KR880001667B1 - 연결부재용 연결구 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연결부재용 연결구

제1도는 공지의 파이프 연결구의 단면 개략도.

제2도는 공지의 파이프 연결구와 본 발명에 의한 파이프 연결구의 각 나사줄에 걸리는 부하를 도시한 그래프.

제3도는 본 발명의 일예의 파이프 연결구의 일부 단면 개략도.

제4도는 본 발명의 또 다른예의 파이프 연결구의 일부 단면 개략도.

제5도 및 제6도는 본 발명의 또 다른 예의 파이프 연결구의 암수부재의 일부 단면도.

제7도는 제5도및 제6도의 연결구의 단면 개략도.

제8도는 제5도 및 제6도의 연결구에 형성시킨 나사줄의 일예의 확대도.

제9도는 본 발명의 또 다른 예의 연결구의 단면 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 101 : 숫부재 3, 103 : 숫부재의 외주면

4, 104 : 숫부재의 나사 7, 107 : 숫부재의 밀폐면

2, 102 : 암부재 5, 105 : 암부재의 외주면

6, 106 : 암부재의 나사 8, 108 : 암부재의 밀폐면

20, 120 : 중간부 21, 121 : 단부

22, 122 : 타단부 111, 112 : 측면

113, 115 : 돌기면 114, 116 : 근저면

P1, P2, P3, P4, P5 : 나선간격

본 발명은 부재연결용 연결구에 관한 것으로서, 특히 제한하는 것은 아니나 오일 및 개스의 탐사 및 생산과 같은데에 사용하는 압력유체 전달용 파이프를 연결시키는 파이프 연결구(pipe connector)에 관한 것이다.

현재, 오일 및 개스의 탐사 및 생산시에 관과 케이싱을 연결시키는데 사용하는 연결구의 기본적인 형태는 원추대형 내주면에 동일한 나선간격(pitch)으로 나사를 형성하고 있는 암부재(female member)와 이 암부재와 동일한 나선간격의 나사를 원추대형 외주면에 형성하고서 암부재와 결합하는 숫부재(male member)로 구성한 것이다. 이러한 연결구의 밀폐는숫부재의 자유단부에 통상 축방향으로 향해있는 밀폐면(sealing surface)과 이에 대응하는 암부재의 밀폐면을 축방향의 압출력에 의해서 서로 접속시킴으로써 성취해낸다. 이 힘은 두부재를 서로 돌려 죄어서 숫부재를 압축시킴과 동시에 암부재를 신장시킴으로써 얻어지는 것으로서 통상 나사의 돌기면과 근저면간의 마찰접촉(interference fit)에 의해서 유지된다.

이러한 형태의 연결구는 많은 실제적인 단점을 안고 있다. 밀폐면을 밀폐 접촉시키는데 필요한 숫부재의 축방향 압축응력과 이에 대응하는 암부재의 인장응력은 그 대부분이 그 밀폐면에 인접한 마지막 수회전의 나사줄에 의해서만 지지되는바, 그 나머지 부분의 나사줄에는 극히 가벼운 부하만이 걸릴뿐이다. 따라서, 부하가 걸린 나사줄의 부하지지 선단면(leading flank)은 서로 밀폐면을 당겨서 압축 접촉시키고 있는 동안 상당한 부하를 감당하게 된다. 아울러, 두 부재의 나사간의 반경방향 마찰력(redial interference)을 증대시키면 두 부재가 서로 풀리거나 이탈되는 현상은 줄일 수 있는 반면에 결과적으로 암부재에 걸리는 후프 응력(hoop stress)은 특히, 내부 압력의 영향으로 증가될 경우, 부재재료의 항복응력을 초과하게 된다. 더구나, 후프 응력이 높아지고 나사줄의 측면에 걸리는 부하가 높아지게 되면 나사줄의 측면 및 돌기면과 근저면이 마멸되어 버리게 된다.

또한, 부하를 지지하는 나사줄과 밀폐면간의 비교적 짧은 축상거리는 부재에 유기되는 스트레인 에너지(strain energy)를 제한시킴으로써 부재가 서로에 대하여 약간만 축상 이동할지라도 밀폐면간의 밀폐도가 현저하게 떨어지게 마련이다. 비단, 스트레인 에너지가 제한될 뿐만 아니라, 밀폐면에 대하여 밀폐력을 형성시키기 위해서 부재들을 서로 회전시킬 수 있는 각도도 아울러 제한되어 버리기 때문에 두 부재를 서로 풀려고 하거나 이탈시킬려고 하는 어떠한 약간의 영향력도, 예컨대 한 부재에 대한 축방향의 충격 조차도 밀폐면의 압축부하를 현저하게 감소시키게 된다.

본 발명의 주된 목적은 상기한 바와 같은 제반 결점을 제거한 파이프 연결구를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또한 목적은 연결구의 암수부재에 작용하는 인장력 또는 압축력과 같은 부하를 균일하게 분산시켜 그 부재들에 형성되어 있는 나사줄의 측면에 걸리는 최래부하를 크게줄임으로써 피로수명을 증가시킬 수 있는 파이프 연결구를 제공하는데에 있다.

