KR100853305B1 - 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 이송 시스템에서 두 파이프 섹션을 연결 및 분리하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치에서, 각 섹션(2, 3)은 유체 유동의 횡단면을 폐쇄하는 위치와 상기 유체 유동의 횡단면을 개방하는 위치 사이에서 선회 축을 중심으로 상기 섹션의 내부에서 선회될 수 있도록 장착된 디스크(5, 6)가 구비된 버터플라이 밸브로 구성되며, 상기 선회 축들은 서로 평행하면서 파이프의 축에는 수직으로 뻗어 있다. 상기 장치는, 섹션(2, 3)이 연결될 때 폐쇄 위치에 있는 디스크(5, 6)의 사이에 한정되는 공간을 감축시킬 수 있도록 디스크(5, 6)의 선회 축(21)은 섹션(2, 3)의 축에 대해서 편심 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 액화 천연 가스의 이송에 유용하다.

Description

유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치 {ARRANGEMENT FOR CONNECTING AND DISCONNECTING TWO PIPE SECTIONS OF A FLUID TRANSFER SYSTEM}

본 발명품은, 파이프 섹션 각각이 파이프라인의 단부 요소를 구성하며 유체 유동의 횡단면을 폐쇄하는 위치와 상기 유체 유동의 횡단면을 개방하는 위치 사이에서 피벗 축을 중심으로 상기 파이프 섹션의 내부에서 선회될 수 있도록 장착된 디스크가 구비된 버터플라이 밸브 형태로 구성되어 있는, 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치, 및 상기 선회의 제어를 위한 외부 장치에 관한 것으로, 상기 피벗 축들은 서로 평행하면서 상기 파이프의 축에는 수직으로 뻗어 있다.

이런 유형의 연결 장치는 이미 알려져 있으며, 두 설비 사이에서 유체의 공급 파이프라인과 수급 파이프라인 각각을 서로 한 방향으로 또는 다른 방향으로 연결하는 것이 가능하며, 두 설비 중 하나는 고정 설비가 되고 다른 하나는 이동식 설비가 될 수 있다.

알려진 연결 및 분리 장치에는, 표류 또는 사고와 같은 극단적인 상황에서, 예를 들면 화재의 경우에, 파이프의 비틀림 및 구조물의 손상을 방지하면서 유체를 파이프라인 내에 유폐시키는 것을 보장하도록 이동식 파이프 섹션을 고정식 파이프 섹션으로부터 멀리 이동시키는 것을 가능케 하는 비상 분리 장치가 제공되어 있다는 것도 알려져 있다.

알려진 장치에서, 두 파이프 섹션의 디스크의 피벗 축들은 파이프 섹션이 서로 연결될 때 파이프 섹션의 축방향으로 서로 이격되어 있으며, 그래서 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 파이프 섹션의 선회 운동을 가능케 한다. 이는, 디스크가 그 폐쇄 위치를 차지하게 될 때 이들 디스크는 그 사이에 유체로 채워져 있는 비교적 넒은 공간을 한정하게 되는 결점을 갖는다. 비상 분리시에, 이러한 공간의 유체는 주변 환경으로 누설되게 된다.

이송되는 유체가 사람 및 환경에 치명적이거나 사고의 위험이 있을 때는 이러한 사고는 매우 심각해진다. 특히, 예를 들면 적하 혹은 하역 터미널과 액화가스 수송선 사이에 액화천연가스(LNG)를 이송하는 경우가 이에 해당된다.

