KR101991581B1 - 센서장착 브라켓을 활용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치 및 그 방법 - Google Patents

센서장착 브라켓을 활용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치를 이용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법에 있어서, 상기 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치는, 상기 압송관을 지지하는 복수 개의 브라켓(bracket)에 장착된 초음파 센서로부터 측정값을 수신하는 단계, 상기 수신된 유속과 상기 유속을 송신한 초음파 센서가 장착된 상기 브라켓 위치에 따른 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값과 비교하여 상기 압송관 내부 막힘 정도를 판단하고, 상기 판단된 압송관 내부 막힘 정도에 따라 상기 압송관의 폐색 예상 지점을 판단하는 단계, 그리고 상기 압송관 폐색 발생 가능성이 높다고 판단하거나 상기 압송관 내부 막힘 정도가 경고 또는 위험인 경우, 기 설정된 단말로 상기 수신된 유속, 상기 압송관 내부 막힘 정도 및 상기 폐색 예상 지점 중에서 적어도 하나를 포함하는 알림 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 브라켓에 장착된 초음파 센서를 통해 압송관 내 콘크리트의 유속을 측정함으로써, 콘크리트의 속도 변화를 실시간으로 파악할 수 있어 빠르고 정확하고 콘크리트의 폐색 발생 예측할 수 있다.

Description

센서장착 브라켓을 활용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치 및 그 방법 {APPARATUS FOR PREDICTING CONGESTION OF CONCRETE CONVEYING PIPE USING SENSOR MOUNTING BRACKET AND METHOD THEREOF}
본 발명은 센서장착 브라켓을 활용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서가 장착된 브라켓을 통해 압송관 내 유속을 측정하여 압송관 폐색 발생을 예측하는 센서장착 브라켓을 활용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 초고층 건물의 수요가 증가하고 있다. 건물 높이가 높아짐에 따라 콘크리트의 압송 높이도 높아져 콘크리트를 원하는 높이까지 정확하고 안전하게 압송하는 기술이 중요하다. 이때, 콘크리트를 압송하는 높이가 높아질수록 발생되는 콘크리트의 폐색 현상이 증가되는 문제점이 있다.
콘크리트의 폐색현상이 심해지면 압송관내의 압력이 높아져 콘크리트의 품질저하가 일어나고 이를 방치하고 타설을 할 경우에는 압송관 파열, 또한 이로 인한 안전사고가 발생 할 수 있다.
기존에는 건설공사에서 압송관 막힘이 발생 한 후 일반적으로 노무자가 직접 관을 두드리며 막힌 곳을 찾아 관을 교체하거나 청소를 한다. 이와 같은 폐색 현상 발생 후에 문제를 해결하는 방식은 압송관 교체로 인한 공사비 증가 및 공사기간 증가, 근로자의 작업량 증가의 문제 발생한다. 이는 공사의 생산성을 저해하는 요인으로 작용하게 되며, 궁극적으로는 작업의 효율성을 감소시키게 된다. 이로 인해 최근에는 폐색이 발생하기 전 예측을 하는 연구가 진행되고 있다.
최근 콘크리트의 폐색 현상이 발생하기 전에 예측하는 방법으로는 타설 후에 엔드 호스(타설관의 가장자리)에 ‘청소 볼 삽입 통한 관 청소’, ‘고유동성 콘크리트 사용’, 펌프압송 ‘모니터링 시스템’, ‘RFID를 사용한 막힘 방지 기술’ 등이 있다.
