KR101968055B1 - 복합관용 확관 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 복합관용 확관 장치와 확관 방법은 스테인리스 스틸관과 강관을 확관하여 스테인리스 스틸관이 강관에 밀착 결합되도록 하되 관이 완전한 원형이 되도록 확관할 수 있고, 확관 공정시 스테인리스 스틸관과 강관 사이에 존재하는 공기 등 이물질을 외부로 잘 배출할 수 있다는 특징을 갖고 있다.

Description

복합관용 확관 장치 및 방법{Apparatus and methods for expanding a composite pipe}
본 발명은 복합관용 확관 장치에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는 스테인리스 스틸관과 강관을 확관하여 스테인리스 스틸관이 강관에 밀착 결합되도록 하되 관이 완전한 원형이 되도록 확관할 수 있고, 확관 공정시 스테인리스 스틸관과 강관 사이에 존재하는 공기 등 이물질을 외부로 잘 배출할 수 있는 확관 장치에 대한 것이다.
아울러, 본 발명은 이러한 확관 장치를 이용한 확관 방법에 대한 것이기도 하다.
일반적으로, 상수용 대형 배관으로 강관이나 주철관이 널리 사용되어 왔다.
주철관은 그 내부에 발생하는 녹과 스케일이 수질 저하의 원인이 된다는 문제점이 있다. 이 문제점을 해결하기 위해서, 주철관의 내부면을 시멘트 또는 에폭시 수지 등으로 피복하기도 하지만, 시멘트와 에폭시 수지가 탈락되어 물을 오염시키고 배관을 막는 문제가 생기기도 한다.
이와 같이 주철관이 문제점을 갖고 있지만, 대형관에 작용하는 수압이나 수충격에 대해 주철관이 갖는 우수한 물성을 능가할만한 관이 없었으므로, 부득이 주철관이 상수용 배관으로 지속적으로 사용되어 왔다.
그런데, 정부나 지방자치단체가 정수장에 막대한 예산을 투입하여 맑은 물을 공급하기 위해 노력을 기울여 왔으나, 주철관의 상기 문제점으로 인해서 각 가정에서는 정수기를 이용하지 않고서는 수돗물을 그대로 음용하는 것을 꺼리는 실정이다.
한편, 스테인리스 스틸관은 내식성이 우수하고 물맛이 좋으므로 상수용 배관으로 사용될 수 있지만, 그 가격이 고가이고 일부 지역에서 토양 부식(전위 부식 등) 등의 문제 때문에 사용이 극히 제한적이다.
하지만, 음용수에 대해서는 스테인리스 스틸관이 가장 적합하다는 점은 누구나 인정하므로, 스테인리스 스틸을 이용하되 가격이 저렴하고 강도도 높은 관이 필요한 실정이다.
본 출원인은 이러한 점을 고려하여 스테인리스 스틸관과 강관 및 방식층(수지층)으로 이루어진 대형 복합관을 개발한 바 있다. 상기 복합관은 강관의 내부에 스테인리스 스틸관을 삽입한 후, 스테인리스 스틸관과 강관을 확관시켜 제조된다. 상기 확관에 의해서, 또는 확관과 접착층(스테인리스 스틸관과 강관 사이에 형성된 접착층)에 의해서 스테인리스 스틸관은 강관에 밀착 결합될 수 있다.
도 1a는 기존의 확관 금형(10)이 관(1)의 내부에 삽입된 상태를 보여주고, 도 1b는 확관을 위해서 확관 금형(10)이 반경 방향으로 이동한 것을 보여준다. 그리고, 도 1c는 확관 후의 관(1)을 보여준다.
확관 금형(10)은 관(1)의 길이 방향으로 길게 형성된 4개의 확관 부재(12)를 포함하고, 4개의 확관 부재(12)는 도우넛 단면 형상을 이루도록 배치된다.
확관 금형(10)이 수축한 상태(도 1a)에서는 그 외주면이 전체적으로 원형을 이루지만, 확관 금형(10)이 팽창한 상태(확관 부재가 반경방향으로 이동된 상태. 도 1b)에서는 확관 부재(12)의 좌우 끝부분과 관 사이에 이격된 부분이 존재하고 이 이격된 부분은 관을 가압하지 못하므로 확관이 불완전하게 된다. 또한, 확관 금형(10)이 팽창한 상태에서는 확관 부재(12)들 사이에도 이격된 부분이 존재하고 이 이격된 부분은 관을 가압하지 못하므로 확관이 불완전하게 된다. 따라서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 확관 완료된 관(1)이 완전한 원형을 이루지 못하게 되는 문제점이 있다.
