KR20210032548A

KR20210032548A - 커플링 및 원주 홈 형상

Info

Publication number: KR20210032548A
Application number: KR1020217007772A
Authority: KR
Inventors: 저스틴 피. 브란드트; 안토니 제이. 큐보; 필립 웨인 반크로프트
Original assignee: 빅톨릭 컴패니
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2021-03-24
Also published as: EP3693646A1; AU2017395695A1; KR102416212B1; BR122019012787B1; KR102507498B1; TWI684723B; MA45891B1; KR20190094413A; PL3693646T3; CA3049958A1; BR112019010203A2; JP2021191974A; KR20220098277A; MX2019008730A; ES2911033T3; PE20191278A1; MX2023004111A; AU2017395695B2; CA3049958C; KR20220111746A

Abstract

파이프 요소는 원주방향의 홈을 가진다. 홈은 제1 바닥면과 연속적인 제1 측면을 가진다. 단면 관찰할 때 제1 측면 및 제1 바닥면은 함께 제1 90° 원호에서 만난다. 홈은 또한 제2 바닥면과 연속적인 제2 측면을 가진다. 제2 측면은 제1 측면과 이격 관계이고 대향 관계이다. 단면 관찰할 때 제2 측면 및 제2 바닥면은 함께 제2 90° 원호에서 대한다. 제3 바닥면은 제1 바닥면 및 제2 바닥면 모두와 연속적이고 평탄면이다. 파이프 요소들을 연결하기 위한 커플링은 아치형 돌출부를 가지되 이는 파이프 요소의 홈과 체결된다. 아치형 돌출부는 반원 단면을 가진다. 완화 홈이 각각의 아치형 돌출부에 인접하게 위치한다.

Description

커플링 및 원주 홈 형상{COUPLING AND CIRCUMFERENTIAL GROOVE SHAPE}

관련 출원에 대한 상호 참조

본원은 2017.01.24자 출원되고 본원에서 참조로 통합되는 미국가출원번호 62/449,765에 기초하고 우선권을 주장한다.

본 발명은 중합체 파이프 요소들 연결용 파이프 커플링 및 파이프 커플링으로 연결된 파이프 요소들에 관한 것이다.

파이프 요소들을 단부-대-단부 결합하기 위한 기계적 커플링은 동축 정렬되는 파이프 요소들의 단부를 원주방향으로 둘러싸며 배치될 수 있는 상호연결식 세그먼트들을 포함한다. 용어 "파이프 요소"는 본원에서 임의의 관-유사 품목 용어 또는 파이프 같은 형태를 가지는 부품을 기술하기 위하여 사용된다. 파이프 요소들은 파이프 재고품, 파이프 피팅 예컨대 엘보우, 캡 및 티, 유체 조절 부품 예컨대 밸브, 축관, 여과기, 제한기, 압력 조절기 및 기타 등을 포함한다.

파이프 요소들은 둘 이상의 파이프 요소들이 연결되는 조인트에서 파손에 취약하다. 피로 파괴를 유도할 수 있는 주기적으로 인가되는 훨씬 낮은 하중에서, 또는 휨력이 더욱 응력을 더할 때, 파이프 요소들 또는 커플링을 형성하는 재료의 항복강도를 초과하는 파이프 요소들 또는 커플링에서의 응력을 포함하여 조인트에서의 파손은 인가된 힘에 의해 유발될 수 있다. 파괴 모드에 무관하게, e 파이프 요소에서 응력 집중은 파이프 조인트, 특히 일부 중합체 재료는 응력 집중에 취약하므로 중합체 파이프로 조립되는 기계적 파이프 조인트의 성능을 제한하는 주요 원인일 수 있다.

