의 개방정도를 점차 감소시키는 방식으로 제어함으로써 메인펌프(20)의 동작을 최대한 길게 유지하기 위함이다. 메인펌프(20)는 최소유량 범위까지 토출유량을 감소시키더라도 그 송출유량이 후술할 보조펌프장치(40)의 송출유량보다는 훨씬 크기 때문에 메인펌프(20)의 동작을 가급적 오래 유지하는 것이 탱크(10)의 유체 송출을 빠르게 하는데 유리하기 때문이다.
단계 65에서 메인펌프(20)의 토출유량이 메인펌프(20)의 최소유량 미만인 것으로 판단되면, 토출제어밸브(23) 제어를 통해 메인펌프(20)의 송출유량을 줄이는 방식으로 메인펌프(20)의 동작을 유지하는데 한계에 이른다. 따라서 제어부(50)는 우회제어밸브(32)를 개방시켜 메인펌프(20)에서 토출된 유체의 일부가 우회배관(31)을 통해 메인펌프의 흡입 측으로 공급되도록 한다(66). 즉 토출유량이 다소 줄더라도 토출되는 유체의 일부가 우회배관(31)을 통하여 메인펌프(20)의 흡입 측으로 공급되도록 함으로써 메인펌프(20)의 동작을 더 유지시킬 수 있다.
단계 66에서 우회제어밸브(32)의 개방할 때는 우회제어밸브(32)의 개방을 늘리는 만큼 토출제어밸브(23)의 개방을 감소시키므로 유량계(24)에 의해 검출되는 실질 송출유량은 더 감소하게 된다. 이 상태에서 제어부(50)는 흡입 및 토출압력센서(25,26)의 감지에 의해 산출되는 메인펌프(20)의 유량에 근거하여 필요흡입수두(NPSHrc)를 계산하고, 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)와 유효흡입수두(NPSHa)를 비교 판단한다(67). 그리고 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)가 유효흡입수두(NPSHa)보다 큰 것으로 판단되면 우회제어밸브(32)의 개방을 더 증대시키고 토출제어밸브(23)의 개방을 더 감소시키도록 제어하고, 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)가 유효흡입수두(NPSHa)보다 작은 것으로 판단되면 메인펌프(20)의 토출유량(유량계에 의해 검출되는 실질 송출유량)이 보조펌프장치(40)의 유량 미만인지를 판단한다(68).
단계 68에서 토출유량이 보조펌프장치(40)의 유량 이상인 것으로 판단되면, 단계67와 단계66를 수행하며 메인펌프(20)의 동작을 유지시키고, 단계 68에서 토출유량이 보조펌프장치(40)의 유량 미만인 것으로 판단되면, 메인펌프(20)의 동작을 중단시키고 대신 보조펌프장치(40)를 가동시킨다(69). 유량계(24)에 의해 검출되는 토출유량이 보조펌프장치(40)의 유량 미만일 경우에는 더 이상 메인펌프(20)를 가동시키는 것이 의미 없기 때문이다.
이후 보조펌프장치(40)의 동작은 탱크(10)의 유체레벨이 제2설정레벨(h2)에 이르기까지 계속하고 동작을 종료한다. 즉 제어부(50)는 탱크(10)의 유체레벨이 제2설정레벨(h2) 미만인지를 판단하고(70), 탱크(10)의 유체레벨이 제2설정레벨(h2) 이상이면 보조펌프장치(40)의 동작을 유지하고, 탱크(10)의 유체레벨이 제2설정레벨(h2) 미만이면 동작을 종료하도록 한다. 여기서 제2설정레벨(h2)은 펌프시스템을 이용해 유체를 송출할 수 있는 한계 레벨로 거의 탱크(10) 바닥에 근접하는 유체레벨일 수 있다.