하지만, 이와 같은 예측에 관한 연구들은 대부분이 압력센서를 관 내부에 설치하여 이상 압력 발생 시 폐색을 예측하는 방안으로, 센서의 관 내부 설치로 인한 내부 돌출 발생으로 압송 시 문제가 발생한다는 단점이 있다. 또한, 센서의 고장 및 파손이 빈번하게 발생하며, 센서 교체 및 수리 또한 어렵다는 단점이 있다. 그리고 다른 요인으로 인해 이상 압력 발생 시 정확한 측정이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 콘크리트 압송시 발생하는 폐색현상을 압력이 아닌 유속을 관 외부에 설치된 초음파 센서를 통하여 측정함으로써 폐색 발생 예상 지점을 예측하는 장치가 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내등록특허 제10-1143549호(2012.06.15. 공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 센서가 장착된 브라켓을 통해 압송관 내 유속을 측정하여 압송관 폐색 발생을 예측하는 센서장착 브라켓을 활용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치를 이용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법에 있어서, 상기 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치는, 상기 압송관을 지지하는 복수 개의 브라켓(bracket)에 장착된 초음파 센서로부터 측정값을 수신하는 단계, 상기 수신된 유속과 상기 유속을 송신한 초음파 센서가 장착된 상기 브라켓 위치에 따른 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값과 비교하여 상기 압송관 내부 막힘 정도를 판단하고, 상기 판단된 압송관 내부 막힘 정도에 따라 상기 압송관의 폐색 예상 지점을 판단하는 단계, 그리고 상기 압송관 폐색 발생 가능성이 높다고 판단하거나 상기 압송관 내부 막힘 정도가 경고 또는 위험인 경우, 기 설정된 단말로 상기 수신된 유속, 상기 압송관 내부 막힘 정도 및 상기 폐색 예상 지점 중에서 적어도 하나를 포함하는 알림 메시지를 전송하는 단계를 포함한다.
상기 초음파 센서는, 상기 압송관과 맞닿는 브라켓 내측의 일직선 상에서 상기 압송관 두께의 절반 이상의 간격으로 상측 및 하측에 장착되고, V-경로 방식으로 상기 압송관 내 콘크리트 유속을 측정할 수 있다.
상기 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값은, 다음의 수학식을 이용하여 각 브라켓의 높이에 따른 배관 수직 높이마다 상기 압송관 빈 관의 직경 길이(D1)일 때 제1 유속값, 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D3)의 제3 유속값 그리고 상기 빈 관의 직경 길이(D1)와 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D3)의 중간 값을 가지는 직경 길이(D2)일 때의 제2 유속값으로 연산될 수 있다.
Figure 112017113586466-pat00001
여기서, V는 압송관 내 콘크리트 상승 유속, ΔP는 총 압력 손실(kgf/m²), g는 중력가속도(9.8m/sec²), d는 배관직경(m), h는 배관 수직높이(m),
Figure 112017113586466-pat00002
는 마찰계수, l는 배관 수평길이(m),
Figure 112017113586466-pat00003
은 비중량(kgf/m³),
Figure 112017113586466-pat00004
는 국부마찰저항계수를 나타낸다
상기 기 설정된 제1 내지 제3 유속값은, 상기 각 브라켓의 높이에 따라 연산된 제1 브라켓(n)과 제2 브라켓(n+1)간의 유속(Vn, Vn + 1)을 분석하여, 다음의 수학식을 이용하여 두 브라켓 간의 시간 간격(t)을 연산하고, 연산된 시간 간격 및 두 브라켓 간의 거리를 이용하여 상기 제1 및 제2 브라켓 간의 속력(V)으로 연산될 수 있다.
Figure 112017113586466-pat00005
여기서, hn는 n번째 브라켓의 높이, vn은 n번째 브라켓까지의 유속, hn + 1는 n+1번째 브라켓의 높이, vn +1은 n+1번째 브라켓까지의 유속을 나타낸다.
