KR20220041821A - 링크를 권취하고 권출하기 위한 릴 - Google Patents

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KR20220041821A
KR20220041821A KR1020227000697A KR20227000697A KR20220041821A KR 20220041821 A KR20220041821 A KR 20220041821A KR 1020227000697 A KR1020227000697 A KR 1020227000697A KR 20227000697 A KR20227000697 A KR 20227000697A KR 20220041821 A KR20220041821 A KR 20220041821A
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니꼴라 말끌레
에르베 사바리노
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컨덕틱스 웜프러 프랑스
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Abstract

본 발명은 권취기용 릴로,
- 릴의 회전 축선(X) 둘레에서 연장하는 맨드릴(10),
- 맨드릴의 양측에서 연장하는 한 쌍의 가로 암들로, 가로 암들이 함께 플랭크들의 역할을 하되, 플랭크들은 플랭크들 사이에 링크의 권취 부피를 정하는, 한 쌍의 가로 암들(20a, 20b)을 포함하며,
상기 릴이 상기 플랭크들 중 하나를 구성하는 암들(20a)에 부착되는 폐쇄형 플랜지(40)를 포함하고, 상기 플랜지는 두께가 10 내지 40mm이며 맨드릴은 두께가 20 내지 40mm인 것을 특징으로 하는 릴에 관한 것이다.

Description

링크를 권취하고 권출하기 위한 릴
본 발명은 특히 에너지 전송 및/또는 데이터 전송을 위한, 예를 들어 케이블, 파이프, 광섬유 등과 같은, 링크를 권취하고 권출하는 것을 가능하게 하는 릴 및 이러한 릴을 제조하는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 출원인의 WO 2014/167105 및 WO 2015/071341에 링크, 예를 들어 에너지 전송 및/또는 데이터 전송을 가능하게 하는 유형의 링크를 권취하고 권출하기 위한 릴이 공지되어 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 이러한 릴은
- 릴의 회전 축선을 따라 연장하는 맨드릴(10), 및
- 링크의 권취 부피를 정하며, 상기 링크의 턴(turn)들을 가로로 수용하도록 구성되고, 맨드릴의 양측에 부착되는 2세트의 가로 암들(20a, 20b)을 포함한다. 각각의 암 세트는 플랭크를 형성한다.
릴의 구조는 페룰(ferrule)들, 즉
- 맨드릴로부터 제1 거리에 위치한 내부 페룰(30), 및
- 한 쌍의 외부 페룰들(31a, 31b)로, 각각의 페룰이 맨드릴로부터 제1 거리보다 큰 제2 거리에서 각각의 플랭크의 적어도 하나의 암에 부착되는 외부 페룰들에 의해, 견고해진다.
릴은 링크의 턴들을 수용하도록 구성된 지지 표면을 포함하며, 내부 턴이 상기 지지 표면과 접촉한다. 상기 지지 표면은 특히 맨드릴 또는 내부 페룰의 일부일 수 있다.
플랜지간 공간, 즉 두 플랜지들 사이의 거리는 릴에 권취될 링크의 폭에 따라 정해진다. 특히 단일 턴 릴의 경우에 링크가 올바르게 권취/권출되게 하기 위하여, 플랜지간 공간은 플랭크들 간의 거리가 암의 근위 단부 및 원위 단부에서 권취되는 링크에 적합하도록 조정된다.
현재 추세는 링크들의 폭 및/또는 두께를 감소시킴으로써, 동일한 릴 직경에 대해 보다 긴 길이의 링크 및 더 많은 수의 턴들을 지지 표면 위에 권취하는 것을 가능하게 하는 것이다. 플랭크들에 의해 안내되는 링크의 고른 권취/권출을 유지하기 위하여, 이러한 링크의 치수 감소는 플랜지간 공간의 축소를 수반한다.
플랜지간 공간의 축소를 제한하는 요소는 맨드릴의 두께, 특 릴의 회전 축선과 평행한 맨드릴의 치수이다.
사실 맨드릴의 치수가 감소하면 릴의 견고함이 감소되고, 이에 따라 특히 축선 방향 응력을 받는 상황에서 그러한 응력이 정적 응력이거나 혹은 바람과 같은 동적 응력이든 간에 암들의 원위 단부의 맨드릴에 대한 변위 폭이 증가한다.
