KR101146797B1 - 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트 및 그것을 사용한 강관의 접합 방법 - Google Patents

루즈 플랜지식 플레어 관 조인트 및 그것을 사용한 강관의 접합 방법 Download PDF

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데쯔 사또오
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Abstract

이 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트는 2개의 강관의 단부에 각각 형성된 플레어부와, 플레어부에 각각 접촉하는 루즈 플랜지를 갖고, 강관의 중심축에 대한 플레어부의 단부면의 각도(θ)와, 플레어부와 강관의 연결부의 코너 곡률 반경(R)이 수학식 87 ≤ θ ≤ 0.88Ln(R) ＋ 89.3을 만족시킨다. 이 강관의 접합 방법은 상기 수학식을 만족시키는 플레어부를 강관의 단부에 형성하는 공정과, 2개의 강관의 단부에 각각 형성된 플레어부를 맞댐하는 공정과, 맞댐된 플레어부를 2개의 루즈 플랜지로 끼움 지지하여, 기계적으로 체결하는 공정을 포함한다.

Description

루즈 플랜지식 플레어 관 조인트 및 그것을 사용한 강관의 접합 방법 {LOOSE FLANGE TYPE FLARED PIPE JOINT AND METHOD OF JOINING STEEL PIPES TOGETHER BY USING THE SAME}
본 발명은 플랜지를 볼트로 체결하여 배관류를 접합하는 관 조인트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강관의 단부에 설치한 플레어부와 플레어부에 접촉된 루즈 플랜지를 갖는 기계식 조인트에 관한 것이다.
본원은 2008년 3월 24일에 출원된 일본 특허 출원 제2008-075958호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
물, 공기, 증기 등의 유체를 이송하는 옥내 배관의 접합에는 플랜지를 볼트로 체결하는 기계식 조인트가 사용된다. 이와 같은 기계식 조인트의 플랜지는 강관의 단부에 용접하거나, 또는 강관의 단부에 설치한 플레어부를 루즈 플랜지에 접촉시키는 등의 방법에 의해, 강관의 단부에 설치된다.
최근에는 용접의 필요가 없고, 시공 현장에서 간편하게 플레어 가공이 가능해, 시공 시간도 단축할 수 있는 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트의 수요가 높아지고 있다. 또한, 옥내 배관에서는, 통상, 강관에 축력이나 굽힘을 수반하지 않는 배관 설계가 행해져, 루즈 플랜지식 관 조인트에 의해 배관이 접합된다(예를 들어, 특허 문헌 1, 2).
이 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트는 화기를 필요로 하지 않으므로, 예를 들어 선박 내 배관에 있어서의 수요도 높아지고 있다. 이 경우, 선박의 엔진 진동, 파동에 의한 진동에 의해 조인트부에는 반복 인장 응력이 부하된다. 따라서, 반복 하중 하에 있어서도 밀봉성을 유지할 수 있는 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트가 요구되게 되었다.
이에 대해, 반복 하중이 부하되었을 때에, 이송 유체의 밀봉성을 유지할 수 있는 조인트는, 지금까지는 개발되어 있지 않다. 또한, 내압이 높아질수록 밀봉력을 늘리는 루즈 플랜지식 관 조인트는 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 3). 그러나, 이 기술에서도 반복 응력이 부하되었을 때에는 밀봉성을 확보할 수는 없다.
또한, 플레어 가공부의 강도나 피로 특성을 향상시키는 방법은 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 4, 5). 그러나, 이들은 성형 가공된 플레어부의 특성을 향상시킨 것으로, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트의 밀봉성에 대해서는 고려되어 있지 않다.
한편, 플랜지부에 응력이 가해졌을 때의 내파괴 특성의 향상을 목적으로 한 관 조인트로서, 플레어부의 플랜지와의 접촉면을 테이퍼 형상으로 가공한 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트가 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 6). 그러나, 이와 같은 테이퍼 형상을 갖는 플레어부를 형성하기 위해서는, 가공 도중에 공구를 변경할 필요가 있어, 플레어부의 플랜징 가공의 공정이 복잡해진다.
