KR101205990B1 - 볼트 텐셔닝 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

축방향으로 확장가능한 스페이서(51, 53)들은 인장(tensioned)되는 볼트(19) 상에서, 너트(20)와 대상 부품(C) 상단의 접면(F) 사이에 삽입가능하고, 상기 볼트(19)가 하이드로릭 텐셔닝 장치(25)에 의해 인장됨에 따라 스페이스를 줄이기 위한 경사면(52, 54)들을 갖고 있고, 상기 당김 바(35)는 너트(120)상의 연장 부분(121)과 맞물린다. 세그먼트 컬러(segmented collar)(60)는 상기 당김 바(35)와 상기 너트(120) 상의 상기 볼트(19)의 말단 사이에 빠른 맞물림/풀림(release)을 허용하기 위한 방사상으로 이동가능한 세그먼트들(61)을 포함한다.

Description

볼트 텐셔닝 장치 및 방법{Bolt tensioning apparatus and method thereof}

본 발명은 하이드로릭 텐셔닝 잭(hydraulic tensioning jackets)에 관한 것으로, 텐션 패스너(tension fasteners)들, 상기 패스너들을 위한 텐셔닝 시스템, 그외 구조물 및 부속물에 관한 것이다.

종래에 정확한 힘의 양을 생성하기 위해 하이드로릭 수단을 사용하는 볼트 텐슬 로딩(bolt tensile loadings)을 적용한 원리들은 이미 잘 알려져 있으며 구현된 바 있다. 일반적으로, 상기 원리들을 이용한 장치를 사용하기 위해서는 텐셔너의 풀러(tensioner's puller)가 부착될 수 있도록 너트 상단에 연장된 볼트들을 요구한다. 이러한 것은 많은 경우에 있어서, 가능하지 않거나 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 터빈(turbines) 및 스트림(stream) 생성을 보장하는 볼트는 교환 비용이 고가이며, 보다 긴 볼트들은 열 보호물 및 보조 장비의 광범위한 변경을 요구한다. 본 발명자는 국제 공개 특허 WO 00/51791(PCT/AU00/00138)에서, 하이드로릭 텐셔닝 장치를 상기 장치들에서 사용하도록 해주는 볼트에 대한 커플링(coupling)을 제공하는 방법을 제안한 바 있다.

명백히, 커플링은 볼트 생크(shank)를 늘리기 위해 필요한 매우 큰 힘을 전달할 수 있어야 한다.

이미 알려진 테이퍼 쓰레드 커플링들(tapered threaded couplings)은 드릴 로드(drill rods)를 위한 "필 앤 박스" 엔드(pin & box ends) 커플링처럼 애플리케이션에서 일반적으로 사용된다. 그러나, 제한된 이용가능한 디멘션(dimension)들과 높은 힘으로 죄어진 조인트들(joints)의 지나친 부하 요구들은 이러한 디자인들로 만들어진 커플링이 제한된 스페이스에 적합하게 만들어졌고, 상기 힘을 지탱하기에는 가능하지 않다는 것을 의미한다.

일반적인 테이퍼 쓰레드 구조들은 다음과 같은 제한 사항이 있다. 공칭 단면을 위한 부하 지탱 능력이 매우 낮고, 포함된 쓰레드의 플랭크 각 (flank angle)들은 힘들을 방사상 외부로 편향시킨다.

스트림 터빈들(stream turbines)에 대한 볼트 텐셔닝을 위해 다른 제조사에 의해 표준 포맷에서 사용될 때, 이러한 쓰레드 폼들은 많은 깨짐과 텐셔너 어셈블리를 “론칭”하는 것과 함께 위험하고 비효율적이다.

본 발명은 하이드로릭 텐셔닝 잭을 볼트에 연결시켜 연장 너트의 사용에 의해 볼트가 텐션되도록 하고, 여기서 너트는 인장 부하(tensile load)를 하이드로릭 텐셔닝 잭으로부터 볼트로 전달하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 볼트가 텐션됨에 따라 변형 틈(strain gap)을 폐쇄하도록 너트 아래 위치하여 작동되는 조정가능한 스페이서 수단들을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 잭과 너트 사이에 빠르게 풀리는 결합을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

그뿐 아니라, 본 발명은 하이드로릭 텐셔닝 잭과 인장되는 볼트 사이에 빠르게 풀리는 결합을 제공하고, 상기 볼트는 인장 너트를 상단으로 연장하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

볼트라는 용어는 명세서 전반에 걸쳐 둘 또는 그 이상의 대상 부품(components)/아티클(articles)/아이템(items)을 서로 연결하기 위해 사용되는 스터드볼트(studbolts), 스터드(studs), 및 다른 패스너(fasteners)를 포함한 용어로 사용되어진다.

