KR102593198B1 - 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리에 관한 것으로, 제진기에서 회전되면서 스크린에 걸러진 협잡물을 수거하여 제거하는 레이크 날개를 갖는 레이크 어셈블리의 제조방법으로서, 레이크 날개는 정형화된 리니어 탄소섬유와, 부정형의 매트 탄소섬유, 리니어 탄소섬유를 금형에 차례로 적층하여 구비한 후, 수지를 함침시켜 사출 성형하는 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리를 제공한다.
Description
본 발명은 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이크 어셈블리를 탄소섬유를 함유한 강화 플라스틱 재질로 제조되어 레이크 어셈블리의 강성을 보강한 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로, 제진기는 배수 펌프장, 오폐수 처리장, 상수도 취수장 및 댐 등에 설치되어 수류와 함께 부유하는 협잡물('진개물' 또는 '진개오물'이라고도 하며, 이하에서는 "협잡물"로 통칭한다)을 스크린에 의해 거른 다음, 걸러진 협잡물을 레이크로 걷어올려 수거하고, 수거된 협잡물을 컨베이어를 통해 외부로 배출시켜 제거하는 장치이다.
이러한 종래의 제진기는 로터리 타입의 제진기가 대표적으로 사용되고 있고, 도 1에는 이와 같은 종래의 로터리 타입 제진지가 도시돼 있다.
종래의 제진기는 도 1에 도시한 바와 같이, 양 프레임(30) 사이에 설치되는 스크린(10)이 구비되고, 스크린의 상측에는 후방으로 절곡된 평탄한 에이프런(40)이 연결되며, 스크린(10)에서 걸러진 협잡물을 인양하여 수거하는 다수의 레이크(20)가 설치되는 레이크 체인(엔드리스 체인)이 구동 스프로킷(60)에 연결되고, 구동 스프로킷(60)은 구동모터(70)에 의해 회전되며, 레이크(20)에 의해 수거된 협잡물은 이송 컨베이어(80)에 의해 처리 구역으로 이송된다.
이러한 스크린(10)에는 일정 간격으로 나란히 나열돼 있는 스크린바가 구비되고, 레이크(20)에는 스크린(10)의 스크린바 사이를 통과하면서 스크린에 걸러진 협잡물을 수거하여 제거하는 다수의 레이크날이 일정 간격으로 나란하게 나열되어 구비된다.
한편, 구동모터(70)는 양 프레임(10) 상에서 레이크(20)를 회전시키는 장치로서, 이에 스프로킷휠과 레이크 체인이 연결되어 구비되고, 레이크 체인은 양 프레임(30)의 내측면에 각각 구비되어 구동모터(70)에 의해 각 프레임(30) 상에서 무한 반복 회전된다.
그리고, 레이크(20)는 그 양단부가 레이크 체인에 각각 고정되게 설치됨으로써, 레이크(20)가 레이크 체인과 같이 일체로 회전된다.
이로써, 레이크(20)는 각각의 레이크날이 스크린(10)의 스크린바 사이를 통과하면서 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 수거한 후, 상부로 이동되어 컨베이어(80)로 배출시키게 된다.
하지만, 종래의 제진기에 구비되는 레이크(20)는 도 1에서와 같이, 스테인리스의 판형 소재를 레이저 커팅하여 하나의 플레이트에 다수의 레이크날을 일체로 성형하여 제작하는데, 이러한 레이크는 플레이트에서 돌출된 레이크날에만 하중이 집중되기 때문에 큰 힘의 하중에 의해 레이크날이 휘어져 변형되거나 파손되는 단점이 있다.
이에 따라, 종래의 레이크에는 레이크날의 하부에는 강도 보강을 위한 별도의 보강재가 용접되어 구비되기도 하는데, 이 경우는 레이크(20)의 제작 및 유지보수에 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다.
게다가, 레이크(20)를 이루는 하나의 플레이트에 다수의 레이크날이 일체로 구비돼 있으므로 다수의 레이크날 중 일측 레이크날이 파손된 경우 레이크(20) 전체를 교체해야 하기 때문에, 많은 유지보수 비용과 작업시간이 소요되는 단점이 있다.
그리고, 종래의 제진기에 구비되는 레이크(20)에는 도 1에서와 같이, 레이크플레이트에서 레이크날이 단순히 직선 형태로만 돌출돼 있기 때문에, 스크린(10)을 따라 회전되는 레이크(20)의 레이크날이 스크린에 걸러진 협잡물을 스크린(10)에서 빼내 수거하는 과정에서 유체와의 간섭(충돌) 등으로 인해 레이크날에 걸림된 협잡물이 레이크날에서 쉽게 빠져 이탈되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 탄소섬유를 함유한 강화 플라스틱 재질로 레이크 어셈블리를 제조함으로써 레이크 어셈블리를 경량화하면서도 강성을 보강한 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명의 다른 목적으로는, 레이크 어셈블리에 구성되는 레이크 날개를 레이크 프레임에 조립하여 구비함으로써 레이크 어셈블리의 제작 및 유지보수가 간편한 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리를 제공하는데 있다.
