KR102388686B1 - 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부로 진입하여 파일을 절단하기 위한 파일 절단장치로서, 상기 관형태로 상기 파일 내부로 투입되는 몸체; 상기 몸체 외측에 구비되어 상기 절단장치가 상기 파일의 절단 위치에 도달하면 상기 몸체를 상기 파일에 고정시키는 그리퍼유닛; 상기 몸체 일측에 구비되어, 상기 그리퍼유닛에 의한 고정 후, 연마제와 유체가 혼합된 연마혼합재를 상기 파일 측으로 고압분사시키는 워터젯 유닛; 상기 워터젯 유닛을 상기 몸체의 중심축 기준으로 회전시키는 회전수단; 외부에서 상기 워터젯 유닛으로 상기 유체와 설정된 비율의 연마제가 혼합된 연마혼합재를 공급하는 공급라인; 상기 공급라인을 통해 공급되는 연마혼합재의 공급압을 조절하는 공급수단; 및 상기 워터젯 유닛의 위치를 조절하는 노즐구동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치에 관한 것이다.

Description

워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치{Apparatus for cutting penetrated pile using waterjet}

본 발명은 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치에 관한 것이다.

해양 자켓 구조물은 해저 지층에 관입된 파일과 일체화되어 설치된다. 즉 해양 자켓 구조물의 시공은 해양 자켓 구조물의 하부 구조인 자켓 레그를 해저면에 안착시킨 후, 자켓 레그 내부로 자켓 파일을 삽입하여 하단을 해저면에 관입시킨 후, 자켓파일과, 자켓레그 사이를 그라우팅하여 고정하고, 자켓파일 내부를 채움콘크리트로 충진시킨다. 이때, 해저면 내에 암반 등의 단단한 지층이 존재하는 경우, 천공 후 앵커파일(핀파일)을 관입한 후, 자켓파일과 앵커파일 사이를 크라우팅하여 고정하고 채움콘트리트 처리를 하게 된다.

종래 해양 자켓 구조물을 철거할 때, 자켓과 해저지반이 연결된 유정이나, 전기시설을 철거하고, 해양 자켓 구조물 상부의 탑사이드 시설을 철거한 후, 해저면에서 절단기를 통해 상부의 자켓 구조물을 철거한 후, 해저면에 관입되어 있는 잔존 자켓 파일을 제거하는 공종으로 이루어지게 된다.

해저면에 설치된 자켓파일은 국제규격에 따라 해저면에서 3 ~ 5m 깊이까지 제거하도록 요구하고 있다.

자켓 구조물을 설치할 때는 자켓레그 내부에 자켓파일을 해저면으로 관입하고, 파일의 내부를 채움 콘크리트로 처리한다. 단단한 지층에서는 자켓파일을 항타로 관입하기가 어려우므로 자켓파일 내부를 천공하고 앵커 파일을 설치 후 앵커파일과 자켓 파일 사이를 그라우트 처리하고, 나머지 부분은 채움 콘크리트로 처리하는 것이 일반적이다.

또한 워터젯(water-jet) 절단장치는 입자형태의 연마재(abrasive)가 포함된 고압수를 피가공물에 분사하여 이를 가공 하거나 절단하는 초정밀 가공장치이다.

워터제트 또는 연마제 워터제트 시스템은 석재, 유리, 세라믹 및 금속을 포함한, 폭넓은 재료를 절단하는데 사 용된다. 통상적인 워터제트 시스템에서, 고압수는 절단 제트를 피가공재로 지향시키는 노즐을 갖는 절단 헤드를 통해 흐른다. 워터제트 시스템은 고압 연마제 워터제트를 형성하기 위해서 연마제 매체를 고압 워터제트로 흡인 하거나 공급할 수 있다. 절단 헤드는 그 후에 원하는대로 피가공재를 절단하도록 피가공재를 가로질러 제어 가능하게 이동될 수 있거나, 피가공재가 워터제트 또는 연마제 워터제트 아래로 제어 가능하게 이동될 수 있다. 예를 들어, 플로우 인터내셔날 코포레이션(Flow International Corporation)에 의해 제작되 TM 5축 워터제트 시스템과 같은, 고압 워터제트를 발생하기 위한 시스템이 현재 이용가능하다. 워터제는 Mach 4트 시스템의 다른 예는 그 전체가 인용에 의해 본 발명에 포함되는 플로우(Flow)의 미국 특허 제 5,643,058호에 도시되고 설명되어 있다.

