KR20110096015A

KR20110096015A - 로프형 삼차원 변위 측정기

Info

Publication number: KR20110096015A
Application number: KR1020110078470A
Authority: KR
Inventors: 백훈현
Original assignee: 주식회사백상
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2011-08-26
Also published as: KR101116563B1

Abstract

본 발명은 화력 발전소나 원자력 발전소, 제철 및 중화학 공장과 같이 고온 고압 배관을 사용하는 대형 플랜트(Plant)에서 기동시 배관의 온도가 상온(常溫)에서 운전중 고온(高溫)으로 변화함에 따라 배관의 길이가 변화하는 것처럼 대형 설비의 몸체 길이 변화가 나타나는 기계설비에 대하여 변화전과 변화후의 길이 변화를 삼차원으로 측정할 수 있도록 하는 것을 목표로 하여, 건축물의 골조와 각도 측정자가 서로 간격이 변화하면서 회전이 가능하게 고정되고, 상기 각도 측정자와 상기 배관 고정부 사이의 직선이 회전하고 길이가 변화하는 것을 측정하고 평가하는 것을 특징으로 하는 삼차원 변위 측정기에 관한 것이다.

Description

로프형 삼차원 변위 측정기{Rope Type 3-Dimensional Displacement Measuring Device}

본 기술은 발전소와 같은 중화학 공업 설비 및 배관의 변형을 측정하기 위한 3차원 변위 측정 기술 분야 또는 길이와 각도의 3차원 측정 기술 분야에 속한다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 발전소와 같은 산업 설비중 배관의 열팽창에 의한 변위를 측정하는 기술과 길이 측정 기술과 각도를 측정하는 기술과 현장 설비에 어떤 부재를 신속히 체결하는 체결기술이 배경기술이 된다.

진동하고 있는 배관이나 고정물과 배관사이가 매우 길어 종래의 변위측정 방식으로는 길이변화와 각도 변화를 동시에 수반하는 변위를 3차원으로 측정할 수 있는 장비와 방법을 개발하고자 하였다.

진동하고 있는 배관이나 고정물과 배관사이가 매우 길어 종래의 변위측정 방식으로는 길이변화와 각도 변화를 동시에 수반하는 변위를 3차원으로 측정할 수 있도록 로프형 길이 측정자를 사용하여 길면서도 진동에 의하여 본체가 파손되는 것을 막을 수 있었다.

본 발명의 실시로 인하여 진동이 발생하고 고정부의 거리가 먼 배관의 3차원 변위 측정기이 가능하여 발전소와 같은 고온 고압 배관의 신뢰성 회복을 위한 현장 조사에 매우 유용하게 적용할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 의한 로프형 삼차원 변위 측정기의 일 실시 예
도 2 는 본 발명에 의한 각도 측정자의 일 실시 예
도 3 은 본 발명에 의한 로프형 길이 측정자의 일 실시 예
도 4 는 본 발명에 의한 회전막대 몸체의 일 실시 예
도 5 는 본 발명에 의한 회전막대 몸체의 일 실시 예
도 6 는 본 발명에 의한 배관 고정부의 일 실시 예

본 발명은 화력 발전소나 원자력 발전소, 제철 및 중화학 공장과 같이 고온 고압 배관을 사용하는 대형 플랜트(Plant)에서 기동시 배관의 온도가 상온(常溫)에서 운전중 고온(高溫)으로 변화함에 따라 배관의 길이가 변화하는 것처럼 대형 설비의 몸체 길이 변화가 나타나는 기계설비가 진동이 심하게 발생하거나 건물 고정부와 배관 사이의 거리가 멀어 통상의 변위 측정기로서는 축의 과도한 휨 때문에 계측기 수명과 계측 신뢰성이 저하되고, 수명도 단축되는 단점이 있는 경우 배관의 열팽창등에 의한 배관 길이의 변화전과 변화후의 길이 변화를 삼차원으로 측정할 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있다.

