KR101454347B1

KR101454347B1 - 파이프 보강 구조

Info

Publication number: KR101454347B1
Application number: KR1020130018977A
Authority: KR
Inventors: 김태무
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-10-23
Also published as: KR20140105134A

Abstract

파이프 보강 구조이 개시된다. 본 발명의 일 실시에에 따른 파이프 보강 구조는 고유진동수를 가지며, 기진력에 의한 진동이 발생되는 파이프본체를 보강하기 위한 파이프 보강 구조에 있어서, 상기 파이프본체에 결합되어 상기 파이프본체의 강성을 증가시켜며, 상기 파이프본체에 발생될 수 있는 공진의 회피가 가능하도록 마련되는 제1보강유닛을 포함한다.

Description

파이프 보강 구조{STRUCTURE FOR REINFORCING PIPE}

본 발명은, 파이프 보강 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 파이프의 강성을 보강하며, 또한, 공진현상을 회피할 수 있는 파이프 보강 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 해양구조물이라 함은 해상 또는 해저에 설치되는 구조물로서, 수심에 따라 고정식, 반잠수식, 부유식으로 분류되며, 주로 석유 또는 천연가스 등의 에너지원 탐사 및 채취와 같은 해상 작업에 이용되고 있다.

그리고, 해양구조물에는 엔진에서 발생되는 가스를 배출하기 위한 배기가스 파이프 등, 각종의 파이프가 설치되어 있다.

여기서, 파이프는 다양한 크기와 형상을 가지며, 설치 상황에 따라 파이프가 휘어지거나 비틀어지면서 절곡부가 형성될 수 있다.

이러한 다양한 크기와 형상의 파이프에는 해양구조물의 운항 또는 작업에 따라 기진력에 의해 진동이 발생되는데, 파이프에서 발생되는 진동이, 파이프가 가지고 있는 고유진동수와 일치하게 되면, 진폭이 증가하는 공진이 발생된다.

그런데, 파이프에서 공진이 발생되면, 파이프에 크랙(Crack)이 생겨 파이프가 손상될 수 있으며, 이 경우, 파이프를 통해 이송되는 가스 등이 새어나올 수 있는 문제점이 있다.

한편, 진동을 흡수할 수 있는 진동흡수장치의 경우 고가의 장비이므로, 파이프의 진동이 발생되는 모든 부분에 진동흡수장치를 설치시, 설치비용이 증가한다는 문제가 있다.

또한, 종래 파이프에 부착되는 강성 보강 장치는 파이프의 설계단계에서 파이프의 구조에 맞게 설치되므로 파이프의 강성을 보강할 수는 있지만, 파이프 제작이 완료되고 파이프가 각종 구조물에 설치된 후, 사후적으로 파이프에서 발생되는 진동은 방지할 수 없는 한계가 있었다.

즉, 파이프 설계단계에서는 파이프의 어느 부분에서 공진 또는 공진에 가까운 강한 진동이 발생되는지를 알 수 없으므로, 파이프 설계단계에서 강성 보강 장치를 파이프에 설치하더라도 파이프의 강성만 보강할 수 있을뿐, 공진 회피는 할 수 없었다.

따라서, 파이프가 구조물에 설치 완료된 후, 실제 이용단계에서 파이프에 공진 또는 공진에 가까운 강한 진동이 발생되는 경우, 파이프에 진동이 발생되는 부분을 찾아, 진동이 발생되는 부분에 공진을 회피하도록 마련하거나, 진동을 감소시킬 수 있도록 할 필요가 있다.