연마제 워터제트 절단 시스템을 관입파일의 절단을 위해 적용하게 되는 경우, 해저 관입파일의 절단여부, 워터젯을 통한 파일의 관통 여부 등을 판단하기 어려워 전체적인 절단과정을 모니터링하기 힘든 문제점이 존재한다.

대한민국 등록특허 10-1669249 대한민국 등록특허 10-1541135 대한민국 등록특허 10-1377560 대한민국 등록특허 10-0969288

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 고압 유체 공급라인과, 연마제 공급라인을 별로도 구비하지 않고, 설정된 배합비로 연마재와 유체가 외부에서 혼합된 상태로 공급됨으로써, 공급라인을 간소화할 수 있고, 절단장비에 그리퍼 유닛이 구비되어 관입 파일 내부에서 절단장비의 고정/해제를 용이하게 할 수 있는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 절단 공정시, 음향센서와 진동센서에서 측정된 데이터를 기반으로 워터젯에 의한 관입파일 관통여부를 파악하여 회전수단을 제어하여 비젼센서와 같은 장비의 투입없이 절단 과정을 원격모니터링할 수 있는, 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 워터넷 유닛에 가이드부와 노즐이동수단, 노즐세팅수단을 포함함으로써 워터넷의 고압분사 전에 노즐부의 정확한 세팅이 가능한, 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은 내부로 진입하여 파일을 절단하기 위한 파일 절단장치로서, 상기 파일 내부로 투입되는 관형태의 몸체; 상기 몸체 외측에 구비되어 상기 절단장치가 상기 파일의 절단 위치에 도달하면 상기 몸체를 상기 파일에 고정시키는 그리퍼유닛; 상기 몸체 일측에 구비되어, 상기 그리퍼유닛에 의한 고정 후, 연마제와 유체가 혼합된 연마혼합재를 상기 파일 측으로 고압분사시키는 워터젯 유닛; 상기 워터젯 유닛을 상기 몸체의 중심축 기준으로 회전시키는 회전수단; 외부에서 상기 워터젯 유닛으로 상기 유체와 설정된 비율의 연마제가 혼합된 연마혼합재를 공급하는 공급라인; 상기 공급라인을 통해 공급되는 연마혼합재의 공급압을 조절하는 공급수단; 및 상기 워터젯 유닛의 위치를 조절하는 노즐구동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치로서 달성될 수 있다.

