KR100263648B1 - 보일러튜브누설감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 튜브누설 감지장치에 관한 것으로서, 보일러 내부의 튜브누설로 인해 발생하는 파를 음향감지수단에서 감지하여 제어유니트에 입력하여 분석함에 의해 보일러 내부의 튜브 누설위치 및 누설량을 감지하는 보일러 튜브감지장치에 있어서, 상기 음향감지수단(21)은 보일러의 벽튜브에 용착된 전달봉(41)과, 상기 전달봉(41)의 단부에 결합된 음향센서(43)로 이루어지고, 보일러 벽튜브의 다수위치에 결합되어, 보일러 내부의 튜브누설로 발생하는 고주파 및 저주파 대역의 신호를 동시에 감지할 수 있게 된 것을 특징으로 하며, 이와 같이 구성되어 있으므로, 보일러 내부의 튜브누설을 초기에 정확하고 효과적으로 감지하여 사용자가 사전에 고장의 징후를 알게 함으로서 대형사고를 방지함과 동시에 보일러의 유지보수를 용이하게 할수 있다.

Description

보일러 튜브누설 감지장치

본 발명은 보일러 튜브누설 감지장치에 관한 것이다.

보일러는 그 내부에 배설된 다수의 튜브 및 보일러 벽에 인접하여 배설된 벽튜브내에 흐르는 물을 가열함에 의해 과열증기를 생성하는 설비로서, 화력발전소에서 과열증기로 터빈을 가동함에 의해 전기를 생성하거나, 일반가정에서 난방용으로 사용되고 있다.

이러한 보일러에서 그 내부에 배설된 튜브 및 벽튜브가 고압의 증기압을 견디지 못하고 파열되면, 대형사고를 유발하게 되며, 특히, 화력발전소에서 이러한 사고가 발생하면 전력의 공급이 원활히 이루어지지 않게 되어 전기를 사용하는 가정이나 공장에 큰 타격을 주게 된다.

보일러의 내부에 배설된 이러한 튜브 및 벽튜브는 눈에 보이지 않으므로 그 파열여부를 알기가 곤란하므로, 감지장치를 설치하여 이를 감지할 필요가 있다. 이러한 튜브 및 벽튜브는 보일러 자체의 결함으로 인하여 급격히 파열되는 수도 있지만, 대부분 노내가스의 와류작용에 의한 침식이나 튜브의 경년열화에 의한 것이다.

따라서, 튜브 및 벽튜브에 누설이 발생하기 전에 상당기간 튜브 및 벽튜브의 약한 부분이 진동하여 이상음이 생겨 이상징후를 보인다.

이러한 점에 착안하여 종래에 음향센서를 보일러 벽의 다수곳에 설치하고, 상기 음향센서에서 감지된 신호를 마이컴에서 분석 처리하여 사용자에게 그 이상징후를 보이게 하는 기술이 개시되어 있다.

이러한 종래의 보일러 튜브누설 감지장치는 도1에 도시한 바와 같이, 외벽부재(1)와 내벽부재(3)의 사이에 단열부재(5)가 충전되어 형성된 보일러 벽체(7)에 관통구멍을 형성하고, 이 관통구멍에 보일러의 내부와 연통하여 보일러의 벽체(7)가까이 설치된 벽튜브(13)에 이르는 파이프(9)를 설치하여 이 파이프(9)의 단부에 음향센서(11)를 설치한 구조로 되어 있다. 이때, 상기 파이프(9)가 지나가는 부위의 상기 벽튜브(13)은 상기 파이프(9)와의 간섭을 방지하도록 구부러져 상기 파이프(9)의 원주면을 싸고 있다. 도1에서는 상기 벽튜브(13)가 파이프(9)의 뒷측으로 절곡되어 점선으로 나타나 있다. 그리고 보일러 내측으로는 다수의 튜브(15)가 배설되어 있다.

이러한 종래 구조에서 상기 벽튜브(13)의 A지점 또는 C지점이나 튜브(15)의 B지점에 누설이 생겨 이상음이 생기면, 이로 인한 진동은 보일러 내부의 공간에 있는 가스층을 통과하여 파이프(9)의 내부로 들어와 그 단부에 설치된 음향센서(11)에 도달하게 되어 그 음향의 진동이 감지된다.

