KR20020023685A - 이상진단 자기제어 시스템을 갖춘 교반기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합, 믹서, 교반 등의 용도로 산업전반에 걸처 다양하게 사용되고 있는 교반기에 있어서, 그 교반기에서 발생될 수 있는 고장, 과부하, 과열, 등과 같은 이상유무를 보다 조기에 발견하고 이에 따른 적절한 조치가 신속하게 이루어질 수 있도록 실시간 그 이상유무를 진단한 다음 이상이 있을 경우 사용자에게 신속하게 알림(경보램프, 경보음 등의 신호전달) 및 스스로 응급조치(구동정지)까지 행할 수 있도록 하는 이상진단 자기제어 시스템을 갖춘 교반기에 관한 것이다.

즉, 상기 감속기의 일측에 회전수 측정 센서(16)를 부착하고, 상기 처리수와 구동모터(7)에 측온센서(14)를 부착하며, 상기 교반조 상단 상부구조물 상(30)에 교반대상물의 수위측정 센서(15)를 장착하고, 상기 교반기(20)의 임펠러 가까이에 맥동(진동)검출센서(17)를 설치하여 임펠러(13)가 회전할 때의 유체 맥동과 감속기(8)의 진동을 검지토록 하는 것과; 상기 각 검지된 신호를 정상동작상태의 정보와 비교 연산 후 이상 상태별 알림(경보램프, 경보음 등) 및 구동정지를 수행케 하는 자기진단 제어수단(1a)을 가지는 제어반(1)을 구성시킨 것이다.

Description

이상진단 자기제어 시스템을 갖춘 교반기{a self-control system of a stirrer error}

본 발명은 이상진단 자기제어 시스템을 갖춘 교반기에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 혼합, 믹서, 교반 등의 용도로 산업전반에 걸처 다양하게 사용되고 있는 교반기에 있어서, 그 교반기에서 발생될 수 있는 고장, 과부하, 과열, 등과 같은 이상유무를 보다 조기에 발견하고 이에 따른 적절한 조치가 신속하게 이루어질 수 있도록 실시간 그 이상유무를 진단한 다음 이상이 있을 경우 사용자에게 신속하게 알림(경보램프, 경보음 등의 신호전달) 및 스스로 응급조치(구동정지)까지 행할 수 있도록 하는 이상진단 자기제어 시스템을 교반기에 관한 것이다.

통상 교반기는 미립자, 액체 등을 혼합 또는 교반하기 위하여 주로 사용되는 것으로서, 그 구조가 대략 그 교반을 직접 수행하는 교반기 날개 부분인 하나이상의 임펠러가 임펠러축의 끝단에 구비되고, 상기 임펠러와 축을 회전 구동시키기 위하여 감속기와 구동모터가 각 구비되며, 상기 구동모터에 전원인가 및 회전속도, 방향 등을 콘드롤 하기 위한 제어반이 구비된다.

이와 같이 구성을 가지는 교반기는 그 구동시 여타한 이유로 인하여 그 구성부재들의 고장이 잦을 뿐만 아니라 그 고장시 조기에 발견하지 못하여 적은 피해를 확대되는 사례가 많아 교반 수행에 많은 어려움이 있었다.

그 일예로서 하수, 정수, 폐수 등의 수처리장에 설치된 교반조의 교반기에 대하여 설명하면,

상기 교반기는 수처리를 위하여 장시간 연속 회전 구동됨으로서 원활한 수처리 공정을 수행할 수 있는데, 잦은 고장으로 인하여 그 고정수행에 많은 애로를 격고 있다 .

즉, 상기 교반기 회전 구동시 탁류 등으로 인해 그 교반기의 회전 날개 즉, 임펠러가 부러진다거나 휘어지는 등의 문제점이 발생됨과 아울러 이러한 이상유무를 조기에 확인할 수 있는 별다른 장치를 없어 감속기 및 구동모터의 과부하로까지 확대된 후에야 그 이상이 밸생되었다는 것을 비로서 알게됨으로 막대한 시간적, 경제적 손실을 피할 수 없었다.

통상 기계장치는 여타한 이유로 인하여 간혹 고장이 발생되는 것은 배제하기 어려운 것이라 할 수 있지만 이를 조기에 발견하고 신속하게 조치된다면 그 피해를 최소화 할 수 있지만 현재 교반기에는 이를 조기에 발견할 수 있는 특별한 갖지 못함으로 이의 대책이 시급한 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 제반 문제점을 일소하기 위하여 안출한 것으로서, 교반기의 비정상적인 운전 상태를 실시간 감지한 후 자기진단기능을 통하여 이상이 있을 경우 응급조치로서 자동 경보 또는 자동정지, 기동제한을 실시하여 상태식별이 불가능한 교반기의 필수 구성부재인 임펠러, 블레이드 및 회전축의 절단 등과 같은 내부 결함을 조기에 발견/조치 할 수 있도록 하는 것에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 교반기가 설치된 교반조 내부 단면도

도 2는 본 발명의 제어반 내에 구비된 자기진단 제어수단의 구성 및 계통도

■ 도면의 주요부분에 사용된 주요부호의 설명 ■

A:교반조 1:제어반

1a:자기진단 제어수단 7:구동모터

8:기어 감속기 9:구동장치받침대

10:임펠러축 12:임펠러 허브

13:임펠러블레이드 14:측온센서

15:수위측정 센서 16:회전수 측정 센서

17:맥동(진동)검출센서 20:교반기

30:상부구조물

위 기술적 과제를 달성하기 위하여 첨부된 각 도면에 의거하여 상세히 설명하면 하기와 같다.

