KR20130087044A - 도관에 세장형 요소를 설치하기 위한 덕트 로드 시스템 - Google Patents

도관에 세장형 요소를 설치하기 위한 덕트 로드 시스템 Download PDF

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KR20130087044A
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빌렘 그리피온
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플루메타쯔 홀딩 에스.아.
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Abstract

도관(12)에 세장형 요소를 설치하기 위한 소정의 배치구성의 도관(12)에 푸싱 되며 가요성 메인 몸체를 구비한 적어도 하나의 로드(2, 2a, 2b, 2c)를 포함하는 덕트 로드 시스템으로서, 가요성 메인 몸체는 도관(12)에서 가요성 메인 몸체의 마찰 감소가 가능하도록 도관의 상기 소정의 배치구성과 관련하여 규정되는 굽힘 강성 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.

Description

도관에 세장형 요소를 설치하기 위한 덕트 로드 시스템{DUCT ROD SYSTEM FOR INSTALLING AN ELONGATED ELEMENT IN A CONDUIT}
본 발명은 도관에 안치할 세장형 요소를 차례로 피싱 또는 견인하기 위해서 도관에 푸싱(pushing) 하는 덕트 로드 시스템(duct rod system)에 관한 것이다.
긴 도관에 설치할 케이블들 또는 광섬유 케이블들을 인출하기 위한 표준 피싱 로드들, 소위 덕트 로더(duct rodder)들이 공지되어 있다. 일반적으로 이러한 로드들은 하나의 원통 형상의 세장형(elongated) 메인 몸체 또는 필요한 길이로 연결할 다수의 원통 형상의 세장형 부분들을 포함한다. 요소들은 일반적으로 코일로부터 풀리게 되고 케이블이 차례로 당겨지는 도관에 푸싱 된다. 도관들에는 굽힘부들이나 분기부들이 있을 수 있기 때문에, 세장형 부분들은 이러한 굽힘부들을 통과하도록 가요성을 갖게 된다. 전술한 가요성과 관련한 문제는, 달성할 수 있는 최대 삽입 길이가 덕트 안에서 로드의 언듈레이션(undulation)에 의해 제한된다는 것이다. 도관 안으로 로드를 푸싱하기 위해 필요한 힘은 로드의 삽입 길이에 따라 증가한다. 푸싱 힘(pushing force)이 커질수록, 도관 안에서 로드의 언듈레이션 유발 주기들은 짧아지고, 마찰력을 증가시키게 되며, 소정의 임계 한계 이상에서는 심지어 덕트 안에서 로드의 추가적인 이동이 불가능하게 한다.
푸싱 힘은 적어도 두 개의 다른 인자들에 의존하는데, 이 인자들은 덕트의 직선 부분들에서 로드의 무게와 유발되는 언듈레이션에 기인한 로드의 마찰, 및 굽힘부들 또는 분기부들에서 로드의 반력에 의해 유발되는 마찰이다.
로드의 이러한 마찰과 관련하여, 로드와 동시에 도관에 분사되는 유체 또는 윤활유를 사용함으로써 마찰을 감소시킬 수 있다. 이러한 기술들은 복잡한 기계들을 사용하는 것을 시사하며, 장치를 준비하기 위한 시간을 증가시키며, 유체(오일, 물 또는 압축 공기)의 공급을 필요로 하며, 도관 내로 로드를 푸싱 하는 비용의 증가를 초래한다.
굽힘부들 또는 분기부들로부터 발생하는 추가적인 마찰력들과 관련하여, 이러한 장애물들을 통해서 로드를 도입하는 것을 촉진하는 여러 시도들이 실시되었다. 예를 들어, 미국 특허 US4 895 221호는 덕트의 헤드에 오일로 포화된 폼(foam)을 구비한 덕트 로드를 교시한다. 헤드가 덕트의 굽힘부에 들어갈 때, 폼은 오일을 방출하고 덕트 벽들과 로드 사이의 마찰이 감소한다. 그러나, 폼에 포화된 오일이 맨 처음의 굽힘부에서 신속하게 방출되기 때문에 이 장치는 다수의 굽힘부들을 통과시킬 수 없다. 다른 장치가 미국 특허출원공개공보 US2004180194 A1호에 개시되어 있다. 이 미국 특허출원공개공보는 롤링 헤드를 구비한 피싱 테이프 또는 덕트 로드를 교시한다. 롤링 헤드는 로드가 도관의 굽힘부들을 통과하는 것을 도와주지만, 로드가 굽힘부를 따라 도관 벽에 대하여 접촉하게 되기 때문에 이 장치로는 헤드가 굽힘부를 통과한 후에 푸싱 힘을 결코 감소시킬 수 없다는 것을 유의해야 한다. 분기부들에 관심을 맞추어, 유럽특허 EP2194625호는 로드 헤드가 분기부에 있을 때 정확한 길을 선택하는 것을 도와주도록 설계된 로봇을 개시하고 있다. 이 로봇은 올바른 길을 추종하도록 굴절될 수 있다. 그러나, 굽힘부에서 롤링 헤드에 대해 전술한 바와 마찬가지로 로드가 도관 벽에 대하여 접촉하게 되기 때문에, 로드 헤드가 정확한 도관에 도입된 후에 필요한 푸싱 힘을 결코 감소시킬 수 없다. 앞서 설명한 모든 것들은 긴 도관을 통해 덕트 로드를 푸싱할 수 있는 가능성을 제한하는 것이다.
