KR102615895B1 - 터빈식 역과방지 유량계 - Google Patents

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KR102615895B1
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양진욱
김병석
정준웅
박미영
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엠엑스솔루션 주식회사
박미영
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    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters

Abstract

본 발명은 터빈식 역과방지 유량계에 관련되며, 이때 터빈식 역과방지 유량계는 터빈날개 회전을 감지하는 픽업센서와 터빈날개 각도를 측정하는 앵글센서의 조합에 의해 유체 역류현상을 정확하게 검출하여 적산되는 유체의 양을 정밀하게 측정할 수 있고, 유체 역류시 알림신호를 출력하여 공정상 오류를 신속하게 보정할 수 있도록 터빈날개(10), 앵글센서(20), 픽업센서(30), 역류감지모듈(40)을 포함하여 주요 구성으로 한다.

Description

터빈식 역과방지 유량계 {Turbine Backflow Prevention Flow Meter}
본 발명은 터빈식 역과방지 유량계에 관련되며, 보다 상세하게는 유체가 역류 되어도 실제 적산되는 유체의 양을 정확하게 측정 할 수 있는 터빈식 역과방지 유량계에 관한 것이다.
통상 유량계는 수도, 오일 정제, 화학 플랜트산업 등은 물론 반도체 등의 전기전자 부품과, 항공 우주산업 등 각종 첨단 산업에 있어서 수도, 가스, 원유, 화학 약품 등의 유체류를 공급시 시간 경과에 따라 공급된 유체량을 수시로 측정하여 현재 진행중인 공정이 타 공정에 미치는 영향을 분석 및 관리 하는 지표로 활용하기 위한 용도로 널리 적용되고 있다.
이러한 유량계는 적용 분야나 위치 또는 사용목적에 따라 다양하게 그 구성을 변경하여 적용되는바, 대부분 관로에 설치되어 유체의 유량 변화를 측정하도록 구성된다.
종래에 개시된 유량계 기술을 살펴보면, 공개특허 10-2011-0002132호에서, 유체가 흐르는 배관의 내부에 장착되어 흐르는 유체의 유량을 측정하는 터빈 유량계에 있어서, 배관의 내부에 장착되고 전면에 호형의 경사편이 연장형성되며 상면에 축설홈이 형성된 지지편이 하단 내측에서 중앙측으로 입설된 지지브라켓과; 상기 지지브라켓에 일측이 끼워져 축설되는 지지축과; 상기 지지축의 외면에 끼워져 회전되는 회전하우징과; 상기 회전하우징의 외면에 끼워져 흐르는 유체의 유속에 의해 회전되고 외면에 페라이트가 결합되는 임펠러와; 상기 임펠러의 회전에 의해 회전되는 페라이트의 회전수를 감지하는 센서가 포함되는 기술이 선 제시된 바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 임펠러의 회전을 운활하게 개선하려는 것이나, 유체가 역류 되어도 센서에서 임펠러의 회전수를 감지하게 유량이 적산되는바, 즉, 실제 유량이 정방향으로 흐르지 않아도 임펠러의 역회전에 따른 적산 데이터가 역과되면서 유량측정 오류로 이어지는 문제점이 따랐다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 터빈날개 회전을 감지하는 픽업센서와 터빈날개 각도를 측정하는 앵글센서의 조합에 의해 유체 역류현상을 정확하게 검출하여 적산되는 유체의 양을 정밀하게 측정할 수 있고, 유체 역류시 알림신호를 출력하여 공정상 오류를 신속하게 보정할 수 있는 터빈식 역과방지 유량계를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 터빈유량계본체(11) 내에 설치되어 유체 흐름에 반응하여 회전운동되고, 등간격으로 감지편(12)이 구비되는 터빈날개(10); 상기 터빈유량계본체(11)에 설치되고, 감지편(12)과의 거리 값을 측정하여 터빈날개(10) 회전각도를 검출하도록 구비되는 앵글센서(20); 상기 터빈유량계본체(11)에 설치되고, 감지편(12)을 감지하여 터빈날개(10) 회전을 카운팅하도록 구비되는 픽업센서(30); 및 상기 앵글센서(20) 검출 값을 기반으로 픽업센서(30)에 의한 터빈날개(10) 카운팅 시점을 산출하여 유체의 정, 역방향 흐름을 판별하도록 구비되는 역류감지모듈(40);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 역류감지모듈(40)은, 상기 터빈날개(10)가 회전작동시, 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 거리가 멀어지면서 거리 값이 점차 증가되는 증강구간(40a) 및 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 거리가 가까워지면서 거리값이 점차 감소되는 저감구간(40b)을 검출하고, 상기 증강구간(40a) 및 저감구간(40b) 중 픽업센서(30)에 의해 감지편(12)이 카운팅되는 시점과 대응되는 구간을 검출하여 