KR200332799Y1 - 수압확관용 확관구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 수압확관용 확관기의 선단부에 설치되는 확관구에 관한 것으로, 튜브 내부로 인입되는 샤프트(10)와, 상기 샤프트(10)에 결합되어 유체의 외부유출을 방지하는 한쌍의 실링(21, 22)이 구비된 수압확관용 확관구에 있어서, 상기 샤프트(10)에는, 내측으로 오목하게 절곡되고 상기 실링(21, 22)의 일부가 함몰 및 이동될 수 있는 여유를 형성한 한쌍의 절곡홈(11, 12)이 구비되어, 상기 절곡홈(11, 12)에 끼워진 상기 실링(21, 22)이 수압에 의해 상기 절곡홈(11, 12) 외부로 밀려 이동됨을 기술적 요지로 하여, 튜브 내부로의 인입 및 인출이 용이하게 이루어지면서도 튜브의 거친 표면조도상에서도 확관에 요구되는 수압을 유지할 수 있는 견고한 구조를 가짐으로써 확관작업의 생산성을 향상시키는 효과가 있으며, 거친 표면조도를 가진 튜브 내벽상에서 반복적으로 이동되고 확관에 요구되는 고압을 지지함에 따라 실링에 발생되는 전단응력을 감소시켜 실링의 수명을 향상시키고, 샤프트 전후방에 결합된 다른 구성부품들에 전달되는 축방향 압력을 실링의 이동 및 압축에 의해 분산시켜 부품간의 결합부에 발생되는 전단응력을 감소시킴에 따라 확관구 전체의 수명을 향상시키는 수압확관용 확관구에 관한 것이다.

Description

수압확관용 확관구{mandrel tool for tube expander using a hydraulic pressure}

본 고안은 수압확관용 확관기의 선단부에 설치되는 확관구의 실링설치구조에관한 것으로, 보다 상세하게는 샤프트 전후방에 형성된 절곡홈에 실링의 일부가 함몰되도록 설치하여 튜브 내로의 확관구 인입이 용이하도록 하며, 수압이 작용될 시에는 상기 실링이 수압에 의해 상기 절곡홈 외부로 이동되어 유체의 유출을 차단시킴과 동시에 분력을 발생시켜 샤프트 전후방에 결합된 다른 구성부품들에 작용되는 전단응력을 효과적으로 감소시키는 실링설치구조에 관한 것이다.

일반적으로 수압확관은 350Mpa 정도 가압된 물을 튜브 내로 투입함으로써 튜브시트 내의 튜브를 확관하는 방식으로, 원자력 증기발생기, 고저압 히터, 습증기분리 가열기 등에 널리 사용되고 있으며, 기존의 롤확관 방법에 비해 품질의 안정성이 높고 작업시간이 짧다는 장점을 갖추고 있어 점차 산업용 열교환기에도 적용이 확대되고 있다.

수압확관은 확관압력과 압력유지시간의 적정한 선정을 위하여 사전에 실물크기의 모형시험, 튜브 탈착인발시험, 잔류응력해석 등의 실적 데이타가 요구되어 개발이 어려운 실정이나, 가압된 물의 에너지로 튜브를 팽창시킴으로써 확관 후 튜브의 두께감소율이 적고, 튜브시트 내의 표면상태 및 굴곡형상에 관계없이 튜브를 견고하게 밀착시킬 수 있어 제품의 성능을 향상시키는 효과가 뛰어나 기존의 롤확관 시장에 적용하고자하는 시도가 지속적으로 이루어지고 있다.

종래 일반적인 수압확관용 확관기를 도 1을 참조하여 간단히 설명하기로 한다. (a)는 상기 수압확관용 확관기가 튜브 내에 인입된 상태를 도시한 것이고, (b)는 상기 수압확관용 확관기가 작동 후 인출되는 상태를 도시한 것이다.

상기 수압확관용 확관기는 샤프트(1)의 전후방에 실링(2)을 끼워 고정결합시키고 상기 전후방 실링(2) 사이에 수압라인(3)을 형성한 구조로, 상기 샤프트(1)를 튜브 내측으로 인입시키면 상기 실링(2)이 튜브(5)내벽에 밀착되고 상기 수압라인(3)을 통해 수압을 전달하면 상기 전후방 실링(2) 사이에서 유체가 차단되어 수압이 형성됨에 따라 상기 튜브(5)가 확관되어 튜브시트(6)내에 밀착되도록 구성되어 있다.