그리고 상기 몸체의 하단에 연결되며, 상기 워터젯 유닛의 노즐부가 돌출, 삽입되는 통로로 마련되는 개구부가 형성된 케이싱;을 더 포함하고, 상기 회전수단은 상기 케이싱 내에 설치되며, 상기 워터젯 유닛은, 상기 공급라인과 연결되어 상기 연마혼합재를 상기 파일 측으로 고압분사시키는 노즐부가 구비되는 노즐 하우징과, 상기 노즐 하우징에서 상기 노즐부를 파일의 반경방향으로 이동시키는 노즐이동수단과, 상기 노즐 하우징 일측에 구비되어 상기 노즐이동수단에 의해 상기 노즐부가 상기 파일 내면 측으로 이동되는 상황에서 접촉되어 상기 노즐부 끝단과 상기 파일 내면 사이 거리가 설정된 범위 내로 유지시키는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 노즐 하우징의 상기 케이싱 내부측에서 외부측으로, 또는 외부측에서 내부측으로 회동시키는 노즐세팅수단을 더 포함하고, 상기 가이드부는, 상기 노즐부와 길이방향으로 소정간격 이격되고, 노즐부의 외측으로 돌출된 위치에 마련되는 회전롤러와, 상기 회전롤러를 반경방향 이동을 허용하면서 상기 회전롤러를 외측 반경방향으로 탄성력을 부여하는 텐션유닛과, 상기 텐션유닛의 탄성력을 실시간으로 측정하는 텐션감지부를 포함하고, 제어부는 상기 텐션감지부에서 감지된 탄성력이 설정된 범위에 도달하면 상기 노즐이동수단을 제어하여 상기 노즐부의 반경방향 위치가 고정되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 그리퍼 유닛은 링크구조를 가지며, 상기 몸체 고정시, 상기 파일의 내면에 압박되어 접촉되는 복수의 그리퍼부재와, 고정시 상기 그리퍼 부재를 상기 파일측으로 이동시키고 해제시 상기 그리퍼 부재를 몸체 측으로 이동시키는 링크구동부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 그리퍼부재 외면에는 복수의 돌출단이 설치되고, 상기 링크구동부는, 상기 몸체 외면을 감싸며 상하로 이동되는 원통형의 이동하우징과, 상기 이동하우징의 방사방향으로 설치되어 상기 이동하우징을 상하방향으로 구동하는 구동링크를 포함하고, 상기 링크구조는, 내측끝단은 상기 구동링크와 힌지결합되고 외측끝단은 상기 그리퍼부재 일측에 힌지결합되는 연결링크와, 내측끝단이 몸체 상단 외면 일측에 설치된 상부연결단과 힌지결합되고 외측끝단이 상기 그리퍼부재 상부측과 힌지결합되는 상부링크와, 내측끝단이 몸체 하단 외면 일측에 설치된 하부연결단과 힌지결합되고 외측끝단이 상기 그리퍼부재 하부측과 힌지결합되는 하부링크를 포함하여, 상기 구동링크에 의해 상기 이동하우징이 상부측으로 이동되면 상기 그리퍼부재가 상기 파일측으로 펼쳐지고, 상기 이동하우징이 하부측으로 이동되면 상기 그리퍼부재가 상기 몸체 측으로 접혀지는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 노즐하우징 측에 구비되어 작업시 음향데이터를 측정하는 음향센서와, 노즐하우징의 진동상태를 측정하는 진동센서를 포함하고, 상기 음향센서와 상기 진동센서에서 측정된 음향신호와 진동값이 설정된 범위 내인 경우 상기 파일이 절단되었다고 판단하는 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 파일의 두께, 재질에 따라 연마혼합재에 의한 절단 중일 때의 음향데이터범위와 진동범위, 및 연마혼합재에 의한 관통 후의 음향데이터범위와 진동범위가 저장된 DB;를 더 포함하고, 상기 판단부는 상기 DB에 저장된 음향데이터범위와 진동범위를 기반으로 파일의 절단여부를 판단하며, 제어부는 상기 판단부에 의해 상기 파일이 워터젯에 의해 관통되었다고 판단된 경우, 상기 회전수단을 구동하여 노즐하우징을 원주방향으로 설정된 각도만큼 이동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치에 따르면, 고압 유체 공급라인과, 연마제 공급라인을 별로도 구비하지 않고, 설정된 배합비로 연마재와 유체가 외부에서 혼합된 상태로 공급됨으로써, 공급라인을 간소화할 수 있고, 절단장비에 그리퍼 유닛이 구비되어 관입 파일 내부에서 절단장비의 고정/해제를 용이하게 할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치에 따르면, 절단 공정시, 음향센서와 진동센서에서 측정된 데이터를 기반으로 워터젯에 의한 관입파일 관통여부를 파악하여 회전수단을 제어하여 비젼센서와 같은 장비의 투입없이 절단 과정을 원격모니터링할 수 있는 장점이 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치에 따르면, 워터넷 유닛에 가이드부와 노즐이동수단, 노즐세팅수단을 포함함으로써 워터넷의 고압분사 전에 노즐부의 정확한 세팅이 가능한 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해제시 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정시 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도,
도 3은 세팅 후, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도,
도 4는 세팅 후, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 정면도
도 5는 세팅 후, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 사시도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해제시 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고정시 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단방법의 흐름도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노즐부의 단면도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이중관 구조의 노즐부의 단면도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 공급수단의 구성도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수단의 단면도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 구성, 기능 및 그 파일 절단장치의 작동방법, 제어방법에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해제시 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정시 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도를 도시한 것이다.

또한, 도 3은 세팅 후, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도, 도 4는 세팅 후, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 정면도, 도 5는 세팅 후, 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 사시도를 도시한 것이다.

또한 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해제시 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고정시 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치의 측면도를 도시한 것이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

또한 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단방법의 흐름도를 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치(100)는, 전체적으로 몸체(10), 그리퍼유닛(20), 워터젯 유닛(50), 회전수단(80), 공급라인(1), 공급수단(90), 노즐이동수단(52)과, 노즐세팅수단(40) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

몸체(10)는 관형태로 절단의 대상이 되는 관입 파일 내부로 투입되도록 구성되며, 그리퍼유닛(20)은 몸체(10) 외측에 구비되어 절단장치(100)가 관입 파일의 절단 위치에 도달하면 몸체(10)를 파일에 고정시키고, 관입 파일의 절단 후에는 절단 장치와 파일 간의 고정을 해제할 수 있도록 구성된다.

