KR102633831B1 - 노후관의 재생보강장치, 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 노후관의 재생보강장치, 방법, 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 노후관의 재생보강장치는 중앙부가 상호 연결된 복수의 바디판으로 마련되는 장치본체; 장치본체의 각각의 바디판에 마련되어 장치본체를 배관에 고정시키는 장치홀더; 장치본체의 중앙부에 회전 가능하게 결합되는 회전바디; 회전바디에 선형 이동 가능하게 결합되며, 배관의 이음부를 마찰 교반하는 마찰 교반기; 회전바디에 위치하여 마찰 교반기를 직선 이동시키는 직선 구동부; 및 장치본체에 위치하여 회전바디를 회전시키는 회전 구동부를 포함한다.

Description

노후관의 재생보강장치, 방법 및 시스템{REINFORCEMENT DEVICE FOR OLD PIPE, METHOD AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은 노후관의 재생보강장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 노후 배관의 연결부를 강화시키는 노후관의 재생보강장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 수도배관은 수원지와 정수장을 연결하고, 정수장과 상수도 공급지를 연결하며, 수도를 공급하는 파이프라인으로서, 철재로 제작되어 매립 설치된다.
수도배관은 일정 길이의 철재로 제작되어 설치장소에서 용접에 의해 연결되며, 원주 방향으로 용접 후에 수밀이 유지되어야 하므로, 숙련된 용접공에 의한 용접을 필요로 한다.
이러한 수도배관은 대부분 도로 밑에 시공되어 있는 경우가 많으며, 시간이 지날수록 노후되고 부식이 발생하게 된다. 이처럼 수도배관이 노후되면 파손되어 누수가 발생할 수 있으며, 상수 공급에 차질을 빚어 국민생활을 불편하게 만든다.
더욱이, 수도배관 파손 시에는, 누수로 인해 싱크 홀이 발생할 수 있으며, 이로 인한 도로 침하에 따른 부작용으로 교통 흐름에 큰 영향을 미칠 수 있다.
또한, 수도배관에서 부식으로 인한 녹물 유입으로 인해 식수가 오염되며, 이음부의 결합력 약화로 인해 외부 오수가 상수관에 유입되어 상수관을 통과하는 수돗물을 오염시키거나 벌레가 유입되는 등의 문제를 유발하게 될 수 있다.
따라서, 상수관이나 하수관 등은 노후할 경우 이를 신속하게 교체하는 것이 가장 좋으나, 교체에는 많은 비용이 소요되고, 도로를 통제해야 하는 등의 문제가 있으며, 비용과 시간적인 문제로 노후된 상하수도관을 신속하게 교체하기가 어려운 경우가 많다.
한편, 기존의 수도배관은, 한쪽 배관에 다른 배관이 삽입되도록 한쪽 배관이 확관된 후 다른 배관이 배관이 삽입되어 겹치기 이음으로 연결부가 마련되며, 그 연결부의 외주면과 내주면이 원주 방향을 따라 용접이 이루어져 지하에 매립 설치된다.
배관의 겹치기 이음부는, 배관의 이음을 위한 확관 굴절 부분의 조직 구조가 인장 강도에 대해서는 더 강하게 변형되지만, 충격에 대해서는 약화 변형되어 결합된다.
이러한 배관의 이음부는 시간이 지남에 따라 조직 구조의 산화가 내부적으로 진행되므로, 확관 굴절 부분 또는 용접 부분의 구조가 약화되면서 균열이 발생되며, 높은 수압 변동에 따라 균열이 점점 커지면서 누수가 발생되거나 동파되는 문제점이 있었다.
상기와 같이, 수도배관은 장기간 사용 시에는 노후화되어 배관의 이음 또는 연결부가 약화되고, 수압과 기온 변화 등에 의해 크랙이 발생됨에 따라 누수나 내부 오염이 발생하게 되므로, 기존에 매설된 노후된 상수도관이나 하수도관을 갱생하여 수명을 연장시킬 수 있는 기술이 요구된다.
