KR930006020B1 - 고압유선(flow line) 연결부재 - Google Patents

고압유선(flow line) 연결부재 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

고압유선(flow line) 연결부재
제1도는 본 발명을 구체화한 고압유선 연결부재의 1/4단면도.
제2도는 본 발명의 실시예에 의한 수부재, 시일링, 암부재의 배열을 상세하게 표시한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 연결부재 13 : 수부재
15 : 암부재 17 : 시일링
21 : 수부재의 플렌지 35 : 암부재의 플렌지
43 : 숄더 45 : 수부재의 단부
47 : 암부재의 끝 51 : 립(lip)
53 : 암부재의 끝 a : 수부재 단부의 경사각
Br : 시일링의 최대 내경 b : 암부재 단부의 경사각
Cr : 시일링의 최소 내경 d1: 수부재 단부의 최대 외경
d2: 수부재 단부의 최소 외경 d3: 암부재 단부의 최소 내경
d4: 암부재 단부의 최대 내경 Er : 립에 인접한 최대 외경
L1: 시일링의 축방향으로의 길이 L4: 립과 암부재의 끝사이의 간격
본 발명은 고압유선 연결부재 또는 폐쇄부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 테이퍼(taper)로 된 환형상의 외표면이 있는 수부재(male member), 테이퍼로 된 환형상의 내표면이 있는 암부재(female member), 수부재와 암부재 사이에 배치되며 단면이 대체로 사다리꼴 형상인 시일링(seal ring) 등을 포함하는 고압유선 연결부재 또는 폐쇄부재에 관한 것이다. 예를 들어서, 공업용 열교환기와 같은 고압류를 취급하는 분야에서, 유선이나 도관을 서로 연결시키기 위한 여러 종류의 연결부재나 폐쇄부재가 개발되었다.
그 중의 한 종류는, 수부재와 암부재 및 시일링으로 구성되어 있다.
수부재는 내측으로 경사진 원뿔대의 외표면이 있는 단부가 있으며, 암부재는 암부재의 축에 대한 테이퍼각이 수부재 단부의 테이퍼각보다 적은, 외측으로 경사진 원뿔대의 내표면이 있는 단부가 있다.
시일링의 단면은 대체로 사다리꼴이며, 테이퍼각이 암부재의 내표면의 테이퍼각과 거의 동일한 외표면과, 테이퍼각이 수부재 단부의 테이퍼각과 거의 동일한 내표면이 있다.
수부재와 암부재가 짝을 이루어, 플렌지 등에 의해 체결되면, 시일링은 암부재와 수부재 사이에 끼여있는 상태에서 견고하게 죄여진다.
종래의 기술인 사다리꼴 시일링 연결의 결점은 수부재와 암부재의 결합면 사이에 시일링을 정확하게 배치하는 것이 곤란하다는 점이다.
부품을 체결할 때 시일링의 축방향에 대한 정렬이 어긋나면, 수부재와 암부재가 짝을 이루어 체결될 때 시일링은 불균일한 응력을 받게 되는 경향이 있으며, 이것은 시일링의 파손 또는 커얼링(curling)현상의 발생 등의 원인이 될 수 있다.
그리고, 시일링이 파손되거나 커얼링이 발생되지 않은 상태라 하더라도 축방향에 대한 정렬이 어긋나면, 연결상태에서 누설이 발생되어, 극도의 고압에 의한 피해가 야기된다.
설명된 형태의 개량된 연결부재 또는 폐쇄부재는 시일링이 방사상으로 연장된 립을 포함하여 형성된 것이 개량되었다.
립은 수부재와 암부재가 짝을 이루어 체결될 때 각 부품의 정확한 정렬여부를 시각적으로 표시한다. 그런데, 종래의 립이 접촉하는 사다리꼴 시일링을 사용하는 연결부재 또는 폐쇄부재는, 수부재와 시일링 및 암부재 사이의 치수의 부조화로 인하여 밀봉이 파손되는 경우가 있다.
연결부재를 체결할 때 립은 암부재를 향해서 이동한다.
립과 암부재 사이의 최초의 간격이 너무 좁으면 체겨하는 동안에 립과암부재가 접촉하면서 립이 절단되거나 또는, 암부재에 의해 립에 작용되는 힘이 시일링을 파손시키는 원인이 되는 경우도 있다.
한편, 립과 암부재 사이의 최초의 간격이 너무 넓으면, 시일링과 암부재 사이에서 완전한 밀봉을 유지하기에는 불충분한 면접촉이 이루어진다.
