KR101976584B1 - 커플링 및 시일 - Google Patents

Abstract

파이프 요소들을 단부 대 단부로 결합하기 위한 기계적 커플링은 링 시일(ring seal)을 수용하는 채널을 갖는다. 상기 채널은 반대로 배치된 측벽들에 의해 정의되며 상기 링 시일은 반대 측들 상에 로브들을 갖는다. 상기 로브들은 상기 채널의 상기 측면들을 향하는 표면들을 갖는다. 상기 링 시일이 상기 채널 내에 안착될 때에, 각각의 로브면은 상기 로브들이 상기 채널의 중심을 향해 내부로 변형되도록 각각의 측면과 접촉한다.

Description

커플링 및 시일{COUPLING AND SEAL}

이 출원서는 참조로 여기에 병합된, 2014년 9월 11일 출원한 미국 특허 가출원 제62/048,905호의 우선권을 주장하며 이를 기반으로 한다.

이 발명은 단부 대 단부(end to end) 관계로 파이프 요소들을 결합하기 위한 기계적 커플링 및 그러한 커플링과 관련된 시일(seal)에 관한 것이다.

파이프 요소들을 단부 대 단부(end to end) 관계로 결합하기 위한 기계적 연결 장치는 상기 파이프 요소들을 가교하는 링 시일을 종종 사용하며, 상기 링 시일은 기계적 접합부의 유체 기밀성을 보장하기 위해 커플링 세그먼트들과 파이프 요소들 사이에 압축된다. 전형적인 탄성중합체 물질이 부적절한 극단적인 (고 및 저) 온도 서비스에 적합한 금속, 합성물 및 그의 조합물뿐 아니라 열가소성 수지 또는 중합체 합성물과 같은 비-탄성중합체 물질로 상기 링 시일이 이루어질 때에, 파이프 요소들 주위에 시일을 위치시키는 것이 고될 수 있다. 그러한 화합물 또는 금속으로 이루어진 상기 링 시일은 인조 및 천연 고무 화합물과 같은 탄성중합체 물질로부터 이루어진 시일과 특히 비교할 때에, 저 탄성 및 저 회복력과 함께 상대적으로 뻣뻣한 경향이 있다.

특정 스케줄을 가진 임의의 상업 파이프의 외경은 허용 가능한 제조 허용오차 범위 내에서 공칭 값에 대하여 더 크게 및 더 작게 양쪽으로 변동할 수 있다. 마찬가지로, 상기 시일과 결합하고 유체 기밀 접합부를 생성하는데 필요한 압축력을 생성하는 커플링 하우징의 내부면 뿐만 아니라, 파이프 요소들과 접속하는 링 시일의 표면들의 직경에 가변성을 야기하는 제조 허용오차가 존재한다. 상기와 같은 접합부가 유체-기밀(fluid-tight)인 것을 보장하기 위해, 기계적 커플링의 실용적 실시형태는, 특히, 파이프 요소의 외경이 그의 허용오차 범위의 하한에 있고 시일과 커플링의 내경이 그들 각각의 허용오차 범위의 외측 한계에 있는 조건에서 상기 시일, 커플링 및 파이프 요소의 제조 허용오차들의 전체 결합 범위에서 충분한 밀봉력이 존재하도록 상기 시일의 상당한 반경방향 압축 변형(radial compressive deformation)을 갖게 종종 설계된다. 상당한 반경방향 압축 변형을 수용하기 위해, 충분한 회복력과 탄성을 유지하면서 휨이나 찌그러짐 없이 변형을 견딜 수 있는 시일 물질(seal material)이 선택된다. 이상적으로, 그러한 물질은, 변형을 만드는데 필요한 힘과 상기 물질의 변형 간의 관계인, 탄성 계수를 상대적으로 낮게 가질 것이며, 기계적 커플링 시일이 필요로 하는 높은 반경방향 압축 변형은 볼트의 이용과 같은 통상적인 수단을 통해 적용될 수 있으며, 상기 커플링은 그 힘을 견디기 위해 터무니없이 무거운 부분들과 강한 물질로 이루어져야만 할 필요가 없다는 것을 보장한다. 그러한 물질들은 종종 높은 탄성을 가지며, 이는 상기 물질이 그 자체 손상되기 전에 상당한 전변형(total deformation)을 겪을 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 엘라스토머와 같은, 비교적 낮은 탄성 계수를 갖는 고 탄성 물질이 적정한 인가력으로 높은 수준의 반경방향 압축 변형을 수용할 수 있는 그의 능력으로 인해 상기와 같은 환경에서 상기 물질의 손상 없이 및 그의 효과성을 위태롭게 할 수 있는 방식의 밀봉부 비틀림 또는 휨 없이 통상적으로 사용된다. 그러나, 그러한 시일 물질은 고온 또는 저온 환경이나 특정 화학물질에 대한 저항력이 제한되는 것과 같은, 결함들을 갖는다. 금속, 열가소성 수지, 플루오로 중합체 또는 합성 물질과 같은 대체 시일 물질(seal material)은 고온 또는 저온 환경에서 광범위한 가지각색의 유체들로 향상된 성능을 제공하지만, 상기 물질은 상기 물질의 손상 없이 상기 시일, 커플링 및 파이프 요소들의 결합 허용오차 범위에서 효과적인 밀봉을 보장하는데 필요한 변형을 견디기 위해 낮은 탄성, 회복력 및 능력과 결합되는 현저하게 높은 탄성 계수를 종종 가진다. 이러한 대체 물질에 대해 필요한 반경방향 압축을 가하는데 필요한 고도의 힘은, 그 대체 물질들의 탄성 계수가 높기 때문에, 예를 들어 과도한 볼트 토크 없이 쉽게 달성될 수 없다. 그러한 고도의 힘이 인가될 수 있는 곳이라도, 상기와 같은 대체 물질로 이루어진 시일은 그 힘을 쉽게 수용할 수 없으며, 휘거나 찌그러질 수 있어 상기 시일의 효과성을 위태롭게 한다. 그 고도의 힘을 수용하고 상기 시일을 상기 시일의 효과성을 위태롭게 하기에 충분한 휨 또는 찌그러짐으로부터 방지하도록 커플링 하우징은 더 뻣뻣하고 무겁게 만들어질 필요가 있을 수 있다. 그 대체 물질의 비교적 낮은 탄성은 상기 물질이 상기 물질 그 자체가 손상 없이 기계적 커플링 시일에 필요한 고도의 변형을 견딜 수 있게 한다. 결합한 제조 허용오차들의 범위에서 유체 기밀을 유지하여야만 하는 기계적 커플링에서 그러한 대체 물질에 관련된 도전을 극복하려는 시도의 한 방법은 상기 커플링, 시일 및 파이프 소자를 정밀하게 기계 가공함에 의해 그 결합된 허용오차들의 효과를 감소시키는 시도를 하는 것이다. 다른 방법은, 이러한 초기 간섭이 필요한 반경방향 압축 변형(radial compressive deformation)의 양을 감소시킬 수 있기 때문에 상기 시일이, 상기 시일이 설계되는 파이프 요소들의 최소 허용 가능한 외경보다 작은 최대 내경을 가지도록 설계하는 것을 것이다. 그러나, 정밀 기계가공은 비용이 많이 들고, 종종 이 분야에서 실행하기에 비현실적이고, 사용될 수 있는 파이프 요소들의 종류들을 기계 가공된 것들로 제한한다. 또한, 기술자가 시일 내경보다 큰 외경을 갖는 파이프 소자 위에 이러한 대체 물질로 이루어진 시일을 설치하는 것이 어렵다. 이러한 물질의 비교적 높은 탄성 계수와 결합된 초기 간섭을 인해 파이프 소자 주위에 시일을 위치시키도록 상당한 힘이 필요한 경우에 어려움이 발생한다. 그러한 힘은 쉽게 수동으로 인가될 수 없으며, 실링면에 손상을 초래하거나 또는 설치를 효과적으로 하기 위해 특수 장비 및 기술을 요할 수 있으며, 덜 실용적이고 덜 신뢰가 되는 접합을 초래한다.