일본 특허 출원 공개 제2007-211811호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-55239호 공보 등록실용신안 제3136954호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-351383호 공보 일본 특허 출원 공개 평5-329557호 공보 일본 실용신안 출원 공개 평7-22193호 공보
본 발명은 강관의 단부에 플레어부를 설치하여, 강관의 접합부에서 플레어부의 단부면을 맞댐하여 루즈 플랜지에 의해 끼움 지지하는 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트에 있어서, 특히 반복 응력이 부하되었을 때의 밀봉성의 개선을 과제로 한다.
본 발명은 플레어부의 단부면의 각도와 플레어부 코너의 곡률 반경의 관계를 제어하여, 반복 응력이 부하되었을 때의 밀봉성을 개선한 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트에 관한 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
본 발명의 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트는 2개의 강관의 단부에 각각 형성된 플레어부와, 상기 플레어부에 각각 접촉하는 루즈 플랜지를 갖고, 상기 강관의 중심축에 대한 상기 플레어부의 단부면의 각도(θ)[°]와, 상기 플레어부와 상기 강관의 연결부의 코너 곡률 반경(R)[㎜]이, 하기 수학식 1을 만족시킨다.
[수학식 1]
Figure 112010053290903-pct00001
본 발명의 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트에서는 상기 각도(θ)가 91° 이하라도 좋다.
상기 플레어부 사이에 개재하는 가스킷을 더 가져도 좋다. 상기 플레어부는 상기 가스킷을 개재시켜 맞댐되어, 상기 플레어부가 상기 루즈 플랜지로 끼움 지지되어 있어도 좋다.
본 발명의 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트를 사용한 강관의 접합 방법은 강관의 단부를 플랜징 가공함으로써, 상기 강관의 중심축에 대한 플레어부의 단부면의 각도(θ)[°]와, 상기 플레어부와 상기 강관의 연결부의 코너 곡률 반경(R)[㎜]이, 상기 수학식 1을 만족시키는 상기 플레어부를 형성하는 공정과, 2개의 상기 강관의 단부에 각각 형성된 상기 플레어부를 맞댐하는 공정과, 상기 맞댐된 플레어부를 2개의 루즈 플랜지로 끼움 지지하여, 기계적으로 체결하는 공정을 포함한다.
본 발명의 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트를 사용한 강관의 접합 방법에서는, 상기 각도(θ)가 91° 이하라도 좋다.
상기 플레어부를, 가스킷을 개재시켜 맞댐해도 좋다.
본 발명에 따르면, 배관의 접합부에 있어서의 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트에 반복 응력이 부하된 경우에 있어서도, 배관 내의 이송 유체를 시일하는 것이 가능해져, 산업상의 공헌이 극히 현저하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트의 일례의 모식도이다.
도 2는 반복 굽힘 부하 시험의 모식도이다.
도 3은 플레어부 단부면 각도(θ)와 코너 곡률 반경(R)을 도시한 도면이다.
도 4는 코너부의 표면 응력과 플레어부 단부면 각도(θ)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 밀봉성에 미치는 플레어부 단부면 각도(θ)와 코너 곡률 반경(R)의 영향을 나타내는 도면이다.
도 6은 플레어 가공의 모식도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트의 일부를 모식적으로 예시한다. 본 실시 형태에 관한 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트는 2개의 강관(1a, 1b)의 단부(접합부)를 확장하여 형성된 플랜지 형상의 플레어부(2a, 2b)와, 플레어부(2a, 2b)에 접촉하는 루즈 플랜지(4a, 4b)를 갖는다. 이 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트는 2개의 강관(1a, 1b)의 접합부에 있어서, 플레어부(2a, 2b)를, 가스킷(3)을 통해 맞댐시키고, 이 맞댐된 양 플레어부(2a, 2b)를 그 양측으로부터 루즈 플랜지(4a, 4b)로 끼움 지지하여, 볼트(5)와 너트(6)에 의해 기계적으로 체결되는 구조를 갖는다.
