KR890000053B1 - 파이프 연결구 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따른 1구현실시예의 파이프 연결구에 대한 축단면도.
제2도 및 3도는 제1도의 연결구 일부에 대해 확대한 축단면도.
제4도 및 5도는 제1도의 파이프 연결구의 부재들이 상호 계합될 때의 제2도 및 3도의 부분.
제6도 및 7도는 본 발명의 다른 구현 실시예의 파이프 연결구에 대한 축단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 1a, 31 : 숫부재 2, 2a, 32 : 암부재
3 : 슬리이브 4, 4a : 파이프 단면
5, 5a : 원추대상외주면 6, 6a : 원추대상내주면
7, 7a, 37 : 숫부재의 자유단 8, 39 : 숄더
9, 10, 11, 14, 17, 19, 20, 21, 27, 29, 30 : 면부
38 : 암부재의 자유단
본 발명은 파이프들을 연결하기 위한 파이프 연결구에 관해, 특히 층기, 가스 또는 오일의 압력 유체를 오일이나 가스 탐사 또는 생산하는데서 운반하는데 배제됨 없이 사용되는 파이프 연결구에 관한 것이다.
그와 같은 목적으로 현재 사용되는 연결구의 주요형식의 하나는 나선부로 마련된 내부 원주면의 암부재와 그 암부재 속에 나선적으로 접수되는 나선부를 역시 가진 상응외부 원주면의 숫부재로 구성된다. 부재들 사이에는 밀봉이 요구되는데, 흔히 그와 같은 밀봉은 대체로 숫부재의 자유 단상의 축방향으로 대면하는 면과 타부재에 마련된 상응면 간의 접합에 의해 제공되며, 그 면들은 부재가 완전히 서로 맞물려질 때 압축하에서 접합되는 것이다. 사용 조건을 유지하는 밀봉을 얻기 위해, 각 면들은 3축 압축 즉, 축방향의 압축력, 방사상 및 원주방향력 하에서 접촉되는 것이 요구된다. 이것을 얻기 위해 접촉된 면들은 축방향은 물론 반경 방향으로 향해진다. 1연결구에서, 숫부재의 자유단은 원추의 끝이 숫부재의 외향 방향으로 된 방사상 외면과 원추의 끝이 부재의 내향 방향으로된 방사상 내면을 가진 2개의 반대 방향의 원추 대상면을 갖추어서, 숫부재의 자유단은 반경 평면상 대체로 V형 단면을 갖는다. 암부재의 숄더에는 상응면들이 마련되며 또한 이들 두부재는 상대적인 차원으로 이루어져서 숫부재의 반지름 방향의 내면이 우선 암부재의 상응면과 접촉하고 그 다음 숫부재의 반지름방향의 외면이 암부재의 상응면과 접촉하여 변형되게끔 한다. 그러나 이 연결구에서는 2부재들이 완전히 서로 맞물리는 경우, 숫부재의 2원추 대상면을 연결하는 선분을 따라 고도의 응력 집중이 일어날 수 있으며, 이것은 고도의 응력 집중에 대한 선분으로부터 신장하는 암부재의 숄더의 일부에 전적으로 밀봉을 파괴시키는 전단이 야기 되게끔 만든다.
본 발명의 제1목적은 상기 기술한 종래기술의 모든 결점을 제거하고, 응력집중을 야기 시키지 않고 3축압축에 의해 완전한 밀봉을 유지하게끔 하는 개선된 파이프 연결구를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2목적은 구조상 간단하고 저렴한 비용이며 또한 고도의 내압 및 외력을 받을 때 조차 연결구에는 밀봉이 유지될 수 있는 파이프 연결구를 제공하는데 있다.
이들 목적을 성취하기 위해, 파이프 연결구는 본 발명에 따라, 나선부를 지닌 내부 원주면을 가진 암부재와 암부재 속에 접수되고 그 암부재의 나선부와 접속되는 나선부를 갖춘, 암부재의 내부 원주면에 상응하는 외부원주면을 가진 숫부재로 구성되어서, 그 부재들이 서로 완전히 맞물리는 경우, 부재들 중의 하나의 자유단에서의 전체적으로 축방향으로 향한 환상면이 타부재의 상응 환상면과 밀봉 접촉되도록 하며, 이때 이들 부재의 인접면은 반지름 방향으로 내,외향으로 향해지고 또한 연속 곡선으로 된 부분을 갖도록 한다.