이에 본 발명은

통상적으로 공장 건축물의 골조(骨組)에 신속하게 취부할 수 있는 씨형(C形) 클램프(Clamp) 형상의 건물 고정 몸체와 상기 건물 고정 몸체의 한 점을 중심으로 회전할 수 있는 측정자 고정몸체를 구비한 통상의 건물 고정부(10)와

구조재를 일정 길이로 절단하여 상기 건물 고정부(10)의 연장 막대 외륜속에서 고정부 위치의 조절과 회전이 가능하도록 일단이 체결되고 타단은 각도측정자(30)에 연결되는 통상의 연장 막대(20)와

상기 연장 막대의 일단에 고정되어 있으면서 통상의 얇은 판재를 사각형으로 절단하여 x평면, y평면, z평면을 구성하는 벽을 구비하고, 상기 x평면과 y평면의 벽에 각각 구비된 각도측정 수단을 구비하며, 통상의 파이프를 절단하여 상기 z평면상의 일점을 중심으로 회전하도록 만든 회전막대(41)의 움직임에 따라 X평면과 Y평면의 각도를 측정할 수 있는 각도 측정자(30)와

통상의 로프에 축 방향으로 줄자의 눈금이 표기된 통상의 로프를 사용한 길이조절 로프(42)의 일단에는 통상의 추(錘)인 무게 추(46)를 고정하고, 타단에는 통상의 로프의 끝을 매듭으로 묶어 만든 로프 고정부(44)를 구비하며, 상기 로프 고정부(44)와 체결되어 있으면서 피측정체의 한 점인 배관 표면의 일점과 연결된 배관 고정부(50)를 구비하고, 상기 회전막대의 내부로 상기 길이조절 로프(42)를 관통시켜 나오도록 구성한 로프형 길이측정자(40)를 구비하는 것을 특징으로 하여

건물 고정부와 피측정체인 배관사이의 길이가 길거나 배관이 진동하고 있어도 측정 장비의 손상이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 로프형 삼차원 변위 측정기에 관한 것이다.

본 발명의 전체적인 구성은 [도 1]에 도시된 바와 같이 실시할 수 있다.

통상적으로 공장 건축물의 골조(骨組)에 신속하게 취부할 수 있는 씨형(C形) 클램프(Clamp) 형상의 건물 고정 몸체와 상기 건물 고정 몸체의 한 점을 중심으로 회전할 수 있는 측정자 고정몸체를 구비한 통상의 건물 고정부(10)는 당사의 특허 출원번호 10-2011-0064367(출원일 2011.6.30)“삼차원 변위 측정기”에 나타난 기술과 같은 통상의 기술을 사용하여 일단이 건물의 에이치 빔(H-Beam)과 같은 기둥이나 보에 고정되고 타단은 통상의 파이프를 사용하는 연장막대(20)와 체결되면서도 회전이 가능하게 하는 구조이면 된다.

구조재를 일정 길이로 절단하여 상기 건물 고정부(10)의 연장 막대 외륜속에서 고정부 위치의 조절과 회전이 가능하도록 일단이 체결되고 타단은 각도측정자(30)에 연결되는 통상의 연장 막대(20)는 파이프와 같은 구조재를 일정 길이로 적당히 절단하여 상기 건물 고정부(10)에 일단을 고정하고 타단은 각도측정자(30)에 연결한다. 본 연장막대 역시 당사의 특허 출원번호 10-2011-0064367(출원일 2011.6.30)“삼차원 변위 측정기”에 나타난 기술과 같은 것이다.

상기 연장 막대의 일단에 고정되어 있으면서 통상의 얇은 판재를 사각형으로 절단하여 x평면, y평면, z평면을 구성하는 벽을 구비하고, 상기 x평면과 y평면의 벽에 각각 구비된 각도측정 수단을 구비하며, 통상의 파이프를 절단하여 상기 z평면상의 일점을 중심으로 회전하도록 만든 회전막대(41)의 움직임에 따라 X평면과 Y평면의 각도를 측정할 수 있는 각도 측정자(30)는 [도 2]와 같이 실시한다.