또, 본 발명의 또 다른 목적으로는, 스크린에 걸러진 협잡물을 수거하는 레이크 어셈블리의 레이크 날개에 복수의 돌기가 돌출 형성되어 스크린으로부터 수거된 협잡물이 견고히 걸림된 상태로 이동됨으로써 협잡물 수거 효율을 향상시킬 수 있는 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이크 어셈블리 제조방법은, 제진기에서 회전되면서 스크린에 걸러진 협잡물을 수거하여 제거하는 레이크 날개를 갖는 레이크 어셈블리의 제조방법으로서, 레이크 날개는 정형화된 리니어 탄소섬유와, 부정형의 매트 탄소섬유, 리니어 탄소섬유를 금형에 차례로 적층하여 구비한 후, 수지를 함침시켜 사출 성형하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 레이크 날개에는 수거된 협잡물이 걸림되는 메인돌기와 보조돌기가 돌출 형성되되, 메인돌기와 보조돌기는 부정형의 매트 탄소섬유가 구비된 상태에서 수지가 합침되어 사출 성형될 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이크 어셈블리는, 상기와 같은 제조방법으로 제조되어, 제진기의 레이크 체인에 고정되어 스크린을 따라 회전되면서 스크린에 걸러진 협잡물을 수거하여 제거하는 레이크 어셈블리로서, 레이크 어셈블리는 레이크 체인에 결합 고정되는 레이크 프레임; 레이크 프레임에 착탈 가능하게 결합되어 구비되는 한편 스크린에 걸러진 협잡물을 인양하여 수거하는 레이크 날개;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 레이크 날개에는 레이크 프레임에 결합 고정되는 조립블록이 구비되고, 조립블록에는 돌출되는 날개판이 구비되며, 날개판은 레이크 날개의 이동 방향으로 돌출되어 기울어지게 형성될 수 있다.
게다가, 날개판에는 그 선단부에 돌출되어 수거된 협잡물이 걸림되는 메인돌기가 구비될 수 있으며, 이와 더불어 날개판에는 메인돌기와 이격된 일측에 돌출되어 수거된 협잡물이 걸림되는 보조돌기가 더 구비될 수도 있다.
또한, 날개판의 테두리에는 날개판보다 두꺼운 두께를 갖는 보강부가 형성될 수 있으며, 보강부는 환형 보강부로 형성되고, 환형 보강부는 협잡물이 걸림되어 수거되는 측이 반대편 측보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 날개판에는 레이크 날개의 이동 방향과 나란히 돌출되어 날개판을 보강하는 힘살부가 형성될 수 있으며, 힘살부는 레이크 날개의 이동 방향을 기준으로 선단부에서 말단부로 갈수록 직경이 점차 작아지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 레이크 어셈블리 제조방법 및 그로부터 제조된 레이크 어셈블리에 따르면, 레이크 어셈블리에 구성되는 레이크 날개를 탄소섬유를 함유한 강화 플라스틱 재질로 제조함으로써 레이크 어셈블리를 경량화하면서도 강성을 보강하여 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이크 어셈블리에 구성되는 레이크 날개를 별개로 제작하여 레이크 프레임에 조립함으로써 레이크 어셈블리의 제작 및 유지보수가 간편하게 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 스크린에 걸러진 협잡물을 수거하는 레이크 어셈블리에 메인돌기와 보조돌기가 각각 상방으로 돌출되어 형성됨으로써 메인돌기와 보조돌기에 의해 스크린에 걸러진 협잡물을 한번에 최대한 많이 수거할 수 있고, 수거된 협잡물은 메인돌기와 보조돌기에 의해 견고히 걸림된 상태로 이동되므로 협잡물의 수거 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 제진기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이크 어셈블리를 도시한 결합도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이크 어셈블리를 도시한 분리도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이크 어셈블리에 구성되는 레이크 날개를 제작하기 위한 제조방법의 공정도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 레이크 날개의 일례로 프론트 레이크 날개의 내부 구조를 도시한 평면 및 정면 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 프론트 레이크 날개의 구조 해석도로서, 도 6a는 프론트 레이크 날개에 작용하는 폰 미제스 응력의 분포도이고, 도 6b는 주응력의 분포도이며, 도 6c는 선형변위의 분포도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 리어 레이크 날개의 구조 해석도로서, 도 7a는 리어 레이크 날개에 작용하는 폰 미제스 응력의 분포도이고, 도 7b는 주응력의 분포도이며, 도 7c는 선형변위의 분포도이다.
도 8은 본 발명에 따른 레이크 어셈블리에 구성되는 프론트 레이크 날개를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 프론트 레이크 날개를 도시한 구성도이다.
도 10은 본 발명에 따른 리어 레이크 날개를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 리어 레이크 날개를 도시한 구성도이다.
도 12는 본 발명에 따른 레이크 어셈블리의 평단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 레이크 날개를 시험한 시험성적서이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이크 어셈블리를 도시한 결합도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이크 어셈블리를 도시한 분리도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이크 어셈블리에 구성되는 레이크 날개를 제작하기 위한 제조방법의 공정도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 레이크 날개의 일례로 프론트 레이크 날개의 내부 구조를 도시한 평면 및 정면 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 프론트 레이크 날개의 구조 해석도로서, 도 6a는 프론트 레이크 날개에 작용하는 폰 미제스 응력의 분포도이고, 도 6b는 주응력의 분포도이며, 도 6c는 선형변위의 분포도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 리어 레이크 날개의 구조 해석도로서, 도 7a는 리어 레이크 날개에 작용하는 폰 미제스 응력의 분포도이고, 도 7b는 주응력의 분포도이며, 도 7c는 선형변위의 분포도이다.
도 8은 본 발명에 따른 레이크 어셈블리에 구성되는 프론트 레이크 날개를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 프론트 레이크 날개를 도시한 구성도이다.
