KR102285685B1 - 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 있다는 장점을 갖고 있다.

Description

복합관용 확관 장치 및 방법{Apparatus and methods for expanding a composite pipe}
본 발명은 복합관용 확관 장치와 방법에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는 스테인리스 스틸관과 강관을 확관하여 스테인리스 스틸관이 강관에 밀착 결합되도록 하되 관이 완전한 원형이 되도록 확관할 수 있는 확관 장치와 방법에 대한 것이다.
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, 중앙 정부 및 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 우수하며, 대형관에 작용하는 수압이나 수충격에 대한 내구력이 뛰어나고, 물맛이 좋으므로 상수용 배관으로 사용될 수 있지만, 그 가격이 고가여서 업계에서 외면 당하고 있는 실정이다.
하지만, 음용수에 대해서는 스테인리스 스틸관이 가장 적합하다는 점은 누구나 인정하므로, 스테인리스 스틸을 이용하되 가격이 저렴하고 강도도 높은 관이 요구되고 있다.
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 부재(12)의 외주면은 확관하고자 하는 관(1)의 내부면과 동일한 곡률을 갖는다. 따라서, 확관 금형(10)이 팽창한 상태(확관 부재가 반경방향으로 이동된 상태. 도 1b)에서는 확관 부재(12)의 외주면이 관(1)의 내부면을 가압할 수 있다.
그러나, 도 1b ~ 1c에 나타난 바와 같이, 확관 부재(12) 사이에 해당하는 관 부분(L)은 가압되지 않아서 확관되지 못하고 평평하게 되므로, 확관 완료된 관(1)이 완전한 원형을 이루지 못하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 관이 완전한 원형이 되도록 확관할 수 있는 확관 장치를 제공하고자 하는 목적을 갖고 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 내부 금형이 외부 금형 사이로 삽입되는 것에 의해 확관이 이루어지되, 내부 금형과 외부 금형이 관 길이 방향으로 상대적으로 이동하는 것을 방지할 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/10mm 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 112019071851219-pat00001
형상으로 성형되어 강관(21)의 단부 측면(21a)과 윗면(21b)을 덮는 것이 바람직하다. 한편, 스테인리스 스틸관(30)의 연장부가
Figure 112019071851219-pat00002
형상으로 성형되어 강관(21)의 단부 측면(21a)만을 덮을 수도 있다.
스테인리스 스틸관(23)의 연장부(24)가
Figure 112019071851219-pat00003
또는
Figure 112019071851219-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 112019071851219-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)를 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 확관 장치(100)는, 적어도 두 개의 외부 확관부재(112)를 포함하는 외부 금형(110); 외부 금형(110)의 내부에 설치되고, 적어도 두 개의 내부 확관부재(132)를 포함하는 내부 금형(130); 및, 내부 확관부재(132)를 반경방향의 바깥쪽으로 이동시키는 가압 수단을 포함한다.
내부 확관부재(132)는 외부 확관부재(112) 사이에 설치되고, 가압 수단에 의해서 내부 확관부재(132)가 반경방향의 바깥쪽으로 이동되면 외부 확관부재(112) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 확관부재(112)가 바깥쪽으로 이동되고, 이에 따라 확관이 이루어진다.
이웃하는 외부 확관부재(112)의 측면 사이의 간격은 내부 금형(130)의 중심쪽으로 갈수록 넓어지고, 내부 확관부재(132)는 내부 금형(130)의 중심쪽으로 갈수록 그 폭이 넓어진다.
확관 장치가 수축 상태일 때 내부 확관부재(132)의 선단이 양쪽 외부 확관부재(112)의 측면 사이에 삽입된 상태를 유지하고, 가압 수단에 의해서 내부 확관부재(132)가 가압되면 내부 확관부재(132)가 양쪽 외부 확관부재(112)의 측면을 따라 슬라이딩되면서 반경방향의 바깥쪽으로 이동되어 외부 확관부재(112) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 확관부재(112)가 바깥쪽으로 이동된다.
한편, 확관 장치가 확장 상태일 때 내부 확관부재(132)의 외부면은 외부 확관부재(112)의 외부면과 함께 원형을 이루고, 상기 원형을 이룬 상태에서 내,외부 확관부재(132)(112)는 관의 내부면을 가압하여 확관한다.
