KR20070017344A - 원주 방향 웨징 그루브을 갖는 파이프 - Google Patents

Abstract

단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 파이프 및 피팅이 개시된다. 그루브은 서로 이격된 관계로 위치된 제1 및 제2 측표면으로 형성된다. 플로어면은 제1 측표면과 제2 측표면 사이에서 연장한다. 제1 측표면은 파이프의 단부에 인접하게 위치되어 플로어면에 수직하게 지향된다. 제2 측표면은 제1 및 제2 표면부로 형성된다. 제2 표면부는 플로어면에 인접하게 위치되어, 이에 수직하게 지향된다. 제1 표면부는 플로어 표면에 각을 이루어 지향된다. 제2 측표면은 오목하거나 볼록한 형상을 가질 수도 있다. 그루브과 커플링 사이의 웨지 작동은 파이프의 표면에서 플로어면에서보다 더 큰 그루브의 폭을 가짐으로써 용이해 진다.

Description

원주 방향 웨징 그루브을 갖는 파이프{PIPES HAVING WEDGING CIRCUMFERENTIAL GROOVES}

본 발명은 원주방향 그루브 및 파이프의 단부와 단부를 결합시켜 이들 사이에 대체로 강성이거나 가요성인 유체 기밀식 결합부를 이루기 위한 커플링에 관한 것이다.

파이프를 단부 대 단부로 함께 결합하기 위한 커플링은 동축 방향으로 정렬된 파이프를 원주 방향으로 둘러싸고 각각의 파이프의 단부들과 인접하게 위치된 주연 방향 그루브을 결합하는 아치형 세그먼트를 포함한다. 커플링은 또한 파이프를 밸브, 리듀서, 여과기, 리스트릭터, 압력 조절기와 같은 유체 제어 구성 요소에 연결하고, 구성 요소 대 구성 요소를 연결하도록 사용된다. 파이프 이후에 상세한 설명에 설명되지만, 이들은 예시로서만 사용되며, 본 명세서의 발명은 파이프 그 자체와 사용되는 것으로만 한정되지 않는다. 본 명세서에 사용된 "파이프"라는 용어는 직선형 파이프는 물론 엘보, 티(tee) 및 피팅의 다른 형태를 의미한다.

커플링을 포함하는 세그먼트는 파이프를 향해 반경 방향 내부로 연장하여 파이프 주위의 그루브 내에 끼워지는 원주 방향 키(key)를 갖는다. 키는 통상 그루브 내에 끼워져서 파이프에 인가될 수 있는 내부 압력 및 외부력에 대항하여 파이 프를 함께 유지하도록 그루브에 의해 형성된 견부에 대하여 견딜 수 있도록 그루브보다 어느 정도 좁다. 외부력은 온도의 변화는 물론, 상당히 큰 직경의 파이프 및 밸브일 수 있는 파이프에 부착된 밸브와 같은 구성 요소 또는 파이프의 중량의 변화에 기인한 파이프의 열팽창 또는 수축에 의해 발생할 수 있다. 바람의 부하 및 지진 부하도 인자가 될 수 있다.

파이프 커플링은 대체로 강성인 것, 즉 파이프의 저항 회전이 종축을 중심으로 서로 관련되고, 파이프의 저항 축방향 이동이 내부 압력 및 서로에 대한 파이프의 각도 편향에 기인하여 서로에 관련되는 것이 유리하다. 강성 커플링은 누출될 염려가 적고, 정비의 필요성이 적으며, 내부 압력이 상당할 때 기술자가 네트워크 내의 파이프의 축방향 이동을 고려해야 할 필요성이 없거나 적어도 감소시킴으로써 파이프 네트워크의 설계를 단순화 할 것이다. 강성 커플링에 의해 결합된 파이프는 원하지 않는 편향을 한정하도록 더 적은 지지부를 필요로 한다. 또한, 무게 중심이 파이프 축과 편심이기 때문에 위치 밖으로 회전하는 경향이 있을 수 있는 밸브 또는 다른 구성 요소는 제 위치에 유지되는 경향이 있어서 파이프 커플링이 대체로 강성일 때 중력 하에서 종축을 중심으로 회전하지 않는다.

종래 기술에 따른 다양한 커플링은 이들이 결합하는 그루브의 폭보다 좁은 직사각형 단면을 갖는 키를 사용하기 때문에 소정의 강성도를 신뢰성 있게 제공하지 않는다. 이러한 조건은 예를 들어 파이프들 사이의 축방향, 회전방향 또는 각도를 이루는 너무 많은 자유 유극을 허용하는 커플링과 파이프 사이의 불일치하는 접촉을 발생시킬 수 있다. 그러한 키가 그루브에 적절하게 결합하는 것을 보장하 는 것 또한 어렵다. 더욱 강성의 연결을 제공하는 커플링은 서로로부터 소정의 거리로 파이프 단부를 각각 가압하기에 비효율적이어서, 키 및 그루브이 적절하게 배열되고 파이프가 적절하게 이격된다. 적절하게 이격될 때, 파이프 단부 및 커플링은 유체 기밀 밀봉을 보장하도록 커플링과 파이프 단부 사이에 위치된 밀봉 부재와 협동한다. 비록 작지만, 파이프의 이동은 커플링이 서로 결합될 때 일어나며, 파이프는 상당한 토크가 커플링을 파이프에 클램핑하기 위해 사용되는 패스너 상에 가해지는 것을 요구할 수 있다. 이는 특히 결합될 파이프가 수직으로 적층될 때 심하며, 커플링과 파이프를 결합하는 작동은 파이프 단부들 사이의 적절한 공간을 얻기 위해 파이프들 중 하나의 파이프를 다른 파이프에 대해 상향으로 들어 올려야 한다. 이러한 커플링을 위해, 커플링이 적절하게 설치되어 키가 그루브을 결합하고 파이프가 유체 기밀 밀봉을 보장하도록 요구되는 바와 같이 이격되는 것을 신뢰성 있게 보장하는 것 또한 어렵다.