상기 압송관의 폐색 예상 지점을 판단하는 단계는, 동일한 브라켓 위치에서의 상기 수신된 유속과 기 설정된 제1 유속, 제2 유속 및 제3 유속을 비교하여, 상기 수신된 유속이 제2 유속보다 크고 제1 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 정상으로 판단하고, 상기 수신된 유속이 제3 유속보다 크고 제2 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 경고로 판단하며, 상기 수신한 유속이 제3 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 위험으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 콘크리트 압송관을 지지하는 복수 개의 브라켓(bracket)에 장착된 초음파 센서로부터 측정값을 수신하는 수신부, 상기 수신된 유속과 상기 유속을 송신한 초음파 센서가 장착된 상기 브라켓 위치에 따른 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값과 비교하여 상기 압송관 내부 막힘 정도를 판단하고, 상기 판단된 압송관 내부 막힘 정도에 따라 상기 압송관의 폐색 예상 지점을 판단하는 판단부, 그리고 상기 압송관 폐색 발생 가능성이 높다고 판단하거나 상기 압송관 내부 막힘 정도가 경고 또는 위험인 경우, 기 설정된 단말로 상기 수신된 유속, 상기 압송관 내부 막힘 정도 및 상기 폐색 예상 지점 중에서 적어도 하나를 포함하는 알림 메시지를 전송하는 알림부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 브라켓에 장착된 초음파 센서를 통해 압송관 내 콘크리트의 유속을 측정함으로써, 콘크리트의 속도 변화를 실시간으로 파악할 수 있어 빠르고 정확하고 콘크리트의 폐색 발생 예측할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기존의 브라켓 클램프보다 두께가 늘어난 브라켓을 사용함으로써 브라켓의 지지 능력이 향상되며, 콘크리트의 폐색으로 인한 작업량 증가 방지 및 안전 사고 발생 예방에 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압송관을 지지하는 브라켓 및 브라켓 내부에 장착된 센서를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 V-path 방식의 초음파 측정을 나타낸 예시도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치의 유속 연산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연산된 유속과 이상 유속 한계치를 비교한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관의 막힌 정도에 따른 압송관 직경 및 속도를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서는 도 1을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 시스템에 대해서 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 콘크리트 압송관 막힘 예측 시스템은 콘크리트 압송관(100), 브라켓(200), 초음파 센서(300), 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400) 및 사용자 단말(500)을 포함한다.
고층의 건물을 건설하는 건설 현장에서는 별도의 콘크리트 압송관(100)이 설치되고, 콘크리트 압송관(100)을 통해 콘크리트를 고층까지 전달한다.
이때, 콘크리트를 압송하기 위해서 펌프의 압력을 이용하는데, 압송 압력에 의한 진동을 방지하면서 콘크리트 압송관(100)을 지지하기 위해 브라켓(200)을 각 각 층마다 설치할 수 있다.
그리고 초음파 센서(300)는 각각의 브라켓(200)의 내측에 설치되어 압송관의 내부의 콘크리트 유속을 측정하여, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)로 측정된 유속값을 송신한다. 이때, 초음파 센서(300)의 고유 ID를 함께 송신할 수 있으며, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 고유 ID와 페어링된 브라켓(200)의 위치를 매칭하여 수신한 유속값이 해당하는 지점을 추출할 수 있다.
그리고 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 수신한 유속값과 기 설정된 제1 내지 제 3 유속값을 비교하여 각 지점의 압송관 막힘 정도를 판단할 수 있다.
이때, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 판단된 압송관 막힘 정도가 경고 또는 위험에 해당하는 경우 별도로 지정된 사용자 단말 또는 관리자 모니터링 시스템 또는 현장 기사 단말(500)로 알림 메시지를 전송할 수 있다.
이하에서는 도 2를 이용하여 본 발명의 실시예 따른 콘크리트 압송관을 지지하는 브라켓 및 브라켓에 장착된 초음파 센서를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압송관에 장착된 브라켓 및 브라켓 내부에 장착된 센서를 나타낸 예시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 브라켓(200)은 고층으로 콘크리트를 압송하는 압송 압력으로 발생되는 진동에 의한 거푸집의 위치 이탈을 방지할 수 있어, 건축물에 매설된 철근 또는 거푸집을 보호하는 역할을 한다. 그리고 브라켓(200)는 압송관(100) 위치에 따라 그 위치 조절이 쉽게 이뤄지며, 설치 및 배치에 용이하다는 장점으로 콘크리트 압송관(100)을 지지하는 역할을 한다.
도 2의 (a)는 압송관(100)을 지지하는 브라켓(200)의 외부 설치 모습을 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 초음파 센서(300)를 장착한 브라켓(200)의 내부 모습을 나타낸 예시도이다.
도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 브라켓은 일정한 위치마다 건출물과 압송관(100) 사이에 장착되어 설치되며, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 브라켓 내측에 초음파 센서(300)가 장착된다.
이때, 두개의 초음파 센서(300)가 장착되는데, 초음파 센서(300-1, 300-2) 사이의 간격이 측정하는 압송관 두께의 절반 이상이 되어야 하기 때문에, 브라켓 클램프의 두께가 예를 들어 약 72.55mm로 증가된 브라켓(200)을 이용한다. 이처럼, 본 발명의 실시예에 따라 설치되는 두께가 증가된 브라켓(200)을 사용함으로써 압송관(100) 지지능력을 향상시킬 수 있다.
