KR101480860B1 - 유압 펌프 유량 측정 장치 및 방법 - Google Patents

유압 펌프 유량 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 펌프의 유량을 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유압 펌프 유량 측정 장치는 유압 펌프로부터 토출되는 작동 유체가 이동하는 출력 배관의 일측에 설치되어 출력 배관을 폐쇄하기 위한 스톱 밸, 유압 펌프와 스톱 밸브 사이의 출력 배관의 일측에 연결되는 압력 센서, 압력 센서에 의해 측정된 출력 배관 내의 작동 유체 압력을 처리하여 유압 펌프의 토출 유량을 계산하는 데이터 처리부, 및 데이터 처리부에 의해 계산된 토출 유량을 표시하는 표시부를 포함한다. 데이터 처리부는 스톱 밸브가 잠기고 유압 펌프가 가동된 이후의 어느 두 시점(t1, t2)들에서 압력 센서에 의해 측정된 출력 배관 내의 압력(P1, P2)들로부터 출력 배관 내의 작동 유체 압력 상승률(P')을 계산하고, 계산된 작동 유체 압력 상승률(P')와 데이터 처리부에 미리 저장되어 있는 출력 배관의 체적(V) 및 작동 유체의 체적 탄성 계수(β)로부터 유압 펌프의 토출 유량(Q)을 계산한다.

Description

유압 펌프 유량 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING FLOW RATE OF HYDRAULIC PUMP}
본 발명은 제철소 등에 설치된 유압 시스템의 유압 펌프에 관한 것이고, 구체적으로는 유압 시스템으로부터 유압 펌프를 분리하지 않고도 유압 펌프의 유량을 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철소와 같은 대형 플랜트에서는 작업 환경에 따라 요구되는 강력한 힘을 제공하기 위해서, 대용량 유압 펌프를 구비한 유압 시스템을 사용하고 있다.
이러한 유압 시스템의 대용량 유압 펌프에 있어서, 유압 펌프의 효율이 저하되어 토출 유량이 적어지거나 고장이 나는 경우에는 시스템 전체의 압력 저하로 인해 라인이 정지됨으로써 작업에 막대한 지장이 초래될 수 있다. 이에 따라, 유압 펌프의 토출 유량을 측정하고 그 효율을 파악하는 것은 플랜트의 정상 가동을 위해서 필수 불가결한 일이다.
종래에는 유압 펌프의 토출 유량을 측정하기 위해서 유압 펌프를 유압 시스템으로부터 분리하여 별도로 마련된 전용 측정 장치에서 유량계를 이용하여 측정하거나, 혹은 드문 경우이기는 하지만 유압 시스템에 직접 유량계를 설치하여 온라인으로 측정하는 방법을 사용하고 있다.
그런데, 전용 측정 장치를 이용하여 유압 펌프의 토출 유량을 측정하는 경우에는, 측정한 유압 펌프를 유압 시스템으로부터 분리하였다가 측정이 완료된 후에 다시 유압 시스템에 설치하는 시간과 비용이 상당하다는 문제가 있다. 또한, 유압 펌프를 측정하기 위해 유압 시스템으로부터 분리한 동안에는 라인을 정지시켜야 하는 문제가 있다.
한편, 유압 시스템에 직접 유량계를 설치하는 경우에는, 대용량 고압의 유압 펌프용으로 매우 고가인 유량계를 각각의 유압 펌프마다 하나씩 설치해야 하므로 상당한 비용이 소요되고, 유량계가 파손되는 경우에는 추가적인 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 제철소의 열연, 냉연 등의 라인에서 사용되는 대용량의 유압 펌프에 유량계를 설치하는 것은 실질적으로 불가능하다.
위와 같은 사정을 감안하여 안출된 본 발명은 유압 펌프를 유압 시스템으로부터 분리하거나 혹은 유량계를 유압 시스템에 설치하지 않고서도 간편하게 유압 펌프의 토출 유량을 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유압 펌프로부터 토출되는 작동 유체가 이동하는 출력 배관의 일측에 설치되어 출력 배관을 폐쇄하기 위한 스톱 밸브, 유압 펌프와 스톱 밸브 사이의 출력 배관의 일측에 연결되는 압력 센서, 압력 센서에 의해 측정된 출력 배관 내의 작동 유체 압력을 처리하여 유압 펌프의 토출 유량을 계산하는 데이터 처리부, 및 데이터 처리부에 의해 계산된 토출 유량을 표시하는 표시부를 포함하는 유압 펌프 유량 측정 장치를 제공한다. 데이터 처리부는 스톱 밸브가 잠기고 유압 펌프가 가동된 이후의 어느 두 시점(t1, t2)들에서 압력 센서에 의해 측정된 출력 배관 내의 압력(P1, P2)들로부터 출력 배관 내의 작동 유체 압력 상승률(P')을 계산하고, 계산된 작동 유체 압력 상승률(P')와 데이터 처리부에 미리 저장되어 있는 출력 배관의 체적(V) 및 작동 유체의 체적 탄성 계수(β)로부터 유압 펌프의 토출 유량(Q)을 계산한다.
