KR20070072638A - 배관용 커플링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양 단위 부재의 체결력이 증가되고 파이프와 견고하게 밀착될 수 있는, 배관용 커플링을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 본 발명에 따른 커플링은 서로 동일한 형상의 제 1 및 제 2 단위 부재가 대칭적으로 결합되며, 각 단위 부재는 제 1 종단과 제 2 종단을 가지며, 제 1 종단에는 부재의 양측단으로부터 폭방향 중심을 각각 향하는 제 1 경사면 및 제 2 경사면으로 이루어진 원주 방향의 요부가, 제 2 종단에는 부재의 양측단으로부터 폭방향 중심을 각각 향하는 제 1 경사면 및 제 2 경사면으로 이루어진 원주 방향의 철부가 각각 구성되며, 상기 요부(또는 철부)의 외면과 철부(또는 요부)의 내면은 서로 동일한 방향의 제 3 경사면으로 이루어진다.
커플링

Description

배관용 커플링{Coupling}
도 1은 일반적인 커플링의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 커플링의 분리 사시도.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 커플링의 정면도, 측면도 및 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 커플링의 사용 상태를 도시한 사시도.
본 발명은 배관용 커플링으로서, 특히 제 1 및 제 2 단위 부재의 체결력을 증대시킬 수 있도록 구성된 커플링에 관한 것이다.
일반 건물, 발전 설비, 산업용 플랜트, 상수도, 발전 설비 및 각종 장비 배관 및 냉난방 공조 배관에서는 용접 공정을 이용하지 않고 양 파이프를 밀봉 상태로 연결하는 무용접 배관 시스템(grooved piping system)을 이용한다.
무용접 배관 시스템은 용접 작업을 수행하지 않고서도 파이프를 연결할 수 있기 때문에 작업 시간과 그 비용이 상당히 절감되며, 따라서 다양한 분야의 배관 공정에서 널리 이용되고 있다.
이와 같은 무용접 배관을 위하여 사용되는 시스템은 크게 파이프 표면에 밀 착된 상태로 위치하는 가스켓(gasket) 및 가스켓 외측에 위치하여 가스켓을 가압하는 커플링을 포함한다. 커플링은 2개의 단위 부재로 이루어지며, 2개의 단위 부재는 동일한 구조를 갖는다.
서로 연결되는 2개의 파이프 종단부의 외주면에는 소정의 홈(groove)이 형성되어 있으며, 이 2개의 홈 사이에 가스켓이 위치한다. 이러한 상태에서 커플링의 2개의 단위 부재를 가스켓 외면에 밀착시킨 상태에서 2개의 단위 부재를 체결 수단을 이용하여 체결함으로써 2개의 파이프에 대한 배관 공정이 완료된다.
이와 같은 기능을 갖는 커플링의 일반적인 구조를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 커플링의 사시도로서, 커플링(10)을 구성하는 제 1 및 제 2 단위 부재(11 및 12)가 맞물려져 있는 상태를 도시하고 있다.
전술한 바와 같이, 커플링(10)은 ½-링 형상을 갖는 제 1 및 제 2 단위 부재(11 및 12)로 이루어지며, 각 단위 부재(11 및 12)의 양 종단부 외측에는 관통 구멍(11-2, 12-2)이 형성된 연장부(11-1, 12-1)가 형성되어 있다.
한편, 각 단위 부재(11, 12)의 내부면 양측 외곽부에는 소정 높이로 돌출된 돌기부(11-3, 12-3)가 각각 형성되어 있으며, 이 돌기부(11-3, 12-3)는 위에서 설명한, 2개의 파이프 종단부의 외주면에 형성된 홈(groove) 내에 각각 위치하게 된다.