본 발명은 전술한 단점들을 해결하는 것을 목표로 하며, 도관이 많은 굽힘부들 및/또는 분기부들을 포함하고 있더라도 긴 도관을 통하여 로드를 푸싱할 수 있는 덕트 로드 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적을 감안하여, 본 발명의 제1 양태는 도관에 세장형 요소를 설치하기 위한 소정의 배치구성(configuration)의 도관에 푸싱 되며 가요성 메인 몸체를 구비한 적어도 하나의 로드를 포함하는 덕트 로드 시스템으로서, 가요성 메인 몸체는 도관에서 가요성 메인 몸체의 마찰 감소가 가능하도록 도관의 소정의 배치구성과 관련하여 규정되는 굽힘 강성 배열을 갖는 것을 특징으로 한다. 로드의 메인 몸체의 굽힘 강성이 로드가 푸싱되어야 하는 도관의 특정한 형태와 관련하여 최적화되기 때문에, 이 덕트 로드 시스템은 성취할 수 있는 최대 푸싱 길이를 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따른 로드의 상기 가요성 메인 몸체는 종래 기술 문헌으로 앞서 설명한 것과 같은 탐색 로봇 헤드, 롤링 헤드 또는 가요성 폼 헤드를 지칭하는 것이 아니며 로드의 전체 길이와 비교하여 한정된 길이를 갖는다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명에 따른 가요성 메인 몸체는 전체 로드 길이의 적어도 95%, 특히 전체 로드 길이의 적어도 85%를 구성(최대 5%의 전방 단부, 특히 최대 15%의 전방 단부를 제외)한다.
바람직하게, 도관은 길이를 가지며 도관의 소정의 배치구성은 메인 몸체의 굽힘 강성 배열을 규정하기 위하여 적어도 그 길이를 포함한다. 이 경우에, 본 발명은 도관의 길이와 관련한 마찰의 감소를 가능하게 한다.
바람직하게, 부가적으로 또는 대안으로서 도관은 굽힘부들 및/또는 분기부들을 가지고 있으며 도관의 소정의 배치구성은 메인 몸체의 굽힘 강성 배열을 규정하기 위하여 굽힘부들 및/또는 분기부들의 적어도 그 개수 및/또는 종류(굽힘부 반경, 각도)를 포함한다. 이 경우에, 도관에 삽입됨에 따라 덕트 로드가 통과하는 굽힘부들 및/또는 분기부들은 마찰의 감소를 위하여 메인 몸체의 적절한 굽힘 강성을 규정하도록 또한 고려된다.
바람직하게, 굽힘 강성 배열은 도관의 굽힘부와 관련하여 아래와 같은 식으로 규정된다:
Figure pct00001
여기에서, B는 굽힘 강성(단위 Nm2)이고, Dd는 도관의 내경(단위 m)이고, Dc는 로드의 직경(단위 m)이고, Rb는 굽힘부의 굽힘 반경(단위 m)이고, α는 국부적인 굽힘부의 각도(단위 라디안)이고, PF는 로드에 가해지는 국부적인 푸싱 힘(단위 N)이다. 이 식은 로드의 정확한 굽힘 강성(즉, 이 값 또는 5% - 10% 약간 높은 값)을 규정하는 것을 가능하게 한다. 푸싱 힘(PF)은 도관의 삽입 측에서 실험적으로 알아낼 수 있다. 일정한 궤적, 즉 일정한 언듈레이션 또는 굽힘부에 대해서, 로드의 소정 지점에서의 케이블에 대한 힘은 로드와 함께 이동할 것이다. 이 지점이 도관에서 더 나아간 위치를 가질 때, 이것은 삽입 측에서 로드에 대해 측정된 힘이 로드의 동일 지점에 대한 힘을 위한 양호한 측정이라는 것을 의미한다. "가장 좋은 로드"를 찾기 위하여, 전술한 식은 다음과 같이 수정될 수 있다:
Figure pct00002
푸싱 힘(PF)을 결정하는 하나의 대안은 어떠한 측정도 하지 않고 푸싱 힘(PF)을 계산하기 위하여 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하는 것이다.