더욱이, 맨드릴의 두께가 상당하면 맨드릴의 제조에 많은 비용이 든다. 사실 전형적으로 두께가 25mm를 초과하는 경우, 레이저로 시트를 절단하는 방법은 적절하지 않으며, 산소절단 또는 드릴 프레스를 이용한 드릴링과 같은 기술적 한계가 있고 그리고/또는 훨씬 비싼 방법들로 대체되어야 한다.
[문헌 1] WO 2014/167105 [문헌 2] WO 2015/071341
본 발명의 목적은 최소한의 비용으로 제조될 수 있으면서도 견고함이 향상되고 질량은 감소된 릴을 설계하는 것이다.
특히 이러한 릴은 공지의 릴에 비해 견고함을 저하시키지 않으면서 폭이 좁은(예를 들어 20 내지 40mm)의 링크를 수용하도록 구성될 수 있다.
이러한 취지에서, 본 발명은 링크를 권취하고 권출하기 위한 릴로,
- 릴의 회전 축선(X) 둘레에서 연장하는 맨드릴,
- 맨드릴의 양측에서 연장하는 한 쌍의 가로 암들로, 가로 암들이 함께 플랭크들의 역할을 하되, 플랭크들은 플랭크들 사이에 링크의 권취 부피를 정하는, 한 쌍의 가로 암들을 포함하며,
상기 릴이 상기 플랭크들 중 하나를 구성하는 암들 각각에 부착되는 폐쇄형 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 두께가 10 내지 40mm인 것을 특징으로 하는 릴을 제안한다.
"폐쇄형(closed)"이라는 용어는 플랜지가 그 자체로 닫힌 연속적인 형상을 갖는 것을 의미한다. 플랜지가 그 둘레에서 연장하는 릴의 회전 축선과 직교하는 평면에서의 단면으로 생각하면, 플랜지는 이에 따라 닫힌 내부 윤곽 및 막힌 닫힌 외부 윤곽에 의해 획정되고, 2개의 윤곽들 사이의 거리가 플랜지의 폭으로 정해진다. 플랜지는 환 형상, 즉 동심원 형상의 내외부 윤곽들을 가질 수 있지만, 반드시 이러한 특정 형상의 윤곽들로 한정되지는 않는다. 일반적으로는, 플랜지의 내외부 윤곽들은 곡선 부분들 및/또는 직선 부분들을 포함할 수 있다.
특히 유리하게는, 상기 플랜지가 레이저에 의해 절단되기에 적합한 두께, 예를 들어 10 내지 25mm의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 플랜지가 맨드릴과 동일한 두께를 갖는다.
실시예에 따르면, 맨드릴은 20 내지 40mm의 두께를 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 맨드릴의 외부 형상이 플랜지의 내부 형상과 일치한다.
플랜지(40)의 폭이 30 내지 100mm일 수 있다.
실시예에 따르면, 플랜지는 나사가 형성된 로드들 또는 스크루들에 의해 플랭크들 중 하나를 구성하는 각각의 암에 부착되고, 각각의 나사가 형성된 로드 또는 스크루는 플랜지의 직사각형 구멍 및 각각의 암의 직사각형 구멍을 통과하며, 상기 직사각형 구멍들은 실질적으로 직교하는 방향들을 지향한다.
본 발명의 다른 목적은 위에서 설명한 것과 같은 릴을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 방법은,
(a) 맨드릴과 플랜지를 제공하는 단계;
(b) 암들을 맨드릴의 양측에 부착하여 2개의 플랭크들을 형성하는 단계; 및
(c) 플랜지를 플랭크들 중 하나를 구성하는 암들에 부착하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, (a) 단계에서 맨드릴과 플랜지를 동일한 금속 시트에서 절단하되, 플랜지가 맨드릴 둘레로 연장하도록 절단한다.
특히 유리하게는, (a) 단계에서 절단이 레이저에 의해 수행된다.
본 발명의 다른 특징들과 장점들은 첨부 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽으면 알 것이다.
도 1은 공지의 릴의 사시도이다.
도 2는 도 1의 릴의 정면도이다.
도 3은 도 1의 릴의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 릴의 사시도이다.
도 5는 도 4의 릴의 횡단면도이다.
도 6은 도 4의 릴의 요부를 도시하는 도면이다.
도 7a는 맨드릴의 두께가 20mm인 공지의 유형의 릴에 대해 디지털 시뮬레이션에 의해 계산된 암들의 변위를 (mm로) 나타낸다.
도 7b는 맨드릴의 두께가 20mm인 본 발명에 따른 릴에 대해 디지털 시뮬레이션에 의해 계산된 암들의 변위를 (mm로) 나타낸다.
