KR20160071409A - 고정 칼라를 형성하는 방법 및 플랜지 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관형 부재의 단부에 그 관형 부재의 종 방향에 대해 본질적으로 수직인 고정 칼라를 형성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 상기 관형 부재(1)의 단부를 제1단계에서 제1 회전형 성형 헤드와 카운터 면에 의해서 제1 각도로 성형하고, 그리고 제2 단계에서 제2 회전형 성형 헤드와 카운터 면에 의해서 제2 각도로 성형함으로써, 상기 관형 부재(1)의 단부에 상기 고정 칼라를 형성하는 것을 포함한다. 상기 제1단계에서 성형 된 상기 관형 부재의 플랜지 부분의 가장 바깥쪽 단부는, 상기 제1단계에서 형성된 플랜지 부분의 단지 일부만이 상기 관형 부재(1)의 종축(L)에 대해 본질적으로 수직인 지지 면(7)으로 성형되도록 하는 방식으로, 제2단계에서 성형 된다. 본 발명은 또한 본 발명에 의해 제조된 고정 칼라들을 이용하여 형성되는 플랜지 조인트에 관한 것이다.

Description

고정 칼라를 형성하는 방법 및 플랜지 조인트{Method for forming fastening collar, and flange joint}

본 발명은 관형 부재(tubular piece)의 단부에 상기 관형 부재의 종 방향에 대해 본질적으로 수직인 고정 칼라(fastening collar)를 형성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 상기 관형 부재의 단부를 제1단계에서는 제1 회전형 성형 헤드(rotatable shaping head)와 카운터 면(counter surface)에 의하여 제1 각도로 성형하고, 그리고 제2단계에서는 제2 회전형 성형 헤드와 카운터 면에 의해서 제2 각도로 성형함으로써, 상기 관형 부재의 단부에 고정 칼라를 형성하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 본 발명의 방법으로써 형성되는 고정 칼라들을 이용하여 형성되는 플랜지 조인트(flange joint)에 관한 것이다.

본 발명은 금속 파이프와 같은 파이프들의 단말-대-단말(end-to-end)의 접합, 달리 말하면, 평행한 파이프들의 단부들이 연결되는 조인트(joint)에 관한 것이다. 이러한 유형의 조인트는 다양한 기술 분야에서 매우 공통적인 것으로서 적어도 1800년대부터 일반적으로 사용되어 왔다.

금속재료로 제조된 파이프들의 단말-대-단말 조인트는 수많은 다른 방식으로 구현될 수도 있다. 기존에 공지된 해결책들 중의 일례는, 예를 들면, 고정 칼라가 회전형 성형 콘(rotating shaping cone)을 갖는 장치에서 파이프 단부에 형성되는 조인트 구조이다. 상기한 고정 칼라는 파이프의 종축에 대해 대체로 37도의 각도로 이루어지는 방식으로 형성된다. 밀봉을 제공하기 위해 전술한 방식으로 형성되는 플랜지에는 내부 편(inner piece)이 연결된다. 상기한 구조는 또한 조임 플랜지와 조임 요소들을 구비하며, 이것들로써 상기 구조는 제2의 상응하는 구조에 대해 단단히 고정된다. 이러한 구조는 핀란드 특허공보 제70080호에 기술되어 있다.

전술한 구조의 결점은 높은 제조비용이다. 이러한 높은 비용은, 특히, 정밀 작업을 필요로 하고, 본질적으로 비용을 증가시키는 내부 편(inner piece)의 제조에 의해 야기된다. 이러한 결점은 특히 대구경의 파이프들과 관련하여 강조된다.

당해 기술분야에서 공지된 또 하나의 해결 방법의 예는 고정 칼라가 두 단계로 형성되는 것인 해결책이다. 그 첫 번째 단계에서는, 고정 칼라는 파이프의 종축에 대해 대체로 37도의 각도로 이루어지도록 성형 된다. 두 번째 단계에서, 고정 칼라는 파이프의 종축에 대해 90도 각도로 이루어지도록 성형 된다. 이러한 유형의 해결책은 핀란드 특허 제89137호에 개시되어 있다.

