• 화약ㆍ발파
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• 제19권3호
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• pp.105-113
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• 2001

채석, 굴착, 가공과 같은 워터젯 응용분야에서 대상재료에 깊은 홈(kerf)을 절단할 수 있는 실험실용 회전식 슬로터(slotter)를 제작하여 암석을 대상으로 워터젯 시스템의 절단효율을 시험하였다. 고압펌프는 유율 7.5 l/min, 압력 379 MPa, 용량 75 kW급의 JETPAC을 주로 사용하였고, 암석시료는 화강석인 제천석, 거창석을 사용하였다. 시험과정에서는 물과 연마재 투입에 의한 절단 및 진동식 슬로터에 의한 슬롯절단 기초시험을 먼저 수행하고, 그 결과를 토대로 회전식 슬로터에 의한 절단시험을 실시하였다. 순수한 물에 의한 시험의 결과 고압수류의 토출압력은 절단심도에 정비례하였고, 노즐의 이송속도는 이차함수 형태의 반비례 관계를 보였다. 연마재 투입시험에서는 순수한 물에 의한 경우에 비해 연마재로 인한 충격력의 증가로 절단심도가 크게 증가하였는데, 유사한 조건하에서 3~5배 이상의 절단심도의 증가를 보였다. 진동식 슬로터에 의한 슬롯절삭에서는 생성된 슬롯의 내벽면이 바닥으로 갈수록 좁아짐으로써 넓은 폭의 슬롯형성은 가능하나 절삭심도가 제한되었다. 회전식 슬로터에 의한 시험에서 생성된 슬롯들은 평균 22 mm의 폭으로 내벽면이 바닥까지 서로 평행하여 깊은 심도까지 비트진입이 가능하였다. 절단율은 16~32 mm/sec의 속도범위에서 $40~160{\;}\textrm{mm}^2/sec$로 나타났다. 한편, 최대유율 24 l/min의 HUSKY S-200 펌프에 의한 시험결과 JETPAC 펌프에 비해 1.13~3.47 배의 절단심도를 보였다

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권12호
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• pp.1159-1165
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• 2013

파우더 블라스팅은 미세 유리가공법으로서 가공속도가 빠르고 저비용의 장점이 있지만 유리를 취성파괴 시키기 때문에 표면거칠기가 좋지않다. 블라스팅된 표면에 저압의 워터젯을 분사하여 표면에서의 연마 슬러리의 흐름을 통해 표면거칠기를 저감할 수 있다. 본 연구에서는 소다라임 유리에 블라스팅으로 마이크로 채널을 가공한 후 워터젯을 연속 적용하고, 마이크로 채널의 표면거칠기 및 단면 형상의 변화의 과정을 관찰하였다. 워터젯의 적용결과, 초기단계에서는 블라스팅에 의한 미세 요철이 제거되었고, 이후 표면하부의 크랙이 제거되어 평균 표면거칠기 50 nm 근방의 매끈한 표면을 얻을 수 있었다. 표면거칠기 저감에 동반하여 채널단면의 확장 과정도 함께 관측하였다. 마지막으로 제안한 방법에 의해 미세유체칩의 가공 결과를 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권1호
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• pp.49-57
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• 2013

기존 발파를 이용한 암반굴착 공법은 효율적이나 심각한 수준의 발파진동 및 여굴/미굴을 발생시킨다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 본 연구에서는 워터젯 절삭기술을 이용하여 터널 계획선을 따라 자유면을 형성한 후 발파하는 공법을 제안하고 있다. 제안공법은 (1) 발파진동/소음을 저감시키고, (2) 여굴/미굴을 최소화 시키고, (3) 굴착효율 극대화가 가능하다. 제안공법의 효과를 검증하기 위해 기존에 널리 쓰이고 있는 스무스 블라스팅(smooth blasting) 공법을 실험 대조군으로 설정하여 동일한 조건에서 현장실험을 수행하였다. 실험결과, 발파 진동은 최대 55% 감소하고 여굴/미굴은 거의 발생하지 않는 것으로 확인되었다. 또한 굴착효율은 기존공법에 비해 뛰어난 것으로 분석되었다. 본 연구에서 제안하고 있는 워터젯 자유면을 이용한 암반 발파공법은 도심지 굴착공사뿐만 아니라 지하구조물 구축공사에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.763-778
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• 2019