그리고 압송관(100)과 맞닿는 브라켓 내측의 일직선 상으로 상측 및 하측에 초음파 센서(300-1,300-2)가 각각 장착된다. 초음파 센서(300)는 V-경로 방식으로 압송관 내 콘크리트 유속을 측정할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 압송관 내부가 아닌 외부에 초음파 센서(300)를 장착한 브라켓(200)을 이용함으로써, 압력으로 인한 부정확한 유속값 측정을 방지할 수 있다.
이하에서는 도 3을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서를 이용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치에 대해서 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치의 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(300)는 수신부(310), 판단부(320) 및 알림부(330)를 포함한다.
먼저, 수신부(310)는 콘크리트 압송관(100)을 지지하는 복수 개의 브라켓(200)에 장착된 초음파 센서(300)로부터 측정값을 수신한다.
여기서 초음파 센서(300)는 한 개의 브라켓에 두개의 센서가 장착되어 V 경로 측정 방식으로 유속을 측정할 수 있으며, 측정된 유속 값을 각 센서별 고유 ID와 함께 수신부(310)로 송신할 수 있다.
다음으로 판단부(320)는 수신된 유속과 유속을 송신한 초음파 센서(300)가 장착된 브라켓 위치에 따른 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값과 비교한다. 그리고 판단부(320)는 압송관 내부 막힘 정도를 판단하고, 판단된 압송관 내부 막힘 정도에 따라 압송관(100)의 폐색 예상 지점을 판단한다.
판단부(320)는 센서 값이 제 1 내지 제 3 유속값과 비교하여 압송관 폐색 가능성이 높은 것으로 판단되면, 해당 센서 값을 송신한 초음파 센서(300)가 장착된 브라켓의 위치를 압송관 폐색 예상 지점으로 판단할 수 있다.
여기서, 제1 유속값은 정상치 유속, 제2 유속값은 허용되는 유속이지만, 경고에 해당하는 유속, 제3 유속값은 배관을 교체해야 하는 한계 유속을 나타낸다.
다음으로 알림부(330)는 압송관 폐색 발생 가능성이 높다고 판단하거나 압송관 내부 막힘 정도가 경고 또는 위험인 경우, 기 설정된 단말로 알림 메시지를 전송한다.
여기서, 알림 메시지는 연산된 유속, 압송관 내부 막힘 정도 및 폐색 예상 지점 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 알림부(330)는 경고보다 위험 단계의 알림 메시지는 보다 강한 메시지 또는 보다 많은 사용자 단말(500)로 알림 메시지를 전송할 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 8을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서가 장착된 브라켓을 이용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치의 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법을 나타낸 순서도이고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서의 V-path 방식의 초음파 측정을 나타낸 예시도이다. 그리고 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치의 유속 연산 과정을 설명하기 위한 도면이고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연산된 유속과 이상 유속 한계치를 비교한 예시도이다.
그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관의 막힌 정도에 따른 압송관 직경 및 속도를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 압송관을 지지하는 복수 개의 브라켓(bracket)에 장착된 초음파 센서로부터 측정값을 수신한다(S410).
여기서, 브라켓에 장착되는 초음파 센서는, 압송관과 맞닿는 브라켓 내측의 일직선 상에서 압송관 두께의 절반 이상의 간격으로 상측 및 하측에 장착되고, V-경로 방식으로 압송관 내 콘크리트 유속을 측정하여 고유 ID와 함께 신호를 전송할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 하나의 브라켓(200)에 장착되는 두개의 초음파 센서(300-1, 300-2)를 이용하여 유속을 측정할 수 있다.
콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 d의 압송관 두께내에서 아래에서 위로 올라는 유속을 측정하기 위해 초음파 센서(300-1, 300-2)를 통해 유속과 역방향의 초음파 tab 값을 측정하고, 유속과 순방향의 tba값을 측정할 수 있다.
이와 같이, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 V-경로 방식의 초음파 센서(300-1, 300-2)를 통해 측정된 역방향의 초음파 tab 값 및 순방향의 tba값을 이용하여 d 두께의 압송관 내 콘크리트의 유속을 측정할 수 있다.
