KR20220133859A - 실시간 모니터링을 위한 센서 내장형 개스킷 - Google Patents

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KR20220133859A
KR20220133859A KR1020227021085A KR20227021085A KR20220133859A KR 20220133859 A KR20220133859 A KR 20220133859A KR 1020227021085 A KR1020227021085 A KR 1020227021085A KR 20227021085 A KR20227021085 A KR 20227021085A KR 20220133859 A KR20220133859 A KR 20220133859A
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데일 노먼
쿠옹 팬
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엘지씨 유에스 에셋 홀딩스, 엘엘씨
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Abstract

압축의 직접적인 측정을 위하여 구성되는 내장형 센서를 갖춘 개스킷. 개별 센서는 전도성 재료의 적어도 하나의 스트립에 장착될 수 있으며, 여기서 스트립 재료는 개스킷의 원주 주위에 배치된다. 개스킷의 외주면은 센서가 장착된 스트립 재료를 수용하기 위한 홈을 특징으로 삼을 수 있다.

Description

실시간 모니터링을 위한 센서 내장형 개스킷
이전 출원에 대한 인용
본 출원은, 2019년 12월 4일에 출원된 "실시간 모니터링을 위한 센서 내장형 개스킷"이라는 명칭의 미국 가출원 제62/943,452호를 우선권 주장하는, 2020년 12월 3일에 출원된 "실시간 모니터링을 위한 센서 내장형 개스킷"이라는 명칭의 미국 출원 제17/111,057호의 계속 출원이고 그에 대해 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 개스킷에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대향하는 도관 플랜지들의 대향면들 사이에 위치결정되어 이 대향면들을 밀봉하는 개선된 개스킷에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 개스킷은 개스킷 자체의 상태 변화를 감지하기 위해 센서의 위치결정을 허용하도록 형성되어, 플랜지 연결부에서의 간접 측정 또는 포트에 대한 요구 없이 인라인 모니터링 시스템을 가능하게 한다.
모든 볼트식 조인트는 초기 조임 후에 이완 및 부하 손실을 경험한다. 이러한 부하 손실을 모니터링하고 잠재적으로 보상하는 기능은 고정된 접합부의 실행 가능성을 유지하는 데 매우 중요하다. 여기에 언급된 것들 중 일부를 포함하는, 수많은 개스킷 디자인은 이들 효과를 다루기 위한 시도로 다양한 구조적 요소를 제공한다. 그러나, 현재까지, 본 발명자는 일단 플랜지 연결이 이루어지면 개스킷이 유지하는 초기 압축/변형량을 결정하는 일체화된 개스킷 제품에 대해 알지 못하며, 또한 연결부에 대한 열적 사이클과 같은 이유로 인해 연결이 느슨해졌는지 확인하기 위해 연결부를 실시간으로 능동적으로 모니터링하는 수단도 없다. 사실, 볼트 장력의 수동 모니터링은 노동 집약적이므로 일상적으로 또는 정기적으로 수행되지 않는다.
따라서, 압축에 있어서의 변화를 능동적으로 모니터링하는 플랜지 연결은 업계에서 환영받을 것이다. 특히, 일부 설치 볼트들은 초기 압축 부하가 가해질 때 이러한 기능을 제공하지만, 이것들은 시간이 지남에 따라 업데이트를 제공하는 기능이 부족하다. 또한, 개스킷 자체의 위치결정은, 가스켓 설치에 공통적인 압축 및 열 응력을 여전히 견딜 수 있는 설계 내에 적절한 센서를 통합할 수 있는 범위 내에서. 더욱 이상적인 차량을 만들어낸다.
압력 센서들과 또 다른 모니터링 장비가 메인 파이프라인으로부터 떨어진 반경방향 포트에 통합될 수 있는 구조가 이전에 제안되어 있다(예컨대, 미국특허 6,606,912). 또 다른 제안은 조인트 섹션을 둘러싸는 커프형 피팅(cuff-like fitting) 내에 센서를 위치결정하는 것을 제안했다(예컨대, 미국특허 10,422,449). 이들 제안 중 어느 것도 이상적이지 않으며, 조인트 연결부 사이에 통상적으로 위치되는 개스킷 위에 및 너머에 상당한 추가 구조가 필요할 정도이다.
