KR20190027892A - 플랜지형 파이프 결합용 v-클램프 - Google Patents

Abstract

상호 연결될 두 개의 파이프의 서로 대면하는 단부에 형성된 원형 플랜지를 결합하기 위한 V-클램프이며, 상기 클램프는 상기 파이프 플랜지를 둘러싸도록 구성된 대체로 V-형 단면의 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12), 상기 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12)를 둘러싸는 클램핑 밴드, 상기 클램핑 밴드의 양 단부에 제공되는 루프, 상기 루프에 의해 둘러싸이는 한 쌍의 트러니언(18, 19), 및 상기 트러니언(18, 19)을 통해서 연장되는 체결 나사를 포함하고, 대체로 V-형 단면의 상기 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12)는 상기 클램핑 밴드에 의해 행사되는 반경방향 힘이 상기 플랜지를 서로에 대해 가압하는 축방향 힘으로 적어도 부분적으로 변환되도록 상기 플랜지와 상호 작용하도록 구성된 두 개의 경사면을 구비한다. 나사에 작용하는 굽힘 응력을 감소시키고 클램핑 힘의 분포를 향상시키기 위해, 상기 나사 아래의 위치에서 상기 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12)의 단부 부분에 제공되는 지지 구조물(25, 25a, 25b)을 갖는 V-클램프를 추가로 제공할 것이 제안되며, 상기 지지 구조물(25, 25a, 25b)은 상기 반경방향 힘이 임계치를 초과할 때 상기 반경방향 힘의 일부를 상기 경사면 이외의 표면을 거쳐서 흡수하도록 구성된다.

Description

플랜지형 파이프 결합용 V-클램프

V-클램프는 상호 연결될 두 개의 파이프의 단부에 형성된 원형 플랜지를 결합하기 위해 사용된다.

미국 특허 제2,941,823호는 클램핑 밴드 및 상기 클램핑 밴드에 의해 둘러싸이는 대체로 V-형 단면의 두 개의 개별 반원형 세그먼트를 구비하는 클램프를 개시하고 있다. 클램핑 밴드의 단부는 체결 나사가 이를 통해서 연장되는 한 쌍의 트러니언(trunnion)을 둘러싸는 루프로 형성된다.

클램프가 조여질 때, 트러니언과 밴드 루프 사이의 마찰은 트러니언이 클램프의 중심을 향해 이동함에 따라 나사를 구부리는 경향이 있다.

또한, 파이프 연결부에 가해지는 클램핑 힘은 원주를 따라서 불균일하게 분포되는 바, 나사 아래에서 가장 큰 힘이 발생하고 반대위치에서 가장 낮은 힘이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기 결점을 회피하는 V-클램프를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 V-클램프는 상기 파이프 플랜지를 둘러싸도록 구성된 대체로 V-형 단면의 하나 이상의 세그먼트, 상기 하나 이상의 세그먼트를 둘러싸는 클램핑 밴드, 상기 클램핑 밴드의 양 단부에 제공되는 루프, 상기 루프에 의해 둘러싸이는 한 쌍의 트러니언, 및 상기 트러니언을 통해서 연장되는 체결 나사를 포함한다. 대체로 V-형 단면의 하나 이상의 세그먼트는 클램핑 밴드에 의해 행사되는 반경방향 힘이 플랜지를 서로에 대해 가압하는 축방향 힘으로 적어도 부분적으로 변환되도록 플랜지와 상호 작용하도록 구성된 두 개의 경사면을 갖는다.