회전막대(41)는 [도 4]와 [도 5]에 도시된 바와 같이 통상의 직경이 작은 파이프를 잘라 만든 회전막대 몸체(41B)의 일단이 z평면상에 있는 벽에 구멍을 내어 놓은 벽체 구멍 안으로 관통하게 하고 상기 벽체구멍을 중심으로 회전하도록 하는 중심 위치 유지 장치이다.

중심 위치 유지장치는 통상의 구를 반으로 잘라 [도 4]에서 보이는 바와 같이 벽 두께보다 살짝 크게 간격을 유지하면서 내부 반구(IG)와 외부 반구(OG)를 대칭으로 배열하고, 이 간격 속으로 벽체 구멍이 존재하게 하면 된다.

또 다른 실시예로서는 [도 5]에 도시된 바와 같이 통상의 베어링 내륜(BI)을 회전 막대 몸체의 일단에 고정하고, 상기 베어링 내륜 밖으로 통상의 베어링 외균을 벽체 구멍에 고정하여 놓으면 회전 막대 몸체는 회전하여도 벽으로부터 이탈이 불가능한 구조가 된다.

각도 측정자(30)는 3차원 공간의 x평면에서 발생되는 회전 각도와 y평면에서 발생하는 회전각도와 z평면에서 발생하는 길이를 측정하여 배관의 어느 한 점의 위치변화를 삼차원 공간 좌표로 계량화하여 지시한다. 배관의 어느 한 점의 x평면에서 발생되는 회전 각도의 변화는 x평면 각도 추적판(35)의 변화를 유발하고, 상기 x평면 각도 추적판(35)의 변화는 곧바로 분도기인 각도 지시판(33)에서 읽을 수 있다. y평면에서 발생하는 회전각도의 변화는 y평면 각도 추적판(36)의 변화를 유발하고, 상기 y평면 각도 추적판(36)의 변화는 곧바로 분도기인 각도 지시판(33)에서 읽을 수 있다. z평면에서 발생하는 배관의 어느 한 점의 길이 변화는 신축구조인 로프형 길이 측정자(40)의 길이 변화에 따라 내부 줄자에 표기된 줄자 눈금의 위치가 변화하므로 이를 읽어 알 수 있다.

각도 측정자(30)는 건물에 고정된 한 점으로부터 배관의 표면 한 점인 배관 고정부(50)를 직선 모양의 구조재인 로프형 길이 측정자(40)를 이용하여 곧게 연결함으로서 배관의 한 점이 움직이면 길이 측정자가 따라 움직이도록 하였다. 로프형 길이 측정자(40)는 곧은 직선 상태에서 길이가 늘었다 줄었다하는 신축(伸縮) 구조를 갖고 있는 각도 지시 로프이다. 본 발명에서 회전 막대(41)는 각도를 지시하면서 회전하는 막대라는 의미이다.

x평면 각도 추적판(35)은 평철을 기역자(ㄱ字, 또는 다른 표현으로는 낫모양) 모양으로 한번 접어 한쪽은 가운데에 긴 직선 홈을 판다. 이 직선 홈으로 각도 지시막대를 관통하게 조립하면 각도 지시막대가 상기 직선 홈의 축방향으로 이동할 때는 상기 x평면 각도 추적판(35)은 움직이지 않으며, 상기 직선 홈의 축방향과 법선방향으로 움직일 때만 본 x평면 각도 추적판(35)이 움직이게 된다. 이는 y평면에서의 회전에는 움직이지 않고, x평면에서의 회전량에 따라서만 변화하게 되는 것으로 x평면 각도 추적판(35)이 x평면에서의 각도 변화량만을 감지하게 된다.