대한민국공개특허 공개번호 : 제10-2006-0116178호 ((주)대호엔지니어링)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 보강유닛을 통해 파이프의 강성을 보강하며, 또한, 파이프 강성 보강에 따라 고유진동수가 증가하여 공진현상을 회피할 수 있는 파이프 보강 구조을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 고유진동수를 가지며, 기진력에 의한 진동이 발생되는 파이프본체를 보강하기 위한 파이프 보강 구조에 있어서, 상기 파이프본체에 결합되어 상기 파이프본체의 강성을 증가시켜며, 상기 파이프본체에 발생될 수 있는 공진의 회피가 가능하도록 마련되는 제1보강유닛을 포함하는 파이프 보강 구조가 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1보강유닛의 사이에 배치되어 상기 제1보강유닛 각각을 연결하는 제2보강유닛을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1보강유닛은 상기 파이프본체의 둘레를 따라 결합되는 적어도 하나의 단위유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1보강유닛이 상이한 외경을 가지는 파이프본체에 결합될 수 있도록, 제1보강유닛은 파이프본체의 외경에 대응되는 크기를 가질 수 있다.

그리고, 상기 단위유닛은, 상기 파이프본체에 결합되는 결합이음부재; 및 상기 결합이음부재에 연결되어 상기 파이프본체의 외부로 돌출되는 블록부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 결합이음부재는, 상기 파이프본체에 용이하게 결합되기 위해 상기 파이프본체의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제2보강유닛은, 상부에 배치되어 일측 제1보강유닛에 연결되는 상부결합부재; 및 상기 상부결합부재의 하부에 배치되며, 상기 일측 제1보강유닛에 대향되게 배치된 타측 제1보강유닛에 연결되는 하부결합부재를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 상부결합부재와 상기 하부결합부재는 서로에 대해 상호 회동가능하도록, 힌지를 통해 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 보강유닛을 통해 파이프의 강성을 보강하며, 또한, 파이프 강성 보강에 따라 고유진동수가 증가하여 공진현상을 회피할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조에서 파이프본체에 제1보강유닛이 결합된 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조에서 제2보강유닛이 제1보강유닛에 연결된 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조의 상부 단면도이다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 각각 일반 파이프 구조와, 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조에서 고유진동 해석을 위한 시뮬레이션을 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조는 일반적인 파이프가 사용되는 환경에서 적용가능하며, 특히, 선박을 포함하는 해양구조물에서 사용되는 파이프에 적용가능하도록 마련될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조에서 파이프본체(100)에 제1보강유닛(200)이 결합된 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조에서 제2보강유닛(300)이 제1보강유닛(200)에 연결된 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조의 상부 단면도이고, 도 4(a) 및 도 4(b)는 각각 일반 파이프 구조와, 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조에서 고유진동 해석을 위한 시뮬레이션을 도시한 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 파이프 보강 구조는 고유진동수를 가지며, 기진력에 의한 진동이 발생되는 파이프본체(100)를 보강하기 위한 파이프 보강 구조에 있어서, 상기 파이프본체(100)에 결합되어 상기 파이프본체(100)의 강성을 증가시켜며, 상기 파이프본체(100)에 발생될 수 있는 공진의 회피가 가능하도록 마련되는 제1보강유닛(200)을 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 파이프본체(100)는 고유진동수를 가지며, 기진력에 의한 진동이 발생될 수 있다. 여기서, 기진력은 물체에 기계적 진동을 일으키게 하는 근원이 되는 힘을 의미한다.

한편, 해양구조물이 항해 중이거나 작업 중인 경우, 다양한 원인의 진동이 발생되어 파이프본체(100)로 전달되는데, 파이프본체(100)의 고유진동수가 파이프본체(100)로 전달된 진동과 일치하게 되면, 공진이 발생된다.

그런데, 공진이 발생되면, 시간의 경과에 따라 진동이 감소되는 것이 아니라 증가하게 되므로, 파이프본체(100)가 크랙 등에 의해 파손 또는 손상될 수 있다.

따라서, 파이프본체(100)의 진동을 관측하거나 감지하는 것을 통해 공진이라고 인식될 수 있을 정도의 과다 진동이 발생하는 경우, 그 과다 진동이 발생한 파이프본체(100) 부분에 강성을 보강하여 공진을 회피할 수 있다.

여기서, 평판(Flat Plate)의 강성과 진동과의 관계를 살펴보면, 평편의 두께가 증가할수록 평판의 고유진동수 역시 증가하게 된다.

