KR20090070346A - 이송배관 라인시스템의 조인트 연결구조 및 이를 이용한이송배관라인시스템의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조에 관한 것으로 고압으로 압송되는 콘크리트 몰탈에 의한 수평진동을 수평진동 흡수면 구조에 의하여 흡수되도록 함으로써 설령 이송배관사이에 미세틈새 또는 이송배관이 서로 어긋나있다 하더라도 고압으로 인한 수직 접합면의 미세틈새가 더 이상 성장되지 않도록 하여 접합면이 터지는 것을 방지하도록 한 것이다.

이를 위하여 한 쌍의 체결부재의 상하에 수직 접합부와, 수직 접합면과, 그리고 그 사이에 수평진동 흡수면을 형성하되 수평진동 흡수면과 수직 접합면은 각 체결부재에 형성된 요홈부와 요철부로 이루어진 구성이다.

이송배관의 접합면의 미세틈새와 이송배관의 서로 어긋남이 그대로 존재한다하더라도 고압에 의한 이송배관라인시스템의 배관시공이 가능하므로 접합 작업과 이송배관라인시스템의 시공이 용이할 뿐만 아니라 시공이 효율적이고 경제적이다.

또한 제작상의 허용오차를 그대로 한 채 간단한 수평진동 흡수면 구조에 의하여 수평진동을 흡수할 수 있게 한 것이므로 접합 작업이 용이하고 시공이 효율적이어서 수백m에서 수km에 달하는 이송거리에 콘크리트를 압송하는 것이 가능하여 이송배관라인시스템에 적합하고 친환경적인 매우 유용한 발명이다.

이송배관, 체결부재, 수평진동흡수면, 수직 접합부, 수직 접합면, 체결볼트

Description

이송배관 라인시스템의 조인트 연결구조 및 이를 이용한 이송배관라인시스템의 시공방법{Joint structure of a pipeline system supplying concrete mortar and method constructing the pipeline system}

본 발명은 고압압송에 의해 콘크리트 몰탈을 산악지대에 위치한 송전철탑시공 현장으로 이송하는 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조 및 이를 이용한 이송배관라인시스템의 시공방법에 관한 것이다.

송전철탑은 통상 산악지대에 설치된다. 송전철탑의 높이는 100m이른다. 이와 같은 높이의 송전철탑을 지지하기 위해서는 하부기초가 견고하여야 함은 말할 것도 없다. 하부기초는 송전철탑을 지지하기에 충분한 심도와 반경을 갖는 철근 콘크리트 심층기초구조이다.

이러한 기초콘크리트 구조를 건설하기 위한 콘크리트양은 송전철탑건설 전체운반중량의 70%이상을 차지한다. 산악지대를 통과하여 송전철탑건설현장까지 이르는 거리는 통상 수 백m에서 수 km에 이른다.

콘크리트 몰탈의 이송수단이 철탑시공의 용이성과 효율성을 좌우한다.

본 발명은 고압으로 콘크리트 몰탈을 압송시키는 수단으로 이송배관라인시스템을 이용한 기술이다. 이송배관라인시스템은 환경친화적이고 경제적인 이송수단이다.

그런데 경사가 높고 또 산악의 형태가 오르고 내리는 곳이 많은데다 이송배관내부에 고압이 걸려있기 때문에 조인트 연결 구조가 견고하지 않으면 터지게 되는 문제점이 있다. 조인트 연결 구조를 얼마나 견고하게 고정시킬 수 있느냐가 이송배관라인시스템의 가장 큰 기술적 과제이다.

본 발명은 이송배관라인시스템의 접합부의 문제를 해결한 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조 기술이다.

산악지대에 설치되는 송전철탑은 그 높이가 50~100m가 보통이므로 그 높이에 따른 자중도 자중이지만 풍압도 커서 이를 지지하기 위한 기초지반을 형성하지 않으면 안 된다.

송전철탑의 높이와 풍압에 따른 기초지반을 형성하기 위해서는 기초지반의 심층깊이와 그 반경이 커야한다. 전도되는 문제가 크기 때문이다.

기초지반은 철근 콘크리트로 형성한다.

기초지반에 투입되는 콘크리트 몰탈 양은 송전철탑공사 전체운반중량의 70%이상을 차지한다.