공개특허 KR 10-2018-0068340 공개특허 KR 10-2014-0119071
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배관의 겹치기 이음부의 내벽부를 마찰 교반에 의해 표면 개질함으로써 배관의 노후에 따른 배관의 누수를 방지하며, 배관의 내벽부에 대한 표면 개질층의 형성을 원활하게 수행할 수 있는 노후관의 재생보강장치, 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 중앙부가 상호 연결된 복수의 바디판으로 마련되는 장치본체; 상기 장치본체의 각각의 바디판에 마련되어 상기 장치본체를 배관에 고정시키는 장치홀더; 상기 장치본체의 중앙부에 회전 가능하게 결합되는 회전바디; 상기 회전바디에 선형 이동 가능하게 결합되며, 배관의 이음부를 마찰 교반하는 마찰 교반기; 상기 회전바디에 위치하여 상기 마찰 교반기를 직선 이동시키는 직선 구동부; 및 상기 장치본체에 위치하여 상기 회전바디를 회전시키는 회전 구동부를 포함하며, 상기 마찰 교반기는 상기 배관의 이음부의 길이 방향을 따른 일정 구간의 직선 이동과 상기 배관의 이음부의 원주 방향을 따라 회전 이동 중 하나 이상에 의해 상기 배관의 이음부에 대한 마찰 교반을 수행하는 마찰 교반 헤드를 구비하는 노후관의 재생보강장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 회전바디는, 상기 장치본체의 복수의 바디판 사이에 상호 이격되어 배치되는 한 쌍의 회전판; 상기 한 쌍의 회전판을 상호 연결하며, 상기 회전바디의 중앙부에 회전 가능하게 결합되는 중공바디; 및 상기 한 쌍의 회전판을 상호 연결하는 리니어 설치판을 포함함이 적절하다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 직선 구동부는, 상기 회전바디의 리니어 설치판에 결합되며, 상기 마찰 교반기가 선형 이동 가능하게 결합되는 리니어 가이드; 상기 한 쌍의 회전판에 설치되며, 상기 리니어 가이드에 연동되는 리드 스크류; 및 상기 리드 스크류를 구동하는 직선 구동모터를 포함하며, 상기 리드 스크류와 직선 구동모터에 마련되는 복수의 피니언 기어 또는 복수의 풀리와 벨트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 회전 구동부는, 상기 중공바디에 결합되는 환형기어; 및 상기 장치본체 설치되며, 상기 환형기어에 기어 결합되는 구동기어를 구비한 회전 구동모터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 장치홀더는, 상기 장치본체의 중앙부에 결합되는 중앙 홀더; 상기 중앙 홀더에 결합되는 복수의 유압 실린더; 및 상기 중앙 홀더에 마련되어 상기 복수의 유압 실린더에 유압을 제공하되, 전기모터를 구비한 유압펌프를 포함하며, 상기 유압 실린더에는 배관의 이음부의 내벽부에 접촉되는 마찰패드가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 장치본체는, 상기 유압 실린더가 고정되도록 일정 각도 간격으로 배치된 복수의 실린더 브라켓를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 장치본체의 바디판은, 중앙부의 중앙 홀과, 상기 중앙 홀에 대해 일정 각도 간격로 배치되는 배치 홀을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 마찰 교반기는 상기 장치본체의 중앙부를 기준으로 양측에 상호 대칭되게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 마찰 교반기는 상기 장치본체의 중앙부를 기준으로 일측에 배치되며, 상기 장치본체에서 상기 마찰 교반기의 반대 측에는, 상기 마찰 교반기를 지지하도록 상기 장치홀더의 일부가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 마찰 교반기는 상기 장치본체에서 반경 방향으로 이동 가능하게 결합되어, 배관의 이음부에 대해 거리 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 마찰 교반기는 상기 장치본체에서 경사라인을 따라 선형 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 장치본체의 하부에 마련되는 이동바퀴; 및 상기 장치본체에서 이동바퀴의 양측에 마련되는 서포트 롤러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구성은, 상기 재생보강장치의 장치홀더를 배관의 이음부에 접촉시켜 상기 재생보강장치를 위치 고정하는 제1 단계; 상기 장치본체의 양측에 위치하는 마찰 교반기의 마찰 교반 헤드를 배관의 이음부 내벽면에 정렬하여 접촉시키는 제2 단계; 상기 마찰 교반기의 마찰 교반 헤드를 회전 작동시키면서 상기 직선 구동부를 작동시켜 상기 마찰 교반 헤드를 일정 시간동안 직선 이동하여 마찰 교반을 수행하는 제3 단계; 및 상기 제3 단계 후에, 상기 회전 구동부를 작동시켜 상기 마찰 교반기의 마찰 교반 헤드를 일정 각도 회전 이동시키고, 상기 제3 단계를 반복하는 제4 단계를 포함하며, 상기 4 단계 이후 상기 제3 단계부터 제4 단계까지 더 반복하는 노후관의 재생보강방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제3 단계에서는, 상기 배관의 이음부에 대응하는 길이만큼 상기 마찰 교반 헤드가 직선 이동될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제4 단계에서는, 상기 마찰 교반 헤드에 대응하는 원주만큼 상기 마찰 교반 헤드가 회전 이동될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제4 단계에서는, 상기 회전 구동부가 상기 장치본체에서 양측에 있는 상기 마찰 교반 헤드를 0~180도까지 회전 이동시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 구성은, 상기 노후관의 재생보강방법을 자동 수행하되, 수행 상태를 수집 저장하는 메인컨트롤러; 상기 메인컨트롤러에 연결되며, 배관의 이음부에 대한 교반 마찰 영역을 검사하는 검사장치; 상기 메인컨트롤러와 검사장치에 연결되며, 상기 메인컨트롤러와 검사장치에 수집된 정보를 외부로 송신하며, 외부 정보를 수신하는 통신부; 및 상기 통신부에서 정보를 수신받고, 상기 메인컨트롤러와 검사장치를 제어하는 명령을 상기 통신부로 전송하는 서버 또는 작업 단말을 포함하는 노후관의 재생보강시스템을 제공한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 배관의 겹치기 이음부의 내벽부를 마찰 교반에 의해 표면 개질함으로써 배관의 노후에 따른 배관의 누수를 방지하며, 배관의 내벽부에 대한 표면 개질층의 형성을 원활하게 수행할 수 있는 노후관의 재생보강장치, 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노후관의 재생보강장치의 설치 개념도이다.
도 2의 장치의 일측 및 반대 측 입체도이다.
도 3은 도 1의 정면도이다.
도 4는 도 3의 우측면도이다.
도 5는 도 2의 직선 구동부의 상세도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노후관의 재생보강장치의 정면도이다.
