KR100885005B1 - 플라즈마 파이프 절단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 파이프 절단장치에 관한 것으로서, 상세하게는 플라즈마 아크에 의해 회전하는 파이프를 절단하는 장치에 있어서, 물이 저장된 수조와, 상기 수조를 관통하여 서로 평행하게 설치되어 한 방향으로 회전하는 한 쌍의 샤프트와, 상기 한 쌍의 샤프트 사이에 파이프가 배치되어 회전하도록 상기 샤프트에 다수개가 일정간격으로 결합되어 한 방향으로 회전하고 파이프가 자중에 의해 안착되어 마찰에 의해 회전하게 하며 디스크 형상을 가지는 롤러와, 상기 샤프트에 일정 간격으로 결합되어 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링부와, 상기 수조 외측에 설치되고 상기 수조 외측으로 돌출된 상기 샤프트에 연결되어 상기 샤프트를 각각 한 방향으로 회전시키는 구동부와, 상기 회전하는 파이프에 플라즈마 아크를 발생시켜 절단하는 플라즈마 절단부로 구성되는 것을 특징으로 하며, 이에 의하여 분진이나 소음이 공기 중에 발생하지 않아 작업환경이 크게 개선될 뿐 아니라 따로 집진 설비가 필요하지 않기 때문에 비용의 절감이 크다.

또한 열팽창, 수축이 없어 제품의 변형이 없고 노폐물이 부착되지 않아 품질유지에 큰 효과가 있다.

플라즈마, 수중, 파이프, 절단, 롤러, 오일실, 마찰홈

Description

플라즈마 파이프 절단장치{Pipe cutting appratus using plasma in water}

본 발명은 플라즈마 파이프 절단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 아크를 이용하여 회전하는 파이프를 수중에서 절단하는 플라즈마 파이프 절단장치에 관한 것이다.

일반적으로 파이프는 생산공장에서 일정한 길이로 일괄 생산되기 때문에 산업현장에서 용도에 따라 필요한 길이로 절단하여 사용한다.

종래 파이프를 절단할 때 절단톱을 이용하는 것이 일반적이었고, 또 다른 방법으로 용융 절단기를 사용하여 절단하기도 했다.

최근 파이프를 플라즈마를 이용하여 절단하는 장치들이 공개되어 있다.

도 1은 종래 플라즈마 파이프 절단장치를 나타내는 사시도이다.

도면을 참조하면, 베이스 프레임(1)과, 상기 베이스 프레임(1)에 상호 평행하게 설치되어 동일방향으로 회전하는 한 쌍의 회전축(2)이 구비되고, 상기 회전축(2)에 일정간격으로 배치되어 파이프(p)를 지지함과 아울러 회전시키는 복수개의 휠(3)이 결합되는데, 상기 회전축(2)은 일측에 구비된 구동모터(4) 및 기어(5)들에 의해 구동된다.

또 상기 베이스 프레임(1)의 양측 서포트(6)에 설치되는 가이드 레일(7)을 따라 헤드부(8)가 슬라이딩 되고, 상기 헤드부(8)에는 승강하는 승강부재(9)가 구비되며, 상기 승강부재(9) 하단에 플라즈마 아크를 발생시켜 파이프(p)를 절단하는 절단팁(10)이 장착되어 있다.

이러한 구성에 의해 상기 한 쌍의 휠(3) 상에 파이프(p)를 올려놓으면 회전하는 휠(3)에 의해 상기 파이프(p)가 회전하게 되고 동시에 상기 파이프(p)에 자동적으로 이동하여 접촉되는 절단팁(10)이 상기 파이프(p)를 절단한다.

그런데 종래의 플라즈마 파이프 절단장치는 공기 중에서 직접 절단하는 작업을 수행하기 때문에 플라즈마 아크가 공기 중의 산소, 질소와 반응하여 다량의 분진(질소화합물)과 소음이 발생하여 작업자의 건강에 상당한 해를 준다.

