KR102279677B1

KR102279677B1 - 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법

Info

Publication number: KR102279677B1
Application number: KR1020200080575A
Authority: KR
Inventors: 지창환; 김명식; 전인; 박산
Original assignee: 주식회사 아이앤제이테크
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-07-20

Abstract

본 발명은 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서, 펌프와 토출헤더를 연결하는 토출관에 보조 압력센서를 장착하지 않고도, 자동밸브의 개폐시간을 연산을 통해 제어할 수 있는 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법에 관한 것으로서, (가) 압력센서(12)로부터 측정된 측정압력과 토출 헤더(8)의 설정압력을 비교하여, 복수개의 부스터 펌프들 중 정지되어 있던 어느 한 부스터 펌프를 기동펌프로 선택하여 구동할 경우, (1) 병렬로 배열된 각각의 부스터 펌프 성능을 분석하는 단계와, (2) 분석한 부스터 펌프 성능을 베이스로 하여, 펌프가 설치되는 현장 여건에 맞게 운전양정을 결정하고, 상사법칙공식을 이용하여 필요한 운전 주파수를 구하는 단계와, (3) 정지 상태의 부스터 펌프들 중 어느 한 부스터 펌프를 기동펌프로 선택하고, 선택한 기동펌프를 구동하여, 기동펌프의 구동 주파수가 운전 주파수에 도달하는 딜레이 시간후에 기동펌프로 선택한 부스터 펌프의 자동밸브를 개방하는 단계와, (4) 상기 자동밸브를 개방하기 전에 압력센서(12)에서 토출 헤더(8)의 압력을 측정하고, 자동밸브를 개방한 후에 압력센서(12)에서 토출 헤더(8)의 압력을 측정하여, 자동밸브를 개방하기 전의 측정압력이 자동밸브를 개방한 후의 측정압력보다 낮으면, 설정된 딜레이 시간에서 0.5초를 추가하여 딜레이 시간을 늘리고, 자동밸브를 개방하기 전의 측정압력이 자동밸브를 개방한 후의 측정압력보다 높으면, 설정된 딜레이 시간에서 0.5초를 빼, 딜레이 시간을 줄이는 방식으로, 자동밸브 개방 전후의 압력차에 따라 딜레이 시간의 가감을 추종하는 단계와, (5) 딜레이 시간에 따른 자동밸브 개방 전후의 측정 압력 데이터를 일정기간 저장하고, 일정기간동안 저장된 데이터를 평균하여, 자동밸브의 딜레이 시간을 결정하고, 결정된 딜레이 시간에 자동밸브를 개방하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법{METHOD FOR OPENING AND CLOSING AUTOMATIC VALVE IN THE BOOSTER PUMP SYSTEM EMPLOYED AUTOMATIC VALVE}

본 발명은 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서 자동밸브를 개폐하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서, 펌프와 토출헤더를 연결하는 토출관에 보조 압력센서를 장착하지 않고도, 자동밸브의 개폐시간을 연산을 통해 제어할 수 있는 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법에 관한 것이다.

대한민국 특허 제10-2060305호(2019년 12월 23일, 등록)에 "자동밸브를 이용한 인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 운전방법"이 소개되어 있다.

상기 자동밸브를 이용한 인버터 부스터 펌프 시스템은 흡입 헤더와 토출 헤더 사이에 복수개의 부스터 펌프가 병렬로 배치되고, 토출 헤더에 메인 압력센서가 장착되며, 흡입 헤더와 부스터 펌프를 연결하는 흡입관에 차단밸브가 장착되고, 토출 헤더와 부스터 펌프를 연결하는 토출관에 보조 압력센서와 자동밸브가 각각 장착되며, 부스터 펌프와 자동 밸브 사이에 보조 압력센서가 배치됨으로써, 정지되어 있는 어느 한 부스터 펌프를 기동하고, 기동을 시작한 부스터 펌프에 대응하는 보조 압력센서의 측정압력이 설정압력에 도달하게 되면, 기동을 시작한 부스터 펌프에 대응하는 자동 밸브가 개방되고, 구동중인 어느 한 부스터 펌프가 정지되면, 정지된 부스터 펌프에 대응하는 자동 밸브가 닫히게 된다.