바람직하게는, 데이터 처리부는 계산된 유압 펌프의 토출 유량(Q)을 미리 저장된 기준 유량(Qs)과 비교하여 유압 펌프의 효율을 판단하고, 이를 표시부를 통해 표시하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 유압 펌프 유량 측정 장치는 유압 펌프의 토출 유량(Q)이 기준 유량(Qs)보다 작을 경우 이를 알리기 위한 경고등 및/또는 경음기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 데이터 처리부와 표시부는 압력 센서로부터 원격지에 위치될 수 있다. 이 경우, 압력 센서에서 측정된 압력 데이터는 유선 또는 무선을 통해 데이터 처리부로 전달될 수 있다.
또한, 본 발명은 유압 펌프의 출구와 연결된 출력 배관을 유압 펌프의 출구와 이격된 한 지점에서 폐쇄하는 단계, 유압 펌프를 가동시키는 단계, 얍력 센서를 이용하여 서로 다른 두 시점(t1, t2)에서의 출력 배관 내의 작동 유체 압력(P1, P2)들을 측정하는 단계, 두 시점(t1, t2)들 간의 시간 간격(Δt)과 측정된 압력(P1, P2)들을 이용하여 데이터 처리부에서 출력 배관 내의 압력 상승률(P')을 계산하는 단계, 계산된 압력 상승률(P')와 데이터 처리부에 미리 저장된 출력 배관의 체적(V) 및 작동 유체의 체적 탄성 계수(β)를 이용하여 데이터 처리부에서 토출 유량(Q)을 계산하는 단계, 및 계산된 토출 유량(Q)을 표시부를 통해 표시하는 단계를 포함하는 유압 펌프 유량 측정 방법을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 유압 펌프 유량 측정 방법은 계산된 토출 유량(Q)을 미리 정해진 기준 유량(Qs)과 비교하여 유압 펌프의 효율을 판단하는 단계, 및 판단된 유압 펌프의 효율을 표시부를 통해 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 유압 펌프 유량 측정 방법은, 작동 유체 압력(P1, P2)들을 측정하는 단계 후에 그리고 압력 상승률(P')을 계산하는 단계 전에, 측정된 유체 압력(P1, P2)들을 유선 또는 무선으로 압력 센서로부터 데이터 처리부로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 유압 시스템으로부터 분리하거나 혹은 유량계를 유압 시스템에 설치하지 않고서도 간편하게 유압 펌프의 토출 유량을 측정할 수 있다. 또한, 이에 따라 유압 펌프의 효율도 간편하게 측정할 수 있어 유압 펌프의 효율 저하로 인한 라인의 정지를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 유량 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 유량 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 유압 펌프의 토출 유량을 측정하기 위해서 고가이며 고장시 추가 문제를 일으킬 수도 있는 유량계를 사용하는 대신, 가격이 저렴하고 고장도 잘 나지 않는 압력 센서를 이용한다.
일반적으로 압력의 상승률, 즉 단위시간 당 압력 증가율은 유체의 압축률(체적탄성계수), 유체가 저장되어 있는 공간(예컨대, 배관), 및 공간으로 유입되는 유량의 세 가지 요소에 의해 정해진다는 것이 알려져 있다.
이 중에서 압축률은 작동 유체의 고유한 값으로, 작동 유체의 종류에 따라 이미 알려져 있는 값이다. 압력 상승률은 이 체적 탄성계수에 비례한다.
그리고 공간의 체적, 본 실시예에서는 유압 펌프의 출력 배관의 체적은 하나의 시스템이 결정되면 이에 따라 정해지는 것이기 때문에 그 값도 고정되어 있으며 쉽게 구할 수 있는 것이다. 압력 상승률은 공간의 체적에 반비례한다.
또한, 압력 상승률은 유량에 비례한다. 따라서, 거꾸로 압력 상승률을 알면 출력 배관에 유입되는 작동 유체의 유량, 즉 유압 펌프의 토출 유량을 계산할 수 있다. 즉, 유압 펌프의 토출 유량(Q)는 다음의 식,
Q = P' × (V / β)
를 이용하여 구할 수 있다. 여기서, P'은 압력 상승률로서 P' = ΔP / Δt (ΔP는 압력차, Δt는 시간)로 얻어지고, V는 출력 배관의 체적, 그리고 β는 작동 유체의 체적 탄성 계수이다.
