KR101518637B1 - 금속 파이프의 연결 방법 - Google Patents

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강수창
조우연
이재익
심상훈
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주식회사 포스코
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Abstract

해저 파이프 라인에 사용되는 금속 파이프의 연결 장치 및 방법이 개시된다.
상기 금속 파이프의 연결방법은 테이퍼진 외주면에 제1 요철부가 형성된 관형 핀 부재와, 테이퍼진 내주면에 상기 제1 요철부에 맞물리는 제2 요철부를 갖는 관형 박스 부재를 준비하는 준비단계; 상기 관형 박스 부재를 팽창시키기 위하여 가열하고, 상기 관형 핀 부재를 상기 관형 박스 부재 내부로 축방향으로 이동시킴으로써 상기 관형 핀 부재의 제1 요철부와 관형 박스 부재의 제2 요철부를 완전히 맞물리게 하는 가열 및 체결단계; 및 체결이 완료된 상기 관형 박스 부재를 냉각하는 냉각 단계;를 포함한다.
또한, 상기 금속 파이프의 연결장치는 관형 핀 부재 및 관형 박스 부재의 외주면에 형성된 설치홈부에 연결되어 상기 관형 핀 부재 및 상기 관형 박스 부재를 축방향으로 가압하는 가압부; 및 상기 관형 박스 부재의 외측에 설치되어 상기 관형 박스 부재를 가열하는 가열부;를 포함한다.

Description

금속 파이프의 연결 방법{Method for Connecting Metal Pipe}
본 발명은 해저 파이프 라인에 사용되는 금속 파이프의 연결 방법에 관한 것이다.
해저 파이프 라인은 원유, 각종 천연가스 등 탄화수소 유체(hydrocarbon fluid)의 채취, 수송을 위하여 해저에 설치된다.
이러한 파이프 라인은 일정 길이(예를 들어, 12m)를 갖는 금속 파이프를 일렬로 연결하여 사용된다.
이를 위하여, 파이프 라인은 해상의 설치선 위에서 파이프 간의 용접을 통해 설치된다. 이러한 해상용접 방법은 재료의 연속성을 유지할 수 있다는 장점이 있는 반면 흔들리는 해상 환경하에서 작업이 이루어지므로 육상의 공장과 같은 안정적인 프로세스를 진행할 수 없어 사용할 수 있는 소재의 강도에 한계가 있다. 또한, 해상 용접에 사용되는 설치선의 사용료가 매우 고가이므로 해저 파이프 라인의 제작비 중 설치선의 사용료가 상당부분을 차지한다는 문제점이 있다.
최근에는 천해에서의 채굴 자원이 고갈되어 감에 따라 심해 자원개발이 확대되고 있으며, 이로 인해 심해 수압에 의한 압력 및 고온/고압의 자원 환경에 대응할 수 있는 고강도 강재의 사용 필요성이 증가하고 있다. 그러나, 용접을 이용한 해저 파이프 라인의 가설은 용접부의 낮은 파괴인성으로 인하여 피로성능이 저하될 우려가 있다.
이러한 용접 작업의 문제점을 해결하기 위하여, 유압을 이용한 기계적 연결방법이 제안된 바 있다.
미국 특허공보 제4,648,627호에서는 테이퍼진 외주면에 돌기와 홈으로 이루어진 요철부를 갖는 관형 핀(pin) 부재와, 테이퍼진 내주면에 상기 관형 핀 부재의 요철부에 맞물리는 요철부를 갖는 관형 박스(box) 부재를 유압에 의해 체결하는 방법을 개시하고 있다.
이러한 방법은 먼저, 관형 핀 부재를 관형 박스 부재에 삽입하여 관형 핀 부재의 요철부의 돌기와 관형 박스 부재의 요철부의 돌기 사이에서 표면 접촉이 발생할 때까지 끼워 넣은 다음, 가압된 액체를 관형 핀 부재의 요철부와 관형 박스 부재의 요철부 사이의 공간에 공급하여 관형 핀 부재의 수축 및 관형 박스 부재의 팽창을 유도한다. 이러한 상태에서 관형 핀 부재가 관형 박스 부재 내부로 완전히 삽입될 수 있도록 관형 핀 부재와 관형 박스 부재를 축방향으로 밀어주면 관형 핀 부재의 요철부의 홈과 돌기가 관형 박스 부재의 요철부의 돌기와 홈에 각각 맞물려 체결이 완료된다.