바람직하게, 도관의 소정의 배치구성은 진폭(A) 및 주기(P)를 갖는 언듈레이션을 포함하며, 굽힘 강성 배열은 도관의 언듈레이션과 관련하여 아래와 같은 식으로 규정된다:
Figure pct00003
여기에서, B는 굽힘 강성(단위 Nm2)이고, A는 언듈레이션의 진폭(단위 m)이고, P는 언듈레이션의 주기(단위 m)이고, Dd는 도관의 내경(단위 m)이고, Dc는 로드의 직경(단위 m)이고, Rb는 굽힘부의 굽힘 반경(단위 m)이고, α는 국부적인 굽힘부의 각도(단위 라디안)이고, PF는 로드에 가해지는 국부적인 푸싱 힘(단위 N)이다.
바람직하게, 가요성 메인 몸체는 도관 내로 맨 먼저 도입되는 제1 단부를 가지고 있고, 제1 단부로부터 제1 거리에서 메인 몸체에 배치된 적어도 하나의 제1 지점 및 제1 단부로부터 제2 거리에서 메인 몸체에 배치된 적어도 하나의 제2 지점이 있으며, 제2 거리는 상기 제1 거리보다 크고 제2 지점에서의 가요성 메인 몸체의 굽힘 강성은 제1 지점에서의 굽힘 강성보다 크다. 이 실시예는 도관의 길이를 고려하며, 푸싱 단부(즉, 도관의 입구)에 가까이 있는 메인 몸체의 강성은 도관 안의 메인 몸체의 제한된 언듈레이션으로 푸싱 힘을 전달할 수 있도록 증가된다.
바람직하게, 메인 몸체는 분리 가능한 제1 세장형 부분과 제2 세장형 부분을 포함하고, 제1 세장형 부분이 맨 먼저 도관 내로 도입되며, 제2 세장형 부분의 굽힘 강성은 제1 세장형 부분의 굽힘 강성보다 크다. 이 특별한 실시예는 메인 몸체를 구성하는 다른 부분들을 경쟁력 있는 비용으로 제조하고 설치 장소에서 본 발명에 따른 로드의 신속한 조립을 가능하게 한다. 이 실시예는 각 부분의 정확한 굽힘 강성을 선택함으로써 설치 장소에서 직접 시스템 배치구성을 설정하는 것을 또한 가능하게 한다.
바람직하게, 덕트 로드 시스템은 도관 내에 도입될 수 있고 로드의 메인 몸체의 적어도 일부를 커버하는 슬리브를 포함한다. 이 슬리브는 덕트에 도입하기 위한 것이며 로드가 도관에서 슬리브의 삽입 길이에 걸쳐 오직 슬리브와 접촉하기 때문에 도관과 로드 사이에 마찰의 감소를 가능하게 할 것이다.
바람직하게, 슬리브와 가요성 메인 몸체 간의 마찰 계수는 0.1보다 작다. 슬리브는 그 길이에 걸쳐서 마찰의 현저한 감소를 가능하게 한다. 일단 슬리브가 도관에 푸싱 되면, 메인 몸체와 슬리브 간의 마찰은 0.1보다 작아질 것이기 때문에 푸싱에 대해 낮아진 저항을 받게 될 것이다.
대안으로 또는 부가적으로, 굽혀질 때 메인 몸체는 메인 몸체가 굽혀지는 부분에서 반력 모멘트를 가지며, 메인 몸체의 반력 모멘트는 메인 몸체가 굽혀지는 그 부분에서 낮아진다. 이 실시예는 언듈레이션이 감소되기 때문에 굽힘부를 통과하기 위해 요구되는 푸싱 힘을 특히 감소시키고, 따라서 마찰을 감소시킨다. 반력 모멘트가 낮아지고, 마찰력을 유발하는 굽혀진 메인 몸체로부터 도관에 대한 법선력은 동일한 비율로 낮아질 것이고, 낮은 마찰력을 야기한다.
바람직하게, 메인 몸체는 관성 면적 모멘트를 가진 단면을 구비하고, 굽힘 강성은 메인 몸체가 굽혀지는 그 부분에서 관성 면적 모멘트의 감소에 의해 낮아진다. 굽힘 강성을 낮추는 것은 반력 모멘트를 좌우하는 관성 모멘트의 뚜렷한 감소에 의해서 용이하게 달성되고, 반력 모멘트가 상응하게 감소된다.