도 1에서 도시된 바와 같이 상부구조물(30)에 구동모터(7), 기어 감속기(8), 구동장치받침대(9)가 일체로 조립되고, 상기 구동장치받침대(9)의 후부로 감속기 출력 임펠러축(10)과 임펠러 허브(12) 및 임펠러블레이드(13)가 조립되는 교반기(20)와 상기 교반기(20)가 설치된 교반 대상물을 처리하는(수처리장 등) 각종 교반조(A)에 있어서,

상기 감속기(8)의 일측에 내부 회전축의 회전속도를 측정할 수 있는 회전수 측정 센서(16)를 부착하고, 상기 교반 대상물(처리수 등)와 구동모터(7)에 측온센서(14)를 부착하여 교반대상물(처리수 등)의 동점성과 모터(7)의 발열상태를 검지하고, 상기 교반조 상단 상부구조물 상(30)에 교반 대상물의 수위측정 센서(15)를 장착하여 교반대상물의 수위를 검지한 다음 교반조(A) 내의 가로 및 세로와 연산하여 교반조(A)의 체적을 검지하고, 상기 교반기(20)의 임펠러 가까이에 맥동(진동)검출센서(17)를 설치하여 임펠러(13)가 회전할 때의 유체 맥동과 감속기(8)의 진동을 검지토록 하는 것과;

상기 각 검지된 신호를 정상동작상태의 정보와 비교 연산 후 이상 상태별 알림(경보램프, 경보음 등) 및 구동정지를 수행케 하는 자기진단 제어수단(1a)을 가지는 제어반(1)을 구성시킨 것이다.

미설명 부호 2번은 속도 지시계 및 설정기이고, 3번은 이상 상태 경보램프이며, 4번은 상태 표시 램프이고, 5번은 맥동(진동) 신호 변환기이며, 6번은 온도 신호 변환기이고, 11번은 교반 처리할 대상물의 수면상태를 나타낸 것임.

이와 같이 구성되는 본원의 이상진단 자기제어 시스템을 갖춘 교반기(20)는 도 2에서 도시된 바와 같이 현장 제어반(1) 스위치에 의해 원격 또는 자동/수동으로 전환되며, 설정하는 교반기(20)의 회전속도로 공정에 적합한 임펠러 회전수로 제어되는데, 설계시에 적정한 안전계수를 적용하였더라도 교반기(20)를 장시간 동안 연속으로 가동하게 되면 간혹 재료의 결함이나 제작, 조립과정에서 발행할 수 있는 문제점을 인하여 임펠러축(10)이 절단/파단 되거나 임펠러 블레이드(13)와 허브(12)간의 조립볼트가 풀려 블에이드(13)가 하나 둘 이탈되거나, 기어 감속기(8)의 기어나 베어링이 마모되어 파손되는 등 고장이 발생되는 경우가 있으며, 이러한 고장이 발생될 경우 구동부의 부하가 증가되며 이로 인해 구동 모터(7)는 과부하가 누적되므로, 전류가 증가하게되고, 전류가 증가하면 열이 발생하게 되는데 과열 상태가 지속되면 모터 내부 권선의 전기적인 절연 내력의 상실로 소손에 이르게 된다.

특히 인버터로 모터(7)속도를 조절하는 경우는 낮은 속도에서는 스스로 냉각될 수 있는 능력이 상실됨으로 발생되는 열이 누적되어 소손되는 사례가 있다.

종래에 사용되던 과전류계전기(EOCR)는 이상적인 과전류는 검출할 수 있지만, 임펠러축(10)의 파단 또는 임펠러 블레이드(13)가 허브(12)로부터 이탈되는 경우, 구동 모터(7)의 전류는 오히려 줄게되므로 과전류계전기로는 진단이 되지 않지만, 교반기능이 상실되므로, 공정 처리되지 못하는 상태로 운영되는 사례가 있고, 이 경우 감속기(8)의 진동은 정상 운전시보다 적거나 높아지게 되고, 모터(7) 권선의 온도가 높아지는 상태 등 대체로 다음 표와 같이 나타나게 된다.

