KR102296984B1 - 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치 - Google Patents

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김강수
이상훈
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서울시립대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 실시간으로 폭발하중을 감지하여 방폭벽의 변위에 따른 인장력을 발생시켜 방폭벽에 지면으로 축력이 작용하도록 하여 저항성능이 일층 향상되도록 한 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 방폭벽의 상부에 고정되도록 설치된 방폭벽 체결철물과; 상기 방폭벽 체결철물측에 설치되어 폭압으로 인한 방폭벽의 변형을 감지하는 변형계측센서와; 상기 방폭벽 체결철물측에 일단이 연결되어 수직 방향으로 배치되어 있는 축력전달용 인장재와; 상기 방폭벽의 하부측 바닥에 고정 배치됨과 동시에 상기 축력전달용 인장재의 타단에 연결되어 폭압 발생시 축력전달용 인장재에 인장력을 발생시키는 전동식 작동기와; 폭압 발생시 상기 변형계측센서로부터 취득한 변형감지신호로부터 방폭벽에 가해지는 인장력을 산출하여 전동식 작동기의 구동을 제어하는 신호처리 제어시스템;을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치{Apparatus for performance enhancement of blastwall structure using deformation measurement instrument}
본 발명은 플랜트 부지에 시공되는 방폭벽의 성능을 향상시키기 위한 방폭벽 성능 증진장치에 관한 것으로, 특히 실시간으로 폭발하중을 감지하여 방폭벽의 변위에 따른 인장력을 발생시켜 방폭벽에 지면으로 축력이 작용하도록 하여 저항성능이 일층 향상되도록 한 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치에 관한 것이다.
폭압을 지지하는 방폭벽은 플랜트 부지에 시공되어 플랜트 주요시설의 안전성을 좌우하는 중요 구조물이다. 현재, 플랜트 방폭벽 구조물은 콘크리트와 철근을 사용하여 시공되고 있으며, 통상적으로 콘크리트-철근 간의 부착을 통하여 이루어져 있다. 콘크리트와 철근은 각각 압축력과 인장력에 대하여 주로 저항하도록 설계된다. 플랜트 방폭벽에 폭압이 작용하게 되면 방폭벽은 캔틸레버구조와 유사한 거동을 보이게 되며, 폭압이 작용하는 면은 지면과 수직한 방향의 축을 따라 인장력이 주로 작용한다. 따라서 폭압시 발생된 인장력에 저항할 수 있도록 한다면, 방폭벽의 순간적인 저항 성능을 높일 수 있다. 하나의 플랜트 부지에 시공되는 방폭벽은 시뮬레이션을 통하여 예측되는 폭발하중에 저항할 수 있는 구조성능을 만족하도록 설계되어야 한다. 다만, 시뮬레이션을 통하여 계산된 폭발하중보다 실제상황에서는 다양한 변수로 인하여 더 큰 규모의 폭발하중이 발생할 수 있으며, 폭발의 규모 및 진원에 따라 방폭벽에 작용하는 폭압에 차이가 나타나고 각각의 방호벽에 요구되는 저항성능이 달라지게 된다. 또한 폭발하중이 발생한 위험현장에서 안전관리인은 폭압에 의하여 손상된 플랜트 주요시설의 피해현황을 현장에서 실시간으로 판단하기 어려우며, 현장 복구조치를 위한 의사결정에 소요되는 시간이 증가하여 추가피해가 발생할 가능성이 증가한다. 따라서 폭압의 차이마다 각각의 방호벽에 요구되는 저항성능에 능동적으로 대응할 수 있는 성능 향상장치가 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 제10-1722440호로서, '방폭 구조물'이 제안되어 있다. 이는 후면판 하단에 설치된 힌지지지부를 중심으로 후방으로 회동 가능하여 폭발하중을 분산시키도록 설계되어 있다. 그러나 이 배경기술은 폭발하중 발생시 방폭 구조물이 저항하는 것이 아니기 때문에 플랜트 주요시설의 안전성을 확보하는데 한계가 있다.
