KR20210122394A - 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
음압(Negative Pressure)이 작용하는 튜브트레인용 기밀튜브 시험체의 누기를 검측할 수 있고, 이에 따라, 실제 튜브트레인용 기밀튜브 구조체에 용이하게 적용할 수 있으며, 또한, 기밀튜브 시험체 내에서 발생하는 소음에 대응하는 임계 주파수에 따라 소음 카메라 및 열화상 카메라를 선택적으로 사용함으로써 기밀튜브 시험체의 누기를 용이하게 검측할 수 있고, 예를 들면, 기설정 임계주파수 이상의 고주파 대역에 대해서만 검측이 가능한 소음 카메라를 사용하여 기밀튜브 시험체의 초기 균열에 의한 소규모 누기부분에 대해서 검측할 수 있고, 또는 열화상 카메라를 사용하여 기설정 임계주파수 이하의 저주파 대역의 소음발생구간인 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지 않은 구간에서 검측을 실시할 수 있는, 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 튜브트레인용 음압 기밀튜브에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 음압(Negative Pressure)이 작용하는 튜브트레인(Tube Train)용 기밀튜브 시험체의 누기를 검측하기 위한 누기 검측 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
초고속 튜브트레인(Super-speed Tube Train)은 자기부상열차가 갖는 주행속도의 한계를 극복하기 위하여 튜브(Tube)라는 밀폐된 공간을 아진공(Partial Vacuum) 상태 또는 진공(Vacuum)으로 만들어 주행하는 튜브철도 시스템으로서, 철도의 궤도를 튜브로 감싼 후에 진공 또는 아진공 상태로 만들어 공기저항을 최소화함으로써 동일 출력으로 보다 빠른 속도를 낼 수 있다. 이러한 초고속 튜브트레인은 궤도를 튜브로 감싸고, 예를 들면, 0.05∼0.4기압의 아진공 상태에서 시속 700㎞ 이상으로 달릴 수 있는데, 현재까지 독일, 일본, 스위스, 한국 등에서 기초기술 확보를 위한 연구가 진행중에 있다.
기존의 자기부상열차는 공기저항 및 점착 구동방식의 한계로 인하여 열차의 초고속화에 어려움이 있지만 초고속 튜브트레인 시스템은 튜브 구조물을 만들고, 그 내부에서 아진공 상태를 유지하여 공기저항을 줄이며, 선형 전동기를 이용하여 비점착(No-adhesive) 구동을 함으로써 700㎞/h 이상의 초고속 운행을 가능하게 한다.
이러한 초고속 튜브트레인 시스템은 튜브 내부를 진공 또는 아진공 상태로 유지하므로 고도의 공기역학적 설계 및 정밀 제어 기술이 요구되며, 튜브의 직경은 4.5m~10m 정도로 형성된다. 이러한 튜브트레인 시스템의 차량은 초고속 자기부상열차가 유력하며, 가이드웨이 상에서 자기력으로 일정한 간격을 유지하면서 차량을 지지하고 선형전동기로 추진하는 구조이다.
예를 들면, 이러한 초고속 튜브트레인 시스템으로서, 스위스메트로 시스템이 있는데, 이러한 스위스메트로 시스템은 내경이 5m의 양방향 두 개의 터널을 갖는 완전한 지하 구조물로서, 추진에 소요되는 에너지소모를 줄이기 위하여 터널 내압을 저진공으로 유지 기능(0.1기압)의 저진공 상태를 발생시키는데 24시간이 걸리도록 진공펌프 시스템을 설치하였다.
한편, 최근 개발중인 하이퍼루프(Hyperloop) 시스템은 민간 우주개발업체 스페이스X의 창업자 엘론 머스크(Elon Musk)가 2012년 처음 구상한 것으로, 진공에 가깝게 조성된 지름 3.2m 터널을 만들고 28인승 기차 1량이 그 안을 달리는 시스템이다. 이러한 하이퍼루프 시스템은 이론상 최대 시속은 1223㎞로서, 780㎞ 정도인 여객기의 2배에 달한다.
이러한 하이퍼루프 시스템은 열차 하부에 자석을 부착하고, 터널 바닥은 자기장이 흐르도록 설계한다. 이때, 마찰을 최대한 줄이기 위해서는 열차가 약간 부상한 상태로 달려야 하는데, 이를 위해 열차 뒤에 설치된 팬과 압축기로 터널 속에 남은 공기를 빨아들여 밑으로 뿜어내 공중에 뜬 상태를 유지한다. 이러한 방식을 통해, 예를 들면, 20~30t 무게의 기차를 시속 1200㎞ 이상으로 움직이게 한다. 또한, 자기장을 발생시키는 데 필요한 전기를 공급하기 위해 진공 터널 외벽에 태양광 패널을 설치하고 주위에 풍력 발전기를 설치한다. 특히, 하이퍼루프의 건설비는 고속철도 대비 10분의 1밖에 되지 않아 운임도 낮출 수 있다. 국내의 경우, 한국철도기술 연구원이 자기부상 기술과 진공압축 기술을 융합하여 독자적으로 한국형 하이퍼루프인 초고속 캡슐트레인을 개발하여, 시속 700㎞까지 주행 가능한 모형시험에 성공하였다.
도 1은 하이퍼루프 초고속 열차 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 a)에 도시된 바와 같이, 하이퍼루프 초고속 열차 시스템은, 두 역 사이에 튜브를 설치하고, 진공펌프를 사용하여 튜브 속의 기압을 0.001 기압 이하로 낮춰 공기 저항을 최소화하여 진공에 가까운 아진공 튜브 내부를 최고 시속 1,200㎞까지 달리게 하는 기술이다.
이러한 하이퍼루프는 열차처럼 생기긴 했지만, 실제 작동 방식은 기존 열차와 많이 다르며, 도 1의 b)에 도시된 바와 같이, 하이퍼루프는 기본적으로 진공 튜브에서 운송체를 이동시키는 형태의 운송수단으로서, 하이퍼루프 운송체는 자기장을 이용해 추진력을 얻고, 바닥으로 공기를 분사해 마찰력을 줄인다. 이때, 필요한 전력은 튜브(10)의 외벽을 감싼 태양광 패널(11)로 공급할 수 있다.
