KR100815838B1 - 노후관로 갱생공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 회전동력이 없이도 노즐부가 자전하면서 고압유체를 분출하도록 구성하되, 고압유체 분사기와 도장기를 각각 탈,부착할 수 있도록 구성된 단일의 세관로봇으로 관로 내면의 스케일층을 제거함과 동시에, 상기 세관로봇의 후처리 도장작업을 겸용적으로 수행하여 갱생공정을 단순화하고, 갱생작업기간을 획기적으로 단축할 수 있는 노후관로 갱생공법에 관한 것이다.

본 발명은, 관로의 내면을 탐사하는 제1 단계; 그 중심을 관로의 센터에 일치시키면서 이동할 수 있도록 곡관의 면을 따라 유연하게 구부러질 뿐만 아니라, 관경축소 또는 관경확대구간을 통과할 때에도 신축적으로 유동하는 바퀴를 구비한 세관로봇을 노후 관로에 투입하여 상기 노후관로의 후방측으로 견인하되, 세관로봇의 선단에 설치된 고압유체 분사기로부터 분출되는 고압유체가 관로면을 타격할 때의 반발력으로 상기 고압유체 분사기가 자전을 하면서 고압유체를 분사하여 관로내면에 성장된 스케일층을 균일하게 제거하는 제2 단계; 상기 스케일층의 제거공정 완료후에 관로내에 고인 물을 배출하고, 건조시키는 제3 단계; 상기 세관로봇의 선단에 설치된 고압유체 분사기를 해체하고, 그 부위에 다갈래의 방향으로 도료를 분출시킬 수 있는 노즐을 구비한 도장기를 설치하여 관로내부로 투입하여 견인하면서, 에폭시 수지 도료를 분사하여 소망하는 두께의 피막층을 형성하는 제4 단계; 및 관로면에 코팅된 에폭시 수지 도료가 경화된 후에 통수하고 마감하는 제5 단계를 포함하는 노후 관 갱생공법을 제공한다.

관로, 갱생, 세관, 도장, 무동력 자전, 고압유체, 워터젯 노즐

Description

노후관로 갱생공법{Method for regenerating a superannuated pipe}

도1은 일반적인 노후 관로 갱생공정의 일련의 과정을 나타내는 흐름도.

도2a는 종래기술에 따른 센터링 디바이스가 곡관을 통과할 때의 내면을 세정하는 상태도.

도2b는 종래 기술에 따른 센터링 디바이스의 자전에 따른 세관상태를 나타낸 정단면도.

도3a 및 도3b는 종래 기술에 따른 관로의 라이닝공정에 사용되는 도장기의 일예시도.

도4는 본 발명에 의한 노후 관로 갱생공정의 일련의 과정을 나타내는 흐름도.

도5는 본 발명에 의한 노후 관로 갱생공법을 수행하기 위하여 먼저 관로의 내부를 탐사하기 위한 공정도.

도6은 관로 탐사후에 세관 로봇을 이용하여 노후 관로를 세관하는 공정도로서, 관경축소구간을 통과하는 과정을 나타낸 상태도.

도7은 도6에서, 세관로봇의 워터젯 노즐이 분출압력에 의해 회전하는 상태를 나타낸 정단면도.

도8은 세관로봇이 곡관을 통과하는 과정을 나타낸 상태도.

도9는 본 발명의 요부인 세관로봇의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도10은 도9의 조립사시도.

도11은 세관공정후에 관로의 내부를 건조시키기 위한 공정도.

도12는 관로의 건조공정후에 세관로봇에 고압유체 분사기 대신에 도장기를 장착하여 라이닝 공정을 수행하기 위한 상태도.

도13은 본 발명의 도장기에서, 2액형 도료를 공급하기 위한 도료 공급관의 다른 구성을 나타낸 일부 절개 사시도.

도14는 본 발명의 요부인 도장기의 다른 실시예 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2: 고압호스 4: 본체

6: 센터유지 스프링 12: 고압유체 분사기

22: 완충기 30: 바퀴

50: 도장기 400: 검사로봇

500: 세관로봇

본 발명은 노후된 관로의 비굴착 갱생공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 회전동력이 필요없이 유체분사압력만으로 노즐부를 자전시킬 수 있는 한대의 세관로봇으로 노후 관로의 내면에 증착되어 있는 스케일층을 제거하고, 도장작업도 함께 병용할 수 있도록 함으로써 갱생공정을 단순화하고, 갱생작업기간을 단축할 수 있는 노후 관로 갱생공법에 관한 것이다.

일반적으로, 수도물을 공급하는 중,대형 직경의 송수관 및 소형 직경의 상수도 배관, 오일과 같은 각종 유체를 이송하는 송유관, 가스관, 하수를 이송하는 하수관로(이하, 통칭하여 '관로'라 지칭한다)등은 설치 후 장시간 동안 사용하게 되면, 노후화되면서 관로 내벽면에 유체에 포함되어 있는 각종 이물질이 퇴적되거나 관로 내면이 산화되면서 녹 등이 생성되고, 이들이 고형화되어 스케일(Scale)층을 형성하게 된다.

상기와 같이 유체 관로의 내면에 생성되는 스케일층은 시간이 경과함에 따라 점차적으로 두꺼워지면서 고형화되기 때문에 유체의 원활한 흐름을 방해하여 유체압을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다. 또한, 관로에 부착된 스케일층이 유체에 녹아들게 되어 유체를 오염시키는 원인이 되며, 관로 네트워크의 기능 유지에 큰 지장을 초래함은 물론 에너지 소비를 증가시키는 중대한 결과를 가져오므로 관로를 주기적으로 청소를 해주어야만 한다.