제 1 및 제 2 단위 부재(11, 12)의 각 종단면은 각 부재의 폭 방향, 즉 체결되는 파이프의 길이 방향으로 경사진 경사면(11-4, 12-4)으로 구성되며, 여기서 각 단위 부재(11, 12)의 한 종단의 경사면(11-4, 12-4)의 경사 방향은 다른 종단의 경 사면의 경사 방향과 반대이다. 따라서, 제 1 및 제 2 단위 부재(11, 12)를 양 종단 경사면(11-4, 12-4)을 접촉시킨 상태에서 가압하면, 도 1에 도시된 바와 같이 양 종단면 경사면(11-4, 12-4)이 맞물린 상태에서 제 1 및 제 2 단위 부재(11, 12)는 원형의 커플링(10)을 형성하게 된다.
2개의 파이프를 대응시킨 상태에서 그 경계부에 가스켓을 위치시키고, 제 1 및 제 2 단위 부재(11, 12)를 그 내주면이 가스켓에 밀착된 상태에서 도 1에 도시된 바와 같이 서로 대응시킨다.
이후, 각 단위 부재(11, 12)의 양 종단부 외측의 연장부(11-1, 12-1)에 형성된 관통 구멍(11-2, 12-2)에 체결 수단(볼트(19) 및 너트(18))을 체결하면, 양 종단의 경사면(11-4, 12-4)의 구조에 의하여 제 1 단위 부재(11)와 제 2 단위 부재(12)가 경사면(11-4, 12-4) 상에서 미끄러지며 서로 엇갈리는 형태로 조여지게 된다.
제 1 및 제 2 단위 부재(11, 12)의 조여짐에 의하여 그 내부에 위치하는 가스켓이 압축되며, 결과적으로 서로 대응된 상태의 2개의 파이프는 가스켓 및 커플링(10)에 의하여 밀봉된 상태로 연결된다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 단위 부재(11, 12)가 체결되어 원형의 커플링(10)으로 구성될 때, 다음과 같은 문제점을 예상할 수 있다.
양 단위 부재(11, 12)의 접촉면은 경사진 종단면(11-4, 12-4)이며, 따라서 양 단위 부재(11, 12)에 수직의 조임력이 작용하더라도, 각 종단면(11-4, 12-4)에서는 경사 방향(도 1의 화살표 방향)으로 힘이 작용하게 되며, 이러한 경사 방향의 힘은 양 종단면에서는 서로 엇갈리게 나타난다. 이러한 작용으로 인하여 커플링(10) 전체적으로 보아 비틀림력이 작용하는 것으로 간주될 수 있다.
배관 파이프 내의 압력이 급증하는 경우, 각 단위 부재(11, 12)의 내면에 형성된 돌기부(11-3, 12-3)가 파이프에 형성된 홈으로부터 이탈할 수 있으며, 따라서 위에서 설명한 바와 같은 커플링(10)의 비틀림 현상은 파이프의 홈에서 각 단위 부재(11, 12)의 돌기부(11-3, 12-3)가 쉽게 이탈키는 요인으로 작용할 수 있다.
한편, 커플링(10)의 비틀림 현상이 발생할 경우, 각 단위 부재(11, 12)와 파이프 표면 사이에 위치하는 가스킷이 뒤틀릴 수 있으며, 가스킷의 뒤틀림은 파이프의 경계면에서의 유체의 누출을 야기하게 된다.
본 발명은 파이프를 무용접으로 밀봉 연결하기 위하여 사용되는 커플링에서 발생하는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양 단위 부재의 체결력이 증가되고 파이프와 견고하게 밀착될 수 있는 커플링을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 커플링은 서로 동일한 형상의 제 1 및 제 2 단위 부재가 대칭적으로 결합되며, 각 단위 부재는 제 1 종단과 제 2 종단을 가지며, 제 1 종단에는 부재의 양측단으로부터 폭방향 중심을 각각 향하는 제 1 경사면 및 제 2 경사면으로 이루어진 원주 방향의 요부가, 제 2 종단에는 부재의 양측단으로부터 폭방향 중심을 각각 향하는 제 1 경사면 및 제 2 경사면으로 이루어진 원주 방향의 철부가 각각 구성되며, 상기 요부(또는 철부)의 외면과 철부(또는 요부)의 내면은 서로 동 일한 방향의 제 3 경사면으로 이루어진다.