이 음향으로 인한 진동은 마이컴에 입력되어 그 신호가 분석 처리되어, 화면에 그 진동의 상태가 나타나거나 경보음이 발생된다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래의 보일러 튜브누설 감지장치에 의하면, 고주파대역(예를 들면, 35kHz이상)의 신호는 보일러의 가스층을 통과하는 중에 약해지므로, 약한 신호를 음향센서가 감지하지 못하게 되어 튜브의 이상상태를 조기에 발견하지 못함으로 인해 대형사고를 일으킨다는 문제점이 있었다.

특히, 보일러 벽체(7)에 인접한 벽튜브(13)의 A지점이나 C지점에 누설이 생기더라도 그 진동은 보일러내부의 공간의 가스층을 통해 음향센서(11)에 도달하므로, 진동을 효과적으로 감지하게 못하게 되어 누설위치를 파악하기가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 보일러 내부의 튜브누설로 발생하는 고주파 및 저주파대역의 신호를 동시에 튜브누설 초기에 신속하고 정확하며 효과적으로 감지할 수 있는 보일러 튜브누설 감지장치를 제공하는데 있다.

도1은 종래 음향감지수단이 보일러 벽튜브에 결합된 상태를 나타내는 상세 단면도,

도2는 본 발명에 의한 보일러 튜브누설 감지장치를 나타내는 개략구성도,

도3은 도2의 음향감지수단이 보일러 벽튜브에 부착된 상태를 나타내는 상세 단면도,

도4은 도3의 음향센서의 개념도,

도5는 도4의 다이어프램체의 상세도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

21 : 음향감지수단 23 : 전치증폭기

25 : 증폭기 27 : 필터

29 : 신호변환기 31 : 분석처리기

33 : 입력수단 35 : 표시수단

37 : 경보수단 41 : 전달봉

43 : 음향센서

본 발명에 의한 보일러 튜브누설 감지장치는 보일러 내부의 튜브누설로 인해 발생하는 파를 음향감지수단에서 감지하여 증폭기에서 증폭하여 제어유니트에 입력하여 분석함에 의해 보일러 내부의 튜브 누설위치 및 누설량을 감지하는 보일러 튜브감지장치에 있어서, 상기 음향감지수단은 보일러의 벽체에 인접하게 배설된 벽튜브에 용착된 전달봉과, 상기 전달봉의 단부에 결합된 음향센서를 포함하고 있고, 보일러의 다수위치에 결합되어, 보일러 내부의 튜브누설로 발생하는 고주파 및 저주파 대역의 신호를 동시에 감지할 수 있게 된 것을 특징으로 한다.

상기 음향감지수단과 증폭기사이에는 이 음향감지수단에서 감지된 신호가 노이즈의 영향을 받지 않도록 이 신호를 반파정류하는 전치증폭기(Preamplier)가 결합되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 보일러 튜브누설 감지장치는 공기를 통하여 전달되는 음파 및 보일러 벽튜브를 타고 전달되는 진동을 동시에 감지하도록 상기 보일러 벽체에 결합되는 다수의 음향감지수단(21)과, 상기 음향감지수단(21)에서 감지된 신호가 노이즈의 영향을 받지 않도록 이 신호를 반파정류하는 전치증폭기(Preamplier)(23)와, 상기 전치증폭기(23)에서 증폭된 신호를 증폭하는 증폭기(25)와, 상기 증폭기(25)에 증폭된 신호에서 소정의 대역만을 선별하는 필터(27)와, 상기 필터(27)를 통해 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 신호변환기(29)와, 상기 신호변환기(29)에서 디지털 신호로 변화된 신호를 분석 처리하는 분석 처리기(31)와, 상기 분석 처리기(31)에 원하는 명령을 입력하는 입력수단(33)과, 상기 분석 처리기(31)에서 처리 및 판단된 결과를 표시하는 표시수단(35)과, 상기 분석 처리기(31)에서 처리 및 판단된 결과로 보일러 내부의 튜브가 이상 상태라고 판단될 시 경보를 발생하는 경보수단(37)을 구비하고 있다.

상기 증폭기(25)와, 필터(27)와, 신호변환기(29)와, 분석처리기(31)는 하나의 케이스에 유니트로서 배설되어, 상기 각 음향감지수단(21) 및 각 전치증폭기(23)에서 나온 신호를 처리하게 된다.

상기 음향감지수단(21)은 도3에 도시한 바와 같이, 보일러의 벽체에 인접하게 배설된 벽튜브에 용착된 전달봉(41)과, 상기 전달봉(41)의 일측단부에 결합된 음향센서(43)을 구비하고 있다.