따라서, 관 내부의 부식생성물과 관 파손등의 문제를 해결하기 위해 노후관에 대한 개량공사(교체 또는 갱생)를 실시하게 된다. 관로개량공사에 적용되는 노후 관로 갱생공법에는 세관(크리닝) 및 라이닝이 대표적이다.

통상적인, 노후 관로를 갱생하는 공법에 대하여 도1을 참조하여 간략히 설명한다.

도면에 도시한 바와 같이, 관로의 내부를 검사하는 제1 공정(S1)과; 노후관의 길이 60∼80m 정도를 1구간으로 하여 단수 후 절단 개관하고, 스크레퍼, 와이어 브러쉬, 고압수 분사 크리너(Cleaner)등과 같은 세관장치를 동력 권양기(Winch)로 수차례 반복하여 끌어당겨 관내 부착 스케일을 제거하고 관 밖으로 배출시키는 제2 공정(S2)과; 관 내부에 고인 물을 제거한 후에 브로어(Blower)로 공기를 이송하여 관 내부를 건조시키는 제3 공정(S3)과; 관 내부의 표면이 건조되면 분사 헤드가 설치된 호스를 관체 안으로 삽입시킨 후 상기 분사 헤드를 관체 외부로 이동시키면서 에폭시 수지 도료 또는 폴리우레아 등을 분사시켜 라이닝을 수행하는 제4 공정(S4); 및 에폭시 도료 또는 폴리우레아가 완전경화하면 관 내부를 청소한 후에 관 절개 부분을 연결하여 통수하고 규정에 따라 토사를 메워 갱생공사를 완료하는 제5 공정(S5)으로 이루어진다.

상기와 같은 일련의 노후 관로 갱생공정중 세관(Pipe cleaning)공법에서 유체의 관로 내면에 퇴적된 스케일층을 제거하기 위한 공법은 여러가지가 제안되어 사용되고 있다.

상기 세관공법에서 노후관로의 스케일을 제거하기 위한 공법으로는 기기를 견인하여 퇴적물을 준설(dredging)하는 스크레이퍼(Scrapers)방식과 고압수를 이용한 워터 제트(Water Jet)방식을 혼합한 공법, 에어 센드(air sand) 공법 등이 개발되어 있으며, 이들 공법들은 일반적으로 관 도장(Pipe lining)의 전처리로서 실시 한다.

상기에서 제안된 세관공법들중에서 스크레이퍼 및 워터제트를 이용한 공법은 수회에 걸친 반복적인 스크레이퍼 및 워터제트 작업을 통하여 세관을 수행하기 때문에 세관 작업이 번거롭고, 세관 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라, 세관상태가 일정치 않아 완벽한 도장작업이 이루어지지 않는 문제점이 있다. 또한, 상기 공법은 관로의 세척이 스크레이퍼가 수용할 수 있는 직경에 한정하므로, 대구경 관로의 세관에는 적합하지 않은 문제점이 있다. 상기 에어 샌드 공법은 에어의 압력으로 샌드를 관로면에 타격하여 세관을 실시하므로, 세관상태가 양호하지만 관의 크기에 따라 부담해야 하는 과도한 공기압력이 필요하므로 소구경 관로에는 적합한 반면에 중, 대형 관로에는 적합하지 않는 문제점이 있다.

특히, 관로의 내벽면에 장기간의 퇴적으로 인해 고형화된 스케일층, 즉 스크레이퍼로 긁어도 제거되지 않는 고형화 스케일층, 또는 공사장등에서 유입되어 굳어진 몰탈이나 잘못 시공된 콘크리트 연결관등은 상기 공법으로는 제거되지 않을 뿐만 아니라, 관로내에 존재하는 스케일층, 몰탈덩어리등과 같은 장애물이 스크레이퍼와 워터제트 기기 자체의 이동을 제한함으로써 준설작업을 계속하는데 어려움을 가중시키는 문제점이 있었다.

상기와 같은 세관 공법외에 고압수 분출노즐의 각도를 달리하여 무동력으로 자전하면서 견인되는 세관장치가 개시되어 있으며, 이를 도2 및 도3을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

도2a에 도시된 바와 같이, 세관장치(102)는 외부로부터 고압유체를 이송시키 기 위한 소정길이의 유체이송관이 구비되어 노후 관로(100)내에서 이동하는 이동본체(110)와; 상기 이동본체(110)의 유체 이송관 전방에 설치되어 고압수를 분출하여 관로(100)내면에 성장한 스케일층을 제거하기 위한 분사노즐(120) 및 상기 이동본체(110)를 견인하기 위한 견인장치(도시하지 않음)로 구성되어 있다.

상기의 무동력자전을 이용한 세관장치(102)는 관로의 직경변화(예를들어 관로제작업체별로 관경의 크기가 불균일하게 제작되는 관계로 인하여 관경이 크거나 작은 관을 연결할 때 발생하는 연결부위 관경의 축소/확대구간을 의미함)나, 소정 곡률 반경을 갖는 곡관을 통과할 경우에 도2b에 도시한 바와 같이 이동본체(110)와 관로(100)의 센터가 일치하지 않는 편심오차(t)가 발생하게 된다. 이때, 각 노즐팁과 관로(100) 면간의 편심오차 간격이 도면에서 t1>t2 만큼 상이하게 되면, 상기 관로면과 노즐팁간의 상이한 편심오차에 따라 관로면에 미치는 고압수의 타격압력이 서로 상이하게 되어 노즐의 자전이 원활하지 못할 뿐만 아니라, 관로면의 스케일층 제거도 불균일해지는 문제점이 있다. 상기 노즐의 자전이 원활하지 못하는 문제는 이동바퀴를 지지하고 있는 지지대가 뒤틀려지는 원인으로 작용하여 파손을 유도할 수 있으며, 이동본체(110)가 전복되는 경우도 발생하여 세관작업을 할 수 없는 문제점을 야기시킨다. 또한, 상기 편심오차(t)가 심하게 클 경우에는 노즐팁이 관로면에 부딪히는 경우도 발생하게 되는데, 이때에는 상기 노즐팁이 관로면을 타격하지 못하여 자전 자체가 불가능하게 되므로, 실질적인 세관작업을 할 수 없는 다른 문제점이 있다.

