KR101093595B1 - 내마모성 파이프의 제조 방법 및 그 파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제작방법은, 유리섬유와 수지가 복합된 유리섬유 복합관을 제조하는 단계; 상기 유리섬유 복합관의 내면에 라이닝될 고무판을 재단하는 단계; 상기 유리섬유 복합관 및 상기 고무판을 히팅시키는 단계; 상기 고무판에 접착제를 도포하고, 상기 고무판을 상기 유리섬유 복합관의 내면에 접착시키는 단계; 상기 유리섬유 복합관에 튜브를 삽입한 후 상기 튜브에 공급되는 공압에 의해 상기 고무판을 상기 유리섬유 복합관에 압착시키는 단계; 및 상기 고무판이 부착된 유리섬유 복합관을 경화룸에서 경화시키는 단계를 포함한다.

Description

내마모성 파이프의 제조 방법 및 그 파이프{METHOD FOR FABRICATING ANTI-ABRASIVE PIPES AND PIPE THEREOF}

본 발명은 이송물에 의한 관벽의 마모를 방지할 수 있는 내마모성 파이프의 제조방법 및 그 파이프에 관한 것이다.

광물을 채굴하는 광산은 광물자원이 갖는 유한성에 의하여 가능한한 채취율(採取率)을 높이는 것이 관건이다. 산맥이 모여 구성되어 기복이 크고 경사가 가파른 사면을 갖는 고산지에 광산이 위치하는 경우, 채굴된 광물의 수송이 채취율에 미치는 영향은 상대적으로 커진다.

전통적으로 고산지 광산의 광물 수송방식은 트럭을 사용하는 방식이다. 그러나, 광산까지 형성된 좁고 구불구불한 비탈길을 통행해야 하므로 그만큼 수송거리가 길어지게 되어 운송비용이 증가할 뿐만 아니라, 도로의 유실 등에 의하여 수송상의 장애가 발생할 가능성도 산재한다.

화력 발전소나 대규모 플랜트 등에서는 연소 부산물인 회(ash)가 지속적으로 발생한다. 이러한 회는 일정한 단위로 모아서 처리되는데, 회에는 금속이나 광물성 성분도 포함되어 있으므로, 관벽이나 용기벽을 마모시킬 가능성이 존재한다.

본 발명은 상기한 점을 감안한 것으로, 이송될 물질에 의하여 관벽이 마모되는 것을 최소화시킬 수 있는 내마모성의 파이프 및 그의 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 점을 해결하기 위해, 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제작방법은, 유리섬유와 수지가 복합된 유리섬유 복합관을 제조하는 단계; 상기 유리섬유 복합관의 내면에 라이닝될 고무판을 재단하는 단계; 상기 유리섬유 복합관 및 상기 고무판을 히팅시키는 단계; 상기 고무판에 접착제를 도포하고, 상기 고무판을 상기 유리섬유 복합관의 내면에 접착시키는 단계; 상기 유리섬유 복합관에 튜브를 삽입한 후 상기 튜브에 공급되는 공압에 의해 상기 고무판을 상기 유리섬유 복합관에 압착시키는 단계; 및 상기 고무판이 부착된 유리섬유 복합관을 경화룸에서 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 유리섬유 복합관의 내면에 라이닝될 고무판을 재단하는 단계는, 상기 고무판의 맞대어지는 양 단에 경사면을 갖도록 형성하는 과정을 포함하고, 상기 유리섬유 복합관의 내면 및 상기 고무판의 접착될 표면을 샌딩 처리하는 단계가 후속될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 유리섬유와 수지가 복합된 유리섬유 복합관을 제조하는 단계는, 상기 유리섬유 복합관의 상부를 절개를 하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 내마모성 파이프는, 이송물의 접촉 또는 충돌에 의한 마모를 방지할 수 있는 내마모성 파이프로서, 상기 파이프는, 수지가 섬유층에 함침된 내층과, 상기 내층의 외각에 수지가 모르타르에 함침된 코어층 및, 상기 코어층의 외각에 수지가 섬유층에 함침된 외층을 포함하는, 유리섬유 복합관; 상기 내층의 내면에 도포되는 접착제층; 및 상기 접착제층의 내면에 부착되며, 맞대어지는 양 단이 경사면을 갖도록 형성된 고무 완충층을 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제조 방법 및 그 파이프에 의하면, 시공성 및 강성이 우수한 유리섬유 복합관의 내벽에 고무 완충층을 형성시키는 것이므로, 해수와 함께 흐르는 광물과의 접촉 및 충돌에 의한 마모로부터 유리섬유 복합관을 보호할 수 있으므로 내구성이 우수한 장점이 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 유리섬유 복합관에 라이닝되는 고무판은 예열 히팅 및 튜브의 내압에 의한 압착작용에 의하여 접착 결합력을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 내마모성 파이프(100)가 설치되어 있는 광물 이송시스템을 개략적으로 보인 개념도
도 2는 본 발명과 관련된 내마모성 파이프에 사용될 수 있는 유리섬유 복합관(110)의 제조 장치를 보인 개념도
도 3은 본 발명과 관련된 내마모성 파이프에 사용될 수 있는 고무판(150)의 사시도
도 4는 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제1구현예(100)를 보인 단면도
도 5는 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제2구현예(200)를 보인 단면도
도 6은 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제3구현예(300)를 보인 단면도
도 7은 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제작방법을 보인 순서도