방사상으로 외측을 향하여 연장된 립이 있는 시일링을 포함하는, 개량된 연결부재 또는 폐쇄부재에 대해서, 1982년 8월 25일에 출원된 미국특허 제411,498호에 기재되어 있으며, 시일링과 수부재 및 암부재의 치수가 서로 조화를 이루어 구성되므로써, 완전한 밀봉이 이루어지며, 시일링의 립은 암부재의단부로부터분리된 공간에 남아 있게 된다.
그런데, 극도의 고압을 사용하는 상태에서, 볼트의 체결력도 크기 때문에, 립이 여전히 절단되는 경우가 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 종래기술의 결점을 해소할 수 있는 연결부재 또는 폐쇄부재를 제공하고자 하는 것이다. 좀더 상세하게 설명하면, 수부재, 방사상으로 외측을 향하여 연장된 립이 있는 시일링, 암부재 등의 치수가 서로 조화를 이루어 구성되므로써, 축방항에 대한 이들 부품의 정확한 정렬을 유지하며, 완전한 밀봉이 이루어지고, 립은 볼트의 체결력에 관계없이 암부재의 단부로부터 분리된 공간에 남아 있게 된다. 본 발명에 의한 고압유선 연결부재에 의해 상기한 목적과다른 목적이 달성된다. 연결부재는 수부재와 암부재 및 시일링으로 구성된다.
수부재에는, 내측으로 경사진 테이퍼각이 있는 원뿔대의 외표면이 있는 단부가 있다.
수부재의 외표면은 최대외경과 최소 외경이 있으며, 최대외경과 최소 외경에는 제조공차가 있을 수 있다.
수부재에는 단부의 최대외경의 인접한 곳에, 방사상으로 외측을 향하여 연장되는 플랜지가 있다. 암부재에는 수부재 단부의 테이퍼각보다는 적은 테이퍼각으로 외측을 항하여 경사진 원뿔대의 내표면이 있는 단부가 있다.
암부재 단부의 내표면은 최대 내경이 있는 외단부와, 그 인접한 위치에서 방사상으로 내측을 향하여 연장되는 최소 내경이 있는 내단부로 한정된다.
암부재에는 축방향으로의 길이가 있다.
시일링은 수부재 단부의 테이퍼각과 거의 동일한 테이퍼각이 있는 원뿔대 내표면과 암부재 단부의 테이퍼각과 거의 동일한 테이퍼각이 있는 원뿔대 외표면이 있다.
시일링에는 또, 최대 외경이 인접한 곳에 있는 시일링 외표면으로부터 방사상으로 외측으로 향하여 연장된 환형상의 립이 있다.
시일링과 암부재 및 수부재의 원뿔대 표면의 관련된 각각의 치수는, 각 부품의 조립과정이나 사용중에 시일링의 축방향에 대한 정렬의 어긋남이나 파손될 수 있는 기회를 최소화하고 밀봉효과를 최대화할 수 있는 치수로 선정된다. 특히, 립과 최대 외경 끝부분 사이의 축방향에서의 길이는 암부재의 길이와 거의 동일하다.
시일링 내표면의 최대 내경은 수부재 단부의최대 외경보다 작으며, 반면에 시일링의 최소 내경은 수부재 단부의 최소 외경보다 작다.
립에 인접한 시일링 외표면의 최대 외경은 암부재 단부의 최대 내경보다 크게 되며, 따라서, 립은 수부재와 암부재가 함께 체결될 때 암부재 단부의 끝으로부터 분리된 공간에 남게된다.
그런데, 암부재와 수부재가 서로 짝이 되어 아무리 견고하게 체결된다 하더라도 시일링의 단부는 립이 절단되기 전에 암부재의 숄더와 연결된다.
이하, 본 발명에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
제1도에서는 본 발명의 실시예인 고압유선 연결부재가 참조부호(11)로 표시되어 있다.
연결부재(11)는 일반적으로 수부재(13)와 암부재(15) 및 시일링(17)으로 구성된다.
수부재(13)는 대체로 관형상(管形狀)을 하고 있으며, 용접 등에 의해서 고압도관과연결된다. 수부재(13)에는 복수의 볼트 체결공(31)이 있는, 방사상으로 외측을 향하여 연장된 플렌지(21)가 형성되어 있다.
암부재(15)는 대체로 관형상을 하고 있으며, 용접에의해 고압도관에 부착된다.
암부재(15)에는 복수의 볼트 체결공(37)이 형성되어 있는, 방사상으로 외측을 항하여 연장된 단일플렌지(35)가 있다.