아울러, 상기 확관 금형(10)은 스테인리스 스틸관(5)과 강관(3) 사이에 있는 공기, 수증기 등과 같은 이물질이 확관시에 외부로 배출되지 못하고, 이에 따라 스테인리스 스틸관(5)과 강관(3)의 결합력이 떨어진다는 문제점도 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 스테인리스 스틸관과 강관을 확관하여 스테인리스 스틸관이 강관에 밀착 결합되도록 하되, 관이 완전한 원형이 되도록 확관할 수 있는 확관 장치를 제공하고자 하는 목적을 갖고 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 확관 공정시 스테인리스 스틸관과 강관 사이에 존재하는 공기, 수증기 등과 같은 이물질을 외부로 잘 배출할 수 있는 확관 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 위와 같은 확관 장치를 이용한 확관 방법을 제공하는 데 있다.
일반적으로, 복합관은 스틸과 고내식성을 가진 클래드 강판으로 조관 후 용접하거나 강관에 고내식성 관을 삽입하여 융합하거나 유체 압력 등을 이용한 하이드로잉 포밍으로 제작하여 왔으나, 클래드 강판은 가격이 고가이고 두 소재를 결합하는 제조공정은 시설비 및 제조비용이 높으며 하이드로 포밍은 결합한 두 소재가 분리되거나 불량률이 높고 가격이 높아 널리 사용되지 못하는 현실이다.
한편, 수도관 중에서 급수관은 압력이 3~5kgf/mm2, 송수나 배수관은 압력이 8~10kgf/mm2 이내이고 수충격이 발생하여도 20kgf/mm2 정도 이내이므로, 본 출원인은 수도관의 유체 흐름 특성상 끝단부만 잘 고정시키거나 양쪽 단부를 스테인리스 스틸로 덮음으로써 해결할 수 있으며 접착제(수지)를 이용하면 70N/mm2 이상의 접착력을 가지므로 충분한 결합력을 얻을 수 있다는 점에 착안하여 새로운 복합관을 개발하였고, 이를 대한민국 특허등록 제1870297호, 제1870573호로 등록받은 바 있다. 그리고, 상기 특허의 등록공보에 포함된 내용은 모두 본 명세서에 포함된다.
도 2a ~ 2b에 나타난 바와 같이, 상기 복합관(20)은 강관(21)과, 강관(21)의 내부에 삽입된 스테인리스 스틸관(23) 및, 방식층(25)을 포함한다. 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23) 사이에 접착층(도면에 미도시)이 더 포함될 수도 있다. 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23)은 확관만으로 결합되거나 확관과 접착제로 결합될 수 있다.
스테인리스 스틸관(23)의 두께는 강관(10) 두께의 5% ~ 50%인 것이 바람직하고, 방식층(25)은 폴리에틸렌(PE)과 같은 수지로 이루어진 수지층 또는 도장층으로서 대체로 0.3mm ~ 3mm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
스테인리스 스틸관(23)은 그 단부가 바깥쪽으로 연장(이 연장된 부분을 '연장부(24)'라고 함)된 후
Figure 112018115294544-pat00001
형상으로 성형되어 강관(21)의 단부 측면(21a)과 윗면(21b)을 덮는 것이 바람직하다. 한편, 스테인리스 스틸관(30)의 연장부가
Figure 112018115294544-pat00002
형상으로 성형되어 강관(21)의 단부 측면(21a)만을 덮을 수도 있다.
스테인리스 스틸관(23)의 연장부(24)가
Figure 112018115294544-pat00003
또는
Figure 112018115294544-pat00004
형상으로 성형된 구성은 '확관' 또는 '확관 및 접착층'과 협력하여 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)의 결합을 매우 견고하게 한다.
한편, 도 3은 본 출원인이 개발한 또 다른 복합관(30)을 보여준다. 복합관(30)은 한쪽 단부 또는 양쪽 단부에 플랜지(f)를 갖는다. 스테인리스 스틸관(23)의 연장부(24)는
Figure 112018115294544-pat00005
형상으로 성형되어 플랜지(f)의 앞면(31)을 덮는다.
상기 복합관(30)을 제조하기 위한 확관 공정은, (i) 강관(21)의 단부를 확관하고, (ii) 이어서, 강관(21)의 양쪽 단부에 링 형상의 플랜지(f)를 용접으로 결합시킨 후, (iii) 스테인리스 스틸관(23)을 강관(21)의 내부에 삽입하고, (iv) 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23)을 예열(열처리)한 후, 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23)을 전체 길이에 걸쳐서 확관한다. 이러한 확관 방법은 아래에서 설명될 확관 장치(100)(200)(300)를 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 확관 장치(100)(200)는, 적어도 두 개의 확관 부재(112)(212)가 도우넛 단면 형상을 이루도록 배치된 확관 금형(110)(210); 확관 금형(110)(210)의 외주면을 감싸는 외측 튜브(130)(230); 및, 확관 금형(110)(210)을 동시에 또는 순차적으로 관의 반경 방향으로 이동시켜 외측 튜브(130)(230)를 가압하는 가압 수단;을 포함할 수 있다.
