KR101423937B1 - 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법 - Google Patents

내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유식 해양 설비와 심해저를 연결하는 대구경 파이프 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 강도 측면에서 대구경에 견디기에 부족하고 합성수지 간의 접합에도 문제가 있어 대구경 파이프나 초대형 대구경관의 제작이 불가능하고, 연속 제조에도 어려움이 있었던 종래기술의 해저용 강관의 문제점을 해결하여, 전체 또는 부분적 비중조절이 가능한 대구경관을 연속적으로 제조 가능한 동시에, 접합 강도가 우수한 새로운 구조의 대구경관 및 그러한 대구경관의 제조방법이 제공됨으로써, 해수면 상에서 직접 대구경관을 제조하거나 제조된 대구경관을 단기간에 접합하면서 직접 설치하는 것에 의해 대구경관 설치의 효율성을 높일 수 있는 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법이 제공된다.

Description

내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법{A method for manufacturing large diameter pipe using steel frame}
본 발명은 대구경 파이프 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 특히, 부유식 해양 설비와 심해저를 연결하는 대구경 파이프 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 파이프를 형성하는 재료로는, 금속재, PE(폴리에틸렌재), GFRP(유리 강화 플라스틱)재 등의 소재가 이용되고 있으며, 이러한 재료들은, 주로 직경이 1m 이하의 중소형 파이프의 제작에 적합하게 사용되고 있다.
그러나, 예를 들면, 직경 5 ~ 10m의 대구경 파이프를 제작하는 경우는, 단일 소재의 파이프를 이용하여 생산하기에는 제작상의 한계가 있으며, 제작이 가능하더라도 제작 기간이 오래 걸리고 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
즉, 대구경 파이프는, 직경이 커질수록 파이프의 원형 단면 형상을 유지하기 위하여 파이프의 두께를 매우 크게 설계해야 하나, 파이프의 두께를 두껍게 설계하면 그만큼 비용이 제조비용이 증가하여 경제성이 떨어지며, 중량 또한 증가되는 문제가 발생한다.
또한, 부유식 해양 설비와 심해저를 연결하는 배관재에 있어서는, 강도와 전기 절연성이 우수하면서도 화학 물질 등에 의한 부식 환경에 강한 재료가 요구된다.
따라서, 종래, 부유식 해양 설비와 심해저를 연결하는 배관재의 제조시에는, 상기한 바와 같은 조건과 함께 경제성과 작업성 등의 요소를 고려하여 종래부터 강관이 많이 사용되어 왔다.
아울러, 이러한 종래의 해저용 강관의 예로서는, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 특허출원 제10-2002-0062684호에 제시된 "복합 섬유 강화 플라스틱 수지로 피복된 강관"이 있다.
즉, 도 1을 참조하면, 도 1은 상기한 바와 같은 종래의 해저용 강관의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
더 상세하게는, 상기한 특허출원 제10-2002-0062684호의 복합 섬유 강화 플라스틱 수지로 피복된 강관은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 강관(10)의 표면에 비닐 에스테르 수지(12)를 코팅하고, 그 외면에는 해상 오염 방지 및 내부식성을 강화시키기 위하여 FRP(복합 섬유 강화 플라스틱)(14) 수지를 피복시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서 상기한 바와 같은 특허출원 제10-2002-0062684호의 복합 섬유 강화 플라스틱 수지로 피복된 강관에 따르면, 강관의 외면에 FRP 수지를 접착시킴으로써 강도가 우수하고 또한 강관의 부식을 막을 수 있어 사용수명을 연장시킬 수 있는 동시에, 종래의 세라믹 코팅을 사용하는 방법보다 시공비를 50% 이상 절감할 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기한 특허출원 제10-2002-0062684호에 제시된 바와 같은 종래의 해저용 강관은, 대구경관을 구현하기에는 강도가 부족하고, 또한, 합성수지 간의 접합에도 문제점이 있어, 대구경 파이프나 초대형 대구경관의 제작이 불가능하다는 한계가 있었고, 아울러, 파이프의 연속 제조에도 어려움이 있었던 문제점이 있는 것이었다.
즉, 일반적으로, 강관은 용접에 의하여 연결되며, 단일관을 대구경으로 제작할 경우에는 각각의 단일관을 서로 연결하는 것이 매우 중요하나, 직경이 커질수록 용접이 용이하지 못하고, 비용도 급증하게 되는 문제가 있다.