예를들면, 중합체 파이프 요소들이, 파이프 요소의 원주 홈과 체결하는, "키"라고 알려진 아치형 돌출부를 가지는 보통 금속재의 기계적 커플링에 의해 결합될 때 응력 집중이 문제일 수 있다. 홈은, 기계 가공 또는 냉간 가공 (홈 압연 가공)에 의해 형성되든지간에, 홈 측면이 홈 바닥을 만나는 홈의 "코너"에 응력 집중 영역을 가지고, 이러한 영역은 홈 내부에서 키의 체결 지점 가까이 또는 인접하고, 따라서, 힘과 응력은 커플링에 의해 조인트에 걸쳐 전달된다. 또한, 홈 기하구조 및 홈/키 접촉을 규정하는 공지의 설계 평가는 홈 코너에서 응력을 높이는 경향이 있고, 이러한 설계 평가로는 홈 깊이를 최소화 하면서도 성능 측면에서 키 측면 및 홈 측면 간의 체결 높이 극대화 필요성, 및, 중합체 파이프에 대하여는, 홈 바닥에 키가 인가하는, 홈 코너에서 응력을 높일 수 있는 압축력을 최소화하거나 제거하는 것을 포함한다. 다른 힘, 예컨대 휨력이, 조인트에 인가되고 키/홈 계면에 의해서만 전달되는 경우, 응력은 홈 코너에서 더욱 높아진다. 이러한 코너에서, 응력 집중은 두 표면들이 만나 존재하는 뾰족한 코너 또는 작은 반경의 자연스러운 결과로서 형성될 수 있다. 이러한 응력 집중은, 실제 파이프 커플링에서, 커플링 및 파이프 요소 자체의 제작 공차의 필요성으로 더욱 악화된다. 이들 제작 공차는 각각의 부품에서 기하구조 변형을 발생시키고, 이를 수용한다는 것은 커플링 설계자가 응력 집중 영향을 줄일 수 있는 정도를 제한한다는 것이다. 홈 코너에서 증가된 응력 및 자연적으로 생기는 응력 집중은 일부 중합체 파이프 요소에서 작은 균열 형성을 촉진하고, 이는 고도로 인가되는 하중에서 극한 파괴, 또는 주기적 하중을 유도하는 응력에서는 피로 파괴로 이어질 수 있다.

키/홈 계면에서 기하적 변형 영향을 줄이는 것 등에 의해 중합체 파이프의 홈 코너에서 응력 증가 및 이들 지점에서의 응력 집중 를 줄이거나 제거하기 위한 이점이 분명 존재한다.

본 발명은 파이프 요소들을 연결하기 위한 커플링에 관한 것이다. 하나의 예시적 구현예에서 커플링은 중앙 공간을 둘러싸고 서로 단부 대 단부로 부착되는 다수의 세그먼트들을 포함한다. 조정 가능한 부착 부재들은 세그먼트를 서로 부착시키기 위하여 각각의 세그먼트의 반대 단부에 위치한다. 제1 아치형 돌출부 및 제2 아치형 돌출부는 각각의 세그먼트의 반대측에 각자 위치한다. 각각의 아치형 돌출부는 중앙 공간을 관통 연장하고 각각의 세그먼트를 따라 길이방향으로 연장하는 축을 마주본다. 각각의 아치형 구역은 축에 평행하게 취할 때 반원 단면을 가진다. 반원 단면은 아치형 돌출부의 적어도 일부에 걸쳐 연장된다.

예시적 구현예에서, 적어도 하나의 아치형 돌출부는 하나의 세그먼트의 단부에 인접하게 위치한 적어도 하나의 유격 완화 (clearance relief) 영역을 포함한다. 추가 예시로써, 적어도 하나의 유격 완화 영역은 하나의 아치형 돌출부에서 증가되는 곡률 반경 표면을 포함한다. 증가되는 곡률 반경 표면은 축을 마주본다.