그러므로, 플렌지(35)는 복수의 볼트 등에 의해 플렌지(21)와 연결되며, 이에 의해서, 수부재(13)와 암부재(15)는 짝이 되어 축방향을 따라서로 체결된다.
암부재(15)에는 방사상으로 확장되는, 외측을 항하여 경사진 단부(39)가 있다.단부(39)는 암부재(15)의 축선에 대한 테이퍼각이 있는 원뿔대 내표면으로 형성되며, 그 단부(39)는 방사상으로 내측을 항하여 연장되는숄더(43)에 의해서 암부재(15)의 관통공(41)과 연결된다.
수부재(13)에는 원뿔대 외표면으로 형성되는, 내측으로 경사진 단부(45)가 있으며, 수부재(13)의 축에 대한 단부(45)의 테이퍼각은 암부재(15)의 단부(39)의 테이퍼각보다 크다.
시일링(17)은 원뿔대 외표면(47)과 원뿔대 내표면(49)으로 구성된다.
외표면(47)과 내표면(49)의 테이퍼각은 각각 암부재(15) 단부(39)의 테이퍼각 및 수부재(13) 단부(45)의 테이퍼각과 거의 동일하다.
그러므로, 시일링(17)은 수부재(13)의 단부(45)와 암부재(15)의단부(39) 사이에서 견고하게 고정된다. 연결부재(11)의 내부압력은 단부(39), (45)가 서로 견고하게 연결되도록 시일링(17)에 작용하며, 이에 의해서, 시일링(17)은 효과적으로 자기작동력이 있도록 된다. 내부압력이 클수록 밀봉효과는 더욱 좋아진다.
시일링(17)에는 방사상으로 외측을 향하여 연장되는 립(51)이 있다. 립(51)은, 암부재(15)의 단부(53)와 수부재(13)의 플렌지(21)로부터 떨어진 곳에 배치되도록 하기위해서 시일링(17)에 배치된다.
연결부재(11)를 조립하는 동안에 작업자는 수부재(13) 및 암부재(15)의 위치를 점검할 수 있으며, 또, 립(51)과 암부재(15)의 단부(53) 사이의 공간이 연결부재(11) 주위에서 대체로 동일한지의 여부를 확인할 수 있다.
그러므로, 립(51)은 각 부품이 정확하게 정렬되었는지의 여부를 시각적으로 표시한다.
제2도에는, 본 발명에 의한 실시예의 구성이 상세하게 표시되어 있다. 수부재(13)의 단부(45)의 테이펴각은 a로 표시되며, 본 실시예에서는 20°이다.
암부재(15)의 단부(47)의 테이퍼각은 b로 로 표시되며, 본 실시예에서는 10°이다.
시일링(17)의 최적의 단면 구성은 직경에 관계없이 경험에 의해 설정된다. 최적의 구성에 있어서, L1으로 표시되는, 시일링(17)의 축방향으로의 길이는 0.875인치, Tr로 표시되는, 시일링(17)의 최대 두께는 0.316인치가 적당하다.
L4로 표시되는 링(51)과 암부재의 단부(53)와의 최적의 간격은 0.151인치이다.
본 실시예에서는, L3으로 표시되는 링(41)의 두께는 0.125인치이다.
d1으로 표시되는 수부재(13)의 최대 외경을 정하기 위해서는, 먼저, 수부재(13) 단부(45)의 축방향으로의 길이, d4로 표시되는 암부재(15) 단부(47)의 최대 내경, 시일링(17)의 적어도 한 군데의 직경, 예를들면, Br로 표시되는 시일링(17)의 최대 내경 등을 결정해야 한다.
실시예에서는, 수부재(13)의 단부(45)의 축방향으로의 길이는 L1+L2-L6의 값과 동일하다. 여기서, (L2)는 단부(45)의 최대 직경(d1)과 시일링(17)의 최대 내경(Br) 사이의 축방향으로의 길이이며, (L6)는 단부(45)의 최소 외경(d2)과 시일링(17)의 최대 내경(Cr) 사이의 축방향으로의 길이이다.
(L2)의 최소 길이는 수부재(13)의 직경 및 시일링(17)의 제조공차와 문자(X)로 표시된 플렌지(21)와 립(51)사이의 공간에 의해 결정된다.
예를들어서, 본 실시예에서는, 수부재(13)의 직경의 제조공차가 +0.000인치, -0.010인치이며, 시일링(17)의 직경의 제조공차는 ±0.003인치이다.
Br은 항상 d1보다 적어야 한다.
