KR101895518B1 - 숄더, 그루브, 및 비드를 갖는 파이프 요소와, 이를 제조하는 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

파이프 요소는 일 단부에 원주방향의 숄더를 갖는다. 숄더는 파이프 요소의 외경보다 큰 외경을 갖는다. 그루브는 숄더와 인접하여 위치한다. 그루브는 파이프 요소의 외경보다 작은 외경을 갖는 바닥면을 갖는다. 비드는 그루브와 인접하여 위치한다. 비드는 파이프 요소의 외경보다 큰 외경을 갖는 정점을 갖는다. 롤러 공구의 조합이 하나의 제조방법에서 파이프 요소를 냉간 가공하고 측벽에 원하는 형상을 부여하기 위해 사용된다. 다른 방법에서, 스핀 성형 공구가 다이 내에 유지된 파이프 요소 내에서 증가하는 직경의 궤도로 회전된다.

Description

숄더, 그루브, 및 비드를 갖는 파이프 요소와, 이를 제조하는 방법과 장치{PIPE ELEMENT HAVING SHOULDER, GROOVE AND BEAD AND METHODS AND APPARATUS FOR MANUFACTURE THEREOF}

본 출원은 2011년 12월 2일에 출원된 미국 가출원 번호 제 61/418,967호, 및 2011년 9월 2일에 출원된 미국 가출원 번호 제 61/530,771호를 기초로 하고 이들에 대한 우선권을 청구하고, 이 가출원 모두가 본 명세서에 전체 기재 내용이 참조로 포함된다.

본 발명은, 기계적 커플링에 의해 함께 결합된 파이프 요소와 이러한 파이프 요소를 제조하는 방법과 장치에 관한 것이다.

기계적 파이프 커플링에 의해 결합되도록 파이프 요소를 설계할 때 다양한 도전을 받게 된다. 이와 같은 커플링은 나사 파스너에 의해 단부에서 결합된 둘 이상의 커플링 세그먼트를 포함한다. 이 세그먼트는 파이프 요소를 수용하는 중앙 공간을 둘러싼다. 각각의 세그먼트는 파이프 요소의 외측면을 맞무는 "키(key)"로 알려진 한 쌍의 아치형 돌출부를 갖는다. 이 키는 종종 파이프 요소의 원주방향 그루브에 수용되며, 이 그루브는 조인트에 가해진 굽힘이나 축방향 하중에 대항해서 능동적인 기계적 맞물림을 제공한다. 각각의 세그먼트는 또한 링 형상의 개스킷을 수용하는 한 쌍의 아치형 돌출부 사이의 채널을 한정한다. 개스킷은 일반적으로 유체 누설 방지 결합이 이루어지도록 세그먼트와 파이프 요소 사이에 압착된다.

원주방향 그루브는 유리하게도 파이프 요소의 측벽을 냉간 가공해서 형성되며, 이는, 절단된 그루브와 달리, 재료가 파이프 측벽으로부터 제거되지 않고 그에 따라 더 얇은 벽의 파이프 요소가 냉간 가공 공정에 의해 그루브 가공될 수 있기 때문이다. 고압 및/또는 고하중 적용에서 중량과 비용 절감을 위해 더 얇은 벽의 파이프 요소를 사용하는 것이 유리하다. 그러나, 종래 기술의 냉간 가공 방법과 파이프 설계는 더 두꺼운 벽의 파이프 요소에 사용된 유사한 절단된 그루브 시스템에 의해 유지될 수 있는 고하중과 고압에 대해 적합한 커플링 및 파이프 요소 맞물림 특징을 생성하지 못한다. 더 얇은 벽의 그루브 가공된 파이프 요소가 기계적 커플링에 의해 결합되고 고압/고하중 적용에서 사용되게 할 수 있는 냉간 가공에 의해 더 얇은 벽의 그루브 가공된 파이프 요소의 설계와 제조에 대한 개선을 통해 갖게 되는 명백한 이점이 존재한다.

본 발명은 외경과 적어도 하나의 단부를 갖는 파이프 요소에 관한 것이다. 일 예에서, 파이프 요소는 단부에 위치한 숄더를 포함한다. 숄더는 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장되고 외측 대면 면을 갖는다. 외측 대면 면은 숄더를 가지지 않는 파이프 요소의 외경보다 더 큰 외경을 갖는다. 그루브가 숄더와 인접하여 위치한다. 그루브는 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장된다. 그루브는 숄더와 인접하여 위치한 제 1 측면, 제 1 측면과 이격되도록 위치한 제 2 측면, 및 제 1 측면과 제 2 측면 사이에서 연장되는 바닥면에 의해 한정된다. 바닥면은 그루브를 가지지 않는 파이프 요소의 외경보다 작은 외경을 갖는다.

다른 실시예에서, 파이프 요소는 그루브와 인접하여 위치한 비드를 더 포함한다. 비드는 파이브 요소 둘레에 원주방향으로 연장되고 파이브 요소로부터 반경방향으로 외측으로 돌출된다. 비드는 비드를 가지지 않는 파이프 요소의 외경보다 큰 외경을 갖는 정점을 갖는다.

본 발명은 또한 외경과 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 파이프 요소를 포함한다. 이 예시적인 실시예에서, 파이프 요소는 제 1 단부와 제 2 단부에 각각 배치된 제 1 숄더와 제 2 숄더를 포함한다. 제 1 숄더 및 제 2 숄더 각각은 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장되고 외측 대면 면을 갖는다. 각각의 외측 대면 면은 제 1 숄더와 제 2 숄더를 가지지 않는 파이프 요소의 외경보다 큰 외경을 갖는다. 이 실시예에서, 제 1 그루브와 제 2 그루브가 각각 제 1 숄더와 제 2 숄더에 인접하여 위치한다. 제 1 그루브와 제 2 그루브는 각각 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장된다. 제 1 그루브와 제 2 그루브는 각각 제 1 숄더와 제 2 숄더 중 하나와 인접하여 위치한 제 1 측면, 제 1 측면과 이격되도록 위치한 제 2 측면, 및 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 연장되는 바닥면에 의해 한정된다. 제 1 그루브와 제 2 그루브 각각의 바닥면은 그루브를 갖지 않는 파이프 요소의 외경보다 작은 각자의 외경을 갖는다.

이 실시예는 제 1 그루브와 제 2 그루브에 각각 인접하여 위치한 제 1 비드와 제 2 비드를 더 포함할 수 있다. 각각의 제 1 비드와 제 2 비드는 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장되고 파이프 요소로부터 반경방향으로 외측으로 돌출된다. 제 1 비드와 제 2 비드 각각은 제 1 비드와 제 2 비드를 가지지 않는 파이프 요소의 외경보다 큰 외경을 가진 각자의 정점을 갖는다.

본 발명은 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합을 더 포함한다. 파이프 요소는 외경과 적어도 하나의 단부를 갖는다. 커플링은 파이프 요소의 단부를 수용하기 위한 중앙 공간을 둘러싸는 단부가 서로 부착된 복수의 세그먼트를 포함한다. 각각의 세그먼트는 중앙 공간 내에 수용된 파이프 요소를 맞무는 아치형 면(arcuate surface)을 갖는다. 이 예시적인 실시예에서, 파이프 요소는 단부에 위치한 숄더를 포함한다. 숄더는 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장되고 외측 대면 면을 갖는다. 외측 대면 면은 숄더를 가지지 않는 파이프 요소의 외경보다 큰 외경을 갖는다. 그루브가 숄더에 인접하여 위치한다. 그루브는 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장된다. 그루브는 숄더와 인접하도록 위치한 제 1 측면, 제 1 측면과 이격되도록 위치한 제 2 측면, 및 제 1 측면과 제 2 측면 사이에서 연장되는 바닥면에 의해 한정되며, 바닥면은 그루브를 가지지 않는 파이프 요소의 외경보다 작은 외경을 갖는다. 세그먼트의 아치형 면이 그루브 내에 수용된다.

