KR101842215B1 - 원심모형실험을 위한 수위 속도 및 유량 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심모형실험을 위해, 실험부와 수조부로 형성되어, 수위의 상승 및 하강 속도 및 유량을 제어하는 장치에 있어서, 상기 실험부는 박스 형상으로, 내부공간을 가지며, 상기 내부공간에 구비된 모형지반구조물 및 상기 모형지반구조물에 일정 간격 이격되어 설치된 센서를 포함하며, 상기 수조부는 상기 실험부의 일단과 연결된 공급용수조와 상기 공급용수조와 연결되며, 상기 실험부의 타단과 연결된 배수용수조를 포함하고, 상기 공급용수조 및 배수용수조는 연결호스를 통해 연결되되, 상기 연결호스는 솔레노이드밸브 및 입형다단펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 속도 및 유량 제어 장치다.

Description

원심모형실험을 위한 수위 속도 및 유량 제어 장치{Water Level Speed and Flux Control System for Centrifugal Model Test}

본 발명은 원심모형실험을 위한 수위 상승,하강 속도 및 유량 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연재해에 의한 인명 및 시설물 피해 저감을 위해 SOC 시설물에 대한 새로운 안전관리체계가 필요하여, 모형실험을 통해 재난재해를 예방하고자, 수위 상승, 하강 속도 및 유량 제어에 따라 달라지는 시설물의 현황을 실험가능한 장치에 관한 것이다.

최근 지구온난화로 인한 전지구적 기상 변동성의 증가는, 우리나라를 비롯한 동아시아 지역의 다양한 기상재해를 발생시키는 원인으로 작용하고 있다. 이러한 기상재해의 증가는, 기후 변화와 맞물려 더욱 증가할 것으로 전망되고 있으며, 한반도의 경우 극한 강우의 발생 빈도 및 양적 증가경향이 더욱 두드러지게 나타나고 있다.

현재, 수변구조물의 안정성은 수치해석 또는 직접 계측기를 설치하여 실시간으로 계측되는 데이터를 바탕으로 관리 기준에 부합하는지 여부를 판단하는 경우가 대부분이다. 수치해석의 경우, 가상적인 재난상황에 대하여 안정도 산정이 가능하지만, 정확한 물성을 모사할 수 있는 해석모델이 더 필요하며 실제 계측을 하는 경우에는 극한강우를 직접 경험하지 않는 한 수위 변동에 따른 안전도를 평가하기가 어렵다.

모형지반구조물에 인공적으로 강우를 제공하는 원심모형실험에 관한 기술이, 한국등록특허 제1540180호(원심모형실험시 강우재현을 위한 강우장치, 이하 종래기술)에 개시되어 있다. 상기 종래기술은 비가 올 때 토조에 발생되는 변위를 측정하기 위하여, 원심장치에 설치된 토조에 인공적으로 강우를 제공하는 장치로서, 상기 모형지반구조물을 실제 지반구조물과 유사하게 배치하여, 실제 지반구조물이 물에 의해 어떠한 영향을 받는지를 실험적으로 정확하고 용이하게 확인 가능하도록 배치된 장치이다. 하지만, 종래기술은, 강우에 따른 지반구조물의 변화를 관찰하기 위하여, 상기 토조의 상부에서 직접 물을 분사하여, 직접적인 강우에 따른 지반 구조물의 변화만 감지되어 수위 변화에 따른 구조물의 변화는 감지하기가 어려운 단점이 있다.

한국등록특허 제1540180호(원심모형실험시 강우재현을 위한 강우장치)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 원심모형실험시, 실제 지반구조물이 겪는 국한상태를 모사하여, 이에 따른 구조물 안정성을 평가하며, 이를 원격적으로 제어 가능한 장치를 개발하는데에 그 목적이 있다.