확관 금형(110)(210)의 내측에는 관의 길이 방향을 따라 관통부(116)(216)가 형성된다. 관통부(116)(216)에는 가압 수단이 설치될 수 있다.
상기 가압수단은 관의 길이 방향을 따라 설치된 내측 튜브(140)를 포함할 수 있다. 내측 튜브(140)는 외부로부터 유체를 공급받아 팽창된다. 내측 튜브(140)의 팽창으로 인해 확관 부재(112)가 관의 반경 방향으로 이동하여 외측 튜브(130)를 가압함으로써 확관이 이루어진다.
외측 튜브(130)(230)는 그 내부의 밀폐된 공간을 갖되, 밀폐된 공간에는 유체가 충진된다.
한편, 확관 금형(210)은 관의 길이 보다 짧은 폭(w)을 갖고, 복수 개의 확관 금형(210)이 서로 이웃하도록 배치된다. 각각의 확관 금형(210)은 이웃하는 확관 금형(210)과는 독립하여 관의 반경 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 가압수단은 가압봉(220) 또는 유압 실린더인 것이 바람직하다.
가압봉(220)은 복수 개의 확관 금형(210)의 관통부(216)를 순차적으로 관통하면서 확관 금형(210)을 관의 반경 방향으로 이동시켜 확관을 한다.
그리고, 유압 실린더는 각각의 확관 금형(210)과 대응되도록 관통부(216)에 설치된다. 예를 들어, 관 중앙과 대응되는 유압 실린더가 팽창하면 해당 부분의 확관 금형(210)이 바깥쪽으로 팽창하여 확관을 하고, 이어서 팽창된 확관 금형(210)과 이웃하는 확관 금형(210)이 바깥쪽으로 팽창하여 확관을 함으로써 순차적으로 확관이 이루어진다.
한편, 확관 부재(212)의 앞면에는 돌기 라인(213)이 반경 방향으로 형성되고 확관 부재(212)의 뒷면에는 홈 라인(214)이 반경 방향으로 형성될 수 있다. 돌기 라인(213)이 이웃하는 확관 부재(212)의 홈 라인(214)에 삽입된 상태에서 슬라이딩되는 것에 의해서 확관 부재(212)의 반경 방향 이동이 가이드될 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 확관 장치(300)는, 소정 간격으로 설치된 다수 개의 격벽판(310); 격벽판(310) 사이에서 관의 반경 방향으로 팽창 가능하도록 설치된 튜브(320); 및, 각 튜브(320)에 유체를 공급하는 유체 공급수단;을 포함할 수 있다.
상기 유체 공급수단은 관의 중앙 또는 관의 단부와 대응되는 튜브(320)에 먼저 유체를 공급하여 해당 튜브(320)가 팽창되도록 하고, 팽창된 튜브(320)의 내부 압력이 소정 압력에 도달하면 팽창된 튜브(320)와 인접하는 튜브(320)에 유체를 공급하여 팽창시키고, 이에 따라 관이 순차적으로 확관될 수 있다.
상기 유체 공급수단은 밸브(340)를 포함할 수 있다. 밸브(340)는 격벽판(310)을 사이에 두고 이웃하는 튜브(320)를 연결하도록 설치된다. 따라서, 상기 유체가 밸브(340)를 통해 이웃하는 튜브(320)에 순차적으로 공급되는 것에 의해서 관이 순차적으로 확관될 수 있다.
본 발명에 따른 복합관용 확관 방법은, (a) 강관(21)의 내부에 스테인리스 스틸관(23)을 삽입하는 단계; (b) 상기 (a) 단계 이후에, 확관 장치를 스테인리스 스틸관(23)의 내부에 삽입하는 단계; 및, (c) 가압수단을 이용하여 확관 금형(110)(210)을 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동시켜 외측 튜브(130)(230)를 가압하는 단계;를 포함할 수 있다. 외측 튜브(130)(230)가 가압되면 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)이 확관되고, 이에 따라 스테인리스 스틸관(23)이 강관(21)에 밀착 결합될 수 있다.
상기 가압 수단은 내측 튜브(140), 가압봉(220) 및 유압 실린더 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 확관 방법은, (a1) 강관(21)의 내부에 스테인리스 스틸관(23)을 삽입하는 단계; (b1) 상기 (a1) 단계 이후에, 확관 장치(300)를 스테인리스 스틸관(23)의 내부에 삽입하는 단계; 및, (c1) 튜브(320)를 복합관의 반경 방향으로 팽창시켜 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23)을 확관하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 확관 장치(300)는, 소정 간격으로 설치된 다수 개의 격벽판(310); 격벽판(310) 사이에서 관의 반경 방향으로 팽창 가능하도록 설치된 튜브(320); 및, 각 튜브(320)에 유체를 공급하는 유체 공급수단;을 포함할 수 있다.
