KR20220009185A - 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과도한 벨로우즈의 과도한 수축 및 변형을 방지할 수 있는 외압형 익스펜션 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 조인트 배관과 연결되는 외측관, 상기 외측관의 내측에 위치하는 내측관, 상기 외측관과 상기 내측관 사이에 배치되는 신축 가능한 벨로우즈관, 일측 단부가 상기 외측관의 단부와 연결되고, 타측 단부는 상기 벨로우즈관에서 배관의 신축에 따른 위치의 변화가 없는 고정 단부와 연결되는 링 플레이트 및 일측 단부가 상기 벨로우즈관에서 배관의 신축에 따른 위치 변화가 일어나는 자유 단부 및 상기 내측관의 단부와 연결되고, 타측 단부는 상기 외측관과 내접하여 슬라이딩하는 가이드 링을 포함하고, 상기 외측관의 내면에는 상기 가이드 링의 이동을 규제하는 돌기가 형성되어 있는 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트를 제공할 수 있다.

Description

외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트{External pressure type bellows expansion joint}

본 발명은 건축물 또는 구축물용 배관계에 사용되는 연결 부품으로서, 온도차에 의한 배관의 수축과 팽창 및 진동을 흡수할 수 있는 벨로우즈를 포함하고, 과도한 수출 또는 팽창을 방지하는 외압형 익스펜션 조인트에 관한 것이다.

건구축물용 배관에는 설치 후 지속적으로 온도차에 의한 수축과 팽창이 이루어지고 각종 충격으로 인한 진동이 발생하기 때문에 이를 흡수하거나 완충하기 위해 배관 사이의 이음을 위해 익스펜션 조인트가 사용된다.

익스펜션 조인트에는 충격과 변형을 흡수하기 위해 벨로우즈가 많이 사용되는데, 익스펜션 조인트에 사용되는 벨로우즈는 금속으로된 주름관으로 하나 이상의 강판을 겹치고 이를 주름관으로 성형하여 만들어 스프링 작용으로 수축과 팽창이 원활하게 일어나고 충격 흡수와 변형이 자유롭게 일어날 수 있게 된다. 따라서 배관 사이에 이러한 벨로우즈를 포함하는 익스펜션 조인트를 배치함으로써 발생하는 다양한 진동과 배관의 수축 및 팽창을 흡수할 수 있게 된다.

벨로우즈를 포함하는 배관용 익스펜션 조인트는 벨로우즈의 배치에 따라 내압형과 외압형으로 나뉘게 되는데 이중 외압형 익스펜션 조인트는 두 배관을 연결할 때 한쪽 배관은 직경이 큰 외측관과 연결되고 다른 쪽 배관은 외측관 보다 직경이 작은 내측관과 연결되어, 내측관은 외측관에 삽입된 상태에서 내측관의 단부와 외측관의 단부를 벨로우즈로 용접하여 연결하게 되는 구조이다. 이러한 구조는 도 1에서 나타내었다.

이렇게 외압형 익스펜션 조인트에 의해 연결되면 배관을 통과하는 유체가 벨로우즈 바깥쪽에서도 압력을 가해주어 벨로우즈는 내측관과 외측관 사이에서 안정적으로 형태를 유지하면서 신축될 수 있게 된다.

그런데, 종래의 외압형 익스펜션 조인트는 수축하는 경우 그 수축 정도가 너무 심하게 되면 벨로우즈의 변형이 심하게 되어 벨로우즈가 뒤틀리거나 손상을 입는 경우가 종종 발생하였다.

대한민국등록특허공보 제10-0042277호

본 발명은 과도한 벨로우즈의 과도한 수축 또는 팽창을 억제함으로써 배관계의 변형을 방지할 수 있는 외압형 익스펜션 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 조인트 배관과 연결되는 외측관, 상기 외측관의 내측에 위치하는 내측관, 상기 외측관과 상기 내측관 사이에 배치되는 신축 가능한 벨로우즈관, 일측 단부가 상기 외측관의 단부와 연결되고, 타측 단부는 상기 벨로우즈관에서 배관의 신축에 따라 상기 외측관에 대해 위치의 변화가 없는 고정 단부와 연결되는 링 플레이트 및 일측 단부가 상기 벨로우즈관에서 배관의 신축에 따라 상기 외측관에 대해 위치 변화가 일어나는 자유 단부 및 상기 내측관의 단부와 연결되고, 타측 단부는 상기 외측관과 내접하여 슬라이딩하는 가이드 링을 포함하고, 상기 외측관의 내면에는 상기 가이드 링의 이동을 규제하는 돌기가 형성되어 있는 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트를 제공할 수 있다.