도 10은 본 발명에 따른 리어 레이크 날개를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 리어 레이크 날개를 도시한 구성도이다.
도 12는 본 발명에 따른 레이크 어셈블리의 평단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 레이크 날개를 시험한 시험성적서이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 도 2 내지 도 13b는 본 발명에 따른 제진기에 구성되는 레이크 어셈블리 및 이의 제조방법의 공정도 등을 도시한 도면이다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 종래기술과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 레이크 어셈블리가 적용되는 제진기는 도 1에서와 같이, 양 프레임(30) 사이에 구비되는 스크린(10)과, 스크린(10)과 양 프레임(30) 사이에서 회전되게 구비되는 레이크 체인과, 레이크 체인에 결합 고정되어 레이크 체인과 같이 회전되면서 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 인양하여 수거하는 레이크 어셈블리(100)를 포함한다.
이러한 레이크 어셈블리(100)는 제진기의 스크린(10)을 따라 무한 반복 회전되면서 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 수거하여 제거하게 된다.
구체적으로, 레이크 어셈블리(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제진기의 양 프레임(30)에서 무한 반복 회전되는 레이크 체인에 결합 고정되는 레이크 프레임(200)과, 레이크 프레임(200)에 착탈 가능하게 결합되어 구비되는 한편 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 인양하여 수거하는 레이크 날개(300)(300a)를 포함한다.
레이크 프레임(200)은 중공의 각관으로 구비되고, 양측면 중 전면에는 프론트 레이크 날개(300)가 설치되어 구비되며, 후면에는 리어 레이크 날개(300a)가 설치되어 구비된다.
이러한 레이크 프레임(200)의 양측면에는 관통된 체결구(201)가 동일 선상으로 위치되게 구비되고, 양측면의 체결구(201)에는 롱볼트로 이루어진 체결볼트(210)가 관통 결합되며, 양 체결구(201)를 관통한 체결볼트(210)의 단부에는 체결너트(211)가 체결되어 결합됨으로써, 레이크 프레임(200)의 양측면에 프론트 레이크 날개(300) 및 리어 레이크 날개(300a)를 고정시키게 된다.
이로써, 레이크 프레임(200)과 같이 회전되는 프론트 레이크 날개(300) 및 리어 레이크 날개(300a)는 스크린(10)의 전,후면에서 각 스크린바 사이를 통과하면서 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 수거하여 제거하게 된다.
한편, 상기와 같이 레이크 어셈블리(100)에 구성되는 레이크 날개(300)(300a)는 탄소섬유를 함유한 플라스틱 재질로 제작되어, 레이크 어셈블리(100)를 경량화하면서도 우수한 강성을 유지할 수 있게 된다.
이러한 레이크 날개(300)(300a)는 도 5에 도시된 바와 같이, 직선형으로 정형화된 리니어 탄소섬유(360)를 양측에 각각 구비하여 적층하고, 양 리니어 탄소섬유(360) 사이에 부정형의 매트 탄소섬유(370)를 구비하여 적층한 다음, 적층된 탄소섬유(360)(370)들에 수지를 함침하여 사출 성형하게 된다.
상기와 같은 레이크 날개(300)(300a)의 제조방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 레이크 날개(300)(300a)를 성형하기 위한 상형금형 및 하형금형의 사출면에 이형제를 도포하는 단계, 이형제가 도포된 하형금형의 사출면에 리니어 탄소섬유(360), 매트 탄소섬유(370), 리니어 탄소섬유(360)를 차례로 투입하여 적층하는 단계, 탄소섬유(360)(370)가 적층된 하형금형에 상형금형을 결합하는 단계, 결합된 금형 내로 수지를 주입하여 함침시키는 단계, 수지 함침된 사출물을 상온에서 경화시켜 완성하는 단계를 포함한다.
여기서, 이형제는 컴트렌드(chem trend)를 사용하고, 수지는 불포화 폴리에스테르(Polynt Composites KOREA)를 사용한다.
상기와 같은 불포화 폴리에스테르 수지는 불포화산을 함유하고 이것에 포화 다염기산을 병용하여 다가알코올과 에스테르화하여 얻어지는 불포화 알키드를 중합성 단량체에 용해하여 얻어지는 열경화성 액상수지로서, 취급이 용이하고 자유로이 경화성을 조정할 수 있으며, 낮은 점도와 뛰어난 기계적 및 전기적 성질, 내수성, 내산성의 우수한 물성을 갖는 특징이 있으므로, 플라스틱 제품의 성형에 유리한 이점이 있다.
그리고, 상기와 같은 제조방법 중, 수지 함침 후 사출물의 경화는 상온에서 15분 경화 후 오븐에서 70℃로 2시간 동안 후경화하는 것이 바람직하다. 이는, 수치 함침된 사출물을 상온에서 충분히 냉각하여 경화시킴으로써 사출물의 후변형이나 성형품의 치수 변화를 방지하거나 최소화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 레이크 날개(300)(300a)는 몸체를 구성하는 날개판(310)(310a)과, 날개판(310)(310a)의 상단부에서 이의 이동 방향 즉 상방향으로 돌출된 메인돌기(330) 및 보조돌기(340)를 포함하는 바, 이때 메인돌기(330)와 보조돌기(340)는 매트 탄소섬유(370)가 투입되어 구비된 상태에서 수지 주입에 의한 함침 후 경화되어 성형된다.
