KR102617039B1 - 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치 - Google Patents

레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치 Download PDF

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유경탁
박대영
구형모
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Abstract

본 발명에 의한 끝단의 외경이 단턱지게 확장되어 방사형으로 복수 개의 홀이 형성되어 있는 배관 플랜지와 상기 배관 플랜지의 일단을 덮어 배관을 기밀시키는 블라인드 플랜지를 체결볼트와 너트로 체결하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템은 상기 배관 플랜지와 상기 블라인드 플랜지를 체결볼트와 너트로 체결하는 자동 토크 렌치와, 상기 자동 토크 렌치의 동작을 제어하는 제어부,를 포함하고, 상기 자동 토크 렌치는, 상기 배관 플랜지 및 상기 블라인드 플랜지의 복수의 홀에 삽입된 상기 체결볼트와 상기 너트를 사이에 두고 각각 상하방향으로 소정간격 이격되어 상기 체결볼트와 상기 너트의 축방향으로 정렬되는 상부 너트러너와 하부 너트러너의 쌍을 포함하는 너트러너로서, 상기 상부 너트러너는 상기 체결볼트를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 모터를 포함하는 회전모터부를 구비하는 상기 너트러너; 상기 상부 너트러너와 하부 너트러너를 연결하며, 상기 상부 너트러너와 상기 하부 너트러너가 이루는 축과 평행한 축을 구비한 지지축, 상기 지지축 상단의 일측에서 상기 상부 너트러너의 상기 회전모터부 방향으로 돌출되는 제1 돌출부, 및 상기 지지축 하단의 일측에서 상기 제1 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되는 제2 돌출부,를 포함하는 라킹암; 상기 제1 돌출부 상부에 위치하며, 상기 상부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 체결볼트에 결합 또는 분리 시키기 위한 상부조절레버; 상기 제2 돌출부 하부에 위치하며, 상기 하부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 너트에 결합 또는 분리 시키기 위한 하부조절레버;및 상기 자동 토크 렌치를 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지에 장착시켜 고정시키기 위한 하부고정부,를 포함하는 받침부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 배관 플랜지의 상기 상부 너트러너에 접속되어, 상기 상부 너트러너가 상기 체결볼트에 일정한 토크와 회전 속도를 부여하여 상기 체결볼트를 회전시켜 상기 체결볼트와 상기 너트를 체결시키도록 상기 상부 너트러너의 상기 회전모터부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치 {Lever Type Automatic Torque Control System and Automatic Torque Wrench for Fastening Bolts of Piping Flange}
본 발명은 중·소구경 배관 플랜지 연결 볼트를 설정 토크 및 체결 순서에 따라 자동으로 체결하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치에 관한 것이다.
통상적으로, 원자력 발전소 등과 같이 많은 유체, 예를 들면, 물, 증기, 기름, 공기 및 붕산수 등의 유체를 사용하는 발전소에는 많은 배관이 사용되고 있으며, 배관 연결이나 배관에 대한 펌프 등의 접속에는, 플랜지가 사용되고 있다. 여기서 배관의 기밀구조 유지는 필수 불가결 요소이며, 원자로 건물 내 일부 배관 및 플랜지 누설은 방사능 누출로 이어질 수 있어서, 정확한 토크 제어를 이용한 배관 및 플랜지 볼트 체결기는 매우 필수적이고 중요한 장비이다.
이와 같은 배관 플랜지는 상기 배관 플랜지 사이를 복수 지점에 배치한 볼트 및 너트로 체결한다. 다수의 경험이 축적된 숙련자의 조립품질이 양호하며, 다수의 볼트체결 종료 시점에서 각 볼트에 인가된 토크 출력이 균일해야 배관의 기밀성능이 좋아진다. 따라서 규정된 토크로 조이지 않으면, 배관 플랜지의 기밀성이 불량해질 수 있는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 배관 플랜지의 각 볼트 체결 시 토크의 균일성과 배관의 기밀성이 우수한 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 끝단의 외경이 단턱지게 확장되어 방사형으로 복수 개의 홀이 형성되어 있는 배관 플랜지와 상기 배관 플랜지의 일단을 덮어 배관을 기밀시키는 블라인드 플랜지를 체결볼트와 너트로 체결하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템에 있어서, 상기 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템은 상기 배관 플랜지와 상기 블라인드 플랜지를 체결볼트와 너트로 체결하는 자동 토크 렌치와, 상기 자동 토크 렌치의 동작을 제어하는 제어부,를 포함하고, 상기 자동 토크 렌치는, 상기 배관 플랜지 및 상기 블라인드 플랜지의 복수의 홀에 삽입된 상기 체결볼트와 상기 너트를 사이에 두고 각각 상하방향으로 소정간격 이격되어 상기 체결볼트와 상기 너트의 축방향으로 정렬되는 상부 너트러너와 하부 너트러너의 쌍을 포함하는 너트러너로서, 상기 상부 너트러너는 상기 체결볼트를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 모터를 포함하는 회전모터부를 구비하는 상기 너트러너; 상기 상부 너트러너와 하부 너트러너를 연결하며, 상기 상부 너트러너와 상기 하부 너트러너가 이루는 축과 평행한 축을 구비한 지지축, 상기 지지축 상단의 일측에서 상기 상부 너트러너의 상기 회전모터부 방향으로 돌출되는 제1 돌출부, 및 상기 지지축 하단의 일측에서 상기 제1 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되는 제2 돌출부, 상기 제1 돌출부 하부에서 상기 지지축의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제1 돌출부 상의 상부조절레버에 연결되어 상기 상부조절레버의 조작에 의하여 작동되는 제1 실린더 및 제1 피스톤을 포함하는 제1 실린더부, 및 상기 제2 돌출부 상부에서 상기 지지축의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제2 돌출부 하부의 상기 하부조절레버에 연결되어 상기 하부조절레버의 조작에 의하여 작동되는 제2 실린더 및 제2 피스톤을 포함하는 제2 실린더부,를 포함하는 라킹암; 상기 제1 돌출부 상부에 위치하며, 상기 상부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 체결볼트에 결합 또는 분리 시키기 위한 상부조절레버; 상기 제2 돌출부 하부에 위치하며, 상기 하부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 너트에 결합 또는 분리 시키기 위한 하부조절레버;및 상기 자동 토크 렌치를 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지에 장착시켜 고정시키기 위하여 상기 지지축의 축방향 대략 중심부분으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되도록 형성되는 상부고정부, 및 상기 상부고정부와 함께 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지를 클램프 방식으로 고정시키기 위하여 상기 배관 플랜지 하부에서 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출된 제1 부분과 상기 하부고정부를 상하로 이동시키기 위한 고정량 조절레버와 연결되도록 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대방향으로 돌출된 제2 부분을 포함하는 하부고정부,를 포함하는 받침부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 배관 플랜지의 상기 상부 너트러너에 접속되어, 상기 상부 너트러너가 상기 체결볼트에 일정한 토크와 회전 속도를 부여하여 상기 체결볼트를 회전시켜 상기 체결볼트와 상기 너트를 체결시키도록 상기 상부 너트러너의 상기 회전모터부를 제어하고, 상기 제어부는, 상기 자동 토크 렌치에 적용하고자 하는 토크 값, 구동순서, 및 렌치 속도 중 적어도 하나를 입력하는 입력부; 체결 토크 또는 체결 각도의 확인을 위한 디스플레이;및 상기 입력부에 입력되는 토크 값, 구동순서, 및 렌치 속도 중 적어도 하나의 데이터를 처리하는 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전모터부는 모터 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터는 서보모터인 것을 특징으로 한다.
