KR100427486B1 - 무동력 파이프 자율 파지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무동력 파이프 자율 파지장치에 관한 것으로, 그 목적은 외부 동력 없이 비교적 원거리에 위치한 파이프를 이송하고, 작업자의 접근이 어려운 지점에서의 작업을 용이하여 작업능률을 향상시킬 수 있는 무동력 파이프 자율 파지장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 금속 원주 중앙부에 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성된 몸체부와, 상기 몸체부에 형성된 삽입홀과 일정거리를 유지하고, 몸체부 상부면과 일정각도의 기울기를 구비하며, 일측단이 몸체부 상부면과 연결됨과 동시에, 걸림턱이 형성된 타측단이 삽입홀 중간부와 연결되는 다수개의 경사홀과, 상기 다수개의 경사홀 내로 각각 삽입되는 볼과 스프링과, 상기 몸체부 상부면과 연결되는 다수개의 경사홀 일측단에 삽입되어 볼 및 스프링의 상부 이탈을 방지하는 볼트를 포함하여 구성되어 볼, 스프링, 파이프와 볼 사이의 마찰력에 의해 외부 동력없이 파이프의 무게를 이용하여 파이프를 자율 파지하는 무동력 파이프 자율 파지장치를 제공함에 있다.

Description

무동력 파이프 자율 파지장치{Power-free pipe gripping apparatus with self-controlled}

본 발명은 무동력 파이프 자율 파지장치에 관한 것으로, 볼과 스프링을 이용하여 외부 동력의 사용 없이 하부에 위치한 파이프를 상부에서 인출하고자 할 때, 또는 무거운 파이프를 들어올릴 때 사용할 수 있는 무동력 파이프 자율 파지장치에 관한 것이다.

일반적으로 물건을 잡는 장치를 파지장치라 부르는데 이들 중 외부 동력에 의하지 않고 장치자체의 기구학적 메커니즘에 의해 파지 할 수 있는 장치를 자율 파지장치하고 한다. 그러나 종래의 파지장치들 중 사람 손의 힘을 이용한 동력 전달방식은 힘의 전달 메커니즘의 한계 때문에 파지 하고자 하는 물체와 근거리에서 만 사용할 수 있으며, 원거리 즉 2∼10m정도에서는 사용이 불가능하였다. 특히, 원자력 발전소에 있는 가압기(pressurizer)는 높이가 10m 정도의 큰 구조물로 그 내부 8m 아래에는 파이프 형태의 전열관(rod-heater)들이 박혀 있으며, 이 전열관을 교체하려 할 때에는 먼저 기존의 전열관을 뽑아 내야 한다. 그러나, 상기 가압기 내부는 방사능 오염 지역이므로 작업자의 접근이 쉽지 않을 뿐만 아니라 내부에 들어갈 수 있는 맨홀은 상부에 있어 작업자가 로프를 타고 내려가 작업을 수행해야하므로, 작업자의 안전에 심각한 위협을 주고, 작업 시간이 지연되며, 작업능률이 저하되는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.

물론 전가, 공압, 유압 등과 같은 외부 동력을 사용한 파지장치들은 원거리에서의 사용이 가능하지만 동력전달을 휘한 전기선, 공압 또는 유압의 전달장치 등이 필요하고, 이로 인하여 장치가 복잡해지며 경제적 부담이 가중되는 등 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 외부동력 없이 비교적 원거리에 위치한 파이프를 이송하고, 작업자의 접근이 어려운 지점에서의 작업이 용이하여 작업능률을 향상시킬 수 있는 무동력 파이프 자율 파지장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 금속 원주 중앙부에 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성된 몸체부와, 상기 몸체부에 형성된 삽입홀과 일정거리를 유지하고, 몸체부 상부면과 일정각도의 기울기를 구비하며, 일측단이 몸체부 상부면과 연결됨과 동시에, 걸림턱이 형성된 타측단이 삽입홀 중간부와 연결되는 다수개의 경사홀과, 상기 다수개의 경사홀 내로 각각 삽입되는 볼과 스프링과, 상기 몸체부 상부면과 연결되는 다수개의 경사홀 일촉단에 삽입되어 볼 및 스프링의 상부 이탈을 방지하는 볼트를 포함하여 구성되어 볼, 스프링, 파이프와 볼 사이의 마찰력에 의해 외부 동력없이 파이프의 무게를 이용하여 파이프를 자율 파지하는 무동력 자율 파지장치를 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도

도 2 는 파이프의 상부 방향 작동상태도

도 3 은 파이프의 하부 방향 작동상태도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

(1) : 몸체부 (2) : 경사홀

(3) : 볼 (4) : 스프링

(5) : 볼트 (6) : 파이프

(11) : 삽입홀 (12) : 몸체부 상부면

(21) : 걸림턱

P : 볼과 파이프의 접촉 반력

R : 볼과 몸체의 접촉 반력

F : 스프링의 압축 복원력

f1 : 볼과 몸체 사이의 마찰 계수

f2 : 볼과 파이프 사이의 마찰 계수

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 파이프가 삽입되는 몸체부(1)와 상기 몸체부(1)에 일정 기울기를 구비하고 형성된 경사홀(2)과 상기 경사홀(2)내로 삽입되는 볼(3) 및 스프링(4)과 상기 볼(3)과 스프링(4)의 이탈을 방지하는 볼트(5)로 구성되어 볼(3), 스프링(4), 파이프(6)와 볼(3) 사이의 마찰력에 의해 외부 동력없이 파이프(6)의 무게를 이용하여 자율 파지하도록 되어 있다.