상기 유체 공급수단은 관의 중앙 또는 관의 단부와 대응되는 튜브(320)에 먼저 유체를 공급하여 해당 튜브(320)가 팽창되도록 하고 팽창된 튜브(320)의 내부 압력이 소정 압력에 도달하면 팽창된 튜브(320)와 인접하는 튜브(320)에 유체를 공급하여 팽창시키고, 이에 따라 관이 순차적으로 확관될 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 스테인리스 스틸관과 강관을 확관하여 스테인리스 스틸관이 강관에 밀착 결합되도록 하되, 관이 완전한 원형이 되도록 확관할 수 있다.
둘째, 확관 공정시 스테인리스 스틸관과 강관 사이에 존재하는 공기, 수증기 등과 같은 이물질을 외부로 잘 배출할 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 확관 금형이 관 내부에 설치된 것을 보여주는 단면도.
도 1b는 도 1a의 확관 금형이 반경 방향으로 이동한 것을 보여주는 단면도로서, 확관이 이루어지기 직전을 보여주는 도면.
도 1c는 도 1a의 확관 금형에 의해서 확관이 이루어진 관을 보여주는 단면도.
도 2a는 복합관의 일 예를 보여주는 단면도.
도 2b는 도 2a의 II-II' 단면도.
도 3은 플랜지를 갖는 복합관의 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 확관 장치를 보여주는 분해 사시도.
도 5a는 도 4의 확관 장치가 관에 삽입된 것을 보여주는 단면도.
도 5b는 도 4의 확관 장치에 의해 확관이 이루어지는 것을 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확관 장치가 관에 삽입된 것을 보여주는 단면도.
도 7은 도 6의 확관 장치에 구비된 확관 금형을 보여주는 분해 사시도.
도 8은 도 7의 확관 금형이 가압봉에 의해서 반경 방향으로 순차적으로 이동하는 것을 보여주는 단면도.
도 9는 확관 금형의 변형예를 보여주는 분해 사시도.
도 10a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 확관 장치가 관에 삽입된 것을 보여주는 단면도.
도 10b는 도 10a의 확관 장치에 의해서 관의 단부부터 순차적으로 확관되는 것을 보여주는 단면도.
도 11a는 도 10a의 확관 장치의 변형예로서, 유체 공급관이 관 중앙의 튜브에 연결된 것을 보여주는 단면도.
도 11b는 도 11a의 확관 장치를 이용하여 관의 중앙부터 양쪽 단부를 향하여 순차적으로 확관하는 것을 보여주는 단면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
아래에서는 본 발명을 설명하기 위하여 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)을 확관하여 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)을 밀착 결합하는 것을 예로 들기로 한다. 하지만, 본 발명에 따른 확관 장치와 확관 방법은 특정한 관에 한정되지 않고 다양한 관에 적용될 수 있다. 그리고, 본 발명은 대형 복합관, 예를 들어 외경 100mm(최종 제품 기준) 이상의 복합관에 적합하지만 그보다 작은 직경의 관에도 적용될 수 있다.
아울러, 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)의 결합을 견고하게 하기 위해서 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21) 사이에 접착층(27)이 형성될 수도 있다. 이러한 점들은 본 명세서를 참조한 이 기술 분야의 통상의 기술자가 자명하게 또는 쉽게 알 수 있을 것이다.
[제1 실시예]
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 확관 장치를 보여주는 분해 사시도이고, 도 5a는 상기 확관 장치가 관에 삽입된 것을 보여주는 단면도이며, 도 5b는 상기 확관 장치의 확관 금형이 반경 방향으로 이동된 것을 보여주는 단면도이다.
도면에 나타난 바와 같이, 확관 장치(100)는 확관 금형(110)과, 확관 금형(110)을 관의 반경 방향으로 이동시키는 가압 수단 및, 확관 금형(110)을 감싸도록 설치된 외측 튜브(130)를 포함한다.
확관 금형(110)은 적어도 두 개의 확관 부재(112)가 도우넛 단면 형상을 이루도록 배치되어 이루어진다.