이 실시예에서, 파이프 요소는 그루브에 인접하여 위치한 비드를 더 포함할 수 있다. 비드는 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장되고 파이프 요소로부터 반경방향으로 외측으로 돌출된다. 비드는 비드를 가지지 않는 파이프 요소의 외경보다 큰 외경을 갖는 정점을 갖는다.

다른 양상에서, 본 발명은 파이프 요소의 측벽에 형상을 부여하기 위한 제 1 롤러와 제 2 롤러를 포함한다. 이 양상에서, 제 1 롤러의 예는 제 1 외경을 가진 제 1 세그먼트와 제 1 세그먼트에 인접하여 위치한 제 2 세그먼트를 포함한다. 제 2 세그먼트는 제 1 외경보다 작은 제 2 외경을 갖는다. 제 3 세그먼트가 제 2 세그먼트에 인접하여 위치되고 제 2 외경보다 큰 제 3 외경을 갖는다. 제 8 세그먼트가 제 3 세그먼트와 인접하여 위치되고 제 2 외경보다 작은 외경 제 8 외경을 갖는다. 제 9 세그먼트가 제 8 세그먼트와 인접하여 위치되고 제 2 외경과 대체로 동일한 제 8 외경을 갖는다.

본 발명의 이 양상에서, 예시적인 제 2 롤러는 제 4 외경을 가진 제 4 세그먼트와 제 4 세그먼트와 인접하여 위치되고 제 4 외경보다 큰 제 5 외경을 가진 제 5 세그먼트를 포함한다. 제 6 세그먼트가 제 5 세그먼트와 인접하여 위치되고 제 5 외경보다 작은 제 6 외경을 갖는다. 제 7 세그먼트가 제 6 세그먼트와 인접하여 위치되고 제 5 외경과 대체로 동일한 제 7 외경을 갖는다.

하나의 특정 실시예에서, 제 5 세그먼트는 제 4 세그먼트와 인접하여 위치되고 제 2 축에 대체로 수직으로 배향된 제 1 환형면(annular surface)과 제 6 세그먼트와 인접하여 위치되고 제 2 축에 대해 각을 이루어 배향된 제 2 환형면을 포함한다.

본 발명은 또한 파이프 요소의 측벽에 형상을 부여하기 위해서 파이프 요소의 단부를 냉간 가공하기 위한 제 1 롤러와 제 2 롤러를 사용하는 장치를 포함한다. 장치는 지지 프레임을 포함한다. 제 1 롤러는 지지 프레임 상에 장착되고 제 1 축을 중심으로 회전할 수 있다. 제 1 롤러는 파이프 요소의 내면을 맞물도록 구성된다. 제 1 축을 중심으로 제 1 롤러를 회전시키는 수단이 또한 제공된다. 제 2 롤러는 지지 프레임에 장착되고 제 1 축과 대체로 평행하게 배향된 제 2 축을 중심으로 회전할 수 있다. 제 2 롤러는 제 1 롤러를 향하거나 이로부터 멀어지도록 이동할 수 있고 파이프 요소의 외면을 맞물도록 구성된다. 롤러가 회전하는 동안에 측벽을 압축하기 위해 제 1 롤러에 대해 제 2 롤러를 상대적으로 이동시키는 수단이 또한 제공된다. 롤러가 지지 프레임 상에 서로 상대적으로 위치되며, 그 결과로:

제 4 세그먼트가 제 1 세그먼트와 정렬되고;

제 5 세그먼트가 제 2 세그먼트와 정렬되며;

제 6 세그먼트가 제 3 세그먼트와 정렬된다.

회전 수단은 전기 모터 또는 펌프에 의해 작동되는 유압 모터를 포함할 수 있고, 이동 수단은 예로서 유압 액추에이터나 잭스크루를 포함할 수 있다.

본 발명은 제 1 롤러와 제 2 롤러의 조합을 이용함으로써 내면과 외면을 가진 파이프 요소의 측벽에 형상을 부여하는 방법을 더 포함한다. 일 예에서, 이 방법은:

제 1 롤러의 제 1 세그먼트 상의 제 1 포인트에서 파이프 요소의 내면을 접촉시키는 단계;

제 2 롤러의 제 5 세그먼트 상의 제 3 포인트에서 파이프 요소의 외면을 접촉시키는 단계;

제 1 롤러와 제 2 롤러 중 하나를 회전시키고 그에 의해 제 1 롤러와 제 2 롤러 중 다른 하나와 파이프 요소를 회전시키는 단계로서, 제 1 롤러는 파이프 요소의 내면을 원주방향으로 접촉하고 제 2 롤러는 파이프 요소의 외면을 원주방향으로 접촉하는 상기 회전시키는 단계;

제 1 롤러와 제 2 롤러 중 하나를 제 1 롤러와 제 2 롤러 중 다른 하나를 향해 이동시키고, 파이프 요소의 내면과 제 1 롤러의 제 1 세그먼트와 제 3 세그먼트 사이의 접촉과 파이프 요소의 외면과 제 2 롤러의 제 5 세그먼트와 제 7 세그먼트 사이의 접촉을 통해 파이프 요소의 측벽을 변형시키는 단계;

제 1 롤러와 제 2 롤러 중 하나를 제 1 롤러와 제 2 롤러 중 다른 하나를 향해 계속 이동시키고, 제 1 롤러의 제 1 세그먼트와 제 2 롤러의 제 4 세그먼트 사이의 파이프 요소의 측벽을 압축하는 단계;

제 1 롤러와 제 2 롤러 중 하나를 제 1 롤러와 제 2 롤러 중 다른 하나를 향해 계속 이동시키고, 제 1 롤러의 제 2 세그먼트와 제 2 롤러의 제 5 세그먼트 사이의 파이프 요소의 측벽을 압축하는 단계; 및

제 1 롤러와 제 2 롤러 중 하나를 제 1 롤러와 제 2 롤러 중 다른 하나를 향해 계속 이동시키고, 제 1 롤러의 제 3 세그먼트와 제 2 롤러의 제 5 및 제 7 세그먼트 사이의 파이프 요소의 측벽을 압축하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 파이프 요소에 원주방향의 숄더, 그루브 및 비드를 형성하는 스핀 성형 방법을 더 포함한다. 예시적인 스핀 성형 방법은:

다이(die)에 파이프 요소의 단부를 유지하는 단계;

파이프 요소 내에 공구를 삽입하는 단계;

파이프 요소의 길이방향 축 둘레의 궤도로 공구를 회전시키는 단계;

공구를 파이프 요소의 내면으로 밀도록 공구를 회전시키면서 궤도의 직경을 증가시키는 단계;

파이프 요소의 나머지의 외경보다 큰 외경을 갖는 원주방향의 숄더를 파이프 요소에 형성하기 위해 파이프 요소를 다이에 맞추는 단계;

파이프 요소의 나머지의 외경보다 큰 외경을 갖는 정점을 갖는 원주방향의 비드를 파이프 요소에 형성하기 위해 파이프 요소를 다이에 맞추는 단계;

증가하는 직경의 궤도로 공구를 회전시키면서 파이프 요소의 내면에 대해 공구를 밀고, 숄더와 비드 사이의 튜브의 부분이 다이로부터 멀리 반경방향으로 내측으로 이동하게 하고 그에 의해 파이프 요소의 나머지의 외경보다 작은 외경을 가진 그루브를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은, 기계적 커플링에 의해 함께 결합된 파이프 요소와 이러한 파이프 요소를 제조하는 방법과 장치를 제공하는 효과를 갖는다.

도 1 및 도 1a는, 예시적인 파이프 요소의 길이방향 단면도.
도 2는, 예시적인 파이프 요소를 포함하는 밸브의 등각도.
도 3은, 파이프 요소와 파이프 커플링의 조합의 분해 등각도.
도 3a와 3b는, 파이프 커플링 실시예의 정면도.
도 4 내지 도 6은, 파이프 요소와 파이프 커플링의 조합의 길이방향 단면도.
도 7은, 롤 성형 방법을 사용하여 파이프 요소를 제조하는 예시적인 롤 성형기의 등각도.
도 8은, 롤 성형 파이프 요소에 사용된 롤러의 예시적인 조합의 정면도이다.
도 9 내지 도 11은, 롤 성형 파이프 요소의 예시적인 방법을 설명하는 길이방향 단면도.
도 12는, 스핀 성형 방법을 사용하여 파이프 요소를 제조하는 예시적인 스핀 성형기의 개략도.
도 13은, 도 12에 도시된 스핀 성형기의 개략 단부도.
도 14 내지 도 16은, 스핀 성형 파이프 요소의 예시적인 방법을 설명하는 길이방향 단면도.