따라서, Br은 d1-(수부재(13)와 시일링(17)의 전체 -오차)의 값보다 적어야 한다. 최소값(L2)은 삼각법을 이용하여 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00001
여기서 toln은 수부재(13)와 시일링(17)의 전체 - 오차의 절대값이다. 시일링(17)의 최소 내경(Cr)과 수부재(13)의 단부(45)의 최소 외경(d2)사이의 거리(L6)는 수부재(13)과 시일링(17)의 +제조공차의 합과 같으며, 수학적으로는 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00002
여기서, tolp는 수부재(13)와 시일링(17)의 전체 +공차의 절대값이다. 그러므로, 수부재(13) 단부(45)의 축방향으로의 길이는 L2+L1-L6의 값이다. 조사에 의하면, 수부재(13) 단부(45)의 최소 외경은 다음과 같이 표시된다.
d2=d1+2(L2+L1-L6)cot a
수부재(13)의 단부(45)의 치수가 결정되고, 시일링(17)의 최적의 단면 구성이 결정되면, 시일링의 나머지 치수는 상대적으로 간단하게 결정된다. L2의 계산으로부터 시일링의 최대 내경(Br)은 다음과 같이 표시된다.
Br=d1-2(L2+X)tan a=d1-(tolp)
이와 유사하게, 시일링(17)의 최소 내경은 다음과 같이 표시된다.
Cr=d1-2(L1+L2+X)tan a
Dr로 표시되는 시일링(17)의 최소 외경은 다음과 같이 표시된다.
Dr=Cr+Tr
여기서, Tr은 시일링(17)의 최대 두께이다.
Er로 표시되는, 립(51)과 인접한 시일링(17)의 최대 외경은 다음과 같이 표시된다.
Er=Dr+2(L1-L3)tan b
여기서, 립(51)의 두께(L3)는 0.125인치로 주어진다.
수부재(13)의 단부(45)와 시일링(17)의 치수가 결정되면, 단지 암부재(15) 단부(47)의 치수의 계산만 남는다.
d4로 표시되는 암부재(15)의 단부(47)의 최대 내경은 단부(47)의 끝(53)과 립(51) 사이에서 최적의 간격을 유지할 수 있도록 설정되어야 한다.
그러므로, 최대 내경은 다음과 같이 표시된다.
d4=Er-2L4tan b
L7로 표시되는 암부재(15)의 단부(47)의 길이는 립(51)이 플렌지(35)와 접촉하기 전에 시일링(17)의 단부가 숄더(43)와 접촉하도록 설정된다. 단부(47)의 길이는 립(51)의 폭보다 작은 시일링(17)의 축방향으로의 길이와 동일하거나 또는 L7=L1-L3으로 된다.
암부재(15)의 단부(47)의 길이가 결정되면, 나머지 치수인 암부재(15)의ㆍ 단부(47)의 최소내경(d3)은 d3=d4-2L7tan b로 된다.
물론, 본 발명의 범위가 여기에 기술되고 제시된 실시예의 명확한 변형을 포함할 수 있다는 본 발명의 의도는 그러한 변형이 여기에서 부가된 청구범위의 요지와 범위 내에 속해야 한다는 것을 나타내고 있다.