그러나, 상기 자동밸브를 이용한 인버터 부스터 펌프 시스템은 자동밸브의 개폐를 제어하기 위해, 보조 압력센서가 추가로 요구되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서, 펌프와 토출헤더를 연결하는 토출관에 보조 압력센서를 장착하지 않고도, 자동밸브의 개폐시간을 연산을 통해 제어함으로써, 역류를 방지하고 전력손실을 최소화할 수 있는 자동밸브 개폐 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법은,

흡입 헤더와 토출 헤더 사이에 복수개의 부스터 펌프가 병렬로 배치되고, 토출 헤더에 압력센서가 장착되며, 토출 헤더와 부스터 펌프를 연결하는 토출관에 자동밸브가 장착되는 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에 있어서,

(가) 압력센서로부터 측정된 측정압력과 토출 헤더의 설정압력을 비교하여, 복수개의 부스터 펌프들 중 정지되어 있던 어느 한 부스터 펌프를 기동펌프로 선택하여 구동할 경우,

(1) 병렬로 배열된 각각의 부스터 펌프 성능을 분석하는 단계와,

(2) 분석한 부스터 펌프 성능을 베이스로 하여, 부스터 펌프가 설치되는 현장 여건에 맞게 운전양정을 결정하고, 상사법칙공식을 이용하여 필요한 운전 주파수를 구하는 단계와,

(3) 정지 상태의 부스터 펌프들 중 어느 한 펌프를 기동펌프로 선택하고, 선택한 기동펌프를 구동하여, 기동펌프의 구동 주파수가 운전 주파수에 도달하는 딜레이 시간후에 기동펌프로 선택한 부스터 펌프의 자동밸브를 개방하는 단계와,

(4) 상기 자동밸브를 개방하기 전에 압력센서에서 토출 헤더의 압력을 측정하고, 자동밸브를 개방한 후에 압력센서에서 토출 헤더의 압력을 측정하여, 자동밸브를 개방하기 전의 측정압력이 자동밸브를 개방한 후의 측정압력보다 낮으면, 설정된 딜레이 시간에서 0.5초를 추가하여 딜레이 시간을 늘리고, 자동밸브를 개방하기 전의 측정압력이 자동밸브를 개방한 후의 측정압력보다 높으면, 설정된 딜레이 시간에서 0.5초를 빼, 딜레이 시간을 줄이는 방식으로, 자동밸브 개방 전후의 압력차에 따라 딜레이 시간의 가감을 추종하는 단계와,

(5) 딜레이 시간에 따른 자동밸브 개방 전후의 측정 압력 데이터를 일정기간 저장하고, 일정기간동안 저장된 데이터를 평균하여, 자동밸브의 딜레이 시간을 결정하고, 결정된 딜레이 시간에 자동밸브를 개방하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

(1) 병렬로 배열된 각각의 부스터 펌프 성능을 분석하는 단계에서는 임의의 회전수에서의 펌프 성능 곡선을 계산하기 위해서는 최고 주파수(60Hz)에서 실제로 측정한 측정점이 최소한 3개 이상이고, 최고 주파수에서 최소 3개 이상의 포인트를 측정하여 유량 및 양정 그래프를 도출하는 것을 특징으로 한다.

상기 딜레이 시간은 최초에 부스터 펌프를 설치하고 튜닝과정에서 구동주파수가 운전 주파수에 도달하는 시간을 초기값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.

(나) 구동중인 부스터 펌프를 정지해야할 경우, 현재 구동중인 기동펌프의 구동 주파수를 운전 주파수로 변경한 후, 설정된 딜레이 시간 후에 자동밸브를 닫는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 본 발명에 따른 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법은 펌프와 토출헤더를 연결하는 토출관에 보조 압력센서를 장착하지 않고도, 자동밸브의 개폐시간을 연산을 통해 제어함으로써, 역류를 방지하고 전력손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템을 개략적으로 도시한 평면도
도 2는 펌프의 실제 성능 테스트를 통해 나타난 유량-양정 그래프

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면 본 발명에 따른 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템은 흡입 헤더(2)와 토출 헤더(8) 사이에 복수개의 부스터 펌프(P)가 병렬로 배치되고, 토출 헤더(8)에 압력센서(12)가 장착되며, 토출 헤더(8)와 부스터 펌프(P)를 연결하는 토출관(6)에 자동밸브(10)가 장착된다.