도 7은 도 6의 우측면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노후관의 재생보강시스템의 블록도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 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 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노후관의 재생보강장치의 설치 개념도이며, 도 2의 장치의 일측 및 반대 측 입체도이며, 도 3은 도 1의 정면도이며, 도 4는 도 3의 우측면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 노후관의 재생보강장치(100)는, 배관(10, 20) 내부로 수용 가능하게 마련되는 장치본체(101), 배관(10, 20)에 고정을 위한 장치홀더(110), 장치본체(101) 마련되는 회전바디(120), 회전바디(120)에 장착되는 마찰 교반기(130), 마찰 교반기(130)의 이동을 위한 직선 구동부(140), 및 회전 구동부(150)를 포함한다.
장치본체(101)는 중앙부가 상호 연결된 한 쌍의 상호 이격된 바디판(102)과 바디판(102)의 중앙부를 연결하는 센터 샤프트(105)로 마련되는 것으로서, 중앙부의 중앙 홀(106)과, 중앙 홀(106)에 대해 일정 각도 간격으로 배치되는 배치 홀(107)을 구비할 수 있다.
한 쌍의 바디판(102)은 배관(10, 20)의 내부로 진입이 가능하도록 모서리가 둥글게 가공된 판재로서, 센터 샤프트(105)의 중앙 홀(106)의 주변에 무게를 줄이기 위한 배치 홀(107)이 마련된다.
장치홀더(110)는 장치본체(101)의 각각의 바디판(102)에 마련되어 장치본체(101)를 배관(10, 20)에 고정시키는 것으로서, 장치본체(101)의 중앙부에 결합되는 중앙 홀더(111), 중앙 홀더(111)에 결합되는 복수의 유압 실린더(112), 및 중앙 홀더(111)에 마련되어 복수의 유압 실린더(112)에 유압을 제공하며 전기모터를 구비한 유압펌프(113)를 포함할 수 있다.
유압 실린더(112)에는 배관(10, 20)의 이음부(30)의 내벽부에 접촉되는 마찰패드(114)가 구비되며, 장치본체(101)에는 유압 실린더(112)가 고정되도록 일정 각도 간격으로 복수의 실린더 브라켓(115)이 구비될 수 있다.
이러한 장치홀더(110)는 장치본체(101)의 양측으로 마련된 바디판(102)에 각각 마련되는 것으로서, 장치본체(101)의 양측에서 세 방향으로 뻗어지는 유압 실린더(112)의 단부에 있는 마찰패드(114)를 배관(10, 20)의 내벽부에 접촉시킴으로써 장치본체(101)의 마찰 교반을 위한 배관(10, 20)의 이음부(30) 부분에 장치본체(101)를 견고하게 고정할 수 있다.
유압 실린더(112)는 중앙 홀더(111)에 결합된 상태에서, 전기구동식 유압펌프(113)에서 공급되는 오일에 의해 로드에 결합된 마찰패드(114)를 반경 방향을 따라 이동시키게 된다.
이러한 전기구동식 유압 실린더(112)는 외부의 오일 공급 없이, 장치본체(101)에 자체적으로 설치되며 전기 신호로 작동 가능한 전기모터를 구비한 유압펌프(113)에 의해 가동되도록 설치됨으로써 외부에서 오일 라인을 배관(10, 20) 내로 진입시키는 작업을 절약하게 만든다.
회전바디(120)는 장치본체(101)의 중앙부에 회전 가능하게 결합되는 것으로서, 장치본체(101)의 복수의 바디판(102) 사이에 상호 이격되어 배치되는 한 쌍의 회전판(121), 한 쌍의 회전판(121)을 상호 연결하며 회전바디(120)의 중앙부에 회전 가능하게 결합되는 중공바디(122), 및 한 쌍의 회전판(121)을 상호 연결하는 리니어 설치판(125)을 포함한다.
한 쌍의 회전판(121)은, 중공바디(122)가 장치본체(101)의 센터 샤프트(105)에 양측에 배치 가능한 베어링으로 지지되어 결합됨으로써 센터 샤프트(105)에 대해 회전될 수 있다. 이에 따라 회전판(121)에 설치되는 마찰 교반기(130)의 원주 방향의 이동이 가능하게 된다.
리니어 설치판(125)은 마찰 교반기(130)의 선형 이동을 위한 직선 구동부(140)의 일부 구성요소들이 설치 지지되는 구조를 제공한다.
마찰 교반기(130)는 회전바디(120)에 선형 이동 가능하게 결합되며, 배관(10, 20)의 이음부(30)를 마찰 교반하는 것으로서, 배관(10, 20)의 이음부(30)을 가압하고 회전 작동하는 마찰 교반에 의해 배관(10, 20)의 확관부에 삽입된 다른 배관(10, 20)의 삽입부를 결합시키게 된다.
이러한 마찰 교반기(130)는 배관(10, 20)의 이음부(30)의 길이 방향을 따른 일정 구간의 직선 이동과 배관(10, 20)의 이음부(30)의 원주 방향을 따라 회전 이동 중 하나 이상 의해 배관(10, 20)의 이음부(30)에 대한 마찰 교반을 수행하는 마찰 교반 헤드(131)를 구비한다.
본 실시 예에 따른 마찰 교반기(130)는 장치본체(101)의 중앙부를 기준으로 양측에 상호 대칭되게 배치됨으로써 배관(10, 20)의 이음부(30)의 양측 부분에 대한 마찰 교반을 동시에 진행할 수 있다.