본 발명은 파이프 요소, 파이프 요소와 커플링의 조합, 및 커플링을 수용하고 유체 누설 방지 결합을 형성하도록 파이프 요소를 냉간 가공하는 장치들 및 방법에 관한 것이다. 이 문서 전체에 걸쳐서, 용어 "파이프 요소"는, 예를 들면, 도 2에 도시된 밸브(14)와 같은 유체 처리 또는 제어 요소인 튜브형부(12)뿐만 아니라, 도 1에 도시된 바와 같은 파이프 스톡(pipe stock)(10)을 포함하는 임의의 튜브형 구조를 의미한다. 여기에서 정의된 바와 같은 "파이프 요소"를 갖거나 포함하는 한, 티(tee), 엘보(elbow), 벤드(bend) 및 리듀서(reducer)와 같은 피팅(fitting)뿐만 아니라, 펌프와 스트레이너와 같은 다른 구성요소가 또한 포함된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 파이프 요소(10)는 파이프 요소의 곡률 중심의 길이방향 축(18) 상의 한 점을 지나가는 외경(16)을 갖는다. 파이프 요소(10)의 적어도 하나의 단부(20)가 기계적 커플링(도시되지 않음)의 키를 수용하기 위해 구성되며, 이 구성은 단부(20)에 배치된 숄더(22), 숄더(22)에 인접하여 위치한 그루브(24), 및 그루브(24)에 인접하도록 위치한 비드(26)를 포함한다.

도 1에 상세히 도시된 바와 같이, 숄더(22)는 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장되고 외측 대면 면(28)을 갖는다. 외측 대면 면(28)은 숄더를 가지지 않는 파이프 요소(10)의 외경(16)보다 큰 외경(30)을 갖는다. 숄더(30)는 또한 외측 대면 곡면(32)을 갖는다. 곡면(32)은 또한 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장되고 파이프 요소(10)의 길이방향 축(18)에 대해 수직으로 배향된 축(34) 상에 곡률 중심을 갖는다. 도 1에서, 축(34)은 보이는 평면에 대해 수직으로 도시되므로 단부로부터 보여진다.

그루브(24)는 숄더(30)의 곡면(32)에 인접하여 위치한 제 1 측면(36)에 의해 한정된다. 측면(36)은 각을 이루어 배향될 수 있다. 배향각(41)은 길이방향 축(18)에 대해 대략 80°내지 85°의 범위에 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 측면(36)은 길이방향 축(18)에 대해 대체로 수직으로 배향될 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같은 "대체로 수직으로"는 정확히 수직이 아닐 수 있지만, 제조 실무와 공차의 면에서 가장 실현 가능하게 설정되는 각도 배향을 가리킨다. 제 1 측면(36)의 수직 배향은 파이프 요소가 반경방향으로 강성을 가지게 하고 진원도(roundness)를 유지하도록 돕는다.

제 2 측면(38)이 그루브(24)를 추가로 한정한다. 제 2 측면(38)은 제 1 측면(36)과 이격되도록 위치되고 길이방향 축(18)에 대해 각을 이루어 배향된다. 측면(38)은 대략 40°내지 대략 70°또는 대략 45°내지 대략 65°의 배향각(40)을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 특정 실시예에서, 배향각(40)은 대략 55°이며, 이는 그루브가 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 기계적 커플링의 키를 수용할 때 유리하다고 생각된다.

바닥면(42)은 그루브(24)의 제 1 측면(36)과 제 2 측면(38) 사이에 연장된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 바닥면(42)은 길이방향 축(18)과 대체로 평행하고 그루브를 가지지 않는 파이프 요소의 외경(16)보다 작은 외경(44)을 갖는다. 그루브(24)는 또한 내경(17)을 가지며, 이는 도 1에 도시된 실시예에서 파이프 요소(10)의 내경(19)과 대체로 동일하다.

비드(26)가 그루브(24)의 제 2 측면(38)과 인접하여 위치되고 또한 파이프 요소 둘레에 원주방향으로 연장된다. 비드(26)는 축(18)으로부터 외측으로 돌출되고 비드를 가지지 않는 파이프 요소의 외경(16)보다 큰 외경(48)을 갖는 정점(46)을 갖는다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 정점(46)의 외경(48)은 숄더(22)의 외경(30)보다 작다. 비드(26)는 파이프 요소의 반경방향 강성을 증가시키고 그에 의해 진원도를 유지하도록 돕는다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 비드가 없는 파이프 요소 실시예(10a)가 또한 실현 가능하다. 도 1에 도시된 실시예(10)와 유사하게, 도 1a의 실시예(10a)에서, 바닥면(42)은 길이방향 축(18)과 대체로 평행하고 그루브를 가지지 않는 파이프 요소의 외경(16)보다 작은 외경(44)을 갖는다. 그루브(24)는 또한 파이프 요소(10a)의 내경(19)과 대체로 동일한 내경(17)을 갖는다.

파이프 스톡에서, 파이프 요소(10)(숄더(22), 그루브(24) 및 비드(26))의 단부의 구성은 두 단부(명확성을 위해 도시되지 않음)에서 동일하지만, 다른 구성이 또한 실현 가능하며 여기서 단부는 서로 상이할 수 있다. 게다가, 밸브(14)의 반대쪽 단부에 있는 파이프 요소(50)는 또한 밸브 또는 임의의 다른 유체 제어 요소나 피팅이 기계적 커플링을 사용하여 다른 파이프 요소에 결합되도록 허용하는 위에서 설명된 단부 구성을 가지며, 이들의 예는, 도 3, 도 3a, 및 도 3b에 도시된다. 또는, 밸브 및 다른 유체 제어 요소 및 피팅이 또한 유사하지 않은 단부 구성을 가질 수 있다.

도 3에 도시된 일 실시예에서, 기계적 커플링(52)은 이 예에서 나사 파스너(56)에 의해 단부가 서로 부착된 둘 이상의 세그먼트(54)를 포함한다. 세그먼트(54)는 파이프 요소(10)를 유체 누설 방지 결합으로 결합하도록 파이프 요소(10)를 수용하는 중앙 공간(58)을 둘러싼다. 탄성중합체 개스킷(60)은 세그먼트(54) 사이에 유지되며, 유체 누설 방지성을 보장하도록 숄더(24)의 외측 대면 면(28)과 맞무는 내측 대면 밀봉면(62)을 갖는다. 각각의 세그먼트는 중앙 공간을 향해 내측으로 돌출되고 파이프 요소(10)의 그루브(24) 내에 수용되는 한 쌍의 아치형 면이나 키(64)를 갖는다.

도 3a에 도시된 다른 실시예에서, 커플링(53)은 서로 이격되고 대면하는 관계의 단부(57, 59)를 갖는 단일 몸체(55)로 형성된 단일 세그먼트를 포함한다. 볼트 패드(61)는 단부(57, 59)로부터 연장되고, 파스너(63)는 이를 조임에 따라 볼트 패드를 서로 끌어당기도록 볼트 패드 사이에서 연장된다. 단일 몸체는 결합을 형성하도록 파이프 요소를 수용하는 중앙 공간(65)을 둘러싼다. 커플링(53)의 양측 상의 이격된 관계의 키(67)는 단일 몸체(55)를 따라 원주방향으로 연장되며 반경방향으로 내측으로 돌출된다. 위에서 설명한 것과 유사한 개스킷(60)이 키 사이에 위치한다. 파스너(63)를 조이면 키(67)를 끌어당겨서 파이프 요소의 그루브에 맞물리게 하고 단일 몸체(55)와 파이프 요소 사이의 개스킷(60)을 압축한다.