편의상, 부재들의 인접면은 상대적으로 적절한 크기로 되도록 해서 이들 부재들이 서로 완전히 맞물려질때 1부재의 자유단의 단부가 타부재로부터 멀리 떨어져 변형되어지게끔 하는 식의 반경 방향 힘의 결합을 이룬다.
본 발명의 다른 견지에 따라, 나선부를 구비한 내부원주면을 가지는 암부재와 이 암부재속에 결합되기 위해 암부재의 나선부와 맞물리는 나선부를 갖춘, 암부재의 내부원주면에 상응하는 외부원주면을 가지며, 이부재들이 서로완전히 결합되는 경우, 이들 중의 한쪽 부재의 자유단에서의 축상 대면 환상면이 타부재상의 서로 상응하는 축상대면 환상면과 밀봉 접촉 되도록 하고, 1부재의 자유단에서의 환상면이 제1곡률반경을 가지는 제1의 반경방향으로 외향하고 축방향으로 대면하는 환상면, 제2곡률반경을 가지는 제2의 반경 방향으로 내향하고 축방향으로 대면하는 환상면 및 제1및 제2면부와 상호 연결되어 병합되는 제3곡률반경을 가지는 제3환상면을 갖추고 있으며, 또한 타부재는 1부재의 제1,제2 및 제3환상면부와 실질적으로 동일한 곡률반경의 상응하는 제1,제2 및 제3환상면부를 가져서, 이들 인접면의 상대적인 치수에 있어, 상기 환상면부들로 제공된 1부재의 자유단 부분이 부재들이 서로 완전히 결합되는 경우 한쪽 부재의 자유단의 단부에 대한 반경 방향의 변형이 타부재로부터 멀리 떨어지는 방향으로 야기되게끔 타부재에 대해 반경 방향의 결합이 이루어지도록 구성된 파이프 연결구가 제공된다.
편의상, 제3면부가 부재들의 제1 및 제2면부들과 각각 만나는 곳에는, 면부들은 공동 접선부를 갖는다.
1구현 실시예에 따라, 그중의 하나가 숫부재일 경우, 숫부재의 자유단에서의 축방향 환상면은 맞은편의 상응하는 암부재상의 축방향 환상면과 밀봉 접촉되며, 이들 부재들의 환상면부의 치수들은 제2면부가 접촉하기전에 제1면부가 접촉하여 변형되어지게끔 구성된다.
편의상, 부재들이 서로 완전하게 맞물려질때 제3면부들은 접촉되어지는 한편, 그곳을 횡단하는 압축응력이 부재들의 제1 및 제2면부를 횡단하는 압력보다 더 작게끔 면부들은 구성된다.
가급적, 숫부재의 경우, 숫부재의 제1면부의 제1곡률반경은 제2면부의 곡률반경 보다 더 작으며 제3면부의 곡률반경은 제1 및 제2곡률반경 보다 실질적으로 더 작다.
가령, 제1곡률반경은 대략 제2곡률반경의 1/2일 수 있으며 제3곡률반경은 대략 제2곡률반경의 1/10일수 있다.
가급적, 숫부재의 경우, 숫부재의 제1면부는 통상 주면부와 암부재의 제1면부는 원추 대상 면부와 만나며, 암부재의 제1면부의 최대 직경은 숫부재의 통상면부의 직경 보다 더 크게 해서 암부재의 원추 대상 면부가 숫부재의 자유단을 암부재에 대해 그것의 최종 위치 쪽으로 인도 되도록 한다.
숫부재의 경우, 그 부재의 제2면부는 그 내부면에서 종결되거나 또는 내부면에서 종결하는 제4환상 원추 대상 면부와 만난다. 후자의 경우, 암부재도 역시 숫부재의 제4면부와 대체적으로 같은 원추형의 상응하는 제4환상면부를 가진다. 편의상, 제4의 원추 대상 면부는 제2면부에 접하여 형성된다.
