KR20110116249A - 고압용 강화 고무 호스를 위한 개선된 연결구 - Google Patents

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조지 마이어 컴퍼니, 아이엔씨.
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Abstract

큰 직경을 갖는 고압용 강화 연성 고무 호스를 위한 개선된 스웨이징 연결구는 강화부재를 사인파형으로 고정시키는 것을 이용하며, 특히 석유화학 및 굴착 산업에 적합하다. 와이어로 강화된 얇은 내부 튜브 호스와 함께 사용하기 위한 개선된 연결구의 두 실시예가 개시되며, 그 중 일 실시예는 3 인치의 직경을 가지고 20,000 psi까지의 터짐 압력에 사용되며, 다른 실시예는 5 인치의 직경을 가지고 18,000 psi까지의 터짐 압력에 사용된다. 상기 개선된 연결구 모두는, 연결구로부터 호스를 분리하기 전에 상기 개선된 장치를 이용하는 임의의 호스가 고장나게 되는 터짐(pumping off) 또는 누출이 일어나지 않도록, 호스의 정격 터짐 압력을 견뎌낼 것이다. 개선된 연결구는 2006년 10월에 발효된 새로운 API 온도 범위 및 새로운 API 연성 사양을 만족하거나 넘어서도록 설계된다.

Description

고압용 강화 고무 호스를 위한 개선된 연결구{IMPROVED END CONNECTOR FOR HIGH PRESSURE REINFORCED RUBBER HOSE}
본 발명은 일반적으로 강화 고무 호스 산업에 관한 것으로, 구체적으로 새로운 API 표준을 만족시킬 수 있는 에너지, 해양, 석유화학 등의 산업에서 사용되는 큰 직경의 고압용 연성 강화 고무 호스의 단부에 사용되는 스웨이징된(swaged) 호스 결합부에 관한 것이다.
고압용 고무 호스는 산업상 많은 분야에서 사용되며, 특히 채광, 건설, 에너지, 해양 및 석유화학 산업에서 사용된다. 연성 고무 호스는 두 지점들 간에 다양한 압력과 온도 하에서 유체를 이동시키도록 사용되며, 상기 두 지점들 중 하나 또는 둘 모두는 서로를 기준으로 이동하거나 공간상 다른 고정된 지점을 기준으로 이동할 수 있다. 두 지점들에 있는 파이프는 일반적으로 금속이며(또는 다른 형태의 고정된 도관임), 연성 호스는 두 단부들에서 파이프에 부착되어야 한다. 이는 호스의 각 단부에서 결합부를 필요로 한다.
굴착 산업에서, 연성 고무 호스는 굴착 장치 및 회전하는 굴착 스트링에 결합된 켈리(kelly) 상의 펌프 파이프 시스템 사이에서 연장된다. 펌프 시스템은 굴착 파이프의 중심을 향해 굴착용 유체를 아래로 가압하고, 웰보어(wellbore)를 통해 다시 회수하여, 웰보어로부터 나온 암설물(cuttings)을 세척한다(추가로 웰보어에 안정성을 제공하거나 기타 기능을 제공함). 이 경우, 연성 호스는 고압을 받는다. 고압은 굴착용 유체를 웰보어로 전달하고, 되돌아오는 헤드 정압력을 극복해야 하며, 웰보어가 더 깊어질수록 압력은 더 높아진다.
회전 굴착용 호스는, 호스 상에서 금속으로 결합됨으로써 일 단부에서 지지되어 기중기 내에서 매달려 있고 굴착 작업 도중 켈리가 문자 그대로 수천 번 위아래로 이동하기 때문에, 추가적인 응력을 받는다. 이는 호스가 금속 결합부에서 응력을 받음을 의미한다(호스의 길이에 걸쳐 응력을 받는 것에 추가됨). 따라서, 작업자와 장비의 보호를 위해 호스와 결합부 간에 매우 신뢰성 있는 결합이 요구된다. 호스가 결합부로부터 느슨해져서 끊어지는 경우, 호스는 쉽게 떨어져 굴착 장치의 굴착 플로어 상에 심각한 손상을 유발할 수 있다. 유사하게, 호스가 끊어지면, 순환이 중단되어, 유정에서 기름이 분출하는 상황이 발생할 수 있다.
고압용 연성 고무 호스(용어 "고무(rubber)"가 일반적으로 사용되며 상기 고무는 자연적으로 얻을 수 있는 고무 검(rubber gum)을 의미하지 않음)를 얻기 위해, 호스 제조자는 강화 물질을 도입한다. 그 결과, 호스는 내부 밀봉 멤브레인으로 구성될 것이며, 상기 내부 밀봉 멤브레인은 유체 밀봉 부재, 내측 고무 부재, 강화 부재, 외측 고무 부재, 및 마지막으로 일종의 연마에 견디는 커버로 구성된다. 강화 부재는 폴리에스테르 또는 유사한 유기물질, 탄소섬유 또는 유사한 첨단 기술로 만들어진 물질, 또는 일반적으로 와이어 또는 케이블의 형태를 갖는 금속(스틸)일 수 있다. 강화 부재는 일반적으로 "겹(plys)"으로 불리며 통상 스틸로 만들어지는 다층 내에 사용된다.
호스 제조자에 의해 사용되며 짝수 층, 즉 2층, 4층, 6층 등에 제공되는 강화부재에는 네 가지 유형이 있으며, 호스에 대한 터짐 압력을 명시하기 위해 등급 시스템이 사용된다. 예를 들어, 회전 굴착 산업에서, 등급 C의 호스는 10,000 psi의 최소 터짐 압력을 가지며, 등급 D의 호스는 12,500의 최소 터짐 압력을 가지며, 등급 E의 호스는 18,750 psi의 최소(보장된) 터짐 압력을 갖는다. 등급 C 및 D의 호스는 2겹의 호스이며, 일부 4겹의 D 호스가 있기도 하다. 대부분의 등급 E 호스는 4겹이다. 스웨이징된 연결구는 현재 2겹의 호스에 대해 사용 가능하고, 그 결과 C 및 D의 호스에 대한 터짐 압력 범위가 현재의 장치에 의해 극복된다.
일반적으로, 호스 제조자는 길이, 직경, 압력, 서비스 등급 및 요구되는 연결구를 명시하는 구매자에 의해 특정된 형태로 연성 호스를 제조한다. 이러한 연성 호스는 일반적으로 "연결구를 갖는 호스 어셈블리(hose assembly with end connectors)" 또는 "조립된 호스 어셈블리(a built-up hose assembly)"로 불린다. 이러한 용어는 산업분야에서 사용된다.
연결구를 갖는 조립된 호스 어셈블리에서, 제조자는 제조 도중, 구매자에 의해 명시된 바대로 고무 호스를 금속 이음쇠(연결구)에서 마치게 한다. 그 결과, 제조자는 내측 고무 멤브레인(제 1 카커스(Carcass)) 및 그와 결합된 내측 밀봉층(튜브 또는 내측 튜브)를 만들고, 상기 어셈블리를 연결구에서 마치게 한다. 그리고 나서, 제조자는 필요에 따라 와이어 강화를 추가하고, 각각의 강화용 와이어(또는 케이블)를 연결구에서 마치게 한다. 와이어 강화를 연결구에서 마치게 하기 위해 호스 제조자에 의해 일반적으로 사용되는 두 가지 기술이 있으나, 이는 본 명세서의 범위를 벗어나는 것이다. 마지막으로, 외측 고무층(제 2 카커스) 및 외측 커버(커버)가 강화용 와이어 또는 케이블에 대해 형성될 것이며, 완제품이 가황 처리되어(vulcanized) 서로 결합된 제품이 획득된다.