도 3b는 힌지(75)에 의해 단부에서 결합된 두 개의 세그먼트(71, 73)로 형성된 다른 커플링 실시예(69)를 도시한다. 세그먼트들의 마주보는 단부(77, 79)는 서로 대면하여 이격되며 파스너(81)에 의해 연결된다. 세그먼트(71, 73)는 또한 이격된 관계의 원주방향 키(83)를 갖고 개스킷(60)이 이들 사이에 위치한다. 세그먼트는 결합을 형성하도록 파이프 요소를 수용하는 중앙 공간(65)을 둘러싼다. 파스너(81)를 조이면 키(83)를 당겨서 파이프 요소의 그루브를 맞물게 하며 세그먼트와 파이프 요소 사이의 개스킷(60)을 압축한다.

먼저 커플링(52)(도 3 참조)을 분해하고 파이프 요소 중 하나의 단부 상에 개스킷(60)을 밀어 넣음으로써, 결합이 두 개의 파이프 요소(10) 사이에 형성될 수 있다. 그 다음에, 다른 파이프 요소의 단부가 제 1 파이프 요소의 단부에 인접하여 정렬되고, 개스킷이 두 개의 파이프 요소의 단부 사이의 작은 갭을 통과하도록 위치되며, 개스킷의 밀봉면(62)이 개별 파이프 요소의 숄더(24)의 각각의 외면(28)을 맞문다. 그 다음에, 커플링 세그먼트(54)가 개스킷(60)을 둘러싸도록 위치하고, 키(64)와 함께 파이프 요소의 단부가 각각의 파이프 요소의 각각의 그루브(24)와 정렬된다. 그 다음에, 유체 누설 방지 결합을 형성하기 위해 세그먼트를 서로 당기고, 각각의 그루브(24) 내의 키(64)를 맞물고 파이프 요소에 대해 개스킷(60)을 압축하도록 파스너(56)가 채용되어 조여진다.

대안의 실시예에서, 도 4 내지 도 6은 설치 준비형 커플링(52)과 파이프 요소(10)의 맞물림을 상세히 도시하며, 세그먼트(54)가 예비 조립되어 파스너(56)에 의해 서로 이격된 관계로 유지되고, 세그먼트가 개스킷(60) 상에 지지된다. 세그먼트가 충분히 멀리 떨어져 있어서 파이프 요소(10)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 커플링을 분해하지 않고 중앙 공간(58)으로 삽입될 수 있다. 숄더(22)의 외측 대면 면(28)이 개스킷(60)의 밀봉면(62)을 맞물고, 키(64)는 각각의 파이프 요소의 그루브(24)와 정렬한다는 것에 주의한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 세그먼트(54)를 서로 결합시키는 파스너(56)(도 1을 또한 참조)가 조여지고 세그먼트를 서로 당긴다. 이는 파이프 요소에 대해 개스킷(60)을 압축해서 밀봉을 초래하고, 키(64)를 그루브(24) 안으로 밀어서 커플링과 파이브 요소(10) 사이의 능동적인 기계적 연결을 초래하여 결합을 초래한다. 도 6에 상세히 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 키(64)는 그루브와 대응될 수 있는 단면 형상을 가지고, 키들은 제 1 측면 키면(66)이 그루브 제 1 측면(36)과 맞물고 제 2 측면 키면(68)이 그루브의 각을 이루어 배향된 제 2 측면(38)과 맞물도록 치수가 결정된다. 면(68)과 면(38)은 면 대 면의 접촉이 최대화되도록 상보적인 배향각을 갖는 것이 유리하다. 대략 40°내지 대략 70°, 대략 45°내지 대략 65°, 또는 대략 55°의 파이프 요소 길이방향 축(18)(도 1을 또한 참조)에 대해 측정된 측면 키면(68)에 대한 배향각이 고려된다. 면(66)과 면(36)이 상보적인 배향각을 갖는 것이 또한 유리하다. 대략 80°내지 대략 85°의 파이프 요소 길이방향 축(18)(도 1을 또한 참조)에 대해 측정된 측면 키면(66)에 대한 배향각이 고려된다.

일반적으로, 이 실시예에 대해, 그루브 바닥면(42)과 키(64)의 반경방향 대면 면(72) 사이에 갭(70)이 존재할 것이다. 이는 파이프 요소와 커플링 모두에 대한 공차 변동에 기인한다. 면(42)과 면(72) 사이의 약간의 갭은 결합에 강성을 제공하고 축방향 압축과 인장 하중 하에서 서로 이격된 관계로 파이프 요소를 유지하는 쐐기 작용을 통해 키가 그루브를 맞물도록 보장하는데 유리하다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 커플링 실시예(53, 69)를 사용하는 결합의 형성이 설치 준비 실시예에 대해서 위에서 설명한 바와 유사하게 진행된다. 다른 실시예가 또한 실현 가능하며, 예를 들면, 수직 키면(66)만이 그루브 제 1 측면(36)과 접촉하거나, 각을 이루어 배향된 키면(68)만이 그루브(24)의 제 2 측면(38)과 접촉한다. 커플링 세그먼트이 개스킷(60) 상에 부유하는 것이 또한 가능하며, 결합이 하중을 받을 때까지 적어도 초기에는 키면 중 어느 것도 그루브 표면과 접촉하지 않는다.

롤 성형

도 7은 파이프 요소의 단부를 롤 성형하여 그의 측벽에 형상을 부여하는 장치(74)를 도시한다. 장치(74)는 제 1 또는 내부 롤러(78)와 제 2 또는 외부 롤러(80)가 장착된 지지 프레임(76)을 포함한다. 내부 롤러(78)는 축(82)을 중심으로 회전하도록 장착되며 여기에서 개시된 냉간 가공 과정 중에 파이프 요소의 내면을 맞물고 이를 지지하도록 구성된다. 내부 롤러를 회전시키는 수단(84)이 장치(74)에 설치된다. 이러한 수단은, 예를 들면, 전기 모터나 펌프에 의해 작동되는 유압 모터를 포함할 수 있다. 외부 롤러(80)는 요크(yoke)(86) 상에 장착되고 내부 롤러(78)의 회전 축(82)과 대체로 평행인 축(88)을 중심으로 자유롭게 회전한다. 요크(86)는 외부 롤러(80)가 내부 롤러(78)를 향해 이동하거나 이로부터 멀리 이동할 수 있도록 허용하며, 그 결과로 이는 롤 성형 중에 파이프 요소의 외면을 맞물 수 있다. 요크(86)에 대해 외부 롤러(80)를 이동시키기 위해 수단(90)이 제공되며, 이러한 수단은, 예를 들면, 유압 액추에이터나 잭스크루를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 내부 및 외부 롤러(78, 80)의 예시적인 롤러 조합(92)이 도 8에 상세히 도시된다. 내부 롤러(78)는 여기에서 설명된 바와 같이 파이프 요소 측벽에 원하는 형상을 부여하기 위해 (또한 그들의 각각의 외경에 의해 서로 구별될 수 있는) 외부 롤러(80)를 포함하는 다양한 세그먼트와 협동하는 상이한 외경을 가진 복수의 세그먼트로 형성된다. 내부 롤러(78)는 외경(94a)을 갖는 제 1 세그먼트(94), 제 1 세그먼트와 인접하여 위치되고 외경(94a)보다 작은 외경(96a)을 갖는 제 2 세그먼트(96), 제 2 세그먼트와 인접하여 위치되고 외경(96a)보다 큰 외경(98a)을 갖는 제 3 세그먼트(98), 제 3 세그먼트와 인접하여 위치되고 외경(96a)보다 작은 외경(100a)을 갖는 제 4 세그먼트(100), 및 제 4 세그먼트와 인접하여 위치되고 외경(96a)과 대체로 동일한 외경(102a)을 갖는 제 5 세그먼트(102)로 이루어진다. 유사하게, 외부 롤러(80)는 외경(104a)을 갖는 제 1 세그먼트(104), 제 1 세그먼트(104)와 인접하여 위치되고 외경(104a)보다 큰 외경(106a)을 갖는 제 2 세그먼트(106), 제 2 세그먼트(106)와 인접하여 위치되고 외경(106a)보다 작은 외경(108a)을 갖는 제 3 세그먼트(108), 및 제 3 세그먼트(108)와 인접하여 위치되고 외경(106a)과 대체로 동일한 외경(110a)을 갖는 제 4 세그먼트(110)로 이루어진다.