예시적 구현예에서, 커플링은 둘 이하의 세그먼트를 포함한다. 추가의 예시적 구현예에서, 각각의 세그먼트 상의 각각의 아치형 돌출부는 각각의 세그먼트의 제1 단부 및 제2 단부에 각자 인접하게 위치하는 제1 유격 완화 영역 및 제2 유격 완화 영역을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 각각의 제1 유격 완화 영역 및 제2 유격 완화 영역은 증가되는 곡률 반경 표면을 포함한다. 증가되는 곡률 반경 표면은 축을 마주본다.

예시적 커플링은 제1 완화 홈 및 제2 완화 홈을 더욱 포함한다. 제1 완화 홈은 제1 아치형 돌출부에 인접하게 위치한다. 제2 완화 홈은 제2 아치형 돌출부에 인접하게 위치한다. 각각의 완화 홈은 각각의 세그먼트를 따라 길이방향으로 연장하고 축을 마주본다. 예시적 구현예는 제1 완화 홈에 인접하게 위치하는 제1 어깨를 더욱 포함한다. 제1 완화 홈은 제1 어깨 및 제1 아치형 돌출부 사이에 있다. 제2 어깨는 제2 완화 홈에 인접하게 위치한다. 제2 완화 홈은 제2 어깨 및 제2 아치형 돌출부 사이에 있다. 제1 어깨 및 제2 어깨는 파이프 요소와 접촉하도록 구성된다.

예시적 구현예에서, 각각의 제1 어깨 및 제2 어깨는 파이프 요소 외면의 곡률 반경과 대략 동일한 곡률 반경을 가진다. 예시적 구현예는 각각의 세그먼트의 단부에 배치되는 적어도 하나의 부착 부재를 더욱 포함한다. 특정한 예시적 구현예에서, 부착 부재는 각각의 세그먼트로부터 외향 연장되는 러그를 포함한다. 각각의 러그는 파스너 수용을 위한 구멍이 형성된다. 또 다른 실시예는 각각의 세그먼트의 반대 단부에 배치되는부착 부재를 포함한다. 예시로써, 부착 부재는 각각의 세그먼트의 반대 단부로부터 외향 연장되는 러그를 포함한다. 각각의 러그는 파스너 수용을 위한 구멍이 형성된다.

예시적 커플링은 중앙 공간 내부에 위치하는 고리 밀폐부를 더욱 포함한다. 고리 밀폐부는 파이프 요소들이 중앙 공간 안으로 삽입되기에 충분한 이격 관계로 세그먼트를 지지하기 위한 외면을 가진다. 부착 부재는 고리 밀폐부와 접촉되도록 세그먼트를 유지한다.

본 발명은 또한, 조합체로서, 파이프 요소 및 파이프 요소를 또 다른 파이프 요소와 결합시키는 커플링을 포괄한다. 예시적 구현예에서 파이프 요소는 보어를 포위하고 형성하는 측벽을 포함한다. 측벽은 보어 반대편을 대향하는 외면을 가진다. 측벽의 외면에 홈이 위치한다. 홈은 보어 주위 원주방향으로 연장된다. 예시로써 홈은 제1 바닥면와 연속적인 제1 측면을 포함한다. 보어를 동축으로 관통 연장되는 축과 평행하게 취한 단면에서 관찰할 때 제1 측면 및 제1 바닥면은 함께 제1 90° 원호로 대한다. 제2 측면은 제2 바닥면과 연속적이다. 제2 측면은 제1 측면과 이격 관계로 대향한다. 보어를 동축으로 관통 연장되는 축과 평행하게 취한 단면에서 관찰할 때 제2 측면 및 제2 바닥면은 함께 제2 90° 원호로 대한다. 예시적 커플링은 중앙 공간을 둘러싸고 서로 단부 대 단부로 부착되는 다수의 세그먼트들을 포함한다. 조정 가능한 부착 부재는 세그먼트를 서로 부착시키기 위하여 각각의 세그먼트의 반대 단부에 위치한다. 제1 아치형 돌출부 및 제2 아치형 돌출부는 각각의 세그먼트의 반대측에 각자 위치한다. 각각의 아치형 돌출부는 중앙 공간을 관통 연장하과 각각의 세그먼트를 따라 길이방향으로 연장하는 축을 마주본다. 각각의 아치형 구역은 축에 평행하게 취할 때 반원 단면을 가진다. 반원 단면은 아치형 돌출부의 적어도 일부에 걸쳐 연장된다.

