KR20170003227A - 배관 잔류응력 완화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 배관 외주면을 압박시킴으로써 잔류응력을 제거시키는 배관 잔류응력 완화장치에 관한 것으로서, 중심이 원형으로 절개되는 고정원반과, 상기 고정원반과 대향되게 배치되며 중심이 원형으로 절개되는 회전원반과, 상기 고정원반과 힌지결합되며, 고정원반과 회전원반 사이에 복수개가 원형으로 배치되는 가압편과, 상기 회전원반을 회동시키는 회전수단;을 포함하되, 상기 회전원반에는 가압편을 회전원반의 중심으로 안내하는 안내공이 형성되어 회전원반의 회전되면서 가압편이 상기 안내공을 따라 가변되는 것을 특징으로 함으로써, 배관 외주면 전체에 걸쳐 동시에 고른 압력이 가해지므로 배관 외주면 전체 잔류 응력이 균일하게 제거되면서 외주면 형상이 고르게 교정될 수 있고, 장비를 배관 외주면에 장착시키는 데 따르는 체결과정이 전혀 필요없게 되어 작업시간이 현저하게 단축되며, 구조가 단순하고 부피를 거의 차지하지 않으므로 협소한 장소에서도 얼마든지 작업이 가능하며, 소수의 작업자로도 잔류응력 제거 작업이 가능하면서, 현저하게 저렴한 비용으로 제작 가능한 배관 잔류응력 완화장치를 제공하고자 한다.

Description

배관 잔류응력 완화장치{Device for alleviating residual stress of pipe}

본 발명은 배관 잔류응력 완화장치에 관한 것으로, 특히 배관 외주면을 압박시킴으로써 잔류응력을 제거시키는 배관 잔류응력 완화장치에 관한 것이다.

용접을 수행할 경우, 국부적으로 집중적인 열이 가해져서 용접되는 부재는 급속한 열팽창과 수축으로 용접이 종료된 후에도 용접부위와 용접 인접 부위 간에 응력이 잔류하게 되는데, 이를 용접잔류응력이라 한다.

용접잔류응력이 발생되면 피로균열, 취성파괴, 응력부식균열 등이 초래될 수 있어 구조물의 수명저하와 사고발생의 요인이 된다.

특히 발전설비의 경우에는 운전특성상 고 신뢰도가 요구되므로 배관 용접부의 잔류응력을 최소화시킬 필요가 있다.

용접 후 잔류응력을 제거시키기 위한 방법으로는 노내 풀림법, 국부 풀림법, 기계적 응력 완화법, 저온 응력 완화법, 피닝법 등이 있다.

노내 풀림법은 가열로 내부에 용접된 부재를 장입시켜 일정시간 열처리를 하는 방법이고, 국부 풀림법은 노내 풀림법을 적용시키기 힘든 큰 제품이나 현장 구조물의 용접부위를 가열한 후 서냉시키는 방법이다.

그런데 국부 풀림법은 온도를 불균일하게 할 뿐만 아니라 이로 인하여 새로운 잔류 응력이 발생될 염려가 있다.

따라서 큰 제품이나 현장 구조물의 경우에는 기계적 응력 완화법을 적용하기도 한다.

기계적 응력 완화법은 용접부위에 하중을 주어 약간의 소성 변형을 시킴으로써 응력을 제거하는 방법인데, 안전문제로 인하여 한정된 조건하에서 적용된다.

안전과 작업 공정 및 적용 범위를 고려할 때 가장 간편하면서도 신속하게 적용될 수 있는 잔류응력 제거방법이 기계적 응력 완화법이다.

특히 배관 용접 작업에서 발생되는 잔류 응력을 완화시키기 위한 종래기술들을 살펴보면 클램프 형태의 장치가 몇 가지 제안된 바 있다.

그 중 하나의 종래기술을 구체적으로 살펴보면, 도 1에 도시된 등록특허공보 제10-1220472호(등록일자: 2013.01.03)의 '잔류응력개선장치'를 들 수 있다.

