KR101372531B1 - 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템 - Google Patents

압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템 Download PDF

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KR101372531B1
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박병권
이상제
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호용종합건설주식회사
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Abstract

유체가 흐르는 메인 파이프라인에 분기관을 연결하기 위한 구멍을 천공하기 위한 천공장치에 있어서, 메인 파이프라인의 천공위치의 외측에 고정 결합되는 천공기 캡부재, 천공기 캡부재의 상부로부터 이격된 모터프레임에 설치되는 구동모터, 모터프레임을 천공기 캡부재로부터 승강구동시키기 위한 승강유닛, 구동모터에 연결되며 천공기 캡부재를 통과하여 메인 파이프라인에 마주하도록 연장되는 회전샤프트, 회전샤프트의 단부에 결합되며 회전시 메인 파이프라인을 천공하는 천공날부재를 포함하며, 천공날부재는, 하단은 개방되고 상단은 막힌 원통형상을 가지며, 하단에 천공날이 형성되고, 측면에는 유체가 통과하는 유체통과공이 볼 수 형성되는 것을 특징으로 하는 압력파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공장치가 게시된다.

Description

압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템{Hole punching system for connecting branch pipe to a main pipe which be busying}
본 발명은 압력의 작용으로 유체를 수송하는 수도, 오일, 가스, 공업용수 등의 파이프라인에 유체를 흘려보내면서 분기관 또는 분기관 밸브 등을 설치할 수 있도록 압력 파이프라인 부단수(不斷水) 공용(共用)중의 분기관 연결용 천공시스템에 관한 것이다.
압력의 작용으로 유체를 수송하는 수도, 오일, 가스, 공업용수 등의 파이프라인은 기본적으로 지상 또는 지하에 메인 파이프라인이 매설되고, 그 메인 파이프라인으로부터 복수의 유체 사용처로 유체를 공급할 수 있도록 분기관을 연결하여 공급하게 된다.
상기 분기관은 메인 파이프라인의 설치시에 함께 설치하여 사용처로 연결될 수도 있으나, 추후에 필요에 의해서 메인 파이프라인에 분기관을 연결할 필요가 있다.
종래에는 이와 같이 추후에 메인 파이프라인에 분기관을 연결하기 위해서, 메인 파이프라인을 통한 유체의 공급을 차단하고 메인 파이프라인에 천공을 한 후, 천공홀에 분기관을 연결하였다. 그런데 이 경우에는 메인 파이프라인을 통해 복수의 사용처로 공급하던 유체를 차단해야 하므로, 유체 사용처에서의 문제발생 및 민원발생 등 많은 문제점이 발생하였다.
이러한 점을 감안하여 메인 파이프라인을 통해 유체를 흘려보내는 동안에 메인 파이프라인에 천공을 하고, 천공홀에 분기관 내지 분기관 밸브를 연결하는 방법이 다양하게 제안된 바 있다.
이 중에서 대한민국 등록 실용신안 제20-0353066호(가스 배관파이프 연결용 융착 천공기)를 살펴보면, 회전샤프트의 하단에 설치되는 절삭날을 이용하여 가스관인 메인공급관에 천공을 하는 구성이 기재되어 있다. 즉, 메인공급관의 외측에 고정프레임을 고정 설치하고, 그 고정 프레임의 상부에 설치된 지지프레임에 가압플레이트를 승강 가능하게 설치하며, 그 가압 플레이트에 상기 회전샤프트를 회전가능하게 설치한 구성을 가진다. 따라서 가압플레이트를 메인공급관 측으로 이동시키면서 회전샤프트를 회전시켜 절삭날을 이용하여 메인공급관을 천공하여 분기관을 연결할 수 있는 천공홀을 형성하는 구성이다.
그런데 상기와 같은 구성을 가지는 종래의 천공기는 유체가 흐르고 있는 상황에서 유체의 외부로의 유출을 방지하면서 천공하는 것이 어렵다. 또한, 천공날을 이용하여 메인공급관을 천공할 경우, 천공날이 메인공급관 내부로 삽입되어 메인 공급관 내부를 흐르는 유체의 흐름을 방해하게 되고, 이 경우 천공날에 큰 부하가 발생되어 휘거나 변형되어 정상적인 천공작업이 이루어지지 못하는 문제가 있다. 특히, 절삭날을 이용하여 메인공급관을 상하로 완전히 관통하도록 천공할 경우에는 더더욱 유체의 흐름에 방해를 주게 되어 높은 압력이 발생되어 유체가 외부로 유출되거나 천공날 또는 회전샤프트에 변형이 발생되어 정상적인 천공작업이 불가능한 문제점이 발생된다.
