KR20050023980A

KR20050023980A - 고온고압 배관의 3차원 변위측정기 및 이를 이용한 감시방법

Info

Publication number: KR20050023980A
Application number: KR1020030061770A
Authority: KR
Inventors: 현중섭; 송기욱; 김종영; 조선영
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2005-03-10
Also published as: KR100655925B1

Abstract

본 발명은 고온고압 배관의 3차원 변위를 실시간으로 측정하는 3차원 변위 측정기와 이를 이용한 감시방법에 관한 것으로, 고온고압 배관(2) 주변에 설치되어 이 배관(2)의 3축 거동변위를 측정하기 위하여 고정축(3)에 설치되어 수직각도(φ)와 평면각도(θ)를 측정하는 2개의 엔코더(4)와 거리(r)를 측정하는 변위센서(5), 이 변위센서(5)를 보호하는 외형 케이스(6)로 이루어진 변위측정기(1)를 이용하여 배관(2)의 변위를 측정하되, 상기 배관(2)에 증기가 흐르게 되면 이 배관은 3차원 변위가 이루어지게 되고, 이를 측정부(100)의 상기 변위측정기(1)로 감지하여 3차원 변위를 데이터 획득 시스템(102)을 통해 배관(2)을 운용하는 중앙제어실(101)로 전송시키며, 이 중앙제어실(101)의 데이터 유한해석 결과비교 프로그램(103)을 통하여 실시간으로 배관(2)의 평가를 수행하여 응급상황에 대한 경고 등을 관리자에게 인식시킬 수 있도록 되어 있다.

Description

고온고압 배관의 3차원 변위측정기 및 이를 이용한 감시방법{3 dimensional displacement measurement apparatus and monitoring process of high temperature and pressure pipe}

본 발명은 고온고압 배관의 3차원 변위를 실시간으로 측정하는 고온 고압 배관의 3차원 변위측정기 및 이를 이용한 감시방법에 관한 것으로, 특히 화력, 열병합, 원자력 발전소 및, 석유화학 플랜트 등에 설치되는 고온고압 배관의 3차원 변위를 실시간으로 측정하여 가동중 배관이 움직이는 위치를 정량적으로 평가하고, 위험 상황을 미리 확인하여 배관 사고를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 배관의 3축 변위를 측정할 수 있어 유한요소법을 통한 배관의 변형해석 및 응력해석과 비교 평가하여 배관의 거동을 예측할 수 있는 기초자료도 제공하는 고온고압 배관의 3차원 변위측정기 및 이를 이용한 감시방법에 관한 것이다.

예를 들어 화력, 열병합, 원자력 발전소 및 각종 석유화학 플랜트 등에는 다양한 사이즈의 고온고압 파이프 배관이 설치되어 있으며, 이 고온고압 파이프 배관의 거동 변위를 항상 감시하도록 되어 있는바, 종래 고온고압 배관의 거동은 정비 기간에 배관을 지지하는 행거와 연결된 게이지 측정기로부터 배관의 초기위치를 기록한 후, 가동에 따른 배관의 거동을 이 배관의 수직방향(즉, y축의 한 방향)만을 측정함에 따라 3축 방향으로 거동하는 배관 변위를 정확하게 확인할 수 없었다.

또한 종래에는 가동중 배관의 거동을 확인하기 위해서는 현장에 가서 위험한 위치에 설치된 행거의 게이지 측정기로부터 변위를 계산함으로써 배관의 처짐량 등과 같은 변위를 알 수 있기 때문에 배관의 변위측정에 상당히 불편하고 그 데이타의 신뢰성도 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 고온고압 배관이 3축 방향으로 거동되는 정량적 자료를 얻을 수 있으면서 배관계의 유한 해석결과와 비교 평가하여 배관의 거동을 정확하게 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해 배관의 안정성 보장과 관리의 편이성이 향상되고 원거리에서 배관의 거동을 모니터링할 수 있으며, 네트워크를 통해 원하는 장소에서도 확인할 수 있는 고온고압 배관의 3차원 변위측정기 및 이를 이용한 감시 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고온고압 배관 주변에 설치되어 이 배관의 3축 거동 변위를 측정하기 위하여 수직각도와 평면각도를 측정하는 고정축에 설치되는 2개의 엔코더와 , 거리를 측정하는 변위센서, 이 변위센서를 보호하는 외형케이스로 이루어져 있다.

