KR19990086929A - 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치 - Google Patents

순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치에 관한 것으로, 적어도 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착하여 유속과의 각종 반응상태를 측정하는 시험 관측부를 구비한 순환식 캐비테이션 채널과, 에어 컴프레서의 공압을 제공하는 가압 공기펌프 및 감압 진공펌프를 통하여 유체를 상기 시험 관측부에 가압 및 감압시키는 압력탱크를 포함하여 이루어진 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치에 있어서, 상기 압력탱크 내부에 내장된 유체 수위를 검출하는 레벨 트랜스미터와, 상기 시험 관측부의 압력값을 검출하는 압력 감지센서와, 유체 속에 포함된 용존(溶存) 가스를 제거하는 탈기탱크(Deaerator Tank)와, 상기 탈기탱크 내부에 내장된 유체를 상기 압력탱크에 공급하는 수위 조절펌프와, 상기 레벨 트랜스미터로부터 검출된 상기 압력탱크의 유체 수위 및 상기 압력 감지센서로부터 검출된 상기 시험 관측부의 압력값을 기준 수위 및 기준 압력값에 비교한 후 그 잔류편차를 제거하여 상기 수위 조절펌프를 신속히 기동 및 정지시킬 수 있도록 제어신호를 제공하는 PID 콘트롤러를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 따라서, 압력탱크 내부에 존재하는 유체 수위의 변화를 신속히 보완할 수 있음과 동시에 용존 가스를 제거한 유체를 통하여 시험 관측부 내부의 유압을 더욱 정밀하게 유지할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Description

순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치
(기술분야)
본 발명은 순환식 캐비테이션 채널(circulating cavitation channel)의 미세 압력 조절장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 선박의 추진 장치 등에 대한 캐비테이션 시험을 수행하는 순환식 캐비테이션 채널에서 시험 관측부에 적용되는 압력을 미세조절을 통하여 정밀하게 조절할 수 있는 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치에 관한 것이다.
(배경기술)
유속이 증가함에 따라 유체에 접하고 있는 물체의 표면 근처에는 압력이 낮아져 유체가 수증기로 변화하게 되고, 수증기의 밀도는 유체의 밀도에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작으므로 마치 유체 속에 빈 공간이 형성되는 것과 같게 되는 바, 이를 캐비테이션(공동화 현상)이라 하며, 캐비테이션은 프로펠러나 물제트 등 선박의 추진기와 같은 몰수체가 유체 속에서 작동될 때 발생된다.
이때, 상기 캐비테이션은 프로펠러의 날개를 침식시키는 작용을 할뿐만 아니라 선박의 추진 효율을 감소시키고 진동이나 소음을 증가시키는 등 여러 가지 바람직하지 않은 부작용을 유발한다. 따라서, 선박을 설계 및 제작함에 있어서는 조선소에서 선박을 건조하기에 앞서, 추진기에 대한 캐비테이션 시험과 추진기를 장착한 모형선박을 직접 사용한 추진기 캐비테이션에 의한 선체의 영향 등을 테스트한 후에 최적의 추진기를 개발할 필요가 있다.
이와 같은 캐비테이션 시험은, 밀폐된 순환 채널(수조) 내에 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착한 상태에서 일정한 유속으로 유체를 순환시켜 마치 프로펠러나 선박이 일정 속도로 추진되고 있는 것과 같은 상황을 인위적으로 형성한 순환식 캐비테이션 채널이라는 장치에 의해 수행된다.
도 1은 일반적인 순환식 캐비테이션 채널을 나타내는 개략도이다. 도시된 바와 같이 순환식 캐비테이션 채널(10)은 모형 프로펠러나 선박이 장착되고 각종 측정장비가 설치되는 시험 관측부(12)에 유체가 일정한 유속으로 흐를 수 있도록 길게 신장된 사각 형상의 밀폐된 순환 채널 구조로 되어 있다.
도면 중 부호 11은 채널에서 물에 유속을 가하는 추진 임펠러, 부호 13은 시험 관측부(12)에서의 빠르고 균일한 유속을 유지하기 위한 수축부, 부호 14는 시험 관측부(12)를 통과한 유체를 확산시키는 확산부, 부호 15는 수류의 균일성과 난류의 강도를 약화시키는 허니콤 설치부, 부호 16은 채널의 굴곡부에서 발생되는 유동의 불균일성을 최소화기 위한 가이드 베인(guide vain: 유도날개) 설치부를 각각 나타낸다.