예시적 조합체는 제1 바닥면 및 제2 바닥면 모두와 연속적인 제3 바닥면을 더욱 포함한다. 제3 바닥면은 평탄면을 포함할 수 있다. 예시로써, 홈은 제1 90° 원호 및 제2 90° 원호를 포함하는 반원 단면 형상을 가진다. 예시적 구현예에서, 적어도 하나의 아치형 돌출부는 하나의 세그먼트의 단부에 인접하게 위치하는 적어도 하나의 유격 완화 영역을 포함한다. 예시로써, 적어도 하나의 유격 완화 영역은 하나의 아치형 돌출부에서 증가되는 곡률 반경 표면을 포함한다. 증가되는 곡률 반경 표면은 축을 마주본다.

예시적 커플링은 둘 이하의 세그먼트를 포함할 수 있다.

예시로써, 각각의 세그먼트 상의 각각의 아치형 돌출부는 각각의 세그먼트의 제1 단부 및 제2 단부에 각자 인접하게 위치하는 제1 유격 완화 영역 및 제2 유격 완화 영역을 포함한다. 예시적 구현예에서, 각각의 제1 유격 완화 영역 및 제2 유격 완화 영역은 증가되는 곡률 반경 표면을 포함한다. 증가되는 곡률 반경 표면은 축을 마주본다.

예시적 조합체는 제1 완화 홈 및 제2 완화 홈을 더욱 포함한다. 제1 완화 홈은 제1 아치형 돌출부에 인접하게 위치한다. 제2 완화 홈은 제2 아치형 돌출부에 인접하게 위치한다. 각각의 완화 홈은 각각의 세그먼트를 따라 길이방향으로 연장하고 축을 마주본다.

예시적 조합체는 제1 완화 홈에 인접하게 위치하는 제1 어깨를 더욱 포함한다. 제1 완화 홈은 제1 어깨 및 제1 아치형 돌출부 사이에 있다. 제2 어깨는 제2 완화 홈에 인접하게 위치한다. 제2 완화 홈은 제2 어깨 및 제2 아치형 돌출부 사이에 있다. 제1 어깨 및 제2 어깨는 파이프 요소와 접촉하도록 구성된다.

예시적 조합체에서, 각각의 제1 어깨 및 제2 어깨는 파이프 요소 외면의 곡률 반경과 대략 동일한 곡률 반경을 가진다. 예시로써, 조합체는 각각의 세그먼트의 단부에 배치되는 적어도 하나의 부착 부재를 더욱 포함한다. 특정한 예시적 구현예에서, 부착 부재는 각각의 세그먼트로부터 외향 연장되는 러그를 포함한다. 각각의 러그는 파스너 수용을 위한 구멍이 형성된다. 예시로써, 부착 부재는 각각의 세그먼트의 반대 단부에 배치된다.

예시적 구현예에서, 부착 부재는 각각의 세그먼트의 반대 단부로부터 외향 연장되는 러그를 포함한다. 각각의 러그는 파스너 수용을 위한 구멍이 형성된다. 예시적 구현예는 중앙 공간 내부에 위치하는 고리 밀폐부를 더욱 포함한다. 고리 밀폐부는 파이프 요소들이 중앙 공간 안으로 삽입되기에 충분한 이격 관계로 세그먼트를 지지하기 위한 외면을 가진다. 부착 부재는 고리 밀폐부와 접촉되도록 세그먼트를 유지한다.