특히 광범위한 화학적 호환성과, 비교적 높은 탄성 계수, 낮은 탄성 및 낮은 회복력을 갖는 대체 물질로 이루어진 시일을 사용하는 고온 또는 저온 응용물을 위해, 기계적 커플링에 의해 제공되는 접합부들의 밀봉이 개선될 기회는 분명히 존재하다.

본 발명은 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계(end to end relation)로 결합하기 위한 커플링에 관한 것이다. 일 예시 실시형태에서, 상기 커플링은 단부 대 단부로 서로 부착되고 중심 공간을 둘러싸는 복수의 세그먼트들을 포함한다. 상기 세그먼트들의 각각은 상기 중심 공간 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 중심 공간을 향하는 채널을 갖는다. 상기 채널들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들과 상기 측면들 사이에 연장하는 배면에 의해 정의된다. 상기 중심 공간 내에 시일(seal)이 위치한다. 이러한 예에서, 상기 시일은 그의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 로브들을 갖는 링을 포함한다. 상기 제1 로브는 상기 제1 측면을 향하는 제1 로브면을 갖고 상기 제2 로브는 상기 제2 측면을 향하는 제2 로브면을 갖는다. 상기 시일이 상기 채널 내에 안착될 때에 상기 제1 및 제2 로브면들의 적어도 일부는 상기 로브들이 상기 채널의 중심 쪽으로 변형되도록 상기 측벽들과 접촉한다. 이러한 예에서, 연결 부재가 상기 세그먼트들의 각각의 일 단부에 위치한다. 상기 세그먼트들 상의 연결 부재들은 상기 세그먼트들을 서로를 향해 견인하고, 상기 채널 내에 상기 링을 안착시켜 상기 시일을 변형시키기 위해 조절 가능하게 조여질 수 있다.

특정 예에서, 상기 시일이 상기 미변형(undeformed) 형상일 때에 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향된다. 추가 예시로써, 상기 시일이 상기 미변형 형상일 때에 상기 제1 및 제2 로브면들은 볼록하게 만곡된 표면을 포함한다. 추가 예에서, 상기 제1 및 제2 측면들은 볼록하게 만곡된 표면을 포함한다. 여전히 다른 예에서, 상기 제1 및 제2 측면들은 볼록하게 만곡된 표면을 포함한다.

파이프 요소들을 단부 대 단부 관계(end to end relation)로 결합하기 위한 다른 예시 커플링에서, 상기 커플링은 단부 대 단부로 서로 부착되고 중심 공간을 둘러싸는 복수의 세그먼트들을 포함한다. 상기 세그먼트들의 각각은 상기 중심 공간 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 중심 공간을 향하는 채널을 갖는다. 상기 채널들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들과 상기 측면들 사이에 연장하는 배면에 의해 정의된다. 상기 중심 공간 내에 시일(seal)이 위치한다. 상기 시일은 그의 측 상에 위치한 적어도 하나의 로브를 갖는 링을 포함하고, 상기 적어도 하나의 로브는 상기 제1 측면을 향하는 로브면을 갖는다. 상기 시일이 상기 채널 내에 안착될 때에 상기 로브면의 적어도 일부는 상기 적어도 하나의 로브가 상기 채널의 중심 쪽으로 변형되도록 상기 제1 측벽과 접촉한다. 연결 부재들이 상기 세그먼트들의 각각의 대향 단부들에 위치한다. 상기 연결 부재들은 상기 세그먼트들을 서로를 향해 견인하고, 상기 채널 내에 상기 링을 안착시켜 상기 로브를 변형시키기 위해 조절 가능하게 조여질 수 있다.

파이프 요소들을 단부 대 단부 관계(end to end relation)로 결합하기 위한 다른 예시 커플링에서, 상기 커플링은 단부 대 단부로 서로 부착되고 중심 공간을 둘러싸는 복수의 세그먼트들을 포함한다. 상기 세그먼트들의 각각은 상기 중심 공간 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 중심 공간을 향하는 채널을 갖는다. 상기 채널들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들과 상기 측면들 사이에 연장하는 배면에 의해 정의된다. 시일(seal)이 상기 중심 공간 내에 위치한다. 상기 시일은 그의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 로브들을 갖는 링을 포함하고, 상기 제1 로브는 상기 제1 측면을 향하는 제1 로브면을 갖고 상기 제2 로브는 상기 제2 측면을 향하는 제2 로브면을 갖는다. 상기 시일이 미변형 상태일 때에, 상기 제1 및 제2 로브면들의 적어도 일부는 상기 제1 및 제2 측면들 사이의 가장 넓은 거리보다 넓다. 연결 부대들이 상기 세그먼트들의 각각의 대향 단부들에 위치한다. 상기 연결 부재들은 상기 세그먼트들을 서로를 향해 견인하고, 상기 채널 내에 상기 링을 안착시켜 상기 로브를 변형시키기 위해 조절 가능하게 조여질 수 있다.

특정 예시 실시형태에서, 상기 시일이 상기 미변형 형상일 때에 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향된다. 추가 예시로써, 상기 시일이 상기 미변형 형상일 때에 상기 제1 및 제2 로브면들은 볼록하게 만곡된 표면을 포함한다. 다른 예시에서, 상기 제1 및 제2 측면들은 볼록하게 만곡된 표면을 포함한다. 예시로써, 상기 제1 및 제2 측면들은 볼록하게 만곡된 표면을 포함한다.

파이프 요소들을 단부 대 단부 관계(end to end relation)로 결합하기 위한 다른 예시 커플링에서, 상기 커플링은 단부 대 단부로 서로 부착되고 중심 공간을 둘러싸는 복수의 세그먼트들을 포함한다. 상기 세그먼트들의 각각은 상기 중심 공간 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 중심 공간을 향하는 채널을 갖는다. 상기 채널들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들과 상기 측면들 사이에 연장하는 배면에 의해 정의된다. 시일(seal)이 상기 중심 공간 내에 위치한다. 상기 시일은 그의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 로브들을 갖는 링을 포함한다. 상기 제1 로브는 상기 제1 측면을 향하는 제1 로브면을 갖고 상기 제2 로브는 상기 제2 측면을 향하는 제2 로브면을 갖는다. 상기 시일이 미변형 상태일 때에, 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향된다. 연결 부재들이 상기 세그먼트들의 각각의 대향 단부들에 위치한다. 상기 연결 부재들은 상기 세그먼트들을 서로를 향해 견인하고, 상기 채널 내에 상기 링을 안착시켜 상기 로브를 변형시키기 위해 조절 가능하게 조여질 수 있다.