아울러, 이러한 문제를 해결하기 위해 용접 대신 종래의 단순 접속방법을 이용하면, 대구경관의 연결에 충분한 연결강도를 확보할 수 없다는 문제가 있다.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여는, 대구경 파이프의 연속적인 제조가 가능한 동시에, 충분한 연결강도를 가지는 대구경관의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 대구경관의 제조방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 부유식 해양 설비와 심해저를 연결하는 대구경 파이프의 제조방법에 있어서, 대구경관을 연속적으로 제조 가능한 동시에, 비중조절이 가능하고, 접합 강도가 우수한 새로운 구조의 대구경관 및 그러한 대구경관을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 하나 이상의 금속판재로 구성된 다수 겹의 원통형 부재를 준비하고, 상기 다수 겹의 원통형 부재의 사이에 일정 간격이 유지되도록 보강재를 삽입하여 내부프레임을 형성하는 내부프레임 준비단계; 상기 보강재 사이에 충진재를 삽입하여 비중을 조절하는 충진재 삽입단계; 상기 내부프레임을 관통하도록 복수 개의 홀을 형성하는 홀 형성단계; 상기 내부프레임의 외측면 및 내측면에, 길이방향 또는 길이방향에 대하여 경사진 방향으로 다수의 강화섬유 또는 섬유매트를 배열하는 섬유배열단계; 복수 개의 상기 홀을 관통하도록 강화섬유를 상기 내부프레임의 원주방향으로 배열하여 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트와 연결되도록 형성하는 섬유연결단계; 상기 내부프레임과 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트가 일체화되도록 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트의 외주면에 레진을 도포하는 레진 도포단계; 및 상기 레진 도포단계에서 레진을 도포하여 형성된 상기 내부프레임을 복수 개 서로 연결하여 원하는 길이의 대구경관을 제조하는 연결단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 양단부가 수직 방향으로 절곡되어 중심부가 오목한 형상으로 형성된 섬유강화 플라스틱 판재를 복수 개 이용하여 원통형의 프레임을 형성하고, 상기 원통형 프레임의 외주면의 오목한 부분에 다수의 강화섬유 또는 섬유매트를 적층하는 내부 몰드 준비단계; 적어도 하나의 보강재를 다수 겹의 섬유매트로 감아서 길이 방향으로 각각 배열하고 철망으로 감싸서 상기 내부 몰드의 외주면의 상기 오목한 부분에 배치하는 보강재 배치단계; 상기 배치단계에서 배치된 상기 보강재의 외주면을 다시 다수 겹의 섬유매트로 감는 섬유매트 배치단계; 상기 배치단계에서 배치된 상기 보강재의 외주면에 외부 몰드를 위치시키는 외부 몰드 배치단계; 상기 외부 몰드와 상기 내부 몰드 및 상기 보강재 사이에 레진을 도포하고 FRP 성형하여 원통형의 내부프레임을 형성하는 성형단계; 및 상기 성형단계에서 형성된 상기 내부프레임을 복수 개 서로 연결하여 원하는 길이의 대구경관을 제조하는 연결단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법이 제공된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 판재를 이용하여 원통형으로 형성되는 내부 몰드의 외주면에 다수 겹의 섬유매트와 철망을 적층하는 내부 몰드 준비단계; 적어도 하나의 보강재를 다수 겹의 섬유매트로 감아서 길이 방향으로 각각 배열하고 철망으로 감싸서 상기 내부 몰드의 외주면에 배치하는 보강재 배치단계; 상기 배치단계에서 배치된 상기 보강재의 외주면을 다시 다수 겹의 섬유매트로 감는 섬유매트 배치단계; 상기 섬유매트 배치단계에서 상기 보강재에 감겨진 상기 섬유매트의 외주면에 외부 몰드를 위치시키는 외부 몰드 배치단계; 상기 외부 몰드와 상기 내부 몰드 및 상기 보강재를 FRP 성형하여 원통형의 내부프레임을 형성하는 성형단계; 및 상기 성형단계에서 형성된 상기 내부프레임을 복수 개 서로 연결하여 원하는 길이의 대구경관을 제조하는 연결단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 레진 도포단계는, 상기 내부프레임의 내주면에 형성된 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트의 외주면에 내부금형을 배열하는 단계; 상기 내부프레임의 외주면에 형성된 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트의 외주면에 외부금형을 배열하는 단계; 및 상기 내부프레임과 기밀된 상기 외부금형 및 상기 내부금형 사이에 레진을 진공흡착 또는 주입 병행으로 충진시키는 단계를 포함하여 구성되고, 상기 섬유연결단계에서 상기 강화섬유를 상기 내부프레임에 와인딩하는 동시에 레진을 도포시켜 일체화시키는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 내부프레임의 내측면에 설치되는 상기 내부금형은, 상기 내부금형과 상기 내부프레임의 내측면을 밀착하기 위해 복수 개의 원호판의 직경이 확장 가능하게 형성되어 내부 가압이 가능하도록 구성되고, 상기 내부프레임의 외측면에 설치되는 상기 외부금형은, 상기 외부금형과 상기 내부프레임의 외측면을 밀착하기 위해 복수 개의 원호판의 직경이 축소가능하게 형성되어 내부 가압이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통형 부재는, 하나의 상기 금속판재를 말아서 접합하거나, 복수 개의 원호형상의 상기 금속판재를 접합하여 연결하고, 상기 보강재는, 상기 다수 겹의 원통형 부재 사이에 일정 간격이 유지되도록 삽입되는 주름판, V형 또는 L형 각재나, 원형 또는 사각 파이프인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 충진재는, 우레탄폼, 스티로폼, 모래, 모르타르 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 강화섬유는, 유리섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 바살트(basalt) 섬유 중 어느 하나 이상으로 구성되고, 상기 섬유배열단계의 강화섬유와 상기 섬유연결단계의 강화섬유가 서로 교차 형성되어 인장력 및 전단력을 증가시키도록 섬유층을 형성하며, 상기 섬유층은, 섬유매트, 우븐 로빙, 초프트 스프랜트 매트 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강재 배치단계는, 상기 보강재를 상기 섬유매트로 1 ~ 5회 감도록 구성되고, 상기 섬유매트 배치단계는, 상기 섬유매트를 2 ~ 20장 감도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 성형단계는, 가압 충진법(RTM; Resin Transfer Molding or Injection Resin Transfer Molding), 진공충진법(VARTM; Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 또는 가압진공충진법(RTM+VARTM)에 의해 상기 충진재를 FRP 성형하여 상기 내부프레임을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 보강재는, 바(bar) 형태의 폴리우레탄, 목재, 철근 콘크리트재 또는 금속재로 구성되며, 상기 보강재를 선택하는 것에 의해 대구경관을 형성하기 위한 상기 내부프레임의 비중 및 강도를 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 방법들은, 상기 내부프레임의 외주면에 생물부착 방지 또는 자외선 차단을 위한 피복재를 도포하는 피복재 도포단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기한 방법들은, 상기 내부프레임을 연결하여 길이방향으로 대구경관을 연장할 때 접합강도를 향상시키기 위해, 상기 내부프레임의 길이방향 양 끝단은 단층이 형성된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 대구경관의 단관을 서로 연결시켜 대구경관을 연결하는 대구경관 연결방법에 있어서, 상기 대구경관의 양 끝단은 서로 대응되는 형상의 단층을 형성하거나 동일 방향으로 단층이 형성되어 계단식 단층 사이에 대응되는 내부프레임 조각을 삽입하고, 복수 개의 상기 대구경관이 길이 방향으로 연결되는 외주면과 내주면에 접합용 섬유강화 플라스틱 판재를 고정하고, 레진을 진공 흡착 또는 주입 병행으로 충진시켜 접속시키는 것을 특징으로 하는 대구경관 연결방법이 제공된다.