콘크리트 몰탈은 그 중량도 무겁고 부피도 커서 송전철탑 공사현장까지 헬기로 운반하기에는 비경제적이다. 헬기로 운반할 수 있는 용량이 너무 작기 때문에 헬기에 의한 이송은 비효율적이고 연속적으로 시공할 수 없는 문제점이 있다.

산악에다 이송도로를 만들 경우에는 자연환경을 크게 훼손하는 문제점이 있다. 그뿐 아니라 이송도로를 건설하기 위한 공사기간에다 실제 송전철탑건설에 드는 기간을 더하게 되면 송전철탑건설을 위한 공사기간이 너무 많이 걸린다는 문제점이 있다. 여기에다 가파른 산악지역에다 차량출입이 가능한 완만한 도로를 건설하여야 하기 때문에 이송도로의 건설은 비경제적이다.

또한 경사가 급해 진입도로를 건설할 수 없는 경우 그 대안으로 삭도를 이용하고 있다. 삭도는 케이블에 의하여 이동되는 이송수단이므로 케이블의 설치와, 그리고 케이블을 지지하기 위한 지지철탑을 별도로 설치해야한다. 이와 같이 별도의 설치작업이 많아짐으로써 공사기간이 길어짐은 물론 삭도에 의해 운반되는 콘크리 트 몰탈 양도 극히 적어 비효율적이고 또 그 왕복운송에 따른 비용에 비하여 비경제적인 문제가 있다.

이와 같은 종래방식의 이송수단의 문제점을 해결하기위하여 본원 출원인은 특허 등록번호 제10-0712221호에 의한 콘크리트 몰탈 이송배관라인 시공방법을 제안하였다.

이 방식은 이송배관라인에 의하여 콘크리트 몰탈을 송전철탑이 건설되는 현장까지 압송하는 방식이다.

이송배관라인은 콘크리트 몰탈이 꽉 찬 상태로 이송된다. 콘크리트 몰탈이 이송배관에 만관되어있지 않으면 이송이 불가능하다. 만관된 상태에서만 압력이 콘크리트 몰탈을 연속적으로 위로 밀어 올릴 수 때문이다.

이러한 상태로 콘크리트 몰탈이 압송되기 위해서는 이송배관의 접합부 구조가 견고해야한다.

실제 이송배관라인에 의하여 콘크리트 몰탈을 고압으로 압송하는데 성공을 거둔 본원 출원인은 이송배관의 접합부 틈새가 벌어지는 원인에 대하여 다음과 같은 사실을 발견하게 되었다.

첫째, 고압압송에 의하여 이송배관이 심하게 진동하는 것을 알 수 있었다.

둘째, 조인트부에서의 진동이 대체로 다른 부분보다 크게 일어나는 것을 알 수 있었다.

셋째, 조인트부의 미세틈새는 진동에 의하여 성장되고, 또 계속적인 진동에 의하여 체결볼트가 풀어지게 된다는 것을 알 수 있었다.

이에 대하여 살펴보기로 한다.

이송배관라인 시스템은 콘크리트 몰탈이 꽉 찬 상태로 고압으로 압송되기 때문에 이송배관의 진동은 불가피한 현상이다. 다시 말하면 이송배관라인은 산악의 경사에 맞춰져있으므로 일직선이 아닌 경사진 배관라인인데다 오르고 내리는 굴곡도 많으므로 압력이 편심되게 되어 배관라인에 진동이 발생되는 것은 불가피하다.

조인트부의 진동이 크게 일어나는 원인은 조인트부의 이송배관과 이송배관접합면의 미세틈새가 그 원인이라는 것을 알 수 있었다.

배관사이의 접합면의 미세틈새는 배관접합 작업을 용이하게 하기위한 제작상의 허용되는 오차라 할지라도 고압과 만나게 되면 배관 내에 압력의 편심이 생기게 된다는 것을 분석결과 알 수 있었다. 또한 접합면의 미세틈새뿐만 아니라 이송배관끼리 서로 어긋나게 되면 압력의 편심은 더 커지게 되어 수평진동은 더욱 증폭되게 된다.

이와 같이 접합면의 미세틈새와 어긋남이 바로 수평진동의 원인임을 알 수 있었다.

이를 더 분석한 결과 진동 중에서도 수평진동이 바로 접합면의 미세틈새에 작용되어 미세틈새를 수평방향으로 성장시키는 가장 주된 원인임을 알 수 있었다.