y평면 각도 추적판(36)은 상기 x평면 각도 추적판과 동일한 구조이다 설치 위치가 y평면에 설치된 점만 다르다. 상기 y평면 각도 추적판(36)의 직선 홈의 축방향으로 이동할 때는 상기 y평면 각도 추적자(36)는 움직이지 않으며, 상기 직선 홈의 축방향과 법선방향으로 움직일 때만 본 y평면 각도 추적판(36)이 움직이게 된다. 이는 x평면에서의 회전에는 움직이지 않고, y평면에서의 회전량에 따라서만 변화하게 되는 것이다.

x평면 각도 추적판(35)와 y평면 각도 추적판(36)은 서로 간섭되어 움직이면 안되므로 직선부 길이인 RD1과 RD2의 크기를 GP만큼 차이가 나게 하여야 한다. GP가 작으면 작을 수록 제품의 크기가 작아져 좋으나 너무 작으면 제작오차와 사용시 열화에 의한 변형으로 서로 간섭될 소지가 있으므로 GP의 크기를 통상 1-3mm 범위에서 제작하는 것이 좋다. 그러나, 반드시 그 크기를 제한하는 것은 아니다.

세장의 얇고 정사각형인 구조용 판재를 사용한 벽(31) 3개를 [도 2]의 31x, 31y, 31z와 같이 3차원 공간좌표의 x, y, z 3축 방향으로 3면이 교차하듯이 각 벽을 수직하도록 배치한다. 본 발명에서는 판재와 판재가 만나는 선, 즉 벽과 벽이 만나는 선을 접촉선(이하 “판재 접촉선”이라 한다.)이라 하고, 3개의 판재 접촉선이 만나는 한 점을 판재 접촉 원점(판재 접촉선이 만나는 점으로 공간좌표 x,y,z축의 원점과 같은 의미)이라 한다. 상기 직교하는 판재 접촉선 두 개에 통상의 분도기인 각도 지시판(33)의 기준선(각도 지시판의 중심에서 수평으로 180도를 나타내는 직선)을 일치시키고, 상기 각도 지시판의 중심점(xc와 zc, 분도시의 각을 재는 중심점)과 상기 판재 접촉 원점으로부터 일정한 거리(LA)를 두고 상기 각도 지시판을 상기 벽에 접합시키거나 분도기의 눈금을 상기 벽에 표기한다. 상기 각도 지시판은 한 끝부분의 중심에 구멍을 뚫어 핀이 삽입될 수 있도록 한다.

각도 추적판(36)은 통상의 평철을 [도 2]와 같이 풀을 베는 낫과 같은 형태로 구부리되, 낫의 날에 해당하는 부분은 각도막대 중심(32)으로부터 일정한 반경이 되도록 구부리고, 낫의 손잡이에 해당하는 부분은 곧은 모습을 유지하도록 제작한다. 단, 낫의 날은 본 특허 설명서의 용지와 동일 평면이지만 본 발명에 의한 각도 추적판은 평철의 면이 본 특허 설명서 용지와 수직으로 만나도록 하는 점이 낫과는 다르다. 곧은 부분의 끝 부분을 상기 각도 지시판의 중심에 뚫은 구멍과 동일한 크기의 구멍인 각도 지시중심(AC)을 구비하고, 상기 각도 지시판 위에 놓되 상기 각도 지시판의 중심을 관통하는 핀에 끼워지게 한다. 각도 지시중심(AC)에서 반경이 낫모양의 날에 해당하는 반경이 되도록 구부려지는 평철에는 전 길이에 걸쳐 홈을 판 막대 레일(AR)을 둔다. 상기 막대 레일(AR)로는 회전 막대(41)가 관통하여 회전하면 이를 감싸고 있는 각도 추적판(36)은 회전 막대(41)의 회전량만큼 회전하게 된다. 그러나, 본 각도 추적판은 x축 평면이나 y축 평면에서 하나의 평면내에서 회전하는 량만큼만 움직이도록 발명되었다.