적절한 이격을 이루도록 커플링과 파이프 단부를 결합하기 위해 필요한 힘을 감소시키면서 증가된 강성을 갖고, 커플링이 파이프 상에 적절하게 설정된 신뢰성 있는 가시적 표시를 제공하는 커플링을 제공하는 것이 유리하다.

본 발명은 파이프 또는 일단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 피팅에 관한 것이다. 그루브은 파이프 또는 파이프 또는 피팅의 단부에 인접하게 위치된 제1 측면 및 제1 측면에 대해 이격되어 위치된 제2 측면을 포함한다. 제2 측면은 파이프의 단부에 원위적으로 위치된다. 플로어면은 제1 측면과 제2 측면 사이에서 연장한다. 제1 측면 및 제2 측면 중 하나는 플로어면에 대해 각도를 이루어 지향되며, 지향각은 90°보다 크다. 다른 예시에서, 제1 및 제2 측면 중 하나는 플로어면에 각각 각도를 이루어 지향되고, 제2 측면부는 대체로 플로어면에 수직이다. 바람직하게는, 제2 측면은 제1 및 제2 표면부로 구성되고, 제2 표면부는 플로어면에 인접하고, 제1 측면은 플로어면에 대체로 수직하게 지향된다.

본 발명은 또한 일단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 파이프 또는 피팅을 포함한다. 그루브은 파이프 또는 피팅의 표면에 형성되고, 서로 대향하는 관계로 이격되도록 위치된 측부에 의해 한정된다. 플로어는 측부를 연결한다. 그루브은 파이프의 표면에서 측정된 제1 폭, 플로어에서 측정된 제2 폭을 가지며, 제1 폭은 제2 폭보다 크다. 측부들 중 하나는 오목 또는 볼록 단면 형상을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 피팅은 엘보우 피팅, 플랜지된 피팅, 티 피팅, 감소하는 피팅 및 밸브 피팅 또는 다른 피팅을 포함할 수 있다.

도 1은 2개의 파이프를 단부 대 단부로 연결하기 위한 커플링의 사시도이다.

도 1a는 도 1에 도시된 커플링을 상세하게 도시하는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 파이프 커플링의 확대 사시도이다.

도 2a는 본 발명에 따른 파이프 커플링의 다른 실시예의 확대 사시도이다.

도 2b는 확대된 스케일 상에 도시된 도 2의 부분의 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 커플링을 포함하는 세그먼트의 측면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 세그먼트의 저면도이다.

도 5는 도 1의 라인 5-5에서 취해진 단면도이다.

도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 커플링의 다른 실시예를 도시하는 도 1의 라인 5-5를 따라 취해진 단면도이다.

도 6 및 도 7은 파이프 내에 그루브을 형성하는 롤러 공구의 측면도이다.

도 7a 내지 도 7g는 파이프 내에 그루브을 형성하기 위한 롤러 공구의 다양한 실시예의 측면도를 도시한다.

도 8은 커플링의 다른 실시예의 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 커플링의 다른 실시예의 부분 사시도이다.

도 10 내지 도 15는 본 발명에 따른 원주 방향 그루브을 갖는 파이프의 실시예의 종방향 단면도이다.

도 16 내지 도 21은 본 발명에 따른 원주 방향 그루브을 갖는 다양한 피팅 및 구성 요소를 도시한다.

도 1은 동축 방향으로 2개의 파이프(12, 14)를 단부 대 단부로 연결하기 위한 파이프 커플링(10)을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 커플링(10)은 적어도 2개의 세그먼트(16, 18)로 구성된다. 각각의 세그먼트(16, 18)는 각각 러그(20, 22)를 가지며, 러그는 세그먼트의 각각의 단부에 인접하게 위치된다. 세그먼트(16)의 각각의 단부에서의 러그(20)는 세그먼트(18)의 각각의 단부에서의 러그(22)와 정렬된다. 러그(20, 22)는 패스너를 수용하도록 구성되고, 바람직하게는 파이프(12, 14)를 둘러싸는 세그먼트를 서로 단부 대 단부로 결합하는 볼트(24) 및 너트(26)의 형태이다. 도 1에 도시된 일실시예에서, 러그(20)는 세그먼트(16, 18)가 이하에 설명하는 바와 같이 파이프(12, 14)와 적절하게 결합될 때 서로 연결하는 러그로서 "패드 대 패드 결합"으로 공지된 방법으로 러그(22)를 결합한다. 러그는 또한 세그먼트(16, 18)가 도 1a에 도시된 바와 같이 파이프(12, 14)와 적절하게 결합될 때 이격되어 서로 부착될 수 있다.

러그가 세그먼트를 서로 단부 대 단부로 부착하기 위한 바람직한 수단이지만, 주연 방향 밴드, 축 방향 핀 및 래칭 핸들과 같은 다른 부착 수단이 있다는 것을 인지하여야 한다. 이러한 수단은 본 명세서에 참조 문헌으로 인용된 미국 특허 제1,541,601호, 제2,014,313호, 제2,362,454호, 제2,673,102호, 제2,752,174호, 제3,113,791호 및 제4,561,678호에 개시된다.