본 발명은, 위에서 설명한 타입의, 그러나 방금 언급된 주요 결점들은 갖지 않는 연결 및 분리 장치를 제시하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 연결 및 분리 장치는, 파이프 섹션들이 파이프 연결될 때 폐쇄 위치에 있는 디스크들 사이에 한정되는 공간을 축소시킬 수 있도록 파이프 섹션의 축에 대해서 중심을 벗어난 위치에 디스크의 피벗 축이 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 피벗 축은 파이프 섹션의 축에 대해서 수직으로, 이 축에 대해서 대칭으로 오프셋 되어 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 전술한 두 디스크 사이의 공간은 이들 디스크가 폐쇄 위치를 차지할 때 거의 제로(0)가 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전술한 두 디스크는, 운동학적 틈새(kinematic play) 및 그에 따라 유체 유동의 불안정에 의해 유발될 수 있는 디스크의 진동 또는 떨림을 감쇄시킬 수 있도록 그 개방 위치에서 서로에 대해 접하게 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 디스크의 피벗 축은 상기 디스크의 배면 상에 장착 고정된 샤프트에 의해 형성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 디스크의 피벗 축은 상기 디스크가 선회 가능하게 장착된 파이프 섹션의 유체 유동의 횡단면의 외부에 배치된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 디스크의 둘레에 탭(tab)이 부착되고, 피벗 축은 이 탭의 자유단에 위치한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 관절 암(articulated arm)을 갖는 장치는 그 선회를 보장할 수 있도록 디스크에 결합되며, 이들 암 중 하나의 암의 자유단은 디스크에 관절 결합되며, 다른 암의 자유단은 파이프 섹션의 벽에 관절 결합된다.

실례로서 주어진, 본 발명의 두 가지 실시예를 예시하는 첨부된 개략적인 도면을 참조한 이하의 상세한 설명에서 본 발명은 보다 잘 이해될 수 있으며, 그 목적, 특징, 상세 사항 및 이점이 보다 분명하게 드러날 것이다.

도 1은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ 선을 따라서 본 발명의 연결 및 분리 장치를 개략적으 로 나타내는 축방향 단면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 방향으로 도 1의 장치를 나타내는 단면도로서, 디스크가 폐쇄 위치에 있는 상기 장치를 나타내는 도면.

도 3은 개방 위치에 있는 디스크를 나타내는, 도 2와 유사한 도면.

도 4는 비상 분리 후의 도 2의 장치를 나타내는 도면.

도 5는 폐쇄 위치에 있는 디스크들을 예시하는, 본 발명의 장치의 다른 실시예의 축방향 단면도.

도 6은 개방 위치에 있는 디스크를 나타내는, 도 5와 유사한 도면.

도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선을 따른 단면도.

도 1 내지 도 4는 두 설비 사이에서 액화 천연 가스와 같은 유체의 이송을 위한 시스템의, 연결하고자 하는 파이프라인의 두 단부 섹션의 연결 및 분리를 위한 장치의 제 1 실시예를 나타낸다. 이들 설비 중 하나는 액화가스 수송선일 수 있고 다른 설비는 적하 혹은 하역 터미널일 수 있다.

이들 도면은, 위에서 언급된 두 설비의 파이프라인의 단부에 각각 장착된 두 개의 파이프 섹션(2, 3)을 포함하며 전체적으로 참조 번호 1이 부여된 연결 및 분리 장치만을 도시한다. 각 섹션은 버터플라이 밸브 형태로 제작되며, 파이프 섹션의 내부에 장착된 원형 디스크(5, 6)를 구비하며, 이러한 이유로 유체 유동 횡단면은 결과적으로 원형이 된다.

각각의 디스크(5와 6)는, 도 1 및 도 2에 도시된 유체 유동 횡단면을 폐쇄하 는 위치와, 도 3에 예시된 상기 횡단면을 개방하는 위치 사이에서 각각 축(X, X')를 중심으로, 결합된 파이프 섹션(2, 3)의 내부에서 선회되도록 장착된다.

