소방펌프차의 수명 결정요인과 통계적 예측방법 연구 = A Study on Decisional Factors and Statistical Prediction Method for Service Life of Fire Trucks

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The present life of fire trucks is a economic life which was calculated from decrease in value of the vehicle. But, it is reasonable that the exchanging time of fire pumpers should be decided by ability of performing its original function which extinguishes fire with water.
In this study, that time is called by functional life, which is calculated statistically by pump failed data. Korea Fire Technology Center which is a professional institution of fire trucks inspected 328 fire pumpers in 2019. From the inspection, 102 pumpers which had malfunction of pump were found. 102 cases were modified to 100 cases considering production date, then analyzed by statistical method. As result, the life data is adapted Weibull distribution, MTTF(mean time to failure) is 8.0 years. While it is short by 2.0 years in comparing with present life of pumper, this study is reasonable in that the last life of pumper was 8 years. So the functional life of pumpers can be calculated by a statistical method based on the failure data of built in pump.
The pump is composed of impeller and casing. As service time increases, the clearance of the two elements will be bigger. As a result, the leakage in pump increases to exceed the limit which cannot work principle role as a pump. In general, fatigue, erosion and corrosion are major mechanisms for pump failure. As results of this study, fatigue is not a main factor for failure because of small magnitude stress. Erosion by particles shows high level erosion rate
on suction area of impeller. Cavitation which is a key mechanism of corrosion presents at 7  suction depth, and is widen and strengthen at 7.1  depth. Finally, the life of fire trucks is affected by the motion of sucking natural water of ponds, rivers, etc.
For checking of effects of the decisional factors, I calculated the life of the fire trucks belonging to metropolitan cities. As result, the life is 8.6 years which is 0.6 years longer than all fire trucks’ life.

국문 초록 (Abstract)

현재 소방펌프차의 수명은 자산의 시간 경과에 따른 가치변화를 산정한 경제수명이다. 화재 현장에서 소방펌프차의 기능적 고장은 소방 작전의 실패를 의미하기 때문에 진화기능을 핵심적으로 수행하는 소방펌프차는 본연의 기능 수행 가능성에 따라 교체시기를 판단하는 유효수명을 적용할 필요가 있다. 소방펌프차의 유효수명은 주요 구성품인 펌프의 고장데이 터를 이용하여 잘 알려진 통계적 수명분포모델로 산출하였다. 우선 한국 소방산업기술원이 2019년 점검한 328대의 소방펌프차 중 펌프가 고장 난 102대의 데이터를 100대의 수명자료로 보정하고, 지수분포와 와이블분포중 적합성이 높은 와이블분포를 이용하여 소방펌프차의 수명을 계산하였 다. 그 결과 소방펌프차의 평균수명은 8.0년으로 현재 경제적 수명인 내용 연수 10년에 2년이 짧은 결과를 보여 주었다. 현재의 수명 관련 규정이 개정되기 전 소방펌프차의 내용연수가 8년이었던 점을 고려할 때 소방펌 프차의 수명을 주요 구성품인 펌프의 정밀점검 데이터를 이용하여 통계적 으로 예측한 본 연구의 방법은 타당한 것으로 판단된다.
소방펌프차의 유효수명을 결정하는 펌프는 작동시간이 증가할수록 기계적 파괴가 누적되고 이로 인해 고장에 이르게 된다. 일반적인 기계의 고장메커니즘(mechanism) 중 소방펌프차의 펌프에서 결정적으로 작용하는 고장요인이 무엇인가를 해석하기 위하여 피로, 마모, 부식의 영향을 상용 해석프로그램을 이용해 해석해 보았다.
그 결과, 피로는 임펠러나 케이싱에 가해지는 압력의 평균값과 변동 폭이 작아 파괴요인으로 작용하기 어렵고, 유체에 혼입되는 입자에 의한 침식은 임펠러의 흡입구 부근에 선행연구의 결과에 비해 높은 침식률을 보여주었으며, 부식을 유발하는 주요 메커니즘(mechanism)으로 분석한 캐비테이션은 펌프로부터 흡입 깊이 7 에서 나타나며 7.1 로 가면 급격히 그 범위가 확대됨을 확인하였다.
펌프 고장의 결정요인으로서 입자 침식과 7 이상의 흡입 깊이로 인한 캐비테이션이 실제 펌프의 수명에 영향을 주는지를 검증하기 위하여 자연 수의 사용 빈도가 낮을 것으로 판단되는 특·광역시 소속의 소방펌프차 87 대의 수명을 조사한 결과 평균수명은 약 8.6년이 나왔으며, 이는 전체 대상 328대의 8.0년과 비교했을 때 95%의 신뢰수준에서 유의미한 차이가 있음을 보여주었다.
본 연구는 소방펌프차의 유효수명은 탑재된 펌프의 수명으로 산출할 수있으며, 펌프는 작동시간이 증가함에 따른 물에 혼입된 입자의 침식과 7 m 이상의 흡입 깊이에서 발생하는 캐비테이션에 의해 수명이 결정됨을보여주었다.

참고문헌 (Reference)

1. 『무기체계 신뢰성 개론』, 국방대학교, 무기체계 신뢰성 개론, pp.14-17 & pp.178-204, , 2001

2. 장비수명결정 및 재정립체계 구축 발전방안 연구., 국방기술품질원, 장비수명결정 및 재정립체계 구축 발전방안 연구, , 2007

3. RC 구조물의 내구수명 정립 및 수명예측 기법 마련 연구., 한국시설안전공단, RC 구조물의 내구수명 정립 및 수명예측 기법 마련 연구, , 2015