또한 발명은 측정부에서 상기 변위측정기로부터 배관의 3축 변위를 측정하여 이를 데이타 획득 시스템을 통하여 비교검토 평가 프로그램이 설치된 중앙제어실에서 전송된 데이타를 해석결과와 비교하여 실시간으로 평가할 수 있으며, 응급시 경고 등으로 관리자에게 알려줄 수 있도록 되어 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시 도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 변위측정기가 고온고압 배관에 설치된 상태도이고, 도 2는 본 발명의 3차원 변위측정기의 상세 사시도이다.

본 발명에 따른 변위측정기(1)는 고온 고압 배관(2) 주변에 설치되어 이 배관(2)의 3축 거동변위를 측정하기 위하여 고정축(3)에 설치되어 수직각도(φ)와 평면각도(θ)를 측정하는 2개의 엔코더(4)와 거리(r)를 측정하는 변위센서(5, Linear Variable Differential Transformer, LVDT), 이 변위센서(5)를 보호하는 외형 케이스(6)로 이루어진 구조로 되어 있다.

이와 같이, 본 발명은 고온고압 배관의 3차원 변위를 측정하는 변위측정기(1)로서, 이 변위측정기(1)는 도 1과 같이 고온고압 배관(2) 주변에 설치되어 진다.

그리고 배관(2)의 거동을 평가하기 위해 이 배관(2)을 따라 유동하는 증기방향, 즉 배관(2)의 축방향은 Z축으로 정의하고, 배관(2)에 설치된 행거(8)방향, 즉 처짐이 발생되는 배관(2)의 수직방향을 Y축으로 정의하고 오른손 법칙에 따라 X축을 정의한다.

한편, 도 3은 배관의 3차원 변위를 측정하기 위한 변위측정기(1)의 개략적 설명을 위한 도면으로서, 공간상의 한 점을 표시함에 있어 3차원 좌표계를 사용하는데, 3차원 배관(2)의 변위를 측정하기 위해서는 원점(0)인 한 고정점과 다른 이동점(A)에 대한 거리(r)를 측정하기 위해서는 도 4와 같은 구면좌표계가 적합하다.

따라서, 도 4와 같이 원점(0)으로부터 거리(r)와 중심 평면으로부터 이동점(A)까지 수직각도(φ), 정사영면에서 수평각도(θ)가 측정되면, 공간상의 이동점(A)의 벡터를 계산할 수 있다.

즉, 도 3과 같이 두각(Φ, θ)과 거리(r)를 측정하게 되면, 공간상의 이동점(A)은 직교좌표를 가지게 되므로 고정 원점(0)으로부터 이동점(A)까지의 거리를 실시간으로 모니터링 하기 위해서 도 2와 같이 2개의 엔코더(4)와 변위센서(5)를 갖추면 되는 것이다.

예를 들어, 이동점(A)은 유니버셜 조인트와 같은 지지점을 이용하여 자유모멘트(Moment Free)를 유지하게 하고, 고정 원점(0)에서 2개의 엔코더(4)로부터 각도 (θ, φ)를 측정하며, 변위센서에서 거리(r)를 측정하여 상기 이동점(A)의 변위를 3차원으로 측정하게 된다.

한편, 상기 변위측정기(1)는 거리(r)를 측정하기 위해 변위센서(5)를 적용하였으며, 수직각도(φ)와 수평각도(θ)를 측정하기 위해 2개의 엔코더(4)가 설치되어 있고, 내부의 변위센서 봉(7)을 보호하기 위해 알루미늄으로 가공하여 경질 도금 처리된 외형 케이스(6)가 장착되어 있다.

그리고 도 5는 본 발명에 따른 변위측정기를 이용한 변위 감시방법을 도시한 구성 블럭도로서, 배관(2)에 증기가 흐르게 되면 이 배관은 3차원 변위가 이루어지게 되고, 이를 측정부(100)의 변위측정기(1)로 감지하여 3차원 변위를 데이터 획득 시스템(102)을 통해 배관(2)을 운용하는 중앙제어실(101)로 전송시키며, 이 중앙제어실(101)의 데이터 유한해석 결과비교 프로그램(103)을 통하여 실시간으로 배관(2)의 평가를 수행하여 응급상황에 대한 경고 등으로 관리자에게 인식시킬 수 있도록 되어 있다.

