KR101721704B1 - 균일한 내부 압력을 튜브에 인가하는 테스트 기계 - Google Patents

Abstract

이 기계는 중앙 몸체부(1), 라이너(2)에 내포된 액체를 압축하는 피스톤(3),그리고 자신을 감싸고 있는 튜브(21)에 즉각적으로 압력을 균일하게 가할 수 있는 주변부 주머니(18)를 구비한다. 압력은 인장 및 압축 테스트 기계(22, 23)를 통해 간단한 방법으로 적용될 수 있다. 그 테스트를 방해할 수 있는 말단 효과가 튜브상에는 생기지 않는다.

Description

균일한 내부 압력을 튜브에 인가하는 테스트 기계{TEST MACHINE FOR APPLYING UNIFORM INTERNAL PRESSURE ON A TUBE}

본 발명은 파열, 파열(rupture), 파열 또는 크리프(creep) 없는 손상을 연구하는 테스트를 수행하기 위해 튜브에 균일한 내부 압력을 가하도록 설계된 테스트 기계에 관한 것이다.

그러한 테스트에 관하여 한 가지 어려운 점은, 그 결과들을 방해하는 어떤 말단 효과(end effects)를 만들어내지 않고 그리고 원주방향 텐션이 가해질 때 관찰되는 포아송의 비(Poisson's ratio)에 관련된 축방향 수축을 막지 않고, 그 압력을 인가하는 것이다.

몇 가지 테스트 방법들이 이미 존재한다. 그 중 하나는 인장시험(tensile test) 기계로 수행될 수 있다. 하프-디스크(half-disc) 단면을 가진 두 부분은 그 튜브 안에 지름상의 맞은편 지점이면서 그 기계에 의해 제어되는 거리만큼 서로 떨어진 곳에 위치한다. 그 테스트 부분의 둥글기(rounding)가 그 튜브의 둥글기와 같으므로, 그 테스트 부분들은 그것들의 폭 전체에 걸쳐 그 튜브의 내부 앞면(face) 전체를 밀어 그들의 접촉에 의해 내부 압력을 가한다. 이러한 접근법은 편리하지만, 대립하는 분리력들(opposing separation forces)의 결과로서 생긴 압력이 그 튜브의 전체 원주에 걸쳐 균일하지 않으며; 그들(테스트 부분들) 사이에 위치한 그 튜브의 일부는 어떤 내부 압력을 받지 않고 그리고 실제로는 인장력(tension)에 더하여 휨 성분(bending component)까지 받는다는 단점을 가진다. 이것은 결과에 대한 불확실성을 가져오고 그 결과 해석을 복잡하게 만든다. 게다가, 이러한 테스트들은 단지 15mm 정도의 높이를 갖는 작은 튜브를 가지고 수행되었기에 대표성이 없다.

내부 압력들은 또한 펌프를 써서 유체 압력에 의해 튜브들 안으로 인가되었다. 이로 인해 튜브 공동을 플랜지를 이용하여 그 공동의 단부를 누설되지 않게 클램핑하여 폐쇄할 필요성이 생긴다. 그러나 단단히 조이는 것은 축 휨과 그 튜브의 단부에서의 속박으로 인해 말단 효과를 낳는다. 그리고 그것은 또한 테스트 동안에 축방향 수축을 막는다. 덧붙이자면, 펌프의 사용은 인장 시험 기계만큼 편리하지도 않다.

본 발명의 주된 목적은 말단 효과를 제거하여 정밀한 결과를 주고 또한 튜브에 가해지는 압력이 진짜로 완전한 균일성을 가지도록 하는 테스트 방법을 제공하는 것이다. 인장 및 압축 시험 기계를 가지고서 이 테스트를 수행해보았다. 우리는 또한 많은 샘플들에 대한 테스트를 수행하기 위해 신속한 조립과 분해를 가능하게 하는 단순한 기구를 만들어보았다.