특정 예에서, 각각의 상기 세그먼트들 상에 있는 상기 연결 부재들은 한 쌍의 돌출부들을 포함한다. 하나의 상기 돌출부는 상기 세그먼트들의 상기 대향 단부들의 각각 상에 위치한다. 상기 돌출부들은 조절 가능하게 조여질 수 있는 파스너(fastener)를 수용하기 위한 구멍을 갖는다. 예시로써, 상기 커플링은 상기 세그먼트들 중의 두 개를 포함한다. 특정 예에서, 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는다. 다른 예에서, 상기 제1 로브면의 상기 배향은 8°이다. 추가 예시로써, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는다. 여전히 다른 예에서, 상기 제2 로브면의 상기 배향각은 8°이다. 예시에서, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는다. 특정 예에서, 상기 제2 로브면의 상기 배향각은 8°이다.

예시로써, 상기 시일은 고무 물질로 이루어진다. 다른 예시 실시형태에서, 상기 시일은 저 탄성을 갖는 물질로 이루어진다. 예시로써, 상기 시일은 0.05% 내지 20%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진다. 다른 예시에서, 상기 시일은 0.5% 내지 10%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진다. 여전히 다른 예시에서, 상기 시일은 1% 내지 5%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진다.

예시 실시형태에서, 저 탄성을 갖는 상기 물질은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 아세탈, 아크릴 및 플루오로 중합체를 포함하는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 에폭시 및 합성물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

예시 실시형태에서, 상기 세그먼트들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 키들(keys)을 더 포함한다. 상기 키들의 각각은 상기 중심 공간을 통해 연장하는 축 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 축을 향해 돌출한다. 예시에서, 각각의 상기 세그먼트 상의 상기 제1 키는 상기 세그먼트의 상기 제1 측면에 대해 이격된 관계로 위치한다. 추가 예시에서, 각각의 상기 세그먼트 상의 상기 제2 키는 상기 세그먼트의 상기 제2 측면에 대해 이격된 관계로 위치한다. 예시로써, 상기 키들의 각각은 상기 축을 향하는 아치형 표면을 포함한다.

추가 예시에서, 제1 글랜드(gland)는 상기 제1 로브에 부착되고 제2 글랜드는 상기 제2 로브에 부착된다. 상기 제1 및 제2 글랜드들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장한다. 상기 제1 글랜드는 제1 실링면을 갖고 상기 제2 글랜드는 제2 실링면을 갖으며, 상기 제1 및 제2 실링면들은 상기 중심 공간을 향한다.

예시 실시형태는 상기 제1 실링면 반대편의 상기 제1 글랜드 상에 위치한 제1 스프링 요소와; 상기 제2 실링면 반대편의 상기 제2 글랜드 상에 위치한 제2 스프링 요소를 더 포함한다. 상기 스프링 요소들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 제1 및 제2 실링면들을 상기 중심 공간을 향해 편향시킨다(bias).

본 발명은, 조합체(combination)에서, 제1 및 제2 파이프 요소들 및 상기 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링을 더 포함한다. 예시 실시형태에서, 상기 커플링은 단부 대 단부로 서로 부착되고 중심 공간을 둘러싸는 복수의 세그먼트들을 포함한다. 상기 파이프 요소들은 상기 중심 공간 내에 수용된다. 상기 세그먼트들의 각각은 상기 중심 공간 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 중심 공간을 향하는 채널을 갖는다. 상기 채널들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들과 상기 측면들 사이에 연장하는 배면에 의해 정의된다. 시일(seal)이 상기 중심 공간 내에 위치한다. 상기 시일은 상기 파이프 요소들을 둘러싸는 링을 포함한다. 상기 링은 그의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 로브들을 갖는다. 상기 제1 로브는 상기 제1 측면을 향하는 제1 로브면을 갖고 상기 제2 로브는 상기 제2 측면을 향하는 제2 로브면을 갖는다. 상기 시일이 미변형 상태일 때에 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향된다. 연결 부재들이 상기 세그먼트들의 각각의 대향 단부들에 위치한다. 상기 연결 부재들은 상기 세그먼트들을 서로를 향해 견인하고, 상기 채널 내에 상기 링을 안착시켜 상기 로브를 변형시키기 위해 조절 가능하게 조여질 수 있다.

예시 조합체에서, 각각의 상기 세그먼트들 상에 있는 상기 연결 부재들은 한 쌍의 돌출부들을 포함하며, 하나의 상기 돌출부는 상기 세그먼트들의 상기 대향 단부들의 각각 상에 위치하고, 상기 돌출부들은 조절 가능하게 조여질 수 있는 파스너(fastener)를 수용하기 위한 구멍을 갖는다. 예시로써, 상기 커플링은 상기 세그먼트들 중의 두 개를 포함한다. 예시 실시형태에서, 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는다. 특정 예에서, 상기 제1 로브면의 상기 배향각은 8°이다. 다른 예시에서, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는다. 특정 예시에서, 상기 제2 로브면의 상기 배향각은 8°이다. 예시로써, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는다. 특정 예에서, 상기 제2 로브면의 상기 배향각은 8°이다.

일 예시 실시형태에서, 상기 시일은 고무 물질로 이루어진다. 다른 예시에서, 상기 시일은 저 탄성을 갖는 물질로 이루어진다. 특정 예시에서, 상기 시일은 0.05% 내지 20%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진다. 추가 예시로써, 상기 시일은 0.5% 내지 10%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진다. 특정 예시 실시형태에서, 상기 시일은 1% 내지 5%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진다.

예시로써, 저 탄성을 갖는 상기 물질은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 아세탈, 아크릴 및 플루오로 중합체를 포함하는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 에폭시 및 합성물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

예시 실시형태에서, 상기 세그먼트들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 키들(keys)을 더 포함한다. 상기 키들의 각각은 상기 중심 공간을 통해 연장하는 축 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 축을 향해 돌출한다. 예시로써, 각각의 상기 세그먼트 상의 상기 제1 키는 상기 세그먼트의 상기 제1 측면에 대해 이격된 관계로 위치한다. 추가 예시에서, 각각의 상기 세그먼트 상의 상기 제2 키는 상기 세그먼트의 상기 제2 측면에 대해 이격된 관계로 위치한다. 다른 예시 실시형태에서, 상기 키들의 각각은 상기 축을 향하는 아치형 표면을 포함한다. 다른 예시 실시형태에서, 상기 파이프 요소들의 각각은, 상기 파이프 요소들 각각의 단부에 근접하게 위치한 각각의 원주방향 홈을 포함하며, 상기 연결 부재들이 조절 가능하게 조여질 시에 상기 키는 상기 홈과 결합한다.

예시 조합체에서, 제1 글랜드(gland)는 상기 제1 로브에 부착되고 제2 글랜드는 상기 제2 로브에 부착된다. 상기 제1 및 제2 글랜드들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장한다. 상기 제1 글랜드는 상기 중심 공간을 향하는 제1 실링면을 갖는다. 상기 제2 글랜드는 상기 중심 공간을 향하는 제2 실링면을 갖는다. 상기 실링면들은 상기 파이프 요소들의 외경과 실질적으로 동일한 내경을 정의한다.