이하, 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제조 방법 및 그 파이프를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명과 관련된 내마모성 파이프(100)가 설치되어 있는 광물 이송시스템을 개략적으로 보인 개념도이다. 도 1에 의하면, 고산지(H)의 광산(M)은 채굴된 광물(m)이 집하되는 저장소(P)와 파이프(100)에 의하여 연결되어 있다. 파이프(100)는 고산지(H)와 저장소(P)와의 고도 차이에 의하여 발생되는 경사를 따라 설치된다. 그에 따라, 파이프(100)의 내부에 유체가 유입되면, 유체가 받는 중력에 의하여 유체는 파이프(100)를 따라 하방으로 흘러 하부 저장소(P)까지 흐를 수 있다.

도 1의 확대 부분에 의하면, 파이프(100)는, 유리섬유 복합관(110)과 유리섬유 복합관(110)의 내면에 라이닝되어 있는 고무 완충층(150)을 포함하고 있다. 유리섬유 복합관(110)의 제조 또는 고무 완충층(150)의 형성 방법은 도 2 이하를 참조로 후술하기로 한다. 파이프(100)의 내부에는 해수(W)가 흐르고 있으며, 불규칙한 형상을 갖는 광물(m)이 해수(W)의 흐름에 의하여 함께 흘러 하방으로 흘러가고 있다. 이러한 광물(m)의 수송방식은 파이프(100)의 내부에서 운동성을 잃기 쉬운 광물(m)을 해수의 흐름에 의하여 함께 흘려 보내는 원리를 이용한 것이다.

광물(m)이 해수(W)와 함께 흘러 하방으로 흘려가는 동안 광물(m)은 파이프(100)의 내벽과 접촉하거나 충돌하기도 한다. 특히, 광물(m)은 채굴에 의하여 임의의 방향으로 깨진 면을 가지고 있고, 그에 의하여 형성된 모서리는 파이프(100)를 이루는 유리섬유 복합관(110)의 내벽에 지속적으로 마모작용을 일으킬 수 있다. 이를 위하여, 유리섬유 복합관(110)의 내벽에 고무 완충층(150)을 라이닝시킨 것이다. 고무 완충층(150)은 고무가 갖는 탄성에 의하여 광물(m)의 접촉에 의한 충격을 완화시키며, 내식성 및 내화성도 보유하므로 광물에 의한 위험성을 줄일 수 있다.

이와 같이, 광물(m)은 파이프(100)의 내부에서 해수(W)와 함께 흐르는 동안 고무 완충층(150)과 접촉함에도 유리섬유 복합관(110)은 광물(m)에 의한 마모로부터 효과적으로 보호될 수 있다.

이하에서는 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제작방법 및 그에 의해 제작된 파이프의 구조를 설명한다.

도 2는 본 발명과 관련된 내마모성 파이프에 사용될 수 있는 유리섬유 복합관(110)의 제조 개념을 보인 개념도이다. 유리섬유 복합관(110)은 수지에 함침된 유리섬유를 복합시켜 형성시킬 수 있는 것으로, GRP(Glassfiber Reinforced Plastic)으로 불리기도 한다.