그리고 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 각각의 초음파 센서로부터 수신한 유속 측정값과 고유 ID를 이용하여 초음파 센서가 장착된 브라켓(200) 및 위치를 매칭하여 별도의 데이터베이스에 저장할 수 있다.
다음으로 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 수신된 유속과 유속을 송신한 초음파 센서가 장착된 브라켓 위치에 따른 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값과 비교하여 압송관 내부 막힘 정도 및 압송관의 폐색 예상 지점을 판단한다(S420).
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값을 산출하기 위해 다음의 수학식 1을 이용하여 압송관 내 환경을 고려한 압력에 따른 평균 유속(v) 관계식을 이용하여 압송관 내 유속을 측정할 수 있다.
Figure 112017113586466-pat00006
여기서, ΔP는 총 압력 손실(kgf/m²)≒펌프압력, P₁는 배관내 마찰손실(kgf/m²), P₂는 국부압력손실(kgf/m²), P₃는 높이에 따른 압력손실(kgf/m²), v는 유속(m/sec), g는 중력가속도(9.8m/sec²), d는 배관직경(m), h는 배관 수직높이(m),
Figure 112017113586466-pat00007
는 마찰계수, l는 배관 수평길이(m),
Figure 112017113586466-pat00008
은 비중량(kgf/m³),
Figure 112017113586466-pat00009
는 국부마찰저항계수를 나타낸다
콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 수학식 1을 통해 관의 높이를 이용하여 펌프의 소요 압력을 구할 수 있으며, 펌프의 소요 압력을 통해 역으로 높이에 따른 유속값을 찾아낼 수 있다.
즉, 다음 수학식 2를 통해 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 펌프의 소요 압력을 통해 압송관 높이에 따른 유속값을 연산할 수 있다.
Figure 112017113586466-pat00010
여기서, V는 압송관 내 콘크리트 상승 유속, ΔP는 총 압력 손실(kgf/m²),g는 중력가속도(9.8m/sec²), d는 배관직경(m), h는 배관 수직높이(m),
Figure 112017113586466-pat00011
는 마찰계수, l는 배관 수평길이(m),
Figure 112017113586466-pat00012
은 비중량(kgf/m³),
Figure 112017113586466-pat00013
는 국부마찰저항계수를 나타낸다
또한, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 다음의 수학식 3를 이용하여 콘크리트의 유속을 계산할 수 있다.
Figure 112017113586466-pat00014
여기서, 직경은 압송관의 직경을 나타내며, 높이는 각 브라켓의 높이, 길이는 도 6의 (L)과 같이, 펌프에서 브라켓의 높이를 측정하는 기준까지의 길이를 나타낸다.
이때, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 수학식 3을 통해 압송관 직경의 값을 조절하여 이상 유속 한계치를 설정할 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 수학식 2를 이용하여 각각의 브라켓(200-1, 200-2, 200-3)의 높이마다 유속값을 연산할 수 있다.
즉, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)가 각각의 브라켓 높이마다 연산한 유속값은 브라켓(200-1)의 높이 h0에서 높이 h1까지의 유속값, 브라켓(200-2)의 높이 h0에서 높이 h2까지의 유속값, 브라켓(200-3)의 높이 h0에서 높이 h3까지의 유속값으로 높이 h0에서 각각의 높이 동안 압송관 내 콘크리트의 평균 유속값을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 초음파 센서로부터 수신한 유속값과 정확한 비교하기 위해 각각의 브라켓 높이마다 연산한 유속값을 이용하여 두 개의 브라켓 간의 속력으로 연산할 수 있다.
즉, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 각 브라켓의 높이에 따라 연산된 제1 브라켓(n)과 제2 브라켓(n+1)간의 유속(Vn, Vn + 1)을 분석하여, 다음의 수학식 3을 이용하여 두 브라켓 간의 시간 간격(t)을 연산할 수 있다.
Figure 112017113586466-pat00015
여기서, hn는 n번째 브라켓의 높이, vn은 n번째 브라켓까지의 유속, hn + 1는 n+1번째 브라켓의 높이, vn +1은 n+1번째 브라켓까지의 유속을 나타낸다
그리고 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 연산된 시간 간격 및 두 브라켓 간의 거리를 이용하여 제1 및 제2 브라켓 간의 속력(V)으로 연산할 수 있다.
