KR20110025154A - 신축 가요성 관조인트 - Google Patents

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KR20110025154A
KR20110025154A KR1020100086213A KR20100086213A KR20110025154A KR 20110025154 A KR20110025154 A KR 20110025154A KR 1020100086213 A KR1020100086213 A KR 1020100086213A KR 20100086213 A KR20100086213 A KR 20100086213A KR 20110025154 A KR20110025154 A KR 20110025154A
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신타로 이케다
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니혼 빅토릭 가부시끼가이샤
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Abstract

변위 흡수와 축 추력의 쌍방에 대응한 신축 가요성 관조인트를 제공한다.
슬리브관(10)에 대해 일방측에 위치하는 반력 파이프(20R)와 타방측에 위치하는 스피곳 파이프(30L)를 연결하는 반력 수용 로드(40(40A)) 및 슬리브관(10)에 대해 타방측에 위치하는 반력 파이프(20L)와 일방측에 위치하는 스피곳 파이프(30R)를 연결하는 반력 수용 로드(40(40A))로 구성되는 한 쌍의 반력 수용 로드를 갖추고,
상기 반력 파이프(20R, 20L)의 관 끝 내측에 반력 수용부(21, 21)를 가지고, 또한 상기 한 쌍의 반력 수용 로드를 복수 쌍 가지며 그 적어도 한 쌍의 반력 수용 로드가 각 반력 수용 로드의 중앙 부분에 있어서 상기 회전 부재(12)에 대해 연결되어 있는 신축 가요성 관조인트에 의해 해결된다.

Description

신축 가요성 관조인트{PIPE JOINT WHICH IS EXPANSIBLE AND FLEXIBLE}
본 발명은 관로 내외에 가해지는 다양한 힘에 의한 변위를 흡수 가능하게 한 신축 가요성 관조인트에 관한 것이다.
땅 속 등에 매설되는 수도관로 등은 복수의 관을 연결해 구성되는데, 이러한 관로는 주위 온도변화 등에 의한 관의 신축, 지반침하 등의 주변 환경의 영향, 축 추력 등을 받아 변위가 발생하는 것이다.
관의 연결 구조로는, 관 끝의 플랜지부를 서로 볼트 너트 등의 체결 수단을 이용해 결합하는 것이 잘 알려져 있지만, 이 연결 구조만으로는 상술한 바와 같은 변위가 발생한 경우 관로가 그 변위를 흡수하지 못해 파손될 우려가 있다.
그래서 이러한 관로의 파손이나 이에 수반되는 관로 내의 유체누설을 막기 위해 관을 구성하는 관 사이에 신축 가요성 관조인트를 적당한 위치에 배치하여 발생하는 관로의 변위를 흡수하도록 하고 있다.
그러나 일반적인 신축 가요성 관조인트에서는 곡관부나 관로 끝의 폐색부에서 발생하는 내부의 유체 압력으로 인한 축 추력에 대해서는 단순히 신장되는 것만으로는 충분히 대응할 수 없다. 그래서 관로의 곡관부 근방이나 관로 끝의 폐색부 등 관로 내에 높은 축 추력이 발생하는 개소에서는, 이러한 축 추력에 의한 변위를 흡수하기 위해, 특히 JIS B 0151의 첨부도 4206에 개시되는 바와 같은 압력밸런스식 조인트가 이용된다.
이 압력밸런스식 조인트(X100)는 도 8에 나타내는 바와 같이 중앙의 대직경 관부(110) 좌우의 소직경 관부(120)가 단차(115)를 두고 연속하여 일체적으로 연결되고, 각 관부(110, 120)가 주름상자 형상이 되어 벨로우즈 기구를 구성하며, 또한 대직경 관부(110)의 일방 끝과 소직경 관부(120)의 타방 끝이 타이로드(140)에 의해 연결된 구조를 이룬다. 또한 소직경 관부(120)의 내부 단면적과, 대직경 관부(110)의 내부 단면적에서 소직경 관부(120)의 내부 단면적을 뺀 면적이 동등해지도록 구성되어 있다. 이러한 구조에 의해, 일방의 소직경 관부측에서의 축 추력은 타방의 소직경 관부와 대직경 관체의 단차(115)에 작용함과 함께 각 관의 벨로우즈 기구에 의한 신축과 타이로드에 의한 연결 기구에 의해 추력의 밸런스가 유지되게 되어 있다.
그러나 이 종래의 벨로우즈 기구형의 압력밸런스식 조인트(X100)에서는 도 9에 나타내는 바와 같은 관축 비틀림 방향의 변위를 흡수할 수 없고, 또 타이로드(140)에 의해 각 부를 연결 고정하는 구조를 가지기 때문에 관축 어긋남 방향의 변위를 일반적인 실링을 이용한 신축 가요성 관조인트와 같이 충분히는 흡수할 수 없다고 하는 결점이 있었다.
특히 도 10에 나타내는 바와 같이 관로(100)가 구조물 밖에서부터 구조물 안으로 연장되는 관로에 있어서는 상기 구조물(101)의 흔들림, 지반침하 등의 다양한 힘에 의해 구조물 내 관로와 구조물 외 관로 사이(도면 중 X 부분)에 다양한 변위가 발생하기 쉽고, 또한 이러한 구조물 내에 관로가 들어가자마자 폐색부나 곡관부가 위치하는 관로(100)에서는, 관로는 축 추력(F)의 영향도 받는다.