유리섬유 복합관(110)은 연속 생산이 가능한 형태로 제조될 수 있다. 그러한 일 예로서, 도 2는 구동부(101)에 연결된 맨드릴에 수지 함침된 유리섬유가 순차적으로 원심방향으로 감기면서(winding) 중공형의 직관을 형성하는 것을 보이고 있다. 이에 의하여 얻어진 유리섬유 복합관(110)의 일 예를 도 4를 참조로 하여 설명한다. 도 4는 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제1구현예(100)를 보인 단면도이다. 도 4의 확대 부분에서 보인 유리섬유 복합관(110)은 몇 개의 층이 적층되어 이루어진 적층체들로서 내층(111), 코어층(112) 및 외층(113)을 포함하는 것을 보이고 있다. 내층(111) 및 외층(113)은 수지에 함침된 유리 섬유사가 원주방향과 평행하게 배열되도록 감겨진 위사층 및 섬유사가 길이방향과 평행하게 배열되도록 감겨진 경사층을 포함함으로써, 반경방향과 길이방향의 내압에 대하여 강성을 높이도록 형성될 수 있다. 코어층(112)은 모르타르를 수지에 함침시켜 형성하는 것으로, 파이프가 일정한 중량 및 강성을 갖도록 한다.

이와 같이 형성된 유리섬유 복합관(110)은 강성이 우수하고, 탄성적인 변형이 가능하여 충격에 강하고, 경량이며 시공성이 우수한 장점이 있다. 또한, 누수가 없고, 내식성이 우수하여 반영구적으로 사용될 수 있다. 특히, 유리섬유 복합관(110)은 고산지(H)의 비탈면이라는 열악한 현장 환경에서 절단 및 접합이 간단하여 현장 맞춤성이 우수하며, 그에 따라 공기도 단축할 수 있다.

다시, 도 2를 참조하면, 연속적인 방법으로 생산된 유리섬유 복합관(110)은 직관 형태로 되어 있으며, 규격화될 수 있도록 일정한 길이마다 커팅된다.

다음으로, 제조된 유리섬유 복합관(110)에 라이닝될 고무 완충층(150)을 설명한다. 도 3은 본 발명과 관련된 내마모성 파이프에 사용될 수 있는 고무판(150)의 사시도로서, 고무 완충층(150)은 다양한 규격을 갖는 유리섬유 복합관(110)에 사용될 수 있도록 평판체를 재단하여 형성할 수 있다. 고무 완충층(150)의 두께는 파이프가 장착될 광산의 채굴 광물 또는 파이프의 직경 등을 고려하여 수 mm 내지 수십 mm로 형성될 수 있다. 고무 완충층(150)의 유리섬유 복합관(110)에 대한 이탈을 방지할 수 있도록 유리섬유 복합관(110)에는 테두리홈을 형성하고, 고무 완충층(150)에는 테두리홈에 안착될 수 있는 돌기를 마련하는 것도 가능하다. 또한, 고무 완충층(150)이 유리섬유 복합관(110)에 대하여 돌아가는 방향으로 힘을 받아 이탈되는 것을 방지하기 위하여, 유리섬유 복합관(110)에는 길이방향홈을 형성하고, 고무 완충층(150)에는 길이방향홈에 끼워질 수 있는 리브를 형성하는 것도 가능하다.

이하에서는 고무 완충층(150)이 라이닝된 내마모성 파이프(100)의 단면 구조를 도 4를 참조로 설명한다.

도 4에 의하면, 파이프(100)는 앞에서 설명한 유리섬유 복합관(110), 접착제층(130) 및 고무 완충층(150)을 포함하고 있다.

고무 완충층(150)은 접착제층(130)에 의하여 유리섬유 복합관(110)의 내벽에 부착됨으로써 원통 형태로 형성되어 있다. 접착제층(130)은 고무 완충층(150)을 가압한 상태에서 경화된 상태이다.