본 발명은 또한 파이프 요소를 수용하기 위한 중앙 공간을 둘러싸고 서로 단부 대 단부로 부착되는 다수의 세그먼트들을 포함하는 파이프 커플링과 함께 사용되는 파이프 요소를 포괄한다. 예시적 구현예에서, 적어도 제1 아치형 돌출부는 커플링의 일측에 위치하고 중앙 공간을 통해 연장되는 축을 마주본다. 아치형 돌출부는 축에 평행하게 취할 때 반원 단면을 가진다. 예시적 파이프 요소는 보어를 포위하고 형성하는 측벽을 포함한다. 측벽은 보어 반대편을 대향하는 외면을 가진다. 측벽의 외면에 홈이 위치한다. 홈은 보어 주위 원주방향으로 연장된다. 예시적 구현예에서 홈은 제1 바닥면와 연속적인 제1 측면을 포함한다. 보어를 동축으로 관통 연장되는 축과 평행하게 취한 단면에서 관찰할 때 제1 측면 및 제1 바닥면은 함께 제1 90° 원호로 대한다. 제2 측면은 제2 바닥면과 연속적이다. 제2 측면은 제1 측면과 이격 관계로 대향한다. 보어를 동축으로 관통 연장되는 축과 평행하게 취한 단면에서 관찰할 때 제2 측면 및 제2 바닥면은 함께 제2 90° 원호로 대한다.

예시적 파이프 요소는 제1 바닥면 및 제2 바닥면 모두와 연속적인 제3 바닥면을 더욱 포함한다. 제3 바닥면은 평탄면을 포함할 수 있다. 예시로써, 홈은 제1 90° 원호 및 제2 90° 원호를 포함하는 반원 단면 형상을 가진다.

본 발명에 따른 커플링 및 파이프 요소들의 조합에 의해 형성되는 조인트는 선행 디자인 대비하여 피로수명 증가 및 최대 압력 성능 증가를 보였다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적 커플링의 등각도;
도 2는 도 1에 도시된 커플링의 부분 등각도;
도 3은 본 발명에 따른 도 1에 도시된 커플링 및 예시적 파이프 요소에 의해 형성되는 조인트의 길이방향 부분 단면도;
도 3A 및 3B는 본 발명에 따른 예시적 파이프 요소 홈의 부분 확대 단면도;
도 3C 및 3D는 커플링 및 파이프 요소의 계면에서 제작 공차의 영향을 보이는 개략도;
도 4는 본 발명에 따른 예시적 커플링 및 예시적 파이프 요소를 사용한 파이프 조인트의 길이방향 단면도; 및
도 5 및 6은 본 발명에 따른 예시적 커플링 및 예시적 파이프 요소를 사용하여 도 3 및 4에 도시된 파이프 조인트를 형성하는 예시적 방법을 도시한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적 파이프 커플링 (10)을 도시한 것이다. 커플링 (10)은 다수의 세그먼트, 본 실시예에서 중앙 공간 (16)을 둘러싸고 서로 단부 대 단부로 부착되는 둘의 세그먼트 (12, 14)를 포함한다. 세그먼트 (12, 14) 부착을 위하여, 조정 가능한 부착 부재 (18)가 각각의 세그먼트의 반대 단부에 위치한다. 이러한 예시적 구현예에서 부착 부재 (18)는 세그먼트 (12, 14)의 단부로부터 반경 방향으로 외향 연장되는 러그 (20)를 포함한다. 세그먼트 (12) 상의 러그 (20)는 세그먼트 (14) 상의 러그 (20)와 대향 관계이고 조정 가능한 파스너 (24), 본 실시예에서 볼트 (26) 및 너트 (28)를 수용하는 관통홀 (22)을 가진다. 파스너 (24)를 조이면 세그먼트들은 서로 당겨지고 하기와 같이 연결 대상 파이프 요소들과 체결된다. 기타 구현예들은 각각의 세그먼트의 하나의 단부에서만 부착 부재 (18)를 가지고, 반대 단부는, 예를들면, 힌지를 이용하여 결합될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트 (12, 14) (12 도시됨)는 각각의 세그먼트 (12, 14)의 반대측 (34, 36)에 위치한 제1 아치형 돌출부 및 제2 아치형 돌출부 (30, 32)를 가진다. 각각의 아치형 돌출부 (30, 32)는 중앙 공간 (16)을 관통 연장하는 축 (38)을 마주본다. 아치형 돌출부 (30, 32)는 각각의 세그먼트 (12, 14)를 따라 길이방향으로 연장된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 세그먼트 (12, 14) (14 도시됨) 상의 각각의 아치형 돌출부 (30, 32)는 축(38)에 평행하게 취할 때 반원 단면 (40)을 가진다. 각각의 아치형 돌출부 (30, 32)에 인접하게, 완화 홈 (31)이 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 반원 단면 (40)은 각각의 아치형 돌출부 (30, 32)의 적어도 일부에 걸쳐 연장된다. 도시된 예시적 커플링에서, 아치형 돌출부 (30, 32)는 또한 유격 완화 영역 (42)을 포함한다. 파이프 요소들을 예비-조립 커플링 (하기됨)에 삽입할 때 이러한 유격 완화 영역은 커플링 (12, 14) 및 파이프 요소들 사이에 유격을 제공한다. 도시된 실시예에서, 유격 완화 영역은 증가되는 곡률 반경 (44)의 표면 (42)을 포함한다. 표면 (42) 상의 반경 (44)은 반원 단면을 가지는 아치형 돌출부 (30, 32)의 곡률 (46) 중심에서 측정된다. 표면 (42)은 세그먼트 (12, 14)의 단부에 인접하게 위치하고 축 (38)을 마주보는 평탄면으로 존재하고 그렇지 않다면 삽입 시 돌출부 (30, 32)는 파이프 요소들과 간섭될 것이다.

