KR20220053674A

KR20220053674A - 토출구 커플링

Info

Publication number: KR20220053674A
Application number: KR1020227011547A
Authority: KR
Inventors: 리차드 마라코비츠; 스코트 디. 마다라; 마튜 에이. 보우만; 필립 웨인 반크로프트
Original assignee: 빅톨릭 컴패니
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-04-29
Also published as: EP4038301A4; CN114423983A; AU2020359361B2; US11725757B2; TWI746191B; MX2022003817A; WO2021067112A1; CA3152755A1; EP4038301A1; AU2020359361A1; TW202120847A; US20210095797A1

Abstract

파이프 커플링은 단부 대 단부로 부착되며 중앙 공간을 둘러싸는 제1 및 제2 세그먼트들을 가진다. 세그먼트들은 파이프 요소들을 수용하는 제1 및 제2 수용부들을 형성한다. 포트는 하나의 세그먼트에 위치한다. 포트는 중앙 공간으로의 접근을 제공한다. 세그먼트 상의 니플은 중앙 공간으로부터 연장되고 포트와 정렬되는 보어를 형성한다. 세그먼트 상의 칼라는 중앙 공간을 향하여 연장된다. 칼라는 세그먼트의 내면과 리세스를 형성하는 외면을 가진다. 시일은 수용부들을 둘러싸는 아치형 키에 의해 형성되는 채널 내부에 위치한다. 시일은 수용부들과 정렬되는 제1 구멍 및 니플의 보어와 정렬되는 제2 구멍이 형성되는 몸체를 가진다.

Description

토출구 커플링

관련 출원들에 대한 상호 참조

본원은 2019.09.30자 출원되고 참조로 통합되는 미국 임시 출원번호 제62/908,010호에 기초하고 우선권을 주장한다.

본 발명은 파이프 요소들 결합을 위한 기계식 파이프 커플링에 관한 것이다.

파이프 요소들을 단부-대-단부로 함께 결합하기 위한 기계식 커플링은 동축 정렬되는 파이프 요소들의 단부들을 둘러싸도록 원주방향으로 위치할 수 있는 상호 연결 가능한 세그먼트들을 포함한다. 용어 "파이프 요소"는 본원에서 파이프-유사 형상을 가지는 임의의 파이프-유사 품목 또는 부품을 기술하는데 사용된다. 파이프 요소들은 파이프 자재 (stock), 파이프 피팅 예컨대 엘보우, 캡 및 티뿐 아니라 유체 조절 부품들 예컨대 밸브, 레듀서 (reducers), 여과기 (strainers), 제한기, 압력조절기 및 기타를 포함한다.

세그먼트들은, 각각의 파이프 요소 단부와 체결하고 세그먼트들 및 파이프 요소들과 연동하여 유체 밀봉을 제공하는 전형적으로 탄성 링인 시일 (seal)을 수용할 수 있는 환형 채널을 형성한다. 세그먼트들은, 전형적으로 하우징에서 외향 돌출되는 러그 형태의 연결 부재들을 가진다. 러그는 세그먼트들이 서로를 향하여 조여지도록 조정가능한 파스너, 예컨대 너트 및 볼트를 수용하도록 구성된다.

홈식 (grooved) 파이프 요소들을 위한 선행 기계식 커플링은 단부 대 단부 결합되는 파이프 요소들의 외면과 체결되도록 세그먼트 상에 연속 아치형 돌출부를 가진다. 이들 아치형 돌출부는 세그먼트 구조의 일부로써 커플링의 "키"라고 통상 칭한다. 키는, 예를들면, 원주 홈을 가지는 파이프 요소를 포함한 다양한 구성의 파이프 요소의 외면과 체결된다. 키 및 파이프 요소들과의 체결로 인하여 연결부에 기계적 구속이 제공되고 높은 내압 및 외력에도 불구하고 파이프 요소들은 결합 상태로 유지된다.

단부 대 단부 관계로 파이프 요소들을 고정하기 위하여 선행 기계식 커플링이 사용될 때 순차적인 설치 공정이 필요하다. 전형적으로, 설치 기술자는, 세그먼트들이 함께 볼트로 채워지고 세그먼트들의 채널 안으로 링 가스킷이 포획된 상태의 커플링을 수령한다. 설치 기술자는 먼저 볼트를 풀어 커플링을 해체시키고, 링 가스킷을 제거하여, (미리 윤활 처리되지 않은 경우) 윤활 처리하고 결합될 파이프 요소 단부들 주위에 놓는다. 링 가스킷 설치는 때로 윤활 처리하고 파이프 요소들에 수용되도록 늘리는 것이 필요하다. 링 가스킷이 양 파이프 요소들에 놓인 후, 세그먼트들을 하나씩 파이프 요소들 단부에 걸치고 링 가스킷이 안쪽에 포획되도록 놓는다. 배치되는 동안, 세그먼트들은 가스킷과 체결되고, 돌출부는 홈과 정렬되고, 볼트는 러그를 관통하여 삽입되고, 너트는 볼트에 채워지고 조여지면, 커플링 세그먼트들이 서로 당겨지고, 가스킷이 압축되며 돌출부는 홈 내부로 체결된다.

어떤 경우에는, 실질적으로 동축인 두 파이프들 간의 연결만 아니라, 처음 두 파이프들과 각을 이루며 배향되어 다른 파이프 요소들을 붙이기 위한 토출구 형성에 커플링을 이용하는 것이 바람직하다. 통상 토출구 커플링이라고 알려진 이러한 커플링을 조립하는 것은, 토출구를 밀봉하는 부품들의 정렬을 보장하기 위하여 더욱 복잡하고 시간이 많이 소요된다.