바람직하게, 메인 몸체는 단면 형상을 가지며 단면 형상은 한쪽은 오목하고 다른 쪽은 볼록하다(concavo-convex). 이 오목하고 볼록한 단면 형상은 제조하기 용이하고 굽힘부에서 반력 모멘트의 현저한 감소를 달성하며, 결국 전술한 굽힘부에서 로드의 마찰을 감소시킨다.
바람직하게, 메인 몸체의 측면들은 원형상 로드들을 구비한다. 이것은 도관과 메인 몸체의 접촉을 부드럽게 할 수 있고 덕트 로드의 헤드에 이러한 원형상 로드들을 통해서 유체 또는 전기를 운반할 수 있다.
바람직하게, 메인 몸체는 도관 내로 맨 먼저 도입되는 제1 단부에 배치된 부착 장치를 포함한다. 이러한 장치는 도관에서 로드에 의해서 인출할 케이블 또는 광섬유의 부착을 용이하게 한다.
바람직하게, 부착 장치는 메인 몸체로부터 분리할 수 있다. 이러한 특성은 시스템의 적응성을 향상시킨다.
바람직하게, 덕트 로드 시스템은 도관에서 발생한 유체 유동으로부터 로드에 견인력을 가하기 위하여, 메인 몸체의 길이를 따라 설치되는 피그(pig)들을 포함한다. 이러한 조합은 도관에서 푸싱 될 수 있는 길이를 증가시킬 수 있다.
바람직하게, 메인 몸체의 길이는 20 미터를 초과한다. 이 실시예는 특히 긴 도관들을 위해 사용된다.
본 발명의 다른 특성들과 장점들은 첨부 도면에 의해 예시된 특별히 제한하는 것이 아닌 본 발명의 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른, 도관에 푸싱 되는 덕트 로드를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 로드의 일반적인 언듈레이션을 도시한 도면.
도 3은 덕트에 푸싱 되는 본 발명에 따른 덕트 로드를 도시한 도면.
도 4는 덕트에 푸싱 되는 본 발명에 따른 대안적인 덕트 로드를 도시한 도면.
도 5는 도관의 굽힘부 또는 분기부를 통과하는 상이한 로드들을 도시한 도면.
도 6은 도관에 삽입할 덕트 로드 시스템을 도시한 도면.
도 7은 도관에 삽입된 도 6의 덕트 로드 시스템을 도시한 도면.
도 8은 특별한 단면을 구비한 본 발명에 따른 덕트 로드를 도시한 도면.
도 1은 로드가 덕트 내로 푸싱 되는 일반적인 상황을 도시한다. 도관(12)의 입구에서 로드(2)에 푸싱 힘(Pf)이 가해진다. 로드(2)의 무게(W)에 의존하여, 마찰력(Ff)이 로드(2)의 이동에 대항하여 작용하고 마찰력은 식 Ff = f·W으로 특징지어지며, 여기에서 f는 마찰 계수를 의미한다. 마찰력은 삽입되는 로드의 길이에 따라 증가한다는 것을 이해하여야 한다. 길이(ℓ)의 로드가 푸싱 힘(Pf)을 받을 때 이 힘이 Pf = (AEI)/ℓ2의 값에 도달할 경우 로드가 좌굴(오일러 기준(Euler's criterion))하게 되는데, 여기에서 A는 상수, E는 영률(Young's modulus) 및 I는 관성 모멘트이다. 다음에, B = EI 는 굽힘 강성(단위 N·m2)이라 칭할 것이다. 좌굴이 일어날 때, 로드(2)는 도관(12)과 접촉할 것이며 제한된 공간으로 인하여 로드가 더 이상 좌굴하지 않을 것이다. 따라서, 좌굴에 대한 것보다 언듈레이션에 대해 논의하는 것이 바람직하다.
