KR102618796B1 - 수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법 - Google Patents

수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기압축기 유량 표시 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 주배관에 연결되는 에어챔버와, 상기 에어챔버 내부 압력을 감지하는 압력트랜스미터와, 상기 에어챔버 내부 수위를 감지하는 레벨트랜스미터와, 상기 에어챔버에 압축공기를 공급하는 공기압축기와, 전체 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 수배관 시스템의 공기압축기 유량 표시 방법으로서, 공기압축기가 기동중인 T분 동안 에어챔버 내부의 평균압력이 계산되는 단계와; 계산된 에어챔버 내부의 평균압력이 절대압력으로 변환되는 단계와; 공기압축기가 기동중인 T분 동안의 에어챔버 내부의 수위변화량이 계산되는 단계와; 상기 수위변화량을 압축공기 부피로 변환하는 단계와; 상기 압축공기 부피를 일반공기량으로 변환하는 단계와; 상기 일반공기량을 공기압축기 기동 시간인 T분으로 나누어 공기압축기의 계산유량을 산출하는 단계와; 상기 공기압축기의 계산유량을 공기압축기의 설계유량으로 나누어 공기압축기 효율을 산출하는 단계와; 산출된 공기압축기의 계산유량과 공기압축기 효율을 디스플레이에 표시하는 단계를 포함한다.

Description

수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법{Method for calculating and displaying flow rate of air compressor of the water piping system}
본 발명은 공기압축기의 유량 산출 및 표시 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수배관계에 설치되는 에어챔버에 압축공기를 충진하는 공기압축기에서 실제 공급된 공기 유량과 효율을 산출하여 표시하는 방법에 관한 것이다.
냉난방을 위한 순환배관 시스템 또는 유체이송 배관 시스템에서는 펌프의 급정지나 밸브 급폐쇄의 경우 유량/유속이 급격히 변화함으로써 발생되는 수충격을 방지하거나, 순환 배관계의 배관수 팽창/수축으로 인한 배관계의 파손을 방지하기 위해 각각 에어챔버가 포함된 수충격방지설비 또는 압력유지설비가 구비된다.
에어챔버 내부에는 비압축성유체와 압축성기체가 공존해 있으며, 배관계에서 팽창/수축 또는 수충격이 발생했을 때, 압축성기체를 이용하여 에어챔버 내부의 비압축성유체를 배관계로 배출하거나 배관계의 비압축성유체를 에어챔버 내부로 유입시킴으로써 배관계에 발생되는 고압을 완화하고 저압 또는 부압을 방지한다.
관로의 검토와 유동해석 등을 통하여 에어챔버의 용량이 정해지고, 에어챔버 내부에 필요한 압축성기체의 양 역시 정해지지만, 이 압축성기체는 영구적인 것이 아니라 일부는 접합부에서 발생되는 누기를 통해 소모되고, 일부는 비압축성유체에 용해되어 소모된다. 또한, 배관계의 비압축성유체의 압력에 따라 압축성기체의 체적이 변화하게 되는데, 이는 에어챔버 내부 비압축성유체의 수위를 변화시키게 된다.
에어챔버의 수위 변동은 배관계 전체의 기준압력 변동을 의미하는바, 압력이 상승할 때에는 배관계의 장비나 배관을 파손시킬 수 있으며, 배관계의 압력이 하강하여 액체의 포화증기압 이하로 낮아지면 수주분리 후 재결합시 충격파로 장비나 배관을 파손시킬 수 있다. 따라서, 배관 시스템을 안정적으로 유지시키기 위해 에어챔버 내부의 압력과 비압축성유체의 수위가 적정 범위로 항시 유지되도록 제어되어야 한다.
이러한 에어챔버의 수위 제어는 에어챔버 내 압축공기의 충진 또는 배기에 의해 수행된다. 즉, 도 1 에 도시된 바와 같이, 배관계에 연결된 에어챔버(100)에는 레벨트랜스미터(LT)와 압력트랜스미터(PT)가 설치되고, 상기 레벨트랜스미터(LT)에 의해 실시간으로 에어챔버(100)의 수위가 감지되며, 압력트랜스미터(PT)에 의해 에어챔버의 내부 압력이 감지된다. 에어챔버(100) 내부의 수위 상승시 제어부(400)는 충진밸브(S1)를 개방하여 공기압축기(200)로부터 에어챔버(100) 내부에 압축공기를 충진함으로써 비압축성유체의 수위를 적정 수위로 낮추어 조정하고, 수위 하락시에는 배기밸브(S2)를 개방하여 에어챔버(100)로부터 기체를 외부로 배기시켜 수위를 상승시킴에 의해 에어챔버(100) 내부 비압축성유체의 수위를 미리 설정된 적정 범위로 유지시킨다.