위 설명에서와 같이, 선행 기계식 파이프 커플링을 설치하기 위하여 설치 기술자는 전형적으로 적어도 7개의 개별 부품들 (및 커플링이 두 세그먼트들 이상을 가지는 경우 그 이상)을 취급하고 커플링을 완전히 해체하고 재조립할 필요가 있다. 설치 기술자가 기계식 파이프 커플링, 특히 토출구 커플링을, 먼저 완전히 해체하고 하나씩 재조립하지 않을 수 있다면, 상당한 시간, 노력 및 비용이 절감될 것이다.

본 발명은 파이프 요소들 결합용 커플링에 관한 것이다. 실시예에서 커플링은 단부 대 단부로 위치하고 중앙 공간을 둘러싸며 반대 위치에 배치되어 파이프 요소들을 수용하기 위한 제1 및 제2 수용부들을 형성하는 제1 및 제2 세그먼트들을 포함한다. 포트는 제1 세그먼트의 제1 및 제2 단부 사이에 놓인다. 포트는 중앙 공간으로의 접근을 제공한다. 니플은 중앙 공간에서 멀어지도록 제1 세그먼트로부터 연장된다. 니플은 포트와 정렬되는 보어를 형성한다. 원주 홈이 니플의 외면에 위치한다. 칼라는 중앙 공간을 향하여 제1 세그먼트로부터 연장된다. 칼라는 포트를 둘러싸고 제1 세그먼트의 내면과 마주보는 외면을 포함하여 이들 사이에 리세스를 형성한다. 제1 조정 가능한 부착 조립체는 제1 세그먼트의 제1 단부를 제2 세그먼트의 제1 단부에 결합한다. 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 제1 조정 가능한 부착 조립체가 구성된다.

실시예에서 각각의 제1 및 제2 세그먼트는 세그먼트의 반대측에 위치하는 제1 및 제2 아치형 키를 포함한다. 제1 아치형 키는 제1 수용부를 둘러싸고 제2 아치형 키는 제2 수용부를 둘러싼다. 제1 키는 제1 내면을 가지고 제2 키는 제2 내면을 가진다. 제1 및 제2 내면들은 서로 마주보고 이들 사이에 채널을 형성한다.

예시로써 시일은 채널 내부에 놓일 수 있다. 실시예에서 시일은 제1 및 제2 수용부들과 정렬되는 제1 구멍 및 니플의 보어와 정렬되는 제2 구멍을 형성하는 몸체를 포함한다. 튜브는 제2 구멍을 둘러싼다. 튜브는 리세스와 체결되고 칼라의 외면 및 제1 세그먼트의 내면 사이 시일을 형성하는 개방 단부를 가진다.

실시예에서 립은 튜브의 개방 단부를 둘러싼다. 립은 칼라의 외면과 체결되고 실링 글랜드를 형성한다. 실시예에서 립은 고리 단면 형상을 가진다. 실시예에서 시일은 제1 구멍을 둘러싸고 제1 수용부에 인접하게 위치하는 제1 로브를 더욱 포함한다. 제1 실링 표면은 제1 로브에 위치한다. 제1 실링 표면은 하나의 파이프 요소가 제1 수용부 안으로 삽입될 때 체결되도록 구성된다. 제2 로브는 제2 구멍을 둘러싸고 제2 수용부에 인접하게 위치한다. 제2 실링 표면은 제2 로브에 위치한다. 제2 실링 표면은 하나의 파이프 요소가 제2 수용부 안으로 삽입될 때 체결되도록 구성된다.

예시로써 시일은 몸체로부터 제1 구멍으로 돌출되는 다수의 리브들을 더욱 포함한다. 리브들은 제1 및 제2 수용부들 사이에 연장된다. 실시예에서 각각의 리브는 제1 수용부를 대향하는 제1 단부 및 제2 수용부를 대향하는 제2 단부를 가진다. 리브들의 각각의 제1 및 제2 단부는 파이프 요소가 상기 중앙 공간 안으로 삽입될 때 각자의 파이프 요소와 체결될 수 있다. 추가 예시로써 시일은 몸체로부터 외향 돌출되는 제1 및 제2 텅들을 포함한다. 제1 텅은 제1 및 제2 세그먼트들의 제1 단부들 사이에 포획되고 제2 텅은 제1 및 제2 세그먼트들의 제2 단부들 사이에 포획된다. 특정 실시예에서 제1 및 제2 텅들 각자는 제1 및 제2 도브테일 형상의 장부를 포함하고 제1 및 제2 세그먼트들은 제1 및 제2 단부들에서 각자 제1 및 제2 도브테일 형상의 장부구멍을 형성하여, 제1 장부는 제1 장부구멍 내부에 끼워 맞추고 제2 장부는 제2 장부구멍 내부에 끼워 맞춰진다.

실시예에서 제1 혼은 제2 세그먼트의 제1 단부로부터 제1 세그먼트를 향하여 연장된다. 제1 혼은 제1 세그먼트의 제1 단부 내부의 제1 리세스 내부에 수용된다. 제2 혼은 제2 세그먼트의 제2 단부로부터 제1 세그먼트를 향하여 연장된다. 제2 혼은 제1 세그먼트의 제2 단부 내부의 제2 리세스 내부에 수용된다. 제1 혼은 중앙 공간을 마주보는 제1 표면을 가진다. 제1 표면은 보어의 축에 대하여 유각 배향될 수 있다. 제2 혼은 중앙 공간을 마주보는 제2 표면을 가진다. 제2 표면은 보어의 축에 대하여 유각 배향될 수 있다. 추가 예시로써 제1 리세스는 유각 배향되는 제1 접촉 표면을 가져 제1 혼의 제1 표면과 접촉되고 제2 리세스는 유각 배향되는 제2 접촉 표면을 가져 제2 혼의 제2 표면과 접촉된다. 실시예에서 제1 노치는 제1 세그먼트의 제1 단부에 위치한다. 제1 혼은 제1 노치 내부에 수용된다. 제2 노치는 제1 세그먼트의 제2 단부에 위치한다. 제2 혼은 제2 노치 내부에 수용된다. 예시로써 제1 및 제2 노치들은 V-형상일 수 있고 제1 및 제2 혼들은 쐐기 형상일 수 있다.