그러나 상술한 바와 같이 종래의 일반적인 신축 가요성 관조인트나 압력밸런스식 조인트에서는 변위 흡수 기능이 충분하지 않아 이러한 관로 위치에 대응할 수 없다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2008-180323호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2008-151292호
그래서 본 발명은 상기한 종래 신축 가요성 관조인트나 압력밸런스식 조인트에서의 결점을 개선하고, 관로에 발생하는 관축 비틀림 방향의 변위, 관축 어긋남 방향의 변위, 외력에 의한 신장, 수축 또한 축 추력에 의한 신장, 수축 등, 다방면에 걸친 변위를 흡수 가능하게 하며, 또한 실링의 일방 마모 등의 문제도 개선한 압력밸런스식의 신축 가요성 관조인트를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결한 본 발명 및 작용 효과는 다음과 같다.
＜청구항 1에 기재된 발명＞
슬리브관과, 슬리브관의 양 끝에 각각 일부가 삽입된 반력 파이프와, 각 반력 파이프에 일부가 삽입된 스피곳 파이프와,
슬리브관과 반력 파이프 사이를 액밀하게 유지하는 제1 실링과, 반력 파이프와 스피곳 파이프 사이를 액밀하게 유지하는 제2 실링과,
슬리브관의 길이 방향 중앙부에 형성된 장착 핀과, 이 장착 핀에 회전운동이 자유롭게 장착된 회전 부재와,
슬리브관에 대해 일방측에 위치하는 반력 파이프와 타방측에 위치하는 스피곳 파이프를 연결하는 반력 수용 로드 및 슬리브관에 대해 타방측에 위치하는 반력 파이프와 상기 일방측에 위치하는 스피곳 파이프를 연결하는 반력 수용 로드로 구성되는 한 쌍의 반력 수용 로드를 갖추고,
상기 반력 파이프의 관 끝 내측에 반력 수용부를 가지고, 또한 상기 한 쌍의 반력 수용 로드를 복수 쌍 가지며 그 중 적어도 한 쌍의 반력 수용 로드가 각 반력 수용 로드의 중앙 부분에 있어서 상기 회전 부재에 대해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 신축 가요성 관조인트.
＜청구항 2에 기재된 발명＞
반력 수용부의 면적과 스피곳 파이프의 내측 단면적이 동일한 관계에 있는 청구항 1에 기재된 신축 가요성 관조인트.
＜청구항 3에 기재된 발명＞
반력 수용 로드는 각 파이프에 대해 볼 조인트를 통해 연결되어 있는 청구항 2에 기재된 신축 가요성 관조인트.
＜청구항 4에 기재된 발명＞
슬리브관 및 반력 파이프의 관 끝에 착탈이 자유로운 하우징을 가지고, 제1 실링 및 제2 실링이 이 하우징 내에 수납되어 있는 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 신축 가요성 관조인트.
＜청구항 5에 기재된 발명＞
제1 실링 및 제2 실링 중 적어도 일방이 오토매틱 실인 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 신축 가요성 관조인트.
＜청구항 6에 기재된 발명＞
양 끝의 스피곳 파이프의 단부를 노출시킨 상태로 다른 부분을 피복하는 매설 커버를 가지는 청구항 1 내지 5에 기재된 신축 가요성 관조인트.
이상 본 발명은, 관로에 생기는 신축 변위를 반력 파이프 및 각 스피곳 파이프의 이중의 끼고 빼기 운동에 의해 흡수할 수 있어 매우 높은 신축 변위 흡수 능력을 가지고, 또한 반력 수용 로드의 구성에 의해 스피곳 파이프에 대해 슬리브관의 위치가 항상 적절한 위치, 특히 각 스피곳 파이프 양 끝의 중앙에 위치하게 되어, 따라서 관로에 생기는 신축 변위에 의한 관로 연결부의 파손이 방지되며, 또한 일방의 관체에 슬라이딩 접촉하는 실링에 마모가 집중하는 일이 없고, 실링의 내용년수도 향상시킬 수 있으며, 게다가 반력 파이프 및 반력 수용 로드에 의해 축 추력에 의한 변위도 흡수할 수 있다.
그리고 반력 수용 로드의 단부를 볼 조인트로 하면, 축 추력에 의한 변위에 더욱 대응하면서 관축 비틀림 방향의 변위도 흡수할 수 있다.
그리고 반력 수용 로드의 존재에 의해 관로 내에 축 추력이 발생한 경우에도 스피곳 파이프가 슬리브관으로부터 빠지는 일이 없다.
　　　따라서 이상의 본 발명에 의하면, 종래 신축 가요성 관조인트나 압력밸런스식 조인트에서의 결점이 개선되어 관로에 발생하는 관축 비틀림 방향의 변위, 관축 어긋남 방향의 변위, 외력에 의한 신장, 수축 또한 축 추력에 의한 신장, 수축 등, 다방면에 걸친 변위를 흡수 가능하게 하며, 또한 실링의 일방 마모 등의 문제도 개선한 압력밸런스식의 신축 가요성 관조인트가 제공되는 것이다.
도 1은 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 일부 단면 측면도이다.
도 2는 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 일부 단면 확대도이다.
도 3은 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 동작 및 작용 효과를 설명하기 위한 제1 형태도이다.
도 4는 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 동작 및 작용 효과를 설명하기 위한 제2 형태도이다.
도 5는 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 동작 및 작용급과를 설명하기 위한 제3 형태도이다.
도 6은 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 동작 및 작용 효과를 설명하기 위한 제4 형태도이다.
도 7은 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 동작 및 작용 효과를 설명하기 위한 제5 형태도이다.
도 8은 압력밸런스식 조인트를 설명하기 위한 도이다.
도 9는 관축의 뒤틀림을 설명하기 위한 도이다.
도 10은 관로예를 나타내기 위한 도이다.
