KR101150695B1 - 배관 가진 장치 및 배관 가진 방법 - Google Patents

배관 가진 장치 및 배관 가진 방법 Download PDF

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KR101150695B1
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Abstract

본 발명은, 가스 배관 내부에 쌓인 이물질을 기계적으로, 또한, 효율적으로 제거할 수 있는 배관 가진 장치 및 배관 가진 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배관 가진 장치는, 가스 배관 상에 부착되어 가스 배관을 진동시키는 가진기, 가스 배관의 진동 신호를 감지하도록 가스 배관 상에 부착된 진동 감지 센서, 진동 감지 센서에 의하여 감지되는 진동 신호에 기초하여 가진기의 가진 특성을 제어하는 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는, 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 가진기를 오프(off)시킨다.
따라서, 본 발명에 의하면, 가스 배관 외측에 가진기를 설치하여 가스 배관을 진동시킴으로써, 가스 배관 내부에 쌓인 이물질을 기계적으로 제거할 수 있고, 이 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통하여 제어함으로써, 효율적으로 제거할 수 있다.
가스 배관, 가진기, 진동감지센서, 컨트롤러

Description

배관 가진 장치 및 배관 가진 방법{PIPE VIBRATING DEVICE AND PIPE VIBRATING METHOD}
본 발명은 배관 가진 장치 및 배관 가진 방법에 관한 것이다.
반도체 제작 공정시 필요한 가스류의 이동통로로서, 일정 길이의 가스 배관이 설치된다. 이때, 가스 배관 내의 청정도는 생산 제품의 수율 및 품질을 결정짓는 중요한 요소로서 작용한다. 따라서, 반도체 제조업체들은 가스 배관 내부의 높은 청정도를 구현하기 위하여 가스 배관 내부에 있는 미세 먼지 및 수분(이하, 이물질이라 명명함)을 제거하는 작업을 수행하여야만 한다. 여기서, 가스 배관 내의 이물질 제거 작업은, 반도체 제작 공정을 시작하기 전(배관 시공 후 장비의 생산 전)의 가스배관에 대해서 수행되거나, 장비 가동이 안된 상태에서 배관 교체 후 새로이 교체된 가스 배관에 대해서 수행된다. 그런데, 종래에는 작업자에 의하여 가스 배관의 외측을 해머 등으로 가격하여 가스 배관 내의 이물질을 떨어내는 방식이 주로 사용되어 왔다.
그러나, 해머 등을 이용한 가스 배관의 이물질 제거방식은, 상당한 인력과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 가스 배관 내부의 청정도를 유지하기 위하여 이물질 제거 작업에 상당한 인력과 시간이 소요되므로, 제품 생산 일정에 차질이 발생하게 되고, 제품 생산성이 저하되어 제조업체의 막대한 경제적 손실을 초래하는 문제점이 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 가스 배관의 외측에 설치된 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통하여 제어함으로써, 가스 배관 내부에 쌓인 이물질을 기계적으로, 또한, 효율적으로 제거할 수 있는 배관 가진 장치 및 배관 가진 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통하여 자동으로 제어함으로써, 가스 배관을 이용한 작업시간을 단축시킬 수 있고, 소요인력을 절감시켜 작업 코스트를 절감시킬 수 있는 배관 가진 장치 및 배관 가진 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
청구항 1에 관한 발명인 배관 가진 장치는, 가스 배관 상에 부착되어 가스 배관을 진동시키는 가진기, 가스 배관의 진동 신호를 감지하도록 가스 배관 상에 부착된 진동 감지 센서, 진동 감지 센서에 의하여 감지되는 진동 신호에 기초하여 가진기의 가진 특성을 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는, 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 가진기를 오프(off)시킨다.
따라서, 청구항 1에 관한 발명인 배관 가진 장치에 의하면, 가스 배관 외측에 가진기를 설치하여 가스 배관을 진동시킴으로써, 가스 배관 내부에 쌓인 이물질을 기계적으로 제거할 수 있고, 이 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통하여 제어함으로써, 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 컨트롤러가 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 가진기를 오프(off)시켜줌으로써, 가스 배관의 파손을 방지할 수 있다.
청구항 2에 관한 발명인 배관 가진 장치는, 청구항 1에 관한 발명인 배관 가 진 장치에 있어서, 컨트롤러는, 가진기로 하여금 가스 배관을 미리 설정된 허용 진동 레벨로 진동시킨다.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 배관 가진 장치에 의하면, 컨트롤러가 가진기로 하여금 가스 배관의 허용진동레벨로 진동을 시켜줌으로써, 가스 배관의 진동효율 및 수명을 연장시킬 수 있다.
