KR101849190B1 - Grp 복합관의 장수명 테스트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상하수도관으로 사용될 수 있는 GRP 복합관에 압축 하중을 작용시킴으로써 수명을 테스트할 수 있는 장치에 관련되는 기술로서, 프레임; 물이 저장될 수 있도록 상기 프레임 내부에 설치되는 저수조; 시료가 올려지는 판상의 지지판과 상기 지지판의 네 귀퉁이에 함몰되게 형성되는 포스트설치홈이 형성되고, 상기 지지판의 하면에 마련되어 수평 조절이 가능하도록 하는 다수의 다리로 이루어져, 상기 저수조 내부에 안착되는 베이스; 상기 포스트설치홈에 끼워져 직립되게 세워지는 복수의 포스트; 상기 포스트에 끼워져 상하 이동될 수 있으며, 하중을 부여하는 웨이트들을 적층시켜서 적재할 수 있는 로딩부; 상기 로딩부의 상하변위 변화를 감지하여 상기 시료의 변형 정도를 검출하는 센서;를 포함하여 이루어져 상기 베이스와 상기 로딩부 사이에 상기 시료를 두고 압축 하중을 작용시켜서 상기 시료의 변형 정도를 테스트 하는 것을 특징으로 한다.

Description

GRP 복합관의 장수명 테스트 장치{Long-term life time test apparatus of glass reinforced plastic pipe}

본 발명은 상하수도관으로 사용될 수 있는 GRP 복합관에 압축 하중을 작용시킴으로써 수명을 테스트할 수 있는 장치에 관련되는 기술이다.

GRP(Glass Reinforced Plastic) 복합관은 1948년에 등장하여 1960년대부터 상하수도 관에 적용되기 시작하였고, 이후 1971년 연속 필라멘트 와인딩(CFW)공법의 개발로 인해 급속한 보급이 이루어지고 있다.

강관, 콘크리트관, 주철관 등과 같은 기존 파이프들이 부식에 의한 수질 악화와 교체시기가 짧은데 비해 GRP 복합관은 우수한 내부식성으로 수질 악화에 대한 염려가 없고 해수환경과 같은 부식 환경에서도 적용이 가능하다.

또한, 기존의 관들에 비해 경량이고 유연성을 가지고 있어 연약지반에서 부등침하, 지진에 의한 파손에 강하며, 이송 또는 설치시 중장비가 필요없어 공사기간의 단축이 가능하다.

GRP 복합관은 50년이라는 긴 수명으로 인해 기존 파이프들에 비해 교체시기가 길고 뛰어난 수밀성으로 누수의 염려가 적어 유지 관리비가 적게 소요된다. 그리고 GRP 복합관은 내부 라이너층, 강화층, 코아층, 외부 보호층으로 구성되어 보강섬유의 배열형태와 코아층의 두께에 따라 다양한 역학적 특성을 만들어 낼 수 있기 때문에 원하는 요구조건을 충족할 수 있는 설계가 가능하다.

그러나 GRP 복합관은 콘크리트 관이나 강관, 주철관에 비해 상하수도로의 적용 실적이 많지 않고 신뢰성 확보를 위한 연구가 미비하여 적용에 제한을 받고 있다.

GRP 복합관의 구조적 안전성에 대한 신뢰성을 확보하기 위한 방안으로는 지속적인 외압(토압) 환경 조건에서의 파손강성 변화를 평가하고, 이를 통해 50년 이후의 복합관의 파손강성을 예측할 필요가 있다,

GRP 복합관의 장점이 많음에도 불구하고 신뢰성에 대한 확신을 줄 수 있는 장수명 테스트 장치가 보급된 바가 없는 실정이다.

본 발명과 관련한 종래기술로 대한민국 공개특허 제10-2013-0089339호의 "유리섬유 강화 플라스틱 배관의 수압시험용 수밀지그와 이를 이용한 수압시험방법"이 알려져 있다.

도 1은 종래기술에 의한 수밀지그의 사용예를 보여주는 단면도이다.

종래기술의 수밀지그는, 선박의 각 단위 블록별 해수라인으로 설치되는 GRP 배관(1)에 대한 수압시험을 위해 GRP 배관의 선단부에 결합되는 엔드슬리브(3)와 결합되는 조인트슬리브에 설치되는 수밀지그로서, 조인트 슬리브의 내주면에 대해 기밀하게 설치되는 원판형 메인플레이트(10), 메인플레이트(10)의 중심부위 일측면에 결합되는 원판형 센터플레이트(12), 센터플레이트(12)의 외주면에서 메인플레이트의 가장자리 부위를 향해 방사상으로 배치되도록 결합되고, 조인트슬리브와 나사결합되는 다수의 보강재(14), 엔드슬리브(3)와 조인트슬리브 사이의 축 이음부위에 대한 수밀을 위해 설치되는 실링부재(18), 엔드슬리브(3)와 조인트슬리브 사이의 축 이음부위에 대한 결합 강성을 위해 설치되는 스토퍼 키이(20)로 구성된다.