이어서 본 발명의 실시의 형태에 대해 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 서술한다. 도 1은 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 일부 단면 측면도이다. 도 2는 하우징 근방의 확대 단면도이다. 도 3 내지 7은 본 형태의 신축 가요성 관조인트의 작용을 설명하기 위한 도이다.
(신축 가요성 관조인트의 구조 등에 대해)
본 형태의 신축 가요성 관조인트(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 슬리브관(10)과, 슬리브관(10)의 양 끝에 각각 일부가 삽입된 반력 파이프(20R, 20L)와, 각 반력 파이프(20R, 20L)에 일부가 삽입된 스피곳 파이프(30R, 30L)를 구비한다.
　　　즉, 본 관조인트(1)는 슬리브관(10)의 양 끝에 대해 반력 파이프(20R, 20L)와 스피곳 파이프(30R, 30L)가 이른바 텔레스코픽형으로 삽입되어 있다.
또한 본 관조인트(1)에서는 특히 도 2로부터 이해되는 바와 같이, 스피곳 파이프(30R, 30L)의 단부에는 다른 관로를 구성하는 다른 관에 대해 접속하기 위한 플랜지(31, 31)가 형성되어 있고, 그 플랜지(31)를 통해 관로를 구성하는 다른 관에 대해 접속 가능하게 되어 있다. 단, 플랜지에 의한 접속 대신에 하우징형 조인트에 의해 접속하는 구성으로 해도 된다. 스피곳 파이프(30R, 30L)와 관로를 구성하는 다른 관과의 접속 방법 및 그를 위한 구성은 본 발명에서는 한정되지 않는다.
한편, 슬리브관(10)과 반력 파이프(20R, 20L) 사이 및 반력 파이프(20R, 20L)와 스피곳 파이프(30R, 30L) 사이는 제1 및 제2 실링(22, 32)에 의해 액밀(液密)이 유지되어 있다(본 발명 및 명세서에서는 슬리브관과 반력 파이프 사이를 액밀하게 유지하는 실링을 제1 실링(22), 반력 파이프와 스피곳 파이프 사이를 액밀하게 유지하는 실링을 제2 실링(32)이라 한다).
도시한 본 형태에서는 슬리브관(10)의 관 단부와 반력 파이프(20R, 20L)의 외주면 사이 및 반력 파이프(20R, 20L)의 관 단부와 스피곳 파이프(30R, 30L) 사이에 각각 착탈이 자유로운 하우징(23, 33)을 형성하고, 각 실링(22, 32)은 각각 이 하우징 내에 수납되어 있다.
하우징(23, 33) 및 실링(22, 32)의 구체적인 구성은 특별히 한정은 되지 않으며 기존의 구성을 채용할 수 있지만, 예를 들면 하우징(23, 33)으로는 반원형으로 2분할 또는 그 이상으로 분할 가능하며, 관 끝에 대해 착탈이 자유롭게 한 것이 적합하다. 이와 같이 하우징(22, 33)을 착탈이 자유롭게 함으로써 실링(22, 32)의 교환이 용이해진다.
여기서 실링(22, 32)은 고무 등의 탄성재를 환형으로 한 고무패킹 등과 같은 것 중에서 적당히 선택해 이용할 수 있으며, 특히 관 내로부터 각 관 사이를 통해 관 밖으로 향하는 유체압이 생겼을 때 실링 기능이 발휘되는 이른바 오토매틱 실 기구를 가지는 것이 적합하다. 도시한 본 형태에서는, 하우징 내에 있어서 반력 파이프(20R, 20L), 스피곳 파이프(30R, 30L)의 외주를 따라 환형으로 배치된 고무 등의 탄성체에 의한, 립이 달린 환형 패킹으로 되어 있다(도면 중 립 부분을 부호 22L, 32L로 나타낸다).
한편, 상기 반력 파이프(20R, 20L)는 스피곳 파이프(30R, 30L)의 직경보다 소정 직경 큰 직경을 이루며, 그 슬리브관(10)에서 노출되는 관 끝에 플랜지형상 부분이 형성되어 있다. 이 플랜지형상 부분의 관 내면측은 축 추력을 받는 반력 수용부(21R, 21L)로 되어 있다.
여기서 반력 파이프(20R, 20L)의 내경은 스피곳 파이프(30R, 30L)의 내경의 √2배로 되어 있고, 따라서 실질적인 반력 수용부(21R, 21L)의 각 면적과 스피곳 파이프(30R, 30L)의 각 내경 단면적이 동일하게 되어 있다. 이 때문에 예를 들면 일방측의 스피곳 파이프가 관 끝 폐색부 등에 유체압이 더해지고, 이것에 의해 축 추력이 발생한 경우에 그 축 추력이 타방의 반력 파이프의 반력 수용부(21)에 작용한다.
한편, 본 관조인트(1)에서는 슬리브관(10)의 길이 방향 중앙부에 장착 핀(11)을 통해 회전운동이 자유롭게 장착된 회전 부재(12)를 구비한다.
도시한 본 관조인트(1)에서는 적합한 예로서 슬리브관(10)의 관 심에 대해 대칭으로 한 쌍의 장착 핀(11)이 형성되고, 각 장착 핀(11)에 대해 각각 회전 부재(12)가 장착되어 있다.