도 2는 도관(12)에 삽입된 통상적인 긴 로드(2)의 일반적인 언듈레이션의 일부를 도시한다. 각각의 언듈레이션에서, 로드(2)의 도시된 부분이 도관(12)에 들어가도록 푸싱 힘(Pf)으로 밀어 넣어지므로 도관(12)과 로드(2) 사이에 추가의 마찰력이 발생하며 반대쪽에서 마찰력들의 총합 ∑Ff가 로드(2)의 이동에 대항하여 작용한다. 일반적으로 언듈레이션 주기는 로드 길이보다 훨씬 짧고, 따라서 로드(2)는 덕트(2)에서 언듈레이션의 "트레인(train)"을 형성할 것이다. 삽입 단부에서 힘Pf)으로 길이(L)에 걸쳐서 로드(2)를 푸싱할 때, 뒤쪽으로 갈수록 주기가 감소하는 언듈레이션의 트레인이 형성되는데 이 경우에 힘은 더욱 커진다. 푸싱 힘이 더욱 커질수록 도관 안에서 로드의 언듈레이션 유발 주기가 짧아져서, 마찰력은 증가하게 되고 임계적인 소정의 한계치 이상에서 덕트 내의 로드의 추가적인 이동이 불가능하게 된다. 이러한 한계치에서 마찰력의 증가는 푸싱 힘의 증가보다 커지게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 덕트 로드를 도시한다. 전술한 바와 같이, 언듈레이션 주기는 굽힘 강성에 의존한다. 로드(2a)의 언듈레이션 유발 주기가 과도하게 짧아지지 않도록 푸싱 힘(Pf)으로 덕트 로드 부분(2a)이 덕트(12) 내로 삽입되고, 마찰을 제한하고 그 다음에 덕트 로드 부분(2a)보다 굽힘 강성이 크며 차례로 도관 내에 삽입되는 덕트 로드 부분(2b)과 덕트 로드 부분(2a)이 연결된다. 결과적으로, 언듈레이션 주기가 지나치게 짧아지는 위험이 방지되고 마찰을 감소시킨다. 덕트 로드 부분(2b)은 예를 들어 그 재료를 변경함으로써 영률을 증가시키거나 그 단면을 변경함으로써 관성 면적 모멘트를 증가시키면, 큰 굽힘 강성을 가질 수 있다. 이러한 굽힘 강성 배열을 사용하면 도관(12) 안에서 덕트 로드 부분(2a)의 언듈레이션 주기가 지나치게 짧아지는 것을 방지하는 데에 도움이 되므로 마찰력은 최소 한계로 감소한다.
도 4는 도 3에 도시된 덕트 로드 시스템의 향상된 것을 도시한다. 이러한 향상은 슬리브(15)에 의해 덕트 로드(2a, 2b)의 일부를 커버하는 것으로 이루어진다. 슬리브(15)는 맨 먼저 도관(12) 내로 삽입되도록 로드(2a, 2b)의 제1 단부(3)와 동시에 도입된다. 이 단계에서, 슬라이딩 이동하는 동안 오직 슬리브(15) 만이 도관(12)에 대해서 맞닿기 때문에 로드 부분(2a), 로드 부분(2b) 및 슬리브(15) 간에 상대 이동이 전혀 일어나지 않는다. 일단 슬리브(15)가 도관(12) 내에 완전히 삽입되면, 슬리브는 정지되어 제 위치에 유지되고 로드 부분(2a, 2b)은 여전히 푸싱 되므로 로드 부분(2a), 로드 부분(2b) 및 슬리브(15) 간에 상대 이동이 시작된다. 이러한 슬리브(15)를 사용할 때의 관심사는 도관(12)과 로드 부분(2a), 로드 부분(2b)간의 마찰 비율보다 낮은 슬리브(15)와 로드 부분(2a), 로드 부분(2b)간의 마찰 비율을 부여할 수 있는 슬리브 재료를 선택하는 것이다. 이러한 경우에, 마찰력이 낮아지므로 언듈레이션 주기가 증가하는 것을 이해할 것이다. 덕트 로드가 잔류 케이블이 남아 있는 도관 내에 삽입되는 경우에, 슬리브(15)를 사용하는 것에 의한 향상은 훨씬 더 현저하다. 일단 슬리브가 삽입되면, 덕트 로드는 잔류 케이블과 도관 벽 사이의 웨지(wedge)에 의해 추가로 증가하는 마찰을 더 이상 받지않게 될 것이다.
도 5는 도관(12)의 굽힘부 또는 분기부를 지나가는 로드(2)의 상이한 경우들을 도시한다.
경우 a)에서, 푸싱 힘(Pf)으로 도관(12) 내에 삽입된 로드(2)는 최적 굽힘 강성에 가까운 강성을 가지며 굽힘 구역의 두 지점(20)에서 도관(12)과 접촉한다. 로드(2)가 구부러져 있기 때문에, 굽힘 강성은 접촉 지점(20)들에서 도관 벽에 수직인 법선력을 생성하고 각각의 접촉 지점(20)에서 마찰력(Ff)이 생성되어 도관(12) 내로 로드(2)의 이동에 대항하여 작용한다. 여기에서 마찰력은 전적으로 푸싱 힘의 직접적인 반력으로부터 초래된다.