도 5는 도 2의 직선 구동부의 상세도이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 직선 구동부(140)는 회전바디(120)에 위치하여 마찰 교반기(130)를 직선 이동시키는 것으로서, 회전바디(120)의 리니어 설치판(125)에 결합되며 마찰 교반기(130)가 선형 이동 가능하게 결합되는 리니어 가이드(141), 한 쌍의 회전판(121)에 설치되며 리니어 가이드(141)에 연동되는 리드 스크류(142), 및 리드 스크류(142)를 구동하는 직선 구동모터(143)를 포함한다.
리드 스크류(142)와 직선 구동모터(143)는 복수의 피니언 기어(144) 또는 복수의 풀리와 벨트에 의해 동력을 전달하도록 연결된다. 복수의 피니언 기어(144)와 복수의 풀리는 직선 구동모터(143)가 리드 스크류(142)를 구동할 수 있는 지름비로 마련될 수 있다.
회전 구동부(150)는 장치본체(101)에 위치하여 회전바디(120)를 회전시키는 것으로서, 중공바디(122)에 결합되는 환형기어(151), 및 장치본체(101)에 설치되며 환형기어(151)에 기어 결합되는 구동기어(153)를 구비한 회전 구동모터(152)를 포함할 수 있다.
회전 구동부(150)는 회전 구동모터(152)의 구동기어(153)가 환형기어(151)를 작동시키며, 환형기어(151)가 중공바디(122)를 회전시키는 작동시키는 구조로서, 회전 구동모터(152)가 일정 각도씩 회전바디(120)를 회전시키도록 각도 제어된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 노후관의 재생보강장치의 정면도이며, 도 7은 도 6의 우측면도이다.
도 6과 도 7을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 마찰 교반기(130)는 장치본체(101)의 중앙부를 기준으로 일측에 배치되며, 장치본체(101)에서 마찰 교반기(130)의 반대 측에는, 마찰 교반기(130)를 지지하도록 장치홀더(110)의 일부가 배치될 수 있다.
이러한 마찰 교반기(130)는 장치본체(101)에서 반경 방향으로 이동 가능하게 결합되어, 배관(10, 20)의 이음부(30)에 대해 승강 구동부(170)에 의해 거리 조절될 수 있으며, 장치본체(101)에서 경사 또는 수평라인에 가까운 라인을 따라 선형 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
배관(10, 20)의 암수 결합 구조에 따른 용접 결합은, 암수로 결합된 부분의 내부에 삽입 구조의 압박에 따른 테이퍼 형상을 만들 수 있다. 마찰 교반기(130)의 경사 라인을 따른 이동은 배관의 내부에 테이퍼 형상에 대응하여 사용될 수 있다. 또한, 마찰 교반기(130)의 경사 이동을 위한 경사 라인은 직선 구동부의 리니어 가이드의 설치 각도에 따라 경사도가 조절될 수 있다.
상기 실시 예들에 따른 장치본체(101)에 마련되는 이동바퀴(160), 및 장치본체(101)에서 이동바퀴(160)의 양측에 마련되는 서포트 롤러(165)가 구비될 수 있다. 이에 따르면, 장치본체(101)는 이동바퀴(160)에 의해 배관(10, 20) 내부에서 용이하게 이동될 수 있으며, 서포트 롤러(165)에 의해 지지됨으로써 이동 자세가 유지될 수 있다.
한편, 이동바퀴(160)는 원격 제어 및 자체적으로 위치 제어가 가능한 전동식으로 마련될 수 있다.
상기와 같이 구성된 노후관의 재생보강장치는, 하기의 재생보강방법으로 작동되면서 노후관의 재생보강을 수행하게 된다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노후관의 재생보강방법은, 재생보강장치(100)의 장치홀더(110)를 배관(10, 20)의 이음부(30)에 접촉시켜 재생보강장치를 위치 고정하는 제1 단계; 장치본체(101)의 양측에 위치하는 마찰 교반기(130)의 마찰 교반 헤드(131)를 배관(10, 20)의 이음부(30) 내벽면에 정렬하여 접촉시키는 제2 단계; 마찰 교반기(130)의 마찰 교반 헤드(131)를 회전 작동시키면서 직선 구동부(140)를 작동시켜 마찰 교반 헤드(131)를 일정 시간동안 직선 이동하여 마찰 교반을 수행하는 제3 단계; 및 제3 단계 후에, 회전 구동부(150)를 작동시켜 마찰 교반기(130)의 마찰 교반 헤드(131)를 일정 각도 회전 이동시키고, 제3 단계를 반복하는 제4 단계를 포함하며, 4 단계 이후 제3 단계부터 제4 단계까지 더 반복하게 된다.
제1 단계와 제2 단계는, 재생보강장치(100)의 마찰 교반을 위한 준비 작업이며, 실질적으로 마찰 교반은 제3 단계와 제4 단계를 통해 수행된다.
제3 단계에서는, 마찰 교반기(130)의 마찰 교반 헤드(131)가 배관(10, 20)의 이음부(30)를 가압 회전하면서 배관(10, 20)의 이음부(30)에 대응하는 길이만큼 직선 이동될 수 있다. 이러한 마찰 교반 헤드(131)의 직선 이동은 직선 이동부에 의해 수행된다.