상기 상부 너트러너는 상기 회전모터부의 상기 체결볼트 방향으로 연결되는 렌치헤드, 상기 렌치헤드에 삽입되어 상기 모터의 구동에 의하여 회전되는 제1 렌치소켓 아답터, 및 일측이 상기 제1 렌치소켓 아답터에 결합되고 타측이 상기 체결볼트의 헤드가 삽입되어 상기 체결볼트를 고정시켜 상기 제1 렌치소켓 아답터의 회전에 의하여 타측에 고정된 상기 체결볼트를 회전시키는 제1 렌치소켓을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 렌치소켓은 상기 체결볼트의 크기와 모양에 따라 교체가능한 것을 특징으로 한다.
상기 하부 너트러너는 일측이 상기 너트가 삽입되어 상기 너트를 고정시키고, 타측이 고정부에 끼워맞춤 되는 제2 렌치소켓, 상기 제2 렌치소켓를 고정시키는 상기 고정부, 상기 고정부를 지지하고 제2 렌치소켓에 상기 너트가 삽입될 때 발생하는 충격을 흡수하기 충격흡수부, 및 상기 충격흡수부을 지지하기 위한 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 너트러너의 상기 렌치헤드가 상기 상기 제1 실린더 측방향에 고정되고 상기 하부 너트러너의 상기 지지부는 상기 제2 실린더의 측방향에 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 라킹암은 사용자가 상기 자동 토크 렌치를 이동시키도록 사용자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 받침부는 상기 상부고정부를 지지하기 위하여 상기 상부고정부 하부에서 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지의 외주면에 접촉하도록 돌출된 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 받침부는 상기 하부고정부를 상하로 이동시키기 위한 상기 고정량 조절레버를 상기 지지축에 고정시키기 위하여 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대방향으로 돌출된 레버고정부, 및 사용자에 의한 상기 고정량 조절레버의 조작에 의하여 상기 하부고정부를 상하로 이동시키기 위하여 상기 하부고정부에 연결된 레버로드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부고정부의 일측은 상기 지지축에 연결되도록 형성되며, 타측은 상기 제1 및 제2 돌출부 보다 더 돌출되며 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 홈은 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 반타원형인 것을 특징으로 한다.
상기 하부고정부는 일측이 상기 지지축을 관통하여 상기 지지축에서 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대 방향으로도 돌출되어 상기 레버로드와 연결되어 있으며, 타측은 상기 제1 및 제2 돌출부 보다 더 돌출되고 홈이 형성되어 있어, 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 상부 너트러너에 케이블에 의하여 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 배관 플랜지 및 블라인드 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템은 상기 제어부를 지원하거나 관리하는 사용자 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 끝단의 외경이 단턱지게 확장되어 방사형으로 복수 개의 홀이 형성되어 있는 배관 플랜지와 상기 배관 플랜지의 일단을 덮어 배관을 기밀시키는 블라인드 플랜지를 체결볼트와 너트로 체결하는 자동 토크 렌치에 있어서, 상기 배관 플랜지 및 상기 블라인드 플랜지의 복수의 홀에 삽입된 상기 체결볼트와 상기 너트를 사이에 두고 각각 상하방향으로 소정간격 이격되어 상기 체결볼트와 상기 너트의 축방향으로 정렬되는 상부 너트러너와 하부 너트러너의 쌍을 포함하는 너트러너로서, 상기 상부 너트러너는 상기 체결볼트를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 모터를 포함하는 회전모터부를 구비하는 상기 너트러너; 상기 상부 너트러너와 하부 너트러너를 연결하며, 상기 상부 너트러너와 상기 하부 너트러너가 이루는 축과 평행한 축을 구비한 지지축, 상기 지지축 상단의 일측에서 상기 상부 너트러너의 상기 회전모터부 방향으로 돌출되는 제1 돌출부, 및 상기 지지축 하단의 일측에서 상기 제1 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되는 제2 돌출부, 상기 제1 돌출부 하부에서 상기 지지축의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제1 돌출부 상의 상부조절레버에 연결되어 상기 상부조절레버의 조작에 의하여 작동되는 제1 실린더 및 제1 피스톤을 포함하는 제1 실린더부, 및 상기 제2 돌출부 상부에서 상기 지지축의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제2 돌출부 하부의 상기 하부조절레버에 연결되어 상기 하부조절레버의 조작에 의하여 작동되는 제2 실린더 및 제2 피스톤을 포함하는 제2 실린더부,를 포함하는 라킹암; 상기 제1 돌출부 상부에 위치하며, 상기 상부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 체결볼트에 결합 또는 분리 시키기 위한 상부조절레버; 상기 제2 돌출부 하부에 위치하며, 상기 하부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 너트에 결합 또는 분리 시키기 위한 하부조절레버;및 상기 자동 토크 렌치를 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지에 장착시켜 고정시키기 위하여 상기 지지축의 축방향 대략 중심부분으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되도록 형성되는 상부고정부, 및 상기 상부고정부와 함께 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지를 클램프 방식으로 고정시키기 위하여 상기 배관 플랜지 하부에서 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출된 제1 부분과, 상기 하부고정부를 상하로 이동시키기 위한 고정량 조절레버와 연결되도록 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대방향으로 돌출된 제2 부분을 포함하는 하부고정부,를 포함하는 받침부;를 포함하고, 상기 회전모터부는 상기 체결볼트에 동일한 토크와 회전 속도를 부여하여 상기 체결볼트를 회전시켜 상기 체결볼트와 상기 너트를 체결시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배관 플랜지의 볼트 체결이 일정성을 갖고 제어되며, 레버를 이용하여 배관 플랜지에 자동 토크 렌치를 장착시킬 수 있어 사용자 편의성이 보다 강화되고 효과적으로 플랜지 기밀성을 정량적 범위에서 유지할 수 있는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 배관 플랜지의 너트러너의 속도, 출력 등을 제어기를 통하여 제어하여 초기 결합단계, 중간 결합단계, 종료 결합단계 각각에서 정량 제어관리를 시행하므로 체결실패 비율이 획기적으로 감소하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 배관 플랜지 및 블라인드 플랜지를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치의 상부 너트러너와 하부 너트러너 쌍을 포함하는 너트러너, 및 라킹암을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치가 배관에 장착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치가 배관에 장착된 모습을 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치가 배관에 장착된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 입력부를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치의 체결볼트와 너트의 체결방식을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 제어기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 직접 토크 제어 블록도(좌) 및 공간전압 벡터 로직(우)를 나타낸 도면이다.