본 발명은 원심모형실험을 위해, 실험부와 수조부로 형성되어, 수위의 상승 및 하강 속도 및 유량을 제어하는 장치에 있어서, 상기 실험부는 박스 형상으로, 내부공간을 가지며, 상기 내부공간에 구비된 모형지반구조물 및 상기 모형지반구조물에 일정 간격 이격되어 설치된 센서를 포함하며, 상기 수조부는 상기 실험부의 일단과 연결된 공급용수조와 상기 공급용수조와 연결되며, 상기 실험부의 타단과 연결된 배수용수조를 포함하고, 상기 공급용수조 및 배수용수조는 연결호스를 통해 연결되되, 상기 연결호스는 솔레노이드밸브 및 입형다단펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 실험부는 공급용수조와 용수의 이동을 위한 공급호스를 통해 연결되되, 상기 공급호스는 상측에 연결되며, 상기 실험부의 용수를 배수하기 위해, 상기 공급용수조와 연결된 제1배수호스 및 배수용수조와 연결된 제2배수호스는 각각 상기 실험부의 하측에 연결되고, 상기 제1배수호스 및 제2배수호스는 라인펌프, 스트레이너, 글로브밸브 및 솔레노이드밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치를 통해, 원심모형실험에서 수위의 상승 및 하강을 원격으로 제어하고, 극한강우 및 자연재해를 모사하기 위하여 상승 및 하강 속도 및 유량을 조절할 수 있는 장치를 개발하여, 이에 따른 수변 구조물의 안정성 검증 실험에 활용, 안정성을 규명할 수 있다.

또한, 실제 재난 상황에 대한 구조물의 안전도를 산정 가능하며, 재난 상황시 구조물의 안정도를 산정하여 실제 재난 발생시 구조물 및 구조물 주변 지역의 피해규모 또는 피해액을 미리 측정하여 예방 가능하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 간략도.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 순서도.
도3, 도4 및 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험결과.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원심모형실험을 위한 수위 속도 및 유량 제어 장치는, 수위상승, 하강을 원격으로 제어하고, 극한 강우 및 자연재해를 모사하기 위하여 상승, 하강 속도 및 유량을 조절할 수 있는 장치에 관한 것이다. 상기 장치에 의하여 수변 구조물 안정성 검증 실험에 활용, 안정성을 구명 가능하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 간략도로서, 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원심모형실험장치에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원심모형실험 장치는, 크게 실험부(100)와 수조부(200)로 형성된다. 상기 실험부(100)는 박스 형상으로 내부 공간을 가지며, 상기 내부공간에는 모형지반구조물(150)이 구비되어 있다. 상기 모형지반구조물(150)은 실험하고자 하는 축소모형이 구비되는 것으로, 상기 모형지반구조물(150)은 사면이 형성된다.

상기 모형지반구조물(150)에 형성된 사면은 적어도 일부분이 기울기를 가지고 구비되며, 상기 모형지반구조물(150)은 일정 간격 이격되어 설치된 센서(L1~L3,P1~P12)를 포함하고 있다. 즉, 상기 모형지반구조물(150)에 설치된 센서(L1~L3,P1~P12)는 수위에 따른 모형지반구조물(150)의 변화를 감지하기 위한 센서(L1~L3,P1~P12)로서, 적어도 하나 이상 구비되며 그 개수에 제한이 없으며, 모형지반구조물(150)내에 어느 위치든 설치 가능하다.

또한, 상기 모형지반구조물(150)이 구비된 실험부(100)는 모형지반구조물(150)의 현황을 센서(L1~L3,P1~P12) 뿐만 아니라 육안으로도 확인이 가능하도록 하기 위해 투명 재질의 함체 형상으로 형성되는 것 또한 가능하다.

상기 실험부(100)의 측면에는 용수의 유입을 위한 주입구 및 배수를 위한 배수구가 구비되어 있으며, 상기 주입구 및 배수구는 수조부(200)와 호스를 통해 연결되어 있다. 상기 수조부(200)는 공급용수조(300)와 배수용수조(400)로 형성되어 있으며, 상기 공급용수조(300)는 상기 실험부(100)로 용수를 공급하기 위한 수조이며, 상기 배수용수조(400)는 상기 실험부(100)로부터 배수된 용수를 공급받기 위한 수조이다.

더욱 상세하게는, 상기 실험부(100)의 일단은 상기 공급용수조(300)와 연결되되, 상측에는 상기 공급용수조(300)와 연결되는 공급호스(350), 하측에는 상기 공급용수조(300)와 연결되는 제1배수호스(370)를 구비하고 있으며, 상기 실험부(100)의 타단에는, 하측에 상기 배수용수조(400)와 연결되는 제2배수호스(470)를 구비하고 있다.