청구항 3에 관한 발명인 배관 가진 장치는, 청구항 1에 관한 발명인 배관 가진 장치에 있어서, 가진 특성은, 가진기의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨 중 적어도 어느 하나이다.
따라서, 청구항 3에 관한 발명인 배관 가진 장치에 의하면, 가진기의 가진 특성인, 가진기의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨을 컨트롤러에 의하여 제어할 수 있다.
삭제
삭제
청구항 5에 관한 발명인 배관 가진 장치는, 청구항 3에 관한 발명인 배관 가진 장치에 있어서, 컨트롤러는, 가진기의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨의 크기를 각각 조절할 수 있는 제어부를 더 포함한다.
따라서, 청구항 5에 관한 발명인 배관 가진 장치에 의하면, 컨트롤러가, 가진기의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨의 크기를 각각 조절할 수 있는 제어부를 포함함으로써, 이 제어부를 통하여 가진기의 가진 특성을 효율적으로 제어할 수 있다.
청구항 6에 관한 발명인 배관 가진 장치는, 청구항 1에 관한 발명인 배관 가진 장치에 있어서, 컨트롤러는, 소정 시간을 설정할 수 있는 제어부를 더 포함한다.
따라서, 청구항 6에 관한 발명인 배관 가진 장치는, 컨트롤러가 소정 시간을 설정할 수 있는 제어부를 더 포함함으로써, 소정 시간을 짧거나 길게 설정할 수 있고, 소정시간이 짧아지고 길어지는 것에 의하여 허용 진동 레벨의 범위를 초과하는 시간을 짧거나 길게 만들 수 있다. 또한, 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 순간적으로만 초과하는 경우는 제외하고, 소정 시간 동안 지속적으로 초과하는지 여부 만을 판단할 수 있다.
청구항 7에 관한 발명인 배관 가진 장치는, 청구항 2, 청구항 3, 또는 청구항 5 중 어느 하나에 관한 발명인 배관 가진 장치에 있어서, 허용 진동 레벨은, 가스 배관의 표면의 일 지점 상에 해머를 가격하여 해머의 가격하는 힘의 크기와 해머에 의하여 가스 배관이 진동하는 진동 속도에 의하여 가스 배관의 모빌리티를 측정하고, 모빌리티를 통하여 가스 배관의 공진 주파수를 탐색하여, 탐색된 공진 주파수를 이용하여 산출된다.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 배관 가진 장치에 의하면, 가스 배관의 모빌리티와 공진주파수를 이용하여 산출된 가스 배관의 허용진동레벨을 정확하게 산출하여, 이를 통하여 가스 배관을 가진시킴으로써, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
청구항 8에 관한 발명인 배관 가진 방법은, 가진기를 가스 배관 상에 부착하여 가스 배관을 진동시키는 가진 단계, 가스 배관 상에 부착된 진동 감지 센서를 통하여 가스 배관의 진동 신호를 감지하는 감지 단계, 진동 감지 센서에 의하여 감지되는 진동 신호에 기초하여 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통해 제어하는 제어 단계를 포함하고, 컨트롤러는, 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 가진기를 오프(off)시키는,
따라서, 청구항 8에 관한 발명인 배관 가진 방법은, 가스 배관 외측에 가진기를 설치하여 가스 배관을 진동시킴으로써, 가스 배관 내부에 쌓인 이물질을 기계적으로 제거할 수 있고, 이 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통하여 제어함으로써, 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 컨트롤러가 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 가진기를 오프(off)시켜줌으로써, 가스 배관의 파손을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가스 배관의 외측에 설치된 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통하여 제어함으로써, 가스 배관 내부에 쌓인 이물질을 기계적으로, 또한, 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통하여 자동으로 제어함으로써, 가스 배관을 이용한 작업시간을 단축시킬 수 있고, 소요인력을 절감 시켜 작업 코스트를 절감시킬 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 구조를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 컨트롤러의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치는, 가진기(200), 진동 감지 센서(300), 컨트롤러(400)를 포함한다. 또한, 가진기(200)와 컨트롤러(400) 사이에 설치되는 시그널 제너레이터(250), 진동 감지 센서(300)와 컨트롤러(400) 사이에 설치되는 시그널 컨디셔너(350)를 더 포함할 수 있다.