고압의 이송배관라인 시스템에서 일직선상의 수직 접합면은 수평진동의 영향을 가장 크게 받는다. 일직선상의 수직 접합면은 수평진동을 흡수할 수 있는 구조가 전혀 없기 때문이다.

고압의 이송배관라인 시스템의 접합부의 미세틈새는 바로 이러한 수평진동에 의하여 성장되고 계속적인 수평진동은 체결볼트를 서서히 풀리게 하는 원인임을 알 수 있었다.

여기에다 콘크리트 몰탈의 재료분리가 가세하게 되면 그 진동은 더욱 커지게 된다.

재료분리는 [시멘트 + 물 + 모래 + 자갈]로 조성된 콘크리트 몰탈이 비중차 이로 인하여 서로 분리되는 현상이다.

재료분리가 일어나게 되면 비중이 큰 자갈은 이송속도가 느려지면서 이송배관의 하부로 침하하게 되고 비중이 작은 [시멘트 + 물 + 모래]는 이송속도가 빠르므로 이송배관의 하부에 침하된 자갈위의 통로로만 통과된다.

콘크리트 몰탈의 재료분리는 이송배관의 하부가 비중이 큰 자갈로 막히는 원인이다. 이송배관이 부분적으로 막히게 되면 압력의 편심이 커져 그 진동도 함께 커지게 된다.

자갈로 막혀있는 곳이 접합면이라면 접합면이 심하게 진동하게 된다.

이와 같이 고압의 이송배관라인시스템에서 진동으로 인한 접합부의 틈새가 성장되지 않도록 하는 것이 가장 중요한 과제이다. 고압의 이송배관라인 시스템에서 이러한 문제를 해결하고자한 시도는 지금까지 없었다.

본 발명은 산악지대에 위치한 송전철탑시공 현장까지 이송배관라인을 통해 고압으로 콘크리트 몰탈이 압송되는 조인트 연결구조에 있어서 접합 작업의 용이성을 그대로 유지하면서 수평진동을 흡수할 수 있는 구조를 형성하여 수평진동에 의한 미세틈새가 더 이상 성장되지 않도록 함에 그 목적이 있고, 수평진동을 흡수함으로써 체결볼트에까지 수평진동이 영향을 받지 않도록 함에 다른 목적이 있으며, 수평진동을 흡수할 수 있는 간단한 구조에 의하여 접합 작업의 용이성이 그대로 유지되면서도 접합면의 미세틈새가 더 이상 성장되지 않게 함으로써 고압의 이송배관라인의 설치가 효율적이고 시공이 경제적이 되도록 함에 또 다른 목적이 있다.

배관접합면의 미세한 틈새와 미세한 어긋남이 배관의 절단 및 접합의 불일치로 인하여 생긴 제작 및 접합 작업과정상에서 생긴 허용오차라 할지라도 이러한 미세한 오차가 콘크리트 몰탈의 고압압송과 만나게 되면 심한 진동이 발생되게 되어 체결볼트를 서서히 느슨하게 하고 심하게 되면 접합부가 터지는 현상이 발생된다. 이러한 현상은 접합면이 일자형태의 수직 접합면인 경우 가장 심하게 나타난다. 수평진동이 일자형태의 수직 접합면에 작용하게 되면 곧바로 수직 접합면의 미세틈새를 벌어지게 하는 수평방향으로 작용된다.

즉, 수평진동에 의하여 일자형태의 수직 접합면의 미세틈새가 벌어지게 되면 콘크리트 몰탈의 구성요소인 시멘트나 모래 등의 미립자가 그 틈새로 투입되면서 그 틈새는 계속되는 수평진동에 의하여 점점 더 성장하게 된다. 성장된 틈새에다 계속되는 수평진동에 의하여 체결볼트를 서서히 풀려지게 된다.

이와 같이 일자형태의 수직 접합면은 수평진동으로 인한 미세틈새를 흡수할 수 있는 구조가 없기 때문에 체결볼트가 느슨해지는 문제가 발생하게 되고 심하면 고압에 의하여 접합부가 터지게 되는 현상에 이르게 된다.

이송배관의 접합면은 통상 수직 접합면이다.