또한 워터젯 유닛(50)은 몸체(10) 하단 일측에 구비되어, 그리퍼유닛(20)에 의한 고정 후, 연마제와 유체가 혼합된 연마혼합재를 파일 측으로 고압분사시키도록 구성된다.

그리고 회전수단(80)은 워터젯 유닛(50)을 몸체(10)의 중심축 기준으로 회전시키도록 구성되고, 공급라인(1)은 외부에서 워터젯 유닛(50)으로 유체와 설정된 비율의 연마제가 혼합된 연마혼합재를 공급하도록 구성되며, 공급수단(90)은 고압펌프 등으로 구성되어, 공급라인(1)을 통해 공급되는 연마혼합재의 공급압을 조절하도록 구성된다.

또한 노즐이동수단(52)은 그리퍼유닛(20)에 의한 절단장치 고정 후, 워터젯 유닛(50)의 위치를 조절하도도록 구성될 수 있다.

그리고 몸체(10)의 하단에는 케이싱(30)이 연결되며, 이러한 케이싱(30)에는 워터젯 유닛(50)의 노즐부(60)가 돌출, 삽입되는 통로로 마련되는 개구부(31)가 형성되어 진다. 또한 회전수단(80)은 이러한 케이싱(30) 내에 설치된다.

본 발명의 실시예에 따른 워터젯 유닛(50)은, 노즐하우징(51), 노즐이동수단(52), 가이드부(70), 노즐세팅수단(40) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

노즐하우징(51)은 공급라인(1)과 연결되어 연마혼합재를 파일 측으로 고압분사시키는 노즐부(60)가 구비된다. 그리고 노즐이동수단(52)은 노즐 하우징(51)에서 노즐부(60)를 파일의 반경방향으로 이동시킬 수 있도록 구성되며, 가이드부(70)는 노즐 하우징(51) 일측에 구비되어 노즐이동수단(52)에 의해 노즐부(60)가 상기 파일 내면 측으로 이동되는 상황에서 접촉되어 노즐부(60) 끝단과 파일 내면 사이 거리가 설정된 범위 내로 유지시키도록 구성된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노즐부(60)의 단면도를 도시한 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 노즐부(60)는 입구영역(61), 원뿔형 가속부(62), 포커싱부(63), 출구챔버(64)를 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.

바람직하게, 노즐부(60)는 입구영역(61)보다 직경이 작은 출구를 갖는 가속 노즐이다. 이것은 스트림 내의 압력이 고속 출력 스트림으로 변환될 수 있게 한다.그 효과는 노즐 입구 상의 슬러리 스트림의 직경보다 직경이 작은 출구를 형성함으로써 더 향상된다.

바람직하게, 그 노즐부(60)는 외부 말단에 일정한 직경의 포커싱부(63), 및 입구영역(61)과 그 포커싱부(63) 사이에 직경이 감소하는 원뿔형 가속부(62)를 갖춘다. 이것은 출력 스트림이 원하는 속도 및 방향 모두를 달성할 수 있게 한다. 가속부(62)의 원뿔각은 27°를 초과하지 않는다. 바람직하게, 그 원뿔각은 약 13.5°가 된다. 이것은 유효한 가속 및 유지되는 비-난류 흐름(non-turbulent flow)간 양호한 균형을 제공한다. 바람직하게, 노즐부(60)의 포커싱부(63)는 5:1보다 큰 길이:직경 비율, 바람직하게는 약 10:1보다 큰 길이:직경 비율을 갖는다. 또한, 그 길이:직경 비율이 약 30:1보다 작은 것이 바람직하다.

노즐부(60)은 포커싱부(63)보다 단단한 재료로 형성된 가속부(62)를 갖는 혼합 노즐이다. 포커싱부(63)는 난류의 도입을 방지하도록 최소 직경의 가속영역과 같거나 약간 작은 직경을 갖는다. 출구는 약 45°의 원뿔각을 갖는 출구 챔퍼(exit chamfer)(64)를 포함한다. 그와 같은 각은 출구에서의 흐름 분리를 보장하기에 충분하다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이중관(65) 구조의 노즐부의 단면도를 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 이중관(65) 구조를 가져 노즐부 외측으로 압축공기가 공급되어 고압 연마혼합재에 스파이럴류 생성영역을 갖도록 구성될 수 있다.