가진기(200)는, 가스 배관(100) 상에 부착되어 가스 배관(100)을 진동시킨다. 가진기(200)는, 가스 배관(100) 상에 부착되어 가스 배관(100)에 대하여 상하방향으로 진동하는 종파 가진기와, 좌우방향으로 진동하는 횡파 가진기와, 상하방향 및 좌우방향으로 복합적으로 진동하는 복합 가진기가 사용될 수 있다. 가진기(200)의 구조에 대하여는 도 2a 및 2b에서 보다 상세하게 설명하기로 한다. 한편, 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치는, 가스 배관에 가진기(200)가 한 개 장착된 구조를 일 예로 들어 설명하고 있으나, 긴 가스 배관일 경우에는 복수 개의 가진기가 설치될 수 있다. 예를 들면, 약 200m의 길이를 가지는 가스 배관일 경우에는, 약 200m당 6개 내지 7개의 가진기를 설치하는 것이 바람직하다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 더 높은 가진 효율을 위하여 가진기의 설치간격이 조절될 수 있음은 당업자에게 자명한 사항일 것이다.
진동 감지 센서(300)는, 가진기(200)와 가진기(200) 사이의 가스 배관(100) 상에 부착되어, 가스 배관(200)의 진동 신호를 감지한다. 진동 감지 센서(300)는, 일반적인 기계 및 장치의 떨림 정도, 즉 진동속도를 감지하는 것으로서, 속도센서 또는 가속도 센서가 사용될 수 있다.
시그널 컨디셔너(350)는 진동 감지 센서(300)에 연결되어, 진동 감지 센서(300)로부터 감지된 진동 신호를 필터링하여 그 신호에 포함된 노이즈 등을 차폐시켜주는 기능을 담당한다.
컨트롤러(400)는, 진동 감지 센서(300)에 의하여 감지되는 진동 신호에 기초하여 가진기(200)의 가진 특성을 제어한다. 즉, 컨트롤러(400)는, 미리 가진기(200)의 허용 진동 레벨을 설정하여 가진기(200)로 하여금 가스 배관(100)을 그 허용 진동 레벨로 진동시키도록 한다. 여기서, 가진 특성은, 가진기(200)의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨 중 적어도 어느 하나이다. 또한, 컨트롤러(400)는, 진동 감지 센서(300)에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 가진기(200)를 오프(off)시킨다. 그리고, 컨트롤러(400)는, 진동 감지 센서(300)에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속되지 않은 때에는, 가진기(200)가 정상작동하는 상태를 계속 유지시킨다. 컨트롤러(400)는, 가진기(200)의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨의 크기, 소정 시간을 각각 조절할 수 있는 제어부(미도시)를 더 포함한다. 한편, 컨트롤러(400)의 구조 및 기능에 대하여는 도 3에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
시그널 제너레이터(250)는 컨트롤러(400)로부터 입력된 신호를 원하는 신호파형으로 생성하여 가진기(200)로 공급하여주는 기능을 담당한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 도 2a는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 종파 가진기를 도시하고 있다. 이 종파 가진기는 가스 배관의 외측면에 장착되어 가스 배관의 길이방향에 대하여 수직방향인 상하방향으로 가스배관을 가진한다. 즉, 진동파형이 종파인 진동을 이용하여 가스 배관을 가진한다. 이때, 스프링(220a)에 의한 진동파형이 종파인 가진기의 전체 높이(e)가 85mm, 커버(210a)의 높이(d)가 14mm, 마그넷 코어(230a)의 높이(c)가 57mm, 베이스 프레임(240a)의 높이(a)가 9mm이고, 너비(f)가 210mm인 수치를 가질 수 있다. 이때, 종파 가진기의 중량은 약 4.5kg정도이다. 여기서, 가진기의 가진 주파수와 진동 폭은 컨트롤러에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 상하방향으로 가진하는 가진기를 크기가 작은 형태로도 제작하여 가스 배관의 외측 상하 방향에 각각 설치하여 가진 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 도 2b는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 횡파 가진기를 도시한 것이다. 이 횡파 가진기는 가스 배관의 외측면에 장착되어 가스 배관의 길이방향에 대하여 수평방향인 좌우방향으로 가진한다. 즉, 진동파형이 횡파인 진동을 이용하여 가스 배관을 가진한다. 이때, 진동파형이 횡파인 가진기의 전체 높이(d, e)가 92mm, 하면(210b)의 몸체 높이(c)가 72mm, 마그넷 코어(230b)의 너비(b+c)가 65.2mm, 베이스 프레임(240b)의 너비(f)가 220mm인 수치를 가질 수 있다. 이때, 횡파 가진기의 중량은 약 7.0kg이다. 한편, 도 2b에 도시된 가진기는, 가스 배관에 횡으로 장착된 하부의 외관이 도시된 것으로서, 몸체 내부의 구성이 도 2a에 도시된 종파의 가진기의 구성과 동일하다. 또한, 좌우방향으로 가진하는 가진기를 크기가 작은 형태로도 제작하여 가스 배관의 외측 상하 방향에 각각 설치하여 가진 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 가진기로서 상하방향 또는 좌우방향으로 진동하는 것을 그 예로 들었으나, 본 발명은 상하방향과 좌우방향을 복합적으로 가진하는 복합 가진기에도 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가스 배관 장치의 가진기의 내부에는 가스 배관의 진동을 감지하는 진동 감지 센서가 장착될 수 있는 바, 이에 관하여 도 2c를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 도 2c는 도 2a에 도시된 종파형 가진기의 내부에 진동 감지 센서가 장착된 가진기의 구조를 도시한 것이다. 이 가진기는, 가스 배관(100) 상에 장착되고, 마그넷 코어(230a), 코어 브라켓(231a), 스프링(220a), 베이스 프레임(240a), 속도 감지 센서(300)가 그 내부에 장착된다.