이와 같은 구성의 순환식 캐비테이션 채널(10)에 의해 각종 시험 대상물을 테스트함에 있어서는, 탈기나 변동압력 측정 등을 위하여 시험 관측부(12)의 압력을 ±0.5mbar의 정밀도로 0.05∼4bar까지의 큰 폭으로 조절할 필요가 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치를 나타내는 블록도를 포함한 개략도이다. 도시된 바와 같이 순환식 캐비테이션 채널(10)의 시험 관측부(12)에는 압력탱크(20)가 연결되어 있다. 상기 압력탱크(20)는 급수관(21)을 통해 공급된 유체가 채워져 있으며, 또한 압력탱크(20) 상부의 공기층(22)에는 여기에 공압을 가압 또는 감압하기 위한 가압 공기펌프(P1) 및 감압 진공펌프(P2)가 각각 연결되어 있고, 상기 가압 공기펌프(P1) 및 감압 진공펌프(P2)는 각각 에어 컴프레서(Air Compressor)(30)에 연결된다.
상기한 구성에 따라 상기 가압 공기펌프(P1) 또는 감압 진공펌프(P2)에 의해 압력탱크(20) 내부의 공압을 가압 또는 감압시켜주므로써 압력탱크(20)의 압력이 변화될 수 있으며 이 변화된 압력탱크(20)의 압력이 시험 관측부(12)에 전달되도록 하므로써 시험 관측부(12) 내부의 압력을 조절하고 있다. 이와 같은 압력탱크(20)에 의한 시험 관측부(12)의 압력 조절과 더불어 상기 압력탱크(20) 내에 채워진 유체의 수두를 조절하므로써 미세한 압력을 조절할 수 있게 되는 것이다.
그런데, 밀폐된 순환식 캐비테이션 채널(10) 내에 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착한 상태에서 일정한 유속으로 유체를 순환시켜 프로펠러나 선박이 마치 일정한 속도로 추진되고 있는 것과 같은 상황을 인위적으로 형성하므로써 수득되어지는 탈기나 변동압력 측정 등을 위하여 시험 관측부(12)의 압력이 적어도 ±0.5mbar 정도의 정밀도를 가져야만 하는데, 종래 기술에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치는 상술한 바와 같은 정밀도를 갖는 압력을 유지하기 위한 수단으로 단순히 에어 컴프레서(30)의 공기압을 전달하는 가압 공기펌프(P1) 및 감압 진공펌프(P2)만이 동원되어 그 압력을 조절하므로 인하여 보다 정밀한 압력조절을 구현할 수 없는 커다란 단점이 있었다.
즉, 시험 관측부(12)의 압력이 떨어질 경우에는 상기 가압 공기펌프(P1)를 구동하여 에어 컴프레서(30)의 공압이 압력탱크(20)에 공급되도록 하므로써 압력탱크(20)에 내장된 유체가 시험 관측부(12)에 가압되도록 하고, 상기 시험 관측부(12)의 압력이 너무 높을 경우에는 상기 감압 진공펌프(P2)를 구동하여 압력탱크(20)의 공기층(22)에 존재하는 공압을 낮추어주므로써 시험 관측부(12)의 압력을 떨어뜨리게 되는데, 이러한 시험 관측부(12)의 압력을 조절하는 압력탱크(20) 내부에 내장된 유체는 미세하지만 그 양에 따라서 상기 시험 관측부(12)의 압력오차를 크게 할 수 있는 커다란 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 레벨 트랜스미터로부터 검출된 압력탱크의 유체 수위 및 압력 감지센서로부터 검출된 시험 관측부의 압력값을 기준 수위 및 기준 압력값에 비교한 후 그 잔류편차를 제거하여 적분함과 동시에 수위 조절펌프를 신속히 기동 및 정지시킬 수 있도록 미분신호를 제공하는 PID 콘트롤러를 구비시켜 시험 관측부 내부의 유압을 더욱 정밀하게 유지할 수 있도록 한 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 순환식 캐비테이션 채널을 나타내는 개략도.