압축 공기를 노즐 토출구에 공급하는 환상 슬릿 형태의 압출공기토출관(66)과 이 슬릿으로부터 압축 공기 토출관(66)를 향하는 점축소의 내벽면을 마련하고, 환상 슬릿과 점축소 내벽면에 의해서 코안다 스파이럴 공기류 생성역을 구성하여 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 내관의 토출구부에도 고압수 공급용의 환상 슬릿과 토출구를 향하는 점축소 내벽면을 배치하고, 이것에 의해 고압수의 코안다 스파이럴류 생성 영역을 구성하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 혼합연마재 탱크를 구비하여, 혼합연마재 탱크 내에 연마재와 유체(물)이 설정된 비율로 혼합된 혼합연마재가 저장되고 고압펌프로 구성되는 공급수단(90)을 통해 고압의 혼합연마재가 공급라인(1)을 통해 워터젯 유닛(50)으로 공급되도록 구성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 공급수단의 구성도를 도시한 것이다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 공급수단(90)은 도 12에 도시된 바와 같이, 펌핑될 유체는 유체탱크(91)에 포함되고, 파이프를 통하여 고압 펌프(92)로 흐른다. 고압 펌프(92)가 압력을 증가시키고 고압 펌프(92)로부터의 유체 흐름의 부분이 파이프를 유동시키기 위해 전환되고 그리고 나서 유동적인 슬러리 제어밸브(94) 안으로 그리고 연마재를 포함하는 마찰성의 연마재탱크(93) 안으로. 일반적으로 10% 유동률은 마찰성의 연마재탱크(93)에 유동 파이프와 유동적인 슬러리 제어밸브(94)를 통해 디렉팅된다. 유동률은 연마제가 이용된 유체에서 중단된 채 남아 있도록 조절되는 것을 할 수 있다. 예상된 차단 시간의 실시예에서, 기준선 흐름은 연마제 농도를 18%의 유체로 제공하기 위해 모듈레이트할 수 있다. 농축물 유체 비율에 대한 다이어몬드 연마제의 유지는 용기, Garnet, 다양한 실리카, 동 슬래그, 합성 물질과 같은, 다이어몬드 연마제의 타입과 마찬가지로 본 개시물에서 중요한 요소이거나 Corundum은 사용된다. 마찰성의 연마재 탱크(93)에 디렉팅된 유체의 부피로 인해서 유체인 물과 연마제 슬러리는 충분한 벨로시티에 유지한다. 연마재는 혼합밸브(95)를 믹싱시키는 것에서의 고압 펌프(92) 유체 흐름과 혼합된다. 혼합밸브(95)가 제트 효과를 생산하며, 이로써 물을 드로잉함에 있어 진공 보조를 생성한 벤추리를 더 포함한다. 기술된 오리엔테이션으로 분사 노즐부(60)로부터 나오는 연마혼합재가 초음속 속도의 다중을 달성할 수 있게 된다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수단의 단면도를 도시한 것이다. 또한 본 발명의 실시예에 따르면 공급라인(1) 일측에 냉각수단을 포함할 수 있다. 냉각수단(2)은 단열프레임(3), 증발기(4), 냉각실(5) 등을 포함할 수 있다. 또한 공급되는 연마혼합재의 온도를 검출하는 온도 센서와, 온도 센서에서 검출된 온도에 따라서 냉각 수단의 냉각 능력을 제어함으로써 연마혼합재의 온도를 항상 일정하게 유지하는 수온 제어 수단이 설치될 수 있다. 점도가 온도로 의존하는 것을 이용하고, 예를 들면 초고압 연마혼합재를 냉각 수단으로 냉각함으로써 점도를 증대시켜 절단성을 향상시키도록 했다.

그리고 노즐 하우징(51)의 상기 케이싱(30) 내부측에서 외부측으로, 또는 외부측에서 내부측으로 회동시키는 노즐세팅수단(40)을 포함할 수 있다. 이러한 노즐세팅수단(40)은 링크구조와, 이러한 링크구조를 구동시키기 위한 유압실린더를 포함하여 구성될 수 있다.

또한 가이드부(70)는, 노즐부(60)와 길이방향으로 소정간격 이격되고, 노즐부(60)의 외측으로 돌출된 위치에 마련되는 회전롤러(71)와, 이러한 회전롤러(71)를 반경방향 이동을 허용하면서 회전롤러(71)를 외측 반경방향으로 탄성력을 부여하는 텐션유닛(72)과, 이러한 텐션유닛(72)의 탄성력을 실시간으로 측정하는 텐션감지부(73)를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 제어부(110)는 텐션감지부(73)에서 감지된 탄성력이 설정된 범위에 도달하면 노즐이동수단(52)을 제어하여 노즐부(60)의 반경방향 위치가 고정되도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장비를 통한 파일 절단방법을 설명하면, 먼저, 투입장치를 통해 파일 절단장비를 파일 내부로 투입시키게 된다(S1).