본 발명의 다른 구현 실시예에 의하면, 암부재의 경우, 그 자유단에서의 축방향면은 숫부재의 반대편에서 상응하는 축방향 환상면과 밀봉 접촉되도록 만들어지고, 또한 그 부재의 환상면의 크기는 제1면부가 접촉되기 전에 제2면부가 접촉, 변형되어지게끔 구성된다.
가급적, 제2곡률반경은 제1곡률반경보다 작고 제3곡률반경은 대체적으로 제1및 제2곡률반경보다 작다. 가령, 제2곡률반경은 대략 제1곡률반경의 1/2일 수 있으며 제3곡룰반경은 대략 제2곡률반경의 1/10일 수 있다.
본 발명의 구현 실시예에 관해서, 첨부한 도면을 예로들어, 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 숫부재(1)와 암부재(2)로 구성된 연결구를 나타낸다. 이 구현 실시예에서, 암부재(2)는 슬리이브(3)의 일부에 의해 제공되며, 슬리이브(3) 역시 제2암부재(2a)를 제2숫부재(1a)에 연결시키기 위해 제공되는 것이다. 각각의 숫부재(1),(1a)는 파이프 단면부(4),(4a)의 단에 제공되어서 도시된 바와 같이, 경우에 따라 파이프 단면부와 결합되거나 또는 분리되며 또한 그것에 용접되거나 다른 방도로 고정된다.
도시된 바와같이, 각 숫부재(1),(1a)는 나선부를 갖춘 일반적으로 원추 대상의 외주면(5),(5a)을 가지며 각 암부재(2),(2a)는 상응하는 숫부재를 접속, 결합시키는 나선부를 역시 갖춘 상응 원추 대상 외주면(6),(6a)을 갖는다. 부재들은 경우에 따라 관례적인 나선형으로 하거나, 또는 계류중인 UK 출원 NO.8421540호,8421541호 및 8421615호에서 설명된 바와같은 나선부를 가질 수 있다. 주면상의 나선부는 숫부재의 자유단(7),(7a) 및 암부재의 면(6),(6a)의 상응 내부단에 못 미쳐서 종료하며 또한, 부재들이 서로 완전히 결합되는 경우, 단지 숫부재의 자유단(7) 및 암부재(2)의 숄더(8)의 상응부분 및 인접 내면을 나타내는 도면 2도 내지 5도에 대해 더욱 상세하게 기술되는 바와같이, 각 숫부재의 자유 단위의 축방향면은 암부재의 숄더(8)상의 맞은편의 상응 축방향면과 접합되어 밀봉되도록 한다.
제2도에 나타난 바와같이, 숫부재(1)의 자유단(7)은, R1의 곡률반경을 갖는 제1의 반경 방향으로 외향하고 또한 축방향으로의 환상면부(9) ; 및 R2의 곡률반경을 갖는 제2의 반경 방향으로 내향하고 또한 축방향으로의 환상면부(10)를 갖추고 있다. 면부(9),(10)은 R3의 곡률반경을 갖는 제3의 환상면부(11)에 의해 상호 연결되는데, 면부(9,10,11)의 곡률이 불연속되는 것을 피하기 위해 인접 면부들이 공통의 접선을 가지는 선분(12) 및 (13)에서 면부(11)는 면부(9) 및 (10)와 적절히 만난다. 제3의 면부(11)는 숫부재의 단부면의 정점 상에 펼쳐 있으며 제1 및 제2면부의 곡률반경보다 실질적으로 더 작은 곡률반경을 갖는다. 예컨대, 곡률반경 R1은 곡률반경 R2의 약 1/2이며 또한 곡률반경 R3은 곡률반경 R2의 약 1/10일 수 있다.
제1면부(9)는 선분 15에서, 면부(9)에 접하는 통상 주면부(14)와 적절히 어울린다. 제2면부(10)는 숫부재의 내부면 16에서 종결된다. 대안적으로, 면부(10)는 제4의 원추 대상 면부(17)와 16위치에서 만난다. 면부(17)은 그 다음 숫부재의 내부면에서 종결한다.