본 발명의 배경이 되는 다른 기술로는 한국 등록특허 제10-1854749호로서, '압축 가스를 이용하는 방폭 벽'이 제안되어 있다. 이는 이중 벽체, 압축기, 압력 부재, 및 노즐 캡을 포함한 방폭벽을 이용하여, 폭발 하중 발생시 압축 가스를 분출시켜 폭압을 상쇄시킬 수 있도록 한 것이다. 그러나 이 배경기술은 방폭 벽을 이중 벽체로 시공해야 하고, 노즐 캡 등 복잡한 설치 구조가 필요하다.
한국 등록특허 제10-1722440호 한국 등록특허 제10-1854749호
본 발명은 실시간으로 폭발하중을 감지하여 방폭벽의 변위에 따른 인장력을 발생시켜 방폭벽에 지면으로 축력이 작용하도록 하여 저항성능이 일층 향상되도록 한 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 방폭벽의 상부에 고정되도록 설치된 방폭벽 체결철물과; 상기 방폭벽 체결철물측에 설치되어 폭압으로 인한 방폭벽의 변형을 감지하는 변형계측센서와; 상기 방폭벽 체결철물측에 일단이 연결되어 수직 방향으로 배치되어 있는 축력전달용 인장재와; 상기 방폭벽의 하부측 바닥에 고정 배치됨과 동시에 상기 축력전달용 인장재의 타단에 연결되어 폭압 발생시 축력전달용 인장재에 인장력을 발생시키는 전동식 작동기와; 폭압 발생시 상기 변형계측센서로부터 취득한 변형감지신호로부터 방폭벽에 가해지는 인장력을 산출하여 전동식 작동기의 구동을 제어하는 신호처리 제어시스템;을 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 축력전달용 인장재는 방폭벽 체결철물측에 수직으로 연결된 원통기둥의 내부에 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 방폭벽 체결철물은 앵커 볼트, 고장력 볼트, 케이싱 중 어느 하나의 형태로 체결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 전동식 작동기는 전기모터 또는 유압펌프 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 방폭벽 체결철물은 방폭벽의 길이방향을 따라 다수개가 분할 설치되거나 일체형으로 설치되며, 축력전달용 인장재는 방폭벽의 길이방향으로 일정 간격을 갖고 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호처리 제어시스템은 변형계측센서로부터 감지된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 A/D변환기, A/D변환기에서 변환된 디지털신호 및 기타 위치정보 등의 데이타를 조작하는 데이타 전처리부, 데이타 전처리부에서 얻어진 각 변형계측센서의 위치정보와 계측된 변형 데이타를 기반으로 방폭벽에 가해지는 인장력을 산출하는 데이타 분석부, 데이타 분석부에서 산출된 인장력을 가지고 전동식 작동기를 제어하는 작동기 제어부를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방폭벽에는 폭압원측으로 폭압을 분산시키는 고무 또는 실리콘으로 제작된 폭압분산시트, 방폭벽의 변형을 최소화하기 위해 폭압분산시트에 부착된 탄소/아라미드 섬유, 방폭벽의 화재 발생 방지를 위해 탄소/아라미드 섬유에 부착된 탄소계 방열시트가 적층 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방폭벽에는 폭압 흡수를 위한 완충용 허니콤 시트, 폭압 충격을 흡수하는 유연한 고분자시트, 탄소/아라미드 섬유, 탄소계 방열시트가 적층 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원통기둥의 상단과 방폭벽 체결철물측 연결부의 사이에는 축력전달용 인장재의 과도한 인장력에 의해 방폭벽에 불필요한 충격이 가해지는 것을 방지하기 위해 고무댐퍼가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치에 따르면, 실시간으로 변형계측센서로부터 폭발하중을 감지하여 방폭벽의 변위에 따른 인장력을 전동식 작동기에 연결된 축력전달용 인장재에 발생시켜 방폭벽에 지면으로 축력이 작용하도록 하여 방폭벽의 저항성능이 일층 향상된다.
또한, 다수의 변형계측센서로부터 취득한 데이터를 실시간으로 처리함으로써 폭발하중의 크기 및 진원을 추정하여 신호 제어시스템을 기반으로 한 성능증진장치의 과도한 작동을 방지할 수 있다.
또한, 폭발하중으로 인하여 치명적인 손상이 발생한 가능성이 높은 플랜트 주요 구조물을 신속하게 파악할 수 있으며 후속조치를 위한 의사결정에 소요되는 시간을 효과적으로 단축할 수 있는 이점을 갖는다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 형태에 따른 방폭벽 성능 증진장치의 사시도 및 일측면도.