여기서, 상기 접합용 섬유강화 플라스틱 판재는, 투명한 재질로 형성되어 내부 접속상태 또는 기포 발생 여부를 관찰 검사할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대구경관의 양 끝단은, 돌기가 형성되어 상기 돌기에 나사결합 또는 섬유 다발로 결속시켜 접합강도를 증가시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따르면, 설치 선박 또는 해양 구조물의 플랫폼에서 연직으로 접속한 대구경관을 수직하강시키는 대구경관 설치방법에 있어서, 복수 개의 대구경관을 접속하는 접속부의 외주면에 가온 가압이 가능한 가온 압착밴드를 부착하는 가온 압착밴드 부착단계; 상기 가온 압착밴드에 가열 가압하여 상기 접속부를 경화시키는 경화단계; 상기 플랫폼에 형성된 복수 개의 윈치와 상기 가온 압착밴드가 복수 개의 와이어로 연결되어 팽팽하게 유지됨으로써, 상기 대구경관의 변형을 방지하여 접속강도가 유지된 상태에서 상기 대구경관을 수직 하강시키는 하강단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 대구경관 설치방법이 제공된다.
여기서, 상기 가온 압착밴드는, 탈착형으로 형성되어 상기 접속부의 외주면에 탈부착이 용이하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 가온 압착밴드는, 복수 개가 형성되어, 복수 개의 상기 대구경관을 길이방향으로 연결하면서 수직 하강시킬 때, 일정 수심까지 하강시킨 후 최하단의 상기 가온 압착밴드를 제거하고, 상부로 인양하여 상부의 상기 대구경관의 상기 접속부에 부착시킴으로써, 일정 개수의 가온 압착밴드를 이용하여 길이의 제한 없이 대구경관을 연결할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 부유식 해양 설비와 심해저를 연결하는 대구경 파이프의 제작에 있어서, 전체 또는 부분적인 비중 조절이 가능한 대구경관을 연속적으로 제조 가능한 동시에 접합 강도가 우수한 새로운 구조의 대구경관 및 그러한 대구경관을 제조하는 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 해수면 상에서 직접 대구경관을 제조하거나 제조된 대구경관을 접속하면서 단기간에 설치함으로써, 대구경관 설치의 효율성을 높일 수 있는 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 해저용 강관의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 대구경관 제조방법의 전체적인 구성을 나타내는 플로차트이다.
도 3은 내부프레임을 구성하는 금속 판재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 내부프레임을 구성하는 보강재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 내부프레임에 다수의 홀이 형성되어 있는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 레진을 도포하기 위해 내부프레임의 내측면에 배치되는 내부금형의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 레진을 도포하기 위해 내부프레임의 외측면에 배치되는 외부금형의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 내부프레임의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내부프레임의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 내부프레임의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 내부프레임의 제조방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 복수 개의 내부프레임을 각각 연결하기 위한 체결부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 복수 개의 내부프레임을 각각 연결하기 위한 체결부의 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 복수 개의 내부프레임을 각각 연결하기 위한 체결부의 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 복수 개의 내부프레임을 각각 연결하기 위한 체결부의 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 대구경관을 해수에 설치하는 방법의 전체적인 구성을 나타내는 플로차트이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 대구경관을 설치하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 부유식 해양 설비와 심해저를 연결하는 대구경 파이프의 제작에 있어서, 대구경관을 연속적으로 제조 가능한 동시에 접합 강도가 우수한 새로운 구조의 대구경관 및 그러한 대구경관을 제조하는 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 해수면 상에서 직접 대구경관을 제조하면서 제조된 대구경관을 해수에 직접 설치함으로써, 대구경관 설치의 효율성을 높일 수 있는 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법에 관한 것이다.
계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법의 전체적인 구성을 나타내는 플로차트이다.
더 상세하게는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법은, 적어도 하나 이상의 금속판재로 구성된 다수 겹의 원통형 부재를 준비하고, 상기 다수 겹의 원통형 부재 사이에 일정 간격이 유지되도록 보강재를 삽입하여 내부프레임을 형성하는 내부프레임 준비단계(S21), 상기 보강재 사이에 충진재를 삽입하여 비중을 조절하는 충진재 삽입단계(S22); 상기 내부프레임을 관통하도록 복수 개의 홀을 형성하는 홀 형성단계(S23); 상기 내부프레임의 외측면 또는 내측면에, 길이방향 또는 길이방향에 대하여 경사진 방향으로 강화섬유 또는 섬유매트를 배열하는 섬유 배열단계(S24); 복수 개의 상기 홀을 관통하도록 강화섬유를 상기 내부프레임의 원주방향으로 배열하여 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트와 연결되도록 형성하는 섬유 연결단계(S25); 및 상기 내부프레임과 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트가 일체화되도록 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트의 외주면에 레진을 도포하는 레진 도포단계(S26)를 포함하여 구성된다.
더 상세하게는, 상기한 내부프레임 준비단계(S21)는, 단일의 금속 판재를 원주형으로 말아서 접합하거나, 또는, 일정 곡률을 가지는 복수의 금속 판재를 서로 접합하는 것에 의해 다수 겹의 원통형 부재를 형성한다.
또한, 도 3을 참조하면, 도 3은 상기한 금속 판재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 상기한 금속 판재(31)는, 도 3a에 나타낸 바와 같이 단일의 강판일 수도 있고, 또는, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 강판(32)이 접합되고 그 사이에 샌드위치 구조를 형성하도록 복수 개의 보강재(33)가 형성된 구성일 수도 있으며, 또는, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 복수 개의 강판(34)이 접합되고 그 사이에 충진재(35)가 충진된 구조일 수도 있다.
따라서 상기한 바와 같이, 복수 개의 보강재(33)가 삽입된 샌드위치 구조나 충진재(35)가 충진되어 형성된 금속 판재(32, 34)는, 단면 계수가 증가하여 더욱 우수한 강도를 가지며, 비중을 용이하게 조절 가능한 효과를 얻을 수 있다.
따라서 이러한 금속 판재를 이용하여, 즉, 하나의 금속 판재를 둥글게 말아서 원통형의 내부프레임으로 형성하거나, 또는, 예를 들면, 볼트와 너트 체결방식에 의해, 복수 개의 금속 판재를 접합하여 직경이 서로 다른 복수의 원통으로 이루어지는, 예를 들면, 2중 원통형의, 내부프레임을 형성한다.