내,외부 확관부재(132)(112)는 관의 길이방향을 따라 길게 연장되도록 형성된다. 그리고, 내부 확관부재(132)의 일부분(H)은 다른 부분과 다른 단면 형상을 가지고, 외부 확관부재(112)는 상기 일부분(H)과 형합하는 단면 형상을 가진다. 상기 일부분(H)은 내부 확관부재(132)가 외부 확관부재(112)에 대해 관의 길이방향으로 상대적으로 이동하는 것을 방지한다.
상기 가압수단은 관의 길이 방향을 따라 내부 금형(130)의 내부에 설치된 튜브(150)일 수 있다. 튜브(150)는 외부로부터 유체를 공급받아 팽창되며, 튜브(150)의 팽창으로 인해 내부 확관부재(132)가 관의 반경 방향으로 이동하여 외부 확관부재(112)를 가압한다.
상기 가압수단은 가압봉(160)(170) 또는 유압 실린더일 수도 있다. 가압봉(160)(170)은 내부 금형(130)의 내부에 삽입된 후 내부 확관부재(132)를 관의 반경 방향으로 이동시켜 확관한다.
그리고, 유압 실린더는 각각의 내부 확관부재(132)와 대응되도록 내부 금형(130)의 내부에 설치된다.
바람직하게, 가압봉(170)은 그 외주면이 완만한 경사를 이루는 원기둥이다. 그리고, 내부금형(130)과 외부금형(110)은 확관장치의 한쪽 단부에서 반대편 단부 쪽으로 갈수록 그 두께가 얇아진다. 따라서, 가압봉(170)이 내부 금형(130)에 삽입된 상태에서 수평방형의 하중이 인가되면 확관이 이루어질 수 있다.
상기 관은 대형 복합관일 수 있다. 그리고, 상기 대형 복합관은, 강관(21); 강관(21)의 내부에 삽입되어 설치된 스테인리스 스틸관(23); 및, 강관(21)의 외부면을 피복하는 수지층(25) 또는 도장층;을 포함할 수 있다. 상기 가압수단은 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)을 확관하여 스테인리스 스틸관(23)이 강관(21)에 밀착 결합되도록 한다.
본 발명에 따른 또 다른 확관 장치(200)는 적어도 두 개의 외부 확관부재(212)를 포함하는 외부 금형(210); 외부 금형(210)의 내부에 설치되고, 적어도 두 개의 내부 확관부재(232)를 포함하는 내부 금형(230); 및, 내부 확관부재(232)를 반경방향의 바깥쪽으로 이동시키는 가압 수단;을 포함한다.
각각의 외부 확관부재(212)는 다수 개의 외부 단위 확관부재(214)가 관의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 이루어지고 부채꼴 형상의 단면을 가지며, 외부 단위 확관부재(214)는 이웃하는 외부 단위 확관부재(214)와 독립하여 반경방향으로 이동될 수 있다.
그리고, 각각의 내부 확관부재(232)는 다수 개의 내부 단위 확관부재(234)가 관의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 이루어지며, 내부 단위 확관부재(234)는 이웃하는 내부 단위 확관부재(234)와 독립하여 반경방향으로 이동될 수 있다.
가압 수단에 의해서 내부 단위 확관부재(234)가 반경방향의 바깥쪽으로 이동되면 외부 단위 확관부재(214) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 단위 확관부재(214)가 바깥쪽으로 이동되고, 이에 따라 확관이 이루어진다.
한편, 본 발명의 다른 측면인 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) 상기 (b) 단계 이후에, 가압수단을 이용하여 확관 장치(100)(200)를 반경 방향의 바깥쪽으로 이동시켜 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23)을 확관하는 단계를 포함할 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, 스테인리스 스틸관과 강관으로 이루어지는 복합관 뿐만 아니라, 다른 종류의 관에도 적용될 수 있다.
셋째, 내부 금형이 외부 금형 사이로 삽입되는 것에 의해 확관이 이루어지되, 내부 금형과 외부 금형이 관 길이 방향으로 상대적으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
넷째, 위와 같은 확관 장치를 이용한 확관 방법을 제공한다.
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 사시도로서, 확관장치가 수축된 상태를 보여주는 도면.
도 5는 확관 장치가 확장된 상태를 보여주는 도면.