제3도에 나타난 바와같이, 암부재(2)는 숫부재의 면부(9),(10),(11) 및 (17)에 대응하는 면부(19),(20),(21) 및 임의의 (27)와 그리고 선분(12),(13) 및 (16)에 상응하는 선분(22),(23) 및 (26)와 그리고 대체로 동일한 곡률반경(R1),(R2) 및 (R3)을 갖추고 있다. 그러나 암부재중 제1면부(19)는 28위치에서 원추 대상 면부(29)와 만나는데, 이 면부(29)는 축선에 대해 약 5°와 30°사이에서 신장하며 또한 통상면부(30)에 의해 추종된다.
면부(29)의 최대 직경을 숫부재의 면부(14)의 직경보다 더 크게 해서 부재들이 서로 완전히 결합되는 때도 면부(14)와 (30)이 약간 이격 되도록 한다. 그러나 면부(29)의 최소 직경은 면부(14)의 직경보다 더 작으며 면부(9),(10),(11)의 최대크기는 면부(19),(20),(21)의 최대크기보다 더 크다. 그래서 부재들이 서로 나사로 맞추어졌을 때, 숫부재의 자유단은 암부재의 원추 대상 면부(29)에 의해 그 최종 위치로 인도되고 선분(28)의 영역에서 암부재와 우선적으로 접촉된다. 면(9) 및 (19)는 그 다음 제4도에 도시된 바와 같이 변형도를 증가시키면서 점진적으로 접촉되는데, 초기에는 탄성적으로 그리고 최종에는 소성적으로 접촉되어서, 이들 면(9),(19)는 이들 간의 접촉에 의해 야기되는 숫부재의 자유단(7)의 단부에 대한 반경 방향으로의 내향 처짐 또는 변형과 축 압축으로 인해 3축 응력을 받게된다. 면(9) 및 (19)가 완전히 접속되어짐에 따라, 면(10)과 (20), 면(17)과 (27)은 제5도에 도시된 바와 같이, 서로 압착된다.
면(9),(10) 및 (11), 그리고 (19),(20) 및 (21), 면(9),(19) 및 (10),(20)이 완전하게 서로 맞물려져서 설계된 압축 응력하에 있을 때, 면(11) 및 (21)은 약간 이격 되거나 접촉 하지만 이들은 어떠한 경우에서도 면(9),(19) 및 (10),(20)보다 실질적으로 더 작은 압축응력을 가지도록 설계되어 배치된다.
면(9),(10) 및 (11) 그리고 (19),(20) 및 (21)의 곡률반경에 대한 허용 공차에 있어, 암부재의 면(19) 및 (20)의 곡률반경은 면(9),(10)의 곡률반경에 비해 적어도 같거나 약간 더 크며, 면(21)의 곡률반경은 면(11)의 곡률반경보다 겨우 같거나 약간 작다.
본 발명은 암부재가 슬리이브에 의해 마련된 연결구에 대해 기술하였지만, 가령 제6도에 도시된 바와 같이 숫부재 및 암부재(31,32)가 가령 응접에 의해 또는 제2에 관해 기술한 바와 같이 숫부재(31)의 자유단(37)에서의 축방향면이 제3도에 대해 기술한 바와 같은 암부재(32)의 숄더(38)상에 제공된 상응하는 축방향 면과 밀봉 접촉되는, 파이프 단면(4,4a)의 단부에 일체적으로 결합되는 핀 및 박스 연결구(box connector)에도 동등하게 적용될 수 있다 하겠다.
