KR20180062641A

KR20180062641A - 짐벌 벨로우즈 모듈

Info

Publication number: KR20180062641A
Application number: KR1020160162540A
Authority: KR
Inventors: 이한주
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-06-11

Abstract

본 발명은 짐벌 벨로우즈 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벨로우즈관의 설치 편의성, 내압성, 안전성, 단열성 을 향상시킴과 동시에 하중 또한 최소화 하여, 발사체와 같이 설치 공간 및 하중에 제약이 있을 뿐만 아니라 특별한 조건을 요하는 분야에 사용 가능한, 짐벌 벨로우즈 모듈에 관한 것이다.

Description

짐벌 벨로우즈 모듈{Gimbal bellows module}

본 발명은, 발사체에서 사용되는 짐벌 벨로우즈 모듈에 관한 것으로서 벨로우즈 설치 하중 및 설치 필요 공간을 최소화시킴과 동시에, 압력에 대응하는 내압성능과 단열성능 또한 향상된 짐벌 벨로우즈 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 벨로우즈는 서로 연결된 배관이 주변계 또는 내부를 통과하는 유체에 의하여 수축/팽창 및 벤딩될 경우 서로 연결된 배관의 결합부에 모멘트가 가해져, 배관의 결합부가 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이때, 축형 벨로우즈는 축방향으로 변위가 발생하는 배관의 연결부위에, 짐벌 벨로우즈는 벤딩이 발생하는 배관의 굴곡부에 위치되어 연결된 배관의 변형을 흡수하는 것이다.

그러나, 종래의 짐벌(Gimbal) 벨로우즈는 도 1에 도시된 바와 같이 신축 및 벤딩 가능한 벨로우즈관(10)과, 벨로우즈관 단부에 결합되어 벨로우즈관과 타 배관을 연결하는 플랜지(20)와, 플렌지에 결합되어 벨로우즈관의 회전축 역할을 하는 회전자(30)를 포함하여 이루어지므로, 타 배관과 벨로우즈관의 연결에 플랜지(20)를 사용하기 때문에 벨로우즈의 하중이 크게 증가되었으며, 플랜지(20)에 결합된 회전자(30)의 구조적 문제로 설치 공간이 많이 필요한 단점이 있다.

즉, 종래의 벨로우즈는 발사체와 같이 설치 공간 및 적정 하중이 일정 이하로 제한되는 분야에 사용하기 어려운 것이다.

따라서, 상기와 같은 단점을 해소한 짐벌 벨로우즈의 필요성이 대두되고 있다.

한국등록특허 제1391341호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 설치 필요 공간을 최소화시킴과 동시에 경량화 가능한 구조로 이루어져 발사체와 같이 일정한 공간안에 다수의 장비를 설치해야 하는 특수 분야에 사용 가능한 짐벌 벨로우즈 모듈을 제공하는 것이다.

또한, 내압에 및 외압에 대한 내구성을 향상시켜 벨로우즈 모듈의 안전성을 향상시키는 것이다.