추가 예시로써 제1 조정 가능한 부착 조립체는 제1 세그먼트의 제1 단부에 부착되는 제1 러그를 포함한다. 제2 러그는 제2 세그먼트의 제1 단부에 부착되고 제1 러그와 대향 관계로 위치한다. 각각의 러그는 각자의 홀을 형성한다. 제1 파스너는 제1 및 제2 러그들 사이에 연장된다. 제1 파스너는 각자의 홀 내부에 수용된다. 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 제1 파스너는 조정 가능하다. 실시예에서 제2 조정 가능한 부착 조립체는 제1 세그먼트의 제2 단부를 제2 세그먼트의 제2 단부에 결합한다. 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 제2 조정 가능한 부착 조립체가 구성된다. 예시로써 제2 조정 가능한 부착 조립체는 제1 세그먼트의 제2 단부에 부착되는 제3 러그를 포함한다. 제4 러그는 제2 세그먼트의 제2 단부에 부착되고 제3 러그와 대향 관계로 배치된다. 각각의 러그는 각자의 개구를 형성한다. 제2 파스너는 제3 및 제4 러그들 사이에서 연장된다. 제2 파스너는 각자의 개구 내부에 수용된다. 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 제2 파스너가 조정 가능하다.

실시예는 제1 세그먼트의 제2 단부를 제2 세그먼트의 제2 단부로 결합하기 위한 스프링 조립체를 더욱 포함한다. 스프링 조립체는 제1 및 제2 세그먼트들이 서로 멀어지도록 편향시킨다. 실시예에서 스프링 조립체는 제1 세그먼트의 제2 단부로부터 돌출되는 제1 보스를 포함한다. 제2 보스는 제2 세그먼트의 제2 단부로부터 돌출되고 제1 보스와 인접하게 위치한다. 제1 고정단은 제1 보스에 위치하고 제2 보스와 접촉한다. 세그먼트들은 제1 고정단 주위에서 선회한다. 링크는 제1 및 제2 보스들 사이에 연장되고 포획한다. 실시예는 제2 보스에 위치하는 제2 고정단을 포함할 수 있다. 제2 고정단은 제1 고정단과 접촉한다. 실시예는 제1 보스에 있는 제1 고정단과 근접하게 위치하는 제1 랜드를 더욱 포함한다. 제2 랜드는 제2 보스 상의 제2 고정단과 근접하게 위치한다. 제1 및 제2 랜드들은 제1 및 제2 세그먼트들 간의 계면을 정의하는 평면에 대하여 유각 배향된다. 추가적으로 예시로써, 본 발명에 의한 커플링은 제1 보스에서 돌출되는 제1 헤드 및 제2 보스에서 돌출되는 제2 헤드를 더욱 포함한다. 링크는 제1 및 제2 헤드들과 체결되어 링크는 보스들에 보유된다. 실시예에서 링크는 제1 및 제2 보스들을 감싸는 링을 포함한다.

도 1은 예비-조립 상태인 본 발명에 의한 예시적 커플링에 대한 등척도이다;
도 2는 조립 상태인 도 1의 파이프 커플링에 대한 종단면도다;
도 3은 도 1의 파이프 커플링에 대한 등척횡단면도이다;
도 4는 예비-조립 상태인 도 1의 파이프 커플링에 대한 축 횡단면도이다;
도 4A는 예비-조립 상태인 도 1의 파이프 커플링에 대한 측면도이다;
도 5는 조립 상태인 도 1의 파이프 커플링에 대한 축 횡단면도이다;
도 6은 본 발명에 의한 또 다른 예시적 커플링에 대한 등척도이다;
도 7은 도 6의 커플링에 대한 축방향도이다.

도 1 및 2는 파이프 요소들 (12, 14) 결합을 위한 본 발명의 예시적 커플링 (10)을 도시한 것이다. 예시적 커플링 (10)은 중앙 공간 (20)을 둘러싸도록 단부 대 단부로 위치하는 각자의 제1 및 제2 세그먼트들 (16, 18)를 포함한다. 세그먼트들 (16, 18)는 각자의 제1 및 제2 수용부들 (22, 24)을 형성한다. 수용부들 (22, 24)은 서로 반대 위치에 배치되고 도 2에 도시된 바와 같이 파이프 요소들 (12, 14)을 수용한다. 도 1은 제1 세그먼트 (16) 의 제1 단부 (28) 및 제2 단부 (30) 사이에 위치하는 포트 (26) (또한 도 2 참고)를 보인다. 포트 (26)는 중앙 공간 (20)에 대한 접근을 제공한다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 니플 (32)은 중앙 공간 (20)에서 멀어지도록 제1 세그먼트 (16)로부터 연장된다. 니플 (32)은 보어 (34)를 형성하는데 이는 포트 (26)와 정렬된다. 원주 홈 (36)이 니플 (32)의 외면 (38)에 위치함으로써 기계식 커플링 (미도시)을 이용하여 홈형 파이프 요소 (미도시)를 커플링 (10)에 연결할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 칼라 (40)는 중앙 공간 (20)을 향하여 제1 세그먼트 (16)로부터 연장된다. 칼라 (40)는 포트 (26)를 둘러싼다. 칼라 (40)의 외면 (42)은 제1 세그먼트 (16)의 내면 (44)과 마주본다. 외면 (42) 및 내면 (44)은 함께 이들 사이에 리세스 (46)를 형성한다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트 (16, 18)는 각자의 제1 및 제2 아치형 키 (48, 50)를 포함한다. 키 (48, 50)는 각각의 세그먼트 (16, 18)의 반대 위치에 위치한다. 제1 키 (48)는 제1 수용부 (22)를 둘러싸고 제2 키 (50)는 제2 수용부 (24)를 포위한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 키 (48)는 제1 어깨 (52)에서 지지되고 각각의 제2 키 (50)는 제2 어깨 (54)에서 지지된다. 제1 및 제2 어깨들 (52, 54)은 서로 마주보고 이들 사이에 채널 (56)을 형성한다. 시일 (58)은 채널 (56) 내부에 위치한다. 도 2 및 3에 도시되는 예시적 실시태양에서, 시일 (58)은 몸체 (60)를 포함하고 이는 제1 및 제2 구멍들 (62, 64)을 형성한다. 제1 구멍 (62)은 제1 및 제2 수용부들 (22, 24)과 정렬되고 제2 구멍 (64)은 니플 (32)의 보어 (34)와 정렬된다. 튜브 (66)는 제2 구멍 (64)을 둘러싼다. 튜브 (66)는 개방 단부 (68)를 가지고 이는 칼라 (40) 및 제1 세그먼트 (16)에 의해 형성되는 리세스 (46)와 체결되어 칼라 외면 (42) 및 제1 세그먼트 (16)의 내면 (44) 간에 시일 (69)을 형성한다. 칼라 (40) 및 제1 세그먼트 (16) 사이에 실링 글랜드 (70)을 형성하는 것이 바람직하고 이는 본 실시예에서 튜브 (66)의 개방 단부 (68)를 둘러싸는 립 (72)으로 구현된다. 실링 글랜드 (70)의 내압 작동이 가능하도록 립 (72)은 고리형 단면 (74)을 가질 수 있다.