각각의 파이프 섹션(2, 3) 또는 밸브는 대체로 원통 형상을 가지며, 그 다른 파이프 섹션에 인접한 단부에는 파이프 섹션에 편평한 전면(front surface)(9)을 부여하는 환상 칼라(annular collar)(8)가 제공된다. 두 칼라의 외주면은, 두 파이프 섹션(2와 3)이 연결되고 나서 축방향으로 정렬된 상태일 때, 도 2와 도 3에 링(12)으로 개략적으로 나타내어진 비상 분리 장치의 상보적인 V 형상을 갖는 홈(groove)과 맞물려지도록 하기 위한 외부 원뿔대 윤곽(10)을 갖는 조립체를 형성하도록 구성된다. 이 비상 분리 장치는 그 자체로 잘 알려져 있으며 프랑스 특허 제 2 580 367호에 잘 기술되어 있다. 발명의 일부가 아니기 때문에, 더 상세하게 설명하지는 않는다. 본 발명의 이해를 위해서, 링(12)은 예를 들면, 파이프 섹션들이 연결된 상태일 때 도 2에 도시된 바와 같은 연결 상태로 두 파이프 섹션을 부동 상태가 되게 하고, 또 비상 분리시에는 4에 화살표로 나타낸 방식으로 분리될 수 있고, 그래서 두 파이프 섹션의 칼라(8)의 맞물림을 해제시켜서 역시 도 4에 도시된 바와 같이 이들 칼라가 분리되는 것을 가능케 하는, 두 개의 링 편(ring segment)(13, 14)으로 구성된다는 것을 나타내는 것으로 충분하다.

두 개의 링 편(13, 14)은 파이프 섹션(3)에 연결 상태로 유지된다는 것을 알 수 있다. 분리 장치에 대한 보다 상세한 설명에 대해서는 프랑스 특허 제2 580 367 호를 참고하기 바란다. 이 비상 분리장치는 도 1에서 두 개의 링 편(13, 14)을 조립하기 위한 두개의 원형 요소(15, 16)로만 나타내어져 있다.

본 발명의 본질적인 특징에 의하면, 각각의 디스크(5, 6)의 외부 전면(18)은 폐쇄 위치에서, 두 파이프 섹션(2와 3)이 연결될 때 두 전면(18)이 서로 접촉하도록, 그 파이프 섹션의 칼라(8)의 편평한 외주면(9)과 정렬된다.

도 3에 나타낸 바와 같이 이러한 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 선회할 수 있는 디스크(5, 6)의 기능은 그 피벗 축들의 적절한 배치에 의해서 보장된다.

본 발명의 다른 중요한 특징에 의하면, 두 개의 디스크는 개방 위치에서 서로 접해 있다. 이러한 구조는 운동학적 틈새를 차단하고 유체 유동의 불안정에 의해서 유발될 수 있는 디스크의 진동 또는 떨림을 방지할 수 있게 한다.

이 두 가지 특징을 실현하기 위해, 디스크(5)의 X축과 디스크(6)의 X'축은 한편으로는 파이프 섹션들의 Y-Y축 방향으로 서로 오프셋 되어 있고, 다른 한편으로는 대칭으로 이 Y-Y축에 대해서 중심을 벗어나 있다. 그 간격은 두 경우 모두 대체로 같다. 그래서, 두 디스크는 폐쇄 위치에서 서로 접촉 상태가 되며, 또 두 디스크가 파이프 섹션의 Y-Y축에 평행하게 배향되어 있으면서 여전히 그 표면의 일부 상에서 접촉 상태에 있는 도 3에 나타낸 개방 위치에 도달할 수 있도록 동기화된 방식으로 그들 축을 중심으로 선회할 수 있다. 따라서, 각각의 디스크는 1/4 회전의 선회 운동을 행하게 된다.

각각의 디스크의 피벗 축은, 축방향으로 정렬된 작동 샤프트(21)와 샤프트 스터브(22)에 의해 구현된다. 샤프트(21)는, 디스크의 외주 근처의 상부에 위치하며 디스크의 배면으로부터 돌출해 있는 고정 탭(23)에 회전 가능하게 고정 연결되며, 파이프 섹션의 외부 관형 단부편(end piece)(24)에 회전 가능하게 장착된다. 이 샤프트의 외주 자유단(25)은 회전될 수 있도록 구성된다. 샤프트의 단부(22)는 파이프 섹션의 몸체의 지점(27)에 일단부가 설치되며, 그 단부(28)는 자유 회전이 가능한 방식으로, 디스크의 외주, 하부 근처에서 디스크의 배면 상에 제공된 탭(30)에 수용된다.