그러나, 유압을 이용한 종래의 금속 파이프의 연결 방법은 관형 핀 부재와 관형 박스 부재가 접촉하도록 한 상태에서 관형 핀 부재의 요철부와 관형 박스 부재의 요철부 사이의 공간에 고압의 유압을 공급하여 관형 핀 부재를 압축시키고 관형 박스 부재를 팽창시켜야 하므로, 고압의 유압공급부의 구비로 인해 설비가 복잡해진다는 문제점이 있다.
또한, 관형 핀 부재의 요철부와 관형 박스 부재의 요철부 사이의 공간에 공급된 액체에 의해 고압이 형성되어야 하므로 액체가 공급되는 공간을 실링할 필요가 있지만, 관형 핀 부재와 관형 박스 부재의 완전한 체결 이전에, 즉 체결 진행과정 중에 압력 공간의 완전한 실링을 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.
그리고, 관형 핀 부재 및 관형 박스 부재의 요철부 사이의 공간에 공급된 액체가 관형 핀 부재의 내부로 누출될 수 있고, 유압공급 작업 완료 후에 액체의 회수가 어려우므로 관형 핀 부재의 요철부와 관형 박스 부재의 요철부 사이의 공간에 상당량의 액체가 잔존할 수 있고, 이러한 잔존 액체는 체결 완료 후 금속 파이프의 성능에 악영향을 초래할 수 있다.
미국 특허공보 제4,648,627호 (1987.03.10. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 2개의 파이프를 서로 용접하거나 유압을 이용하지 않고도 기계적인 연결이 가능한 금속 파이프의 연결 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은, 테이퍼진 외주면에 제1 요철부가 형성된 관형 핀 부재와, 테이퍼진 내주면에 상기 제1 요철부에 맞물리는 제2 요철부를 갖는 관형 박스 부재를 준비하는 준비단계; 상기 관형 박스 부재를 팽창시키기 위하여 가열하고, 상기 관형 핀 부재를 상기 관형 박스 부재 내부로 축방향으로 이동시킴으로써 상기 관형 핀 부재의 제1 요철부와 관형 박스 부재의 제2 요철부를 완전히 맞물리게 하는 가열 및 체결단계; 및 체결이 완료된 상기 관형 박스 부재를 냉각하는 냉각 단계;를 포함하는 금속 파이프의 연결방법을 제공한다.
이때, 상기 가열 및 체결단계는, 상기 관형 핀 부재를 상기 관형 박스 부재에 삽입하여 상기 제1 요철부와 상기 제2 요철부의 정상부분 사이에 표면 접촉이 일어나도록 하는 오버랩 공정과, 오버랩된 상태의 상기 관형 박스 부재를 팽창시키기 위해 가열하는 가열 공정과, 상기 관형 핀 부재를 팽창된 상기 관형 박스 부재 내부로 축방향으로 이동시켜 상기 관형 핀 부재의 제1 요철부와 관형 박스 부재의 제2 요철부를 완전히 맞물리게 하는 체결 공정을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 가열 및 체결단계는, 상기 오버랩 공정 이전에 상기 관형 박스 부재를 팽창시키기 위해 예열하는 예열 공정을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가열 및 체결단계는 상기 관형 박스 부재의 제2 요철부가 형성된 영역에 팽창이 집중되도록 상기 제2 요철부가 형성된 영역을 중심으로 가열할 수 있다.