도 6은 확관 장치에 구비된 내부 금형을 보여주는 사시도.
도 7은 확관 장치에 구비된 외부 확관부재를 보여주는 사시도.
도 8은 도 4의 A-A' 단면도.
도 9는 도 4의 B-B' 단면도.
도 10은 도 5의 C-C' 단면도.
도 11은 도 5의 D-D' 단면도.
도 12는 확관 장치에 구비된 가압수단의 일 예(튜브)를 보여주는 사시도.
도 13은 확관 장치가 관 내부에 설치된 것을 보여주는 단면도로서, 확관장치가 수축된 상태를 보여주는 도면.
도 14는 확관 장치가 관 내부에 설치된 것을 보여주는 단면도로서, 확관장치가 확장된 상태를 보여주는 도면.
도 15는 가압수단의 또 다른 예(가압봉)를 보여주는 측면도.
도 16은 가압수단의 또 다른 예(가압봉)를 보여주는 측면도.
도 17a ~ 17b는 도 16의 가압수단(가압봉)을 이용하여 확관하는 것을 보여주는 단면도.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확관 장치가 복합관을 확관하는 것을 보여주는 부분 절개 사시도.
도 19는 도 18의 단면도로서, 확관 장치가 순차적으로 확장되면서 복합관을 확관하는 것을 보여주는 도면.
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.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 확관 장치를 보여주는 사시도로서 확관장치가 수축된 상태를 보여주는 도면이고, 도 5는 상기 확관 장치가 확장된 상태를 보여주는 사시도이다. 그리고, 도 6은 상기 확관 장치에 구비된 내부 금형을 보여주는 사시도이고, 도 7은 상기 확관 장치에 구비된 외부 확관부재를 보여주는 사시도이다.
도면에 나타난 바와 같이, 확관 장치(100)는 외부 금형(110)과, 내부 금형(130) 및, 가압 수단을 포함한다.
외부 금형(110)은 길이방향을 따라 길게 연장되도록 형성된다. 외부 금형(110)은 확관하고자 하는 관의 길이 보다 약간 더 긴 길이를 갖는다.
도 8~9에 나타난 바와 같이, 외부 금형(110)은 적어도 두 개의 외부 확관부재(112)를 포함한다. 그리고, 도 10~11에 나타난 바와 같이, 외부 확관부재(112)는 가압수단에 의해 확장되었을 때 원형을 이루도록 배치된다. 도면에는 6개의 외부 확관부재(112)가 구비된 것으로 도시되어 있으나 외부 확관부재(112)의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다.
외부 확관부재(112)는 관의 길이 방향으로 길게 형성된 것으로서, 부채꼴 형상의 단면을 가지며, 그 외주면과 내주면은 곡면, 바람직하게는 원호를 이룬다.
외부 확관부재(112)의 측면은 내측으로 경사지도록 형성되고, 이에 따라 이웃하는 외부 확관부재(112)의 측면 사이의 간격은 내부 금형(130)의 중심쪽으로 갈수록 넓어진다.
내부 금형(130)은 외부 금형(110)의 내부에 설치된다. 내부 금형(130)은 적어도 두 개의 내부 확관부재(132)를 포함하고, 그 내부에는 관통부(140)가 길이방향을 따라 길게 형성된다. 도 8~9에 나타난 바와 같이 확관장치(100)가 수축 상태일 때, 내부 확관부재(132)는 그 선단이 외부 확관부재(112) 사이에 삽입된 상태를 유지한다. 그리고, 도 10~11에 나타난 바와 같이 확관장치(100)가 확장 상태일 때, 내부 확관부재(132)는 외부 확관부재(112)와 함께 원형을 이룬다.
내부 확관부재(132)는 내부 금형(110)의 중심쪽으로 갈수록 그 폭이 넓어지도록 그 양쪽 측면이 경사진다. 따라서, 가압 수단에 의해서 내부 확관부재(132)가 가압되면 내부 확관부재(132)가 양쪽 외부 확관부재(112)의 측면을 따라 슬라이딩되면서 반경방향의 바깥쪽으로 이동되어 외부 확관부재(112) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 확관부재(112)가 바깥쪽으로 이동된다. 확관 장치가 확장 상태일 때 내부 확관부재(132)의 측면은 외부 확관부재(112)의 측면과 접하고 내부 확관부재(132)의 외부면은 외부 확관부재(112)의 외부면과 함께 원형을 이루며, 상기 원형을 이룬 상태에서 내,외부 확관부재(132)(112)는 관의 내부면을 가압하여 확관한다.
