KR970016145A - 가변안내장치를 구비한 유체기계 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 원심펌프 및 혼류펌프에 사용하는 구동임펠러 유체기계는 종래 디자인과 유사한 기계들에서 종종 발생되는 저 유량에서의 유체이탈 및 서어지발생 등의 작동상의 문제점을 극복할 수 있다. 유체기계는 가변 유입안내베인 및 가변디퓨저베인을 구비하고, 디퓨저부는 유체역학원리에 따라 구성되며, 날개형상의 베인은 접선방향으로 분포되어 디퓨저부가 원심디퓨저로서 작용하게 한다. 구동모트의 입력전류, 구동모터의 회전속도 또는 토오크, 유입/유출 압력, 및 유속 등의 변수로부터 선택된 편리한 조작파라미터는 작동시스템의 구성부에 부착된 센서에 의하여 작동시 감시된다. 조작파라미터의 실시간 변화가 측정되며, 유입유량 및 임펠러로부터 유출하는 유체의 흐름각도 사이의 소정 관계에 따라 유입안내베인의 세팅각도가 조절되어 감시중인 조작파라미터의 변동치를 임계값 아래로 유지한다. 만일 이러한 조절로 목표 양정값이 생성되지 않으면, 디퓨저베인의 세팅각도가 다른 조작파라미터의 실시간 측정에 의거하여 조절될 수 있다. 만일 이러한 조절로 목표 양정값을 얻을 수 없으면,임펠러의 회전속도가 조절되어 유량에서 발생되는 서어치 및 다른 문제점을 방지하면서 시스템을 작동시킨다. 제어방법은 실험에 의해 입증된 흐름패턴의 이론적 분석에 의거하여, 유체기계의 각각의 생산로트의 작동특성을 판정할 필요가 없으므로 상이한 기계들을 위한 소프트웨어 개발비용을 절약할 수 있어, 제시된 본 유체기계 및 작동방법을 비용효율이 높다.

Description

가변안내장치를 구비한 유체기계
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음
제1도는 임펠러의 유출부영역에서의 유체흐름상태의 개략도,
제2A는 무차원 유입유량 및 디퓨저손실 사이의 관계를 도시한 그래프,
제2B도는 펌프효율 및 무차원 유입유량 사이의 관계를 도시한 그래프,
제3도는 디퓨저부에서의 정압회복계수 및 디퓨저베인에 대한 영입각을 도시한 그래프,
제4도는 유입유량 및 디퓨저세팅각도 사이의 관계를 도시한 그래프,
제5도는 압축기의 유입부 및 유출부에서의 온도차이 및 유량을 도시한 그래프.

Claims (30)

  1. 임펠러; 가변 디퓨저베인; 및 상기 임펠러의 유출부의 유출흐름 각도에 대해 소정의 영입각으로 기울어진 세팅각도로 상기 디퓨저베인을 유지하는 구동제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  2. 제1항에 있어서, 흐름각도 검출수단이 제공되어 상기 흐름각도를 측정하며, 상기 구동제어수단은 직접 또는 간접 측정으로 얻어진 상기 유출흐름 각도에 의거하여 상기 디퓨저베인의 세팅각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  3. 제1항에 있어서, 유압, 유속, 온도 및 진동으로 구성된 파라미터그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 파라미터를 감시하는 조작파라미터 감시수단을 더욱 포함하며, 상기 디퓨저베인의 세팅각도는, 상기 조작파라미터 감시수단으로부터 출력데이터에 따라, 상기 흐름각도 및 상기 디퓨저베인의 세팅각도 사이에 형성된 각도편차를 추정함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 영입각은 디퓨저베인에 대하여 최대 양력계수를 발생하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  5. 제1항에 있어서, 기준 유량 보다 높은 유량에서, 사익 디퓨저베인의 세팅각도는 상기 유출부 흐름각도에 대해 최적의 디퓨저베인 영입각을 유지하도록 제어되며; 상기 기준 유량 보다 낮은 유량에서, 압력변동을 계산하는 압력감시수단이 사용되어 상기 디퓨저베인의 세팅각도를 조절하여 압력값 변동을 임계값 아래로 유지하고 압력값 변동을 최소화하는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  6. 임펠러; 디퓨저베인; 유입유량 또는 상기 유입유량에 상관적인 유체기계 또는 구동원의 조작파라미터를 감시하는 파라미터 감시수단; 및 상기 임펠러의 유출부의 흐름각도 및 상기 감시수단에 의해 측정된 유입유량 또는 다른 조작파라미터 사이의 소정 관계로부터 얻어진 유체흐름각도인 제1각도, 및 영입각에 상당하는 각도인 제2각도의 합산에 따라 디퓨저베인의 세팅각도를 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  7. 제6항에 있어서, 상기 임펠러의 유출부의 흐름각도 및 유입유량 사이의 상기 소정 관계는 대략 선형관계인 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  8. 제7항에 있어서, 상기 소정 관계의 기울기는 상기 임펠러의 회전속도에 의존하는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  9. 