이러한 방법으로 연결구를 갖는 호스 어셈블리를 제조하는 것은 시간이 많이 들며, 보통 이러한 호스는 대부분 즉각적으로 산업 현장에 요구된다. 이러한 요구에 부응하기 위해, 로컬 마켓 유통업자로 불리는 개별 산업이 발달되었다. 로컬 마켓 유통업자는 대규모 강화 호스(연결구가 없는 호스)를 창고에 보관한다. 구매자는 호스 요구사항들(직경, 길이, 압력 등급 및 연결구)을 로컬 마켓 유통업자에게 명시할 것이다. 그리고 나서, 로컬 마켓 유통업자는 창고로부터 대규모 강화 고무 호스를 가져오고, 호스를 요구되는 길이로 절단하고, 호스의 각 단부에 연결구를 배치한다. 대규모 호스는 호스 제조자로부터 일정하지 않은 길이로 사용 가능하며, 실제 벌크의 길이(90 내지 110 피트)는 제조자에 의해 사용되는 심축(mandrel)에 의해 결정될 것이다.
최종 호스는 연결구를 호스에 "배치"하기 위해 사용된 방법에 따라, 스웨이징된 호스(swaged hose) 또는 크림핑된 호스(crimped hose)로 불리며, 용어 "배치(place)"는 스웨이징(swaging) 및/또는 크림핑(crimping) 작업 둘 모두를 포함하도록 사용된다. 스웨이징 및 크림핑은 유사한 결과를 달성한다.
스웨이징된(또는 크램핑된) 연결구의 현재 기술은 호스의 단부에 삽입되는 스템(stem)에 대하여 강화 호스의 단부 주변으로 압축된 랜드(lands)(내부 리지)를 갖는 외측 덮개를 사용하도록 발전되었다. 스템은 호스와 연결구 간의 "그립"을 개선시키기 위해 만들어진 가시(barbs)를 갖거나 갖지 않을 수 있다. 보통, 강화 호스의 외층은 "얇게 깎아지며(skived)", 다시 말해 외측 카커스(고무의 외층 및 내연마성 커버)가 제거되어, 강화 부재가 노출된다(일부 로컬 유통업자는 얇게 깎지 않기도 함).
강화 호스는 스템에 대한 호스의 압축을 통해 강화부재를 잡아주는 덮개의 리지에 의해, 연결구에서 사실상 보유된다. 강화부재 및 내측 스템에 대한 덮개의 압축 동작(스웨이징 또는 크림핑)은 호스의 고무, 특히 강화부재 내에 응력 및 변형을 유발한다.
다겹으로 강화된 호스는 제조상 결함을 가질 수 있다(사실상, 모든 강화 호스가 결함을 가질 수 있음). 제조 도중, 겹이 제 위치에서 벗어날 수 있다. 다시 말해, 서로 간에 인접하여 놓이지 않고 보이드(물론 고무로 채워짐)가 겹 사이에 존재할 수 있거나, 겹이 축을 벗어날 수 있거나, 또는 하나 이상의 케이블이 튀어나올 수 있다(즉, 다른 케이블 위로 약간 튀어나올 수 있음). 이러한 결함이 스웨이징되거나 크림핑된 연결부의 경계 내에 또는 경계에 인접하는 경우, 상기 결함은 고장을 유발할 수 있다.
고장의 원인은 상대적으로 단순하며, 연결구에 의해 겹 상에 가해지는 응력에 관련된다. 케이블 또는 겹이 제 위치에서 벗어나면, 해당 부재는 다른 부재보다 더 압축될 것이다. 이러한 추가적인 압축은 적절하지 않은 강화부재 상에 더 많은 응력을 가하며, 이는 고장을 유발할 수 있다.
고무 호스를 위한 고압용 스웨이징된 연결구의 개발은 수년에 걸쳐 계속되었으며, 상기 연결구는 저온 및/또는 저압에서 고온 및/또는 고압까지의 적용을 견딘다. 호스의 직경은 수 센티미터(수 인치) 내지 수 미터(수십 인치)에 걸쳐 형성되며, 연결구의 제조자/제공자는 이음쇠 상의 펌프력(pump-off force)이 호스의 내측 직경 및 가해지는 압력에 비례함을 인식한다.
Baldwin 등의 미국 특허번호 7,388,091에 설명된 바와 같이(이 특허문헌은 그 전체가 본 명세서에 참조로 도입됨), 대부분의 일반적인 종래 기술은 호스 내에 스템을 보유하기 위해 호스의 내측 라이너를 움켜쥐는 후면 치형부(backward facing teeth)를 갖는 톱니 모양의 스템을 사용한다. 나아가, 종래 기술은 호스 및 강화부재의 외층을 물어주는 덮개 내에 일련의 랜드(리지)를 사용하며, 이는 아마도 스템의 치형부(또는 바늘)이 내측 라이닝을 더 물어줄 수 있도록 한다.
Baldwin 등은, 연결구의 날카로운 에지가 강화부재를 손상시키기 때문에, 일반적인 기술이 강화용 케이블(또는 와이어)에 심각한 손상을 유발하는 것으로 설명한다. 이러한 기본적인 손상을 극복하기 위해, Baldwin 등은 "파도 모양(waved)"의 덮개 및 연결구를 연성 강화 고무 호스에 결합시키는 스템으로 구성되어, 덮개와 스템 간에 "이중 사인파형 고정(double sine-wave lock)"을 형성하지만, 주로 고정이 덮개 내에 형성되는 발명을 제안하였다(미국 특허번호 7,388,090 참조). 덮개와 스템은 개구를 남겨둔 채 결합단에서 함께 용접되며, 상기 개구는 강화 고무(탄성중합체) 호스가 대부분 일반적인 "리지가 형성된(ridged)" 덮개 및 "바늘이 형성된(barbed)" 스템 이음쇠와 동일한 방식으로 사용되도록 한다. 일직선 형태의 측면부를 갖지 않고, 덮개의 랜드 및 스템의 높은 지점은 사인파를 형성한다. 파형 패턴은 물에 돌을 던짐으로써 유발되는 연못의 잔물결의 모습을 갖는다.
'이중 사인파형 고정' 발명은 호스 강화부재의 모든 겹들을 연결구 내부에 고정시키며, 스템과 덮개 사이에서 덮개 및 스템에 대해 사인파 형태로 압축시켜, 호스가 압력을 받음에 관계없이 독립된 호스(연결구를 갖지 않음)의 강도를 초과하는 전체 강도를 이음쇠에 전달한다. 등급 E의 호스는 18,750 psi의 최소 터짐 압력을 가지며, 따라서 등급 E의 호스를 사용하는 경우, 순간적으로 장치는 18,750 psi보다 더 큰 전체 강도를 가질 것이다. (이러한 압력에서, 펌프력은 단면적에 따라 240,000 poundsforce에 도달하거나 초과함) 이 발명은 덮개 및 스템을 형성하는 물질과 이러한 물질의 상대적인 이동을 신중하게 고려하는 동시에, 고무의 예측 불가능한 품질과 연성 호스의 구조에 따라 연결구를 호스에 부착하여, 호스 강화부재에 유도되는 응력을 최소화한다. 덮개 및 스템의 사인파 형상과 바람직한 두 단계의 부착 방법을 포함한 이러한 모든 팩터들은, Baldwin 등의 원 발명을 형성하도록 함께 동작한다.