또한, 상기 돌기는 상기 외측관의 외부에서 프레스하여 돌출부를 형성하여 만들어질 수 있다.

또한, 상기 돌기는 상기 외측관의 내부에서 핀을 배치하여 만들어질 수 있다.

또한, 상기 링 플레이트는 절곡되어 상기 벨로우즈관의 상기 고정 단부와 면접촉하여 레이저 용접되고, 상기 가이드 링은 상기 벨로우즈관의 상기 자유 단부 및 상기 내측관의 단부와 함께 레이저 용접될 수 있다.

또한, 상기 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 양 단부에는 에스알(SR) 조인트가 연결되어 배치될 수 있다.

본 발명에 따라, 외측관의 내면에 돌기를 형성하는 단계, 벨로우즈관의 자유 단부와 상기 외측관 보다 작은 직경을 가지는 내측관의 일측 단부 및 일측 단부가 상기 외측관과 내접하는 가이드 링의 프레스 공정으로 절곡된 타측 단부를 면접촉한 후 레이저 용접을 통해 연결하는 단계, 상기 벨로우즈관의 고정 단부와 상기 외측관의 단부와 연결되는 링 플레이트의 프레스 공정으로 절곡된 단부를 면접촉한 후 레이저 용접을 통해 연결하는 단계, 연결된 상기 벨로우즈관, 내측관, 가이드 링 및 링 플레이트를 조인트 배관과 연결된 상기 외측관에 삽입하는 단계 및 상기 링 플레이트의 단부와 상기 외측관의 단부를 용접하여 연결하는 단계를 포함하는 신축 가능한 벨로우즈를 포함하는 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 돌기는 외측관의 외부에서 프레스하여 돌출부를 형성하여 만들어질 수 있다.

또한, 상기 돌기는 외측관의 내부에서 핀을 배치하여 만들어질 수도 있다.

본 발명에서 제공하는 벨로우즈를 포함하는 외압형 익스펜션 조인트 및 그 제조 방법에 따라 벨로우즈의 뒤틀림에 의한 변형 및 손상을 방지할 수 있어서 사용 중 수명이 증대되고 유지보수에 유리하게 된다.

도 1은 종래의 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 돌출부가 형성된 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 외측관 내면에 관통핀이 배치된 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 외측관 내면에 삽입핀이 배치된 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 일 실시예에 따른 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 연결부분 확대도이다.
도 7은 종래의 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 연결부분 확대도이다.
도 8은 본 발명에 따라 에스알 조인트를 포함하는 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 단면도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 건축용 배관에서 사용되는 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트에 관한 것이다. 건축용 배관의 온도차에 의한 배관의 수축과 팽창, 충격에 의한 진동 등을 흡수하기 위해 벨로우즈가 사용되는데, 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트는 이러한 벨로우즈를 두 배관이 서로 중첩되는 중간에 배치하여 연결함으로써 배관내에서 발생하는 수압에 의해 벨로우즈의 변형이 심하게 일어나는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외압형 익스펜션 조인트의 단면도이다. 여기서 한 쪽 조인트 배관(60)에는 외측관(10)이 연결되고, 이러한 외측관(10) 안으로 내측관(20)이 삽입된다. 삽입된 내측관(20)과 외측관(10) 사이에는 벨로우즈관(30)이 배치되고, 벨로우즈관(30)은 링 플레이트(40)를 통해 외측관(10)과 연결된다.

벨로우즈관(30)과 링 플레이트(40)는 벨로우즈관(30)의 고정 단부(31)에서 연결되는데, 고정 단부(31)는 링 플레이트(40)를 통해 외측관(10)에 고정되어 연결됨으로써 배관의 신축에 따라 외측관(10)에 대해 그 위치가 변동되지 않게 된다.