마그넷 코어(magnet core, 230a)는, 전자석 타입으로서, 컨트롤러(미도시)로부터 인가된 가진 주파수 및 가진력에 의하여 상하 방향으로 운동하고, 이를 통하여 가진력을 발생시킨다.
코어 브라켓(core bracket, 231a)은, 마그넷 코어(230a)에 연결되어 이를 지지하고, 마그넷 코어(230a)에 발생된 가진력을 스프링(spring, 220a)에 전달한다.
스프링(220a)은, 코어 브라켓(231a)에 연결되어, 마그넷 코어(230a)의 충격을 보호하는 역할을 함과 동시에, 코어 브라켓(231a)를 통해 전달된 가진력을 베이스 프레임(base frame, 240a)으로 전달한다.
베이스 프레임(240a)은, 스틸(steel) 성분으로 형성되어, 스프링(220a)에 의하여 전달된 가진력을 이용하여 가스 배관(100)을 진동시킨다.
속도 감지 센서(300)는, 가스 배관(100)에 발생된 진동을 감지하여, 그 감지된 진동 신호를 컨트롤러에 공급한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 컨트롤러는, 제어부(410), 표시부(420), 전원공급부(430), 동작상태 표시부(440)를 포함한다.
제어부(410)는, 가진기의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨의 크기, 소 정 시간을 각각 조절할 수 있다. 가진기의 진동 폭을 가진력의 크기에 의하여 조절하는 가진력 볼륨 조절기(410a)와, 가진 주파수를 조절하는 주파수 볼륨 조절기(410b), 허용 진동 레벨을 조절하는 가속도 제한 볼륨 조절기(410c), 가진기의 비정상 진동의 지속여부를 검출하여 가진기의 오프(off)여부를 판단하기 위하여, 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 지속되는 소정 시간을 조절하는 시간 볼륨 조절기(미도시)로 구성된다.
표시부(420)는, 진동 폭(Amp), 가진 주파수(Freq), 허용 진동 제한(Limit), 진동속도(Acc), 가진기의 가진 시작시간(Start) 및 정지시간(Stop Time)을 표시한다. 본 발명에서는 LCD를 이용하여 표시한다.
전원공급부(430)는, 스위치의 온 오프를 통하여 컨트롤러가 가진기의 가진 특성을 제어할 수 있도록 전원을 공급한다.
동작상태 표시부(440)는, 컨트롤러에 전원이 공급되었는지를 표시하는 전원표시등(440a), 컨트롤러가 동작되고 있는 지를 표시하는 동작 표시등(440b), 컨트롤러의 동작의 이상유무를 표시하는 이상 표시등(440c)을 포함한다. 본 발명에서는 동작상태 표시부(440)를 LED로 구성한 것을 일 예로 하였다.