-다 음 -

고 장 내 용	공정에 미치는 영향	나타나는 현상	조치 사항
임펠러축의 파단	교반능력 완전상실	ㆍ설정값에 비해 전류 감소	경보 후 가동정지
블레이드 한개 이탈	교반능력 일부상실	ㆍ저속운전시: -진동증가-전류감소ㆍ고속운전시: -진동감소-전류증가	경보 후가동 정지
블레이드 두개 이탈	교반능력 일부상실	ㆍ저속운전시: -진동증가-전류감소ㆍ고속운전시: -진동감소-전류증가	경보 후가동 정지
감속기의 기어 파손	파손정도가 경미할 경우 교반은 정상	ㆍ진동 및 전류 증가	경보 후가동 정지
감속기의 베어링 파손	파손정도가 경미할 경우 교반은 정상	ㆍ진동 및 전류 증가	경보 후가동정지
고동 부하가 증가될 때	과전류 계전기가동작 되기전까지정상	ㆍ전류가 증가되면 권선 온도 상승	경보 후가동정지
교반 처리수의 수면이 임펠러 주변일 때	비정상적인 운전일 경우 공정에 미치는 영향은 없음	ㆍ임펠러 요동이 심하여감속기 및 축에 무리가따르게 됨	경보 후가동정지

위의 표에서와 같이 고장 내용에 따라 나타나는 현상이 다르므로, 운전초기 정상 상태의 각종 변화되는 데이터 범위를 파악하여 정상운전 상태를 기준으로 하여, 설정한 속도에 대한 실제 운전되는 속도와 모터(7)의 부하전류 및 진동, 권선 온도를 각 센서로부터 연속적으로 측정하여 변환기를 거쳐 PLC(Programmable Logic Controller)의 A / D 아날로그 / 디지털 변환기를 통해 입력되고, 수집되는 각종 데이터를 비교 분석하여, 가동설비의 컨디션(Condition)을 최대한 파악할 수 있어, 정상적인 운전상태와 비교하여, 점검이 필요한 가벼운 고장이 발생 시 경보(표시 램프 및 음성출력, 부저)와 긴급한 상황 발생 시 고장상태를 알리는 경보와 아울러 가동을 정시시켜주는 등 이상 초기에 이를 알려 줌으로 중 고장으로 확산 및 공정이 처리되지 못하는 사고로 인한 피해를 최소화 할 수 있는 자기진단 제어 시스템을 갖춘 교반기(20)이다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명의 이상진단 자기제어 시스템을 갖춘 교반기(20)은 교반기(20)의 동작상태를 실시간 자동으로 확인이 가능함은 물론 그 기계적 결함이 발생될 경우 조기에 발견하고 스스로 응급조치까지 이루어 질 수 있는 등 상당한 효과를 기대할 수 있다.

이는 특히 정수, 폐수 등을 처리하는 수처리장의 교반조 내부에 구비된 교반기(20)의 경우 그 내부 기계장치의 동작상태 및 처리할 물의 량 또는 유체의 맥동 등의 상태를 자동으로 자가 진단한 다음 그 이상유무를 실시간 보다 신속하고도 정확하게 사용자에게 알림 및 응급조치(경보램프, 경보음 등의 신호전달과 함께 응급처치로 시스템 작동정지) 등을 수행함으로서 조기에 이상유무에 대한 조치를 취할수 있어 고장 등에 따른 경제적, 시간적 손실을 최소화 할 수 있는 등 그 기대되는 바가 다대한 발명이다.

Claims (1)

1. 상부구조물(30)에 구동모터(7), 기어 감속기(8), 구동장치받침대(9)가 일체로 조립되고, 상기 구동장치받침대(9)의 후부로 감속기 출력 임펠러축(10)과 임펠러 허브(12) 및 임펠러블레이드(13)가 조립되어 설치된 교반기(20)에 있어서,

   상기 감속기의 일측에 내부 회전축의 회전속도를 측정할 수 있는 회전수 측정 센서(16)를 부착하고, 상기 교반 대상물과 구동모터(7)에 측온센서(14)를 부착하여 교반대상물의 동점성과 모터(7)의 발열상태를 검지하고, 상기 교반조 상단 상부구조물 상(30)에 교반대상물의 수위측정 센서(15)를 장착하여 그 수위를 검지한 다음 교반조(A) 내의 가로 및 세로와 연산하여 교반조(A)의 체적을 검지하고, 상기 교반기(20)의 임펠러가까이에 맥동(진동)검출센서(17)를 설치하여 임펠러(13)가 회전할 때의 유체 맥동과 감속기(8)의 진동을 검지토록 하는 것과;

   상기 각 검지된 신호를 정상동작상태의 정보와 비교 연산 후 이상 상태별 알림(경보램프, 경보음 등) 및 구동정지를 수행케 하는 자기진단 제어수단(1a)을 가지는 제어반(1)을 구성시킨 것을 특징으로 하는 이상진단 자기제어 시스템을 갖춘 교반기.