도 11은 직접 토크제어를 위한 전압 벡터 영역을 나타낸 도면이다.
도 12는 전동기 3상의 인가 전압(좌)와 d-q 좌표계 변환(우)을 나타낸 도면이다.
도 13은 3상 인가 전압(좌)과 d-q 회전 좌표계에서의 전압 값(우)을 나타낸 도면이다.
도 14는 dq 변환/역변환 과정(상)과 전류 제어기 블록도(하)을 나타낸 도면이다.
도 15는 스위칭에 따른 전압 상태 및 전압 벡터을 나타낸 도면이다.
도 16는 본 발명의 일 실시예에 의한 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템에 의하여 배관 플랜지를 체결하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치의 상부고정부를 블라인드 플랜지 상부에 위치시키는 모습을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치의 하부고정부를 배관 플랜지 하부에 위치시켜 고정시키는 모습을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치의 너트러너가 체결볼트와 너트방향으로 이동하여 체결시키는 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템을 나타낸 구성도이다.
상기 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템(1)은 배관(101)의 배관 플랜지(110)와 상기 배관 플랜지(110)의 일단을 덮어 상기 배관(101)을 기밀시키는 블라인드 플랜지(120)를 체결볼트(131)와 너트(132)를 포함하는 플랜지체결부(130)로 체결시키기 위한 자동 토크 렌치(200), 상기 자동 토크 렌치(200)에 케이블(350)에 의하여 연결되어 상기 자동 토크 렌치(200)를 제어하는 제어부(300), 및 제어부(300)를 지원하거나 관리하는 사용자 컴퓨터(400)를 포함한다. 그러나 본 발명에 의한 상기 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템(1)은 상기 배관(101)의 배관 플랜지(110) 쌍을 플랜지체결부(130)의 체결볼트(131)와 너트(132)로 체결시키기 위한 것일 수 있다.
이때, 상기 자동 토크 렌치(200)와 상기 제어부(300)의 접속은 케이블(350)에 의한 유선 접속 대신에 무선 접속이어도 된다. 또한, 상기 제어부(300)와 상기 사용자 컴퓨터(400)는 유선 또는 무선으로 연계될 수 있다.
여기서 상기 배관 플랜지(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배관(101) 끝단의 외경이 단턱지게 확장되어 방사형으로 복수 개의 홀이 형성되어 있으며, 상기 배관 플랜지(110)의 상면에 놓여있는 블라인드 플랜지(120)에는 상기 배관 플랜지(110)의 상기 복수 개의 홀에 대응하도록 복수 개의 홀이 형성되어 있다. 상기 배관 플랜지(110)와 상기 블라인드 플랜지(120)의 정렬된 상기 복수 개의 홀에 상기 체결볼트(131)가 삽입되고, 상기 체결볼트(131) 각각에 대응하는 상기 너트(132)가 상기 배관 플랜지(110) 하단에서 장착된다. 따라서 상기 배관 플랜지(110) 및 상기 블라인드 플랜지(120)를 상기 체결볼트(131)와 너트(132)로 체결시키면 상기 배관(101)이 밀폐된다.
본 발명에 의한 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템(1)의 상기 자동 토크 렌치(200)는 상기 체결볼트(131)와 너트(132)의 체결을 위한 토크 (τ) 발생 수단이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 자동 토크 렌치(200)는 상부 너트러너(220)와 하부 너트러너(230) 쌍을 포함하는 너트러너(210), 라킹암(Locking Arm, 240), 받침부(250), 상부조절레버(260), 고정량 조절레버(270), 및 하부조절레버(280)를 포함한다.
구체적으로, 상기 너트러너(210)는 상기 배관 플랜지(110) 및 상기 블라인드 플랜지(120)의 홀에 삽입되어 있는 상기 체결볼트(131)와 너트(132)를 사이에 두고 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(132)의 축방향으로 정렬되는 상부 너트러너(220)와 하부 너트러너(230)를 포함한다. 따라서, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 자동 토크 렌치(200)는 상기 배관 플랜지(110)에 위치하는 상기 배관 플랜지(110)와 블라인드 플랜지(120)의 홀에 삽입된 체결볼트(131)와 너트(132)의 쌍을 체결할 수 있다.
여기서, 상기 상부 너트러너(220)는 제1 렌치소켓(221), 렌치헤드(222), 제1 렌치소켓 아답터(223), 및 회전모터부(224)를 포함할 수 있다.
상기 제1 렌치소켓(221)은 일측이 상기 체결볼트(131)의 헤드가 삽입되어 상기 체결볼트(131)를 고정시키고, 타측이 상기 렌치헤드(222)의 제1 렌치소켓 아답터(223)에 결합된다. 따라서, 상기 제1 렌치소켓 아답터(223)의 회전에 의하여 상기 제1 렌치소켓(221)에 고정된 상기 체결볼트(131)를 회전시킨다. 여기서 상기 제1 렌치소켓(221)은 상기 체결볼트(131)의 크기와 모양에 따라 교체가능하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 렌치소켓(221)은 M8 내지 M32 중 어느 하나일 수 있다.
상기 렌치헤드(222)는 상기 렌치헤드(222)에 축방향으로 연결된 상기 회전모터부(224)에 사용되는 모터에 의하여 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 구성되는 제1 렌치소켓 아답터(223)을 고정시킨다.
상기 회전모터부(224)는 상기 렌치헤드(222)의 제1 렌치소켓 아답터(223)를 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전시키기 위한 모터를 구비한다. 따라서, 상기 회전모터부(224)는 모터 드라이버(미도시)를 포함할 수 있으며, 또한, 상기 체결부(130)에 가해지는 토크를 측정하기 위한 토크 센서, 엔코더 또는 홀센서 등을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 토크 센서는 모터로부터 토크 (τ) 를 검출한다. 상기 검출 토크 (τ) 는 제어부(300)에 전달되고, 상기 제어부(300)를 통해 사용자 컴퓨터(400)에 제공된다. 상기 검출 토크 (τ)는 체결 결과 정보의 일예이다. 또한, 상기 토크 센서는 상기 체결볼트(131)와 너트(132)의 체결 토크 (τ) 를 검출하면 되고, 상기 자동 토크 렌치(200)의 외부에 구비해도 된다. 한편, 상기 회전모터부(224)에 사용되는 모터는 서보모터일 수 있다. 상기 서보모터는 고토크 서보모터를 사용할 수 있으며, 상기 자동 토크 렌치와 일체형으로 제작될 수도 있다. 상기 모터는 상기 제어부(300)에 입력되는 체결 조건에 따라 구동한다.