대한민국 등록 실용신안 제20-0353066호(가스 배관파이프 연결용 융착 천공기)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 유체의 흐름을 방해하지 않으면서도 메인 파이프라인에 천공홀을 용이하게 형성할 수 있는 압력 파이프라인 부단수(不斷水) 공용중의 분기관 연결용 천공시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압력 파이프라인 부단수(不斷水) 공용중의 분기관 연결용 천공시스템은, 유체가 흐르는 메인 파이프라인에 분기관을 연결하기 위한 구멍을 천공하기 위한 천공장치에 있어서, 상기 메인 파이프라인의 천공위치의 외측에 고정 결합되는 천공기 캡부재; 상기 천공기 캡부재의 상부로부터 이격된 모터프레임에 설치되는 구동모터; 상기 모터프레임을 상기 천공기 캡부재로부터 승강 구동시키기 위한 승강유닛; 상기 구동모터에 연결되며, 상기 천공기 캡부재를 통과하여 상기 메인 파이프라인에 마주하도록 연장되는 회전샤프트; 상기 회전샤프트의 단부에 결합되며, 회전시 상기 메인 파이프라인을 천공하는 천공날부재;를 포함하며, 상기 천공날부재는, 하단은 개방되고 상단은 막힌 원통형상을 가지며, 하단에 천공날이 형성되고, 측면에는 유체가 통과하는 유체통과공이 복 수 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유체통과공의 내주면은 라운드지게 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 유체통과공은 상기 천공날부재의 외측면 면적의 40% 이상을 차지하도록 형성되는 것이 좋다.
또한, 상기 천공날부재에는 자석이 설치되는 것이 좋다.
또한, 상기 회전샤프트와 상기 천공기 캡부재 사이에는 실링베어링이 설치되는 것이 좋다.
또한, 상기 메인 파이프라인의 천공할 위치에서 외주를 감싸도록 결합되며, 분기관을 가지는 분기관 커플러와; 상기 분기관의 단부에 결합되며, 작동시 선택적으로 개폐하여 유체의 흐름을 차단하는 밸브가 설치되는 밸브캡;을 더 포함하며, 상기 밸브캡의 상단에 상기 천공기 캡부재가 기밀 결합되는 것이 좋다.
또한, 상기 분기관 커플러의 양측 각각에 압축 결합되도록 상기 메인 파이프라인의 외주를 감싸도록 고정 설치되는 한 쌍의 고정링; 및 상기 고정링과 상기 분기관 커플러 사이에 위치하여, 상기 분기관 커플러 내측과 상기 메인 파이프라인 사이를 기밀하는 패킹부재;를 더 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 압력 파이프라인 부단수(不斷水) 공용중의 분기관 연결용 천공시스템에 따르면, 천공날부재에 다수의 유체통과공을 형성함으로써, 천공작업시 메인 파이프라인을 흐르는 유체의 유동압력을 최소한으로 받게 되어, 천공날부재를 회전시키는 회전샤프트의 흔들림이나 비틀림 등을 최소화하여, 천공작업이 안정적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
또한, 천공날부재에 자석을 설치하며, 천공작업시 발생되는 절삭 파편을 달라붙게 하여 회수함으로써, 메인 파이프라인 내부로 절삭 파편이 들어가는 것을 억제하여 안정적으로 천공작업을 수행할 수 있다.
도 1은 파이프라인에 천공작업을 하기 위해 터파기하여 노출시킨 상태를 보인 도면이다.
도 2는 메인 파이프라인에 천공작업을 하기 위해 천공장치를 설치한 상태를 보인 도면이다.
도 3은 메인 파이프라인에 천공을 하여 분기관에 연결관(20)을 연결한 상태를 보인 도면이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템을 나타내 보인 종단면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 분기관 커플러를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 천공날부재로 메인 파이프라인을 천공하는 작업상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 천공날부재를 발췌하여 보인 도면이다.