유체의 정, 역방향 흐름을 판별하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 역류감지모듈(40)은 세팅모드에서 증강구간(40a) 및 저감구간(40b)을 검출하도록 구비되고, 상기 역류감지모듈(40)의 세팅모드는 터빈날개(10)가 회전운동되는 중에 앵글센서(20) 거리 값 최대치와 최소치를 검출하고, 거리 값 최소치에서 최대치 사이에 대응하는 터빈날개(10) 회전구간을 증강구간(40a)으로 판단하며, 거리 값 최대치에서 최소치 사이에 대응하는 터빈날개(10) 회전구간을 저감구간(40b)으로 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 앵글센서(20)의 감지 범위는 터빈날개(10)가 회전작동 중에 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 최대 이격거리 대비 짧은 거리로 설정되고, 상기 터빈날개(10)가 회전작동 중에 감지편(12)이 앵글센서(20) 감지 범위를 벗어나는 미감지구간(40c)을 형성하며, 상기 미감지구간(40c)을 경계로 이웃하는 각각의 감지편(12)에 대한 앵글센서(20) 거리값이 구분되도록 편성되고, 상기 미감지구간(40c) 사이에 검출되는 앵글센서(20) 거리 값을 기반으로 증강구간(40a) 및 저감구간(40b)을 검출하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터빈날개(10) 회전반경과 대응하는 터빈유량계본체(11) 상에 센싱홈(50)이 형성되고, 상기 센싱홀(50)에 삽입 설치되어, 앵글센서(20)와 픽업센서(30)를 지지하는 센서홀더(52)가 구비되며, 상기 앵글센서(20)와 픽업센서(30)는 터빈날개(10) 회전 방향으로 이격 배치되어, 픽업센서(30)에 의해 감지편(12)이 카운팅되는 시점과 앵글센서(20) 거리 값이 최소치로 검출되는 시점이 불일치되도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서홀더(52) 외부에 방향표식부(54)가 형성되고, 상기 앵글센서(20)와 픽업센서(30) 중 어느 하나는 방향표식부(54)와 대응하도록 센서홀더(52) 중심에서 편심위치에 배치되며, 상기 방향표식부(54)가 터빈날개(10) 회전 방향과 일치되도록 센서홀더(52) 설치각도를 설정하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향표식부(54)를 터빈날개(10) 회전 축선과 평행하는 측으로 각도 조절하면, 터빈날개(10) 회전 방향을 기준으로 앵글센서(20)와 픽업센서(30) 사이 거리가 축소 조절되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 터빈날개 회전을 감지하는 픽업센서와 터빈날개 각도를 측정하는 앵글센서의 조합에 의해 유체 역류현상을 정확하게 검출하여 적산되는 유체의 양을 정밀하게 측정할 수 있고, 유체 역류시 알림신호를 출력하여 공정상 오류를 신속하게 보정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계를 전체적으로 나타내는 종단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계의 정방향 유체 흐름을 감지하는 상태를 나타태는 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계의 역방향 유체 흐름을 감지하는 상태를 나타태는 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계의 앵글센서와 픽업센서 설치 구조를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계의 앵글센서와 픽업센서 사이 거리 조절상태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계를 전체적으로 나타내는 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계의 정방향 유체 흐름을 감지하는 상태를 나타태는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계의 역방향 유체 흐름을 감지하는 상태를 나타태는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계의 앵글센서와 픽업센서 설치 구조를 나타내는 구성도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈식 역과방지 유량계의 앵글센서와 픽업센서 사이 거리 조절상태를 나타내는 구성도이다.
본 발명은 터빈식 역과방지 유량계에 관련되며, 이때 터빈식 역과방지 유량계는 터빈날개 회전을 감지하는 픽업센서와 터빈날개 각도를 측정하는 앵글센서의 조합에 의해 유체 역류현상을 정확하게 검출하여 적산되는 유체의 양을 정밀하게 측정할 수 있고, 유체 역류시 알림신호를 출력하여 공정상 오류를 신속하게 보정할 수 있도록 터빈날개(10), 앵글센서(20), 픽업센서(30), 역류감지모듈(40)을 포함하여 주요 구성으로 한다.