상기 하부 너트러너(230)는 일측이 상기 너트(132)가 삽입되어 상기 너트(132)를 고정시키고 타측이 고정부(232)에 끼워맞춤 되는 제2 렌치소켓(231), 상기 제2 렌치소켓(231)를 고정시키는 상기 고정부(232), 상기 고정부(232)를 지지하고 제2 렌치소켓(221)에 상기 너트(132)가 삽입될 때 발생하는 충격을 흡수하기 충격흡수부(233), 상기 충격흡수부(233)을 지지하기 위한 지지부(234)를 포함한다. 이때, 상기 충격흡수부(233)는 스프링을 포함할 수 있다. 여기서 상기 제2 렌치소켓(231)은 상기 너트(132)의 크기와 모양에 따라 교체가능하게 구성될 수 있다.
따라서 상기 제1 렌치소켓 아답터(223)의 회전에 의하여 상기 제1 렌치소켓(221)에 고정된 상기 체결볼트(131)의 회전시 상기 너트(132)가 결합된 상기 제2 렌치소켓(231)은 상기 고정부(232)에 고정되므로, 상기 회전모터부(224)의 모터에 의하여 발생한 토크가 상기 체결볼트(131) 또는 상기 너트(132)에 정확히 전달될 수 있다.
상기 라킹암(240)은 상기 상부 너트러너(220)와 하부 너트러너(230)를 연결하며, 상기 상부 너트러너(220)와 상기 하부 너트러너(230)가 이루는 축과 평행한 축을 구비한 지지축(241), 상기 지지축(241) 상단의 일측에서 상기 상부 너트러너(220)의 상기 회전모터부(224) 방향으로 돌출되는 제1 돌출부(242), 상기 지지축(241) 하단의 일측에서 상기 제1 돌출부(242)와 동일한 측방향, 즉 상기 하부 너트러너(230)의 상기 지지부(234) 방향으로 돌출되는 제2 돌출부(243), 상기 제1 돌출부(242) 하부에서 상기 지지축(241)의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제1 돌출부(242) 상의 상부조절레버(260)에 연결되어 상기 상부조절레버(260)의 조작에 의하여 작동되는 제1 실린더(244) 및 제1 피스톤(245)을 포함하는 제1 실린더부(246), 상기 제2 돌출부(243) 상부에서 상기 지지축(241)의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제2 돌출부(243) 하부의 하부조절레버(280)에 연결되어 하부조절레버(280)의 조작에 의하여 작동되는 제2 실린더(247) 및 제2 피스톤(248)을 포함하는 제2 실린더부(249)를 포함한다. 여기서 상기 제1 실린더부(246)는 상기 상부 너트러너(220)와 상기 지지축(241) 사이에 위치하고, 상기 제2 실린더부(249)는 상기 하부 너트러너(230)와 상기 지지축(241) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 상기 상부 너트러너(220)의 상기 렌치헤드(222)가 상기 상기 제1 실린더(244) 측방향에 고정되고 상기 하부 너트러너(230)의 상기 지지부(234)는 상기 제2 실린더(247)의 측방향에 고정될 수 있다. 또한, 상기 지지축(241)에는 사용자가 손으로 잡을 수 있어 상기 자동 토크 렌치(200)를 이동시킬 수 있는 손잡이부(290)가 구비된다.
상기 받침부(250)는 상기 자동 토크 렌치(200)를 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120)에 장착시켜 고정시키기 위한 것이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 받침부(250)는 상기 라킹암(240)의 상기 지지축(241)의 축방향 대략 중심부분으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부(242, 243)와 동일한 측방향으로 돌출되도록 형성되며 상기 자동 토크 렌치(200)를 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120)의 상부에 고정시키기 위한 상부고정부(251), 상기 상부고정부(251)를 지지하기 위하여 상기 상부고정부(251) 하부에서 상기 지지축(241)으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부(242, 243)와 동일한 측방향으로 돌출되도록 형성되며 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120)의 외주면에 접촉하도록 돌출된 지지대(252), 상기 상부고정부(251)와 함께 상기 배관 플랜지(110) 하부에서 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120)를 클램프 방식으로 고정시키기 위하여 상기 지지축(241)으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부(242, 243)와 동일한 측방향으로 돌출된 제1 부분과, 하부고정부를 상하로 이동시키기 위한 고정량 조절레버와 연결되도록 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대방향으로 돌출된 제2 부분을 포함하는 하부고정부(253), 및 상기 고정량 조절레버(270)를 상기 지지축(241)에 고정시키기 위하여 상기 지지축(241)으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부(242, 243)와 반대방향으로 돌출된 레버고정부(254), 및 사용자에 의한 상기 고정량 조절레버(270)의 조작에 의하여 상기 하부고정부(253)를 상하로 이동시키기 위하여 상기 하부고정부(253)에 연결된 레버로드(255)를 포함한다.
여기서, 상기 상부고정부(251)의 일측(251-1)은 상기 지지축(241)에 연결되도록 형성되며, 타측(251-2)은 상기 제1 및 제2 돌출부(242, 243) 보다 더 돌출되고 홈(251-3)이 형성되어 있어, 상기 제1 렌치소켓(221) 또는 상기 제2 렌치소켓(231)이 관통한다. 상기 홈(251-3)은 상기 제1 렌치소켓(221) 또는 상기 제2 렌치소켓(231)이 관통하도록 반타원형일 수 있다. 이때, 상기 상부고정부(251)의 반타원형의 홈(251-3)의 말단(251-4)의 측면 형상은 상기 상부고정부(251)를 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120)에 장착시키기 위한 형태이면 어느 형태이든 가능하다. 예를 들어 상기 상부고정부(251)의 반타원형의 홈(251-3)의 말단(251-4)이 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120) 방향으로 구부러지도록 형성할 수도 있으며, 상기 상부고정부(251)의 반타원형의 홈(251-3)의 말단(251-4) 하측에 요철이 있을 수 있다.
또한, 상기 하부고정부(253)는 일측(253-1)은 상기 지지축(241)을 관통하여 상기 고정량 조정레버(270)에 연결되도록 상기 지지축(241)에서 상기 제1 및 제2 돌출부(242, 243)와 반대 방향으로도 돌출되어 상기 레버로드(255)와 연결되어 있으며, 타측(253-2)은 상기 제1 및 제2 돌출부(242, 243) 보다 더 돌출되고 홈(253-3)이 형성되어 있어, 상기 제1 렌치소켓(221) 또는 상기 제2 렌치소켓(231)이 관통한다. 상기 홈(253-3)은 상기 제1 렌치소켓(221) 또는 상기 제2 렌치소켓(231)이 관통하도록 반타원형일 수 있다.