각 단위 부재의 종단의 철부와 요부를 구성하는 제 1 경사면과 제 2 경사면은 단위 부재의 폭 방향의 선형부로 연결될 수 있다.
또한, 각 단위 부재의 양 종단부 외측에는 부재의 반경 방향으로 연장된 연장부가 형성되어 있으며, 각 연장부에는 장축이 각 단위 부재의 반경 방향으로 구성된 타원형 관통 구멍이 형성되어 있다.
이하, 본 발명에 따른 커플링을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 커플링의 분리 사시도로서, 본 발명에 따른 커플링(100) 역시 2개의 단위 부재(110 및 120)로 이루어지며, 2개의 단위 부재(110 및 120)는 동일한 구조 및 규격을 갖는다. 한편, 제 1 및 제 2 단위 부재(110 및 120)는 대칭 상태에서 체결된다.
이하에서는 편의상 제 1 단위 부재(110)를 예를 들어 그 구성을 설명한다.
소정 두께 및 폭을 갖는 제 1 단위 부재(110)는 ½-링 형상을 가지며, 양 종단부 외측에는 부재의 반경 방향으로 연장된 연장부(111)가 형성되어 있다. 또한 각 연장부(111)에는 관통 구멍(112)이 형성되어 있다.
제 1 단위 부재(100)의 내부면에는 양측 외곽부를 따라 소정 높이로 돌출된 돌기부(113)가 각각 형성되어 있으며, 이 돌기부(113)는 위에서 설명한, 2개의 파이프 종단부의 외주면에 형성된 홈 내에 각각 위치하게 된다.
제 1 단위 부재(110)의 제 1 종단에는 원주 방향의 요부(114)가, 제 2 종단 은 원주 방향의 철부(115)가 각각 구성되어 있으며, 요부와 철부라는 점을 제외하고는 외곽 형상은 동일하다.
커플링(100)의 측면도인 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 종단에 형성된 요부(114)는 부재의 양측단으로부터 폭방향 중심선을 각각 향하는 제 1 경사면(114-1) 및 제 2 경사면(114-2)에 의하여 형성된다. 제 1 경사면(114-1)과 제 2 경사면(114-2)이 만나는 부분(부재의 폭방향 중심)은 2개의 경사면(114-1, 114-2)에 의하여 V 형상을 가질 수 있으나, 제 1 경사면(114-1) 종단과 제 2 경사면(114-2) 종단은 폭 방향의 선형부를 통하여 연결될 수 있는 형상을 가질 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 종단에 형성된 철부(115)는 부재의 양측단으로부터 폭방향 중심선을 각각 향하는 제 1 경사면(115-1) 및 제 2 경사면(115-2)에 의하여 형성된다.
철부(115)의 제 1 경사면(115-1)과 제 2 경사면(115-2)이 만나는 부분(부재의 폭방향 중심선)은 2개의 경사면(115-1, 115-2)에 의하여 "△" 형상을 가질 수 있으나, 제 1 경사면(115-1) 종단과 제 2 경사면(115-2) 종단은 폭 방향의 선형부를 통하여 연결될 수 있는 형상을 가질 수 있다.
한편, 측면도인 도 4에서는 제 1 및 제 2 단위 부재(110 및 120)가 대응된 상태를 도시하고 있으며, 따라서 제 1 단위 부재(100)의 한 종단에 형성된 요부(114)와 제 2 단위 부재(120)의 한 종단에 형성된 철부(125)가 맞물려져 있음을 나타내고 있다.
한편, 도 3은 커플링의 정면도(편의상 제 1 단위 부재(110)과 제 2 단위 부 재(120)을 이격시킨 상태로 도시함)로서, 제 1 단위 부재(110)의 제 1 종단에 형성된 요부(114)의 외면과 제 2 종단에 형성된 철부(115)의 내면은 서로 동일한 방향의 경사면(116 및 117; 이하, 각각 "제 3 경사면"이라 칭함)으로 이루어져 있다. 또한, 제 2 단위 부재(110)의 제 1 종단에 형성된 요부(124)의 외면과 제 2 종단에 형성된 철부(125)의 내면은 서로 동일한 방향의 경사면(126 및 127; 이하, 각각 "제 3 경사면"이라 칭함)으로 이루어져 있다.