종래기술의 GRP 배관의 수밀 테스트를 위한 수밀지그에 대한 것으로 이것은 제조 과정상 제품의 하자나 불량유무를 테스트하기 위한 것이다.

언급한 바와 같이 GRP 배관은 지중 깊이 설치되는 경우 토압에 의한 장시간의 영향을 고려해야 하는 바, 이러한 유사 조건을 부여하면서 장수명 테스트를 할 수 있는 장치의 개발이 절실히 요구된다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0089339호

이에 본 발명은 장수명을 가지는 GRP 복합관에 대한 신뢰성을 높이기 위해 실제 사용조건과 유사한 조건을 부여한 상태에서 간편하게 수명 테스트를 할 수 있는 GRP 복합관의 장수명 테스트 장치를 제공하고자 한다.

이러한 과제 달성을 위한 본 발명의 GRP 복합관의 장수명 테스트 장치는, 프레임; 물이 저장될 수 있도록 상기 프레임 내부에 설치되는 저수조; 시료가 올려지는 판상의 지지판과 상기 지지판의 네 귀퉁이에 함몰되게 형성되는 포스트설치홈이 형성되고, 상기 지지판의 하면에 마련되어 수평 조절이 가능하도록 하는 다수의 다리로 이루어져, 상기 저수조 내부에 안착되는 베이스; 상기 포스트설치홈에 끼워져 직립되게 세워지는 복수의 포스트; 상기 포스트에 끼워져 상하 이동될 수 있으며, 하중을 부여하는 웨이트들을 적층시켜서 적재할 수 있는 로딩부; 상기 로딩부의 상하변위 변화를 감지하여 상기 시료의 변형 정도를 검출하는 센서;를 포함하여 이루어져 상기 베이스와 상기 로딩부 사이에 상기 시료를 두고 압축 하중을 작용시켜서 상기 시료의 변형 정도를 테스트 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 로딩부는, 네 귀퉁이에 상기 포스트가 삽입될 수 있는 포스트홀이 형성되는 로딩플레이트; 상기 포스트홀에 동심을 유지하면서 상기 로딩플레이트 상면에 설치되어 상하 이동을 안내하는 복수의 가이드하우징; 상기 로딩플레이트의 중앙영역에 복수개가 직립되게 설치되어 상기 웨이트를 끼워 적재할 수 있도록 하는 웨이트 적재봉;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 센서는, 상기 프레임의 일측 상단에 결합되는 센서브라켓; 상기 센서브라켓에 설치되는 센서바디; 상기 센서바디로부터 인출되어 끝단은 상기 로딩부에 연결되는 케이블; 상기 케이블이 수직하방을 향하도록 유도하는 아이들롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 저수조는, 최소 어느 일측은 내부가 들여다보일 수 있도록 투명창으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 웨이트는, 직사각형의 판상체로서, 상기 웨이트 적재봉이 통과되는 복수의 통과공이 형성되고, 적재시 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 GRP 복합관의 장수명 테스트 장치는 실험실에서 지중에 GRP 복합관이 매설된 상태와 유사한 환경조건을 부여한 상태로 수명 테스트를 진행할 수 있기 때문에 테스트의 신뢰성을 높여줄 수 있다는 효과가 있다.

그리고 이러한 수명 테스트를 통해 보다 객관적인 GRP 복합관의 특성을 파악함으로써 GRP 복합관의 활용 가능성을 확대시킬 수 있다는 효과도 있다.

도 1은 종래기술에 의한 수밀지그의 사용예를 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GRP 복합관의 장수명 테스트 장치에 대한 사시도.
도 3은 도 2의 측면도.
도 4는 베이스, 로딩부 사이에 시료가 장착된 상태를 보여주는 측면도.
도 5는 베이스에 대한 사시도.
도 6은 로딩플레이트의 평면도.
도 7은 가이드하우징의 단면도.
도 8은 웨이트의 평면도.
도 9는 프레임에 장착된 센서의 확대 사시도.
도 10은 센서의 구성을 보여주는 측면도.