본 발명의 일 태양에 따르면, V-클램프는 나사 아래의 위치에서 하나 이상의 세그먼트의 단부 부분에 제공되는 지지 구조물을 추가로 포함하며, 상기 지지 구조물은 반경방향 힘이 임계치를 초과할 때 반경방향 힘의 일부를 경사면 이외의 표면을 거쳐서 흡수하도록 구성된다. 경사면 이외의 표면에 작용하는 반경방향 힘의 일부는 관련 세그먼트의 단부 부분의 추가 탄성 변형에 기여하지 않는다. 따라서, 변형 및 그로 인해 나사에 작용하는 굽힘 응력이 감소된다. 또한, 증가된 변형으로 인한 정지 마찰의 증가가 회피된다. 따라서, 클램핑 밴드가 나사와 트러니언으로부터 이격된 경우의 부분으로의 인장력 전달이 종래의 장치에 비해 개선될 수 있다.

바람직하게, V-클램프는 원주 방향으로 동등하게 이격된 복수의 개별 세그먼트, 가장 바람직하게 세 개의 세그먼트를 구비한다.

본 발명자는 또한 지지 구조물이 하나 이상의 세그먼트의 하나 이상의 단부와 파이프 플랜지 사이에 배치되는 하나 이상의 스페이서를 구비하는 것을 제안한다. 간단한 스페이서는 추가 변형을 확실하게 중지시킬 수 있으며 임계치는 스페이서의 반경방향 두께를 조정함으로써 쉽게 설정될 수 있다. 지지 구조물이 단일의 스페이서 요소를 구비하는 경우에 추가 부분의 개수는 작게 유지될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스페이서는 파이프 플랜지의 반경방향 외표면과 하나 이상의 세그먼트의 단부 사이에 두 개의 개별 스페이서 요소 각각을 구비한다.

본 발명의 추가 실시예에서, 상기 지지 구조물은 대체로 V-형 단면의 하나 이상의 세그먼트의 두 개의 경사면 사이의 연결부에 형성되는 노치를 구비한다. 이 실시예는 조립의 복잡성을 증가시킬 수 있는 추가 부품을 회피하므로 특히 유리하다.

본 발명의 실시예는 이하에서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 V-클램프를 갖는 파이프 연결부의 사시도이다.
도 2는 도 1의 파이프 연결부의 반경방향 단면도이다.
도 3은 반경방향 하중이 낮은 구성에서의 도 1 및 도 2의 파이프 연결부의 축방향 단면의 상세도이다.
도 4는 높은 반경방향 하중에 의해 조여진 상태에서의 도 3의 파이프 연결부의 도시도이다.
도 5는 노치로 형성된 지지 구조물을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파이프 연결부의 축방향 단면의 상세도이다.
도 6은 단일 스페이서로 형성된 지지 구조물을 갖는 본 발명의 제3 실시예에 따른 파이프 연결부의 반경방향 단면도이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 V-클램프를 갖는 파이프 연결부의 사시도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 V-클램프는 클램프에 의해 결합될 두 개의 파이프(24, 27)의 인접한 플랜지(13, 14)(도 2)를 둘러싸도록 구성된 대체로 V-형 단면의 세 개의 세그먼트(10, 11, 12)를 구비한다. 이들 세그먼트(10-12)는 파이프 플랜지(13, 14) 주위에 동등하게 이격되고 클램핑 밴드(15)에 의해 둘러싸이며, 클램핑 밴드의 양 단부에는 한 쌍의 트러니언(18, 19)을 수용하는 루프(16, 17)가 형성된다. 체결 나사(20)는 각각의 루프(16, 17)를 통해서 연장된다. 도 1에 도시된 조여지지 않은 상태에서, 세그먼트(10-12)는 갭(21, 22, 23)만큼 상호 이격되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 클램핑 밴드는 파이프 플랜지(13, 14)의 둘레의 80 또는 90%를 초과하는 대부분을 둘러싼다. 클램프가 나사(20)에 의해 조여질 때, 갭(21...23)은 감소되고 세그먼트(10-12)는 플랜지(13, 14) 상에 반경방향으로 가압되어 두 개의 파이프(24, 25)를 함께 클램핑한다. 반경방향 힘이 세그먼트(10-12) 상에 가해진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 세그먼트(11-13)는 플랜지(13, 14)의 대응 측방 표면에 기대어지는 두 개의 경사진 내표면을 구비하며, 상기 대응 측방 표면은 세그먼트(10-12)의 내표면의 각도와 유사한 각도로 각각 경사져 있다. 플랜지(13, 14)의 대향하는 축방향 단부면 사이에 개스킷(28)이 배치된다. 경사로 인해, 클램핑 밴드에 의해 행사되는 반경방향 힘의 일부는 플랜지(13, 14)를 서로에 대해 가압하여 개스킷(28)을 압축시키는 축방향 힘으로 적어도 부분적으로 변환된다.