또한 열과 빛에 의한 자극으로 작업자의 눈에 피로감과 강력한 자극을 주게 되어 작업자의 시력에 치명적인 영향을 줄 수 있다.

뿐만 아니라 파이프 절단시 팽창, 수축에 의해 제품이 변형되고 절단부에 노폐물이 과다하게 부착되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마를 이용하여 파이프를 절단할 때 발생하는 분진, 소음, 열, 빛 등을 경감하도록 수중에서 절단할 수 있는 수중 플라즈마 파이프 절단장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플라즈마 아크에 의해 회전하는 파이프를 절단하는 장치에 있어서, 물이 저장된 수조와, 상기 수조를 관통하여 서로 평행하게 설치되어 한 방향으로 회전하는 한 쌍의 샤프트와, 상기 한 쌍의 샤프트 사이에 파이프가 배치되어 회전하도록 상기 샤프트에 다수개가 일정간격으로 결합되어 한 방향으로 회전하고 파이프가 자중에 의해 안착되어 마찰에 의해 회전하게 하며 디스크 형상을 가지는 롤러와, 상기 샤프트에 일정 간격으로 결합되어 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링부와, 상기 수조 외측에 설치되고 상기 수조 외측으로 돌출된 상기 샤프트에 연결되어 상기 샤프트를 각각 한 방향으로 회전시키는 구동부와, 상기 회전하는 파이프에 플라즈마 아크를 발생시켜 절단하는 플라즈마 절단부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 베어링부는 상기 샤프트에 접촉하는 볼베어링과, 상기 볼베어링을 포함하는 베어링 하우징과, 상기 베어링 하우징을 덮는 하우징 커버와, 상기 베어링 하우징과 샤프트 사이에 삽입되어 내부로 물이 유입되는 것을 방지하는 오일실을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 수조 양측면에는 누수를 방지하기 위해 상기 수조 및 베 어링 하우징과 결합하는 누수방지커버와, 상기 누수방지커버와 샤프트 사이에 삽입되는 오일실이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 롤러 외주면에는 상기 롤러와 파이프 사이의 마찰력을 향상시키기 위해 요철이 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 플라즈마 절단부는 상기 수조 일측에 위치하는 가이드 레일과, 상기 가이드 레일을 따라 수평이동하는 헤드와, 상기 헤드에 승강 가능하게 결합된 암과, 상기 암 단부에 회전 가능하게 결합되고 플라즈마 아크를 발생시켜 파이프를 절단하는 절단기와, 상기 헤드의 수평이동, 상기 암의 승강, 상기 절단기의 회전 및 작동을 제어하는 컨트롤러로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성에 의해 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

먼저, 물속에서 플라즈마 아크에 의한 절단작업이 이루어지므로 분진이나 소음이 공기 중에 발생되지 않아 작업환경이 크게 개선될 뿐 아니라 따로 집진 설비가 필요하지 않기 때문에 비용의 절감이 크다.

또한 열팽창, 수축이 없어 제품의 변형이 없고 노폐물이 부착되지 않아 품질유지에 큰 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수중 플라즈마 파이프 절단장 치를 나타내는 사시도, 도 3은 도 2에 도시된 수중 플라즈마 파이프 절단장치의 평면도를 나타낸다.

본 발명은 크게 수조(10), 샤프트(20), 롤러(30), 베어링부(40), 구동부(50), 플라즈마 절단부(60)로 구성된다.

상기 수조(10)는 물이 담긴 용기로서 사각형의 형상을 가지는 것이 일반적이다. 그리고 다음에 설명할 샤프트(20)가 관통되도록 길이방향으로 구멍이 형성되며 일측에 물을 배출할 수 있는 배출구(미도시)가 마련된다.

다음으로 샤프트(20)는 원형축 형상을 이루며 한 쌍이 서로 평행하게 상기 수조(10) 내에 설치되어 물속에 잠긴다.