즉, 평판에 보강 구조를 결합하여 평판 두께가 증가하는 경우, 그 부분에서 평판의 강성이 증가하게 되며, 평판의 강성이 증가하면 평판의 고유진동수도 증가하게 된다.

평판에서의 진동의 이론에 관한 아래식을 참고하면, 평판에서의 진동수는 평판의 강성에 비례한다.

[평판에서의 진동의 이론에 관한 식]

여기서, w는 평판에서의 진동수, D는 평판의 강성, ρ는 평판의 밀도, h는 평판의 높이방향 두께, a는 평판의 세로방향 길이, b는 평판의 가로방향길이이며, m 및 n은 2차원 파라메터(Parameter)이다.

그리고, 도 4(a)에 도시된 일반 파이프 구조와, 도 4(b)에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조에서의 고유진동 해석을 위한 시뮬레이션에 대한 결과데이터는 아래표와 같다.

	파이프 형태	고유진동수
1	일반 파이프 구조	6.32(Hz)
2	본 발명의 파이프 보강 구조	11.58(Hz)

즉, 전술한 고유진동 해석을 위한 시뮬레이션의 결과에서도 알 수 있듯이, 파이프 보강 구조는 강성이 증대되어 고유진동수가 증가하게 된다.

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조는 파이프본체(100)에 보강유닛을 결합하여 파이프본체(100)의 강성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 통해 파이프본체(100)의 고유진동수를 증가시켜서 공진을 회피할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 제1보강유닛(200)은 파이프본체(100)에 결합되어 파이프본체(100)의 강성을 증가시키도록 마련된다. 즉, 파이프본체(100)에 제1보강유닛(200)을 결합하면, 파이프본체(100)의 두께가 증가하여 파이프본체(100)의 강성이 증가하게 된다.

그리고, 전술한 바와 같이, 평판에서의 진동수는 평판의 강성에 비례하므로, 제1보강유닛(200)이 파이프본체(100)에 결합되어 파이프본체(100)의 강성이 증가되면, 파이프본체(100)의 고유진동수도 역시 증가한다.

즉, 파이프본체(100)가 설치되어 사용되고 있는 경우에 사후적으로 공진 또는 공진에 가까운 강한 진동이 발생되면, 그 부분에 제1보강유닛(200)을 결합하여 파이프본체(100)의 고유진동수를 변화시킬 수 있다.

이를 통해, 파이프본체(100)에 발생될 수 있는 공진의 회피가 가능하여 공진에 의해 발생될 수 있는 파이프본체(100)의 파손 또는 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

한편, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1보강유닛(200)은 파이프본체(100)의 둘레를 따라 결합되도록 마련될 수 있다. 여기서, 제1보강유닛(200)은 파이프본체(100)의 둘레를 따라 결합되는 적어도 하나의 단위유닛을 포함할 수 있다.

그리고, 제1보강유닛(200)은 다양한 방식을 통해 파이프본체(100)의 둘레에 결합될 수 있으며, 특히, 용접방식으로 결합될 수도 있다.

즉, 단위유닛이 복수로 마련되는 경우, 복수의 단위유닛으로 마련되는 제1보강유닛(200)을 용접방식으로 파이프에 결합하므로, 제1보강유닛(200)이 일체형으로 형성되어 파이프에 끼워지는 구조에 비해 결합이 용이해지는 효과가 있다.

여기서, 단위유닛은, 파이프본체(100)에 결합되는 결합이음부재(210)와, 상기 결합이음부재(210)에 연결되어 파이프본체(100)의 외부로 돌출되는 블록부재(220)를 포함하도록 마련될 수 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 결합이음부재(210)는 일측이 파이프본체(100)의 외주면에 결합되고, 타측이 블록부재(220)에 결합되는데, 파이프본체(100)에 결합되는 결합이음부재(210)의 일측이 다양한 외경을 가지는 파이프본체(100)에 결합될 수 있도록, 결합이음부재(210)는 파이프본체(100)의 외경에 대응되는 크기를 가질 수 있다.