도 2는 종래 기술에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치를 나타내는 블록도를 포함한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치를 나타내는 블록도를 포함한 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 순환식 캐비테이션 채널 11 : 추진 임펠러
12 : 시험 관측부 13 : 수축부
14 : 확산부 15 : 허니콤 설치부
16 : 가이드 베인 설치부 20 : 압력탱크
21 : 급수관 22 : 공기층
30 : 에어 컴프레서 40 : 레벨 트랜스미터
50 : 압력 감지센서 60 : 탈기탱크
70 : 수위 조절펌프 80 : PID 콘트롤러
P1 : 가압 공기펌프 P2 : 감압 진공펌프
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적어도 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착하여 유속과의 각종 반응상태를 측정하는 시험 관측부를 구비한 순환식 캐비테이션 채널과, 에어 컴프레서의 공압을 제공하는 가압 공기펌프 및 감압 진공펌프를 통하여 유체를 상기 시험 관측부에 가압 및 감압시키는 압력탱크를 포함하여 이루어진 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치에 있어서, 상기 압력탱크 내부에 내장된 유체 수위를 검출하는 레벨 트랜스미터와, 상기 시험 관측부의 압력값을 검출하는 압력 감지센서와, 유체 속에 포함된 용존(溶存) 가스를 제거하는 탈기탱크(Deaerator Tank)와, 상기 탈기탱크 내부에 내장된 유체를 상기 압력탱크에 공급하는 수위 조절펌프와, 상기 레벨 트랜스미터로부터 검출된 상기 압력탱크의 유체 수위 및 상기 압력 감지센서로부터 검출된 상기 시험 관측부의 압력값을 기준 수위 및 기준 압력값에 비교한 후 그 잔류편차를 제거하여 상기 수위 조절펌프를 신속히 기동 및 정지시킬 수 있도록 제어신호를 제공하는 PID 콘트롤러를 구비하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치의 바람직한 실시예를 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치를 나타내는 블록도를 포함한 개략도이고, 도면 중 종래 구성과 동일 작용을 하는 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호를 병기 사용하기로 하고, 그에 대한 상세한 설명은 편의상 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치는 도 3에 도시된 바와 같이 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착하여 각종 유속과의 반응상태를 측정하는 시험 관측부(12)를 구비한 순환식 캐비테이션 채널(10)과, 에어 컴프레서(30)의 공압을 제공하는 가압 공기펌프(P1) 및 감압 진공펌프(P2)를 통하여 유체를 상기 시험 관측부(12)에 가압 및 감압시키는 압력탱크(20)와, 상기 압력탱크(20) 내부에 내장된 유체 수위를 검출하는 레벨 트랜스미터(40)와, 상기 시험 관측부(12)의 압력값을 검출하는 압력 감지센서(50)와, 유체 속에 포함된 용존(溶存) 가스를 제거하는 탈기탱크(Deaerator Tank)(60)와, 상기 탈기탱크(60) 내부에 내장된 유체를 상기 압력탱크(20)에 공급하는 수위 조절펌프(70)와, 상기 레벨 트랜스미터(40)로부터 검출된 상기 압력탱크(20)의 유체 수위 및 상기 압력 감지센서(50)로부터 검출된 상기 시험 관측부(12)의 압력값을 기준 수위 및 기준 압력값에 비교한 후 그 잔류편차를 제거하여 상기 수위 조절펌프(70)를 신속히 기동 및 정지시킬 수 있도록 제어신호를 제공하는 PID 콘트롤러(Proportion Integral Differential Controller)(80)로 이루어진다.
상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 시험 관측부(12)의 내부에 장착한 후 유속과의 각종 반응상태를 측정하기 위하여 추진 임펠러(11)를 구동시켜 순환식 캐비테이션 채널(10) 내부에 내장된 유체를 가속시킨다.
이때, 상기 유체는 추진 임펠러(11)의 추진력에 의하여 전진되면서 순환식 캐비테이션 채널(10) 내부에 구비된 수축부(13)를 통하여 가속되어 시험 관측부(12)를 통과한 후 상기 각종 시험 대상에 직간접적인 영향을 미치면서 확산부(14)를 경유하여 계속 순환되어진다.
여기서, 상기 시험 관측부(12) 내부에 장착된 유속 및 유압은 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상물의 측정값에 지대한 영향을 미치므로 상기 시험 관측부(12)의 압력 정밀도를 적어도 ±0.5mbar 정도로 유지하여야 한다.