이때 상기 수조(10)를 관통하여 각각 결합되며 회전 가능하게 결합된다.

다음은 롤러(30)에 대해 설명하기로 한다.

상기 롤러(30)는 원형의 디스크 형상을 가지며 상기 샤프트(20)에 일정간격을 두고 고정 결합되기 때문에 상기 샤프트(20)의 회전과 함께 회전한다.

여기서, 상기 한 쌍의 샤프트(20)의 상호 간격은 상기 롤러(30)의 지름보다 크게 배치되도록 하는 것이 바람직하며 이에 의해 마주보는 상기 롤러(30)에 파이프(p)가 동시에 접촉하면서 안착된다.

즉 상기 롤러(30) 한 쌍이 파이프(p)를 동시에 지지하게 되며 상기 롤러(30)가 동일한 방향으로 회전하여 상기 파이프(p)도 마찰에 의해 함께 회전한다.

바람직하게는 상기 롤러(30)는 다수개가 일정 간격으로 나란히 배치되는 것이 좋다.

다음은 베어링부(40)에 대해 설명한다.

상기 베어링부(40)는 상기 샤프트(20)를 회전 가능하게 다점 지지하는 구성요소로서 물속에 배치되는데, 볼베어링(42), 베어링 하우징(44), 하우징 커버(46), 오일실(48)로 구성되는데 도 4를 함께 참조하여 설명한다.

도 4는 도 2에 도시된 A, B 부분의 확대단면도로서 (a)는 A부분의 확대단면도, (b)는 B부분의 확대단면도이다.

상기 볼베어링(42)은 공지된 것으로 회전하는 축과 결합되어 널리 사용되는 것으로 레이디얼 베어링(radial bearing) 형태이다.

그리고 상기 베어링 하우징(44)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 볼베어링(42)을 내부에 포함하는 케이스이며 상기 볼베어링(42)을 고정한다.

또한 상기 하우징 커버(46)는 상기 베어링 하우징(44)을 덮는 것으로 원형관 형상을 지니며 상기 베어링 하우징(44)의 외측을 밀폐하면서 상기 볼베어링(42)을 외부로부터 보호한다.

바람직하게는 상기 베어링 하우징(44)과 하우징 커버(46) 사이에 오링(49)이 더 삽입되면 외부의 물이 스며들지 않게 된다.

상기 오일실(oil seal)은 공지된 구성으로 상기 베어링 하우징(44) 내부의 윤활유가 누유되지 않게 하며 외부의 물, 즉 수조 내의 물이 상기 베어링 하우 징(44) 내로 유입되지 않게 한다.

도시된 바와 같이 상기 오일실(48)은 상기 베어링 하우징(44)과 샤프트(20) 사이에 삽입되도록 링(ring) 형상을 가지며 내부에 스프링(48a)이 끼워져 상기 샤프트(20)에 밀착되게 한다.

상기 오일실(48)은 내유성(耐油性)을 가지고 축의 편심 또는 마찰운동에도 내구성과 유동성을 가지는 합성고무로 이루어진 것이 바람직하다.

한편, 상기 수조(10) 내의 물이 상기 샤프트(20)가 상기 수조(10)와 관통 결합하는 곳을 통해 누수되지 않도록 도 4(b)에 도시된 바와 같이 상기 수조(10)와 베어링 하우징(44) 사이에 누수방지커버(12)가 더 고정 결합된다.

상기 누수방지커버(12)는 플랜지 형상을 가지면서 일측이 상기 수조(10)에 용접결합되고 타측은 상기 베어링 하우징(44) 측면에 역시 용접결합된다.

이때 상기 누수방지커버(12)의 일측, 다시 말해 상기 수조(10) 측에 결합된 부분에 상기 오일실(48)이 더 삽입되는 것이 바람직하다.

다음으로 구동부(50)에 대해 설명한다.