섹션은 그 평평한 전면(9)상에, 적합한 환형 리세스에 배치되어 있는 환형 개스킷(32)을 구비함을 알 수 있다. 이 개스킷은 금속제나 플라스틱제 혹은 복합 재료로 만들어질 수 있다.

도 1 내지 도 3은 비상 분리 장치의 링(12)의 V 형상의 홈에 있는 원뿔대 형상의 외주면에 의한 칼라(8)의 맞물림에 의한 연결 상태의 모듈(1)을 보여준다. 도 4는 비상 분리 후의 두 파이프 섹션(2, 3)을 나타낸다. 위에서 언급한 바와 같이, 이러한 분리는 링(12)의 개방으로, 다시 말해 두 개의 링 편(13과 14)의 반경 외측 방향으로의 이동에 의해 이루어진다는 것을 알 수 있다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 연결 및 분리 모듈(1)의 제 2 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서, 디스크(5와 6)의 피벗 축은 파이프 섹션(2와 3)의 유체 유동 횡단면의 외부에 위치한다. 이를 위해서, 외부쪽으로 뻗어있는 탭(34)이 디스크(5와 6)의 배면 상에서 디스크의 둘레에 제공되어 있다. 이 탭의 다른 자유단에는 회전 샤프트(36)가 설치되어 있으며, 이 회전 샤프트(36)의 축은 디스크의 피벗 축을 구성한다.

각각의 디스크의 동작은 2개의 관절 암에 의해서, 즉 디스크의 배면 상의 지점(42)에서 관절 결합되어 있는 제 1 암(41)과, 그 자유단이 파이프 섹션의 몸체에 지점(44)에서 관절 결합되어 있는 제 2 암(43)에 의해서 행해진다. 이들 암의 관절 축은 물론 디스크의 피벗 축에 평행하게 뻗어있다. 도면에 도시된 바와 같이, 도 6에 나타내어진 그 개방 상태에서 디스크의 선회가 이루어지는 동안 암(41과 43)의 절첩이 이루어질 수 있도록, 파이프 섹션에는 측방향 돌기부(47)가 제공되어 있으며, 이는 두 암을 수용해서 서로 절첩되는 것을 가능케 한다.

디스크의 동작을 위해서, 즉, 디스크(5와 6)의 개방 및 폐쇄를 위해서, 각각의 파이프 섹션에는 작동 샤프트가 통과할 수 있도록 된 관형의 단부편(49)이 제공되어 있으며, 이 단부편의 외부 제어 단부가 50으로 나타내어져 있다. 이 샤프트는 그 관절 지점(44)에서 암(43)의 배면에 작용한다.

디스크가 폐쇄 위치에 있을 때, 관절 암(41과 43)은 정렬되며, 디스크에 작용하는 응력의 수용 및 폐쇄 상태에서의 잠금을 용이하게 하는 지지구조를 제공한다는 것을 또한 알 수 있다.

도 5 내지 도 7에 나타내어진 본 발명에 따른 모듈의 제 2 실시예는 파이프 섹션의 유체 유동의 횡단면이 완전히 자유로운 상태가 될 수 있는 이점을 가지며, 이는, 이동식 파이프라인에 있는 유체를 완전히 배출할 수 있도록 기체 혹은 액체에 의해서 가압되어 파이프라인을 통해서 이동하는 플런저 요소를 사용하여 파이프라인을 긁어낼 수 있게 한다.

본 발명의 두 실시예는, 폐쇄 상태에서 두 디스크 사이에 한정되는 공간은 실질적으로 0이 되며, 그래서 도 4에 도시된 바와 같이 디스크의 폐쇄 후, 비상 분리가 이루어지는 동안에 어떠한 유체도 주변 환경으로 누출되지 않게 되는 공통의 이점을 갖는다. 그 결과, 주변환경을 오염시키게 되는 위험이 배제된다. 그래서, 본 발명에 따른 모듈은 예를 들면, 액화 천연 가스와 같이 자연환경에 유해한 유체의 이송에 특히 적합하다. 본 발명의 또 다른 이점은 모듈이 경량이라는 사실이다. 본 발명의 또 다른 이점은, 개방 위치에 있는 디스크가 지지되어 부동상태로 되며, 이는 유체 유동의 불안정에 의해서 유발될 수 있는 진동 또는 떨림을 방지하게 된다는 사실에 있다.