게다가, 본 발명은 숫부재의 자유단상의 축방향 직선면과 암부재상의 내면간의 밀봉 접속에 관해 기술 하였지만, 이를테면 제7도에 나타낸 바와 같이 암부재의 자유단상의 축방향 직선면과 숫부재상의 상응면 사이에 밀봉이 필요한 연결구에도 동등하게 응용될 수 있다고 본다. 제7도에 나타낸 바와 같이, 암부재(32)의 자유단(38)상에 있는 축방향직선면은 숫부재(31)의 숄더 상에 제공된 면과 밀봉 접촉된다. 면부(9) 및 (19)에 상응하는 면부들은 반경 방향으로 외향하기 보다 반경 방향으로 내향해서 뻗혀 있고(여기서, 제2면부로 칭함), 또한 면부(10),(20)에 상응하는 면부들은 반경 방향으로 내향하기 보다는 반경 방향으로 외향에서 뻗혀 있음(여기서 제1면부로 칭함)을 제외하고는 상기 설명한 바와 같이 면부(9),(10),(11)에 상응하는 면부는 자유단(38)상에 제공되고 면부(19),(20),(21)에 상응하는 면부들은 숄더(39)상에 제공된다. 암부재는 또한 면부(14) 및 (17)에 상응하는 면부를 갖추고 있으며 또한 숫부재는 면부(29),(30) 및 (27)에 상응하는 면부를 갖추고 있다.
제1도 내지 5도에 관해 상기 설명한 바와 같은 파이프 연결구에 대한 특정의 구현 실시예에서, 숫부재의 곡률반경 R1,R2 및 R3는 0.2인치, 0.4인치 및 0.04인치이며, 그리고 반경 R1 및 R2의 중심점간의 축간거리는 0.287인치이다.
Claims (19)
- 나선부를 갖춘 내부 원주면(6)을 가지는 암부재(2 ; 32)와, 이 암부재 속에 접수되고 또한 암부재의 나선부와 결합되는 나선부를 갖는 암부재의 내부 원주면에 상응하는 외부 원주면(5)을 가지는 숫부재(1 ; 31)로 구성되는 것에 있어서, 이들 부재의 한 부재의 자유단(7 ; 37 ; 38)에 있는 축방향 환상면(9,10,11)이 타부재상의 마주하는 상응 축방향면(19,20,21)과 밀봉 접촉되게 만들어지고, 한쪽부재의 자유단에서의 환상면이 제1곡률반경을 가지는 제1의 반경 방향으로 외향하고 또한 축방향으로 내면하는 환상면부(9), 제2곡률반경을 가지는 제2의 반경 방향으로 내향하고 또한 축방향으로 대면하는 환상면부(10), 및 제1 및 제2환상면부들과 상호 연결되고 병합되는 제3곡률반경을 가지는 제3환상면부(11)로 구성되며, 타부재는 이들 환상면부에 상응하는 제1,제2 및 제3환상면부(19,20,21)를 갖는 것을 특징으로 하는 파이드 연결구.
- 제1항에 있어서, 상기 한쪽부재의 자유단의 제3곡률반경은 제1및 제2곡률반경보다 더 작으며, 이와 상응하는 타부재의 제1,제2 및 제3환상면부는 상기 한쪽부재의 제1,제2 및 제3환상면부(9,10,11)와 거의 동일한 곡률반경을 가지며, 인접면들의 상대적인 크기는 상기 환상면부들로 제공된 한부재의 자유단의 부분들이 부재들이 서로 완전히 결합되었을때 한부재의 자유단의 단부가 타부재로부터 떨어지는 반경 방향으로의 변형을 하게끔 타부재에 대해 적절한 반경 방향힘이 주어지도록 구성됨을 특징으로 하는 파이드 연결구.
- 제2항에 있어서, 부재들중의 제3면부(11,21)가 부재중의 제1및 제2면부(9,19 및 10,20)와 만나는 부분에서, 면부들이 공동의 접선부를 가지는 것을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제2항 또는 3항중 어느 한 항에 있어서, 한부재가 숫부재인 경우, 숫부재의 자유단(7 ; 37)에 있는 축방향 환상면(9,10,11)이 암부재상의 마주 상응하는 축방향 환상면(19,20,21)과 밀봉 접촉되고, 부재들의 환상면부에 대한 크기는 제2면부(10,20)가 접촉하기 전에 제1면부(9,19)가 접촉, 변형되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제4항에 있어서, 부재들이 서로 완전하게 결합되는 경우, 제3면부(11,21)를 횡단하는 압축 응력이 제1 및 제2면부(9,19 및 10,20)를 횡단하는 압축 응력보다 더 작음을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제4항에 있어서, 제1곡률반경이 제2곡률반경보다 더 작고 또한 제3곡률반경이 제1 및 제2곡률반경보다 더 작음을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제4항에 있어서, 암부재의 제1 및 제2면부(19,20)의 곡률반경은 적어도 숫부재의 제1 및 제2곡률반경과 같고 암부재의 제3면부(21)의 곡률반경은 숫부재의 제3곡률반경과 같음을 특징으로 하는 파이프연결구.