본 발명의 실시예에 따른 볼트를 텐셔닝하는 방법은 볼트의 생크(shank)를 지나 연장되는 너트를 상기 볼트에 인가하는 단계 및 텐셔닝(tensioning) 장치를 상기 너트에 연결하는 단계를 포함하고, 상기 너트가 상기 텐셔닝 장치에 의해 발생되는 인장 부하(tensile load)를 상기 볼트로 전달하도록 배열된다.

바람직하게는, 상기 볼트에 대해서 확장 스페이서(expanding spacer)는 조여지는 상기 너트와 대상 부품 사이에 위치하고, 상기 확장 스페이서는, 상기 볼트가 상기 인장 부하에 의해 인장됨에 따라 상기 너트와 상기 대상 부품 간의 변형 틈을 줄이도록 축방향으로 연장 가능하다.

바람직하게는, 세그먼트 슬리브(segmented sleeve)는 상기 텐셔닝 장치의 당김 바(puller bar)에 제공되고 상기 당김 바와 상기 너트 사이간 풀림(release) 가능한 연결을 제공하기 위해 상기 너트와 선택적으로 맞물린다.

바람직하게는, 상기 슬리브와 당김 바의 상기 세그먼트들은 보조 나사 프로파일(profile)들을 포함하여, 상기 슬리브와 상기 당김 바 간 고강도 BTC(Buttress-threaded Tapered Cone)를 형성한다.

바람직하게는, 병렬 링 또는 다른 작동(operating) 수단들은 상기 당김 바에 관련하여 방사상으로 상기 세그먼트들을 상기 너트에 맞물리거나 맞물리지 않도록 연장시키거나 다시 복귀시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 볼트를 텐셔닝하는 장치는 전술한 볼트를 인장하는 방법을 수행하는 장치이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 텐셔닝 장치를 이용하는 볼트를 인장하는 방법은 세그먼트 슬리브(segmented sleeve)가 텐셔닝 장치의 바(bar) 또는 풀러 컬러(puller collar)에 동작 가능하게 맞물려있고, 볼트 또는 상기 볼트에 맞물려있는 너트와 선택적으로 맞물릴 수 있다.

바람직하게는, 상기 세그먼트 슬리브는 상기 볼트 또는 상기 너트에 맞물리도록 하는 방사상으로 연장 가능한 복수개의 세그먼트를 포함한다.

바람직하게는, 바람직하게는, 상기 세그먼트 및 상기 풀러 컬러 또는 바는 보조 나사 프로파일(profile)들을 포함하여, 상기 세그먼트 슬리브 및 상기 풀러 컬러 또는 바 사이에 BTC 커플링을 형성한다.

바람직하게는, 기계적인 또는 하이드로릭(hydraulic) 수단은 상기 너트와 맞물리거나 맞물리지 않도록 상기 세그먼트들을 방사상으로 이동시킨다.

국제 공개 특허 WO 00/51791에 개진된 바와 같이, 후술될 실시예들에서 사용되는 고강도 BTC(Buttress-threaded Tapered Cone) 커플링은 매우 빨리 결합되는 이점을 갖고 있다. 일반적인 병렬 나사 커플링은 맞물리는 길이의 모든 나사산(turn)에 걸쳐 회전되어야 하며, 반면 BTC 커플링의 지지벽들은 테이퍼 각도와 피치(pitch)에 따라, 2~3 정도로 회전(turn) 한 후 되돌아올 것이다.

도 1은 국제 공개 특허 WO 00/51791에 따라 잘 알려진 하이드로릭 인장력 부여 장치(hydraulic tensioner)의 예를 나타내며, 여기서 텐셔닝 장치(25)의 당김(puller bar)(35)는 BTC 커플링(200)을 통해 너트(20)와 부합되는 볼트(19)와 내부적으로 커플링된다. 텐셔닝 장치 하부(38)는 너트(20) 주위로 연장하고, 대상 부품(C)의 접면(F)을 인장되는 볼트(19)(그리고 너트(20))에 의해 조여지게 한다.

도 2의 실시예에서, 볼트(19)는 BTC 커플링(200)의 수컷부(201)에 부합된다. 두 실시예에서, 볼트(19)는 너트(20)의 정상부 위로 연장한다. 도 2의 실시예에서, 테이퍼된 나사산(tapered thread)은 후술될 세그먼트(coupling segments)에서 세그먼트들을 활성화시키기 위해 사용될 수 있으며, 단순히 볼트(19)와 당김 바(puller bar)(35) 사이에 연결만을 제공하는 것은 아니다.

상술된 바와 같이, 당김 바(35)와 볼트(19) 사이에 필요한 커플링을 이루는 것은 항상 가능한 것은 아니다. 그 이유는 제한된 커플링의 길이를 들 수 있는 데, 즉 커플링은 당김 바(35)로부터 볼트(19)에 전달되는 매우 높은 인장력(tensile force)를 지탱할 수 없다.