제6항에 있어서, 디퓨저베인각도의 변화가 소정의 양정계수값을 발생시키지 않는 경우, 상기 제어장치는 상기 유체기계의 회전속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  10. 제6항에 있어서, 디퓨저베인각도의 변화가 소정의 양정계수값을 발생시키지 않는 경우, 상기 제어장치는 상기 유입안내베인의 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  11. 제6항에 있어서, 상기 감시수단에 의해 측정된 상기 유입유량 또는 다른 조작파라미터에 대응하는 상기 제1각도 및 상기 제2각도의 상기 합산데이터는 상기 제어수단에 기억되는 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  12. 임펠러; 디퓨저베인; 유입유량 또는 상기 유입유량에 상관적인 유체기계 또는 구동원의 조작파라미터를 감시하는 파라미터 감시수단; 및 상기 임펠러의 유출부의 흐름각도 및 상기 감시수단에 의해 측정된 유입유량 또는 다른 조작파라미터 사이의 소정 관계로부터 얻어진 유체흐름각도인 제1각도, 및 영입각에 상당하는 각도인 제2각도의 합산에 따라 디퓨저베인의 세팅각도를 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어지며; 상기 관계는 식=arctan{Q/(K1N-K2Q)}에 의해 주어지고, 여기서는 흐름각도, Q는 유입유량, K1은(D2)2 b2B에 의해 주어진 상수, K2는 cotβ 2에의해 주어진 상수,는 미끄럼률, B는 방해율, N은 회전속도,β 2는 접선방향의 상기 임펠러의 블레이드 유출각도, D2는 임펠러 외경인 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  13. 임펠러; 디퓨저베인; 유입유량 또는 상기 유입유량에 상관적인 유체기계 또는 구동원의 조작파라미터를 감시하는 파라미터 감시수단; 및 상기 유체기계의 회전속도를 검출하는 회전속도센서, 및 상기 임펠러의 유출부의 흐름각도 및 상기 감시수단에 의해 측정된 유입유량 또는 다른 조작파라미터 사이의 소정 관계로부터 얻어진 유체흐름각도인 제1각도, 및 영입각에 상당하는 각도인 제2각도의 합산에 따라 디퓨저베인의 세팅각도를 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어지며; 상기 소장의 관계는 식=arctan{Q/(K1N-K2Q)}에 의해 주어지고, 여기서는 흐름각도, Q는 유입유량, K1은(D2)2 b2B에 의해 주어진 상수, K2는 cotβ 2에의해 주어진 상수,는 미끄럼률, B는 방해율, N은 회전속도,β 2는 접선방향의 상기 임펠러의 블레이드 유출각도, D2는 임펠러 외경인 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  14. 임펠러; 디퓨저베인; 유입 유량 또는 상기 유입유량에 상관적인 유체기계 또는 구동원의 조작파라미터를 감시하는 파라미터 감시수단, 유입 및 유출 압력을 감시하는 압력감시수단, 및 상기 임펠러의 유출부의 흐름각도 및 상기 감시수단에 의해 측정된 유입유량 또는 다른 조작파라미터 사이의 소정 관계로부터 얻어진 유체흐름각도인 제1각도, 및 영입각에 상당하는 각도인 제2각도의 합산에 따라 디퓨저베인의 세팅각도를 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어지며; 상기 제1각도는 식=arctan[(1/Pr)1/KㆍQ/{K1N-(1/Pr)1/KㆍK2Q}]로부터 계산되고, 여기서는 흐름각도, Q는 유입유량, Pr은 유입부 및 유출부의 압력비,K1은(D2)2 b2B에 의해 주어진 상수, K2는 cotβ 2에 의해 주어진 상수,는 미끄럼률, K는 비열비, B는 방해율, N은 회전속도,β 2는 임펠러로부터의 접선흐름각도, D2는 임펠러 외경인 것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  15. 임펠러; 디퓨저베인; 유입유량 또는 상기 유입유량에 상관적인 유체기계 또는 구동원의 조작파라미터를 감시하는 파라미터 감시수단, 상기 유체기계의 회전속도를 검출하는 회전속도센서, 유입 및 유출 압력을 감시하는 압력감시수단, 및 상기 임펠러의 유출부의 흐름각도 및 상기 감시수단에 의해 측정된 유입유량 또는 다른 조작파라미터 사이의 소정 관계로부터 얻어진 유체흐름각도인 제1각도, 및 영입각에 상당하는 각도인 제2각도의 합산에 따라 디퓨저베인의 세팅각도를 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어지며; 상기 제1각도는 식=arctan[(1/Pr)1/KㆍQ/{K1N-(1/Pr)1/KㆍK2Q}]로부터 계산되고, 여기서는 흐름각도, Q는 유입유량, Pr은 유입부 및 유출부의 압력비,K1은(D2)2 b2B에 의해 주어진 상수, K2는 cotβ2에 의해 주어진 상수,는 미끄럼률, K는 비열비, B는 방해율, N은 회전속도, β2는 임펠러로부터의 접선흐름각도, D2는 임펠러 외경인것을 특징으로 하는 가변안내장치를 구비한 유체기계.