도 3 및 4에 더욱 도시된 바와 같이, 본 발명 또한 커플링 (10)에 의해 연결되는 파이프 요소들 (48, 50)을 포괄한다. 본 실시예에서 각각의 파이프 요소 (48, 50)는 보어 (54)를 포위하고 형성하는 측벽 (52)을 포함한다. 측벽 (52)은 또한 보어 (54) 반대측을 향하는 외면 (56)을 가진다. 홈 (58)은 측벽 (52)의 외면 (56)에 위치한다. 홈 (58)은 보어 (54) 주위 원주방향으로 연장된다. 도 3 및 3A에 도시된 예시적 구현예에서, 홈 (58)은 제1 바닥면 (62)과 연속적인 제1 측면 (60)을 포함한다. (보어 (54)를 관통하여 동축 연장되는) 축 (38)과 평행하게 취한 단면에서 관찰할 때, 제1 측면 (60) 및 제1 바닥면 (62)은 함께 제1 90° 원호 (64)에서 대한다. 홈 (58)은 제2 바닥면 (68)과 연속적인 제2 측면 (66)을 더욱 포함한다. 제2 측면 (66)은 제1 측면 (60)과 이격 관계로 대향한다. 축 (38)과 평행하게 취한 단면에서 관찰할 때, 제2 측면 (66) 및 제2 바닥면 (68)은 함께 제2 90° 원호 (70)에서 대한다. 이러한 예시적 구현예에서, 홈 (58)은 제3 바닥면 (72)을 더욱 포함한다. 제3 바닥면 (72)은 제1 바닥면 및 제2 바닥면 (62, 68) 모두와 연속적이고 평탄면, 또는 무한 곡률 반경의 표면을 가진다. 도 3B는 홈 (58)의 또 다른 구현예를 도시하고 이는 제1 바닥면 (62)과 연속적인 제1 측면 (60)을 포함하며 이들은 함께 제1 90° 원호 (64)에서 대한다. 도 3B의 홈 (58)은 제2 바닥면 (68)과 연속적인 제2 측면 (66)을 더욱 포함하고 이들은 함께 제2 90° 원호 (70)에서 대한다. 본 구현예에서, 홈 (58)은 반원 단면 형상을 가지고 이는 제1 90° 원호 (64) 및 상기 제2 90° 원호 (70)를 포함한다.