또한, 본원의 도면에서는 볼트(5) 및 너트(6)의 크기 및 루즈 플랜지(4a, 4b)의 두께를 강관(1a, 1b)에 대해 실제보다도 크게 기재하여, 이들의 위치 관계가 명확해지도록 하고 있다. 이로 인해, 도면 중 각 부재의 치수비나 강관(1a, 1b)의 중심축(8)의 상대 위치는 실제의 플레어 관 조인트와는 반드시 일치하고 있지는 않다.
보다 상세하게 설명하면, 강관(1a, 1b)은 각각의 단부에 플랜징 가공에 의해 형성된 플레어부(2a, 2b)를 갖는다. 플레어부(2a, 2b)는 2개의 강관(1a, 1b)을 서로 접합하기 위해, 강관(1a, 1b)의 단부를 그 외측으로 절곡하듯이 확장하는 성형 가공(즉, 플레어 가공)된 부분이다.
이 플레어부(2a, 2b)에는 각각 루즈 플랜지(4a, 4b)가 접촉하고 있다. 이 루즈 플랜지(4a, 4b)(이하, 「플랜지(4a, 4b)」라고 함)는 강관(1a, 1b)의 외경보다도 큰 내경의 관통 구멍을 갖는 원환상 플랜지이다. 이 플랜지(4a, 4b)의 관통 구멍 내에 강관(1a, 1b)이 삽입 관통되고, 비체결 시에는, 플랜지(4a, 4b)의 내주면은 강관(1a, 1b)의 외주면을 따라서 미끄럼 이동 가능하다. 또한, 플랜지(4a, 4b)는 플레어부(2a, 2b)에 접촉하여 강관(1a, 1b)의 단부로부터 어긋나지 않도록 되어 있다.
강관(1a, 1b)의 플레어부(2a, 2b)의 단부면(9)(도 3 참조)끼리는 필요에 따라서 가스킷(3)을 개재시켜 맞댐된다. 가스킷(3)은, 예를 들어 플레어부(2a, 2b)의 외경과 동일한 정도의 외경을 갖는 원환상의 밀봉 부재로, 맞댐된 2개의 플레어부(2a, 2b)의 단부면(9) 사이를 시일하는 기능을 갖는다. 플레어부(2a, 2b)의 맞댐부는, 그 양측[맞댐면과 마주보는 외측의 면인 강관(1a, 1b)의 외주면측의 면]으로부터 상기 플랜지(4a, 4b)로 끼움 지지되어, 플랜지(4a, 4b)는 볼트(5)와 너트(6)로 체결된다.
이 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트를 사용하여, 강관(1a, 1b)을 접합하는 수순에 대해 설명한다.
우선, 대향 배치된 강관(1a)의 플레어부(2a)와 강관(1b)의 플레어부(2b) 사이에 가스킷(3)을 개재시키고, 그 상태로 플레어부(2a)의 단부면(9)과 플레어부(2b)의 단부면(9)을 맞댐시킨다. 계속해서, 이 맞댐된 플레어부(2a, 2b)를, 그 외측으로부터 플랜지(4a, 4b)에 의해 끼움 지지한다. 그 후, 플랜지(4a, 4b)에 삽입 관통한 볼트(5)와 너트(6)에 의해, 플랜지(4a, 4b)를 기계적으로 체결ㆍ고정한다. 이에 의해, 플레어부(2a, 2b)를 양측으로부터 압박한다. 이상에 의해, 이 조인트를 사용하여 2개의 강관(1a, 1b)을 적절하게 접합할 수 있다. 또한, 플랜지(4a, 4b)를 고정하는 수단으로서는, 상기 볼트(5)와 너트(6)의 예로 한정되지 않고, 플랜지(4a, 4b)를 기계적으로 체결ㆍ고정하는 것이면, 임의의 고정 부재를 사용할 수 있다. 또한, 도 1에서는 볼트(5)와 너트(6)를 1개씩밖에 예시하고 있지 않지만, 볼트(5)와 너트(6)를 2개 이상의 복수개 사용해도 상관없다.