상기 자동밸브(10)는 종래에 토출관(6)에 장착되었던 체크밸브와 게이트밸브를 대체한 것이다.

도 1에는 3개의 부스터 펌프가 병렬로 배열된 것이 도시되어 있으나, 이것은 설명의 편의를 위한 것으로, 본 발명은 여기에 한정되지 않고, 현장 상황에 따라 부스터 펌프의 개수를 달리할 수 있다는 것을 수 있을 것이며, 부스터 펌프의 개수를 변경하여도 본 발명의 특허청구범위에 속한다는 것을 이 분야의 보통의 기술을 가진 자라면 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서 자동밸브의 개폐 방법은 다음과 같다.

본 발명은 구동중인 부스터 펌프의 주파수를 높이거나 낮추는 것은 관심대상이 아니어서, 여기서, 구동중인 부스터 펌프의 주파수를 높이거나 낮추는 것에 대한 설명은 생략하기로 한다.

(가) 압력센서(12)로부터 측정된 측정압력과 토출 헤더(8)의 설정압력을 비교하여, 복수개의 부스터 펌프들 중 정지되어 있던 어느 한 부스터 펌프를 기동펌프로 선택하여 구동할 경우(일반적으로, 급수펌프 시스템의 경우, 최소한 1대는 항상 구동중에 있고, 압력-유량에 따라 2대 이상이 구동될 수 있어, 본 발명의 예에서와 같이 3대의 부스터 펌프가 병렬로 배열된 경우, 압력-유량에 따라 최대 2대까지 정지되어 있을 수 있다.)

(1) 병렬로 배열된 각각의 부스터 펌프 성능을 분석한다.

일반적으로, 임의의 회전수에서의 펌프 성능 곡선을 계산하기 위해서는 최고 주파수에서 실제로 측정한 측정점이 최소한 3개 이상이 필요하고, 최고 주파수 60Hz에서 펌프 성능을 측정하게 된다.

일례로, 최고 주파수 60Hz에서 어느 한 부스터 펌프의 실제 성능 데이터는 아래 표 1과 같으며, 표 1은 유량 및 양정을 분석하기 위해 7개 포인트를 측정하였으며, 측정값에 의한 그래프는 도 2와 같다.

측정번호	유량(m³/min)	양정(m)	전력(A)
1	0.000	100.1	2.7
2	0.043	94.2	3.8
3	0.064	89.1	4.2
4	0.086	82.6	4.5
5	0.107	74.5	4.8
6	0.129	65.1	4.9
7	0.150	54.2	5.0

(2) 분석한 펌프 성능(최고 주파수에서 측정한 유량 및 양정 데이터)을 베이스로 하여, 부스터 펌프가 설치되는 현장 여건에 맞게 운전양정을 결정하고, 아래 수학식 1의 상사법칙공식을 이용하여 필요한 운전 주파수를 구한다.

위에서, f는 주파수이고, H는 양정이다.

예를 들어, 운전 주파수(f')는 운전양정이 80m로 정해지면, 최고 운전주파수 60Hz에서의 양정 100.1m 을 대입하여, 53.65Hz(≒ 53.7)를 구할 수 있다.

(3) 정지 상태의 부스터 펌프들 중 어느 한 부스터 펌프를 기동펌프로 선택하고, 선택한 기동펌프를 구동하여, 기동펌프의 구동 주파수가 운전 주파수에 도달하는 딜레이 시간후에 기동펌프로 선택한 부스터 펌프의 자동밸브를 개방한다.

여기서, 기동펌프를 선택하는 것에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 딜레이 시간은 최초에 부스터 펌프를 설치하고 튜닝과정에서 구동주파수가 운전 주파수에 도달하는 시간을 초기값으로 설정한다.