전반적으로, Baldwin 등의 원 발명 '이중 사인파형 고정'은, 파도 모양의 덮개와 파도 모양의 스템 사이에 호스와 강화부재를 압축시킴으로써 연결구에 강화부재의 겹들과 호스를 고정시키기 위해, 덮개와 스템 내의 사인파형 고정을 이용한다. 부착 동작 중 항상 발생하는 덮개와 스템 간의 상대적인 축 방향 변위를 조심스럽게 감소시킴으로써, 강화부재 상에 가해지는 응력 및 변형과 강화부재가 고무 호스로부터 찢어지는(또는 떨어지는) 경향이 최소화된다. 높은 인장 강도의 스틸을 사용하고, 호스와 연결구 간에 부착되지 않고 남아있는 틈새를 최소화하고, 임계 단면부에서 스템 및 덮개의 반경 방향 두께를 최소화하고 부착된 이음쇠의 최종 강도를 고려하면서 사인파 형태의 파도를 만들도록 노드, 랜드 그루브 및 길이 방향 홈(flutes)을 신중하게 설계함으로써, 상대적인 축 방향 변위가 최소화된다.
Baldwin의 '이중 사인파형 고정'은 케이블 또는 와이어를 사용한 임의의 고압용 강화 호스와 함께 사용될 수 있는 것으로 증명되었으며, Baldwin의 이중 사인파 연결구를 이용하는 호스가 호스와 연결구 사이에서는 고장나지 않으므로, 상기 '이중 사인파형 고정'은 실제로 연결구를 갖는 "조립된(buil-up)" 호스를 대체하였다. 압력 하에서 호스의 고장은 호스 그 자체에서 일어날 것이다. "연결구는 호스로부터 느슨해지지 않을 것이다"라는 말은 조립된 호스에 대해서는 적용될 수 없다. 따라서, Baldwin의 '이중 사인파형 고정' 연결구는 작업장에서 안전도를 개선시켰다. 더 이상 호스는 느슨해지고 사방으로 제멋대로 떨어져 장비를 훼손하고 사람에게 상해를 입히지 않을 것이다.
"이중 고정" 연결구는 두 단계의 연결 프로세스를 필요로 한다. 연결구는 호스에 배치되고, 스템은 내부로 신장된다. 그리고 나서, 최종 어셈블리가 스웨이징 압력을 받고, 덮개가 호스/스템으로 스웨이징된다. 위 발명의 개발 시, 발명자는 이러한 두 단계의 프로세스가 필요한 것인지 그리고 (상대적으로) 대형의 랜드 및 그루브가 스템ㅌ에 필요한 것인지 의문을 가졌다. 실제 고정은, 스템과 강화부재 사이의 임의의 최소 고정으로(펌프력의 전달을 위함), 덮개와 강화부재 사이에서 일어나는 것으로 알려졌다. 스템이 소형의 범프를 갖도록 설계되고 연결 단계가 제거될 수 있다면, 장치가 개선될 것이다. 보다 중요하게, 신장(expansion) 단계의 제거는 스웨이징/신장 프로세스 도중 호스 내에서 물질의 이동을 줄일 것이다. 호스 그 자체 내에서 물질의 이동을 줄임으로써, 응력 유도를 감소시키면서 밀봉 및 고정을 개선시킬 수 있다.
지난 수년 동안, 호스 제조자(특히 유럽의 제조자)는 경량의 고압용 강화 고무 호스를 생산하였다. 이러한 호스는 와이어 또는 케이블 강화부재를 사용하지만, 훨씬 얇은 내측 튜브를 사용한다. 내측 튜브는 고압의 유체가 통과하는 비-누출 연성 도관이다. 신장력은 내측 튜브가 터지는 것을 방지하는 강화부재로 전달된다. 호스의 전체 중량을 줄이기 위해, 제조자는 얇은 튜브 및 얇은 외측 커버를 사용하고 있다. 이러한 재질들이 더 얇아짐에 따라, 호스의 컴포넌트들(즉, 내측 튜브, 강화부재 및 외측 커버) 간의 이동에 대한 요구조건이 보다 엄격해진다. 따라서, 로터리 호스(rotary hose) 및 다른 고압용 고무 호스에서 사용되는 강화 호스와 연결구 간의 연결 프로세스 도중, 최소의 응력을 생성하는 사인파형 고정 장치에 대한 필요가 남아있다.
산업에 대한 최종적인 표준을 제정하는 API(America Petroleum Institute)는 2006년 10월에 로터리 호스에 대한 보다 엄격한 표준을 도입하였다. 이러한 보다 엄격한 표준은 고압용 로터리 호스에 대한 세 가지 온도 범위 및 세 가지 "연성 사양 레벨(표준)(Flexible Specification Levels)"을 제공한다. 온도에 대한 표준은 다음과 같다:
온도 범위 Ⅰ: -20℃ 내지 +82℃ [-4℉ 내지 +180℉],
온도 범위 Ⅱ: -20℃ 내지 +100℃ [-4℉ 내지 +212℉], 및
온도 범위 Ⅲ: -20℃ 내지 +121℃ [-4℉ 내지 +250℉].
연성 사양 레벨은 다음과 같다:
FSL 0: 시멘트 호스만 사용(진동이 없음),
FLS 1: 로터리, 진동기 및 착암기용 호스(일반적인 서비스만 가능함, 고주파수 진동은 없음), 및
FLS 2: 로터리, 진동기 및 착암기용 호스(작업 시 6.9 MPa [1000 psi]를 넘는 고주파수 진동이 발생될 수 있음).
불행하게도, 이러한 새로운 API 표준은 테스트 도중 대부분의(모두 다 그런 것은 아님) 스웨이징된 연결구에서 일련의 고장을 유발하였으며, 특히 온도 범위 Ⅲ과 FLS 2에서 고장을 유발하였다. 온도 범위 Ⅲ의 경우, 내측 튜브(고압용 강화 호스 내에서 실제로 액체를 포함하는 부재) 호스가 녹아 연결구가 호스에서 분리되거나, 연결구 내에 누출이 발생하거나, 또는 둘 모두가 초래되었다. 불행하게도, 동일한 고장이 조립된 호스에서도 발생하고, 동일한 이유로 고장이 발생한다. 이들 조건들 중 어느 것도 견디지 못하였으며, 따라서 새로운 API 표준을 만족시킬 고압용 연결구에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 고압용 강화 고무 호스를 위한 개선된 연결구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 두 실시예는 모두 Baldwin 등의 미국 특허번호 7,338,090에 개시된 사인파형 고정을 개선시키며, 상기 개선은, 모든 길이 방향 홈(flutes)이 변형된(modified) (sine x)/x 함수를 따르며 상기 홈이 연결구의 종단부에서의 최대 높이로부터 연결구의 호스단(hose end)에서의 최소 높이까지 진행되는 덮개이다.
홈들 사이의 랜드는 경사지거나 변형된 (sine x)/x 함수에 따라 만곡된다. 연결되는 스템은, 스웨이징 작업이 완료되면 덮개의 랜드의 중심에 배열되는 일련의 매칭 범프를 갖는다. 비록 범프가 연결구의 종단부에서 최대값을 갖고 연결구의 호스단에서 최소값을 갖도록 변화하는 높이를 갖지만, 범프를 정의하는 진정한 변형된 (sine x)/x는 존재하지 않는다(Baldwin 등의 원 발명과 상이함). 스템 및 덮개는 적절한 프로세스, 예컨대 용접에 의해 함께 연결된다.
연결구는, 제 1 실시예에서 외측 재킷을 얇게 깎고, 제 2 실시예에서 외측 재킷 및 내측 카커스를 얇게 깎는 작업을 포함할 수 있는 일반적인 방식으로 강화 호스에 결합된다. 호스는, 내측 튜브의 단부가 마지막 홈을 막 지나 안착할 때까지 덮개와 스템 사이에 형성된 연결구 캐비티 내에 조심스럽게 배치되고, 제 1 실시예에서는 연결구의 종단부에 있는 마지막 랜드 내에 배치된다. 제 2 실시예에서, 내측 튜브는 여전히 마지막 홈을 막 지나 안착되고 마지막 랜드 내에 배치되지만, 강화부재는 연결구로 더 진행되어, 일련의 추가적인 홈 및 랜드가 노출된 강화부재에 접촉한다. 그리고 나서, 이음쇠는 일반적인 기술을 사용하여 우선적으로 호스에 스웨이징된다.