아울러, 단열을 통해 벨로우즈관을 통과하는 유체가 외부 대기와 열교환 하는 것을 방지함으로서, 내부를 통과하는 유체의 성능 저하를 방지하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈은, 축 방향으로 연장 형성된 벨로우즈관(100); 상기 벨로우즈관(100)의 외면을 감싸되 내면이 벨로우즈관(100)의 외면과 이격 형성되는 외부 하우징(200); 상기 벨로우즈관(100)의 길이방향 일측에 결합되며, 상기 외부 하우징(200)과 제1 핀(10)으로 연결되는 제1 서포트암(310)이 형성되는 제1 스페이서(300); 상기 벨로우즈관(100)의 길이방향 타측에 결합되며, 상기 외부 하우징(200)과 제2 핀(20)으로 연결되는 제2 서포트암(410)이 형성되는 제2 스페이서(400); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 스페이서(300)를 고정시키는 제1 핀(10)의 회전축을 연장한 선과, 상기 제2 스페이스(400)를 고정시키는 제2 핀(20)의 회전축을 연장한 선은 서로 교차하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 서포트암(310)은 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지되, 제1 스페이서(300)와 접촉하는 일측이 타측에 비해 폭이 급격히 좁아지고, 상기 제2 서포트암(410)은 타측에서 일측으로 갈수록 폭이 좁아지되, 제2 스페이서(400)와 접촉하는 타측이 일측에 비해 폭이 급격히 좁아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 스페이서(300) 및 상기 제2 스페이서(400)는 상기 벨로우즈관(100)과 연결배관(1)을 연결하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 서포트암(310)과 상기 제2 서포트암(410)의 외표면은 호선 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 핀(10)은 제1 서포트암(310)과 외부 하우징(200)을 이격시키는 제1 둘레돌기(11)를 포함하고, 상기 제2 핀(20)은 제2 서포트암(410)과 외부 하우징(200)을 이격 시키는 제2 둘레돌기(21)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈은 제1 스페이서와, 제2 스페이서 및 외부 하우징이 벨로우즈관을 감싸는 구조를 가지므로, 내측에 위치되는 벨로우즈관을 보호함과 동시에, 단열성을 한층 향상시키는 효과가 있다.

또한, 벨로우즈관이 제1 스페이서 및 제2 스페이서를 통해 외부관과 연결되어, 벨로우즈관에 인가되는 하중이 최소화 되어 벨로우즈관의 내구 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 형상이 일정하게 유지되는 외부 하우징의 표면과, 외부 하우징 내츠겡 위치되는 제1 스페이서 및 제2 스페이서를 단열처리하면 충분하므로, 단열재 시공이 용이한 장점이 있다.

아울러, 제1 스페이서 및 제2 스페이서와 외부 하우징을 외부로 돌출되지 않는 핀을 이용하여 결합하므로, 외경이 최소화 되어 협소한 설치공간에 적용 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래의 짐벌 벨로우즈를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈의 축방향 단면도.
도 4는 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈의 분해 사시도.
도 5는 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈의 축방향 단면 사시도.

이하, 도면을 참조하여 상기와 같은 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈(1000)에 관하여 설명하도록 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈(1000)은 축 방향으로 연장 형성된 벨로우즈관(100)과, 상기 벨로우즈관(100)의 외면을 감싸되 내면이 벨로우즈관(100)의 외면과 이격 형성되는 외부 하우징(200)과, 상기 벨로우즈관(100)의 길이방향 일측에 결합되며, 상기 외부 하우징(200)과 제1 핀(10)으로 연결되는 제1 서포트암(310)이 형성되는 제1 스페이서(300)와, 상기 벨로우즈관(100)의 길이방향 타측에 결합되며, 상기 외부 하우징(200)과 제2 핀(20)으로 연결되는 제2 서포트암(410)이 형성되는 제2 스페이서(400)를 포함하여 이루어진다.

상세히 설명하면, 로켓과 같은 발사체의 경우 배관을 통해 극저온의 산화제를 운반하는 과정에서 연결 배관(1)의 수축이 발생하고, 복원되는 과정에서 연결 배관(1)이 인장되는 경우나, 연결 배관(1)이 결합되는 대상 장치의 위치가 변화되거나 연결 배관(1)과 결합되는 대상장치가 가변되는 경우, 연결 배관(1)이 벤딩될 필요가 있으므로, 배관의 연결부위에 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈(1000)을 설치하여, 연결 배관의 벤딩이 가능하게 한 것이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 벨로우즈관(100)은 서로 다른 연결 배관(1)들 사이에 위치되고, 상기 제1 스페이서(300) 는 벨로우즈관(100)의 일측에 위치되는 연결 배관(1)과 결합되되, 타측으로 제1 서포트암(310)이 돌출 형성되며, 상기 제2 스페이서(400)는 벨로우즈관(100)의 타측에 위치되는 연결 배관(1)과 결합되되, 일측으로 제2 서포트암(410)이 돌출 형성된다.