일반적으로, 본 발명은 튜브에 균일한 내부 압력을 가하는 테스트 기계이며, 그것은 몸체부, 상기 몸체부 내에서 활주하고 상기 몸체부에 내포된 라이너(liner)의 부피를 가변시키는 피스톤, 상기 몸체부의 둘레(periphery)를 감싸는 환형의 탄성 주머니(bladder)를 구비하며, 상기 몸체부의 둘레는 2개의 원형 리브(ribs)와 상기 리브들을 분리하고 상기 라이너와 연통하는(communicating) 오목부(recess)를 구비하며, 상기 테스트 기계는 또한 마주보는 양쪽 단부에서 상기 몸체부 고정된 2개의 플랜지를 구비하고 그리고 상기 리브들을 감싸는 환형의 교접 플랜지(mating flanges)를 구비하며, 상기 환형의 탄성 주머니는 상기 리브들 중 하나와 상기 교접 플랜지들 중 하나의 사이에서 상기 마주보는 양쪽 단부의 각각에 클램프되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 테스트 방법은 말단 효과를 없애주고 정밀한 결과를 제공하며 또한 튜브에 가해지는 압력이 진짜로 완전한 균일성을 갖도록 해준다.

본 발명이 제공하는 테스트 기계는 그 구성이 간단하여 많은 샘플들에 대한 테스트를 수행함에 있어서 신속한 조립과 분해를 가능하여 테스트 작업의 효율을 높여준다.

도 1은 상기 장치의 단면도를 나타내며,
도 2는 제조에 관한 상세 내용을 보여준다.

본 발명에 따른 장치는 중앙의 실린더형 몸체부(1)를 구비하며, 그 안쪽에는 역시 실린더 형이 라이너(2)가 가공되어 있다. 피스톤(3)이 라이너(2)의 내부 체적을 가변시킬 수 있도록 몸체부(1) 안에서 활주한다. 피스톤(3)에는 밀봉부들(seals)(4)이 제공되는데, 그것들은 그 피스톤을 안내하는 라이너(2)에 대하여 동적인 밀봉부(seal)를 제공한다. 몸체부(1)에는 그것의 평면 및 대향하는 단부들에서 2개의 플랜지 (6) 및 (7)이 제공되며, 그것들은 나사(8)로 몸체부(1)에 고정되며; 이 플랜지들 (6)과 (7)은 부착 나사들(11) 및 거리 조정 나사들(5)(도 2 참조)에 의해 교접 플랜지 (9)와 (10)에 연결됨으로써 그 교접 플랜지 (9)와 (10)은 대응 플랜지들(6)과 (7)과 연관된다. 거리 조정 나사들(5)은 그 플랜지 (6)과 (7) 안에 끼워지고 교접 플랜지들 (9) 및 (10)과 접촉하게 됨으로써 그 교접 플랜지들 (9) 및 (10)으로부터의 거리를 규정하며(define); 그 부착 나사(11)들은 교접 플랜지들 (9) 및 (10) 안에 끼워지고 이 거리를 고정된 값으로 유지한다.

플랜지 (6)과 (7)이 마련된 편평 앞면들 사이의 몸체부(1) 둘레는 교접 플랜지 (9) 및 (10)과 마주보게 마련된 두 개의 원형 리브 (12) 및 (13)와 그 원형 리브 (12) 및 (13)를 분리해주는 오목부(14)를 구비하며, 공급 유동 흐름(feed flow stream)(15)을 통하여 라이너(2)와 통한다. 특별 유동 흐름(special flow stream)(16)이 몸체부(1) 하부에 마련된 압력센서(17)에 연결된다.

본 발명의 기계는 또한 중앙 몸체부(1) 주위에 배치된 환형의 탄성 주머니(18)을 구비한다. 그것의 단부들은 몸체부(1)의 반경 방향을 따라 자그마한 간극을 가지면서 원형 리브 (12) 및 (13)과 교접 플랜지 (9) 및 (10) 사이의 제자리에 유지된다. 밀봉부 (19) 및 (20)은 몸체부 (1)과 환형의 탄성 주머니(18) 그리고 플랜지 (6) 및 (7) 사이의 원형 리브 (12)와 (13)의 바깥쪽에 꾹 눌려져 있다.