어느 구현예로 형성되어도 홈 (58)은 종래 파이프 요소에 있는 원주 홈과 연계되는 응력 집중의 영역을 상당히 감소하거나 제거한다. 홈 (58)으로 설명되는 단면 홈을 가지는 파이프 요소의 극한강도 및 피로수명 모두에 있어서, CPVC 파이프 요소들에서 수행된 실험들에서 실제로 동반된 조인트 성능 증가가 관찰된다.

키/홈 계면에서의 제작 공차 영향이 도 3C 및 3D에 도시된다. 각각의 세그먼트 (세그먼트 (14) 도시됨)는 실제 제작 과정에서 의도된 프로파일 (33), 및 허용가능한 공차 상한 (35) 및 허용가능한 공차 하한 (37)을 가진다. 유사하게, 파이프 요소들 (파이프 요소 (50) 도시됨)은 의도된 프로파일 (39), 허용가능한 공차 상한 (41), 및 허용가능한 공차 하한 (43)을 가진다. 기계적 조인트 설계에는 간섭 없는 이러한 공차 여유를 수용하여야 한다. 그러나, 커플링 및 파이프 요소 모두가 허용가능한 공차 상한에 있을 때, 돌출부 (30, 32) 및 홈 (58) 사이에 바람직하지 않은 간섭 (interference)이 생긴다. 완화 홈 (31) (도 3 및 3D 참고)은 공차 상한 (35)의 커플링 및 공차 상한 (41)의 파이프 요소에 대하여 도 3C에 도시된 최대 간섭 구역, 구역 (45)을 제거한다. 이 경우 아치형 돌출부 (32) 및 홈 (58) 간의 끼움은 커플링의 공차 상한선 (35)은 파이프 요소의 공차 상한선 (41)과 간섭하는 (즉, 아래를 지나는) 것으로 도시된다. 그러나, 완화 홈이 존재하면 (도 3D) 이러한 간섭을 없애고 홈 (58) 내부에서 아치형 돌출부 (30, 32)의 더욱 맞는 끼움이 가능하다. 완화 홈 (31)이 없다면, 금속재 커플링 (10)이 중합체 파이프 요소들 (48, 50)의 구역 내 코너에 밀려 넣어질 때 간섭 구역 (45)은 파이프 요소들 (48, 50)에서 추가적인 응력을 발생시키고, 또는 아치형 돌출부 (30, 32)가 홈 (58) 안에 가능한 깊이 안착되는 것을 방해할 것이다.