본 발명의 또한 목적은 연결구의 암수부재에 작용하는 인장력 또는 압축력과 같은 부하를 균일하게 분산시켜 공지의 연결구의 경우보다 휠씬 더 큰 각도로 부재를 회전시킬 수 있도록하여 부재의 밀폐면에 필요한 만큼의 부하가 걸리도록 함으로써 두 부재가 서로 조금만 회전하여도 밀폐면의 밀폐도가 떨어지는 현상을 방지할 수 있는 파이프 연결구를 제공하는데에 있다.

본 발명에 의한 연결구의 일예를 들자면, 외주면에는 나사를 형성하고 있음과 아울러 그 나사면의 한쪽 끝에 인접한 곳에은 통상 축방향으로 향한 환상의 밀폐면을 갖춘 숫부재와 이것과 결합했을때 이 숫부재의 나사와 결합하는 나사를 내주면에 형성하고 있음과 아울러 축방향으로 힘을 받았을때 숫부쟁의 환상 밀폐면과 밀폐 접촉하는 통상 축방향으로 향한 환상의 밀폐면을 갖춘 암부재로 구성한 것으로서, 이들 부재의 나사면의 양단 사이에 존재하는 중간부에서는 부재의 나사가 서로 동일한 나선간격을 가지도록 하고, 그 중간부와 그 밀폐면 사이에 있는 두 부재의 단부에서는 암부재의 나선간격과 숫부재의 나선간격이 서로 달라지게 하여 그 두 부재를 서로 돌려끼워 밀폐면을 서로 접촉시킬 경우에는 그 중간부의 한 부재의 나사줄의 최소한 한 측면의 일부가 그와 대응하는 다른 부재의 나사줄의 한 측면의 일부와 접하도록 함과 아울러, 밀폐면에 대한 축방향의 부하를 증가시킴에 따라서 중간부의 나사줄의 한 측면이 점차로 부하를 받도록 하는 한편 한쪽 단부의 부재의 나사줄의 한쪽 측면도 점차로 서로 접촉하여 부하를 받도록 한다는 것이다.

본 발명에 의한 연결구의 또 다른 예를 들자면, 외주면에는 나사를 형성하고 있음과 아울러 그 나사면의 한쪽끝에 인접한 곳에는 통상 축방향으로 향한 환상의 밀폐면을 갖춘 숫부재와 이것과 결합했을때 이 숫부재의 나사와 결합하는 나사를 내주면에 형성하고 있음과 아울러 최소한 한쪽 부재의 일부에는 압축력을 가하고 최소한 다른쪽 부재의 일부에는 인장력을 가하는 축방향의 힘을 받았을때 숫부재의 환상 밀폐면과 밀폐 접촉하는 통상 축방향으로 향한 환상의 밀폐면을 갖춘 암부재로 구성한 것으로서, 부재의 나사면과 양단의 중간에 있는 중간부에서는 두 부재의 나선 간격을 서로 동일하게 함과 아울러, 그 중간부와 밀폐면 간에 존재하는 한쪽 단부에서는 한 부재의 나선 간격을 서로 동일하게 함과 아울러, 그 중간부와 밀폐면 간에 존재하는 한쪽 단부에서는 한 부재의 나선 간격을 다른 부재의 나선 간격보다 크게한다는 것이다.

숫부재는 그것에 의해서 접속시킬 부재의 단부에 직접형성시키거나 별도로 만들어서 용접이나 기타의 방법으로 부재의 단부에 영구적으로 고정시켜 놓을 수도 있으며, 마찬가지로 암부재도 접속시키고자 하는 부재의 단부에 직접 형성시키거나 별도로 만들어서 그 부재에 고정시켜 놓을 수 있다. 암부재는 그 부재에 접속시킬 또 다른 연결구와 일체로 형성시키거나 그 다른 연결구의 일부에 고정시켜 놓을 수도 있다. 암부재를 별도로 만들 경우에는 그와 관련된 밀폐면은 그 부재 자체의 표면에 의해서 형성시키거나 그 암부재와 이미 결합시킨 부재의 표면에 의해서 형성시킨다.

부재의 주계면은 원주형으로 하거나 , 원추대형으로하여 숫부재의 자유 단부쪽으로 경사지게끔 할 수 있다.

밀폐면은 숫부재의 자유단부와 암부재의 내부에 형성시키거나, 암부재의 자유단부와 숫부재의 외부 표면에 형성시킬 수 있다. 밀폐면은 반경방향의 평면에 형성시키거나 원추대형 또는 만곡형, 예컨대 볼록한 형상 또는 오목한 형상으로 하거나 일부는 반경 평면상에 형성시킴과 아울러, 또는 원추대형으로 함과 아울러, 또는 곡면을 이루도록해도 좋다. 이들 평면은 동일한 형상으로 하거나 서로 다른 형상으로하여 부재를 서로 완전히 결합시켰을 경우에는 서로 완전히 접하게끔 변형되도록 할 수 있다. 예컨대 밀폐면은 계속중인 출원 제8323508호와 8414203호 중의 어느 하나에 기재된 것과 같이 할 수 있다.