도시되어 있지는 않지만, 컨트롤러의 내부에는, 제어부(410), 표시부(420), 전원공급부(430), 동작상태 표시부(440)의 동작을 전체적으로 제어하는 중앙 처리부가 설치된다. 이때, 중앙 처리부는, PCB 모듈로 제작되는 것으로서, 제어부(410)로부터 입력된 가진 주파수, 가진 크기 등을 가진기의 마그넷 코어(magnet core)에 인가시켜 가스 배관을 진동시킨다. 또한, 속도 감지 센서로부터 감지된 진동 신호 를 LCD에 표시하거나, 허용 진동레벨과 비교하여 가진기의 오프(off), 즉 가진기의 비상정지 수행여부를 판단한다. 이때, 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때에는 가진기를 비상 정지시키는 것으로 판단한다. 그러나, 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속되지 않은 때에는, 가진기를 비상 정지시키지 않고, 정상 작동시키는 것으로 판단한다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 성능을 평가하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 한편, 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 성능평가를 위하여 가진기의 가진력 및 가스 배관의 각 지점마다의 진동감쇠를 측정한다. 이때, 가진기는, 가진력 최대치의 70%로 가진하여 가스 배관 내부의 이물질 제거량을 측정한다. 이하에서는 가스 배관의 직경이 20mm인 것을 그 일 예로 하여 설명하기로 한다. 이하, 도 4에서는 소정 길이의 가스 배관에서 5개의 포인트에 진동 감지 센서가 장착된 것을 그 실험 예로 하여 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가진기의 성능을 평가하기 위한 시스템은, 가스 배관(100)을 진동시키는 가진기(200), 진동감지센서(300a, 300b, 300c, 300d, 300e), 주파수 분석기(600), 퍼스널 컴퓨터(700)를 포함한다. 이때, 복수 개의 진동 감지센서(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)는 약 3.5m간격으로 5개의 지점에 배치되고, 마지막 지점의 일 측에 가스 배관(100) 내부에서 제거되는 이물질, 즉 입자의 수를 측정하는 파티클 카운터(500)가 장착된다.
가진기(200)는, 가스 배관(100) 상에 부착되어 가스 배관(100)을 진동시킨다. 이때, 가진기(200)는, 70% 진동 폭, 40Hz 내지 110Hz 범위의 주파수로 가스 배관(100)을 가진한다.
진동 감지 센서(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)는, 가진기(200)와 가진기(미도시) 사이의 가스 배관(100) 상에 소정 간격으로 복수 개 부착되어, 가스 배관(100)의 진동 신호를 감지한다.
주파수 분석기(600, FFT Analyzer)는, 복수 개의 진동 감지센서(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)에 의하여 감지된 가스 배관(100)의 진동 신호가 입력되면, 이를 각 포인트당 가스 배관(100)의 시간별 또는 주파수별 진동레벨로 분석한다.
퍼스널 컴퓨터(700)는, 주파수 분석기(600)에 의하여 분석된 시간별 또는 주파수별 진동레벨을 출력한다.
도 5a 내지 5e는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 주파수 분석기에 의하여 분석된 각 포인트에서 시간별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이다.
도 5a는 도 4에 도시된 Pt. 1 지점에서의 시간별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이고, 도 5b는 도 4에 도시된 Pt. 2 지점에서의 시간별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이며, 도 5c는 도 4에 도시된 Pt. 3 지점에서의 시간별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이고, 도 5d는 도 4에 도시된 Pt. 4 지점에서의 시간별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이며, 도 5e는 도 4에 도시된 Pt. 5 지점에서의 시간별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 주파수 분석기에 의 하여 분석된 각 포인트에서 주파수별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 도 4에 도시된 Pt. 1 지점에서의 주파수별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 도 4에 도시된 Pt. 2 지점에서의 주파수별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이며, 도 6c는 도 4에 도시된 Pt. 3 지점에서의 주파수별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이고, 도 6d는 도 4에 도시된 Pt. 4 지점에서의 주파수별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이며, 도 6e는 도 4에 도시된 Pt. 5 지점에서의 주파수별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프이다.
여기서, 도 6a 내지 6e에서는, 가스 배관에 40Hz 내지 110Hz사이에서 주파수를 설정하여 실험한 결과로서, 설정된 주파수 범위 이내에서 57Hz의 주파수일 때가 가장 높은 진동속도 값을 나타내고 있음을 알 수 있다. 따라서, 이 가스 배관의 공진주파수는 57Hz로 추정될 수 있다. 이에 따라, 57Hz의 주파수로 고정하여 가진시키는 경우, 가스 배관의 진동속도는 0-Peak값 기준으로 Pt. 1 지점에서 231.6 mm/s임을 이하 도 7a 및 7b를 통하여 알 수 있다.
도 7a 및 7b는, 도 5a 내지 5e 및 도 6a 내지 6e에서 나타난 가스 배관의 진동측정결과를 RMS값과 그 감쇠값을 dB단위로 표시한 테이블과 그래프이다.
도 7a는 가스 배관의 진동 측정 결과를 RMS값과 그 감쇠값을 dB단위로 표시한 테이블로서, 이를 통하여 각 구간별 진동 속도와 진동 감쇠 레벨을 알 수 있다.