도 9는 사이즈가 큰 구멍을 천공하는 상태를 보인 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 지하에 매설된 메인 파이프라인(10)에 분기관을 연결하기 위해 메인 파이프라인(10)의 일부가 외부로 노출되도록 땅을 파헤친 상태를 도면이다.
이와 같이, 메인 파이프라인(10)의 외부로 노출된 부분에 도 2와 같이 본 발명의 실시예에 따른 파이프라인의 분기관 연결용 천공장치(100)를 이용하여 천공을 하여 도 3과 같이 분기관(20) 내지 분기관 밸브(30)를 설치할 수 있다.
도 4a 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파이프라인의 분기관 연결용 천공장치(100)는, 천공기 캡부재(110)와, 상기 천공기 캡부재(110)와 이격되는 모터프레임(120)과, 모터프레임(120)을 천공기 캡부재(110)에 대해 승강이동시키는 승강유닛(유압실린더;130)과, 상기 모터프레임(120)에 설치되는 구동모터(140), 상기 구동모터(140)에 연결되는 회전샤프트(150) 및 상기 회전샤프트(150)의 하단에 설치되는 천공날부재(160)를 구비한다.
여기서, 분기관 연결용 천공장치(100)를 이용하여 메인 파이프라인(10)에 천공하기 위해 미리 천공할 부분에 분기관(230)을 가지는 분기관 커플러(200)가 설치되고, 상기 분기관(230)에 밸브캡(300)이 먼저 설치된다.
상기 분기관 커플러(200)는 메인 파이프라인(10)을 감싸도록 결합되는 메인커플러(210)와, 서브커플러(220)를 가지며, 메인 커플러(210)에 분기관(230)이 연결된다.
메인커플러(210)와 서브커플러(220)를 서로 접하도록 형성된 결합플랜지(211)(221)를 볼트 및 너트로 체결하여 메인 파이프라인(10)을 감싸도록 고정 설치할 수 있다. 그리고 분기관 커플러(200)는 메인 파이프라인(20)의 외주를 감싸도록 설치되는 한 쌍의 고정링(410,420)과 결합된다. 이때 고정링(410,420)과 분기관 커플러(200) 사이에는 패킹부재(430)가 밀착 개재되어 분기관 커플러(200)와 메인 파이프라인(10) 외주면 사이의 기밀을 유지하도록 할 수 있다. 즉, 패킹부재(430)를 고정링(410,420)과 분기관 커플러(200) 사이에 위치시킨 상태에서 고정링(410,420)과 분기관 커플러(200)를 볼트를 이용하여 서로 밀착시켜 결합함으로써 분기관 커플러(200)와 메인 파이프라인(10) 외주면 사이의 기밀이 확실하게 유지되도록 할 수 있다. 그리고 고정링(410,420)은 고정링 고정볼트(440)를 이용하여 메인 파이프라인(10)에 대해 고정할 수 있다. 상기 고정링(410,420)도 메인 파이프라인(10)을 감싸도록 결합되는 분기된 한 쌍으로 분할된 구조를 가지며 볼트 및 너트를 포함하는 체결부재에 의해 결합될 수 있다.
상기 밸브캡(300)은 분기관(230)의 단부에 연결되어 결합된다. 이러한 밸브캡(300)은 상하로 관통형성된 관 형상을 가지며 하단 및 상단 각각에 하부 및 상부결합플랜지(310,320)가 형성된다. 하부 결합플랜지(310)는 분기관(230)의 상단에 연결되는 분기관 결합플랜지(231)와 볼트에 의해 밀착 결합되고, 상부 결합플랜지(320)는 상기 천공장치(100)와 결합된다. 그리고 밸브캡(300)의 일측에는 밸브 수용부(330)가 연장되며, 그 밸브 수용부(330)에 밸브(340)가 밸브캡(300) 내부로 진입되거나 밸브 수용부(330) 내부로 이동되도록 이동 가능하게 설치된다. 밸브(340)의 조립을 위한 밸브 조작레버(341)가 밸브(340)에 연결되고, 밸브 수용부(330)는 밸브커버(350)에 의해 개폐 가능하게 된다. 밸브커버(350)는 볼트에 의해 밸브 수용부(330)에 결합된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 메인 파이프라인(10)의 천공할 위치에 미리 분기관 커플러(200)와 밸브캡(300)을 조립한 상태에서, 그 밸브캡(300)에 천공장치(100)를 연결한다. 구체적으로는 천공장치(100)의 천공기 캡부재(110)와 밸브캡(300)을 서로 밀착시켜서 볼트로 결합한다.