도 2의 (가),(나),(다)는 본 발명의 방폭벽 성능 증진장치에 적용된 방폭벽 체결철물이 앵커 볼트, 고장력 볼트 및 케이싱으로 각기 설치된 상태도.
도 3의 (가),(나)는 본 발명의 방폭벽 성능 증진장치에 적용된 방폭벽 체결철물에 각기 앵커 볼트와 고장력 볼트가 설치된 상태도.
도 4의 (가),(나)는 본 발명의 방폭벽 성능 증진장치에 적용된 방폭벽 체결철물이 분할형과 일체형으로 각기 설치된 상태도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 형태에 따른 방폭벽 성능 증진장치의 사시도 및 일측면도.
도 6은 본 발명에 적용되는 방폭벽에 전달되는 폭압을 감소시키기 위한 일 실시 예에 따른 방폭벽의 구성도.
도 7은 본 발명에 적용되는 방폭벽에 전달되는 폭압을 감소시키기 위한 다른 실시 예에 따른 방폭벽의 구성도.
도 8은 본 발명에 적용되는 신호처리 시스템의 구성도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치(1)는 도 1에 도시된 방폭벽(10)의 성능을 증진시키기 위한 것이다.
도 1 내지 도 3과 같이 방폭벽(10)의 상부에 방폭벽 체결철물(12)이 고정설치된다. 방폭벽 체결철물(12)은 축력전달용 인장재(16)가 연결되기 위한 연결부(12a)를 갖는다. 이때 방폭벽 체결철물(12)은 도 2 및 도 3과 같이 앵커 볼트(121), 고장력 볼트(122), 케이싱(123) 중 어느 하나로 체결될 수 있다. 여기서 케이싱(123)은 방폭벽 체결철물(12)과 일체를 이루어 방폭벽(10)의 상단을 감싸는 형태가 된다.
방폭벽 체결철물(12)측에 폭발 하중(폭압)의 발생시 방폭벽(10)의 변형량을 측정하는 변형계측센서(14)가 설치된다. 변형계측센서(14)는 방폭벽 체결철물(12)의 연결부(12a)에 설치될 수 있다. 변형계측센서(14)는 폭압으로 인한 방폭벽(10)의 변형을 감지하는 계측 수단으로 예로, 전기저항식 변형률게이지가 적용될 수 있다. 변형계측센서(14)에서 검출 계측된 신호는 도 8에 도시된 신호처리 제어시스템(100)을 통해 처리되어 전동식 작동기(20)의 구동을 제어한다.
방폭벽 체결철물(12)측에 일단이 연결되어 수직 방향으로 배치되어 있는 축력전달용 인장재(16)가 설치되어 있다. 축력전달용 인장재(16)는 폭발 하중에 상응하는 축력을 역으로 가하기 위한 것이다. 축력전달용 인장재(16)는 강연선 또는 강봉이 될 수 있다. 이때 축력전달용 인장재(16)는 방폭벽 체결철물(12)측에 수직으로 연결된 원통기둥(22)의 내부에 배치될 수 있다. 여기서 도 1과 같이 원통기둥(22)의 상단과 방폭벽 체결철물(12)측 연결부(12a)의 사이에는 고무댐퍼(23)가 더 설치될 수 있다. 이는 축력전달용 인장재(16)의 과도한 인장력에 의해 방폭벽(10)에 불필요한 충격이 가해지는 것을 방지하기 위함이다.
방폭벽(10)의 하부측 바닥에는 전동식 작동기(20)가 고정 배치되어 설치된다. 전동식 작동기(20)는 축력전달용 인장재(16)의 타단에 연결되어 폭압 발생시 축력전달용 인장재(16)에 인장력(축력)을 발생시켜 방폭벽(10)의 순간적인 보강 기능이 향상되도록 한다.