즉, 상기 제1 서포트암(310)이 상기 벨로우즈관(100)을 감싸는 상기 외부 하우징(200)과 1축 회전 가능하게 결합되고, 상기 제2 서포트암(410)은 상기 벨로우즈관(100)을 감싸는 상기 외부 하우징(200)과 1축 회전 가능하게 결합되므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 벨로우즈관(100)이 제1 핀(10)의 중심선을 연장 형성한 제1 중심축(A)을 기준으로 벤딩 가능함과 동시에, 제2 핀(20)의 중심선을 연장 형성한 제2 중심축(B)을 기준으로 벤딩 가능한 것이다.

이때, 상기 제1 중심축(A)과 상기 제2 중심축(B)은 서로 교차되어 벨로우즈관(100)이 2축 움직임이 가능하게 하면 충분하지만, 서로 직교 형성되는 것을 권장한다.

그리고, 상기 제1 핀(10)은 제1 서포트암(310)과 외부 하우징(200)을 이격 시키는 제1 둘레돌기(11)를 포함하고, 상기 제2 핀(20)은 제2 서포트암(410)과 외부 하우징(200)을 이격 시키는 제2 둘레돌기(21)를 포함하여 이루어진다.

상세히 설명하면, 서포트암(310, 410)과 외부 하우징(200)이 서로 밀착 결합되어 있을 경우, 벨로우즈관(100) 벤딩 시 힘을 전달받아 회전하는 서포트암(310, 410)에 대응하여 외부 하우징(200) 또한 회전하게 되므로, 외부 하우징(200) 외부 하우징(200)이 서포트암(310, 410)의 회전을 방해한다.

따라서, 본 발명에서는 상기 제1 핀(10)과 상기 제2 핀(20)의 길이방향 중심 외주면에 상기 둘레돌기(11, 21)을 형성하여, 서포트암(310, 410)과 외부 하우징(200)이 함께 회전하는 것을 방지한 것이다.

그리고, 도 3 내지 도 5를 참조하면 상기 서포트암(310, 410)은 벨로우즈관(100) 벤딩 시 제1 중심축(A)과 제2 중심축(B)을 기준으로 회전하며 외부 하우징(200)과 접촉하여, 벨로우즈관(100)의 벤딩 각이 감소되는 것을 방지하기 위하여, 상기 제1 서포트암(310)과 상기 제2 서포트암(410)의 외표면은 호선 형상으로 이루어지는 것을 권장한다.

상세히 설명하면, 제1 서포트암(310) 및 제2 서포트암(410)의 외면과 외부 하우징(200)의 내면의 이격 거리가 커질수록 벤딩 가능한 벨로우즈관(100)의 각이 커지게되나, 제1 서포트암(310) 및 제2 서포트암(410)의 외면과 외부 하우징(200)의 내면의 이격 거리가 커지게 되면 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈(1000)을 설치하기 위한 필요 공간이 커지게 되므로, 제1 서포트암(310)과 제2 서포트암(410)의 외면이 벨로우즈관(100)의 원주방향으로 굴곡진 호선형 단면을 가지게 하여, 외경을 최소화 함과 동시에 스페이서(300, 400)의 회전 반경 또한 극대화 시킨 것이다.