가령 볼트(19)는 이미 포지션에 고정되어 있거나 장치는 변형가능하지 않은 상태이어서, 이러한 문제점들을 빠르게 그리고 경제적으로 해결하기 위해 변형가능한 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 만약 볼트(19)가 연장될 수 없다면, 표준 볼트(19)와 텐셔닝 장치의 당김 바(35) 사이에 매개 커플러로써 너트(20)를 사용하는 것이 바람직하다. 명백히, 부하 아래에서는, 너트는 접면(F)을 만나 부하를 유지하도록 조여질 수 없다. 따라서 텐셔닝 장치(25)가 압력을 받을 때 너트 아래 나타나는 변형 틈(strain gap)을 폐쇄하기 위한 대안이 필요하다.

도 3A의 (i) 내지 (iv) 및 도 3B의 (i) 내지 (iv)는 변형 틈을 폐쇄하기 위한 너트 아래에 위치될 수 있는 확장 스페이서(expanding spacer)(51,53)들의 두 가지 형태를 나타낸다. 도 3A의 (i) 내지 (iv)의 확장 스페이서의 제1 실시예(51)는 두 개의 보조 스페이서 반편(51a, 51b)(complementary spacer halves)들을 포함하고 있으며, 각각의 보조 스페이서 반편(51a, 51b)은 원형 구멍(51c, 51d)(circular bore)과 평면 단부(planer end face)(51e, 51f)들을 포함하고 있다.

스페이서 반편(51a, 51b)은 접합면(51g, 51h)에 의해 종결(terminate)되는 나선형의 경사면(52)(ramp face)을 갖고 있다. 평면 단부들(51e, 51f)에 대한 경사면(52)의 기울기 각도는, 제1 실시예에 따른 확장 스페이서(51)가 너트(20)와 대상 부품 사이에 끼워졌을 때 스페이서 반편(51a, 51b)들 사이에 상대적인 회전 동작이 없도록 선택될 것이다. 일반적인 각도는 13도이다.

도 3B의 (i) 내지 (iv)의 확장 스페이서의 제2 실시예(53)는 스페이서 반편(53a, 53b)을 갖고 있으며, 스페이서 반편(53a, 53b)은 평면상에서 사실상 타원형의 모습이며, 도 3B의 (ii)에 도시된 바와 같이 늘어진 구멍(elongate bore)(53c, 53d)과 평면 단부들(53e, 53f)을 포함하고 있다.

스페이서 반편(53a, 53b)은 각각의 경사면(54)들을 갖고 있으며, 경사면(54)들은 도 3B의 (i)에서 화살표(A) 방향으로 스페이서 반편(53a, 53b)가 상대적으로 상호간 이동함에 따라 제2 실시예에 따른 확장 스페이서(53)의 축 길이가 늘어나도록 배열되어 있다.

또한, 텐셔닝 장치(25)가 풀릴 때 너트(20)에 의해 죄는 힘(clamping force)이 가해짐에 따라 스페이서 반편(53a, 53b)의 상대적인 측면 변위를 막도록 경사면(54)의 각이 선택될 것이다.

확장 스페이서(53)는 편심 구동 링(eccentric drive ring)과 같이 스페이서 반편(53a, 53b)의 동시 삽입을 단순하기 위한 단순 매커니즘(미도시)과 맞춰질 수 있다.

도 4에서, 확장 스페이서(51)는 대상 부품(C)의 접면(F)과 너트(120)의 하부면 사이에 끼워져 있다. 너트(120)는 볼트(19)의 상단에 연장되어 있고, 너트(120)의 연장 부분(121)은, 텐셔닝 장치(25)의 당김 바(35)상의 외부 나사(35a)에 대해 보조적인 병렬 나사(121a)를 포함하고 있다.

너트(120)는 당김 바(35)와 볼트(19) 사이에 매개 커플러를 제공하여 인장 부하가 당김 바(35)와 볼트(19) 간 전달되도록 한다.

너트(120)는 접면(F)과 접촉된 채로 유지되기 위해 볼트(19)에 대해 조여질 수 없다.

너트(120)가 접면(F)과 접촉한 채로 유지하도록 볼트(19)에 대해 조여질 수 없을 때, 제1 실시예에 따른 확장 스페이서(51)는 두 개의 반편(51a, 51b)의 상대적인 회전에 의해 너트(120)와 페이스(F) 사이간 변형 틈을 폐쇄하기 위해 작동되어진다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 확장가능한 스페이서(51)는 제2 실시예에 따른 확장 스페이서(53)에 의해 대체된다.

당김 바(35)가 너트(120)에 적절한 텐션을 가할 때, 스페이서 반편들(53a, 53b)은 화살표(B) 방향으로 이동하여 축방향으로 제2 실시예에 따른 확장 스페이서(53)를 확장하고, 대상 부품(C)의 접면(F)과 너트(120)의 하부 면(122) 사이의 공간을 채운다. 스페이서 반편(53a, 53b)상의 경사면(54)의 각도는 당김 바(35)에 의해 너트(120)에 가해진 인장력이 제거될 때 스페이서 반편(53a, 53b)의 측면 이동을 차단한다.