이와 같이, 에어챔버 내부의 수위 조절을 위해 공기압축기로부터 압축공기를 반복적으로 공급받아야 하는바, 종래의 수배관 시스템에는 공기압축기로부터 공급되어 실제로 소비되는 공기의 양을 관리하는 기능이 제공되지 못하였다.
대한민국 등록특허 제10-1069126호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 수배관 시스템의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 공기압축기로부터 실제 공급된 공기의 유량과 효율을 산출하여 표시함으로써 현재 운영 상태를 파악하고 효과적으로 관리할 수 있는 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 주배관에 연결되어 수충격을 방지하기 위한 에어챔버와, 상기 에어챔버 내부 압력을 감지하는 압력트랜스미터와, 상기 에어챔버 내부 수위를 감지하는 레벨트랜스미터와, 상기 에어챔버에 압축공기를 공급하는 공기압축기와, 전체 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 수배관 시스템의 공기압축기 유량 표시 방법으로서, 공기압축기가 기동중인 T분 동안 에어챔버 내부의 평균압력이 계산되는 단계와; 계산된 에어챔버 내부의 평균압력이 절대압력으로 변환되는 단계와; 공기압축기가 기동중인 T분 동안의 에어챔버 내부의 수위변화량이 계산되는 단계와; 상기 수위변화량을 압축공기 부피로 변환하는 단계와; 상기 압축공기 부피를 일반공기량으로 변환하는 단계와; 상기 일반공기량을 공기압축기 기동 시간인 T분으로 나누어 공기압축기의 계산유량을 산출하는 단계와; 상기 공기압축기의 계산유량을 공기압축기의 설계유량으로 나누어 공기압축기 효율을 산출하는 단계와; 산출된 공기압축기의 계산유량과 공기압축기 효율을 디스플레이에 표시하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 에어챔버 내부의 평균압력은 T분 동안 압력트랜스미터로부터 실시간 감지된 압력값의 평균으로 제어부에서 계산된다.
그리고, 상기 에어챔버 내부의 수위는 레벨트랜스미터에 의해 실시간 감지되어 제어부로 전달되며, 상기 제어부에서는 레벨트랜스미터로부터 수신된 수위값이 에어챔버 만수위 대비 백분율(%)로 표시되는 백분위수위로 환산되고, 상기 수위변화량을 최초 수위와 T분후 수위의 차이를 100으로 나눈 값으로 산출된다.
또한, 상기 압축공기 부피는 상기 수위변화량에 에어챔버 용량을 곱한 값으로 산출된다.
그리고, 상기 일반공기량은 압축공기 부피에 T분 동안 에어챔버 내부 평균압력의 절대압력값을 곱한 값으로 산출된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 공기압축기를 통한 공기 충진시 압력값과 에어챔버 내부 수위 변화량을 이용하여 실시간 또는 충진후 공기압축기의 실제공급 유량과 효율을 산출하여 표시함으로써 현재 운영 상태를 파악하고 효과적으로 관리할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 1 은 종래 일반적인 수충격 방지 설비의 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 공기압축기 유량 표시 산출 및 방법을 순차적으로 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법을 첨부된 도면과 바람직한 실시예를 참조로 상세히 설명한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법은, 에어챔버(100) 내부의 평균압력이 계산되는 제1단계(S1)와; 계산된 에어챔버(100) 내부의 평균압력이 절대압력으로 변환되는 제2단계(S2)와; 에어챔버(100) 내부의 수위변화량이 계산되는 제3단계(S3)와; 상기 수위변화량이 압축공기 부피로 변환되는 제4단계(S4)와; 상기 압축공기 부피가 일반공기량으로 변환되는 제5단계(S5)와; 공기압축기(200)의 계산유량이 산출되는 제6단계(S6)와; 공기압축기 효율이 산출되는 제7단계(S7)와; 산출된 공기압축기(200)의 계산유량과 공기압축기 효율이 디스플레이에 표시되는 제8단계(S8)를 포함한다.
제1단계(S1)에서는 먼저 미리 정해진 일정 기간 동안, 바람직하게는 공기압축기(200)가 기동중인 T분 동안 에어챔버(100) 내부의 평균압력이 계산된다. 상기 에어챔버(100) 내부의 평균압력은 공기압축기(200)가 기동중인 T분 동안 압력트랜스미터(PT)로부터 실시간 감지된 압력값의 평균값으로 제어부(400)에서 계산된다. 이러한 에어챔버(100) 내부의 평균압력은 bar 단위로 계산된다.
제2단계(S2)에서는 제1단계에서 계산된 에어챔버(100) 내부의 평균압력이 절대압력으로 변환된다. 평균압력을 절대압력으로 변환하는 것은 추후 압축공기 부피를 일반공기량으로 변환시 보일의 법칙을 적용하기 위해서이다. 절대압력으로의 변환은 bar 단위 평균압력에 1.013을 가산하여 수행된다. 예컨대, 에어챔버(100) 내부의 평균압력(X)이 10bar인 경우, 절대압력(E)= 평균압력(X)+1.013 = 10+1.013=11.013이 된다.