또한, 상기 제1 서포트암(310)은 벨로우즈관(100)의 축방향 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가지되, 제1 스페이서(300)와 접촉하는 일측이 타측에 비해 폭이 급격하게 좁아지는 것을 권장하며, 제2 서포트암(410) 또한 벨로우즈관(100)의 축방향 타측에서 일측으로 갈수록 폭이 좁아지되, 제2 스페이서(400)와 접촉하는 타측이 일측에 비해 폭이 급격히 좁아지게 형성되어, 스페이서(300, 400)의 회전 반경을 더욱 넓힐 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명인 짐벌 벨로우즈 모듈은 벨로우즈관(100)과 연결 배관(1)이 직접 연결될 수 있지만, 제1 스페이서(300)를 통해 벨로우즈관(100)의 일측에 위치되는 연결 배관(1)과 벨로우즈관(100)이 연결되고, 제2 스페이서(400)를 통해 벨로우즈관(100)의 타측에 위치되는 연결 배관(1)과 벨로우즈관(100)이 연결되어 연결 배관(1)의 하중이 벨로우즈관(100)으로 전달되는 것을 최소화할 수 있다.

상세히 설명하면, 벨로우즈관(100)과 연결 배관(1)이 직접 연결될 경우에도, 제1 스페이서(300)와 제2 스페이서(400) 및 외부 하우징(200)이 결합된 조립체가 벨로우즈관(100)으로 전달되는 연결 배관(1)의 하중을 나누어 받을 수 있지만, 제1 스페이서(300) 및 제2 스페이서(400)를 통해 벨로우즈관(100)과 연결 배관(1)을 연결할 경우, 연결 배관(1)의 하중이 벨로우즈관(100)으로 전달되는 것을 한층 더 방지할 수 있으므로, 벨로우즈관(100)과 연결 배관(1)이 간접 연결되는 것을 권장하는 것이다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1 : 연결배관
10 : 제1 핀
11 : 제1 둘레돌기
20 : 제2 핀
21 : 제2 둘레돌기
100 : 벨로우즈관
200 : 외부 하우징
300 : 제1 스페이서
310 : 제1 서포트암
400 : 제2 스페이서
420 : 제2 서포트암

Claims

축 방향으로 연장 형성된 벨로우즈관(100);
상기 벨로우즈관(100)의 외면을 감싸되 내면이 벨로우즈관(100)의 외면과 이격 형성되는 외부 하우징(200);
상기 벨로우즈관(100)의 길이방향 일측에 결합되며, 상기 외부 하우징(200)과 제1 핀(10)으로 연결되는 제1 서포트암(310)이 형성되는 제1 스페이서(300);
상기 벨로우즈관(100)의 길이방향 타측에 결합되며, 상기 외부 하우징(200)과 제2 핀(20)으로 연결되는 제2 서포트암(410)이 형성되는 제2 스페이서(400); 를 포함하는, 짐벌 벨로우즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 스페이서(300)를 고정시키는 제1 핀(10)의 회전축을 연장한 선과, 상기 제2 스페이스(400)를 고정시키는 제2 핀(20)의 회전축을 연장한 선은 서로 교차하는 것을 특징으로 하는, 짐벌 벨로우즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 서포트암(310)은 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 좁아지되, 제1 스페이서(300)와 접촉하는 일측이 타측에 비해 폭이 급격히 좁아지고,
상기 제2 서포트암(410)은 타측에서 일측으로 갈수록 폭이 좁아지되, 제2 스페이서(400)와 접촉하는 타측이 일측에 비해 폭이 급격히 좁아지는 것을 특징으로 하는, 짐벌 벨로우즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 스페이서(300) 및 상기 제2 스페이서(400)는 상기 벨로우즈관(100)과 연결배관(1)을 연결하는 것을 특징으로 하는, 짐벌 벨로우즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 서포트암(310)과 상기 제2 서포트암(410)의 외표면은 호선 형상인 것을 특징으로 하는, 짐벌 벨로우즈 모듈.
제 1항에 있어서,
상기 제1 핀(10)은 제1 서포트암(310)과 외부 하우징(200)을 이격시키는 제1 둘레돌기(11)를 포함하고, 상기 제2 핀(20)은 제2 서포트암(410)과 외부 하우징(200)을 이격 시키는 제2 둘레돌기(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 짐벌 벨로우즈 모듈.