큰 직경 파이프를 위해, 2개 이상의 세그먼트로부터 커플링(10)을 형성하는 것이 어느 정도 유리하다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 파이프 커플링(10)은 서로 결합된 세그먼트(16a, 16b)와, 또한 서로 결합된 세그먼트(18a, 18b)를 포함한다. 각각의 세그먼트는 바람직하게는 각각의 단부에 러그(20, 22)를 갖고, 세그먼트는 볼트(24)와 너트(26)와 같은 패스너에 의해 단부 대 단부로 서로 결합된다. 커플링(10)에 대한 이하의 설명은 예시에 의해 제공되고, 둘 중 하나의 단부에 러그를 갖는 2개의 세그먼트를 갖는 커플링에 기초한다. 상세한 설명의 다양한 양태는 커플링 또는 세그먼트가 서로 부착되는 방식을 포함하는 다수의 세그먼트와 관계없이 다른 실시예에 적용 가능하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트(16, 18)는 내부로 지향하는 파이프(12, 14)에 대면하는 원호형 표면(28)을 갖는다. 한 쌍의 키(30)는 원호형 표면(28)으로부터 반경 방향 내부로 돌출한다. 각각의 세그먼트 상의 키(30)는 서로에 대해 이격되어 이들 사이에 공간(32)을 형성한다. 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 파이프(12, 14) 사이에 연결을 이루기 위해, 키(30)는 각각 파이프(12, 14)의 원주 방향 주위로 연장하는 그루브(34, 36)을 결합한다. 키(30)와 그루브(34, 36)의 결합은 대체로 서로에 대해 동축 방향으로 파이프(12, 14)를 강성으로 연결하고, 간극(38)에 의해 표시된 바와 같이 소정의 이격으로 이들을 유지한다. 밀봉 부재(40)는 공간(32) 내에 위치되고, 세그먼트(16, 18)의 원호형 표면(28)과 파이프(12, 14) 사이에 위치된다. 파이프(12, 14) 사이의 간극(38)은 커플링의 장착을 용이하게 하는 공차를 제공하고, 밀봉 부재(40)에 유압을 인가하기 위한 압축된 유체를 허용하여 파이프(12, 14) 사이의 유체 기밀 밀봉을 보장한다.

도 2 및 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각각의 키(30)는 바람직하게는 러그(20, 22)에 인접하게 위치되거나 세그먼트의 단부에 인접하게 위치된 한 쌍의 캠 표면(42)을 갖는다. 캠 표면(42)은 도 2b에 도시된 바와 같이 키(30)에 대체로 접선 방향으로 지향되는 축(43)에 대하여 바람직하게는 공간(32)으로부터 외부로 이격되게 대면하고, 각을 이루며 지향된다. 캠 표면은 또한 도 4에 도시된 각각의 러그에 인접한 웨지(46)를 형성하도록 각을 이루며 지향(45)된다. 세그먼트(16, 18)가 도 5에 도시된 바와 같이 파이프(12)를 파이프(14)에 연결하도록 그루브(34, 36)과 결합되기 때문에, 캠 면(42; 도 2 참조)은 그루브(34, 36)을 결합하기 위한 제1 표면이다. 캠 면(42)에 의해 형성된 웨지(46)는 세그먼트(16, 18)의 러그(20, 22)가 서로에 대해 지향될 때 서로로부터 분리된 파이프(12, 14)를 가압하여, 바람직하게는 패드 대 패드 결합되는 기계적 유리함을 제공한다. 이러한 웨지 작동은 러그(20, 22)가 서로를 향하도록 요구되는 힘을 감소시키면서 파이프(12, 14)들 사이의 연결이 이루어질 때 파이프 단부(도 5 참조)들 사이의 분리 간극(38)이 달성되는 것을 보장한다. 러그(20, 22)는 너트(26)의 조임(도 1 참조)에 의해 서로를 향하여 통상 후퇴된다. 웨지(46)의 사용에 의해 얻어진 기계적 유리함은 간극(38)에 의해 러그(20, 22)가 파이프(12, 14)를 분리하도록 패드 대 패드로 결합하는데 요구되는 너트(26)에 인가되는 토크를 상당히 감소시켜, 큰 직경의 무거운 파이프가 서로의 위에 종방향으로 적층될 때에도 수작동으로 연결되는 것을 허용한다. 그러한 구조는 키(30)가 그루브(34, 36) 내로 삽입할 때 간극(38)을 형성하기 위해 파이프의 전체 무게를 들어 올려야 하는 특정한 문제가 있다. 웨지(46)는 이러한 노력을 상당히 용이하게 한다. 바람직하게는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 축(43)에 대해 측정할 때 캠 표면(42)의 각을 이룬 지향(45)이 바람직하게는 약 5°이지만, 구체적인 설계에서는 약 10°까지 일 수 있다.

캠 표면을 갖는 키의 사용은 그루브이 있는 파이프를 결합하기 위한 커플링에 한정되지 않지만, 실제적으로는 적어도 하나의 키를 갖는 임의의 커플링 배열체에 사용될 수 있다. 도 4a는 플랜지가 형성된 파이프에 그루브이 있는 파이프를 부착하기 위해 유사한 커플링 세그먼트와 결합하여 사용되는 커플링 세그먼트(51)를 도시한다. 커플링 세그먼트(51)는 둘 중 하나의 단부에 캠 표면(42)을 갖는 원 호형 키(30)를 갖는다. 전술한 바와 같이, 캠 표면은 키(30)에 대해 접선 방향으로 각을 이루어 지향되어 도 4에 도시된 바와 같이 웨지(46)를 형성할 수 있다. 키의 반대에는 플랜지가 형성된 파이프 상에 정합 플랜지를 결합하도록 구성된 플랜지(53)가 있다. 플랜지는 플랜지 연결로 이해되는 바와 같이 볼트 구멍(55)을 관통하는 패스너를 통해 고정된다. 커플링 세그먼트(51)는 부착 수단에 의해 관련된 커플링 세그먼트에 단부 대 단부로 부착되고, 바람직하게는 러그(20)는 당해 분야의 앞선 설명에서 이해되는 바와 같이 패스너에 의해 정렬되어 결합된 세그먼트의 단부 부근에 위치된다.