상기 천공기 캡부재(110)는 도 4a와 같이 밸브캡(300)의 상단의 플랜지(320)에 밀착되어 기밀된 상태로 볼트로 체결된다. 이러한 천공기 캡부재(110)는 하단은 개방된 파이프 구조이며, 상단은 회전샤프트(150)가 통과하는 샤프트공을 제외하고 막힌 구조를 갖는다.
천공기 캡부재(110)의 외측에 한 쌍의 유압실린더(130)가 설치되어 모터프레임(120)을 상하로 승강 구동시킬 수 있다. 유압실린더(130)에는 유압호스가 연결된다.
모터프레임(120)의 하단에는 구동모터(140)가 설치되고, 구동모터(140)에는 회전샤프트(150)가 연결된다. 회전샤프트(150)는 천공기 캡부재(110)의 상단의 샤프트공을 통과하여 밸브캡(300) 쪽으로 연장된다. 구동모터(140)는 예를 들어 유압모터를 포함할 수 있으며, 구동시 회전샤프트(150)를 회전시킴으로써, 회전샤프트(150)의 하단에 연결된 천공날부재(160)에 의해 메인 파이프라인(10)에 천공작업을 할 수 있다.
회전샤프트(150)와 천공기 캡부재(110) 사이에는 실링베어링(170)이 설치되어 회전샤프트(150)의 회전 및 전후 이동시에도 밸브캡(300) 쪽을 유체가 외부로 유출되지 않도록 기밀을 유지시킬 수 있다.
상기 천공날부재(160)는 도 7과 같이 조인트(151)에 의해 회전샤프트(150)의 하단에 결합된다. 이러한 천공날부재(160)는 하단에 천공날(161)이 형성되며, 다수의 유체 통과공(163)을 가진다. 즉, 천공날부재(160)의 하단은 개방되어 내부가 빈 원통 형상을 가지며, 하단의 외주를 따라서 천공날(161)이 형성되고, 측면에는 내부와 외부를 관통하는 유체통과공(163)이 형성되어 메인 파이프라인(10)을 흐르는 유체가 천공작업시 메인 파이프라인(10) 내부로 진입된 천공날부재(160)에 가로막히지 않고 자연스럽게 이동하도록 할 수 있다. 이와 같이, 천공날부재(160)에 다수의 유체통과공(163)을 형성하여 메인 파이프라인(10) 내에서 유체의 흐름에 방해를 주지않게 됨으로써, 천공날부재(160)에 압력이 최소한으로 작용하여 회전샤프트(150)의 휨이나 변형을 방지할 수 있게 된다.
상기와 같은 유체통과공(163)은 대략 10mm∼150mm의 직경으로 형성되며, 유체의 저항을 최소화시킬 수 있도록 천공날부재(160) 외측면적의 40% 이상의 되도록 복수 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 구성을 가지는 천공날부재(160)는 두께가 3.0mm 이상의 철, 초강, 스테인레스 등으로 형성된다.
