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수력발전소의 초음파 펄스도플러 유량계

전문가 제언: ○ 유량측정은 여러 분야에 응용되지만 특히 화학 플랜트나 발전소에서는 유량측정의 정확도가 기기 성능이나 제품의 품질을 결정하는 요인 중의 하나가 된다. 유량측정은 측정물질에 따라서 또는 유량의 크기에 따라서 측정방법을 달리한다. 일반 공정계통에서 이용되는 유량측정 방법에는 차압식, 전자유량계, 초음파 유량계, 면적식 유량계, 와류식 유량계 및 터빈유량계 등이 있다. 특히 차압식은 오리피스(orifice), 벤추리 관(venturi tube) 및 피토관(pitot tube) 등에 의한 유량계가 공정계통에 많이 사용된다.

○ 특히 수력발전소에서는 피토관이 수압관(steel penstock)의 유량을 측정하는 데 사용되어 수력터빈의 성능을 시험하는 데 종종 사용된다. 그러나 피토관을 설치하기가 까다롭기 때문에 설치가 간편한 초음파 유량계를 사용하기도 한다. 그러나 일반적인 시간차 초음파 유량계의 정확도는 유체의 Reynold 수나 배관의 거칠기 및 상류 관 형상에 민감하기 때문에 문제가 되고 또한 보정계수(correction factor)가 필요하게 되는 단점이 있다.

○ 따라서 최근에는 초음파 펄스 도플러 유량계가 수력발전소의 수압관 유량측정 툴로서 각광을 받고 있다. 이 초음파 유량계는 시간차 초음파 유량계와는 달리 직접 순간 유속프로파일을 측정할 수 있기 때문에 보정계수도 필요하지 않다. 더구나 설치도 배관 표면에 클램프로 간단히 설치할 수 있기 때문에 기존 피토관처럼 설치시에 발전소 정지나 전문가가 특별히 필요하지 않다.

○ 그러나 이러한 초음파 펄스 도플러 타입 유량계를 수력발전소의 수압관 유량을 측정하는 데 실제 사용하기 위해서는 현장실험으로 검증이 필요하다. 특히 1m 이상의 배관 및 Reynold 수가 높은 유체(>5백만)에서 현장시험이 요구된다. 이런 관점에서 이 글에서 기술한 초음파 펄스 도플러 유량계의 시험결과는 매우 만족한 것으로 수력발전소의 수압관과 같은 대구경 배관의 유량측정은 물론 기존 유량계의 비교측정에도 적용이 기대된다. 그러나 기포주입과 같은 초음파 반사체 등이 유체 내에 필요하여 이에 대한 연구가 필요하다.

저자: Kenichi Tezuka, Michitsugu Mori, Takeshi Suzuki, Toshimasa Kanamine
자료유형: 학술정보