본 발명에 따른 터빈날개(10)는 터빈유량계본체(11) 내에 설치되어 유체 흐름에 반응하여 회전운동되고, 등간격으로 감지편(12)이 구비된다.
상기 터빈날개(10)는 회전축을 중심으로 등간격으로 배치되는 복수의 날개를 포함하고, 터빈유량계본체(11) 내에 형성되는 유체 이동 유로상에 터빈날개(10)가 노출되도록 설치된다.
그리고, 상기 터빈날개(10)의 날개에 등간격으로 감지편(12)이 설치되고, 이때 감지편(12)은 마그네트로 형성되어 후술하는 앵글센서(20), 픽업센서(30)에 의해 감지되도록 구비된다.
이처럼 상기 터빈유량계본체(11) 내부로 투입되는 유체 흐름에 의해 터빈날개(10)와 함께 감지편(12)이 회전운동되고, 후술하는 앵글센서(20), 픽업센서(30)가 감지편(12)을 감지하는 방식으로 유량 측정 및 유체 역류를 검출하여 유량 적산에 제외시킴으로 유량 측정 정밀도가 고도로 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 앵글센서(20)는 상기 터빈유량계본체(11)에 설치되고, 감지편(12)과의 거리 값을 측정하여 터빈날개(10) 회전각도를 검출하도록 구비된다.
상기 앵글센서(20)는 감지편(12)과의 이격 거리에 따른 감도(자성) 변화를 감지하는 센서로서, 터빈날개(10)가 회전작동되는 중에 감지편(12)이 앵글센서(20)에 가까워질수록 감도가 증가(거리가 가까워짐)되고, 감지편(12)이 앵글센서(20)와 멀어질수록 감도가 감소(거리가 멀어짐)되도록 구비되며, 이러한 앵글센서(20)를 통하여 검출되는 측정값을 연산하여 터빈날개(10) 회전위치(각도)를 검출하도록 구비된다.
한편, 상기 앵글센서(20)는 테스트운전을 통하여 터빈날개(10) 회전운동에 따른 감지편(12)과의 최대 거리 값 및 최소 거리 값을 검출하여, 감지편(12)이 앵글센서(20)에 최대 근접하는 수치범위를 설정하고, 이후 감지편(12) 최대 근접 수치범위를 기준으로 앵글센서(20)에 감지되는 거리 값을 연산하여 터빈날개(10)의 회전 각도를 검출하도록 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 픽업센서(30)는 상기 터빈유량계본체(11)에 설치되고, 감지편(12)을 감지하여 터빈날개(10) 회전을 카운팅하도록 구비된다.
상기 픽업센서(30)는 감지편(12)이 소정의 감지영역에 존재하는지 여부를 검출하는 센서로서, 터빈날개(10)가 회전시, 감지편(12)이 픽업센서(30)가 설치된 지점을 통과하면, 픽업센서(30)가 감지편(12)을 카운팅함과 더불어 픽업센서(30) 검출 값을 적산하여 유량을 검출하도록 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 역류감지모듈(40)은 상기 앵글센서(20) 검출 값을 기반으로 픽업센서(30)에 의한 터빈날개(10) 카운팅 시점을 산출하여 유체의 정, 역방향 흐름을 판별하도록 구비된다.
상기 역류감지모듈(40)은, 상기 터빈날개(10)가 회전작동시, 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 거리가 멀어지면서 거리 값이 점차 증가되는 증강구간(40a) 및 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 거리가 가까워지면서 거리값이 점차 감소되는 저감구간(40b)을 검출한다. 이때 앵글센서(20)는 감지편(12)과의 거리에 따른 감도(자성) 변화를 감지하여 증강구간(40a) 및 저감구간(40b)을 편성하도록 구비된다.
그리고, 상기 증강구간(40a) 및 저감구간(40b) 중 픽업센서(30)에 의해 감지편(12)이 카운팅되는 시점과 대응되는 구간을 검출하여 유체의 정, 역방향 흐름을 판별하도록 구비된다.
즉, 상기 픽업센서(30)에 의해 터빈날개(10) 회전이 카운팅되는 시점이 증강구간(40a) 또는 저감구간(40b) 중 어느 구간에서 검출되는지를 연산하여 터빈날개(10) 정, 역회전을 판별하도록 구비되고, 유체 역류로 터빈날개(10)가 역방향 회전으로 인식되는 구간의 터빈날개(10) 회전 값을 유량 적산에서 제외하므로, 유량 측정 정밀돌가 향상된다.
