KR101897156B1 - 비상 분리형 커플링 - Google Patents

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Abstract

제1 및 제2 커플링 절반부(1; 2)에 시스템 밀봉식 단부 플랜지(11, 21)를 구비한 분리형 커플링. 단부 플랜지는 경사면 또는 원추면(15; 25)를 포함하고 그 경사면 또는 원추면을 링 세그먼트(3)들로 파지하여, 결과적으로 그 경사면 또는 원추면이 프리스트레스 부재(4)에 의해 압박되게 한다. 커플링 절반부(1; 2)에 견인력이나 인장력이 과도하게 작용하는 경우에, 커플링 절반부가 프리스트레스 부재(4)의 힘을 이겨내어 분리된다.

Description

비상 분리형 커플링{EMERGENCY RELEASE COUPLING}
본 발명은 커플링의 제1 면과 제2 면 사이에 과도한 견인력 또는 인장력이 가해지는 경우에 두 개의 라인을 분리하기 위한 분리형 커플링에 관한 것이다.
탱크에 유체를 채우거나 탱크에서 유체를 비우는 경우에, 일반적으로 두 개의 라인이 서로 결합하는데, 이를 위해 작동 가능한 커플링이 사용된다. 하나의 라인이 고정 위치에 있는 경우에, 다른 라인은 차량에 연결되고 움직일 수 있다. 자동차, 탱커 트럭, 모든 종류의 차량, 선박, 또한 항공기까지 차량으로 고려된다. 두 개의 라인이 작동가능한 커플링에 의해 연결되어 있는 경우에 차량이 움직이게 되면, 라인 연결이 해체된다. 이를 방지하기 위해, 분리형 커플링이 작동하는 연결 라인에 배치되며, 이 분리형 커플링은 과도한 견인력 또는 인장력에 의해 연결되어 있던 두 개의 라인이 서로 분리된다. 이 분리형 커플링은, 라인들이 분리되는 경우에 대응하며 각각의 라인을 차단하는 자동 폐쇄 유체 장벽을 포함한다. 이러한 방식으로, 차량의 불필요한 동작이 환경을 훼손하는 긴급 상황으로 이어지는 것을 방지한다.
매우 차가운 매체, 예를 들면 액화 천연 가스(LNG)가 서로 연결되어 있는 라인을 통해 공급되어야 하고 전달되는 유체로서 고려된다. 이러한 연결된 라인에 있어서, 분리형 커플링은 매우 차가운 매체를 견뎌야만 한다.
청구항 1의 전제부에 따른 긴급 분리형 안전 커플링은 독일 공개 공보 DE 91 1 400 5 U1호로부터 공지되어 있다. 두 개의 커플링 하프는, 외부에서부터 커플링 하프의 연결 가장자리의 환형 홈 안으로 결합되고 궁극적으로 유지 부재(retaining element)를 구성하는 유지 링 세그먼트에 의해 서로 결합된다. 밀봉부가 커플링 하프들을 압박함에 따라, 커플링부가 레이디얼 하중이 제거된 경우에 쉽게 분리될 수 있다. 이러한 압박 밀봉부는 매우 낮은 온도에서 효과적이지 않다.
독일 공개 공보 DE 198 14 599 A1호는 단부면 위에서 서로 대향하게 놓인 칼라를 구비한 관형 연결이 개시되어 있고, 중간에 놓인 밀봉부(intermediate-lying seal)를 구비한 칼라는 분리가능한, 유체-밀봉식 연결을 형성하는 클램핑 장치를 이용하여 서로에 대하여 체결된다. O-링 또는 편평한 개스킷은 밀봉부로 불린다. 이러한 밀봉부는 매우 낮은 온도에서 효과적이지 않다.
본 발명의 목적은 매우 낮은 온도에서도 사용되기에 적합한 유형의 단단하고 간단히 제조될 수 있는 분리형 커플링을 제조하는 것이다. 또한, 이 분리형 커플링을 해제시키는 힘은 이 분리형 커플링의 적절한 치수화에 의해 기-설정될 수 있다.
이 신규한 분리형 커플링은, 각각의 내부에 자동 폐쇄 유체 장벽을 포함하며 커플링의 대향하는 면에 시스템-밀봉식(system-tight) 단부 플랜지를 포함하는 두 개의 커플링 하프를 포함한다.