이와 같이, 압력 센서를 이용하여 토출 배관 내의 압력 상승률을 측정함으로써, 별도의 유량계를 사용하지 않고서도 유압 펌프의 토출 유량을 측정하고 이를 바탕으로 펌프의 효율을 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 유량 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 유량 측정 장치는 스톱 밸브(10), 압력 센서(20), 신호 변환부(30), 데이터 처리부(40) 및 표시부(50)를 포함한다.
스톱 밸브(10)는 유압 펌프(1)로부터 토출되는 작동 유체가 이동하는 출력 배관(3)의 일측에 설치되며, 유량 측정시 출력 배관(3)을 폐쇄시키는 역할을 한다.
압력 센서(20)는 출력 배관(3)의 일측에, 구체적으로는 유압 펌프(1)와 스톱 밸브(10) 사이의 출력 배관(3)의 일측에 연결되어 출력 배관(3) 내부의 작동 유체 압력을 측정한다.
신호 변환부(30)는 압력 센서(20)에 의해 측정된 압력 데이터를 데이터 처리부(40)에서 처리할 수 있는 디지털 형태의 신호로 변환하여 이를 데이터 처리부(40)에 전달한다. 경우에 따라서는 신호 변화부가 데이터 처리부(40) 내에 통합될 수도 있다.
데이터 처리부(40)는 신호 변환부(30)로부터 전달된 압력 데이터를 처리하여 유압 펌프(1)의 토출 유량을 계산하고, 이 토출 유량을 기준 유량과 비교하여 유압 펌프(1)의 효율을 판단한다.
표시부(50)는 데이터 처리부(40)에 의해 처리된 결과를 작업자가 알아볼 수 있는 형태로 표시한다.
신호 변환부(30), 데이터 처리부(40) 및 표시부(50)는 유압 시스템의 유압 펌프(1) 근처에 설치될 수도 있지만, 유압 펌프(1)로부터 멀리 떨어진, 예를 들면 중앙 통제실과 같은 원격지에 설치되어 압력 센서(20)로부터의 압력 데이터를 온라인으로 수신하여 처리할 수도 있다. 압력 센서(20)로부터 신호 변환부(30)로의 신호 전달은 유선 또는 무선으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 유량 측정 장치는 유압 펌프(1)의 유량이 기준 유량 이하로 내려갈 경우에 이를 작업자에게 알릴 수 있는 경고등 또는 경음기를 더 포함할 수도 있다. 한편, 도면에서 미설명 부호 2는 유압 펌프를 구동하는 구동 모터이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 펌프 유량 측정 장치의 작동, 즉 유량 측정 방법을 설명한다.
우선, 스톱 밸브(10)를 작동시켜서 출력 배관(3)을 폐쇄한다(S1). 이에 따라, 출력 배관(3)의 내부 체적(V)이 정해진 값으로 고정된다. 즉, 출력 배관(3)의 체적(V)은 출력 배관(3)의 내경과 유압 펌프(1)의 출구에서부터 스톱 밸브(10)까지의 출력 배관(3)의 길이의 곱으로 정해진다. 이들은 모두 고정된 치수이므로, 출력 배관(3)의 체적(V)은 데이터 처리부(40)에 미리 저장되어 있다. 또한, 해당 유압 시스템에서 사용되는 작동 유체의 종류도 정해져 있기 때문에, 작동 유체의 체적 탄성 계수(β) 역시 미리 데이터 처리부(40)에 저장되어 있다.
그리고 나서, 유압 펌프(1)를 가동시킨다(S2). 그러면, 유압 펌프(1)로부터 토출되는 작동 유체로 인해 출력 배관(3) 내의 압력이 상승된다.
이 과정에서, 출력 배관(3)에 연결된 압력 센서(20)를 이용하여 압력 상승의 어느 한 시점(t1)에서의 출력 배관(3) 내의 압력(P1)을 측정하고, t1에서 소정 시간이 경과한 시점(t2)에서의 출력 배관(3) 내의 압력(P2)을 측정한다(S3).
측정된 압력(P1, P2)들이 신호 변환부(30)를 거쳐서 데이터 처리부(40)로 입력되면, 데이터 처리부(40)에서는이 압력들의 차이(ΔP)와 t1과 t2 간의 시간 간격(Δt)으로부터 압력 상승률(P')을 계산한다(S4). 계산된 압력 상승률(P')와 데이터 처리부(40)에 저장되어 있는 출력 배관(3)의 체적(V) 및 작동 유체의 체적 탄성 계수(β)를 이용하여 토출 유량(Q)을 계산한다(S5).