스웨이징 프로세스가 수행됨에 따라, 스템 상의 소형 범프가 편향력(offset force)을 생성하여, 강화부재가 덮개의 랜드로 신장되도록 유발하고, 그에 따라 강화부재와 덮개의 랜드 및 홈 간에 사인파형 고정을 형성한다.
제조 시 또는 어느 때라도, 스템은, 연결구를 호스에 스웨이징(또는 크림핑)하는 프로세스 도중 강화 호스의 내측 튜브가 스템을 따라 보다 자유롭게 슬라이딩되도록 하는 마찰 감소 물질로 코팅될 수 있다. 초과된 고무 및 스웨이징 작업의 다른 "부산물(예컨대, "압출된 강화 물질")"을 위한 팽창 영역이 연결구의 종단부에(즉, 연결구의 종단부에서 덮개와 스템 사이에) 제공된다.
도 1은 일반적인 케이블 강화 연성 고무 호스의 단면을 도시한다.
도 2는 NTP 종단(termination)을 갖는 일반적인 연결구의 단면도를 도시한다. (도 2의 연결구는 수십 년 동안 사용된 구식 연결구이다)
도 3은 개선된 '이중 고정 사인파' 연결구에서 사용되는 덮개의 단면도를 도시한다. ('이중 고정 사인파' 연결구는 지난 5년 동안 사용되어 왔다)
도 4는 개선된 '이중 고정 사인파' 연결구에서 사용되는 스템의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에서 사용되는 덮개의 단면도로서, 상기 덮개는 '이중 고정 사인파' 연결구를 전반적으로 개선시킨다. (도 3과 도 5 간의 유사점을 주목)
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에서 사용되는 스템의 단면도를 도시하며, 상기 덮개는 '이중 고정 사인파' 연결구를 전반적으로 개선시키고, 전체 장치 내에서 단일 고정 상신파를 형성한다. (도 4와 도 6의 차이점을 주목)
도 7은 길이 방향 중심선에 대하여 취해진 개선된 연결구의 제 1 실시예의 스케치이며, 스템에 결합된 덮개를 도시한다.
도 8은 개선된 연결구의 제 2의 바람직한 실시예의 덮개의 길이 방향 중심선에 대하여 취해진 측면에 대한 엔지니어링 도면이다.
도 9는 개선된 연결구의 제 2의 바람직한 실시예의 스템의 길이 방향 중심선에 대하여 취해진 측면에 대한 엔지니어링 도면이다.
도 10은 길이 방향 중심선에 대하여 취해진 개선된 연결구의 제 2의 바람직한 실시예의 스케치로서, 스템에 결합된 덮개를 도시한다. 또한, 이 도면은 명세서에 사용되는 특정 용어를 정의하고, 청구항에 사용되는 파지 구역(gripping zones)을 정의한다.
도 11은 "이중으로 얇게 깎아진(double-skived)" 고압용 강화 호스가 연결구에 삽입되기 바로 전의, 제 2의 바람직한 연결구를 도시한다. 강화부재를 노출시키기 위해 외측 커버뿐만 아니라 내측 튜브도 제거되었음을 주목한다.
도 12는 "이중으로 얇게 깎아진" 고압용 강화 호스가 연결구에 삽입되고 스웨이징을 하기 바로 전의, 제 2의 바람직한 연결구를 도시한다.
도 13은 "이중으로 얇게 깎아진" 고압용 강화 호스가 연결구에 삽입되고 스웨이징이 완료된 후의, 제 2의 바람직한 연결구를 도시한다.
도 14는 제 2 실시예의 연결구의 치수를 영국식 단위계(British System of Units)로 나타낸 표이다.
도 15는 제 2 실시예에 대한 깎아진 부분(skiving)에 대한 표를 영국식 단위계로 나타낸다.
도 1은 중량 등급 D의 일반적인 케이블 강화 호스를 도시한다. 등급 E의 호스는 일반적으로 네 개의 상호 고정되는 강화용 겹들을 가질 것이다. 유럽형 경량 와이어 강화 호스의 단면은 본 도면에 도시되지는 않았으나, 여섯 개의 상호 고정된 와이어 겹들을 가지고 내측 튜브가 하나의 얇은 고무층을 포함하는 것을 제외하고는 도 1과 유사할 것이다.
본 발명의 제 1 실시예의 덮개의 단면이 도 5에 도시되며, 상기 덮개는 4"x0.337W의 등급 80의 파이프로부터 만들어진다. [미터로 환산하기는 어려움] 제 2 실시예의 덮개의 단면이 도 8에 도시되며, 상기 덮개는 9.00x0.750의 벽형 기계 튜브(wall mechanical tube)(DOM)으로 만들어진다. [미터로 환산하기는 어려움] 일 단부(상기 단부는 스템에 용접될 것임)는 회전 다이(roll die) 내에 배치되고, 도 5 및 도 8의 맨 왼쪽에 도시된 바와 같이 좁은 넥(neck)을 형성하도록 압축된다. 덮개의 내부는 일련의 랜드 및 홈을 형성하도록 가공된다(총 여섯 개가 도 5에 도시되고, 총 열 개가 도 8에 도시됨).
도 5의 제 1 실시예에서, 랜드는 모두 덮개의 축 방향 중심선으로부터 측정된 반경 방향의 동일한 높이 4.03φ를 갖는다. (덮개의 호스단으로부터 시작되는)첫 번째 홈과 두 번째 홈은 3.88φ의 반경 방향 높이를 가지며, 세 번째 홈은 3.86φ의 높이를 가지며, 마지막 세 개의 홈들은 3.83φ의 높이를 갖는다. 도 8의 제 2 실시예는 제 1 실시예와 일부 상이하며, 이러한 차이점에 대해서는 추후 상세하게 설명될 것이다. 두 실시예에서, 홈은 덮개를 따라 축 방향으로 동일 간격만큼 이격되지는 않는다. 이는 덮개가 스웨이징됨에 따라(호스단으로부터 스웨이징이 시작됨), 강화부재가 덮개와 스템 사이에 고정될 때까지, 덮개가 이음쇠의 호스단을 향해 축 방향으로 이동하는 것으로 알려져 있기 때문이다. 스웨이징이 덮개를 따라 약 중간에 이르기까지, 실제 고정은 일어나지 않을 것이다. 실제 고정이 일어나기 시작할 때까지, 내측 튜브 및 호스는 이음쇠의 종단부로부터 축 방향으로 멀어지도록 자유롭게 이동한다. 고정이 일어나면, 내측 튜브 및 호스의 모든 이동이 이음쇠의 종단부를 향하게 될 것이다.
수행될 스웨이징의 정도 및 물질의 성질에 기초한 단순한 기계적인 계산은, 이음쇠가 호스에 스웨이징된 후 스템의 범프가 덮개의 랜드의 대략 중앙에 위치하도록 설계자가 홈의 간격을 계산할 수 있게 한다. 범프의 최종 위치가 랜드 내에서 대략 중앙에 위치하도록 하는 방법은 본 장치의 핵심이고, 강화부재와 덮개 사이에 사인파형 고정을 획득하는 방법의 핵심이다.
랜드 및 홈의 높이에 대한 치수는 제한적으로 해석되지 않아야 하며, 오직 예로서만 사용된다. 유사하게, 도시된 홈 간격은 제한적으로 해석되지 않아야 하며, 오직 예로서만 사용된다. 어떤 상황(큰 직경의 호스)에서는 이러한 치수들을 조절하여, 호스단으로부터의 거리를 변경하여 전체적인 경사를 형성하는 것이 필요할 수 있다.
