맨홀 뚜껑

<시간 />

배경

주요 도시의 지하에는 하수도, 빗물 배수관, 증기 터널 및 유틸리티 복도와 같은 지하 유틸리티가 있습니다. 맨홀이라고 하는 접근로를 정기적으로 이러한 지하 도관에 파서 유지 관리 작업자가 접근할 수 있도록 합니다. 사람들이 지하 유틸리티를 청소, 검사 또는 수리할 수 있도록 맨홀이 필요합니다. 맨홀은 세 번째 뉴욕시 상수도 터널에서 70층만큼 얕거나 깊을 수 있습니다. 맨홀 뚜껑은 보행자가 맨홀에 빠지는 것을 방지하기 위해 거리와 보도에 깔린 둥근 철판입니다.

맨홀 뚜껑의 직경은 최소 22인치(56cm)여야 하지만 최대 60인치(1.5m) 직경이 될 수 있습니다. 평균 덮개의 무게는 250~300파운드(113~136kg)입니다. 하수구에서 메탄 가스를 생성할 수 있으므로 하수구 맨홀 뚜껑이 무거워지는 것이 중요합니다. 이 메탄 가스는 가벼운 뚜껑을 밀어내고 유독 가스를 거리로 퍼뜨릴 수 있습니다.

연혁

사람들이 도시에 살기 시작하자마자 인간 쓰레기를 처리하는 문제가 문제가 되었습니다. 최초의 도시들은 개방된 하수도 역할을 하는 큰 강을 따라 건설되었습니다. 인간의 배설물이 너무 많아 사람들과 밀접하게 접촉하여 발생하는 주기적인 역병 때문에 이것은 만족스럽지 못했습니다. 로마의 토목 기술자들은 지하 하수도의 발명으로 이 문제를 해결했습니다. 손으로 파고 벽돌을 깔아 만든 로마의 하수구는 도시의 쓰레기를 모아 멀리 하류에 버렸다. 로마인들은 주기적으로 청소할 수 있도록 이 하수구에 접근할 수 있는 방법을 만들었습니다. 이 접근로를 막은 돌 맨홀 뚜껑은 요르단의 옛 로마 도시인 제라쉬에서 여전히 볼 수 있습니다.

근대 문명이 로마의 수준에 도달하기까지는 꽤 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 1856년 시카고 하수도 시스템에 대한 건설이 시작되었습니다. 1870년까지 뉴욕 시의 하수관 길이는 320km에 불과했지만 오늘날에는 10,000km에 불과합니다. 덮개가 있는 최초의 맨홀은 하수도가 아니라 수도 또는 도시 가스 파이프라인을 위해 19세기 초에 건설되었을 것입니다. 이 맨홀의 덮개는 현재까지 남아 있는 것으로 알려져 있지 않습니다.

원자재

맨홀 뚜껑은 주철로 만들어집니다. 주철은 철을 녹인 다음 주형에 붓거나 주조하는 것을 의미합니다. 일반적인 맨홀 뚜껑은 회주철을 사용하여 주조됩니다. 연성 주철은 강도가 더 높기 때문에 비행기 터미널 근처에서 볼 수 있는 것과 같은 특수 맨홀 뚜껑에 사용됩니다. 회주철은 철 원소와 탄소 및 규소 합금 원소로 구성됩니다. 합금제, 주로 탄소는 주철에 강도와 내구성을 부여합니다. 연성 주철은 쇳물에 망간을 첨가하여 생산합니다. 망간은 철의 탄소가 플레이크 대신 결절을 형성하도록 하여 연성 주철에 더 큰 강도와 가단성을 부여합니다.

맨홀 뚜껑을 만드는 데 필요한 다른 원료는 철 외에 점토와 결합된 모래인 녹색 모래입니다. 녹색 모래는 쇳물을 붓는 틀을 만드는 데 사용됩니다. 모래 혼합물은 약 90%의 규사, 4~10%의 점토, 2~10%의 유기물(예:석탄) 및 2~5%의 물로 구성됩니다. 모래는 녹색이 아닙니다. 녹색은 주조 과정에서 젖은 상태를 유지하는 것이 허용된다는 사실을 나타냅니다.