한편, 대한민국 등록특허번호 제10-1950475호에는 "음압이 작용하는 튜브 인프라 구조물"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 튜브 인프라 구조물을 포함하는 철도 교량을 나타내는 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 A 부분의 확대 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 튜브 인프라 구조물을 포함하는 철도 교량은 복수의 인프라 구조물을 포함하며, 도면부호 A로 도시된 하나의 튜브 인프라 구조물은 제1 튜브(10), 제2 튜브(20) 및 상기 제1 튜브(10)와 제2 튜브(20)의 결합영역을 에워싸는 유체 탱크(30)를 포함한다.
또한, 횡방향을 따라 수평하게 배치되는 복수의 튜브 인프라 구조물과 유체 탱크(30)의 하단에 배치되어 튜브 인프라 구조물을 지지하는 복수의 교각(40)을 포함한다.
구체적으로 도 2b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 튜브 인프라 구조물은 제1 튜브(10); 상기 제1 튜브(10)에 결합된 제2 튜브 (20); 및 상기 제1 튜브(10)와 제2 튜브(20)의 결합영역을 에워싸도록 배치되며, 내부에 유체가 충진되어 결합영역에 대한 밀폐 상태를 제공하는 유체 탱크(30)를 포함하되, 제1 튜브(10) 및 제2 튜브(20) 내부는 음압이 유지되도록 한다. 여기서, 도면부호 12a는 플랜지부를 나타내고, 도면부호 21a는 홈부를 나타낸다.
종래의 기술에 따른 튜브 인프라 구조물은 제1 튜브(10)와 제2 튜브(20)의 결합 영역의 외부를 둘러싸는 고점도 유체가 담긴 탱크를 통해 기체 유입을 완전히 차단할 수 있다. 이로 인해 튜브 내부와 외부의 압력차는 약 1기압 정도 또는 그 이상으로 유지되어 튜브 인프라 내부에 음압이 작용하게 된다. 또한, 유체의 높은 점도로 인하여 밀폐 구조에 문제가 생기더라도 유체 탱크(30)에 담긴 유체가 먼저 제1 튜브(10) 및 제2 튜브(20) 내부로 유입되기 때문에 튜브 인프라 내부의 진공을 일정 시간 동안 더 유지할 수 있다.
먼저, 유체 탱크(30)는 제1 튜브(10)와 제2 튜브(20)의 결합 영역을 에워싸도록 배치되며 내부에 유체가 충진되어 결합영역에 대한 밀폐 상태를 제공할 수 있다. 예를 들면, 제1 튜브(10) 및 제2 튜브(20)의 내부는 진공에 가까운 약 0.001 기압의 낮은 압력이고 외부는 1기압의 대기압이 가해지게 된다. 또한, 유체 탱크(30)는 상부의 일 영역에 유체가 유입되는 개구부(31)를 포함한다. 예를 들면, 이와 같은 개구부(31)를 통해 빗물을 유입하여, 고점도의 유체 대신에 활용할 수 있다. 여기서, 도면부호 32는 센서를 나타낸다.
제1 튜브(10) 및 제2 튜브(20)는 초고속 진공 열차가 지날 수 있을 정도의 직경을 갖는 원형의 튜브로서, 기존의 철도 터널 기술에 근거하면 튜브의 직경은 대략 3~4m로 정도로 형성될 수 있으며, 개별 튜브는 다양한 길이와 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 튜브 인프라 구조물의 제1 튜브(10) 및 제2 튜브(20)는 양측 단부에 각각 위치하는 암연결부(12)와 수연결부(21)를 포함하되, 제1 튜브(10)의 암연결부(12)와 제2 튜브(20)의 수연결부(21)가 끼움 방식에 의하여 결합될 수 있다.
또한, 제1 튜브(10)와 제2 튜브(20)의 결합영역 사이에 개재되는 패킹부(13)를 더 포함한다. 패킹부(13)는 오링(O-ring) 및 탄성중합체로 이루어진 면 개스킷 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
패킹부(13)는 제1 튜브(10)의 암연결부(12)의 내주면과 제2 튜브(20)의 수연결부(21)의 외주면에 사이에 개재되어 제1 튜브(10) 및 제2 튜브(20)의 내부를 밀폐할 수 있다. 또한, 암연결부(12)의 내주면의 직경은 수연결부(21)의 외주면의 직경보다 크게 형성되며, 제2 튜브(20)의 수연결부(21)가 제1 튜브(10)의 암연결부(12)에 끼워 맞춰질 수 있다. 더불어 제1 튜브(10)와 제2 튜브(20) 사이에 결합 마진을 형성하여 열변형에 의한 길이 변화를 완충시킬 수 있다.
종래의 기술에 따른 튜브 인프라 구조물은 시공 및 유지보수 방법이 간단하여 비용을 절약할 수 있으며, 튜브 인프라의 열변형 등 환경적인 변화에도 인프라가 받는 영향을 최소화할 수 있고, 또한, 유체를 이용하는 구조의 특성상 누설이 발생하더라도 대처에 필요한 시간적인 여유를 확보할 수 있고, 실시간으로 누설을 감지할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 아음속 캡슐 튜브 시스템은 주행저항을 최소화시킴으로써 음속 수준의 운행속도를 달성할 수 있는 신개념의 교통시스템이다. 이때, 주행저항을 줄이기 위해서는 주행공간을 저진공 상태로 만들어 주어야 한다. 이러한 저진공 주행로를 만들기 위해서 기밀튜브 형태의 주행로가 제공되어야 하는데, 목표 수준의 진공 상태를 유지하기 위해서는 진공을 유지할 수 있는 기밀 소재로 튜브를 제작하여야 한다.
이러한 튜브는 노선의 전구간에 걸쳐 설치되기 때문에 일정한 길이로 제작된 튜브를 기밀을 유지할 수 있도록 연결부를 두어야 하며, 특히, 계절 및 밤과 낮의 온도차이로 발생되는 수축 및 팽창을 수용할 수 있는 신축이음부를 반드시 설치해야 한다.
그러므로 기밀튜브의 연결형식에 따른 튜브의 기밀 성능을 주기적으로 점검해야 하며, 이를 효율적이고 손쉽게 수행할 수 있는 시험장치가 반드시 필요한 실정이다.
한편, 도 3a는 압력조절 및 측정장치를 나타내는 사진이고, 도 3b는 수밀시험 장비인 패커를 예시하는 사진이고, 도 3c는 수밀성 검사 실험을 설명하기 위한 도면이다.