보일러의 벽체는 외벽부재(45)와 내벽부재(47)의 사이에 단열부재(49)가 충전되어 형성된 구조로 되어 있고, 상기 전달봉(41)이 부착되는 위치에는 외벽부재(47)가 내벽부재(47)측으로 요입되게 구부러져 요입부를 형성하고 있으며, 이 요입부에는 상기 전달봉(41)이 삽입되어 보일러 내측으로 연장되어 후술하는 벽튜브에 그 일측단부가 용착되어 있다.

상기 전달봉(41)과 음향센서(43)의 외측은 커버부재(51)가 싸고 있어, 외부의 환경으로부터 음향센서(43) 및 전달봉(41)을 보호하고 있다. 상기 전달봉(41)은 스테인레스재의 된 원형봉으로 되어 있고, 상기 음향센서(43)는 전달봉(41)의 일측단부에 스터드(41)에 의해 연결되어 있다.

상기 음향센서(43)는 음파의 음압변화를 전기신호로로 변화시키는 압력형 마이크로폰으로 되어 있고, 변위비례 변화소자를 이용한 것이다. 이는 그 구동력(출력전압)이 주파수와 관계없이 일정한 값을 나타내고 있다.

상기 변위비례 변화소자는 위와 같이 그 출력전압을 주파수에 대하여 일정하게 하는 데는 변위비례 변화소자의 진동변위를 주파수에 관계없이 제어하여야 한다 이를 위해서 잘 알려진 스티이프네스 제어를 하게 된다.

도4는 상기 음향센서의 개념도이다. 도시한 바와 같이 음향센서는 케이스(55)의 내부에 다이어프램체(57)와, 기공(59)을 가진 절연체(61)와, 음향저항체(63)와, 지지체(65)와, 고정부재(67)가 순차적으로 결합되고, 중간부에 리이드부재(69)가 관통되게 결합된 공지의 구조로 되어 있다.

상기 다이어프램체(57)는 도5에 도시한 바와 같이, 다이어프램 링(71)에 알루미늄을 증착하여 일렉트릭 도전처리를 한 도전층(73)을 형성하고, 상기 도전층(73)에 일렉트릭화 특수 고분자 필름층(75)을 적층하여, 그 표면에 1 ~ 3 x 10^-8C/cm²의 생성전하가 생기게 한 구조이다. 따라서 본 다이어프램체는 일렉트릭 대전처리를 함에 의해 외부에서 전극용의 직류전압을 인가할 필요가 없게 된다.

상기 전치증폭기(23)는 상기 음향센서(43)에서 검출되는 신호가 미약하여 그 신호를 바로 증폭기(25)의 입력으로 사용하지 못하므로, 신호를 적당한 레벨까지 올리기 위하여 반파 정류하는 기기로서, 비선형 연산증폭기의 하나인 능동 반파정류기로 되어 있다.

상기 증폭기(25)와 필터(27)는 공지의 증폭기 및 필터로서, 상기 증폭기(25)에서 증폭가능한 주파수 대역은 저주파가 2kHz ~ 12kHz로 되어 있고 고주파가 35kHz ~ 175kHz되어 있다. 상기 필터(27)에서 필터링할 수 있는 주파수 범위는 100Hz ~ 950kHz로 되어 있다.

상기 신호변환기(29)는 비디오 등의 광대역 신호를 다루는 분야나 고속기록장치등의 고속처리를 요하는 용도로 사용되는 μPD 6950 C로 되어 있다.

상기 분석처리기(31)는 중앙연산장치(CPU), 보조연산장치, 연산/처리를 도우는 램(RAM) 및 롬(ROM)등으로 되어 있다.

상기 입력수단(33)은 키보드 마우스등의 장치로 되어 있고, 표시수단(35)은 모니터 등의 디스플레이장치로 되어 있고, 상기 경보수단(37)은 음향을 발생하는 스피커등으로 되어 있다.

한편, 상기 보일러의 벽의 인접한 곳에는 벽을 따라 흐르는 물을 안내하는 벽튜브(81)가 배설되어 있고, 싱기 벽튜브(81)의 내측에는 다수의 튜브(83)가 배설되어 있다. 상기 전달봉(41)은 상기 벽튜브(81)의 외면에 용접등으로 용착되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 보일러 튜브누설 감지장치에서 도3에 도시한 바와 같이, 보일러 내부의 벽튜브(81)의 D 또는 E지점에 균열 또는 파열로 인한 진동(고주파)은 벽튜브(81)를 타고 전달봉(41)에 전달되어 바로 음향센서(45)에 전달되므로 벽튜브의 누설에 의한 진동을 효과적으로 감지할 수 있게 된다.