예시로써, 상기 조합체는 상기 제1 실링면 반대편의 상기 제1 글랜드 상에 위치한 제1 스프링 요소를 더 포함한다. 상기 제2 실링면 반대편의 상기 제2 글랜드 상에 제2 스프링 요소가 위치한다. 상기 스프링 요소들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 제1 및 제2 실링면들을 상기 파이프 요소들을 향해 편향시킨다.

다른 예시 실시형태에서, 제1 글랜드(gland)는 상기 제1 로브에 부착되고 제2 글랜드는 상기 제2 로브에 부착된다. 상기 제1 및 제2 글랜드들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장한다. 상기 제1 글랜드는 상기 중심 공간을 향하는 제1 실링면을 갖고 상기 제2 글랜드는 상기 중심 공간을 향하는 제2 실링면을 갖으며, 상기 시일이 상기 미변형 상태일 때에 상기 실링면들은 상기 파이프 요소들의 외경보다 큰 내경을 정의한다.

특정 예시 실시형태에서, 상기 실링면들에 의해 정의된 상기 내경은, 상기 시일이 상기 미변형 형상일 때에 상기 파이프 요소들의 상기 외경을 0.001 인치 내지 0.3 인치로 초과한다. 다른 예시에서, 상기 실링면들에 의해 정의된 상기 내경은, 상기 시일이 상기 미변형 형상일 때에 상기 파이프 요소들의 상기 외경을 0.05 인치 만큼 초과한다.

예시로써, 상기 조합체는 상기 제1 실링면 반대편의 상기 제1 글랜드 상에 위치한 제1 스프링 요소; 및 상기 제2 실링면 반대편의 상기 제2 글랜드 상에 제2 스프링 요소를 더 포함한다. 상기 스프링 요소들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 제1 및 제2 실링면들을 상기 파이프 요소들을 향해 편향시킨다.

본 발명은 제1 및 제2 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 방법을 더 포함한다. 일 예시 실시형태에서, 상기 방법은, 적어도 제1 및 제2 세그먼트들을, 상기 세그먼트들에 의해 둘러싸인 중심 공간 내에 위치한 링을 포함한 시일(seal) 상에 서로에 대하여 이격된 관계로 지지하는 단계로서, 상기 적어도 제1 및 제2 세그먼트들은 단부 대 단부로 서로 부착되고, 상기 적어도 제1 및 제2 세그먼트들의 각각은 원주방향 채널을 갖으며, 상기 링은 상기 원주방향 채널 내에 수용되고, 상기 링은 그의 대향 측들 상에 제1 및 제2 원주방향 로브들을 갖고, 상기 제1 및 제2 원주방향 로브들은 상기 원주방향 채널을 정의하는 제1 및 제2 측면들을 각기 향하는 각각의 제1 및 제2 로브면들을 갖으며, 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향되는, 상기 지지하는 단계와; 상기 제1 및 제2 파이프 요소들을 상기 중심 공간으로 축방향 삽입하고, 상기 제1 및 제2 파이프 요소들을 상기 링의 대향 측들 상의 상기 제1 및 제2 원주방향 로브들과 각각 결합하는 단계와; 상기 적어도 제1 및 제2 세그먼트들을 상기 중심 공간을 향해 견인하여, 상기 제1 로브면이 상기 제1 측면과 실질적으로 배열(align)되고, 상기 제2 로브면이 상기 제2 측면과 실질적으로 배열되도록 상기 링을 변형시키는 단계를 포함한다.

추가 예시로써, 상기 적어도 제1 및 제2 세그먼트들은 각각 상기 세그먼트들의 대향하는 측들 상에 위치한 제1 및 제2 키들(keys)을 포함한다. 상기 키들의 각각은 상기 파이프 요소들 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 파이프 요소들을 향해 돌출한다. 이러한 예에서, 상기 방법은 상기 적어도 제1 및 제2 세그먼트들을 서로를 향해 상기 견인하는 시에 상기 키들을 상기 파이프 요소들과 결합하는 단계를 더 포함한다.

예시 방법은 상기 키들을 상기 제1 및 제2 파이프 요소들에 위치한 원주방향 홈 내에 결합하는 단계를 더 포함한다.

제1 및 제2 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 다른 예시 방법은, 그의 대향 측들 상에 제1 및 제2 원주방향 로브들을 갖는 링을 포함한 시일(seal)에 의해 둘러싸인 중심 공간으로 상기 제1 및 제2 파이프 요소들을 삽입하는 단계와; 커플링의 적어도 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트에 의해 상기 링을 둘러싸는 단계로서, 상기 세그먼트들의 각각은 원주방향 채널을 갖으며, 상기 링은 상기 원주방향 채널 내에 수용되고, 상기 제1 및 제2 로브들은 상기 원주방향 채널을 정의하는 제1 및 제2 측면들을 각기 향하는 각각의 제1 및 제2 로브면들을 갖으며, 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향되는, 상기 둘러싸는 단계와; 상기 적어도 제1 및 제2 세그먼트들을 서로를 향해 견인하여, 상기 제1 로브면이 상기 제1 측면과 실질적으로 배열되고(align), 상기 제2 로브면이 상기 제2 측면과 실질적으로 배열되도록 상기 링을 변형시키는 단계를 포함한다.

추가 예시로써, 상기 적어도 제1 및 제2 세그먼트들은 각각 상기 세그먼트들의 대향하는 측들 상에 위치한 제1 및 제2 키들(keys)을 포함한다. 상기 키들의 각각은 상기 파이프 요소들 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 파이프 요소들을 향해 돌출한다. 이러한 예에서 상기 방법은 상기 적어도 제1 및 제2 세그먼트들을 서로를 향해 상기 견인하는 시에 상기 키들을 상기 파이프 요소들과 결합하는 단계를 더 포함한다. 추가 예시로써, 상기 방법은 상기 키들을 상기 제1 및 제2 파이프 요소들에 위치한 원주방향 홈 내에 결합하는 단계를 더 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 커플링 및 파이프 요소들의 예시 조합체의 축방향 단면도이며;
도 2는 도 1에 도시된 커플링 및 파이프 요소들의 상기 예시 조합체의 종단면도이며;
도 3 및 도 4는 도 1의 3-3선을 따른 종단면도이며;
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 커플링의 추가 예시 실시형태의 부분 단면도이다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 커플링 및 파이프 요소들의 예시 조합체를 도시한다. 조합체(10)는 단부 대 단부(end to end)로 서로 결합되어 중심 공간(18)을 둘러싸는 두 개의 세그먼트(14,16)를 갖는 커플링(12)를 포함한다. 두 개의 세그먼트(14,16)가 이 예시에 도시되었지만, 상기 커플링(12)는 2개 이상의 세그먼트를 포함할 수 있다. 상기 세그먼트(14,16)의 각각은 끝에 위치한 적어도 하나의 연결 부재(20)를 갖는다. 이러한 예시 실시형태에서, 각각의 세그먼트(20)는 그의 대향 단부들에 두 개의 연결 부재(20)를 갖는다. 상기 연결 부재(20)는 상기 세그먼트들을 단부 대 단부(end to end)로 연결하고, 상기 세그먼트(14,16)들이 상기 중심 공간(18)을 향해 서로 견인되도록 조절 가능하게 조여질 수 있다. 이러한 예시에서, 상기 연결 부재(20)는 볼트(26) 및 너트(28)와 같은 파스너(fastener)를 수용하는 구멍(24)을 갖는 돌출부(22)를 포함하며, 상기 파스너 및 돌출부는 상기 세그먼트들의 조절 가능한 조임 능력을 제공한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 세그먼트(14,16)의 각각은 원주방향으로 연장하는 채널(30)을 포함한다. 채널(30)은 상기 중심 공간(18)을 향하고 상기 세그먼트들(14,16) 각각의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들(32,34)에 의해 정의된다. 상기 채널(30)은 상기 측면들 사이에 연장하는 배면(36)에 의해 추가 정의된다. 시일(38)이 상기 중심 공간(18) 내에 위치한다. 이러한 예에서, 상기 시일(38)은 링의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 로브들(42,44)을 갖는 링(40)을 포함한다. 각각의 로브(42,44)는 각각의 로브면(42a,44a)을 포함한다. 제1 로브면(42a)은 상기 채널(30)의 상기 제1 측면(32)을 향하고, 제2 로브면(44a)는 상기 제2 측면(34)을 향한다. 상기 시일(38)이 미변형 상태일 때에(도 1 및 도 2에 도시된), 예를 들어, 세그먼트를 중심 공간(18)을 향해 견인하도록 볼트(26)가 조여지고 파이프 요소(46,48)에 대해 링(40)을 압축하기 전에, 상기 제1 로브면(42a)은 상기 채널(30)의 상기 제1 측면(32)에 대해 각을 이루어 배향되고, 상기 제2 로브면(44a)는 상기 제2 측면(34)에 대해 각을 이루어 배향된다. 상기 로브면(42a,44a)과 그들 각각의 측면(32,34) 간의 배향각(50)은 약 1° 내지 약 20°, 5°내지 약 15° 및 7° 내지 약 10°의 범위일 수 있다. 약 8°의 배향각(50)이 유익할 것으로 예상된다.