그리고 파일 절단 장치가 파일 절단 위치에 도달하면(S2), 제어부(110)가 그리퍼 유닛(20)을 작동시켜 파일 절단장치(100)를 파일 내부에서 고정시키게 된다(S3).

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 그리퍼 유닛(20)의 구성에 대해 설명하도록 한다. 그리퍼 유닛(20)은 링크구조를 가지며, 몸체(10) 고정시, 파일의 내면에 압박되어 접촉되는 복수의 그리퍼부재(21)와, 고정시 그리퍼 부재(21)를 파일측으로 이동시키고 해제시 상기 그리퍼 부재(21)를 몸체(10) 측으로 이동시키는 링크구동부를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 그리퍼부재(21) 외면에는 복수의 돌출단이 설치되고, 링크구동부는, 몸체(10) 외면을 감싸며 상하로 이동되는 원통형의 이동하우징(25)과, 이동하우징(25)의 방사방향으로 설치되어 이동하우징(25)을 상하방향으로 구동하는 복수의 구동링크(26)를 포함한다. 그리고 이러한 구동링크(26)에는 구동휠(27)이 구비되어 구동휠(27)의 구동으로 이동하우징(25)은 상하방향으로 구동될 수 있다.

또한 링크구조는 각각 구동링크(26)에 연결되어지며, 연결링크(22), 상부링크(23), 하부링크(24)를 포함하여 구성된다. 연결링크(22)는 내측끝단이 구동링크(26)와 힌지결합되고 외측끝단은 그리퍼부재(21) 일측에 힌지결합되고, 상부링크(23)는 내측끝단이 몸체(10) 상단 외면 일측에 설치된 상부연결단과 힌지결합되고 외측끝단이 그리퍼부재(21) 상부측과 힌지결합된다. 그리고 하부링크(24)는 내측끝단이 몸체(10) 하단 외면 일측에 설치된 하부연결단과 힌지결합되고 외측끝단이 그리퍼부재(21) 하부측과 힌지결합되게 된다.

다라서 구동링크(26)의 구동에 의해 이동하우징(25)이 상부측으로 이동되면 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 그리퍼부재(21)가 파일측으로 펼쳐지고, 이동하우징(25)이 하부측으로 이동되면 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 그리퍼부재(21)가 몸체(10) 측으로 접혀지게 됨을 알 수 있다.

그리고 절단장치(100)가 그리퍼 유닛(20)에 의해 파일에 고정되게 되면, 노즐세팅유닛(40)에 의해, 워터젯 노즐을 케이싱(30)의 개구부(31) 외측으로 돌출시키게 된다. 그리고 노즐이동수단(52)에 의해 워터젯 노즐의 노즐부(60)를 파일 내면에 근접해 지도록 이동시키게 된다.

즉, 노즐이동수단(52)이 노즐부(60)가 구비되는 노즐 하우징(51)을 파일의 반경방향으로 이동시키게 되고, 노즐 하우징(51) 일측에 구비된 가이드부(70)를 통해 노즐이동수단(52)에 의해 노즐부(60)가 파일 내면 측으로 이동되는 상황에서 접촉되어 노즐부(60) 끝단과 파일 내면 사이 거리가 설정된 범위 내로 유지시키게 된다(S4). 즉 앞서 언급한 바와 같이, 가이드부(70)는, 노즐부(60)의 외측으로 돌출된 위치에 마련되는 회전롤러(71)와, 상기 회전롤러(71)의 반경방향 이동을 허용하면서 회전롤러(71)를 외측 반경방향으로 탄성력을 부여하는 텐션유닛(72)과, 이러한 텐션유닛(72)의 탄성력을 실시간으로 측정하는 텐션감지부(73)를 포함하여, 제어부(110)는 텐션감지부(73)에서 감지된 탄성력이 설정된 범위에 도달하면 노즐이동수단(52)을 제어하여 노즐부(60)의 반경방향 위치가 고정되도록 한다.