디자인

가장 단순한 것부터 가장 화려한 것까지 모든 맨홀 뚜껑은 먼저 나무나 알루미늄으로 모델링됩니다. 이 모델은 용융된 주철이 부어질 주형을 만드는 데 사용됩니다. 맨홀의 표면을 위해 만들어진 디자인은 그것을 만든 숙련된 장인의 수만큼 다양합니다. 같은 지름의 둥근 구멍에 둥근 물체를 떨어뜨릴 수 없기 때문에 모든 맨홀 뚜껑은 둥근 모양입니다. 맨홀의 무게가 맨홀 아래에 서 있는 작업자를 쉽게 죽일 수 있기 때문에 이것은 매우 중요합니다. 둥근 맨홀뚜껑은 또한 굴릴 수 있기 때문에 표면에서 쉽게 이동할 수 있습니다. 직사각형 유틸리티 박스 커버가 있지만 맨홀 위에 설치되지는 않습니다.

제조
프로세스

맨홀 뚜껑을 포함한 모든 주물은 주조 공장이라는 대규모 공장에서 만들어집니다. 고철은 주조소에 들어 와서 녹고 합금되어 철 주조물로 남습니다. 주철은 어디에나 있습니다. 미국의 일반적인 가정에는 약 2,000lb(900kg)의 주물이 포함되어 있으며 주로 파이프 및 파이프 피팅으로 사용되지만 용광로 및 에어컨에도 사용됩니다. 주조 공정은 패턴 제작, 금형 준비, 용융/주입, 냉각 및 마무리의 5단계로 구성됩니다.

패턴 만들기

<울>

1 맨홀 패턴은 나무로 조각하거나 알루미늄으로 가공합니다. 알루미늄 모델은 내구성이 높기 때문에 대량 생산에 사용됩니다. 패턴은 완성된 맨홀 뚜껑보다 약간 크게 설계되어 주물이 냉각될 때 수축이 가능합니다. 각 맨홀에는 덮개의 상단 절반과 하단 절반에 대한 두 가지 패턴이 필요합니다. 패턴의 상반부는 주로 장식적인 디자인으로 제공되지만, 현대의 디자인은 일반적으로 기본 와플, 바구니 직조 또는 동심원 패턴으로 제한됩니다. 1950년 이전에는 패턴이 별똥별에서 도시 스카이라인에 이르기까지 무엇이든 될 수 있었습니다. 몰드의 하단 절반은 단순히 평평하거나 3차원 거미줄 패턴으로 설계되어 덮개를 움직일 수 없을 정도로 덮개의 무게를 증가시키지 않으면서 훨씬 더 큰 강도를 제공할 수 있습니다.

금형 준비

<울>

2 맨홀 모델의 두 반쪽을 플라스크라는 상자에 넣어 모델이 상자의 바닥을 형성하도록 모래 주형을 만듭니다. 상부 플라스크는 코프(cope), 하부 플라스크는 드래그(drag)로 알려져 있습니다. 녹색 모래는 플라스크에 단단히 포장되어 두 개의 금형을 만듭니다. 상부 금형에는 쇳물을 붓는 구멍(라이저 또는 스프루로 알려짐)과 가스가 금형에서 빠져나갈 수 있는 통풍구가 있습니다. 맨홀 뚜껑의 경우 이러한 라이저와 통풍구는 나무 조각을 플라스크에 수직으로 놓고 모래가 플라스크에 채워지면 제거하기만 하면 만들 수 있습니다. 라이저는 일반적으로 금형으로 직접 연결되지 않습니다. 라이저는 "파팅 라인"(금형의 두 반쪽이 결합되는 평면)에서 수평 채널인 러너에 연결됩니다. 러너를 사용하면 용융 금속이 둘 이상의 위치에서 금형으로 공급되어 최종 주조에서 보이드가 형성되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

3 패턴이 제거되면 플라스크의 바닥은 맨홀 뚜껑의 위쪽 및 아래쪽 절반의 빈 이미지입니다. 그런 다음 금형의 아래쪽과 위쪽 절반을 큰 금속 프레임인 "드래그 플라스크"에 조립합니다.