도 2로 돌아가서, 클램핑 밴드(15)에 의해 전달되는 반경방향 클램핑 힘은 클램프의 둘레에 걸쳐서 균일하지 않다. 기하학적 제약으로 인해, 클램핑 힘은 트러니언(18, 19) 아래에서 최대치를 보여준다. 또한, 불가피한 정지 마찰은 나사(20) 및 트러니언(18, 19)까지의 거리가 증가할수록 반경방향 클램핑 힘이 감소되는 결과를 초래한다. 또한, 시스템의 탄성, 즉 세그먼트(10-12) 중 하나의 특정 지점의 반경방향 이동과 그 지점에 가해지는 반경방향 힘의 비율이 세그먼트(10-12)의 길이에 걸쳐서 균일하지 않고 오히려 그 단부 쪽으로 갈수록 증가한다.

트러니언(18, 19)은 최대 힘의 영역이 최대 탄성의 영역과 일치하도록 세그먼트(10, 12)의 단부에 근접하여 배치된다. 따라서, 세그먼트(10, 12)의 변형은 트러니언 아래의 세그먼트(10, 12)의 단부 부분에서 특히 크다. 이것은 종래의 클램프에 적용되지만, 이하에서 더 상세히 설명하듯이 반경방향 클램핑 힘이 임계치를 초과하지 않는 한 본 발명에 따른 클램프에 적용된다.

트러니언(18, 19) 아래의 세그먼트(10, 12)의 단부 부분에서 높은 탄성과 높은 힘의 일치는 세그먼트(10, 12)의 이들 단부 부분에서 비교적 큰 굽힘 변형을 초래한다. 이는 다양한 문제를 초래한다.

첫 번째로, 클램핑 밴드(15)와 세그먼트(10, 12)의 외표면 사이의 정지 마찰은 외표면의 곡률이 증가할수록 증가한다. 증가된 정지 마찰은 클램핑 힘이 나사(20)로부터 먼 부분, 즉 도 2의 바닥의 6시 위치로 전달되는 것을 손상시킨다.

두 번째로, 세그먼트(10, 12)의 단부 부분의 굽힘 변형은 루프(16, 17)의 내측 선회 동작을 초래한다. 이러한 선회 동작의 결과로, 트러니언(18, 19)의 외표면과 루프(16, 17)의 내표면 사이의 정지 마찰은 트러니언 상에 토크를 전달하며, 이는 이어서 나사(20)의 굽힘 응력을 초래한다. 굽힘 정도는 루프(16, 17)의 내측 선회 동작의 각도에 종속되며, 상기 각도는 다시 세그먼트(10, 12)의 단부 부분의 반경방향 변형 정도에 종속된다. 본 발명자는 이 굽힘 응력이 종래의 V-클램프의 고장에 대한 하나의 중요한 이유라는 것을 찾아냈다.

본 발명에 따르면, 클램프에는 지지 구조물이 제공된다. 도 1 및 도 3의 실시예에서, 지지 구조물은 나사(20) 아래에 배치된 두 개의 세그먼트(10, 12)의 단부 부분에서의 두 개의 스페이서(25a, 25b)로 구성된다.