도 7b는 가스 배관의 각 포인트 별 진동측정결과를 진동 감쇠 레 벨(Attenuation level)로 나타낸 것으로서, 가진 포인트(Pt. 1 또는 Ref. 1)를 제외하고는 +/-5 dB 분포를 사용하여, 그래프 좌측 상단에 표기된 기호 별로 Band RMS, RMS, Zero to Peak, Peak to Peak 값으로 구분하여 나타낸 것이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 이때, 가스 배관의 진동 감쇠 레벨(Attenuation level)이 Pt. 2에서 Pt. 3 사이와 Pt. 4에서 Pt. 5 사이에서 감소하는 경향을 보이고 있으나, 이는 가스 배관의 진동이 가스 배관 끝으로부터 반사되거나, 또는 가스 배관 사이에 장착되는 다른 구성들에 의하여 변형되어 발생되는 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기를 사용하여 가스 배관을 가진시, 시간(Time)에 대하여 가스 배관 내부의 입자가 제거되는 입자수(Number of Particle)를 나타내는 그래프이다. 한편, 본 발명에서는, 일 예로 총 2시간 20분 동안의 실험을 통하여 이와 같은 그래프의 수치를 도출하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 배관 장치를 사용하여 가진을 하게 되면, 기존의 해머를 이용(Hammering)하여 가스 배관 내부의 입자를 제거할 때와 동등하거나 그 이상의 수준으로 입자가 제거되고 있다는 것을 알 수 있다. 가로 축은 측정 시간을 의미하고, 세로 축은 파티클 카운터(Particle Counter)로 측정된 입자(배관내 먼지 등의 이물질)의 개수를 나타낸다. 또한, 그래프 하단에 기재된 수(-0.10, -0.15, -0.20, -0.25)는 입자의 직경(Diameter)을 의미하고, 이 입자에 따라 가스 배관 내부에 검출된 입자 수를 그래프로 나타낸다.
한편, 노멀 스테이트(Normal State) 상태는 가스 배관에 가진력이 없이 질소 가스만 흐르는 경우를 나타내는 것으로서, 질소가스가 흐르면서 입자가 가스 배관 외부로 빠져나오기 시작하다가 점점 감소하고 있음을 알 수 있다.
또한, 가진기 온(Vibrator On)상태는 가진기를 동작하기 시작한 시점이다. 이때, 가스 배관의 내부면에 붙어 있던 입자들이 떨어져 나오면서 입자 수가 점점 증가하는 경향과 함께, 가진력이 작용하는 시간에 대해 거의 균일한 입자 수를 확인할 수 있다.　
압력 업(Pressure Up)상태는 가스 배관 내의 가스(Gas)압력 증가를 의미하고, 이로 인하여 입자수가 어느 정도 감소하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다.
가진기 오프(Vibrator Off)상태는 가진기 동작을 멈추는 시점이고, 이때 입자의 수가 감소함을 확인할 수 있다.
해머 온(Hammer On)상태는 사람이 해머를 이용(Hammering)한 가격을 시작하는 순간이며, 이때 입자수가 증가하기 시작한다는 것을 알 수 있다. 해머 오프(Hammer Off)상태는 해머를 이용(Hammering)한 가격을 멈추는 시점이다.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치를 사용하여 가스 배관을 가진하여 주는 것에 의하여, 가진기를 이용한 배관 성능(Qualification)이 기존의 사람에 의한 해머를 이용(Hammering)한 방식에 비하여 동등하거나 그 이상의 효과가 있으며, 장시간 연속적으로 기계적 가진을 할 수 있으므로, 더욱 효과적임을 알 수 있다.