Claims (6)

  1. 수부재(13)의 축선에 대한 테이퍼각과 최대 외경(d1)이 있고 축방향으로의 길이가 있는, 내측을 향하여 경사진 원뿔대 외표면과 함께 단부(45)가 있으며, 상기한 경사진 외표면은 최소 외경(d2)이 있는 단부(45)까지로 한정되고, 상기한 최소 외경(d2)과 최대 외경(d1)에는 제조공차가 있으며, 상기한 수부재(13)에는 상기한 최대 내경의 인접한 곳에서 방사상으로 외측을 항하여 연장되는 플렌지(21)가 있는 관형 수부재(13), 상기한 수부재(13)와 동일 축선상에 정렬되어 짝을 이루며, 암부재(15)의 축선에 대한 테이퍼각이 있는, 외측을 향하여 경사진 원뿔대 내표면이 있는 단부가 있고, 수부재(13) 단부(45)의 테이퍼각보다는 적으며, 상기한 암부재(15)의 단부 내표면은 최대내경이 있는 외측 단부와 최소 내경이 있는 내측 단부까지로 한정되고, 상기한 암부재(15)에는 상기한 최대 내경의 인접한 곳에서 방사상으로 연정되는 플렌지와 상기한 최소 내경의 인접한 곳에서 방사상으로 내측을 향하여 연장되는 솔더가 있으며, 상기한 암부재 내표면에는 상기한 솔더와 상기한 암부재 플렌지 사이에서 축방향으로의 길이가 있는 관형 암부재(15), 수부재(13)의 플렌지와 암부재(15)의 플렌지를 서로 체결하는 체결수단, 수부재(13) 단부(45) 외표면의 테이퍼각과 거의 동일한 테이퍼각이 있는 원뿔대 내표면과 암부재(15) 단부(47) 내표면의 테이퍼각과 거의 동일한 테이퍼각이 있는 원뿔대 외표면이 있으며, 시일링(17)의 표면의 최대 외경(Er)의 인접한 위치에서 상기한 시일링(17)의 외표면으로부터 방사상으로 외측을 항하여 연장되어 있는 환 형상의 립(51)이 있고, 상기한 시일링(17)은 상기한 수부재(13) 단부(45) 외표면과 연결되는 상기한 시일링 내부 표면 및 상기한 암부재(15) 단부(47) 내표면과 연결되는 상기한 시일링의 외부 표면과 함께 상기한 수부재와 암부재 사이에서 동일축상에 있으며, 상기한 시일링의 최소 내경(Cr)은 상기한 수부재 단부의 최소 외경 이하이고, 최대 내경(Br)은 상기한 수부재 단부의 최대 외경 이하이며, 이에 의해서, 상기한 시일링의 상기한 수부재 단부에 위치하면, 상기한 시일링의 최대 내경의 끝이 상기한 수부재 플렌지로부터 떨어진 곳에 배치되며, 상기한 시일링(17)의 상기한 최소 내경의 끝은 상기한 수부재의 끝의 뒷쪽으로 축방향을 따라 연장되어 있고, 상기한 최소 내경과 최대 내경에는 제조공차가 있으며, 상기한 시일링(17)에는 상기한 립(51)과 최소 내경 사이에 상기한 암부재(15)의 깊이와 대략 동일한 축방향으로의 길이가 있고, 상기한 립(51)과 인접하고 있는 상기한 시일링의 외부 표면의 최대 외경이 상기한 암부재(15) 단부(47)의 최대 내경보다 큰 상기한 시일링(17)으로 구성된 것을 특징으로 하는 고압유선 연결부재.
  2. 제1항에 있어서, 시일링(17)의 최대 내경(Br)이 수부재(13)의 최대 외경(d1)과 시일링의 최대 내경의 마이너스 공차의 절대값의 합보다 적은 수부재의 최대 외경보다 적은 것을 특징으로 하는 고압유선 연결부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 수부재(13) 단부(45)의 축방향의 길이가 ① 상기한 시일링(17)의 축방향의 길이(L1)와 ② 수부재 최대 외경(d1)과 시일링(17)의 최대 내경(Br)의 마이너스 공차의 절대값의 합의 1/2의 마이너스 값에 수부재(13) 단부(45)의 테이퍼각(a)의 코탄젠트 값을 곱한 값과, ③ 수부재 최소 외경(d2)과 시일링(17)의 최소내경이 플러스 공차의 절대값의 합의 1/2의 마이너스 값에 수부재(13) 단부(45)의 테이퍼각의 코탄젠트 값을 곱한 값과, ④ 암부재(15) 단부(47)의 끝으로부터 립(51)까지의 거리(L4)에 수부재(13) 단부(45)의 테이퍼각의 코탄젠트 값과 암부재(15) 단부(47)의 테이퍼각의 탄젠트 값을 곱한 값과 ④ 수부재(13)의 플렌지(21)와 시일링(17)의 립 사이의 선별된 간격의 합과 같은 것을 특징으로 하는 고압유선 연결부재.
  4. 제1항에 있어서, 암부재(15) 단부(47)의 최대 내경(d4)이 암부재 단부의 끝으로부터 립(51)까지의 거리의 2배와 암부재(15) 단부(47)의 테이퍼각(b)의 탄젠트값을 곱한 값보다 적은, 립(51) 근처에서의 시일링(17)이 외부 표면의 최대 외경(Er)과 동일한 것을 특징으로 하는 고압유선 연결부재.
  5. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 암부재(15) 단부(47)의 끝으로부터 립(51)까지의 거리가 약 0.150인치인 것을 특징으로 하는 고압유선 연결부재.
  6. 제5항에 있어서, 시일링(17)의 축방향으로의 길이(L1)가 약 0.875인치이며, 립(51)의 축방향으로의 길이가 약 0.125인치인 것을 특징으로 하는 고압유선 연결부재.
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