커플링 및 파이프 요소의 조합이 도 5 및 6에 도시된다. 도 5 (또한 도 1 참고)에 도시된 바와 같이, 커플링 (10)은 "예비-조립 상태"로 도시되고 이 상태로 공장 또는 판매자로부터 공급된다. 예비-조립 상태에서, 세그먼트 (12, 14)는 조정 가능한 부착 부재 (18) (본 실시예에서 러그 (20) 및 파스너 (24)) 서로 단부 대 단부로 부착되되, 이들 사이에 위치하는 고리 밀폐부 (74)에 의해 이격 관계로 지지된다. 고리 밀폐부 (74)는 탄성체 예컨대 EPDM으로 형성되고, 변형되지 않은 상태에서, 커플링 (10)을 분해하지 않고도 파이프 요소들 (48, 50)이 중앙 공간 (16) 안으로 삽입되기에 충분한 이격 관계로 세그먼트 (12, 14)를 지지할 수 있는 크기의 외면 (75) (도 4 참고)을 가진다. 조정 가능한 부착 부재 (18)는 예비-조립 상태에서 세그먼트 (12, 14)를 고리 밀폐부 (74)와 접촉되도록 유지하고 (도 1 및 도 5 참고), 고리 밀폐부 (74)가 약간 압축되어 세그먼트가 느슨하지 않도록 조정된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 파이프 요소들의 삽입은, 유격 완화 영역, 본 실시예에서, 세그먼트 (12, 14)에 인접한 단부에 놓이는 증가되는 곡률 반경 표면 (42) (도 1 및 도 2 참고)에 의해 조력된다. 증가되는 곡률 반경 표면 (42)은 아치형 돌출부 (30, 32)의 영역에 유격을 제공하며 그렇지 않은 경우 여기에서 삽입될 때 파이프 요소들 (48, 50)과 간섭될 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 파스너 (24)가 조여지면 세그먼트들 (12, 14)이 서로를 향하여 당겨지고 아치형 돌출부는 파이프 요소들 (48, 50)에 있는 홈 (58)과 체결되어 파이프 조인트를 형성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 완화 홈 (31)은 파이프 요소들 (48, 50) 및 세그먼트들 (12, 14)의 조합적 공차로 인한 역효과를 줄이거나 제거하여, 인장 하중이 인가되고 공차 조건들이 명목상에서 벗어날 때, 피로수명 증가 및 최대 부하가 가능하다. 완화 홈 (31)은 또한 파이프 요소들 (48, 50)에 대한 추가 응력에 따른 (그렇지 않으면 존재하였을) 간섭을 방지한다. 세그먼트들 (12, 14)이 함께 당겨지면 고리 밀폐부 (74)가 압축되고 세그먼트들 및 파이프 요소들 (48, 50) 사이에서 변형되어 액밀 조인트를 형성한다. 완화 홈 (31)은 또한 형성되는 조인트의 휨 강도를 증가시킨다. 휨 강도는 파이프 요소들 및 파이프 요소 외면의 곡률 반경과 대략 같은 곡률 반경을 가지는 세그먼트의 어깨들 (33) 간의 접촉으로 제공된다. 완화 홈 (31)은 코너 (45)에서의 간섭을 회피하여 (도 3D 참고) 파이프 요소들 및 어깨들 (33) 간의 완전한 접촉을 가능하게 함여, 형성되는 조인트의 휨 강도를 증가시킨다.

Claims

파이프 요소들을 연결하는 커플링으로서, 상기 커플링은:
중앙 공간을 둘러싸고 서로 단부 대 단부로 부착되는 다수의 세그먼트;
상기 세그먼트를 서로 부착하기 위하여 각각의 상기 세그먼트의 반대 단부에 위치하는 조정 가능한 부착 부재;
각각의 상기 세그먼트의 반대측에 각자 위치하는 제1 아치형 돌출부 및 제2 아치형 돌출부로서, 각각의 상기 아치형 돌출부는 상기 중앙 공간을 통해 연장되는 축을 마주보고 각각의 상기 세그먼트를 따라 길이방향으로 연장되고, 각각의 상기 아치형 돌출부는 상기 축에 평행하게 취할 때 반원 단면을 가지고, 상기 반원 단면은 상기 아치형 돌출부의 적어도 일부에 걸쳐 연장되는, 상기 제1 아치형 돌출부 및 제2 아치형 돌출부;
제1 완화 홈 및 제2 완화 홈을 포함하되, 상기 제1 완화 홈은 상기 제1 아치형 돌출부에 인접하게 위치하고, 상기 제2 완화 홈은 상기 제2 아치형 돌출부에 인접하게 위치하고, 각각의 상기 완화 홈은 각각의 상기 세그먼트를 따라 길이방향으로 연장되고 상기 축을 마주보는, 커플링.