제3 단계에서는 배관(10, 20)의 이음부(30)의 이음영역의 길이 방향으로 마찰 교반 헤드(131)에 의해 마찰 교반이 이루어진다.
이러한 마찰 교반 헤드(131)의 직선 이동에 의한 마찰 교반은 배관(10, 20)의 이음부(30)의 원주 방향을 따라 더 반복적으로 진행된다. 즉 제4 단계에서는, 마찰 교반 헤드(131)에 대응하는 원주만큼 마찰 교반 헤드(131)가 회전 이동될 수 있다.
제4 단계에서는, 회전 구동부(150)가 장치본체(101)에서 양측에 있는 마찰 교반 헤드(131)를 0~180도 또는 360도까지 회전 이동시킬 수 있다.
장치본체(101)에서 180도 간격으로 마찰 교반기(130)가 양측에 배치된 경우에는, 회전 구동부(150)가 180도까지 마찰 교반기(130)를 일정 각도 만큼씩 직선 이동 후에 회전 이동시키게 되며, 장치본체(101)에서 마찰 교반기(130)가 하나만 설치된 경우에는 마찰 교반기(130)를 360도까지 회전시키게 된다.
또한, 마찰 교반기(130)가 직선 구동부(140)에서 배관(10, 20)의 이음부(30) 측으로 거리가 조절되는 경우에는, 배관(10, 20)의 이음부(30)에 대한 마찰 교반의 교반 압력이 조절될 수 있다. 이에 따라 마찰 교반기(130)의 마찰 교반은 원주 방향을 따라 수회 반복될 수 있다.
마찰 교반 헤드(131)은 이음부에 대한 마찰 교반 프로세스를 수행하도록 마련될 수 있다. 이를 테면, 마찰 교반 헤드(131)은 이음부 모재에 대한 마찰 교반을 수행할 수 있는 팁으로 마련될 수 있다.
이러한 마찰 교반 헤드(131)은 텅스텐합금 또는 세라믹 소재로 마련될 수 있으며, 마찰 교반 헤드(131)의 지름은 10mm이상으로 형성될 수도 있다.
직선 구동부(140)와 회전 구동부(150)는 마찰 교반 헤드(131)을 회전 및 이동시키도록 마련되어 있으며, 마찰 교반 헤드(131) 및 직선 구동부(140) 및 회전 구동부(150)를 제어하도록 메인컨트롤러가 마련될 수 있다.
메인컨트롤러는 노후 상하수도관의 갱생 방법에 따라 마찰 교반 헤드(131) 및 직선 구동부(140)와 회전 구동부(150)를 제어하도록 설정되거나 실시간 제어될 수 있다.
이처럼 직선 구동부(140)와 회전 구동부(150)는 마찰 교반 헤드(131)의 회전속도, 이동속도, 이송 경로 등을 제어하도록 마련된 메인컨트롤러에 연결된다.
마찰 교반 헤드(131)의 RPM은 350~450, 전진 속도는 650~750mm/min이 되도록 제어될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 마찰 교반기(130)에는 온도를 측정하기 위한 센서부로서, 온도센서(132)가 연결되어 있다.
센서부는 마찰 교반이 일어나는 부위의 온도를 측정하며, 메인컨트롤러에 측정한 온도에 대한 정보를 제공하게 된다.
메인컨트롤러는 센서부에 의해 측정된 온도 정보에 따라 마찰 교반 헤드(131)을 회전시키는 속도와 직선 구동부(140)와 회전 구동부(150)가 전진 속도 및 회전 이동 시점 등을 제어할 수 있다.
메인컨트롤러는 측정 온도가 기설정된 개질온도 범위에 속하도록 마찰 교반 헤드(131)의 회전속도를 제어할 수 있다.
본 실시 예에 따른 노후 상하수도관의 갱생 방법에 의하면, 노후관의 갱생장치장치(100)를 삽입한 후에, 이음부 내부에 삽입된 마찰 교반기(130)에 의해 이음부 내부 표면에 표면개질층을 형성하며, 마찰 교반기(130)는 이음부 내부 표면에 마찰 교반 프로세스를 수행하여 표면개질층을 형성하게 된다.
마찰 교반기(130)는 마찰 교반 헤드(131)을 제자리에서 회전시켜 마찰 교반 헤드(131)과 이음부를 이루는 배관(10, 20) 사이에 마찰열이 발생되도록 할 수 있으며, 마찰 교반 헤드(131)을 고속으로 회전시켜 상기 배관(10, 20)를 용융시킬 수 있는 온도를 갖도록 할 수 있다.
마찰 교반기(130)가 작동된 후에는, 작동된 마찰 교반기(130)의 인접부의 표면 온도가 센서부에 의해 측정되며, 측정된 표면 온도가 기설정된 개질온도 범위에 속하도록 마찰 교반기(130)의 공정 조건이 제어될 수 있다.
측정된 표면 온도가 기설정된 개질온도 범위에 속하도록 마찰 교반기(130)의 공정 조건은, 마찰 교반기(130)의 마찰 교반 헤드(131)의 회전속도와 전진 속도를 포함할 수 있다.
또한, 기설정된 개질온도는 이음부 이면의 도장층을 용융시킬 수 있는 최소 온도부터 150도 이하로 설정될 수 있으나, 개질온도의 최대 온도는 이에 한정되는 것은 아니며, 마찰 교반 헤드(131)에 의해 마찰 교반이 발생하고 있는 위치에서 측정된 온도가 기설정된 개질온도 범위에 속하도록 공정 조건인 마찰 교반 헤드(131)의 회전속도를 제어할 수 있다.