호스에 가장 가까운 연결구의 단부에서, 덮개의 내측 직경은 증가되어, 덮개가 스웨이징되는 경우 외측 고무 커버에 최소 압력이 가해지도록 한다. 도시된 바와 같이 호스단은 둥글게 형성된다.
본 발명의 제 1 실시예의 스템의 단면이 도 6에 도시되며, 상기 스템은 3"x0.437W의 등급 SMLS 파이프로 가공된다. 여섯 개의 "범프"는 0.06 인치이고, 스템 내에서 균일 간격으로 가공된다. 전술한 바와 같이, 스템 상의 범프 및 결합된 덮개 상의 랜드 간의 상대적인 위치는 덮개와 강화부재 간에 사인파형 고정을 형성하는데 있어서 중요하다. 또다시, 주어진 치수는 제한적으로 해석되지 않아야 하며, 예시적으로 사용된다. 이는 상기 치수가 이음쇠의 사이즈와 강화 호스의 타입에 따라 변하기 때문이다. 재료와 스웨이징에 대한 지식을 가진 기술자는 이음쇠의 사이즈, 호스, 호스 타입 및 이음쇠의 제조에 사용될 수 있는 재료를 변경하기 위해 본 명세서의 내용을 쉽게 변경할 수 있다. 실제로, 범프가 덮개 내에서 강화 부재의 겹들을 사인파형으로 고정시키는 최소 높이를 갖도록, 범프의 사이즈는 시행착오법(trial and error)에 의해 선택되어야 한다. 홈, 랜드 및 범프의 올바른 치수 및 간격을 획득하는 최선의 방법은 시행착오법이다. 계산과정이 이를 도와줄 것이다.
도 5의 덮개는 스템의 거치대(ledge)에서 도 6의 스템에 용접되며, 완성된 어셈블리(제 1 실시예)가 도 7에 도시된다. 용접은 품질을 보증하기 위해 신중하게 검사된다. 완성됨 이음쇠가 H2S 작업에 사용될 예정이라면, 이음쇠는 황화수소 응력 균열의 가능성을 줄이기 위해 열처리되어야 한다.
제 1 실시예의 이음쇠는 산업 상 일반적인 기술을 사용하여 강화된 고압용 고무 호스에 영구 부착(permanent attachment)되며, 다른 부재가 장치에 추가될 수 있다. 외측 커버는 일반적으로 강화부재를 노출시키기 위해 얇게 깎아진다(skived). 깎아진 부분의 축 방향 길이는 덮개의 축 방향 길이에 의해 결정되며, 작업자는 스웨이징 전에 외측 커버의 약 1/2 인치가 덮개의 호스단으로부터 떨어져 있는 것을 확인해야 한다. 그리고 나서, 호스는 덮개와 스템 사이에 형성된 캐비티의 맨 끝 단부로부터 약 1/2 인치까지 상기 캐비티 내에 조심스럽게 배치된다. 이 공간은 스웨이징 작업 중 호스가 신장될 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이, 스웨이징 작업은 이음쇠의 호스단에서 시작되어, 이음쇠를 따라 종단부를 향해 축 방향으로 이동된다. 덮개가 스웨이징됨에 따라, 상기 덮개는 스템을 향해 방사상 안쪽으로 이동하고, 호스를 향해 방사상 바깥쪽으로 이동한다. 덮개가 안쪽을 향해 축 방향으로 이동함에 따라, 스템의 범프는 강화부재의 모든 겹들을 덮개의 랜드로 이동시키도록 작용한다. 덮개의 대략 중앙 부분에서(스웨이징 도중), 호스단에 있는 강화부재는 사인파의 형태로 고정될 것이다(덮개의 형상을 따라 고정됨). 스웨이징 작업이 계속됨에 따라, 덮개는 이음쇠의 호스단으로부터 멀어지도록 축 방향으로 호스와 함께 이동할 것이다. 스웨이징이 호스단에서 멀리 떨어진 마지막 홈을 막 지나 멈추게 될 때까지, 사인파형 잠금은 점진적으로 스웨이징과 함께 이동한다. 덮개는 실제로 스템에 대하여 반경 방향으로 팽창하여, 호스로부터 초과된 과도한 고무를 수용하는 용적을 형성한다.
제 1 실시예에서, 호스의 내측 튜브와 스템 사이에는 어떠한 기계적인 고정도 일어나지 않음이 이해되어야 한다. 기계적인 고정은, 강화부재와, 변형된 사인파의 형태를 갖는 덮개의 랜드 및 홈 간에 일어난다. 새로운 API 표준을 만족하는지 테스트하는 과정 중, 제 1 실시예는 온도 및 연성에 관한 새로운 API 표준을 만족하지 않음이 발견되었으며, 그 결과 상기 장치는 보다 개선되어 제 2 실시예를 제공하였다. 그러나, 제 1 실시예의 장치는 여전히 Baldwin의 이중 고정 장치에 대해서는 개선된 것이다.
이제, 제 1 실시예를 변형한 제 2의 바람직한 실시예를 설명할 것이며, 상기 제 2 실시예는 온도 및 연성 둘 모두와 관련된 로터리 호스용의 새로운 API 표준에 의해 필요하게 된다. 본 명세서의 배경기술에서 설명한 바와 같이, 높은 온도는 강화 호스의 내측 튜브가 거의 곤죽이 되도록 하여, 두 가지 문제점을 유발한다. 첫 번째로, 고무가 젤리 형태로 되기 때문에 강화부재와 연결구 사이의 고정에 결함이 발생하게 되며, 두 번째로, 스웨이징된 연결구가 호스로부터 미끄러져 벗어나게 된다. 스웨이징된 커넥터와 조립된 호스 어셈블리 둘 모두의 경우, (온도로 인해) 곤죽이 된 내측 호스는 누출이 발생하게 되며, 유체가 호스와 연결구 사이에서 유출된다. 스웨이징된 연결구가 느슨하게 되는 경향과 스웨이징된 연결구 및 조립된 호스 연결구가 누출되는 경향 둘 모두 연성 표준에 의해 악화된다.
도 8은 제 2의 바람직한 실시예의 덮개를 도시한다. 상기 덮개는 본질적으로 세 세트의 홈(범프)과 랜드(그루브)를 구비하고, 종단 파지 섹션을 구비한다. 호스에서 가장 멀리 떨어진 연결구의 단부(도면의 좌측)에서 시작하면, "영(zero)" 영역 또는 팽창 영역이 있으며, 그 뒤 제 1 세트의 네 개의 홈이 있으며, 상기 홈들은 모두 덮개의 축 방향 중심선으로부터 측정된 반경 방향의 동일한 높이인 7.52φ를 가지며, 상기 제 1 세트의 홈들 사이에 반경 방향 깊이 7.78φ를 갖는 랜드가 있다. 제 2 세트의 홈(두 개임)은 동일한 반경 방향 높이를 가지며, 제 3 세트의 홈(네 개임)은 반경 방향 높이가 7.50φ이고, 상기 두 홈들 사이의 랜드는 7.76φ의 반경 방향 깊이를 갖는다. 제 3 세트의 홈들 사이의 랜드는 8.03φ의 반경 방향 깊이를 갖는다. 마지막으로, 경사를 형성하고, 7.67φ의 반경 방향 높이로부터, 호스의 외측 재킷에 접촉되는 연결구의 단부를 향해 폭이 좁아지는 종단 홈이 있다. 전술한 바와 같이, 두 실시예 모두 홈들은 덮개를 따라 축 방향으로 균등 간격만큼 이격되지는 않는다.