기존의 기밀시험은 주로 압력용기, 밸브, 가압 파이프에 대해서 수행되고 있다. 기존의 기밀시험은 용기 내부의 압력이 외부압력보다 높은 양압에 대해 적용하고 있다.
대표적인 기밀시험은 수압시험으로 용기 내부에 물을 채우고, 도 3a에 도시된 바와 같이 압력조절 및 측정장치를 사용하여 최고 허용압력 (또는 설계압력)보다 높은 압력을 가한 후, 도 3b에 도시된 바와 같이 수밀시험 장비인 패커를 사용하여 채워진 물이 용기 외부로 누수되는지 점검하거나 또는 도 3c에 도시된 바와 같이, 수두의 변화를 검토하여 수밀성능을 시험하고 있다. 이때, 물을 채우기 어려울 경우에는, 기체를 채워서 진행하고, 용기의 외부로 기체가 새어나오는가를 검측하여 수밀성을 체크할 수 있다.
그런데 튜브트레인용 아음속 튜브의 경우, 기존의 압력용기나 가압 파이프의 경우와 달리 튜브내부의 압력이 외부보다 작은 음압(Negative Pressure)을 형태를 유지하고 있기 때문에 기존의 수압시험이나 기밀성 시험으로는 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
2017년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집(KSR2017S051), 논문의 명칭: "하이퍼튜브 주행안정성 분석 및 향상에 관한 연구"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 음압이 작용하는 튜브트레인용 기밀튜브 시험체의 누기를 검측할 수 있는, 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 기밀튜브 시험체 내에서 발생하는 소음에 대응하는 임계 주파수에 따라 소음 카메라 및 열화상 카메라를 선택적으로 사용함으로써 기밀튜브 시험체의 누기를 용이하게 검측할 수 있는, 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템은, 튜브, 엔드 커플러 및 해치를 포함하며, 튜브의 양단에 엔드 커플러 및 해치를 연결하여 밀폐시킨 기밀튜브 시험체; 상기 기밀튜브 시험체에 음압을 형성하도록 상기 기밀튜브 시험체 내부에 진공 또는 아진공을 형성하는 진공펌프; 상기 기밀튜브 시험체 내부의 압력을 감지하는 압력계; 상기 기밀튜브 시험체의 누기로 인해 발생하는 소음을 감지하는 소음센서; 상기 소음센서에 의해 감지된 소음의 주파수가 기설정된 임계 주파수를 초과하는 경우, 상기 기밀튜브 시험체 내의 누기를 검측하는 소음 카메라; 상기 소음의 주파수가 임계 주파수를 초과하지 않는 경우, 상기 기밀튜브 시험체 내의 누기를 검측하는 열화상 카메라; 및 상기 소음센서에 의해 감지된 소음의 주파수가 임계 주파수를 초과하는지 확인하고, 상기 소음 카메라 또는 상기 열화상 카메라에 의해 검측된 상기 기밀튜브 시험체 내의 누기부 위치를 모니터링하는 모니터링 단말을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 기밀튜브 시험체는, 원통형 형상의 튜브; 상기 튜브의 양 단부에 연결되는 단부 커플러; 및 상기 단부 커플러와 연결되어 상기 튜브를 밀폐시키는 해치를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 튜브는 표준규격의 카트리지 타입으로 제작되며, 강재, 초고성능 콘크리트(UHPC), GFRP 또는 복합소재 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 해치는 상기 튜브 내부의 압력을 낮추어 진공을 형성하기 위한 진공펌프와 연결시키는 인입구가 형성되며, 상기 튜브 내부에 압력센서 또는 소음센서를 설치할 수 있도록 작업자가 출입할 수 있는 출입통로가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 해치는 상기 튜브 내부의 진공 영역과 외부의 대기 영역을 연결하는 연결관 역할을 하는 피드스루를 통해 상기 튜브 내부에 설치되는 압력센서와 소음센서의 신호선이 인출되는 인출구가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 모니터링 단말은, 상기 기밀튜브 시험체에서 발생하는 소음 검측을 위한 검측주기를 설정하는 검측주기 설정부; 상기 검측주기 설정부에서 설정된 검측주기에 따라 검측된 소음 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부에서 수집된 소음 데이터의 주파수를 분석하는 주파수 분석부; 상기 주파수 분석부에 의해 분석된 주파수를 임계주파수와 비교하는 임계주파수 비교부; 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는 경우 상기 소음 카메라를 구동하고, 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하지 않는 경우 상기 열화상 카메라를 구동하는 카메라 구동부; 상기 소음 카메라 또는 열화상 카메라의 누기 검측 결과에 따라 상기 기밀튜브 시험체의 누기 발생 여부를 판단하는 누기 판단부; 및 상기 누기 판단부에서 상기 기밀튜브 시험체에서 누기가 발생한 것으로 확인한 경우, 상기 기밀튜브 시험체의 누기부 위치를 결정하는 누기부 위치 결정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 모니터링 단말은, 상기 기밀튜브 시험체의 누기에 대응하는 소음 데이터가 저장된 데이터베이스를 추가로 포함하며, 상기 주파수 분석부는 상기 데이터베이스에 저장된 주파수에 근거하여 상기 소음 데이터의 주파수를 분석할 수 있다.
여기서, 상기 소음 카메라는 상기 기밀튜브 시험체의 소음부분을 시각적으로 확인할 수 있도록 기설정 임계주파수 이상의 고주파 대역에 대해서만 검측이 가능하고, 상기 기밀튜브 시험체의 초기 균열에 의한 소규모 누기부분에 대해서 검측할 수 있다.
여기서, 상기 열화상 카메라는 상기 기밀튜브 시험체 내부와 외부의 온도차를 이용하여 누기부 위치를 검측하되, 기설정 임계주파수 이하의 저주파 대역의 소음발생구간인 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지 않은 구간에서 검측을 실시할 수 있다.