내부 확관부재(132)의 외주면과 외부 확관부재(112)의 외주면은 확관 장치(100)가 확장 상태일 때 확관하고자 하는 관의 내주면과 동일한 곡률을 갖는다.
본 발명에 따른 확관장치(100)는 내,외부 확관부재(132)(112)가 관의 길이 방향으로 상대적으로 이동하는 것을 방지하는 수단을 구비한다. 내,외부 확관부재(132)(112)가 관의 길이 방향으로 상대적으로 이동하면 확관이 제대로 되지 않는 문제점이 생긴다.
구체적으로, 도 6~7에 나타난 바와 같이, 내부 확관부재(112)는 H 구간에서 그 단면 형상이 다른 구간의 단면 형상과 다르고, 외부 확관부재(112)는 H 구간에서 내부 확관부재(132)의 단면 형상과 형합하는 단면 형상을 갖는다. 그리고, 내부 확관부재(132)는 H 구간의 양쪽 끝단에 형성된 걸림턱(133)을 포함하며, 외부 확관부재(112)는 H 구간의 양쪽 끝단에 형성된 걸림턱(113)을 포함한다. 걸림턱(133)이 걸림턱(113)에 걸리는 것에 의해서 내,외부 확관부재(132)(112)가 관의 길이 방향으로 상대적으로 이동되는 것이 방지된다.
상기 가압수단은 내부 금형(130)을 반경 방향으로 이동시킨다. 가압수단으로는 관통부(140)에 설치되는 튜브, 가압봉, 유압 실린더 등이 사용될 수 있다.
도 12는 튜브(150)의 일 예를 보여주는 사시도이고, 도 13은 튜브(150)를 포함한 확관장치(100)가 관(20) 내부에 설치된 것을 보여주는 단면도로서 확관장치(100)가 수축된 상태를 보여주며, 도 14는 확관장치(100)가 확장된 상태를 보여주는 단면도이다.
튜브(150)는 관통부(140)를 관통하도록 길게 설치된다. 튜브(150)의 내부에는 빈공간이 형성되고, 상기 빈 공간에는 오일 또는 물 또는 압축공기 등이 충진될 수 있다.
튜브(150)는 외부로부터 공급된 유체, 예를 들어 오일 또는 물 또는 압축공기 등에 의해서 팽창될 수 있다. 튜브(150)가 팽창되면 내부 확관부재(132)가 관(20)의 반경 방향의 바깥쪽으로 이동되고, 이에 따라 외부 확관부재(112) 사이의 간격이 넓어지면서 바깥쪽으로 이동하게 되어 관(20)의 내주면을 가압하게 된다. 그리고, 튜브(150)가 수축되면 내,외부 확관부재(132)(112)가 원위치로 복귀하게 된다. 이 때, 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.
한편, 튜브(150) 수축시에 내,외부 확관부재(132)(112)가 원위치로 복귀되는 작동은 다양한 구성에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 내,외부 확관부재(132)(112)의 길이방향 양쪽 단부에 유압실린더(도면에 미도시)가 설치되고, 이 유압실린더가 튜브(150) 수축 후 내,외부 확관부재(132)(112)를 원위치로 복귀시킬 수 있다.
가압 수단은 유압 실린더(도면에 미도시) 또는 가압봉일 수도 있다. 유압 실린더는 관통부(140)에 설치되되, 각각의 내부 확관부재(132)와 대응되도록 설치된다. 따라서, 유압 실린더가 신장되면 내,외부 확관부재(132)(112)가 바깥쪽으로 이동하여 확관이 이루어지고 유압 실린더가 수축되면 내,외부 확관부재(132)(112)가 원위치로 이동하게 된다.
도 15에 나타난 바와 같이, 가압봉(160)은 뾰족한 선단(162)과, 선단(162) 후방의 몸체(164)를 포함한다. 선단(162)은 관통부(140)에 삽입된 후 내,외부 확관부재(132)(112)를 관의 반경 방향으로 이동시키기 위한 부분이다. 그리고, 몸체(164)는 일정한 직경을 가진 부분으로서, 상기 삽입 이후에 내,외부 확관부재(132)(112)를 지속적으로 가압하기 위한 부분이다.