도 2에 더욱 도시된 바와 같이, 시일 (58)은 제1 및 제2 로브들 (76, 78)을 포함한다. 제1 및 제2 로브들 (76, 78) 모두는 제1 구멍 (62)을 둘러싸되, 제1 로브 (76)는 제1 수용부 (22)에 인접하게 위치하고 제2 로브 (78)는 제2 수용부 (24)에 인접하게 위치한다. 제1 및 제2 실링 표면들 (80, 82)은 각자 제1 및 제2 로브들 (76, 78)에 위치한다. 파이프 요소들이 제1 및 제2 수용부들 (22, 24)을 통해 중앙 공간 (20) 안쪽으로 삽입될 때 각각의 실링 표면 (80, 82)은 파이프 요소들 (12, 14)의 각자의 외면 (84, 86)과 체결되고 이를 밀폐한다.

도 1-3에 도시된 바와 같이, 시일 (58)은 다수의 리브들 (88)을 더욱 포함한다. 리브들 (88)은 몸체 (60)로부터 제1 구멍 (62)으로 돌출되고 제1 및 제2 수용부들 (22, 24) 사이로 연장된다. 리브들 (88)은 몸체 (60)를 견고하게 함으로써 내부 진공일 때에도 커플링 (10) 내부에서 시일이 유지될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 리브 (88)는 제1 수용부 (22)를 대향하는 제1 단부 (88a) 및 제2 수용부 (24)를 대향하는 제2 단부 (88b)를 가진다. 파이프 요소들이 상기 중앙 공간 (20)으로 삽입될 때 리브들 (88)의 제1 및 제2 단부들 (88a, 88b)은 각자의 파이프 요소 (12, 14)와 체결될 수 있고 따라서 파이프 정지부로 기능하여 파이프 요소들 (12, 14)을 위치시킬 수 있으므로 커플링 (10)에 의해 파이프 이음새가 형성될 때 원주 홈 (90, 92)은 각자의 키 (48, 50)와 정렬된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 시일 (58)은 몸체 (60)로부터 외향 돌출되는 제1 및 제2 텅들 (94, 96)을 더욱 포함한다. 제1 텅 (94)은 제1 세그먼트 (16)의 제1 단부 (28) 및 제2 세그먼트 (18)의 제1 단부 (98) 사이에서 포획되고; 제2 텅 (96)은 제1 세그먼트 (16)의 제2 단부 (30) 및 제2 세그먼트 (18)의 제2 단부 (100) 사이에서 포획된다. 텅들 (94, 96)은 세그먼트들 (16, 18) 배치에 조력하고 바람직하게는 각자의 제1 및 제2 도브테일 형상의 장부들 (tenons, 102, 104)을 포함하고 이들은 제1 및 제2 세그먼트들 (16, 18)에 의해 형성되는 각자의 도브테일 형상의 장부구멍들 (mortises, 106, 108) 내부에 끼워 맞추어진다.

도 4는 파이프 이음새를 형성하기 위하여 제1 및 제2 세그먼트들 (16, 18)이 서로를 향하여 당겨지도록 (도 4 및 5 비교) 제1 및 제2 조정 가능한 부착 조립체들 (110, 112)을 가지는 커플링 (10)을 도시한다. 제1 부착 조립체 (110)는 제1 세그먼트 (16)의 제1 단부 (28)를 제2 세그먼트 (18)의 제1 단부 (98)에 결합하고; 제2 부착 조립체 (112)는 제1 세그먼트 (16)의 제2 단부 (30)를 제2 세그먼트 (18)의 제2 단부 (100)에 결합시킨다. 예시적 커플링 (10)에서 제1 부착 조립체 (110)는 제1 세그먼트 (16)의 제1 단부 (28)에 부착되는 제1 러그 (114) 및 제2 세그먼트 (18)의 제1 단부 (98)에 부착되는 제2 러그 (116)를 포함한다. 제1 및 제2 러그들 (114, 116)은 마주보고 각각의 러그는 각자의 홀 (118, 120)을 형성하고 이들은 제1 파스너 (122)를 수용한다. 제1 파스너 (122)는 제1 및 제2 러그들 (114, 116) 사이에서 연장되고, 본 실시예에서 제1 파스너는 너트 (124) 및 볼트 (126)이고 이들은 조여지면 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 조정 가능하다. 유사하게, 제2 부착 조립체 (112)는 제1 세그먼트 (16)의 제2 단부 (30)에 부착되는 제3 러그 (128) 및 제2 세그먼트 (18)의 제2 단부 (100)에 부착되는 제4 러그 (130)를 포함한다. 제3 및 제4 러그들 (128, 130)은 마주보고 각각의 러그는 각자의 홀 (132, 134)을 형성하고 이들은 제2 파스너 (136)를 수용한다. 제2 파스너 (136)는 제3 및 제4 러그들 (128, 130) 사이에서 연장되고, 본 실시예에서 제2 파스너는 너트 (138) 및 볼트 (140)이고 이들은 조여지면 제1 및 제2 세그먼트들(16, 18)이 서로를 향하여 당겨지도록 조정 가능하다.