상기 종래기술인 잔류응력개선장치는 서로 마주보게 위치되는 한 쌍의 지지부재(112) 및 지지부재 상부를 연결하는 연결부재(114)로 이루어지는 몸체부(110)와, 연결부재(114) 하부의 유압 실린더(120)와, 유압실린더 하부에 고정되는 가압부재(130)와, 배관(P)의 외주면을 감싸며 가압부재(130)로 배관을 가압하는 압축링(140)을 포함하되, 압축링은 배관과 접촉되는 상부압축링(142) 및 하부압축링(144)으로 이루어지며, 양 끝단에는 결합부(146)가 형성되는 것을 특징으로 함으로써 인장잔류응력을 압축잔류응력 상태로 변환하여 부식균열 발생 및 성장이 저감되고, 작업시간 단축과 경제적 시공이 가능하며, 협소한 공간 설치 및 분해가 가능한 잔류응력개선장치에 관한 것이다.

다만, 상기 잔류응력개선장치는 상부 및 하부압축링(142, 144)이 구비됨에도 결국 압력의 발생은 가압부재(130)에만 의존되므로 배관의 외주면에 고른 압력이 가해지지 않아 배관을 돌려가면서 압력을 가해야 하는 장소를 판별해야 하므로 배관 외주면 전체에 고른 압력을 가하기까지 많은 시간이 소요되는 문제가 있으며, 배관 외주면 전체를 일정한 압력으로 가압시키지 못함에 따른 불균형의 문제가 상존한다.

등록특허공보 제10-1220472호(등록일자: 2013.01.03)

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 배관 외주면 전체에 걸쳐서 고른 압력을 동시에 가할 수 있는 수단이 구비되는 배관 잔류응력 완화장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배관 잔류응력 완화장치는 중심이 원형으로 절개되는 고정원반과, 상기 고정원반과 대향되게 배치되며 중심이 원형으로 절개되는 회전원반과, 상기 고정원반과 회전원반 사이에 복수개가 원형으로 배치되고, 고정원반과 힌지결합되는 가압편과, 상기 회전원반을 회동시키는 회전수단으로 이루어지되, 상기 회전원반에는 가압편을 회전원반의 중심으로 안내하는 안내공이 형성되어 회전원반의 회전되면서 가압편이 상기 안내공을 따라 가변되는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 가압편에는 회전원반의 중심이 곡률 중심이 되는 원호형상의 가압판이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가압판은 바람직하게는 서로 다른 구경의 배관 표면에 대응되도록 서로 다른 곡률의 원호형상으로 형성되는 가압판들이 세트로 구비될 수 있다.

이때 상기 가압편에는 회전원반을 향하여 돌출되어 상기 안내공에 삽입되는 안내핀이 형성된다.

여기서 상기 가압편과 고정원반을 힌지결합시키는 힌지축과 상기 안내핀은 서로 평행하며 이격되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 안내공은 일단은 회전원반의 외주면을 향하고 타단은 회전원반의 중심을 향하며, 안내공의 길이 방향은 회전원반의 중심을 지나는 직선에 대하여 일정한 각도가 형성된다.

한편 상기 회전수단은 고정원반과 회전원반의 외주면에 각각 직각 방향으로 고정 부착되는 거리조절 판과, 거리조절 판이 서로 겹치는 부위를 모두 관통하며 외주면에 나사산이 형성되는 체결핀으로 이루어질 수 있다.

또는 상기 회전수단은 회전 원판의 일측을 밀어서 회전시키는 유압실린더이거나, 또는 웜기어와 웜기어 구동모터 및 회전 원판 외주면에 형성되어 웜기어와 치합되는 기어이빨로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의한 배관 잔류응력 완화장치에는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 배관 외주면 전체에 걸쳐 동시에 고른 압력이 가해지므로 배관 외주면 전체 잔류 응력이 균일하게 제거되면서 외주면 형상이 고르게 교정될 수 있다.

둘째, 회전원반을 회전시킴으로써 잔류 응력 제거가 수행되므로 장비를 배관 외주면에 장착시키는 데 따르는 체결과정이 전혀 필요없게 되어 작업시간이 현저하게 단축된다.

셋째, 구조가 단순하고 부피를 거의 차지하지 않으므로 협소한 장소에서도 얼마든지 작업이 가능하며, 소수의 작업자로도 잔류응력 제거 작업이 가능하다.

넷째, 구조가 단순하고 복잡한 전자장비가 필요 없으므로 현저하게 저렴한 비용으로 제작 가능하여 여러 현장에서 손쉽게 구입하여 사용될 수 있다.