한편, 상기 관형 핀 부재 및 상기 관형 박스 부재는 각각 축방향으로 돌출된 돌기부가 선단부에 형성되고, 상기 관형 핀 부재 및 상기 관형 박스 부재의 돌기부를 수용하는 홈부가 상기 관형 박스 부재 및 상기 관형 핀 부재에 각각 형성되며, 상기 체결 공정은 상기 돌기부와 상기 홈부 사이에 결합이 이루어져 메탈 실링이 이루어지도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 체결 공정은, 상기 관형 핀 부재를 회전 없이 축방향으로 이동시켜 상기 제1 및 제2 요철부가 완전히 맞물리도록 하거나, 상기 관형 핀 부재를 회전시키면서 축방향으로 이동시켜 상기 제1 및 제2 요철부가 나사결합하도록 구성될 수 있다.
삭제
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 관형 박스 부재를 가열하여 팽창시킴으로써 파이프 라인의 기계적 연결이 가능하므로 기계적 연결을 위한 장치의 구성이 간단하다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 2개의 파이프를 연결할 때 해상 용접에 의하지 않으므로 연결구조에 사용되는 소재의 강도에 제한이 적고, 용접부의 낮은 파괴인성으로 인한 피로성능의 저하를 방지할 수 있게 된다. 특히, 소재의 강도에 제한이 없으므로 고강도 강재를 사용할 수 있으므로 경량화를 통한 시추선이나 설치선의 선택폭이 확대되고, 용접과 무관하므로 고강도 강재, 합금강, 티타늄 및 이종 강재 등의 결합도 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 유압을 이용하지 않고도 파이프 라인의 기계적 연결이 가능하므로, 유압을 이용한 파이프 라인 연결방식에 비해 압력공간 형성을 위한 별도의 실링 구조가 필요하지 않으며, 유압 형성용 액체의 누출 및 잔류가 발생하지 않는다는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 금속 파이프의 연결장치 및 연결방법에 사용되는 금속 파이프의 연결구조의 일 예를 도시한 것으로서, (a)는 결합 전 상태의 관형 핀 부재와 관형 박스 부재를 도시한 사시도이고, (b)는 결합된 상태의 관형 핀 부재와 관형 박스 부재를 도시한 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 관형 핀 부재와 관형 박스 부재의 단면도로서, (a)는 결합 초기 상태를 도시한 단면도이고, (b)는 결합 완료 상태를 도시한 단면도.
도 3은 도 2(a)의 "A" 부분의 확대도.
도 4는 도 2(b)의 결합 완료 상태의 주요부분의 단면을 확대 도시한 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 금속 파이프의 연결방법을 도시한 플로우 차트.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 금속 파이프의 연결장치를 도시한 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
먼저, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 측면에 의한 해저 파이프 라인에 사용되는 금속 파이프의 연결방법(S100)에 대해 살펴본다.
본 발명의 일 측면에 의한 금속 파이프의 연결 방법(S100)은 원유나 천연가스 등의 시추, 생산, 이동 등을 위한 해저 파이프 라인에 사용되며, 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20)를 통하여 파이프를 연결하게 된다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 의한 금속 파이프의 연결방법(S100)은 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20)를 준비하는 단계(S110)와, 관형 박스 부재(20)를 가열하고, 관형 핀 부재(10)를 관형 박스 부재(20) 내부로 축방향으로 이동시켜 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20)를 체결하는 가열 및 체결 단계(S120)와, 체결이 완료된 관형 박스 부재(20)를 냉각하는 냉각 단계(S160)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2(a)를 참조하면, 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20)를 준비하는 단계(S110)에서는, 테이퍼진 외주면에 제1 요철부(14)가 형성된 관형 핀 부재(10)와 테이퍼진 내주면에 상기 제1 요철부(14)에 맞물리는 제2 요철부(24)를 갖는 관형 박스 부재(20)를 준비하게 된다. 이때, 관형 핀 부재(10)의 외주면과 관형 박스 부재(20)의 내주면은 실질적으로 동일한 테이퍼를 갖는다.
일 예로서, 관형 핀 부재(10)는 선단부(11) 내측면에 축방향으로 돌출된 돌기부(12)가 형성되고, 선단부(11)에서 돌기부(12)가 형성되지 않은 외측영역은 선단 걸림턱부(13)를 구성하게 된다.