한 부재의 나사는 그 중간부와 한쪽 단부에서 동일한 나선 간격을 가지도록 하고, 다른 부재의 나사는 그 중간부와 한쪽 단부에서 서로 다른 나선 간격을 가지도록 하여 그 한쪽 단부의 나선간격이 필요에 따라서 더 커지거나 작아지도록 할 수 있다. 예컨대, 숫부재의 밀폐면을 그 자유단부에 형성시킬 경우에는 숫부재의 나선간격이 그 중간부와 한쪽 단부에서 동일해지도록 하고, 그 한쪽 단부에서 암부재의 나선간격은 그 중간부에서의 나선간격보다 작아지도록 할 수 있다.

조립된 연결구에 축방향의 인장부하가 작용할 경우에 그 나사줄을 따라서 부하의 분산상태를 개선시키기 위해서 나사면의 그 다른 단부에서 두 부재의 나선간격을 서로 다르게 함으로써 연결된 부재가 축방향의 인장력을 받을 경우에 처음에는 최소한 그 중간부와 이에 바로 인접한 그 다른 단부의 일부에 존재하는 나사줄에 힘이 걸리도록 한 다음에 점차로 그 다른 단부의 자유 단부에 존재하는 나사줄이 부하를 받도록 할 수 있다.

두 부재를 결합시킬때 압축되는 부재의 그 다른 단부에 존재하는 나사줄의 나선 간격을 다른 부재의 그 다른 부재에 존재하는 나사줄의 나선간격보다 작게 할 수 있다.

이러한 변화는 한 부재의 그 다른 단부의 나사줄의 반경방향 칫수가 점감하는 경우에 그 연결구의 피로 수명을 증가시킨다는 잇점을 갖고 있다.

그 다른 단부에서 그 두 나사면의 나선 간격의 차는 한 부재의 나선간격을 그 중간부와 다른 단부에서 일정하게 유지시키고 그 다른 부재의 다른 단부에서의 나선 간격을 그 중간부에서의 나선 간격보다 증가 또는 감소시킴으로써 형성시킬 수 있다. 예컨대, 숫부재의 밀폐면이 그 자유단부에 존재할 경우에는 숫부재의 나선간격을 그 중간부와 한쪽 단부에서 일정하게 유지시키는 한편, 암부재의 그 한쪽 단부의 나선 간격은 서로 나선 간격이 동일한 그 중간부와 다른 단부의 경우보다 감소시킬 수 있다.

부재의 나사는 그 다른 또는 후단면(trailing flank)간에 틈새가 생기도록 형성하는 것이 유리하며, 부재를 서로 완전히 결합시켰을 경우에는 한 나사의 돌기면과 다른 나사의 나사줄간의 간격의 근저면 사이에 틈새, 접촉 또는 약간의 마찰 접촉이 이루어지도록 하는 한편, 그 다른 나사의 돌기면과 그 한 나사의 근저면 사이에 틈새가 이루어지도록 할 수 있다.

나사의 나선 간격을 변화시키고자 할 때에는 나사줄의 축방향 두께와 나사줄간의 간격을 축방향 폭중 어느 하나 또는 양쪽을 모두 변화시키면 된다. 바람직하기로는 나사줄간의 간격은 일정하게 유지시키고 나사줄의 축방향 두께를 변화시킴으로써 나선 간격을 변화시키는 것이다.

본 발명에 관해서 첨부한 도면을 예로 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에 개략적으로 도시한 공지의 파이프 연결구는 파이프의 단부와 일체로 형성시킨 숫부재(male member)(1)와 슬리이브의 일부를 형성하는 암부재롤 구성되어 있는 한편, 슬리이브의 타단은 마찬가지 방식으로 다른 숫부재와 결합되게끔 되어 있다. 숫부재(1)의 외부 원추대형 표면(3)에는 그 전체길이에 걸쳐서 나선간격(pitch)이 일정한 나사줄(4)이 형성되어 있다. 표면(3)과 대응하는 암부재(2)의 내부 원추대형 표면(5)에도 나사줄(4)과 동일한 나선간격의 나사줄(6)이 형성되어 있다. 숫부재(1)의 자유단부에는 반경 방향으로 환상의 밀폐면(7)이 형성되어 있어 그 두 부재를 서로 완전히 결합시켰을 경우에 암부재(2)의 내부에 반경 방향으로 형성되어 있는 환상의 표면(8)과 접하도록 되어 있다.

상기한 연결구를 조립 형성하기 위해서 부재(1,2)를 서로 나사 결합시켜 표면(7,8)이 서로 접하도록 하면, 각 나사줄(4,6)의 선단부(leading flank) (9.10)도 서로 접하게 된다. 부재를 서로 더욱 돌리면 서로 접한 표면(7,8)에 부하가 걸리게 된다. 반응력은 첫번째 나사줄(4a,6a) 의 선단부(9,10)가 감당하게 되는 반면, 두번째, 세번째 등의 나사줄은 훨씬 적은 부하를 감당하게 된다.