도 5 이하를 참조하면, 릴은 릴의 회전 축선(X) 둘레에서 연장하는 맨드릴(10)을 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 맨드릴(10)은 회전하는 원통 형상을 가지며 그 축선은 축선(X)과 일치한다. 대안적으로, 맨드릴의 외형은 복수의 패싯(facet)들로 이루어질 수 있으며, 각각의 패싯은 축선(X)과 평행한 평면에서 연장하고, 바람직하게는 각기 다른 패싯들이 전부 축선(X)으로부터 동일한 거리에 위치한다.
맨드릴(10)은 축선(X)과 직교하고 서로 반대쪽에 있는 2개의 면들을 구비한다.
맨드릴은 전형적으로 금속 시트로부터 절단된다.
맨드릴의 두께, 즉 2개의 반대쪽 면들 사이의 거리는 전형적으로 20 내지 40mm이다.
그 자체로 공지된 대로, 릴은 맨드릴의 양측에서 연장하는 2개의 플랭크들을 더 포함한다. 플랭크들은 그들 사이에 링크의 권취 부피를 획정하며, 상기 링크의 턴들을 가로로 수용하도록 구성된다. 플랜지간 공간은 릴에 권취될 링크의 폭에 따라 정해진다. 정확하게는, 단일 턴 릴의 경우 플랜지간 공간은 링크의 제조와 관련한 치수 공차를 고려하여 링크의 폭보다 약간 더 크고, 다중 턴 릴의 경우 인접한 몇 개의 턴들을 수용하기 위해 플랜지간 공간이 인접한 링크들의 폭들의 합보다 약간 더 크다. 따라서 플랭크들은 링크의 권취 및 권출을 안내한다.
각각의 플랭크는 맨드릴로부터 반경 방향으로 연장하는 한 세트의 가로 암들(20a, 20b)로 구성된다. 각각의 암의 근위 부분은 예를 들어 나사가 형성된 로드들에 의해 맨드릴의 각각의 면에 견고하게 일체화된다. 실제로, 플랭크들 중 하나를 형성하는 암들은 맨드릴의 면에 바로 부착될 수 있고, 다른 플랭크의 암들은 원하는 플랜지간 공간을 얻기 위하여 맨드릴의 반대쪽 면으로부터 정해진 거리만큼 떨어져 부착될 수 있다. 이 거리는 특히 WO 2014/167105에서 설명하는 것과 같은 플랜지간 거리를 조정하기 위한 장치에 의해 조정될 수 있다.
각각의 플랭크는 평면형이다. 즉 맨드릴 반대쪽에 있는 암들의 면들은 동일 평면 상에 있고, 맨드릴의 회전 축선(X)과 직교하는 평면에서 연장한다.
암들은 예를 들어 금속 시트를 접는 것에 의해 형성되거나 혹은 금속 프로파일(metal profile)로부터 형성될 수 있다.
링크는 특히 다중 턴 릴의 경우에 그러한 둥근 단면(이 경우 링크의 폭과 두께는 그 직경과 동일함), 직사각형 단면(이 경우 링크의 폭은 축선(X)을 따라 연장하는 치수이고 두께는 폭과 직교하는 치수임), 또는 목적으로 하는 응용 분야에 따라 임의의 다른 단면을 가질 수 있다.
릴의 구조는 페룰들, 즉
- 맨드릴로부터 제1 거리에 위치한 내부 페룰(30), 및
- 한 쌍의 외부 페룰들(31a, 31b)로, 각각의 페룰이 맨드릴로부터 제1 거리보다 큰 제2 거리에서 각각의 플랭크의 적어도 하나의 암에 부착되는 외부 페룰들에 의해, 견고해진다. 예를 들어, 외부 페룰들은 암들의 원위 단부에 부착될 수 있다.
각각의 페룰은 단일 피스로 구성될 수 있거나, 혹은 복수의 부분들로 구성될 수 있는데 복수의 부분들 각각은 축선(X) 주변의 각 섹터(angular sector)를 따라 각각 연장한다.
유리한 실시예에 따르면, 각각의 페룰은 WO 2015/071341에서 설명하는 것과 같은 제거 가능한 부분을 포함할 수 있다.