또한, 물, 공기, 증기 등을 이송하는 배관에는 STPG(JIS G 3454)나 SGP(JIS G 3452) 등의 배관 재료가 사용되고, 그 외경은 50A 내지 350A이고, 100A 전후의 강관이 주류로 되어 있다. 따라서, 발명자들은 100A의 SGP 배관을 사용하여, 반복 하중 부하 하에서의 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트의 시일 성능을 평가하였다.
반복 응력을 부하했을 때의 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트의 밀봉성의 평가는 이하와 같이 하여 행하였다.
우선, 2개의 100A(외경 114.3㎜, 두께 4.5㎜)의 SGP 강관(1a, 1b)의 단부를 플레어 가공하여, 플레어부(2a, 2b)를 형성하였다. 이 플레어부(2a, 2b)에 플랜지(4a, 4b)를 접촉하여, 양 플레어부(2a, 2b)를 맞댐하여 플랜지(4a, 4b)를 볼트(5)와 너트(6)로 체결하여, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트로 하였다. 또한, 플레어부(2a, 2b)의 단부면(9, 9)끼리의 맞댐부에는 가스킷(3)을 개재시켰다.
다음에, 도 2에 예시한 바와 같이, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트를, 강관(1a, 1b)의 접합부에 굽힘 응력이 가해지도록, 4점 굽힘 시험기(10)에 설치하였다. 그 후, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트에 1㎫의 공기를 충전하여, 반복 굽힘 하중을 부하하였다. 반복 굽힘 하중을 부하하면서 공기압을 측정하여, 급격하게 공기압이 저하되었을 때에 리크가 발생하였다고 판단하여, 시험을 종료하였다.
굽힘 하중은 다음 수학식 2 및 수학식 3으로 나타내는 굽힘 응력(σB)이 50㎫로 되도록 제어하였다. 단, 수학식 중, M : 굽힘 모멘트, Z : 단면계수, WB : 굽힘 하중, LA : 단스판 및 LB : 장스판이다.
[수학식 2]
Figure 112010053290903-pct00002
[수학식 3]
Figure 112010053290903-pct00003
급격한 내압 저하가 보인 조인트를 조사한바, 플레어부(2)와 강관(1) 사이의 코너부(도 3의 R의 근방)로부터 균열이 발생하고, 균열은 강관(1)의 외면으로부터 내면을 향해 관통하고 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트의 피로 강도를 향상시키기 위해, 코너부에 발생하는 응력을 저하시키는 방법에 대해 검토하였다. 또한, 플레어부(2)와 강관(1) 사이의 코너부는, 도 3에 도시한 바와 같이 플레어부(2)와 강관(1)의 연결 개소의 외면측에 위치하여, 만곡부의 내측 부분을 가리키고, 이 코너부에서의 곡률 반경(R)을 코너 곡률 반경(R)이라고 칭한다.
본 발명자들이 착안한 것은, 도 3에 도시한 강관(1)의 중심축(8)에 대한 플레어부(2)의 단부면(9)의 각도(θ)[°](이하, 「플레어부 단부면 각도(θ)」라고 함)와, 플레어부(2)와 강관(1) 사이의 코너 곡률 반경(R)[㎜](이하, 「코너(R)」라고 함)의 관계이다. 유한 요소법 해석(FEA)에 의해, 조인트를 체결할 때에, 코너부에 발생하는 표면 응력과 플레어부 단부면 각도(θ)의 관계를 구하였다.
결과를 도 4에 나타낸다. 이것으로부터 플레어부 단부면 각도(θ)가 90°보다 작아지면, 조인트 체결 시의 응력이 압축측으로 되어, 그 후의 인장 응력 부하 시에도 피로 강도에 대해 유리하게 작용하는 것을 추측할 수 있다. 또한, 플레어부 단부면 각도(θ)가 91°를 초과한 부근으로부터 항복 현상이 나타나는 것도, 플레어부 단부면 각도(θ)와 코너부에 발생하는 표면 응력의 관계가 선형성을 상실하는 것으로부터 판단할 수 있다.