제2(a) 도 및 제2(b)도의 점선 (11a 및 11b)은 각각 나사줄의 돌출면과 근저면이 서로 접촉하지 않을 경우와 접촉할 경우에 있어서 나사줄에 걸리는 부하의 예를 도시한 것이다. 부하면(7,8)은 숫부재를 압축시키는 작용을 하여(암부재에 대하여는 암부재를 신장시키는 작용을 하여)숫부재에 스트레인 에너지를 형성시키게 된다. 그러나 압축과 신장은 부하의 대부분을 감당하는 나사줄과 밀폐면(7,8)사이에서 주로 일어나기 때문에 숫부재의 자유단부에 있는 비교적 짧은 길이가 비교적 현저하게 압축된다.

이렇게 상술한 바와 같이 나사줄(4,6)을 따라서 부하의 분포가 불리하게 되어 있기 때문에 밀폐면(7,8)에 부하를 걸기 위해서 부재를 서로 회전시킬 수 있는 각도가 비교적 작아지게 된다. 따라서 부재들이 서로 풀리는 방향으로 약간만 돌아갈지라도 밀폐면(7,8)에 의한 밀폐도가 떨어지게 된다. 나사풀림에 대한 저항력은 나사줄의 선단부(leading flank)간의 마찰력에 의해서 형성됨과 아울러 나사줄의 돌기면과 근저면 간의 접촉력에 의해서 증가하지만, 부재속에 형성되는 후프 응력(hoop stress)과 나사줄의 측면, 돌기면 및 근저면의 마모의 위험으로 인해서 그 접촉력을 형성시킬 수 있는 정도에는 한계가 있다.

결국, 상기한 연결구가 축방향으로 인장응력을 받을 경우에는 제2도에 끊어진 선(12)으로 표시한 바와같이 나사면의 두 단부에 있는 나사줄이 그 작용력을 감당하게 된다. 특히 두 부재중 하나에 있어서 밀폐면(7,8)에서 멀리 떨어진 쪽에 있는 단부의 나사줄이 점차로 작아지는 형상으로 되어 있어서 나사줄의 선단부간의 접촉면적이 특히 마지막 수개의 나사줄에서 현저하게 감소할 경우에는 축방향으로 인장력을 작용시킬때 형성되는 큰 부하가 암부재로 하여금 열리도록 하거나 반경 방향 외측으로 변경되게끔 함으로써 연결구를 파괴시킬 수 있는 응력을 형성토록 한다.

본 발명에 의한 파이프 연결구의 일예를 제3도에 개략적으로 도시하였는바, 제1도의 공지의 연결구와 대응하는 부분은 동일한 참조부호로 표시하였다. 구체적으로 연결구는 나사줄(4)을 형성하고 있는 원주대형 외주면(3)과 밀폐면(7)을 갖춘 숫부재(1)와 나사줄(6)을 형성하고 있는 원주대형 내구면(5)과 밀폐면(8)을 갖춘 암부재(2)로 구성한다.

제3도의 연결구의 나사면은 세부분,즉, 나사면의 양단 중간에 위치하는 중간부(20), 나사면에 있어서 밀폐면(7 및 8)에 인접한 쪽의 단부와 중간부(20)사이의 단부(21)및 나사면의 다른쪽 단부와 중간부(20)사이의 단부(22)로 구성한다.중간부(20)에 있어서는 그 두 부재의 나사줄의 간격(P1)이 동일하다. 단부(21)에 있어서는 숫부재의 나사줄의 나선간격(P2)이 암부재의 나사줄의 나선간격(P3)보다 크다. 단부(21)에 있어서 나선간격의 차는 그 두 나사줄의 한쪽 또는 양쪽 모두의 나선 간격을 변화시켜 형성시킬 수도 있지만, 도시한 바와 같이 나사줄(6)의 간격을 중간부(20)의 경우와 동일하게,즉 "P3"와 "P1"을 똑같게 하고 숫부재의 나사줄(4)의 간격(P2)을 중간부(20)의 간격(P1)보다 크게하여 형성시킬 수도 있다. 단부(22)에 있어서 암부재의 나사줄(6)의 간격(P5)은 숫부재의 나사줄(4)의 간격(P4)보다 크게 한다. 이것은 두 나사줄 중의 어느 하나 또는 모두의 나선 간격을 변화시켜 형성시킬 수도 있지만, 도시한 바와 같이, 나사줄(4)의 나선간격(P4)은 중간부의 경우와 동일하게 하고 나사줄(6)의 간격(P5)은 중간부의 나선간격(P1)보다 크게 함으로써 형성시킬 수 있다. 나선 간격(P2 및 P5)은 밀폐면에 걸리는 압축력과 견뎌내야 할 인장력에 따라서 서로 동일하게 또는 다르게 할 수 있다.

제3도의 연결구의 나사줄(4,6)의 크기는 부재를 완전히 결합시켰을때 한 나사줄의 돌기면(crest surface)과 다른 나사줄의 근저면(root surface)이 서로 접촉하도록 할 수 있으나 접촉력의 정도는 공지의 연결구의 경우에 필요했던 것보다는 현저하게 감소시킬 수가 있는데, 왜냐하면 연결구의 밀폐면 (7,8)에 인접한 부분에 형성되는 에너지가 증가하기 때문에 나사풀림 또는 이탈(back-off)현상이 줄어들기 때문이다. 그러나 접촉력을 영(0)으로 하여 근저면과 돌기면 사이에 간격이 형성되도록 할수도 있으나, 한 나사줄의 돌기면과 다른 나사줄의 근저면 사이에는 최소한도의 접촉이 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 구조에 의해서 부재(1,2)를 서로 돌려 끼워서 밀폐면(7,8)을 충분히 접촉시킬 경우에는 중간부(20)의 나사줄의 선단부(9,10)중 최소한 일부가 서로 접촉하게된다. 연결구를 더욱 조이게 되면 이들 나사줄은 점차로 부하를 받게 됨과 아울러 단부(21)의 나사줄의 선단부에도 점차로 부하에 걸리게 된다.