확관 부재(112)는 관의 길이 방향으로 길게 형성된 것으로서, 부채꼴 형상의 단면을 가지며, 이에 따라 그 외주면과 내주면은 곡면, 바람직하게는 원호를 이룬다. 확관 금형(110)이 수축된 상태(도 5a)일 때, 확관 부재(112)의 측면은 이웃하는 확관 부재(112)의 측면과 접하게 되고, 확관 금형(110)이 팽창된 상태(도 5b. 즉, 확관 부재가 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동)일 때, 확관 부재(112)의 측면은 이웃하는 확관 부재(112)의 측면과 이격된다. 한편, 도면에는 확관 금형(110)이 4개의 확관 부재(112)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 확관 부재(112)의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다.
확관 금형(110)의 내부에는 관통부(116)가 형성된다. 관통부(116)는 관의 길이 방향을 따라 형성된 것으로서, 관통부(116)에는 가압수단이 설치된다. 가압수단에 의해서 확관 금형(110)이 팽창되면(도 5b), 외측 튜브(130)가 가압되어 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)이 바깥쪽으로 확관된다. 그리고, 확관 금형(110)이 수축되면(확관 부재가 원위치로 복귀되면) 외측 튜브(130)의 가압이 해소되고, 이에 따라 확관된 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)이 약간 수축되는데, 이 때 원래 형상으로 복귀하고자 하는 힘은 스테인리스 스틸관(23) 보다 강관(21)이 더 크므로 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)이 강하게 결합될 수 있다.
외측 튜브(130)는 확관 금형(110)의 외주면을 감싸도록 설치된다. 외측 튜브(130)의 내부에는 빈 공간이 형성되며, 빈 공간에는 오일 또는 압축 공기 또는 물 등이 충진될 수 있다. 외측 튜브(130)는 복합관의 내경 보다 작은 외경을 갖는다. 그리고, 외측 튜브(130)는 확관 금형(110)이 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동하는 것에 대응하여 외측으로 팽창되어 관을 가압할 수 있고 확관 금형(110)이 원 상태로 복귀되는 것에 대응하여 원 상태로 복귀될 수 있도록 탄력성과 신축성을 갖는 것이 바람직하다.
가압 수단은 내측 튜브(140)인 것이 바람직하다. 내측 튜브(140)는 관통부(116)를 관통하도록 갈게 설치된다. 내측 튜브(140)의 내부에는 빈공간이 형성되고, 상기 빈 공간에는 오일 또는 물 또는 압축공기 등이 충진될 수 있다.
내측 튜브(140)는 외부로부터 공급된 유체, 예를 들어 오일 또는 물 또는 압축공기 등에 의해서 팽창될 수 있다. 상술한 바와 같이, 내측 튜브(140)가 팽창되면 확관 부재(112)가 관의 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동되고, 이에 따라 확관 부재(112)가 외측 튜브(130)를 가압하게 된다. 외측 튜브(130)의 내부 공간은 오일 등으로 충진되어 있으므로 내부 공간의 압력이 모두 동일하고, 이에 따라 확관 부재(112) 사이의 이격된 부분을 포함한 모든 부분에 동일한 압력이 작용하게 되어 확관이 동일하게 이루어지며, 이에 따라 관은 완전한 원형이 되도록 확관될 수 있다.
한편, 가압 수단은 유압 실린더(도면에 미도시)일 수도 있다. 유압 실린더는 관통부(116)에 설치되되, 각각의 확관 부재(112)와 대응되도록 설치된다. 따라서, 유압 실린더가 신장되면 확관 부재(112)가 바깥쪽으로 이동하여 확관이 이루어지고 유압 실린더가 수축되면 확관 부재(112)가 원위치로 이동하게 된다.
[제2 실시예]
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확관 장치가 관에 삽입된 것을 보여주는 단면도이고, 도 7은 상기 확관 장치에 구비된 확관 금형을 보여주는 분해 사시도이다. 그리고, 도 8은 확관 금형이 가압봉에 의해서 반경 방향으로 순차적으로 이동하는 것을 보여주는 단면도이다.
상기 확관 장치(200)는 복수 개의 확관 금형(210)과, 확관 금형(210)의 외주면을 둘러싸는 외측 튜브(230)와, 확관 금형(210)을 관의 반경 방향으로 이동시키기 위한 가압 수단을 포함한다.
확관 금형(210)은 다수 개의 확관 부재(212)가 도우넛 단면 형상으로 배치되어 이루어진다. 확관 부재(212)는 가압 수단에 의해서 관의 반경 방향으로 이동될 수 있다.
확관 금형(210)은 관의 길이 보다 매우 짧은 폭(w)을 갖는다. 그리고, 관의 내부에는 다수 개의 확관 금형(210)이 서로 밀착되도록 설치된다. 서로 밀착되도록 설치된 확관 금형(210)은 이웃하는 확관 금형(210)과는 독립적으로 관의 반경방향으로 이동될 수 있다.