본 발명의 이송배관라인시스템(40)의 조인트 연결구조는 이러한 수직접합면을 상ㆍ하 2개로 분리하여 그 사이에다 수평진동을 흡수할 수 있는 수평진동 흡수면(262a)(262b)을 형성한 구성으로 도면과 함께 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

이송배관라인시스템(40)의 조인트 연결구조는 이송배관(10A)(10B)과 체결부재(20A)(20B)로 이루어진 구성으로 이송배관(10A)(10B)의 선단에 체결부재(20A)(20B)가 형성되어있다.

체결부재(20A)(20B)는 이송배관(10A)(10B)의 외관에 외접되어있고 용접으로 견고하게 고정되어있다.

조인트 연결구조는 2개의 체결부재(20A)(20B)를 서로 연결하여 이루어지는 구조이다.

하나의 체결부재(20A)에는 상부에 수직 접합부(22a)가, 그 하부에 요홈부(26a)가 형성되어있고, 다른 하나의 체결부재(20B)에는 상부에 수직 접합부(22b)가, 그 하부에 요철부(26b)가 형성되어있다.

또한 요홈부(26a)에는 수평진동 흡수면(262a)과 그 하단에 수직 접합면(264a)이 형성되어있고, 요철부(26b)에도 수평진동 흡수면(262b)과 그 하단에 수직 접합면(264b)이 형성되어있다. 다만 서로 결합되는 형태, 즉 요홈부(26a)와, 그리고 요철부(26b)의 결합이라는 점에서만 다를 뿐이다.

체결부재(20A)(20B)의 수직 접합부(264a)(264b)에 체결홈(24a)(24b)이 형성되어있다. 체결볼트(30)는 체결홈(24a)(24b)에 삽입되고 수직 접합부(22a)(22b)와 수직 접합면(264a)(264b)은 체결볼트(30)에 의하여 견고하게 접합되는 구성이다.

요홈부(26a)와 요철부(26b)에 형성된 수평진동 흡수면(262a)(262b)의 크기는 수평진동의 크기에 따라 달라질 수 있다. 예컨대 실험에 의하면 고압에 의하여 수평진동이 크게 작용되는 경우에는 수평진동 흡수면(262a)(262b)의 길이(ℓ)를 이송배관(10A)(10B)의 두께(t)의 5~7배정도이면 충분하다. 수평진동이 작게 작용되는 경우에는 3~4배이면 충분하다.

본 발명의 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조는 이송배관의 선단에 견고하게 고정된 체결부재에 수평진동 흡수면을 형성한 것이므로 이송배관의 접합면의 미세틈새와 이송배관의 서로 어긋남이 그대로 존재한다하더라도 조인트가 벌어지는 현상이 발생하지 않기 때문에 고압에 의한 이송배관라인시스템의 시공이 가능하다.

수직 접합부와 수직 접합면이 수평진동 흡수면에 의하여 수직선상에서 일직선이 아니므로 수평진동으로 인한 조인트 벌어짐이 방지되게 된다.

또한 이송배관의 접합면의 미세틈새와 이송배관의 서로 어긋남이 그대로 존재한다하더라도 고압에 의한 이송배관라인시스템의 배관시공이 가능하므로 접합 작업과 이송배관라인시스템의 시공이 용이할 뿐만 아니라 시공이 효율적이고 경제적이다.

제작상의 허용오차를 그대로 한 채 간단한 수평진동 흡수면 구조에 의하여 수평진동을 흡수할 수 있게 한 것이므로 조인트 연결작업이 용이하고 시공이 효율적이어서 수km에 달하는 이송거리에 콘크리트를 압송하는 것이 가능하여 이송배관라인시스템에 적합하고 친환경적인 매우 유용한 발명이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 이송배관라인시스템(40)의 조인트 연결 구조를 이용하여 이송배관라인시스템(40)을 시공하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

⒜ 이송배관라인을 설치하기위하여 설계된 배관라인에 이송배관(10A)(10B)을 준비하는 단계;

⒝ 상부에 체결홈(24a)을 갖는 수직 접합부(264a)와, 수평진동 흡수면(262a) 및 수직 접합면(264a)으로 이루어진 요홈부(26a)로 형성된 체결부재(20A)를 이송배관(10A)) 선단에 외접시켜 견고하게 용접시키는 단계;

⒞ 상부에 체결홈(24b)을 갖는 수직 접합부(264b)와, 수평진동 흡수면(262b) 및 수직 접합면(264b)으로 이루어진 요철부(26b)로 형성된 체결부재(20B)를 이송배관(10B) 선단에 외접시켜 견고하게 용접시키는 단계;

⒟ 체결부재(20A)(20B)의 체결홈(24a)(24b)에 체결볼트(30)를 삽입시켜 양 체결부재(20A)(20B)를 너트(32)와 함께 견고하게 고정시키는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 조인트 연결 구조를 이용한 이송배관라인시스템을 시공하는 방법이다.