개스킷 설계에 대한 배경으로서, 미국특허공개 2018/0328491; 2017/0074437; 및 2017/0276249, 뿐만 아니라 미국특허 10,198,200; 9,976,680; 9,285,062; 5,823,542; 5,794,946; 5,664,791; 4,127,277; 및 4,059,215는 모두 본 명세서에 참조로서 통합된다.
밀봉 요소로서의 역할을 실질적으로 벗어나지 않으면서 통합된 센서를 수용할 수 있는 개스킷은 환영받을 것이다. 또한, 조인트/플랜지보다, 개스킷의 변화를 직접 감지할 수 있는 센서가 있는 개스킷은 보다 안정적이고 잠재적으로 유용한 모니터링 시스템을 제공할 것이다. 마지막으로, 피팅을 연결할 때 기존 개스킷과 다르지 않게 취급 및 처리할 수 있는 센서 내장형 개스킷은 특히 환영받을 것이다.
내장된 압축 센서를 갖는 개스킷이 고려된다. 이러한 센서와 또 다른 네트워크 모니터링 디바이스 간의 원활한 통신을 허용하기 위해 추가 기능이 제공된다.
첨부된 청구범위, 도면 및 설명을 구체적으로 참조하며, 이들 모두는 본 발명의 요소를 개시한다. 특정 실시형태들이 식별되지만, 하나의 설명된 태양의 요소는 별도로 식별된 태양의 요소와 결합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 동일한 방식으로, 통상의 기술자는 공통의 프로세스, 구성요소, 및 방법에 대한 필수적인 이해를 가질 것이며, 본 설명은 그러한 공통 태양이 여기에서 명시적으로 식별되지 않더라도 그러한 공통 태양을 포괄하고 개시하도록 의도된다.
본 발명의 작동은 다음 예시와 관련하여 취해진 상세한 설명을 참조하여 더욱 양호하게 이해될 수 있다. 이들 첨부된 도면은 본 명세서의 일부를 형성하며, 도면 상의/도면 내의 모든 정보는 문언적으로 포함되고(즉, 실제 언급된 값) 상대적으로 포함된다(예컨대, 부품의 각 치수에 대한 비율). 동일한 방식으로, 이들 도면에 도시된 바와 같은 구성요소의 상대적인 위치 및 관계, 뿐만 아니라 이들의 기능, 형상, 치수, 및 외관은 모두 본 명세서에서 완전히 재작성된 것처럼 본 발명의 특정 태양을 추가로 알릴 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 도면의 모든 치수는 인치를 기준으로 하며, 도면 상의/도면 내의 모든 인쇄된 정보는 본 작성된 개시의 일부를 구성한다.
도면 및 첨부물에서, 이들 모두는 본 개시의 일부로서 통합된다:
도 1은 본 발명의 특정 실시형태에 따른, 슬롯식 가이드 링을 포함하는 개스킷의 평면도이다.
도 2는 A-A선을 따라 취한 도 1의 개스킷의 측단면도이다.
도 3은 도 2의 상세 B의 횡단면 상세 측면도이다.
도 4는 개스킷에 형성 또는 내장되기 전의, 복수의 센서들을 포함하는 센서 스트립의 평면도이다.
도 5는 도 4의 상세 C에서 식별된 바와 같은, 하나의 센서의 단면 상세 평면도이다.
도 6은 도 1의 개스킷의 원주방향 홈에 삽입될 때 센서 스트립이 취하게 될 기본 형상의 분리된 사시 개략도이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "예" 및 "예시적인"이라는 단어는 실례 또는 예시를 의미한다. "예" 또는 "예시적인"이라는 단어는 핵심적이거나 바람직한 태양 또는 실시형태를 나타내지 않는다. 문맥에서 달리 암시하지 않는 한, "또는"이라는 단어는 배타적이기보다는 포괄적인 것으로 의도된다. 예를 들어, "A는 B 또는 C를 채용한다."라는 구절에는 임의의 포괄적인 순열이 포함된다(예컨대, A는 B를 채용하거나; A는 C를 채용하거나; 또는 A는 B와 C를 모두 채용한다). 다른 문제로, 관사 "a" 및 "an"은 문맥에서 달리 암시하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하도록 의도된다.
하나 이상의 내장된 센서를 갖는 개스킷이 고려된다. 그러한 개스킷은 개스킷이 경험하는 변형량, 특히 반경 방향으로 가해지는 힘을 모니터링하여, 개스킷의 밀봉 가능성을 표시하고, 뿐만 아니라 시간 경과에 따라 모니터링하여, 시간 경과에 따라 누출 가능성이 있는지 확인한다. 보다 일반적으로, 이러한 관찰은 초기에 및 시간 경과에 따라, 개스킷에 가해지는 압축, 변형 및/또는 응력의 양을 직접 모니터링한다. 개스킷이 설비 내에서 직렬(in-line)로 배치됨에 따라 센서들은 개스킷의 원주방향 대면부에 장착되기 때문에, 이들 센서는 파이프 내에서의 힘, 보다 구체적으로 개스킷 및 해당 개스킷에 바로 인접한 파이프 섹션에 가해지는 힘을 보다 직접적인 표시를 제공한다.