만약, 상기 시험 관측부(12)의 압력이 떨어질 경우에는 상기 가압 공기펌프(P1)를 구동하여 에어 컴프레서(30)의 공압이 압력탱크(20)에 공급되도록 하므로써 압력탱크(20)에 내장된 유체가 시험 관측부(12)에 가압되도록 하고, 상기 시험 관측부(12)의 압력이 너무 높을 경우에는 상기 감압 진공펌프(P2)를 구동하여 압력탱크(20)의 공기층(22)에 존재하는 공압을 낮추어주므로써 시험 관측부(12)의 압력이 떨어지도록 한다.
그리고, 상기 시험 관측부(12) 내부의 유압의 미세한 변화는 압력 감지센서(50)에 의하여 검출되고, 상기 압력탱크(20) 내부의 유체의 미세한 수위 변화는 레벨 트랜스미터(40)에 의하여 검출되어 PID 콘트롤러(80)에 공급된다.
이때, 상기 PID 콘트롤러(80)는 상기 레벨 트랜스미터(40)로부터 검출된 상기 압력탱크(20)의 유체 수위 및 상기 압력 감지센서(50)로부터 검출된 상기 시험 관측부(12)의 압력값을 기준 수위 및 기준 압력값에 비교한 후 그 잔류편차를 제거하여 적분함과 동시에 상기 수위 조절펌프(70)를 신속히 기동 및 정지시킬 수 있도록 미분신호를 제공하여 탈기탱크(60)의 내부에 내장된 유체를 상기 압력탱크(20)에 즉각 공급할 수 있도록 수위 조절펌프(70)를 제어하게 된다.
여기서, 상기 탈기탱크(60) 내부에 내장된 유체는 용존 가스를 제거할 수 있도록 가열되어 있으므로 압력탱크(20)를 통하여 시험 관측부(12) 내부에 공급되어 시험 관측부(12)의 압력을 정밀하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라 압력탱크(20) 내부에 존재하는 유체 수위의 변화에 수위 조절펌프(70)를 통하여 즉각 보완될 수 있도록 하므로써 유체의 수위 변화에 따른 유압의 변화 역시 신속하게 보정할 수 있는 작용을 함을 알 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치에 의하면, 레벨 트랜스미터로부터 검출된 압력탱크의 유체 수위 및 압력 감지센서로부터 검출된 시험 관측부의 압력값을 기준 수위 및 기준 압력값에 비교한 후 그 잔류편차를 제거하여 수위 조절펌프를 신속히 기동 및 정지시킬 수 있도록 제어신호를 제공하는 PID 콘트롤러를 구비하므로써, 압력탱크 내부에 존재하는 유체 수위의 변화를 신속히 보완할 수 있음과 동시에 용존 가스를 제거할 수 있도록 가열된 유체를 통하여 시험 관측부 내부압력을 더욱 정밀하게 유지할 수 있게 되어 매우 정밀한 측정을 기할 수 탁월한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 적어도 모형 프로펠러나 선박과 같은 시험 대상을 장착하여 유속과의 각종 반응상태를 측정하는 시험 관측부를 구비한 순환식 캐비테이션 채널과, 에어 컴프레서의 공압을 제공하는 가압 공기펌프 및 감압 진공펌프를 통하여 유체를 상기 시험 관측부에 가압 및 감압시키는 압력탱크를 포함하여 이루어진 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치에 있어서,
    상기 압력탱크 내부에 내장된 유체 수위를 검출하는 레벨 트랜스미터와,
    상기 시험 관측부의 압력값을 검출하는 압력 감지센서와,
    유체 속에 포함된 용존(溶存) 가스를 제거하는 탈기탱크(Deaerator Tank)와,
    상기 탈기탱크 내부에 내장된 유체를 상기 압력탱크에 공급하는 수위 조절펌프와,
    상기 레벨 트랜스미터로부터 검출된 상기 압력탱크의 유체 수위 및 상기 압력 감지센서로부터 검출된 상기 시험 관측부의 압력값을 기준 수위 및 기준 압력값에 비교한 후 그 잔류편차를 제거하여 상기 수위 조절펌프를 신속히 기동 및 정지시킬 수 있도록 제어신호를 제공하는 PID 콘트롤러를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치.
KR1019980020116A 1998-05-30 1998-05-30 순환식 캐비테이션 채널의 미세 압력 조절장치 KR100365817B1 (ko)

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