그리고, 튜브(83)의 F지점에서 생기는 누설로 인한 이상음이 생기면. 이로 인한 음향의 진동(저주파)은 보일러 내부의 공간에 있는 가스층을 통과하여 전달봉(41)을 진동하여 음향센서(43)에 다다르게 된다. 또한, 보일러 내부의 벽튜브(81)의 D 또는 E지점에 균열 또는 파열로 인해 이상음이 생길 때 이러한 음향의 진동(저주파)는 보일러 내부의 가스층을 통과하여 전달봉(41)에 전달되어 음향센서(43)에서 감지되기도 한다.

따라서, 벽튜브(81)를 타고 전달되는 진동(고주파) 및 가스층을 통과하여 전달되는 진동(저주파)을 동시에 감지하므로 이러한 진동을 분석하여 누설량 및 누설위치를 효과적으로 분석하게 된다.

상기 전달봉(41)을 통해 진동이 음향센서(43)에 전달되면, 음향센서(43)의 다이어프램체(57)가 진동하고 필름층(75)을 통하여 전기신호가 발생한다.

이 전기신호는 전치증폭기(23)을 거쳐 반파정류된 다음, 증폭기(25), 필터(27) 및 신호변환기(29)를 순차적으로 거쳐 분석처리기(31)에 입력된다. 이때 상기 전치증폭기(23)는 음향센서에서 검출된 신호가 미약하여 바로 증폭기(25)의 입력으로 사용하지 못하므로 이를 보완하기 위해 신호를 적당한 레벨까지 올리기 위해 사용되는데, 반파정류되므로 신호가 증폭기(25)까지 전송하는 도중에 노이즈의 영향을 받지 않는다.

상기 분석처리기(31)에서는 데이터를 지속적으로 읽어 연산 처리한 다음, 처리결과를 상기 표시수단(35)에 표시하는 한편, 이상신호라고 판단되면, 경보수단(37)을 통해 경보음을 울리게 하며, 입력수단(33)에 의해 분석처리기(31)에 명령을 입력하는 한편 소프트웨어에 의해 사용자가 보일러의 내부에 튜브누설을 효과적으로 감시할 수 있게 된다.

상기 음향감지수단(21)의 전달봉(41)은 가스층을 통과하여 전달되는 진동 및 벽튜브를 타고 전달되는 진동 즉, 저주파대역(2kHz ~ 12kHz)와 고주파대역(35kHz ~ 175kHz)의 진동을 상기 음향센서(43)에 효과적으로 전달한다.

본 발명에 의한 보일러 튜브누설 감지장치에 의하면, 저주파대역과 고주파 대역의 진동을 효과적으로 감지할 수 있으므로, 벽튜브가 파열되기 전의 균열에 의한 진동 또는 이상음도 검출가능하므로, 사용자가 사전에 고장의 징후를 알게 되어 대형사고를 방지함과 동시에 보일러의 유지보수를 용이하게 할수 있다

또한 보일러 벽에 결합된 다수의 음향감지수단에서 나오는 신호의 강약 및 감지되는 고주파 및 저주파를 분석처리기에서 분석하여 누설위치와 누설량도 효과적으로 알수 있다. 이러한 분석 처리는 다양한 소프트웨어에 의해 달성될 수 있다.

Claims (2)

1. 보일러 내부의 튜브누설로 인해 발생하는 파를 음향감지수단에서 감지하여 증폭기에서 증폭하여 제어유니트에 입력하여 분석함에 의해 보일러 내부의 튜브 누설위치 및 누설량을 감지하는 보일러 튜브감지장치에 있어서,

   상기 음향감지수단(21)은 보일러의 벽튜브에 용착된 전달봉(41)과, 상기 전달봉(41)의 단부에 결합된 음향센서(43)를 포함하고 있고, 보일러의 벽 다수위치에 결합되어, 보일러 내부의 튜브누설로 발생하는 고주파 및 저주파 대역의 신호를 동시에 감지할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 보일러 튜브누설 감지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 음향감지수단(21)과 증폭기사이에는 이 음향감지수단에서 감지된 신호가 노이즈의 영향을 받지 않도록 이 신호를 반파정류하는 전치증폭기(Preamplier)(23)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 보일러 튜브누설 감지장치.