단부 플랜지 간에 유체-밀봉식 연결을 얻기 위해, 시스템-밀봉 단부 플랜지는 일련의 링 세그먼트들에 의해 서로 밀착된다. 이 경우에, 서로 결합된 단부 플랜지는 링 세그먼트들에 의해 감싸지거나 고정된다. 그러나 이러한 방식은 과도한 인장력에 의해 고정이 해제될 수 있다. 따라서, 링 세그먼트들은 방향이 설정된 원추면 또는 경사면을 포함하여, 분리형 커플링을 당기는 경우에 반경방향 힘이 프리스트레스 부재의 힘에 대응하도록 링-세그먼트 위에 발생한다. 반경방향 외측을 향하는 링 세그먼트의 반경방향 힘이 프리스트레스 부재의 반경방향 내측을 향하는 힘을 초과하는 경우, 분리형 커플링이 해제된다. 프리스트레스 부재를 반경방향 내측을 향하는 힘에 대하여 치수화하여, 긴급 분리가 발생되는 라인 위에 인장력 또는 견인력을 조정하는 수단을 얻는다.
매우 낮은 온도에 맞게 구성되기 위해, 분리형 커플링는, 매우 낮은 온도에서도 상대 밀봉부에 확장 밀봉부의 밀봉 립을 밀착시키는 금속 확장 스프링을 구비한 확장 밀봉부를 포함한다. 매우 낮은 온도에서 취화되지 않는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 이와 유사한 재료가 밀봉 립의 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 기초로 설명된다.
도 1은 분리형 커플링을 통하는 종단면을 도시한다.
도 2는 링 세그먼트의 확대 상세도를 도시한다.
도 3은 별도의 링 세그먼트를 도시한다.
분리형 커플링은 일련의 링 세그먼트(3)에 의해 서로 결합된 제1 커플링 절반부(1)와 제2 커플링 절반부(2)를 포함한다. 링 세그먼트(3)들은 분리형 커플링의 주변부에서 프리스트레스 부재(4)에 의해 반경 방향 내측으로 압박되어 서로 고정된다.
제1 커플링 절반부(1)는 제1 시스템-밀봉식 단부 플랜지 또는 칼라(11)의 커플링 측(11a)을 포함하는 튜브형 하우징(10)을 포함한다. 제2 라인(secondary line)을 위한 연결용 나선부(12)가 제1 커플링 절반부의 다른 단부에 형성된다. 제2 커플링 절반부(2)가 제1 커플링 절반부에 대해 대체로 거울면 대칭으로 형성되며, 제2 연결용 나선부(22)와 제2 시스템-밀봉식 말단 플랜지 또는 칼라(21)를 구비한 하우징(20)을 포함한다. 커플링 절반부는, 비상 해제가 시작되는 경우에 원추형 밀봉 시트(13 또는 23)와 함께 작동하는 구면 실링 부재(53 또는 63)과 스프링(51 또는 61)을 각각 포함하는 자동 폐쇄 유체 장벽(5 또는 6)을 각각 포함한다. 스프링(51 또는 61)은 튜브형 하우징(10 또는 20)의 받침대(crosspiece: 16 또는 26) 위에서 지지된다.
단부 플랜지 또는 칼라(11, 21)는, 상호 잠금되는 커플링 측(11a 또는 21a)에서 서로 접한다. 이를 위해, 제1 단부 플랜지 또는 칼라(11)가 리세스(14)를 구비하고, 제2 단부 플랜지 또는 칼라(21)가 환형 축방향 돌출부(24)를 구비한다. 매우 낮은 온도에서도 효율적으로 작동하기 위해, 폐쇄 코일 스프링 형상의 확장 스프링(71)은 금속으로 이루어진다. 또한, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 매우 낮은 온도에서의 거동이 이와 유사한 재료가 밀봉 립(72)에 적합하다.
커플링 측(11a 또는 21a)에서부터 먼 쪽에 있는 측에서, 단부 플랜지 또는 칼라(11 또는 21)가, 반경방향의 내측에서 외측으로 볼 때 경사면이 서로 반대를 향하는 경사면(15 또는 25)에 해당하는 원추면을 각각 포함한다. 두 개의 형성된 원추의 원추형 끝(tip)이 장치의 축선 상에 놓이며 그 원추(cone)의 구멍의 각도는 65°내지 25°이고, 바람직하게는 더욱 한정하여 55° 내지 35°이다.
세 개 이상의 링 세그먼트(3)들은 장치의 원주 둘레에 일정하게 분배되어 있고, 서로 결합된 부분 원추면(15, 25)을 포함하는 단부 플랜지의 반경방향 단부의 형상에 대응하는, 그 반경방향 내부면 위에 리세스(30)를 포함한다. 따라서, 리세스(30)의 가장자리(31, 32)의 경사면은 부분 원추면(15, 25)에 대응한다. 링 세그먼트(3)들은 프리스트레스 부재(4)가 결합되는 별개의 외부 리세스(34)를 포함하며, 이 링 세그먼트들은 원추면(15 또는 25)에 대하여 반경방향 내측으로 압박된다.