전동식 작동기(20)는 도 1에 도시된 전기모터 또는 도 5에 도시된 유압펌프 중 어느 하나가 될 수 있다. 전기모터의 경우 축력전달용 인장재(16)는 강연선이 되어 전기모터의 회전축에 연결된다. 따라서 전기모터가 구동되면, 회전토크로 축력전달용 인장재(16)인 강연선이 감김되어 인장력을 발생시킴으로써 폭압 발생시 방폭벽(10)의 순간적인 보강 기능을 수행한다. 또한 도 5와 같이 전동식 작동기(20)가 유압모터인 경우 축력전달용 인장재(16)인 강봉에 연결된 실린더(19)를 유압으로 작동시켜 폭압 발생시 강봉에 인장력을 발생시켜 방폭벽(10)의 순간적인 보강 기능을 수행한다.
방폭벽 체결철물(12)은 도 4의 (가)와 같이 방폭벽(10)의 길이방향을 따라 다수개가 분할 설치될 수 있다. 또한 방폭벽 체결철물(12)은 도 4의 (나)와 같이 방폭벽(10)의 길이방향을 따라 일체형으로 설치될 수 있다. 여기서 축력전달용 인장재(16)는 방폭벽(10)의 길이방향으로 일정 간격을 갖고 설치됨이 바람직하다.
한편, 폭압 발생시 변형계측센서(14)로부터 취득한 변형감지신호로부터 방폭벽에 가해지는 인장력을 산출하여 전동식 작동기(20)의 구동을 제어하는 신호처리 제어시스템(100)이 포함된다. 도 8과 같이 신호처리 제어시스템(100)은 변형계측센서(14)로부터 감지된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 A/D변환기(110), A/D변환기(110)에서 변환된 디지털신호 및 기타 위치정보 등의 데이타를 조작하는 데이타 전처리부(120), 데이타 전처리부(120)에서 얻어진 각 변형계측센서(14)의 위치정보와 계측된 변형 데이타를 기반으로 방폭벽(10)에 가해지는 인장력을 산출하는 데이타 분석부(130), 데이타 분석부(130)에서 산출된 인장력을 가지고 전동식 작동기(20)의 구동을 제어하는 작동기 제어부(140)를 포함한다.
한편, 폭발하중으로 인한 방폭벽(10)에 전달되는 폭압을 저감하기 위한 방법으로, 방폭벽(10)에는 일예로 도 6과 같이 폭압원측으로 폭압을 분산시키는 고무 또는 실리콘으로 제작된 폭압분산시트(101), 방폭벽(10)의 변형을 최소화하기 위해 폭압분산시트(101)에 부착된 탄소/아라미드 섬유(102), 방폭벽(10)의 화재 발생 방지를 위해 탄소/아라미드 섬유(102)에 부착된 탄소계 방열시트(103)가 적층 부착되어 구성될 수 있다. 또한, 다른 예로 방폭벽(10)에는 도 7과 같이 폭압 흡수를 위한 완충용 허니콤 시트(104), 폭압 충격을 흡수하는 유연한 고분자시트(105), 탄소/아라미드 섬유(102), 탄소계 방열시트(103)가 적층 부착되어 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치(10)의 작용을 설명한다.
먼저, 폭발하중이 발생하면 면 형태로 저항하는 방폭벽(10)은 선 형태로 저항하는 성능증진장치(1)의 원통기둥(22)보다 상대적으로 큰 수평 변위가 발생하게 된다. 변형계측센서(14)는 이러한 상대 수평 변위 차이를 실시간으로 계측하여 신호처리 제어시스템(100)로 전달한다. 신호처리 제어시스템(100)에서는 상대변위가 증가하여 폭발하중이 작용하였다고 간주하면 원통기둥(22)의 하부에 위치한 전동식 작동기(20)를 작동하여 축력전달용 인장재(16)를 지면 방향으로 잡아당긴다. 이에 의해 축력전달용 인장재(16)에 인장력(축력)이 발생하고 동시에 방폭벽(10)에서는 축 방향으로 구속효과가 작용하므로 방폭벽(10)의 저항성능이 증진된다.
이같이 본 발명은 다수의 변형계측센서(14)로부터 취득한 데이터를 실시간으로 처리함으로써 폭발하중의 크기 및 진원을 추정하여 신호 제어시스템을 기반으로 한 성능증진장치의 과도한 작동을 방지할 수 있다.
또한, 폭발하중으로 인하여 치명적인 손상이 발생한 가능성이 높은 플랜트 주요 구조물을 신속하게 파악할 수 있으며 후속조치를 위한 의사결정에 소요되는 시간을 효과적으로 단축할 수 있는 이점을 갖는다.