일 예로, 메인컨트롤러는 측정된 온도가 기설정된 개질 온도보다 낮을 경우 마찰 교반 헤드(131)의 회전 속도를 증가시키고, 측정된 온도가 기설정된 개질 온도보다 높을 경우 마찰 교반 헤드(131)의 회전 속도를 감소시킬 수 있다.
측정된 표면 온도가 기설정된 개질온도 범위에 속하도록 마찰 교반기(130)의 공정 조건이 제어된 후에는, 제어된 공정 조건에 따라 마찰 교반기(130)가 이동되면서 이음부 내부 표면이 개질되어 표면개질층이 형성된다.
마찰 교반기(130)의 마찰 교반 헤드(131)의 전진 속도는 마찰 교반 헤드(131)과 배관(10, 20) 사이의 온도 및 형성하고자 하는 표면개질층의 깊이를 변수로 하여 결정될 수 있다.
표면개질층은, 이음부인 배관(10, 20)의 내부 표면으로부터 깊이 1mm이상인 지점에 형성될 수 있다.
마찰 교반 헤드(131)이 전진하게 되면, 마찰 교반 헤드(131)과 접한 배관(10, 20) 부분이 용융되면서 마찰 교반 헤드(131)의 경로와 대응되게 연장 형성된 개질홈이 형성된다.
개질홈은 용융되어 배관(10, 20)의 표면으로부터 소정의 깊이만큼 홈 형태를 갖게 되며, 개질홈의 내측은 표면개질층으로 형성된다. 즉, 개질홈의 깊이는1mm 이상 형성되어 표면개질층은 배관(10, 20)의 내부 표면으로부터 깊이가 1mm이상인 지점에서 형성된다.
표면개질층은, 미세결정립으로 이루어지도록 형성되며, 미세결정립이 형성된 깊이는, 표면개질층의 표면으로부터 0.95mm까지 일 수 있다. 즉, 표면개질층은 개질홈에 의해 형성된 표면으로부터 깊이 0.95mm 이하까지 형성될 수 있다.
여기서, 표면개질층을 이루는 미세결정립은 미세조직의 크기가 15ø이하로 이루어진 페라이트 상을 형성하도록 개질 처리된 것일 수 있다.
또한, 제어된 공정 조건에 따라 마찰 교반(130)가 이동되면서 이음부 내부 표면이 개질되어 표면개질층이 형성되는 경우, 마찰 교반기(130)는, 이음부의 원주 방향을 따라 이동하면서 표면개질층을 형성할 수 있다. 그리고, 원주 방향을 따라 형성된 표면개질층은 상호 중첩 형성될 수 있다.
이처럼 마찰 교반 헤드(131)에 의해 배관(10, 20)가 용융될 때, 외곽으로 갈수록 배관(10, 20)가 용융되는 깊이가 얕아지게 된다. 따라서, 한번 배관(10, 20)의 원주 방향을 따라 이동하면서 마찰 교반이 수행된 후에는, 마찰 교반 헤드(131)의 직경보다 적게 배관(10, 20)의 길이 방향을 따라 이동한 상태에서 다시 배관(10, 20)의 원주 방향을 따라 이동하면서 마찰 교반을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 마찰 교반 헤드(131)의 반지름 이하만큼 배관(10, 20)의 길이 방향을 따라 마찰 교반 헤드(131)가 이동하도록 마련되어 배관(10, 20)의 원주 방향을 따라 수행되는 마찰교반이 상호 중첩되도록 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제어된 공정 조건에 따라 마찰 교반기(130)가 이동되면서 이음부 내부 표면이 개질되어 표면개질층이 형성되는 경우, 마찰 교반기(130)는 이음부의 내부 표면을 따라 나선형으로 이동하면서 표면개질층을 형성할 수도 있다. 이 경우, 마찰 교반 헤드(131)의 작동을 멈추지 않고 연속해서 마찰교반을 수행할 수 있어 유리하다.
이음부 내부에 삽입된 마찰 교반기(130)에 의해 이음부 내부 표면에 표면개질층이 형성된 이후에는, 형성된 표면개질층의 표면 개질 상태를 확인하기 위해 비파괴 검사가 이루어질 수 있다.
형성된 표면개질층의 표면 개질 상태를 확인하기 위해 비파괴 검사가 이루어지는 경우, 초음파 탐상기에 의해 비파괴 검사가 이루어질 수 있으며, 검사된 표면 개질 상태에 따라 표면 개질을 위한 공정 조건을 변경하거나 표면 개질을 다시 수행할 수도 있다.
이처럼 노후 상하수도관의 갱생 방법에 따라 표면개질층이 형성되면 배관(10, 20)에 비해 미세 조직이 더 조밀해지고 촘촘하게 배치되어 저온 충격 인성 등이 개선된다.
시편구분
(notch위치)		 충격에너지(J, @0°C)
1회 2회 3회 평균값
종래예
(확관부)		 18.4 22.5 13.6 18.2
실시예 83.3 109.3 72.1 88.2
표 1에서 볼 수 있듯이 종래예에 따르면 관의 접합을 위해 확관된 부분의 저온 충격 인성의 평균값이 18.2J에 불과했으나, 본 실시 예에 따르면 표면개질층이 형성된 이음부의 저온 충격 인성의 평균값은 88.2J로 크게 증가한 것을 확인할 수 있다.이처럼 본 발명에 따르면, 이음부를 교체하지 않고도 저온 충격 인성을 개선하여 이음부의 교체 없이 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있어 경제적이다.