자동밸브를 개방하는 딜레이 시간의 초기값은 현장에 설치되는 부스터 펌프의 성능에 따라 달리할 수 있으며, 위에서 예를 들어 설명한 부스터 펌프의 경우, 5초로 설정할 수 있다.

(4) 상기 자동밸브를 개방하기 전에 압력센서(12)에서 토출 헤더(8)의 압력을 측정하고, 자동밸브를 개방한 후에 압력센서(12)에서 토출 헤더(8)의 압력을 측정하여, 자동밸브를 개방하기 전의 측정압력이 자동밸브를 개방한 후의 측정압력보다 낮으면, 설정된 딜레이 시간에서 0.5초를 추가하여 딜레이 시간을 늘리고, 자동밸브를 개방하기 전의 측정압력이 자동밸브를 개방한 후의 측정압력보다 높으면, 설정된 딜레이 시간에서 0.5초를 빼, 딜레이 시간을 줄이는 방식으로, 자동밸브 개방 전후의 압력차에 따라 딜레이 시간의 가감을 추종하게 된다.

위에서 예를 들어 설명한 부스터 펌프의 딜레이 시간의 변화는 표 2와 같았다.

측정번호	딜레이 시간(초)	개방전 측정압력에 따른 양정(m)	개방후 측정압력에 따른 양정(m)
1	5.0	76	74
2	4.5	76	75
3	4.0	77	77
4	4.0	76	78
5	4.5	77	79
6	5.0	77	76
7	4.5	76	77
8	5.0	77	77
9	5.0

표 2에서는 개방전 측정압력에 따른 양정(m)과 개방후 측정압력에 따른 양정(m)은 측정압력과 양정이 비례관계에 있기 때문에, 이해 및 설명의 편의를 위해, 측정한 압력을 양정으로 연산하여 나타내었다.

그리고, 표 2에서는 첫번째 자동밸브를 개방하는 딜레이 시간의 초기값을 5초로 결정하여, 기동펌프가 구동된 후 5초후에 자동밸브를 개방하였다. 이때, 자동밸브 개방전의 양정이 76m이고, 개방후의 양정이 74m로, 개방전의 양정이 개압후의 양정보다 높게 측정되어, 두번째 자동밸브를 개방할 때 5초에서 0.5초를 빼 딜레이 시간을 4.5초로 하였다. 그리고, 두번째 측정에서, 개방전의 양정이 76m이고, 개방후의 양정이 75m로 개방전의 양정이 개압후의 양정보다 높게 측정되어, 세번째 자동밸브를 개방하는 딜레이 시간을 0.5초 줄여 4.0초로 결정하였다.

딜레이 시간 4.0초에 대한 세번째 측정에서, 개방전의 양정이 77m이고, 개방후의 양정이 77m로 개방전의 양정과 개압후의 양정이 같게 측정되어, 네번째 자동밸브를 개방하는 딜레이 시간을 4.0초로 결정하였다.

딜레이 시간 4.0초에 대한 네번째 측정에서, 개방전의 양정이 76m이고, 개방후의 양정이 78m로 개방전의 양정이 개압후의 양정보다 낮게 측정되어, 다섯번째 자동밸브를 개방하는 딜레이 시간을 0.5초를 늘려 4.5초로 결정하였다.

이와 같이, 자동밸브 개방 전후의 압력차에 따라 다음 자동밸브 개방 딜레이 시간의 가감을 추종하는 방법으로 측정을 하였다.

(5) 이후, 딜레이 시간에 따른 자동밸브 개방 전후의 측정 압력 데이터를 일정기간 저장하고, 저장된 데이터를 평균하여, 자동밸브의 딜레이 시간을 결정하고, 이후 결정된 딜레이 시간에 자동밸브를 개방한다.

예를 들어, 위 표 2에서 딜에이 시간의 평균은 4.61초이며, 평균 딜레이 시간에 자동밸브를 개방하게 된다.