고무 완충층(150)은 유리섬유 복합관(110)의 내주면의 전체 또는 일부에 대하여 라이닝될 수 있다. 도 4는 이중 일부에 대하여 라이닝되어 있는 예를 보인 것으로서, 실질적으로 광물이 해수와 함께 흐르는 영역(즉, 파이프가 하부)에 대하여만 고무 완충층(150)의 라이닝이 적용되어 있다. 이 경우, 소요되는 고무 완충층(150)의 재료를 절약할 수 있다.

도 5는 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제2구현예(200)를 보인 단면도이다. 도 5에 의하면, 파이프(200)는 상부에 개구된 영역(210a)을 포함하고 있다. 하류 방향으로 흐르는 이송물은 개구된 영역(210a)에서는 실질적으로 접촉하지 않으므로 이 부분을 제거함으로써 유리섬유 복합관(210) 및 고무 완충층(250)의 재료를 각각 줄일 수 있으며, 관의 내부가 노출되므로 유지·보수면에 있어서 유리할 수 있다.

도 6은 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제3구현예(300)를 보인 단면도이다. 도 6에 의하면, 파이프(300)는 유리섬유 복합관(310) 및 유리섬유 복합관(310)의 내면에 전체적으로 라이닝되어 있는 고무 완충층(350)을 포함하고 있으며, 고무 완충층(350)은 유리섬유 복합관(310)의 내벽에 접착제층(330)에 의하여 부착되어 있다. 다만, 본 예에서는 고무 완충층(350)의 양 단부는 경사면(350a, 350b)을 각각 포함하고 있다. 이러한 경사면(350a, 350b)은 고무 완충층(350)을 유리섬유 복합관(310)에 삽입함에 따라 고무 완충층(350) 양단 사이의 겹침을 방지하고, 원주방향으로의 접착을 용이하게 한다.

도 7은 본 발명과 관련된 내마모성 파이프의 제작방법을 보인 순서도이다.

우선, 유리 섬유와 수지가 복합된 직관을 제조한다(S10). 유리섬유 복합관은 연속 와인딩 방법 등에 의하여 제조될 수 있다.

다음으로, 유리섬유 복합관의 내면에 라이닝될 고무판을 마련한다(S20). 고무판의 크기는 유리섬유 복합관의 내면의 전체면 또는 일부면에 따라 달라질 수 있다. 고무판의 삽입시 겹침을 방지하기 위하여 맞대어지는 고무판의 양 단부는 경사면을 갖도록 재단할 수 있다. 이 경우, 고무판은 직관보다 긴 길이를 갖도록 재단할 수 있다. 직관보다 긴 고무판은 직관의 단부면을 감싸도록 형성한 상태에서 직관의 단부면에 접착되도록 형성할 수 있다.

유리섬유 복합관과 고무판이 마련되면, 유리섬유 복합관의 내면 및 고무판의 접착될 표면을 샌딩 처리한다(S30). 샌딩된 면은 뒤에 이어질 접착제에 의한 접착력을 증대시킬 수 있다. 다만, 관경이 상대적으로 작은 유리섬유 복합관의 경우 샌딩 단계는 생략될 수 있다.

샌딩처리가 완료되면 유리섬유 복합관 및 상기 고무판을 히팅시킨다(S40). 히팅은 유리섬유 복합관의 팽창을 유도함으로써 나중에 열수축된 경우 고무판이 유리섬유 복합관으로부터 들뜨는 방향으로 힘을 받지 않도록 한다. 또한, 유리섬유 복합관 및 고무판에 접착제가 표면에 원활하게 도포되도록 함으로써 접착이 잘 이루어지도록 한다.

다음으로, 고무판 및 유리섬유 복합관에 접착제를 도포하고, 고무판을 유리섬유 복합관의 내면에 접착시킨다(S50, S60). 접착제는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지를 사용할 수 있다.

고무판을 유리섬유 복합관에 부착시킨 후에는 유리섬유 복합관에 튜브를 삽입하고 공기 압축에 의하여 고무판을 유리섬유 복합관에 압착시킨다(S70). 튜브에 공기를 가하여 팽창시키면 튜브의 팽창력은 유리섬유 복합관의 내벽에 균등하게 작용하여 고무판이 유리섬유 복합관의 내벽에 균일한 힘으로 압착되도록 한다.