상기 회전 부재(12)는 슬리브관(10)의 직경보다 약간 높이(폭)가 있는 판형상 부재이며, 도시한 형태에서는 컴팩트성을 높이기 위해 슬리브관(10)의 외주면을 따르도록 그 슬리브관(10)의 반경보다 곡률 반경이 큰 단면 원호상을 이루는 원호형상 판으로 구성되어 있다. 또한 특히 본 관조인트(1)에서의 상기 회전 부재(12)는 상기 장착 핀으로부터 관 심에 직교하는 방향의 선단부(12t, 12t)가 테이퍼로 되어 있으며, 원호형상이면서 상기 장착 핀(11)을 축심으로 하는 회전 부재(12)의 회전량이 크게 확보되도록 구성되어 있다.
또한 본 관조인트(1)에서는, 특징적으로 슬리브관(10)에 대해 일방측에 위치하는 반력 파이프(20R)와 타방측에 위치하는 스피곳 파이프(30L)를 연결하는 반력 수용 로드(40(40A)) 및 슬리브관(10)에 대해 타방측에 위치하는 반력 파이프(20L)와 상기 일방측에 위치하는 스피곳 파이프(30R)를 연결하는 신축이 자유로운 반력 수용 로드(40(40A))로 구성되는 한 쌍의 반력 수용 로드(40(40A))를 복수 쌍 구비하고 있다. 이들 한 쌍의 반력 수용 로드는 슬리브관(10)의 축심에 대해 대칭으로 배치된다.
도시한 형태에서는 3쌍, 합계 6개의 반력 수용 로드(40 …)가 형성되어 있다. 그리고 이 중 한 쌍의 반력 수용 로드(40A, 40A)에 대해서는 이 반력 수용 로드(40A, 40A)의 중앙 부분에 있어서 상기 회전 부재(12)의 테이퍼 선단부(12t, 12t)에 대해 축을 통해 회전운동이 자유롭게 연결되어 있다.
여기서 반력 수용 로드는 일방의 연결부에 생긴 힘을 반력으로서 타방측에 작용시키는 것으로, 이른바 타이로드와 같이 신축성을 갖지 않는 것으로 구성된다.
한편, 반력 수용 로드(40(40A))와 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)의 접속은, 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)의 관 끝에 플랜지형상의 볼록부(25)를 형성하고 이 볼록부에 대해 반력 수용 로드(40(40A))가 연결된다. 이것에 의해 반력 수용 로드(40(40A))는 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)의 외주면으로부터 적당한 거리 이간된 위치에서 슬리브관(10)의 관 심 방향으로 연장되도록 하여 위치된다.
또한, 특히 도시한 형태에서는 적합한 예로서 반력 수용 로드(40(40A))의 로드 엔드(40e)가 볼형 로드 엔드로 되어 있고, 볼 조인트 기구를 통해 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)에 연결되어 있다. 이러한 볼 조인트에 의해 연결 부분이 컴팩트하면서 반력 수용 로드(40(40A))는 각 파이프에 대해 자유롭게 가동하게 되어 있다. 이러한 구성을 취함으로써 관로의 신축, 변위에 따른 각 파이프의 이동에 대응하여 반력 수용 로드(40(40A))를 원활하게 가동할 수 있다. 또한 볼 조인트의 구체적 구성은 한정되는 것은 아니며 기존의 구성을 채용할 수 있다. 즉, 2개의 연결 대상물이 볼을 중심으로 하여 서로 좌우 상하로 자유롭게 가동할 수 있게 한 것이다.
한편 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)에 있어서는, 매설시에서도 신축 기구가 충분히 발휘되도록 매설 커버(50)가 형성되어 있다. 본 형태에서 이 매설 커버(50)는 반원통형의 부재를 볼트로 고정 결합하여 형성되는 원통형 커버이며, 그 관 끝 내주면에 오목홈이 형성되고, 상기 스피곳 파이프의 관 끝에 형성된, 반력 수용 로드가 연결되는 플랜지형상 부분이 그 오목홈에 끼워지게 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해 매설 커버(50) 자체도 반력 수용 로드(40(40A))의 작용에 의한 스피곳 파이프 등의 가동을 추종할 수 있게 된다.
(신축 가요성 관조인트의 동작 등에 대해)
이어서 이상 설명한 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)의 동작·효과 등에 대해 상세하게 서술한다. 또한 동작을 설명하기 위한 도에 있어서는 매설 커버(50)를 제외한 형태를 참조한다.
신축 가요성 관조인트(1)는 설치 매설시에서는 도 3에 나타내는 바와 같이 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)의 축심 방향이 실질적으로 동일 방향으로 연장되도록 배치된다. 가정하여 이 초기 상태의 신축 가요성 관조인트(1)의 전체 길이를 L이라 한다. 또한 "실질적으로"란 매설시에서의 약간의 오차 등을 허용한다는 의미이다.
이 때, 슬리브관(10)의 길이 방향 중앙 위치에 위치하는 회전 부재(12)에 연결되는 반력 수용 로드(40A, 40A)의 축심 방향과 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)의 축심 방향도 동일하게 되어 있다. 또 슬리브관(10)의 양 끝에서부터 돌출되는 반력 파이프(20R, 20L)의 노출 길이 및 이들 반력 파이프(20R, 20L)에서부터 돌출되는 스피곳 파이프(30R, 30L)의 노출 길이가 동일해지도록 되어 있다. 바꾸어 말하면, 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)에 대한 삽입 길이가 슬리브관(10)의 양 끝에서 동일한 상태로 되어 있다.
또한 이러한 상태에서는 반력 수용 로드(40A, 40A)에 연결되는 회전 부재(12)의 테이퍼 선단부(12t, 12t) 사이를 잇는 선이 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)의 축심 방향과 직교하는 방향으로 되어 있으며, 이로써 회전 부재(12)의 회전 가능량이 균등하게 되어 있다.