따라서, 양 단위 부재(110 및 120)의 체결시, 제 1 단위 부재(110) 양 종단의 제 3 경사면(116 및 117)은 제 2 단위 부재(120) 양 종단 제 3 경사면(127 및 126)에 각각 접촉한다.
위와 같은 제 1 단위 부재(110)와 체결되어 하나의 커플링(100)을 형성하는 제 2 단위 부재(120)는 제 1 단위 부재(110)와 동일한 구성을 가지며, 이하에서는 제 1 단위 부재(110) 및 제 2 단위 부재(120)의 체결 과정 및 그 기능을 도 6을 포함한 각 도면을 통하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 사용 상태를 도시한 사시도로서, 2개의 단위 부재(110 및 120)가 대응한 상태에서 파이프(P1 및 P2; 점선으로 도시함)를 체결하는 상태를 도시한다.
위에서 설명한 바와 같이, 2개의 파이프(P1, P2)의 종단을 대응시킨 상태에서 그 경계부에 가스켓(도시되지 않음)을 위치시키고, 제 1 및 제 2 단위 부재(110 및 120)를 그 내부면이 가스켓과 밀착되도록 도 2에 도시된 바와 같이 서로 대응시킨다. 전술한 바와 같이, 커플링(100)으로 구성하기 위하여 제 1 및 제 2 단위 부 재(110 및 120)는 대칭 상태에서 체결된다.
제 1 단위 부재(110)와 제 2 단위 부재(120)는 체결 수단에 의하여 체결되어 원형의 커플링(100)이 구성된다. 즉, 각 단위 부재(110 및 120)의 양 종단부 외측에 형성된 연장부(111 및 121)를 대응시킨 상태에서 볼트(201)를 각 연장부(111 및 121)에 형성된 관통 구멍(112 및 122)을 통과시키고, 통과된 볼트(201)에 너트(202)를 체결함으로써 양 단위 부재(110, 120)는 체결된다.
한편, 제 1 및 제 2 단위 부재(110, 120)의 체결시 양 단위 부재(110, 120)의 조임력이 가스켓에 전달됨으로써 2개의 파이프(P1, P2)는 밀봉적으로 연결된다.
이때, 원형의 커플링(100)으로 조립되는 과정에서, 제 1 단위 부재(110)의 제 1 종단(요부; 114)은 제 2 단위 부재(120)의 제 2 종단(철부; 125)을 수용하며, 제 1 단위 부재(110)의 제 2 종단(철부; 115)은 제 2 단위 부재(120)의 제 1 종단(요부; 124)에 수용된다.
이와 같이, 제 1 단위 부재(110)와 제 2 단위 부재(120)는 그 양 종단에서 요철(凹凸) 결합이 이루어져 견고하게 체결된다. 이와 같은 결합 상태에서는, 체결 수단의 체결에 의하여 양 단위 부재(110, 120)에서 발생하는 조임력은 파이프(P1, P2)의 면에 대하여 수직, 즉 파이프의 반경 방향으로 작용하게 된다.
한편, 너트(202)를 볼트(201)에 체결하는 과정에서, 양 단위 부재(110, 120)에 조임력이 가해지면, 제 1 단위 부재(110)의 요부(114) 외면 및 철부(115) 내면에 형성된 제 3 경사면(116 및 117)은 제 2 단위 부재(120)의 철부(125) 내면 및 요부(124) 외면에 형성된 제 3 경사면(127, 126)을 따라 미끄러진다(도 3의 화살표 방향).
이러한 미끄러짐은 커플링(100)의 반경 방향으로 각 단위 부재(110, 120)가 이동되도록 이루어지기 때문에 각 단위 부재(110, 120)가 파이프(P1, P2)에 보다 큰 조임력을 가할 수 있으며, 따라서, 파이프 종단부의 외주면에 형성된 홈 내에 각각 위치하는,각 단위 부재(110, 120)의 내면에 형성되어 돌기부(113, 123)는 양 단위 부재의 조임력에 의하여 홈의 바닥면에 견고하게 밀착된다.