여기서, 상기 진공펌프는 상기 기밀튜브 시험체의 목표기압인 0.001 기압을 목표시간 이내에 달성할 수 있는 용량의 진공펌프를 사용하고, 상기 압력계는 목표기압인 0.001 기압까지 측정 가능한 용량의 압력센서를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법은, a) 진공펌프를 이용하여 음압 기밀튜브 시험체의 진공을 형성하는 단계; b) 기설정된 검측주기에 따라 상기 기밀튜브 시험체에서 발생하는 소음을 검측하는 단계; c) 모니터링 단말이 상기 검측된 소음의 주파수를 분석하는 단계; d) 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는지 확인하는 단계; e) 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는 경우, 소음 카메라를 통해 상기 기밀튜브 시험체의 누기를 검측하는 단계; f) 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하지 않는 경우, 열화상 카메라를 통해 상기 기밀튜브 시험체의 누기를 검측하는 단계; g) 상기 누기의 검측에 따라 상기 기밀튜브 시험체의 누기 발생 여부를 확인하는 단계; 및 h) 상기 기밀튜브 시험체의 누기가 발생한 경우, 상기 기밀튜브 시험체의 누기부 위치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 음압이 작용하는 튜브트레인용 기밀튜브 시험체의 누기를 검측할 수 있고, 이에 따라, 실제 튜브트레인용 기밀튜브 구조체에 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기밀튜브 시험체 내에서 발생하는 소음에 대응하는 임계 주파수에 따라 소음 카메라 및 열화상 카메라를 선택적으로 사용함으로써 기밀튜브 시험체의 누기를 용이하게 검측할 수 있다. 예를 들면, 기설정 임계주파수 이상의 고주파 대역에 대해서만 검측이 가능한 소음 카메라를 사용하여 기밀튜브 시험체의 초기 균열에 의한 소규모 누기부분에 대해서 검측할 수 있고, 또는 열화상 카메라를 사용하여 기설정 임계주파수 이하의 저주파 대역의 소음발생구간인 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지 않은 구간에서 검측을 실시할 수 있다.
도 1은 하이퍼루프 초고속 열차 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 튜브 인프라 구조물을 포함하는 철도 교량을 나타내는 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 A 부분의 확대 단면도이다.
도 3a는 압력조절 및 측정장치를 나타내는 사진이고, 도 3b는 수밀시험 장비인 패커를 예시하는 사진이고, 도 3c는 수밀성 검사 실험을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에 적용되는 스플라이스 연결방식의 기밀튜브를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에 적용되는 플랜지 연결방식의 기밀튜브를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 기밀튜브의 양 단부에 단부 커플러 및 해치가 형성된 기밀튜브 시험체를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 소음 카메라에 의한 누기부 검측을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 열화상 카메라에 의한 누기부 검측을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법의 동작흐름도이다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 튜브 인프라 구조물을 포함하는 철도 교량을 나타내는 도면이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 A 부분의 확대 단면도이다.
도 3a는 압력조절 및 측정장치를 나타내는 사진이고, 도 3b는 수밀시험 장비인 패커를 예시하는 사진이고, 도 3c는 수밀성 검사 실험을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에 적용되는 스플라이스 연결방식의 기밀튜브를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에 적용되는 플랜지 연결방식의 기밀튜브를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 기밀튜브의 양 단부에 단부 커플러 및 해치가 형성된 기밀튜브 시험체를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 소음 카메라에 의한 누기부 검측을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 열화상 카메라에 의한 누기부 검측을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 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 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템(200)]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에 적용되는 스플라이스 연결방식의 기밀튜브를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에 적용되는 플랜지 연결방식의 기밀튜브를 나타내는 사시도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 기밀튜브의 양 단부에 단부 커플러 및 해치가 형성된 기밀튜브 시험체를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에 적용되는 기밀튜브는 연결방식과 재질에 따라 여러 가지로 제작할 수 있다. 이때, 상기 기밀튜브는 강재, 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete: UHPC), GFRP 및 복합소재 등의 재질로 형성될 수 있고, 또한, 상기 기밀튜브를 규격화하여, 예를 들면, 카트리지 형태의 기밀튜브 시험체로 제작할 수 있다.
이러한 기밀튜브의 연결 방식은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 튜브(110, 120)를 맞대기 형식으로 연결한 후 실링 연결재(130)로 접합하는 스플라이스(Splice) 연결방식을 채택하거나, 또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 튜브(110, 120)의 단부에 플랜지(Flange: 140)를 형성하여 연결한 후 실링 연결재(130)로 접합하는 플랜지 연결방식을 채택할 수도 있다.
구체적으로, 튜브트레인용 기밀튜브 구조체는 노선의 전구간에 설치되지만, 연결부나 재질의 기밀성 시험은, 도 6에 도시된 바와 같이, 일정한 크기로 절단된 기밀튜브 시험체(100)에 대해서 수행하고 있다. 이에 따라, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 외부는 기밀성이 확실한 재질로 간단하고 용이하게 밀폐시킬 수 있는 기밀장치가 필요하다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 기밀장치로서, 튜브(110)의 양 단부에 단부 커플러(End Coupler: 150) 및 해치(Hatch: 160)를 사용할 수 있지만 이에 국한되는 것은 아니다. 이때, 상기 단부 커플러(150)는 상기 튜브(110)의 양 단부에 연결하여 상기 해치(160)와 함께 상기 튜브(110)를 용이하게 밀폐시킬 수 있다.
상기 해치(160)는 상기 튜브(110) 내부의 압력을 낮추어 진공을 형성하기 위한 진공펌프(Vacuum Pump: 210)와 연결시키는 인입구(161)가 형성되며, 또한, 상기 해치(160)는 상기 튜브(110) 내부에 압력센서 또는 소음센서 등을 설치할 수 있도록 작업자가 출입할 수 있는 출입통로(도시되지 않음)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 해치(160)의 경우, 상기 튜브(110) 내부의 진공 영역과 외부의 대기 영역을 연결하는 연결관 역할을 하는 피드스루(Feed-through)를 통해 상기 튜브(110) 내부에 설치되는 압력센서 및 소음센서 등의 신호선이 인출되는 인출구가 형성될 수 있다.
한편, 기존의 양압 시스템의 경우, 압력을 가하면 기밀성에 취약한 부분으로 압력용기 내부에 있는 액체나 기체가 밖으로 밀려 나오는 특성을 이용하여 시험을 수행하고 있다. 하지만, 이와 반대로, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부가 저진공인 상태에서 테스트 하는 경우 문제가 되는 지점의 외부에서 내부로 압력이 작용하기 때문에 기존의 양압 시스템과는 다른 방법이 적용되어야 한다.