한편, 종래의 노후 상수도관 갱생공정은 세관작업과 도장작업시 각각 전용장 비들을 이용해야 하는 번거로움이 있고, 이들 장비들을 구입하는데 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.

도장작업의 경우, 노후관로의 곡관을 통과시에 노즐이 센터에서 벗어나기 때문에 관로의 도료 분사도달거리가 상이하여 균일한 도장이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

특히, 도장작업에 사용되는 종래의 도장기는 도3a에 도시한 바와 같이, 분사모터(202)의 선단에 다수의 토출공(204a)이 형성된 노즐(204)을 설치하고, 상기 호스(206)으로부터 공급된 도료를 분사모터(202)의 구동에 의해 노즐(204)에서 분출하도록 하는 분사모터의 구동에 의한 분사구조와, 도3b에 도시한 바와 같이, 회전모터(302)의 구동으로 90°로 구부러진 노즐팁(304)을 회전시키면서, 에폭시 수지 도료를 소정 압력으로 제공하여 분사하는 압력분사구조가 개시되어 있다. 그러나 전자의 분사모터의 구동에 의한 분사구조는 노즐(204)에 다수의 토출공(204a)이 형성되어 있어도 분사모터(202)의 회전에 따른 원심력에 의해 하나의 구멍에서 에폭시 수지 도료가 분출되고, 후자의 구조는 단일의 노즐팁(304)에서만 도료가 분출되기 때문에, 도장작업을 수회에 걸쳐 반복적으로 실시해야 한다. 이에 따라 도장작업시간이 길어지고, 또 피막의 균일한 두께를 형성하기가 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 별도의 회전동력이 없이도 노즐부가 자전하면서 고압유체를 분출하도록 구성하 되, 고압유체 분사기와 도장기를 각각 탈,부착할 수 있도록 구성된 단일의 세관로봇으로 관로 내면의 스케일층을 제거함과 동시에, 상기 세관로봇의 후처리 도장작업을 겸용적으로 수행하여 갱생공정을 단순화하고, 갱생작업기간을 획기적으로 단축할 수 있는 노후 관로 갱생공법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 소정 곡률반경을 갖는 곡관이나 관경 축소 또는 관경확대와 같이 직경변화를 갖는 Φ300mm ∼ 3000mm의 중,대형관로의 세관 및 라이닝공정을 효율적으로 수행하기에 적합한 노후 상수도관 갱생공법을 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 곡관 또는 관로 연결부위의 관경차이로 인해 발생하는 관경확대/축소구간을 통과할 때, 세관 로봇의 본체와 노후관로간의 중심을 항상 일치시킴으로써, 고압유체 분사기로부터 분출되는 고압유체의 균일한 타격압력을 관로면에 제공하여 매끈한 관로면을 얻을 수 있는 노후 관로 갱생공법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 관로의 내면을 탐사하는 제1 단계; 그 중심을 관로의 센터에 일치시키면서 이동할 수 있도록 곡관의 면을 따라 유연하게 구부러질 뿐만 아니라, 관경축소 또는 관경확대구간을 통과할 때에도 신축적으로 유동하는 바퀴를 구비한 세관로봇을 노후 관로에 투입하여 상기 노후관로의 후방측으로 견인하되, 세관로봇의 선단에 설치된 고압유체 분사기로부터 분출되는 고 압유체가 관로면을 타격할 때의 반발력으로 상기 고압유체 분사기가 자전을 하면서 고압유체를 분사하여 관로내면에 성장된 스케일층을 균일하게 제거하는 제2 단계; 상기 스케일층의 제거공정 완료후에 관로내에 고인 물을 배출하고, 건조시키는 제3 단계; 상기 세관로봇의 선단에 설치된 고압유체 분사기를 해체하고, 그 부위에 다갈래의 방향으로 도료를 분출시킬 수 있는 노즐을 구비한 도장기를 설치하여 관로내부로 투입하여 견인하면서, 에폭시 수지 도료를 분사하여 소망하는 두께의 피막층을 형성하는 제4 단계; 및 관로면에 코팅된 에폭시 수지 도료가 경화된 후에 통수하고 마감하는 제5 단계를 포함하는 노후 관로 갱생공법을 제공한다.

이하, 첨부된 도4 내지 도14의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 노후 관로 갱생공법은 관로의 중심과 일치된 상태로 이동하면서 무동력으로 회전할 수 있는 고압유체 분사기를 통하여 고압유체를 분사할 수 있는 세관로봇을 이용하여 주로 Φ300mm 이상의 중,대형 관로면에 성장한 스케일층의 제거작업과 도장작업을 겸용적으로 수행할 수 있도록 함으로써 갱생공정을 단순화하고 갱생작업시간을 대폭 감소시킬 수 있도록 구현한 것이다.