또한, 코너부의 응력을 저하시키는 수단으로서, 코너 곡률 반경(R)을 크게 하는 것이 생각된다. 따라서, FEA에 의해 50㎫에 상당하는 굽힘 부하 시에, 코너부에서 발생하는 응력 진폭과 평균 응력을 평가하였다. 그 결과, 피로 파괴를 방지하기 위해서는, 플레어부 단부면 각도(θ)와 코너 곡률 반경(R)의 관계를 다음 수학식 1에 나타내는 특정한 관계로 유지하는 것이 중요하다고 추정되었다.
[수학식 1]
Figure 112010053290903-pct00004
따라서, 100A(외경 114.3㎜, 두께 4.5㎜)의 SGP 강관을 사용하여, 플레어부 단부면 각도(θ)와 코너 곡률 반경(R)을 변화시킨 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트를 제조하고, 도 2에 도시한 시험기(10)를 사용하여, 상술한 방법과 동일한 굽힘 피로 시험을 행하였다. 이 시험에서는 100만회의 굽힘 하중 반복 부하에 대해서도 내압이 급격하게 저하되지 않았던 강관을 합격으로 하였다.
굽힘 피로 시험 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5의 ○는 리크가 발생하지 않은 것, ×는 리크가 발생한 것을 의미한다. 이것으로부터 수학식 1을 만족시키는 조인트에 대해서는 100만회의 반복 하중을 부하해도 리크는 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 한편, 수학식 1을 만족시키지 않는 조인트는, 100만회 미만의 반복 하중의 부하에 의해 리크를 일으켜, 검사의 결과, 코너부로부터 균열이 관통하고 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 플레어부 단부면 각도(θ)는 작을수록 코너 곡률 반경(R)의 허용도는 커진다. 그러나, 플레어부 단부면 각도(θ)가 지나치게 작으면, 조인트를 체결했을 때에 국소적으로 가스킷(3)에 과대한 면압이 발생한다. 특히, 플레어부 단부면 각도(θ)가 87° 미만으로 되면, 가스킷이 파단되는 경우가 있으므로, θ의 하한을 87° 이상으로 한다. 한편, 플레어부 단부면 각도(θ)가 91°를 초과하면, 코너부에 항복이 발생하는 경우가 있으므로, 상한을 91° 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 강관(1)의 단부에 플레어부(2)를 형성하는 가공법에 대해서는, 이것을 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 강관(1) 및 콘(7)(원추 롤러)을 회전시켜, 상대적으로 자전과 공전을 반복하여 접촉시키는 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 이 방법에 의해, 콘(7)의 축과 강관(1)의 축이 이루는 각도를 점차 크게 하면, 플레어부 단부면 각도(θ)를 서서히 크게 하는 것이 가능해, 플레어부 단부면 각도(θ)를 고정밀도로 제어할 수 있다.
(실시예)
다음에, 본 발명의 실시예로서, 다양한 강관(1)에 있어서, 플레어부 단부면 각도(θ)와 코너 곡률 반경(R)을 변화시켰을 때의, 리크까지의 사이클 횟수를 평가한 실험에 대해 설명한다.
본 실험에서는, 우선 다양한 SGP 강관(1)의 단부를 도 6에 도시한 방법으로 플랜징 가공하여, 플레어부(2)를 형성하였다. 그리고, 이 플레어부 단부면 각도(θ) 및 코너 곡률 반경(R)(도 3)을 측정하였다. 동일한 플레어부 단부면 각도(θ) 및 코너 곡률 반경(R)을 갖는 2개의 강관(1a, 1b)을 1조로서 사용하여, 플레어부(2a, 2b)에 루즈 플랜지(4a, 4b)를 접촉시켰다. 그리고, 가스킷(3)을 개재시켜 플레어부(2a, 2b)의 단부면(9, 9)끼리를 맞댐하여, 볼트(5)와 너트(6)로 체결하여, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트를 제조하였다. 표 1, 표 2에 나타낸 바와 같이, 시험에 사용한 SGP 강관은 사이즈 65A 내지 200A의, 단접 강관 및 전봉 강관이다.