도 3은 본 실시 예에 따른 펌프시스템의 동작에 따른 탱크의 유체레벨 변화 추이를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 A는 메인펌프(20)의 정상 가동에 의해 유체 송출이 이루어지는 구간이고, B는 토출제어밸브(23)의 개방을 점차 줄이는 방식으로 메인펌프(20)에 의한 유체송출을 구현하는 구간이다. C는 유량계(24)에 의해 검출되는 토출유량이 메인펌프(20) 동작을 위한 최소유량 미만인 상황에서 우회제어밸브(32)의 개방을 점차 증대시키고 토출제어밸브(23)의 개방을 점차 줄이는 방식으로 메인펌프(20)에 의한 유체송출을 구현하는 구간이다. D는 보조펌프장치(40)를 이용하여 유체의 송출을 구현하는 구간이다. 또 h1은 제1설정레벨, h2는 제2설정레벨을 나타낸다.
일 예로, 이러한 펌프시스템에서 메인펌프(20)의 정상 가동시 송출유량이 3000 m³/h 정도이고, 보조펌프장치(40)의 송출유량이 300 m³/h 정도라면, 도 3의 A구간에서는 3000 m³/h, B구간에서는 대략 1000~3000 m³/h, C구간에서는 300~1000 m³/h, 그리고 D구간에서는 300 m³/h의 유체송출을 구현할 수 있다.
이처럼 단계적인 유체의 송출을 구현하면, 송출용량이 큰 메인펌프(20)의 동작시간을 늘리고, 상대적으로 송출용량이 작은 보조펌프장치(40)의 동작시간을 최소화할 수 있게 되므로 탱크(10)의 유체를 모두 송출하기까지 걸리는 시간을 현저히 단축할 수 있다. 특히 본 실시 예의 펌프시스템은 C구간에서 우회배관(31)을 통해 토출유체의 일부를 메인펌프(20)의 흡입 측으로 우회시키는 방식으로 메인펌프(20)의 동작조건을 유지시키는 가운데 메인펌프(20)를 이용하여 보조펌프장치(40)의 송출유량보다 큰 용량으로 유체의 송출을 구현하기 때문에 유체의 송출시간을 단축할 수 있다.
도 4는 통상의 펌프시스템 동작에 따른 탱크의 유체레벨 변화 추이를 나타낸 그래프로, 본 실시 예와 비교하기 위해 나타낸 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 기존 펌프시스템에서 메인펌프의 정상동작에 의해 유체송출을 구현하는 A구간과, 유체송출량을 감소시키는 B구간의 경우 본 실시 예와 큰 차이가 없다. 하지만, 기존 펌프시스템은 D'구간, 즉 B구간 이후 제2설정레벨(h2)에 이르기까지 유체의 송출용량이 적은 보조펌프장치를 이용하여 유체의 송출을 구현하기 때문에 탱크의 유체를 모두 송출하기까지 과도한 시간이 소요된다. 제1설정레벨(h1)에서 제2설정레벨(h2)까지 유체의 송출을 구현하는데, 본 실시 예의 두 배에 가까운 시간이 걸린다.
10: 탱크, 11: 레벨감지장치,
20: 메인펌프, 21: 흡입배관,
22: 토출배관, 23: 토출제어밸브,
24: 유량계, 25: 흡입압력센서,
26: 토출압력센서, 31: 우회배관,
32: 우회제어밸브, 40: 보조펌프장치,
41: 제1보조배관, 42: 제1개폐밸브,
43: 이덕터, 44: 제2보조배관,
45: 제2개폐밸브, 46: 유도유체주입부,
50: 제어부.