본 발명의 노후 관로 갱생공정은 도4에 도시한 바와 같이, 내부 검사단계(S11)와, 세관로봇을 이용한 관로 스케일 제거단계(S12)와, 관로 건조단계(S13)와, 세관로봇에 도장기를 장착하여 라이닝을 수행하는 단계(S14) 및 통수 및 검사단계(S15) 순으로 진행된다.

세부적인 공정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 도5에 도시한 바와 같이, 자주형 검사로봇(400)을 노후 관로에 투입하고, 상기 검사로봇(400)의 선단부에 설치된 카메라(402)를 통하여 관로 내부의 스케일 성장상태, 접합상태등의 사전 탐사를 실시한다(S11).

다음에, 그 중심을 관로(100)의 센터에 일치시키면서 이동할 수 있도록 곡관의 면을 따라 유연하게 구부러질 뿐만 아니라, 관경이 크거나 작은 관을 연결할 때 발생하는 연결부위 관경의 축소/확대구간(이하, '관경축소 또는 관경확대구간'으로 칭함)을 통과할 때에도 신축적으로 유동하는 바퀴(30)를 구비한 세관로봇(500)을 노후 관로에 투입하여 상기 노후 관로(100)의 후방측으로 견인하되, 세관로봇(500)의 선단에 설치된 고압유체 분사기(12)로부터 분출되는 고압유체가 관로(100)면을 타격할 때의 반발력으로 상기 고압유체 분사기(12)가 자전을 하면서 고압유체를 분사하여 관로내면에 성장된 스케일층을 균일하게 제거한다(S12).

상기 세관로봇(500)으로 관로(100) 내면의 스케일층을 제거하는 과정에서는, 세관로봇(500)에 설치된 후레쉬와 CCTV를 가동시켜 상기 노후 관로(100)의 내면에 성장된 스케일층의 상황데이타를 실시간으로 외부 모니터에 전송한다

도6에 도시한 바와 같이, 상기 세관로봇(500)이 관경축소된 구간을 통과할 때에, 바퀴(30)가 압축되면서 관로(100)의 내면에 균일한 압력으로 구름접촉하므로 세관로봇(500)의 중심과 관로(100) 중심이 일치된 상태에서 상기 관경축소구간을 통과하게 된다. 이에 따라, 도7에 도시한 바와 같이, 관로(100)의 내면과 워터젯 노즐(44)간의 간격 t1, t2, t3, t4 는 모두 동일하게 되고, 결국 상기 워터젯 노즐(44)로부터 분사되는 고압유체가 관로(100)의 내면을 향해 균일한 압력으로 타격 될 수 있으므로 스케일층이 제거된 매끈한 내면을 얻을 수 있게 된다.

또한, 상기 세관로봇(500)은 최대 90°까지 구부러질 수 있는 구조로 되어 있어 도8에 도시한 바와 같이, 상기 세관로봇(500)이 곡관을 통과할 경우에도, 그의 중심이 곡관의 중심과 일치된 상태로 통과하게 되고, 이에 따라 고압유체 분사기(12)로부터 분사되는 고압유체의 균일한 타격에 의해 곡관 내면의 스케일층도 매끈하게 제거될 수 있다.

다음, 상기 세관로봇(500)이 곡관, 관경축소 구간을 통과할 때에 그 중심이 관로(100)의 중심과 일치되는 원리와, 고압유체 분사기(12)가 무동력으로 자전하는 원리를 도7, 도9 및 도10을 참조하여 설명한다.

도9는 본 발명의 요부인 세관로봇(500)의 구성을 나타낸 분해사시도이고, 도10은 도9의 조립사시도이다.

상기 세관로봇(500)은 도면에 도시된 바와 같이, 플렉시블한 관으로 이루어지되 선단부에 니플(nipple)(2a)이 구비되며, 외부로부터 고압유체를 이송시키기 위한 고압호스(2)와; 다수의 마디로 이루어지되 마주하는 대향 단부에 단차부가 형성된 제1 내지 제3 분절관(4a, 4b, 4c)과, 상기 제1 내지 제3 분절관(4a 4b, 4c)의 각 끝단 단차부에 끼워져 고정되며, 곡관의 통과시에 유연한 굽힘성을 제공하여 가변되는 곡률을 일정하게 수용하기 위한 센터유지 스프링(6)을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 분절관(4a, 4b, 4c)에 고압호스(2)가 통과하도록 하기 위한 본체(4)와; 일단이 상기 본체(4)의 각 분절관(4a, 4b, 4c) 외면에 소정 각도로 설치되며, 타단은 노후 관로(100)의 내면에 접촉하면서 구름동작하여 본체(4)를 전후방향으로 이 동시키기 위한 이동수단(8)과; 상기 본체(4)의 제1 분절관(4a)에 끼워져 결합되며, 외경부에 상기 고압호스(2)의 니플(2a)을 끼워 연결하기 위한 니플 연결관(10)과; 상기 니플 연결관(10)의 단부에 연결되며, 센터에서 소정 간격만큼 편차를 갖는 노즐을 반경방향으로 구비하여 고압유체가 노후 관로(100)의 내면을 타격할 때의 반발력에 의해 자전하면서, 상기 분출되는 고압유체의 타격압력으로 노후 관로(100)의 내면에 성장한 스케일층을 제거하기 위한 고압유체 분사기(12)와; 상기 본체(4)의 제3 분절관(4c)의 외면에 설치되며, 후레쉬와 CCTV를 구비하여 상기 노후 관로(100)의 내면에 성장된 스케일층의 상황데이타를 확보하기 위해 촬영하는 카메라 헤드(14)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에서, 상기 본체(4)는 스프링(6)의 탄성력에 의해 최대 90°까지 구부러질 수 있어 센터를 정확히 유지한 상태에서 90°곡관을 무리없이 통과할 수 있다.