즉, 파이프본체(100)는 필요한 작업 또는 설치되는 장소의 제한요소 등에 의해 다양한 외경을 가질 수 있는데, 결합이음부재(210)는 파이프본체(100)의 둘레에 결합될 수 있으므로, 파이프본체(100)의 각각의 외경에 대응하여 결합이음부재(210) 역시 다양한 크기를 가지도록 마련될 수 있다.

그리고, 결합이음부재(210)는 복수로 마련되어 파이프본체(100)의 둘레를 모두 감싸도록 결합되는데, 여기서, 결합이음부재(210)는 파이프본체(100)의 외경에 대응되게 미리 절단되어진 후, 용접에 의해 파이프본체(100)의 둘레에 결합될 수 있다.

이에 의해, 파이프본체(100)가 구조물에 설치 완료된 후, 실제 이용단계에서 파이프본체(100)에 공진 또는 공진에 가까운 강한 진동이 발생하더라도, 공진 또는 공진에 가까운 강한 진동이 발생한 부분을 찾아서 제1보강유닛(200)의 설치가 가능해지므로, 종래 기술이 가지고 있던 문제점의 해결이 가능해진다.

또한, 파이프본체(100)는 필요에 따라 휘어지거나 비틀어져서 절곡이 형성될 수 있는데, 이러한 경우에도 결합이음부재(210)가 파이프본체(100)의 둘레에 용이하게 결합되어져야 한다.

이를 위해, 결합이음부재(210)는 파이프본체(100)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 결합이음부재(210)가 파이프본체(100) 둘레의 형상에 대응되는 형상으로 형성되며, 이후, 결합이음부재(210)가 파이프본체(100)에 결합될 수 있다.

그리고, 도 1 및 도 3을 참조하면, 블록부재(220)는 결합이음부재(210)에 연결되어 파이프본체(100)의 외부로 돌출되도록 마련된다.

여기서, 블록부재(220)는 다양한 형상일 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 단면이 삼각형으로 형성될 수 있는데, 삼각형 단면의 블록부재(220)가 결합이음부재(210)에 연결되는 경우, 블록부재(220)와 이웃하는 블록부재(220)의 사이에 틈이 발생될 수 있다.

여기서, 강성 보강 및 진동회피를 위해 블록부재(220)와 이웃하는 블록부재(220)의 사이에 틈은 제2보강유닛(300)으로 메울 수 있게 된다.

한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제2보강유닛(300)은 제1보강유닛(200)의 사이에 배치되어 제1보강유닛(200) 각각을 연결하도록 마련된다.

여기서, 제2보강유닛(300)은 상부에 배치되어 일측 제1보강유닛(200a)에 연결되는 상부결합부재(310)와, 상부결합부재(310)의 하부에 배치되며, 일측 제1보강유닛(200a)에 대향되게 배치된 타측 제1보강유닛(200b)에 연결되는 하부결합부재(320)를 포함할 수 있다.

그리고, 상부결합부재(310)와 하부결합부재(320)는 서로에 대해 상호 회동가능하도록, 힌지(330)를 통해 연결될 수 있다.

즉, 부채가 접히고 펼쳐지는 것과 같이, 힌지(330)를 중심으로 상부결합부재(310)와 하부결합부재(320)는 상호 회동가능하다.

도 3을 참조하여 예를 들어 설명하면, 상부결합부재(310)가 일측 제1보강유닛(200a)에 용접을 통해 연결되면, 하부결합부재(320)가 힌지(330)를 중심으로 펼쳐져서 타측 제1보강유닛(200b)에 맞닿게 되며, 하부결합부재(320)와 타측 제1보강유닛(200b) 역시 용접을 통해 연결된다.

한편, 상부결합부재(310)가 타측 제1보강유닛(200b)에 연결되고, 하부결합부재(320)가 일측 제1보강유닛(200a)에 연결되도록 마련될 수도 있다.