중간부와 한쪽 단부(20,21)의 나사줄에 부하가 걸리는 순서와 방식은 나사줄의 돌기면과 근저면이 서로 접촉하고 있느냐 또는 접촉하고 있지 않으냐에 따라서 달라진다. 접촉하고 있지 않을 경우에는 단무(21)에 인접한 중간부(20)의 끝에 있는 나사줄(4d, 6d)에서부터 부하가 걸리기 시작해서 중간부(20)의 전체 나사줄에 따라서 진행됨과 동시에 단부(21)의 나사줄을 따라서는 나사줄(4c, 6c)에서부터 시작해서 계속하여 나사줄(4b,6b)을 거쳐서 나사줄(4a, 6a)에서 끝나게 된다. 그 전체적인 하중분포를 제2a도에 점-실선(13a)으로 도시하였다. 나사줄의 돌기면과 근저면이 접촉할 경우에는 감당하는 부하가 증가함에 따라서 중간부에 걸리는 부하가 달라지며, 중간부(20)의 타단에 인접한 나사줄(4f, 6f)에 더 빨리 부하가 걸리게 된다. 그 전체적인 하중 분포를 제2b도에 점-실선(13b)으로 도시하였다.

밀폐면(7,8)을 압축시킬 경우에 압축되는 숫부재의 축방향 길이(이에 대응하여 인장력을 받아서 신장되는 암부재의 축방향 길이)는 밀폐면(7,8)과 이것에 인접한 처음 수개의 나사줄간의 거리를 충분히 초과하게 된다. 따라서, 숫부재의 압축부피와 암부재의 신장 부피가 공지의 연결구의 경우보다 휠씬 더 커지지 때문에 숫부재의 자유 단부와 이에 대응하는 암부재의 부분에 훨씬 더 큰 양의 에너지가 축점됨과 아울러 공지의 연결구의 경우와 비교해서 밀폐면(7,8)에 동일한 양의 부하가 걸리도록 할때 훨씬 더 큰 각도, 예컨대 200% 이상의 각도롤 부재를 서로 돌릴 수 있게 된다. 더구나, 나사줄의 선단부에 걸리는 최대부하가 공지의 연결구의 경우보다 현저하게 감소하기 때문에 나사줄의 마모현상이 현저하게 사라지게 된다.

제3도의 연결구의 부재를 완전히 결합시켰을때 연결구가 어떠한 외력도 받지 않을 경우에는 단부(22)의 나사줄은 거의 작용을 하지 않는다. 그러나, 연결구가 인장력을 받게 되면 외력이 가해지기 때문에 우선 중간부와 단부(20, 21)의 나사줄에 부하가 걸린다음 중간부에 바로 인접한 단부(22)의 나사줄에 걸리게 된다. 외력이 증가함에 따라서 그 단부(22)의 나머지 나사줄에도 점차로 부하가 걸리게 된다. 나사줄에 최종적으로 걸리는 부하를 각각 나사줄의 돌기면과 근저면이 접촉하는 경우와 접촉하지 않는 경우에 대해서 제2a도 및 제2b도에 실선(14a 및 14b)으로 도시하였다. 단부(22)의 나사중에는 공지의 연결구의 경우보다 훨씬 적게 부하가 걸리게 되므로 연결구의 피로수명(fatigue life)이 증가할뿐만 아니라 단부(22)의 숫나사 또는 암나사의 나사줄의 반경 방향으로의 크기가 점감하는 경우에 있어서도 암부재가 외측으로 변형되는 현상이 현저하게 줄어들거나 사라지게 된다.

상술한 연결구의 경우에는 밀폐면(7,8)을 숫부재의 자유단부와 암부재의 내부에 형성시켰으나, 이와는 달리 제4도에 도시한 바와같이 암부재의 자유단부와 숫부재의 외부간에 형성시킬 수도 있다. 제4도에서 같은 부분은 동일한 참조부호로 표시하고 나사부분(20, 21, 및 22)의 나선 간격의 변화도 동일하게 하였으나, 다만 제3도에서 숫부재(두 부재를 서로 결합시켰을때 압출력을 받은 부재)에 적용한 나선 간격의 변화를 제4도에서는 암부재(두 부재를 서로 결합시켰을때 압출력을 받는 부재)에 적용시켰을 뿐이다.

제1도 , 제3도 및 제4도의 나사(4, 6)는 개략적으로 도시한 것이다.