또한, 도 4를 참조하면, 도 4는 보강재(41)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 보강재(41)는, 도 4에 나타낸 바와 같은 벌집형 구조, 또는, 삼각형 군집구조로 성형 가공된 복합재의 알루미늄 또는 강재 등을 사용하거나, 또는, 다수 겹의 원통형 부재 사이에 일정 간격이 유지되도록, 주름판, V형 또는 L형 각재, 원형 또는 사각형 파이프 중 적어도 하나 이상을 삽입하여 단면 강성을 증가시키도록 구성될 수도 있다.
따라서 내부프레임 준비단계(S21)는, 상기한 바와 같은 금속 판재를 복수 개 접합하여 적어도 2중 이상의 다중 원통형 구조를 형성하고, 각각의 원통형 부재 사이에 간격 유지를 위한 보강재(33)를 삽입하여 다수 겹의 원통형 부재로 구성되는 내부프레임을 형성하는 단계이다.
다음으로, 충진재 삽입단계(S22)는, 상기한 바와 같이 형성된 원통형 부재와 보강재(33)의 사이사이에 충진재(35)를 삽입하여 내부프레임 전체의 비중을 조절하는 단계이며, 이때, 상기한 충진재(35)는, 우레탄폼, 스티로폼, 모르타르, 모래 중 하나 이상을 이용하여, 내부프레임의 비중이 바람직하게는 0.2 내지 5.0 사이가 되도록 조절한다.
이어서, 홀 형성단계(S23)에서는, 내부프레임의 각각의 원통형 부재를 관통하도록 복수 개의 홀을 형성하는 단계이다.
즉, 도 5를 참조하면, 도 5는 상기한 바와 같이 하여 원통형으로 형성된 내부프레임(50)에 다수의 홀(51)이 형성되어 있는 모습을 나타내는 도면이다.
여기서, 상기한 홀 형성단계(S23)는, 본 실시예에서와 같이 내부프레임을 제작한 후에 수행될 수도 있고, 또는, 상기한 금속 판재를 준비하는 과정에서 미리 홀을 형성하여 홀이 형성된 금속 판재로 내부프레임을 형성하도록 구성될 수도 있는 등, 필요에 따라 순서를 변경 가능하다.
계속해서, 섬유 배열단계(S24)에서는, 인장력 및 전단력을 증가시키기 위하여 내부프레임(50)의 외측면 또는 내측면에 길이방향 또는 길이방향에 대해 임의의 각도로 경사진 방향으로 강화섬유를 감거나 또는 섬유매트를 배열함으로써 내부프레임(50)의 표면에 강화섬유층을 형성하는 단계이다.
다음으로, 섬유 연결단계(S25)에서는, 상기한 홀 형성단계(S23)에서 형성된 다수의 홀(51)을 통하여, 강화섬유를 내부프레임(50)의 안쪽과 바깥쪽으로 번갈아 통과시켜 가면서, 즉, 복수 겹의 원통형 부재를 꿰메듯이 하여 강화섬유를 배열하는 단계이다.
따라서 이러한 섬유 배열단계(S24) 및 섬유 연결단계(S25)를 통하여, 섬유 배열단계(S24)에서 배열된 강화섬유와 섬유 연결단계(S24)에서 배열된 강화섬유가 서로 교차 결합되어 섬유층이 형성됨으로써, 원주방향뿐만 아니라 축방향의 인장력 및 전단력을 증가시킬 수 있다.
여기서, 상기한 강화섬유는, 예를 들면, 유리섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 바살트(basalt) 섬유 중 적어도 하나를 이용하여 구성될 수 있으며, 또한, 상기한 섬유층은, 섬유매트, 우븐 로빙, 초프트 스프랜트 매트, 섬유다발 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
다음으로, 도 7 및 도 8을 참조하여, 레진 도포단계(S26)의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 7을 참조하면, 도 7은 레진을 도포하기 위해 내부프레임의 내측면에 배치되는 내부금형(70)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
또한, 도 8을 참조하면, 도 8은 레진을 도포하기 위해 내부프레임의 외측면에 배치되는 외부금형(80)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 레진 도포단계(S26)는, 상기한 섬유 배열단계(S24) 및 섬유 연결단계(S25)를 통하여 내부프레임에 형성된 강화섬유층에 레진을 도포하여 섬유강화 플라스틱으로 형성함으로써, 강화섬유층과 내부프레임을 일체로 형성하는 단계이다.
여기서, 레진주입단계(S26)는, 강화섬유 또는 섬유매트를 배열하여 강화섬유층을 형성한 후에 수행될 수도 있고, 또는, 상기한 강화섬유를 연결하는 단계에서 강화섬유의 배열과 동시에 레진을 도포시켜 일체화시키도록 구성될 수도 있다.
더 상세하게는, 상기한 레진 도포단계(S26)는, 먼저, 내부프레임(50)의 내주면에 형성된 강화섬유 또는 섬유매트의 외주면에, 도 7에 나타낸 바와 같은 내부금형(70)을 배치하고, 내부프레임(50)의 외주면에 형성된 강화섬유 또는 섬유매트의 외주면에는 도 8에 나타낸 바와 같이 외부금형(80)을 배치한다.
다음으로, 예를 들면, 진공제어된 레진주입법(VARTM, VARTM+RTM)에 의해, 내부프레임(50)과 기밀된 내부금형(70) 및 외부금형(80) 사이에 레진을 진공 흡착 또는 주입 병행으로 충진시켜 강화섬유층과 내부프레임을 완전히 일체화한다.
여기서, 내부프레임(50)의 내측면에 설치되는 내부금형(70)은, 내부금형(70)과 내부프레임(50)의 내측면을 밀착하기 위해 복수 개의 원호판의 직경이 확장 가능하게 형성되어 내부 가압이 가능하도록 구성되고, 또한, 내부프레임의 외측면에 설치되는 외부금형(80)은, 외부금형(80)과 내부프레임(50)의 외측면을 밀착하기 위해 복수 개의 원호판의 직경이 축소 가능하게 형성되어 내부 가압이 가능하도록 구성된다.
더 상세하게는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 내부금형(70)은, 중앙부재(71), 중앙부재(71)에 연결된 복수 개의 탄성부재(72) 및 탄성부재(72)의 말단에 연결된 복수 개의 지지부재(73)를 포함하여 구성된다.