도 6의 실시예에서, 너트(120)의 연장 부분(121)과 당김 바(35)는 상술한 빠르게 풀리는(quick release) BTC 커플링(200) 타입에 제공된다.

“연장된” 너트(120)와 확장 스페이서들(51, 53)의 사용으로 인장 부하가 볼트(19)로 효과적으로 전송되는 데, 이는 볼트(19)의 변경없이는 다른 방법으로는 불가능한 것이다.

도 7 및 도 8은 반 자동 또는 완전 자동 구성에서 “빠른 연결” 커플링을 부가한 볼트 텐셔닝 어셈블리를 나타낸다. 이하, 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

하이드로릭 볼트 텐셔닝 장치(Hydraulic Bolt Tensioners)는 볼트 인장력(tension)을 인가하는 정확하고 신뢰할 만한 수단들로 널리 여겨지고 있다. 이러한 수단들의 동작에서 가장 느린 부분은 스터드 상단의 툴(tool)의 탑재 및 제거이다. 연결 부분들이 온 및 오프(on and off) 되도록 감는 긴 프로세스가 필요없는 툴들을 생산하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명자는 나사산을 따라 빠른 배치가 가능하고, 자동화된 너트를 포함하는 하이드로릭 텐셔닝 장치들을 볼트와 물리도록 하는 데 사용될 수 있는 다양한 장치들을 개발하였다.

도 7에 도시된 바와 같이, 당김 바(35)에게 세그먼트 슬리브(segmented sleeve)(60)가 제공되어 당김 바(35)에 대한 너트(120)의 “빠른 풀림” 연결이 제공된다.

세그먼트 슬리브(60)는 세 개의 세그먼트(61)를 갖고 있는데, 세그먼트들(61)내 톱니 나사산(buttress-threads)(202, 201) 및 당김 바(35)는, 당김 바(35)와 세그먼트들(61) 사이간 BTC 커플링(200)을 제공하고, 외부 나사산(203)을 가지는 세그먼트들이 너트(120)의 연장 부분(121)에서 나사산들을 맞물리게 하기 위해 방사상 외부로 이동하도록 한다.

잠금부(locking mechanism)(64)는 당김 바(35)를 지나 뻗어있고, 세그먼트들(61)의 단부면 내 홈(groove)들에 맞물린 구동 핀들(66)을 포함하는 구동 플레이트(drive plate)(65)를 내부 끝부분에 갖고 있다.

상기 글루브들은 방사상으로 경사져 구동 플레이트(65)의 회전을 통해 세그먼트들(61)이 더욱 방사상으로 연장된 너트(120)의 연장 부분(120)의 내부 나사산과 맞물리거나 맞물리지 않게 된다.

너트(120)의 연장 부분(121)과 세그먼트들의 외부 페이스들은 보조적인 병렬 나사산들을 포함하고 있으며, 당김 바(35)와 세그먼트들(61)의 내부 면들은 BTC 커플링(200)에 의해 연결되어 있다

도 7에서, 잠금부(64)는 잠금부(64)를 시계방향으로 회전시킴으로써 활성화되고, 이러한 회전은 구동 플레이트(65) 및 구동 핀들(66)로 전달되고, 거기서부터 세그먼트 슬리브(60)까지 전달된다. 당김 바(35)의 콘(cone) 나사산에 대한 슬리브 회전 동작은 연장 너트(120)의 내부 나사산과 완전히 맞물리도록 세그먼트들(61)을 확장시킨다. 텐셔닝 장치는 압력을 받고, 변형 틈을 폐쇄하기 위해 제1 및 제2 실시예에 따른 확장 스페이서(51, 53)는 확장된다. 그리고 나서 압력이 제거되고, 슬리브 세그먼트들(61)을 다시 복귀시키기 위해 잠금부(64)의 동작을 역으로 수행함으로써 텐셔닝 장치들은 연결이 풀리게 된다.

도 8, 도 8A 및 도 8B는 유사한 구조의 텐셔닝 장치들을 나타내며, 연장 너트(120)의 내부 나사산과 맞물리게 하는 슬리브 확장의 동작은 당김 바(135)를 시계방향으로 회전시킴으로써 시작된다. 당김 바(135)는 세그먼트들(161)의 마찰 플레이트(166)와 맞물린다. 이 실시예에서, 당김 바(135)는 자유롭게 회전될 수 있어야 한다. 세그먼트들(161)은 당김 바(135)가 시계반대방향으로 감겨졌을 때 맞물린 상태를 다시 본 상태로 회복시키기 위해 탄성력을 부여받는다..