이에 의해, 파이프본체(100) 둘레의 크기나 형상에 따라 블록부재(220)와 이웃하는 블록부재(220) 사이의 틈의 크기가 상이한 경우에도 제2보강유닛(300)이 틈을 메워 각각의 제1보강유닛(200)을 연결할 수 있다.

즉, 제2보강유닛(300)은 일측 제1보강유닛(200a)에 연결된 후 틈의 크기에 따라 필요한 만큼 회동되어 타측 제1보강유닛(200b)에 연결될 수 있다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 파이프 보강 구조에 관한 작용 및 효과를 설명한다.

우선, 해양구조물을 포함하는 각종 구조물에 설치되어 있는 파이프본체(100)에 진동이 발생되는 경우, 진동이 발생되는 부분에 제1보강유닛(200)을 결합한다.

여기서, 제1보강유닛(200)은 결합이음부재(210)와 블록부재(220)를 포함할 수 있는데, 진동이 발생되는 부분에 복수의 결합이음부재(210)를 용접으로 결합한후, 결합이음부재(210)에 블록부재(220)를 역시 용접으로 결합한다.

그리고, 상부결합부재(310)와 하부결합부재(320)를 포함하며, 힌지(330)에 의해 상호 회동가능하도록 마련되는 제2보강유닛(300)이 제1보강유닛(200)의 사이사이에 배치되어 제1보강유닛(200) 각각을 연결한다.

여기서, 제2보강유닛(300) 중 상부결합부재(310)가 일측 제1보강유닛(200a)에 용접으로 연결되고, 이후, 하부결합부재(320)가 펼쳐져 타측 제1보강유닛(200b)에 용접으로 연결되어 제1보강유닛(200) 사이에 형성된 틈을 메운다.

이에 의해, 파이프본체(100) 중 진동이 발생한 부분의 강성을 보강할 수 있을 뿐만 아니라 강성 보강에 의해 파이프본체(100)의 고유진동수가 증가되어 공진회피가 가능하므로 공진으로부터 발생될 수 있는 파이프본체(100)의 파괴 또는 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 파이프본체 200 : 제1보강유닛
210 : 결합이음부재 220 : 블록부재
300 : 제2보강유닛 310 : 상부결합부재
320 : 하부결합부재 330 : 힌지

Claims

고유진동수를 가지며, 기진력에 의한 진동이 발생되는 파이프본체를 보강하기 위한 파이프 보강 구조에 있어서,
상기 파이프본체에 결합되어 상기 파이프본체의 강성을 증가시켜며, 상기 파이프본체에 발생될 수 있는 공진의 회피가 가능하도록 마련되는 제1보강유닛; 및
상기 제1보강유닛의 사이에 배치되어 상기 제1보강유닛 각각을 연결하는 제2보강유닛을 포함하며,
상기 제2보강유닛은,
상부에 배치되어 일측 제1보강유닛에 연결되는 상부결합부재; 및
상기 상부결합부재의 하부에 배치되며, 상기 일측 제1보강유닛에 대향되게 배치된 타측 제1보강유닛에 연결되는 하부결합부재를 포함하는 파이프 보강 구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1보강유닛은 상기 파이프본체의 둘레를 따라 결합되는 적어도 하나의 단위유닛을 포함하는 파이프 보강 구조.
제1항에 있어서,
상기 제1보강유닛이 상이한 외경을 가지는 파이프본체에 결합될 수 있도록, 제1보강유닛은 파이프본체의 외경에 대응되는 크기를 가지는 파이프 보강 구조.
제3항에 있어서,
상기 단위유닛은,
상기 파이프본체에 결합되는 결합이음부재; 및
상기 결합이음부재에 연결되어 상기 파이프본체의 외부로 돌출되는 블록부재를 포함하는 파이프 보강 구조.
제5항에 있어서,
상기 결합이음부재는, 상기 파이프본체에 용이하게 결합되기 위해 상기 파이프본체의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 파이프 보강 구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 상부결합부재와 상기 하부결합부재는 서로에 대해 상호 회동가능하도록, 힌지를 통해 연결되는 파이프 보강 구조.