그리고, 선단부(11)로부터 일정 간격 이격된 외주면에 제1 요철부(14)가 형성된다. 상기 제1 요철부(14)는 돌기와 홈이 반복된 형태로서 후술하는 관형 박스 부재(20)의 제2 요철부(24)와 맞물리는 구조를 갖는다. 이러한 제1 요철부(14)는 제2 요철부(24)와 회전에 의한 나사결합이 가능하도록 나선 형태로 이루어질 수 있으나, 관형 핀 부재(10)의 외주면에 원형을 이루는 돌기와 홈이 축방향으로 반복되도록 형성되어 제2 요철부(24)와 끼움결합되도록 구성되는 것도 가능하다.
또한, 제1 요철부(14)와 일정 거리 이격된 위치에 후술하는 관형 박스 부재(20)의 돌기부(22)가 삽입되는 홈부(15)가 형성될 수 있으며, 홈부(15)의 외측은 후단 걸림턱부(16)를 형성하게 된다.
그리고, 관형 핀 부재(10)의 외주면에는 관형 핀 부재(10)를 축방향으로 가압하기 위한 기구가 장착되는 설치홈부(17)가 함몰 형성될 수 있으며, 관형 핀 부재(10)의 후단부(18)에는 파이프(P)가 연결된다. 이때 파이프(P)와 관형 핀 부재(10)는 공장에서 용접작업에 의해 일체화될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2(a)를 참조하면, 관형 박스 부재(20)는 선단부(21) 내측면에 축방향으로 돌출된 돌기부(22)가 형성되고, 선단부(21)에서 돌기부(22)가 형성되지 않은 외측 영역은 선단 걸림턱부(23)를 구성하게 된다.
그리고, 선단부(21)로부터 일정 간격 이격된 외주면에 상기 제1 요철부(14)와 맞물리는 제2 요철부(24)가 형성된다. 상기 제2 요철부(24)는 제1 요철부(14)와 맞물리도록 대응하는 형상을 가지며, 제1 요철부(14)와 마찬가지로, 제1 요철부(14)와 회전에 의한 나사결합이 가능하도록 나선 형태로 이루어질 수 있으나, 관형 박스 부재(20)의 내주면에 원형을 이루는 돌기와 홈이 축방향으로 반복되도록 형성되어 제1 요철부(14)와 끼움결합되도록 구성되는 것도 가능하다.
또한, 제2 요철부(24)와 일정 거리 이격된 위치에 관형 핀 부재(10)의 돌기부(12)가 삽입되는 홈부(25)가 형성될 수 있으며, 상기 홈부(25)의 외측은 후단 걸림턱부(26)를 형성하게 된다.
그리고, 관형 박스 부재(20)의 외주면에는 관형 박스 부재(20)를 축방향으로 가압하기 위한 기구가 장착되는 설치홈부(27)가 함몰 형성될 수 있으며, 관형 박스 부재(20)의 후단부(28)에는 파이프(P)가 연결된다. 이때, 파이프(P)와 관형 박스 부재(20)는 공장에서 용접작업에 의해 일체화될 수 있다.
이와 같이, 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20)는 파이프(P)에 연결되어 인접하는 파이프(P)를 접합하기 위하여 사용된다.
그리고, 상기 가열 및 체결단계(S120)는 관형 박스 부재(20)를 팽창시키기 위하여 가열하고, 관형 핀 부재(10)를 관형 박스 부재(20) 내부로 축방향으로 이동시킴으로써 관형 핀 부재(10)의 제1 요철부(14)와 관형 박스 부재(20)의 제2 요철부(14)를 완전히 맞물리게 한다.
이러한 가열 및 체결단계(S120)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 관형 핀 부재(10)를 관형 박스 부재(20)에 삽입하여 제1 요철부(14)와 제2 요철부(24)의 정상부분 사이에 표면 접촉이 일어나도록 하는 오버랩 공정(S130)과, 오버랩된 상태의 관형 박스 부재(20)를 팽창시키기 위해 가열하는 가열 공정(S140)과, 관형 핀 부재(10)를 팽창된 관형 박스 부재(20) 내부로 축방향으로 이동시켜 관형 핀 부재(10)의 제1 요철부와 관형 박스 부재(20)의 제2 요철부를 완전히 맞물리게 하는 체결 공정(S150)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 오버랩 공정(S130)에서는 관형 핀 부재(10)의 제1 요철부(14)의 정상부분(돌기)과 관형 박스 부재(20)의 제2 요철부(24)의 정상부분(돌기)이 서로 접촉할 때까지 관형 핀 부재(10)를 관형 박스 부재(20)에 삽입하게 된다.