전술한 구조에서의 단점은 고정 칼라를 90도 각도로 성형한다는 것인데, 이러한 유형의 성형에서는 굴곡부에서 재료의 신장 또는 변형 정도가 상대적으로 크기 때문에, 이것은 파이프 재료의 관점에서는 어려운 과정이다.

본 발명의 목적은 종래기술의 단점들이 제거될 수 있도록 하는, 고정 칼라(fastening collar)를 형성하는 방법 및 플랜지 조인트(flange joint)를 제공함에 있다. 이는 본 발명에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법은, 제1단계에서 성형 된 관형 부재의 플랜지 부분의 가장 바깥쪽 단부가 상기 제1단계에서 형성된 플랜지 부분의 단지 일부만이 관형 부재의 종축에 본질적으로 수직인 지지 면으로 성형 되도록 하는 방식으로, 제2단계에서 성형 되는 것을 특징으로 한다.

무엇보다도, 본 발명은 종래 기술에서의 상대적으로 큰 변형의 정도가 제거된다는 이점을 제공한다. 또 다른 하나의 이점은, 본 발명에 따른 해결책의 실질적인 구현은 저비용이면서 저압 및 고압용의 조인트와 같은 상이한 조인트들에도 용이하게 적용된다는 것이다. 본 발명과 관련하여, 모든 파이프의 사이즈마다 그것을 위해 설계된 내부 편(inner piece)은 필요가 없게 된다.

이하 본 발명은 첨부한 도면에 도시된 실시예에 의하여 더 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 종래기술의 실시예에 따른 고정 칼라에 의하여 형성된 플랜지 조인트의 개략적인 도면이다.
도 2는 두 번째의 종래기술의 실시예에 따른 고정 칼라에 의하여 형성되는 플랜지 조인트의 개략적인 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 방법에 있어서 제1 성형 단계의 개략적인 도면들이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 있어서 제2 성형 단계의 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 방법으로 제조되는 고정 칼라들을 사용하여 형성되는 플랜지 조인트의 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 고정 칼라들을 사용하는 제2의 플랜지 실시예에 대한 개략적인 도면이다.

도 1은 종래기술의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 고정 칼라(fastening collar)들을 사용하는 플랜지 조인트의 개략적인 도면이다. 관형 부재들은 참조 번호 1로써 표기된다. 조인트에 사용되는 조임 플랜지(tightening flange)들은 참조 번호 3으로 표기되고, 그리고 조임 요소들은 참조 번호 9로 표기된다. 조인트에 사용되는 내부 편(inner piece)은 참조 번호 10으로 표기된다. 상기한 내부 편은 매 시점에서의 필요와 상황에 따라서 상이한 밀봉장치(seal)들과 장착될 수도 있다. 상기 고정 칼라들은 참조 번호 5로써 대체로 표기되어 있다. 도 1은 두 개의 상이한 내부 편들을 개략적으로 도시한다. 양자의 관형 부재들에 사용된 내부 편들은, 전체적인 구조가 유사한 내부 편들을 사용하는 것을 허용한다면, 당연히 비슷할 수도 있을 것이다.

도 1에 따른 해결책의 단점은, 각각의 파이프 크기가 밀봉형태에 따라서 상이한 다수의 내부 편들을 가질 필요가 있기 때문에, 상기한 내부 편(2)에 관련된다. 이것은 비용, 납기의 연장, 및 높은 저장 비용을 야기한다.

도 1에 따른 조인트는 당해 기술분야의 전문가에게는 일반적인 기술수준을 나타내고 있는데, 따라서 상기한 구조는 여기서 더 상세하게 기술되지는 않는다. 여기서 당해 기술을 더 상세히 설명하는 핀란드 특허공보 제70080호에 대하여 전반적으로 참조가 이루어질 것이다.