제5도 및 제6도는 제7도에 도시한 형태의 파이프 연결구의 암부재(102)와 숫부재(101)를 더욱 사실적으로 나타낸 것으로서 암부재(102)는 슬리이브(130)의 양쪽에 형성시켜, 각 파이프(131)와 일체로 형성시킨 숫부재(101)와 결합시킬 수 있도록 하였다. 제6도에 도시한 바, 숫부재는 그 자유 단부에 반경 방향으로 밀폐면(107)과 그 원주대형 외주면(103)에 나사줄(104)을 갖추고 있다. 이 특정한 예에서 나사줄은 20회전으로 구성하였는바, 그중에서 양단의 7개씩은 각각 단부(121 및 122)에 속한다. 중간의 6개는 중간부(120)에 속하는 것이다. 부분(120 및 121)의 나사줄은 모두 동일한 나선간격(P1)을 갖도록 하였으며, 부분(122)의 나사줄은 그 보다 작은 나선간격(P4)을 갖도록 하였다. 부분(122)의 나사는 반경 방향으로 크기가 점감하도록 함과 아울러 이 나사줄의 돌기면은 원주상에 존재하도록 하였다. 그 나머지 나사줄의 돌기면은 원추 대형 표면상에 놓여지도록 하였으며, 나사 전체의 근저면도 원추 대형 표면상에 놓여지도록 하였다. 이들 원추대형 표면의 원추각은 서로 동일하게 한다.

암부재(102)는 반경 방향으로 밀폐면(108)을 갖추고 있음과 아울러 그 내부 원추 대형 표면(105)에는 숫부재의 나사줄의 경우에서와 같이 20회전의 나사줄(106)을 갖추도록 하였는바, 이 나사줄은 중간부(120)와 양단부(121,122)로 구분된다. 암부재의 부분(120 및 122)의 나사줄(106)은 서로 동일한 나선 간격(P1)으로 이루어지도록 함과 아울러, 부분(121)의 나선간격(P3)은 나선간격(P1)보다 작게 하였다. 암부재의 나사줄(106)은 전체적으로 일정한 반경 방향으로의 크기를 갖도록 함과 아울러, 돌기면과 근저면은 숫부재의 원추대형 표면과 동일한 원추각을 갖는 원추 대형 표면상에 존재하도록 하였다.

제5도 및 제6도의 연결구의 나사의 바람직한 모습을 제8도에 도시하였다. 도시한 바와 같이, 나사줄의 선단면(109, 110)은 반경면에 대하여 아주 작은 경사각 예컨대 3()각도를 이루도록 함과 아울러 후단면(111, 112)은 비교적 큰 경사각, 예컨대 10()정도의 각도를 이루도록 하였다. 나사줄의 폭은 그 높이보다 크게 하였으며,나사는 에이피아이 표준 버트레스 나사(API Standard buttress threas)를 기준으로 하면 유리하다. 나사줄의 폭은 다른 나사의 나선 간격의 폭과 비교하여 조립된 연결구에 축방향으로 외력이 가해지지 않았을 때에는 언제나 후단면(111, 112)간에 틈새가 존재하도록 선택한다. 도시한 바와 같이 각 나사의 반경 방향 길이는 이와 대응하는 다른 나사의 나선 간격의 깊이와 비교하여 암부재의 나사의 돌기면(114)이 숫부재의 나선간격의 근저면(113)과 최소한 접촉하여 맞물릴 수 있도록 형성시켰다. 이렇게 하면 숫부재의 부분(122)의 나사가 점감한다는 사실에 불구하고 그 나사면의 전체에 걸쳐서 접촉 상태가 유지된다. 이와 관련해서 각 숫부재와 암부재의 나사의 돌기면(115)과 근저면(116)사이에 약간의 틈새가 존재할 수도 있다. 이와는 달리 모든 쌍의 돌기면과 근저면(113, 114 및 115, 116) 사이에 약간의 틈새가 존재하도록 할 수도 있다.

암수 부재의 나사는 전폭 절단 공구를 사용해서 나사면의 전체 길이에 걸쳐서 일정한 나선 간격을 절단 형성시켜서 만드는 것이 유리하다. 나선 간격을 변화시키기 위해서는 그 공구에 대한 부재의 축방향 전진 속도를 변화시켜, 즉 증가 또는 감소시켜 나사줄의 축방향 폭을 변화시킴으로써, 즉, 증가 또는 감소시킴으로써 그 나선 간격을 증가 또는 감소시킬 수가 있다. 물론, 각 나선 간격의 축방향으로의 폭은 그와 관련된 나사줄을 후단면(111 및 112)간의 틈새가 존재하게끔 수용할 수 있도록 선택한다.

부재의 밀폐면(107 및 108)과 더불어 이차적인 밀폐구를 장치하는 것이 바람직한 바, 이것은 어느 한 부재의 둘레면에 환상의 홈을 형성시켜 그 속에다 밀폐구를 설치함으로써 설치함으로써 달성할 수 있다. 이러한 환상홈(118)을 제5도의 암부재에 도시하였다. 부재를 서로 결합시키기 전에 태플론(Telflon : 상표)과 같은 탄성의 압축성 환상 밀폐구(119)를 환상홈(118)속에 개재시킨 다음, 숫부재의 나사로 압축시키면 그 관련된 나사줄에 대하여 밀폐 상태가 유지된다. 밀폐 효과를 최대로 하기 위해서는 환상홈을 숫부재의 나사중에서 반경 방향으로의 크기가 가장 큰 나사줄과 맞물리게 됨과 동시에 암부재의 나사줄이 떨어져 나갈 위험성이 가장 적은 지점에 배치하는 것이다. 도시한 바, 환상홈(118)은 중간부와 단부(120,121) 간의 접속점에 형성시켰다.