이때, 본 실시예에서는 레이크 날개(300)(300a)의 메인돌기(330)와 보조돌기(340)에는 부정형의 매트 탄소섬유(370)만 구비하여 성형한 것을 일례로 예시하여 설명하지만, 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a)과 같이 리니어 탄소섬유(360)와 매트 탄소섬유(370)를 적층한 상태로 성형할 수도 있다. 다만, 메인돌기(330) 및 보조돌기(340)는 상대적으로 날개판(310)(310a)에 비해 면적이 매우 작으므로 협소한 설치공간으로 인해 리니어 탄소섬유(360)를 해당 간격에 맞게 잘라 구비함에 있어 많은 작업공수가 수반되어 작업성이 현저히 떨어지기 때문에, 이런 작업성 측면을 감안하여 부정형의 매트 탄소섬유만 적용한 것이다.
한편, 상기와 같이 제작된 레이크 날개(300)(300a)의 구조 해석을 보면 아래와 같다.
[해석조건]
- 작용하중 : 3.815kN (레이크 어셈블리(100) 전체에 작용하는 하중)
- 하중을 레이크 날개(300)(300a) 끝단에 집중 부여하는 악조건으로 해석
- Nodes and Elements
| 구분 | Nodes | Elements |
| 프론트 레이크 날개 | 9,610 | 37,842 |
| 리어 레이크 날개 | 5,858 | 23,356 |
| 레이크 프레임 | 48,939 | 151,583 |
[해석수행]
- 프론트 레이크 날개(300)
1. 폰 미제스 응력(Von Mises stress)
해석결과, 도 6a에 나타난 바와 같이, 프론트 레이크 날개(300)의 날개판(310) 외측 선단부와 후술될 조립블록(350)에 접하는 날개판(310)의 내측 상부 모서리 측에 집중 응력이 발생하였다.
그리고, 최대 응력값은 61.9MPa로 날개판(310)과 조립블록(350)이 만나는 모서리 측에서 발생하였다.
2. 주응력(Stress principal)
해석결과, 도 6b에 나타난 바와 같이, 프론트 레이크 날개(300)의 날개판(310) 및 조립블록(350)의 상부에 주로 응력이 발생하였고, 조립블록(350)에 근접할수록 응력 값이 증가하는 분포를 보였다.
그리고, 최대 응력값은 64.4MPa로 날개판(310)과 조립블록(350)이 만나는 모서리 측에서 발생하였다.
3. 선형변위(Translational displacement)
도 6c에서 보듯이, 최대 변위값은 0.361㎜로 하중이 작용하는 프론트 레이크 날개(300)의 날개판(310) 선단부에서 발생하였다.
- 리어 레이크 날개(300a)
1. 폰 미제스 응력(Von Mises stress)
해석결과, 도 7a에 나타난 바와 같이, 프론트 레이크 날개(300)와 유사하게 날개판(310a) 외측 선단부와 조립블록(350)에 접하는 날개판(310a)의 내측 상부 모서리 측에 집중 응력이 발생하였다.
그리고, 프론트 레이크 날개(300)와는 달리 날개판(310a)의 길이가 짧아 날개판(310a)의 선단부에서 최대 응력이 발생하였으며, 응력 값은 37.8MPa로 발생되었다.
2. 주응력(Stress principal)
해석결과, 도 7b에 나타난 바와 같이, 프론트 레이크 날개(300)와 유사한 응력분포를 보였으며, 최대 응력값은 40.7MPa로 날개판(310a)과 조립블록(350)이 접하는 모서리 측에서 발생하였다.
3. 선형변위(Translational displacement)
도 7c에서 보듯이, 최대 변위값은 0.211㎜로 하중이 작용하는 리어 레이크 날개(300a)의 날개판(310a) 선단부에서 발생하였다.
- 레이크 프레임(200)
STS304 소재로 형성된 레이크 프레임(200)의 해석결과, 폰 미제스 응력의 최대 응력값은 6.44MPa, 주응력의 최대 응력값은 8.6MPa, 선형변위의 최대 변위값은 0.0247㎜로 발생하였다.
[해석결과]
- 결과값
| 구분 | 폰 미제스 응력 (Von Mises stress) Max. (MPa) |
주응력 (Stress principal) Max. (MPa) |
선형변위(Translational displacement) Max. (MPa) |
| 프론트 레이크 날개 | 61.9 | 64.4 | 0.361 |
| 리어 레이크 날개 | 37.8 | 40.7 | 0.211 |
| 레이크 프레임 | 6.4 | 8.6 | 0.025 |
- 분석 및 결론
1. 해석에 적용한 작용하중은 구조 계산을 통해 산출된 3.815kN으로 레이크 어셈블리(100) 전체에 작용하는 하중이다. 하지만, 레이크 날개(300)(300a)와 레이크 프레임(200) 해석에 각각 3.815kN을 적용함으로써 실제 작용하는 하중보다 큰 하중을 적용하였다.
2. 레이크 날개(300)(300a) 해석시 작용 하중을 날개판(310)(310a)의 상단부 전체에 균일하게 부여하지 않고, 날개판(310)(310a)의 끝단부에 집중하여 부여하였다.
3. 본 발명에 따른 레이크 날개(300)(300a)를 이루는 소재의 인장강도는 614MPa(시험성적서 참조)이므로, 안전율은 프론트 레이크 날개(300)는 9, 리어 레이크 날개(300a)는 16 이상이다.
4. 레이크 프레임(200)을 이루는 STS304 소재의 인장강도는 520MPa이므로, 레이크 프레임(200)의 안전율은 81 이상이다.
