KR20120132776A - 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌프가 유체에 에너지를 전달하는 과정에서 발생하는 모든 손실은 유체가 가진 열에너지의 변화로 나타나므로 유체의 열역학 변화량을 측정하여 펌프의 효율을 산출하고, 이를 근거로 최적의 펌프 조합을 결정함으로써 소비 전력을 절감할 수 있는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 방법과 그 시스템을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 실시간 모타의 효율 측정과 열역학적 펌프효율측정을 이용한 열역학적 펌프효율측정 시스템으로부터 입력된 각 펌프의 양정-유량-소요원단위를 측정하는 단계와; 소요유량과 양정을 입력하면 입력된 상태에서 선택 가능한 모든 펌프의 조합에 따른 메인 토출관의 양정-유량-소요원단위를 계산하여 획득하는 단계와; 입력된 소요유량과 양정에서 소요원단위가 가장 작은 펌프의 조합을 찾아내어 스케줄을 수립하여 추천을 하며 일정기간의 운영데이터를 취득하고 그 데이터를 기준으로 계산된 스케줄을 보정하고, 실시간으로 가동 펌프의 유량-양정, 유량-원단위 차트, 효율 그래프를 모니터링하는 단계가 포함된 것을 특징으로 한다.

Description

열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 방법 및 그 시스템{Pump scheduling method using thermodynamics pump efficiency measuring and system of the same}
본 발명은 유체의 열역학적 변화량을 측정하여 펌프효율을 산출하고 최적의 펌프 조합을 제시?결정할 수 있도록 한 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
에너지 절감을 위하여 대용량 펌프가 여러대를 가동할 경우 효율이 좋은 펌프의 조합을 선택하면 경제적이 되지만 그렇지 못하면 경제적 손실이 크다.
기존의 수력학적 펌프 효율측정 방법은 산업현장에서 펌프성능을 평가하는 경우로서 계측기기, 특히 유량계를 규정에 맞게 설치하는 것은 여러 가지 어려운 경우가 많이 있다. 또한 여러대의 펌프가 병열 또는 직열 운전될때 각각의 운전상태를 평가하기 위해서 각 펌프마다 고가의 유량계를 설치해야 하므로 저효율 고비용으로 비경제적이다.
이에 반해 열역학적 펌프효율측정은 열역학적 특성을 이용하는 효율측정방법으로서 펌프장에서 온도와 압력만 측정하여 효율을 측정 할 수 있고, 측정의 불확도가 ± 1.5% 이내이면서 측정 분해능이 1 mK 이하 온도의 안정적인 측정기법이다.
따라서 본 발명은 펌프가 유체에 에너지를 전달하는 과정에서 발생하는 모든 손실은 유체가 가진 열에너지의 변화로 나타나므로 유체의 열역학 변화량을 측정하여 펌프의 효율을 산출하고, 이를 근거로 최적의 펌프 조합을 결정함으로써 소비 전력을 절감할 수 있는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 방법과 그 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 실시간 모타의 효율 측정과 열역학적 펌프효율측정을 이용한 열역학적 펌프효율측정 시스템으로부터 입력된 각 펌프의 양정-유량-소요원단위를 측정하는 단계와;
소요유량과 양정을 입력하면 입력된 상태에서 선택 가능한 모든 펌프의 조합에 따른 메인 토출관의 양정-유량-소요원단위를 계산하여 획득하는 단계와;
입력된 소요유량과 양정에서 소요원단위가 가장 작은 펌프의 조합을 찾아내어 스케줄을 수립하여 추천을 하며 일정기간의 운영데이터를 취득하고 그 데이터를 기준으로 계산된 스케줄을 보정하고, 실시간으로 가동 펌프의 유량-양정, 유량-원단위 차트, 효율 그래프를 모니터링하는 단계가 포함된 것을 특징으로 한다.
시스템의 구성은,
펌프에 연결된 전력계를 통하여 모타의 효율을 계산하고 소비전력을 측정하며 각 펌프들의 입,출구측에 온도와 압력을 측정하기 위해 설치된 온도센서 및 압력센서와 상기 온도센서와 압력센서 및 전력측정기로부터 검출된 모타효율, 온도, 압력, 전력량의 측정값을 취득하여 열역학적 펌프 효율을 산출하는 자료취득장치, 자료취득장치와 연결되어 현장에서 모니터링 하고 데이터를 전송 할 수 있는 모니터링 장치, 모니터링 장치와 유무선으로 연결되어 데이타를 저장 및 조회 그리고 스케줄링 프로그램을 구현하여 각 펌프의 양정-원단위를 데이터로 산출하고, 각종 차트와 테이블을 생성하는 데이타 서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 운영자로부터 가동하고자 하는 소요유량과 양정을 입력받아 현재의 관로상태 및 조절지, 흡수정 수위조건에서 발생할 수 있는 최적의 펌프조합의 가동시 운전상태 및 소요전력 원단위를 사전에 제시함으로써 최적의 펌프 조합의 결정을 지원할 수 있어 비효율적인 운전으로 인한 전력에너지를 획기적으로 절감할 수 있다.