한편, 도 16에 나타난 바와 같이, 가압봉(170)은 그 외주면이 완만한 경사를 이루는 원기둥일 수 있다. 이 경우, 내부금형(130)과 외부금형(110)은 한쪽 단부에서 반대편 단부 쪽으로 갈수록 그 두께가 얇아진다.
도 17a~17b는 가압봉(170)이 확관 장치(100)의 내부에 삽입된 상태를 보여주는데, 도 17a는 가압봉(170)의 한쪽 단부(171)에 해당하는 단면이고 도 17b는 가압봉(170)의 반대편 단부(172)에 해당하는 단면을 보여준다. 이 상태에서 가압봉(170)에 수평방형의 하중이 인가되면 확관이 이루어질 수 있다.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 확관 장치가 복합관을 확관하는 것을 보여주는 부분 절개 사시도이고, 도 19는 도 18의 단면도이다.
도면에 나타난 바와 같이, 확관 장치(200)는 외부 금형(210)과, 내부 금형(230) 및, 가압 수단(도면에 미도시)을 포함한다.
외부 금형(210)은 관의 길이방향을 따라 길게 연장되도록 형성된다. 외부 금형(210)은 확관하고자 하는 관의 길이 보다 약간 더 긴 길이를 갖는다.
외부 금형(210)은 적어도 두 개의 외부 확관부재(212)를 포함하고, 적어도 두 개의 외부 확관부재(212)는 도우넛 형상을 이루도록 배치되되, 외부 확관부재(212) 사이에는 내부 확관부재(232)가 설치된다.
각각의 외부 확관부재(212)는 다수 개의 외부 단위 확관부재(214)가 관의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 이루어진 것으로서, 부채꼴 형상의 단면을 가지며, 그 외주면과 내주면은 곡면, 바람직하게는 원호를 이룬다.
확관 작업시, 외부 단위 확관부재(214)는 이웃하는 외부 단위 확관부재(214)와 독립하여 반경방향으로 이동할 수 있다. 즉, 가압수단이 작동되면 외부 단위 확관부재(214)는 이웃하는 외부 단위 확관부재(214)와 독립하여 반경방향의 바깥쪽으로 이동한다. 그리고, 상기 가압이 제거되면 이웃하는 외부 단위 확관부재(214)와 독립하여 반경방향의 안쪽으로 이동한다.
내부 금형(230)은 외부 금형(210)의 내부에 설치된다. 내부 금형(230)은 적어도 두 개의 내부 확관부재(232)를 포함하고, 그 내부에는 관통부(140)가 길이방향을 따라 길게 형성된다. 각각의 내부 확관부재(232)는 외부 확관부재(212) 사이에 설치된다.
그리고, 각각의 내부 확관부재(232)는 다수 개의 내부 단위 확관부재(234)가 관의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 이루어진 것으로서, 그 외주면과 내주면은 곡면, 바람직하게는 원호를 이룬다.
확관장치(200)가 수축 상태일 때, 내부 단위 확관부재(234)는 그 선단이 외부 단위 확관부재(214) 사이에 삽입된 상태를 유지한다.
확관 작업시, 내부 단위 확관부재(234)는 이웃하는 내부 단위 확관부재(234)와 독립하여 반경방향으로 이동하면서 양측 외부 단위 확관부재(214)의 간격을 벌리고 양측 외부 단위 확관부재(214)를 바깥쪽으로 이동시킨다.
이를 구체적으로 설명하면, 가압 수단에 의해서 내부 단위 확관부재(234)가 가압되면 내부 단위 확관부재(234)가 양쪽 외부 단위 확관부재(214)의 측면을 따라 슬라이딩되면서 반경방향의 바깥쪽으로 이동되어 외부 단위 확관부재(214) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 단위 확관부재(214)가 바깥쪽으로 이동된다. 확관 장치가 확장 상태일 때 내부 단위 확관부재(234)의 측면은 외부 단위 확관부재(214)의 측면과 접하고 내부 단위 확관부재(234)의 외부면은 외부 단위 확관부재(214)의 외부면과 함께 원형을 이루며, 상기 원형을 이룬 상태에서 내,외부 단위 확관부재는 관의 내부면을 가압하여 확관한다.