도 1은 종래기술을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예를 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예를 나타내는 평면도,
도 4는 본 발명의 일실시예를 나타내는 정면도,
도 5는 가압편과 고정원반의 결합 원리를 나타내는 부분 분해 사시도,
도 6은 회전원반과 가압편의 작동 상태를 순서대로 나타낸 정면도,
도 7은 회전수단의 일실시예를 나타내는 부분 사시도,

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

먼저 본 발명의 전체 구조와 각 구성의 구조 및 각 구성간의 결합관계를 살펴본 후, 다음으로 각 구성간의 유기적 상호 작용으로 인한 본 발명의 잔류응력 완화장치의 작동 원리를 살펴보기로 한다.

먼저 본 발명의 전체 구조와 각 구성의 구조 및 각 구성간의 결합관계를 살펴본다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 중심이 원형으로 절개되는 고정원반(20)과, 고정원반(20)과 대향되게 배치되며 중심이 원형으로 절개되는 회전원반(10)과, 고정원반(20)과 회전원반(10) 사이에 복수개가 원형으로 배치되고, 고정원반(20)과 힌지결합되는 가압편(34)과, 회전원반(10)을 회동시키는 회전수단(40)으로 이루어진다.

이때 본 발명은 회전원반(10)에 가압편(30)을 회전원반(10)의 중심으로 안내하는 안내공(13)이 형성되어 회전원반(10)의 회전되면서 가압편(30)이 안내공(13)을 따라 회전원반(10) 또는 고정원반(20)의 중심을 기준으로 방사상으로 가변되는 것을 특징으로 한다.

잔류응력이 제거되어야 할 배관(P)은 고정원반(20)과 회전원반(10)의 중심에 삽입된다.

즉 고정원반(20)과 회전원반(10)은 중심부가 원형으로 절개되는 중공 형상을 취하게 되며, 배관(P)은 고정원반(20)과 회전원반(10)의 중공 내부를 관통하는 형상으로 배치되는 것이다.

이때 고정원반(20)과 회전원반(10)의 중공의 내주면은 배관(P)의 외주면에 대해서 일정 간격만큼 이격된다.

왜냐하면 배관(P)의 직경이 다양할 수 있으므로 다양한 구경의 배관(P)들이 삽입 가능하려면 고정원반(20)과 회전원반(10)의 중공의 내주면의 크기는 통상의 배관(P)의 둘레 보다 더 커야 하기 때문이다.

그리고 고정 원반(20)과 회전 원반(10)은 명칭에서 알 수 있듯이 고정 원반(20)은 고정되고 회전 원반(10)은 회전되는 원반이다.

그러나 고정원반(20)과 회전원반(10) 간의 가변 동작은 어디까지나 상대적인 것으로서 회전원반(10) 측을 기준으로 본다면 오히려 회전원반(10)이 고정되고 고정원반(20)이 회전 되는 것으로 볼 수도 있다.

다만, 고정원반(20)과 회전원반(10)에 삽입되는 배관(P)을 기준으로 본다면 둘 중 어느 하나는 고정되는 것이 바람직하므로 여기에서는 고정원반(20)이 배관(P)과 함께 정지 상태에 있고, 회전원반(10)은 배관(P)과 고정원반(20)에 대하여 회전되는 것으로 설명하기로 한다.

따라서 본 발명에서의 설명과 달리 회전원반(10)이 배관(P)과 함께 정지 상태에 있고, 고정원반(20)이 회전원반(10)과 배관(P)에 대해서 상대적으로 회전되는 구성도 본 발명의 범주에 해당되는 것이다.

한편, 고정원반(20)과 회전원반(10) 사이에는 복수개의 가압편(30)이 배치된다. 복수개의 가압편(30)은 배관(P)을 원형으로 둘러싸는 형상으로 배치된다.

가압편(30)은 도 5에 도시된 바와 같이 가압몸체(31)와, 안내핀(32)과, 가압판(34)으로 이루어진다.

이때 가압몸체(31)에는 도 5에 도시된 바와 같이 고정원반(20)에 설치된 힌지축(22)이 삽입될 수 있는 삽입공(36)이 형성된다. 삽입공(36) 내부에는 힌지축(22)이 원활하게 회전될 수 있도록 주지의 베어링이 삽입 설치될 수 있다.