5. 결론적으로, 실제보다 큰 작용 하중과 악조건으로 해석을 수행하였음에도 상기와 같이 발생 응력값이 작고, 그에 따른 안전율이 높게 나타난 것을 보아, 본 발명에서와 같이 탄소섬유를 함유한 강성 플라스틱으로 레이크 날개(300)(300a)를 성형하고, 이 레이크 날개(300)(300a)를 STS304 소재의 레이크 프레임(200)에 조립하여 장착하여도 충분한 강성 설계가 이루어짐을 알 수 있다.
또한, 상기와 같은 구조 해석에 따른 설계 데이터를 토대로 시편을 제작하여 한국탄소산업진흥원(kcarbon)에 아래와 같이 시험을 의뢰하였다.
먼저, 본 발명에 따라 탄소섬유가 작용된 레이크 날개(300)(300a)의 시편을 아래와 같이 제작하였다.
[시편 개요]
- 시편규격 : ASTM D3039/D3039M-08
(Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials)
- 탄소섬유 : 수지 = 50:50
- 제조공법
* Hand Lay-up
* 상온 경화
- Tab부착 : L=56㎜, T=1.5㎜
- 시편형태
[시편 제작]
- 이형제 : 컴트렌드(Chem Trend)
- 수지 : 불포화 폴리에스테르 (Polynt Composites KOREA)
<제작 시편 3종 15개>
[인장 시험]
- 시편 파손 형상
<0°> <30°> <45°>
[시험 결과]
- 결과분석
도 13a 및 도 13b의 시험성적서에 나타난 바와 같이, 길이 방향에 대해 0° 방향 섬유를 적층한 시편의 인장강도가 614MPa로 가장 높은 결과가 나타났음을 알 수 있다.
한편, 상기와 같은 제조방법으로 제작된 레이크 어셈블리(100)의 레이크 날개(300)(300a)는 탄소섬유를 함유한 강화 플라스틱 재질로서, 레이크 어셈블리(100)를 경량화할 수 있으면서도 우수한 강성을 유지할 수 있게 된다.
이러한 레이크 날개(300)(300a)는 레이크 프레임(200)의 전면과 후면에 각각 설치되는 프론트 레이크 날개(300)와 리어 레이크 날개(300a)로 각각 구비되어 대별된다.
특히, 레이크 날개 중 프론트 레이크 날개(300)는 스크린(10)의 외측으로 돌출되게 구비되는 레이크 날개이고, 리어 레이크 날개(300a)는 스크린(10)의 내측으로 돌출되게 구비되는 레이크 날개로서, 프론트 레이크 날개(300)는 스크린(10)에 걸러진 대부분의 협잡물을 수거하는 주 기능을 담당하고, 리어 레이크 날개(300a)는 프론트 레이크 날개(300)를 지난 나머지 협잡물을 수거하는 보조 기능을 담당하게 된다.
한편, 상기와 같은 레이크 날개 즉 프론트 레이크 날개(300)와 리어 레이크 날개(300a)는 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 레이크 프레임(200)에 각각 결합 고정되는 조립블록(350)과, 각 조립블록(350)에서 외측으로 각각 돌출되게 구비되는 날개판(310)(310a)을 포함한다.
여기서, 프론트 레이크 날개(300)와 리어 레이크 날개(300a)는 날개판(310a)의 크기와 더불어 후술될 일부 구성 요소에 대해서는 개수의 차이(보조돌기(340)의 유무와 힘살부(320)의 개수)만 있을 뿐, 나머지 대부분의 구성은 서로 대동소이한 형상과 구조로 형성돼 있으므로, 하기에서는 프론트 레이크 날개(300)의 설명으로 리어 레이크 날개(300a)의 설명을 대신하기로 한다.
먼저, 조립블록(350)은 후술될 마운팅브라켓(400)을 매개로 레이크 프레임(200)에 결합 고정되어 구속되는 구성으로서, 사각의 프레임으로 형성된다.
그리고, 날개판(310)(310a)은 조립블록(350)의 전면에서 전방으로 돌출되는 구성으로서, 조립블록(350)보다 작은 폭으로 돌출된 판이 수직하게 세워진 형태로 구비된다.
이러한 날개판(310)(310a)은 조립블록(350)에서 돌출된 외측 선단부가 레이크 날개(300)(300a)의 이동 방향 측으로 상향 경사져 기울어지도록 형성된다.
즉, 날개판(310)(310a)은 이의 상단부와 하단부가 외측 상방으로 기울어지도록 상향 경사지게 형성될 뿐 아니라 날개판(310)(310a)의 상단부와 하단부를 연결하는 외측단부가 하단부에서 상단부 측으로 갈수록 점차 외측으로 기울어지는 경사를 갖도록 형성됨으로써, 제진기의 스크린(10) 하측을 돌아 상측으로 이동되는 각 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a)이 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 모두 걸어 수거한 상태로 이동되므로 협잡물의 수거 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
게다가, 날개판(310)(310a)의 상단부 선단에는 외측 상방으로 기울어져 돌출된 메인돌기(330)가 형성되고, 메인돌기(330)와 이격된 날개판(310)의 상단부 일측에는 상방으로 돌출된 보조돌기(340)가 형성된다.
메인돌기(330)는 도 9 및 도 11에서와 같이, 날개판(310)(310a)의 상단부에서 외측 전방으로 기울어지는 상향 경사진 경사면을 갖는 직각삼각형의 형태로 돌출 형성되어, 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 원활히 수거할 수 있을 뿐 아니라 수거된 협잡물이 메인돌기(330)에 견고히 걸림되어 고정된 상태로 이송되는 이점이 있다.