도 2는 두 번째의 종래기술의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 고정 칼라를 사용하는 플랜지 조인트의 개략적인 도면이다. 관형 부재들은 도 1에서와 마찬가지로 참조 번호 1로 표기되어 있다. 도 1에서와 마찬가지로, 조인트에 사용되는 조임 플랜지들은 참조 번호 3으로, 또한 조임 요소들은 참조 번호 9로 표기된다. 밀봉 요소는 참조 번호 10으로 표기된다. 상기 고정 칼라는 대체로 참조 번호 5로써 표기된다. 도 2에 도시된 유형의 조인트는 대체로 저압용 조인트에서만 사용된다.

도 2에 따른 조인트는 당해 기술분야의 전문가에게 일반적인 기술수준을 나타낸다. 도 2의 조인트에 사용되는 고정 칼라들은, 예를 들어, 핀란드 특허공고 번호 제89137호에 도시된 방식으로 종래기술에 따라 형성된다.

도 2의 해결책이 갖는 문제점은, 도 1의 위치 B에 고정 칼라들을 형성함에 있어 발생 되는, 전술한 바와 같이 상대적으로 큰 변형도이다.

도 3 및 4는 본 발명에 따른 방법에 있어 제1단계의 개략적인 도면들이다. 상응한 구성요소들을 지칭하기 위해 도 1 및 2에서와 동일한 참조 번호들이 도 3 및 4에서도 사용된다. 도 3은 관형 부재(1)의 단부에 고정 칼라가 형성되는 제1단계에서의 초기 상황을 도시하고 있다. 상기 관형 부재의 앞면, 달리 말하면, 상기 관형 부재의 종축에 수직인 상기 관형 부재의 벽의 끝 면은 참조 번호 6으로 표기된다.

도 3의 상황에서, 관형 부재(1)는 견고하게 제 위치에서 지지 되고 제1 회전형 성형 헤드(2)는 관형 부재의 단부와 접촉하게 된다. 파이프의 단부는 임의의 적절한 방식으로 제위치에 지지 될 수 있다. 도 1의 예에서, 상기 지지는 조인트에 사용되는 조임 플랜지(3)에 의하여 구현되는데, 이 경우에 그 형성된 고정 칼라(fastening collar)는 조임 플랜지(tightening flange)의 형상에 상응하게 제작될 수 있다. 상응하게 설계된 고정 턱들(fastening jaws) 또는 임의의 다른 적절한 수단이 그 지지구조에 사용될 수도 있음은 명백하다.

상기한 관형 부재의 단부를 성형하기 위한 장치는 당해 기술분야의 전문가에게 충분히 공지되어 있으며, 따라서 그 장치나 동작은 여기서 더 상세히 설명되지는 않는다. 이러한 관점에서 그러한 장치의 일 실시예가 전반적으로 기술되어 있는 핀란드 특허공보 제89137호에 대해 참조가 이루어질 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 방법의 제1 성형 단계의 마지막 과정, 즉 달리 설명하면, 상기 관형 부재(1)의 단부가 제1 각도로 되도록 제1 회전형 성형 헤드(2)에 의하여 성형되는 실제의 성형 단계를 전반적으로 도시하고 있다. 상기 각도의 크기는 그렇게 중요하지는 않고, 가장 중요한 것은 이 단계에서 0도와는 적절하게 다른 예각이 달성된다는 점이다. 상기 방법의 제1 성형단계에서 형성되는 적절한 각도의 예는 본질적으로 37도의 각도이다. 여기서, 전술한 각도는 상기 관형 부재(1)의 종축(L)에 관한 각도를 지칭한다. 이러한 방식으로, 돌출형 칼라가 파이프의 단부에서 달성되며, 이것은 이후 도 4에 도시된 고정 칼라(5)로 제2단계에서 성형 된다. 도 3의 상황에서는, 상기 관형 부재(1)의 전면(6)은 그 단부가 형성될 때 상기 관형 부재의 종축(L)에 관하여 각을 이루는 위치로 바깥쪽으로 돌려진다. 도 3은 돌려진 전면(6)을 도시한다. 상기한 전면(6)이 돌려지는 각도는 상기 관형 부재(1)의 단부가 성형 되는 각도에 의존한다.