여기서, 복수 개의 탄성부재(72)와 복수 개의 지지부재(73)는 서로 대응되는 개수로 구성되며, 또한, 지지부재(73)는, 내부프레임(50)의 형상과 대응되는 형상으로 이루어진다.
즉, 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 탄성부재(72)의 가변에 따라 각각의 지지부재(73)가 이동 가능하며, 따라서 탄성부재(72)의 압축, 팽창을 통해 내부프레임(50)의 내부에 내부금형(70)을 위치시키고 내부프레임(50)에 밀착시킨 후 레진을 도포하고 내부금형(70)을 분리하는 과정이 매우 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 외부금형(80)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 내부프레임(50)의 외측에서 내부프레임(50)을 둘러싸는 형태로 형성되어, 상기한 내부금형(70)과 마찬가지로, 외부금형(80)을 위치시키고 내부프레임(50)에 밀착시킨 후 레진을 도포하고 외부금형(80)을 분리하는 과정이 매우 용이하게 이루어질 수 있다.
아울러, 본 발명은, 레진 도포단계(S26) 이후에, 경화된 레진의 외부에 해수가 대구경관 내부로 흡수되지 못하도록 하는 동시에, 대구경관 외부에 생물부착이 발생하지 않도록 하기 위하여 피복재를 도포하는 피복재 도포단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 내부프레임(50)을 형성할 수 있다.
더 상세하게는, 도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 내부프레임(50)의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
즉, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 제조된 내부프레임(50)은, 다수 겹의 원통형 부재(91) 사이에 보강재(92) 및 충진재(93)가 삽입되고, 그러한 원통형 부재(91)의 내주면 및 외주면에 강화섬유 또는 섬유매트(94)의 섬유층을 형성하며, 상기 강화섬유 또는 섬유매트(94)의 섬유층과 원통형 부재(91)를 관통하도록 제 2의 강화섬유(95)를 배열하고, 레진을 도포하는 것에 의해, 섬유층과 원통형 부재(91)를 일체로 형성한 후, 그 위에 필요에 따라 피복층(96)을 형성하여 이루어진다.
여기서, 상기한 실시예에서는 내부프레임이 복수의 원호형 강재를 결합하여 2중 원통형 구조로 형성되는 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이러한 구성으로만 한정되는 것은 아니다.
계속해서, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
도 9를 참조하면, 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 양단부가 수직 방향으로 절곡되어 중심부가 오목한 형상으로 형성된 섬유강화 플라스틱 판재를 복수 개 이용하여 원통형의 프레임을 형성하고, 상기 원통형 프레임의 외주면의 오목한 부분에 다수의 강화섬유 또는 섬유매트를 적층하여 내부몰드를 형성하는 내부 몰드 준비단계(S91)와, 적어도 하나의 보강재를 다수 겹의 섬유매트로 감아서 길이 방향으로 각각 배열하고 철망으로 감싸서 내부 몰드의 외주면의 오목한 부분에 배치하는 보강재 배치단계(S92)와, 상기 배치단계에서 배치된 보강재의 외주면을 다시 다수 겹의 섬유매트로 감는 섬유매트 배치단계(S93)와, 상기 보강재의 외주면에 외부 몰드를 위치시키는 외부몰드 배치단계(S94) 및 외부 몰드와 내부 몰드 및 보강재를 FRP 성형하여 원통형의 내부프레임을 형성하는 성형단계(S95)를 포함하여 구성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내부프레임은, 양 측면이 절곡된 적어도 하나 이상의 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재를 이용하여 원통형 부재를 형성하고, 여기에 다수 겹의 섬유매트로 감은 보강재를 배치한 후, 외부 몰드를 위치시키고 가압충진법(RTM), 진공충진법(VARTM), 가압진공충진법(RTM+VARTM) 등에 의해 FRP 성형하여 형성되는 점에서 상기한 제 1 실시예의 내부프레임과 다르다.
더 상세하게는, 도 10을 참조하면, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내부프레임(110)의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 내부프레임(110)은, 양단부가 절곡되어 중심부가 오목한 형상으로 이루어진 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재(111)와, 상기 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재(111)의 오목한 부분에 다수의 강화섬유 또는 섬유매트를 적층하여 형성되는 섬유층(111)과, 상기 섬유층(111) 위에 나란하게 복수 개 배열되는 길이방향으로 긴 바(bar) 형태의 보강재(113) 및 상기 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재(111)와 보강재(113)의 외주면에 배치되는 외부 몰드(114)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기한 보강재(113)는, 바(bar) 형태의 폴리우레탄, 목재 또는 금속재로 구성될 수 있으며, 따라서 이러한 보강재(113)를 적절히 선택함으로써 대구경관을 구성하기 위한 내부프레임(110)의 비중 및 강도를 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 상기한 보강재(113)는, 각각의 보강재(113)를 섬유매트로 1 ~ 5회 감아서 길이 방향으로 각각 배열하고 철망으로 감싸서 각각 배치된다.
즉, 상기한 제 1 실시예의 내부프레임은 단일 판재 또는 복수 개의 원호형 강판을 각각 결합하여 다중 원통형 구조를 형성하였으나, 본 발명의제 2 실시예에 따른 내부프레임은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 중심부가 오목한 형상으로 이루어진 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재(111)를 복수 개 결합하여 원통형 구조를 형성하고, 각각의 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재(111)의 오목한 부분에 다수의 강화섬유 또는 섬유매트를 깔아 섬유층(112)을 형성하고 복수의 보강재(113)를 삽입한 후, 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재(111)와 보강재(112)의 외주면에 외부 몰드(114)를 배치하여 FRP 성형을 통해 내부프레임을 완성함으로써, 제 1 실시예에서와 같이 홀을 형성하여 강화섬유를 배열하는 과정 등이 필요 없이 내부프레임(110)을 형성할 수 있다.