작은 센서가 공간의 더 작은 단부에 요구되지만, 광섬유 센서는 이상적인 솔루션을 제공한다. 다운 홀 및 또 다른 오일 및 가스 응용분야에 사용되는 광섬유 센서(FBC 또는 기타 유형일 수 있음)의 가능한 사용. 그러나 다른 유형의 센서가 대체되거나 추가될 수 있다. 비제한적인 예로서, 압력 센서, 스트레인 게이지, 온도 센서 등은 개스킷에 대한 및 해당 센서(또는 센서들의 세트)에 바로 인접한 조건에 대한 중요한 데이터를 제공하기 위해 조정된 방식(coordinated manner)으로 사용될 수 있다.
또한, 이들 센서는 파이프의 전체 둘레를 따라 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 파이프/개스킷의 하나의 반경방향 섹션이 파이프/개스킷의 해당 부분의 나머지 반경방향 섹션에 있는 또 다른 센서와 비교하여 고유한 조건을 겪고 있다면, 해당 개스킷에 있어서의 센서들로부터 판독된 값들의 간단한 비교는 변칙(anomalies)들을 나타낸다. 또한, 개스킷이 서로에 대해 균일한 방식으로 위치결정되어 있다면(또는 파이프의 길이를 따라 하나의 개스킷에서 다른 개스킷으로 동일한 배향으로 센서를 인덱싱하고 위치결정하기 위해 또 다른 단계가 수행된다면), 응력, 변형률 등의 영역을 포함하여 파이프 전체의 성능에 관하여 추가 정보를 얻을 수 있다.
센서들은 얇은 금속 스트립에 장착될 수 있다. 바람직하게는, 센서(또는 센서들의 그룹)는 균일하게 분포되어, 스트립이 개스킷과 끼워맞춰질 때, 각각의 감지 위치가 해당 개스킷의 원주를 따라 균일하게 이격된다. 위에서 언급한 바와 같이, 데이터가 더 크고 의미 있는 규모로 수집될 수 있도록 복수의 개스킷이 개스킷의 동일한 수 및 배향으로 제공되는 것이 더 바람직하다.
장착 스트립은 바람직하게는 전도성 재료로 만들어진다. 이러한 방식으로 힘 및/또는 신호들이 스트립을 경유하여 전송될 수 있다. 이들 동일한 목표를 달성하기 위해 내장형 와이어 및/또는 에칭이 채용될 수 있다. 스트립은 개스킷의 실질적으로 전체 원주 둘레로 연장될 수 있다.
특히, 센서는, 개스킷이 그러한 부하와 직접 접촉하는 조인트를 밀봉하는 한, 튜브 자체(또는 튜브에 노출된 개스킷의 내경에 대한 특정한 다른 조건) 내의 매체의 부하를 모니터링하고 있다. 이러한 방식으로, 위치 및 시간 경과에 따른 변화를 포함하여, 부하의 효과적인 직접 판독을 제공함으로써 뚜렷한 이점을 나타낸다. 이러한 방식으로, 부하에 대한 보다 정확한 표시가 제공되는 것으로 믿어진다.
일부 실시형태들에서, 센서들에는 무선 전송 기능이 장착된다. 무선 주파수 식별, 근거리 통신 디바이스 및 프로토콜, 그리고 자기, 용량성, 유도성, 또는 기타 비접촉 감지 시스템을 포함하는 무선 기술은 여기에 정의된 목표를 달성하기 위해 센서에 또는 센서와 함께 제공될 수 있다. 이들 실시형태에서, 센서들은 검출기(예컨대, 최종 사용자의 핸드 헬드 또는 모바일 컴퓨팅 디바이스)에 근접하기만 하면 된다. 그런 다음 감지기 자체는 무선 기술에 의해 캡처된 정보를 디스플레이하거나 또는 전달한다. 또한, 데이터를 집계함으로써 그리고 특정 개스킷 및/또는 위치와 연관시킴으로써, 파이프, 이 파이프의 응력 및 변형에 대한 보다 강력한 이해를 성취할 수 있다.
최근에, 휴대용 전자 장치(즉, 휴대폰 및 태블릿 PC)의 향상된 기능은 그러한 디바이스들이 그러한 무선 통신 태그와 통신하기 위한 판독기로 사용될 수 있게 한다. 예를 들어, 근거리 통신(NFC) 태그, 무선 주파수 인식(RFID) 태그, 및 블루투스 통신 디바이스는 모두, 설치자, 기술자, 및/또는 마스터 컨트롤러가 적절한 애플리케이션이 장착된 휴대폰 또는 기타 유비쿼터스 컴퓨팅 디바이스(예컨대, 노트북 등)를 사용하여 데이터를 수집하고 성능을 식별할 수 있도록 한다. 일반적으로, NFC 디바이스는 판독기가 스캐너에 비교적 가깝게(~20cm) 위치되어야 하는 반면, RFID 및 블루투스는 훨씬 더 먼 거리에서 효과적일 수 있다. 또 다른 무선 프로토콜이 사용될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 외부 전원이 필요하지 않도록 소위 "수동(passive)" 센서가 사용될 수 있다. 수동 센서가 근처의 판독기 디바이스에서 전자기(EM) 신호를 수신하면, 신호 에너지의 일부가 전류로 변환되어, 태그에 전원을 공급(및 활성화)한다. 따라서 수동 태그는 근처의 판독기 디바이스에 의해 활성화될 때만 정보를 전송할 수 있다.
더욱이, 센서들 중 일부 또는 전부는, 위에서 암시된 바와 같이, 하드와이어링(hardwired)될 수 있다. 여기서, 전원 및/또는 출력 신호는 장착 스트립에 의해 형성되거나 장착 스트립과 통합된 전용의 경로를 따라 전달된다. 이러한 경로는 설비의 전체 길이를 따라 개스킷을 연결되도록 설비의 축방향 길이를 따라 모듈식으로 연결될 수 있다.