도 8 및 도 8B 에서, 컬러(collar)(160)의 세그먼트들(161)은, 인장되는 볼트(119)와 맞물린 너트(120)의 연장 부분(121)내 나사산들(122)과 맞물릴 수 있는 외부 나사(162)를 포함한다.

세그먼트들(161)내 내부 나사들(163)은 하이드로릭 텐셔닝 장치(125)의 당김 바(135)상의 나사산(136)을 포함하는 BTC 커플링을 형성하기 위해 디자인된다. 상기 당김 바(135)는 상단으로 이동되고(즉, 너트(120)로부터 멀리), 당김 바(135)와 맞물린 세그먼트들(161)은 너트(120)가 볼트(119)에 대해 인장 부하를 인가시킬 수 있도록 너트(120)의 연장 부분(121)에 맞물리는 바깥방향으로 방사상으로 이동한다.

도 9A 및 도 9B는 상기 메커니즘을 포함하는 빠르게 풀리는 텐셔닝 장치를 나타낸다. 이 경우, 세그먼트들(161)과 베이스 컵(base cup)(68)은 보조 나사산들을 가진다. 명백히, 너트가 원뿔형(conic) 나사와 볼트 인터페이스 사이간 간섭을 야기하지 않고 볼트쪽으로 접근한다면, 원뿔형 나사산의 피치(pitch)는 이상적으로는 측면으로 이동하기 위해 이상적으로 선택되어야 하고, 볼트 나사산의 측면각과 축방향으로 부합되도록 선택되어야 한다. 만약 피치가 동일하다면, 이러한 것은 자연스럽게 일어날 것이고, 슬리브를 빠르게 폐쇄하기 위해서는 너트의 원뿔형 나사산에 큰 피치를 가지는 것이 바람직하다.

도 9C와 도 9D 및 도 9E와 도 9F는 나사산을 포함하는 컵보다 테이퍼 컵을 사용하여, 손으로 회전되는 다양한 “대상 부품들”의 이동에 의해 활성화되는 각각의 세그먼트 커넥터들(segmented connectors)을 나타낸다.

도 9C와 도 9D의 커넥터들(360)은 원뿔 컵(368)에 안착된 세 세그먼트들(361)와 맞물린 단독의 탑 캡(top cap)(362)을 포함하고 있다. 탑 캡(362)은 세그먼트들(361)에 포함된 글루브(369a)내에 수용되는 핀들(369)을 포함하고 있다.

탑 캡(362)은 아래로 푸쉬되고 내부 나사(363)가 예를 들어 볼트(미도시)와 맞물리도록 회전된다. 탑 캡(362)의 회전은 세그먼트들(361)이 볼트에 대해 회전되도록 하고, 컵(368) 안쪽으로 이동하도록 한다. 이러한 회전은 볼트와 맞물리도록 세그먼트들(361)을 잠근다.

도 9E와 도 9F의 “더블 캡” 커넥터(460)는 동작부(operator)가 하나의 캡을 잡고, 맞물릴 수 있도록 다른 캡들을 회전시키도록 한다. 커넥터(460)에는 탄성력이 인가된 채 볼트상에 잠겨지고, 역회전에 의해 제거될 때 분리된 위치를 제공한다.

커넥터(460)는, 캡(462)에서 방사상 슬롯들(radial slots)(468)을 통과하는 핀들(미도시)을 수용하고, 세그먼트들(461)의 홀들(holes)(469)내에 수용되는 연장된 곡선형의 슬롯들(467)을 구비한 조작 링(operating ring)(465)(또는 캡)을 포함한다. 조작 링(465)에서 슬롯들(467)은, 방사상으로 분기(divergent)하여 조작 링(465)이 캡(462)에 대해 상대적으로 회전됨에 따라, 슬롯들(467)에 의해 핀들이 방사상으로 안쪽으로(또는 선택적으로) 및 아래쪽으로 세그먼트들(461)을 볼트(미도시)에 결합된 내부 나사산(463)과 함께 테이퍼 컵(470)에 맞물리게 이동시키게 된다. 도 10A 내지 도 10D는 축 대비 측면 변위가 1:1이고, 콘(cone) 각도가 45도로 추정되는, 피치(pitch)과 측면 변위(lateral displacement) 사이간 관계를 도시한다. 회전 당 측면 변위의 양은 콘 각도에 의해 설명될 수 있으며, 구동 나사의 선택된 피치와 상관된다.

도 10A에 도시된 바와 같이, 요구되는 최대 측면 변위는, 6mm의 나사산 피치와 콘의 1/2회전에 의해 발생된다. 한편 도 10B는 12mm의 나사산 피치내 콘의 1/4회전에 의해 발생된 측면 변위를 도시한다.(각도들은 회전하는 동안 동일한 측면 변위를 발생시키기 위해 보조적이다)

도 10C 내지 도 10D는 동일하게 증가하는 측면 변위를 유지하기 위해 필요한 측면 변위와 나사산 피치 및 구동 컬러(driving collar)의 측면 각도와의 관계를 나타낸다.