도 9a 내지 9c는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 허용 진동 레벨의 산출을 위한 시스템 구성도 및 그를 이용한 측정 결과를 나타내는 그래프이 다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 허용 진동 레벨의 산출을 위한 시스템은, 가스 배관에 장착된 진동 감지 센서(300a, 300b), 주파수 분석기(600), 퍼스널 컴퓨터(700)를 포함한다. 한편, 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 허용 진동 레벨의 산출을 위한 시스템은, 우선 가스 배관의 모빌리티를 측정하기 위하여 해머(H1, H2)와 복수 개의 진동 감지 센서(300a, 300b)를 이용하였다. 여기서, 모빌리티(Mobility)란, 가스 배관에 대하여 가진되는 가진력에 대한 진동속도값을 나타내는 것으로서, 가스 배관의 표면의 일 지점 상에 해머로 가격(H2)하여 해머에 공급되는 힘의 크기(H1)와 해머에 의하여 가스 배관이 진동하는 진동 속도에 의하여 산출된다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 직경이 20 mm인 가스 배관 진동 측정결과로부터 111 ~ 115 Hz 주파수 영역에서의 평균 모빌리티(Mobility)는 0.8 mm/s/N의 결과가 도출됨을 알 수 있다. 이때, 해머를 이용하여 가진시 배관에 부착되어 있는 가속도로부터 20 mm 배관 속도(밴드 RMS)는 190 mm/s이다. 따라서, 모빌리티(Mobility) 값인 0.8 mm/s/N과 가스 배관 진동속도인 190 mm/s로부터 필요 가진력을 계산하면 237.5 N의 결과를 얻을 수 있다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 만약, 직경이 200 mm인 가스 배관의 경우 모빌리티(Mobility)가 0.124 mm/s/N이므로, 20 mm 가스 배관과 200 mm 가스 배관의 모빌리티(Mobility) 비를 통해서 200 mm 가스 배관을 20 mm 가스 배관과 같은 속도로 떨리게 하기 위해 필요한 가진력을 추정할 수 있다. 이를 통해 추정된 200mm가스 배관의 가진력은 1532.3N이 된다.
가스 배관의 허용진동레벨의 산출과정에 대하여 보다 상세하게 설명하자면, 20A 측정 배관에 5일간 115 Hz 진동으로 가진한 경우에 허용진동 레벨을 산출하는 기준은 다음과 같다.
한편, 가스 배관의 총 가진 회수는, 5×107회(N = 115×3600초×24시간×5일)이고, 스테인레스 강으로 형성된 가스 배관의 응력감소계수는 1.0이고, 허용 응력은 22,000 psi(152 MPa)이다.
이를 기준으로 하여 가스 배관의 허용진동레벨을 아래 수식에 의하여 산출할 수 있다.
Figure 112009028318410-pat00001
여기서, V allow 는 허용 진동 레벨(즉, 허용 배관 진동 속도, Allowable velocity(inch/s 또는 mm/s))이고, C1은 집중질량 영향을 보상하는 보상계수이며, C2K2=2i≤4는 응력집중계수(i=0.9/h (2/3), h=tR / r 2)이고, C3는 배관 내 중략과 보온재 영향을 보상하는 보정계수이며, C4는 배관 끝단 고정상태에 따른 보정계수(fix=1, Simply supported=1.33, equal Z-bend=0.74)이고, C5는 off-resonance forced vibration(1≤C5≤2)이며, α는 응력감소계수 (탄소강 =1.3, 스테인리스강 =1.0)이 고, β는 psi 단위는 3.64 x 10-3, Mpa 단위는 1.34이며, Sel은 응력감소계수에 대한 피로강도(Alternating stress intensity from ASME BPV Code Sec. III)계수의 비를 나타낸다.
한편, 해당 변수 및 계수의 결정 과정 및 결과는 다음과 같다. 가스 배관은 내경 20 mm, 두께 1.68mm 인 SUS 관이고, C1은 현재 가스 배관에 집중 질량이 없는 경우로 볼 때, 집중 질량과 분포하중 비는 0이 되고, 그 때 해당 보정값을 의미하는 것이고, 1.0이다. C2K2는 응력집중계수를 나타내는 것으로 4이며, C3는 배관 내 중량과 보온재 영향을 보상하는 보정계수로서 1이고, C4는 배관 끝단 고정상태에 따른 보정계수로서, 가스 배관지지 상태는 단순지지 형태로 하여 1.3이다. C5는 비진동상태에서 가진되는 진동을 나타내는 보정계수로서 2이다. α는 가스 배관 재료가 SUS이므로 1.0이고, Sel/α는 허용 응력(Alternating stress intensity from ASME BPV Code Sec. III으로부터 도출됨)은 22,000psi이며, β는 psi 단위계를 적용하여 결정하면 0.00364이다.
따라서, 상기와 같은 변수 및 계수를 기초로 하여, 115Hz 주파수로 5일간 가스 배관을 가진한 경우에 허용 진동 레벨은, 아래와 같이 도출될 수 있다.
Figure 112009028318410-pat00002
상기와 같이 산출된 허용진동 레벨은, 115 Hz 진동으로 20 mm 배관을 5일간 가진 시, 가스 배관의 허용진동레벨 즉, 허용 진동속도는 338.0 mm/s (0-Peak 기준)이 된다.