여기서, 상기 이동수단(8)은 제1 내지 제3 분절관(4a, 4b 4c) 각각의 외면에서 120°반경방향으로 설치된 박스프레임(22a)과, 상기 박스프레임(22a)의 내부에서 외부로 돌출되어 신축운동하는 스프링(22b)이 구비된 완충기(22)와; 상기 완충기(22)의 스프링(22a) 상단부에 설치된 "U자" 형상의 고정브라켓(24)과; 상기 완충기(22)의 박스프레임(22a)에 대향되게 결합되며, 상부에 수직으로 장공(26a)이 형성되어 있는 지지브라켓(26)과; 상기 고정브라켓(24)에 끼워지며, 관로(100)의 내면에 접촉하여 360°구름동작하는 바퀴(30)와; 상기 바퀴(30)를 고정 브라켓(24)에 끼워 지지하는 힌지(32)를 포함한다.

상기 바퀴(30)는 원판 형태의 바퀴로 이루어져 있으나, 이에 국한하는 것은 아니고 360°회전할 수 있는 볼 타입으로 이루어질 수 있음은 주지의 사실이다.

상기 니플 연결관(10)은 일측에 니플(2a)이 나사체결되고, 타측에는 외부에서 제공되는 회전력에 의해 회전하는 부싱(36)이 설치된다. 상기 부싱(36)은 니플 연결관(10)과는 별도로 회전한다. 즉 상기 니플 연결관(10)은 고정상태이며, 부싱(36)은 외력에 의해 회전하는 구성이다.

상기 고압유체 분사기(12)는 상기 니플 연결관(10)의 부싱(36)에 결합되는 결합축(40)과; 상기 결합축(40)에 연결되며, 내부에 고압유체를 임시 저장하기 위한 공간부(42a)를 가지되 센터에서 소정 간격(t)만큼 편차진 위치에서 반경방향으로 적어도 둘 이상의 유체통로(42b)가 관통되게 형성된 노즐헤드(42)와; 상기 노즐헤드(42)의 각 유체통로(42b)에 결합된 워터젯 노즐(44)과; 상기 노즐헤드(42)의 선단면에 윈치등으로 견인할 수 있도록 마련된 견인고리(46); 및 반구 형태로 형성되어 상기 견인고리(46)에 연결되며, 곡관의 통과시 윈치로 로우프를 끌어당길때 관경의 중심과 노즐의 센터가 불일치되는 것을 방지하기 위한 센터유지 지지대(48)(도6에 도시)를 포함한다.

상기와 같이 구성된 고압유체 분사기(12)는 노즐 헤드(42)의 센터에서 "t" 간격만큼 편심되게 위치된 워터젯 노즐(44)로부터 분출되는 고압유체는 관로면을 비스듬하게 타격하게 되고, 이 타격에 따른 반발력에 의해 노즐헤드(42)와 결합축(40) 및 부싱(36)이 함께 별도의 동력없이 자전하게 되는 것이다.

상기 노즐헤드(42)에 형성된 4개의 유체통로(42b)는 정원으로 가공하지 않고 약간 비스듬하게 가공하여 상기 유체통로(42b)를 통하여 배출되는 유체의 방향이 나선형태가 되도록 할 수도 있다. 이 구조에 의하면, 나선방향으로 형성된 상기 유체통로(42b)를 통하여 유체가 분출될 때, 나선방향으로 회전하려고 하는 회전력이 워터젯 노즐(44)에 작용하도록 하여 자전을 좀더 원활히 할 수 있다. 본 실시예에서 상기 노즐헤드(42)에 설치되는 유체분사노즐이 90°간격으로 4개 설치된 예를 보여주고 있으나, 이에 국한하는 것은 아니고, 노즐헤드(42)의 중심과 상하(또는 좌우) 편심을 가지고, 소정 각도로 구부러진 유체분사노즐을 설치할 수도 있다. 즉, 상기 노즐헤드(42)의 양측면에 대칭으로 유체통로가 형성되되 이 유체통로는 중심선에 대하여 상, 하 또는 좌, 우측으로 소정 간격(t)만큼 편심되며, 대략 45°만큼 서로 반대방향으로 틀어진 구조로 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 세관로봇(500)의 작용상태를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 노후 관로(100)의 내면에 성장한 스케일층을 제거하기 위한 고압유체가 모래일 경우에는 관로 외부에 설치된 샌딩키트로부터 모래를 공급받고, 고압수일 경우에는 워터젯 펌프로부터 공급받는다. 또한, 상기 본체(4)를 관로(100)에 투입하고, 노즐 헤드(42)의 견인고리에 로프를 연결한 후, 윈치등을 매개로 관로의 전방부측으로 견인하면서 상기 본체(4)의 중앙부에 설치된 카메라 헤드(14)에 의해 관로(100)의 전방을 조사하게 된다.

상기 관로(100)의 전방부에서 후방부측으로 본체(4)를 견인하면서 고압호스(2)를 통해 고압유체를 공급하게 되면(본 실시예에서는 700 ∼ 2000bar 압력의 고압유체), 상기 고압유체는 고압호스(2)의 니플(2a)에 연결된 니플연결관(10)을 통해 노즐 헤드(42)로 유입되고, 상기 노즐 헤드(42)에 연결된 워터젯 노즐(44)을 통해 관로(100)내면으로 분출된다.