(관로의 신장 변위에 대한 동작)
이어서 상기 매설 상태로부터 관로(도시 생략)에 대해 축심 방향의 신장 변위가 발생한 경우에 대해 설명한다. 이러한 관로에 신장 변위가 발생한 경우, 신축 가요성 관조인트(1)는 이러한 관로의 신장을 흡수하기 위해, 도 4에 나타내는 바와 같이 관로의 신장 길이에 대응한 길이(E)만큼 수축되어 전체 길이가 L-E가 된다.
본 신축 가요성 관조인트에서는 전체 길이를 L－E로 수축함에 있어서, 신축 가요성 관조인트의 일방측에 위치하는 관로의 신장을 흡수하는 경우를 예로 하면(설명에서 편의적으로 도면의 우측 방향으로부터 힘을 받은 것으로 하여 설명한다), 먼저 슬리브관(10)의 일방측(도면 우측)에 위치하는 스피곳 파이프(30R)에 그 신장력이 전달되어 우측의 반력 파이프(20R) 내에 그 스피곳 파이프(30R)가 삽입된다. 이 때 우측의 반력 파이프(20R)는 좌측의 스피곳 파이프에 대해 반력 수용 로드(40(40A))를 통해 연결되어 있으므로 우측의 반력 파이프(20R)는 이동되지 않는다.
그리고 상기 우측의 스피곳 파이프(30R)를 반력 파이프(20R)에 삽입함과 동시에 상기 관로의 축 추력이 반력 수용 로드(40(40A))를 통해 타방측(좌측)에 위치하는 반력 파이프(20L)에 전달되고, 그 전달된 좌측의 반력 파이프(20L)는 슬리브관으로부터의 노출 길이가 길어지는 방향으로 이동한다. 이 때 좌측의 스피곳 파이프(30L)도 이동되지 않는다.
이 때 본 관조인트(1)에서는, 반력 수용 로드(40A, 40A)는 회전 부재(12)와 연결되어 있기 때문에, 이 연결되어 있는 한 쌍의 반력 수용 로드(40A, 40)의 이동에 수반되어 회전 부재(12)가 슬리브관(10)으로의 장착 핀(11)을 축으로 하여 회전한다. 본 관조인트(1)에서는 이 회전 부재(12)에 대한 반력 수용 로드(40)의 위치로부터 회전 부재(12)의 회전에 수반되어 슬리브관(10)이 우측으로 이동된다. 그리고 상기 회전 부재(12)는 장착 핀(11)의 위치가 슬리브관의 중앙인 점 및 설치매설시에 있어서 반력 파이프(20R, 20L) 및 스피곳 파이프(30R, 30L)의 노출 길이가 슬리브관(10)의 양 끝에서 동일한 점에 기인하여 슬리브관(10)의 센터링 기구로서 작용하며, 그 슬리브관(10)은 신축 후의 전체 길이가 L－E가 된 경우에 있어서의 조인트의 중앙에 위치된다.
이와 같이 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)에서는 관로의 신장에 충분히 대응할 수 있다. 이와 함께 일방의 스피곳 파이프(30R, 30L)의 이동이 반력 수용 로드(40(40A))를 통해 타방의 반력 파이프(20R, 20L)에 연동되기 때문에, 스피곳 파이프(30R, 30L)와 반력 파이프(20R, 20L) 사이의 제2 실링(32, 32)의 슬라이딩 거리가 좌우에서 균일해지고 각 관 끝에 있어서 균등하게 마찰을 받아, 이로써 한 쪽만 마모되는 일이 없다. 게다가 회전 부재(12) 및 반력 수용 로드(40(40A))에 의한 센터링 기구에 의해 슬리브관(10)이 관조인트(1)의 중앙에 항상 위치되도록 이동되기 때문에, 슬리브관(10)과 반력 파이프(20R, 20L) 사이의 실링(제1 실링)(22, 22)의 슬라이딩 거리도 좌우에서 동일해져 각 관 끝에서 균등하게 마찰을 받아, 이로써 한 쪽만 마모되는 일이 없다.
(관로의 수축 변위에 대한 동작)
이어서 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)가 매설설치 상태에 있어서 관로가 축심 방향으로 수축된 경우에 대해 설명한다(설명상, 상기 조인트가 수축되는 경우와 마찬가지로 신축 가요성 관조인트의 우측의 관로가 신축된 예에 기초하여 설명한다). 또한 상기 신축 작용과 중복되는 점에 대해서는 설명을 생략한다.
매설설치 상태로부터, 관로에 대해 축선방향의 수축 변위가 발생한 경우, 신축 가요성 관조인트(1)는 이러한 관로의 수축을 흡수하기 위해 도 5에 나타내는 바와 같이 관로의 수축 길이에 대응하는 길이만큼 신장되어 전체 길이가 L＋E가 된다.
특히 본 신축 가요성 관조인트(1)에서는 전체 길이를 L＋E로 신장함에 있어서, 신축 가요성 관조인트(1)의 일방측에 위치하는 관로의 수축을 흡수하는 경우에는 먼저 슬리브관(10)의 일방측(도면 우측)에 위치하는 스피곳 파이프(30R)에 그 수축력이 전달되어 우측의 반력 파이프(20R) 내로부터 그 스피곳 파이프(30R)가 빼내지는 방향으로 이동한다.