한편, 노후관의 재생보강장치는 자동제어와 검사를 위한 시스템이 구성되어 마찰 교반을 자동으로 수행하도록 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노후관의 재생보강시스템의 블록도이다.
도 1, 도 6 및 과 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 노후관의 재생보강시스템은, 노후관의 재생보강방법을 자동 수행하되, 수행 상태를 수집 저장하는 메인컨트롤러(200); 메인컨트롤러(200)에 연결되며, 배관(10, 20)의 이음부(30)에 대한 교반 마찰 영역을 검사하는 검사장치(210); 메인컨트롤러(200)와 검사장치(210)에 연결되며, 메인컨트롤러(200)와 검사장치(210)에 수집된 정보를 외부로 송신하며, 외부 정보를 수신하는 통신부(220); 및 통신부(220)에서 정보를 수신받고, 메인컨트롤러(200)와 검사장치(210)를 제어하는 명령을 통신부(220)로 전송하는 서버(230) 또는 작업 단말(240)을 포함한다.
이러한 노후관의 재생보강시스템은, 메인컨트롤러(200)에 의해 직선 구동부(140)와 회전 구동부(150) 및 마찰 교반기(130)의 제어가 이루어진다.
메인컨트롤러(200)는 마찰 교반기(130)에 구비 가능한 로드 셀이 연결됨으로써 마찰 교반기(130)의 마찰 교반 헤드(131)에 가해지는 가압력을 실시간 측정할 수 있으며, 검사장치(210)를 통해 마찰 교반 헤드(131)의 마찰교반 상태를 작업자가 충분히 확인하게 만들 수 있다.
검사장치(210)에는, 적외선 및 고배율 카메라 또는 비파괴 검사기 등이 포함될 수 있다.
서버(230)는 메인컨트롤러(200)와 검사장치(210)로 통해 수집되는 마찰 교반 헤드(131)의 마찰 교반 정보 및 마찰 교반 후의 상태 정보가 수집 저장된다. 이에 따라 작업자는 서버(230)에 탑재되는 기억 매체에 저장된 작업관리 플랫폼(235)이나 전용 프로그램의 실행을 통해 실시간 확인할 수 있다. 작업 플랫폼에는 마찰 교반 용융 및 냉각 후의 상태 정보에서 불량을 검사하는 검사분석 알고리즘이 포함될 수 있다. 이러한 검사분석 알고리즘은 데이터 베이스와 학습부를 구비한 머신러닝으로 구현될 수 있다.
한편, 서버(230) 또는 메인컨트롤러(200)에는 검사분석 프로그램이 작업 앱(245)으로 탑재된 작업 단말(240)이 연결될 수 있다. 이러한 작업자는 작업 단말(240)에 탑재된 작업 앱(245)을 실행시켜 서버(230)에 접속한 후 실시간으로 마찰 교반기(130)의 작업 상태를 확인할 수 있다.
상기와 같은 노후관의 재생보강시스템은, 노후배관(10, 20)의 마찰 교반에 대한 작업 능률과 작업 정밀성을 개선해주며, 작업자가 배관(10, 20)의 내부에 대기하지 않고도 작업 상태를 충분히 감시하면서 작업을 수행할 수 있는 환경을 제공한다.
전술한 노후관의 재생보강장치, 방법 및 시스템은, 배관(10, 20)의 겹치기 이음부(30)의 내벽부를 마찰 교반에 의해 표면 개질함으로써 배관(10, 20)의 노후에 따른 배관(10, 20)의 누수를 방지하며, 배관(10, 20)의 내벽부에 대한 마찰 교반을 수월하게 수행할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 20: 배관 30: 이음부
100: 장치 101: 장치본체
102: 바디판
105: 센터 샤프트 106: 중앙 홀
107: 배치 홀 110: 장치홀더
111: 중앙 홀더 112: 유압 실린더
113: 유압펌프 114: 마찰패드
115: 실린더 브라켓
120: 회전바디 121: 회전판
122: 중공바디 125: 리니어 설치판
130: 마찰 교반기 131: 마찰 교반 헤드
132: 온도센서
140: 직선 구동부 141: 리니어 가이드
142: 리드 스크류 143: 직선 구동모터
144: 피니언 기어 150: 회전 구동부
151: 환형기어 152: 회전 구동모터
153: 구동기어 160: 이동바퀴
165: 서포트 롤러 170: 승강 구동부
200: 메인컨트롤러
210: 검사장치 220: 통신부
230: 서버 235: 작업관리 플랫폼
240: 작업 단말 245: 작업 앱

Claims (17)

  1. 중앙부가 상호 연결된 복수의 바디판으로 마련되는 장치본체;
    상기 장치본체의 각각의 바디판에 마련되어 상기 장치본체를 배관에 고정시키는 장치홀더;
    상기 장치본체의 중앙부에 회전 가능하게 결합되는 회전바디;
    상기 회전바디에 선형 이동 가능하게 결합되며, 배관의 이음부를 마찰 교반하는 마찰 교반기;
    상기 회전바디에 위치하여 상기 마찰 교반기를 직선 이동시키는 직선 구동부; 및
    상기 장치본체에 위치하여 상기 회전바디를 회전시키는 회전 구동부를 포함하며,
    상기 마찰 교반기는 상기 배관의 이음부의 길이 방향을 따른 일정 구간의 직선 이동과 상기 배관의 이음부의 원주 방향을 따라 회전 이동 중 하나 이상에 의해 상기 배관의 이음부에 대한 마찰 교반을 수행하는 마찰 교반 헤드를 구비하고,
    상기 회전바디는,
    상기 장치본체의 복수의 바디판 사이에 상호 이격되어 배치되는 한 쌍의 회전판;
    상기 한 쌍의 회전판을 상호 연결하며, 상기 회전바디의 중앙부에 회전 가능하게 결합되는 중공바디; 및