도 4에 더욱 도시된 바와 같이, 제1 혼 (horn, 200)은 제2 세그먼트 (18)의 제1 단부 (98)로부터 제1 세그먼트 (16)를 향하여 연장된다. 제1 혼 (200)은 제1 세그먼트 (16)의 제1 단부 (28) 내부의 제1 리세스 (202)에 수용된다. 제2 혼 (204)은 제2 세그먼트 (18)의 제2 단부 (100)로부터 제1 세그먼트 (16)를 향하여 연장된다. 제2 혼 (204)은 제1 세그먼트 (16)의 제2 단부 (30) 내부의 제2 리세스 (206)에 수용된다. 제1 혼 (200)은 중앙 공간 (20)과 대향하는 제1 표면 (208)을 가진다. 제1 표면 (208)은 보어 (34)의 보어 축 (210)에 대하여 유각 배향된다. 제2 혼 (204)은 중앙 공간 (20)과 대향하는 제2 표면 (212)을 가진다. 제2 표면 (212) 또한 보어 축 (212)에 대하여 유각 배향된다. 표면들 (208, 212)은 바람직하게는 보어 축 (210)에 대하여 외향 배향되어 세그먼트들 (16, 18)의 적합한 체결이 유도되도록 인입 표면들로 기능한다. 표면들 (208, 212)의 유도 기능을 더욱 개선하기 위하여, 제1 리세스 (202)는 제1 접촉 표면 (214)을 가지고, 제1 혼 (200)의 제1 표면 (208)과 접촉되도록 이 또한 유각 배향된다. 유사하게, 제2 리세스 (206)는 제2 접촉 표면 (216)을 가지고 제2 혼 (204)의 제2 표면 (212)과 접촉되도록 이 또한 유각 배향된다. 다양한 표면들의 평탄 체결을 제공하기 위하여 유각 배향들은 상보적인 것이 바람직하다.

도 4 및 4A에 도시된 바와 같이, 제1 노치 (218)는 제1 세그먼트 (16)의 제1 단부 (28)에 위치하고, 제2 노치 (220)는 제1 세그먼트 (16)의 제2 단부 (30)에 위치한다. 세그먼트들 (16, 18)이 함께 당겨져 체결되어 파이프 이음새를 형성할 때 제1 혼 (200)은 제1 노치 (218) 내부로 수용되고 제2 혼 (204)은 제2 노치 (220) 내부로 수용된다. 도 4A에서 제1 혼 및 제1 노치에 대하여 도시된 바와 같이 제1 및 제2 노치들 (218, 220)이 V-형상이고 제1 및 제2 혼들 (200, 204)이 쐐기 형상이면 혼 및 노치는 세그먼트들의 체결을 유도하기 위하여 더욱 이용될 수 있다. 재차, 쐐기 및 노치 간의 상보 각은 세그먼트들 (16, 18)의 적합한 체결 개시 및 적합한 정렬 유지에 우수한 효과를 보인다.

파이프 요소들 (12, 14) 결합을 위한 커플링 (10) 작동은 도 4, 5 및 2에 도시된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 커플링 (10)은 "예비-조립 상태"로 사용자에게 입수된다. 이러한 예비-조립 상태에서 세그먼트들 (16, 18)은 벌어진 채로 유지되되 세그먼트들은 시일 (58) 위에 놓이고 파스너 (122, 136)에 의해 유지된다. 커플링을 해체하지 않고도 파이프 요소들 (12, 14)이 각자의 수용부들 (22, 24)을 통해 중앙 공간 (20) 안으로 삽입되기에 충분히 세그먼트들 (12, 14)은 벌어진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 세그먼트들 (16, 18)의 분리 거리를 줄이기 위하여 키 (48, 50) (48가 도시됨)의 단부들에 노치 (142)가 제공되는 것이 바람직하다. 커플링 (10)의 예비-조립 상태에서 파이프 요소들 (12, 14)은 각자의 수용부들 (22, 24) 안으로 삽입되고, 파이프 요소들의 각자의 외면 (84, 86)은 각자 시일 (58)의 제1 및 제2 로브들 (76, 78)의 실링 표면들 (80, 82)과 체결된다. 파이프들 (12, 14)은 중앙 공간 (20) 안으로 삽입되어 리브들 (88)의 단부들과 체결됨으로써, 키 (48, 50)가 각자의 홈 (90, 92)과 정렬된다. 도 5 및 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 파스너 (122, 136)가 조여져 제1 및 제2 세그먼트들 (16, 18)은 서로를 향하여 당겨진다. 이로써 시일 (58)의 몸체 (60)가 압축되고, 따라서: 1) 커플링 (10) 및 파이프 요소들 (12, 14) 간에 유체 밀폐 실링이 가능하고; 2) 리세스 (46) 내부로 실링 글랜드 (70)이 체결되고; 3) 키 (48, 50)는 홈 (90, 92) 내부로 체결되어 파이프 요소들 및 커플링 간에 기계식 연결이 구현된다. 제3 파이프 요소 (미도시)가 니플 (32)에 부착될 수 있다.