이 때, 소정의 수축력값을 넘을 때까지 그 우측의 반력 파이프(20R)에는 수축에 드는 힘은 전달되지 않고, 우측의 반력 파이프(20R)는 이동은 되지 않는다. 그리고 상기 우측의 스피곳 파이프(30R)의 반력 파이프(20L)로부터의 빼내기 이동과 함께 모두 상기 관로의 수축력이 반력 수용 로드(40(40A))를 통해 타방측(좌측)에 위치하는 반력 파이프(20L)에 전달되고, 그 전달된 좌측의 반력 파이프(20L)는 슬리브관(10)에 삽입되는 방향으로 이동된다. 이 때 상기 소정 수축력 이하에서는 좌측의 스피곳 파이프(30L)는 이동되지 않는다.
그리고 상기 서술한 센터링 기구와 동일한 동작에 의해 상기 반력 수용 로드(40A)의 이동에 수반되어 회전 부재(12)가 슬리브관(10)으로의 장착 핀(11)을 축으로 하여 회전되고, 이에 따라 슬리브관(10)이 신축 가요성 관조인트(1)의 항상 중앙 위치가 되도록 이동되어 각 파이프와의 상대적인 위치가 조정된다.
이와 같이 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)에서는 관로의 신축에 충분히 대응할 수 있다. 이와 함께 일방의 스피곳 파이프(30R, 30L)의 이동이 반력 수용 로드(40(40A))를 통해 타방의 반력 파이프(20R, 20L)에 연동되기 때문에, 스피곳 파이프(30R, 30L)와 반력 파이프(20R, 20L) 사이의 제2 실링(32, 32)의 슬라이딩 거리가 좌우에서 균일해지고 각 관 끝에 있어서 균등하게 마찰을 받아, 이로써 한 쪽만 마모되는 일이 없다. 또한 회전 부재(12) 및 반력 수용 로드(40(40A))에 의한 센터링 기구에 의해 슬리브관(10)이 관조인트(1)의 중앙에 항상 위치되도록 이동되기 때문에, 슬리브관(10)과 반력 파이프(20R, 20L) 사이의 실링(제1 실링)(22, 22)의 슬라이딩 거리도 좌우에서 동일해져 각 관 끝에서 균등하게 마찰을 받아, 이로써 한 쪽만 마모되는 일이 없다.
(관로의 편심[관축 어긋남 방향]에 대한 동작)
이어서 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)가 매설설치 상태에 있어서 관로에 축방향으로 수축됨과 함께 편심된 경우의 동작에 대해 설명한다. 또한 상기 신축 동작 등과 중복되는 점에 대해서는 설명을 생략한다.
매설설치 상태로부터, 관로에 대해 축선방향의 신장 편심이 발생한 경우, 신축 가요성 관조인트(1)는 이러한 관로의 신장을 흡수하기 위해, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이 관로의 신축 길이에 대응한 길이 및 편심에 수반되는 길이만큼 수축되어 전체 길이가 L－E가 됨과 함께, 편심을 흡수하기 위해 슬리브관의 관 심과 각 파이프의 관 심이 편심량에 상당하는 각도 θ분의 각도를 이루게 된다.
관로의 편심에 대해서도 기본적으로는 상기 설명한 신장 동작/신축 동작을 기본으로 한 반력 파이프 및 스피곳 파이프의 삽입 동작 및 빼내기 동작이 이루어진다.
여기서 도 6으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 편심을 흡수할 때에는 슬리브관(10)이 반력 파이프(20R, 20L), 스피곳 파이프(30R, 30L)의 축심에 대해 편심하여 경사지는데, 이 경우에서도 본 형태의 반력 수용 로드(40(40A))는 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)와의 연결이 볼 조인트에 의해 이루어져 있는 점에서, 불필요한 저항 없이 각 파이프의 끼고 빼기 동작에 드는 힘을 문제 없이 전달할 수 있다. 또한 본 관조인트(1)에서는 슬리브관(10)의 중앙에 회전 부재(12)가 위치하고 있음과 함께 슬리브관(10) 양 끝으로부터의 반력 파이프(20R, 20L) 및 스피곳 파이프(30R, 30L)의 노출 길이가 동일하게 되어 있는 점에서, 이러한 관로의 편심을 흡수하는 경우에서도 센터링 기구가 유효하게 작용하여, 슬리브관(10)은 항상 신축 가요성 관조인트의 중앙에 위치된다.
또한 관로의 편심에 대해서는 신축 가요성 관조인트(1)의 양 끝으로부터 연장되는 각 관로 사이의 축심 방향이 동일 방향이면서 편심되는 엇갈림의 형태와, 어느 한 쪽 또는 양 쪽의 관로의 축심이 동일 방향이 되지 않는 굽힘의 형태가 있지만, 본 관조인트(1)에서는 어느 경우에나 유용하다. 또 이러한 편심과 함께 관로에 신축, 신장이 복합적으로 발생하는 경우에 있어서도 유용하다. 이러한 편심, 신장 등의 복합적인 양태에 대해서도 동작 원리는 기본적으로는 상기한 관로에 신장, 수축이 발생한 경우와 같다. 편심의 경우는 슬리브관(10)과 각 파이프(20R, 20L, 30R, 30L)의 축심이 편심되게 되지만, 이것에 대해서는 기존의 슬리브관(10) 및 스피곳 파이프로 이루어지는 단순 이중관 구조의 관조인트에서의 원리와 동일하게 슬리브관과 스피곳 파이프 등과의 사이에 실링을 개재한 소정의 유격을 가지는 것으로 대응할 수 있다. 이러한 유격이 있어도 적소에 형성된 실링에 의해 액밀이 유지되는 것은 말할 필요도 없다.
이와 같이 본 발명의 신축 가요성 관조인트에서는 관로의 편심[관축 어긋남 방향]에도 충분히 대응할 수 있다.