그리고 가압몸체(31)에는 배관(P) 외주면을 향하는 방향에 가압판(34)이 결합된다. 가압판(34)은 가압편(30) 만으로 배관(P) 외주면을 가압시킬 때 보다도 배관(P)과 접촉되는 면적을 더 넓힘으로써 배관(P) 면적에 고른 압력을 가하기 위함이다.

이때 가압판(34)은 배관(P) 외주면의 곡면 형상에 대응되도록 배관(P)과 접촉되는 부위는 배관(34) 외주면과 동일한 곡률을 갖게 형성된다.

또한 본 발명에 의한 배관 잔류응력 완화장치는 서로 다른 직경을 가지는 배관(P)에 모두 적용 가능함이 바람직하므로 가압판(34) 또한 서로 다른 곡률을 가지는 복수개의 가압판(34)이 제작되어 서로 다른 곡률을 가지는 가압판(34)들이 하나의 세트로 구비될 수 있다.

자세하게 도시되지는 않았지만, 이처럼 서로 다른 곡률을 가지는 가압판(34)이 가압 몸체(31)와 쉽게 탈착될 수 있도록 가압판(34)과 가압몸체(31) 간에 조립수단이 구비될 수 있다.

한편, 회전수단(40)은 회전원반(10)을 회전시키는 작용을 한다.

회전수단(40)은 회전원반(10)을 회전 시키는 수단이며 여러 가지 서로 다른 실시예로 구현될 수 있다.

첫 번째 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이 회전수단(40)이 웜기어(41)와 기어이빨(42) 및 구동모터(미도시)로 이루어지는 실시예이다.

기어이빨(42)은 회전원반(10)의 외주면 일부에 부착되거나 혹은 회전원반(10)의 외주면 일부가 기어이빨(42)로 형성될 수 있다.

이때 웜기어(41)가 기어이빨(42)에 치합되고, 구동모터(미도시)가 웜기어(41)를 회전시킴으로써 회전원반(10)이 회전되는 것이다.

두 번째 실시예는 도시되지는 않았으며, 회전원반(10)의 외주면 일부가 유압 실린더와 연결되어 유압실린더의 전 후진 동작으로 회전원반이 회전될 수 있는 실시예이다.(미도시)

이 경우 원활한 회전을 위하여 유압 실린더와 회전원반 외주면을 연결시키는 부재는 회전원반과 힌지 방식으로 결합될 수 있다.(미도시)

세 번째 실시예도 역시 도시되지는 않았으며, 회전원반과 고정원반의 외주면에 각각 강성 판이 부착되되, 강성판은 회전원반 및 고정원반과 수직 방향으로 결합되고, 회전원반의 강성판과 고정원반의 강성판이 서로 겹치는 부위가 발생되도록 배치되면, 이 때 상기 겹치는 부위를 나사산이 형성된 체결핀이 관통하여 두 고정원반 사이의 간격을 조절시킴으로써 회전원반을 회전시킬 수 있는 실시예이다.(미도시)

한편 회전원반에 형성된 안내공(13)에 대한 설명은 후술하게 될 작동원리 편에서 함께 설명하기로 한다.

이하에서는 앞서 설명된 구성들의 유기적인 상호작용에 의한 본 발명의 작동 원리를 살펴본다.

본 발명에서 가압편(30)에 구비되는 가압판(34)이 배관(P) 표면을 압착하거나 또는 압착이 해제될 수 있게 하는 안내 역할 및 가변을 강제하는 역할을 하는 것이 바로 회전원반(10) 및 회전원반(10)에 형성되는 안내공(13)이다.

안내공(13)은 가압편(30) 마다 구비되는 안내핀(32)이 삽입될 수 있게 회전원반(10)에 형성된 장공이다.

안내공(13)은 전체적인 길이 방향이 회전원반(10)의 중심을 지나는 직선과 일정한 각도가 형성된다. 즉 안내공(13)은 회전원반(10)의 중심을 지나는 직선과, 회전원반(10)의 중심을 지나는 직선과 직각을 이루며, 회전원반의 중심을 함께 공유하는 원주와의 사이에서 특정한 방향을 취하도록 형성되는 것이다.

안내공(13)은 도 4에 한 눈에 볼 수 있게 도시되어 있다.