벨로우즈관(30)에서 이와 같은 고정 단부(31) 반대쪽의 자유 단부(32)는 외측관(10)의 내부에 위치하는 내측관(20)의 단부와 연결되어 배관의 팽창 및 수축에 따라 벨로우즈관(30)도 팽창 및 수축하여 외측관(10)에 대해 위치가 변할 수 있게 된다. 이러한 자유 단부는(32) 또한 가이드 링(50)과도 연결되는데, 가이드 링(50)의 일 단부(52)는 외측관(10)의 내면에 접촉하면서 슬라이딩 할 수 있고, 다른 단부(51)는 벨로우즈관(30)의 자유 단부(32)와 연결된다. 이러한 가이드 링(50)은 벨로우즈관(32)의 자유 단부(32) 위치 이동에 따라 외측관(10)의 내면을 따라 슬라이딩하면서 벨로우즈관(30)의 원활한 팽창과 수축이 이루어지도록 돕게 된다.

이때, 벨로우즈관(30)의 과도한 변형은 문제가 될 수 있다. 특히 배관에 물이 채워지게 되면 가이드 링(50)에는 벨로우즈관(30)이 수축하는 방향으로 큰 압력이 가해지고 이러한 압력에 따라 벨로우즈관(30)은 수축하게 되는데 너무 많이 수축하면 벨로우즈관(30)의 뒤틀림이 발생하고 이에 따른 손상이 일어날 수 있고, 또한 이러한 익스펜션 조인트의 지나친 인장 팽창은 연결된 배관 파이프의 휨의 원인이 되어 파손으로 이어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 외압형 익스펜션 조인트는 이러한 압축량을 일정한 범위 이내로 제어하기 위해 외측관 내면에 돌기를 형성하여 가이드 링(50)의 이동을 규제함으로써 벨로우즈관(30)의 수축량을 제어하게 된다. 이러한 돌기는 외측관의 내면에 원주 방향으로 복수 개가 설치될 수 있다.

도 3에서는 외측관(10)의 내면에 돌기로서 형성되는 돌출부(11)가 벨로우즈관(30)에 연결되어 외측관(10)에 내접하는 가이드 링(50)의 움직임을 규제하는 것을 나타낸다. 가이드 링(50)의 외측관(10)과 내접하는 단부(52)는 돌출부(11)에 의해 움직임이 규제되고 이에 따라 가이드 링(50)에 연결된 벨로우즈관(30)은 일정 범위 이상으로 압축이 어렵게 될 수 있다. 이러한 돌출부(11)는 외측관의 내면에 원주 방향으로 복수로 설치될 수 있고, 외측관(10)의 외면에서 프레스 성형을 통해 형성될 수 있다.

또한, 돌기는 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 도 3에서와 같이 프레스 성형을 통해 형성될 수 있는 돌출부(11)는 배관의 크기가 크고 두께가 두꺼운 경우에는 적용하기 어려운 점이 있다. 이러한 공정의 문제점을 해결하기 위해 도 4에서는 외측관(10)에 구멍을 내고 여기에 돌기에 해당하는 관통핀(12)을 끼워넣는 구조를 통해 벨로우즈관(30)의 수축을 제어하는 것이 가능하다. 이렇게 끼워진 관통핀(12)은 외측관(10)과 용접 결합될 수 있다. 이러한 관통핀(12)은 외측관(10)의 원주 방향으로 복수 개가 설치될 수 있다.

또한, 도 5에서와 같이 돌기로서 고정핀(13)이 외측관(10)의 내면에 설치될 수도 있다. 이러한 고정핀(13)은 외측관 내면에 용접하여 부착됨으로써 가이드 링(50)의 움직임을 규제할 수 있다. 마찬가지로 고정핀(13)은 외측관(10)의 원주 방향으로 복수 개로 설치될 수 있다.

한편, 도 6에서 나타낸 바와 같이 벨로우즈관(30)의 고정 단부(31)와 링 플레이트(40)의 연결은 링 플레이트(40)의 한 쪽면에서 면 접촉 후 용접을 통해 이루어지고 링 플레이트(40)의 다른 한 쪽은 절곡되어 외측관(10)과 연결될 수 있다. 면 접촉 후 용접은 레이저 용접을 통해 이루어질 수 있다.

또한, 벨로우즈관(30)의 자유 단부(32)와 가이드 링(50) 및 내측관(20)의 연결은 자유 단부(32)와 가이드 링(50)의 절곡된 단부(51)와 내측관(20)의 단부가 함께 겹쳐져 면 접촉된 후 레이저 용접을 통해 이루어질 수 있다.