이렇게 함으로서 3차원 공간좌표의 x평면, y평면, z평면에 대응하는 벽(31)과 상기 x평면 및 y평면에 대응하는 벽의 판재 접촉선에 통상의 분도기인 각도 지시판(33)의 기준선을 일치시키고, 판재 접촉 원점으로부터 상기 각도 지시판(33)의 중심점이 일정한 거리가 되면서, x평면 각도 추적판(35)의 각도 지시 중심(AC)이 상기 각도 지시판(33)의 각도 지시 중심(AC)과 일치하도록 배치하고, y평면 각도 추적판(36)의 각도 지시 중심(AC)이 상기 각도 지시판(33)의 각도 지시 중심(AC)과 일치하도록 배치하며, 각도 막대 고정부(32)에 상기 중심위치 유지장치가 위치하는 구조로 하여 상기 로프형 길이 측정자(40)의 회전막대(41)가 상기 x평면 각도 추적판(35)과 y평면 각도 추적판(36)의 막대 레일(AR)을 관통하며, 각도 막대 고정부(32), 각도 측정 외륜(37), 각도 측정 고정 나사(38)를 구비하는 것을 특징으로 각도 측정자(30)가 제작되게 된다.

이로써 본 발명에 의한 각도 측정자(30)는 배관의 한 점에 부착된 배관 고정부(50)와 건물에 고정된 각도 막대 고정부(32) 사이를 로프형 길이 측정자(40)가 직선으로 연결하고, 상기 길이 측정자의 회전은 막대 레일(AR)에서 일방향의 회전만이 허용되도록 하는 x평면 각도 추적판(35)과 y평면 각도 추적판(36)을 거쳐 각도 지시판(33)에 구비된 각도 눈금에서 x평면과 y평면에서의 회전 각도로 나타나며, z방향 길이 변화는 상기 길이측정자에 표기된 길이 눈금으로 나타나게 되어 삼차원 공간 좌표의 3차원 변수(變數, variables) 표현이 수학적으로 가능하게 되었다.

통상의 로프에 축 방향으로 줄자의 눈금이 표기된 통상의 로프를 사용한 길이조절 로프(42)의 일단에는 통상의 추(錘)인 무게 추(46)를 고정하고, 타단에는 통상의 로프의 끝을 매듭으로 묶어 만든 로프 고정부(44)를 구비하며, 상기 로프 고정부(44)와 체결되어 있으면서 피측정체의 한 점인 배관 표면의 일점과 연결된 배관 고정부(50)를 구비하고, 상기 회전막대의 내부로 상기 길이조절 로프(42)를 관통시켜 나오도록 구성한 로프형 길이측정자(40)는 [도 3]에 일 실시도가 도시되어 있다.

로프형 길이측정자(40)의 한 끝을 고정하고 있으면서 피측정체의 한 점인 배관 표면의 일점과 연결된 배관 고정부(50)는 [도 6]에 도시된 바와 같이 통상의 묶음 줄을 사용하여 실시할 수 있다.

로프 고정부(44)는 통상의 철사를 이용하여 원형으로 구부리거나 아이볼트, 와셔와 같은 것들을 이용하여 사용할 수 있으며, 배관 고정부(50)는 배관의 표면에 나사못을 고정하거나 배관 둘레를 로프로 단단히 감아 미끄러지지 못하게 함으로서 상기 로프 고정부를 체결할 수 있는 구조이면 된다.

배관 고정부(50)의 다른 실시예로서는 통상의 얇은 철판을 모자 형상으로 자르고 절곡하며, 일부 구간을 압입하여 제작할 수 있다. 배관 고정부(50)는 배관 표면, 특히 알루미늄 보온재로 덮힌 배관의 알루미늄 철판의 일점에 쉽게 나사 못(통상 피스 못이라 한다)을 박을 수 있도록 만들어진 구멍인 나사 홀(Hole)을 구비하는 형태로 제작할 수 있다.