이때, 도7에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 상기 관로(100)의 센터로부터 소정 간격(ℓ)만큼 편심되게 위치된 워터젯 노즐(44)의 구조에 의해 분출되는 고압유체가 관로의 내부 곡면을 비스듬히 타격하게 된다. 이때, 관로면을 타격할 때에 발생하는 반발력이 상기 워터젯 노즐(44)에 작용하여 고압유체의 분출방향과는 반대방향으로 자전하려고 하는 힘이 발생한다. 상기 워터젯 노즐(44)의 자전하려고 하는 힘은 상기 노즐헤드(42)와 함께 부싱(36)에 전달되어 무동력으로 고압유체 분사기(12)를 자전시키게 된다.

상기 워터젯 노즐(44)은 자전하면서 고압유체를 분출하여 관로면에 성장한 스케일층을 제거하게 되며, 이동수단(8)의 바퀴(30)가 관로면에 구름동작하면서 이동하게 된다.

상기 워터젯 노즐(44)에서 분출되는 고압유체를 매개로 관로(100)면의 스케일층을 제거할 때 발생되는 진동은 바퀴(30)에 연결된 완충기(22)에 의해 완충적으로 흡수되기 때문에, 바퀴(30)가 원활한 구름동작을 할 수 있게 된다.

한편, 관경이 축소된 구간, 또는 확장된 구간을 상기 본체(4)가 통과할 경우에는 변화된 관경만큼 바퀴(30)가 완충기(22)를 매개로 완충되면서 관로의 내면에 밀착된다. 예를 들어, 도6에 도시된 바와 같이 상기 관로의 직경이 좁아질 경우에, 좁아진 직경만큼 상기 바퀴(30)가 눌려지고, 이에 따라 힌지핀(32)이 지지브라 켓(26)의 장공(26a) 내에서 하강하고, 완충기(22)의 스프링(24)이 압축된다. 반대로, 관로의 축소 구간을 통과했을 때에는 상기 스프링(24)의 복원력에 의해 다시 바퀴(30)가 관로(100)면에 밀착된다. 이와 같이, 관경의 축소 또는 확장될 때, 노즐헤드(42)의 회전중심이 관로의 중심으로부터 벗어나 편심오차가 발생하게 되는데, 이러한 편심량만큼 바퀴(30)가 완충동작하면서 편심량을 보상함으로써 결국, 상기 노즐헤드(42)의 회전중심과 관로 중심의 일치 상태를 유지한 채로 견인된다.

따라서, 도7에 도시된 바와 같이 관로(100)의 내면과 워터젯 노즐(44)간의 간격 t1, t2, t3, t4는 모두 동일하게 된다.

한편, 도9에 도시된 바와 같이 소정 곡률을 갖는 곡관을 통과할 경우에는, 곡률반경만큼 본체(4)를 연결하는 센터유지 스프링(6)이 구부러지게 된다. 이에 따라, 상기 본체(4)의 중심과 노즐 헤드(42)의 회전중심은 편심되지 않고, 관로의 중심과 일치된 채로 견인되는 것이다. 또한, 곡관의 통과시에 윈치등으로 견인고리(46)에 연결된 로우프를 당길때, 워터젯 노즐(44)의 중심이 관로의 중심으로부터 벗어나려고 하는 것을 센터유지 지지대(48)가 방지하게 된다. 즉, 곡관의 통과시에, 로우프가 관로의 곡선면 상단에 맞닿은 상태로 당겨지게 되는데, 이때 센터유지 지지대(48)가 없게 되면 노즐이 관로의 곡선면 안쪽에 닿게 되어 관로와 노즐의 센터가 불일치하게 된다. 이와 같은 상태는 반구의 센터유지 지지대(48)가 워터젯 노즐(44)이 관로의 직경을 벗어날려고 하는 것을 방지하게 되는 것이다.

세관로봇(500)에 의해 관로의 내면에 성장된 스케일층이 제거된 후에는 관로(100)에 고인 물을 배출하고, 도11에 도시한 바와 같이 브로어(도시하지 않음)를 이용하여 관로 내부의 건조공정을 수행한다(S13).

관로내부가 건조된 후에는 상기 세관로봇(500)의 본체(4)의 선단측 제1 분절관(4a)에 설치된 고압유체 분사기(12)를 해체하고, 여기에 도장기(50)를 설치하여 관로(100)에 투입함으로써 한대의 세관로봇(500)으로 도장작업을 겸용하게 된다(S14).

상기 도장기(50)는 관경에 따라 다소 차이가 있으나, 통상 2500 ∼ 3000r.p.m으로 회전하면서 두갈래의 방향으로 에폭시 수지 도료가 분출되도록 하여 1회 또는 2회의 공정으로 소망하는 균일한 피막두께를 얻을 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 상기 도장기(50)는 도12에 도시한 바와 같이, 본체(4)의 제1 분절관(4a)에 체결되도록 일측부에 나사관(52a)이 일체로 형성된 케이싱(52)과; 상기 케이싱(52)을 축방향으로 관통하며, 호스(2)로부터 제공되는 라이닝 도료를 스케일층이 제거된 관로에 분사하는 도료분사기(54)와; 상기 도료분사기(54)로부터 호스(2)가 자유롭게 유동되도록 연결하는 스위블 조인트(swivel joint)(56)와; 상기 케이싱(52)의 내부에 설치되며, 상기 도료분사기(54)에 회전력을 제공하는 회전력 제공장치(58)로 구성된다.