파스너 (122, 136)가 조여지면, 상기와 같이 시일 (58)의 몸체 (60)가 압축되고, 시일 (58) 압축에 필요한 힘으로 인하여 세그먼트들 (16, 18) 서로에 대하여 회전 또는 이동하는 경향이 생긴다. 실링 글랜드 (70) 위치를 리세스 (46) 내부로 유지할 필요가 있으므로 이러한 회전 또는 이동은 특히 바람직하지 않다. 혼 (200) 및 리세스 (202)가 세그먼트들 (18, 16)에서 사용되는 경우, 세그먼트들을 서로에 대하여 배치하는 기능을 수행하고, 임의의 이동 또는 회전이 생기면, 텅 측면 (204) 및 측벽 (206) 간의 접촉은 이러한 좋지 않은 움직임을 제한하도록 기능하고, 유각 특성으로 인하여, 파스너 (122, 136)가 계속 조여질 때 이러한 이동 또는 회전을 줄이는 경향이 있다.

도 6 및 7은 본 발명에 의한 또 다른 예시적 커플링 (144)을 도시한다. 본 실시태양에서 스프링 조립체 (146)는 제1 세그먼트 (16)의 제2 단부 (30)를 제2 세그먼트 (18)의 제2 단부 (100)에 결합시킨다. 스프링 조립체 (146)는 세그먼트들 (16, 18)를 서로 멀어지도록 또는 도시된 개방, 예비-조립 상태로 편향시킨다. 이러한 개방 또는 예비-조립 상태에서, 커플링 (144)을 해체하지 않고도 파이프 요소들은 중앙 공간 (20) 안으로 삽입될 수 있다.

도 6 및 7에 도시되는 예시적 스프링 조립체 (146)는 제1 세그먼트 (16)의 제2 단부 (30)에서 돌출되는 제1 보스 (148), 및 제2 세그먼트 (18)의 제2 단부 (100)에서 돌출되는 제2 보스 (150)를 포함한다. 제2 보스 (150)는 제1 보스 (148)에 인접하게 위치한다. 보스들 (148, 150)은 캔딜레버이고 따라서 실질적으로 스프링 조립체 (146)의 편향력을 담당한다. 제1 고정단 (fulcrum, 152)은 제1 보스 (148)에 위치하고, 제1 고정단 (152)은 제2 보스 (150)와 접촉하여 세그먼트들 (16, 18)이 주위로 선회되는 축 (154)을 제공한다. 본 실시예에서 제2 고정단 (156)은 제2 보스 (150)에 위치한다. 제2 고정단 (156)은 제1 고정단 (152)과 접촉하여 세그먼트들 (16, 18)이 주위로 선회되는 선회 축 (154)을 더욱 형성한다. 본 실시예에서 제1 및 제2 고정단들 (152, 156)은 제1 및 제2 랜드들 (lands, 158, 160)에 의해 형성된다. 제1 및 제2 랜드들 (158, 160)은 각자 제1 및 제2 보스들 (148, 150)에 위치하고, 제1 랜드 (158)는 제1 고정단 (152)과 근접하고, 제2 랜드 (160)는 (존재하는 경우) 제2 고정단 (156)과 근접한다. 적어도 제1 랜드 (158)는 제1 및 제2 세그먼트들 (16, 18) 사이의 계면으로 구성되는 평면 (162)에 대하여 유각 배향된다. 본 실시예에서 제1 및 제2 랜드들 (158, 160) 모두 각자의 배향각 (164)으로 유각 배향된다.

제1 및 제2 보스들 (148, 150) 사이에 링크 (166)가 연장된다. 링크 (166)는 보스들을 포획하는 한편, 세그먼트들 (16, 18)의 선회 운동이 가능하게 한다. 본 실시예에서 링크 (166)는 제1 및 제2 보스들 (148, 150)을 감싸는 링 (168)을 포함한다. 링 (168)은 제1 및 제2 보스들 (148, 150)로부터 각자 돌출되는 제1 및 제2 헤드들 (170, 172)과의 체결로 보스들 (148, 150)에 보유된다. 링 (168) 및 보스들 (148, 150)은 연동되어 스프링 조립체 (146)의 스프링 편향 작용을 제공한다. 링 (168)의 두께 (174), 고정단들 (152, 156) 및 보스들 (148, 150)이 링 (168)과 체결되는 지점 간의 거리 (176), 및 보스들의 면적 관성모멘트는, 스프링 조립체 (146)의 스프링 상수를 정하고 따라서 커플링 (144)을 폐쇄하고 이음새를 구현하는데 필요한 힘을 결정하는 인자들이다. 랜드들 (158, 160)의 배향각 (164) 및 파스너 (122)가 조여지는 거리 각각은 세그먼트들 (16, 18) 사이에 벌어지는 최대 한계를 결정하고, 링 (168)의 내경 (178)은 도 6에 도시된 바와 같이 변형되지 않은 스프링 조립체 (146)에 의해 지지될 때 세그먼트들의 최소 벌어짐을 결정한다. 실시태양에서, 배향각 (164)은, 파스너 (122)가 존재하지 않을 때 (예컨대 제조업자에 의한 커플링 조립 과정에서) 보스들 (148, 150)이 함께 충분히 근접하여 링 (168)의 내경 (178)이 헤드들 (170, 172)과 닿지 않아, 링 (168)이 용이하게 보스들 (148, 150)을 넘어 조립될 수 있는 정도이다. 이어 파스너 (122)를 조립하고 예비-결정 거리 (180)로 조이면 (도 7 참고) 상기와 같이 헤드들 (170, 172) 뒤로 링 (168)이 보유되기에 충분히 헤드들 (170, 172)이 벌어진다. 링 내경 (178)은, 파이프 요소들이 중앙 공간 (20) 안으로 삽입되기에 충분한 개방 또는 예비-조립 상태로 세그먼트들 (16, 18)를 유지할 수 있는 크기이거나, 또는 개방 또는 예비-조립 상태에서 커플링의 다른 요소들 예컨대 상기와 같이 시일에 의해 세그먼트들 (16, 18)가 지지되는 정도로 직경 (178)이 더 클 수 있다. 이러한 상황에서 세그먼트들 (16, 18)은 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨져 커플링을 밀폐할수록 일부 각 자유 동작 (angular free play)을 가질 것이고, 스프링 조립체 (18)는 즉시 세그먼트들을 선회시키지 않는다. 링 (168) 및 보스들 (148, 150)은 연동하여 스프링 힌지를 형성하고, 추가적인 힌지 예들, 예컨대 핀형 힌지, 캐스트 (cast) 힌지, 및 텅 및 스터럽 (stirrup) 힌지 또한 실제 설계에서 구현될 수 있다.