여기서, 제 1 단위 부재(110)와 제 2 단위 부재(120)는 그 양 종단에서 요철 결합되어 있기 때문에 조임력이 작용하는 제 1 및 제 2 단위 부재가 파이프의 길이 방향으로 어긋나는 현상은 발생하지 않으며, 따라서 전체적으로 커플링(100)이 뒤틀리는 현상은 일어나지 않는다.
한편, 커플링의 평면도인 도 5에 도시된 바와 같이, 각 단위 부재(110; 평면도인 도 5에는 제 1 단위 부재만이 도시됨)의 연장부에 형성된 관통 구멍(112)은 단위 부재(110)의 반경 방향으로 장축을 갖는 타원형으로 이루어져 있다. 한편, 제 1 및 제 2 단위 부재(110 및 120)의 관통 구멍(112, 122)에 삽입되는 볼트(201)는 어느 한 관통 구멍(예를 들어, 112) 내에 위치하는 상부 헤드부(201-1)의 단면은 타원형을 이루나, 그 하부(201-2)의 단면은 원형을 이룬다.
이러한 형상을 갖는 볼트(201)는 너트(20)를 체결할 때 별도의 수단을 이용하지 않고서도 회전하지 않는다. 특히, 타원형의 헤드부(201-1)는 어느 한 단위 부재(예를 들어, 110)의 관통 구멍(112) 내에서 위치하고 원형부인 그 하부(201-2)는 다른 단위 부재(예를 들어, 120)의 타원형 관통 구멍(122) 내에 위치함으로써 볼트 (201)의 하부(201-2)는 관통 구멍(122) 내에서 어느 정도의 여유를 갖게 된다. 따라서 제 1 단위 부재(110)가 제 2 단위 부재(120)에 대하여 조임력이 작용할 때 체결된 볼트(201) 및 너트(202)와 관계없이 제 1 (또는 제 2) 단위 부재는 양 단부의 제 3 경사면(115, 116 및 125, 126)을 따라 반경 방향으로 이동할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 커플링은 제 1 및 제 2 단위 부재의 양단부에 요부 및 철부를 구성함으로써 파이프를 연결하기 위하여 양 단위 부재를 체결할 때 파이프의 길이 방향으로 단위 부재가 틀어지는 것을 방지할 수 있다.
또한 각 단위 부재의 제 1 종단에 형성된 요부의 외면과 제 2 종단에 형성된 철부의 내면이 동일한 방향의 경사면으로 이루어져 있어 양 단위 부재의 체결시 어느 한 단위 부재가 파이프의 반경 방향(즉, 커플링의 반경 방향)으로 이동하며, 따라서 파이프에 강한 조임력을 가할 수 있다.
위에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 파이프를 연결하기 위한 커플링에 있어서,
    서로 동일한 형상의 제 1 및 제 2 단위 부재가 대칭 상태로 결합되되,
    각 단위 부재는 제 1 종단과 제 2 종단을 가지며, 제 1 종단에는 부재의 양측단으로부터 폭방향 중심을 각각 향하는 제 1 경사면 및 제 2 경사면으로 이루어진 원주 방향의 요부가, 제 2 종단에는 부재의 양측단으로부터 폭방향 중심을 각각 향하는 제 1 경사면 및 제 2 경사면으로 이루어진 원주 방향의 철부가 각각 구성되며, 상기 요부(또는 철부)의 외면과 철부(또는 요부)의 내면은 서로 동일한 방향의 제 3 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 커플링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 철부와 요부를 구성하는 제 1 경사면과 제 2 경사면은 단위 부재의 폭 방향의 선형부로 연결되어 있는 커플링.
  3. 제 1 항에 있어서, 각 단위 부재의 양 종단부 외측에는 부재의 반경 방향으로 연장된 연장부가 형성되어 있으며, 각 연장부에는 장축이 각 단위 부재의 반경 방향으로 구성된 타원형 관통 구멍이 형성되어 있는 커플링.
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