따라서 본 발명의 제 2 실시에에 따르면, 제 1 실시예를 통해 상기한 홀을 형성하는 단계(S103), 섬유 배열단계(S104), 섬유 연결단계(S105) 및 레진을 도포하는 단계(S106)를 모두 생략하고, 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재(111)와 보강재(112)를 배열한 후 FRP 성형함으로써, 도 10에 나타낸 바와 같은 단면구조를 가지는 내부프레임(110)을 형성하도록 구성될 수 있으므로, 내부프레임(110)의 제조가 그만큼 간소화되는 이점이 있다.
계속해서, 도 11 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 내부프레임(170)의 구체적인 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
즉, 도 11을 참조하면, 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 내부프레임(170)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
더 상세하게는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 내부프레임(170)은, 도 11에 나타낸 바와 같이, 내부프레임(170)의 본체를 형성하는 보강재(171)와, 상기 보강재(171)를 둘러싸는 다수 겹의 제 1 섬유매트(172)와, 상기 제 1 섬유매트(172)로 둘러싼 상기 보강재(171)를 다시 둘러싸는 다수 겹의 철망(173)과, 상기 철망(173)을 둘러싸는 다수 겹의 제 2 섬유매트(174) 및 상기 제 2 섬유매트(174)의 외주면에 배치되는 각각 내부몰드(175) 및 외부 몰드(176)를 포함하여 이루어져 있다.
여기서, 상기한 제 2 실시예와 마찬가지로, 보강재(171)는, 바(bar) 형태의 폴리우레탄, 목재, 철근 콘크리트 또는 금속재로 구성될 수 있으며, 따라서 이러한 보강재(171)를 적절히 선택함으로써 대구경관을 구성하기 위한 내부프레임(170)의 비중 및 강도를 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 제 1 섬유매트(172)는 상기한 보강재(171)를 섬유매트로 1 ~ 5회 감아서 구성될 수 있으며, 제 2 섬유매트(174)는, 예를 들면, 2 ~ 20장의 섬유매트를 감아서 구성될 수 있다.
아울러, 도 12를 참조하면, 도 12는 상기한 바와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 내부프레임(170)의 제조방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 12에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 내부프레임(170)의 제조방법은, 적어도 하나의 판재를 이용하여 원통형으로 형성되는 내부 몰드의 외주면에 다수 겹의 섬유매트와 철망을 적층하는 내부 몰드 준비단계(S121)와, 적어도 하나의 보강재를 다수 겹의 섬유매트로 감아서 길이 방향으로 각각 배열하고 철망으로 감싸서 내부 몰드의 외주면에 배치하는 보강재 배치단계(S122)와, 배치된 상기 보강재의 외주면을 다시 다수 겹의 섬유매트로 감는 섬유매트 배치단계(S123)와, 보강재에 감겨진 섬유매트의 외주면에 외부 몰드를 위치시키는 외부 몰드 배치단계(S124) 및 외부 몰드와 내부 몰드 및 보강재를 FRP 성형하여 원통형의 내부프레임을 형성하는 성형단계(S125)를 포함하여 이루어진다.
더 상세하게는, 먼저, 내부 몰드 준비단계(S121)에서, 내부 몰드 위에 섬유매트, 철망 등을 2 ~ 20장 다수 겹 적층하고, 다음으로, 보강재 배치단계(S122)에서, 적어도 하나의 보강재에 섬유매트를 1 ~ 5겹 감아서 길이 방향으로 각각 배열하고 철망으로 감싸서 고정시킨 다음, 섬유매트 배치단계(S123)에서는 철망으로 감싼 보강재의 외주면에 다시 섬유매트를 2 ~ 20겹 감는다.
이어서, 외부 몰드 매치단계(S124)에서, 상기한 바와 같이 하여 섬유매트로 감싼 보강재의 외주면에 외부 몰드를 위치시키고, 성형단계(S125)에서, 가압충진법(RTM), 진공충진법(VARTM), 가압진공충진법(RTM+VARTM) 등에 의해 FRP 성형하여 내부프레임을 형성한다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 내부프레임을 제작할 수 있으며, 또한, 이러한 각각의 내부프레임을 다수 개 연결하는 단계를 반복하도록 구성됨으로써, 원하는 길이의 대구경관을 용이하게 형성할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 내부프레임 및 이를 이용한 대구경관을 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 내부프레임을 이용하여 형성된 대구경 단관은, 바람직하게는, 대략 길이 5m 내지 10m 단위로 제작하는 것이 제작의 편의성을 위해 바람직하다.
아울러, 단일의 내부프레임으로 이루어진 단관을, 예를 들면, 대략 길이 5m 정도로 제작하고, 복수 개의 내부프레임을 길이방향으로 접합시킴으로써, 단관의 연속적인 제조가 가능하게 된다.
여기서, 각각의 내부프레임을 길이방향으로 복수 개 연결할 때에는, 내부프레임을 제조하는 방식과 마찬가지로 각각의 원통형 내부프레임을 볼트 체결하여 복수 개의 단관을 하나로 연결하거나, 또는, 각각의 단관의 말단을 단차를 가지도록 형성하고 이러한 말단 부분을 섬유재와 레진을 이용하여 접합한다.
더 상세하게는, 도 13 내지 도 16을 참조하면, 도 13 내지 도 16은 각각 복수 개의 내부프레임을 각각 연결하기 위한 체결부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 상기한 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 내부프레임(120)의 형성시, 도 13에 나타낸 바와 같이 말단부에 돌출하도록 체결돌기(121)를 형성하고, 이러한 체결돌기(121)에 고정볼트(122)를 삽입하여 각각의 내부프레임(120)을 고정하도록 구성할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같은 구성에 따르면, 복수 개의 금속 판재를 체결할 때나 복수 개의 단관을 접합할 때 모두 볼트와 너트를 이용하여 체결 가능하고, 이를 통해 단시간 내에 일정 직경을 가지는 대구경관을 조립할 수 있는 이점이 있다.
그러나 복수 개의 내부프레임을 볼트와 너트로만 연결하게 되면, 접합강도가 약해 파단의 우려가 있으며, 따라서 접합강도를 높이기 위해서는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 각각의 내부프레임의 양 끝단을 서로 대응되는 형상으로 단층을 형성하거나, 또는, 동일 방향으로 단층을 형성하여 체결부(131)를 구성하고, 이러한 체결부(131)의 계단식 단층에 체결돌기(132)를 형성하여, 각각의 체결돌기(132) 사이를 강화섬유(133)로 감아 각각의 내부프레임(120)을 결속한다.