경우 b)에서, 푸싱 힘(Pf)으로 도관(12) 내에 삽입된 로드(2)는 일반적으로 과도하게 높은 굽힘 강성을 가지며 결과적으로 굽힘 구역의 3개의 접촉 지점(20)에서 도관(12)과 접촉한다. 각각의 접촉 지점(20)에서, 굽힘 강성은 로드가 도관(12)에 수직의 반력을 가하도록 하며 마찰력(Ff)이 생성되어 도관에서 로드의 이동에 대항하여 작용한다. 세 지점에서 발생하는 마찰력의 총합은 경우 a)에서 작용하는 2 지점에서의 마찰력의 총합보다 당연히 크다. 여기에서, 푸싱 힘으로부터의 반력 이외에, 굽힘 강성에서 초래되는 힘이 또한 마찰력에 더해진다.
경우 c)에서, 푸싱되는 로드(2)는 지나치게 낮은 굽힘 강성을 가지며 굽힘부를 정확하게 통과하기에 충분하지 않은 강성을 갖는다. 로드의 굽힘 강성은 로드가 도관(12)의 벽에서 푸싱되지 않도록 방지하기에 충분하지 않다. 이러한 상황에서, 로드(2)는 벽에 맞닿아 지탱될 것이며 이와 관련된 마찰력은 도관(12) 내로 로드(2)의 어떠한 추가적인 이동을 억제하거나 또는 적어도 마찰력을 더욱더 증가시킬 것이다.
경우 a), b), c)로부터, 적절한 굽힘 강성이 감소한 마찰력 및 최적의 마찰력으로 굽힘부들을 통과하는 것을 보장한다는 것을 이해할 것이다. 로드(2)가 굽힘부의 내부 벽으로부터 바로 느슨해지지 않을 때, 바람직한 상황은 경우 b)로부터 경우 a)로의 이행이다. 경우 a)에서, 굽힘 강성으로부터 마찰에 기여하는 것은 전혀 일어나지 않는다. 따라서, 이러한 경우가 적용된다면, 굽힘부에서 추가적인 마찰을 유발하지 않고 직선의 섹션은 굽힘 강성을 증가시키는 것에 의한 장점을 갖는다. 굽힘 강성을 증가시키는 경우에서 로드가 굽힘부의 내부 벽과 접촉하기 시작할 때, 굽힘부에서 나타나는 단점을 감안하기 시작하지만 직선의 섹션에서의 장점이 초기에 여전히 월등하다. 굽힘 강성을 더욱더 증가시킬 경우, 굽힘부에서 나타나는 단점이 우세해질 것이다. 가장 좋은 굽힘 강성은 도관의 직선의 부분과 도관의 굽은 부분에서의 영향들 간에 균형을 이루는 것이며 궤적(trajectory)에 의존한다.
도 6은 도관(12) 내로 삽입할 본 발명에 따른 덕트 로드 시스템을 도시한다. 로드(2a)는 예를 들어 캐터필러(caterpillar)가 될 수 있는 푸싱 장치(6)를 사용하여 도관(12) 내로 맨 먼저 도입할 제1 단부(3)를 갖는다. 도관(12)의 길이를 고려하여, 로드(2a)는 높은 굽힘 강성을 갖는 로드(2b)와 연결되어야 하며 더욱더 높은 굽힘 강성을 갖는 로드(2c)와 또한 연결되어야 한다. 로드(2a, 2b, 2c)의 용이한 설치를 위해, 로드들은 코일 장치(4)에 감겨 있다.
도 7은 로드(2a, 2b, 2c)들이 전체 도관(12)을 통해 일단 푸싱 되어 있는, 도 6에 도시된 덕트 로드 시스템을 도시한다. 로드(2a)의 제1 단부(3)는 도관(12)의 출구에 도달해 있다. 푸싱 힘이 커져서 로드(2a)의 언듈레이션을 초래할 위험이 있을 때, 과도한 마찰을 유발할 수 있는 로드의 과도한 언듈레이션을 제한하기 위하여 로드(2a)는 연결 장치(10)를 사용하여 높은 굽힘 강성을 갖는 강성의 로드(2b)와 연결된다. 로드(2b)를 고려하여, 다시 또 푸싱 힘이 커져서 로드(2b)의 언듈레이션을 초래할 위험이 있을 때, 로드(2b)는 증가한 굽힘 강성을 갖는 더욱더 강성의 로드(2c)와 연결된다. 마찰에 대한 최상의 절충이 얻어지도록, 로드가 더욱더 강성의 로드와 연결되는 지점들은 궤적의 굽힘부 및 분기부에서 로드의 강성 효과에 의해 결정된다. 본 발명에 따르면, 로드가 푸싱될 수 있는 도관의 최대 길이는, 로드의 메인 몸체를 따라 모두 동일한 강성을 갖는 로드와 비교해서 증가된다.