이러한 면 접촉 및 레이저 용접은 실제 조립공정이 신속하게 이루어지고 견고한 연결부를 형성할 수 있도록 한다.

종래에는 도 1의 A부를 확대한 도 7(a)와 B부를 확대한 도 7(b)와 같이 주로 TIG 또는 전기저항 용접을 통해 여러군데를 차례로 용접하였는데, 이러한 TIG용접 또는 전기저항 용접 등은 필러를 이용해 용접이 이루어져서 결합도가 약하고 공정 시간이 길어서 제조 비용이 증가될 뿐만 아니라 모재에 열영향부(HAZ, Heat affected zone) 형성이 커져서 이로 인한 균열 가능성이 높아지게 되는 반면에 레이저 용접은 연결하고자 하는 모재를 완전 용입하여 연결을 시키고 공정 시간이 짧아 열영향부의 형성이 최소화되어 용접부의 신뢰성이 높고, 제조 비용도 줄일 수 있게 된다.

또한, 이러한 익스펜션 조인트는 다른 배관과 연결할 때 특성상 용접으로 연결될 수 없기 때문에, 종래에는 일반적으로 플랜지를 익스펜션 조인트 양 끝에 연결하여 이를 통해 다른 배관과 연결하였다. 이러한 플랜지 연결은 현장에서 많은 작업을 요구하고 이로 인해 시공 단가가 높아지는 문제가 있다.

이러한 플랜지 연결에 대한 대안으로서 에스알(SR) 조인트가 있다. 에스알 조인트는 압착 프레스를 통해 관과 관 이음쇠의 연결부위를 균일하게 압착하는 방식으로 용접에 비해 간편하여 실제 현장에서 사용시 시공 시간을 크게 단축할 수 있고, 플랜지 방식에 비해 플랜지나 볼트 등의 부품이 필요 없어 부품 단가도 낮아지는 장점이 있다.

그런데, 종래의 익스펜션 조인트에서 주로 사용되는 배관은 압력배관용 탄소강관(일명 캘린더 파이프)으로 이러한 탄소강관은 그 두께가 두꺼워서 에스알 조인트를 사용하기 어려운 점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 다른 배관과 연결되는 익스펜션 조인트의 조인트 배관(60)과 내측관(20)을 일반적인 압력배관용 탄소강관 대신에 플랜지 연결이 아닌 소켓형 압착 오링 방식의 에스알(SR) 조인트를 통해 연결이 이루어질 수 있는 스테인레스관을 사용하여, 플랜지 방식에 비해 현장에서 시공 시간을 크게 줄일 수 있고 플랜지 등의 부품을 줄여 부품 단가를 낮출 수 있게 된다.

따라서, 조인트 배관(60)과 내측관(20)을 건축용 배관재인 KS D 3595 규격을 만족하는 스테인레스 강관을 사용함으로써 익스펜션 조인트의 양 단부에 에스알(SR) 조인트(70)에 의해 연결할 수 있게 되고 도 8에서와 같이 실제 현장에서 에스알 조인트를 연결할 필요 없이 바로 사용할 수 있도록 일체형으로 연결되어 제공될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 신축 가능한 벨로우즈를 포함하는 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트를 제조하는 방법을 제공한다. 제조 방법은 외측관의 내면에 돌기를 형성하는 단계; 벨로우즈관의 자유 단부와, 상기 외측관 보다 작은 직경을 가지는 내측관의 일측 단부 및 일측 단부가 상기 외측관과 내접하는 가이드 링의 프레스 공정으로 절곡된 타측 단부를 면 접촉한 후 레이저 용접을 통해 연결하는 단계, 상기 벨로우즈관의 고정 단부와 상기 외측관의 단부와 연결되는 링 플레이트의 프레스 공정으로 절곡된 단부를 면 접촉한 후 레이저 용접을 통해 연결하는 단계, 연결된 상기 벨로우즈관, 내측관, 가이드 링 및 링 플레이트를 조인트 배관과 연결된 상기 외측관에 삽입하는 단계 및 상기 링 플레이트의 단부와 상기 외측관의 단부를 연결하는 단계를 포함한다.