또는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기한 체결돌기(132) 대신에, 체결부(131)의 적절한 위치에 체결볼트(134)를 각각 삽입하고, 각각의 체결볼트(134)를 강화섬유(133)로 감는 것에 의해 각각의 내부프레임을 결속시키도록 구성될 수도 있다.
그 후, 각각의 내부프레임의 체결부(131)의 계단식 단층 사이에 체결부의 형태에 대응되는 내부프레임 조각(135)을 삽입하고, 내부프레임의 길이 방향으로 연결되는 외주면과 내주면에 섬유강화 플라스틱으로 이루어지는 접합용 판재(136)를 고정한 후, 레진을 진공 흡착 또는 주입 병행으로 충진시킴으로써, 각각의 내부프레임 사이의 접합강도를 증가시킬 수 있다.
여기서, 상기한 접합용 판재(136)는, 투명한 섬유강화 플라스틱 재질로 형성되어 내부 접속상태 또는 기포 발생 여부를 관찰 검사할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 또 다른 방법으로서, 도 16을 참조하면, 각각의 내부프레임의 체결부(131)를 계단식 단층으로 단차를 주어 형성하고, 이러한 각 내부프레임의 단차를 맞춘 다음 접합용 판재(136)를 고정한 후, 레진을 진공 흡착 또는 주입 병행으로 충진시킴으로써, 상기한 방법들보다 좀 더 간단하고 용이하게 내부프레임을 접합하여 연결할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같은 각 단계를 순차적으로 반복 수행함으로써 대구경관을 연속적으로 제조가능하며, 아울러, 이러한 과정을 연속적으로 수행하면 100m의 대구경관 제조도 연속적으로 가능하다.
다음으로, 도 17을 참조하여, 상기한 바와 같이 구성된 대구경 단관을 해수에 설치하는 방법에 대하여 설명한다.
즉, 도 17을 참조하면, 도 17은 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 대구경관을 해수에 설치하는 방법을 나타내는 플로차트이다.
더 상세하게는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 대구경관의 설치방법은, 먼저, 복수 개의 대구경관을 접속하는 접속부의 외주면에 가온 가압이 가능한 가온 압착밴드를 부착하는 단계(S151)와, 상기 가온 압착밴드에 가열 가압하여 접속부를 경화시키는 단계(S152)와, 플랫폼에 형성된 복수 개의 윈치와 상기 가온 압착밴드가 복수 개의 와이어로 연결되어 팽팽하게 유지됨으로써, 상기 대구경관의 변형을 방지하여 접속강도가 유지된 상태에서 상기 대구경관을 수직 하강시키는 단계(S153)를 포함하여 구성된다.
더 상세하게는, 도 18을 참조하면, 도 18은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 대구경관을 설치하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 18에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 대구경관의 설치방법은, 대구경관(161)의 외주면에 가온 압착밴드(162)를 부착하고, 가온 압착밴드(162)를 가열 및 가압하여 접속부를 경화시킨 다음, 플랫폼(163)에 설치된 윈치(도시하지 않음)를 통해 가온 압착밴드(162)를 복수의 와이어(164)로 연결하여, 와이어(165)를 항상 팽팽한 상태로 유지하면서 윈치를 풀어줌으로써, 대구경관(161)의 변형을 방지하는 동시에, 접속강도가 유지된 상태에서 설치 선박 또는 해양 구조물의 플랫폼(163)에서 연직으로 접속한 대구경관을 수직 하강시켜 대구경관을 설치할 수 있다.
여기서, 상기한 가온 압착밴드(162)는, 탈착형으로 형성되어 상기한 대구경관(161)의 접속부의 외주면에 탈부착이 용이하도록 구성될 수 있다.
또한, 가온 압착밴드(162)는 복수 개 형성 가능하나, 바람직하게는, 대구경관을 길이방향으로 연결하면서 일정 수심까지 하강시킨 후, 최하단의 가온 압착밴드(162)를 제거하고 상부로 인양하여 상부의 대구경관(161)의 접속부에 부착시킴으로써, 일정 개수의 가온 압착밴드만을 이용하여 길이의 제한 없이 대구경관을 연결할 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 및 그 연결방법을 제공할 수 있으며, 또한, 상기한 바와 같이 하여 복수의 내부프레임을 연결하는 것에 의해 대구경관을 제조할 수 있고, 아울러, 그러한 대구경관을 해수에 설치하는 방법 또한 제공할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 내부프레임을 이용한 대구경관 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 강관 12. 비닐 에스테르 수지
14. FRP 수지 31. 금속 판재
32. 금속 판재 33. 보강재
34. 금속 판재 35. 충진재
41. 보강재 50. 내부프레임
51. 홀 61. 제 1 강화섬유
70. 내부금형 71. 중앙부재
72. 탄성부재 73. 지지부재
80. 외부금형 91. 원통형 부재
92. 보강재 93. 충진재
94. 제 1 강화섬유 95. 제 2 강화섬유
96. 피복층 110. 내부프레임
111. 섬유강화 플라스틱(FRP) 판재 112. 섬유층
113. 보강재 114. 외부 몰드
120. 내부프레임 121. 체결돌기
122. 고정볼트 131. 체결부
132. 체결돌기 133. 강화섬유
134. 체결볼트 135. 내부프레임 조각
136. 접합용 판재 161. 대구경관
162. 가온 압착밴드 163. 플랫폼
164. 와이어 170. 내부프레임
171. 충진재 172. 제 1 섬유매트
173. 철망 174. 제 2 섬유매트
175. 내부몰드 176. 외부 몰드

Claims (19)

  1. 하나 이상의 금속판재로 구성된 다수 겹의 원통형 부재를 준비하고, 상기 다수 겹의 원통형 부재의 사이에 일정 간격이 유지되도록 보강재를 삽입하여 내부프레임을 형성하는 내부프레임 준비단계;
    상기 보강재 사이에 충진재를 삽입하여 비중을 조절하는 충진재 삽입단계;
    상기 내부프레임을 관통하도록 복수 개의 홀을 형성하는 홀 형성단계;
    상기 내부프레임의 외측면 및 내측면에, 길이방향 또는 길이방향에 대하여 경사진 방향으로 다수의 강화섬유 또는 섬유매트를 배열하는 섬유배열단계;
    복수 개의 상기 홀을 관통하도록 강화섬유를 상기 내부프레임의 원주방향으로 배열하여 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트와 연결되도록 형성하는 섬유연결단계;
    상기 내부프레임과 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트가 일체화되도록 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트의 외주면에 레진을 도포하는 레진 도포단계; 및