상기 구동부(50)는 상기 샤프트(20)를 회전시키는 구성으로 모터(52)와 기어(54)로 구성된다.

상기 모터(52)는 상기 샤프트(20) 일측에 구비되며 상기 기어(54)는 상기 모터(52)와 샤프트(20)를 연동하도록 구비되되, 상기 한 쌍의 샤프트(20)가 동일한 방향으로 회전하도록 배치되어야 한다.

다음은 도 2를 참조하여 플라즈마 절단부(60)에 대해 설명하기로 한다.

상기 플라즈마 절단부(60)는 가이드 레일(62), 헤드(64), 암(66), 절단기(68), 컨트롤러(100)로 구성되는데, 상기 가이드 레일(62)은 상기 수조(10) 일측에 상기 수조(10)의 길이방향을 따라 길게 배치된다.

그리고 상기 가이드 레일(62) 상에 상기 헤드(64)가 수평이동 가능하게 결합된다.

상기 헤드(64)에는 상하로 움직일 수 있도록 로봇팔과 같은 형상을 가지는 암(66)이 돌출되어 설치되고 상기 암(66) 단부에는 전기에 의해 고온의 플라즈마 아크를 발생시켜 파이프(p)를 절단하는 봉 형상의 절단기(68)가 결합되어 있다.

더불어 상기 헤드(64)가 수평으로 이동하는 것과, 상기 암(66)이 상하로 승강하는 것과, 상기 절단기(68)가 상기 암을 중심으로 좌우 회전하는 것을 제어하는 컨트롤러(100)가 상기 수조(10) 일측에 구비된다.

상기 컨트롤러(100)는 컴퓨터로서, 작업자가 선택 입력한 명령에 의해 상기 헤드(64), 암(66), 절단기(68)를 구동하고 상기 절단기(68)의 플라즈마 아크 발생을 제어한다.

이러한 제어방식은 일반적이므로 상세한 설명을 생략한다.

도 5는 본 발명의 롤러를 나타내는 확대단면도이다.

부가적으로 상기 롤러(30)는 표면에 요철(32)이 형성되는 것이 바람직한데, 이것은 상기 롤러(30)와 접촉하는 파이프(p) 사이에 마찰을 증가시키기 위함이다.

물속에서는 부력에 의해 파이프(p)의 자중이 감소하게 되므로 상기 파이프(p)와 롤러(30) 사이에 마찰이 감소하여 상기 파이프(p)가 헛돌게 될 수도 있다.

따라서 상기 롤러(30) 외주면에 상기 요철(32)이 형성됨으로써 상기 파이프(p)가 헛돌지 않고 잘 회전할 수 있다.

이하에서 본 발명의 작동상태를 간단하게 설명하고자 한다.

먼저 작업자는 절단하고자 하는 파이프(p)를 상기 샤프트(20)의 길이방향과 일치되도록 상기 롤러(30) 위에 안치시킨다.

그리고 상기 수조(10) 내에 상기 파이프(p)가 잠기도록 물을 채운다.

이러한 상태에서 작업자가 작동을 시작하면 상기 샤프트(20)가 회전하기 시작하고 동시에 상기 롤러(30)가 같은 방향으로 회전하게 되며 상기 파이프(p)도 회전한다.

이때 상기 플라즈마 절단부(60)를 작동시키면 컨트롤러(100)에 설정된 값에 따라 상기 헤드(64)는 절단부위로 이동하고 상기 암(66)은 승강하여 적절한 절단높이를 선정하게 되며 상기 절단기(68)는 플라즈마 아크를 발생시키면서 회전하여 정확한 절단지점에 고정된다.

이러한 상태에서 앞서 설명한 바와 같이 파이프(p)가 회전하기 때문에 한 부분의 절단이 이루어지며 절단이 완료되면 상기 헤드(64)가 일측으로 이동하여 다른 부분을 절단하게 된다.