상기한 예에서는 부재의 나사면(3, 5 및 103, 105) 을 원추대의 형상으로 설명하였다. 이들 표면은 원주형으로도 할 수 있음은 물론이다. 아울러 부재의 나사줄의 회전수는 그 부재와 그것이 견뎌내야할 부하에 따라서 달라지게 되므로 필요에 따라서 가변적인것이다. 마찬가지로, 나사면의 세부분의 각각의 나사줄의 회전수도 필요로 하는 효과에 따라서 변화시킬 수 있다.

상술한 바, 밀폐면(7,8 및 107,108)은 반경 방향으로 놓여 있는 평면으로 하였으나, 일반적으로 축방향의 힘을 받아서 서로 밀폐 접촉을 할 수 있는 조건만 갖추어 진다면 다른 형상으로 해도 좋다. 예컨대, 서로 반대의 원추각으로 이루어진 두개의 원추대혀 표면으로 구성하여 서로 맞물려진 형상이 그 측면에서 보았을때 "V"자형이 되도록 할 수도 있다. 이와는 달리, 볼록 또는 오목한 형상으로 하거나, 일부는 반경 평면상에 형성시킴과 아울러 또는 원추대형으로 함과 아울러, 또는 곡면을 이루도록 해도 좋다. 이들 밀폐면은 초기에는 서로 다른 형상을 하고서 축방향으로 압축시켰을 경우에는 동일한 일반적인 형상으로 변형되도록 할 수 있다.그 밀폐면에는 하나 또는 그 이상의 홈을 형성시켜 그속에 밀폐환을 설치하거나, 테플론과 같은 밀폐재를 입혀서 밀폐성을 개선시킬 수도 있다. 이들의 형태는 계속적인 영국특허 출원 제8414203호에 기재된 바와 같다.

상술한 바 암부재상의 표면(8 또는 108)은 암부재와 일체로 형성한 것으로 도시하였으나, 다른 부재로 형성시켜 그 암부재에 영구적으로 또는 분리식으로 고정시켜 놓을 수도 있다. 예컨대, 제9도에 도시한 것은 제7도에 도시한 것과 비슷한 구조로 있는바, 슬리이브(130)에 형성된 두개의 암부재(102) 각각에 숫부재(101)가 결합되도록 되어 있는데, 두 숫부재(101)의 밀폐면(107)이 서로 맞물리도록 되어 있는 것이다. 본 예에서 밀폐면(7, 8 및 107,108)은 계속적인 영국특허 출원 제8323508호에 기재된 형태를 하고있다.

물론, 상기한 연결구는 숫부재와 암부재가 모두 파이프와 일체로 형성되어 있는 핀과 박스형 연결구와 같은 다른 형태의 파이프 연결구와 아울러 구조용 관부재, 파일 추진 파이프 스트링, 드릴 칼러(drill collars) 및 공구 조인트와 같은 관형 또는 속이찬 길다란 원주형 부재를 연결하는데에도 응용할 수 있다.

오일 또는 개스 또는 스팀과 같은 압력 유체 전달용 파이프를 연결하는데, 또는 오일 또는 개스 탐사 및 생산에 사용할 경우에는 숫부재는 금속관 부재의 단부에 일체로 형성시켜 놓음과 아울러 암부재도 금속으로 만들어 금속관 부재의 단부에 일체로 또는 슬리이브의 일부로 형성시켜 놓는다.그 금속은 고장력 강(鋼)과 같은 것으로 할 수 있다. 연결구를 양쪽 부재와 접촉하는 부식성 유체의 전달용으로 사용할 경우에는 그것들을 모두 동일한 물질로 만드는 것이 유리하다. 전달 유체와 양부재가 모두 접촉하지 않을 경우, 예컨대 제9도의 예와 같은 경우에는 암부재의 재료를 숫부재의 재료보다 고급으로 하면 암부재의 전체 칫수를 감소시킬 수 있다.

상술한 바, 각 부재에는 단수 출발나사(single start thread)를 형성시켰으나, 복수 출발나사(multistart thread)를 형성시킬 수도 있다. 아울러, 도시한 나사는 버트레스 나사이나, 기타 적당한 형태의 나사를 사용할 수도 있음은 물론이다.