본 발명의 제 2 실시예의 스템의 단면이 도 9에 도시되며, 상기 스템은
Figure pct00001
인치의 O.D. 기계적 튜빙, 즉 Gr. 4130으로 가공된다. [역시, 미터로 환산하기는 어려움] 호스로부터 가장 먼 단부(도면의 좌측)에서 시작하면, 6.413φ 및 5.46φ의 상대적인 높이를 갖는 두 개의 길이 방향으로 평평한 영역이 있다. 이들 두 영역들 중 첫 번째 영역은 덮개와 함께, 스웨이징 후 그리고 스웨이징 도중 팽창 구역(구역 1)을 형성하도록 작용한다. 두 번째 영역은 호스가 완성된 연결구 내에 배치됨에 따라 강화부재를 멈추게 할 뿐만 아니라, 스웨이징 작업이 이 구역에 도달할 때까지 스웨이징 도중 강화부재가 일부 이동할 수 있도록 하며, 덮개와 스템이 강화부재에 대하여 크림핑되어 연결구가 스웨이징되면 제 1 파지 구역(구역 2)을 형성한다.
그 뒤에는 5.46φ의 상대적인 높이를 갖는 네 개의 홈이 있다. 제 2 파지 구역(구역 3)을 형성하기 위한 스웨이징 작업 후, 이러한 홈과 랜드의 세트는 덮개의 제 1 세트의 홈과 랜드와 나란히 배열될 것이다. 이러한 홈들 사이의 랜드는 5.33φ의 상대적인 깊이를 갖는다. 마지막 홈은 일부 상이하며, 상기 마지막 홈 뒤에는 4.98φ의 상대적인 높이를 갖는 또 다른(제 3의) 길이 방향의 평평한 영역이 이어진다. 이 영역은 덮개 내에서 제 2 세트의 홈 및 랜드와 나란히 배열되어, 제 3 파지 구역(구역 4)을 형성할 것이며, 상기 제 3 파지 구역은 연결구가 스웨이징되면 이중 크림프와 같이 작용할 것이다. (홈과 평평한 지점 사이의 변화구역의 역경사(backward slope)가 있음을 주목한다. 상기 역경사는 반드시 필요한 것은 아니지만 이하에서 설명될 것이다) 그 뒤에는 4.98φ의 높이를 갖는 일련의 네 개의 범프가 있으며, 상기 범프들 사이에는 4.88φ의 상대적인 깊이를 갖는 랜드가 있다. 상기 범프는 덮개 내에서 제 3 세트의 홈 및 랜드와 나란히 배열되어, 사인파 형태의 제 4 파지 구역(구역 5)을 형성할 것이다.
그리고 나서, 4.98φ의 상대적인 높이를 갖는 평평한 영역으로 다시 완만한 변화가 이어진다. 이러한 변화는 덮개와 함께 응력을 감소시키고 종단 구역(구역 6)을 형성하도록 작용할 것이다. 전술한 바와 같이, 스템 상의 범프 및 홈과 덮개 상의 랜드의 상대적인 위치는, 덮개, 강화부재 및 스템 간에 상니파의 고정을 형성하는 중요한 곳이다.
또다시, 주어진 치수는 제한적으로 해석되지 않으며, 예시적인 것으로 해석되어야 한다. 이는 상기 치수가 이음쇠의 사이즈와 강화 호스의 타입에 따라 변경될 것이기 때문이다. 재료 및 스웨이징에 대한 지식을 가진 기술자는, 이음쇠의 사이즈, 호스, 호스 타입 및 이음쇠의 제조에 사용될 수 있는 재료를 변경하기 위해 본 명세서의 내용을 쉽게 바꿀 수 있다. 실제로, 범프가 덮개의 강화부재의 겹들의 사인파형 고정을 유발하는 최소 높이를 갖도록, 범프의 사이즈는 시행착오법에 의해 선택되어야 한다. 올바른 높이, 깊이 및 간격을 얻기 위해 제 1 시릿예에서 사용된 동일한 기술, 즉 시행착오법이 사용되어야 한다.
도 8의 덮개는 스템의 거치대에서 도 9의 스템에 용접되고, 완성된 어셈블리(제 2 실시예)는 도 10에 도시된다. 용접은 품질을 보증하기 위해 신중하게 검사된다. 완성된 이음쇠가 H2S 서비스에서 사용될 예정이라면, 이음쇠는 황화수소 응력 균열의 가능성을 줄이기 위해 열처리 되어야 한다.
제 2 실시예의 이음쇠는 고도로 변경된 산업상 일반적인 기술을 사용하여, 강화된 고압용 고무 호스에 영구 부착된다. 먼저, 외측 커버가 얇게 깎아져, 강화부재가 노출된다. 외측의 깎아진 부분의 축 방향 길이는 덮개의 축 방향 길이에 의해 결정되며, 작업자는 스웨이징 전에 약 1/2 인치의 외측 커버가 덮개의 호스단과 떨어져 있는 것을 확인해야 한다. 그 다음으로, 내측 카커스(본질적으로 내측 튜브임)가 얇게 깎아져 강화부재를 노출시킨다(로터리 호스에서는 일반적인 과정은 아님). 내부의 깎아진 부분의 축 방향 길이는 지점 "B"와 "D" 사이의 이음쇠의 축 방향 길이에 의해 결정된다(도 10 참조).
그리고 나서, 강화부재가 지점 "B"에 대해 안착되고(지점 "B"는 강화부재에 대한 정지부로 작용함) 내측 튜브가 지점 "D"에 대해 안착될 때까지, 호스는 덮개와 스템 사이에 형성된 캐비티 내에 조심스럽게 배치되어, 연결구 내에 호스가 적절하게 배치되는 것을 보장한다. 지점 "A"와 "B" 사이의 공간은 스웨이징 작업 도중 호스 또는 강화부재의 팽창을 가능하게 한다.
전술한 바와 같이, 스웨이징 작업은 이음쇠의 호스단에서 시작하여, 이음쇠를 따라 결합단까지 축 방향으로 이동한다. 덮개가 스웨이징됨에 따라, 상기 덮개는 스템을 향해 방사상 안쪽으로 이동하고, 호스를 향해 바깥쪽으로 이동한다. 덮개가 추ㅌㄱ 방향으로 안쪽으로 이동함에 따라, 스템의 범프는 강화부재의 모든 겹들을 덮개의 랜드로 이동시키도록 작용한다. 연결구 내의 대략 지점 "D"에서(스웨이징 도중), 호스단에 있는 강화부재는 사인파의 형태로 고정될 것이다(덮개의 형상을 따름). 스웨이징 작업이 지점 "D"를 지나 지점 "A"를 향해 계속됨에 따라, 덮개는 호스와 함께 이음쇠의 호스단으로부터 멀어지도록 축 방향으로 이동할 것이다. 스웨이징이 지점 "B" 근처의 마지막 홈을 막 지나 멈추게 될 때까지, 스템, 강화부재 및 덮개 사이의 사인파 형태 고정은 점진적으로 스웨이징과 함께 이동한다. 가끔식 스웨이징은 지점 "B"와 "A" 사이의 지점까지 계속된다. 덮개는 실제로 스템에 대하여 방사상으로 팽창하여, 호스로부터의 초과된 강화부재를 수용하는 용적(구역 1)을 형성한다.
스템과 덮개 사이의 "지점 "B"와 "C" 사이에 기계적인 고정이 "크림프"(제 1 파지 구역, 구역 2)로 형성되고, 그리고 나서 지점 "C"와 "D" 사이에 변형된 사인파의 형태로 중요한 기계적인 고정(구역 3)이 형성됨이 이해되어야 한다. 상기 중요한 기계적인 고정은 연결구를 호스에 고정시키는 사인파형의 고정(제 2 파지 구역)이다. 그리고 나서, 지점 "D"와 "E" 사이에 추가적으로 기계적인 고정이 형성되며, 상기 고정은 덮개 상의 제 2 세트의 홈 및 랜드와 스템의 제 3 평평한 영역 사이에 형성되는 제 3 파지 구역(구역 4)이다.