유도가능한 구동 측면 각도는 나사산 형상들의 어떠한 부분적 조합을 위해 잘 알려진 요소로부터 삼각법(trigonometrically)에 의해 측정될 수 있다.

이러한 원리들은 나사산을 포함한(threaded) 콘들, 부분적으로 나사산을 포함한 콘들 및 반대편 콘 면들(surfaces)에서 글루브내 동작하는 구동 핀들 또는 이와같은 이동을 이끌어내는 다른 매커니즘들에 적용된다.

또한, 이러한 매커니즘은 설치 및 제거를 위해 텐셔닝 장치들을 볼트에 죄거나 죈 것을 풀 필요가 없는 자동화된 “볼트 글래버”(bolt grabber) 매커니즘에 제공된다.

도 11은 텐셔닝 장치를 나타내고 있으며, 이때 세그먼트 슬리브(segmented sleeve)의 폐쇄는 구동 핀(65)을 사용하여 시계방향으로 돌림으로써 이루어진다. 이러한 동작은 세그먼트들(61)이 콘쪽으로 가해질 때 볼트 나사상으로 상기 메커니즘을 폐쇄시킨다. 인장 부하는, 스터드(19)(stud)에 접한 디바이스의 맞물림을 더욱 죄게 하기 위한 나사산의 플랭크 시킹(flank seeking)으로부터의 반작용으로부터 발생하는 방사상 떠미는 힘들과 함께 당김 바(35)를 경유하여 수력으로 인가된다. 이러한 것은 세그먼트 슬리브의 이동을 시작시킴으로써 이러한 텐셔닝 장치의 타입에 자동 조작을 부가하는 것이 가능하며, 예를 들어 도 7과 유사한 직접적으로 세그먼트 슬리브에 맞물리는 회전 어셈블리들, 도 8과 같이 텐셔닝 장치 몸체에 독립적으로 회전하는 컬러 및 당김 바를 사용함으로써 가능하다. 또한, 작은 실린더(cylinder) 또는 모터와 같은 하이드로릭 수단을 추가하여 도 11의 구동 핀을 사용하여 잠금 동작을 반복함으로써 가능하다.

도 12는 자동 조작을 가진 텐셔닝 장치를 나타내며, 또한 내부 대상 부품의 회전이 하이드로릭하게 이루어질 수 있는 수단을 설명한다.

당김 바(535)에서 실린더(502)내 하이드로릭 피스톤(501)은 나사 플레이트(504)를 통과하는 이중 스타트 나선형 로드(double-start helix rod)(503)에 연결되어 있다. 상기 나선형 로드(503)의 말단은 구동 플레이트(506)에 맞물리고, BTC 커플링을 경유하고 당김 바(535)에 대해 안쪽으로 세그먼트들(561)을 회전시키도록 동작가능한 제동 쐐기(505)들을 포함한다. 세그먼트들(561)은 볼트(519)에 대해 나사산들(519a)을 맞물리게 한다.

리턴 스프링(507)은 헬릭스 로드(503)를 세그먼트 릴리스 위치로 강제한다.

도 13A 및 도 13B는 자동화된 텐셔닝 장치의 다른 형태를 보여주며, 여기서, 볼트의 나사산(619)을 맞물리게 하기 위한 메커니즘은 입력되는 하이드로릭 텐셔닝에 의해 초기화된다. 포트(610)를 통해 유입된 유동 물질은 락 피스톤(621)의 이동을 초기 상태로 하고, 슬리브 드라이브(622)를 통해 세그먼트 슬리브(661)에 푸쉬한다. 슬리브 세그먼트들(661)은, 풀러 컬러(635)의 측면 각도로부터 반작용에 의해 방사상으로 안쪽으로 푸쉬됨에 따라, 힘을 받아 볼트(619)의 나사산(619a)에 맞물린다. 동작 압력이 증가함에 따라, 유지하고 있는 육각(hex) 너트(620)는 기어 트레인(gear train)(631)을 통해 동작하는 하이드로릭 구동 모터(630)에 의해 포지션으로 회전된다. 너트(620)의 제거는 모터(630)의 방향을 반대로 함으로써 이루어진다.

도 13에 도시된 바와 같이, 기어 트레인(631)은 드라이빙 기어(632)(모터 (630)에 연결된)와 매개 기어(633)와 너트(620)에 대한 구동된(driven) 기어(634)를 포함한다.

텐셔닝 장치의 동작에 대한 보다 많은 제어는 시퀀싱 밸브(sequencing valve)(640)의 추가에 의해 이루어 질 수 있으며, 이 시퀀싱 밸브(640)는 나사 상의 죔(grabbing) 동작이 텐셔닝 힘 적용되기 전에 완료되도록 한다.