    상기 레진 도포단계에서 레진을 도포하여 형성된 상기 내부프레임을 복수 개 서로 연결하여 원하는 길이의 대구경관을 제조하는 연결단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  2. 양단부가 수직 방향으로 절곡되어 중심부가 오목한 형상으로 형성된 섬유강화 플라스틱 판재를 복수 개 이용하여 원통형의 프레임을 형성하고, 상기 원통형 프레임의 외주면의 오목한 부분에 다수의 강화섬유 또는 섬유매트를 적층하는 내부 몰드 준비단계;
    적어도 하나의 보강재를 다수 겹의 섬유매트로 감아서 길이 방향으로 각각 배열하고 철망으로 감싸서 상기 내부 몰드의 외주면의 상기 오목한 부분에 배치하는 보강재 배치단계;
    상기 배치단계에서 배치된 상기 보강재의 외주면을 다시 다수 겹의 섬유매트로 감는 섬유매트 배치단계;
    상기 배치단계에서 배치된 상기 보강재의 외주면에 외부 몰드를 위치시키는 외부 몰드 배치단계; 및
    상기 외부 몰드와 상기 내부 몰드 및 상기 보강재 사이에 레진을 도포하고 FRP 성형하여 원통형의 내부프레임을 형성하는 성형단계; 및
    상기 성형단계에서 형성된 상기 내부프레임을 복수 개 서로 연결하여 원하는 길이의 대구경관을 제조하는 연결단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  3. 적어도 하나의 판재를 이용하여 원통형으로 형성되는 내부 몰드의 외주면에 다수 겹의 섬유매트와 철망을 적층하는 내부 몰드 준비단계;
    적어도 하나의 보강재를 다수 겹의 섬유매트로 감아서 길이 방향으로 각각 배열하고 철망으로 감싸서 상기 내부 몰드의 외주면에 배치하는 보강재 배치단계;
    상기 배치단계에서 배치된 상기 보강재의 외주면을 다시 다수 겹의 섬유매트로 감는 섬유매트 배치단계;
    상기 섬유매트 배치단계에서 상기 보강재에 감겨진 상기 섬유매트의 외주면에 외부 몰드를 위치시키는 외부 몰드 배치단계; 및
    상기 외부 몰드와 상기 내부 몰드 및 상기 보강재를 FRP 성형하여 원통형의 내부프레임을 형성하는 성형단계; 및
    상기 성형단계에서 형성된 상기 내부프레임을 복수 개 서로 연결하여 원하는 길이의 대구경관을 제조하는 연결단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 레진 도포단계는,
    상기 내부프레임의 내주면에 형성된 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트의 외주면에 내부금형을 배열하는 단계;
    상기 내부프레임의 외주면에 형성된 상기 강화섬유 또는 상기 섬유매트의 외주면에 외부금형을 배열하는 단계; 및
    상기 내부프레임과 기밀된 상기 외부금형 및 상기 내부금형 사이에 레진을 진공흡착 또는 주입 병행으로 충진시키는 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 섬유연결단계에서 상기 강화섬유를 상기 내부프레임에 와인딩하는 동시에 레진을 도포시켜 일체화시키는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 내부프레임의 내측면에 설치되는 상기 내부금형은, 상기 내부금형과 상기 내부프레임의 내측면을 밀착하기 위해 복수 개의 원호판의 직경이 확장 가능하게 형성되어 내부 가압이 가능하도록 구성되고,
    상기 내부프레임의 외측면에 설치되는 상기 외부금형은, 상기 외부금형과 상기 내부프레임의 외측면을 밀착하기 위해 복수 개의 원호판의 직경이 축소가능하게 형성되어 내부 가압이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 원통형 부재는, 하나의 상기 금속판재를 말아서 접합하거나, 복수 개의 원호형상의 상기 금속판재를 접합하여 연결하고,
    상기 보강재는, 상기 다수 겹의 원통형 부재 사이에 일정 간격이 유지되도록 삽입되는 주름판, V형 또는 L형 각재나, 원형 또는 사각 파이프인 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 충진재는, 우레탄폼, 스티로폼, 모래, 모르타르 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 강화섬유는, 유리섬유, 탄소섬유, 금속섬유, 바살트(basalt) 섬유 중 어느 하나 이상으로 구성되고, 상기 섬유배열단계의 강화섬유와 상기 섬유연결단계의 강화섬유가 서로 교차 형성되어 인장력 및 전단력을 증가시키도록 섬유층을 형성하며,
    상기 섬유층은, 섬유매트, 우븐 로빙, 초프트 스프랜트 매트 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  9. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 보강재 배치단계는, 상기 보강재를 상기 섬유매트로 1 ~ 5회 감도록 구성되고,
    상기 섬유매트 배치단계는, 상기 섬유매트를 2 ~ 20장 감도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  10. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 성형단계는, 가압 충진법(RTM; Resin Transfer Molding or Injection Resin Transfer Molding), 진공충진법(VARTM; Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 또는 가압진공충진법(RTM+VARTM)에 의해 충진재를 FRP 성형하여 상기 내부프레임을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  11. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강재는, 바(bar) 형태의 폴리우레탄, 목재, 철근 콘크리트재 또는 금속재로 구성되며,
    상기 보강재를 선택하는 것에 의해 대구경관을 형성하기 위한 상기 내부프레임의 비중 및 강도를 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  12. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부프레임의 외주면에 생물부착 방지 또는 자외선 차단을 위한 피복재를 도포하는 피복재 도포단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
  13. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부프레임을 연결하여 길이방향으로 대구경관을 연장할 때 접합강도를 향상시키기 위해, 상기 내부프레임의 길이방향 양 끝단은 단층이 형성된 것을 특징으로 하는 대구경관 제조방법.
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