이러한 상태에서 고무판이 부착된 유리섬유 복합관을 경화룸에서 경화시킨다(S80). 예를 들어, 접착제로서 에폭시 수지를 사용하는 경우, 경화 온도는 50 ~ 80 ℃이다. 다만, 접착제의 종류를 달리하는 경우, 경화 온도는 그에 따라 달라질 수 있다. 경화룸 내에서 접착제는 경화가 진행되어 고무판의 접착력을 일정하게 유지시킨다.

상기와 같이 고무 완충층(150)을 갖는 파이프가 제조된 후, 제조된 파이프들을 연결하기 위하여 이음용 연결파이프를 제작하는 단계가 포함될 수 있다. 이러한 연결파이프는 각 파이프와 연결시 수밀을 위하여 여러 개의 돌출 날개를 갖는 고무링을 가질 수 있다. 그러한 고무링에는 연결파이프 내에서 파이프와 파이프가 접하는 위치에 광물의 끼임을 방지할 수 있도록 충전재가 충전할 수 있다. 이러한 충전재는 고무링에 직접 형성하거나 별도의 링 형태의 부재를 사용할 수 있다. 형상면에 있어서, 충전재는 상류 방향에서 하류 방향으로 연장된 날개 형태로 형성될 수 있다. 날개 형태의 충전재는 하류 쪽의 파이프의 선단부를 가려주는 역할을 하며, 상류에서 하류방향으로 수송되는 고형물이 하류 쪽의 파이프의 선단부에 충돌됨으로써 하류 쪽의 파이프를 손상시키는 것을 최소화시킬 수 있다.

상기와 같이 설명된 내마모성 파이프의 제조 방법 및 그 파이프는 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용되지 않는다. 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명과 관련된 내마모성 파이프는 화력 발전소나 대규모 플랜트 등지에서 부산되는 회 등을 수송하기 위한 수송파이프 라인에도 적용될 수 있다.

100, 200, 300: 내마모성 파이프
110, 210, 310: 유리섬유 복합관
111: 내층 112: 코어층
113: 외층 130: 접착제층
150, 250, 350: 고무 완충층
M: 고산지의 광산 m: 광물
W: 해수

Claims (4)

1. 유리섬유와 수지가 복합된 유리섬유 복합관을 제조하는 단계;
   상기 유리섬유 복합관의 내면에 라이닝될 고무판을 재단하는 단계;
   상기 유리섬유 복합관 및 상기 고무판을 히팅시키는 단계;
   상기 고무판에 접착제를 도포하고, 상기 고무판을 상기 유리섬유 복합관의 내면에 접착시키는 단계;
   상기 유리섬유 복합관에 튜브를 삽입한 후 상기 튜브에 공급되는 공압에 의해 상기 고무판을 상기 유리섬유 복합관에 압착시키는 단계; 및
   상기 고무판이 부착된 유리섬유 복합관을 경화룸에서 경화시키는 단계를 포함하는, 내마모성 파이프의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유리섬유 복합관의 내면에 라이닝될 고무판을 재단하는 단계는, 상기 고무판의 맞대어지는 양 단에 경사면을 갖도록 형성하는 과정을 포함하고,
   상기 유리섬유 복합관의 내면 및 상기 고무판의 접착될 표면을 샌딩 처리하는 단계가 후속되는, 내마모성 파이프의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 유리섬유와 수지가 복합된 유리섬유 복합관을 제조하는 단계는,
   상기 유리섬유 복합관의 상부를 절개를 하는 과정을 포함하는, 내마모성 파이프의 제조방법.
   
4. 이송물의 접촉 또는 충돌에 의한 마모를 방지할 수 있는 내마모성 파이프로서, 상기 파이프는,
   수지가 유리섬유층에 함침된 내층과, 상기 내층의 외각에 수지가 모르타르에 함침된 코어층 및, 상기 코어층의 외각에 수지가 유리섬유층에 함침된 외층을 포함하는, 유리섬유 복합관;
   상기 내층의 내면에 도포되는 접착제층; 및
   상기 접착제층의 내면에 부착되며, 맞대어지는 양 단이 경사면을 갖도록 형성된 고무 완충층을 포함하는, 내마모성 파이프.

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