연마재 워터젯 절삭 기술은 다양한 장점으로 인하여 터널 및 지하공간 암반굴착에 활용되고 있다. 워터젯을 이용하여 암반을 파쇄하기 위해서는 반드시 연마재 투입이 필수적이다. 기존 석류석(garnet) 연마재는 국내에서 생산되지 않기 때문에 경제적 측면에서 대체 연마재가 필요한 실정이다. 본 연구는 국내 자연 및 건설현장에서 쉽게 구할 수 있는 모래를 대체 연마재로 사용 가능한지 규명하고자 한다. 실험 데이터 확보를 위해 준비한 현장 모래 5종을 연마재로 사용하여, 동일한 에너지 조건(수압, 유량)에서 화강암 절삭 실험을 수행하였다. 바다 모래를 연마재로 사용할 경우, 절삭성능은 상용 석류석 대비 60~70%가 확보되는 것으로 확인 되었다. 현장에서 경제적인 워터젯 굴착을 위해서 현장 모래를 대체 연마재로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권4호
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• pp.485-490
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• 2011

사불화탄소($CF_4$)는 반도체 제조공정에서 에칭과 반응기 세척에서 사용되어온 가스이다. $CF_4$는 적외선을 강하게 흡수하고 대기 중 잔류시간이 길어서 지구온난화에 영향을 미치기 때문에 고효율의 분해가 필요하다. 본 연구에서는 플라즈마와 워터젯을 결합하여 워터젯 글라이딩 아크 플라즈마 시스템을 개발하고, 이를 이용하여 $CF_4$를 고효율로 분해할 수 있도록 방전영역을 증가시키고 다량의 OH 라디칼을 생성시킬 수 있는 최적의 조업 조건을 결정하였다. 공정 실험 변수로는 워터젯 주입량, $CF_4$ 초기 농도, 전체 가스량과 주입에너지량(SEI : Specific energy input)을 선정하였다. 변수실험을 통하여 워터젯 주입량이 25.5 mL/min, $CF_4$ 초기 농도 2.2%, 전체 가스량 9.2 L/min, SEI 7.2 kJ/L일 때 $CF_4$ 분해율은 최고 97%까지 도달하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권4호
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• pp.417-430
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• 2014

도심지 내 지하공간의 효율적인 활용을 위해서 연마재 워터젯 시스템(abrasive waterjet system)을 이용한 새로운 형태의 암반굴착 공법이 개발되어 활용 중에 있다. 연마재 워터젯 시스템을 활용한 굴착(절삭) 수행 시 적정량의 연마재를 투입하고 연마재입자의 유동성을 원활하게 유지하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 실내실험을 통해 연마재 입자의 유동성과 관련된 영향인자들을 연마재 관 설치높이, 연마재 관 길이, 연마재 관 굴곡도 그리고 연마재 관 내경으로 나누어 연마재 투입량 및 유동성 수준을 평가하였다. 또한, 실험결과를 바탕으로 연마재 투입량 및 연마재 입자 유동성에 관한 최적 조건을 제시하였다. 본 연구결과를 바탕으로 향후 암반 굴착용 워터젯 공법이 도심지 내 터널, 공동구, 수직구 건설 등 다양한 지반 구조물 굴착 작업 시, 최적 연마재 투입을 위한 기초자료로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2009년도 추계학술대회
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• pp.1108-1111
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• 2009

디지털 오토파일럿은 전자해도상에서 선박의 운항예정 코스를 설정하여 입력시킨 후, 자동운항 모드로 세트하면 선박이 운항코스의 경로를 따라 자동으로 항행하는 시스템이다. 워터젯시스템은 엔진과 연결된 임펠러(회전익)를 구동하여 선저에 선수방향으로 설치된 흡입구를 통하여 해수를 흡입하여 압력을 높인 후, 노즐을 통하여 가속된 해수를 선저의 선미방향으로 분사시키므로써 선체를 조향하고 추진시키는 장치이다. 그러므로 워터젯시스템은 수심이 낮은 해역에서도 운항이 가능하며, 고효율의 고속추진, 상대적으로 낮은 진동과 유동소음 등의 환경에서 매우 효과적이므로 새로운 추진시스템으로 수요가 확대되고 있다. 그러나 워터젯시스템의 전기적인 제어신호는 표준화되어있지 않으므로 디지털 오토파일럿의 표준화된 인터페이스를 제공하지 않는다. 본 논문은 표준화된 오토파일럿과 워터젯시스템 사이에서 연동하므로써 고속선박을 신뢰성 있게 조향할 수 있는 피드백 제어인터페이스 모듈을 설계하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.589-604
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• 2021