중요용어 :

삼차원 변위, 각도 측정자, 로프형 길이 측정자

10 : 건물 고정부
20 : 연장 막대
30 : 각도 측정자
40 : 로프형 길이 측정자
50 : 배관 고정부

Claims

통상적으로 공장 건축물의 골조(骨組)에 신속하게 취부할 수 있는 씨형(C形) 클램프(Clamp) 형상의 건물 고정 몸체와 상기 건물 고정 몸체의 한 점을 중심으로 회전할 수 있는 측정자 고정몸체(13)를 구비한 통상의 건물 고정부(10)와

구조재를 일정 길이로 절단하여 상기 건물 고정부(10)의 연장 막대 외륜(14)속에서 고정부 위치의 조절과 회전이 가능하도록 일단이 체결되고 타단은 각도측정자(30)에 연결되는 통상의 연장 막대(20)와

상기 연장 막대의 일단에 고정되어 있으면서 통상의 얇은 판재를 사각형으로 절단하여 x평면, y평면, z평면을 구성하는 벽을 구비하고, 상기 x평면과 y평면의 벽에 각각 구비된 각도측정 수단을 구비하며, 통상의 파이프를 절단하여 상기 z평면상의 일점을 중심으로 회전하도록 만든 회전막대(41)의 움직임에 따라 X평면과 Y평면의 각도를 측정할 수 있는 각도 측정자(30)와

통상의 로프에 축 방향으로 줄자의 눈금이 표기된 통상의 로프를 사용한 길이조절 로프(42)의 일단에는 통상의 추(錘)인 무게 추(46)를 고정하고, 타단에는 통상의 로프의 끝을 매듭으로 묶어 만든 로프 고정부(44)를 구비하며, 상기 로프 고정부(44)와 체결되어 있으면서 피측정체의 한 점인 배관 표면의 일점과 연결된 배관 고정부(50)를 구비하고, 상기 회전막대의 내부로 상기 길이조절 로프(42)를 관통시켜 나오도록 구성한 로프형 길이측정자(40)를 구비하는 것을 특징으로 하여

건물 고정부와 피측정체인 배관사이의 길이가 길거나 배관이 진동하고 있어도 측정 장비의 손상이 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 로프형 삼차원 변위 측정기
제 1 항에 있어 회전막대(41)는

통상의 직경이 작은 파이프를 잘라 만든 회전막대 몸체(41B)의 일단이 z평면상에 있는 벽에 구멍을 내어 놓은 벽체 구멍 안으로 관통하게 하고 상기 벽체구멍을 중심으로 회전하도록 하는 중심 위치 유지 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 로프형 삼차원 변위 측정기
제 1 항에 있어 각도 측정자(30)는

상기 연장 막대의 일단에 고정되어 있으면서 통상의 얇은 판재를 사각형으로 절단하여 x평면, y평면, z평면을 구성하는 벽을 구비하고, 상기 x평면과 y평면의 벽에 각각 구비된 각도측정 수단을 구비하며, 통상의 파이프를 절단하여 상기 z평면상의 일점을 중심으로 회전하도록 만든 회전막대(41)의 움직임에 따라 X평면과 Y평면의 각도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 로프형 삼차원 변위 측정기
제 1 항에 있어 로프형 길이 측정자는

통상의 로프에 축 방향으로 줄자의 눈금이 표기된 통상의 로프를 사용한 길이조절 로프(42)의 일단에는 통상의 추(錘)인 무게 추(46)를 고정하고, 타단에는 통상의 로프의 끝을 매듭으로 묶어 만든 로프 고정부(44)를 구비하며, 상기 로프 고정부(44)와 체결되어 있으면서 피측정체의 한 점인 배관 표면의 일점과 연결된 배관 고정부(50)를 구비하고, 상기 회전막대(41)의 내부로 상기 길이조절 로프(42)를 관통시켜 나오도록 구성한 것을 특징으로 하는 로프형 삼차원 변위 측정기