KR102165962B1 - 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법 - Google Patents

부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 피로 누적량을 연산하고, 피로 누적량을 기준으로 각각의 펌프의 교대 운전 시기를 판단하여 운용함으로써, 부스터 펌프 시스템 전체의 수명을 연장할 수 있는 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은 (1) 각각의 펌프에 대한 피로 가중치를 연산하는 단계(S1)와, (2) 각각의 펌프에 대한 피로 누적량을 연산하는 단계(S2)와, (3) 각 펌프의 피로 누적량을 비교하여, 피로 누적량이 가장 적은 펌프를 주펌프로 정하는 단계(S3)와, (4) 주펌프 운전을 설정시간동안 수행하는 단계(S4)와, (5) 주펌프 운전이 설정시간에 도달하면, S1 단계로 피드백하고, 주펌프 운전이 설정시간에 도달하지 않았으면, S4 단계로 피드백하는 단계(S5)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법{PUMP CHANGING DRIVING METHOD BASED ON FATIGUE WEIGHT FACTOR ACCORDING TO REVOLUTION FREQUENCY OF PUMP IN THE BOOSTER PUMP SYSTEM}
본 발명은 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 피로 누적량을 연산하고, 피로 누적량을 기준으로 각각의 펌프의 교대 운전 시기를 판단하여 운용함으로써, 부스터 펌프 시스템 전체의 수명을 연장할 수 있는 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법에 관한 것이다.
대한민국 특허 제10-0900409호(2009년 5월 25일, 등록)에 "손실량 추정을 이용한 교대운전 기능을 가지는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템"이 소개되어 있다.
상기 손실량 추정을 이용한 교대운전 기능을 가지는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템은 방열판 위에 상호간 통신선로에 의해 연결되는 다수의 인버터 모듈이 장착되고, 입력전원이 각각의 인버터 모듈로 분배되며, 상기 인버터 모듈은 압력센서에서 부스터 펌프의 토출압력을 받아 상기 인버터 모듈에 대응하는 부스터 펌프를 구동하는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템에 있어서, 상기 인버터 모듈은 전력부와 제어부로 이루어지며, 상기 전력부는 입력전원에서 교류 전원을 공급받아 가변전압-가변주파수로 변환시키는 PIM과; 직류전원을 평활하는 평활용 커패시터와; 평활된 직류전압을 검출하는 전압센서와; 인버터부의 출력전압을 검출하는 전류센서로 구성되고, 상기 제어부는 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서에서 검출된 현재 토출압력을 입력받아 설정압력에 대해서 펌프 지령 회전수가 출력되는 PID 제어기와; 상기 PID 제어기에서 출력된 펌프 지령 회전수와 각 인버터 모듈에서 통신선로를 통해 전달된 손실량을 입력받아 각 인버터 모듈의 교대운전을 수행하여 각 인버터 모듈의 펌프 회전수를 출력하는 교대운전 제어부; 펌프 회전수에 따라 인버터의 출력전압를 결정하는 V/f 제어기와; 인버터의 출력전압을 입력받아 인버터부를 제어하는 신호를 발생시키는 PWM 발생부와; 인버터부의 출력에 연결된 전류센서에서 검출한 3상 전류를 2상 전류로 변환시키는 3상/2상 변환기와; 2상 전류와 인버터의 출력전압, PIM 온도센서의 출력인 PIM 온도와 전압센서의 출력인 직류전압과 인버터부의 설정된 스위칭 주파수를 입력받아 누적 손실량을 연산하는 손실량 계산부를 포함한다.
상기 손실량 추정을 이용한 교대운전 기능을 가지는 멀티 인버터를 구비한 부스터 펌프 시스템은 누적 손실량을 구하여 이를 교대운전의 지표로 사용하고 있으나, 펌프의 수명을 결정하는 가장 중요한 펌프의 회전수이고, 이에 따른 피로 가중치를 감안하지 않았다.
따라서, 본 발명의 목적은 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 피로 누적량을 연산하고, 피로 누적량을 기준으로 각각의 펌프의 교대 운전 시기를 판단하여 운용함으로써, 부스터 펌프 시스템 전체의 수명을 연장할 수 있는 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은,
(1) 각각의 펌프에 대한 피로 가중치를 수학식 1로 연산하는 단계와,
(수학식 1)
Figure 112020014042715-pat00001
Wf = 운전 주파수별 피로가중치, fn = 운전 주파수(Hz)
ft = 최대 회전 주파수(Hz) ; 펌프의 최대 회전 주파수는 60Hz임.
(2) 각각의 펌프에 대한 피로 누적량을 수학식 2로 연산하는 단계와,
(수학식 2)
Figure 112020014042715-pat00002
여기서, F= 피로 누적량, Wf = 운전 주파수별 피로가중치, t= 가동시간
(3) 각 펌프의 피로 누적량을 비교하여, 피로 누적량이 가장 적은 펌프를 주펌프로 정하는 단계와,
(4) 주펌프 운전을 설정시간동안 수행하는 단계와,
(5) 주펌프 운전이 설정시간에 도달하면, (1) 단계로 피드백하고, 주펌프 운전이 설정시간에 도달하지 않았으면, (4) 단계로 피드백하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은 단독 펌프 인버터 제어방식의 부스터 펌프 시스템 및 개별 인버터 제어방식의 부스터 펌프 시스템 모두에 적용할 수 있으며, 부스터 펌프 시스템의 메인 제어 방법에 보조제어방법으로 추가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은 피로 누적량이 임계피로도에 도달하면, 경고음을 발하고, 제어부에 저장된 전화번호로 펌프 교체시기 알림 메시지를 전송하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은 각각의 펌프뿐만 아니라 부스터 펌프 시스템의 전체 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 부스터 펌프 시스템을 도시한 구성도
도 2는 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법을 도시한 순서도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템은 흡입배관(11)과 토출배관(12) 사이에 복수개의 펌프(15, 16, 17)가 병렬로 배열되고, 각각의 펌프가 자신의 인버터(도시하지 않음)에 의해 작동이 제어되고, 각각의 인버터가 제어반(도시하지 않음)에 의해 제어된다.
도 1에는 3대의 펌프가 도시되어 있으나, 펌프의 대수를 달리하여도 본 발명의 특허청구범위에서 벗어나지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 상기와 같이 구성된 부스터 펌프 시스템에 있어서, 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은 다음과 같다.
(1) 각각의 펌프에 대한 피로 가중치를 수학식 1로 연산한다(S1).
Figure 112020014042715-pat00003
Wf = 운전 주파수별 피로가중치, fn = 운전 주파수(Hz)
ft = 최대 회전 주파수(Hz) ; 펌프의 최대 회전 주파수는 60Hz이다.
수학식 1과 같이, 피로가중치는 펌프의 운전주파수에 의해 결정되고, 표 1과 같은 결과를 얻을 수 있다.
운전주파수(Hz) 기대수명(년) 피로가중치
45 13.35 0.75
-운전 주파수를 최대 주파수(60Hz)로 할 때 피로가중치를 "1"로 설정하고, 다른 운전주파수를 최대 회전수로 나눈값으로 구함.
46 13.07 0.77
47 12.80 0.78
48 12.53 0.80
49 12.27 0.81
50 12.02 0.83
51 11.78 0.85
52 11.55 0.87
53 11.33 0.88
54 11.11 0.90
55 10.91 0.92
56 10.71 0.93
57 10.52 0.95
58 10.33 0.97
50 10.16 0.98
60 10.00 1.00
(2) 각각의 펌프에 대한 피로 누적량을 수학식 2로 연산한다(S2).
Figure 112020014042715-pat00004
여기서, F= 피로 누적량, Wf = 운전 주파수별 피로가중치, t= 가동시간
여기서, 피로 누적량(F)은 펌프의 수명이 단위시간당 회전율에 반비례한다는 사실에 근거함.
(3) 각 펌프의 피로 누적량을 비교하여, 피로 누적량이 가장 적은 펌프를 주펌프로 정한다(S3).
(4) 주펌프 운전을 설정시간동안 수행한다(S4).
(5) 주펌프 운전이 설정시간에 도달하면, S1 단계로 피드백하고, 주펌프 운전이 설정시간에 도달하지 않았으면, S4 단계로 피드백한다(S5).
상기 설정시간은 보통 600분으로 설정되며, 펌프가 설치된 현장 여건에 따라 설정시간을 달리 조정할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 피로 누적량을 연산하고, 연산한 피로 누적량을 기준으로 각각의 펌프의 교대 운전 시기를 판단하여 운용함으로써, 부스터 펌프 시스템 전체의 수명을 연장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은 단독 펌프 인버터 제어방식의 부스터 펌프 시스템 및 개별 인버터 제어방식의 부스터 펌프 시스템 모두에 적용할 수 있으며, 부스터 펌프 시스템의 메인 제어 방법에 보조제어방법으로 추가된다.
더 나아가, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법은 피로 누적량이 임계피로도에 도달하면, 경고음을 발하고, 제어부에 저장된 전화번호로 펌프 교체시기 알림 메시지를 전송한다.
11 : 흡입배관 12 : 토출배관
15, 16, 17 : 펌프