4 일부 주물은 열경화성 화학 수지와 결합된 모래로 만들어지므로 가열해야 고정됩니다. 이 공정은 금형을 매우 빠르게 제작할 수 있고 노동력이 덜 든다는 몇 가지 장점이 있습니다. 이러한 유형의 주형은 많은 수의 주물이 만들어질 때 자동화에 이상적입니다. 그러나 맨홀 뚜껑은 일반적으로 자동화를 정당화할 수 있는 수량으로 생산되지 않습니다.

용융/부기

<울>

5 큐폴라, 전기 아크, 반사, 유도 및 도가니 용광로는 대부분의 주조 공장에서 주철을 생산하는 데 사용하는 고철을 용해하는 데 일반적으로 사용됩니다. 그만큼 모래 주형을 이용한 맨홀 뚜껑 제작. 고철을 용광로에 넣고 약 1,500°C(2,700°F)에서 녹입니다.

6 필요한 합금 금속과 플럭스가 용철에 추가됩니다. 플럭스의 목적은 "슬래그"라고 불리는 폐기물을 생성하는 불순물과 결합하는 것입니다. 슬래그는 철보다 가볍기 때문에 쇳물 위로 떠서 제거할 수 있다.

7 쇳물을 큰 금속 국자에 모은다. 쇳물이 튀는 것을 피하기 위해 멀리서 작업하면서 주물 작업자는 국자를 기울여 철이 라이저(또는 스프루)를 통해 모래 주형에 부어지도록 합니다. 라이저는 여분의 쇳물을 담을 수 있도록 설계되었습니다. 주물이 냉각되고 수축되면서 과도한 금속이 주형에 채워집니다. 쇳물의 온도는 녹색 모래에 있는 유기 물질의 자연 발화 온도보다 훨씬 높기 때문에 유기 물질은 주형에 있는 모든 산소를 태우고 소모합니다. 이것은 맨홀 뚜껑의 산화를 방지합니다. 주조 공장 작업자는 가스가 주물에 기포를 유발할 수 있는 주형에 갇히지 않도록 주형에서 분사되는 배기 제품을 주시합니다.

냉각

<울>

8 금속이 금형에서 제거될 수 있을 정도로 충분히 냉각되는 데 약 1시간 30분이 걸립니다. 완전한 냉각에는 하루 정도 걸립니다.

9 대형 주조소에서는 냉각된 주물과 주형을 진동 화격자 위에 놓고 모래가 모두 떨어져 나갈 때까지 흔듭니다. 소규모 주조소에서는 작업자가 와이어 브러시로 동일한 프로세스를 수행할 수 있습니다.

10 w 몰드에서 사용한 모래를 처리하는 것은 주조 공정 중에 엄청난 양의 모래가 생성될 수 있기 때문에 주조 공장 직원에게 큰 골칫거리가 될 수 있습니다. 사용 후에는 모래를 사이클론으로 분류하여 재사용하기에 너무 미세한 것을 제거하고 존재할 수 있는 금속 슬래그를 모두 걸러냅니다.

마무리

<울>

11 복잡한 주조의 경우 마무리가 주조 공정의 큰 부분을 차지할 수 있지만 맨홀 뚜껑은 많은 마무리가 필요하지 않습니다. 대부분의 경우 러너, 게이트 및 라이저(용철을 부은 채널이 완성된 맨홀 뚜껑의 작은 석순이 됨)를 제거하고 표면을 샷 블라스트한 다음 베어링 표면을 기계로 가공하면 됩니다. 덮개가 프레임에 평평하게 놓일지 확인하십시오.