도 5 및 도 5a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 키(30)는 바람직하게는 그루브(34, 36)에 결합될 때 웨지 작동을 이루는 형태를 갖는다. 도 5는 키(30)가 웨지형 단면을 갖는 구성을 도시한다. 키(30)는 내표면(50) 대면 공간(32), 공간(32)으로부터 외부로 이격되도록 대면하는 외표면(52) 및 내표면과 외표면 사이에 위치되어 커플링에 의해 결합된 파이프를 반경 방향 내부로 향해 대면하는 반경 방향 표면(54)에 의해 형성된다. 바람직하게는, 내표면(50)은 대체로 축(48)에 수직하게 지향되고, 외표면(52)은 키(30)의 웨지형 단면을 형성하도록 축(48)에 대해 각을 이루어 지향된다. 외표면(52)과 축(48) 사이의 키에 대해 반경 방향으로 측정된 상대 각도(56)는 대체로 파이프(12, 14)의 종축과 동축방향으로 지향되고, 범위는 약 70°까지 이지만, 바람직하게는 50°이다(도 1 참조).

도 5에서의 표면(52, 54)이 직선 프로파일을 갖는 단면으로 도시되지만, 이들은 예를 들어 볼록, 오목 또는 다른 프로파일 형상일 수 있고, 그루브(34, 36)과 결합할 때 여전히 웨지 작동을 이룬다. 키(30)의 다른 실시예가 도 5a에 도시되며, 표면(50)은 대체로 반경 방향 표면(54)으로 혼합되는 볼록 반경의 형상으로 단면 프로파일을 갖는다.

도 4에 도시된 바와 같이, 캠 표면(42)의 반경 방향으로 각을 이룬 지향(44)이 종축(48)에 대해 측정될 때 키 외표면(52)의 반경 방향으로 각을 이룬 지향(56)과 대체로 동일한 것이 바람직하다. 지점 대 지점 연결을 이루게 하는 표면들 사이의 그루브 구성을 완화하기 위해 커플링이 설치되기 때문에 표면이 그루브(34, 36)의 대면하는 표면을 결합할 때 하는 캠 표면(42)의 반경 방향 지향 각도와 키 외표면(52)을 서로 정합시키기에 유리하다.

바람직하게는, 키(30)가 결합하는 그루브(34, 36)은 키의 웨지형 단면에 상보적인 형상을 갖는다. 일반적으로, 키가 그루브 및 키의 형상이 완전하게 상보적이 아닐 때에도 그루브을 대체로 충진시키는 단면을 갖는 것이 유리하다. 그루브(36)은 이후에 상세하게 설명되며, 그루브(34)은 대체로 유사하지만 분리하여 설명할 필요가 없다. 그루브(36)은 파이프(14)의 단부(14a)에 인접하게 위치된 제1 측표면(58), 제1 측표면(58)에 대해 이격되어 위치되고 단부(14a)로부터 윈위적인 제2 측표면(60) 및 제1 측표면과 제2 측표면 사이에서 연장하는 플로어면(62)에 의해 형성된다. 키(30)에 상보적인 그루브(36)의 형상은 플로어면(62)을 대체로 반경 방향 표면(54)에 평행하게 지향시키고, 제1 측표면(58)을 플로어면(62)에 대체로 수직으로 지향시키며(따라서 내표면(50)에 대체로 평행하게 된다), 제2 측표면(60)을 외표면(52)에 대체로 평행하게 위치시킴으로써(따라서 플로어면(62)에 각 을 이룬다) 달성된다.

바람직하게는, 키(30)와 러그(20, 22)는 러그(20)가 러그(22)와 패드 대 패드 결합될 때, 즉 도 1에 도시된 바와 같이 서로 접촉하도록 결합할 때 키의 외표면(52)이 소위 "라인 대 라인 공차(도 5의 좌측 도면 참조)"라 하는 제2 측표면(60)과 접촉하도록 키(30)가 그루브(34)과 결합하거나 (도 5의 우측 도면에 도시된) 0.035 인치 이하의 간극(64)에 의해 형성될 때 그루브의 제2 측표면(60)에 대해 이격되는 크기로 되어 공차를 갖는다. 또한, 반경 방향 표면(54)은 플로어면(62; 도 5의 좌측 도면)과 함께 라인 대 라인 공차 또는 0.03 인치 이하의 간극(66)에 의해(도 5의 우측 도면) 형성된 바와 같이 플로어면(62)에 대해 이격된다. 내표면(50)은 도 5에 도시된 바와 같이 제1 측표면(58)과 통상 접촉하지만, 소정의 공차 조건을 위해 간극이 있을 수 있다. 그러나, 구체적인 방식으로, 파이프 및 커플링을 완벽하게 둥글게 만들고 소정의 정확한 치수로 만드는 것은 어렵고 비용이 많이 요구되므로 키(30)의 다양한 표면들과 그루브(34, 36) 사이에 효과적인 강성 결합을 생성하도록 임의의 파이프 결합부를 원주 방향 둘레에 간헐적인 접촉시킬 수 있다. 결합 강성은 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이 키(30)의 다양한 표면으로부터 외부로 돌출하는 톱니(31)를 사용하여 증가될 수 있다. 톱니(31)는 파이프의 그루브 표면 내에 물려서, 커플링에 대한 파이프의 회전 변위를 방지하는 것을 돕도록 마찰을 증가시킨다. 러그가 도 1a에 도시된 바와 같이 이격된 관계로 서로 부착될 때 전술한 다양한 표면들 사이에 동일한 관계가 달성될 수도 있다.

키 표면과 그루브을 포함하는 표면 사이의 아날로그식 관계는 키가 도 5a에 도시된 바와 같이 그루브의 형상에 상보적인 형상을 갖지 않을 때에도 상보될 수 있다. 예를 들어 볼록형 키(30)와 같은 키를 갖는 커플링은 라인 공차(도 5a의 좌측 도면) 상의 라인에서 제2 측표면(60)과 접촉하는 표면(52)을 가지거나, 표면(52, 60)들 사이에 약 0.035 인치의 간극(64)을 갖는 표면(60; 도 5a의 우측 도면)에 관련하여 이격된다. 다시 말하면, 표면(54, 66)은 공차 라인 상의 라인에 있거나 바람직하게는 0.030 인치 이하인 간극(62)에 의해 분리될 수 있다.