다시 말하면, 기밀성에 취약한 지점은 공기의 유입이 발생함에 따라 다소 높은 주파수의 소음이 발생한다. 그렇기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템(200)의 경우, 소음 카메라(240)를 활용한 누기부 위치를 검출하는 방식을 적용한다. 또한, 열화상 카메라(250)를 활용하여 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부의 온도 변화에 따라 누기부 위치를 검출할 수 있다. 이러한 방식은 외부에서 기밀(Sealing) 재료를 자동으로 도포할 수 있는 장치를 조합하여 운영하면 자동 누기검출(Auto Leakage Detection) 및 자기 기밀(Self Sealing) 방식으로도 활용할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 구성도이다.
도 7 및 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템(200)은 진공펌프(Vacuum Pump: 210), 압력계(220), 소음센서(230), 소음 카메라(240), 열화상 카메라(250) 및 모니터링 단말(260)을 포함하며, 이때, 상기 모니터링 단말(260)은 검측주기 설정부(261), 데이터 수집부(262), 주파수 분석부(263), 데이터베이스(264), 임계주파수 비교부(265), 카메라 구동부(266), 누기 판단부(267) 및 누기부 위치 결정부(268)를 포함할 수 있다.
먼저, 기밀튜브 시험체(100)는 튜브(110), 단부 커플러(150) 및 해치(160)를 포함하며, 상기 튜브(110)의 양 단부에 각각 단부 커플러(150) 및 해치(160)를 연결하여 밀폐시키게 된다. 이때, 상기 튜브(110)는 카트리지 타입의 원통형 튜브로서, 기밀성 시험을 위해 강재, 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete: UHPC), GFRP 또는 복합소재 등으로 제조된다.
진공펌프(210)는 상기 기밀튜브 시험체(100)에 음압을 형성하도록 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부에 아진공 또는 진공을 형성한다.
압력계(220)는 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부가 아진공 또는 진공을 유지하는지 확인하도록 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부의 압력을 감지한다.
소음센서(230)는 상기 기밀튜브 시험체(100)의 내부에 설치되어 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기로 인해 발생하는 소음을 감지한다.
소음 카메라(240)는 상기 소음센서(230)에 의해 감지된 소음의 주파수가 기설정된 임계 주파수를 초과하는 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100) 내의 누기를 검측한다.
열화상 카메라(250)는 상기 소음센서(230)에 의해 감지된 소음의 주파수가 임계 주파수를 초과하지 않는 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100) 내의 누기를 검측한다.
모니터링 단말(260)은 상기 소음센서(230)에 의해 감지된 소음의 주파수가 임계 주파수를 초과하는지 확인하여 상기 소음 카메라(240) 또는 상기 열화상 카메라(250)를 구동하고, 상기 소음 카메라(240) 또는 상기 열화상 카메라(250)에 의해 검측된 상기 기밀튜브 시험체(100) 내의 누기부 위치를 모니터링한다.
구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 모니터링 단말(260)의 검측주기 설정부(261)는 상기 기밀튜브 시험체(100)에서 발생하는 소음 검측을 위한 검측주기를 설정한다.
상기 모니터링 단말(260)의 데이터 수집부(262)는 상기 검측주기 설정부(261)에서 설정된 검측주기에 따라 검측된 소음 데이터를 수집하며, 또한, 상기 소음 카메라(240) 또는 상기 열화상 카메라(250)가 구동된 후 상기 소음 카메라(240) 또는 상기 열화상 카메라(250)에 의해 검측된 데이터를 수집한다.
상기 모니터링 단말(260)의 주파수 분석부(263)는 상기 데이터 수집부(262)에서 수집된 소음 데이터의 주파수를 분석한다.
상기 모니터링 단말(260)의 임계주파수 비교부(265)는 상기 주파수 분석부(263)에 의해 분석된 주파수를 임계주파수와 비교한다.
상기 모니터링 단말(260)의 카메라 구동부(266)는 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는 경우 상기 소음 카메라(240)를 구동하고, 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하지 않는 경우 상기 열화상 카메라(250)를 구동한다.
상기 모니터링 단말(260)의 누기 판단부(267)는 상기 소음 카메라(240) 또는 열화상 카메라(250)의 누기 검측 결과에 따라 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기 발생 여부를 판단한다.
상기 모니터링 단말(260)의 누기부 위치 결정부(268)는 상기 누기 판단부(267)에서 상기 기밀튜브 시험체(100)에서 누기가 발생한 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기부 위치를 결정한다.
다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템(200)의 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 검측 주기를 설정하고, 해당 검측 주기에 도달하면 음압 형태의 기밀튜브 시험체(100)에서 발생하는 소음을 검측한다.
이후, 검측된 소음에 대한 주파수 분석을 실시하고, 기존의 소음 데이터를 토대로 설치된 소음 카메라(240)로 검측할 수 있는 적정 주파수대역 여부를 체크한다. 일반적으로, 상기 소음 카메라(240)는 매우 효율적으로 소음부분을 시각적으로 확인할 수 있으나, 그 성능에 따라 일정 주파수 이상의 고주파 대역에 대해서만 검측할 수 있다. 예를 들면, 상기 소음 카메라(240)는 일반적으로 초기 균열 등에 의한 소규모 누기부분에 대해서 검측 가능한 임계주파수를 설정하고, 누기 검측에 대한 적정성 여부를 선별하는 절차가 반드시 필요하다. 이러한 과정이 누락될 경우, 완벽한 누기부 위치를 검출할 수 없으며, 기존의 장비는 이런 부분이 구비되어 있지 않다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템(200)의 경우, 임계주파수 이상의 고주파 대역에서는 상기 소음 카메라(240)를 통해서 검측을 실시하고, 그 이하의 저주파 대역의 소음발생구간, 즉, 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지않은 구간에서는 열화상 카메라(250)를 이용해서 검측을 실시한다. 이때, 상기 열화상 카메라(250)는 기밀튜브 시험체(100) 내부와 외부의 온도차를 이용하여 누기부 위치를 검측할 수 있다.
전술한 절차를 거쳐서 선정된 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기부 위치를 누기 발생 가능 후보지역으로 판별할 수 있으며, 최종적으로, 누기부 위치의 재확인 절차를 걸쳐서 보수지역으로 확정할 수 있다. 이후, 누기부 자동보수 장치를 활용할 경우, 보수절차 또한 자동화할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템(200)에서, 기밀성을 시험하기 위한 기밀튜브 시험체(100)는 표준규격의 카트리지 타입(Cartridge Type)으로 제작하여 단부 커플러(150)와 해치(160)를 사용하여 밀폐시킨다. 기밀튜브 시험체(100), 단부 커플러(150) 및 해치(160)의 접합부는 기밀성을 증대시키기 위해서 기밀 충진제를 도포하는 것이 바람직하다.