상기 수압확관용 확관기는 상기 실링(2)이 상기 튜브(5) 내벽에 가압밀착될 정도로 상기 샤프트(1)로부터 돌출설치됨으로써 거친 표면상태를 가진 튜브(5) 내에 인입 및 인출하기 어려웠으며, 상기 실링(2)이 튜브(5) 내벽에 밀착된 상태에서 이동되고 상기 샤프트(1)의 외주로 돌출된 부분이 수압을 지지함에 따라 강한 전단응력에 반복 노출되어 쉽게 손상 및 마모된다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은, 튜브 내부로의 인입 및 인출이 용이하면서도 튜브의 거친 표면조도상에서도 확관에 요구되는 수압을 유지할 수 있는 수압확관용 확관구를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 확관에 요구되는 수압을 지지함에 따라 발생되는 실링의 손상과 마모를 효과적으로 감소시킬 수 있는 수압확관용 확관구를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

도 1 - 종래 기술에 따른 수압확관용 확관구의 종단면도.

도 2 - 본 고안에 따른 수압확관용 확관구의 일실시예를 도시한 종단면도.

도 3 - 도 2의 작동과정을 도시한 종단면도.

도 4 - 본 고안에 따른 수압확관용 확관구의 다른 실시예를 도시한 종단면도.

<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>

10 : 샤프트 11 : 전방절곡홈

12 : 후방절곡홈 15 : 수압라인

21 : 전방실링 22 : 후방실링

30 : 평형링 40 : 캠

50 : 시그먼트

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 고안은, 튜브 내부로 인입되는 샤프트(10)와, 상기 샤프트(10)에 결합되어 유체의 외부유출을 방지하는 한쌍의 실링(21, 22)이 구비된 수압확관용 확관구에 있어서, 상기 샤프트(10)에는, 내측으로 오목하게절곡되고 상기 실링(21, 22)의 일부가 함몰 및 이동될 수 있는 여유를 형성한 한쌍의 절곡홈(11, 12)이 구비되어, 상기 절곡홈(11, 12)에 끼워진 상기 실링(21, 22)이 수압에 의해 상기 절곡홈(11, 12) 외부로 밀려 이동되는 수압확관용 확관구를 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 수압확관용 확관구은, 상기 샤프트(10) 외주상에 끼워지는 쐐기형 캠(40)과; 상기 캠(40)의 경사진 외주상에 결합되며, 상기 캠(40)의 경사부 외측으로 이동됨과 동시에 분할되는 시그먼트(50);를 포함하여 구성되어, 상기 시그먼트(50)가 상기 절곡홈(11, 12) 외부로 밀려난 실링(21, 22)의 가압에 의해 외주확장됨이 바람직하다.

그리고, 상기 수압확관용 확관구에는, 상기 샤프트의 절곡홈(11, 12) 외측에 우레탄소재의 평형링(30)이 구비됨이 바람직하다.

따라서, 튜브 내부로의 인입 및 인출이 용이하게 이루어지면서도 튜브의 거친 표면조도상에서도 확관에 요구되는 수압을 유지할 수 있는 견고한 구조를 가짐으로써 확관작업의 생산성을 향상시키는 이점이 있다.

또한, 거친 표면조도를 가진 튜브 내벽상에서 반복적으로 이동되고 확관에 요구되는 고압을 지지함에 따라 실링에 발생되는 전단응력을 감소시켜 실링의 수명을 향상시킨다는 다른 이점이 있다.

그리고, 샤프트 전후방에 결합된 다른 구성부품들에 전달되는 축방향 압력을 실링의 이동 및 압축에 의해 분산시켜 부품간의 결합부에 발생되는 전단응력을 감소시킴에 따라 확관구 전체의 수명을 향상시킨다는 다른 이점이 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 고안을 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 고안에 따른 확관구 오링설치구조의 일실시예를 도시한 종단면도이고, 도 3은 도 2의 작동과정을 도시한 종단면도이며, 도 4는 본 고안에 따른 확관구 오링설치구조의 다른 실시예를 도시한 종단면도이다.

수압확관 및 확관구의 구성 및 작동원리에 대해서는 종래기술에 이미 서술된 바 본 고안의 구성에서는 상세한 설명을 생략키로 한다.