제 1 실시예의 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이, 디스크들은 개방 위치에서 서로 편평한 상태로 접하게 된다. 제 2 실시예에서, 디스크들은 파이프 섹션의 접촉 구역에 편평하게 접하는 상태가 된다.

설명되고 도시된 실시예에 대해서 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 그래서, 제 2 실시예의 경우에 디스크의 관절 축은 물론 직경 반대 방향으로 배치되는 것도 가능할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치 등에 이용할 수 있다.

Claims (12)

1. 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치로서, 각각의 파이프 섹션은 파이프라인의 단부 요소를 구성하며 유체 유동의 횡단면을 폐쇄하는 위치와 상기 유체 유동의 횡단면을 개방하는 위치 사이에서 피벗 축을 중심으로 상기 파이프 섹션의 내부에서 선회될 수 있도록 장착된 디스크가 구비된 버터플라이 밸브 형태로 구성되며, 상기 피벗 축들은 서로 평행하면서 상기 파이프의 축에는 수직으로 뻗어 있는, 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치에 있어서,

   디스크(5, 6)의 피벗 축들(X, X', 21, 36)은, 섹션(2, 3)이 연결된 상태에 있을 때 폐쇄 위치에 있는 상기 디스크(5, 6)의 사이에 한정되는 공간을 감축시킬 수 있도록 섹션(2, 3)의 축(Y-Y)에 대해서 중심을 벗어나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 피벗 축들(X, X', 21)은 상기 파이프 섹션의 축(Y-Y)에 대해서 대칭적으로 수직으로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 두 디스크(5, 6) 사이의 공간은 상기 디스크들이 그 폐쇄 위치를 차지할 때 0이 되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 두 디스크(5, 6)는 그 개방 상태에서, 운동학적 틈새 및 유체 유동의 불안정에 의해 유발될 수 있는 디스크의 진동 또는 떨림을 방지할 수 있도록 서로에 접해 있는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   디스크(5, 6)의 피벗 축은 상기 디스크의 배면 상에 회전 가능하게 고정 장착된 샤프트(21)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   디스크(5, 6)의 피벗 축(36)은 상기 디스크가 선회 가능하게 장착된 파이프 섹션(2, 3)의 유체 유동의 횡단면의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   디스크(5, 6)의 둘레에 탭(34)이 부착되는 것과,

   피벗 축(36)은 이 탭(34)의 자유단에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   관절 암(41, 43)을 구비한 장치가 그 선회를 보장할 수 있도록 디스크(5, 6)에 결합되며, 이들 암 중 하나의 암(41)의 자유단은 상기 디스크에 관절 결합되며, 다른 암(43)의 자유단은 파이프 섹션의 벽에 지점(44)에서 관절 결합되는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
9. 제 6항에 있어서,

   파이프 섹션(2, 3)은 플랩의 개방 위치에서 관절 암(41, 43)을 수용하기 위한 측방향 돌기부(47)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
10. 제 7항에 있어서,

    파이프 섹션(2, 3)은 플랩의 개방 위치에서 관절 암(41, 43)을 수용하기 위한 측방향 돌기부(47)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
11. 제 6항, 제 7항, 제 9항, 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    디스크(5, 6)가 폐쇄 위치에 있을 때, 관절 암(41, 43)은 지지된 위치에 있는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.
12. 제 8항에 있어서,

    디스크(5, 6)가 폐쇄 위치에 있을 때, 관절 암(41, 43)은 지지된 위치에 있는 것을 특징으로 하는 유체 이송 시스템의 두 파이프 섹션의 연결 및 분리 장치.

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