도 5는 본 발명에 따른 방법에 있어서 제2 성형단계의 개략적인 도면이다. 제2 성형단계에서, 예를 들면, 상기 관형 부재의 종축(L)에 대해 본질적으로 37도 각도로 제1단계에서 성형 된 상기 관형 부재(1)의 단부는, 예컨대 제1단계에서 생성된 본질적으로 37도 각도로 플랜지 부분의 일부가 지지 면(7)으로 형성되도록 하는 방식으로 성형 된다. 상기한 지지 면(7)은, 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 밀봉 요소(10)를 갖춘 조인트를 위한 밀봉을 형성한다.

상기 지지 면(7)은 도 5에 도시된 바와 같이 관형 부재(1)의 종축(L)에 본질적으로 수직이다. 상기 제2 성형단계에서, 제2 회전형 성형 헤드(8)가 사용되며, 그것의 성형 면은 관형 부재(1)의 종축(L)에 대해 본질적으로 90도 각도로 이루어진다.

상기 회전형 성형 헤드들(2, 8)과 같이 상이한 개별적인 성형 헤드들이 사용될 수 있다. 그러나 이것이 유일한 선택은 아니며, 전술한 방법의 단계들은 또한, 예를 들어, 도 4 및 5에 도시된 위치들에서 성형 헤드들의 성형 면들을 이동시키도록 상이한 위치들에 배열되는 동일한 회전형 성형 헤드에 의해 구현될 수도 있다. 전술한 성형 헤드들 등을 제공하기 위하여 하나의 성형 헤드의 상부에 배열된 보조적 구조 등을 사용하는 것도 가능하다.

도 2와 도 5 및 6을 서로 비교할 때, 관형 부재(1)의 재료에서 변형도가 도 2의 위치 B에서는 크고, 위치 A(도 6)에서는 상당히 더 작은 것이 이해될 수 있다. 본 발명에서, 관형 부재(1)의 벽은 종래기술에서 그런 것과 같이 한 지점에서 90도 각도로 성형 되지는 않지만, 그 관형 부재의 벽은 상기 관형 부재의 종축(L)에 대해 본질적으로 90도 각도인 지지 면(7)을 제공하도록 더 긴 영역을 따라서 성형 된다. 이것은 제1단계에서 제조된 칼라의 일부분만을 제2단계에서 성형함으로써 수행되는데, 달리 설명하면, 제1단계에서 형성된 관형 부재의 플랜지 부분의 제일 바깥쪽 단부에서의 영역만이 도면들에 도시된 바와 같이 성형 된다.

도 6은 본 발명의 방법을 적용함으로써 형성되는 플랜지 조인트의 전반적인 도면이다. 상응한 부품들을 지칭하기 위해서는 도 1 내지 5에서 사용된 것과 동일한 참조 번호들이 도 6에서도 사용된다.

도 6의 예에서, 두 개의 관형 부재들(1)이 존재하며, 이것의 단부들은 도 3 내지 5의 방식으로 형성된 고정 칼라들(5)을 갖는다. 도 5의 상황에서 상기 관형 부재들(1)은 그것들의 종축들(L)이 동일 선상에 있도록 단부-대-단부 연결형으로 배열된다. 상기 관형 부재들(1)의 단부들은 조임 플랜지(3)와 조임 요소들(9)에 의하여 서로에 대해 단단히 죄어진다. 상기 조임 요소들(9)은, 예를 들어, 조임 플랜지의 소정의 면들 상의 구멍들에 규칙적인 간격으로 배열되어 있는 볼트와 너트의 조합에 의해 형성될 수도 있다.

도 6은, 상기 조임 요소들(9)이 서로에 대해 관형 부재들(1)을 압착하도록 단단히 죄여질 때, 상기 고정 칼라의 끝단에 형성된 지지 면들(7)이 밀봉 요소(10)와 함께 조인트의 밀봉을 형성하는 것을 또한 도시하고 있다. 밀봉 요소(10)에 대한 조절, 즉 달리 말하면, 그것의 중심 잡기는, 예를 들면, 조인트의 조임 요소들(9)에 의하여 수행될 수가 있다. 선택적으로는, 상기 조임 요소(10)의 중심 잡기는 제2 관형 부재의 고정 칼라 또는 두 관형 부재들의 고정 칼라들을 이용하여 수행될 수 있다.