도 14A 내지 도 14C는 육각 너트를 회전시키는 수단들의 다른 예들을 나타낸다.

텐셔닝 장치(52) 하부 지름과 육각 너트들에 의해 부가되는 한계 범위내에서 적합한 방사상 얇은 대상 부품을 갖는 것은 매우 중요하다. 이러한 것은 드라이브 소켓(5)의 빠른 회전을 제공할 수 있는 하이드로릭 피스톤(1)에 의해 구동되는 얇은 “스트랩 렌치”(strap wrench) 구성을 사용하는 것으로 달성될 수 있다. 이러한 구성은 도 13의 상대적으로 강한 기어 링으로 대치될 수 있고, 제조 과정에서 상당 비용을 절약하는 중량이 가벼운 견고한 대체물이다.

하이드로릭 피스톤(1)은 실린더(2)내에 수용되고 하이드로릭 실(seal)(3)에 의해 봉인된다. 피스톤(1)의 노즈(nose)는 구동 밴드(4)와 맞물려있으며, 구동 밴드(4)는 금속 밴드를 갖거나 컬러의 육각 너트(6)에 적합한 구동 소켓(5) 주위에 둘러져있다. 리턴 스프링(7)(도 14B 참조) 또는 토글(toggle) 구동부(8)(도14A 참조)는 구동 밴드(4)의 릴리스를 허용하기 위해 피스톤(1)에 반대되는 부위에 제공되어진다.

동작에 있어서, “스텝리스 렌치”(stepless wrench)는 필터 제거 스트랩 렌치와 유사한 방식으로 동작한다. 하이드로릭 드라이브 피스톤(1)으로부터 힘이 가해짐에 따라, 밴드(4)는 발생되는 기계적인 동작에 의해 소켓(5)위에서 팽팽하게 된다. 힘이 더 가해 질수록 밴드(4)는 더 단단하게 죌 것이다. 피스톤(1)은 밴드(4)를 뒤로 끌어당기고 밴드(4)가 멎을 때까지 앞으로 힘을 가한다. 이때, 텐셔닝 장치는 작동 압력이 최대에 달할 것이고, 너트(6)는 적절한 자리에 위치할 것이다.

이러한 기술은 다른 텐셔닝 장치에 적용될 수 있으며, 독립적인 하이드로릭하게 (hydraulically) 동력이 있는 토크(torque) 렌치를 만드는 데 사용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 국제 공개 특허 WO 00/51791의 BTC 커플링과 부합되는 일반적인 하이드로릭 볼트 텐셔닝 장치의 측단면도이다.

도 2는 공지의 다른 하이드로릭 볼트 텐셔닝 장치를 도시한다.

도 3A 및 도 3B는 너트 아래에 위치하는 확장 스페이서의 서로 다른 실시예를 도시한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 각각의 측면도이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 BTC 커플링이 너트와 당김 바 사이에 제공되는 것을 도시한다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 너트와 당김 바 사이에 “빠른 연결” 커플링을 형성하기 위해 이동 세그먼트들을 활성화하는 데에 BTC가 사용되는 것을 도시한다.

도 8 및 도 8A는 본 발명의 제5 실시예에 따른 조립된 측단면의 정면도 및 사시도를 각각 도시한다.

도 8B는 본 발명의 제5 실시예에 따른 분리된 사시 단면도이다.

도 9A 및 도 9B는 볼트에 부합되는 세그먼트 슬리브를 포함하는 본 발명의 제6 실시예의 측단면도이다.

도 9C 및 도 9D는 다른 세그먼트 슬리브의 조립 및 분해 사시도이다.

도 9E와 도 9F는 또 다른 세그먼트 슬리브를 도시한다.

도 10A 내지 도 10D는 나사 프로파일들에 대한 피치로의 측면 변위 관계를 도시한다.

도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 반자동 텐셔닝 장치의 측단면도를 도시한다.

도 12와 도 13A는 본 발명의 제8 및 제9 실시예를 도시한다.

도 13B는 도 13A의 평면도이다.

도 14A 내지 도 14C는 본 발명의 제10 실시예에 따른 평면도 및 측면도이다.