도 3에 도시된 작은 클램핑 힘의 범위에서, 스페이서(25a, 25b)는 클램핑 힘의 분포에 전혀 영향을 미치지 않는다. 스페이서(25a, 25b)의 반경방향 두께는 언로드된 상태에서 플랜지(13, 14)의 반경방향 외측 림과 세그먼트(10-12)의 내측 하면(29) 사이의 갭의 반경방향 폭보다 작다. 그러나, 클램핑 힘이 증가할수록, 플랜지(13, 14)의 반경방향 외측 림과 내측 하면(29) 사이의 갭의 폭은 스페이서(25a, 25b)의 두께와 일치할 때까지 감소하며, 스페이서는 이후 플랜지(13, 14) 상에 내려가 닿고 세그먼트(10)의 임의의 추가 변형을 중지시킨다.

스페이서(25a, 25b)가 플랜지(13, 14)와 하면(29) 모두에 접촉하는데 필요한 힘은 임계 힘으로 정의되며, 스페이서(25a, 25b)의 두께 및 세그먼트(10-12)에 사용되는 재료의 탄성을 변경함으로써 적절히 설정될 수 있다. 임계 힘은 목표 체결 토크보다 작은 나사(20)의 체결 토크 값에 도달하도록 설정된다.

도 4의 높은-힘 구성에서 세그먼트(10)에 작용하는 임계치를 넘어서는 반경방향 클램핑 힘의 추가 증가는 세그먼트(10, 12)의 하면(29)을 거쳐서 플랜지(13, 14)의 림에 의해 직접 흡수될 것이며 따라서 두 개의 파이프(24, 25)를 함께 클램핑하는 축방향 힘의 추가 증가를 초래하지 않는다. 따라서 스페이서(25a, 25b)에 의해 형성된 지지 구조물은 반경방향 힘이 임계치를 초과할 때 경사면(30, 31) 이외의 표면(29)을 거쳐서 반경방향 힘의 일부를 흡수한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지지 구조물은 나사(20) 및 트러니언(18, 19) 아래에 배치된 세그먼트(10, 12)의 단부 부분의 굽힘 변형을 제한한다. 따라서, 과도한 굽힘 변형의 문제적 결과, 즉 나사(20)로부터 이격된 클램핑 밴드(15)의 부분으로의 감소된 힘 전달 및 나사(20)에 작용하는 굽힘 응력 또한 제한되거나 감소될 수 있다. 개선된 힘 전달은 나사의 주어진 토크에서, 나사(20)로부터 이격된 부분에서 더 높은 클램핑 힘과 그로 인한 더 우수한 밀봉 특성을 초래한다. 종래의 V-클램프에 비해서, 지지 구조물의 존재는 트러니언(18, 19)의 바로 아래에서 축방향 클램핑 힘을 감소시킨다. 그러나, 임계 힘은 여전히 충분하도록 설정될 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 추가 실시예를 도시한다. 하기 설명은 도 1 내지 도 4의 실시예와의 차이점으로 제한되며, 변경되지 않은 특징에 대해서는 도 1 내지 도 4의 실시예에 대한 상기 설명을 참조하기 바란다. 유사점을 강조하기 위해 동일하거나 유사한 기능을 갖는 특징부에 대해서는 동일한 참조 번호가 사용된다.

도 5의 실시예에서, 지지 구조물은 트러니언(18, 19) 아래에 배치된 세그먼트(10, 12)의 단부 부분에서 하면(29) 상의 돌출부(25c)로서 형성된다. 내면(29)에서의 돌출부(25c)는 세그먼트(10-12)의 외표면에 엠보싱 형성된 노치의 결과이다. 하면(29) 위로 돌출하는 돌출부(25c)의 반경방향 두께는 클램핑 힘이 임계치에 도달할 때 돌출부가 플랜지(13, 14)의 반경방향 외측 림 상으로 내려가 닿도록 설정된다. 제조 및 조립의 용이함을 위해서, 돌출부(25c)는 트러니언(18, 19) 아래에 배치되지 않는 이들 돌출부(25c)가 결코 플랜지(13, 14)와 접촉하지 않고 따라서 일체의 기능을 하지 않아도 모든 세그먼트의 양 단부 부분에 제공될 수 있다.