또한, 진공펌프(210)는 기밀튜브 시험체(100)의 목표기압인 0.001 기압을 목표시간, 예를 들면, 30분 이내에 달성할 수 있는 충분한 용량의 진공펌프를 연결한다. 이때, 압력계(220)는 목표기압인 0.001 기압까지 측정 가능한 용량의 압력센서를 사용한다.
또한, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기가 발생하는 부분은 소음 카메라(240) 또는 열화상 카메라(250)를 통해 검지하고, 상기 소음 카메라(240) 또는 열화상 카메라(250)에 의해 검지된 데이터를 모니터링 단말(260)로 전송하여 유지보수를 수행할 누기부 위치를 좌표로 기록하며, 후속적으로 보수장비를 투입하여 상기 기밀튜브 시험체(100)를 자동으로 밀폐할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 소음 카메라에 의한 누기부 검측을 예시하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템에서 열화상 카메라에 의한 누기부 검측을 예시하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 경우, 소음 카메라(240)를 이용하여 기밀튜브 시험체(100)의 누기를 검측할 수 있으며, 임계주파수 이상의 고주파 대역에서는 상기 소음 카메라(240)를 통해서 검측을 실시하고, 기밀튜브 시험체(100)의 누기부 위치를 검측할 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 경우, 열화상 카메라(250)를 이용하여 기밀튜브 시험체(100)의 누기를 검측할 수 있으며, 임계주파수 이하의 저주파 대역의 소음발생구간, 즉, 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지 않은 구간에서 검측을 실시할 수 있다. 이때, 상기 열화상 카메라(250)는 기밀튜브 시험체(100) 내부와 외부의 온도차를 이용하여 누기부 위치를 검측할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 음압이 작용하는 튜브트레인용 기밀튜브 시험체의 누기를 검측할 수 있고, 이에 따라, 실제 튜브트레인용 기밀튜브 구조체에 용이하게 적용할 수 있다.
또한, 기밀튜브 시험체 내에서 발생하는 소음에 대응하는 임계 주파수에 따라 소음 카메라 및 열화상 카메라를 선택적으로 사용함으로써 기밀튜브 시험체의 누기를 용이하게 검측할 수 있다. 예를 들면, 기설정 임계주파수 이상의 고주파 대역에 대해서만 검측이 가능한 소음 카메라를 사용하여 기밀튜브 시험체의 초기 균열에 의한 소규모 누기부분에 대해서 검측할 수 있고, 또는 열화상 카메라를 사용하여 기설정 임계주파수 이하의 저주파 대역의 소음발생구간인 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지 않은 구간에서 검측을 실시할 수 있다.
[튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법]
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법의 동작흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법은, 먼저, 진공펌프(210)를 이용하여 음압 기밀튜브 시험체(100)의 진공을 형성한다(S110). 여기서, 상기 기밀튜브 시험체(100)는, 원통형 형상의 튜브(110); 상기 튜브(110)의 양 단부에 연결되는 단부 커플러(150); 및 상기 단부 커플러(150)와 연결되어 상기 튜브(110)를 밀폐시키는 해치(160)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 튜브(110)는 표준규격의 카트리지 타입(Cartridge Type)으로 제작되며, 강재, 초고성능 콘크리트(UHPC), GFRP 또는 복합소재 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 해치(160)는 상기 튜브(110) 내부의 압력을 낮추어 진공을 형성하기 위한 진공펌프(210)와 연결시키는 인입구(161)가 형성되며, 상기 튜브(110) 내부에 압력센서 또는 소음센서 등을 설치할 수 있도록 작업자가 출입할 수 있는 출입통로가 형성될 수 있다. 또한, 상기 해치(160)는 상기 튜브(110) 내부의 진공 영역과 외부의 대기 영역을 연결하는 연결관 역할을 하는 피드스루(Feed-through)를 통해 상기 튜브(110) 내부에 설치되는 압력센서와 소음센서의 신호선이 인출되는 인출구가 형성될 수 있다.
다음으로, 기설정된 검측주기에 따라 상기 기밀튜브 시험체(100)에서 발생하는 소음을 검측한다(S120).
다음으로, 모니터링 단말(260)이 상기 검측된 소음의 주파수를 분석한다(S130). 구체적으로, 상기 단계의 모니터링 단말(260)은, 상기 기밀튜브 시험체(100)에서 발생하는 소음 검측을 위한 검측주기를 설정하는 검측주기 설정부(261); 상기 검측주기 설정부(261)에서 설정된 검측주기에 따라 검측된 소음 데이터를 수집하는 데이터 수집부(262); 상기 데이터 수집부(262)에서 수집된 소음 데이터의 주파수를 분석하는 주파수 분석부(263); 상기 주파수 분석부(263)에 의해 분석된 주파수를 임계주파수와 비교하는 임계주파수 비교부(265); 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는 경우 상기 소음 카메라(240)를 구동하고, 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하지 않는 경우 상기 열화상 카메라(250)를 구동하는 카메라 구동부(266); 상기 소음 카메라(240) 또는 열화상 카메라(250)의 누기 검측 결과에 따라 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기 발생 여부를 판단하는 누기 판단부(267); 및 상기 누기 판단부(267)에서 상기 기밀튜브 시험체(100)에서 누기가 발생한 것으로 확인한 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기부 위치를 결정하는 누기부 위치 결정부(268)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모니터링 단말(260)은, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기에 대응하는 소음 데이터가 저장된 데이터베이스(264)를 추가로 포함하며, 상기 주파수 분석부(263)는 상기 데이터베이스(264)에 저장된 주파수에 근거하여 상기 소음 데이터의 주파수를 분석할 수 있다.
다음으로, 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는지 확인한다(S140).
다음으로, 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는 경우, 소음 카메라(240)를 통해 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기를 검측한다(S150). 여기서, 상기 소음 카메라(240)는 상기 기밀튜브 시험체(100)의 소음부분을 시각적으로 확인할 수 있도록 기설정 임계주파수 이상의 고주파 대역에 대해서만 검측이 가능하고, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 초기 균열에 의한 소규모 누기부분에 대해서 검측할 수 있다.