도 2에 더 도시되는 바와 같이, 제1 글랜드(52)가 상기 링(40)의 제1 로브(42)에 부착되고, 상기 제2 글랜드(54)가 상기 링의 제2 로브(44)에 부착된다. 제1 및 제2 글랜드들(52,54)은 상기 링(40) 둘레에 원주방향으로 연장하고, 각 글랜드(52,54)는 상기 중심 공간(18)을 향하는 각각의 실링면(52a,54a)을 갖는다. 글랜드 실링면(52a,54a)은 파이프 요소(46,48)의 외부면과 맞물리고 상기 링(40)의 내경(56)을 정의한다. 상기 링(40)이 미변형 상태일 때에, 글랜드들(52,54)의 실링면들(52a,54a) 사이에 각기 정의된 상기 내경들(56)은 상기 파이프 요소(46,48)의 외경(58)보다 크거나 또는 상기 외경(58)과 실질적으로 동일하다. 상기 파이프 요소(46,48)의 외경(58)과 내경(56) 간의 관계는 상기 링(40)이 저 탄성 및 저 회복력을 갖는 상대적으로 뻣뻣한 물질로 형성되는 경우에도, 파이프 요소가 약간의 저항으로 또는 저항 없이 링(40)에 삽입 가능하게 한다. 글랜드 실링면(52a,54a)에 의해 정의된 내경(56)이 파이프 요소(46,48)의 외경(58)을 약 0.001 인치 내지 약 0.3 인치의 범위로 초과하는 것이 유리할 것으로 예상된다. 상기 외경(58)을 약 0.05 인치만큼 초과하는 내경(56)이 유익할 것으로 예상된다.

도 1 및 도 2에 도시된 예시 조합체(10)에서, 커플링(12)의 각각의 세그먼트(14,16)는 제1 및 제2 키들(keys)(60,62)을 포함한다. 키들(60,62)은 상기 세그먼트(14,16)의 대향 측들 상에 위치하고 그 주위에 원주방향으로 연장한다. 상기 키들(60,62)의 각각은 상기 중심 공간(18)을 통해 연장하는 축(64)을 향해 돌출하며, 이러한 예에서, 상기 축(64)은 상기 파이프 요소(46,48)와 실질적으로 동축이다. 이러한 예에서, 각 키(60,62)는 상기 축(64)을 향하는 아치형 표면(arcuate surface)(66)을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 키들(60,62)은 상기 채널(30)을 정의하는 측면(32,34)으로부터 멀어져 이격된 관계에 있으며, 각 키(60,62)와 각 측면(32,34) 사이에 위치한 각각의 숄더면(68)이 존재한다. 키(60,62)를 갖는 세그먼트(14,16)는 원주방향 홈(70)을 갖는 파이프 요소와의 사용에 특히 유익하다. 연결 부재(20)의 조절 가능한 조임에 의해 세그먼트들이 서로를 향해 견인될 때에 상기 키는 상기 홈과 맞물리고, 포지티브한 기계적 결합을 제공하여 사용 동안에 상기 파이프 요소 상의 축력 및/또는 휨으로 인해 상기 파이프 요소(46,48)가 커플링(12)으로부터 분리되는 것을 방지한다. 플레인 엔드 파이프 요소뿐 아니라, 숄더형 파이프 요소, 숄더 및 비드 파이프 요소와 같은 다른 종류의 파이프 요소들도 본 발명에 따른 커플링 및 시일과 함께 사용될 수 있다.

시일(38)은 니트릴 및 EPDM과 같은 고무 물질로부터 형성될 수 있다. 여기 개시된 바와 같은 시일(38)은 극단적인 (고 및 저) 온도 응용에 적합한 저 탄성과 저 회복력을 갖는 상대적으로 뻣뻣한 물질로 유익하게 형성될 것으로 추가 예상된다. 이 명세서에서, 용어 "저 탄성"은 약 0.5% 내지 약 10% 및 약 1% 내지 약 5%를 포함한, 약 0.05% 내지 약 20% 범위의 탄성 한계를 갖는 물질을 의미한다. 그러한 물질의 예는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 아세탈, 아크릴 및 플루오로 중합체뿐만 아니라 그의 조합물 및 합성물을 포함하지만 이에 한정되지는 않는, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 에폭시 및 합성물을 포함한다. 스테인레스 강, 스프링 강, 니티놀, 구리 및 구리 베릴륨과 같은 금속도 상기와 같은 시일을 위한 후보 물질이다. 위에 열거된 시일(seal)에 유용한 비-금속 물질이 변형(creep)하기 쉽기 때문에, 그로부터 형성된 시일을 유체 기밀 시일(fluid tight seal)로 유지하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 상기와 같은 시일이 여기에 개시된 바와 같이 압력 작동 글랜드(52,54)를 가지는 것이 유리하다. 또한, 밀봉성의 향상이 상기 글랜드 실링면(52a,54a) 반대편의 글랜드(52,54) 뒤에 위치한 스프링 요소들(72)을 이용하여 획득될 수 있다. 상기 스프링 요소(72)는 상기 링(40) 둘레에 원주방향으로 연장하며 상기 중심 공간(18)을 향해 글랜드 실링면(52a,54a)을 편향시켜 파이프 요소(46,48)의 외부면과 결합하게 한다. 스프링 요소(72)의 사용은 글랜드 실링면(52a,54a)과 파이프 요소(46,48) 간의 밀봉부를 변형시키고 소멸시키도록 저 탄성과 저 회복력을 갖는 물질의 성향을 보상한다. 예를 들어, 코일 스프링, 판 스프링 및 탄성 밴드를 포함한, 다양한 종류의 스프링 요소들이 실행 가능하다.