외측관의 내면에 돌기를 형성하는 단계는 외측관의 외면에서 프레스를 통해 돌출부를 형성하거나, 외측관에 구멍을 내고 여기에 관통핀을 삽입하고 이를 용접하여 형성하거나 또는 외측관의 내면에 고정핀을 고정시켜 형성하는 방법을 포함하게 된다.

벨로우즈관의 자유 단부와 가이드 링 그리고 내측관을 레이저 용접을 통해 한번에 연결하고, 벨로우즈관의 고정 단부와 링 플레이트를 레이저 용접한 후 이렇게 연결된 결합물을 조인트 배관이 연결된 외측관에 삽입하고 링 플레이트와 외측관의 단부를 연결함으로써 외압형 익스펜션 조인트를 제조할 수 있게 된다.

여기서, 링 플레이트와 가이드 링은 프레스 공정을 통해 절곡되어 각각 벨로우즈관의 고정 단부 및 자유 단부와 면접촉할 수 있게 된다.

또한, 만들어진 외압형 익스펜션 조인트의 양 단부에 에스알 조인트를 연결하는 공정을 포함함으로써 실제 현장에서 설치의 편의성을 높일 수 있게 된다. 에스알 조인트의 연결은 에스알 조인트 내로 삽입 및 압착되어 연결될 수 있고, 용접에 의해 연결될 수도 있다.

10 : 외측관 20: 내측관 30 : 벨로우즈관
40 : 링 플레이트 50: 가이드 링 60 : 조인트 배관
70 : 에스알 조인트

Claims (8)

1. 조인트 배관과 연결되는 외측관;
   상기 외측관의 내측에 위치하는 내측관;
   상기 외측관과 상기 내측관 사이에 배치되는 신축 가능한 벨로우즈관;
   일측 단부가 상기 외측관의 단부와 연결되고, 타측 단부는 상기 벨로우즈관에서 배관의 신축에 따라 상기 외측관에 대해 위치의 변화가 없는 고정 단부와 연결되는, 링 플레이트; 및
   일측 단부가 상기 벨로우즈관에서 배관의 신축에 따라 상기 외측관에 대해 위치 변화가 일어나는 자유 단부 및 상기 내측관의 단부와 연결되고, 타측 단부는 상기 외측관과 내접하여 슬라이딩하는 가이드 링;을 포함하고,
   상기 외측관의 내면에는 상기 가이드 링의 이동을 규제하는 돌기가 형성되어 있는, 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 외측관의 외부에서 프레스하여 돌출부를 형성하여 만들어지는, 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌기는 상기 외측관의 내부에서 핀을 배치하여 만들어지는, 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 링 플레이트는 절곡되어 상기 벨로우즈관의 상기 고정 단부와 면접촉하여 레이저 용접되고,
   상기 가이드 링은 상기 벨로우즈관의 상기 자유 단부 및 상기 내측관의 단부와 함께 레이저 용접되는, 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트의 양 단부에는 에스알(SR) 조인트가 연결되어 배치되는, 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트.
   
6. 외측관의 내면에 돌기를 형성하는 단계;
   벨로우즈관의 자유 단부와, 상기 외측관 보다 작은 직경을 가지는 내측관의 일측 단부 및 일측 단부가 상기 외측관과 내접하는 가이드 링의 프레스 공정으로 절곡된 타측 단부를 면접촉한 후 레이저 용접을 통해 연결하는 단계;
   상기 벨로우즈관의 고정 단부와 상기 외측관의 단부와 연결되는 링 플레이트의 프레스 공정으로 절곡된 단부를 면접촉한 후 레이저 용접을 통해 연결하는 단계;
   연결된 상기 벨로우즈관, 내측관, 가이드 링 및 링 플레이트를 조인트 배관과 연결된 상기 외측관에 삽입하는 단계; 및
   상기 링 플레이트의 단부와 상기 외측관의 단부를 용접하여 연결하는 단계를 포함하는, 신축 가능한 벨로우즈를 포함하는 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트 제조 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 돌기는 외측관의 외부에서 프레스하여 돌출부를 형성하여 만들어지는, 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트 제조 방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 돌기는 외측관의 내부에서 핀을 배치하여 만들어지는, 외압형 벨로우즈 익스펜션 조인트 제조 방법.

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