다음으로, 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하지 않는 경우, 열화상 카메라(250)를 통해 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기를 검측한다(S160). 여기서, 상기 열화상 카메라(250)는 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부와 외부의 온도차를 이용하여 누기부 위치를 검측하되, 기설정 임계주파수 이하의 저주파 대역의 소음발생구간인 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지 않은 구간에서 검측을 실시할 수 있다.
다음으로, 상기 누기의 검측에 따라 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기 발생 여부를 확인한다(S170).
다음으로, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기가 발생한 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기부 위치를 결정한다(S180).
전술한 바와 같이, 아음속 캡슐트레인과 같은 튜브 내부의 압력이 외부보다 작은 음압(Negative Pressure)의 경우, 기존의 수압시험과 같은 방법으로 진행할 수 없기 때문에 이에 적합한 새로운 기밀시험 방법 및 장치를 사용해야 한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템의 경우, 진공상태의 기밀튜브 시험체(100)에 대한 기밀 시험방법에 대한 표준을 제시하였고, 또한, 연결부 또는 재료의 결함으로 인한 누기 여부를 검출하는 방법을 제시함에 따라, 아음속 기밀튜브 구조체의 성능 검증에 효과적이고 생산적인 시험방법으로 활용할 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 실시예들은 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 상기 상세한 설명보다는 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.
100: 기밀튜브 시험체
200: 누기 검측 시스템
110: 제1 튜브 120: 제2 튜브
130: 실링 연결재 140: 플랜지(Flange)
150: 단부 커플러(End Coupler) 160: 해치(Hatch)
210: 진공펌프(Vacuum Pump) 220: 압력계
230: 소음센서 240: 소음 카메라
250: 열화상 카메라 260: 모니터링 단말
261: 검측주기 설정부 262: 데이터 수집부
263: 주파수 분석부 264: 데이터베이스(DB)
265: 임계주파수 비교부 266: 카메라 구동부
267: 누기 판단부 268: 누기부 위치 결정부
110: 제1 튜브 120: 제2 튜브
130: 실링 연결재 140: 플랜지(Flange)
150: 단부 커플러(End Coupler) 160: 해치(Hatch)
210: 진공펌프(Vacuum Pump) 220: 압력계
230: 소음센서 240: 소음 카메라
250: 열화상 카메라 260: 모니터링 단말
261: 검측주기 설정부 262: 데이터 수집부
263: 주파수 분석부 264: 데이터베이스(DB)
265: 임계주파수 비교부 266: 카메라 구동부
267: 누기 판단부 268: 누기부 위치 결정부
Claims (19)
- 튜브트레인용 음압(Negative Pressure) 기밀튜브의 누기 검측 시스템에 있어서,
튜브(110), 엔드 커플러(End Coupler: 150) 및 해치(Hatch: 160)를 포함하며, 튜브(110)의 양단에 엔드 커플러(150) 및 해치(160)를 연결하여 밀폐시킨 기밀튜브 시험체(100);
상기 기밀튜브 시험체(100)에 음압을 형성하도록 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부에 진공 또는 아진공을 형성하는 진공펌프(Vacuum Pump: 210);
상기 기밀튜브 시험체(100) 내부의 압력을 감지하는 압력계(220);
상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기로 인해 발생하는 소음을 감지하는 소음센서(230);
상기 소음센서(230)에 의해 감지된 소음의 주파수가 기설정된 임계 주파수를 초과하는 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100) 내의 누기를 검측하는 소음 카메라(240);
상기 소음의 주파수가 임계 주파수를 초과하지 않는 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100) 내의 누기를 검측하는 열화상 카메라(250); 및
상기 소음센서(230)에 의해 감지된 소음의 주파수가 임계 주파수를 초과하는지 확인하고, 상기 소음 카메라(240) 또는 상기 열화상 카메라(250)에 의해 검측된 상기 기밀튜브 시험체(100) 내의 누기부 위치를 모니터링하는 모니터링 단말(260)을 포함하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 기밀튜브 시험체(100)는,
원통형 형상의 튜브(110);
상기 튜브(110)의 양 단부에 연결되는 단부 커플러(150); 및
상기 단부 커플러(150)와 연결되어 상기 튜브(110)를 밀폐시키는 해치(Hatch: 160)를 포함하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 튜브(110)는 표준규격의 카트리지 타입(Cartridge Type)으로 제작되며, 강재, 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete: UHPC), GFRP 또는 복합소재 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 해치(160)는 상기 튜브(110) 내부의 압력을 낮추어 진공을 형성하기 위한 진공펌프(Vacuum Pump: 210)와 연결시키는 인입구(161)가 형성되며, 상기 튜브(110) 내부에 압력센서 또는 소음센서를 설치할 수 있도록 작업자가 출입할 수 있는 출입통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 해치(160)는 상기 튜브(110) 내부의 진공 영역과 외부의 대기 영역을 연결하는 연결관 역할을 하는 피드스루(Feed-through)를 통해 상기 튜브(110) 내부에 설치되는 압력센서와 소음센서의 신호선이 인출되는 인출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 모니터링 단말(260)은,
상기 기밀튜브 시험체(100)에서 발생하는 소음 검측을 위한 검측주기를 설정하는 검측주기 설정부(261);
상기 검측주기 설정부(261)에서 설정된 검측주기에 따라 검측된 소음 데이터를 수집하는 데이터 수집부(262);
상기 데이터 수집부(262)에서 수집된 소음 데이터의 주파수를 분석하는 주파수 분석부(263);
상기 주파수 분석부(263)에 의해 분석된 주파수를 임계주파수와 비교하는 임계주파수 비교부(265);
상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는 경우 상기 소음 카메라(240)를 구동하고, 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하지 않는 경우 상기 열화상 카메라(250)를 구동하는 카메라 구동부(266);
상기 소음 카메라(240) 또는 열화상 카메라(250)의 누기 검측 결과에 따라 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기 발생 여부를 판단하는 누기 판단부(267); 및
상기 누기 판단부(267)에서 상기 기밀튜브 시험체(100)에서 누기가 발생한 것으로 확인한 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기부 위치를 결정하는 누기부 위치 결정부(268)를 포함하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 모니터링 단말(260)은, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기에 대응하는 소음 데이터가 저장된 데이터베이스(264)를 추가로 포함하며, 상기 주파수 분석부(263)는 상기 데이터베이스(264)에 저장된 주파수에 근거하여 상기 소음 데이터의 주파수를 분석하는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 소음 카메라(240)는 상기 기밀튜브 시험체(100)의 소음부분을 시각적으로 확인할 수 있도록 기설정 임계주파수 이상의 고주파 대역에 대해서만 검측이 가능하고, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 초기 균열에 의한 소규모 누기부분에 대해서 검측 가능한 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열화상 카메라(250)는 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부와 외부의 온도차를 이용하여 누기부 위치를 검측하되, 기설정 임계주파수 이하의 저주파 대역의 소음발생구간인 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지 않은 구간에서 검측을 실시하는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 진공펌프(210)는 상기 기밀튜브 시험체(100)의 목표기압인 0.001 기압을 목표시간 이내에 달성할 수 있는 용량의 진공펌프를 사용하고, 상기 압력계(220)는 목표기압인 0.001 기압까지 측정 가능한 용량의 압력센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템. - 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법에 있어서,