파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 예시 방법이 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 세그먼트들(14,16)이 연결 부재(20)를 통해 단부 대 단부로 서로 부착되어 링(40) 상에 이격된 관계로 지지 된다. 이러한 구성은 상기 세그먼트(14,16)로부터 간섭없이 파이프 요소(46,48)가 상기 커플링(12)의 대향 측들로부터 상기 중심 공간(18)으로 축방향 삽입 가능하게 한다. 이러한 구성에서 상기 제1 및 제2 로브면들(42a,44a)이 채널 측면들(32,34)에 대하여 각을 이루어 배향된다는 것을 유의하여야 한다. 링(40)이 미변형된 경우에, 글랜드(52,54)의 실링면(52a,54a)에 의해 정의된 직경(56)이 파이프 요소(46,48)의 외경(58)과 실질적으로 동일하거나 크기 때문에, 상기 파이프 요소는 약간의 저항으로 상기 중심 공간(18)에 진입하고, 그들 각각의 글랜드(52,54)와 접촉함에 의해 상기 로브(42,44)와 결합한다. 이어서, 상기 세그먼트(14,16)는 볼트(26)와 너트(28)를 조임으로써 상기 중심 공간(18) 및 파이프 요소(46,48)를 향해 견인된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 링(40)은 상기 세그먼트(14,16)와 상기 파이프 요소(46,48) 사이에 압축된다. 따라서, 제1 로브면(42a)이 채널(30)의 제1 측면(32)과 실질적으로 각을 이루어 배열되고, 제2 로브면(44a)이 상기 채널의 제2 측면(34)과 실질적으로 각을 이루어 배열되도록 상기 링(40)은 변형된다. 로브(42,44)의 상기 각 변형은 글랜드 표면(52a, 54a)이 파이프 요소(46,48)의 외부면(46a,48a)에 압축되어 상기 글랜드(52,54)와 파이프 요소(46,48) 사이에 유체 기밀 시일을 초래하게끔 결과한다. 스프링 요소(72)가 존재하는 경우, 글랜드 실링면(52a, 54a)과 파이프 요소(46,48) 사이에 밀봉력을 증가시키고 링(40)을 포함한 물질의 변형이 시일(seal)의 무결성을 위태롭게 하는 것을 방지하도록 돕는다. 도시된 예에서, 상기 세그먼트(14,16) 상의 키(60,62)는 파이프 요소(46,48)의 원주방향 홈(70)과 결합한다.

파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 다른 예시 방법에서, 파이프 요소(46,48)는 링(40)에 의해 둘러싸인 중심 공간(18)으로 먼저 축방향 삽입된다. 글랜드 직경(56)과 파이프 요소 직경(58) 간의 치수 관계로 인해(즉, 링(40)이 미변형시에 글랜드 직경(56)은 파이프 요소 직경(58) 만큼 크거나 또는 파이프 요소 직경(58)보다 크다), 파이프가 약간의 저항으로 상기 중심 공간(18)에 들어간다. 이어서, 상기 세그먼트(14,16)는 링(40) 주위에 조립되며 볼트(26)와 너트(28)를 이용하여 단부 대 단부로 서로 부착된다(도 1 참조). 링(40)은 채널(30) 내에 수용되고, 상기 제1 및 제2 로브면들(42a,44a)은 상기 채널 측면들(32,34)에 대하여 각을 이루어 배향된다. 다음으로, 상기 세그먼트(14,16)는 볼트(26)와 너트(28)를 조임에 의해 중심 공간(18) 및 파이프 요소(46,48)를 향해 견인된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 링(40)은 상기 세그먼트(14,16)와 상기 파이프 요소(46,48) 사이에 압축된다. 따라서, 제1 로브면(42a)이 채널(30)의 제1 측면(32)과 실질적으로 각을 이루어 배열되고, 제2 로브면(44a)이 상기 채널의 제2 측면(34)과 실질적으로 각을 이루어 배열되도록 상기 링(40)은 변형된다.

로브(42,44)의 상기 각 변형은 글랜드 표면(52a, 54a)이 파이프 요소(46,48)의 외부면(46a,48a)에 압축되거나, 상기 글랜드(52,54)와 파이프 요소(46,48) 사이에 유체 기밀 시일을 가져오는데 필요한 링에 대한 채널의 뒷벽에 의해 인가된 반경 방향 압축(radial compression)의 양을 줄이거나 제거하게 결과한다. 스프링 요소(72)가 존재하는 경우, 글랜드 실링면(52a, 54a)과 파이프 요소(46,48) 사이에 밀봉력을 증가시키고 링(40)을 포함한 물질의 변형이 시일(seal)의 무결성을 위태롭게 하는 것을 방지하도록 돕는다. 도시된 예에서, 상기 세그먼트(14,16) 상의 키(60,62)는 파이프 요소(46,48)의 원주방향 홈(70)과 결합한다.

상기 세그먼트(14,16)가 상기 링보다 현저하게 뻣뻣하기 때문에 상기 링(40)의 변형이 보장되며, 상기 세그먼트(14,16)는 일반적으로 연성철 또는 강으로 형성된다.

도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 상기 커플링의 추가 예시 실시형태를 도시한다. 여기 개시된 모든 실시형태를 연결하는 일반적 특징은 채널의 폭에 대한 시일의 폭에 관한 것이다. 시일이 미변형 상태일 때에, 상기 제1 및 제2 로브면들의 적어도 일부는, 상기 시일이 상기 채널 내에 안착될 경우에 상기 로브들이 상기 채널의 중심 쪽으로 변형되도록 측벽들과 접촉한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 세그먼트(74)는 반대로 배치된 측면들(78,80)과 배면(82)에 의해 정의된 채널(76)을 포함한다. 시일(84)은 로브(86,88)를 포함한다. 각 로브는 각각의 측면(78,80)을 향하는 각각의 로브면(86a,88a)을 갖는다. 이러한 예에서, 로브면들(86a,88a)은 볼록하게 만곡되며, 상기 로브면들(86a,88a)의 적어도 일부가 측면들(78,80) 간의 거리(92)(이 예에서, 가장 넓은 거리)보다 넓은 폭(90)을 가지도록 서로로부터 멀어져 외부로 돌출한다. 폭들(90,92)의 차이는, 상기 시일(84)이 상기 채널(76) 내에 안착함에 따라 로브면(86a,88a)과 각각의 측벽(78,80) 사이에 접촉을 야기한다. 이는 상기 로브(86,88)가 채널(76)의 중심(76a)을 향해 내부로 변형하게끔 야기한다. 도 6은 로브(86,88)가 각각의 연장부(93,95)에 의해 중심 공간(18) 쪽으로 변위되는 설계를 도시한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 세그먼트(94)는 반대로 배치된 측면들(98,100)과 배면(102)에 의해 정의된 채널(96)을 포함한다. 시일(104)은 로브(106,108)를 포함한다. 각 로브는 각각의 측면(98,100)을 향하는 각각의 로브면(106a,108a)을 갖는다. 이러한 예에서, 측면들(98,100)은 볼록하게 만곡되며, 상기 로브면들(106a,108a)의 적어도 일부가 상기 측면들(98,100) 간의 거리(110)보다 넓은 폭(112)을 가지도록 서로를 향해 내부로 돌출한다. 폭들(110,112)의 차이는, 상기 시일(104)이 상기 채널(96) 내에 안착함에 따라 상기 로브면(106a,108a)과 각각의 측벽(98,100) 사이에 접촉을 야기한다. 이는 상기 로브(106,108)가 채널(96)의 중심(96a)을 향해 내부로 변형하게끔 야기한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 세그먼트(114)는 반대로 배치된 측면들(118,120)과 배면(122)에 의해 정의된 채널(116)을 포함한다. 시일(124)은 로브(126,128)를 포함한다. 각 로브는 각각의 측면(118,120)을 향하는 각각의 로브면(126a,128a)을 갖는다. 이러한 예에서, 측면들(118,120)은 볼록하게 만곡되며 서로를 향해 내부로 돌출하며, 상기 로브면(126a,128a)은 볼록하게 만곡되며 상기 로브면들(126a,128a)의 적어도 일부가 상기 측면들(118,120) 간의 거리(132)보다 넓은 폭(130)을 가지도록 서로로부터 멀어져 외부로 향한다. 폭들(130,132)의 차이는, 상기 시일(124)이 상기 채널(116) 내에 안착함에 따라 상기 로브면(126a,128a)과 각각의 측벽(118,120) 사이에 접촉을 야기한다. 이는 상기 로브(126,128)가 채널(116)의 중심(116a)을 향해 내부로 변형하게끔 야기한다.