상기 몸체부(1)는 금속 원주 중앙부에 파이프(6)가 삽입되는 삽입홀(11)이 형성되고, 상기 삽입홀(11)을 중심으로 일정거리 및 일정 각도를 유지하며 3개의 경사홀(2)이 형성되어 있다. 즉, 상기 경사홀(2)은 일측이 몸체부 상부면(12)과 연결되고, 타측이 삽입홀(11)의 중간부와 연결되도록 몸체부 상부면과 일정 기울기를 구비하며 몸체부(1)내에 형성되어 있다.

상기 볼(3)과 스프링(4)은 몸체부 삽입홀(11)을 중심으로 일정거리 및 일정각도를 유지하며 몸체부(1)내에 형성된 경사홀(2)내로 삽입·설치되는 것으로, 몸체부 상부면(12)과 연결된 경사홀(2)의 일측단에 설치되는 볼트(5)와 몸체부 삽입홀(11) 중간부와 연결되는 경사홀(2) 타측단에 형성된 걸림턱(21)에 의해 경사홀(2) 외부로의 이탈이 방지된다.

즉, 금속 원주 몸체부(1)의 중앙보에 파이프(6)가 삽입되는 삽입홀(11)이 형성되고, 그 주위에 3개의 경사홀(2)이 일정 거리 및 일정 기울기를 구비하며 몸체부 상부면(12)에서 삽입홀(11) 중간부로 연결·형성되어 있으며, 상기 경사홀(2)내로 몸체부 상부면(11)과 연결된 경사홀(2) 일측단을 통해 볼(3)과 스프링(4)을 순차적으로 삽입한 다음, 몸체부 상부면(12)과 연결된 경사홀(2) 일측단을 볼트(5)로 막도록 되어 있다.

도 2 는 파이프의 상부 방향 작동상태도를, 도 3 은 파이프의 하부 방향 작동상태도를 도시한 것으로, 본 발명은 볼(3)과 스프링(4) 그리고 파이프(6)와 볼(3) 사이의 마찰력에 의해 볼(3)과 스프링(4)이 삽입되어 있는 경사홀(2) 방향 즉, 몸체부(1) 하부 방향으로의 파이프(6) 이탈을 방지하고, 상부 방향으로는 적은 힘으로도 이탈이 가능하도록 되어 있다.

즉, 파이프(6)가 몸체부(1)의 상부방향으로 움직일 경우(파이프를 상부로 분리하고자 할 경우) 도 2 에서 볼(3) 에 대한 수평 및 수직 방향 힘의 평형방정식은

수평방향 : F cos(q) + R sin(q) - f1 R cos(q) - P = 0

수직방향 : -F sin(q) + R cos(q) + f1 R cos(q) + f2 P = 0

이 되며, 위 식들을 R, P에 대하여 풀고 정리하면, P는

P = F / [ ( 1 - f1 f2 ) cos(q) + ( f1 + f2 ) sin(q) ]

가 된다. 따라서 파이프(6)가 장치의 상부방향으로 움직일 경우 즉, 상부 방향으로 분리하고자 할 경우 볼이 3개 있으므로, 필요한 최소한의 힘 H1 은 식1과 같다.

(식1)

H1 = 3 f2 P = 3 f2 F / [ ( 1 - f1 f2 ) cos(q) + ( f1 + f2 ) sin(q) ]

또한, 파이프(6)가 몸체부(11)의 하부 방향으로 움직일 경우 즉, 파이프(6)가 몸체부 (1)의 아래 방향으로 이탈하려 할 경우, 도 3 에서 볼(3)에 대한 수평 및 수직 방향 힘의 평형방정식은

수평방향 : F cos(q) + R sin(q) + f1 R cos(q) - P = 0

수직방향 : -F sin(q) + R cos(q) - f1 R cos(q) - f2 P = 0

이 되며, 위 식들을 R, P에 대하여 풀고 정리하면, P 는

P = F / [ ( 1 - f1 f2 ) cos(q) - ( f1 + f2 ) sin(q) ]

가 된다. 따라서 파이프(6)가 몸체부(1)의 상부 방향으로 움직일 경우 즉, 하부 방향으로 이탈하려 할 경우, 볼이 3개 있으므로 필요한 최소한의 힘 H2는 식2와 같다.