이러한 과정이 물속에서 진행되기 때문에 절단에 따른 연기나 분진이 공기 중에 방출되지 않으며 열이 즉각 냉각되므로 절단면이 깨끗하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 수중에서 플라즈마 아크를 이용하여 파이프를 절단하는 장치를 발명의 핵심으로 하고 있으며 본 발명의 진정한 범위는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

도 1은 종래 플라즈마 파이프 절단장치를 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 수중 플라즈마 파이프 절단장치를 나타내는 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 수중 플라즈마 파이프 절단장치의 평면도.

도 4는 도 2에 도시된 A, B 부분의 확대단면도.

도 5는 본 발명의 롤러를 나타내는 확대단면도.

<< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >>

10 : 수조 12 : 누수방지커버

20 : 샤프트? 30 : 롤러

32 : 요철 40 : 베어링부

42 : 볼베어링 44 : 베어링 하우징

46 : 하우징 커버 48 : 오일실

48a : 스프링 49 : 오링

50 : 구동부 52 : 모터

54 : 기어 60 : 플라즈마 절단부

62 : 가이드 레일 64 : 헤드

66 : 암 68 : 절단기

100 : 컨트롤러 p : 파이프

Claims (5)

1. 플라즈마 아크에 의해 회전하는 파이프를 절단하는 장치에 있어서,

   물이 저장된 수조(10);

   상기 수조(10)를 관통하여 서로 평행하게 설치되어 한 방향으로 회전하는 한 쌍의 샤프트(20);

   상기 한 쌍의 샤프트(20) 사이에 파이프(p)가 배치되어 회전하도록 상기 샤프트(20)에 다수개가 일정간격으로 결합되어 한 방향으로 회전하고, 파이프(p)가 자중에 의해 안착되어 마찰에 의해 회전하게 하며, 디스크 형상을 가지는 롤러(30);

   상기 샤프트(20)에 일정 간격으로 결합되어 상기 샤프트(20)를 회전 가능하게 지지하는 베어링부(40);

   상기 수조(10) 외측에 설치되고 상기 수조(10) 외측으로 돌출된 상기 샤프트(20)에 연결되어 상기 샤프트(20)를 각각 한 방향으로 회전시키는 구동부(50);

   상기 회전하는 파이프(p)에 플라즈마 아크를 발생시켜 절단하는 플라즈마 절단부(60);로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 파이프 절단장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 베어링부(40)는,

   상기 샤프트(20)에 접촉하는 볼베어링(42)과, 상기 볼베어링(42)을 포함하는 베어링 하우징(44)과, 상기 베어링 하우징(44)을 덮는 하우징 커버(46)와, 상기 베어링 하우징(44)과 샤프트(20) 사이에 삽입되어 내부로 물이 유입되는 것을 방지하 는 오일실(48)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 파이프 절단장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 수조(10) 양측면에는 누수를 방지하기 위해 상기 수조(10) 및 베어링 하우징(44)과 결합하는 누수방지커버(12)와, 상기 누수방지커버(12)와 샤프트(20) 사이에 삽입되는 오일실(48)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 파이프 절단장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 롤러(30) 외주면에는 상기 롤러(30)와 파이프(p) 사이의 마찰력을 향상시키기 위해 요철(32)이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 파이프 절단장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 플라즈마 절단부(60)는,

   상기 수조(10) 일측에 위치하는 가이드 레일(62)과, 상기 가이드 레일(62)을 따라 수평이동하는 헤드(64)와, 상기 헤드(64)에 승강 가능하게 결합된 암(66)과, 상기 암(66) 단부에 회전 가능하게 결합되고 플라즈마 아크를 발생시켜 파이프(p)를 절단하는 절단기(68)와, 상기 헤드(64)의 수평이동, 상기 암(66)의 승강, 상기 절단기(68)의 회전 및 작동을 제어하는 컨트롤러(100)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 파이프 절단장치.

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