다르게는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 키(30)의 웨지 작동은 내표면(50)과 외표면(52)이 각각 그루브 표면(58, 60)과 접촉할 때 보장될 수 있지만, 반경 방향 표면(54)은 간극(66)을 갖는 그루브의 플로어면(62)에 대해 이격된다. 도 5b의 좌측 도면은 다양한 직선 측면 키 표면(50, 52, 54) 및 대응하는 직선 측면 그루브 표면(58, 60, 62)을 도시하며, 그루브과 키는 대체로 상보적인 형상이다. 도 5b의 좌측 도면은 예로서 키 및 그루브의 형상이 대체로 상보적이지 않은 직선 표면을 결함하는 볼록하게 만곡된 외표면(52)을 도시한다. 그루브 플로어면(62)은 파이프(12)의 표면에 대해 각도를 이루어 지향되는 좌측 상에서 도시되었다는 것을 인지한다.

전술한 바와 같은 공차 조건과 결합하여 러그(20, 22)의 패드 대 패드 결합에 의해 형성된 바람직한 구조가 발견된다. 제1 측표면(58)과 내표면(50)의 결합은 파이프(12, 14)를 서로에 대해 대체로 정밀한 축 위치로 가압한다. 커플링이 파이프 상에 설치될 때 이러한 표면들이 서로에 대해 유지되기 때문에, 내부 유압이 인가될 때 축 방향으로 변위되지 않을 것이다. 따라서, 설계자들은 사용 중의 내부 압력에 기인한 파이핑 네트워크의 길이를 고려할 필요가 없고, 따라서, 설계가 단순화된다. (0일 수 있는) 비교적 작은 간극(64, 66)은 적절한 강성을 보장하고, 파이프와 커플링 사이의 과다한 각도 변위를 방지하면서, 소정의 한계로 간극을 한정할 필요가 있는 공차가 커플링(10)을 경제적으로 제조될 수 있게 한다. 이는 또한 파이프, 밸브 또는 다른 피팅에서 그루브이 경제적으로 제조될 수 있게 한다. 간극은 강성의 결합을 제공하기 위해 실제 파이프의 통상의 둥글기 외부에 통상으로 직면하는 결합에 유리하게 작용한다. 러그(20, 22)의 패드 대 패드 결합은 커플링(10)이 파이프(12, 14)와 적절하게 결합하는 신뢰성 있는 다양한 예시를 제공한다.

커플링의 일단부 또는 양 단부에서의 간극(64)보다 더 큰 각도 변형을 허용하도록 더욱 유연한 커플링을 갖는 것이 전술한 0.035 인치의 한계보다 크게 이루어질 수 있는 것이 바람직하다. 가요성 커플링을 위해, 바람직하게는 도 5에 도시된 바와 같이 파이프(12, 14)의 단부들 사이의 간극(38)의 크기의 1/2인 표면(52, 50)들 사이의 간극(64)을 갖는 것이 바람직하다는 것이 발견되었다.

키(30)가 모든 공차 조건 하에서 간극 없이 그루브(34, 36)을 결합할 수 있는 것이 실행될 수 있다. 이러한 구조는 강성 결합을 제공하기 위한 키의 웨지 작동에 유리하다. 그러나, 패드 대 패드 결합 및 키와 그루브의 전체 접촉 주연 방향 웨지 결합 모두를 보장하기에 필요한 공차를 경제적으로 커플링 및 파이프에 제조하는 것이 매우 어렵기 때문에 러그(20, 22)의 결합이 실용적이지 않다. 이러한 구조를 위해, 패드 대 패드 결합은 도 9에 도시된 바와 같이, 통상적으로 유지되지 않으며, 세그먼트(18) 상에 러그(22)에 인접한 리세스(112) 내로 끼워지는 세그먼트(16) 상에 러그(20)에 인접한 토크(110)를 채용하는 것이 바람직하다. 토크는 결합부가 높은 내부 압력 상태에 있을 때 밀봉 부재(40)가 러그(20, 22)들 사이의 간극을 통해 송풍되는 것을 방지한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 그루브(36)은 파이프(14)를 형성하는 재료 냉각 작업에 의해 유리하게 형성된다. 양호한 실시예에서, 그루브(36)은 파이프(14)의 단부에 인접하게 위치된 제1 측표면(37), 제1 측표면에 이격된 관계로 위치되고 파이프의 단부에 원위적으로 위치되는 제2 측표면(60) 및 제1 측표면과 제2 측표면 사이에서 연장하는 플로어(41)를 포함한다. 바람직하게는, 제2 측표면은 90°인 각도(43)로 플로어에 대해 각을 이루고 지향된다.

롤러 공구(68)는 주연 방향에서 그루브의 소정의 형상에 대체로 동일한 단면 형상을 갖는다. 롤러 공구(68)는 그 주연 방향 주위에서 파이프 주위로 롤러 공구를 이동시키거나 롤러 공구에 대해 종축(48) 주위로 파이프를 이동시킴으로써 파이프(14)의 외표면(70) 내에 가압 결합된다. 바람직하게는, 백업 롤러(72)는 롤러 공구(68)에 대향하는 파이프(14)의 내표면(74)을 결합한다. 파이프 벽(76)은 롤러 공구(68)와 백업 롤러(72) 사이에서 압축된다. 백업 롤러(72)의 사용은 롤러 공구를 위한 작용면을 제공한다. 백업 롤러 또한 정확한 그루브 형상이 롤 그루브 형성 중에 재료 유동을 용이하게 함으로써 달성되는 것을 보장한다.