또한 상기 ⒝단계 및 ⒞단계에서 수평진동 흡수면(262a)(262b)의 길이(ℓ)를 이송배관의 두께(t)의 3~7배가 되게 하는 단계;로 이루어짐을 특징으로 한다.

[도1] 본 발명의 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조의 결합상태를 보인 사시도

[도2] 본 발명의 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조의 분해사시도

[도3] 본 발명의 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조의 단면도

[도4] 도3 “A”의 확대도

[도5] 본 발명의 이송배관라인시스템을 설치한 상태를 보인 상태도

※ 도면부호에 대한 간단한 설명

10A; 이송배관 12; 용접

10B; 이송배관

20A; 체결부재 22a; 수직 접합부 24a; 체결 홈 26a; 요홈부 262a; 수평진동흡수면 264a; 수직 접합면

20B; 체결부재 22b; 수직 접합부 24b; 체결 홈 26b; 요철부 262b; 수평진동흡수면 264b; 수직 접합면

30; 체결볼트 32; 너트

40; 이송배관라인시스템

Claims (4)

1. 이송배관(10A)(10B)과 이송배관(10A)(10B)을 서로 연결하는 조인트구조에 있어서

   상부에 체결홈(24a)을 갖는 수직 접합부(264a)와, 수평진동 흡수면(262a) 및 수직 접합면(264a)으로 이루어진 요홈부(26a)로 형성된 체결부재(20A)와, 그리고 상부에 체결홈(24b)을 갖는 수직 접합부(264b)와, 수평진동 흡수면(262b) 및 수직 접합면(264b)으로 이루어진 요철부(26b)로 형성된 체결부재(20B)를 이송배관(10A)(10B) 선단에 외접시켜 견고하게 고정시키고, 체결홈(24a)(24b)에 삽입된 체결볼트(30)에 의하여 2개의 체결부재(20A)(20B)를 견고하게 고정시킴을 특징으로 하는 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조
2. 제1항에 있어서

   수평진동 흡수면(262a)(262b)의 길이(ℓ)를 이송배관(10A)(10B)의 두께(t)의 3~7배가 되게 함을 특징으로 하는 이송배관라인시스템의 조인트 연결구조
3. 이송배관(10A)(10B)과 이송배관(10A)(10B)을 서로 연결하는 조인트구조를 연결함에 있어서

   ⒜ 이송배관라인을 설치하기위하여 설계된 배관라인에 이송배관(10A)(10B)을 준비하는 단계;

   ⒝ 상부에 체결홈(24a)을 갖는 수직 접합부(264a)와, 수평진동 흡수면(262a) 및 수직 접합면(264a)으로 이루어진 요홈부(26a)로 형성된 체결부재(20A)를 이송배관(10A)) 선단에 외접시켜 견고하게 용접시키는 단계;

   ⒞ 상부에 체결홈(24b)을 갖는 수직 접합부(264b)와, 수평진동 흡수면(262b) 및 수직 접합면(264b)으로 이루어진 요철부(26b)로 형성된 체결부재(20B)를 이송배관(10B) 선단에 외접시켜 견고하게 용접시키는 단계;

   ⒟ 체결부재(20A)(20B)의 체결홈(24a)(24b)에 체결볼트(30)를 삽입시켜 양 체결부재(20A)(20B)를 견고하게 고정시키는 단계; 로 이루어짐을 특징으로 하는 조인트 연결 구조를 이용한 이송배관라인시스템의 시공방법
4. 제3항에 있어서

   상기 ⒝ 단계 및 ⒞ 단계에서 수평진동 흡수면(262a)(262b)의 길이(ℓ)를 이송배관(10A)(10B)의 두께(t)의 3~7배가 되게 하는 단계; 로 이루어짐을 특징으로 하는 조인트 연결 구조를 이용한 이송배관라인시스템의 시공방법

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