또한, 본 실험에서는 가스킷(3)으로서, 니치아스 주식회사제 "범용 NA 조인트 시일 TOMBO No.1995"를 사용하였다. 이 가스킷(3)은 무기 섬유, 아라미드 섬유, 무기 충전제 및 바인더로서 내유성 합성 고무를 배합한 비석면 조인트 시일이다. 이 가스킷(3)의 치수는 이하와 같다. 또한, 해당 규격은 JIS F0602HJ, ASTM104F712100-B5E12M5이다. 또한, 이 가스킷(3)은 본 실험에서 사용한 예이고, 본 발명의 가스킷(3)이 이러한 예로 한정되는 것은 아니다.
(i) 사이즈 65A의 강관 : 가스킷(3)의 외경 124㎜, 내경 77㎜, 두께 3㎜
(ii) 사이즈 100A의 강관 : 가스킷(3)의 외경 159㎜, 내경 115㎜, 두께 3㎜
(iii) 사이즈 200A의 강관 : 가스킷(3)의 외경 270㎜, 내경 218㎜, 두께 3㎜
루즈 플랜지식 플레어 관 조인트로 접합된 강관(1a, 1b)을, 도 2에 도시한 바와 같이 4점 굽힘 시험기(10)에 설치하여, 내부에는 1㎫의 공기를 봉입하고, 조인트의 접합부에 반복 응력을 부하하였다. 또한, 하기 수학식 2 및 수학식 3으로부터 계산되는 굽힘 응력(σB)이 50㎫로 되도록 굽힘 하중을 부하하고, 계속해서 굽힘 하중을 제거하는 작업을 1사이클로 하여, 이 사이클을 최고 100만회 반복하였다. 압력이 급격하게 저하되었을 때의 사이클 수를 리크까지의 반복 사이클 수로 하였다.
[수학식 2]
Figure 112010053290903-pct00005
[수학식 3]
Figure 112010053290903-pct00006
단, 식 중, M : 굽힘 모멘트, Z : 단면계수, WB : 굽힘 하중, LA : 단스판 및 LB : 장스판이다. 이러한 실험 결과를 표 1, 표 2에 나타낸다.
Figure 112010053290903-pct00007
Figure 112010053290903-pct00008
제1 실시예 내지 제19 실시예에서는 플레어부 단부면 각도(θ)와 코너 곡률 반경(R)의 관계가 적정해(상기 수학식 1을 만족시키는 관계), 100만회의 반복 굽힘 부하에 대해서도 조인트로부터 리크가 발생하는 경우는 없었다. 이에 대해, 제1 비교예 내지 제18 비교예에서는, 플레어부 단부면 각도(θ)가, 코너 곡률 반경(R)과의 관계에서 수학식 1에 의해 정해지는 상한치보다도 크기 때문에, 굽힘 반복수가 100만회에 도달하기 이전에 리크가 발생하였다.
제19 비교예 내지 제22 비교예는 플레어부 단부면 각도(θ)가 87°보다도 작기 때문에, 조인트 체결 시에 가스킷(3)이 파단되었다. 또한, 플레어부 단부면 각도(θ)가 91°보다 큰 제3 비교예, 제5 비교예, 제11 비교예, 제13 비교예, 제16 비교예, 제17 비교예, 제18 비교예에서는 코너부에 항복이 발생하였지만, 플레어부 단부면 각도(θ)가 91° 이하인 경우에는, 코너부의 항복은 관찰되지 않았다.
따라서, 이러한 실험 결과에 따르면, 플레어부 단부면 각도(θ)가, 코너 곡률 반경(R)과의 관계식 1의 우변을 만족시키지 않는 경우, 반복 하중에 대한 원하는 내리크 성능이 얻어지지 않는 것을 알 수 있다. 한편, 플레어부 단부면 각도(θ)가 87° 미만이면, 가스킷(3)이 파손되어 버리므로, 적합하지 않다고 할 수 있다.