본 고안에 따른 수압확관용 확관구는 튜브 내부로 인입되는 샤프트(10)와 상기 샤프트(10) 전후방에 결합된 한쌍의 실링(21, 22)에 의해 수압라인(15)을 통해 유입된 유체의 외부유출을 방지함으로써 수압을 형성시키는 기존의 수압확관용 확관구과 동일한 기본 구성요소 및 작동원리를 가지나, 상기 샤프트(10)에 결합된 상기 실링(21,22)이 수압에 의해 상기 샤프트(10)의 결합부 외부로 이동되어 자동적으로 외주확장됨과 동시에 상기 튜브의 내주면에 밀착되는 구성을 가진다.

튜브시트 내측에 위치하는 상기 샤프트(10)의 전후방에는 내측으로 오목하게 절곡된 형상의 절곡홈(11, 12)이 형성되어, 상기 실링(21, 22)의 내측부 일부를 수용하면서도 외부로 미끄러져 이동되기 용이하도록 한다.

상기 절곡홈(11, 12)은 전후방으로 긴 형상을 가지도록하여 상기 실링(21, 22)이 수용된 상태에서 이동될 수 있는 여유공간을 형성시킴으로써, 상기 한쌍의 실링(21,22) 사이에 가압이 발생될 시 상기 실링(21, 22)은 상기 절곡홈(11, 12) 및 튜브내주면에 끼여 위치고정되지 않고 상기 절곡홈(11, 12)의 여유공간부를 통해 상기 실링(21, 22) 표면적의 반에 해당하는 면적에 가압을 받아 외측으로 밀려나게 된다.

상기 한쌍의 실링(21,22)은 전방실링(21)과 후방실링(22)으로 구성되어 상기 전방절곡홈(11)과 후방절곡홈(12)에 각각 결합되며, 상기 샤프트(10) 외주 둘레에 결합되어 상기 튜브 내부로 인입되는 다른 구성요소들의 두께보다 조금 큰 지름을 가지도록 형성되어, 상기 절곡홈(11, 12) 내부에 일부가 수용된 상태에서는 상기 튜브 내벽에 밀착되지 않고 상기 절곡홈(11, 12) 외부로 이동되면 상기 튜브 내벽에 밀착되어 유체의 유출을 방지시키게 된다.

상기 절곡홈(11, 12)에 상기 실링(21, 22)을 결합시키면 거친 표면조도를 가진 튜브 내벽상에 밀착되지 않아 튜브 내부로의 인입 및 인출이 용이하게 이루어지고 교환이 간편하며, 튜브 내벽상에서 이동됨에 따라 발생되는 마모 및 비틀림을 방지하고, 상기 절곡홈 외부로 돌출된 일부에서만 수압을 지지함에 따라 발생되던 전단응력에 따른 파손을 방지함으로써 상기 실링(21, 22)의 수명을 효과적으로 향상시키게 된다.

상기 샤프트의 절곡홈(11, 12) 외측에는 캠(40)과 시그먼트(50)가 결합되어 상기 실링(21, 22)이 상기 절곡홈(11, 12) 외부로 이동되었을 시 이동한계를 형성하며, 상기 실링(21, 22)의 이동에 의해 상기 샤프트(10) 전후방에 결합된 다른 구성요소들과의 사이에서 축방향으로 압축되면 외주확장되어 상기 튜브 내벽을 확관시키게 된다.

상기 후방실링(22)의 후측에 결합되는 상기 캠(40)은 후방 외측으로 갈수록 좁아지는 경사부를 구비하여 상기 샤프트(10) 외주상에 끼워지고, 상기 캠(40)의외주상에는 전방부가 내측으로 갈수록 후방으로 테이퍼진 경사부를 구비한 시그먼트(50)가 결합된다.

상기 시그먼트(50)는 외주방향으로 분할된 다수의 조각편이 탄성밴드에 의해 조여있는 구조를 가지고 상기 캠(40)이 이동될 수 있는 후방간격을 형성하여 결합됨으로써, 상기 캠(40)이 상기 후방실링(22)의 이동에 의해 가압을 받아 상기 시그먼트(50) 내측에서 후방으로 이동하게되면 상기 시그먼트(50)가 상기 캠(40)의 전방부인 경사부 외측으로 이동됨과 동시에 분할되어 외주확장된다.