또한 실시간으로 효율을 평가할 수 있어 고장사고를 예방하며, 펌프 정비시점의 예측이 가능하고 불필요한 펌프 정비를 배제시킬 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 전체 시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 포함된 열역학적 효율측정장비의 구성도.
도 3은 펌프 운전 유량에 따른 유량과 전력원단위 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링의 제어흐름도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본발명은 이에 제한되지 않는다.
먼저, 본 발명의 측정 원리는 펌프가 유체에 에너지를 전달하는 과정에서 발생하는 모든 손실은 유체가 가진 열에너지의 변화로 나타나므로 유체의 열역학 변화량을 측정하여 펌프의 효율을 산출함으로써 제시된다.
즉, 펌프 효율(
Figure pat00001
)은 아래 식에 나타낸 바와 같이 펌프 전후단에서 유체의 단위 질량당 수력에너지 변화량을 총 에너지 변화량으로 나눈 값으로 구해진다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 유체의 단위 질량당 수력에너지 변화량,
Figure pat00004
은 총에너지 변화량이다.
펌프 스케줄 방법은 운영자로부터 가동하고자 하는 펌프의 대수를 입력받아 현재의 관로상태 및 조절지, 흡수정 수위조건에서 발생할 수 있는 모든 펌프조합의 가동시 수리상태 및 원단위 변화를 사전에 제시함으로써 펌프조합의 결정을 제시하게 된다.
본 발명에 따른 열역학적 펌프효율 측정시스템의 구성이 도 1 및 도 2에 나타나 있다. 도 1은 본 발명에 따른 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 전체 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 포함된 열역학적 효율측정장비의 구성도이다.
도 1 및 도 2에서와 같이 각 펌프(100,101,102,103)들의 입,출구측에 온도와 압력을 측정하기 위해 온도센서(T1,T2) 및 압력센서(P1,P2)가 설치된다. 온도센서(T1,T2)는 예로 저항온도센서, 서미스터 등이 될 수 있고, 압력센서(P1,P2)는 예로 스트레인 게이지 압력센서가 될 수 있다.
또한 각 펌프(100~103)들의 소비 전력을 측정하기 위해 각 펌프에 전기적으로 전력측정기(power meter)(30)가 연결된다. 또한 모타의 효율을 측정하기 위해 모타 효율측정장비가 전력측정기에 연결된다. 온도센서(T1,T2)와 압력센서(P1,P2) 및 모타효율 측정기(50)로부터 검출된 온도, 압력, 모타효율, 전력량의 측정값을 취득하여 열역학적 펌프 효율을 산출하는 자료취득장치(DAU: Data Acquisition Unit)(10)를 포함하여 구성된다.
이때 자료취득장치(10)와 전기적으로 연결되어 현장에서 모니터링 할 수 있는 터치판넬(20)이 더 포함될 수 있다.
또한 터치판넬(20)과 유무선으로 연결되어 데이타를 저장 및 조회 그리고 스케줄링 프로그램을 구현하는 데이타 서버(40)를 더 포함할 수 있다. 데이타 서버(40)는 사용자 인터페이스를 갖는다. 인터페이스는 펌프 단위의 데이터를 모니터링하고, 파라미터를 셋팅하며, 데이타 서버(40)에 측정 데이타를 전달시킨다.
여기서 온도센서(T1,T2)는 1mK 이상의 정밀도, 압력센서(P1,P2)는 0.1 %의 정확도, 전력측정기(30)는 1%이상의 정확도를 갖는 것이 선택됨이 바람직하다.
이와 같은 스케줄링 시스템을 시작하면 각 모타및 펌프의 운전 특성을 운전을 통하여 입력 받거나 조사된 특성을 사용자로부터 입력 받아 각 펌프의 특성 데이터를 취득 한다.
사용자가 도 4의 제어 흐름도에 나타난 바와 같이 먼저 펌프 스케줄링 프로그램에 필요한 유량과 양정를 입력한다(S10).