(관로의 관축 비틀림 방향에 대한 동작)
이어서 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)의 매설설치 상태에 있어서, 신축 가요성 관조인트의 좌우에서 축심 방향은 그대로이고 축에 비틀림이 생긴 경우의 동작에 대해 설명한다. 또한 상기 신축 동작 등과 중복되는 점에 대해서는 설명을 생략한다.
매설설치 상태로부터, 신축 가요성 관조인트의 좌우로 연장되는 관로에서 축이 비틀리는 변위가 발생한 경우, 본 신축 가요성 관조인트(1)는 슬리브관(10)에 대해 반력 파이프(20R, 20L)가 스피곳 파이프(30R, 30L)가 실링(22, 32)을 통해 자유롭게 되어 있으므로, 스피곳 파이프(30R, 30L) 및 반력 파이프(20R, 20L)가 비틀림 방향으로 회전함으로써 대응한다.
또한 본 신축 가요성 관조인트에서는 일방의 스피곳 파이프(30R, 30L)와 타방의 반력 파이프(20R, 20L)가 반력 수용 로드(40(40A))로 연결되어 있지만, 이러한 축 비틀림의 변위가 생겨도 반력 수용 로드(40(40A))가 볼 조인트(40e)를 통해 각 파이프에 연결되어 있으므로, 스피곳 파이프는 비틀림 방향으로 문제 없이 회전한다.
즉 도 8의 화살표에 나타내는 축 비틀림이 발생한 경우, 먼저 일방의 스피곳 파이프(설명상 이 일방의 스피곳 파이프를 우측의 스피곳 파이프로 하여 설명한다)를 그 비틀림 방향으로 회전시킨다.
이 때 본 신축 가요성 관조인트에서는 이러한 우측의 스피곳 파이프(30R)와 좌측의 반력 파이프(20L)가 볼 조인트(40e)를 통해 반력 수용 로드(40(40A))로 연결되어 있기 때문에, 좌측의 반력 파이프(20L)는 상대적으로 상기 우측의 스피곳 파이프(30R)와 반대 방향으로 회전된다. 그리고 좌측의 반력 파이프(20L)는 슬리브관(10) 방향으로 상대적으로 이동된다.
이 좌측의 반력 파이프(20L)의 이동에 수반되어 회전 부재(12)에 의한 센터링 기구가 작용하여 슬리브관(10)이 이동되기 때문에, 이 비틀림 방향에 대한 작동시에도 좌우 실링(22, 32) 중 한 쪽만 마모되는 일은 없다.
이와 같이 본 발명의 신축 가요성 관조인트에서는 관축의 비틀림에도 충분히 대응할 수 있다.
(축 추력에 대한 동작)
이어서 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)의 매설설치 상태에 있어서, 관로 내에 유체에 의한 축 추력이 발생한 경우의 작동에 대해 도 7을 참조하면서 설명한다. 상기 신축 동작 등과 중복되는 점에 대해서는 설명을 생략한다.
본 신축 가요성 관조인트(1)는 상술한 다양한 변위의 흡수가 가능하면서 이 축 추력에 대응할 수 있다는 매우 특징적인 이점이 있다. 설명을 위해 편의적으로 신축 가요성 관조인트(1)의 우측 관로가 폐색되어 있는 경우에 대해 설명한다.
먼저 이러한 관로의 폐색부 근방이나 곡관부 근방에서는 관로 내의 유체압은 관로의 폐색부를 향하는 방향으로 작용함과 함께 그것과 반대 방향의 축 추력이 발생한다. 이 축 추력은 빠져나갈 곳이 없는 경우에는 관내면에 작용하여 관 파손 등의 원인이 된다. 또 종래의 슬리브관과 스피곳 파이프로 이루어지는 신축 가요성 관조인트에서는 스피곳 파이프의 슬리브관으로부터 노출이 길어지도록 계속 신장하여 대응할 수 없다.
본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)에서는, 이러한 축 추력이 발생하는 개소에 설치한 경우, 폐색부측(도면 중 우측)을 향하는 유체압(F)과 같은 압력의 축 추력(F＇)이 그 폐색부측과 반대인 반력 파이프(20L)와 슬리브관(10)의 간극으로부터 반력 수용부(21L)에 작용한다.
이 때, 상술한 바와 같이 본 신축 가요성 관조인트에서는 그 축 추력을 받는 반력 수용부(21L)를 가지는 반력 파이프(좌측의 반력 파이프)(20L)와 유체가 흐르게 하는 측(우측)의 스피곳 파이프(30R)가 반력 수용 로드(40(40A))로 연결되어 있기 때문에 조인트 자체가 신장해 버리는 일이 없다.
그리고 반력 파이프(20R, 20L)의 내경이 스피곳 파이프(30R, 30L)의 내경의 √2배로 되어 있고, 반력 수용부(21R, 21L)의 각 면적과 스피곳 파이프(30R, 30L)의 각 내경 단면적이 동일하게 되어 있기 때문에, 유체압(F)과 이것에 의해 발생한 축 추력(F＇)의 밸런스가 유지된다.
즉, 본 신축 가요성 관조인트(1)에서는 축 추력이 발생해도 우측의 스피곳 파이프(30R)와 좌측의 반력 파이프(20L)는 역방향으로 같은 값의 힘으로 신장하려고 하지만, 이들은 반력 수용 로드(40(40A))에 의해 연결되어 있기 때문에 신장하는 일이 없고, 또한 우측 스피곳 파이프(30R)를 이동시키려고 하는 힘(=유체압(F))과 좌측의 반력 파이프(20L)의 반력 수용부(21L)에 가해지는 힘(축 추력(F＇))이 균등해지기 때문에, 슬리브관(10)에 대해 우측 스피곳 파이프(30R)와 좌측의 반력 파이프(20L)가 어긋나거나 이동하거나 하는 일이 없어 안정적으로 축 추력 발생시의 축방향의 관내 압력밸런스가 유지되는 것이다.