상기 세그먼트의 채널을 정의하는 측면들 사이의 가장 넓은 거리보다 넓은 로브면의 폭을 구비하는 것은 세그먼트들이 서로를 향해 및 파이프 요소들을 향해 견인될 때에 유체 기밀 시일을 달성하도록 상기 로브들을 서로를 향해 내부로 변형시키는 캐밍 동작(camming action)을 제공한다. 이러한 캐밍 동작은, 저 탄성과 저 회복력을 가지는 물질로 이루어진 시일과 함께 사용될 때에 특히 효과적인 것으로 예상된다.

Claims (64)

1. 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계(end to end relation)로 결합하기 위한 커플링으로서, 상기 커플링은,
   단부 대 단부로 서로 부착되고 중심 공간을 둘러싸는 복수의 세그먼트들로서, 상기 세그먼트들의 각각은 상기 중심 공간 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 중심 공간을 향하는 채널을 갖으며, 상기 채널들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들과 상기 측면들 사이에 연장하는 배면에 의해 정의되는, 복수의 세그먼트들과;
   상기 중심 공간 내에 위치한 시일(seal)로서, 상기 시일은 그의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 로브들을 갖는 링을 포함하고, 상기 제1 로브는 상기 제1 측면을 향하는 제1 로브면을 갖고 상기 제2 로브는 상기 제2 측면을 향하는 제2 로브면을 갖으며, 상기 시일이 미변형 상태일 때에, 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향되는, 시일(seal)과;
   상기 제1 로브에 부착되는 제1 글랜드(gland)와 상기 제2 로브에 부착되는 제2 글랜드로서, 상기 제1 및 제2 글랜드들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고, 상기 제1 글랜드는 제1 실링면을 갖고 상기 제2 글랜드는 제2 실링면을 갖으며, 상기 제1 및 제2 실링면들은 상기 중심 공간을 향하는, 제1 및 제2 글랜드들과;
   상기 제1 실링면 반대편의 상기 제1 글랜드 상에 위치한 제1 스프링 요소와 상기 제2 실링면 반대편의 상기 제2 글랜드 상에 위치한 제2 스프링 요소로서, 상기 제1 및 제2 스프링 요소들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 제1 및 제2 실링면들을 상기 중심 공간을 향해 편향시키는, 제1 및 제2 스프링 요소들과;
   상기 세그먼트들의 각각의 대향 단부들에 위치한 연결 부재들로서, 상기 연결 부재들은 상기 세그먼트들을 서로를 향해 견인하고, 상기 채널 내에 상기 링을 안착시켜 상기 로브를 변형시키기 위해 조절 가능하게 조여질 수 있는, 연결 부재들을 포함하는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
2. 제1항에 있어서,
   각각의 상기 세그먼트들 상에 있는 상기 연결 부재들은 한 쌍의 돌출부들을 포함하며, 하나의 상기 돌출부는 상기 세그먼트들의 상기 대향 단부들의 각각 상에 위치하고, 상기 돌출부들은 조절 가능하게 조여질 수 있는 파스너(fastener)를 수용하기 위한 구멍을 갖는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
3. 제1항에 있어서,
   상기 커플링은 상기 세그먼트들 중의 두 개를 포함하는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 로브면의 상기 배향각은 8°인, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 로브면의 상기 배향각은 8°인, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 로브면의 상기 배향각은 8°인, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
10. 제1항에 있어서,
    상기 시일은 고무 물질로 이루어진, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
11. 제1항에 있어서,
    상기 시일은 저 탄성을 갖는 물질로 이루어진, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
12. 제11항에 있어서,
    상기 시일은 0.05% 내지 20%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
13. 제11항에 있어서,
    상기 시일은 0.5% 내지 10%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
14. 제11항에 있어서,
    상기 시일은 1% 내지 5%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
15. 제11항에 있어서,
    상기 저 탄성을 갖는 물질은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 아세탈, 아크릴 및 플루오로 중합체를 포함하는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 에폭시 및 합성물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
16. 제1항에 있어서,
    상기 세그먼트들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 키들(keys)을 더 포함하며, 상기 키들의 각각은 상기 중심 공간을 통해 연장하는 축 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 축을 향해 돌출하는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
17. 제16항에 있어서,
    각각의 상기 세그먼트 상의 상기 제1 키는 상기 세그먼트의 상기 제1 측면에 대해 이격된 관계로 위치하는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
18. 제17항에 있어서,
    각각의 상기 세그먼트 상의 상기 제2 키는 상기 세그먼트의 상기 제2 측면에 대해 이격된 관계로 위치하는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
19. 제16항에 있어서,
    상기 키들의 각각은 상기 축을 향하는 아치형 표면을 포함하는, 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링.
20. 조합체(combination)에서, 제1 및 제2 파이프 요소들 및 상기 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링으로서, 상기 커플링은,
    단부 대 단부로 서로 부착되고 중심 공간을 둘러싸는 복수의 세그먼트들로서, 상기 파이프 요소들은 상기 중심 공간 내에 수용되고, 상기 세그먼트들의 각각은 상기 중심 공간 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 중심 공간을 향하는 채널을 갖으며, 상기 채널들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들과 상기 측면들 사이에 연장하는 배면에 의해 정의되는, 복수의 세그먼트들과;
    상기 중심 공간 내에 위치한 시일(seal)로서, 상기 시일은 상기 파이프 요소들을 둘러싸는 링을 포함하고, 상기 링은 그의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 로브들을 갖으며, 상기 제1 로브는 상기 제1 측면을 향하는 제1 로브면을 갖고 상기 제2 로브는 상기 제2 측면을 향하는 제2 로브면을 갖으며, 상기 시일이 미변형 상태일 때에 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향되는, 시일(seal)과;