위와 동일한 방법으로 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 각 브라켓의 위치마다 압송관 폐색 단계에 따라 압송관 내 직경 값을 조절하여 제1 내지 제3 유속 값를 연산할 수 있다.
즉, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 압송관 빈 관의 직경 길이(D1)일 때 제1 유속값, 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D3)의 제3 유속값 및 빈 관의 직경 길이(D1)와 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D3)의 중간 값을 가지는 직경 길이(D2)일 때의 제2 유속값을 각 브라켓의 위치에 따라 연산할 수 있다.
이와 같이, 제1 내지 제3의 유속값은 각각의 브라켓 위치마다 기 설정되며, 인접한 두개의 브라켓 사이의 속도로 압송관 내 직경 값에 따라 제1 내지 제3의 유속값으로 연산되어 기 설정된다.
본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 압송관 폐색 단계를 3단계로 설정하여 제1 내지 제3 유속값을 연산하고 수신된 유속값과 비교하는 것으로 설명하였지만, 반드시 한정되는 것은 아니며 추후에 현장 환경 및 사용자의 편의에 따라 N개의 단계로 구분될 수 있고 N 단계에 따라 기 설정된 유속값을 연산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 수학식 4를 통해 이상 유속 한계치를 설정하는 경우, 이상 유속 한계치 보다 수신된 유속이 같거나 작을 때 압송관 폐색이 발생가능성이 높다고 판단할 수 있다.
도 7의 (a)는 압송관 내 유속이 이상없는 상태를 나타낸 그래프이고, 도 7의 (b)는 압송관 폐색이 발생한 경우를 나타낸 그래프이다. 도 7의 (a) 및 (b)는, 각 층마다 초음파 센서가 장착된 브라켓이 설치되었고 각 층에서 측정된 유속값은 파란색으로 도시하였고 연산된 이상 유속 한계치는 빨간색으로 도시하였다.
도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 측정된 유속 값이 계산값(이상 유속 한계치)보다 큰 값을 가지는 경우 해당 압송관에 폐색은 발생하지 않은 상태로 이상 없다고 판단할 수 있다. 반면에 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 측정된 유속 값이 계산값(이상 유속 한계치)가 같거나 작은 값을 가지는 경우 해당 영역에서의 압송관 폐색이 발생한 가능성이 높다고 판단할 수 있다.
그리고 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 각각의 그래프가 겹쳐지는 부분의 지점에서 압송관 폐색이 발생하였다고 판단할 수 있다.
또한, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 동일한 브라켓 위치에서의 수신된 유속과 기 설정된 제1 유속, 제2 유속 및 제3 유속을 비교하여, 압송관 내부 막힘 정도를 판단할 수 있다.
도 8의 (a)는 실제 압송관 직경 길이(D)가 압송관 빈 관의 직경 길이(D1)일 때의 제1 유속값(V1)을 나타낸 도면이고, (b)는 및 빈 관의 직경 길이(D1)와 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D2)의 중간 값((D1+D2)/2)을 가지는 직경 길이(D) 일 때의 제2 유속값(V2)을 나타낸 도면이며, (c)는 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D2)의 제3 유속값(V3)을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 콘크리트 압송관의 내부 막힘 정도에 따라 3단계로 구분하여, 측정된 유속 값이 V2(제2 유속)보다 크고 V1(제1 유속)보다 작은 경우, 압송관 내부 막힘 정도를 정상으로 판단하고, 측정된 유속 값이 V3(제3 유속)보다 크고 V2(제2 유속)보다 작은 경우, 압송관 내부 막힘 정도를 경고로 판단한다. 그리고 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 측정된 유속 값이 V3(제3 유속)보다 작은 경우, 압송관 내부 막힘 정도를 위험으로 판단할 수 있다.
다음으로 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 압송관 폐색 발생 가능성이 높다고 판단하거나 압송관 내부 막힘 정도가 경고 또는 위험인 경우, 기 설정된 단말로 알림 메시지를 전송한다(S430).