도 8에 도시된 롤러 조합이 파이프 요소의 측벽을 냉간 가공하기 위해 장치(74)에 장착될 때, 롤러가 서로 협동하여 원하는 측벽 형상을 부여하도록 정렬된다. 도 8 내지 도 11에 도시된 예에서, 내부 롤러(78) 상의 세그먼트(94)가 외부 롤러(80) 상의 세그먼트(104)와 정렬되고; 내부 롤러 상의 세그먼트(96)가 외부 롤러 상의 세그먼트(106)와 정렬되며; 내부 롤러 상의 세그먼트(98)가 외부 롤러 상의 세그먼트(108)와 정렬되고, 내부 롤러 상의 세그먼트(100, 102)가 외부 롤러 상의 세그먼트(110)와 정렬된다.

상이한 외경을 가진 동일한 롤러 상에 인접한 세그먼트가 존재할 때 형성된 각각의 롤러 상의 환형 면들이 또한 파이프 요소 측벽에 원하는 형상을 부여하기 위해 서로 한 쌍으로 협동한다. 도 8에 추가로 도시된 바와 같이, 세그먼트(94, 96) 사이의 내부 롤러(78) 상에 위치한 환형 면(112)은 그루브(24)의 제 1 측면(36)을 형성하기 위해 세그먼트(104, 106) 사이의 외부 롤러(80) 상에 위치한 환형 면(114)과 협동한다. 환형 면(114)은 세그먼트(106)의 일부로 간주될 수 있고, 이 예에 있어서, 외부 롤러(80)의 회전 축(88)에 대해 대체로 수직으로 배향된다. 게다가, 세그먼트(106, 108) 사이의 외부 롤러(80) 상에 위치한 환형 면(116)은 그루브(24)의 제 2 측면(38)을 형성하기 위해 세그먼트(96, 98) 사이의 내부 롤러(78) 상에 위치한 환형 면(118)과 협동한다. 환형 면(116)은 또한 세그먼트(106)의 일부로 간주될 수 있고, 축(88)에 대해 각을 이루어 배향되어 있다. 배향각(120)은 대략 40°내지 대략 70°의 범위, 또는 대략 45°내지 대략 65°의 범위에 있을 수 있거나, 또는 대략 55°일 수 있다. 도시된 예에서, 내부 롤러(78) 상의 환형 면은 이들이 협동하는 외부 롤러(80) 상의 환형 면과 대체로 동일한 배향을 가질 수 있으나, 다른 구성이 물론 실현 가능하다. 롤러(78)와 롤러(80) 그리고 이들의 각각의 세그먼트와 환형 면 사이의 적절한 정렬이 플랜지(122)에 의해 설정되고 유지되며, 이 예에서, 플랜지(122)는 내부 롤러(78)로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 외부 롤러(80)가 냉간 가공 중에 이들 사이의 파이프 요소를 압축하기 위해 내부 롤러(78)를 향해 이동할 때 외부 롤러(80)의 그루브(124)를 맞문다.

도 9 내지 도 11은 도 1에 도시된 바와 같이 측벽 형상을 부여하기 위해 파이프 요소(10)를 롤 성형하는 예시적인 방법을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 파이프 요소(10)는 내부 롤러(78) 상에 지지되며, 그의 내부 면(126)이 각각의 접촉점(128, 129, 130)에 있는 세그먼트(94, 98, 102) 중 적어도 두 개와 접촉한다. 상대적으로 짧은 파이프 요소에 대해, 접촉은 128, 129, 및 130에서 이루어지거나 세 개 중 임의의 두 개에서 이루어질 수 있다. 더 긴 파이프 요소에 대해, 접촉이 128에서 이루어지거나 129 및 130에서 이루어질 수 있다. 외부 롤러(80)는 내부 롤러(78)를 향해 이동하고 세그먼트(106)로 파이프 요소(10)의 외면(132)과 접촉한다. 내부 롤러(78) 상의 플랜지(122)는 파이프 요소를 롤러 상에 축방향으로 적절히 위치시키기 위한 스토퍼로서 역할을 한다. 내부 및 외부 롤러(78, 80)가 파이프 요소(10)와 접촉하면, 내부 롤러는 회전 수단(84)에 의해 축(82)을 중심으로 회전된다. 이는 파이프 요소(10)가 내부 롤러(78)와 동일한 방향으로 회전하게 하며, 외부 롤러(80)가 축(88)을 중심으로 반대 방향으로 회전하게 한다. 내부 롤러를 회전시키고 외부 롤러를 이를 향해 이동시키는 것이 유리하지만, 롤러를 회전시키고 이동시키는 다른 조합이 또한 실현 가능하다고 이해된다. 두 롤러 사이의 파이프 요소 측벽을 압축하면서 파이프 요소를 고정시켜 움직이지 않게 유지하고 파이프 요소의 길이방향 축을 중심으로 기계를 이동시키는 것이 더 실제적이다. 이 경우에, 두 롤러 모두는 아이들러일 수 있으며, 즉, 회전하도록 동력을 받는 것이 아니고, 롤러와 파이프 요소 사이의 마찰의 결과로서 회전한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 롤러가 회전하는 동안에 롤러 사이의 파이프 요소를 압축하기 위해, 외부 롤러(80)가 내부 롤러(78)를 향해 이동된다. 파이프 요소 측벽(134)이 그에 의해 파이프 요소 내면(126)과 내부 롤러(78)의 세그먼트(94, 98) 및 외부 롤러(80)의 세그먼트(106, 110) 사이의 접촉을 통해 변형된다. 이 작용이 측벽(134)에 숄더(22), 그루브(24), 및 비드(26)를 형성하기 시작한다. 롤러와 파이프 요소가 계속 회전하고, 도 11에 도시된 바와 같이, 외부 롤러(80)가 측벽(134)을 더 압축하기 위해 내부 롤러(78)를 향해 더 이동된다. 측벽(134)이 숄더(22)를 형성하기 위해 세그먼트(94, 104) 사이에서 압축되며, 세그먼트 사이의 압축력이 숄더(22)의 영역에 걸쳐 측벽을 얇게 하고 도 1에 도시된 바와 같이 원하는 최종 외경(30)까지 직경을 확대시킨다. 측벽(134)이 또한 도 1에 도시된 외경(44)을 포함한 그루브 바닥(42)의 최종 치수를 설정하기 위해 세그먼트(96, 106) 사이에서 압축된다. 몇몇의 실시예에서, 그루브(24)를 포함하는 파이프 요소(10)의 부분의 내경(17)을 도 1에 도시된 바와 같이 (롤러 사이에서 압축되지 않는) 파이프 내경(19)과 대체로 동일하게 되게 설정하도록, 측벽(134)이 또한 세그먼트(96, 106) 사이에서 압축된다. 도 11에 대해서 추가로 도시된 바와 같이, 측벽(134)이 그루브(24)의 제 2 측면(38)을 형성하기 위해 환형 면(116)과 환형 면(118) 사이에서 압축된다 (제 1 측면이 환형 면(112, 114) 사이의 협동에 의해 형성됨). 세그먼트(110)는 또한 비드(26)의 형성을 돕기 위해 파이프 요소(10)의 외면(132)와 접촉한다.

스핀 성형

스핀 성형 기술을 사용하여 원주방향 숄더, 그루브 및 비드를 형성하는 것이 유리하다. 스핀 성형은 고정된 외부 다이와 이 다이 내의 궤도로 회전하는 롤러 공구를 사용한다. 파이프 요소가 다이와 공구 사이에서 다이 내에 유지되고, 공구가 파이프의 길이방향 축을 중심으로 궤도를 돈다. 공구의 궤도는 그 직경이 증가되고 공구는 파이프 요소의 내면에 대해 힘을 가하게 된다. 공구가 회전할 때, 이는 공구와 다이의 형상에 형상을 맞추도록 파이프 요소의 단부에 힘을 가한다.