일예로서, 상기 터빈날개(10)가 유체의 정방향 흐름에 대응하여 정방향으로 회전시, 터빈날개(10) 정방향 회전방향을 따라 앵글센서(20)와 픽업센서(30)가 차례로 배치되고, 상기 터빈날개(10)가 정상적인 유체 흐름에 의해 정방향으로 회전하는 경우, 도 2와 같이 저감구간(40b)에서 픽업센서(30)에 의해 터빈날개(10) 회전이 카운팅되고, 상기 터빈날개(10)가 유체 역류에 의해 역방향으로 회전하는 경우, 도 3과 같이 증강구간(40a)에서 픽업센서(30)에 의해 터빈날개(10) 회전이 카운팅된다.
또한, 상기 역류감지모듈(40)은 세팅모드에서 증강구간(40a) 및 저감구간(40b)을 검출하도록 구비된다.
상기 역류감지모듈(40)의 세팅모드는 터빈날개(10)가 회전운동되는 중에 앵글센서(20) 거리 값 최대치와 최소치를 검출하고, 거리 값 최소치에서 최대치 사이에 대응하는 터빈날개(10) 회전구간을 증강구간(40a)으로 판단하며, 거리 값 최대치에서 최소치 사이에 대응하는 터빈날개(10) 회전구간을 저감구간(40b)으로 판단하도록 구비된다.
또한, 상기 앵글센서(20)의 감지 범위는 터빈날개(10)가 회전작동 중에 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 최대 이격거리 대비 짧은 거리로 설정되고, 상기 터빈날개(10)가 회전작동 중에 감지편(12)이 앵글센서(20) 감지 범위를 벗어나는 미감지구간(40c)을 형성한다.
상기 미감지구간(40c)을 경계로 이웃하는 각각의 감지편(12)에 대한 앵글센서(20) 거리값이 구분되도록 편성된다.
이처럼 상기 미감지구간(40c) 사이에 검출되는 앵글센서(20) 거리 값을 기반으로 증강구간(40a) 및 저감구간(40b)을 검출하도록 구비되므로, 터빈날개(10)가 고속회전되는 중에도 증강구간(40a) 및 저감구간(40b)이 정밀하게 검출되는 이점이 있다.
도 4에서, 상기 터빈날개(10) 회전반경과 대응하는 터빈유량계본체(11) 상에 센싱홈(50)이 형성된다.
그리고, 상기 센싱홀(50)에 삽입 설치되어, 앵글센서(20)와 픽업센서(30)를 지지하는 센서홀더(52)가 구비된다. 여기서 센서홀더(52)는 센싱홀(50)에 나사결하되고, 별도의 고정너트에 의해 위치고정되도록 구비된다.
이때, 상기 앵글센서(20)와 픽업센서(30)는 터빈날개(10) 회전 방향으로 이격 배치되다.
이처럼 상기 픽업센서(30)에 의해 감지편(12)이 카운팅되는 시점과 앵글센서(20) 거리 값이 최소치로 검출되는 시점이 불일치되도록 설정됨에 따라 앵글센서(20) 거리 값이 최소치로 검출되는 시점과 픽업센서(30)에 의해 감지편(12)이 카운팅되는 시점이 명확하게 구분된다.
또한, 상기 센서홀더(52) 외부에 방향표식부(54)가 형성되고, 상기 앵글센서(20)와 픽업센서(30) 중 어느 하나는 방향표식부(54)와 대응하도록 센서홀더(52) 중심에서 편심위치에 배치되도록 조립된다.
이처럼 상기 방향표식부(54)를 이용하여 터빈유량계본체(11) 외부에서 앵글센서(20)와 픽업센서(30) 설치방향을 쉽게 파악함에 따라 누구나 손쉽게 방향표식부(54)가 터빈날개(10) 회전 방향과 일치되도록 센서홀더(52) 설치각도를 설정하여 조립성 향상 및 비숙련공에 의한 조립이 가능하도록 구비된다.
일예로서, 상기 센서홀더(52) 중심에 앵글센서(20)를 배치하고, 앵글센서(20)를 기준으로 편심위치에 픽업센서(30) 배치하며, 픽업센서(30)와 대응하는 센서홀더(52) 외부에 방향표식부(54)를 형성하여, 터빈유량계본체(11) 외부에 픽업센서(30) 설치 방향을 육안으로 식별할 수 있도록 구비된다.