여기서, 알림 메시지는 기 설정된 단말로 수신된 유속, 압송관 내부 막힘 정도 및 폐색 예상 지점 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 이상 없음, 경고, 위험과 같이 세단계로 판단할 때, 판단 결과 경고 또는 위험인 경우, 기 설정된 사용자 단말 또는 사무실 모니터링 시스템 또는 현장 기사 단말 등으로 알림 메시지를 전송할 수 있다.
이때, 알림 메시지는 폐색 현상이 발생되는 지점의 정보, 폐색 발생 가능성의 메시지이외에도 경고음 및 음성 메시지를 포함할 수 있다.
또한, 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치(400)는 위험의 단계인 경우, 해당 콘크리트 압송관을 교체하기 위해 타설을 중지할 수 있도록 보다 강력한 알림 메시지를 전송할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 브라켓에 장착된 초음파 센서를 통해 압송관 내 콘크리트의 유속을 측정함으로써, 콘크리트의 속도 변화를 실시간으로 파악할 수 있어 빠르고 정확하고 콘크리트의 폐색 발생 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 브라켓 클램프보다 두께가 늘어나 브라켓의 지지 능력이 향상되며, 콘크리트의 폐색으로 인한 작업량 증가 방지 및 안전 사고 발생 예방에 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 콘크리트 압송관 200: 브라켓
300: 초음파 센서 400: 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치
410: 수신부 420: 판단부
430: 알림부 500: 사용자 단말
600: 펌프

Claims (10)

  1. 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치를 이용한 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법에 있어서,
    상기 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치는, 상기 압송관을 지지하는 복수 개의 브라켓(bracket)에 장착된 초음파 센서로부터 측정값을 수신하는 단계,
    상기 수신된 유속과 상기 유속을 송신한 초음파 센서가 장착된 상기 브라켓 위치에 따른 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값과 비교하여 상기 압송관 내부 막힘 정도를 판단하고, 상기 판단된 압송관 내부 막힘 정도에 따라 상기 압송관의 폐색 예상 지점을 판단하는 단계, 그리고
    상기 압송관 폐색 발생 가능성이 높다고 판단하거나 상기 압송관 내부 막힘 정도가 경고 또는 위험인 경우, 기 설정된 단말로 상기 수신된 유속, 상기 압송관 내부 막힘 정도 및 상기 폐색 예상 지점 중에서 적어도 하나를 포함하는 알림 메시지를 전송하는 단계를 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    상기 압송관과 맞닿는 브라켓 내측의 일직선 상에서 상기 압송관 두께의 절반 이상의 간격으로 상측 및 하측에 장착되고, V-경로 방식으로 상기 압송관 내 콘크리트 유속을 측정하는 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값은,
    다음의 수학식을 이용하여 각 브라켓의 높이에 따른 배관 수직 높이마다 상기 압송관 빈 관의 직경 길이(D1)일 때 제1 유속값, 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D3)의 제3 유속값 그리고 상기 빈 관의 직경 길이(D1)와 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D3)의 중간 값을 가지는 직경 길이(D2)일 때의 제2 유속값으로 연산되는 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법:
    Figure 112019033313872-pat00016

    여기서, V는 압송관 내 콘크리트 상승 유속, ΔP는 총 압력 손실(kgf/m²), 는 중력가속도(9.8m/sec²), d는 배관직경(m), h는 배관 수직높이(m),
    Figure 112019033313872-pat00017
    는 마찰계수, l는 배관 수평길이(m),
    Figure 112019033313872-pat00018
    은 비중량(kgf/m³),
    Figure 112019033313872-pat00019
    는 국부마찰저항계수를 나타낸다
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기 설정된 제1 내지 제3 유속값은,
    상기 각 브라켓의 높이에 따라 연산된 제1 브라켓(n)과 제2 브라켓(n+1)간의 유속(Vn, Vn + 1)을 분석하여, 다음의 수학식을 이용하여 두 브라켓 간의 시간 간격(t)을 연산하고, 연산된 시간 간격 및 두 브라켓 간의 거리를 이용하여 상기 제1 및 제2 브라켓 간의 속력(V)으로 연산되는 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법:
    Figure 112017113586466-pat00020

    여기서, hn는 n번째 브라켓의 높이, vn은 n번째 브라켓까지의 유속, hn + 1는 n+1번째 브라켓의 높이, vn +1은 n+1번째 브라켓까지의 유속을 나타낸다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압송관의 폐색 예상 지점을 판단하는 단계는,
    동일한 브라켓 위치에서의 상기 수신된 유속과 기 설정된 제1 유속, 제2 유속 및 제3 유속을 비교하여, 상기 수신된 유속이 제2 유속보다 크고 제1 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 정상으로 판단하고, 상기 수신된 유속이 제3 유속보다 크고 제2 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 경고로 판단하며, 상기 수신한 유속이 제3 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 위험으로 판단하는 콘크리트 압송관 막힘 예측 방법.