따라서 상기 상부고정부(251)를 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120) 상에 위치시키고 상기 하부고정부(253)를 상기 고정량 조절레버(270)의 조작에 의하여 상기 배관 플랜지(110)의 하부에 고정시킴으로써 상기 자동 토크 렌치(200)를 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120)에 장착시킨 후 상부 너트러너(220)와 하부 너트러너(230)를 상기 상부조절레버(260) 및 상기 하부조절레버(280)의 조작에 의하여 상기 체결부(130)에 결합시켜 상기 체결볼트(131) 및 너트(132)를 체결시킬 수 있다.
상기 상부조절레버(260)는 상기 상부 너트러너(220)를 상하 방향으로 작동시키기 위한 것으로, 상기 제1 돌출부(242) 상에 위치하며, 상기 제1 실린더부(246)에 연결되어 사용자의 조정에 따라 제1 실린더부(246)를 작동시켜 상기 상부 너트러너(220)를 상하 방향으로 작동시킨다.
상기 고정량 조정레버(270)는 상기 하부고정부(253)의 이동을 조절하기 위한 것으로, 사용자의 조정에 의하여 상기 하부고정부(253)를 상기 배관 플랜지(110) 방향으로 이동시켜 상기 상부고정부(251)와 함께 상기 배관 플랜지(110)를 클램프 방식으로 고정시킨다.
상기 하부조절레버(280)는 상기 하부 너트러너(230)를 상하 방향으로 작동시키기 위한 것으로, 상기 제2 돌출부(243) 하부에 위치하며, 상기 제2 실린더부(249)에 연결되어 사용자의 조정에 따라 상기 제2 실린더부(249)를 작동시켜 상기 하부 너트러너(230)를 상하 방향으로 작동시킨다.
상기 제어부(300)는 상기 자동 토크 렌치(200)의 상기 너트러너(210)의 토크, 회전 속도, 출력 등을 동시에 제어한다. 이때, 상기 자동 토크 렌치(200)는 상기 제어부(300)에 상기 케이블(350)에 의하여 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(300)는 상기 자동 토크 렌치(200)에 적용하고자 하는 토크 값, 구동순서, 렌치 속도 등이 설정 및 입력되는 입력부(301), 체결 토크 및 체결 각도 등의 확인을 위한 디스플레이(302), 및 상기 입력부(301)에 입력되는 토크 값, 구동순서, 렌치 속도 등의 데이터를 처리하는 프로세서(303)를 포함한다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 입력부(301)를 나타낸 도면이다.
이와 같은 상기 제어부(300)는 상기 너트러너(210)에 사용되는 모터에 토크 제어 신호를 전달하고, 속도 및 모터 위치 검출을 통한 상기 자동 토크 렌치(200)의 상태를 파악하고, 상기 자동 토크 렌치(200)에 토크가 제대로 전달되었는지 여부에 대한 토크 피드백을 상기 디스플레이(302)에 표시한다. 즉 사용자는 토크 및 회전 속도를 피드백 받아, 볼트 체결이 완료되었을 때에 토크 렌치의 상태를 확인할 수 있다.
특히, 본 발명에 의한 상기 제어부(300)는 상기 너트러너(210)에 사용자가 원하는 토크를 부가하도록 상기 자동 토크 렌치(200)를 제어한다. 그에 따라 상기 배관 플랜지(110) 또는 블라인트 플랜지(120)의 원주방향으로 형성된 홀에 삽입된 상기 체결볼트(131)와 너트(132)에 동일한 토크를 부가하여 상기 체결부(130)를 동일한 체결 조건에 따라 체결할 수 있어, 보다 효과적으로 플랜지 기밀성을 정량적 범위에서 유지할 수 있는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 상기 제어부(300)는 상기 자동 토크 렌치(200)를 초기 결합단계, 중간 결합단계, 종료 결합단계 각각에서 정량적 제어를 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 자동 토크 렌치의 체결볼트와 너트의 체결방식을 나타낸 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 체결방식은 초기 결합단계(start, A), 중간 결합단계(Rundown, B), 종료 결합단계(Tightening, C) 및 정지 단계(stop, D)로 구분될 수 있다.
먼저, 초기 결합단계(start, A)에서는 체결볼트가 너트에 삽입되어 체결볼트와 너트가 제자리에서 벗어나 움직이는 것을 방지하도록 체결볼트의 회전 속도, 토크 및 회전 각도를 설정한다. 예를 들어 토크와 체결볼트의 회전 각도를 서서히 증가시키고, 체결 속도를 매우 낮은 속도로 설정한다.
이후, 중간 결합단계(Rundown, B)에서는 토크 한계, 각도 한계 등을 설정하고, 실제로 체결볼트를 체결할 준비를 한다. 따라서 토크를 더욱 증가시키고, 체결볼트의 회전 각도는 급격히 증가시키고, 체결 속도를 매우 높은 속도로 설정된다.
이후, 종료 결합단계(Tightening, C)에서는 다양한 체결 모드를 결정할 수 있으며, 체결 모드에 따라 체결하는 방식이 달라진다. 예를 들어, 토크는 좀더 급격히 증가하고, 체결볼트의 회전 각도는 좀더 낮은 기울기로 증가하고, 체결 속도는 급격히 감소되록 설정할 수 있다.
이후 정지 단계(stop, D)에서는 체결을 종료한다.
그러나, 상기 자동 토크 렌치의 체결볼트와 너트의 체결방식은 도 8에 도시된 방식 이외에도 다양한 방식으로 체결할 수 있음은 물론이다.
이와 같은 상기 제어기(300)는 도 9에 도시된 바와 같이, 속도/토크(전류) 제어기를 캐스케이드(Cascade) 구조로 설계하거나, 속도 제어기를 이용해서 상기 서보모터(224)에 토크 명령을 보내어 오픈 루프(Open loop) 구조로 제어할 수도 있다.
본 발명에서는 전동 모터 제어방식을 이용하여 배관 플랜지 및 블라인드 플랜지의 체결볼트와 너트를 체결한다.
전동 모터 제어방식의 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 위치, 속도 및 토크 출력 제어의 정확성 및 신속성 등에서 비교적 우위를 나타낸다. 상기 제어부(300)를 구성할 때, 직접 토크 제어 방식이나 벡터 제어와 같은 방식을 이용해, 인버터의 스위치를 제어하고 모터를 구동시켜 토크의 효율을 높인다.
(1) 직접 토크제어
직접 토크제어기는 도 10에 도시된 바와 같이, 자속 지령치(), 토크 지령치()와 전동기의 발생 자속 및 토크를 허용된 히스테리시스 폭 범위 안에서 비교기를 통해 값을 비교하여 모터를 구동시키기 위한 최적의 공간전압 벡터 값을 출력한다. 이 방식은 복잡한 연산 없이 토크 제어 시스템을 구성할 수 있으며, 전동기 파라미터의 변화에도 강인하다는 장점이 있다.