도 6의 실시예에서, 지지 구조물은, 갭(21)을 커버하고 세그먼트(10, 12)의 단부 부분 아래에 끼워지는 단일 스페이서 부재(25)로서 형성된다.

본 발명은 위에서 설명되고 첨부 도면에 개시된 특징들의 특정 조합으로 한정되지 않는다. 통상의 기술자는 청구범위에 한정되어 있는 본 발명을 의도된 용도에 적응시키기 위해 여러 특징의 다른 조합 또는 준조합을 찾아낼 수 있을 것이다. 특히, 도 5와 관련하여 기술된 노치를 도 1 내지 도 4 및 도 6의 실시예에 개시된 스페이서와 조합하는 지지 구조물을 제공할 수 있다.

10...12: 세그먼트
13, 14: 플랜지
15: 클램핑 밴드
16, 17: 루프
18, 19: 트러니언
20: 체결 나사
21...23: 갭
25a, 25b: 스페이서
25c: 돌출부
26, 27: 파이프
28: 개스킷
29: 하면
30: 경사면
31: 경사면

Claims (7)

1. 상호 연결될 두 개의 파이프(26, 27)의 서로 대면하는 단부에 형성된 원형 플랜지(13, 14)를 결합하기 위한 V-클램프이며, 상기 클램프는 상기 파이프 플랜지(13, 14)를 둘러싸도록 구성된 대체로 V-형 단면의 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12), 상기 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12)를 둘러싸는 클램핑 밴드(15), 상기 클램핑 밴드(15)의 양 단부에 제공되는 루프(16, 17), 상기 루프(16, 17)에 의해 둘러싸이는 한 쌍의 트러니언(18, 19), 및 상기 트러니언(18, 19)을 통해서 연장되는 체결 나사(20)를 포함하고, 대체로 V-형 단면의 상기 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12)는 상기 클램핑 밴드에 의해 행사되는 반경방향 힘이 상기 플랜지를 서로에 대해 가압하는 축방향 힘으로 적어도 부분적으로 변환되도록 상기 플랜지와 상호 작용하도록 구성된 두 개의 경사면(30, 31)을 갖는, V-클램프에 있어서,
   상기 나사(20) 아래 및/또는 상기 트러니언(18, 19) 아래의 위치에서 상기 하나 이상의 세그먼트(10, 12)의 단부 부분에는 지지 구조물(25, 25a, 25b, 25c)이 제공되며, 상기 지지 구조물(25, 25a, 25b, 25c)은 상기 반경방향 힘이 임계치를 초과할 때 상기 반경방향 힘의 일부를 상기 경사면(30, 31) 이외의 표면(29)을 거쳐서 흡수하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 V-클램프.
2. 제1항에 있어서, 원주 방향으로 동등하게 이격된 복수의 개별 세그먼트(10, 11, 12)를 구비하는 V-클램프.
3. 제2항에 있어서, 세 개의 세그먼트(10, 11, 12)를 구비하는 V-클램프.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 구조물은 상기 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12)의 하나 이상의 단부와 상기 파이프 플랜지(13, 14) 사이에 배치되는 하나 이상의 스페이서(25, 25a, 25b)를 구비하는 V-클램프.
5. 제4항에 있어서, 상기 지지 구조물(25, 25a, 25b)은 단일 스페이서 요소(25)를 구비하는 V-클램프.
6. 제4항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 파이프 플랜지(13, 14)의 반경방향 외표면과 상기 하나 이상의 세그먼트(10, 11, 12)의 단부 부분 사이에 두 개의 개별 스페이서 요소(25a, 25b) 각각을 구비하는 V-클램프.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 구조물은 상기 두 개의 경사면(30, 31)을 연결하는 하면(29) 상에 형성된 돌출부(25c)를 구비하는 V-클램프.

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