Claims (6)

  1. 유체가 저장되는 탱크;
    상기 탱크의 유체를 흡입하여 송출하는 메인펌프;
    상기 탱크와 상기 메인펌프의 흡입 측을 연결하는 흡입배관;
    상기 메인펌프의 토출 측으로부터 연장되는 토출배관;
    상기 토출배관에 설치되어 유로의 개방을 조절하는 토출제어밸브;
    상기 토출제어밸브 하류의 상기 토출배관에 설치된 유량계;
    상기 토출제어밸브 상류의 상기 토출배관으로부터 연장되어 상기 흡입배관에 연결되는 우회배관;
    상기 우회배관에 설치되어 유로의 개방을 조절하는 우회제어밸브;
    상기 메인펌프의 흡입 측과 토출 측에 각각 설치되어 압력을 감지하는 흡입 및 토출압력센서;
    상기 탱크의 유체레벨이 상기 메인펌프의 동작조건 이하로 내려갈 때 상기 메인펌프를 우회하도록 상기 메인펌프 상류의 흡입배관과 상기 유량계 상류의 토출배관을 연결하여 유체의 송출을 구현하는 보조펌프장치; 및
    상기 탱크의 유체레벨 및 상기 유량계의 정보에 근거하여 변화하는 유효흡입수두(NPSHa)를 검출하고, 상기 메인펌프의 유량 산출을 통해 필요흡입수두(NPSHrc)를 검출하며, 검출된 정보들에 근거하여 상기 토출제어밸브, 상기 우회제어밸브, 상기 보조펌프장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 펌프시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조펌프장치는
    상기 우회배관이 연결되는 지점 상류의 상기 흡입배관으로부터 연장되어 상기 유량계 상류의 상기 토출배관에 연결되며 제1개폐밸브를 갖춘 제1보조배관;
    상기 제1개폐밸브 하류의 상기 제1보조배관에 설치된 이덕터; 및
    외부의 유도유체주입부로부터 연장되어 상기 이덕터의 유체주입부에 연결되며 제2개폐밸브를 갖춘 제2보조배관을 포함하는 펌프시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 따른 펌프시스템의 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 메인펌프를 정상 가동시키는 단계;
    (b) 상기 탱크의 유체레벨이 제1설정레벨 미만으로 내려가면, 변화하는 유효흡입수두(NPSHa)가 상기 메인펌프의 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)보다 큰 조건을 유지하도록 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 메인펌프 동작을 위한 최소유량에 이르기까지 상기 토출제어밸브의 개방정도를 점차 감소시키는 방식으로 제어하는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)에서 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 메인펌프 동작을 위한 최소유량 미만으로 판단되면, 변화하는 유효흡입수두(NPSHa)가 상기 메인펌프의 계산된 필요흡입수두(NPSHrc)보다 큰 조건을 유지하도록 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 보조펌프장치의 송출유량에 이르기까지 상기 우회제어밸브의 개방을 점차 증대시키고 상기 토출제어밸브의 개방을 점차 줄이는 방식으로 제어하는 단계; 및
    (d) 상기 단계(c)에서 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 보조펌프장치의 송출 유량 미만으로 판단되면, 상기 메인펌프 대신 상기 보조펌프장치를 가동시키는 단계를 포함하는 펌프시스템의 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (b)단계는
    상기 흡입 및 토출압력센서의 감지에 의해 산출되는 상기 메인펌프의 유량에 근거하여 필요흡입수두를 계산하고, 계산된 필요흡입수두와 유효흡입수두를 비교 판단하는 단계;
    필요흡입수두가 유효흡입수두보다 큰 것으로 판단되면 상기 토출제어밸브의 개방을 더 감소시키는 단계;
    필요흡입수두가 유효흡입수두보다 작은 것으로 판단되면 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 메인펌프의 동작을 위한 최소유량 미만인지를 판단하는 단계를 포함하는 펌프시스템의 제어방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 (c)단계는
    상기 흡입 및 토출압력센서의 감지에 의해 산출되는 상기 메인펌프의 유량에 근거하여 필요흡입수두를 계산하고, 계산된 필요흡입수두와 유효흡입수두를 비교 판단하는 단계;
    필요흡입수두가 유효흡입수두보다 큰 것으로 판단되면 상기 우회제어밸브의 개방을 더 증대시키고 상기 토출제어밸브의 개방을 유지 및 감소시키는 단계;
    필요흡입수두가 유효흡입수두보다 작은 것으로 판단되면 상기 메인펌프의 토출유량이 상기 보조펌프장치의 송출유량 미만인지를 판단하는 단계를 포함하는 펌프시스템의 제어방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 (d)단계 후, 상기 탱크의 유체레벨이 제2설정레벨 미만인지를 판단하고, 상기 탱크의 유체레벨이 제2설정레벨 이상이면 상기 보조펌프장치의 동작을 유지하고, 상기 탱크의 유체레벨이 제2설정레벨 미만이면 동작을 종료하도록 제어하는 단계를 포함하는 펌프시스템의 제어방법.
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