도 8은 도관의 굽힘부들에서 마찰력을 최소화하기 위하여 한쪽은 오목하고 다른쪽은 볼록한 단면 형상을 갖는, 도관(12)에 삽입되는 덕트 로드(2)를 도시한다. 이러한 특별한 단면 형상은 그 관성 면적 모멘트가 현저하게 감소하도록 굽힘부에서 변형하는 특성을 가지며, 반력의 감소된 굴곡 모멘트를 나타낸다. 도관 벽들에서 로드(2)의 반력들은 현저하게 감소될 것이며 유발되는 마찰력은 결과적으로 비례하여 감소될 것이다. 이러한 실시예에 따라 관성 면적 모멘트는 도관의 굽힘부에서 최소 30% 감소하는 것으로 추정된다.
로드의 특성(굽힘 강성 및 직경) 및 도관의 특성(직경 및 굽힘부들)과 관련한 푸싱 힘을 제공하는 식으로 다시 돌아가면, 일부의 연산들은 다음과 같이 나타낼 수 있다:
Figure pct00004
여기에서 B는 굽힘 강성(단위 Nm2)이고, Dd는 도관의 내경(단위 m)이고, Dc는 로드의 직경(단위 m)이고, Rb는 굽힘부의 굽힘 반경(단위 m)이고, α는 국부적인 굽힘부의 각도(단위 라디안)이고, PF는 로드에 가해지는 국부적인 푸싱 힘(단위 N)이다.
먼저, 이하에 설명하는 시스템이 고려된다: 내경 26 mm의 도관, 90°(π/2)의 굽힘부들, 직경 9 mm의 로드가 34 N(실험적으로 또는 시뮬레이션 소프트웨어로 결정됨)의 힘으로 푸싱 되고, 그 다음에 식에 의해 알아낸 로드의 최적 굽힘 강성은 다음과 같다.
Figure pct00005
이 값(즉, 이 값 또는 이 값보다 5% - 10% 약간 높은 값)은 로드의 국부적인 강성이 덕트의 굽힘부들의 내부 곡선(도 5a 및 도 5b 사이의 상황)으로부터 로드가 느슨해지게 되는 것을 보장한다.
대안으로, 동일한 도관이 고려되지만 이하에 설명하는 특성을 갖는 3개의 로드들이 연속적으로 삽입된다:
· 로드 1 : 직경 6.5 mm, 강성 1.0 Nm2
· 로드 2 : 직경 9 mm, 강성 5.7 Nm2
· 로드 3 : 직경 11 mm, 강성 10.1 Nm2
굽힘 강성과 관련한 푸싱 힘을 제공하는 아래와 같은 식이 사용된다:
Figure pct00006
맨 먼저 로드 1은 6 N의 힘이 될 때까지 안으로 푸싱 될 수 있고, 그 다음에 로드 2가 34 N의 힘이 될 때까지 푸싱 될 수 있고, 마지막으로 로드 3이 푸싱 될 수 있다는 것을 알아내었으며, 로드는 62 N(즉, 이 값들 또는 5% - 10% 약간 작은 값)의 푸싱 힘이 될 때까지 여전히 로드의 최적 상태에 있다. 로드는 그 다음에 더욱더 강성의 로드로 대체될 수 있다.
마지막 경우는, 굽힘부들 대신에 덕트가 20 ㎝의 진폭(A) 및 4 m의 주기(P)를 갖는 와인딩(windings)들 만을 갖는 것이 될 수 있다.
전술한 바와 같은 각각의 로드의 최대 푸싱 힘을 결정하기 위하여 이하의 식들이 사용된다:
Figure pct00007
과 함께
Figure pct00008
여기에서 B는 굽힘 강성(단위 Nm2)이고, A는 언듈레이션의 진폭(단위 m)이고, P는 언듈레이션의 주기(단위 m)이고, Dd는 도관의 내경(단위 m)이고, Dc는 로드의 직경(단위 m)이고, Rb는 굽힘부의 굽힘 반경(단위 m)이고, α는 국부적인 굽힘부의 각도(단위 라디안)이고, PF는 로드에 가해지는 국부적인 푸싱 힘(단위 N)이다.
언듈에이션들이 2.31 m의 굽힘 반경 및 36°의 각도를 갖는 굽힘부들에 상응하는 것을 알아내었다.
다음에, 맨 먼저 로드 1은 2 N의 힘이 될 때까지 안으로 푸싱 될 수 있고, 그 다음에 로드 2가 9 N의 힘이 될 때까지 푸싱 될 수 있고, 마지막으로 로드 3이 푸싱 될 수 있으며, 로드는 17 N(즉, 이 값들 또는 약간 작은 값)의 푸싱 힘이 될 때까지 여전히 로드의 최적 상태에 있다. 로드는 그 다음에 더욱더 강성의 로드로 대체될 수 있다.