각을 이루어 지향된 제2 측표면(60)을 갖는 그루브(36)을 형성하기 위한 냉각 작업 중에, 상당한 마찰이 롤러 공구(68)와 파이프(14) 사이에 발생하는 것을 발견하였다. 마찰은 그루브(36)의 각을 이루어 지향된 제2 측표면(60)을 형성하는 롤러 공구(68) 상의 각을 이룬 표면(78) 사이의 접촉에 의해 발생된다. 각도를 이루기 때문에, 각을 이룬 표면(78)을 따르는 지점은 롤러 공구(68)의 회전(80) 축으로부터 상이한 거리이다. 축(80)으로부터의 상이한 거리 때문에, 표면(78) 상의 각각의 지점은 서로에 대하여 롤러 공구(68)의 특정 각속도를 위해 상이한 선속도로 이동할 것이다. 축(80)에서 가장 먼 지점은 가장 빠르게 이동하고, 축에 가장 가까운 지점은 가장 느리게 이동한다. 따라서, 표면은 그루브을 형성하기 위해 파이프(14)에 대해 상대적으로 롤러 공구(68)가 회전할 때 그루브(36)의 제2 측표면(60)에 대해 활주하기 때문에 각을 이룬 표면(78)을 따르는 속도가 상이하다. 롤러 공구와 파이프 사이의 상대 활주는 마찰을 일으킨다. 마찰에 의한 과다한 열은 롤러 공구 베어링 윤활유의 파손을 일으키고, 상이한 크기의 파이프를 위해 공구를 교체할 때 롤러 공구가 처리하기에 너무 뜨겁게 되어 시간의 손실이 발생한다.

과다한 열을 발생을 방지하기 위해, 도 7에 도시된 롤러 공구(82)는 파이프(14)에 그루브(84)을 형성하도록 사용된다. 그루브(84)에서, 제2 측표면(86)은 플로어면(90)에 대해 각을 이루어 지향된 제1 표면부(88)와, 플로어면(90)에 인접하게 위치되어 이에 대해 대체로 수직으로 지향된 제2 표면부(92)를 가져서, 각을 이루어 지향된 제2 측표면(86)의 크기를 감소시킨다. 롤러 공구(82)와 그루브(84) 모두의 각을 이룬 표면 영역의 크기를 감소시킴으로써, 그루브을 형성하기 위한 냉각 작업 중에 발생한 마찰이 감소된다. 각을 이루어 지향된 제1 표면부(88)는 여 전히 제2 측표면(60)을 위한 위의 설명과 같이 이점을 제공한다. 그루브(84)을 결합하는 커플링(10)의 예시는 도 8에 도시된다.

롤러 공구(82)는 그루브(84)과 상보적인 단면 형상을 갖는 원주 방향 표면(94)을 갖고, 상기 형상은 롤러 공구(82)의 회전 축(80)에 대체로 수직하게 위치된 제1 주연 표면(99), 제1 원주 표면(96)에 이격된 관계로 위치되어 축(80)에 대체로 수직하게 위치된 제2 주연 표면(98) 및 주연 표면(100)에 인접하게 위치되고 축(80)에 각을 이루어 지향된 각도를 갖는 표면(102)을 포함한다. 각을 갖는 표면(102)은 바람직하게는 축(80)에 대해 약 70°까지, 가장 바람직하게는 약 50°인다. 표면(102)은 제2 원주 표면으로부터 이격되도록 활주하여 그루브(84)을 형성할 때 파이프와 접촉한다.

키(30)와 파이프 내의 그루브 사이의 웨지 작동은 전술한 것 이외의 그루브 단면 형상을 위해 달성될 수 있다. 웨지 작동을 위한 주된 특징은 파이프의 표면에서의 그루브의 폭이 그루브의 플로어에서의 그루브의 폭보다 큰 것이다. 도 10 내지 도 15는 이러한 특징을 만족시키는 다양한 그루브의 구조를 도시한다. 도 10은 오목한 단면 형상을 갖는 측부(116)에 의해 형성된 그루브(114)을 도시한다. 도 11은 볼록한 단면 형상을 갖는 측부(120)에 의해 형성된 그루브(118)을 도시한다. 도 12에서, 그루브(122)은 제1 및 제2 각을 이룬 부분(124a, 124b)을 갖는 측부(124)에 의해 형성되고, 제1 각을 이룬 부분(124a)은 제2 각을 이룬 부분(124b)보다 더 큰 경사를 갖는다. 도13은 제2 각을 이룬 부분(128b)보다 낮은 경사를 갖는 제1 각을 이룬 부분(128a)을 갖는 측부(128)에 의해 형성된 그루브(126)을 도시 한다. 반경과 각을 이룬 부분의 조합은 또한 도 14에 도시된 바와 같이 실행 가능하며, 그루브(130)은 반경부(132) 및 각을 이룬 부분(134)을 갖는다. 도15는 웨지 형상의 단면 프로파일을 갖는 그루브(136)의 예시를 도시하며, 다른 예시적인 그루브을 갖는 것과 비교할 때 상당한 임의의 플로어부가 없다. 그루브(136)은 서로에 대해 각을 이루어 지향된 측부(136a, 136b)에 의해 형성된다. 모든 설계에 공통적인 것은 파이프의 표면에서의 그루브의 폭(138)이 그루브의 플로어에서의 그루브의 폭(140)보다 크다는 것이다. 플로어가 파이프 표면에 대체로 평행한 것이 바람직하지만, 도 10에 도시된 바와 같이 만곡될 수 있거나, 도 15에 도시된 바와 같이 플로어가 없는 것이 바람직하며, 플로어 폭은 본질적으로 0이다. 플로어는 도 5b에 도시된 바와 같이 각을 이루어 지향될 수 있다.