그리고 공급수단(90)에 의해 외부에서 워터젯 유닛(50)으로 유체와 설정된 비율의 연마제가 혼합된 연마혼합재를 공급라인(1)으로 공급하여(S5), 공급라인(1)과 연결된 워터젯 유닛(50)의 노즐부(60)에서 파일측으로 연마혼합재를 파일측으로 고압분사하게 된다(S6).

그리고 회전수단(80)이 워터젯 유닛(50)을 상기 몸체(10)의 중심축 기준으로 회전시켜 파일을 절단시키게 된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 유닛(50)에 의한 절단과정을 제어하는 방법을 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 절단장치(100) 일측에 구비되어 작업시 음향데이터를 측정하는 음향센서(111)와, 노즐하우징(51)의 진동상태를 측정하는 진동센서(112)를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 판단부(120)는 음향센서(111)와 진동센서(112)에서 측정된 음향신호와 진동값이 설정된 범위 내인 경우 파일이 관통되었다고 판단하게 된다. 즉, 워터젯에 의한 분사과정 중, 절단이 되지 않은 상태에서의 음향신호와, 파일 관통 후에 수신되는 음향신로간에 차이가 발생되며, 판단부(120)를 이를 대비하여 관통여부를 판단하게 된다(S7).

또한 DB(113)에는 파일의 두께, 재질에 따라 연마혼합재에 의한 절단 중일 때의 음향데이터범위와 진동범위, 및 연마혼합재에 의한 관통 후의 음향데이터범위와 진동범위가 저장될 수 있고, 판단부(120)는 DB(113)에 저장된 음향데이터범위와 진동범위를 기반으로 측정된 음향신호과 대비하여, 파일의 절단, 관통여부를 판단하게 된다.

그리고 제어부(110)는 판단부(120)에 의해 파일이 워터젯에 의해 관통되었다고 판단된 경우, 회전수단(80)을 구동하여 노즐하우징(51)을 원주방향으로 설정된 각도만큼 이동시키도록 한다(S9). 즉, 분사후 관통여부를 판단하여 관통이 되었다고 판단되며, 특정각도만큼 워터텟 유닛(50)을 이동시키고, 이동 후에도 관통된 음향신호가 수신되면 파일 절단이 완료된 것으로 판단하고(S8), 특정각도 이동후 비관통 범위의 음향신호가 수신되면 워터젯 가동을 계속하여 파일을 관통절단하며, 이러한 과정은 파일절단이 완료되었다고 판단될 때까지 반복되게 된다.

파일 절단이 완료되었다고 판단되며, 연마혼합재의 공급을 중단하고(S10), 그리퍼 유닛(20)을 통해 파일과 절단장치(100) 간의 고정을 해제한 후(S11), 절단장치를 반출시키게 된다(S12).

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:공급라인
2:냉각수단
3:단열프레임
4:증발기
5:냉각실
10:몸체
20:그리퍼유닛
21:그리퍼부재
22:연결링크
23:상부링크
24:하부링크
25:이동하우징
26:구동링크
27:구동휠
30:케이싱
31:개구부
40:노즐세팅수단
50:워터젯 유닛
51:노즐하우징
52:노즐이동수단
60:노즐부
61:입구영역
62:가속부
63:포커싱부
64:출구챔버
65:이중관
66:압축공기토출관
70:가이드부
71:회전롤러
72:텐션유닛
73:텐션감지부
80:회전수단
90:공급수단
91:유체탱크
92:고압펌프
93:연마제탱크
94:제어밸브
95:혼합밸브
100:워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치
110:제어부
111:음향센서
112:진동센서
113:DB
120:판단부

Claims (7)