스핀 성형은 파이프 요소 외경 공차 변동에 대한 공정의 민감도를 제거하기 때문에 유리하다. 파이프 요소를 냉간 가공하고 원하는 숄더-비드-그루브 형상을 제조하기 위해 롤 성형과 같은 기술이 사용될 수 있지만, 파이프 요소 외경의 변동으로 인한 반복 가능성의 허용 가능한 정도 내에 숄더와 그루브 외경을 설정하는 것은 어렵다. 그러나, 고정된 외부 다이를 사용한 스핀 성형을 사용함으로써, 외부 다이가 파이프 요소의 초기 직경과는 관계없이 파이프 요소의 외면 치수를 신뢰할 수 있게 설정하기 때문에, 파이프 요소 외경의 치수 변동은 중요하지 않다.

도 12 및 도 13은 예시적인 스핀 성형기(136)을 개략적으로 나타낸다. 도 13에 도시된 바와 같이, 성형기(136)는 네 개의 섹션(140, 142, 144, 146)으로 형성된 다이(138)를 포함한다. 다이 섹션은 베어링(도시되지 않음)에 장착되고, 각각의 액추에이터(148, 150, 152, 154)를 사용하여 서로를 향하거나 서로로부터 멀리 슬라이딩하여서 이동할 수 있다. 이러한 예에서, 편향된 쌍(offset pairs)(140과 142, 144와 146)로 구성된 네 개의 다이 섹션이 존재하지만 단지 두 개의 섹션만을 가진 다이도 실현 가능하다. 도 12에 도시된 바와 같이, 스핀 성형 공구(156)가 하우징(158)에 장착된다. 하우징(158)은 고정 회전축(160)을 가지며, 다이(138)를 향하거나 이로부터 멀리 가이드 로드(164)를 따라 이동하는 캐리지(162)에 장착된다. 액추에이터(166)는 캐리지(162)의 이동을 초래하고 이에 따라 다이를 향하거나 이로부터 멀어지는 스핀 성형 공구(156)의 이동을 초래한다. 하우징(158)이 캐리지에 또한 장착된 전기 모터(170)에 의해 베어링(168) 상의 캐리지(162)에 대해 상대적으로 축(160)을 중심으로 회전하여 구동된다. 하우징(158)의 회전축(160)은 다이 섹션(140, 142, 144, 146)이 함께 모일 때 한정된 개구부의 길이방향 축(161)과 대체로 평행하다. 그러나, 스핀 성형 공구(156)는 길이방향 축(172)을 하우징 회전축(160)으로부터 편향시키도록 한 방향으로 하우징(158)에 대해 상대적으로 이동될 수 있다. 스핀 성형 공구(156)의 편향 이동은 하우징(158)에 장착된 액추에이터(174)를 통해서 이루어진다. 스프링(176)은 액추에이터(174)의 힘이 제거될 때 스핀 성형 공구의 길이방향 축(172)을 하우징 회전축(160)과 동축으로 다시 정렬되게 이동시키는 복원력을 제공한다.

도 14에 도시된 바와 같이, 다이 섹션(140이 도시됨)은 스핀 성형 중에 파이프 요소(134)의 외면(134a)의 원하는 최종 형상을 제조하도록 형상화된

내부 면(178)을 갖는다. 게다가, 스핀 성형 공구(156)는 다이 섹션의 내면(178)과 협동하고 파이프 요소(134)의 재료가 변형되고 유동되도록 허용하기 위해 형상화된 외면(180)을 가지며, 그 결과로, 스핀 성형 공정 중에, 스핀 성형 공구(156)의 외면(180)이 파이프 요소(134)의 내면(134b)에 대해 밀어질 때, 파이프 요소(134)의 외면(134a)은 다이(138)의 내면(178)에 의해 한정된 원하는 형상을 갖는다.

작동 중에, 도 13 내지 도 16에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(148, 150)가 각각의 다이 섹션(140, 142)을 서로 멀어지도록 이동시킨다. 유사하게, 액추에이터(152, 154)는 각각의 다이 섹션(144, 146)을 서로로부터 멀어지도록 이동시키고, 그에 의해 다이(138)를 개방한다. 파이프 요소(134)는 그 다음에 다이 내로 삽입될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 파이프 요소(134)의 단부를 유지하기 위해 각각의 액추에이터를 사용하여 각각의 다이 섹션(140, 142, 144, 146)을 함께 모음으로써, 다이(138)는 그 다음에 폐쇄된다. 그 다음에, 도 12 및 도 14에 도시된 바와 같이, 액추에이터(166)가 캐리지(162)를 다이(138)를 향해 이동시킨다. 이때에 하우징(158)의 회전축(160)과 동축 정렬로 위치되고 그에 따라 다이(138)에 의해 한정된 길이방향 축(161)과 파이프 요소(134)의 길이방향 축(182) 둘 모두와 동축 정렬로 위치한 길이방향 축(172)을 갖는 스핀 성형 공구(156)가 다이(138)를 향해 이동된다. 스핀 성형 공구(156)가 다이에 의해 유지된 파이프 요소(134) 내에 삽입된다. 하우징(158)이 그 다음에 모터(170)에 의해 회전축(160)을 중심으로 회전되고, 액추에이터(174)는 스핀 성형 공구(156)의 길이방향 축(172)을 하우징의 길이방향 축(160)과 동축 정렬이 되지 않도록 이동시킨다. 이러한 구성은 도 15에 도시되며, 스핀 성형 공구(156)의 축(172)은 또한 파이프 요소(134)의 길이방향 축(182)으로부터 편향된다. 이러한 편심 구성은 스핀 성형 공구(156)가 하우징(158)의 회전을 따라 원형 궤도로 파이프 요소(134)의 길이방향 축(182)을 중심으로 회전하게 한다. 액추에이터(174)가 스핀 성형 공구(156)를 하우징(158)의 회전축(160)으로부터 더 멀어지도록 계속 이동할 때, 궤도의 직경은 증가한다. 하우징이 회전하는 중에 하우징(158)에 대한 스핀 성형 공구(156)의 계속적인 이동은 파이프 요소(134)의 내면(134b)에 대해 공구를 민다. 도 16에 도시된 바와 같이, 스핀 성형 공구(156)는 그의 궤도를 따라 파이프 요소 내면의 주위를 이동하면서 재료를 냉간 가공하며, 다이(138)의 내면(178)의 형상에 대체로 맞추도록 파이프 요소(134)의 외면(134a)을 민다. 이 예에서, 숄더(22), 그루브(24), 및 비드(26)가 형성된다. 그러나, 다이와 스핀 성형 공구의 형상에 따라 단지 숄더와 그루브만 또는, 비드와 그루브만 형성하는 것이 또한 가능하다. 스핀 성형 공구(156)와 파이프 요소(134)의 내면(134b) 사이의 마찰을 줄이기 위해, 스핀 성형 공구가 길이방향 축(172)을 중심으로 자유롭게 회전한다는 것을 주목하라. 스핀 성형 공정이 완료됨에 따라 원하는 숄더-비드-그루브 형상이 얻어지면, 하우징(158)의 회전은 멈추고, 스핀 성형 공구(156)의 길이방향 축(172)은 하우징 길이방향 축(160)과 정렬되도록 다시 이동하고, 캐리지(162)는 다이(138)로부터 멀어지도록 이동되며, 그에 의해 파이프 요소(134) 내로부터 스핀 성형 공구(156)를 제거한다. 다이 섹션(140, 142, 144, 146)을 떨어지게 이동시킴으로써, 다이(138)는 그 다음에 개방되며, 그에 의해 다이로부터 성형된 파이프 요소를 제거할 수 있게 된다.