Claims (10)

1. 볼트의 생크(shank)를 지나 연장되는 너트를 상기 볼트에 인가하는 단계 및

   텐셔닝(tensioning) 장치를 상기 너트에 연결하는 단계를 포함하고, 상기 너트가 상기 텐셔닝 장치에 의해 발생되는 인장 부하(tensile load)를 상기 볼트로 전달하도록 배열되며,

   복수 개의 세그먼트를 포함하는 세그먼트 슬리브(segmented sleeve)는 상기 텐셔닝 장치의 당김 바(puller bar)에 제공되고 상기 당김 바와 상기 너트 사이 간 풀림 가능한 연결을 제공하기 위해 상기 너트의 연장부와 선택적으로 나사 결합하는, 볼트를 텐셔닝하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 볼트에 대해서 확장 스페이서(expanding spacer)는 조여지는 상기 너트와 대상 부품 사이에 위치하고, 상기 확장 스페이서는, 상기 볼트가 상기 인장 부하에 의해 인장됨에 따라 상기 너트와 상기 대상 부품 간의 변형 틈을 줄이도록 축방향으로 연장 가능한, 볼트를 텐셔닝하는 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 확장 스페이서는 복수의 평면, 기울어진 경사면(ramp face) 및 상기 볼트를 수용하는 구멍(bore)을 각각 가진 두개의 스페이서 반편(halve)을 포함하고, 상기 스페이서 반편은 상대적으로 회전되거나 측면으로 이동하여, 상기 스페이서 반편의 상기 반대편 경사면으로 인해 상기 스페이서 반편의 상기 각각의 평면들 간의 상기 축방향의 거리가 선택적으로 늘어나거나 줄어드는 하는, 볼트를 텐셔닝하는 방법.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 세그먼트 슬리브의 상기 세그먼트들은 보조 나사 프로파일(profile)들을 포함하여, 상기 세그먼트와 상기 당김 바 간 고강도 BTC(Buttress-threaded Tapered Cone)를 형성하는, 볼트를 텐셔닝하는 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   병렬 링 또는 다른 작동(operating) 수단들은 상기 당김 바에 관련하여 방사상으로 상기 세그먼트들을 상기 너트에 맞물리거나 맞물리지 않도록 연장시키거나 다시 복귀시키는, 볼트를 텐셔닝하는 방법.
7. 텐셔닝 장치상의 바 또는 풀러 컬러와 동작가능하게 맞물려있고, 볼트 또는 상기 볼트에 맞물려 있는 너트와 맞물릴 수 있도록 방사상으로 연장가능한 복수개의 세그먼트를 포함하는 세그먼트 슬리브, 상기 세그먼트 슬리브 및 상기 풀러 컬러 또는 바 사이에 BTC 커플링을 형성하기 위한 보조 나사 프로파일(profile)들을 포함하는 바 또는 상기 세그먼트들 및 상기 풀러 컬러를 포함하고,

   상기 세그먼트들은 상기 세그먼트들의 말단 면들에 제공되는 각각 방사상으로 기울어진 글루브들 및 외부 나사산들을 포함하고,

   잠금부는 상기 당김 바를 통해 연장하고 상기 글루브들의 각각에 맞물리는 구동 핀들을 가진 구동 플레이트를 포함하고, 상기 당김 바와 관련하여 상기 잠금부에 의한 상기 구동 플레이트의 회전으로 인해 상기 세그먼트들상의 상기 외부 나사산들이 상기 너트내 보조적인 내부 나사산들과 맞물리거나 맞물리지 않도록 방사상으로 움직이도록 배열되는, 볼트를 텐션 장치에 연결시키는 장치.
8. 텐셔닝 장치상의 바 또는 풀러 컬러와 동작가능하게 맞물려있고, 볼트 또는 상기 볼트에 맞물려 있는 너트와 맞물릴 수 있도록 방사상으로 연장가능한 복수개의 세그먼트를 포함하는 세그먼트 슬리브, 상기 세그먼트 슬리브 및 상기 풀러 컬러 또는 바 사이에 BTC 커플링을 형성하기 위한 보조 나사 프로파일(profile)들을 포함하는 바 또는 상기 세그먼트들 및 상기 풀러 컬러를 포함하고,

   상기 세그먼트들은 상기 너트내 보조적인 내부 나사산들과 맞물리는 외부 나사산들 및 상기 당김 바와 맞물리는 각각의 마찰 플레이트(friction plate)를 포함하고,

   스프링들은 상기 세그먼트 슬리브와 상기 당김 바 사이의 상기 커플링을 릴리스하기 위해 상기 세그먼트들을 방사상으로 외부로 강제하고, 상기 너트와 관련된 상기 당김 바의 회전으로 인해 상기 당김 바와 상기 마찰 플레이트 간 맞물림으로, 상기 스프링에 대해, 상기 당김 바가 방사상으로 안쪽으로 이동되도록 하여 상기 세그먼트 슬리브와 상기 당김 바간 상기 커플링이 형성되도록 배열되는, 볼트를 텐셔닝 장치에 연결시키는 장치.
9. 상기 제 7항 또는 상기 제 8항에 있어서,

   상기 너트 내의 상기 내부 나사산들 및 상기 세그먼트들의 상기 외부 나사산들은 보조적인 병렬 나사들이고, 상기 내부 나사산들은 상기 볼트 상단으로 연장되어 있는 상기 너트의 연장 부분내에 제공되는, 볼트를 텐셔닝 장치에 연결시키는 장치.
10. 삭제

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