a) 진공펌프(210)를 이용하여 음압 기밀튜브 시험체(100)의 진공을 형성하는 단계;
b) 기설정된 검측주기에 따라 상기 기밀튜브 시험체(100)에서 발생하는 소음을 검측하는 단계;
c) 모니터링 단말(260)이 상기 검측된 소음의 주파수를 분석하는 단계;
d) 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는지 확인하는 단계;
e) 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는 경우, 소음 카메라(240)를 통해 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기를 검측하는 단계;
f) 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하지 않는 경우, 열화상 카메라(250)를 통해 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기를 검측하는 단계;
g) 상기 누기의 검측에 따라 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기 발생 여부를 확인하는 단계; 및
h) 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기가 발생한 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기부 위치를 결정하는 단계를 포함하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법. - 제11항에 있어서, 상기 기밀튜브 시험체(100)는,
원통형 형상의 튜브(110);
상기 튜브(110)의 양 단부에 연결되는 단부 커플러(150); 및
상기 단부 커플러(150)와 연결되어 상기 튜브(110)를 밀폐시키는 해치(160)를 포함하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법. - 제12항에 있어서,
상기 튜브(110)는 표준규격의 카트리지 타입(Cartridge Type)으로 제작되며, 강재, 초고성능 콘크리트(UHPC), GFRP 또는 복합소재 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법. - 제12항에 있어서,
상기 해치(160)는 상기 튜브(110) 내부의 압력을 낮추어 진공을 형성하기 위한 진공펌프(210)와 연결시키는 인입구(161)가 형성되며, 상기 튜브(110) 내부에 압력센서 또는 소음센서를 설치할 수 있도록 작업자가 출입할 수 있는 출입통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법. - 제12항에 있어서,
상기 해치(160)는 상기 튜브(110) 내부의 진공 영역과 외부의 대기 영역을 연결하는 연결관 역할을 하는 피드스루(Feed-through)를 통해 상기 튜브(110) 내부에 설치되는 압력센서와 소음센서의 신호선이 인출되는 인출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법. - 제11항에 있어서, 상기 c) 단계의 모니터링 단말(260)은,
상기 기밀튜브 시험체(100)에서 발생하는 소음 검측을 위한 검측주기를 설정하는 검측주기 설정부(261);
상기 검측주기 설정부(261)에서 설정된 검측주기에 따라 검측된 소음 데이터를 수집하는 데이터 수집부(262);
상기 데이터 수집부(262)에서 수집된 소음 데이터의 주파수를 분석하는 주파수 분석부(263);
상기 주파수 분석부(263)에 의해 분석된 주파수를 임계주파수와 비교하는 임계주파수 비교부(265);
상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하는 경우 상기 소음 카메라(240)를 구동하고, 상기 분석된 주파수가 임계주파수를 초과하지 않는 경우 상기 열화상 카메라(250)를 구동하는 카메라 구동부(266);
상기 소음 카메라(240) 또는 열화상 카메라(250)의 누기 검측 결과에 따라 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기 발생 여부를 판단하는 누기 판단부(267); 및
상기 누기 판단부(267)에서 상기 기밀튜브 시험체(100)에서 누기가 발생한 것으로 확인한 경우, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기부 위치를 결정하는 누기부 위치 결정부(268)를 포함하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법. - 제16항에 있어서,
상기 모니터링 단말(260)은, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 누기에 대응하는 소음 데이터가 저장된 데이터베이스(264)를 추가로 포함하며, 상기 주파수 분석부(263)는 상기 데이터베이스(264)에 저장된 주파수에 근거하여 상기 소음 데이터의 주파수를 분석하는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법. - 제11항에 있어서,
상기 e) 단계의 소음 카메라(240)는 상기 기밀튜브 시험체(100)의 소음부분을 시각적으로 확인할 수 있도록 기설정 임계주파수 이상의 고주파 대역에 대해서만 검측이 가능하고, 상기 기밀튜브 시험체(100)의 초기 균열에 의한 소규모 누기부분에 대해서 검측 가능한 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법. - 제11항에 있어서,
상기 f) 단계의 열화상 카메라(250)는 상기 기밀튜브 시험체(100) 내부와 외부의 온도차를 이용하여 누기부 위치를 검측하되, 기설정 임계주파수 이하의 저주파 대역의 소음발생구간인 누기부가 상대적으로 크고 넓게 분포해서 누기시 발생되는 소리를 소음카메라로 검출이 용이하지 않은 구간에서 검측을 실시하는 것을 특징으로 하는 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020200038873A KR102409040B1 (ko) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템 및 그 방법 |
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| KR1020200038873A KR102409040B1 (ko) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 튜브트레인용 음압 기밀튜브의 누기 검측 시스템 및 그 방법 |
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-
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| KR101130807B1 (ko) | 2009-12-17 | 2012-03-28 | 한국철도기술연구원 | 튜브 철도 시스템의 진공 분할 관리 시스템 및 진공 차단막 장치 |
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 2017년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집(KSR2017S051), 논문의 명칭: "하이퍼튜브 주행안정성 분석 및 향상에 관한 연구" |
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| CN116773125A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-09-19 | 湖南视觉伟业智能科技有限公司 | 一种药品生产质量检测方法及装置 |
| CN116773125B (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-17 | 湖南视觉伟业智能科技有限公司 | 一种药品生产质量检测方法及装置 |
| CN117630007A (zh) * | 2023-11-07 | 2024-03-01 | 浙江康思特动力机械有限公司 | 一种户外应急用发电机组气缸盖的气密性检测装置 |
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| KR102409040B1 (ko) | 2022-06-17 |
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