당업자에게 자명한 개량 및/또는 변경들이 실시될 수 있고 이러한 것들은 첨부된 청구범위에 한정된 바와 같은 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해할 것이다.

Claims (17)

  1. 도관(12)에 세장형 요소를 설치하기 위한 소정의 배치구성의 도관(12)에 푸싱 되며 가요성 메인 몸체를 구비한 적어도 하나의 로드(2, 2a, 2b, 2c)를 포함하는 덕트 로드 시스템으로서,
    가요성 메인 몸체는 도관(12)에서 가요성 메인 몸체의 마찰 감소가 가능하도록 도관(12)의 상기 소정의 배치구성과 관련하여 규정되는 굽힘 강성 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    도관(12)은 길이를 가지며 도관(12)의 상기 소정의 배치구성은 메인 몸체의 굽힘 강성 배열을 규정하기 위하여 적어도 그 길이를 포함하는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    도관(12)은 굽힘부들 및/또는 분기부들을 가지고 있으며 도관(12)의 상기 소정의 배치구성은 메인 몸체의 굽힘 강성 배열을 규정하기 위하여 굽힘부들 및/또는 분기부들의 적어도 그 개수 및/또는 종류를 포함하는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    굽힘 강성 배열은 도관(12)의 굽힘부와 관련하여 아래와 같은 식으로 규정되는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
    Figure pct00009

    여기에서, B는 굽힘 강성이고, Dd는 도관의 내경이고, Dc는 로드의 직경이고, Rb는 굽힘부의 굽힘 반경이고, α는 굽힘부의 각도이고, PF는 로드에 가해지는 국부적인 푸싱 힘이다.
  5. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    도관의 상기 소정의 배치구성은 진폭(A) 및 주기(P)를 갖는 언듈레이션을 포함하며, 굽힘 강성 배열은 도관(12)의 언듈레이션과 관련하여 아래와 같은 식으로 규정되는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
    Figure pct00010

    여기에서, B는 굽힘 강성이고, A는 언듈레이션의 진폭이고, P는 언듈레이션의 주기이고, Dd는 도관의 내경이고, Dc는 로드의 직경이고, Rb는 굽힘부의 굽힘 반경이고, α는 굽힘부의 각도이고, PF는 로드에 가해지는 국부적인 푸싱 힘이다.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    가요성 메인 몸체는 도관(12) 내로 맨 먼저 도입되는 제1 단부(3)를 가지고 있고, 제1 단부(3)로부터 제1 거리에서 메인 몸체에 배치된 적어도 하나의 제1 지점 및 제1 단부(3)로부터 제2 거리에서 메인 몸체에 배치된 적어도 하나의 제2 지점이 있으며, 제2 거리는 상기 제1 거리보다 크고 제2 지점에서의 가요성 메인 몸체의 굽힘 강성은 제1 지점에서의 굽힘 강성보다 큰 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    메인 몸체는 분리 가능한 제1 세장형 부분과 제2 세장형 부분을 포함하고, 제1 세장형 부분이 맨 먼저 도관(12) 내로 도입되며, 제2 세장형 부분의 굽힘 강성은 제1 세장형 부분의 굽힘 강성보다 큰 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    덕트 로드 시스템은, 도관(12) 내에 도입될 수 있고 로드(2, 2a, 2b, 2c)의 메인 몸체의 적어도 일부를 커버하는 슬리브(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    슬리브(15)와 가요성 메인 몸체 간의 마찰 계수는 0.1보다 작은 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    굽혀질 때, 메인 몸체는 메인 몸체가 굽혀지는 부분에서 반력 모멘트를 가지며, 메인 몸체의 반력 모멘트는 메인 몸체가 굽혀지는 그 부분에서 낮아지는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    메인 몸체는 관성 면적 모멘트를 가진 단면을 구비하고, 굽힘 강성은 메인 몸체가 굽혀지는 그 부분에서 관성 면적 모멘트의 감소에 의해 낮아지는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    메인 몸체는 단면 형상을 가지며 단면 형상은 한쪽은 오목하고 다른 쪽은 볼록한 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    메인 몸체의 측면들은 원형상 로드들을 구비하는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    메인 몸체는 도관(12) 내로 맨 먼저 도입되는 제1 단부(3)에 배치된 부착 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    부착 장치는 메인 몸체로부터 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    덕트 로드 시스템은 도관(12)에서 발생한 유체 유동으로부터 로드(2, 2a, 2b, 2c)에 견인력을 가하기 위하여, 메인 몸체의 길이를 따라 설치되는 피그들을 포함하는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    메인 몸체의 길이는 20 미터를 초과하는 것을 특징으로 하는 덕트 로드 시스템.
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