외측 튜브(230)는 전체 확관 금형(210)의 외주면을 감싸도록 설치된다. 외측 튜브(230)의 내부 공간에는 오일 또는 물 또는 압축공기 등으로 채워질 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 외측 튜브는 솔리드한 단면(즉, 내부의 빈 공간이 없는 단면)으로 이루어질 수도 있다.
외측 튜브(230)는 확관 금형(210)이 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동하는 것에 대응하여 외측으로 팽창되어 관을 가압할 수 있고 확관 금형(210)이 원 상태로 복귀하는 것에 대응하여 원 상태로 복귀될 수 있도록 탄력성과 신축성을 갖는 것이 바람직하다.
가압 수단은 가압봉(220)인 것이 바람직하다. 가압봉(220)은 뾰족한 선단(222)과, 선단(222) 후방의 몸체(224)를 포함한다. 선단(222)은 관통부(216)에 삽입된 후 확관 부재(212)를 관의 반경 방향으로 이동시키기 위한 부분이고, 몸체(224)는 상기 삽입 이후에 확관 부재(212)가 지속적으로 관을 가압하도록 하기 위한 부분이다. 상기 삽입은 관의 한쪽 끝단부터 이루어지므로, 확관은 관의 한쪽 끝단에서부터 반대쪽 끝단을 향하여 이루어진다. 이러한 확관은 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23) 사이에 존재하던 공기 등을 확관 방향을 따라 이동시켜 외부로 배출할 수 있다.
한편, 가압 수단으로서, 가압봉(220)을 대신하여 유압 실린더(도면에 미도시)가 사용될 수도 있다. 유압 실린더는 관통부(216)에 각각의 확관 금형(210)의 확관부재(212)와 각각 대응되도록 설치된다. 예를 들어, 확관 금형(210)이 4개의 확관부재(212)로 이루어진 경우에는 각각의 확관 금형(210)에 대해 4개의 유압 실린더가 설치되고, 이 4개의 유압 실린더는 동시에 팽창되거나 수축되어 4개의 확관부재(212)를 동시에 팽창시키거나 수축시킨다.
이러한 유압 실린더는 관의 한쪽 끝단에 설치된 유압 실린더부터 팽창되거나 관의 중앙에 설치된 유압 실린더부터 팽창되거나 전체 유압 실린더가 한꺼번에 팽창될 수 있다. 그리고, 각 유압 실린더가 팽창되면 해당 부분의 관이 확관될 수 있다.
한편, 도 9는 확관 금형(210)의 변형예로서, 확관 금형(210)의 이동을 가이드하기 위한 레일 구조를 보여주는 분해 사시도이다. 구체적으로, 상기 레일 구조는 확관 부재(212)의 앞면에 돌기 라인(213)이 형성되고 뒷면에 홈 라인(214)이 형성된 구조로서, 돌기 라인(213)이 이웃하는 확관 부재(212)의 홈 라인(214)에 삽입되도록 설치된다. 따라서, 확관 부재(212)가 관의 반경 방향으로 이동할 때, 이웃하는 확관 부재(212)에 형성된 홈 라인 또는 돌기 라인을 따라 이동될 수 있다. 이러한 레일 구조는 이웃하는 확관 금형(210)을 슬라이딩 가능하게 결합시키는 역할도 한다.
[제3 실시예]
도 10a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 확관 장치가 관에 삽입된 것을 보여주는 단면도이고, 도 10b는 상기 확관 장치에 의해서 관의 단부부터 순차적으로 확관되는 것을 보여주는 단면도이다.
확관 장치(300)는 소정 간격으로 설치된 다수 개의 격벽판(310)과, 격벽판(310) 사이에서 관의 반경 방향으로 팽창 가능하도록 설치된 튜브(320) 및, 각 튜브(320)에 유체를 공급하는 유체 공급수단을 포함한다. 한편, 확관 장치(300)는 간격 유지봉(330)을 더 포함할 수도 있는데, 간격 유지봉(330)은 격벽판(310)을 서로 연결하도록 설치되고 격벽판(310) 사이의 간격을 튜브(320)의 내부 압력과 무관하게 일정하게 유지한다. 튜브(320)에는 관통공이 형성될 수 있는데, 간격 유지봉(330)은 이 관통공을 관통하도록 설치될 수 있다.
격벽판(310)은 관의 내경 보다 작은 직경을 갖는 원형 평판으로서, 관의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 설치된다. 격벽판(310) 사이의 간격은 간격 유지봉(330)에 의해서 일정하게 유지될 수 있다. 격벽판(310)에는 밸브(340)를 설치하기 위한 관통구가 형성될 수 있다.
튜브(320)는 내부에 빈 공간을 갖는다. 튜브(320)는 빈 공간에 유체가 유입되면 반경 방향으로 팽창되고, 이에 따라 관이 확관될 수 있다. 그리고, 튜브(320)는 빈 공간의 유체가 외부로 배출되면 원 상태로 복귀한다.