도 19는 가압수단(도면에 미도시)에 의해 우측의 내,외부 단위 확관부재(234)(214)부터 순차적으로 반경방향의 바깥쪽으로 이동하여 확관이 이루어진 것을 보여준다. 이 확관에 의해 복합관(20)의 직경이 증가하고 스테인레스 스틸관(23)과 강관(21)이 밀착 결합된다
확관이 완료되어 가압수단에 의한 가압이 제거되면 내부 단위 확관부재(234)는 이웃하는 내부 단위 확관부재(234)와 독립하여 반경방향의 안쪽으로 이동하고, 이에 따라 외부 단위 확관부재(214)가 관에 인가하는 압력도 해소된다.
상기 가압수단은 내부 금형(230)을 반경 방향의 바깥쪽으로 이동시켜 관을 확관한다. 가압수단의 일 예는 각각의 내부 단위 확관부재(234)와 대응되도록 설치된 유압 실린더(도면에 미도시)이다. 가압수단의 또 다른 예는 도 15에 도시된 가압봉(160)이다.
가압수단이 관의 한쪽 단부에서부터 다른쪽 단부를 향해 내부 단위 확관부재(234)를 순차적으로 바깥쪽으로 이동시키면 관의 한쪽 단부에서부터 다른쪽 단부를 향해 확관이 이루어지므로, 강관(21)과 스테인레스 스틸관(23) 사이에 존재하는 공기 등을 외부로 배출하는 데 유리하다.
그러면, 확관장치(100)를 이용한 확관 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 강관(21) 내부에 스테인리스 스틸관(23)을 삽입한다. 이 때, 필요에 따라 강관(21)의 내부면 또는 스테인리스 스틸관(23)의 외부면에 접착제를 도포한 후 삽입할 수도 있다.
이어서, 확관장치(100)를 스테인리스 스틸관(23)의 내부에 삽입한다.
다음으로, 가압수단, 예를 들어 튜브(150)에 오일을 공급하여 팽창시킨다. 튜브(150)가 팽창되면 내부 확관부재(132)가 외부 확관부재(112) 사이에서 슬라이딩되면서 바깥쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 내,외부 확관부재(132)(112)가 모두 바깥쪽으로 이동하게 되며 내,외부 확관부재(132)(112)의 외부면은 원을 이룬 상태에서 관(20)의 내부면을 가압하게 된다.
확관이 완료되면 튜브(150)에서 오일을 배출하여 튜브(150)를 수축시킨다. 튜브(150)가 수축되면 내,외부 확관부재(132)(112)가 원위치로 복귀하게 된다. 튜브(150)가 수축되면 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.
이어서, 확관 완료된 복합관을 확관장치(100)로부터 제거한다.
1 : 스테인리스 스틸관과 강관 및 접착층으로 이루어진 복합관
3, 21 : 강관 5, 23 : 스테인리스 스틸관
7, 27 : 접착층 10 : 확관 금형
12 : 확관 부재
20, 30 : 복합관 21a : 강관의 단부 측면
21b : 강관의 단부 윗면 24 : 스테인리스 스틸관의 연장부
25 : 수지층 31 : 플랜지(f)의 앞면
100, 200 : 확관 장치
110, 210 : 외부 금형 112, 212 : 외부 확관부재
113 : 걸림턱 130, 230 : 내부 금형
132, 232 : 내부 확관부재 133 : 걸림턱
140 : 관통부 150 : 튜브
160 : 가압봉 162 : 가압봉의 선단
164 : 가압봉의 몸체 f : 플랜지
170 : 가압봉 171 : 가압봉(170)의 한쪽 단부
172 : 가압봉(170)의 반대쪽 단부 214 : 외부 단위 확관부재
234 : 내부 단위 확관부재
L : 확관이 이루어지지 않는 부분

Claims (12)

  1. 적어도 두 개의 외부 확관부재(112)를 포함하는 외부 금형(110);
    외부 금형(110)의 내부에 설치되고, 적어도 두 개의 내부 확관부재(132)를 포함하는 내부 금형(130); 및,
    내부 확관부재(132)를 반경방향의 바깥쪽으로 이동시키는 가압 수단;을 포함하고,
    내부 확관부재(132)는 외부 확관부재(112) 사이에 설치되고,
    이웃하는 외부 확관부재(112)의 측면 사이의 간격은 내부 금형(130)의 중심쪽으로 갈수록 넓어지고, 내부 확관부재(132)는 내부 금형(130)의 중심쪽으로 갈수록 폭이 넓어지며,
    가압 수단에 의해서 내부 확관부재(132)가 가압되면 내부 확관부재(132)가 양쪽 외부 확관부재(112)의 측면을 따라 슬라이딩되면서 반경방향의 바깥쪽으로 이동되어 외부 확관부재(112) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 확관부재(112)가 바깥쪽으로 이동되고