도 6에는 안내공(13)을 따라 가변되는 안내핀(32)과, 안내핀(32)과 결합되는 가압몸체(31)가 함께 가변되는 모습이 순서대로 도시되어 있다.

도 6의 가장 상단의 정면도에서는 안내핀(32)이 안내공(13)의 가장 하단에 위치되어 있다.

이때 회전원반(10)이 회전되기 시작하면 안내핀(32)은 회전원반(10)과 함께 회전되는 안내공(13)을 따라 점점 도면상에서 상승되기 시작된다.

그리고 최종적으로 안내공(13)의 가장 상부에 안내핀(32)이 도달되면 회전원반(10)은 더 이상 회전될 수 없으므로 회전이 정지된다.

즉 도 6의 세 개의 정면도에 도시된 바와 같이 가압편(30)이 회전되기 위해서는 힌지축(22)이 삽입되는 위치와 안내 핀(32)이 설치되는 위치는 서로 이격되어야 한다.

이때 힌지축(22)은 고정원반(20)에 설치되었으므로 그 위치가 고정된 상태이며 제자리에서 회전만 한다.

여기서 가압편(30)의 동작은 힌지축(22)을 중심으로 하여 회전 되는 동작이며, 이때 안내 핀(32)은 힌지축(22)을 중심으로 원호 운동을 하게 된다. 안내 핀(32)이 힌지축(22)을 중심으로 원호 운동을 함으로써 이루어지는 원호 궤적이 도 4에 도시된 양 방향 화살표인 것이다.

따라서 도 6에 회전원반(10)이 회전운동을 함으로써 안내공(13)이 이동되면, 안내공(13)을 따라 안내핀(32)이 원호 궤적을 따라 움직이게 되어 가압편(30)이 배관을 파지하였다가 해제시키는 동작이 수행되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

P: 배관 10: 회전원반
11: 회전원반 몸체 13: 안내공
20: 고정원반 21: 고정원반 몸체
22: 힌지축 30: 가압편
31: 가압몸체 32: 안내핀
34: 가압판 36: 삽입공
40: 회전수단 41: 웜기어
42: 기어이빨

Claims (8)

1. 중심이 원형으로 절개되는 고정원반과;
   상기 고정원반과 대향되게 배치되며 중심이 원형으로 절개되는 회전원반과;
   상기 고정원반과 힌지결합되며, 고정원반과 회전원반 사이에 복수개가 원형으로 배치되는 가압편과;
   상기 회전원반을 회동시키는 회전수단;을 포함하되,
   상기 회전원반에는 가압편을 회전원반의 중심으로 안내하는 안내공이 형성되어 회전원반의 회전되면서 가압편이 상기 안내공을 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 배관 잔류응력 완화장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가압편에는 회전원반의 중심이 곡률 중심이 되는 원호형상의 가압판이 구비되는 것을 특징으로 하는 배관 잔류응력 완화장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 가압판은 서로 다른 구경의 배관 표면에 대응되도록 서로 다른 곡률의 원호형상으로 형성되는 가압판들이 세트로 구비되는 것을 특징으로 하는 배관 장류응력 개선장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가압편에는 회전원반을 향하여 돌출되어 상기 안내공에 삽입되는 안내핀이 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 잔류응력 완화장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가압편과 고정원반을 힌지결합시키는 힌지축과 상기 안내핀은 서로 평행하며 이격되는 것을 특징으로 하는 배관 잔류응력 완화장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 안내공은 일단은 회전원반의 외주면을 향하고 타단은 회전원반의 중심을 향하며, 안내공의 길이 방향은 회전원반의 중심을 지나는 직선과 일정한 각도가 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 잔류응력 완화장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 회전수단은 고정원반과 회전원반의 외주면에 각각 직각 방향으로 고정 부착되는 거리조절 판과, 거리조절 판이 서로 겹치는 부위를 모두 관통하며 외주면에 나사산이 형성되는 체결 핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배관 잔류응력 완화장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 회전수단은 회전 원판의 일측을 밀어서 회전시키는 유압실린더이거나, 또는 웜기어와 웜기어 구동모터 및 회전 원판 외주면에 형성되어 웜기어와 치합되는 기어이빨로 이루어는 것을 특징으로 하는 배관 잔류응력 완화장치.

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