그리고, 보조돌기(340)는 날개판(310)의 상단부에서 상방으로 돌출된 정삼각형이나 이등변삼각형의 형태로 돌출 형성되어, 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 메인돌기(330)와 더불어 분리 수거할 수 있고, 이 역시도 수거된 협잡물이 견고히 걸림되어 고정된 상태로 이송되는 이점이 있다.
여기서, 상기와 같은 보조돌기(340)는 프론트 레이크 날개(300) 및 리어 레이크 날개(300a)에 모두 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 프론트 레이크 날개(300)에 비해 상대적으로 작은 크기(면적)을 갖는 리어 레이크 날개(300a)에는 보조돌기(340)없이 메인돌기(330)만 형성된 것을 일례로 예시하여 설명한다.
또한, 상기와 같은 날개판(310)(310a)은 전 테두리에 날개판(310)(310a)보다 두꺼운 두께를 갖는 보강부가 형성되고, 이 보강부는 원형 단면을 갖는 환형 보강부(311)(312)(313)(이하 "환형 보강부"라 한다)로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 환형 보강부(311)(312)(313)는 환형 이외의 다양한 형상으로 형성될 수도 있지만, 제진기의 설치 특성상 각 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a)에 형성된 보강부는 환형 즉 원형 단면으로 형성되는 것이 바람직하다.
이는, 제진기에 설치되는 레이크 어셈블리(100)가 스크린(10)을 따라 무한 반복 회전되고, 레이크 어셈블리(100)의 회전에 의해 각 레이크 날개(300)(300a)가 수중을 아래에서 위로 통과하게 되는데, 이때 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a)에는 빠른 유속으로 인한 큰 항력이 작용하게 되지만, 수중을 통과하는 날개판(310)(310a)의 환형 보강부(311)(312)(313)가 유선형으로 형성돼 있으므로 유체가 환형 보강부(311)(312)(313)를 원활한 흐름으로 신속히 지나게 됨으로써, 레이크 날개(300)(300a)에 작용하는 물의 저항이 감소되고, 이에 따라 레이크 어셈블리(100)를 회전시키는 구동부의 부하를 저감시킬 수 있게 된다.
따라서, 협잡물이 레이크 어셈블리(100)의 각 레이크 날개(300)(300a) 사이에 끼임되어 막히는 목메임 현상이 방지되므로, 본 발명의 레이크 어셈블리(100)에 의해 제진기의 제진 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기와 같은 환형 보강부(311)(312)(313)는 협잡물이 걸림되어 수거되는 상측이 반대편의 하측보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 형성됨이 바람직하다.
이는, 스크린(10)에 걸러진 협잡물이 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a) 상단부에 걸림되어 수거되므로 상대적으로 큰 하중을 받는 날개판(310)(310a) 상단부의 상측 환형 보강부(311)를 하단부의 하측 환형 보강부(312)보다 두꺼운 두께로 형성함으로써 물의 저항력 및 하중에 대한 날개판(310)(310a)의 강성을 보강할 수 있게 된다.
게다가, 레이크 어셈블리(100)가 수중을 통과할 때, 각 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a)의 상측 환형 보강부(311)가 먼저 수중을 통과하고 날개판(310)(310a)의 하측 환형 보강부(312)는 상측 환형 보강부(311)를 뒤따라 통과하게 되므로 날개판(310)(310a)의 상측 환형 보강부(311)를 하측 환형 보강부(312)보다 두꺼운 두께로 형성함으로써 물의 저항이 날개판(310)(310a)의 상측 환형 보강부(311)에만 작용되므로 날개판(310)(310a)에 작용하는 물의 저항을 최소화할 수 있게 된다.
그리고, 상기와 같은 상측 및 하측 환형 보강부(311)(312)는 조립블록(350) 측에서 외측 단부로 갈수록 그 직경이 점차 작아지도록 형성되고, 상측 환형 보강부(311)와 하측 환형 보강부(312)를 연결하는 외측 단부에 형성되는 중간 환형 보강부(313)는 상측 환형 보강부(311)에서 하측 환형 보강부(312) 측으로 갈수록 그 직경이 점차 작아지도록 형성된다.
따라서, 날개판(310)(310a)은 전 테두리에 유선형의 환형 보강부(311)(312)(313)가 형성됨으로써 날개판(310)(310a)이 수중을 통과할 때 날개판(310)(310a)에 작용하는 물의 저항이 최소화되어 날개판(310)(310a)이 수중을 원활히 통과할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a)에는 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상하 종방향으로 형성된 힘살부(320)가 양측으로 돌출되게 구비된다.
이러한 힘살부(320)는 원형 또는 반원의 단면 형태로 돌출 형성됨이 바람직하다. 즉, 힘살부(320)는 원형이나 반원 이외의 다양한 형상으로 형성될 수도 있지만, 각 날개판(310)(310a)이 수중을 아래에서 위로 통과하는 특성상 물의 저항을 가장 적게 받는 원형이나 반원의 형상으로 형성되는 것이 가장 바람직하다.
그리고, 상기와 같은 힘살부(320)는 레이크 날개(300)(300a)의 이동 방향을 기준으로 선단부(상단부)에서 말단부(하단부)로 갈수록 직경이 점차 작아지도록 형성됨이 바람직하다.