Claims (3)

  1. (1) 각각의 펌프에 대한 피로 가중치를 수학식 1로 연산하는 단계(S1)와,
    (수학식 1)
    Figure 112020014042715-pat00005

    Wf = 운전 주파수별 피로가중치, fn = 운전 주파수(Hz)
    ft = 최대 회전 주파수(Hz) ; 펌프의 최대 회전 주파수는 60Hz임.
    (2) 각각의 펌프에 대한 피로 누적량을 수학식 2로 연산하는 단계(S2)와,
    (수학식 2)
    Figure 112020014042715-pat00006

    여기서, F= 피로 누적량, Wf = 운전 주파수별 피로가중치, t= 가동시간
    (3) 각 펌프의 피로 누적량을 비교하여, 피로 누적량이 가장 적은 펌프를 주펌프로 정하는 단계(S3)와,
    (4) 주펌프 운전을 설정시간동안 수행하는 단계(S4)와,
    (5) 주펌프 운전이 설정시간에 도달하면, S1 단계로 피드백하고, 주펌프 운전이 설정시간에 도달하지 않았으면, S4 단계로 피드백하는 단계(S5)로 구성되는 것을 특징으로 하는 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단독 펌프 인버터 제어방식의 부스터 펌프 시스템 및 개별 인버터 제어방식의 부스터 펌프 시스템 모두에 적용할 수 있으며, 부스터 펌프 시스템의 메인 제어 방법에 보조제어방법으로 추가되는 것을 특징으로 하는 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    피로 누적량이 임계피로도에 도달하면, 경고음을 발하고, 제어부에 저장된 전화번호로 펌프 교체시기 알림 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 부스터 펌프 시스템에서 펌프의 운전 주파수에 따른 피로 가중치를 바탕으로 한 펌프 교대운전 방법.
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