(식2)

H2 = 3 f2 P = 3 f2 F / [ ( 1 - f1 f2 ) cos(q) - ( f1 + f2 ) sin(q) ]

상기 식 1과 식 2를 비교해 보면 경사각(q)가 0°에서 90°사이에 있을 경우, sin(q)는 양수가 되어 H2 의 분모가 H1 의 분모보다 작게 된다. 즉, H2 의 값을 H1 의 값보다 크게 만드는 효과를 가져온다. 다시 말하면 파이프(6)를 몸체부(1)의 상부 방향으로 빼는 경우보다 하부 방향으로 빼는 경우에 더 큰 힘을 필요로 하게 된다. 따라서 경사홀(2)의 경사각도(q)와, 스프링(4)에 의한 힘(F)를 조절하여 몸체부(1)의 아래 방향으로 파이프(6)를 빼려 할 경우에 필요한 최소한의 힘 H2를 파이프(6)의 무게보다 크게 하면, 파이프(6)가 아래 방향으로 빠지지 않게 된다.

이하 본 발명을 실시 예에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

(실시 예)

두 물체 사이의 마찰 계수는 재질, 표면 거칠기, 두 물체간의 작용 압력 등에 따라 달라지는데 원과 평면이 접할 때 그 접하는 면적이 매우 작아 작용 압력이 높아지게 된다. 이 경우, 철 사이의 마찰계수는 대략 0.3에서 0.4사이의 값을 갖는다.

볼(3)과 몸체(1) 사이의 마찰계수 f1 및 볼(3)과 파이프(6) 사이의 마찰계수 f2가 동일하다고 보고, 다음 값을 갖는다고 하면

마찰 계수 f : 0.39

경 사 각 q : 45°

스프링 힘 F : 15 kgf

일 경우, 이를 식1과 식2에 대입하면, 파이프(6)를 몸체부(1) 상부로 분리하고자 할 때 필요한 최소한의 힘 H1 은 15.2 kgf가 되고, 본 발명이 파지 할 수 있는 하부방향의 최대 힘 H2 는 365kgf가 된다. 결국 파이프(6)가 몸체부(1)의 상부방향으로 이탈할 시에는 작은 힘으로도 쉽게 빠질 수 있으나, 하부방향으로 이탈할 시에는 매우 큰 힘이 가해져도 빠지지 않는다.

즉, 본 발명을 이용하여 파이프(6)를 이송하고자 할 경우, 먼저 몸체부(1)의 중앙에 형성된 삽입홀(11)내로 파이프(6)를 삽입하면, 삽입되는 파이프(6)에 의해 볼(3)들이 경사홀(2)내로 밀려들어가면서 스프링(4)이 압축된다. 이와 같은 상태(파이프가 삽입된 상태)에서 본 발명을 들어올리면 볼(3)과 파이프(6)의 마찰력, 스프링(4)의 복원력 등이 상호 작용하여 파이프(6)가 아래 방향으로 이탈하는 것을 방지하게 된다. 결국 파이프(6)는 본 발명과 같이 상부로 들어 올려지게 된다.

상기와 같이 파이프(6)를 파지하여 원하는 장소로 이송한 후, 파이프(6)를 몸체부(1)의 상부 방향으로 뽑으면 볼(3)들이 밀려들어가면서 파이프(6)가 상부방향으로 빠져 나오게 된다.

이와 같이 본 발명은 외부의 동력 없이 파이프를 파지 할 수 있으며, 강선에 매달아 사용할 경우, 비교적 원거리에 있는 파이프를 파지 할 수 있으며, 원하는 장소로 이송할 수 있다. 특히, 원자력 발전소에 있는 가압기(pressurizer) 내부 하부에 있는 전열관(rod-heater)의 교체시, 상부에 모터 구동 드럼을 설치하고 강선 끝에 본 발명을 부착하여 가압기 내부의 전열관을 용이하게 파지·이송할 수 있으므로, 작업시간을 단축하고, 작업자의 안전을 도모하며, 작업효율을 향상시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (1)

1. 금속 원주 중앙부에 파이프가 삽입되는 삽입홀이 형성된 몸체부 ;

   상기 몸체부에 형성된 삽입홀과 일정거리를 유지하고, 몸체부 상부면과 일정각도의 기울기를 구비하며, 일측단이 몸체부 상부면과 연결됨과 동시에, 걸림턱이 형성된 타측단이 삽입홀 중간부와 연결되는 다수개의 경사홀 ;

   상기 다수개의 경사홀 내로 각각 삽입되는 볼과 스프링;

   상기 몸체부 상부면과 연결되는 다수개의 경사홀 일측단에 삽입되어 볼 및 스프링의 상부 이탈을 방지하는 볼트를 포함하여 구성되어 볼, 스프링, 파이프와 볼 사이의 마찰력에 의해 외부 동력없이 파이프의 무게를 이용하여 파이프를 자율 파지하는 것을 특징으로 하는 무동력 파이프 자율 파지장치.