이는, 날개판(310)(310a)이 수중을 아래에서 위로 통과하면서 날개판(310)(310a)의 상측 환형 보강부(311)에 협잡물이 걸림되어 수거되므로 날개판(310)(310a)의 상측에 모든 하중이 작용되는 점을 감안하여 날개판(310)(310a)의 상측부를 보강하기 위한 것이다.
이러한 힘살부(320)는 날개판의 면적(길이)이 상대적으로 큰 프론트 레이크 날개(300)의 날개판(310)에는 다수개가 구비되고, 날개판의 면적(길이)이 상대적으로 작은 리어 레이크 날개(300a)의 날개판(310a)에는 단독으로 구비될 수 있다.
특히, 힘살부(320)가 다수개로 구비되는 프론트 레이크 날개(300)의 경우에는 다수의 힘살부(320)가 상측 및 하측 환형 보강부(311)(312)에 비례하는 직경으로 형성될 수 있다. 즉, 다수의 힘살부(320) 중 조립블록(350)에 근접한 내측부의 힘살부(320)는 원거리로 이격된 날개판(310) 외측부의 힘살부(320)보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 형성되는 바, 이는 날개판(310)에 하중이 작용될 시 날개판(310)과 조립블록(350)의 연결부에 가장 큰 전단력이 작용하기 때문에 이를 보강하기 위한 것이다.
한편, 상기와 같은 레이크 날개(300)(300a)는 플라스틱 재질로 형성됨에 따라 별도의 마운팅브라켓(400)을 매개로 하여 레이크 프레임(200)에 구비된다.
마운팅브라켓(400)은 도 3 및 도 12에 도시된 바와 같이, 레이크 날개(300)(300a)의 조립블록(350)이 삽입되어 결합되는 지지브라켓(410)과, 지지브라켓(410)의 양측에 각각 결합 고정되어 외측으로 돌출되게 구비되는 고정브라켓(420)을 포함한다.
지지브라켓(410)은 전면 중앙부와 후면이 개구된 링 형태로 이루어진 직육면체의 브라켓으로 형성되어, 레이크 날개(300)(300a)의 조립블록(350)이 지지브라켓(410) 내에 삽입되어 구비되고, 날개판(310)(310a)은 지지브라켓(410)을 관통하여 전방으로 돌출되게 구비된다.
고정브라켓(420)은 수직부와 수평부로 이루어진 "ㄴ"자 형상으로 형성되어, 수직부는 지지브라켓(410)의 양측에 각각 용접 고정되어 결합되고, 수평부는 지지브라켓(410)의 후방으로 위치되어 레이크 프레임(200)에 결합 고정된다.
이때, 고정브라켓(420)의 수평부에는 레이크 프레임(200)의 체결구(201)에 대응한 체결공(421)이 천공되어 구비된다.
이로써, 체결볼트(210)는 그 선단부가 프론트 측 고정브라켓(420)의 체결공(421)과, 레이크 프레임(200)의 체결구(201) 및 리어 측 고정브라켓(420)의 체결공(421)을 관통하여 구비되고, 관통된 체결볼트(210)의 선단부에는 체결너트(211)가 체결되어, 프론트 레이크 날개(300) 및 리어 레이크 날개(300a)를 레이크 프레임(200)의 전,후면에 각각 결합 고정시키게 된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 제진기에 구성되는 레이크 어셈블리의 조립 및 작용관계를 설명한다.
먼저, 다수의 레이크 날개(300)(300a)는 도 3 및 도 12에서와 같이, 각각의 마운팅브라켓(400)에 결합되어 가고정된 상태로 레이크 프레임(200)의 전,후면에 각각 결합 고정시킨다.
즉, 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a)을 마운팅브라켓(400)의 후면에서 지지브라켓(410)을 관통시켜 마운팅브라켓(400)의 전방으로 돌출되게 위치시키고, 레이크 날개(300)(300a)의 조립블록(350)은 지지브라켓(410) 내에 삽입되어 가고정된 상태로 구비된다.
이후, 레이크 날개(300)(300a)가 가고정된 상태로 결합된 마운팅브라켓(400) 양측의 고정브라켓(420)을 레이크 프레임(200)의 전,후면에 각각 위치시킨 다음, 고정브라켓(420)의 체결공(421)과 레이크 프레임(200)의 체결구(201)에 체결볼트(210)를 관통 결합한 후, 관통된 체결볼트(210)의 단부에 체결너트(211)를 체결함으로써 레이크 날개(300)(300a)를 레이크 프레임(200)의 전,후면에 각각 결합 고정시켜 레이크 어셈블리(100)의 조립을 완료하게 된다.
한편, 상기와 같이 조립된 레이크 어셈블리(100)는 레이크 프레임(200)의 양측이 제진기의 양 레이크 체인에 결합 고정되어 설치된 상태로 작동된다.
제진기의 작동시는 양 레이크 체인에 고정된 레이크 어셈블리(100)가 레이크 체인에 의해 스크린(10)의 전,후면을 무한 반복으로 회전되면서 스크린(10)의 전면에 걸러진 협잡물을 수거하여 이동된다.
이때, 협잡물은 스크린(10)의 전면 하측에서 상측으로 이동되는 레이크 날개(300)(300a)의 날개판(310)(310a) 중 가장 두꺼운 상측 환형 보강부(311)에 걸림되어 수거되고, 수거된 협잡물은 상측 환형 보강부(311)의 메인돌기(330)와 보조돌기(340)에 의해 최대한 많은 양이 수거되어 제거된다.