자속 비교기는 +1, -1의 두 가지 출력값이 존재하고, 토크 비교기는 +1, 0, -1의 세 가지 출력값이 존재한다. 여기서 ‘+1’은 고정자 자속이나 토크 각의 증가를 의미하고, ‘-1’은 자속 및 토크 각의 감소를 나타내며 ‘0’은 토크 변화가 없으므로, 요구되는 값이 없음을 의미한다. 자속 비교기의 경우의 수를 이용하여, Sector 별로 요구되는 최적의 벡터 전압을 선정한다. 최적의 벡터 전압을 만들기 위한 스위칭 시간을 선정하면, 전동 모터를 구동할 수 있다.
도 11은 직접 토크제어를 위한 전압 벡터 영역을 나타낸 도면이다.
이와 같은 방식의 경우, PID(비례, 적분, 미분) 제어기를 설계할 필요 없이 비교기의 값을 따라 벡터 전압을 생성하여 모터를 구동시키는 것이 가능하기 때문에, 제어기 설계가 용이하다는 장점이 있다.
(2) 벡터제어
3상 교류 전동기는 도 12에 도시된 바와 같이, 3상(U, V, W )이 120도 간격을 두고 주기적으로 전압 및 전류가 인가되어야 회전할 수 있다. 3상으로 표현된 전압을 d-q 좌표계를 이용하여 모터의 물리량을 2개의 변수로 표현할 수 있다. d축은 통상 모터의 자속(Flux)이 발생하는 축으로 U상 권선에서 발생한 자속 방향으로 정한다. q축은 벡터제어에서 토크를 발생시키는 전류의 축이된다. d-q변환을 이용해서 3상으로 표현된 전압 값을 도 13의 오른쪽에 도시된 바와 같이 DC 전압 값처럼 표현하여 볼 수 있으며, 여기서 자속(d축 전압)을 0으로, 전류(q축 전압)의 크기를 지령 값에 따라 제어하면, 3상 교류 전동기의 토크를 제어할 수 있다.
교류 전동기의 3상 출력 전압을 d-q 변환을 통해 2개의 직류 값으로 변환하여 자속은 0으로 전류는 사용자가 원하는 토크 값으로 제어하기 위해, 도 14에 도시된 바와 같이, PI 제어기를 구성한다. 전류 제어기는 PI 제어기와 모터의 RL 회로를 이용하여 구성한다. 이 때, 폐루프 전달함수를 구하면, 식(1)과 같이 구할 수 있다.
(1)
식(1)을 식(2)와 같이 Lowpass Filter 형태로 설계하고자 한다. 그러면 우리는 비례이득()과 적분이득()의 값을 식(3)과 같이 얻을 수 있다.
(2)
(3)
전류 제어기의 출력을 다시 d-q역변환을 이용하여, 모터에 인가될 U, V, W 지령 전압을 생성한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 3상 지령 전압을 모터의 회전 위치에 맞게 인가하면 사용자가 원하는 토크의 출력을 갖도록 모터를 구동시킬 수 있다.
상기 사용자 컴퓨터(400)는 제어부(300)를 지원하거나, 또는 관리하는 컴퓨터로서, 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터로 구성된다. 상기 사용자 컴퓨터(400)에는 일예로서 처리부(401), 입력 조작부(402) 및 모니터(403)가 구비된다. 그러나, 상기 사용자 컴퓨터(400)를 이용하여 상기 제어부(300)를 제어하여 상기 자동 토크 렌치(200)를 제어할 수 있으며, 상기 제어부(300)가 상기 사용자 컴퓨터(400)에 통합될 수도 있다.
본 발명에 의한 배관 플랜지 및 블라인드 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템에서 배관 플랜지와 블라인드 플랜지를 체결하는 방법은 도 16에 도시된 바와 같다.
먼저, 상기 제어부(300)에 사용자가 체결에 필요한 토크, 회전 속도, 각도 등을 설정한다(S10). 이때, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 자동 토크 렌치(200)의 상기 상부고정부(251)를 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120) 상부에 위치시킨다.
이후, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 하부고정부(253)를 상기 배관 플랜지(110) 하부에 위치시키고 상기 고정량 조정레버(270)의 조작하여 상기 하부고정부(253)를 상기 배관 플랜지(110) 방향으로 이동시켜 상기 상부고정부(251)와 함께 상기 배관 플랜지(110) 또는 상기 블라인드 플랜지(120)를 고정시킨다.
이후, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 상부조절레버(260)의 조절에 의하여 상기 상부 너트러너(220)는 상기 블라인드 플랜지(120)에 삽입된 상기 체결볼트(131) 방향으로 이동하여 상기 상부 너트러너(220)의 제1 렌치소켓(221)에 상기 체결볼트(131)가 결합되고, 상기 하부조절레버(280)의 조정에 의하여 상기 하부 너트러너(230)는 상기 배관 플랜지(110) 방향에서 상기 체결볼트(131)에 끼워진 상기 너트(131) 방향으로 이동하여 상기 하부 너트러너(230)의 제2 렌치소켓(231)에 상기 너트(132)가 결합되어 고정된다(S20).
이후, 상기 제어부(300)의 제어에 의한 상기 회전모터부(224)의 구동에 의하여 상기 제1 렌치소켓(221)에 고정된 제1 렌치소켓 아답터(223)를 회전시켜 상기 체결볼트(131)를 회전시키고, 그에 따라 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(131)를 체결시킨다(S30).
이후, 상기 상부조절레버(260) 및 상기 하부조절레버(280)의 조정에 의하여 상기 상부 너트러너(220)와 상기 하부 너트러너(230)를 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(131)에서 멀어지는 방향으로 각각 상하로 이동시킨다(S40).
이후, 상기 자동 토크 렌치(200)를 상기 배관 플랜지(110)에 위치한 다른 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(131)에 상기 상부 너트러너(220)와 상기 하부 너트러너(230)를 정렬시킨다.
상기 배관 플랜지(110)에 위치한 모든 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(131)가 체결될때 까지 상기 단계를 반복한다(S50).
상기 배관 플랜지(110)에 위치한 모든 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(131)가 체결되면 종료한다.
한편, 상기 배관 플랜지(110)에 위치하여 이미 체결된 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(131)를 분리할 때에는, 상기 방법에서 상기 제1 렌치소켓 아답터(223)의 회전방향을 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(131) 체결 시와 반대방향으로 회전시켜 진행한다.