스템 상의 지점 "E"와 "F" 사이에 배치되는 범프의 세트는 덮개 상의 제 3 세트의 홈 및 랜드와 상호작용하여, 내측 카커스와 강화부재 사이에 변형된 사인파의 형태를 유발하는 제 4 파지 구역(구역 5)을 형성한다. 상기 구역은, 내측 튜브가 고온으로 인해 곤죽이 되는 경우, 연결구의 스템 주위에서 유체가 호스의 외부로 누출되는 것을 막는 고정부이다. 본질적으로, 이러한 사인파형의 고정부는 제 1 실시예와 동일하다.
마지막으로, 지점 "F"와 연결구의 단부 사이의 변환 영역은 덮개의 종단홈과 상호작용하여, 제 4 파지 구역 및 종단 구역(구역 6)을 형성한다. 이러한 프로세스가 도 11 내지 도 13에서 설명된다. 제 1 실시예와 같이, 두 번째의 얇게 깎는 작업(즉, 구역 5에 들어오는 호스의 섹션)이 생략될 수 있으나, 유체가 누출될 가능성이 존재하게 된다.
이제, 호스가 고온에 노출되어 내측 튜브가 곤죽이 되는 경우(즉, 내측 튜브가 헐거워져 젤리로 변함), 스웨이징된 연결구의 동작을 이해하도록 설명하기로 한다. 지점 "D"에서의 립(lip)은 곤죽이 된 고무가 연결구의 개방단을 향해 되돌아가지 않도록 억제한다. 유사하게, 연결구의 호스단에 있는 덮개와 스템의 대응하는 경사진 섹션은, 연결구의 지점 "D"와 "E" 사이의 이중 크림프 고정부 및 지점 "E" 및 "F" 사이의 사인파형 고정과 함께, 곤죽이 된 내측 카커스를 유지하도록 기능하여, 유체가 연결구로부터 누출되는 것을 방지한다. 마지막으로, 강화부재, 스템 및 덮개 간의 사인파형 고정(지점 "C"와 "D" 사이에 있음)으로 인해, 연결구는 호스로부터 뿜어져 나올 수 없다. 뿜어져 나오게 하는 힘은 제 1 연결구(호스의 일 단부)에서 강화부재로 호스(실제적인 강화부재)를 통해 제 2 연결구(호스의 타 단부)로 전달된다. (사인파형의 고정부 지점에서) 강화부재가 훼손되지 않도록 함으로써, 강화부재는 연결구 안에서 고장나지 않을 것이다. 그러나, 전체 어셈블리를 훨씬 안전하게 하는 임의의 고장이 호스에서 일어날 것이다.
스템 내의 일련의 범프가 Baldwin 등의 장치의 원래의 이중 사인파형 고정을 대체할 수 있도록 하는 점이 신규한 점으로 인정된다. 나아가, 이 장치는 스템이 팽창하는 것을 더 이상 요구하지 않으며, 스템 내에서 컬럼이 좌굴되는(buckling) 것을 감소시키는 단계를 더 이상 요구하지 않는다. 나아가, 제조가 단순화되고, 부재(이중 고정 사인파)의 개수가 단일 고정 사인파로 감소된다. 상기 장치의 제 2 실시예는 Baldwin의 이중 고정장치를 개선시키며, 추가적으로 새로운 API 스펙을 만족한다.
치수는 호스 직경 및 압력 등급과 함께 변할 것이므로, 본 명세서에 제시된 모든 치수는 예시적인 것이며, 제한적으로 해석되지 않아야 함이 기억되어야 할 것이다. 상응하는 홈과 랜드의 개수는 호스의 직경 및 압력 등급에 의해 설정될 것이며, 상기 개수는 변경될 것이다. 두 가지 예가 제시되었으며, 그 중 하나는 3 인치 호스(제 1 실시예)에 관한 것이고, 다른 하나는 5 인치 호스(제 2 실시예)에 관한 것이다. 두 개의 표가 도 14 및 도 15에 도시되며, 이 도면들은 제 2 실시예의 연결구에 대한 기본적인 치수뿐만 아니라 깎아진 부분의 치수에 대한 세부 내용을 제시한다. 본 명세서에 설명된 기술은 제조분야에 종사하는 통상의 기술자가 다양한 직경 및 압력 등급에 대해 상기 두 가지 실시예를 적용할 수 있도록 할 것이다.
고압용 로터리 호스 어셈블리는, 호스 제조자 또는 로컬 유통업자에 의해, 전술한 두 가지 실시예 중 어느 하나의 명시된 고압용 호스의 명시된 길이로부터 용이하게 조립될 수 있다. 스펙이 온도 및 연성 요구사항을 증가시킴에 따라, 호스 어셈블리는 제 2의 바람직한 실시예로부터 스웨이징될 것이다.

Claims (16)

  1. 강화 호스에 영구 부착되는 연결구에 있어서,
    결합단 및 호스단을 갖는 스템; 및
    상기 결합단 근처에서 상기 스템에 고정되고 상기 호스단을 향하여 상기 스템에 대해 동심으로(concentrically) 연장되는 내부를 가지며, 상기 내부 내에 형성된 변형된(modified) (sine x)/x 파형을 닮은 사인파형 파지 수단을 더 갖는 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스템은:
    상기 사인파형 파지 수단을 구현하기 위해, 상기 스템의 외부 상에 형성된 범프 수단을 더 포함하는 외부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 연결구.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 사인파형 파지 수단은:
    상기 덮개 내에서 축 방향으로 가공되고, 상기 연결구가 상기 강화 호스에 스웨이징(swaged)됨에 따라 랜드(lands)가 상기 스템의 범프 수단과 나란히 배열되도록 배치되는, 일련의 랜드 및 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스템은 마찰 감소 물질로 코팅되어, 스웨이징 작업 도중 상기 스템을 따라 축 방향으로 상기 강화 호스의 이동을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  5. 굴착 작업 시 로터리 호스로 사용하기 위한 고압용 강화 호스 어셈블리에 있어서,
    제 1 단, 제 2 단, 강화부재, 내측 고무층 및 외측 카커스(carcass)를 갖는 고압용 강화 고무 호스의 섹션; 및
    덮개 및 스템을 포함하고, 상기 덮개와 스템 사이에 형성된 사인파형 파지 수단을 갖는 제 1 및 제 2 연결구를 포함하며,
    상기 제 1 연결구는 상기 호스의 제 1 단에 영구 부착되어, 상기 제 1 연결구와 상기 호스의 제 1 단 간에 사인파형 고정을 형성하고,
    상기 제 2 연결구는 상기 호스의 제 2 단에 영구 부착되어, 상기 제 2 연결구와 상기 호스의 제 2 단 간에 사인파형 고정을 형성하는 것을 특징으로 하는 고압용 강화 호스 어셈블리.
  6. 우선 외측 카커스의 일부를 제거함으로써, 호스가 연결구에 영구 부착되기 전에 깎아져(skived) 강화부재를 노출시키고,
    상기 강화부재는 사인파형 파지 수단을 포함하는 상기 연결구의 일부 내에서 덮개와 접촉하고,
    내측 고무는 상기 사인파형 파지 수단을 포함하는 상기 연결구의 일부 내에서 스템과 접촉하는 것을 특징으로 하는 고압용 강화 호스 어셈블리.