    확관 장치가 확장 상태일 때 내부 확관부재(132)의 측면은 외부 확관부재(112)의 측면과 접하고 내부 확관부재(132)의 외주면은 외부 확관부재(112)의 외주면과 함께 원형을 이루고, 상기 원형을 이룬 상태에서 내,외부 확관부재(132)(112)는 관의 내부면을 가압하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    확관 장치가 수축 상태일 때 내부 확관부재(132)의 선단이 양쪽 외부 확관부재(112)의 측면 사이에 삽입된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    내,외부 확관부재(132)(112)는 관의 길이방향을 따라 길게 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    내부 확관부재(132)의 일부분(H)은 내부 확관부재(132)의 다른 부분과 비교해서 다른 단면 형상을 가지며,
    외부 확관부재(112)는 상기 일부분(H)과 형합하는 단면 형상을 가지고,
    상기 일부분(H)은 내부 확관부재(132)가 외부 확관부재(112)에 대해 관의 길이방향으로 상대적으로 이동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압수단은 관의 길이 방향을 따라 내부 금형의 내부에 설치된 튜브(150)를 포함하고,
    튜브(150)는 외부로부터 유체를 공급받아 팽창되며, 튜브(150)의 팽창으로 인해 내부 확관부재(132)가 관의 반경 방향으로 이동하여 외부 확관부재(112)를 가압하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가압수단은 가압봉(160)(170) 또는 유압 실린더이고,
    가압봉(160)(170)은 내부 금형(130)의 내부에 삽입된 후 내부 확관부재(132)를 관의 반경 방향으로 이동시켜 확관을 하고,
    유압 실린더는 각각의 내부 확관부재(132)와 대응되도록 내부 금형(130)의 내부에 설치된 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    가압봉(170)은 외주면이 완만한 경사를 이루는 원기둥이고, 내부금형(130)과 외부금형(110)은 한쪽 단부에서 반대편 단부 쪽으로 갈수록 두께가 얇아지며,
    가압봉(170)이 내부 금형(130)에 삽입된 상태에서 수평방향의 하중이 인가되면 확관이 이루어지는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 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,
    상기 가압수단은 스테인리스 스틸관(23)과 강관(21)을 확관하여 스테인리스 스틸관(23)이 강관(21)에 밀착 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  9. 적어도 두 개의 외부 확관부재(212)를 포함하는 외부 금형(210);
    외부 금형(210)의 내부에 설치되고, 적어도 두 개의 내부 확관부재(232)를 포함하는 내부 금형(230); 및,
    내부 확관부재(232)를 반경방향의 바깥쪽으로 이동시키는 가압 수단;을 포함하고,
    각각의 외부 확관부재(212)는 다수 개의 외부 단위 확관부재(214)가 관의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 이루어지고 부채꼴 형상의 단면을 가지며, 외부 단위 확관부재(214)는 이웃하는 외부 단위 확관부재(214)와 독립하여 반경방향으로 이동될 수 있으며,
    각각의 내부 확관부재(232)는 다수 개의 내부 단위 확관부재(234)가 관의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 이루어지며, 내부 단위 확관부재(234)는 이웃하는 내부 단위 확관부재(234)와 독립하여 반경방향으로 이동될 수 있고,
    내부 단위 확관부재(234)는 외부 단위 확관부재(214) 사이에 설치되고,
    가압 수단에 의해서 내부 단위 확관부재(234)가 가압되면 내부 단위 확관부재(234)가 양쪽 외부 단위 확관부재(214)의 측면을 따라 슬라이딩되면서 반경방향의 바깥쪽으로 이동되어 외부 단위 확관부재(214) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 단위 확관부재(214)가 바깥쪽으로 이동되고,
    확관 장치가 확장 상태일 때 내부 단위 확관부재(234)의 측면은 외부 단위 확관부재(214)의 측면과 접하고 내부 단위 확관부재(234)의 외주면은 외부 단위 확관부재(214)의 외주면과 함께 원형을 이루며, 상기 원형을 이룬 상태에서 내,외부 단위 확관부재는 관의 내부면을 가압하여 확관하는 것을 특징으로 하는 확관 장치.