즉 본 발명은 고온고압 배관(2)의 3차원 변위를 측정한 데이터를 전송과 처리를 수행하기 위하여 측정된 데이터를 실시간으로 원거리 모니터링 하기 위해서는 설치된 장소로부터 데이터 획득 시스템(102, Data Acquisition System, DAS)을 통해 배관을 운용하는 중앙제어실(101)까지 연결한다.

상기 데이터 획득 시스템(102)은 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하여 중앙제어실(101)까지 데이터의 손실 없이 원거리까지 전달되도록 구성하여야 한다. 전송방식은 데이터 측정시간 간격이 크고, 환경에 의한 데이터 손실을 최소화기 위해 RS232 방식과 RS485 방식을 적용하였다.

중앙제어실에서는 전송된 데이터를 유한 요소해석 결과와 비교함으로써 실시간으로 배관에 대한 평가를 할 수 있으며, 응급상황에 대한 경고를 관리자에게 줄 수 있다.

한편, 본 발명은 실시간으로 변위가 발생하는 화력발전소, 열병합 및 석유화학 플랜트 배관이나 원자력발전소의 냉각계 배관뿐만 아니라, 3축 변위가 발생하는 자동차부품 평가 및 교각과 같이 처짐이 발생하는 건설분야 등 광범위하게 적용할 수 있음을 물론이다.

상기와 같은 본 발명은 고온 고압 배관의 3차원 변위측정을 통한 배관의 거동을 정량적으로 측정함으로써 배관 거동에 대한 정확한 분석 및 수명예측이 이루어질 수 있으며, 발전소의 안정성 측면에서 응급상황에 대한 효율적인 대처를 할 수 있다.

또한 작업자가 작업장에 구애받지 않고, 배관의 거동을 확인할 수 있게 됨으로써 작업 능률이 한층 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 변위측정기가 배관에 설치된 상태도,

도 2는 본 발명에 따른 3차원 변위측정기의 투시사시도,

도 3은 본 발명의 3차원 변위측정기의 개념을 설명하는 개념도,

도 4는 본 발명의 3차원 변위측정기의 변위측정 개념을 설명하는 그래프,

도 5는 본 발명에 따른 3차원 변위감지기를 이용한 변위 감시방법을 나타낸 구성 블럭도이다.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

1 : 변위측정기, 2 : 배관,

3 : 고정축, 4 : 엔코더,

5 : 변위센서, 6 : 외형케이스,

7 : 변위센서 봉, 8 : 행거,

100 : 측정부, 101 : 중앙제어실,

102 : 데이터 획득 시스템, 103 : 데이터 유한해석 결과 프로그램.

104 : 배전반.

Claims

고온 고압 배관(2)에서 발생하는 변위를 측정하는 변위측정기에 있어서,

상기 고온 고압 배관(2) 주변에 설치되어 이 배관(2)의 3축 거동변위를 측정하기 위하여 고정축(3)에 설치되어 수직각도(φ)와 평면각도(θ)를 측정하는 2개의 엔코더(4)와 거리(r)를 측정하는 변위센서(5), 이 변위센서(5)를 보호하는 외형 케이스(6)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고온고압 배관의 3차원 변위측정기.
제 1항에 있어서, 상기 변위센서(5)의 내부에 설치된 변위센서 봉(7)을 보호하기 위해 알루미늄으로 가공하여 경질 도금 처리된 외형케이스(6)가 장착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 고온고압 배관의 3차원 변위측정기.
배관(2)에 증기가 흐르게 되면 이 배관은 3차원 변위가 이루어지게 되고, 이를 측정부(100)의 변위측정기(1)로 감지하여 3차원 변위를 데이터 획득 시스템(102)을 통해 배관(2)을 운용하는 중앙제어실(101)로 전송시키며, 이 중앙제어실(101)의 데이터 유한해석 결과비교 프로그램(103)을 통하여 실시간으로 배관(2)의 평가를 수행하여 응급상황에 대한 경고 등을 관리자에게 인식시킬 수 있도록 이루어진 고온고압 배관의 3차원 변위 감시방법.