테스트가 수행될 때, 튜브 (21)은 플랜지 (6)과 (7) 사이에서 환형의 탄성 주머니(18) 둘레에 배치된다. 액체를 라이너 (2) 안으로 부어 넣고, 그 장치는 보다 상세히 도시되지 않은 인장과 압축 테스트 기계의 마주보는 플레이트 (22)와 (23) 사이에 위치하며, 피스톤 (3)과 그 피스톤으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 플랜지 (7)에 소정의 힘을 가함으로써 그 플레이트 (22)와 (23)은 서로 상대방 쪽으로 이동한다. 피스톤 (3)은 튜브 (21)과 몸체부 (1)의 축을 따라서 이동하는 것이 자유롭고, 그리고 나머지 플랜지 (6)를 통과한다. 그들 중 하나는 피스톤 (3)을 밀고 나머지 하나는 몸체부 (1)을 지지한다. 압축력이 라이너 (2) 내부 및 유동 흐름 (15)에 의해 제공되는 유통에 의해 오목부(14) 내부의 액체 압력을 증가시킨다. 그 결과 환형의 탄성 주머니 (18)이 균일한 압력으로 팽창하고, 그 환형의 탄성 주머니(18)의 탄성은 그 압력이 튜브 (21)에 균일하게 전달되는 정도가 된다. 오목부(14) 바깥으로의 액체 누출은 그 환형의 탄성 주머니(18)의 내부 앞면 뒤쪽에 위치한 밀봉부 (19) 및 (20)에 의해 저지된다.

도 2는 세부 구성을 도시한다. 튜브 (21)의 축방향 수축은 튜브 (21)과 교접 플랜지 (9) 및 (10) 사이에서 축방향 유격을 나타낼 수도 있는데, 이는 환형의 탄성 주머니 (18)을 삐져나오게 할 수 있다. 그래서 부착 나사 (11)을 풀어준 다음, 거리 조정 나사 (5)를 조정하여 교접 플랜지 (9) 및 (10)을 튜브 (21)과 접촉할 때까지 약간 뒤로 밀어주되 그러나 그것에 축방향 힘을 전혀 가하지 않는 것을 제안한다.

본 발명은 100mm의 지름과 200mm의 높이를 갖는 튜브를 200[bars]까지의 압력에서 테스트한 적이 있다. 하나의 튜브(21)가 테스트 되었을 때, 그것은 다른 하나의 튜브에 의해 교체되었으며, 그 기계의 플레이트 (22)와 (23)을 움직여 떨어지게 하고, 플랜지 (6) 및 (7)을 제거하기 위해 나사 (8)을 풀고 그런 다음 상기 조작들을 역순으로 수행한다. 이것은 매우 빠르게 행해진다.

1: 몸체부 2: 라이너
3: 피스톤 4: 밀봉부
5: 거리 조정 나사 6, 7: 플랜지
8: 나사 9, 10: 교접 플랜지
11: 부착 나사 12, 13: 원형 리브
14: 오목부 15: 공급 유동 흐름
16: 특별 유동 흐름 17: 압력 센서
18: 환형의 탄성 주머니 19, 20: 밀봉부
21: 튜브 22, 23: 플레이트

Claims (4)

1. 튜브(21)에 균일한 내부 압력을 가하는 테스트 기계로서,
   몸체부(1)와,
   상기 몸체부 내에서 활주하고 상기 몸체부에 내포된(contained) 라이너(liner)(2)의 부피를 가변시키는 피스톤(3)과,
   상기 몸체부의 둘레(periphery)를 감싸는 환형의 탄성 주머니(bladder)(18)를 구비하며,
   상기 몸체부의 둘레는 2개의 원형 리브(ribs)(12, 13)와 상기 원형 리브들을 분리하고 상기 라이너(2)와 연통하는(communicating) 오목부(recess)(14)를 구비하며,
   상기 테스트 기계는 또한 마주보는 양쪽 단부에서 상기 몸체부에 고정된 2개의 플랜지(6, 7)를 구비하고 그리고 상기 원형 리브들 (12, 13)을 각각 감싸는 교접 플랜지(mating flanges)(9, 10)로서 환형의 것을 구비하며,
   상기 환형의 탄성 주머니(18)는 상기 리브들 중 하나와 상기 교접 플랜지들 중 하나의 사이에서 상기 마주보는 양쪽 단부의 각각에 클램프되어 있는 것을 특징으로 하는 테스트 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 교접 플랜지들은 그 교접 플랜지들 사이의 거리를 조정하기 위한 수단을 통해 상기 플랜지에 고정되는 것을 특징으로 하는 테스트 기계.
3. 제2항에 있어서, 상기 교접 플랜지들 사이의 거리를 조절하기 위한 상기 수단은 부착 나사(11) 및 거리 조정 나사(5)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 테스트 기계.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 피스톤(3) 및 상기 플랜지(7)들 중 하나가 각각 설치되는 플레이트들(22, 23) 상에서 인장 및 압축 테스트 기계와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 테스트 기계.

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