1. 내부로 진입하여 파일을 절단하기 위한 파일 절단장치로서,
   상기 파일 내부로 투입되는 관형태의 몸체; 상기 몸체 외측에 구비되어 상기 절단장치가 상기 파일의 절단 위치에 도달하면 상기 몸체를 상기 파일에 고정시키는 그리퍼유닛; 상기 몸체 일측에 구비되어, 상기 그리퍼유닛에 의한 고정 후, 연마제와 유체가 혼합된 연마혼합재를 상기 파일 측으로 고압분사시키는 워터젯 유닛; 상기 워터젯 유닛을 상기 몸체의 중심축 기준으로 회전시키는 회전수단; 외부에서 상기 워터젯 유닛으로 상기 유체와 설정된 비율의 연마제가 혼합된 연마혼합재를 공급하는 공급라인; 상기 공급라인을 통해 공급되는 연마혼합재의 공급압을 조절하는 공급수단; 상기 워터젯 유닛의 위치를 조절하는 노즐구동수단; 및 상기 몸체의 하단에 연결되며, 상기 워터젯 유닛의 노즐부가 돌출, 삽입되는 통로로 마련되는 개구부가 형성된 케이싱;을 포함하고, 상기 회전수단은 상기 케이싱 내에 설치되며,
   상기 워터젯 유닛은,
   상기 공급라인과 연결되어 상기 연마혼합재를 상기 파일 측으로 고압분사시키는 노즐부가 구비되는 노즐하우징과, 상기 노즐하우징에서 상기 노즐부를 파일의 반경방향으로 이동시키는 노즐이동수단과, 상기 노즐하우징 일측에 구비되어 상기 노즐이동수단에 의해 상기 노즐부가 상기 파일 내면 측으로 이동되는 상황에서 접촉되어 상기 노즐부 끝단과 상기 파일 내면 사이 거리가 설정된 범위 내로 유지시키는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 노즐하우징의 상기 케이싱 내부측에서 외부측으로, 또는 외부측에서 내부측으로 회동시키는 노즐세팅수단을 더 포함하고,
   상기 가이드부는,
   상기 노즐부와 길이방향으로 소정간격 이격되고, 노즐부의 외측으로 돌출된 위치에 마련되는 회전롤러와, 상기 회전롤러를 반경방향 이동을 허용하면서 상기 회전롤러를 외측 반경방향으로 탄성력을 부여하는 텐션유닛과, 상기 텐션유닛의 탄성력을 실시간으로 측정하는 텐션감지부를 포함하고,
   제어부는 상기 텐션감지부에서 감지된 탄성력이 설정된 범위에 도달하면 상기 노즐이동수단을 제어하여 상기 노즐부의 반경방향 위치가 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 그리퍼 유닛은 링크구조를 가지며,
   상기 몸체 고정시, 상기 파일의 내면에 압박되어 접촉되는 복수의 그리퍼부재와, 고정시 상기 그리퍼 부재를 상기 파일측으로 이동시키고 해제시 상기 그리퍼 부재를 몸체 측으로 이동시키는 링크구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 그리퍼부재 외면에는 복수의 돌출단이 설치되고,
   상기 링크구동부는,
   상기 몸체 외면을 감싸며 상하로 이동되는 원통형의 이동하우징과, 상기 이동하우징의 방사방향으로 설치되어 상기 이동하우징을 상하방향으로 구동하는 구동링크를 포함하고,
   상기 링크구조는,
   내측끝단은 상기 구동링크와 힌지결합되고 외측끝단은 상기 그리퍼부재 일측에 힌지결합되는 연결링크와, 내측끝단이 몸체 상단 외면 일측에 설치된 상부연결단과 힌지결합되고 외측끝단이 상기 그리퍼부재 상부측과 힌지결합되는 상부링크와, 내측끝단이 몸체 하단 외면 일측에 설치된 하부연결단과 힌지결합되고 외측끝단이 상기 그리퍼부재 하부측과 힌지결합되는 하부링크를 포함하여,
   상기 구동링크에 의해 상기 이동하우징이 상부측으로 이동되면 상기 그리퍼부재가 상기 파일측으로 펼쳐지고, 상기 이동하우징이 하부측으로 이동되면 상기 그리퍼부재가 상기 몸체 측으로 접혀지는 것을 특징으로 하는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 노즐하우징 측에 구비되어 작업시 음향데이터를 측정하는 음향센서와, 노즐하우징의 진동상태를 측정하는 진동센서를 포함하고,
   상기 음향센서와 상기 진동센서에서 측정된 음향신호와 진동값이 설정된 범위 내인 경우 상기 파일이 절단되었다고 판단하는 판단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   파일의 두께, 재질에 따라 연마혼합재에 의한 절단 중일 때의 음향데이터범위와 진동범위, 및 연마혼합재에 의한 관통 후의 음향데이터범위와 진동범위가 저장된 DB;를 더 포함하고,
   상기 판단부는 상기 DB에 저장된 음향데이터범위와 진동범위를 기반으로 파일의 절단여부를 판단하며,
   제어부는 상기 판단부에 의해 상기 파일이 워터젯에 의해 관통되었다고 판단된 경우, 상기 회전수단을 구동하여 노즐하우징을 원주방향으로 설정된 각도만큼 이동시키는 것을 특징으로 하는 워터젯을 이용한 비접촉식 파일 절단장치.
   
   

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