또한, 더욱 바람직하게는 도 7에 도시된 바와 같이, 유체통과공(163)의 내주를 모따기 하여 라운드지게 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 유체통과공(163)의 내주를 모따기 하여 라운드지게 형성하면, 유체가 자연스럽게 통과하도록 가이드 할 수 있게 되어 저항을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 천공날부재(160)에 자석(180)이 더 설치되는 것이 바람직하다. 자석(180)은 하나 이상이 천공날부재(160)의 상단에 설치된다. 이와 같이, 자석을 천공날부재(160)에 설치하게 되면, 도 5, 도 7, 도 8 및 도 9와 같이, 천공날부재(160)를 회전시켜 메인 파이프라인(10)에 천공작업을 할 때, 절삭 파편(11) 등이 자석(160)에 의해 이끌려 천공날부재(160)의 내 측에 달라붙게 함으로써, 절삭 파편(11)을 용이하게 회수할 수 있게 되고, 메인 파이프라인(10) 내부로 절삭 파편(11)이 들어가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 천공날부재(160')를 이용하여 메인 파이프라인(10)을 관통하도록 천공작업을 할 경우, 분기관 커플러(200)의 서브커플러(220')에는 천공날 수납부(221)가 일정 공간을 확보하도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 파이프라인의 분기관 연결용 천공장치(100)를 이용하여 메인 파이프라인(10)에 분기관(230)을 연결하기 위한 구멍을 천공하는 작업을 용이하게 수행할 수 있다. 천공작업시 앞서 설명한 바와 같이, 천공날부재(160)에 다수의 유체통과공(163)이 형성된 구성을 가짐으로써, 유체의 유동저항을 최소화하여 천공작업시 회전샤프트의 흔들림이나 비틀림을 방지할 수 있게 되고, 캐비테이션(cavitation)의 발생을 억제함으로써, 천공작업을 안정적으로 쉽게 수행할 수 있는 효과를 얻게 된다.
그리고 메인 파이프라인(10)에 천공작업을 마친 후에는 천공날부재(160)를 밸브캡(300)에서 벗어나도록 유압실린더(130)를 구동시켜서 초기위치로 상승시킨다. 그런 다음, 밸브레버(341)를 작동시켜서 밸브(340)를 밸브캡(300) 내부로 진입시켜서 유체가 밸브캡(300)의 상단 쪽으로 흐르는 것을 차단한다. 이 상태에서 밸브캡(300)의 상단에 연결된 천공장치(100)를 분리하고, 분리된 밸브캡(300)에 분기관이나 슬러지배출관, 연결관 등을 연결하면 작업이 완료된다.
10..메인 파이프라인
100..압력 파이프라인 공용중의 분기관 연결용 천공시스템
110..천공기 캡부재
120..모터프레임
130..유압실린더
140..구동모터
150..회전샤프트
160..천공날부재
170..실링베어링
180..자석

Claims (7)

  1. 유체가 흐르는 메인 파이프라인에 분기관을 연결하기 위한 구멍을 천공하기 위한 천공장치에 있어서,
    상기 메인 파이프라인의 천공위치의 외측에 고정 결합되는 천공기 캡부재;
    상기 천공기 캡부재의 상부로부터 이격된 모터프레임에 설치되는 구동모터;
    상기 모터프레임과 상기 천공기 캡부재 사이에 설치되어, 상기 모터프레임을 상기 천공기 캡부재에 대해 승강구동시키기 위한 유압실린더;
    상기 구동모터에 연결되며, 상기 천공기 캡부재를 통과하여 상기 메인 파이프라인에 마주하도록 연장되는 회전샤프트;
    상기 회전샤프트의 단부에 결합되며, 회전시 상기 메인 파이프라인을 천공하는 천공날부재;를 포함하며,
    상기 천공날부재는,
    하단은 개방되고 상단은 막힌 원통형상을 가지며, 하단에 천공날이 형성되고, 측면에는 유체가 통과하는 유체통과공이 복 수 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체통과공의 내주면은 라운드지게 형성된 것을 특징으로 하는 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체통과공은 상기 천공날부재의 외측면 면적의 40% 이상을 차지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천공날부재에는 자석이 설치되는 것을 특징으로 하는 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전샤프트와 상기 천공기 캡부재 사이에는 실링베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 파이프라인의 천공할 위치에서 외주를 감싸도록 결합되며, 분기관을 가지는 분기관 커플러와;
    상기 분기관의 단부에 결합되며, 작동시 선택적으로 개폐하여 유체의 흐름을 차단하는 밸브가 설치되는 밸브캡;을 더 포함하며,
    상기 밸브캡의 상단에 상기 천공기 캡부재가 기밀 결합되는 것을 특징으로 하는 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분기관 커플러의 양측 각각에 압축 결합되도록 상기 메인 파이프라인의 외주를 감싸도록 고정 설치되는 한 쌍의 고정링; 및
    상기 고정링과 상기 분기관 커플러 사이에 위치하여, 상기 분기관 커플러 내측과 상기 메인 파이프라인 사이를 기밀하는 패킹부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 파이프라인 부단수 공용중의 분기관 연결용 천공시스템.
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