이와 같이 본 발명에 의하면 배관 플랜지(110)에 상기 자동 토크 렌치(200)를 장착하여 상기 제어기(300)의 제어에 의하여 상기 너트러너(210)에 일정한 토크와 회전 속도를 부여하여 상기 배관(101)의 원주방향에 있는 상기 체결볼트(131)와 상기 너트(131)를 체결할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의한 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치에 의하면, 배관 플랜지의 볼트 체결이 일정성을 갖고 제어되어 기존 방식보다 효과적으로 플랜지 기밀성을 정량적 범위에서 유지할 수 있는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템 및 자동 토크 렌치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
1 : 배관 플랜지 및 블라인드 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템
101 : 배관 110 : 배관 플랜지
120 : 블라인드 플랜지 131 : 체결볼트
132 : 너트 200 : 자동 토크 렌치
220 : 상부 너트러너 221 : 제1 렌치소켓
222 : 렌치헤드 223 : 제1 렌치소켓 아답터
224 : 회전모터부 225 : 가이드홈
230 : 하부 너트러너 240 : 라킹암
250 : 받침부 260 : 상부조절레버
270 : 고정량조절레버 280 : 하부조절레버 300 : 제어부
400 : 사용자 컴퓨터

Claims (28)

  1. 끝단의 외경이 단턱지게 확장되어 방사형으로 복수 개의 홀이 형성되어 있는 배관 플랜지와 상기 배관 플랜지의 일단을 덮어 배관을 기밀시키는 블라인드 플랜지를 체결볼트와 너트로 체결하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템에 있어서,
    상기 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템은 상기 배관 플랜지와 상기 블라인드 플랜지를 체결볼트와 너트로 체결하는 자동 토크 렌치와, 상기 자동 토크 렌치의 동작을 제어하는 제어부,를 포함하고,
    상기 자동 토크 렌치는,
    상기 배관 플랜지 및 상기 블라인드 플랜지의 복수의 홀에 삽입된 상기 체결볼트와 상기 너트를 사이에 두고 각각 상하방향으로 소정간격 이격되어 상기 체결볼트와 상기 너트의 축방향으로 정렬되는 상부 너트러너와 하부 너트러너의 쌍을 포함하는 너트러너로서, 상기 상부 너트러너는 상기 체결볼트를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 모터를 포함하는 회전모터부를 구비하는 상기 너트러너;
    상기 상부 너트러너와 하부 너트러너를 연결하며, 상기 상부 너트러너와 상기 하부 너트러너가 이루는 축과 평행한 축을 구비한 지지축, 상기 지지축 상단의 일측에서 상기 상부 너트러너의 상기 회전모터부 방향으로 돌출되는 제1 돌출부, 및 상기 지지축 하단의 일측에서 상기 제1 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되는 제2 돌출부, 상기 제1 돌출부 하부에서 상기 지지축의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제1 돌출부 상의 상부조절레버에 연결되어 상기 상부조절레버의 조작에 의하여 작동되는 제1 실린더 및 제1 피스톤을 포함하는 제1 실린더부, 및 상기 제2 돌출부 상부에서 상기 지지축의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제2 돌출부 하부의 하부조절레버에 연결되어 상기 하부조절레버의 조작에 의하여 작동되는 제2 실린더 및 제2 피스톤을 포함하는 제2 실린더부,를 포함하는 라킹암;
    상기 제1 돌출부 상부에 위치하며, 상기 상부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 체결볼트에 결합 또는 분리시키기 위한 상부조절레버;
    상기 제2 돌출부 하부에 위치하며, 상기 하부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 너트에 결합 또는 분리 시키기 위한 하부조절레버;및
    상기 자동 토크 렌치를 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지에 장착시켜 고정시키기 위하여 상기 지지축의 축방향 대략 중심부분으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되도록 형성되는 상부고정부, 및 상기 상부고정부와 함께 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지를 클램프 방식으로 고정시키기 위하여 상기 배관 플랜지 하부에서 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출된 제1 부분과 하부고정부를 상하로 이동시키기 위한 고정량 조절레버와 연결되도록 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대방향으로 돌출된 제2 부분을 포함하는 하부고정부,를 포함하는 받침부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 배관 플랜지의 상기 상부 너트러너에 접속되어, 상기 상부 너트러너가 상기 체결볼트에 일정한 토크와 회전 속도를 부여하여 상기 체결볼트를 회전시켜 상기 체결볼트와 상기 너트를 체결시키도록 상기 상부 너트러너의 상기 회전모터부를 제어하고,
    상기 제어부는,
    상기 자동 토크 렌치에 적용하고자 하는 토크 값, 구동순서, 및 렌치 속도 중 적어도 하나를 입력하는 입력부;
    체결 토크 또는 체결 각도의 확인을 위한 디스플레이;및
    상기 입력부에 입력되는 토크 값, 구동순서, 및 렌치 속도 중 적어도 하나의 데이터를 처리하는 프로세서;
    를 포함하되,
    상기 상부 너트러너는 상기 회전모터부의 상기 체결볼트 방향으로 연결되는 렌치헤드, 상기 렌치헤드에 삽입되어 상기 모터의 구동에 의하여 회전되는 제1 렌치소켓 아답터, 및 일측이 상기 제1 렌치소켓 아답터에 결합되고 타측이 상기 체결볼트의 헤드가 삽입되어 상기 체결볼트를 고정시켜 상기 제1 렌치소켓 아답터의 회전에 의하여 타측에 고정된 상기 체결볼트를 회전시키는 제1 렌치소켓을 포함하고,
    상기 상부고정부의 일측은 상기 지지축에 연결되도록 형성되며, 타측은 상기 제1 및 제2 돌출부 보다 더 돌출되며 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 회전모터부는 모터 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 모터는 서보모터인 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 렌치소켓은 상기 체결볼트의 크기와 모양에 따라 교체가능한 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 하부 너트러너는 일측이 상기 너트가 삽입되어 상기 너트를 고정시키고, 타측이 고정부에 끼워맞춤 되는 제2 렌치소켓, 상기 제2 렌치소켓를 고정시키는 상기 고정부, 상기 고정부를 지지하고 제2 렌치소켓에 상기 너트가 삽입될 때 발생하는 충격을 흡수하기 충격흡수부, 및 상기 충격흡수부을 지지하기 위한 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 상부 너트러너의 상기 렌치헤드가 상기 상기 제1 실린더 측방향에 고정되고 상기 하부 너트러너의 상기 지지부는 상기 제2 실린더의 측방향에 고정되는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 라킹암은 사용자가 상기 자동 토크 렌치를 이동시키도록 사용자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 받침부는 상기 상부고정부를 지지하기 위하여 상기 상부고정부 하부에서 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지의 외주면에 접촉하도록 돌출된 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 받침부는 상기 하부고정부를 상하로 이동시키기 위한 상기 고정량 조절레버를 상기 지지축에 고정시키기 위하여 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대방향으로 돌출된 레버고정부, 및 사용자에 의한 상기 고정량 조절레버의 조작에 의하여 상기 하부고정부를 상하로 이동시키기 위하여 상기 하부고정부에 연결된 레버로드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  11. 삭제
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 반타원형인 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 하부고정부는 일측이 상기 지지축을 관통하여 상기 지지축에서 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대 방향으로도 돌출되어 상기 레버로드와 연결되어 있으며, 타측은 상기 제1 및 제2 돌출부 보다 더 돌출되고 홈이 형성되어 있어, 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 상부 너트러너에 케이블에 의하여 접속되는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 배관 플랜지 및 블라인드 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템은 상기 제어부를 지원하거나 관리하는 사용자 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레버형 배관 플랜지 체결볼트용 자동 토크 제어 시스템.