상기 회전력 제공장치(58)는 1:1 기어비로 치합되며 종동측 기어에 도료분사기(54)를 끼워 지지하는 한쌍의 스퍼어 기어(62)와; 상기 스퍼어 기어(62)의 원통측에 연결되는 감속모터(64) 및 상기 케이싱(52)의 내부에 설치되며, 스퍼어 기어(62)를 끼워 지지하도록 원형 홈이 형성된 지지브라켓(66); 및 상기 케이싱(52) 을 관통하여 지지브라켓(66)을 고정하는 고정볼트(68)로 구성된다.

상기 도장기(50)의 구성에서, 상기 도료분사기(54)는 소정 길이를 두고 90°방향으로 분기되어 2 방향으로 분출하는 노즐팁(72)과, 일측은 상기 스위블 조인트(56)에 연결되며, 타측은 상기 노즐팁(72)에 연결되는 도료 공급관(74)으로 구성된다. 상기 구조는 외부에서 혼합된 1액형 도료를 공급하기에 적합한 구조이다.

이때, 상기 도료 공급관(74)은 도13에 도시한 바와 같이, 주제와 경화제의 2액형 도료를 혼합하여 공급하기 위한 믹서기로서의 기능을 수행할 수 있다. 이 경우에 상기 도료 공급관(74)은 스위블 조인트(56)와 노즐팁(72) 각각에 연결하도록 양측에 니플(76a)이 구비된 연결관(76)과; 상기 연결관(76)의 내부에 삽입되며, 중공관 양단에 믹싱홀(78a)이 관통되고 혼합을 위한 홈(78b)이 나사산부에 각각 일직선으로 형성되어 있는 믹서관(78)으로 구성된다.

두갈래의 방향으로 도료를 분출할 수 있는 도장기에 대한 다른 실시예를 도14를 참조하여 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 도장기(50)는 외부로부터 2액형의 도료가 공급되어 혼합되며, 선단부에 모터가 내장된 믹서관(92)과; 상기 믹서관(92)으로부터 각각 다른 길이를 가지되 단부가 소정 각도로 구부러져 있는 2개의 노즐(94)과; 상기 믹서관(92)에 내장된 모터의 축에 연결되며, 외주면에 각 노즐(94)로부터 분출되는 도료를 통과시키기 위한 토출홀(96a)이 4열로 형성된 분사홀더(96) 및 2개의 노즐(94)로부터 분출되는 에폭시 수지 도료가 일정한 간격을 두고 2방향으로 분출되도록 하기 위하여 상기 분사홀더(96)의 토출홀(96a)을 2열씩 구획하는 구획 판(98)으로 구성된다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 도장기(50)는 본체(4)의 제1 분절관(4c)에 체결된 상태에서 외부로부터 소정 압력으로 1액형 또는 2액형의 에폭시 수지 도료가 공급되면, 분사모터의 구동에 의해 두갈래의 방향으로 도료를 분사하여 관로 내면에 피막을 균일한 두께로 형성하게 되며, 한번의 공정으로 2회에 걸친 도장효과를 얻게 되는 것이다.

상기 도장공정이 완료되면, 에폭시 수지 도료가 경화된 후에 통수를 실시하고, 검사후 마감하게 된다(S15).

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 무동력으로 자전을 하는 고압유체 분사기와, 관경축소 또는 확대구간을 통과할 때 신축적으로 유동하는 바퀴와, 곡관을 통과할 때 최대 90°까지 구부러질 수 있는 다수의 분절관을 구비하되, 그 중심이 관로의 중심과 항상 일치되도록 하면서 견인되는 세관로봇을 이용함으로써 관로의 형상(예를 들어 곡관, 테이퍼관 등)이나 관경변화에 구애됨이 없이 관로내면에 성장된 스케일층을 매끈하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 세관로봇의 고압유체 분사기 대신에 두갈래의 방향으로 도료를 분출할 수 있는 도장기를 교체 설치하여 도장작업을 겸용적으로 할 수 있어 노후 관로의 갱생공정을 단순화할 수 있고, 또 갱생작업시간을 대폭 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상기 노즐헤드의 회전중심과 관로의 중심의 일치를 유지한 채로 세관작업을 하므로, 관로면에 타격되는 압력이 균일하여 관로의 손상없이 세관작업을 간단하고 깨끗하게 행할 수 있고, 도장공정에서는 1회 또는 2회의 도장작업으로도 관로 내면에 소망하는 두께의 피막을 형성할 수 있는 다른 효과가 있다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 관로의 내면을 탐사하는 제1 단계;

   그 중심을 관로의 센터에 일치시키면서 이동할 수 있도록 곡관의 면을 따라 유연하게 구부러질 뿐만 아니라, 관경축소 또는 관경확대구간을 통과할 때에도 신축적으로 유동하는 바퀴를 구비한 세관로봇을 노후 관로에 투입하여 상기 노후관로의 후방측으로 견인하되, 상기 세관로봇에 설치된 후레쉬와 CCTV를 가동시켜 상기 노후 관로의 내면에 성장된 스케일층의 상황데이타를 외부 모니터에 전송하고, 세관로봇의 선단에 설치된 고압유체 분사기로부터 분출되는 고압유체가 관로면을 타격할 때의 반발력으로 상기 고압유체 분사기가 자전을 하면서 고압유체를 분사하여 관로내면에 성장된 스케일층을 균일하게 제거하는 제2 단계;

   상기 스케일층의 제거공정 완료후에 관로내에 고인 물을 배출하고, 건조시키는 제3 단계;