위에서 설명된 바와 같이 그루브(24)의 양 측에 숄더(22)와 비드(26) 모두를 동시에 형성하기 위해 스핀 성형이 사용될 때, 파이프 요소의 재료가 그루브를 한정하는 파이프 요소의 영역 내로 유동되게 하고 그 결과로 스핀 성형 공구(156)의 궤도의 증가하는 직경에 대한 반대 방향으로 파이프 요소(134)의 길이방향 축(182)을 향해 반경방향 내측으로 이동하는 재료에 의해 그루브가 형성되는 것이 관찰된다. 그루브(24)를 형성하는 파이프 요소의 영역이 다이 내부 면(178)으로부터 멀어지게 이동하고, 갭(184)이 그루브 바닥(42)과 다이(138)의 내부 면(178) 사이에 형성된다. 그루브 바닥(42)은 성형 공정이 완료되면 다이(138)보다 직경이 더 작다. 스핀 성형 공구(156)의 반경방향 외측 방향으로의 이동과는 반대인 파이프 요소의 재료의 이 이동은 예기치 않은 것이며, 파이프 요소(134)가 성형되도록 허용하며 그루브(24)의 외면(134a)이 파이프 요소의 나머지의 외면; 즉, 그루브(24)를 가지지 않는 파이프 요소의 외면(134a)의 직경(188)보다 작은 직경(186)을 갖는다. 이러한 구성은 두 개의 회전 롤러 사이에서 파이프 요소를 단지 롤러 성형하는 것만으로 가능하다고 이전에는 생각했지만, 본 발명에 따르는 스핀 성형은 파이프 요소를 유지하는 고정 다이의 효과로 인해 파이프 요소의 정밀하고 반복될 수 있는 외부 치수를 유지하면서 이 구성이 달성되도록 허용한다. 스핀 성형은 단지 파이프 요소를 팽창시킬 수만 있으며; 즉, 스핀 성형에 의해 변형된 파이프 요소의 임의 부분이 원래의 치수보다 큰 직경을 가져야 한다고 생각되었기 때문에, 이는 예기치 못한 것이다. 그러므로, 통상적인 지식에 따르면, 스핀 성형 공정에서, 제 1 외경을 갖는 파이프 요소로 시작해서 제 1 외경보다 작은 제 2 외경을 갖는 파이프 요소의 부분으로 끝나는 것이 가능하지 않을 것이지만, 본 출원인은 본 발명에 따른 방법에서 스핀 성형을 사용하여 이를 달성했다.

숄더, 그루브 및 비드를 포함하는 파이프 요소 구성와 여기에서 도시되고 설명된 바와 같은 구성을 형성하는 방법과 장치는 얇은 벽의 파이프 요소가 기계적인 커플링에 의해 결합되고, 얇은 벽의 파이프 요소와 그루브가 있는 기계적 커플링에는 적합하지 않다고 종래에 생각된 고압력/고 하중 적용에 사용되도록 허용한다. 선행 기술의 파이프 요소에 비해 다양한 추가적인 이점이 또한 실현된다. 예를 들면, 그루브 바닥(42)의 외경(186)은 파이프 요소 외경 제조 공차의 관점에서 커플링과 파이프 요소 사이의 호환성을 위해 중요한 치수 매개 변수라는 것이 알려져 있다. 여기에서 개시된 스핀 성형 방법은 이 매개 변수가 최대 및 최소 파이프 직경 공차 모두에서 커플링과 호환될 수 있는 그루브가 성형되도록 제어되게 허용한다. 게다가, 확대된 숄더 직경(190)(파이프 요소 외경보다 큰 숄더(22) 외측 대면 면)과 감소된 그루브 바닥 직경(파이프 요소 외경보다 작은 그루브 바닥(42) 외경)의 조합은 더 가벼운 무게의 커플링이 성능 저하가 없이 사용될 수 있도록 허용한다. 그루브와 숄더 치수가 유지될 수 있는 더 엄격한 공차에 기인한 커플링들을 설계하는 것이 또한 더 용이하다. 실제적으로, 이는 더 가볍고 더 값싼 커플링과 더 높은 내부 압력을 견디는 더 강한 결합으로로 바꾼다. 개스킷 설계는 또한 제공된 더 엄격한 공차 때문에 단순화되고, 고압력 하에서 개스킷이 밀려나오거나 빠질 수 있는, 커플링 세그먼트 사이에 형성된 갭의 크기를 조절하기가 더 용이하다. 더 낮은 잔류 응력, 더 높은 잔류 연신과 더 강한 파이프 요소를 의미하는 파이프 요소를 덜 얇게 하는 것과 요구되는 냉간 가공을 줄임이 있으므로 제조상의 이점이 또한 확보된다. 비드(26)의 추가는 더 큰 강성의 결합을 허용하고 키가 그루브를 채우도록 허용하며, 쐐기 작용을 유리하게 사용한다. 쐐기 작용은, 예를 들면, 열 하중이나 수직방향 파이프 적층으로 인한 축방향의 압축 하에서도 파이프 요소를 일정한 거리로 커플링 내에 유지시킨다. 이는 파이프 요소가 만약 존재한다면 개스킷 중앙 다리를 눌러서 손상시키는 것을 방지한다. 확대된 숄더는 또한 그루브가 상대적으로 얇고 파이프 요소 내에 낮은 내부 형상에 제공하도록 허용한다. 각각의 결합에서 낮은 형상의 그루브는 파이프 요소를 통해 유동하는 유체에서 더 적은 수두 손실과 더 적은 난류를 야기한다. 게다가, 숄더와 동심인 그루브를 형성함으로써, 커플링과 파이프 요소 사이의 더욱 균일한 맞물림이 이루어지고, 누설의 가능성을 더욱 줄인다.

Claims (36)