개스킷 자체는 위에서 식별된 유형을 포함하는, 임의의 유형의 솔리드 코어 개스킷일 수 있다. 금속 코어 개스킷은 특히 본 발명의 특정 태양에 적합한 것으로 간주된다. 도면에 도시된 바와 같이, 가이드 링이 부착될 수 있다. 가이드 링은 바람직하게는, 내부 고리를 따라 슬롯형, 노치형, 또는 톱니형 프로파일을 제공하여, 선택된 수의 포인트만을 개스킷에 연결되도록 한다. 이러한 배열은 개스킷의 외주 대면부(outer circumferential facing)의 일부를 접근 가능하게 남겨둔다.
외주 대면부를 따라 홈 또는 채널이 형성된다. 채널은 위에서 설명한 바와 같이 하나 이상의 센서를 운반하는 하나 이상의 장착 스트립을 수용할 만큼 충분히 넓다. 스트립은 강제-끼워맞춤, 접착제, 파스너, 또는 기타 알려진 수단에 의해 제자리에 유지된다. 가이드 링의 내부 "갈래(prongs)"는 그 위치를 유지시키기 위해 스트립과 접촉할 수 있다.
바람직하게는, 스트립은 개스킷에 의해 내부 대면부를 따라 가해지는 힘에 대한 직접적인 비교를 제공하도록, 가능한 한 얇다. 스트립은 또한 설비에 공통적인 환경 조건(열, 습도, 화학적 환경/노출 등)을 견딜 수 있는 재료로 구성되어야 한다.
일부 실시형태들에서, 장착 스트립에 대한 필요 없이 채널 내 및/또는 개스킷 원주 상에 센서를 위치시키는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 이 경우, 센서가 원하는 위치에 유지되고 원하는 입력(예컨대, 파워) 및 출력(예컨대, 신호)을 수신 및 제공하는 것을 보장하도록 주의해야 한다. 엘라스토머 또는 또 다른 불활성 및/또는 보호 재료를 사용하여, 센서를 제자리에 유지하기 위해, 채널을 "뒷-채움(back-fill)"할 수 있다.
유사하게, 보호 코팅은 개스킷에 끼워맞춰진 후에 장착 스트립의 상단에 적층될 수 있다.
또한, 장착 스트립은 전체 원주 둘레에 맞도록 또는 개스킷의 전체 원주보다 작게, 크기가 정해질 수 있다. 복수의 분할된 개별 스트립이 단일 채널 내에 제공될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 홈 또는 채널의 깊이(즉, 반경방향 깊이)는 개스킷의 코어의 축방향 두께의 대략 1/2일 수 있다. 또한 치수 정보는 도면으로부터 수집될 수 있으며, 본 개시는 그로부터 계산될 수 있는 임의의 적절한 비율을 구체적으로 포함한다. 더욱이, +/- 5%, 10%, 20%, 및 25%까지의 범위가 도면에 있어서의 정보에 대해 포함된다. 또한, 이들 도면은 또 다른 공통의 개스킷 직경 및/또는 두께로 크기가 정해질 수 있다.
특정 실시예에서, 개스킷은 "캠프로파일(kammprofile)" 스타일로 형성될 수 있다. 상부 및 하부 표면은 또한 소망하는 밀봉 성능을 부여하기 위해, 그래파이트 등과 같은 재료로 코팅될 수 있다.
여기에 예시되고 설명된 개스킷은 임의의 크기를 가질 수 있지만, 4인치 개스킷이 특히 유용한 것으로 고려된다. 모든 형태의 유선 또는 무선 통신을 사용하여 센서로부터 데이터를 검색할 수 있다. 동일한 방식으로, 배터리 또는 또 다른 전력/전류의 소스와 같은 에너지 공급 소스가 활용되거나 설비에 제공될 수 있다.
파이프를 모니터링하는 방법도 고려된다. 여기서, 전술한 복수의 개스킷들 중 하나 또는 임의의 조합이 파이프 섹션 사이에 설치된다. 설비에 있어서의 각 개스킷의 초기 조건뿐만 아니라 설비의 전체 조건을 설정하기 위해 데이터가 수집된다. 그런 다음 데이터는, 개별 개스킷 및/또는 전체 설비에 있어서의 변경이 검사, 유지보수, 부품 교체 등의 필요성을 나타내는 상태로, 시간 경과에 따라 모니터링된다. 데이터는 판독기 디바이스에 의해 관리 및 처리될 수 있고, 또는 분석을 위해 중앙 위치로 원격(예컨대, 네트워크 및/또는 월드 와이드 웹을 통해)으로 전송될 수 있다. 데이터 수집 위치를 최소화하도록 및/또는 무선 연결을 통해 완전한 원격 모니터링이 허용되도록 설치 섹션은 하드와이어링(hardwired)될 수 있다.
본 실시형태들이 첨부된 도면에 예시되고 전술한 상세한 설명에서 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시형태들로만 제한되지 않으며, 수많은 재배열, 수정 및 대체가 또한 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 예시적인 실시형태는 바람직한 실시형태들을 참조하여 설명되었지만, 추가적인 수정 및 변경은 앞서의 상세한 설명을 포함한다. 이들 수정 및 변경은 또한 첨부된 청구범위 또는 그 균등물의 범위에 속한다.