세그먼트들 (16, 18)은 상기와 같이 제1 조정 가능한 부착 조립체 (110)에 의해 서로를 향하여 당겨져 이음새를 형성한다. 본 실시예에서, 볼트 (126) 및 너트 (124)로 구성되는 파스너 (122)는 조여질 때, 세그먼트들 (16, 18)은 스프링 조립체 (146)의 편향력에 대항하여 서로를 향하여 당겨진다. 이러한 밀폐 작용으로 키 (48, 50)는 파이프 요소들 (12, 14)의 홈 (90, 92)과 체결되어 기계식 이음새를 형성하고 세그먼트들 (16, 18) 사이의 시일 (58)은 압축되어 유체 밀폐 실링이 구현된다. 제3 파이프 요소 (미도시)가 니플 (32)에 부착될 수 있다.

Claims

파이프 요소들 결합을 위한 커플링으로서, 상기 커플링은:
단부 대 단부로 위치하고 중앙 공간을 둘러싸며, 반대 위치에 배치되어 상기 파이프 요소들을 수용하기 위한 제1 및 제2 수용부들을 형성하는 제1 및 제2 세그먼트들;
상기 제1 세그먼트의 제1 및 제2 단부들 사이에 놓이는 포트로서, 상기 중앙 공간으로의 접근을 제공하는 상기 포트;
상기 중앙 공간에서 멀어지도록 상기 제1 세그먼트로부터 연장되는 니플로서, 상기 포트와 정렬되는 보어를 형성하는 상기 니플;
상기 중앙 공간을 향하여 상기 제1 세그먼트로부터 연장되는 칼라로서, 상기 포트를 둘러싸고 상기 제1 세그먼트의 내면과 마주보는 외면을 포함하여 이들 사이에 리세스를 형성하는 상기 칼라;
상기 제1 세그먼트의 상기 제1 단부를 상기 제2 세그먼트의 상기 제1 단부에 결합하는 제1 조정 가능한 부착 조립체로서, 상기 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 구성되는 상기 제1 조정 가능한 부착 조립체를 포함하는, 커플링.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세그먼트 각각은 상기 세그먼트의 반대측에 위치하는 제1 및 제2 아치형 키를 포함하고, 상기 제1 아치형 키는 제1 수용부를 둘러싸고 상기 제2 아치형 키는 제2 수용부를 둘러싸고, 상기 제1 키는 제1 내면을 가지고 상기 제2 키는 제2 내면을 가지며, 상기 제1 및 제2 내면들은 서로 마주보고 이들 사이에 채널을 형성하는, 커플링.
제2항에 있어서, 상기 채널 내부에 위치하는 시일을 더욱 포함하고, 상기 시일은:
상기 제1 및 제2 수용부들과 정렬되는 제1 구멍 및 상기 니플의 상기 보어와 정렬되는 제2 구멍을 형성하는 몸체;
제2 구멍을 둘러싸는 튜브로서, 상기 튜브는 상기 리세스와 체결되고 상기 칼라의 상기 외면 및 상기 제1 세그먼트의 상기 내면 사이 시일을 형성하는 개방 단부를 가지는, 상기 튜브를 포함하는, 커플링.
제3항에 있어서, 상기 튜브의 상기 개방 단부를 둘러싸는 립을 더욱 포함하고, 상기 립은 상기 칼라의 상기 외면과 체결되고 실링 글랜드를 형성하는, 커플링.
제4항에 있어서, 상기 립은 고리 단면 형상을 가지는, 커플링.
제3항에 있어서, 상기 시일은:
상기 제1 구멍을 둘러싸고 상기 제1 수용부에 인접하게 위치하는 제1 로브;
상기 제1 로브에 위치하는 제1 실링 표면으로서, 하나의 상기 파이프 요소가 상기 제1 수용부 안으로 삽입될 때 체결되도록 구성되는, 상기 제1 실링 표면;
상기 제2 구멍을 둘러싸고 상기 제2 수용부에 인접하게 위치하는 제2 로브;
상기 제2 로브에 위치하는 제2 실링 표면으로서, 하나의 상기 파이프 요소가 상기 제2 수용부 안으로 삽입될 때 체결되도록 구성되는, 상기 제2 실링 표면을 더욱 포함하는, 커플링.
제3항에 있어서, 상기 시일은 상기 몸체로부터 상기 제1 구멍으로 돌출되는 다수의 리브들을 더욱 포함하고, 상기 리브들은 상기 제1 및 제2 수용부들 사이에 연장되는, 커플링.
제7항에 있어서, 각각의 상기 리브는 상기 제1 수용부를 대향하는 제1 단부 및 상기 제2 수용부를 대향하는 제2 단부를 가지고, 상기 리브들의 각각의 상기 제1 및 제2 단부들은 상기 파이프 요소가 상기 중앙 공간 안으로 삽입될 때 각자의 파이프 요소와 체결되는, 커플링.
제3항에 있어서, 상기 시일은 상기 몸체로부터 외향 돌출되는 제1 및 제2 텅들을 더욱 포함하고, 상기 제1 텅은 상기 제1 및 제2 세그먼트들의 상기 제1 단부들 사이에 포획되고 상기 제2 텅은 상기 제1 및 제2 세그먼트들의 상기 제2 단부들 사이에 포획되는, 커플링.
제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 텅들 각자는 제1 및 제2 도브테일 형상의 장부를 포함하고;