상기 전방실링(21)이 전방에 결합되는 캠(40)과 시그먼트(50)는 후방부와 대칭구조를 가지고 결합되어, 상기 실링(21, 22) 사이에 수압이 형성되면 상기 전후방실링(21, 22)이 외측으로 밀려 튜브내벽과 밀착됨과 동시에 전후방에 결합된 상기 캠(40)이 가압을 받아 외측으로 밀려나게 됨으로써, 상기 튜브가 상기 전후방실링(21, 22) 사이에서 수압에 의해 직접 확관이 이루어지면서도 상기 시그먼트(50)가 외주확장됨에 따라 간접 확관이 이루어지게된다.

상기 확관구의 샤프트(10) 전후방에는 다양한 기능과 역할을 하는 다른 구성부품들과 주로 볼트너트 구조에 의해 나사결합되어 있으며, 특히 내경이 작은 튜브에 삽입되는 확관구의 경우 다른 구성부품들과 결합될 수 있는 결합반경이 작아 축방향 가압에 의해 나사결합부에 발생되는 전단응력의 영향을 크게 받게 된다.

도 2, 3은 상기 샤프트의 절곡홈(11, 12)과 상기 캠(40) 사이에 우레탄소재의 평형링(30)이 설치된 일실시예를 도시한 것으로, 상기 실링(21, 22)이 상기 평형링(30)을 통해 상기 캠(40)에 축방향가압을 전달하도록 함으로써, 상기샤프트(10)와 튜브사이에서 축방향으로 발생되는 고압이 상기 실링(21, 22), 평형링(30), 캠(40) 및 시그먼트(50)를 순차적으로 거쳐 전달되면서 상기 샤프트(10) 전후방에 결합된 다른 구성요소들에 전달되는 충격을 최소화시키도록 구성한 것이다.

상기와 같은 확관구의 오링설치구조는 상기 실링(21, 22)과 평형링(30), 캠(40) 및 시그먼트(50)의 이동 및 압축에 의해, 외주확장되어 튜브의 급격한 절곡을 방지하고 견고한 유출방지벽을 형성하여 확관작업의 신뢰성과 제품의 품질을 향상시키면서도, 축방향 가압을 분산, 분력을 형성시킴으로써 구성부품간의 결합부에 발생되는 전단응력을 감소시켜 확관구 전체의 수명을 향상시키는 효과를 가진다.

상기와 같은 구성에 의한 본 고안은, 튜브 내부로의 인입 및 인출이 용이하게 이루어지면서도 튜브의 거친 표면조도상에서도 확관에 요구되는 수압을 유지할 수 있는 견고한 구조를 가짐으로써 확관작업의 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 거친 표면조도를 가진 튜브 내벽상에서 반복적으로 이동되고 확관에 요구되는 고압을 지지함에 따라 실링에 발생되는 전단응력을 감소시켜 실링의 수명을 향상시킨다는 다른 효과가 있다.

그리고, 샤프트 전후방에 결합된 다른 구성부품들에 전달되는 축방향 압력을 실링의 이동 및 압축에 의해 분산시켜 부품간의 결합부에 발생되는 전단응력을 감소시킴에 따라 확관구 전체의 수명을 향상시킨다는 다른 효과가 있다.

Claims (3)

1. 튜브 내부로 인입되는 샤프트(10)와, 상기 샤프트(10)에 결합되어 유체의 외부유출을 방지하는 한쌍의 실링(21, 22)이 구비된 수압확관용 확관구에 있어서,

   상기 샤프트(10)에는,

   내측으로 오목하게 절곡되고 상기 실링(21, 22)의 일부가 함몰 및 이동될 수 있는 여유를 형성한 한쌍의 절곡홈(11, 12)이 구비되어, 상기 절곡홈(11, 12)에 끼워진 상기 실링(21, 22)이 수압에 의해 상기 절곡홈(11, 12) 외부로 밀려 이동됨을 특징으로 하는 수압확관용 확관구.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수압확관용 확관구는,

   상기 샤프트(10) 외주상에 끼워지는 쐐기형 캠(40)과;

   상기 캠(40)의 경사진 외주상에 결합되며, 상기 캠(40)의 경사부 외측으로 이동됨과 동시에 분할되는 시그먼트(50);를 포함하여 구성되어, 상기 시그먼트(50)가 상기 절곡홈(11, 12) 외부로 밀려난 실링(21, 22)의 가압에 의해 외주확장됨을 특징으로 하는 수압확관용 확관구.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 수압확관용 확관구에는,

   상기 샤프트의 절곡홈(11, 12) 외측에 우레탄소재의 평형링(30)이 구비됨을 특징으로 하는 수압확관용 확관구.