릴은 링크의 턴들을 수용하도록 구성된 지지 표면을 포함할 수 있으며, 내부 턴이 상기 지지 표면과 접촉한다. 지지 표면은 일반적으로 원형 또는 나선 형상을 갖는다. 지지 표면은 특히 맨드릴의 일부(이 경우에는 맨드릴에 견고하게 일체화되는 맨드릴의 원통형 표면 또는 추가 표면임)이거나 혹은 내부 페룰의 일부(이 경우에는 페룰의 각각의 부분이 원통의 또는 나선의 일부분의 형태로 된 표면을 구비하고, 각기 다른 부분들의 조립체가 연속적인 원통 또는 나선 표면, 즉 지지 표면을 형성함)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 폐쇄형 플랜지(40)가 또한 암(20a)들에 부착될 수 있다. 플랜지는 예를 들어 금속 시트를 절단하는 것에 의해 형성될 수 있다. 따라서 플랜지는 평면형이다. 바람직하게는 플랜지는 그 두께가 일정하다.
전형적으로 플랜지의 두께는 10 내지 40mm, 바람직하게는 10 내지 25mm이다.
특히 유리하게는, 플랜지는 맨드릴과 동일한 시트에서 절단된다. 따라서, 맨드릴과 플랜지 둘 다를 형성하기 위하여, 플랜지의 외부에 위치되는 시트에 상응하는 가능한 스크랩 외에는 소재의 손실 없이 플랜지의 내부 형상과도 또한 일치하는 맨드릴의 외부 형상에 따르는 (예를 들어 레이저를 통한) 절단 및 플랜지의 외부 형상에 따르는 절단을 수행하기에 충분하다.
맨드릴과 플랜지는 스테인리스강 시트로 형성될 수 있다. 대안적으로 맨드릴과 플랜지는 강철 시트로 형성되고 나서 보호 처리, 예를 들어 아연 도금(galvanisation) 또는 페인트 처리를 받을 수 있다.
플랜지는 플랜지를 암들에 부착하기 위해 필요한 나사가 형성된 로드들 또는 스크루(41)들의 통과를 위한 오리피스(400)들을 구비할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 암은 상기 나사가 형성된 로드들 또는 스크루들의 통과를 위한 오리피스(200)를 플랜지를 위해 제공되는 위치에, 구비할 수 있다. 바람직하게는 임의의 치수 분포를 고려하여, 오리피스들(200, 400)은 직사각형이다. 더 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 직사각형 오리피스(200)가 상응하는 직사각형 오리피스(400)에 실질적으로 직교하게 지향되고, 이에 따라 두 방향으로의 치수 분포들을 흡수하는 것이 가능하다. 전형적으로, 직사각형 오리피스(200)들은 플랜지의 중앙원의 접선을 따라 연장하고, 직사각형 오리피스(400)들은 암(20a)들의 길이 방향으로 연장한다.
플랜지의 폭은 나사산이 형성된 로드들이 통과할 수 있고 그리고 적절한 기계적 강도를 가질 정도로 충분히 크게 선택된다. 전형적으로, 플랜지의 폭은 외경이 1,000 내지 3,000mm인 경우 30 내지 100mm이다. 플랜지의 폭은 일정한 것이 바람직하다.
이러한 플랜지는, 동일한 플랭크의 암들을 서로 연결하는 것에 의해, 암들에 가해지는 힘들을 받는 기능을 하고, 릴의 견고함을 증가시키고 또한 수평 위치(이는 전형적으로 릴이 조립되는 위치임)로부터 수직 위치(이는 릴이 사용되는 일반적인 위치임)까지 들어 올려지는 동안 릴의 안정성을 증가시키는 효과를 갖는다. 따라서 플랜지는 보강재의 역할을 한다.
따라서 플랜지의 존재로 인해 릴의 견고함을 불리하게 만들지 않으면서 맨드릴의 두께를 감소시키는 것이 가능하고, 이는 릴의 질량 및 가격 측면에서 상당한 이득을 얻게 한다. 이러한 견고화가 비교적 두께가 작은, 특히 35mm 미만의 시트들로 얻어질 수 있으므로, 레이저를 이용하여 절단하는 방법을 사용할 수 있게 된다.
예
릴의 견고함에 대한 위에서 설명한 폐쇄형 플랜지의 효과를 디지털 시뮬레이션들을 이용하여 검증했다.
이 시뮬레이션들의 대상인 릴은 두께가 20mm이다. 두께가 40mm인 공지의 릴에 대해, 이 릴은 질량이 감소하고, 가격이 낮아지고, 그리고 폭이 작은, 즉 약 20mm의 케이블을 권취하는 것이 가능하다.
시뮬레이션들은 바람의 힘에 응답하는 릴의 저항을 검증하는 것을 목적으로 한다. 바람에 의해 맨드릴에 가해지는 바람의 힘(Fv)은 아래의 공식에 의해 정해진다.