  16. 가변 유입안내베인 및 가변디퓨저베인; 유체기계본체 또는 상기 유체기계를 수반하는 파이프에 배치되는 파라미터감시수단; 목표 조작파라미터를 입력하는 데이터입력수단; 측정된 유입유량 및 양정계수에 따라 세팅각도를 계산하여 목표 조작파라미터를 구하는 유입안내베인각도계산부, 및 측정된 조작파라미터에 의거하여 측정시간동안 조작파라미터의 변동치를 계산하여 계산된 변동치를 소정의 기준값과 비교하는 변동평가부를 포함하는 계산프로세서수단; 상기 유입안내베인을 계산된 각도로 세팅하는 제1구동제어장치; 및 상기 디퓨저베인을 배향시켜, 상기 조작파라미터가 임계값을 초과하지 않게 하는 제2구동제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  17. 제16항에 있어서, 상기 계산프로세서수단은 기준 유량/압력에 관하여, 목표 작동점을 지나는 작동곡선과 파라미터곡선의 교점에 따라 상기 유입안내베인을 위한 상기 세팅각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  18. 제16항에 있어서, 상기 단기간의 측정시간은 상기 임펠러의 블레이드에 의해 야기된 조작파라미터 변동치의 효과를 없애는 최소한의 필요시간에 의거하는 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  19. 제16항에 있어서, 상기 변동치는 상기 단기간의 측정시간으로부터 선택된 샘플링기간 중에 얻어진 상기 조작파라미터의 표준편차에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  20. 제16항에 있어서, 상기 샘플링기간은, 상기 임펠러의 블레이드에 의해 야기된 조작파라미터 변동치의 효과를 없애는 최소한의 필요시간에 의거하는 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  21. 제16항에 있어서, 상기 데이터입력장치는 상기 단기간의 측정시간 및 샘플링기간을 선택가능한 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  22. 제16항에 있어서, 상기 제2구동제어장치는 유입밸브 또는 유출밸브 중의 하나 또는 모두의 개방도를 제어가능한 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  23. 제16항에 있어서, 상기 임펠러의 회전속도는 변동치를 임계값 이하로 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  24. 제16항에 있어서, 상기 유입안내베인 및 상기 디퓨저베인은 목표 조작파라미터의 변동치를 소정 임계값 이하로 유지하도록 교호적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 안내장치를 구비한 유체기계.
  25. 상기 유체기계 내에 배치된 센서를 통하여 현재의 조작데이터를 구하는 단계; 상기 현재의 조작데이터에 의거하여 상기 임펠러 내의 흐름안정도를 나타내는 파라미터를 계산하는 단계; 및 상기 파라미터가 소정 범위내에 유지되고 상기 센서에 의해 측정된 유량값 및 양정값이 각각 요구된 값을 만족시키도록 상기 유입안내베인의 각도 및 상기 임펠러의 회전속도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유입안내베인 및 임펠러를 구비한 유체기계의 작동제어방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 조작파라미터는 상기 임펠러의 유입부 및 유출부의 유체속도비인 것을 특징으로 하는 유입안내베인 및 임펠러를 구비한 유체기계의 작동제어방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 조작파라미터는 유량에 대한 상기 임펠러의 유입부 및 유출부의 유체압력비의 변화율인 것을 특징으로 하는 유입안내베인 및 임펠러를 구비한 유체기계의 작동제어방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 유체기계는 상기 유체기계의 배출파이프에 제공되어 배출유체량을 조절하는 배출밸브를 포함하며, 상기 변화율은 상기 배출밸브의 개방도를 변화시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 유입안내베인 및 임펠러를 구비한 유체기계의 작동제어방법.
  29. 제25항에 있어서, 상기 유체기계는 디퓨저 및 가변디퓨저베인을 포함하며, 상기 디퓨저내의 흐름이 측정된 유량에서 매우 안정하게 되는 각도로 상기 디퓨저베인의 각도를 조절하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 유입안내베인 및 임펠러를 구비한 유체기계의 작동제어방법.
  30. 상기 유체기계내에 배치되어 현재의 조작데이터를 구하는 센서; 및 상기 현재의 조작데이터에 의거하여 상기 임펠러 내의 흐름안정도를 나타내는 파라미터를 계산하고, 상기 유입안내베인의 각도 및 상기 임펠러의 회전속도를 조절하여 상기 파라미터가 소정 범위 내에 유지되게 하고 상기 센서에 의해 측정된 유량값 및 양정값이 각각 요구된 값을 만족시키게 하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유입안내베인 및 임펠러를 구비한 유체기계.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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