엘리베이터 - ‘아파트 승강기 균형추 추락’ 제조사･관리사 누구 책임?

 
엊그제 2019년에 있었던 엘리베이터 균형추 추락사고에 대한 배상판결이 있었다. 균형추 추락의 원인은 균형추 도르래와 균형추 프레임을 연결하여 고정하는 볼트가 파단되어 일어난 사고이고 이에 대해 제조사가 80%의 책임이 있고 2600여만원을 배상하라고 판결하였다. 
‘아파트 승강기 균형추 추락’ 제조사･관리사 누구 책임? < 센터 < 기사본문 - 한국아파트신문 (hapt.co.kr)

‘아파트 승강기 균형추 추락’ 제조사･관리사 누구 책임? - 한국아파트신문

 
입주자대표회의측은 한개의 볼트를 사용한 것을 과실로 보는 근거로 이후 제조사에서 볼트의 수량을 늘렸다는 이유(동일한 볼트의 수량을 늘린건지 1개보다 강도가 낮은 2개의 볼트로 수량을 늘린건지에 대해서는 언급이 없다)를 들었고 제조사는 동일한 사고가 발생한적이 없었던점과 유지관리업체의 작업중 충격등을 이유로 들었지만 판사는 입대의측의 손을 들어주었다.
 
통상 기계를 설계할 때는 반드시 페일 세이프(fail safe)의 개념을 적용하여 설계하여야 한다. 기술사 시험 공부 - 풀 프루프(Fool proof)와 페일 세이프(Fail safe) (tistory.com) 즉, 어느 하나가 고장(파단)이 나도 다른 보조 장치가 작동하여 사고로 이어지지 않도록 하는 개념이다. 비행기의 엔진이 2개이거나 엘리베이터의 로프가 2개이상인 이유도 여기에 있다. 대표적인 구조적 페일 세이프의 방법은 아래 그림과 같다. (2개이상이 반영되어 있다고 해도 1개가 fail되었을때 이를 감지하여 기계를 정지하거나 수리를 하지 않으면 나머지 1개도 머지 않아 문제를 일으킨다.)
 

(출처: 산업안전기사,산업기사, 김용원 저)

 
그렇지만, 기계 구조에서 반드시 2개이상의 부품으로 연결하기 어려운 부분이 있다. 예를 들면 축(shaft)이 그렇다. 회전하는 축은 예비로 2개를 둘 수가 없다.  자동차의 차축의 킹핀(king-pin)과 같은 핀 종류는 여분을 두기 어렵다.  이외에도 많은 부품이 있겠지만 특히 변동하중을 받는 부품중 1개의 부품만을 사용하게 되는 경우 설계상, 제조상 주의해야 할 점이 있다. 바로 피로한도에 의한 파괴(피로파괴)다. 피로한도에 영향을 미치는 인자는 여러가지가 있지만 특히 노치에 의한 파단을 주의해야 한다.
 
재료가 시간적으로 변동하는 변동하중을 받는 경우 그 최대응력이 정적인 파괴응력보다 적은 경우라도 어느 반복회수후에 파괴된다. 이러한 파괴를 피로파괴(fatigue failure)라 한다. 피로한도에 영향을 미치는 여러가지 인자중에 "노치효과(notch effect)가 있다. 노치효과는 단면에 급격한 변화나 예리한 노치가 있으면 그 부분에 응력집중현상이 생겨 국부적으로 급격한 응력의 상승을 일으키는데 이 응력집중이 피로한도를 급격히 저하시킨다. 이것을 노치효과라한다.
기술사 시험 공부 - 피로 파괴(Fatigue failure) (tistory.com)
 
그리고, 일반적으로 구멍, 홈, 단붙이 부분등 재료의 표면형상이 급변하는 부분을 갖는 부품에 하중이 작용하면 그 단면에 나타나는 응력분포상태는 일반적으로 대단히 불규칙하게 되고 이들 노치 부분에 큰 응력이 발생하게 된다. 이와 같이 필렛, 노치, 홈, 구멍등에 국부적으로 큰 응력이 발생하는 현상을 응력집중(stress concentration)이라고 한다.
기술사 시험 공부 - 응력집중 (Stress concentration) (tistory.com)
 
기계부품의 설계를 할 때는 이러한 노치로 인한 응력집중이 생겨 피로한도가 저하되지 않도록 각별히 주의 해야 한다.  또한 열처리를 하는 부품은 열처리 잘못으로 인해 표면에 크랙이 발생한다는지 하는 제조과정에서의 문제도 발생하지 않도록 해야 한다. 단부에 라운드를 주지 않아 파단된 축, 열처리가 잘못되어 부러진 축등 많은 사고를 본 경험이 있다. 
 
이런류의 사고는 1) 구조(설계 또는 제작상)에 의한 응력집중이 하나의 원인일 수 있지만 2) 외부에서나 조립불량으로 과도한 변동하중을 받아 피로한도가 현저히 저하되었을 가능성도 배제할 수는 없다. 첫번째는 설계나 제작시 주의해야 하는 부분이고 두번째는 기계 설비의 운행중 과도한 변동하중을 받았거나 볼트를 느슨하게 체결하여 진동에 의한 변동하중이 발생하는 등의 경우가 있을 때는 반드시 해당부품(축, 핀, 볼트등)의 크랙발생여부를 비파괴검사를 통해 확인하는 절차를 거칠 필요가 있다.
 

2024.3.2.
(c) 칠보 (chillbo)

 
P.S. 예전에 있던 회사에서 노치를 설명하는 과정에서 기계가 그렇게 보이지도 않는 조그만 크랙(crack)이 진전하여 축 전체가 파단된다는 것을 어떻게 믿을 수 있느냐는 전기출신 임원의 푸념이 생각난다.
 
“볼트 2개 설치했다면 사고 발생 않았을 것” 법원, 승강기 제조업체 책임 80% < 이슈&이슈 < 판결 < 기사본문 - 아파트관리신문 (aptn.co.kr) (2024.4.23.추가)