Figure pct00001
여기서 ρ는 유체, 여기서는 공기의 밀도이며, ρ=1.28Kg/m3이고,
Cx는 릴의 항력 계수이며, Cx는 1.2인데, 이는 원판의 항력 계수이고,
V는 바람의 속도(m/s)이며, 시뮬레이션에서는 최대 속도 70m/s까지 견디고,
S는 릴에 권취되는 링크의 표면이다.
Figure pct00002
Fv=160756N이 얻어진다.
이 힘은 모든 암들에 가해지고, 외부 페룰에서의 최대 변위가 계산된다. 다음과 같이 얻어진다.
- 40mm의 맨드릴을 구비하는 릴의 경우, 최대 변위는 60mm이고,
- (플랜지가 없는) 20mm의 맨드릴을 구비하는 릴의 경우, 최대 변위는 508mm이다(도 7a 참조).
이는 맨드릴의 두께를 감소시키면 암들의 원위 단부에서의 변위가 상당히 증가되는 효과가 있고, 이는 릴의 기계적 강도에 그리고 특히 강풍에서의 릴의 사용에 불리하다는 것을 나타내고 있다.
그런 다음 본 발명에 따른 릴을 가지고 시뮬레이션들을 수행했다. 이 릴은 두께가 20mm인 맨드릴을 포함한다. 플랜지와 맨드릴은 2m x 2m 크기의 동일한 시트에서 절단된다. 이 시뮬레이션에서, 내부 공간은 맨드릴의 형상과 일치한다. 맨드릴의 외경은 1850mm이며 플랜지의 내경에 상응하고, 플랜지의 외경은 1975mm이다.
보강 플랜지 덕에, 70m/s의 바람에서 암들의 원위 단부에서의 최대 변위가 27mm이다(도 7b 참조). 즉, 플랜지가 없는 릴에 대해 18배 감소했다.

Claims (10)

  1. 링크를 권취하고 권출하기 위한 릴로,
    - 릴의 회전 축선(X) 둘레에서 연장하는 맨드릴(10),
    - 맨드릴의 양측에서 연장하는 한 쌍의 가로 암들로, 가로 암들이 함께 플랭크들의 역할을 하되, 플랭크들은 플랭크들 사이에 링크의 권취 부피를 정하는, 한 쌍의 가로 암들(20a, 20b)을 포함하며,
    상기 릴이 상기 플랭크들 중 하나를 구성하는 암들(20a)에 부착되는 폐쇄형 플랜지(40)를 포함하고, 상기 플랜지는 두께가 10 내지 40mm이며 맨드릴은 두께가 20 내지 40mm인 것을 특징으로 하는 릴.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랜지(40)가 레이저에 의해 절단되기에 적합한 두께, 예를 들어 10 내지 25mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 릴.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 플랜지(40)가 맨드릴(10)과 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 릴.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 청구항에 있어서,
    맨드릴의 외부 형상이 플랜지의 내부 형상과 일치하는 것을 특징으로 하는 릴.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항에 있어서,
    플랜지(40)의 폭이 30 내지 100mm인 것을 특징으로 하는 릴.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 청구항에 있어서,
    플랜지(40)가 나사가 형성된 로드들 또는 스크루(41)들에 의해 플랭크들 중 하나를 구성하는 각각의 암에 부착되고, 각각의 나사가 형성된 로드 또는 스크루는 플랜지의 직사각형 구멍(400) 및 각각의 암(20a)의 직사각형 구멍(200)을 통과하며, 상기 직사각형 구멍들(400, 200)은 실질적으로 직교하는 방향들을 지향하는 것을 특징으로 하는 릴.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 청구항에 있어서,
    플랜지(40)가 환 형상인 것을 특징으로 하는 릴.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 청구항에 따른 릴을 제조하기 위한 방법으로,
    (a) 맨드릴(10)과 플랜지(40)를 제공하는 단계;
    (b) 암들(20a, 20b)을 맨드릴의 양측에 부착하여 2개의 플랭크들을 형성하는 단계; 및
    (c) 플랜지(40)를 플랭크들 중 하나를 구성하는 암(20a)들에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 3에 따른 릴을 제조하기 위한 청구항 8에 따른 방법에 있어서,
    (a) 단계에서 맨드릴(10)과 플랜지(40)를 동일한 금속 시트에서 절단하되, 플랜지(40)가 맨드릴(10) 둘레로 연장하도록 절단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    (a) 단계에서 절단이 레이저에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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