유체 공급수단은 유체를 튜브(320)에 공급하는 유체 공급관(350)과, 이웃하는 튜브(320)를 연결하도록 설치된 밸브(340)를 포함한다.
유체 공급관(350)은 외부로부터 유체(오일 또는 물 또는 압축공기 등)를 튜브(320)의 내부 공간에 공급한다.
그리고, 밸브(340)는 격벽판(310)을 사이에 두고 이웃하는 튜브(320)를 연결하도록 설치된다. 유체 공급관(350)을 통해서 유체가 튜브(320)에 유입되면 해당 튜브(320)는 관의 반경 방향으로 팽창되고, 이에 따라 해당되는 관 부분이 확관된다. 이 때, 튜브(320)의 내부 압력이 증가하더라도 간격 유지봉(330)에 의해서 격벽판(310) 사이의 간격은 일정하게 유지될 수 있다.
팽창된 튜브(320)의 내부 압력이 미리 정해진 값까지 증가하면 밸브(340)가 개방되어 이웃하는 튜브(320)로 유체가 공급되어 팽창된다. 이와 같은 방식으로 이웃하는 튜브(320)가 순차적으로 팽창하여 확관이 이루어질 수 있다. 도 10b는 외부로부터 공급된 유체가 우측 끝단의 튜브(320)에 공급되어 튜브(320)가 팽창하고, 이에 따라 해당 부분의 관이 확관된 것을 보여준다. 우측 끝단의 튜브(320)의 내부 압력이 미리 정해진 수치로 되면 밸브(340)가 개방되어 이웃하는 튜브(320)로 유체가 공급되어 해당 부분의 관이 확관될 수 있다.
한편, 도 11a는 상기 확관 장치(300)의 변형예로서, 유체 공급관(350)이 관 중앙의 튜브(320)에 연결된 것을 보여주는 단면도이다. 그리고, 도 11b는 상기 확관 장치(300)를 이용하여 관의 중앙부터 양쪽 단부를 향하여 튜브(320)를 순차적으로 확관하는 것을 보여주는 단면도이다.
이와 같은 확관 순서로 관이 확관되면 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21) 사이에 존재하던 공기, 수증기 등이 확관 방향을 따라 외부로 배출될 수 있다.
1 : 스테인리스 스틸관과 강관 및 접착층으로 이루어진 복합관
3, 21 : 강관 5, 23 : 스테인리스 스틸관
7, 27 : 접착층 12, 112, 212 : 확관 부재
20, 30 : 복합관 21a : 강관의 단부 측면
21b : 강관의 단부 윗면 24 : 스테인리스 스틸관의 연장부
25 : 수지층 31 : 플랜지(f)의 앞면
10, 110, 210 : 확관 금형 100, 200, 300 : 확관 장치
116, 216 : 관통부 130, 230 : 외측 튜브
140 : 내측 튜브 213 : 확관 부재(212)의 돌기 라인
214 : 확관 부재(212)의 홈 라인 220 : 가압봉
222 : 가압봉의 선단 224 : 가압봉의 몸체
310 : 격벽판 320 : 튜브
330 : 간격 유지봉 340 : 밸브
350 : 유체 공급관 w : 확관 부재(212)의 폭
f : 플랜지

Claims (14)

  1. 적어도 두 개의 확관 부재(112)(212)가 도우넛 단면 형상을 이루도록 배치된 확관 금형(110)(210);
    확관 금형(110)(210)의 외주면을 감싸는 외측 튜브(130)(230); 및,
    확관 금형(110)(210)을 동시에 또는 순차적으로 관의 반경 방향으로 이동시켜 외측 튜브(130)(230)를 가압하는 가압 수단;을 포함하고,
    확관 금형(110)(210)의 내측에는 관의 길이 방향을 따라 관통부(116)(216)가 형성되며, 관통부(116)(216)에는 가압 수단이 설치되며,
    외측 튜브(130)(230)는 그 내부의 밀폐된 공간을 갖되, 밀폐된 공간에는 유체가 충진된 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    외측 튜브(130)(230)는 확관 금형(110)(210)이 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동하는 것에 대응하여 외측으로 팽창되어 관을 가압하고 확관 금형(110)(210)이 원 상태로 복귀하는 것에 대응하여 원 상태로 복귀되도록 탄력성과 신축성을 갖는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가압수단은 관의 길이 방향을 따라 설치된 내측 튜브(140)를 포함하고,
    내측 튜브(140)는 외부로부터 유체를 공급받아 팽창되며, 내측 튜브(140)의 팽창으로 인해 확관 부재(112)가 관의 반경 방향으로 이동하여 외측 튜브(130)를 가압하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    확관 금형(210)은 관의 길이 보다 짧은 폭(w)을 갖고, 복수 개의 확관 금형(210)이 서로 이웃하도록 배치되되, 각각의 확관 금형(210)은 이웃하는 확관 금형(210)과 독립하여 관의 반경 방향으로 이동할 수 있고,
    상기 가압수단은 가압봉(220) 또는 유압 실린더이고,
    가압봉(220)은 복수 개의 확관 금형(210)의 관통부(216)를 순차적으로 관통하면서 확관 금형(210)을 관의 반경 방향으로 이동시켜 확관을 하고,