Claims (6)

  1. 개스킷으로서,
    내주면 및 외주면을 갖는 실질적으로 환형인 코어; 및
    상기 외주면과 맞물리도록 구성된 센서 요소를 포함하는, 개스킷.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외주면에 형성된 장착 홈을 더 포함하며,
    상기 센서 요소는 상기 장착 홈으로 배치되는, 개스킷.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 센서 요소는 적어도 하나의 센서 및 적어도 하나의 장착 스트립을 포함하며, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 적어도 하나의 장착 스트립에 결합되는, 개스킷.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 장착 스트립은 전도성 재료로 구성되는, 개스킷.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 센서 요소는 센서 데이터의 무선 전송을 위하여 추가로 구성되는, 개스킷.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 외주면에 대해 반경방향 외측에 위치되는 외부 가이드 링을 더 포함하는, 개스킷.
KR1020227021085A 2019-12-04 2020-12-04 실시간 모니터링을 위한 센서 내장형 개스킷 KR20220133859A (ko)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962943452P 2019-12-04 2019-12-04
US62/943,452 2019-12-04
US17/111,057 US20210208018A1 (en) 2019-12-04 2020-12-03 Sensor-embedded gasket for real-time monitoring
US17/111,057 2020-12-03
PCT/US2020/063292 WO2021113629A1 (en) 2019-12-04 2020-12-04 Sensor-embedded gasket for real-time monitoring

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KR1020227021085A KR20220133859A (ko) 2019-12-04 2020-12-04 실시간 모니터링을 위한 센서 내장형 개스킷

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EP (1) EP4069999A4 (ko)
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BR (1) BR112022010722A2 (ko)
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WO (1) WO2021113629A1 (ko)

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