   상기 세관로봇의 선단에 설치된 고압유체 분사기를 해체하고, 그 부위에 다갈래의 방향으로 도료를 분출시킬 수 있는 노즐을 구비한 도장기를 설치하여 관로내부로 투입하여 견인하면서, 에폭시 수지 도료를 분사하여 소망하는 두께의 피막층을 형성하는 제4 단계; 및

   관로면에 코팅된 에폭시 수지 도료가 경화된 후에 통수하고 마감하는 제5 단계

   를 포함하는 노후 관로 갱생공법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제2 단계에서, 세관로봇의 고압유체 분사기로부터 분사되는 고압유체의 압력이 700 bar ∼ 1000 bar인 것을 특징으로 하는 노후 관로 갱생공법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제2 단계에서 사용되는 세관로봇은

   고압유체 공급호스;

   상기 고압유체 공급호스를 끼워 지지하며 중공을 갖는 다수의 분절관과, 상기 분절관 각각을 연결하며 곡관의 통과시에 유연한 굽힘성을 제공하여 센터를 유지하기 위한 센터유지 스프링을 포함하는 본체;

   상기 본체의 각 분절관 외면에서 120°반경방향으로 설치된 박스프레임과, 상기 박스프레임의 내부에서 외부로 돌출되어 신축운동하는 스프링이 구비된 완충기;

   상기 완충기의 박스프레임 선단에 설치되며, 관로의 내면에 접촉하여 360°구름동작하면서 본체를 전후방향으로 이동시키기 위한 바퀴;

   외경은 상기 본체의 선단측 분절관에 연결되고 내경은 고압유체 공급수단에 연결되며 센터에서 소정 간격만큼 편차를 갖는 분사노즐을 반경방향으로 구비하여 고압유체가 노후 관로의 내면을 타격할 때의 반발력에 의해 자전하면서, 상기 분출되는 고압유체의 타격압력으로 관로면의 스케일층을 제거하기 위한 고압유체 분사기;

   상기 고압유체 분사기의 선단면에 구비된 견인고리; 및

   반구 형태로 형성되어 상기 견인고리에 연결되며, 곡관의 통과시 윈치로 로우프를 끌어당길때 관경의 중심과 노즐의 센터가 불일치되는 것을 방지하기 위한 센터유지 지지대

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 노후 관로 갱생공법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 제4 단계에서 사용되는 도장기는

   세관로봇의 고압유체분사기 설치자리에 체결되도록 일측부에 나사관이 일체로 형성된 케이싱;

   상기 케이싱을 축방향으로 관통하며, 호스로부터 제공되는 도료를 스케일층이 제거된 관로에 분사하는 도료분사기;

   상기 도료분사기로부터 호스가 자유롭게 유동되도록 연결하는 스위블 조인트(swivel joint); 및

   상기 케이싱의 내부에 설치되며, 상기 도료분사기에 회전력을 제공하는 회전력 제공장치

   를 포함하는 노후 관로 갱생공법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 도료분사기는 소정 길이를 두고 90°방향으로 분기되어 두갈래의 방향으로 분출하는 노즐팁과;

   일측은 상기 스위블 조인트에 연결되며, 타측은 상기 노즐팁에 연결되는 도료 공급관으로 구성된 것을 특징으로 하는 노후 관로 갱생공법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 도료 공급관은

   상기 스위블 조인트와 노즐팁 각각에 연결하도록 양측에 니플이 구비된 연결관;

   상기 연결관의 내부에 삽입되며, 중공관 양단에 믹싱홀이 관통되고 혼합을 위한 홈이 나사산부에 각각 일직선으로 형성되어 있는 믹서관으로 구성되어 주제와 경화제의 2액형 도료를 혼합하여 공급하기 위한 믹서기로서의 기능을 하는 것을 특징으로 노후 관로 갱생공법.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 제4 단계에서 사용되는 도장기는

   선단부에 모터가 내장되어 세관로봇의 고압유체 분사기 설치자리에 연결되며, 외부로부터 공급되는 2액형의 도료를 혼합하는 믹서관;

   상기 믹서관으로부터 각각 다른 길이를 가지고 돌출되되, 단부가 소정 각도로 구부러져 있는 복수의 노즐;

   상기 믹서관에 내장된 모터의 축에 연결되며, 외주면에 각 노즐로부터 분출되는 도료를 통과시키기 위한 토출홀이 다수의 열로 형성된 분사홀더; 및

   상기 복수의 노즐로부터 분출되는 에폭시 수지 도료가 일정한 간격을 두고 두 갈래의 방향으로 분출되도록 하기 위하여 상기 분사홀더의 토출홀을 임의의 열씩 구획하여 소정 갈래로 에폭시 수지 도료가 분출되도록 유도하는 구획판

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 노후 관로 갱생공법.
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 고압유체 분사기는

   상기 본체의 선단부에 위치된 분절관에 끼워져 결합되며, 내경부에 일측에 상기 고압호스가 연결되고 내경부 타측에 회전가능한 부싱이 내장되어 있는 니플 연결관;

   상기 니플 연결관의 부싱에 결합되는 결합축;

   상기 결합축에 연결되며, 내부에 고압유체를 임시 저장하기 위한 공간부를 가지되 센터에서 소정 간격(t)만큼 편차진 위치에서 반경방향으로 적어도 둘 이상의 유체통로가 관통되게 형성된 노즐헤드;

   상기 노즐헤드의 각 유체통로에 결합되어 고압유체를 관로면에 타격시켜 스케일을 제거하며, 상기 고압유체가 관로면을 비스듬하게 타격할 때의 반발력에 의해 자전하는 워터젯 노즐

   을 포함하는 노후 관로 갱생공법.

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