제3단계(S3)에서는 공기압축기(200)가 기동중인 T분 동안의 에어챔버(100) 내부의 수위변화량이 계산된다. 에어챔버(100) 내부의 수위는 레벨트랜스미터(LT)에 의해 실시간 감지되어 제어부(400)로 전달되며, 상기 제어부(400)에서는 레벨트랜스미터(LT)로부터 수신된 수위값이 에어챔버(100) 만수위 대비 백분율(%)로 표시되는 백분위수위(일반적인 수배관 시스템의 수충격 방지 설비 또는 압력유지설비에서 수위가 백분위수위로 산출 및 표시됨)로 환산되고, 상기 수위변화량을 최초 수위와 T분후 수위의 차이를 100으로 나눈 값으로 산출된다. 여기서 100으로 나누는 이유는 수위 단위가 %이기 때문에 백분위를 해소하기 위함이다. 즉, 수위변화량(Y)= [최초 수위(LV)-T분후 수위(LV1)]/100이된다. 예컨대, 공기압축기(200)의 기동 시간을 1분으로 가정할 경우, 수위가 58%에서 56%로변하면 수위변화량(Y)은 (58%-56%)/100이되어 0.02가 된다.
제4단계(S4)에서는 상기 수위변화량(Y)이 압축공기 부피로 변환된다. 에어챔버(100) 내부의 수위가 변화하였다는 것은 에어챔버(100) 내부로 압축공기가 충진되었음을 의미하고, 충진된 압축공기의 부피에 상응하게 수위가 변화하게 된다. 따라서, 본 단계에서는 수위변화량(Y)을 압축공기 부피로 변환한다. 압축공기 부피는 상기 수위변화량(Y)에 에어챔버 용량(M)을 곱한 값으로 산출된다. 에어챔버 용량(M)은 미리 알려진 값으로, 예컨대 에어챔버 용량(M)이 10m3인 경우 압축공기 부피(V)=M×Y=10m3×0.02=0.2m3이된다.
제5단계(S5)에서는 상기 압축공기 부피가 일반공기량으로 변환된다. 압축공기는 말 그대로 압축된 공기이기 때문에 대기압 하에서의 부피 보다 더 적게 압축되어 있다. 따라서, 보일의 법칙을 적용하기 위해서는 대기압 상태의 부피인 일반공기량으로 변환되어야 한다. 일반공기량은 압축공기 부피에 T분 동안 에어챔버(100) 내부 평균압력의 절대압력값을 곱한 값으로 산출된다. 예컨대, 일반공기량(Nm3)=압축공기 부피(V)×에어챔버 내부 평균압력의 절대압력(E)= 0.02×11.013=0.2206이된다.
제6단계(S6)에서는 상기 일반공기량을 공기압축기(200) 기동 시간인 T분으로 나누어 공기압축기(200)의 계산유량이 산출된다. 상기 계산유량은 공기압축기(200)에서 분당 공급되는 공기의 양(부피)을 의미한다. 예컨대, 공기압축기(200)가 1분 동안 기동된다면, 공기압축기 계산유량(m3/min)=일반공기량(Nm3)/T=0.22026/1=0.22026m3/min이 된다. 여기서, 공기압축기 계산유량은 LPM 단위로 환산되는 것이 바람직하며, 이를 위해 m3/min 단위로 산출된 일반공기량에 1000을 곱하고 소수점 첫째자리에서 반올림하면 공기압축기 계산유량(LPM)은 220이 된다.
제7단계(S7)에서는 상기 공기압축기(200)의 계산유량을 공기압축기(200)의 설계유량으로 나누어 공기압축기 효율이 산출된다. 즉, 공기압축기 효율 = 100×공기압축기 계산유량(LPM)/공기압축기 설계유량(일반적인 공기압축기(200)의 경우 240LPM)=100×220/240=91.7%(소수점 둘째자리에서 반올림)가 된다.
제8단계(S8)에서는 위와 같이 산출된 공기압축기(200)의 계산유량과 공기압축기 효율이 제어부(400)에 부설된 디스플레이에 표시된다. 이에 따라, 관리자는 공기압축기(200)의 계산유량과 효율을 확인하고 현재 상태를 확인하여 공기압축기(200)의 유량과 효율에 이상이 있는 경우 보수 또는 교체 등의 결정을 할 수 있다.