상기 공급용수조(300)와 연결되어, 상기 실험부(100)로 용수를 공급하는 공급호스(350)는, 상기 실험부(100)의 측면 상측와 상기 공급용수조(300)를 연결하며, 상기 배수용수조(400)와 연결되어 상기 실험부(100)로부터 배수된 용수를 공급받는 배수용수조(400)는 측면 하부에 구비되어 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 설치위치로서, 다양한 곳에 형성될 수 있다.

또한, 상기 공급용수조(300)는 상기 배수용수조(400)로 배수된 용수를 다시 공급받아, 상기 실험부(100)로 재주입가능하도록 하기 위해, 서로 연결되어 있다. 즉, 배수용수조(400)로 모인 배수된 용수가 버려지지 않고 재활용 가능하도록 형성된 것으로, 상기 공급용수조(300)와 배수용수조(400) 또한 연결호스(500)를 통해 연결되어 있다.

또한, 상기 호스는, 상기 장치 내부에서 용수의 이동을 용이하도록 하기 위해 구비된 것으로, 상기 실험부(100)의 상측과 공급용수조(300)를 연결하는 공급호스(350), 상기 공급용수조(300)와 배수용수조(400)를 연결하는 연결호스(500), 상기 실험부(100)의 하측과 공급용수조(300)를 연결하는 제1배수호스(370) 및 상기 배수용수조(400)와 실험부(100)의 하측을 연결하는 제2배수호스(470)로 형성된다.

상기 공급호스(350)는 상기 공급용수조(300)로부터 상기 실험부(100)로 용수를 공급하기 위한 호스로서, 용수의 공급 및 순환을 위한 입형다단펌프(600), 용수의 공급 및 차단을 위한 솔레노이드밸브(610) 및 유량의 조절을 위한 글로브밸브(620)를 포함하고 있다.

또한, 상기 제1배수호스(370) 및 제2배수호스(470)는 상기 실험부(100)로부터 배수된 용수를 각각 공급용수조(300) 및 배수용수조(400)로 이동시키기 위한 호스로서, 배수를 위한 라인펌프(640), 침강 및 퇴적토의 필터링, 즉 모형지반구조물(150)의 제거를 위한 스트레이너(630), 용수의 공급 및 차단을 위한 솔레노이드밸브(610) 및 용수의 공급 및 순환을 위한 입형다단펌프(600)를 포함하고 있다.

또한, 상기 연결호스(500)는 상기 배수용수조(400)로부터 상기 공급용수조(300)로 용수의 이동(공급)을 위해 구비된 것으로, 입형다단펌프(600) 및 솔레노이드밸브(610)를 구비하고 있다.

또한, 상기 입형다단펌프(600), 솔레노이드밸브(610), 글로브밸브(620), 스트레이너(630) 및 라인펌프(640)는 제어부(미도시)의 제어를 받아, 유량 및 속도를 제어한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 순서도이다. 도2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 제어방법에 대해 상세히 알아본다.

본 발명은 원심모형실험을 위해 수위 및 유량을 제어하여, 모형지반구조물(150)의 변화를 알아보기 위한 장치로서, 센서배치단계(S10), 용수공급단계(S20), 센서측정단계(S30) 및 배수단계(S40)를 포함한다.

상기 센서배치단계(S10)는, 박스형상의 실험부(100)의 내부공간에 구비된 모형지반구조물(150)에 센서(L1~L3,P1~P12)를 배치하는 단계로서, 용수의 변화에 따른 모형지반구조물(150)의 변화를 알아보기 위해 센서(L1~L3,P1~P12)를 배치하는 단계이다.

상기 용수공급단계(S20)는, 센서(L1~L3,P1~P12)의 배치가 끝난 후, 상기 실험부(100)에 용수를 공급하는 단계로서, 제어부의 제어를 받아 유량 또는 속도를 조절하여, 공급호스(350)를 통해 용수를 공급받는다.

상기 센서측정단계(S30)는, 공급된 용수에 의해 모형지반구조물(150)의 변화를 감지하는 단계로, 상기 센서측정단계(S30)에서 모형지반구조물(150)의 변화를 측정 가능하다.

상기 배수단계(S40)는, 측정이 끝난 후, 실험부(100)에 공급되었던 용수를 다시 배수하기 위한 단계로, 상기 실험부(100)의 용수를 일단과 연결된 제1배수호스(370) 및 타단과 연결된 제2배수호스(470)를 통해 각각 공급용수조(300)와 배수용수조(400)로 배수하는 단계이다.