또한 이상의 동작에 있어서는 매설시의 형태를 상기 도 3에 나타내는 상태로 했지만, 반드시 매설시에 이 형태일 필요는 없다. 본 발명의 작용 효과, 동작을 방해하지 않는 범위에서 적당한 상태로 매설할 수 있다.
이상 상세하게 서술한 바와 같이, 본 발명의 신축 가요성 관조인트(1)는 슬리브관(10)에 형성된 회전 부재(12), 반력 파이프, 스피곳 파이프, 이들에 연결되는 반력 수용 로드를 소정의 구조가 되도록 배치한 것에 의해 축 추력에 의한 변위를 포함한, 관로에 발생하는 각종 원인에 의한 변위를 효과적으로 흡수할 수 있음과 함께 그 때 슬리브관이 관조인트의 중앙에 위치되는 구조로 되어 있는 것이다.
그리고 반력 파이프 및 스피곳 파이프의 슬리브관에 대한 빼기 끼우기량을 슬리브관의 양 끝측에 위치하는 각 관체에 분담시킴으로써 신축 변위 흡수량을 종래의 장치보다 많게 설정할 수 있어 각 실링의 마모량도 분담되기 때문에 실링의 수명이 늘어나 제품의 내구성이 향상하는 것이다.
그리고 다른 효과로서 반력 파이프, 스피곳 파이프, 슬리브관의 3중관 구조이면서 관의 상대적인 빼고 끼우기, 편심에 의한 동작은 2중관 구조의 그것과 차이가 없기 때문에, 벨로우즈 기구를 가지는 압력밸런스식 관조인트 등에 비해 가동의 자유도, 하중이 작아도 되어 높은 배관 지지 강도도 필요 없는 것이다.
또한 하우징의 착탈에 의해 실링 교환이 가능하므로 메인트넌스성도 뛰어나다.
그리고 상술한 매설 커버를 형성하면, 땅 속에서도 신축성을 해치지 않고 작용 효과를 한 층 더 충분히 발휘할 수 있는 것이 된다.
1: 신축 가요성 관조인트 10: 슬리브관
11: 장착 핀 12: 회전 부재
12t: 회전 부재의 선단부 20R, 20L: 반력 파이프
21: 반력 수용부 22: 제1 실링
23: 하우징 30R, 30L: 스피곳 파이프
31: 플랜지 32: 제2 실링
33: 하우징 40, 40A: 반력 수용 로드
50: 매설 커버 L: 매설시 관조인트의 전체 길이

Claims (10)

  1. 슬리브관; 슬리브관의 양 끝에 각각 일부가 삽입된 반력 파이프; 각 반력 파이프에 일부가 삽입된 스피곳 파이프;
    슬리브관과 반력 파이프 사이를 액밀하게 유지하는 제1 실링; 반력 파이프와 스피곳 파이프 사이를 액밀하게 유지하는 제2 실링;
    슬리브관의 길이 방향 중앙부에 형성된 장착 핀; 상기 장착 핀에 회전운동이 자유롭게 장착된 회전 부재;및
    슬리브관에 대해 일방측에 위치하는 반력 파이프와 타방측에 위치하는 스피곳 파이프를 연결하는 반력 수용 로드 및 슬리브관에 대해 타방측에 위치하는 반력 파이프와 상기 일방측에 위치하는 스피곳 파이프를 연결하는 반력 수용 로드로 구성되는 한 쌍의 반력 수용 로드를 포함하며,
    상기 반력 파이프의 관 끝 내측에 반력 수용부를 갖고, 또한 상기 한 쌍의 반력 수용 로드를 복수 쌍 가지며 그 중 적어도 한 쌍의 반력 수용 로드가 각 반력 수용 로드의 중앙 부분에 있어서 상기 회전 부재에 대해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 신축 가요성 관조인트.
  2. 제1항에 있어서,
    반력 수용부의 면적과 스피곳 파이프의 내측 단면적이 동일한 관계에 있는 신축 가요성 관조인트.
  3. 제2항에 있어서,
    반력 수용 로드는 각 파이프에 대해 볼 조인트를 통해 연결되어 있는 신축 가요성 관조인트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    슬리브관 및 반력 파이프의 관 끝에 착탈이 자유로운 하우징을 가지고, 제1 실링 및 제2 실링이 이 하우징 내에 수납되어 있는 신축 가요성 관조인트.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,　
    제1 실링 및 제2 실링 중 적어도 일방이 오토매틱 실인 신축 가요성 관조인트.
  6. 제 4항에 있어서,
    제1 실링 및 제2 실링 중 적어도 일방이 오토매틱 실인 신축 가요성 관조인트.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    양 끝의 스피곳 파이프의 단부를 노출시킨 상태로 다른 부분을 피복하는 매설 커버를 가지는 신축 가요성 관조인트.
  8. 제 4항에 있어서,
    양 끝의 스피곳 파이프의 단부를 노출시킨 상태로 다른 부분을 피복하는 매설 커버를 가지는 신축 가요성 관조인트.
  9. 제 5항에 있어서,
    양 끝의 스피곳 파이프의 단부를 노출시킨 상태로 다른 부분을 피복하는 매설 커버를 가지는 신축 가요성 관조인트.
  10. 제 6항에 있어서,
    양 끝의 스피곳 파이프의 단부를 노출시킨 상태로 다른 부분을 피복하는 매설 커버를 가지는 신축 가요성 관조인트.
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