다음, 열역학적 펌프효율 측정장비인 자료취득장치(10)를 이용하여 메인토출압력과 흡입압력을 기준으로 개별펌프의 양정을 근사화하고, 각 펌프의 양정에 해당하는 원단위로 운전특성이 계산후 제시(S14) 된다. 각 모타 및 펌프(100~103)의 효율, 유량, 양정(m)-원단위(kWh/m3)를 계산하며 모든 선택 가능 조합의 운전특성을 계산한다(S11).
모든 펌프 조합의 운전 특성이 계산되면 소요유량, 양정에 따른 최적의 펌프조합을 추천하며 현재의 실시간 수위, 관압 자료가 제공(S12)되며, 동시에 펌프 및 관로 특성의 조사 자료도 함께 제공(S13)된다.
여기서 관압자료는 현장에 설치된 압력센서로부터 취득된 값이다.
이때 도 3의 그래프에 나타낸 바와 같이 일정기간의 운영데이터를 기준으로 메인 토출관의 유량별 전력원단위가 작은 펌프의 조합을 우선 선택하여 펌프 스케줄을 수립할 수 있다. 수립된 펌프 스케줄에 따라 운전자는 최적의 펌프 조합을 선택 가동(S15)한다. 도 3에 따르면 전력원단위가 상대적으로 작은 펌프 3대가 선택되어 가동된다.
이같이 열역학적 효율측정 알고리즘에 의해 개별 펌프의 특성 조사가 가능하며 흡?토출 수위 등 관로조건이 운영자의 실시간 자료와 연결되어 펌프의 운전 상태를 감시(S16)할 수 있다.
또한 현재 운영조건에서 사용 가능한 모든 펌프조합별 유량, 압력, 원단위를 산술적으로 계산하여 제시할 수 있다. 또한 온라인상에서 펌프상태감시를 통하여 이상 유무를 알수 있다.
따라서 실시간 유량-양정, 유량-원단위 차트 등을 모니터링할 수 있고, 운영자가 가동하고자하는 유량, 양정 입력시 현재상황에서 최적조합을 선택할 수 있도록 조합별 유량, 압력, 원단위를 계산하여 제시할 수 있으며, 펌프 운영에 대한 관리 및 감독을 위한 일별 운영자료를 요약할 수 있는 기능을 갖게 된다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다.
10: 자료취득장치
20: 터치판넬
30: 전력측정기
40: 데이타 서버
50: 모터효율측정기

Claims (8)

  1. 열역학적 펌프효율 측정 시스템을 이용하여 연결된 각 펌프의 유량-양정-소요전력원단위-펌프효율을 측정하는 단계와;
    펌프 소요유량과 양정을 입력하는 단계와;
    모든 선택 가능한 펌프 조합에 따른 메인토출유량을 계산 획득하는 단계와;
    입력된 소요유량과 양정에서 최적의 상태의 펌프 조합을 제시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    측정된 모타와 펌프특성을 기준으로 계산된 각 펌프의 특성을 기준으로 소요유량및 양정에 따른 소요 전력원단위가 작은 펌프를 우선 선택하여 스케줄을 수립하는 것을 특징으로 하는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    실시간으로 가동 펌프의 유량-양정, 유량-원단위 차트, 효율 그래프를 모니터링하고 효율이 더 좋은 조합이 있을 경우 그조합을 추천하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    일정기간 운전 데이터를 기준으로 조사된 펌프 특성을 보정하여 입력된 소요유량, 양정에서 최적의 펌프의 운전 조합을 추천하는 펌프 스케쥴링 방법.
  5. 각 펌프들의 입,출구측에 온도와 압력을 측정하기 위해 설치된 온도센서(T1,T2) 및 압력센서(P1,P2)와;
    각 펌프들의 소비 전력을 측정하는 전력측정기(30)와;
    전력측정기(30)와 자료취득장치(10)로부터 모터효율을 측정해내는 모타효율측정기(50)와;
    상기 온도센서(T1,T2)와 압력센서(P1,P2) 및 전력측정기(30), 모타효율 측정기(50)로부터 검출된 온도, 압력, 전력량, 모타효율의 측정값을 취득하여 열역학적 펌프 효율을 산출하는 자료취득장치(10)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 효율 측정 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 자료취득장치(10)와 전기적으로 연결되어 현장에서 제어할 수 있는 터치판넬(20)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 터치판넬(20)과 유무선으로 연결되어 데이타를 저장 및 조회 그리고 스케줄링 프로그램을 구현하여 각 펌프의 양정-원단위를 데이터로 산출하고, 각종 차트와 테이블을 생성하는 데이타 서버(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 데이타 서버(40)는 측정 데이타를 전달받기 위한 사용자 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 열역학적 펌프효율측정을 이용한 펌프 스케줄링 시스템.
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