도 7은 제2의 플랜지 조인트의 실시예를 전반적으로 도시하고 있다. 상응하는 부품들을 지칭하기 위하여, 도 1 내지 6에서 사용된 것과 같은 참조 번호들이 도 7에서도 사용된다. 도 7의 조인트는 다른 것 중에서도 특히, 밀봉 요소(10)의 구조면에서 도 6의 그것과는 상이하다.

본 발명은 도면들에 도시된 실시예들에 의하여 위에서 기술된다. 그러나 본 발명은 어떤 방식으로든 전술한 예들에만 한정되는 것이 아니라, 후술하는 청구범위 내에서 자유롭게 변형될 수도 있을 것이다. 상기한 관형 부재들의 재료는 어떤 방식으로든 하나의 특정한 재료에만 한정되는 것이 아니라, 상이한 재료가 사용될 수도 있다. 적합한 재료들의 예로서는 St 37과 같은 강철 재료와, AISI 316과 같은 오스테나이트계 스테인리스 강(stainless austenitic steel)이 포함될 수 있다. 재료에 대해 필수적인 것은 관형 부재들의 재료는 냉간 형성(cold forming)에 적합하다는 것이다.

Claims (8)

1. 관형 부재의 종 방향에 대해 본질적으로 수직 방향인 고정 칼라(fastening collar)를 관형 부재의 단부(1)에 형성하기 위하여, 관형 부재의 단부를 제1단계에서는 제1 회전형 성형 헤드와 카운터 면에 의하여 제1 각도로 성형하고, 그리고 제2단계에서는 제2 회전형 성형 헤드와 카운터 면에 의해서 제2 각도로 성형함으로써, 상기 관형 부재의 단부에 고정 칼라를 형성하는 것을 포함하는 방법에 있어서,
   상기 제1단계에서 성형 된 상기 관형 부재의 플랜지 부분의 가장 바깥쪽 단부는, 상기 제1단계에서 형성된 플랜지 부분의 단지 일부만이 상기 관형 부재(1)의 종축(L)에 대해 본질적으로 수직인 지지 면(7)으로 성형 되고, 그리고 상기 관형 부재들 사이에 조인트를 형성하는데에 사용되는 조임 플랜지(tightening flange)(3)의 면은 상기 성형에서 정지 면으로서 사용되도록 하는 방식으로, 상기 제2단계에서 성형 되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계에서는 상기 관형 부재(1)의 단부가 상기 관형 부재(1)의 종축(L)에 대해 대체로 37도의 각도를 이루도록 성형 되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2단계에서는 상기 제1단계에서 형성된 상기 관형 부재(1)의 플랜지 부분이 상기 제2 성형 헤드(8)로써 성형 되고, 그 성형 면은 상기 관형 부재들(1)의 종축(L)에 대해 대체로 90도 각도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
   하나의 동일한 성형 헤드가 상기 제1 및 제2 회전형 성형 헤드들(2, 8)로서 사용되고 그리고 상기 제1 및 제2 단계들에서 상이한 위치들에 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상이한 성형 헤드들이 상기 제1 및 제2 회전형 성형 헤드들(2, 8)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 회전형 성형 헤드들(2, 8)은 개별적인 부품들이거나, 또는 보조적 부품 또는 부품들에 의하여 형성되는 부품들인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항의 방법으로써 형성되는 적어도 하나의 고정 칼라(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜지 조인트(flange joint).
8. 제7항에 있어서,
   단일 방향의 위치로 단부-대-단부 방식으로 배열되어 있는 두 개의 관형 부재들(1)을 포함하되, 상기 관형 부재들의 단부들은 밀봉 요소(10)가 지지 면들(7) 사이에서 압착되도록 하는 방식으로 서로에 대해 고정 칼라들(5)에 지지되는 조임 프랜지들(3)과 조임 요소들(8)로써 단단히 고정되는 것을 특징으로 하는 플랜지 조인트.
   

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