따라서, 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 컨트롤러를 사용하여 가스 배관의 최대 허용 응력보다 낮은 수치, 즉 68%(231.0/338 mm/s)의 진동속도로 가진하여 줌으로써, 가스 배관 내부에 쌓인 이물질을 기계적으로, 또한, 효율적으로 제거할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 배관 가진 방법은, 가진단계(S100), 감지단계(S200), 제어단계(S300)를 포함한다.
가진단계(S100)는, 가진기를 가스 배관 상에 부착하여 가스 배관을 진동시키고, 감지 단계(S200)는, 가스 배관 상에 부착된 진동 감지 센서를 통하여 가스 배관의 진동 신호를 감지한다.
제어단계(S300)는, 진동 감지 센서에 의하여 감지되는 진동 신호에 기초하여 가진기의 가진 특성을 제어한다. 여기서, 가진 특성은, 가진기의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨 중 적어도 어느 하나이다. 또한, 제어단계(S300)는, 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 가진기를 오프(off)시킬 수 있다. 그리고, 제어단계(S300)는, 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속되지 않은 때에는, 가진기가 정상작동하는 상태를 계속 유지시 킬 수 있다.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치 및 가진 방법에 의하면, 컨트롤러를 사용하여 가스 배관 내부에 쌓인 이물질을 기계적으로, 또한, 효율적으로 제거할 수 있고, 또한 가스 배관을 이용한 작업시간을 단축시킬 수 있고, 소요인력을 절감시켜 작업 코스트를 절감시킬 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 컨트롤러의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 성능을 평가하기 위한 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 5a 내지 5e는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 주파수 분석기에 의하여 분석된 각 포인트에서 시간별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프.
도 6a 내지 6e는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 주파수 분석기에 의하여 분석된 각 포인트에서 주파수별 가스 배관의 진동속도를 나타내는 그래프.
도 7a 및 7b는, 도 5a 내지 5e 및 도 6a 내지 6e에서 나타난 가스 배관의 진동측정결과를 RMS값과 그 감쇠값을 dB단위로 표시한 테이블과 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기를 사용하여 가스 배관을 가진시, 시간(Time)에 대하여 가스 배관 내부의 입자가 제거되는 입자수(Number of Particle)를 나타내는 그래프.
도 9a 내지 9c는 본 발명에 따른 가스 배관 가진 장치의 가진기의 허용 진동 레벨의 산출을 위한 시스템 구성도 및 그를 이용한 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 가스 배관 가진 방법의 순서를 나타내는 순서도.

Claims (8)

  1. 가스 배관 상에 부착되어 상기 가스 배관을 진동시키는 가진기;
    상기 가스 배관의 진동 신호를 감지하도록 상기 가스 배관 상에 부착된 진동 감지 센서; 및
    상기 진동 감지 센서에 의하여 감지되는 진동 신호에 기초하여 상기 가진기의 가진 특성을 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 상기 가진기를 오프(off)시키는,
    배관 가진 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 가진기로 하여금 상기 가스 배관을 미리 설정된 허용 진동 레벨로 진동시키는,
    배관 가진 장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가진 특성은, 상기 가진기의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨 중 적어도 어느 하나인,
    배관 가진 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 가진기의 진동 폭, 가진 주파수, 허용 진동 레벨의 크기를 각각 조절할 수 있는 제어부를 더 포함하는,
    배관 가진 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 소정 시간을 조절할 수 있는 제어부를 더 포함하는,
    배관 가진 장치.
  7. 제2항, 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허용 진동 레벨은,
    상기 가스 배관의 표면의 일 지점 상에 해머를 가격하여 상기 해머의 가격하는 힘의 크기와 상기 해머에 의하여 상기 가스 배관이 진동하는 진동 속도에 의하여 상기 가스 배관의 모빌리티를 측정하고, 상기 모빌리티를 통하여 상기 가스 배관의 공진 주파수를 탐색하여, 상기 탐색된 공진 주파수를 이용하여 산출되는,
    배관 가진 장치.
  8. 가진기를 가스 배관 상에 부착하여 상기 가스 배관을 진동시키는 가진 단계;
    상기 가스 배관 상에 부착된 진동 감지 센서를 통하여 상기 가스 배관의 진동 신호를 감지하는 감지 단계; 및
    상기 진동 감지 센서에 의하여 감지되는 진동 신호에 기초하여 상기 가진기의 가진 특성을 컨트롤러를 통해 제어하는 제어 단계;
    를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 진동 감지 센서에 의하여 감지된 진동 신호의 진동 레벨이 허용 진동 레벨의 범위를 초과하여 소정 시간 이상 지속된 때 상기 가진기를 오프(off)시키는,
    배관 가진 방법.
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