- 제4항에 있어서, 숫부재의 제1면부(9)는 원통상주면부(14)와 만나고, 또한 암부재의 제1면부(19)는 원추대상 면부(29)와 만나고, 그 면부(29)의 최대 직경을 숫부재의 원통상 연부(14)의 직경보다 크게하여서 암부재의 원추 대상 면부(29)가 숫부재의 자유단(7 ; 37)을 암부재에 상대해서 완전히 결합하는 위치쪽으로 인도하게끔 작용하는 것을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제8항에 있어서, 암부재의 원추 대상 면부(29)의 최소 직경이 숫부재의 원통상 면부(14)의 직경보다 더 작음을 특징으로한 파이프 연결구.
- 제4항에 있어서, 숫부재의 제2면부(10)는 숫부재의 내부면에서 종결하는 제4환상 원추 면부(17)와 만나고, 또한 암부재는 숫부재의 제4면부(17)와 실질적으로 동일한 원추형을 갖는 상응하는 제4환상 면부(27)를 갖추고 있음을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제10항에 있어서, 부재들의 제4원추 대상 면부(17 ; 27)을 제2면부들(10,20)에 각기 접선 상태로 형성시킴을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제2항 또는 제4항중 어느 한 항에 있어서, 한부재가 암부재(32)인 경우, 암부재의 자유단에 있는 축방향 환상면(9,10,11)이 숫부재(31)상에 있는 맞은편의 상응하는 축방향 환상면과 밀봉 접촉되게 만들어지고, 또한 부재들의 환상면의 크기는 제1면부(10,20)가 접촉되기전에 제2면부(9,19)가 접촉, 변형되게끔 구성됨을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제12항에 있어서, 부재들이 서로 완전하게 결합되는 경우, 제3면부들(11,21)을 횡단하는 압축 응력이 제1 및 제2면부들(9,19 및 10,20)을 횡단하는 응력보다 더 작음을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제12항에 있어서, 제2곡률반경은 제1곡률반경보다 더 작고, 제3곡률반경은 제1 및 제2곡률반경보다 실질적으로 더 작음을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제12항에 있어서, 숫부재의 제1 및 제2면부(19,20)의 곡률반경이 적어도 암부재의 제1 및 제2면부(9,10)의 각각의 곡률반경과 같고, 또한 숫부재의 제3면부(21)의 곡률반경이 암부재의 제3면부(11)의 곡률반경과 같음을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제12항에 있어서, 암부재의 제2면부(9)가 원통상 주면부(14)와 만나고 숫부재의 제2면부(19)가 원추 대상 면부(29)와 만나며, 이 원추 대상 면부(29)의 최소 직경은 암부재의 원통상 주면부의 직경보다 작게하여서 숫부재의 원추 대상 면부(29)가 암부재의 자유단(38)을 숫부재에 관해 그 최종위치로 인도되게끔 작용하는 것을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제16항에 있어서, 숫부재의 원추 대상 면부(29)의 최대 직경이 암부재의 원통상 면부(14)의 직경보다 더 큼을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제12항에 있어서, 숫부재의 제2면부(10)는 부재의 외부면에서 종결하는 제4환상의 원추 대상 면부(17)와 만나며, 숫부재는 암부재의 제4면부(17)와 실질적으로 동일한 원추상을 가지는 상응하는 제4환상면부(27)를 갖추고 있음을 특징으로 하는 파이프 연결구.
- 제18항에 있어서, 제4원추 대상 면부(17,27)를 제1면부(10,20)각각에 대해 접선 상태로 형성시킴을 특징으로 하는 파이프 연결구.
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