  10. (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) 상기 (b) 단계 이후에, 가압수단을 이용하여 확관 장치(100)를 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동시켜 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23)을 확관하는 단계;를 포함하고,
    확관 장치(100)는,
    부채꼴 형상의 외부 확관부재(112)를 적어도 두 개 포함하는 외부 금형(110); 및,
    외부 금형(110)의 내부에 설치되고, 외부 확관부재(112) 사이에 설치된 내부 확관부재(132)를 적어도 두 개 포함하는 내부 금형(130);을 구비하고,
    이웃하는 외부 확관부재(112)의 측면 사이의 간격은 내부 금형(130)의 중심쪽으로 갈수록 넓어지고, 내부 확관부재(132)는 내부 금형(130)의 중심쪽으로 갈수록 폭이 넓어지며,
    가압 수단에 의해서 내부 확관부재(132)가 가압되면 내부 확관부재(132)가 양쪽 외부 확관부재(112)의 측면을 따라 슬라이딩되면서 반경방향의 바깥쪽으로 이동되어 외부 확관부재(112) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 확관부재(112)가 바깥쪽으로 이동되고
    확관 장치가 확장 상태일 때 내부 확관부재(132)의 측면은 외부 확관부재(112)의 측면과 접하고 내부 확관부재(132)의 외주면은 외부 확관부재(112)의 외주면과 함께 원형을 이루고, 상기 원형을 이룬 상태에서 내,외부 확관부재(132)(112)는 관의 내부면을 가압하는 것을 특징으로 하는 확관 방법.
  11. (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) 상기 (b) 단계 이후에, 가압수단을 이용하여 확관 장치(200)를 반경 방향으로 바깥쪽으로 이동시켜 강관(21)과 스테인리스 스틸관(23)을 확관하는 단계;를 포함하고,
    확관 장치(200)는,
    부채꼴 형상의 외부 확관부재(212)를 적어도 두 개 포함하는 외부 금형(210); 및,
    외부 금형(210)의 내부에 설치되고, 외부 확관부재(212) 사이에 설치된 내부 확관부재(232)를 적어도 두 개 포함하는 내부 금형(230);을 구비하고,
    각각의 외부 확관부재(212)는 다수 개의 외부 단위 확관부재(214)가 관의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 이루어지고 부채꼴 형상의 단면을 가지며, 외부 단위 확관부재(214)는 이웃하는 외부 단위 확관부재(214)와 독립하여 반경방향으로 이동될 수 있으며,
    각각의 내부 확관부재(232)는 다수 개의 내부 단위 확관부재(234)가 관의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 이루어지며, 내부 단위 확관부재(234)는 이웃하는 내부 단위 확관부재(234)와 독립하여 반경방향으로 이동될 수 있고,
    내부 단위 확관부재(234)는 외부 단위 확관부재(214) 사이에 설치되고,
    가압 수단에 의해서 내부 단위 확관부재(234)가 가압되면 내부 단위 확관부재(234)가 양쪽 외부 단위 확관부재(214)의 측면을 따라 슬라이딩되면서 반경방향의 바깥쪽으로 이동되어 외부 단위 확관부재(214) 사이의 간격이 넓어지면서 외부 단위 확관부재(214)가 바깥쪽으로 이동되고,
    확관 장치가 확장 상태일 때 내부 단위 확관부재(234)의 측면은 외부 단위 확관부재(214)의 측면과 접하고 내부 단위 확관부재(234)의 외주면은 외부 단위 확관부재(214)의 외주면과 함께 원형을 이루며, 상기 원형을 이룬 상태에서 내,외부 단위 확관부재는 관의 내부면을 가압하여 확관하는 것을 특징으로 하는 확관 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 가압수단은 유압 실린더 또는 가압봉인 것을 특징으로 하는 확관 방법.
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