1. 외경과 적어도 하나의 단부를 갖는 파이프 요소로서,
   상기 파이프 요소는,
   상기 단부에 위치한 숄더로서, 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되고 상기 숄더를 가지지 않는 상기 파이프 요소의 상기 외경보다 더 큰 외경을 갖는 외측 대면 면을 갖는 상기 숄더와,
   상기 숄더와 인접하여 위치한 그루브로서, 상기 그루브는 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되고, 상기 그루브는 상기 숄더와 인접하도록 위치한 제 1 측면, 상기 제 1 측면과 이격되도록 위치한 제 2 측면, 및 상기 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 연장되는 바닥면에 의해 한정되고, 상기 바닥면은 상기 그루브 및 상기 숄더를 가지지 않는 상기 파이프 요소의 상기 외경보다 더 작은 외경을 가지며, 상기 제 1 측면은 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 수직으로 배향되어 있는 상기 그루브와,
   상기 그루브와 인접하여 위치되는 비드로서, 상기 비드는 상기 파이프 요소의 둘레로 원주방향으로 연장되며 이로부터 반경방향으로 외측으로 돌출되며, 상기 비드를 가지지 않는 상기 파이프 요소의 외경보다 더 큰 외경을 갖는 정점을 갖는 상기 비드를
   포함하는, 파이프 요소.
2. 제 1항에 있어서, 상기 정점의 상기 외경은 상기 숄더의 상기 외측 대면 면의 상기 외경보다 더 작은, 파이프 요소.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 측면은 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 각을 이루어 배향되어 있는, 파이프 요소.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2 측면은 40° 내지 70°의 상기 길이방향 축에 대해 상대적으로 측정된 배향각을 갖는, 파이프 요소.
5. 제 3항에 있어서, 상기 제 2 측면은 45° 내지 65°의 상기 길이방향 축에 대해 상대적으로 측정된 배향각을 갖는, 파이프 요소.
6. 제 3항에 있어서, 상기 제 2 측면은 55°의 상기 길이방향 축에 대해 상대적으로 측정된 배향각을 갖는, 파이프 요소.
7. 제 1항에 있어서, 상기 숄더는 상기 제 1 측면과 인접하여 위치한 외측 대면 곡면을 더 포함하며, 상기 외측 대면 곡면은 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되고 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 수직으로 배향된 축 상에 곡률 중심을 갖는, 파이프 요소.
8. 제 1항에 있어서, 상기 파이프 요소는 내경을 가지고, 상기 그루브는 상기 파이프 요소의 상기 내경과 동일한 내경을 갖는, 파이프 요소.
9. 외경과 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 파이프 요소로서,
   상기 파이프 요소는,
   상기 제 1 단부 및 제 2 단부에 각각 위치한 제 1 숄더 및 제 2 숄더로서, 각각의 상기 제 1 숄더 및 제 2 숄더는 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되고 외측 대면 면을 가지며, 각각의 상기 외측 대면 면은 상기 제 1 숄더 및 제 2 숄더를 가지지 않는 파이프 요소의 상기 외경보다 큰 외경을 갖는 제 1 숄더 및 제 2 숄더와,
   상기 제 1 숄더 및 제 2 숄더에 각각 인접하여 위치한 제 1 그루브 및 제 2 그루브로서, 각각의 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브는 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되며, 각각의 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브는 상기 제 1 숄더와 제 2 숄더 중 하나와 인접하여 위치한 제 1 측면, 상기 제 1 측면과 이격되도록 위치한 제 2 측면, 및 상기 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 연장되는 바닥면에 의해 각각 한정되고, 각각의 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 상기 바닥면은 상기 그루브 및 상기 제 1 숄더 및 제 2 숄더를 갖지 않는 상기 파이프 요소의 상기 외경보다 작은 각각의 외경을 각각 가지며, 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 각각의 상기 제 1 측면은 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 수직으로 배향되어 있는 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브와,
   제 1 그루브 및 제 2 그루브에 각각 인접하여 위치한 제 1 비드 및 제 2 비드로서, 각각의 상기 제 1 비드 및 제 2 비드는 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되며 이로부터 반경방향으로 외측으로 돌출되며, 각각의 상기 제 1 비드 및 제 2 비드는 상기 제 1 비드 및 제 2 비드를 가지지 않는 상기 파이프 요소의 상기 외경보다 큰 외경을 갖는 각각의 정점을 갖는 상기 제 1 비드 및 제 2 비드를
   포함하는, 파이프 요소.
10. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 비드 및 제 2 비드 상기 정점의 각각의 상기 외경은 상기 제 1 숄더 및 제 2 숄더의 상기 외측 대면 면의 외경보다 작은, 파이프 요소.
11. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 각각의 상기 제 2 측면은 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 각을 이루어 배향되어 있는, 파이프 요소.
12. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 각각의 상기 제 2 측면은 40° 내지 70°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각을 이루어 배향되어 있는, 파이프 요소.
13. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 각각의 상기 제 2 측면은 45° 내지 65°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각을 이루어 배향되어 있는, 파이프 요소.
14. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 각각의 상기 제 2 측면은 55°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각을 이루어 배향되어 있는, 파이프 요소.
15. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 숄더와 제 2 숄더 각각은 상기 제 1 그루브와 제 2 그루브의 상기 제 1 측면의 각각의 하나와 인접하여 위치한 외측 대면 곡면을 더 포함하며, 상기 외측 대면 곡면 각각은 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되고 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 수직으로 배향된 각각의 축 상에 곡률 중심을 갖는, 파이프 요소.
16. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 단부와 제 2 단부는 서로 반대로 배치되는, 파이프 요소.
17. 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합으로서,
    상기 파이프 요소는 외경과 적어도 하나의 단부를 갖고,
    상기 커플링은,
    상기 파이프 요소의 상기 단부를 수용하는 중앙 공간을 둘러싸는 적어도 하나의 세그먼트를 포함하며, 상기 적어도 하나의 세그먼트는 상기 중앙 공간 내에 수용된 상기 파이프 요소를 맞무는 아치형 면을 가지며,
    상기 파이프 요소는,
    상기 단부에 위치한 숄더로서, 상기 숄더는 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되고 외측 대면 면을 가지며, 상기 외측 대면 면은 상기 숄더를 가지지 않는 상기 파이프 요소의 상기 외경보다 큰 외경을 갖는 상기 숄더와,
    상기 숄더에 인접하여 위치한 그루브로서, 상기 그루브는 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되고, 상기 그루브는 상기 숄더와 인접하도록 위치한 제 1 측면, 상기 제 1 측면과 이격되도록 위치한 제 2 측면, 및 상기 제 1 측면과 제 2 측면 사이에서 연장되는 바닥면에 의해 한정되고, 상기 바닥면은 상기 그루브 및 상기 숄더를 가지지 않는 상기 파이프 요소의 상기 외경보다 작은 외경을 가지며, 상기 세그먼트의 상기 아치형 면들이 상기 그루브 내에 수용되고, 상기 제 1 측면은 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 수직으로 배향되어 있는 상기 그루브와,
    상기 그루브와 인접하여 위치되는 비드로서, 상기 비드는 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되고 이로부터 반경방향으로 외측으로 돌출되며, 상기 비드를 가지지 않는 상기 파이프 요소의 상기 외경보다 더 큰 외경을 갖는 정점을 갖는 상기 비드를
    포함하는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
18. 제 17항에 있어서, 상기 정점의 상기 외경은 상기 숄더의 상기 외측 대면 면의 상기 외경보다 작은, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
19. 제 17항에 있어서, 상기 제 2 측면은 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 각을 이루어 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
20. 제 19항에 있어서, 상기 제 2 측면은 40° 내지 70°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각을 이루어 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
21. 제 19항에 있어서, 상기 제 2 측면은 45° 내지 65°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각을 이루어 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
22. 제 19항에 있어서, 상기 제 2 측면은 55°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각을 이루어 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
23. 제 17항에 있어서, 상기 숄더는 상기 제 1 측면과 인접하여 위치한 외측 대면 곡면을 더 포함하며, 상기 외측 대면 곡면은 상기 파이프 요소의 둘레에 원주방향으로 연장되며 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 수직으로 배향된 축 상에 곡률 중심을 갖는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
24. 제 17항에 있어서, 상기 커플링은 상기 중앙 공간을 둘러싸는 단부에서 서로 부착된 복수의 세그먼트를 포함하고,
    상기 세그먼트 각각의 아치형 면 각각은,
    상기 그루브의 상기 제 1 측면과 대면하는 제 1 측면 면과,
    상기 그루브의 상기 제 2 측면과 대면하는 제 2 측면 면과,
    상기 그루브의 상기 바닥면과 대면하는 반경방향 면을
    포함하는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
25. 제 24항에 있어서, 상기 제 1 측면 면은 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 수직으로 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
26. 제 24항에 있어서, 상기 제 1 측면 면은 상대적으로 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대한 각을 이루어 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
27. 제 26항에 있어서, 상기 제 1 측면 면은 80° 내지 85°의 상기 길이방향 축에 대해 상대적으로 측정된 배향각을 갖는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
28. 제 24항에 있어서, 상기 제 2 측면 면은 상기 파이프 요소의 길이방향 축에 대해 각을 이루어 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
29. 제 28항에 있어서, 상기 제 2 측면 면은 상기 제 2 측면이 상기 파이프 요소의 상기 길이방향 축에 대해 배향된 각도와 동일한 각도로 배향된, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
30. 제 28항에 있어서, 상기 아치형 면의 각각의 상기 제 2 측면 면은 40° 내지 70°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각도로 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
31. 제 28항에 있어서, 상기 아치형 면의 각각의 상기 제 2 측면 면은 45° 내지 65°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각도로 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
32. 제 28항에 있어서, 상기 아치형 면의 각각의 상기 제 2 측면 면은 55°의 상대적으로 상기 길이방향 축에 대한 각도로 배향되어 있는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
33. 제 24항에 있어서, 상기 커플링은 상기 세그먼트 중 두 개를 포함하되, 상기 세그먼트는 힌지를 사용하여 서로 부착되는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
34. 제 24항에 있어서, 상기 커플링은 상기 세그먼트 중 두 개를 포함하며, 상기 세그먼트는 상기 세그먼트의 반대쪽 단부에 위치한 파스너를 사용하여 단부에서 서로 부착되는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
35. 제 24항에 있어서, 상기 제 1 측면 면은 상기 그루브의 상기 제 1 측면과 접촉하는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.
36. 제 35항에 있어서, 상기 제 2 측면 면은 상기 그루브의 상기 제 2 측면과 접촉하는, 커플링과 적어도 하나의 파이프 요소의 조합.

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