즉, 관형 핀 부재(10)의 외주면과 관형 박스 부재(20)의 내주면이 테이퍼져 있으므로, 도 3에 상세하게 도시된 바와 같이 오버랩(S130) 공정에서는 제1 요철부(14)와 제2 요철부(14)가 서로 맞물리지 않은 상태가 된다.
이때, 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20)가 완전히 체결되기 이전에는 제1 요철부(14)와 제2 요철부(14)가 서로 맞물리지 않도록 제1 요철부(14) 또는 제2 요철부(24)에는 홈보다 길게 형성된 맞물림 방지돌기(24a)가 형성될 수 있으며, 이러한 맞물림 방지돌기(24a)는 제1 요철부(14)와 제2 요철부(24)의 구간에 복수 개 형성될 수 있다. 물론, 맞물림 방지돌기(24a)는 최종 체결 상태에서는 제1 요철부(14)와 제2 요철부(24)의 맞물림이 방지되지 않도록 위치와 형상이 조정될 수 있다.
그리고, 상기 가열 공정(S140)은 오버랩된 상태의 관형 박스 부재(20)를 팽창시키기 위하여 관형 박스 부재(20)의 외측에 구비된 가열부(도 7의 120 참조)에 의해 가열된다. 이때, 상기 가열 공정(S140)은 관형 박스 부재(20)의 단부 및 제2 요철부가 형성된 영역에 팽창이 집중되도록 상기 제2 요철부가 형성된 영역을 중심으로 가열할 수 있다. 한편, 관형 박스 부재(20)를 가열시켜 팽창시킬 수 있다면 가열 공정(S140)에서 사용되는 가열방식은 제한되지 않는다.
한편, 도 5 및 도 6에서는 오버랩 공정(S130) 이후에 가열 공정(S140)이 수행되는 것으로 도시되어 있으나, 이러한 가열 공정(S140)을 거친 이후에 오버랩 공정(S130)이 수행되는 것도 가능하다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 오버랩 공정(S130) 이전에 관형 박스 부재(20)를 미리 팽창시키기 위한 예열 공정(S125)이 수행될 수 있다.
이와 같은 가열 공정(S140)에 의해 관형 박스 부재(20)는 팽창될 뿐만 아니라, 연성과 탄성이 증가하므로 외력에 의해 쉽게 변형될 수 있게 된다.
이후, 관형 핀 부재(10)를 팽창된 관형 박스 부재(20) 내부로 축방향으로 이동시키는 체결 공정(S150)이 수행된다. 이러한 체결 공정(S150)은 가열 공정(S140)이 완료된 후 수행될 수도 있지만, 가열 공정(S140)이 어느 정도 수행된 상태에서 가열 공정(S140)과 함께 수행되는 것도 가능하다.
이러한 체결 공정(S150)에서는 축방향으로 가압력을 제공하여 관형 핀 부재(10)를 팽창된 관형 박스 부재(20) 내부로 이동시키며, 이 과정에서 가열된 관형 박스 부재(20)는 관형 핀 부재(10)의 삽입에 따른 반경방향의 외력에 의해 보다 용이하게 팽창될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 요철부(14)와 제2 요철부(24)의 최종적인 맞물림 위치까지 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20) 내부로 삽입될 수 있다.
이때, 상기 체결 공정(S150)은 관형 핀 부재(10)를 회전 없이 축방향으로만 이동시켜 상기 제1 및 제2 요철부(14, 24)가 완전히 맞물리도록 할 수도 있고, 제1 및 제2 요철부(14, 24)가 나선 형상을 갖는 경우에는 관형 핀 부재(10)를 회전시키면서 축방향으로 이동시켜 상기 제1 및 제2 요철부(14, 24)가 나사 결합하도록 구성될 수도 있다.