    상기 제1 로브에 부착되는 제1 글랜드와 상기 제2 로브에 부착되는 제2 글랜드로서, 상기 제1 및 제2 글랜드들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고, 상기 제1 글랜드는 상기 중심 공간을 향하는 제1 실링면을 갖고 상기 제2 글랜드는 상기 중심 공간을 향하는 제2 실링면을 갖으며, 상기 실링면들은 상기 파이프 요소들의 외경과 동일한 내경을 정의하는, 제1 및 제2 글랜드들과;
    상기 제1 실링면 반대편의 상기 제1 글랜드 상에 위치한 제1 스프링 요소와 상기 제2 실링면 반대편의 상기 제2 글랜드 상에 위치한 제2 스프링 요소로서, 상기 제1 및 제2 스프링 요소들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 제1 및 제2 실링면들을 상기 파이프 요소들을 향해 편향시키는, 제1 및 제2 스프링 요소들과;
    상기 세그먼트들의 각각의 대향 단부들에 위치한 연결 부재들로서, 상기 연결 부재들은 상기 세그먼트들을 서로를 향해 견인하고, 상기 채널 내에 상기 링을 안착시켜 상기 로브를 변형시키기 위해 조절 가능하게 조여질 수 있는, 연결 부재들을 포함하는, 조합체.
21. 제20항에 있어서,
    각각의 상기 세그먼트들 상에 있는 상기 연결 부재들은 한 쌍의 돌출부들을 포함하며, 하나의 상기 돌출부는 상기 세그먼트들의 상기 대향 단부들의 각각 상에 위치하고, 상기 돌출부들은 조절 가능하게 조여질 수 있는 파스너(fastener)를 수용하기 위한 구멍을 갖는, 조합체.
22. 제20항에 있어서,
    상기 커플링은 상기 세그먼트들 중의 두 개를 포함하는, 조합체.
23. 제20항에 있어서,
    상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는, 조합체.
24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 로브면의 상기 배향각은 8°인, 조합체.
25. 제23항에 있어서,
    상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는, 조합체.
26. 제25항에 있어서,
    상기 제2 로브면의 상기 배향각은 8°인, 조합체.
27. 제20항에 있어서,
    상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 1°내지 20°의 배향각을 갖는, 조합체.
28. 제27항에 있어서,
    상기 제2 로브면의 상기 배향각은 8°인, 조합체.
29. 제20항에 있어서,
    상기 시일은 고무 물질로 이루어진, 조합체.
30. 제20항에 있어서,
    상기 시일은 저 탄성을 갖는 물질로 이루어진, 조합체.
31. 제30항에 있어서,
    상기 시일은 0.05% 내지 20%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진, 조합체.
32. 제30항에 있어서,
    상기 시일은 0.5% 내지 10%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진, 조합체.
33. 제30항에 있어서,
    상기 시일은 1% 내지 5%의 탄성 한계를 갖는 물질로 이루어진, 조합체.
34. 제30항에 있어서,
    상기 저 탄성을 갖는 물질은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 아세탈, 아크릴 및 플루오로 중합체를 포함하는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 에폭시 및 합성물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조합체.
35. 제20항에 있어서,
    상기 세그먼트들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 키들(keys)을 더 포함하며, 상기 키들의 각각은 상기 중심 공간을 통해 연장하는 축 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 축을 향해 돌출하는, 조합체.
36. 제35항에 있어서,
    각각의 상기 세그먼트 상의 상기 제1 키는 상기 세그먼트의 상기 제1 측면에 대해 이격된 관계로 위치하는, 조합체.
37. 제36항에 있어서,
    각각의 상기 세그먼트 상의 상기 제2 키는 상기 세그먼트의 상기 제2 측면에 대해 이격된 관계로 위치하는, 조합체.
38. 제35항에 있어서,
    상기 키들의 각각은 상기 축을 향하는 아치형 표면을 포함하는, 조합체.
39. 제35항에 있어서,
    상기 파이프 요소들의 각각은, 상기 파이프 요소들 각각의 단부에 근접하게 위치한 각각의 원주방향 홈을 포함하며, 상기 연결 부재들이 조절 가능하게 조여질 시에 상기 키들은 상기 홈과 결합하는, 조합체.
40. 조합체(combination)에서, 제1 및 제2 파이프 요소들 및 상기 파이프 요소들을 단부 대 단부 관계로 결합하기 위한 커플링으로서, 상기 커플링은,
    단부 대 단부로 서로 부착되고 중심 공간을 둘러싸는 복수의 세그먼트들로서, 상기 파이프 요소들은 상기 중심 공간 내에 수용되고, 상기 세그먼트들의 각각은 상기 중심 공간 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 중심 공간을 향하는 채널을 갖으며, 상기 채널들의 각각은 상기 세그먼트들의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 측면들과 상기 측면들 사이에 연장하는 배면에 의해 정의되는, 복수의 세그먼트들과;
    상기 중심 공간 내에 위치한 시일(seal)로서, 상기 시일은 상기 파이프 요소들을 둘러싸는 링을 포함하고, 상기 링은 그의 대향 측들 상에 위치한 제1 및 제2 로브들을 갖으며, 상기 제1 로브는 상기 제1 측면을 향하는 제1 로브면을 갖고 상기 제2 로브는 상기 제2 측면을 향하는 제2 로브면을 갖으며, 상기 시일이 미변형 상태일 때에 상기 제1 로브면은 상기 제1 측면에 대하여 각을 이루어 배향되고, 상기 제2 로브면은 상기 제2 측면에 대하여 각을 이루어 배향되는, 시일(seal)과;
    상기 제1 로브에 부착되는 제1 글랜드와 상기 제2 로브에 부착되는 제2 글랜드로서, 상기 제1 및 제2 글랜드들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고, 상기 제1 글랜드는 상기 중심 공간을 향하는 제1 실링면을 갖고 상기 제2 글랜드는 상기 중심 공간을 향하는 제2 실링면을 갖으며, 상기 시일이 상기 미변형 상태일 때에 상기 실링면들은 상기 파이프 요소들의 외경보다 큰 내경을 정의하는, 제1 및 제2 글랜드들과;
    상기 제1 실링면 반대편의 상기 제1 글랜드 상에 위치한 제1 스프링 요소와 상기 제2 실링면 반대편의 상기 제2 글랜드 상에 위치한 제2 스프링 요소로서, 상기 제1 및 제2 스프링 요소들은 상기 링 둘레에 원주방향으로 연장하고 상기 제1 및 제2 실링면들을 상기 파이프 요소들을 향해 편향시키는, 제1 및 제2 스프링 요소들과;
    상기 세그먼트들의 각각의 대향 단부들에 위치한 연결 부재들로서, 상기 연결 부재들은 상기 세그먼트들을 서로를 향해 견인하고, 상기 채널 내에 상기 링을 안착시켜 상기 로브를 변형시키기 위해 조절 가능하게 조여질 수 있는, 연결 부재들을 포함하는, 조합체.
41. 제40항에 있어서,
    상기 실링면들에 의해 정의된 내경은, 상기 시일이 상기 미변형 형상일 때에 상기 파이프 요소들의 상기 외경을 0.001 인치 내지 0.3 인치로 초과하는, 조합체.
42. 제40항에 있어서,
    상기 실링면들에 의해 정의된 내경은, 상기 시일이 상기 미변형 형상일 때에 상기 파이프 요소들의 상기 외경을 0.05 인치 만큼 초과하는, 조합체.
43. 삭제
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45. 삭제
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