(나) 구동중인 부스터 펌프를 정지해야할 경우, 현재 구동중인 기동펌프의 구동 주파수를 운전 주파수로 변경한 후, 딜레이 시간 후에 자동밸브를 닫는다.

상기와 같은, 본 발명에 따른 자동밸브 개폐 방법은 토출관(6)에 보조 압력센서를 장착하지 않고도, 역류를 방지하고 전력손실을 최소화할 수 있도록 자동밸브를 개폐할 수 있는 장점이 있다.

2 : 흡입 헤더 P : 부스터 펌프
8 : 토출 헤더 10 : 자동밸브
12 : 압력센서

Claims

흡입 헤더(2)와 토출 헤더(8) 사이에 복수개의 부스터 펌프(P)가 병렬로 배치되고, 토출 헤더(8)에 압력센서(12)가 장착되며, 토출 헤더(8)와 부스터 펌프(P)를 연결하는 토출관(6)에 자동밸브(10)가 장착되는 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에 있어서,
(가) 압력센서(12)로부터 측정된 측정압력과 토출 헤더(8)의 설정압력을 비교하여, 복수개의 부스터 펌프들 중 정지되어 있던 어느 한 부스터 펌프를 기동펌프로 선택하여 구동할 경우,
(1) 병렬로 배열된 각각의 부스터 펌프 성능을 분석하는 단계와,
(2) 분석한 부스터 펌프 성능을 베이스로 하여, 부스터 펌프가 설치되는 현장 여건에 맞게 운전양정을 결정하고, 상사법칙공식을 이용하여 필요한 운전 주파수를 구하는 단계와,
(3) 정지 상태의 부스터 펌프들 중 어느 한 부스터 펌프를 기동펌프로 선택하고, 선택한 기동펌프를 구동하여, 기동펌프의 구동 주파수가 운전 주파수에 도달하는 딜레이 시간후에 기동펌프로 선택한 부스터 펌프의 자동밸브를 개방하는 단계와,
(4) 상기 자동밸브를 개방하기 전에 압력센서(12)에서 토출 헤더(8)의 압력을 측정하고, 자동밸브를 개방한 후에 압력센서(12)에서 토출 헤더(8)의 압력을 측정하여, 자동밸브를 개방하기 전의 측정압력이 자동밸브를 개방한 후의 측정압력보다 낮으면, 설정된 딜레이 시간에서 0.5초를 추가하여 딜레이 시간을 늘리고, 자동밸브를 개방하기 전의 측정압력이 자동밸브를 개방한 후의 측정압력보다 높으면, 설정된 딜레이 시간에서 0.5초를 빼, 딜레이 시간을 줄이는 방식으로, 자동밸브 개방 전후의 압력차에 따라 딜레이 시간의 가감을 추종하는 단계와,
(5) 딜레이 시간에 따른 자동밸브 개방 전후의 측정 압력 데이터를 일정기간 저장하고, 일정기간동안 저장된 데이터를 평균하여, 자동밸브의 딜레이 시간을 결정하고, 결정된 딜레이 시간에 자동밸브를 개방하는 단계로 구성되고,
(나) 구동중인 부스터 펌프를 정지해야할 경우, 현재 구동중인 기동펌프의 구동 주파수를 운전 주파수로 변경한 후, 설정된 딜레이 시간 후에 자동밸브를 닫는 것을 특징으로 하는 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법.
제 1 항에 있어서,
(1) 병렬로 배열된 각각의 부스터 펌프 성능을 분석하는 단계에서는 임의의 회전수에서의 펌프 성능 곡선을 계산하기 위해서는 최고 주파수(60Hz)에서 실제로 측정한 측정점이 최소한 3개 이상이고, 최고 주파수에서 최소 3개 이상의 포인트를 측정하여 유량 및 양정 그래프를 도출하는 것을 특징으로 하는 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 딜레이 시간은 최초에 부스터 펌프를 설치하고 튜닝과정에서 구동주파수가 운전 주파수에 도달하는 시간을 초기값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 자동밸브를 채택한 부스터 펌프 시스템에서의 자동밸브 개폐 방법.
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