이와 같이, 체결이 완료된 상태를 도 2(b) 및 도 4에서 도시하고 있다.
도 2(b)를 참조하면, 최종적인 맞물림 위치에서 관형 핀 부재(10)의 돌기부(12)는 관형 박스 부재(20)의 홈부(25)에 삽입되고, 관형 박스 부재(20)의 돌기부(22)는 관형 핀 부재(10)의 홈부(15)에 삽입된다. 이때, 관형 핀 부재(10)의 선단 걸림턱부(13)와 관형 박스 부재(20)의 후단 걸림턱부(26)가 접촉하고, 관형 핀 부재(10)의 후단 걸림턱부(16)와 관형 박스 부재(20)의 선단 걸림턱부(23)가 접촉하여 돌기부(12, 22)와 홈부(15, 25) 사이의 삽입깊이를 제한하게 된다.
한편, 도 4의 좌측에 도시된 확대부분과 같이, 돌기부(12, 22)와 홈부(15, 25) 사이에는 접촉으로 인한 메탈실링부(MS)가 형성되어 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20) 사이의 실링을 구현할 수 있게 된다. 구체적으로, 관형 핀 부재(10)의 돌기부(12)와 관형 박스 부재(20)의 홈부(25) 사이에는 메탈 실링부(MS)에 의해 내측 실링이 형성되고, 관형 박스 부재(20)의 돌기부(22)와 관형 핀 부재(10)의 홈부(15) 사이에는 메탈 실링부(MS)에 의해 외측 실링이 형성되어 2중의 실링영역이 형성될 수 있다.
또한, 서로 결합된 돌기부(12, 22)와 홈부(15, 25) 사이의 걸림턱부(13, 16, 23, 26)는 해저에 설치되었을 때 축방향의 압축력에 저항할 수 있게 된다.
마지막으로, 체결이 완료된 관형 박스 부재(20)를 냉각하는 냉각 단계(S160)가 수행된다. 이러한 냉각단계(S160)를 통해 관형 박스 부재(20)가 수축하면서 관형 핀 재를 압축하게 되며, 이로 인해 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20) 사이에 견고한 체결이 이루어질 수 있게 된다.
다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 측면에 의한 금속 파이프의 연결장치(100)에 대해 살펴본다.
이러한 금속 파이프의 연결장치(100)는 도 1 및 도 4에 도시된 관형 박스 부재(20)와 관형 핀 부재(10)에 적용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 테이퍼진 외주면에 제1 요철부(14)가 형성된 관형 핀 부재(10)와, 테이퍼진 내주면에 상기 제1 요철부(14)에 맞물리는 제2 요철부(24)를 갖는 관형 박스 부재(20)라면 본 발명의 일 실시예에 의한 금속 파이프의 연결장치(100)를 사용하여 관형 핀 부재(10)와 관형 박스 부재(20)의 연결이 가능하다.
도 7에 도시된 바와 같이, 금속 파이프의 연결장치(100)는, 관형 핀 부재(10) 및 관형 박스 부재(20)의 외주면에 형성된 설치홈부(17, 27)에 연결되어 관형 핀 부재(10) 및 관형 박스 부재(20)를 축방향으로 가압하는 가압부(110)와, 관형 박스 부재(20)의 외측에 설치되어 관형 박스 부재(20)를 가열하는 가열부(120)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 가압부는 관형 핀 부재(10) 및 관형 박스 부재(20)의 상기 설치홈부(17, 27)에 각각 설치되는 물림부재(112)와, 상기 물림부재(112)에 연결부재(113)을 통해 연결되어 축방향(FA)으로 압축력을 제공하는 유압 실린더(111)를 포함할 수 있다.
도 7에서는 복수의 유압실린더(111)가 사용된 예를 도시하고 있으나, 가열되어 팽창된 관형 박스 부재(20)의 내부로 관형 핀 부재(10)를 삽입하기 위한 가압력을 구현할 수 있다면 하나의 유압실린더(111)가 사용되는 것도 가능하다.