실시예
설계 용량이 50㎥ 인 에어챔버(100) 수위가 60%에 도달하여 공기압축기(200)가 18분 동안 기동하여 수위 50%에서 정지한 경우
(1) 공기압축기(200) 기동 중인 18분 동안의 평균 압력 계산 ex.) 9.1 kgf/㎠
(2) 18분 동안의 평균압력을 절대압력으로 환산 ex.) 9.1bar + 1.013 kgf/㎠ = 10.113 kgf/㎠ , 충진 동안의 평균압력값으로 하는 것도 가능
(3) 18분 동안의 수위변화량을 계산함, 최초 수위 - n분 후 수위 = 수위 변화량 or 충진 전/후 수위 변화량 측정 ex.) 10%
(4) 변화된 수위변화량 계산, 탱크 용량 50㎥이고 수위변화량이 10%인 경우 5㎥
(5) 공기 충진량 N㎥ 환산 -> 절대압력 x 압축공기 부피 = 10.113 x 5 = 50.565N㎥
(6) 공기압축기(200) 충진시간 EX) 18분
(7) 공기압축기 유량 계산 -> 50.565 / 18 = 2.809㎥/min = 2809L/min
(8) 효율계산 -> 설계유량 : 2500L/min, 2809 / 2500 x 100 = 112.36%
(9) 공기압축기 운영상태 판단 기준 예시
공기압축기 효율 판단 기준
기준 터치스크린 표시 문구
공기압축기 효율 80% 이상 정상
공기압축기 효율 80% 미만 공기압축기 효율 낮음 점검필요
(10) 공기압축기 계산 유량과 공기압축기 운영상태를 디스플레이에 표기함.
- 현장별로 LCP 설정 창에 공기압축기 설계유량 값 입력하는 란 필요.
- 입력된 설계유량값, 에어챔버 내부 압력값(평균값이면 더 좋음), 에어챔버 내부 수위 변화량으로 계산 진행
- 일정시간마다 계산하여 디스플레이에 표기할 수도 있으며, 충진완료 후 마지막에 디스플레이에 표기할 수 도있음
- 터치스크린 화면 예시
공기압축기 설계 유량 2500 L/min 공기압축기 효율
공기압축기 현재 유량 2809 L/min 112%
현재 운영 상태 정상 (이상 없음)
공기압축기 설계 유량 공기압축기 효율
240 L/min
공기압축기1 유량 220 L/min 91.7 %
공기압축기2 유량 240 L/min 100.0 %
운영 상태 정상 (이상 없음) or 공기압축기 1 효율 낮음 or
공기압축기 2 효율 낮음 or
공기압축기 1,2 효율낮음
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
100 : 에어챔버 200 : 공기압축기
400 : 제어부 LT : 레벨트랜스미터
PT : 압력트랜스미터

Claims (5)

  1. 주배관에 연결되는 에어챔버(100)와, 상기 에어챔버(100) 내부 압력을 감지하는 압력트랜스미터(PT)와, 상기 에어챔버(100) 내부 수위를 감지하는 레벨트랜스미터(LT)와, 상기 에어챔버(100)에 압축공기를 공급하는 공기압축기(200)와, 전체 작동을 제어하는 제어부(400)를 포함하는 수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법으로서,
    공기압축기(200)가 기동중인 T분 동안 에어챔버(100) 내부의 평균압력이 계산되는 단계와;
    계산된 에어챔버(100) 내부의 평균압력이 절대압력으로 변환되는 단계와;
    공기압축기(200)가 기동중인 T분 동안의 에어챔버(100) 내부의 수위변화량이 계산되는 단계와;
    상기 수위변화량이 압축공기 부피로 변환되는 단계와;
    상기 압축공기 부피가 일반공기량으로 변환되는 단계와;
    상기 일반공기량을 공기압축기(200) 기동 시간인 T분으로 나누어 공기압축기(200)의 계산유량이 산출되는 단계와;
    상기 공기압축기(200)의 계산유량을 공기압축기(200)의 설계유량으로 나누어 공기압축기 효율이 산출되는 단계와;
    산출된 공기압축기(200)의 계산유량과 공기압축기 효율이 디스플레이에 표시되는 단계를 포함하는 수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어챔버(100) 내부의 평균압력은 T분 동안 압력트랜스미터(PT)로부터 실시간 감지된 압력값의 평균으로 제어부(400)에서 계산되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어챔버(100) 내부의 수위는 레벨트랜스미터(LT)에 의해 실시간 감지되어 제어부(400)로 전달되며, 상기 제어부(400)에서는 레벨트랜스미터(LT)로부터 수신된 수위값이 에어챔버(100) 만수위 대비 백분율(%)로 표시되는 백분위수위로 환산되고, 상기 수위변화량을 최초 수위와 T분후 수위의 차이를 100으로 나눈 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기 부피는 상기 수위변화량에 에어챔버 용량을 곱한 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반공기량은 압축공기 부피에 T분 동안 에어챔버(100) 내부 평균압력의 절대압력값을 곱한 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 수배관 시스템의 공기압축기 유량 산출 및 표시 방법.
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