상기 배수단계(S40)는, 배수용수조(400)에 포함된 용수를 다시 공급용수조(300)로 이동시킬 수 있으며, 이때 연결호스(500)를 통해 용수가 이동한다.

상기 배수단계(S40)가 끝난 후, 실험이 계속 반복될 경우, 다시 용수공급단계(S20)로 돌아가 반복하고, 실험이 반복되지 않을 경우, 배수가 끝난 후 실험을 종료한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험결과로서, 도3을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

(a)를 참조하면, 먼저 공급용수조(300)의 용수가 공급호스(350)를 따라 실험부(100)로 유입되면, 수위가 상승하게 되고, 그에 따라 모형지반구조물에 용수가 침투되게 된다. (b)를 참조하면, 침투된 용수는, 수위가 유지됨에 따라, 반대편, 즉, 용수가 공급된 공급호스가 구비된 일단이 아닌 타단까지 침투가 확산되게 되고, 실험자는 침투가 확산되는데에 소요된 시간을 측정한다. (c)를 참조하면, 타단까지 침투된 용수는, 타단으로 흘러나오며, 타단으로 흘러나온 용수는 제2배수호스(470)를 통해 배출되며, 처음 공급호스(350)를 통해 공급된 용수는 제1배수호스를 통해 배수되게 된다. 상기 모형지반구조물(150)에 침투된 용수는 센서(도1참조, L1~L3, P1~P12)에 의해 침투된 위치 확인이 가능하다.

도4 및 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험결과로서, 도4 및 도5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도4 및 도5는, 수압이 상승, 즉, 실제 상황에서는 월류가 진행될 시, 진행되는 상황에 대해 그 실험결과를 나타낸 것이다. 수위가 상승함에 따라 침하가 발생하게 되며, 일정 시간까지는, 침투 상황이 진행되어도 제방의 변형이 없으며 침하 또한 발견되지 않는 것을 알 수 있다. 하지만, 월류하게 될 시, 월류 후 제내지측 사면이 붕괴되는 것을 확인 가능하며, 마루 또한 일부 붕괴되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 월류후에 사면이 붕괴하면서, 사면에 설치된 센서가 큰 변화를 감지하게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 실험부
150 : 모형지반구조물
200 : 수조부
L1~L3, P1~P12 : 센서
300 : 공급용수조
350 : 공급호스
370 : 제1배수호스
400 : 배수용수조
470 : 제2배수호스
500 : 연결호스
600 : 입형다단펌프
610 : 솔레노이드밸브
620 : 글로브밸브
630 : 스트레이너
640 : 라인펌프

Claims (7)

1. 원심모형실험을 위해, 실험부(100)와 수조부(200)로 형성되어, 수위의 상승 및 하강 속도 및 유량을 제어하는 장치에 있어서,
   상기 실험부(100)는 박스 형상으로, 내부공간을 가지며,
   상기 내부공간에 구비된 모형지반구조물(150); 및 상기 모형지반구조물(150)에 일정 간격 이격되어 설치된 센서(L1~L3, P1~P12);를 포함하며,
   상기 수조부(200)는
   상기 실험부(100)의 일단과 연결된 공급용수조(300);
   상기 공급용수조(300)와 연결되며, 상기 실험부(100)의 타단과 연결된 배수용수조(400);를 포함하고,
   상기 공급용수조(300) 및 배수용수조(400)는
   연결호스(500)를 통해 연결되되, 상기 연결호스(500)는 솔레노이드밸브(610) 및 입형다단펌프(600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심모형실험을 위한 수위 속도 및 유량 제어 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 실험부(100)는
   공급용수조(300)와 용수의 이동을 위한 공급호스(350)를 통해 연결되되, 상기 공급호스(350)는 상측에 연결되며,
   상기 실험부(100)의 용수를 배수하기 위해, 상기 공급용수조(300)와 연결된 제1배수호스(370) 및 배수용수조(400)와 연결된 제2배수호스(470)는 각각 상기 실험부(100)의 하측에 연결되고,
   상기 제1배수호스(370) 및 제2배수호스(470)는
   라인펌프(640), 스트레이너(630), 글로브밸브(620) 및 솔레노이드밸브(610)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심모형실험을 위한 수위 속도 및 유량 제어 장치.
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