프리스트레스 부재(4)는 서로 다른 구성을 가질 수 있다. 하나의 슬롯형 로크 와셔 또는 복수의 슬롯형 로크 와셔(slotted lock washer: 40, 41)가 프리스트레스 부재로 사용될 수 있으며, 이들 로크 와셔들은 단부에 인접하는 개구를 구비하는 링 체결부로 구성되어서, 조립을 위해 로크 와셔들이 서로 분리될 수 있다. 그러나, 프리스트레스 부재는 또한 링 세그먼트들 사이에서 연장되고 서로 고정시키는 인장 코일 스프링에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 프리스트레스 부재는 링 세그먼트들 둘레를 감싸는 하나 이상의 폐쇄 코일 스프링로 제작될 수도 있다. 링 세그먼트(3)들이 시스템 밀봉 플랜지 또는 칼라(11, 21)에 대하여 탄성적으로 압박되고 반경방향 내측으로 향하는 충분히 강한 힘을 발생하는 경우에, 프리스트레스 부재의 임의의 설계가 사용된다.
분리형 커플링의 작동에 있어서, 두 개의 원추면(15, 25)와 함께 작동하기 위해 경사면에 해당하는 가장자리(31, 32) 모두를 형성할 필요가 없다. 오직 하나의 원추면이 요구되며 원통형 가장자리가 다른 원추면 대신에 형성될 수 있다. 링 세그먼트(3)들 안의 리세스(30)는 도 3에 도시된 것과 같이 상응하게 형성되는 것으로 이해된다. 설치 보조기(mounting aid)로 사용되는 다른 외부 경사면(33)이 링 세그먼트에 형성된다. 이러한 경사면은 도 2에 따른 실시예의 경우에도 형성될 수 있다.
분리형 커플링의 작동 방식은 아래와 같다:
분리형 커플링이 이동되는 경우에, 링 세그먼트(3)가, 프리스트레스 부재(4)에 의해 가해지는 반경방향 내측을 향하는 힘에 의해 서로 결합되는 단부 플랜지 또는 칼라(11, 21)를 파지한다. 분리형 커플링의 반경방향으로 대칭인 구성에 의해, 그 분리형 커플링은 라인의 단부와 함께 라인에 형성된 갭으로 나사고정되어 삽입될 수 있다. 이는 이동 차량과 탱크 (또는 그 반대로) 사이에 라인 연결이 완성되는 작동가능한 커플링이 라인 안에 삽입되는 것으로 이해할 수 있다. 이제, 의도하지 않게 과도한 견인력이 라인 위에 작용하는 경우에, 원추면(15 또는 25)이 최소한 리세스(30)의 기울어진 반대면(32)에 압력을 가하고, 제거력(removal force)에 의해 반경방향 외측을 향하는 반경방향 힘이 일련의 링 세그먼트(3)들에 작용한다. 이러한 힘이 내측으로 향하는 프리스트레스 부재(4)의 유지력을 초과하는 경우, 이 프리스트레스 부재(4)가 확장되며, 단부 플랜지 또는 칼라(11 또는 21)가 리세스(30) 밖으로 인출될 수 있다. 이렇게 되는 경우, 커플링 절반부(1, 2)가 서로 분리된다. 이때 유체 장벽(5 또는 6)이 작동한다. 즉, 이러한 유체장벽의 스프링이 밀봉 원추를 할당된 밀봉 시트(13 또는 23)에 대하여 이동시킨다. 따라서, 원치않는 유체의 누출이 방지된다.
분리형 커플링은 프리스트레스 부재(4)를 좌우로 당기고(spreading apart) 커플링 절반부(1, 2)를 함께 움직이고 프리스트레스 부재(4)를 해제하여 재조립되되, 링 세그먼트(3)가 결합 단부 플랜지 또는 칼라(11 또는 21)의 반경방향 가장자리를 파지하고 분리형 커플링이 다시 제 기능을 한다.
이와 같이 단단하고 간단히 제조되는 분리형 커플링은, 설명되고 개시된 것과 같이, 제1 및 제2 커플링 절반부(1, 2) 상의 시스템-밀봉식 단부 플랜지(11, 21)를 포함한다. 단부 플랜지(11, 21)는, 경사면 또는 원추면(15, 25)을 포함하고, 프리스트레스 부재(4)에 의해 경사면 또는 원추면(15, 25)에 대해 압박되는 링 세그먼트(3)에 의해 파지된다. 커플링 절반부(1, 2) 위에 견인력이 과하게 작용하는 경우, 커플링 절반부는 프리스트레스 부재(4)의 힘에 대항하여 분리될 수 있다.