토출 유량(Q)이 계산되면, 데이터 처리부(40)는 이를 표시부(50)를 통해 작업자가 인식할 수 있는 형태로 표시한다(S6). 추가적으로, 데이터 처리부(40)는 토출 유량(Q)을 데이터 처리부(40)에 미리 저장되어 있는 기준 유량(Qs)과 비교하여 유압 펌프(1)의 효율을 판단한다(S7). 데이터 처리부(40)는 판단 결과를 표시부(50)로 출력하는데, 토출 유량(Q)이 기준 유량(Qs)보다 크면 표시부(50)에는 유압 펌프(1)가 정상이라는 것을 나타내는 표식을 표시하고(S8), 토출 유량(Q)이 기준 유량(Qs)보다 작으면 표시부(50)에는 유압 펌프(1)가 비정상이라는 것을 나타내는 표식을 표시한다(S9). 따라서, 작업자는 표시부(50)에 표시된 내용을 보고 유압 펌프(1)가 정상 상태인지를 판단할 수 있다.
만일 경고등이나 경음기가 설치된 경우에는, 유압 펌프(1)의 효율이 낮아 비정상인 것으로 판단될 때 경고등이나 경음기를 통해 이를 작업자에게 알릴 수 있다.
또한, 압력 센서(20)와 신호 변환부(30)가 멀리 떨어져 있는 경우, 본 발명에 따른 방법은 압력 센서(20)에서 측정된 압력 데이터를 신호 변환부(30)로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 다양하게 본 발명을 개조, 변형 또는 응용하여 실시할 수 있을 것이다.
1: 유압 펌프 3: 출력 배관
10: 스톱 밸브 20: 압력 센서
30: 신호 변환부 40: 데이터 처리부
50: 표시부

Claims (8)

  1. 유압 펌프로부터 토출되는 작동 유체가 이동하는 출력 배관의 일측에 설치되어 출력 배관을 폐쇄하기 위한 스톱 밸브;
    유압 펌프와 스톱 밸브 사이의 출력 배관의 일측에 연결되는 압력 센서;
    압력 센서에 의해 측정된 출력 배관 내의 작동 유체 압력을 처리하여 유압 펌프의 토출 유량을 계산하는 데이터 처리부; 및
    데이터 처리부에 의해 계산된 토출 유량을 표시하는 표시부를 포함하며,
    데이터 처리부는 스톱 밸브가 잠기고 유압 펌프가 가동된 이후의 어느 두 시점(t1, t2)들에서 압력 센서에 의해 측정된 출력 배관 내의 압력(P1, P2)들로부터 출력 배관 내의 작동 유체 압력 상승률(P')을 계산하고, 계산된 작동 유체 압력 상승률(P')과 데이터 처리부에 미리 저장되어 있는 출력 배관의 체적(V) 및 작동 유체의 체적 탄성 계수(β)로부터 유압 펌프의 토출 유량(Q)을 계산하는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 유량 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    데이터 처리부는 계산된 유압 펌프의 토출 유량(Q)을 미리 저장된 기준 유량(Qs)과 비교하여 유압 펌프의 효율을 판단하고, 이를 표시부를 통해 표시하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유압 펌프 토출 유량 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    유압 펌프의 토출 유량(Q)이 기준 유량(Qs)보다 작을 경우 이를 알리기 위한 경고등 및/또는 경음기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 토출 유량 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    데이터 처리부와 표시부는 압력 센서로부터 원격지에 위치된 것을 특징으로 하는 유압 펌프 토출 유량 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    압력 센서에서 측정된 압력 데이터는 유선 또는 무선을 통해 데이터 처리부로 전달되는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 토출 유량 측정 장치.
  6. 유압 펌프의 출구와 연결된 출력 배관을 유압 펌프의 출구와 이격된 한 지점에서 폐쇄하는 단계;
    유압 펌프를 가동시키는 단계;
    얍력 센서를 이용하여 서로 다른 두 시점(t1, t2)에서의 출력 배관 내의 작동 유체 압력(P1, P2)들을 측정하는 단계;
    두 시점(t1, t2)들 간의 시간 간격(Δt)과 압력 센서에 의해 측정된 압력(P1, P2)들을 이용하여 데이터 처리부에서 출력 배관 내의 압력 상승률(P')을 계산하는 단계;
    계산된 압력 상승률(P')과 데이터 처리부에 미리 저장된 출력 배관의 체적(V) 및 작동 유체의 체적 탄성 계수(β)를 이용하여 데이터 처리부에서 토출 유량(Q)을 계산하는 단계; 및
    계산된 토출 유량(Q)을 표시부를 통해 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 유량 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    계산된 토출 유량(Q)을 미리 정해진 기준 유량(Qs)과 비교하여 유압 펌프의 효율을 판단하는 단계; 및
    판단된 유압 펌프의 효율을 표시부를 통해 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 유량 측정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    작동 유체 압력(P1, P2)들을 측정하는 단계 후에 그리고 압력 상승률(P')을 계산하는 단계 전에,
    측정된 유체 압력(P1, P2)들을 유선 또는 무선으로 압력 센서로부터 데이터 처리부로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 펌프 유량 측정 방법.
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