Claims (16)

1. 나사(6 : 106)가 구비된 내주면(5 : 105)을 갖는 암부재(2 : 102)와 암부재의 나사와 나사 결합하기 위한 나사(4 ; 104)가 구비된 외주면(3 ; 103)을 갖는 숫부재(1 ; 101)를 포함하며, 상기 암부재와 숫부재(2, 102, 1, 101)중 어느 하나(2 ; 102 또는1 ; 101)에서 그 주면(5 ; 105 또는 3 ; 103)의 자유단에 통상 축방향으로 향한 환상의 밀폐면(7 ; 107 또는 8 ; 108)이 구비되어 있고 이 밀폐면은 숫부재와 암부재가 완전히 결합하였을때에 축방향력하에서 다른쪽 부재(1 ; 101 또는 2 ; 102)에 구비된 통상 축방향으로 향한 환상의 밀폐면(8 ; 108 또는 7 ; 107)과 밀폐 접촉하며, 자유단에 밀폐면이 구비된 상기 어느 한 부재(2 ; 102 또는1 ; 101)의 밀폐면(7 ; 107 또는 8 ; 108)에 인접한 나선간격이 상기 어느 한 부재의 나사와 결합하는 다른쪽 부재(1 ; 101 또는 2 ; 102)의 나선간격보다 큰 파이프 연결구.
2. 제1항에 있어서, 자유단에 밀폐면(7 ; 107 또는 8 ; 101)이 구비된 상에 어느 한 부재(2 ; 102 또는 1 ; 101)의 밀폐면에서 떨어진 나선간격이 상기 어느 한 부재의 나사와 결합되는 다른쪽 부재(1 ; 102 또는 2 ; 102)의 나선간격보다 작은 파이프 연결구.
3. 제1항에 있어서, 부재의 주계면(3,5 ; 103 ; 105)을 원주형으로 한 파이프 연결구.
4. 제1항에 있어서, 부재의 주계면(3,5 ; 103 ; 105)은 원추대형으로 하여 숫부재의 원추 대형 표면(3 ; 103)은 그 외측으로 경사지도록 하고 암부재의 원추 대형 표면(5 ; 105)은 그 내측으로 경사지도록 한 파이프 연결구.
5. 제1항에 있어서, 암부재에 속한 밀폐면(8 ; 108)은 암부재 그 자체의 표면으로 형성한 파이프 연결구.
6. 제1항에 있어서, 암부재에 속한 밀폐면(8 ; 108)은 그 암부재와 결합시키는 다른 부재의 표면으로 형성한 파이프 연결구.
7. 제1항에 있어서, 숫부재의 밀폐면(7 ; 107)은 그 자유 단부에 형성시키고, 암부재의 밀폐면(8 ; 108)은 그 내부에 형성시킨 파이프 연결구.
8. 제1항에 있어서, 숫부재의 밀폐면(7 ; 107)은 숫부재의 외부면에 형성시키고, 암부재의 밀폐면(8 ; 108)은 그 자유단부에 형성시킨 파이프 연결구.
9. 제1항에 있어서, 숫부재(1 ; 101)의 밀폐면(7 ; 107)은 그 자유단부에 형성시키는 한편, 그 중간부(20 ; 120)와 한쪽단부(21 ; 121)에서 나선간격은 서로 동일하게끔 함과 아울러 그 타단부(22 ; 122)에서의 나선간격보다 작아지도록 함과 동시에 그 중간부(20 ; 120)와 그 타단부(22 ; 122)에서 암부재(2 ; 102)의 나선간격은 서로 동일하게 함과 아울러 그 한쪽단부(21 ; 121)에서의 나선간격보다 작게한 파이프 연결구.
10. 제1항에 있어서, 부재의 나사(4,6 ; 104,106)는 부재를 서로 완전히 결합시켰을 때 그 서로 다른 측면(111 ; 112)간에 틈새가 생기도록 형성한 파이프 연결구.
11. 제1항에 있어서, 부재의 나사(4,6 ; 104,106)는 부재를 서로 완전히 결합시켰을 때 각 나사의 돌기면(113 ; 115)과 이에 대응하는 나선간격의 근저면(114 ; 116)간에 틈새가 생기도록 형성한 파이프 연결구.
12. 제1항에 있어서, 부재의 나사는 부재를 서로 완전히 결합시켰을때 한 나사의 돌기면(113)과 다른 나사의 나선 간격의 근저면(114)은 서로 접촉하도록 하고 그 다른 나사의 돌기면(115)과 그 한 나사의 나선간격의 근저면(116) 사이에는 틈새가 생기도록 형성한 파이프 연결구.
13. 제1항에 있어서, 부재의 나사는 부재를 서로 완전히 결합시켰을 때 한 나사의 돌기면(113)과 다른 나사의 나선 간격의 근저면은 서로 마찰 접촉하도록 하고 그 다른 나사의 돌기면(115)과 그 한 나사의 나선간격의 근저면(116)사이에는 틈새가 생기도록 형성한 파이프 연결구.
14. 제1항에 있어서 , 부재의 나사줄간의 간격은 그 나사면 전체에 걸쳐서 일정한 폭을 가지도록 하고, 나선간격의 변화는 나사줄의 축방향 두께를 변화시켜서 한 파이프 연결구.
15. 제1항에 있어서 , 나사면의 양단 사이에서 한 부재의 나사면에 환상의 홈(118)을 형성시켜 그속에 탄성이 압축성 밀폐환(119)을 설치하여 그 밀폐환이 다른 부재의 나사줄에 대하여 밀폐작용을 하도록 한 파이프 연결구.
16. 제15항에 있어서, 환상홈(118)은 그 암부재(2 ; 102)의 중간부와 한쪽 단부간의 접속지점에 형성시킨 파이프 연결구.

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