품질 관리

주철은 일반적으로 고철로 만들어집니다. 원료가 통제되지 않기 때문에 주조소는 철, 탄소 및 합금 금속이 적절한 비율로 포함되어 있는지 확인하기 위해 사용 전에 용융 금속을 주의 깊게 분석해야 합니다. 주조 후에는 주철로 만든 맨홀 뚜껑이 설계된 대로 작동하는지 확인하기 위해 주철의 강도와 연성을 테스트해야 합니다. 강도와 연성은 맨홀 뚜껑을 주조하는 데 사용된 동일한 금속의 막대 시험편을 주조하여 평가합니다. 막대는 탄성 한계를 넘어 부러지거나 늘어날 때까지 끝을 당기는 장력계에 배치됩니다. 탄성 한계는 막대가 당겨질 수 있고 장력이 해제될 경우 원래 모양을 회복할 수 있는 지점입니다. 연성 주철은 일반적으로 파손되기 전에 2%에서 10% 사이의 연신율을 견딜 수 있습니다. 회주철은 부서지기 쉬우므로 크게 늘어나기 전에 부서집니다. 회주철로 만든 제품을 설계하는 엔지니어는 제품이 잘 부서지기 때문에 과부하가 걸리면 경고 없이 부서질 수 있다는 점을 항상 염두에 두어야 합니다. 이것은 재해를 일으킬 수 있으므로 주철 부품은 일반적으로 연성 철 부품보다 훨씬 더 높은 안전 계수를 갖습니다.

부산물/폐기물

일산화탄소, 황화수소, 이산화황, 아산화질소 및 벤젠과 같은 가스 배출은 쇳물이 녹색 모래와 접촉할 때 생성됩니다. 과거에는 납이 일부 유형의 금형에서 바인더로 자주 사용되었습니다. 이러한 사용된 금형을 매립하면 중금속 오염 문제가 발생했습니다. 수지 결합 주물은 경화를 위해 구워질 때 휘발성 유기 화합물을 생성합니다.

녹색 모래에 있는 대부분의 모래는 새 주물에서 재활용할 수 있습니다. 그러나 일정 비율의 모래는 주조 작업 중에 너무 곱게 되어 버려야 합니다.

미래

맨홀뚜껑의 생산공정이 앞으로 크게 바뀔 가능성은 거의 없다. 또한 주철은 매우 경제적이기 때문에 맨홀 뚜껑을 생산하는 데 대체 재료가 사용될 가능성도 없습니다. 맨홀 뚜껑에 대한 흥미로운 전망은 컴퓨터 이용 설계 및 컴퓨터 이용 제조(CAD-CAM)와 관련됩니다. CAD-CAM을 사용하여 맨홀 뚜껑 설계자는 자동 기계로 플라스틱 주형에서 잘라낼 수 있는 복잡한 패턴을 생성할 수 있습니다. 고임금 장인이 특수 맨홀 뚜껑을 위한 특히 복잡한 모델을 만드는 데 며칠 또는 몇 주를 보낼 필요는 없습니다. 디자인이 준비되면 단 몇 분 만에 모델을 절단할 수 있습니다. 맨홀 뚜껑 디자인의 황금기가 가까울 수도 있습니다. 지루하고 실용적인 원 대신 맨홀 뚜껑은 다시 한번 도시의 거리와 보도에 예술성을 더할 수 있습니다.

자세히 알아보기

도서

Baumeister, Theodore, et al. 기계 엔지니어를 위한 Marks의 표준 핸드북. 8판. McGraw Hill Book Company, 1979.

Davis, J. R., ed. ASM 전문 핸드북, 주철. ASM 인터내셔널, 1996.

멜닉, 미미. 맨홀 뚜껑. 캠브리지:MIT Press, 1994.

Samokhin, V. S., ed. 폐수 시스템 설계 핸드북. 뉴욕:Allerton Press, Inc., 1986.

기타

Architectural Iron Company 웹 페이지. 2001년 9월 28일. .

세계의 하수도가 연합합니다. 2001년 9월 28일. .

제프 비