전술한 바와 같은 그루브을 생성하기 위한 롤러 공구는 도 7a 내지 7g에 도시된다. 도 7a에서, 롤러 공구(101)는 축(80)을 중심으로 회전 가능하며, 제1 표면부(105) 및 제2 표면부(107)에 의해 플랭크된 반경 방향 대면 표면부(103)를 갖는다. 롤러 표면부(105)는 바람직하게는 축(80)에 수직하게 지향되어 대체로 그루브측 표면에 수직하게 형성된다. 롤러 표면부는 오목하여 도 11에 도시된 바와 같이 볼록한 그루브 측표면(120)을 이룬다.

유사하게, 도 7b에 도시된 롤러 공구(109)는 수직 표면부(113)와 볼록 표면부(115) 사이에서 연장하는 반경 방향 대면 표면부(111)를 갖는다. 이러한 롤러는 도 10에 도시된 바와 같은 오목한 측표면(116)을 갖는 그루브을 생성한다.

도 7c 및 도 7d에 도시된 추가의 롤러 실시예(117, 119)는 각각 축(80)에 대 해 각을 이루어 지향된 제1 면부(123) 및 축(80)에 대해 각을 이루어 지향된 제2 면부(125)를 갖는 표면부(121)를 갖지만, 각도가 상이하다. 롤러 공구(117)에서, 제1 표면부의 경사는 제2 표면부의 경사보다 크고, 이러한 롤러는 도 12에 도시된 바와 같은 그루브(122)을 생성한다. 롤러 공구(119)에서, 제1 표면부의 경사는 제2 표면부의 경사보다 작으며, 이러한 롤러는 도 13에 도시된 바와 같은 각을 이루어 지향된 측표면(124)을 갖는 그루브(126)을 생성한다.

도 7e에 도시된 롤러 공구(127)는 반경 방향 대면 표면이 없으며, 각을 이룬 표면(129)은 회전 축(80)에 대체로 수직한 표면부(131)와 교차한다. 롤러 공구(127)는 도 15에 도시된 그루브을 생성하는 데 사용된다.

도 7f에 도시된 롤러 공구(133)는 만곡된 반경 방향 대면 표면(135) 및 각도를 이루어 지향된 표면(135)은 물론 수직 표면(137)을 갖는다. 만곡된 표면은 볼록, 오목, 사인형, 쌍곡 포물면 또는 불규칙한 만곡면일 수 있다.

도7g에 도시된 바와 같이, 롤러(139)는 회전 축(80)에 대해 각을 이루어 지향된 반경 방향 대면 표면(141)을 가질 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같은 그루브은 그러한 공구에 의해 생성된다.

커플링의 키와 함께 상당한 웨지 작동을 달성하도록 구성된 그루브이 파이프 단부에 적용되는 것을 설명되었지만, 그러한 그루브은 파이프 피팅과 관련하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 도 16은 각각의 단부에서 원주 방향 그루브(142)을 갖는 엘보 피팅(140)을 도시한다. 그루브(142)은 도 5 및 도 10 내지 도 15에 도시된 임의의 단면 프로파일을 가질 수 있거나, 전술한 변형된 프로파일을 가질 수 있다. 유사하게, 도 17에 도시된 티 피팅(144)은 그루브(146)을 가지며, 바람직하게는 그 단부 각각에 인접하고, 그루브은 본 명세서에 설명된 바와 같이 파이프에 피팅하거나 다른 피팅에 결합되도록 웨지 작동을 생성하도록 구성된다. 도 18은 일단부에 인접한 웨지 그루브(150)을 갖는 피팅(148) 및 대향 단부의 플랜지(152)를 도시한다. 피팅(148)은 플랜지를 사용하여 결합된 다른 네트워크에 결합되도록 기계적 커플링을 사용하여 파이핑 네트워크를 허용한다. 또한, 상이한 직경을 갖는 파이프를 결합하는 데 사용된 리듀서(154; 도 19)와 같은 다른 형태의 피팅, 또는 니플(156)이 스티퍼 또는 더욱 유연한 결합 중 하나를 보장하도록 전술한 바와 같은 결합의 공차에 따라 커플링과 그루브 사이의 웨지 동작을 증가시키는 전술되고 설명된 바와 같은 각각의 그루브(158, 160)을 갖는 이점이 있다.

도 21에 도시된 바와 같이, 밸브(162)와 같은 유체 유동의 제어에 관한 구성 요소는 밸브에 파이프, 피팅 또는 본 명세서에 설명된 바와 같은 기계적 커플링을 사용하는 다른 구성 요소에 밸브를 결합하도록 전술한 바와 같은 그루브(164)을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 파이프 및 파이프 커플링은 파이프를 적절하게 결합하는 커플링이 유체 기밀 결합을 이루도록 확인하기 위한 신뢰성 있는 가시적 인디케이터를 갖는 강성 연결의 이점을 통합한다. 커플링은 경제적으로 생산되고 파이프들 사이의 대체로 강성 결합을 이루는 것을 허용하는 공차를 갖는다.