게다가, 레이크 날개(300)(300a)가 수중을 통과할 때에는 날개판(310)(310a)의 상측 환형 보강부(311)가 먼저 수중으로 유입되어 이동되는데, 이때 상측 환형 보강부(311)가 날개판(310)(310a)에서 제일 두꺼운 두께로 형성됨과 더불어 유선형으로 형성돼 있으므로 날개판(310)(310a)에 작용하는 물의 저항을 최소화한 상태로 수중을 신속히 통과할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 제진기는 수중을 신속히 통과하면서 스크린(10)에 걸러진 협잡물을 최대한 많이 수거하는 레이크 어셈블리(100)에 의해 제진 효율이 향상되고, 레이크 프레임(200)에 레이크 날개(300)(300a)가 각각 조립되어 구비되므로 레이크 어셈블리(100)의 유지보수가 간편히 이루어지게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : 레이크 어셈블리 200 : 레이크 프레임
201 : 체결구 210 : 체결볼트
211 : 체결너트 300,300a : 레이크 날개
310,310a : 날개판 311,312,313 : 환형 보강부
320 : 힘살부 330 : 메인돌기
340 : 보조돌기 350 : 조립블록
360 : 리니어 탄소섬유 370 : 매트 탄소섬유
400 : 마운팅브라켓 410 : 지지브라켓
420 : 고정브라켓 421 : 체결공
201 : 체결구 210 : 체결볼트
211 : 체결너트 300,300a : 레이크 날개
310,310a : 날개판 311,312,313 : 환형 보강부
320 : 힘살부 330 : 메인돌기
340 : 보조돌기 350 : 조립블록
360 : 리니어 탄소섬유 370 : 매트 탄소섬유
400 : 마운팅브라켓 410 : 지지브라켓
420 : 고정브라켓 421 : 체결공
Claims (10)
- 제진기에서 회전되는 한편 상단부에는 스크린에 걸러진 협잡물을 수거하여 제거하는 메인돌기와 보조돌기가 상방으로 돌출 형성되는 레이크 날개를 갖는 레이크 어셈블리의 제조방법으로서,
레이크 날개는 정형화된 리니어 탄소섬유와, 부정형의 매트 탄소섬유, 리니어 탄소섬유를 금형에 차례로 적층하여 구비한 다음, 수지를 함침시켜 사출 성형한 후, 상온에서 15분 경화시킨 후 오븐에서 70℃로 2시간 동안 후경화시키되,
메인돌기와 보조돌기에는 부정형의 매트 탄소섬유가 구비된 상태에서 수지가 합침되어 사출 성형되는 레이크 어셈블리 제조방법.
- 삭제
- 청구항 1에 의한 제조방법으로 제조되어, 제진기의 레이크 체인에 고정되어 스크린을 따라 회전되면서 스크린에 걸러진 협잡물을 수거하여 제거하는 레이크 어셈블리로서,
레이크 어셈블리는 레이크 체인에 결합 고정되는 레이크 프레임;
레이크 프레임에 착탈 가능하게 결합되어 구비되는 한편 그 상단부에는 스크린에 걸러진 협잡물을 인양하여 수거하는 메인돌기와 보조돌기가 상방으로 돌출 형성되는 레이크 날개;를 포함하고,
레이크 날개의 테두리에는 외측으로 돌출되어 두꺼운 두께를 갖는 환형 보강부가 형성되고, 환형 보강부는 협잡물이 걸림되어 수거되는 상단부의 상측 환형 보강부가 하단부의 하측 환형 보강부보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성되며,
레이크 날개의 양측에는 레이크 날개의 이동 방향으로 나란히 돌출되어 레이크 날개의 상측 환형 보강부와 하측 환형 보강부를 연결하여 레이크 날개를 보강하는 힘살부가 외측으로 형성되고, 힘살부는 레이크 날개의 이동 방향을 기준으로 상측 환형 보강부 측에서 하측 환형 보강부 측으로 갈수록 직경이 점차 작아지는 원형 또는 반원의 단면 형태로 형성되는 레이크 어셈블리.
- 청구항 3에 있어서,
레이크 날개에는 레이크 프레임에 결합 고정되는 조립블록이 구비되고, 조립블록에는 돌출되는 날개판이 구비되며, 날개판은 레이크 날개의 이동 방향으로 돌출되어 기울어지게 형성되는 레이크 어셈블리.
- 청구항 4에 있어서,
환형 보강부는 날개판보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성되는 레이크 어셈블리.
- 청구항 4에 있어서,
힘살부는 날개판의 양면에서 상측 환형 보강부와 하측 환형 보강부를 연결하도록 형성되어 날개판을 보강하는 레이크 어셈블리. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR200175037Y1 (ko) | 1999-05-21 | 2000-03-15 | 주식회사신화기공 | 제진기 |
| JP3229535B2 (ja) * | 1995-12-28 | 2001-11-19 | 株式会社荏原製作所 | 除塵装置用レーキ |
| KR101460740B1 (ko) * | 2014-05-21 | 2014-11-13 | (주)엠닉스 | 제진기용 레이크 조립체 |
| KR102008540B1 (ko) * | 2011-07-28 | 2019-08-07 | 미쯔비시 케미컬 주식회사 | 탄소 섬유 강화 탄소 복합체 및 그의 제조 방법 |
| KR102152208B1 (ko) * | 2020-04-23 | 2020-09-07 | (유)신일 | 제진기의 인양식 스크린장치 및 이를 위한 구동장치 |
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