Claims (7)

  1. 제1 커플링 면과 제2 커플링 면 사이에서 분리 면에 걸쳐서 견인력 또는 인장력이 과도하게 작용하는 경우에 2개의 라인을 분리하는 분리형 커플링으로,
    - 원통 주연부를 구비하는 튜브형 하우징(10)과 상기 튜브형 하우징(10) 내부에 자동 폐쇄 유체 장벽(5)을 구비하며, 제1 시스템 밀봉식 커플링 측(11a)을 형성하는 제1 커플링 절반부(1),
    - 원통 주연부를 구비하는 튜브형 하우징(20)과 상기 튜브형 하우징(20) 내부에 자동 폐쇄 유체 장벽(6)을 구비하며, 제2 시스템 밀봉식 커플링 측(21a)을 형성하는 제2 커플링 절반부(2),
    - 서로 결합되어 있는 시스템 밀봉식 커플링 측(11a, 21a)들을 파지하기 위한 파지 단면을 가진 일련의 링 세그먼트(3)들을 포함하며,
    - 상기 시스템 밀봉식 커플링 측 중 적어도 한쪽은 상기 커플링의 분리 면에 대하여 외측으로 기울어진 경사면 또는 원추면(15, 25)을 포함하고, 상기 커플링 측을 파지하는 단면의 상기 링 세그먼트(3)들은 각각 상기 경사면 또는 원추면(15, 25)에 대응하는 적어도 하나의 경사면 또는 원추면(31, 32)을 각각 포함하며, 상기 적어도 하나의 경사면 또는 원추면(31, 32)은 커플링 절반부가 서로 연결되면, 대응하는 커플링 측의 경사면 또는 원추면(15, 25) 위에 놓이고,
    - 상기 분리형 커플링은 링 세그먼트(3)를 파지하고 시스템 밀봉식 커플링 측(11a, 21a)들의 상기 경사면 또는 원추면(15, 25)에 대하여 상기 링 세그먼트(3)를 압박하는 프리스트레스 부재(4)를 구비하는 분리형 커플링에 있어서,
    - 상기 분리형 커플링은 제1 시스템 밀봉식 커플링 측(11a) 및 제2 시스템 밀봉식 커플링 측(21a) 각각의 상기 튜브형 하우징의 각 원통 주연부를 넘어 돌출하는 단부 플랜지 또는 칼라(11, 21)로, 상기 단부 플랜지 또는 칼라(11, 21)에는 상기 경사면 또는 원추면(15, 25)이 형성되어 있는, 단부 플랜지 또는 칼라(11, 21)를 구비하고,
    - 제1 단부 플랜지 또는 칼라(11)의 리세스(14) 안에 놓인 확장 밀봉부(7)가 상대 밀봉부인 제2 단부 플랜지 또는 칼라(12)의 축방향 환형 돌출부(24)의 축 방향으로 연장하여 존재하는 면과 함께 작동하며,
    - 링 세그먼트(3)를 파지하는 상기 프리스트레스 부재(4)가 상기 분리형 커플링의 상기 분리 면에서 단부 플랜지 또는 칼라(11, 21)의 경사면 또는 원추면(15, 25)을 탄성적으로 압박하는 것을 특징으로 하는 분리형 커플링.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리스트레스 부재(4)는 슬롯형 로크 와셔(slotted lock washer: 40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리형 커플링.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리스트레스 부재(4)는, 링 세그먼트들 사이에서 연장되고 링 세그먼트들을 고정하는 인장 스프링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분리형 커플링.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프리스트레스 부재(4)는, 링 세그먼트(3)들을 파지하는 하나 이상의 폐쇄 코일 스프링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 분리형 커플링.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 원추면(15, 25)의 구멍의 각도는 65°내지 25°인 것을 특징으로 하는 분리형 커플링.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 링 세그먼트(3)들은 외부 경사면(33)을 포함하되, 상기 외부 경사면(33)은 링 세그먼트(3)의 인접하는 내부 경사면 또는 원추면(32) 반대편에 있으며 설치 보조기로 유용한 것을 특징으로 하는 분리형 커플링.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 시스템 밀봉식 커플링 측(11a, 21a)에서부터 먼 쪽에 있는 상기 커플링 절반부(1, 2)의 단부에 제2 라인을 연결하기 위한 연결용 나선부(12, 22)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분리형 커플링.
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