    상기 한 쌍의 회전판을 상호 연결하는 리니어 설치판을 포함하는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 직선 구동부는,
    상기 회전바디의 리니어 설치판에 결합되며, 상기 마찰 교반기가 선형 이동 가능하게 결합되는 리니어 가이드;
    상기 한 쌍의 회전판에 설치되며, 상기 리니어 가이드에 연동되는 리드 스크류; 및
    상기 리드 스크류를 구동하는 직선 구동모터를 포함하며,
    상기 리드 스크류와 직선 구동모터에 마련되는 복수의 피니언 기어 또는 복수의 풀리와 벨트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전 구동부는,
    상기 중공바디에 결합되는 환형기어; 및
    상기 장치본체 설치되며, 상기 환형기어에 기어 결합되는 구동기어를 구비한 회전 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치홀더는,
    상기 장치본체의 중앙부에 결합되는 중앙 홀더;
    상기 중앙 홀더에 결합되는 복수의 유압 실린더; 및
    상기 중앙 홀더에 마련되어 상기 복수의 유압 실린더에 유압을 제공하되, 전기모터를 구비한 유압펌프를 포함하며,
    상기 유압 실린더에는 배관의 이음부의 내벽부에 접촉되는 마찰패드가 구비되는 것을 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 장치본체는, 상기 유압 실린더가 고정되도록 일정 각도 간격으로 배치된 복수의 실린더 브라켓를 구비하는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치본체의 바디판은, 중앙부의 중앙 홀과, 상기 중앙 홀에 대해 일정 각도 간격로 배치되는 배치 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 마찰 교반기는 상기 장치본체의 중앙부를 기준으로 양측에 상호 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 마찰 교반기는 상기 장치본체의 중앙부를 기준으로 일측에 배치되며,
    상기 장치본체에서 상기 마찰 교반기의 반대 측에는, 상기 마찰 교반기를 지지하도록 상기 장치홀더의 일부가 배치되는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 마찰 교반기는 상기 장치본체에서 반경 방향으로 이동 가능하게 결합되어, 배관의 이음부에 대해 거리 조절되는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 마찰 교반기는 상기 장치본체에서 경사라인을 따라 선형 이동 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치본체의 하부에 마련되는 이동바퀴; 및
    상기 장치본체에서 이동바퀴의 양측에 마련되는 서포트 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강장치.
  13. 청구항 1에 따른 상기 재생보강장치의 장치홀더를 배관의 이음부에 접촉시켜 상기 재생보강장치를 위치 고정하는 제1 단계;
    상기 장치본체의 양측에 위치하는 마찰 교반기의 마찰 교반 헤드를 배관의 이음부 내벽면에 정렬하여 접촉시키는 제2 단계;
    상기 마찰 교반기의 마찰 교반 헤드를 회전 작동시키면서 상기 직선 구동부를 작동시켜 상기 마찰 교반 헤드를 일정 시간동안 직선 이동하여 마찰 교반을 수행하는 제3 단계; 및
    상기 제3 단계 후에, 상기 회전 구동부를 작동시켜 상기 마찰 교반기의 마찰 교반 헤드를 일정 각도 회전 이동시키고, 상기 제3 단계를 반복하는 제4 단계를 포함하며,
    상기 제4 단계 이후 상기 제3 단계부터 제4 단계까지 더 반복하는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제3 단계에서는, 상기 배관의 이음부에 대응하는 길이만큼 상기 마찰 교반 헤드가 직선 이동되는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제4 단계에서는, 상기 마찰 교반 헤드에 대응하는 원주만큼 상기 마찰 교반 헤드가 회전 이동되는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제4 단계에서는, 상기 회전 구동부가 상기 장치본체에서 양측에 있는 상기 마찰 교반 헤드를 0~180도까지 회전 이동시키는 것을 특징으로 하는 노후관의 재생보강방법.
  17. 청구항 13에 따른 노후관의 재생보강방법을 자동 수행하되, 수행 상태를 수집 저장하는 메인컨트롤러;
    상기 메인컨트롤러에 연결되며, 배관의 이음부에 대한 교반 마찰 영역을 검사하는 검사장치;
    상기 메인컨트롤러와 검사장치에 연결되며, 상기 메인컨트롤러와 검사장치에 수집된 정보를 외부로 송신하며, 외부 정보를 수신하는 통신부; 및
    상기 통신부에서 정보를 수신받고, 상기 메인컨트롤러와 검사장치를 제어하는 명령을 상기 통신부로 전송하는 서버 또는 작업 단말을 포함하는 노후관의 재생보강시스템.
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