상기 제1 및 제2 세그먼트들은 상기 제1 및 제2 단부 각자에 위치하는 제1 및 제2 도브테일 형상의 장부구멍을 형성하되, 상기 제1 장부는 상기 제1 장부구멍 내부에 끼워 맞추고 상기 제2 장부는 상기 제2 장부구멍 내부에 끼워 맞춰지는, 커플링.
제1항에 있어서, 상기 니플의 외면에 위치하는 원주 홈을 더욱 포함하는, 커플링.
제1항에 있어서,
상기 제2 세그먼트의 제1 단부로부터 상기 제1 세그먼트를 향하여 연장되는 제1 혼으로서, 상기 제1 세그먼트의 상기 제1 단부 내부의 제1 리세스 내부에 수용되는 상기 제1 혼;
상기 제2 세그먼트의 제2 단부로부터 상기 제1 세그먼트를 향하여 연장되는 제2 혼으로서, 상기 제1 세그먼트의 상기 제2 단부 내부의 제2 리세스 내부에 수용되는 상기 제2 혼을 더욱 포함하고,
상기 제1 혼은 상기 중앙 공간을 마주보는 제1 표면을 가지고, 상기 제1 표면은 상기 보어의 축에 대하여 유각 배향되고, 상기 제2 혼은 상기 중앙 공간을 마주보는 제2 표면을 가지고, 상기 제2 표면은 상기 보어의 축에 대하여 유각 배향되는, 커플링.
제12항에 있어서,
상기 제1 리세스는 유각 배향되는 제1 접촉 표면을 가져 상기 제1 혼의 상기 제1 표면과 접촉되고;
상기 제2 리세스는 유각 배향되는 제2 접촉 표면을 가져 상기 제2 혼의 상기 제2 표면과 접촉되는, 커플링.
제12항에 있어서,
상기 제1 세그먼트의 제1 단부에 위치하는 제1 노치로서, 상기 제1 혼은 상기 제1 노치 내부에 수용되는 상기 제1 노치;
상기 제1 세그먼트의 제2 단부에 위치하는 제2 노치로서, 상기 제2 혼은 상기 제2 노치 내부에 수용되는 상기 제2 노치를 더욱 포함하는, 커플링.
제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 노치들은 V-형상이고, 상기 제1 및 제2 혼들은 쐐기 형상인, 커플링.
제1항에 있어서, 상기 제1 조정 가능한 부착 조립체는:
상기 제1 세그먼트의 상기 제1 단부에 부착되는 제1 러그;
상기 제2 세그먼트의 상기 제1 단부에 부착되고 상기 제1 러그와 대향 관계로 위치하는 제2 러그; 각각의 러그는 각자의 홀을 형성하고,
상기 제1 및 제2 러그들 사이에 연장되고, 각자의 상기 홀 내부에 수용되고, 상기 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 조정 가능한 제1 파스너를 포함하는, 커플링.
제16항에 있어서, 상기 제1 세그먼트의 상기 제2 단부를 상기 제2 세그먼트의 상기 제2 단부에 결합하고, 상기 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 조정 가능한 제2 조정 가능한 부착 조립체를 더욱 포함하는, 커플링.
제17항에 있어서, 상기 제2 조정 가능한 부착 조립체는:
상기 제1 세그먼트의 상기 제2 단부에 부착되는 제3 러그;
상기 제2 세그먼트의 상기 제2 단부에 부착되고 상기 제3 러그와 대향 관계로 배치되는 제4 러그; 각각의 상기 러그는 각자의 개구를 형성하고,
상기 제3 및 제4 러그들 사이에서 연장되고, 각자의 상기 개구 내부에 수용되고, 상기 제1 및 제2 세그먼트들이 서로를 향하여 당겨지도록 조정 가능한 제2 파스너를 포함하는, 커플링.
제1항에 있어서, 상기 제1 세그먼트의 상기 제2 단부를 상기 제2 세그먼트의 상기 제2 단부로 결합하기 위한 스프링 조립체를 더욱 포함하고, 상기 스프링 조립체는 상기 제1 및 제2 세그먼트들이 서로 멀어지도록 편향시키는, 커플링.
제19항에 있어서, 상기 스프링 조립체는:
상기 제1 세그먼트의 상기 제2 단부로부터 돌출되는 제1 보스;
상기 제2 세그먼트의 상기 제2 단부로부터 돌출되고 상기 제1 보스와 인접하게 위치하는 제2 보스;
상기 제1 보스에 위치하고 상기 제2 보스와 접촉하고 상기 세그먼트들은 주위에서 선회하는 제1 고정단;
상기 제1 및 제2 보스들 사이에 연장되고 포획하는 링크를 포함하는, 커플링.
제20항에 있어서, 상기 제2 보스에 위치하고 상기 제1 고정단과 접촉하는 제2 고정단을 더욱 포함하는, 커플링.
제21항에 있어서,
상기 제1 보스에 있는 상기 제1 고정단과 근접하게 위치하는 제1 랜드;
상기 제2 보스 상의 상기 제2 고정단과 근접하게 위치하는 제2 랜드를 더욱 포함하고, 상기 제1 및 제2 랜드들은 제1 및 제2 세그먼트들 간의 계면을 정의하는 평면에 대하여 유각 배향되는, 커플링.
제20항에 있어서,
상기 제1 보스에서 돌출되는 제1 헤드;
상기 제2 보스에서 돌출되는 제2 헤드를 더욱 포함하고,
상기 링크는 상기 제1 및 제2 헤드들과 체결되어 상기 보스들에 보유되는, 커플링.
제20항에 있어서, 상기 링크는 상기 제1 및 제2 보스들을 감싸는 링을 포함하는, 커플링.