Claims (31)

1. 일단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 파이프이며,

   상기 그루브은,

   상기 파이프의 단부에 인접하게 위치된 제1 측표면과,

   상기 제1 측표면에 이격된 관계로 위치되고 상기 파이프의 단부에 원위적으로 위치된 제2 측표면과,

   상기 제1 측표면과 제2 측표면 사이에서 연장하는 플로어면을 포함하고,

   상기 제1 측표면 및 제2 측표면 중 하나는 상기 플로어면에 대해 각을 이루어 지향되고, 상기 각도는 90°보다 큰 파이프.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면은 상기 각도를 갖는 파이프.
3. 제1항에 있어서, 상기 플로어면은 상기 파이프의 표면에 대해 각도를 이루어 지향되는 파이프.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 측표면은 제1 및 제2 표면부로 구성되고, 상기 제1 표면부는 상기 플로어면에 인접하게 위치되어 대체로 이에 수직하게 지향되고, 상기 제2 표면부는 90°보다 큰 상기 각도로 지향되는 파이프.
5. 제2항에 있어서, 상기 제1 측표면은 상기 플로어면에 대체로 수직하게 지향되는 파이프.
6. 일단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 파이프이며, 상기 그루브은 상기 파이프의 표면에 형성되어 서로에 대향하는 관계로 이격되도록 위치된 측부에 의해 형성되며, 플로어는 상기 측부를 연결하고, 상기 그루브은 상기 파이프의 표면에서 측정된 제1 폭 및 플로어에서 측정된 제2 폭을 갖고, 상기 제1 폭은 상기 제2 폭보다 큰 파이프.
7. 제6항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 볼록한 단면 형상을 갖는 파이프.
8. 제6항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 오목한 단면 형상을 갖는 파이프.
9. 제6항에 있어서, 상기 플로어는 만곡되는 파이프.
10. 제6항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 상기 파이프 표면에 인접하게 위치된 제1 각을 이루어 지향된 부분 및 상기 플로어에 인접하게 위치된 제2 각을 이루어 지향된 부분을 포함하는 파이프.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 각을 이루어 지향된 부분의 경사는 상기 제2 각 을 이루어 지향된 부분의 경사보다 큰 파이프.
12. 제10항에 있어서, 상기 제1 각을 이루어 지향된 부분의 경사는 상기 제2 각을 이루어 지향된 부분의 경사보다 작은 파이프.
13. 제6항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 상기 파이프 표면에 인접하게 위치된 제1 각을 이루어 지향된 부분 및 상기 플로어에 인접하게 위치된 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 오목한 단면 형상을 갖는 파이프.
14. 일단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 파이프이며, 상기 그루브은 상기 파이프의 표면에 형성되어 서로에 대해 이격된 관계로 위치된 측부에 의해 형성되고, 상기 측부는 대체로 웨지형 단면을 형성하도록 서로에 대해 각을 이루어 지향되는 파이프.
15. 제14항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 상기 파이프의 상기 표면에 대체로 수직하게 위치되는 파이프.
16. 일단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 피팅이며,

    상기 그루브은,

    상기 피팅의 단부에 인접하게 위치된 제1 측표면과,

    상기 제1 측표면과 이격된 관계로 위치되고 상기 피팅의 단부에 원위적으로 위치된 제2 측표면과,

    상기 제1 측표면과 제2 측표면 사이에서 연장하는 플로어면을 포함하고,

    상기 제1 및 제2 측표면 중 하나는 상기 플로어면에 대해 각을 이루어 지향되고, 상기 각도는 90°보다 큰 피팅.
17. 제16항에 있어서, 상기 제2 표면은 상기 각도를 갖는 피팅.
18. 제16항에 있어서, 상기 플로어면은 상기 파이프의 표면에 대해 각을 이루어 지향되는 피팅.
19. 제16항에 있어서, 제1항에 있어서, 상기 제2 측표면은 제1 및 제2 표면부로 구성되고, 상기 제1 표면부는 상기 플로어면에 인접하게 위치되어 대체로 이에 수직하게 지향되고, 상기 제2 표면부는 90°보다 큰 상기 각도로 지향되는 피팅.
20. 제18항에 있어서, 상기 제1 측표면은 상기 플로어면에 대체로 수직하게 지향되는 피팅.
21. 제16항에 있어서, 상기 피팅은 엘보 피팅, 플랜지된 피팅, 티 피팅, 감소하는 피팅 및 밸브 피팅으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 피팅.
22. 일단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 피팅이며, 상기 그루브은 상기 피팅의 표면에 형성되어 서로에 대향하는 관계로 이격되도록 위치된 측부에 의해 형성되며, 플로어은 상기 측부를 연결하고, 상기 그루브은 상기 파이프의 표면에서 측정된 제1 폭 및 플로어에서 측정된 제2 폭을 갖고, 상기 제1 폭은 상기 제2 폭보다 큰 피팅.
23. 제22항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 볼록한 단면 형상을 갖는 피팅.
24. 제22항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 오목한 단면 형상을 갖는 피팅.
25. 제22항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 상기 피팅 표면에 인접하게 위치된 제1 각을 이루어 지향된 부분 및 상기 플로어에 인접하게 위치된 제2 각을 이루어 지향된 부분을 포함하는 피팅.
26. 제25항에 있어서, 상기 제1 각을 이루어 지향된 부분의 경사는 상기 제2 각을 이루어 지향된 부분의 경사보다 큰 피팅.
27. 제25항에 있어서, 상기 제1 각을 이루어 지향된 부분의 경사는 상기 제2 각을 이루어 지향된 부분의 경사보다 작은 피팅.
28. 제22항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 상기 피팅 표면에 인접하게 위치된 제1 각을 이루어 지향된 부분 및 상기 플로어에 인접하게 위치된 제2 부분을 포함하며, 상기 제2 부분은 오목한 단면 형상을 갖는 피팅.
29. 제22항에 있어서, 상기 피팅은 엘보 피팅, 플랜지된 피팅, 티 피팅, 감소하는 피팅 및 밸브 피팅으로 구성된 그룹으로부터 선택된 피팅.
30. 일단부에 인접한 원주 방향 그루브을 갖는 피팅이며, 상기 그루브은 상기 피팅의 표면에 형성되어 서로에 대해 이격된 관계로 위치된 측부에 의해 형성되고, 상기 측부는 대체로 웨지형 단면을 형성하도록 서로에 대해 각을 이루어 지향되는 피팅.
31. 제30항에 있어서, 상기 측부 중 하나는 상기 파이프의 상기 표면에 대체로 수직하게 지향되는 피팅.

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