    유압 실린더는 각각의 확관 금형(210)과 대응되도록 관통부(216)에 설치된 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    확관 부재(212)의 앞면에는 돌기 라인(213)이 반경 방향으로 형성되고 확관 부재(212)의 뒷면에는 홈 라인(214)이 반경 방향으로 형성되며,
    돌기 라인(213)이 이웃하는 확관 부재(212)의 홈 라인(214)에 삽입된 상태에서 슬라이딩되는 것에 의해서 확관 부재(212)의 반경 방향 이동이 가이드되는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    가압봉(220)은 뾰족한 선단(222) 및, 선단(222) 후방의 몸체(224)를 포함하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    확관 부재(112)(212)는 부채꼴 형상의 단면을 갖고 확관 부재(112)(212)의 외주면과 내주면은 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관은 대형 복합관이고,
    대형 복합관은,
    강관(21);
    강관(21)의 내부에 삽입되어 설치된 스테인리스 스틸관(23); 및,
    강관(21)의 외부면을 피복하는 수지층(25) 또는 도장층;을 포함하고,
    외측 튜브(130)(230)는 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)을 확관하여 스테인리스 스틸관(23)이 강관(21)에 밀착 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  9. (a) 강관(21)의 내부에 스테인리스 스틸관(23)을 삽입하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계 이후에, 확관 장치를 스테인리스 스틸관(23)의 내부에 삽입하는 단계; 및,
    (c) 가압수단을 이용하여 확관 금형(110)(210)을 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동시켜 외측 튜브(130)(230)를 가압하는 단계;를 포함하고,
    외측 튜브(130)(230)가 가압되면 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)이 확관되고, 이에 따라 스테인리스 스틸관(23)이 강관(21)에 밀착 결합되며,
    외측 튜브(130)(230)는 그 내부의 밀폐된 공간을 갖되, 밀폐된 공간에는 유체가 충진된 것을 특징으로 하는 확관 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    외측 튜브(130)(230)는 확관 금형(110)(210)이 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동하는 것에 대응하여 외측으로 팽창되어 관을 가압하고 확관 금형(110)(210)이 원 상태로 복귀하는 것에 대응하여 원 상태로 복귀되도록 탄력성과 신축성을 갖는 것을 특징으로 하는 확관 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    확관 금형(110)은 외측 튜브(130)의 내부에 설치되되, 적어도 두 개의 확관 부재(112)가 도우넛 단면 형상을 이루도록 배치되어 이루어지고, 확관 금형(110)의 내측에는 스테인리스 스틸관(23)의 길이 방향으로 관통부(116)가 형성되며,
    상기 가압수단은 스테인리스 스틸관(23)의 길이 방향을 따라 설치된 내측 튜브(140)를 포함하고,
    내측 튜브(140)는 외부로부터 유체를 공급받아 팽창되며, 내측 튜브(140)의 팽창으로 인해 확관 부재(112)가 관의 반경 방향으로 이동하여 외측 튜브(130)를 가압하는 것을 특징으로 하는 확관 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    확관 금형(210)은 복수 개의 확관 부재(212)가 도우넛 단면 형상으로 배치되어 이루어지되, 확관 부재(212)는 관의 길이 보다 짧은 폭(w)을 갖고,
    복수 개의 확관 금형(210)이 서로 이웃하도록 배치되되, 복수 개의 확관 금형(210)은 서로 독립하여 관의 반경 방향으로 이동할 수 있고,
    상기 가압수단은 가압봉(220) 또는 유압 실린더이고,
    가압봉(220)은 복수 개의 확관 금형(210)의 관통부(216)를 관통하면서 확관 금형(210)을 관의 반경 방향으로 이동시켜 확관을 이루고,
    유압 실린더는 각각의 확관 금형(210)과 대응되도록 관통부(216)에 설치된 것을 특징으로 하는 확관 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    가압봉(220)은 뾰족한 선단(222) 및, 선단(222) 후방의 몸체(224)를 포함하는 것을 특징으로 하는 확관 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    강관(21)과 스테인리스 스틸관(23) 사이에 접착층(27)이 형성된 것을 특징으로 하는 확관 방법.
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