이하 본 발명에 의한 GRP 복합관의 장수명 테스트 장치에 대해 보다 상세한 설명을 하도록 하며, 첨부되는 도면을 참조하는 것으로 한다. 단, 제시되는 도면 및 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 기술적 사상에 따른 하나의 실시 가능한 예를 설명하는 것인 바, 본 발명의 기술적 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

첨부되는 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 GRP 복합관의 장수명 테스트 장치에 대한 사시도이며, 도 3은 도 2의 측면도이며, 도 4는 베이스, 로딩부 사이에 시료가 장착된 상태를 보여주는 측면도이며, 도 5는 베이스에 대한 사시도이며, 도 6은 로딩플레이트의 평면도이며, 도 7은 가이드하우징의 단면도이며, 도 8은 웨이트의 평면도이며, 도 9는 프레임에 장착된 센서의 확대 사시도이고, 도 10은 센서의 구성을 보여주는 측면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 GRP 복합관은 그 구성요소로 프레임(100), 저수조(200), 베이스(300), 포스트(400), 로딩부(500), 센서(600)를 포함하여 이루어진다.

특히, 본 발명에서는 주로 지중에 매설되는 형태로 많이 사용되는 GRP 복합관(A)을 실제 사용 환경에 유사하도록 조건을 부여할 수 있도록 한다는 장점을 가지고 있다.

프레임(100)은 사각 형상으로 제작될 수 있으며, 테스트시 시각적으로 쉽게 테스트 진행 상황을 확인할 수 있도록 지면으로부터 적정한 높이를 이룰 수 있도록 제작하는 것이 바람직하다.

본 실시예의 경우 프레임(100)을 2단 구조로 하여 2층 프레임에 저수조(200)를 설치하도록 한다.

저수조(200)는 물을 저장할 수 있도록 하는 곳이며, 상측만 개구되어 있고 프레임(100)의 내측으로 사각형의 저수조(200)를 형성시키도록 한다.

바람직하게 저수조(200)의 어느 일측면은 육안으로 내부를 들여다 볼 수 있도록 투명창(210)으로 구성하는 것이 좋다.

최소 하나 이상의 투명창(210)을 둠으로써 테스트를 위한 셋팅 작업시나 테스트 진행과정을 확인하는데 편리함을 제공할 수 있다.

저수조(200) 내부에 안착되는 베이스(300)가 마련되며, 베이스(300)는 지지판(310)과 다리(320) 및 지지판(310)에 형성되는 포스트설치홈(330)을 포함하여 이루어진다.

저수조(200) 내부에 들어갈 수 있을 정도의 사각 판상의 지지판(310)이 마련되며, 지지판(310) 위에 테스트를 위한 시료(A)가 올려지게 된다. 따라서 지지판(310)은 휨이 발생되지 않을 정도의 두께를 가지는 것으로 함이 바람직하고, 수중에 잠기는 상태로 테스트가 진행되므로 가급적 스텐레스 소재와 같이 내부식성을 갖는 재료를 활용하는 것이 적합하다.

지지판(310)의 네 귀퉁이에는 포스트(400)를 세울 수 있도록 함몰되게 형성되는 포스트설치홈(330)을 하나씩 마련시키도록 한다.

그리고 지지판(310)의 하면에 복수의 다리(320)를 설치하도록 하며, 다리(320)를 이용하여 베이스(300)의 전체적인 수평 조절을 할 수 있도록 한다. 구체적으로 지지판(310) 하부에 이격공간을 두기 위한 빔부재(340)를 결합한 후 빔부재(340) 하면을 받쳐주는 연결판(350)을 두고 연결판(350)의 네 귀퉁이에 하나씩의 다리(320)를 설치하도록 한다.

지지판(310)에 마련되는 포스트설치홈(330) 각각에 하나씩의 길다란 포스트(400)를 세워 고정시키도록 한다. 포스트(400)는 길다란 봉상부재로서 후술될 로딩부(500)가 상하 이동되는 것을 가이드하는 기능을 하게 된다.

로딩부(500)는 포스트(400)에 끼워져 상하 이동될 수 있는 요소이며, 특히 수직 하중을 부여하는 웨이트(540)들을 적층 상태로 적재할 수 있도록 구성된다.

로딩부(500)에 대한 보다 구체적인 구성은 다음과 같다.

로딩부(500)는 크게 로딩플레이트(510), 가이드하우징(520) 및 웨이트 적재봉(530)을 포함하여 이루어진다.

로딩플레이트(510)는 사각 판상체로서 네 귀퉁이에 포스트(400)가 삽입될 수 있도록 천공된 포스트홀(511)이 하나씩 형성된다.