  16. 끝단의 외경이 단턱지게 확장되어 방사형으로 복수 개의 홀이 형성되어 있는 배관 플랜지와 상기 배관 플랜지의 일단을 덮어 배관을 기밀시키는 블라인드 플랜지를 체결볼트와 너트로 체결하는 자동 토크 렌치에 있어서,
    상기 배관 플랜지 및 상기 블라인드 플랜지의 복수의 홀에 삽입된 상기 체결볼트와 상기 너트를 사이에 두고 각각 상하방향으로 소정간격 이격되어 상기 체결볼트와 상기 너트의 축방향으로 정렬되는 상부 너트러너와 하부 너트러너의 쌍을 포함하는 너트러너로서, 상기 상부 너트러너는 상기 체결볼트를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시키는 모터를 포함하는 회전모터부를 구비하는 상기 너트러너;
    상기 상부 너트러너와 하부 너트러너를 연결하며, 상기 상부 너트러너와 상기 하부 너트러너가 이루는 축과 평행한 축을 구비한 지지축, 상기 지지축 상단의 일측에서 상기 상부 너트러너의 상기 회전모터부 방향으로 돌출되는 제1 돌출부, 및 상기 지지축 하단의 일측에서 상기 제1 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되는 제2 돌출부, 상기 제1 돌출부 하부에서 상기 지지축의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제1 돌출부 상의 상부조절레버에 연결되어 상기 상부조절레버의 조작에 의하여 작동되는 제1 실린더 및 제1 피스톤을 포함하는 제1 실린더부, 및 상기 제2 돌출부 상부에서 상기 지지축의 축과 평행한 축을 이루고 상기 제2 돌출부 하부의 하부조절레버에 연결되어 상기 하부조절레버의 조작에 의하여 작동되는 제2 실린더 및 제2 피스톤을 포함하는 제2 실린더부,를 포함하는 라킹암;
    상기 제1 돌출부 상부에 위치하며, 상기 상부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 체결볼트에 결합 또는 분리 시키기 위한 상부조절레버;
    상기 제2 돌출부 하부에 위치하며, 상기 하부 너트러너를 상하 방향으로 이동시켜 상기 너트에 결합 또는 분리 시키기 위한 하부조절레버;및
    상기 자동 토크 렌치를 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지에 장착시켜 고정시키기 위하여 상기 지지축의 축방향 대략 중심부분으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출되도록 형성되는 상부고정부, 및 상기 상부고정부와 함께 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지를 클램프 방식으로 고정시키기 위하여 상기 배관 플랜지 하부에서 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 돌출된 제1 부분과, 하부고정부를 상하로 이동시키기 위한 고정량 조절레버와 연결되도록 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대방향으로 돌출된 제2 부분을 포함하는 하부고정부,를 포함하는 받침부;를 포함하고,
    상기 회전모터부는 상기 체결볼트에 동일한 토크와 회전 속도를 부여하여 상기 체결볼트를 회전시켜 상기 체결볼트와 상기 너트를 체결시키고,
    상기 상부 너트러너는 상기 회전모터부의 상기 체결볼트 방향으로 연결되는 렌치헤드, 상기 렌치헤드에 삽입되어 상기 모터의 구동에 의하여 회전되는 제1 렌치소켓 아답터, 및 일측이 상기 제1 렌치소켓 아답터에 결합되고 타측이 상기 체결볼트의 헤드가 삽입되어 상기 체결볼트를 고정시켜 상기 제1 렌치소켓 아답터의 회전에 의하여 타측에 고정된 상기 체결볼트를 회전시키는 제1 렌치소켓을 포함하고,
    상기 상부고정부의 일측은 상기 지지축에 연결되도록 형성되며, 타측은 상기 제1 및 제2 돌출부 보다 더 돌출되며 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 회전모터부는 모터 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 모터는 서보모터인 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  19. 삭제
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 렌치소켓은 상기 체결볼트의 크기와 모양에 따라 교체가능한 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  21. 제16 항에 있어서,
    상기 하부 너트러너는 일측이 상기 너트가 삽입되어 상기 너트를 고정시키고, 타측이 고정부에 끼워맞춤 되는 제2 렌치소켓, 상기 제2 렌치소켓를 고정시키는 상기 고정부, 상기 고정부를 지지하고 제2 렌치소켓에 상기 너트가 삽입될 때 발생하는 충격을 흡수하기 충격흡수부, 및 상기 충격흡수부을 지지하기 위한 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 상부 너트러너의 상기 렌치헤드가 상기 상기 제1 실린더 측방향에 고정되고 상기 하부 너트러너의 상기 지지부는 상기 제2 실린더의 측방향에 고정되는 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  23. 제16 항에 있어서,
    상기 라킹암은 사용자가 상기 자동 토크 렌치를 이동시키도록 사용자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  24. 제16 항에 있어서,
    상기 받침부는 상기 상부고정부를 지지하기 위하여 상기 상부고정부 하부에서 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 동일한 측방향으로 상기 배관 플랜지 또는 상기 블라인드 플랜지의 외주면에 접촉하도록 돌출된 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  25. 제16 항에 있어서,
    상기 받침부는 상기 하부고정부를 상하로 이동시키기 위한 상기 고정량 조절레버를 상기 지지축에 고정시키기 위하여 상기 지지축으로부터 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대방향으로 돌출된 레버고정부, 및 사용자에 의한 상기 고정량 조절레버의 조작에 의하여 상기 하부고정부를 상하로 이동시키기 위하여 상기 하부고정부에 연결된 레버로드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  26. 삭제
  27. 제16 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 반타원형인 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
  28. 제25 항에 있어서,
    상기 하부고정부는 일측이 상기 지지축을 관통하여 상기 지지축에서 상기 제1 및 제2 돌출부와 반대 방향으로도 돌출되어 상기 레버로드와 연결되어 있으며, 타측은 상기 제1 및 제2 돌출부 보다 더 돌출되고 홈이 형성되어 있어, 상기 제1 렌치소켓 또는 상기 제2 렌치소켓이 관통하도록 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동 토크 렌치.
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