이에 대해, 플레어부 단부면 각도(θ)가 87° 이상이고, 또한 코너 곡률 반경(R)과의 관계식 1의 우변을 만족시키는 경우, 리크까지의 반복 사이클 수가 100만회를 초과하여, 조인트에 반복 응력이 부하되었을 때라도 적합한 밀봉성을 발휘할 수 있고, 또한 가스킷(3)도 파손되지 않는 것이 실증되었다고 할 수 있다. 또한, 플레어부 단부면 각도(θ)를 91° 이하로 함으로써, 조인트 조립 시에, 강관(1)과 플레어부(2)의 연결 개소에 있는 코너부가 항복하는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 관한 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트에 대해 상세하게 설명하였다. 본 실시 형태에 따르면, 강관(1)의 플레어부 단부면 각도(θ)와 코너 곡률 반경(R)을, 상기 수학식 1을 만족시키는 적절한 값으로 조정함으로써, 반복 하중에 대한 내리크 성능을 높일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 선박 내 배관에 있어서 선박의 엔진 진동, 파동에 의한 진동에 의해 조인트에 반복 응력이 부하된 경우에 있어서도, 조인트의 밀봉성을 확보하여, 배관 내의 이송 유체의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트에서는, 강관(1)의 접합부의 밀봉성을 향상시키기 위해서는, 플레어부(2)를 플랜징 가공할 때에 플레어부 단부면 각도(θ)를 조정하는 것만으로도 좋다. 따라서, 상기 특허 문헌 6과 같이, 테이퍼 형상을 갖는 플레어부를 형성하기 위해, 성형 가공 도중에 공구를 변경할 필요가 없다. 따라서, 플레어부(2)의 플랜징 가공의 공정을 간편하게 할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 것이면, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.
본 발명의 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트는 반복 하중에 대해 우수한 내 리크 성능을 가지므로, 선박 내 배관에 있어서 적절하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 선박의 엔진 진동이나 파동에 의한 진동에 의해 조인트에 반복 응력이 부하된 경우에 있어서도, 조인트의 밀봉성을 확보하여, 배관 내의 이송 유체의 누설을 방지할 수 있다.
1, 1a, 1b : 강관
2, 2a, 2b : 플레어부
3 : 가스킷
4a, 4b : 루즈 플랜지
5 : 볼트
6 : 너트
7 : 콘
8 : 강관의 중심축
9 : 플레어부의 단부면
10 : 4점 굽힘 시험기

Claims (4)

  1. 2개의 강관의 단부에 각각 형성된 플레어부와, 상기 플레어부에 각각 접촉하는 루즈 플랜지를 갖고,
    상기 강관의 중심축에 대한 상기 플레어부의 단부면의 각도(θ)[°]와, 상기 플레어부와 상기 강관의 연결부의 코너 곡률 반경(R)[㎜]이, 하기 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트.
    [수학식 1]
    Figure 112010053290903-pct00009
  2. 제1항에 있어서, 상기 각도(θ)가 91° 이하인 것을 특징으로 하는, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트.
  3. 강관의 단부를 플랜징 가공함으로써, 상기 강관의 중심축에 대한 플레어부의 단부면의 각도(θ)[°]와, 상기 플레어부와 상기 강관의 연결부의 코너 곡률 반경(R)[㎜]이, 하기 수학식 1을 만족시키는 상기 플레어부를 형성하는 공정과,
    [수학식 1]
    Figure 112010053290903-pct00010

    2개의 상기 강관의 단부에 각각 형성된 상기 플레어부를 맞댐하는 공정과,
    상기 맞댐된 플레어부를 2개의 루즈 플랜지로 끼움 지지하여, 기계적으로 체결하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트를 사용한 강관의 접합 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 각도(θ)가 91° 이하인 것을 특징으로 하는, 루즈 플랜지식 플레어 관 조인트를 사용한 강관의 접합 방법.
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