그리고 포스트홀(511)과 동심을 유지하면서 로딩플레이트(510) 상면으로 각 포스트홀(511) 마다 하나씩의 가이드하우징(520)이 결합된다. 가이드 하우징(520)은 포스트(400)가 끼워지도록 상하 관통되는 가이드홀(521)이 형성되며, 가이드 하우징(520)의 하단에 형성된 플랜지(522)에 복수의 체결홀(523)을 형성시켜서 로딩플레이트(510) 상면에 고정 연결시키도록 한다. 물론, 로딩플레이트(510)의 상면, 포스트홀(511) 주위로 체결홀(523)에 대응하는 탭홀(512)이 형성된다.

로딩플레이트(510) 상면에 결합되는 네개의 가이드하우징(520)은 로딩부(500)의 상하 이동시 포스트(400)를 따라 보다 로딩부(500)가 안정적으로 움직일 수 있도록 위치를 잡아주는 역할을 하게 된다.

한편, 로딩플레이트(510)의 상면으로 복수개의 웨이트 적재봉(530)이 결합된다.

본 실시예의 경우 4개의 웨이트 적재봉(530)을 사용하도록 하며, 포스트(400) 보다 직경이 작은 길다란 봉상부재이며, 로딩플레이트(510)의 중앙 영역에 등간격으로 직립되게 설치된다.

웨이트 적재봉(530)을 이용하여 다수의 웨이트(540)를 적층하게 되는데, 각각의 웨이트(540)는 직사각형의 판상체인 것으로 하며, 중심부에 웨이트 적재봉(530)에 끼울 수 있는 네개의 통과공(541)이 형성된다. 웨이트(540)는 하중을 부여하기 위한 목적인 바, 금속성 판재를 웨이트(540)로 활용하는 것이 바람직할 것이다.

그리고 웨이트 적재봉(530)에 웨이트(540)들을 적층 적재할 때에는 상하층의 웨이트(540)들이 서로 엇갈리는 방향이 되도록 적층시키도록 하는 것이 바람직하다. 다수의 웨이트(540)들을 한 방향으로 높게 적층하게 되면 안정성이 떨어질 수 있기 때문에 서로 직각으로 엇갈리도록 웨이트(540)들을 적층시키도록 한다.

테스트를 위해 GRP 복합관 시료(A)를 준비하여 베이스(300)와 로딩부(500) 사이에 시료(A)를 위치시켜 다수의 웨이트(540)들을 적층하면서 적당한 압축하중이 작용하도록 하여 테스트를 하게 된다.

이때 압축하중으로 인한 시간의 경과에 따른 시료(A)의 변형정도를 수치적으로 확인하기 위해 센서(600)를 이용하여 변형 정도를 검출하게 된다.

시료(A)에 변형이 있게 되면 로딩부(500)에도 그 영향이 미치게 되므로 센서(600)는 로딩부(500)에 연결하여 로딩부(500)의 상하변위 변화를 감지하여 시료(A)의 변형 정도를 검출하도록 한다. 센서(600)로 바람직한 것은 케이블 타입의 센서를 이용하며, 길다란 케이블이 구비되어 케이블을 측정하고자 대상물에 연결하여 대상물의 변위를 측정하는 방식의 센서를 이용한다.

보다 구체적인 센서(600)의 구성을 살펴보면, 센서브라켓(610)이 마련되며 센서브라켓(610)은 프레임(100)의 일측 상단에 끼워져 결합될 수 있는 것이다.

센서브라켓(610)에 센서바디(620)가 설치되며, 센서바디(620)로부터 인출되는 케이블(630)이 구비되고, 케이블(630)의 끝단은 로딩부(500)에 연결시키도록 한다. 바람직하게는 로딩부(500)의 로딩플레이트(510)의 일측에 케이블(630)을 연결하도록 한다.

그리고 케이블(630)이 수직하방을 향하도록 유도하기 위한 아이들(640)이 마련되며, 아이들(640)은 센서브라켓(610)에 결합되어 센서바디(620)로부터 인출된 케이블(630)이 아이들(640)을 거쳐서 수직하방으로 향하도록 기능하게 된다.

이상 설명한 바와 같은 구성 및 관계를 갖는 본 발명의 GRP 복합관의 장수명 테스트 장치는 테스트 하고자 하는 시료(A)를 베이스(300)와 로딩부(500) 사이에 두고 적당량의 웨이트(540)를 로딩부(500)에 적재하며, 센서(600)의 케이블(630)을 로딩플레이트(510)에 연결한 다음 저수조(200)에 시료가 담길 정도로 물을 부어서 테스트를 하도록 하면 된다.