워터젯 암반 굴착공법은 물과 연마재만을 사용하는 친환경 및 비접촉식 굴착방법으로 다양한 장점을 가지고 있다. 최근에는 기존 천공 공법의 문제점을 보완하고 분진 방지, 소음 저하 등의 이유로 워터젯 공법의 활용이 증가하고 있다. 워터젯 굴착효율을 증대시키기 위해서는 복수의 노즐을 운용하는 것이 유리하다. 복수의 노즐을 사용할 경우, 노즐 운용방법에 따른 굴착성능과 형상을 분석하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 노즐각, 노즐 간 수평거리, 이격거리를 노즐 운용변수로 정의하고 굴착성능과 형상을 분석하였다. 실험결과, 노즐각과 이격거리가 증가할 때 굴착깊이는 감소하였고 유효 굴착깊이는 증가하는 경향을 보였다. 또한, 실험결과를 바탕으로 노즐 삽입에 필요한 굴착형상 기준을 제안하고 기준에 따른 최적 노즐 운용변수를 도출하였다. 본 연구결과는 향후 암반 천공용 다중 워터젯 노즐 개발 시 유용한 기초연구로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국항해항만학회지
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• 제39권6호
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• pp.539-544
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• 2015

해양구조물의 가동해역이 대수심으로 이동함에 따라 해저파이프라인 및 해저케이블은 육지보다 열악한 시공 환경에 놓이게 된다. 이때 해저지반상태와 해상조건 등은 작업효율에 영향을 미치게 되며 단시간에 효율적인 시공이 필요하다. 본 논문은 해저지반 굴삭을 위해 ROV(Remotely Operated Vehicle) 트렌쳐에 장착되는 워터젯 굴삭기의 시공성능 추정에 관한 연구이다. 먼저 전산유체해석을 통해 노즐간의 거리와 노즐 분사각도를 고려하여 굴삭효율을 극대화할 수 있는 최적 노즐수량을 선정하였고, 모형실험을 수행하여 굴삭기의 시공성능을 유추할 수 있는 최대 굴삭심도와 최대 굴삭속도를 파악하였다. 이를 토대로 실제 운용중인 워터젯 굴삭장비와 비교분석하여 워터젯 장비의 효율성을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.357-371
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• 2023

TBM을 이용한 전력구 공사에서 수직구는 TBM 장비 및 전력선의 진출입을 위해 필수적인 구조물이다. 수직구는 지반을 수직으로 관통하여 굴착하기 때문에 암반을 굴착하는 경우가 많다. 암반 지반은 대부분 발파나 할암 공법을 적용하여 굴착하므로 이때 발생하는 소음 및 진동, 도로 점유로 인해 민원이 발생하고 있다. 따라서 기존 공법의 대안으로 기계식 굴착장비를 이용한 수직구 굴착을 고려하였다. 다만, 현 기술 수준에서 수직구 굴착장비는 암반의 압축강도 약 120 MPa 이상에서는 굴착성능이 현저히 저하되어 고강도 암반 지반 적용에 한계가 있다. 본 연구에서는 암반에서 기계식 굴착 성능 개선을 위해 연마재 워터젯 기술을 굴착 보조공법으로 활용하는 방안에 대해 검토하였다. 연마재 워터젯 절삭성능에 대한 검증을 위해 암석 절삭실험을 수행하고, 실험결과로부터 이격거리, 이송속도, 수압 조절을 통해 지반조건 변화에 대응하여 굴착성능을 확보하는 것이 적절할 것으로 판단하였다. 또한, 일축압축강도와 RQD, 굴진율의 관계를 이용하여 연마재 워터젯을 이용한 인위적인 절리생성을 통해 굴착성능을 향상시키는 방안을 제시하였다. 본 연구결과는 향후 수직구 기계식 굴착장비 도입을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.