  7. 내측 튜브 및 외측 카커스를 가지며 강화부재가 상기 외측 카커스와 상기 내측 튜브 사이에 위치하는 강화 호스에 영구 부착되는 연결구에 있어서,
    결합단, 호스단 및 외부를 갖는 스템;
    상기 결합단 근처에서 상기 스템에 고정되고, 상기 호스단을 향해 상기 스템에 대해 동심적으로 연장되는 내부를 갖는 덮개; 및
    상기 스템의 외부와 상기 덮개의 내부 사이에 위치하고, 상기 강화 호스의 일 단부를 수용하도록 구성되는 원형 캐비티를 포함하며,
    상기 캐비티는 여섯 개의 구역으로 분할되며, 제 1 구역은 팽창 영역으로 구성되고, 제 2 구역은 정지 및 제 1 파지 영역으로 구성되고, 제 3 구역은 제 2 파지 영역으로 구성되고, 제 4 구역은 제 3 파지 영역으로 구성되고, 제 5 구역은 제 4 파지 영역으로 구성되고, 제 6 구역은 응력 경감 및 종단 영역으로 구성되며,
    상기 제 1 구역은 상기 결합단에 위치하고, 상기 제 6 구역은 상기 호스단에 위치하고, 상기 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5 구역은 축 방향으로 상기 제 1 구역과 상기 제 6 구역 사이에 번호순으로 위치하고,
    상기 제 1 파지 영역은 상기 덮개와 상기 스템 사이에서 상기 강화부재를 크림핑(crimping)하도록 구성되고,
    상기 제 2 파지 영역은 상기 덮개와 상기 스템 사이에 변형된 사인파형으로 상기 강화부재를 고정시키도록 구성되고,
    상기 제 3 파지 영역은 상기 덮개와 상기 스템 사이에 상기 강화부재 및 내측 튜브를 고정시키도록 구성되고,
    상기 제 4 파지 영역은 상기 덮개와 상기 스템 사이에 변형된 사인파형으로 상기 강화부재 및 내측 튜브를 고정시키도록 구성되고,
    상기 응력 경감 및 종단 영역은 상기 외측 카커스와 내측 튜브 사이에서 상기 연결구 내의 호스를 부드럽게 종료시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연결구.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 파지 영역은 상기 덮개, 상기 강화부재 및 상기 스템 사이에 크림핑 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 파지 영역은 상기 덮개, 상기 강화부재 및 상기 스템 사이에 사인파형 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제 3 파지 영역은 상기 덮개, 상기 강화부재, 상기 내측 튜브 및 상기 스템 사이에 이중 크림핑 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제 4 파지 영역은 상기 덮개, 상기 강화부재, 상기 내측 튜브 및 상기 스템 사이에 변형된 사인파형 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 제 3 구역과 상기 제 4 구역 사이의 변화(transition)는 예각을 형성하여, 상기 강화 호스 내에서 이동하는 고온의 유체에 의해 야기되는 상기 내측 튜브의 크리핑을 억제하도록 작용하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 사인파형 고정 수단은:
    상기 덮개 내에 형성되고, 상기 스템 내에 형성된 복수의 랜드 및 홈과 상호 보완적인 복수의 홈 및 랜드를 포함하여,
    상기 연결구가 상기 강화 호스에 영구 부착되는 경우, 상기 강화부재는 변형된 사인파형을 형성하여 상기 덮개와 상기 스템 사이에 기계적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 연결구.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 스템은 상기 스템의 외부 상에 형성된 복수의 범프를 더 포함하고,
    상기 사인파형 파지 수단은: 상기 덮개 내에서 축 방향으로 가공되고, 상기 연결구가 상기 강화호스에 영구 부착되는 경우 랜드가 상기 스템 상의 범프와 나란히 배열되도록 배치되는 일련의 랜드 및 홈을 포함하고,
    상기 덮개 상의 홈 및 랜드와 상기 스템 상의 범프 간의 기계적인 상호작용은 상기 강화부재가 변형된 사인파형을 형성하도록 유발하여, 상기 덮개 및 상기 스템을 상기 강화 호스에 봉합하는 것을 특징으로 하는 연결구.
  15. 굴착 작업 시 로터리 호스로 사용하기 위한 고압용 강화 호스 어셈블리에 있어서,
    제 1 단, 제 2 단, 강화부재, 내측 고무층 및 외측 카커스를 갖는 고압용 강화 고무 호스의 섹션; 및
    덮개 및 스템을 포함하는 제 1 및 제 2 연결구를 포함하며,
    우선 상기 외측 카커스 및 내측 고무층의 일부를 제거함으로써, 상기 호스는 상기 연결구에 영구 부착되기 전에 깎아져, 상기 강화부재를 완전히 노출시킴으로써 상기 강화부재가 상기 덮개 및 상기 스템과 직접 접촉하도록 하고,
    상기 연결구 둘 모두는 상기 덮개와 상기 스템 사이에 형성된 복수의 파지 수단을 포함하며, 상기 복수의 파지 수단은 제 1 및 제 2 사인파형 파지 수단을 포함하며,
    상기 제 1 연결구는 상기 호스의 제 1 단에 영구 부착되어, 상기 제 1 사인파형 파지 수단에서 상기 호스의 제 1 단과 상기 제 1 연결구 사이에 상기 강화부재에 대한 사인파형 고정을 형성하고,
    상기 제 2 연결구는 상기 호스의 제 2 단에 영구 부착되어, 상기 제 1 사인파형 파지 수단에서 상기 호스의 제 2 단과 상기 제 2 연결구 사이에 상기 강화부재에 대한 사인파형 고정을 형성하는 것을 특징으로 하는 고압용 강화 호스 어셈블리.
  16. 굴착 작업 시 로터리 호스로 사용하기 위한 고압용 강화 호스 어셈블리에 있어서,
    제 1 단, 제 2 단, 강화부재, 내측 고무층 및 외측 카커스를 갖는 고압용 강화 고무 호스의 섹션; 및
    덮개 및 스템을 포함하는 제 1 및 제 2 연결구를 포함하며,
    우선 상기 외측 카커스 및 내측 고무층의 일부를 제거함으로써, 상기 호스는 상기 연결구에 영구 부착되기 전에 양단에서 깎아져, 상기 강화부재를 완전히 노출시킴으로써 상기 강화부재가 상기 덮개 및 상기 스템과 직접 접촉하도록 하고,
    상기 외측 카커스의 추가적인 부분이 제거되어, 상기 강화부재가 상기 덮개와만 직접 접촉하도록 하고,
    상기 연결구 둘 모두는 상기 덮개와 상기 스템 사이에 형성된 복수의 파지 수단을 포함하고, 상기 복수의 파지 수단은 제 1 및 제 2 사인파형 파지 수단을 포함하며,
    상기 제 1 연결구는 상기 호스의 제 1 단에 영구 부착되어, 상기 제 1 사인파형 파지 수단에서 상기 호스의 제 1 단과 상기 제 1 연결구 사이에 상기 강화부재에 대한 직접적인 사인파형 고정을 형성하고,
    상기 제 1 연결구는 상기 제 2 사인파형 파지 수단에서 상기 덮개, 강화부재, 내측 튜브 및 스템 사이에 추가적으로 영구 부착되고,
    상기 제 2 연결구는 상기 호스의 제 2 단에 영구 부착되어, 상기 제 1 사인파형 파지 수단에서 상기 호스의 제 2 단과 상기 제 2 연결구 사이에 상기 강화부재에 대한 직접적인 사인파형 고정을 형성하고,
    상기 제 2 연결구는 상기 제 2 사인파형 파지 수단에서 상기 덮개, 강화부재, 내측 튜브 및 스템 사이에 추가적으로 영구 부착되는 것을 특징으로 하는 고압용 강화 호스 어셈블리.
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