본 테스트 장치를 이용한 수명 테스트는 장시간이 소요될 수 있으며, 예를 들어 1년 정도의 기간 동안 시료의 변형을 관찰 기록하도록 한다. 외부환경의 변화, 즉 웨이트의 적재 중량에 따라 테스트 기간을 달리 설정할 수 있을 것이다. 즉, 시료의 찌그러짐으로 인한 변위나 응력의 변화 등을 장시간에 걸쳐서 측정함으로써 수명 예측을 위한 데이터로 활용하게 된다.

그리고 저수조에 담기는 액체는 기본적으로 담수가 되겠지만, GRP 복합관이 실제 사용될 장소의 특성을 고려하여 액체의 성분을 달리하면서 테스트를 진행할 수 있을 것이다. 예를 들어 해수가 유입되는 장소에 GRP 복합관이 매설되는 경우라면 저수조에 적당량의 소금을 투입시켜서 테스트를 진행할 수 있다.

이처럼 본 발명의 테스트 장치는 GRP 복합관이 실제 사용되는 장소의 특성을 고려하여 실제 상황과 유사한 조건하에서 수명 테스트를 진행할 수 있다는 장점을 가진다.

센서를 통해 획득되는 데이타를 기초로 한 수명 예측은 회귀분석법을 통해 장시간 경과 후의 강성을 예측할 수 있다. 획득된 데이타의 처리를 통한 수명 예측은 다양한 기법을 적용할 수 있을 것이다.

본 발명은 장시간 수명 테스트가 요구되는 GRP 복합관의 수명 테스트를 위한 설비로 사용될 수 있다.

100 : 프레임 200 : 저수조
210 : 투명창 300 : 베이스
310 : 지지판 320 : 다리
330 : 포스트설치홈 340 : 빔부재
350 : 연결판 400 : 포스트
500 : 로딩부
510 : 로딩플레이트 511 : 포스트홀
512 : 탭홀 520 : 가이드하우징
521 :가이드홀 522 : 플랜지
523 : 체결홀 530 : 웨이트 적재봉
540 : 웨이트 541 : 통과공
600 : 센서
610 : 센서브라켓 620 : 센서바디
630 : 케이블 640 : 아이들
A : GRP 복합관(시료)

Claims (5)

1. GRP 복합관의 장수명 테스트 장치로서,
   프레임;
   물이 저장될 수 있도록 상기 프레임 내부에 설치되며, 최소 어느 일측은 내부가 들여다보일 수 있도록 투명창이 형성되는 저수조;
   시료가 올려지는 판상의 지지판과 상기 지지판의 네 귀퉁이에 함몰되게 형성되는 포스트설치홈이 형성되고, 상기 지지판의 하면에 마련되어 수평 조절이 가능하도록 하는 다수의 다리로 이루어져, 상기 저수조 내부에 안착되는 베이스;
   상기 포스트설치홈에 끼워져 직립되게 세워지는 복수의 포스트;
   상기 포스트에 끼워져 상하 이동될 수 있으며, 하중을 부여하는 웨이트들을 적층시켜서 적재할 수 있는 로딩부;
   상기 로딩부의 상하변위 변화를 감지하여 상기 시료의 변형 정도를 검출하는 센서;를 포함하되,
   상기 로딩부는,
   네 귀퉁이에 상기 포스트가 삽입될 수 있는 포스트홀이 형성되는 로딩플레이트;
   상기 포스트홀에 동심을 유지하면서 상기 로딩플레이트 상면에 설치되어 상하 이동을 안내하는 복수의 가이드하우징;
   상기 로딩플레이트의 중앙영역에 복수개가 직립되게 설치되어 상기 웨이트를 끼워 적재할 수 있도록 하는 웨이트 적재봉;을 포함하고,
   상기 센서는,
   상기 프레임의 일측 상단에 결합되는 센서브라켓;
   상기 센서브라켓에 설치되는 센서바디;
   상기 센서바디로부터 인출되어 끝단은 상기 로딩부에 연결되는 케이블;
   상기 케이블이 수직하방을 향하도록 유도하는 아이들;을 포함하고,
   상기 웨이트는 직사각형의 판상체로서 상기 웨이트 적재봉이 통과되는 복수의 통과공이 형성되고, 적재시 엇갈리게 배치됨으로써,
   상기 베이스와 상기 로딩부 사이에 상기 시료를 두고 압축 하중을 작용시켜서 상기 시료의 변형 정도를 테스트 하는 것을 특징으로 하는 GRP 복합관의 장수명 테스트 장치.
   
   
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