이와 더불어, 방폭벽(10)에 고무 또는 실리콘으로 제작된 폭압분산시트(101), 탄소/아라미드 섬유(102), 탄소계 방열시트(103)가 적층 부착되거나 완충용 허니콤 시트(104), 폭압 충격을 흡수하는 유연한 고분자시트(105), 탄소/아라미드 섬유(102), 탄소계 방열시트(103)가 적층 부착되어 있는 경우 벽체에 가해지는 진동 감쇠 및 폭압 분산 효과를 유도할 수 있다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
10: 방폭벽
12: 방폭벽 체결철물
14: 변형계측센서
16: 축력전달용 인장재
20: 전동식 작동기
22: 원통기둥
23: 고무댐퍼
100: 제어부

Claims (9)

  1. 방폭벽(10)의 성능을 증진시키기 위한 장치로서,
    상기 방폭벽(10)의 상부에 고정되도록 설치된 방폭벽 체결철물(12)과;
    상기 방폭벽 체결철물(12)측에 설치되어 폭압으로 인한 방폭벽(10)의 변형을 감지하는 변형계측센서(14)와;
    상기 방폭벽 체결철물(12)측에 일단이 연결되어 수직 방향으로 배치되어 있는 축력전달용 인장재(16)와;
    상기 방폭벽(10)의 하부측 바닥에 고정 배치됨과 동시에 상기 축력전달용 인장재(16)의 타단에 연결되어 폭압 발생시 축력전달용 인장재(16)에 인장력을 발생시키는 전동식 작동기(20)와;
    폭압 발생시 상기 변형계측센서(14)로부터 취득한 변형감지신호로부터 방폭벽에 가해지는 인장력을 산출하여 전동식 작동기(20)의 구동을 제어하는 신호처리 제어시스템(100);을 포함한 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    축력전달용 인장재(16)는 방폭벽 체결철물(12)측에 수직으로 연결된 원통기둥(22)의 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    방폭벽 체결철물(12)은 앵커 볼트(121), 고장력 볼트(122), 케이싱(123) 중 어느 하나의 형태로 체결되어 있는 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    전동식 작동기(20)는 전기모터 또는 유압펌프 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    방폭벽 체결철물(12)은 방폭벽(10)의 길이방향을 따라 다수개가 분할 설치되거나 일체형으로 설치되며, 축력전달용 인장재(16)는 방폭벽(10)의 길이방향으로 일정 간격을 갖고 설치되는 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 신호처리 제어시스템(100)은 변형계측센서(14)로부터 감지된 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키는 A/D변환기(110), A/D변환기(110)에서 변환된 디지털신호 및 기타 위치정보 등의 데이타를 조작하는 데이타 전처리부(120), 데이타 전처리부(120)에서 얻어진 각 변형계측센서(14)의 위치정보와 계측된 변형 데이타를 기반으로 방폭벽(10)에 가해지는 인장력을 산출하는 데이타 분석부(130), 데이타 분석부(130)에서 산출된 인장력을 가지고 전동식 작동기(20)를 제어하는 작동기 제어부(140)를 포함한 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 방폭벽(10)에는 폭압원측으로 폭압을 분산시키는 고무 또는 실리콘으로 제작된 폭압분산시트(101), 방폭벽(10)의 변형을 최소화하기 위해 폭압분산시트(101)에 부착된 탄소/아라미드 섬유(102), 방폭벽(10)의 화재 발생 방지를 위해 탄소/아라미드 섬유(102)에 부착된 탄소계 방열시트(103)가 적층 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 방폭벽(10)에는 폭압 흡수를 위한 완충용 허니콤 시트(104), 폭압 충격을 흡수하는 유연한 고분자시트(105), 탄소/아라미드 섬유(102), 탄소계 방열시트(103)가 적층 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 원통기둥(22)의 상단과 방폭벽 체결철물(12)측 연결부(12a)의 사이에는 축력전달용 인장재(16)의 과도한 인장력에 의해 방폭벽(10)에 불필요한 충격이 가해지는 것을 방지하기 위해 고무댐퍼(23)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 변형계측기를 활용하는 방폭벽 성능 증진장치.
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