도 5에서, 상기 방향표식부(54)를 터빈날개(10) 회전 축선과 평행하는 측으로 각도 조절하면, 도 5 (b)처럼 터빈날개(10) 회전 방향을 기준으로 앵글센서(20)와 픽업센서(30) 사이 거리가 도 5의 도면부호 (L1)에서 (L2)와 같이 축소 조절되므로, 터빈날개(10) 사이즈에 대응하여 앵글센서(20)와 픽업센서(30) 사이 간격을 간편하게 조절하여 유량 측정 정밀도 향상을 도모할 수 있는 이점이 있다.
10: 터빈날개 20: 앵글센서
30: 픽업센서 40: 역류감지모듈
50: 센싱홀

Claims (7)

  1. 터빈유량계본체(11) 내에 설치되어 유체 흐름에 반응하여 회전운동되고, 등간격으로 감지편(12)이 구비되는 터빈날개(10); 상기 터빈유량계본체(11)에 설치되고, 감지편(12)과의 거리 값을 측정하여 터빈날개(10) 회전각도를 검출하도록 구비되는 앵글센서(20); 상기 터빈유량계본체(11)에 설치되고, 감지편(12)을 감지하여 터빈날개(10) 회전을 카운팅하도록 구비되는 픽업센서(30); 및 상기 앵글센서(20) 검출 값을 기반으로 픽업센서(30)에 의한 터빈날개(10) 카운팅 시점을 산출하여 유체의 정, 역방향 흐름을 판별하도록 구비되는 역류감지모듈(40);을 포함하고,
    상기 터빈날개(10) 회전반경과 대응하는 터빈유량계본체(11) 상에 센싱홀(50)이 형성되고, 상기 센싱홀(50)에 삽입 설치되어, 앵글센서(20)와 픽업센서(30)를 지지하는 센서홀더(52)가 구비되며, 상기 앵글센서(20)와 픽업센서(30)는 터빈날개(10) 회전 방향으로 이격 배치되어, 픽업센서(30)에 의해 감지편(12)이 카운팅되는 시점과 앵글센서(20) 거리 값이 최소치로 검출되는 시점이 불일치되도록 설정되며,
    상기 센서홀더(52) 외부에 방향표식부(54)가 형성되고, 상기 앵글센서(20)와 픽업센서(30) 중 어느 하나는 방향표식부(54)와 대응하도록 센서홀더(52) 중심에서 편심위치에 배치되며, 상기 방향표식부(54)가 터빈날개(10) 회전 방향과 일치되도록 센서홀더(52) 설치각도를 설정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈식 역과방지 유량계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 역류감지모듈(40)은,
    상기 터빈날개(10)가 회전작동시, 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 거리가 멀어지면서 거리 값이 점차 증가되는 증강구간(40a) 및 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 거리가 가까워지면서 거리값이 점차 감소되는 저감구간(40b)을 검출하고,
    상기 증강구간(40a) 및 저감구간(40b) 중 픽업센서(30)에 의해 감지편(12)이 카운팅되는 시점과 대응되는 구간을 검출하여 유체의 정, 역방향 흐름을 판별하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈식 역과방지 유량계.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 역류감지모듈(40)은 세팅모드에서 증강구간(40a) 및 저감구간(40b)을 검출하도록 구비되고,
    상기 역류감지모듈(40)의 세팅모드는 터빈날개(10)가 회전운동되는 중에 앵글센서(20) 거리 값 최대치와 최소치를 검출하고, 거리 값 최소치에서 최대치 사이에 대응하는 터빈날개(10) 회전구간을 증강구간(40a)으로 판단하며, 거리 값 최대치에서 최소치 사이에 대응하는 터빈날개(10) 회전구간을 저감구간(40b)으로 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈식 역과방지 유량계.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 앵글센서(20)의 감지 범위는 터빈날개(10)가 회전작동 중에 앵글센서(20)와 감지편(12) 사이 최대 이격거리 대비 짧은 거리로 설정되고,
    상기 터빈날개(10)가 회전작동 중에 감지편(12)이 앵글센서(20) 감지 범위를 벗어나는 미감지구간(40c)을 형성하며,
    상기 미감지구간(40c)을 경계로 이웃하는 각각의 감지편(12)에 대한 앵글센서(20) 거리값이 구분되도록 편성되고,
    상기 미감지구간(40c) 사이에 검출되는 앵글센서(20) 거리 값을 기반으로 증강구간(40a) 및 저감구간(40b)을 검출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈식 역과방지 유량계.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 방향표식부(54)를 터빈날개(10) 회전 축선과 평행하는 측으로 각도 조절하면, 터빈날개(10) 회전 방향을 기준으로 앵글센서(20)와 픽업센서(30) 사이 거리가 축소 조절되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈식 역과방지 유량계.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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