이러한 금속 파이프의 연결장치(100)를 통하여 전술한 금속 파이프의 연결방법(S100)을 구현할 수 있으나, 본 발명에 의한 금속 파이프의 연결방법(S100)에 사용되는 금속 파이프의 연결장치(100)는 도 7에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10... 관형 핀 부재 11... 선단부
12... 돌기부 13... 선단 걸림턱부
14... 제1 요철부 15... 홈부
16... 후단 걸림턱부 17... 설치홈부
18... 후단부 20... 관형 박스 부재
21... 선단부 22... 돌기부
23... 선단 걸림턱부 24... 제2 요철부
25... 홈부 26... 후단 걸림턱부
27... 설치홈부 28... 후단부
100... 금속 파이프의 연결장치 110... 가압부
111... 유압 실린더 112... 물림부재
113... 연결부재 120... 가열부
MS... 메탈실링부 P... 파이프

Claims (8)

  1. 테이퍼진 외주면에 형성된 제1 요철부와 선단부에서 축방향으로 돌출된 돌기부와 원주방향으로 확장된 선단 걸림턱부 그리고 후단부에서 축방향으로 형성된 홈부와 원주방향으로 확장된 후단 걸림턱부를 갖는 관형 핀 부재와, 테이퍼진 내주면에 형성되어 상기 제1 요철부에 맞물리는 제2 요철부와 선단부에서 축방향으로 돌출되어 상기 관형 핀 부재의 홈부에 수용되는 돌기부와 원주방향으로 확장되어 상기 관형 핀 부재의 후단 걸림턱부에 접촉하는 선단 걸림턱부 그리고 후단부에서 축방향으로 형성되어 상기 관형 핀 부재의 돌기부가 수용되는 홈부와 원주방향으로 확장되어 상기 관형 핀 부재의 선단 걸림턱부에 접촉하는 후단 걸림턱부를 갖는 관형 박스 부재를 준비하는 준비단계;
    상기 관형 박스 부재를 팽창시키기 위하여 가열하고, 상기 관형 핀 부재를 상기 관형 박스 부재 내부로 축방향으로 이동시킴으로써 상기 관형 핀 부재의 제1 요철부와 상기 관형 박스 부재의 제2 요철부를 완전히 맞물리게 하는 가열 및 체결단계; 및
    체결이 완료된 상기 관형 박스 부재를 냉각하는 냉각 단계;를 포함하고,
    상기 가열 및 체결단계는,
    상기 관형 핀 부재를 상기 관형 박스 부재에 삽입하여 상기 제1 요철부와 상기 제2 요철부의 정상부분 사이에 표면 접촉이 일어나도록 하는 오버랩 공정과,
    오버랩된 상태의 상기 관형 박스 부재를 팽창시키기 위해 가열하는 가열 공정과,
    상기 관형 핀 부재를 팽창된 상기 관형 박스 부재 내부로 축방향으로 이동시켜 상기 관형 핀 부재의 제1 요철부와 상기 관형 박스 부재의 제2 요철부를 완전히 맞물리게 하고, 상기 돌기부와 상기 홈부 사이에 결합이 이루어져 메탈 실링이 이루어지도록 하며, 상기 선단 걸림턱부와 상기 후단 걸림턱부가 접촉하여 축방향의 압축력에 저항할 수 있도록 하는 체결 공정을 포함하는 금속 파이프의 연결방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열 및 체결단계는,
    상기 오버랩 공정 이전에 상기 관형 박스 부재를 팽창시키기 위해 예열하는 예열 공정을 더 포함하는 금속 파이프의 연결방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가열 및 체결단계는 상기 관형 박스 부재의 제2 요철부가 형성된 영역을 가열하는 금속 파이프의 연결방법.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 체결 공정은, 상기 관형 핀 부재를 회전 없이 축방향으로 이동시켜 상기 제1 및 제2 요철부가 완전히 맞물리도록 하거나, 상기 관형 핀 부재를 회전시키면서 축방향으로 이동시켜 상기 제1 및 제2 요철부가 나사결합하도록 하는 금속 파이프의 연결방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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