  6. 콘크리트 압송관을 지지하는 복수 개의 브라켓(bracket)에 장착된 초음파 센서로부터 측정값을 수신하는 수신부,
    상기 수신된 유속과 상기 유속을 송신한 초음파 센서가 장착된 상기 브라켓 위치에 따른 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값과 비교하여 상기 압송관 내부 막힘 정도를 판단하고, 상기 판단된 압송관 내부 막힘 정도에 따라 상기 압송관의 폐색 예상 지점을 판단하는 판단부, 그리고
    상기 압송관 폐색 발생 가능성이 높다고 판단하거나 상기 압송관 내부 막힘 정도가 경고 또는 위험인 경우, 기 설정된 단말로 상기 수신된 유속, 상기 압송관 내부 막힘 정도 및 상기 폐색 예상 지점 중에서 적어도 하나를 포함하는 알림 메시지를 전송하는 알림부를 포함하고,
    상기 초음파 센서는,
    상기 압송관과 맞닿는 브라켓 내측의 일직선 상에서 상기 압송관 두께의 절반 이상의 간격으로 상측 및 하측에 장착되고, V-경로 방식으로 상기 압송관 내 콘크리트 유속을 측정하는 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기 설정된 제1 내지 제3 유속 값은,
    다음의 수학식을 이용하여 각 브라켓의 높이에 따른 배관 수직 높이마다 상기 압송관 빈 관의 직경 길이(D1)일 때 제1 유속값, 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D3)의 제3 유속값 그리고 상기 빈 관의 직경 길이(D1)와 사용하는 굵은 골재 최대 치수의 직경 길이(D3)의 중간 값을 가지는 직경 길이(D2)일 때의 제2 유속값으로 연산되는 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치:
    Figure 112019033313872-pat00021

    여기서, V는 압송관 내 콘크리트 상승 유속, ΔP는 총 압력 손실(kgf/m²), 는 중력가속도(9.8m/sec²), d는 배관직경(m), h는 배관 수직높이(m),
    Figure 112019033313872-pat00022
    는 마찰계수, l는 배관 수평길이(m),
    Figure 112019033313872-pat00023
    은 비중량(kgf/m³),
    Figure 112019033313872-pat00024
    는 국부마찰저항계수를 나타낸다
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기 설정된 제1 내지 제3 유속값은,
    상기 각 브라켓의 높이에 따라 연산된 제1 브라켓(n)과 제2 브라켓(n+1)간의 유속(Vn, Vn + 1)을 분석하여, 다음의 수학식을 이용하여 두 브라켓 간의 시간 간격(t)을 연산하고, 연산된 시간 간격 및 두 브라켓 간의 거리를 이용하여 상기 두 브라켓 간의 속력(V)으로 연산되는 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치:
    Figure 112017113586466-pat00025

    여기서, hn는 n번째 브라켓의 높이, vn은 n번째 브라켓까지의 유속, hn + 1는 n+1번째 브라켓의 높이, vn +1은 n+1번째 브라켓까지의 유속을 나타낸다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 판단부는,
    동일한 브라켓 위치에서의 상기 수신된 유속과 기 설정된 제1 유속, 제2 유속 및 제3유속을 비교하여, 상기 수신된 유속이 제2 유속보다 크고 제1 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 정상으로 판단하고, 상기 수신된 유속이 제3 유속보다 크고 제2 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 경고로 판단하며, 상기 수신한 유속이 제3 유속보다 작으면 상기 압송관 내부 막힘 정도를 위험으로 판단하는 콘크리트 압송관 막힘 예측 장치.
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