KR101517036B1 - 유압식 커플링 체결장치 - Google Patents

Abstract

유압식 커플링 체결장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 유압식 커플링 체결장치는: 커플링의 볼트구멍에 삽입되며, 양단에 나사부가 형성되고, 중앙부에 테이퍼부가 형성되는 볼트부재와, 나사부에 결합되는 유압너트와, 테이퍼부와 볼트구멍 사이에 구비되는 슬리브와, 테이퍼부에 형성되어 오일이 유입되는 오일홈부 및 오일홈부에 형성되어 상기 슬리브 방향으로 응력집중을 방지하는 응력집중방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유압식 커플링 체결장치{FIXING HYDRAULIC COUPLING APPARATUS}

본 발명은 유압식 커플링 체결장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 볼트부재의 테이퍼부와 나사부의 형상을 개선하여 설비신뢰성을 향상시킬 수 있는 유압식 커플링 체결장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전설비의 터빈계통은 고압터빈-저압터빈-발전기로 이루어지고, 터빈에서 발생된 토오크(Torque)는 각각을 연결하는 대형 축으로 전달되며, 각 축단은 커플링으로 접속하여 회전력을 전달한다.

그러나, 커플링의 정렬이 잘못되어 편심상태로 조립되면 고속회전시, 막대한 동력을 전달하는 회전체의 질량불평형 상태로 인한 축진동과 축응력 발생으로 피로 파손이 야기되는 문제점이 있다.

종래에는 커플링 체결장치로 리머볼트(Reamer bolt)를 사용하고는 있으나, 조립 및 분리시 조립간극이 작아 볼트 및 볼트구멍 부위가 손상되는 일이 많고, 손상 정도가 심한 경우 열 박음(Shrinkage fitting) 또는 대형 해버의 타격에 의한 조립 및 분리 작업을 행하여야 하며, 정상적인 분리 작업이 어려운 경우 볼트를 절단 및 드릴링(Drilling)하여 취외해야 하는 경우가 빈번하게 발생되는 문제점이 있다.

한편, 대한민국 등록특허 제1324037호(등록일:2013.10.25)에는 "원자력 터빈 커플링의 유압식 체결장치"가 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 볼트부재의 테이퍼부에 응력집중방지부를 형성하여, 슬리브 방향으로 작용하는 응력집중을 감소시키고, 슬리브 결합시 슬리브 내면에 스크래치 발생을 예방함으로써, 설비신뢰성을 향상시킬 수 있는 유압식 커플링 체결장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 볼트부재의 나사부의 형상을 개선하여 볼트부재의 고착을 방지할 수 있는 유압식 커플링 체결장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 유압식 커플링 체결장치는: 커플링의 볼트구멍에 삽입되며, 양단에 나사부가 형성되고, 중앙부에 테이퍼부가 형성되는 볼트부재와, 상기 나사부에 결합되는 유압너트와, 상기 테이퍼부와 상기 볼트구멍 사이에 구비되는 슬리브와, 상기 테이퍼부에 형성되어 오일이 유입되는 오일홈부 및 상기 오일홈부에 형성되어 상기 슬리브 방향으로 응력집중을 방지하는 응력집중방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 나사부의 유효경의 범위는 중간치로 줄고, 상기 나사부의 외경은 축소되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 응력집중방지부는 상기 오일홈부의 골과 산 사이에 라운드 가공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 응력집중방지부는 상기 오일홈부의 끝단부에 상기 슬리브의 스크래치를 방지하는 스크래치방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유입식 커플링 체결장치는 볼트부재의 테이퍼부에 응력집중방지부를 형성하여, 슬리브 방향으로 작용하는 응력집중을 완화할 수 있고, 나사부의 마모손상으로 방지할 수 있어 설비신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 나사부의 형상변경으로 체결 및 분해가 용이하여 고착으로 인한 정비비용 및 시간절감 등의 정비편의성을 향상시킨다.

또한, 본 발명은 슬리브 내부로 볼트부재 압입시 슬리브 내면 스크래치 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 볼트부재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 응력집중방지부 형상과 이에 따른 응력상태를 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 나사부의 치수 비교표이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 체결과정을 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 해체과정을 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 유압식 커플링 체결장치의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 볼트부재의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 응력집중방지부 형상과 이에 따른 응력상태를 보인 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 나사부의 치수 비교표이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 체결과정을 보인 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 해체과정을 보인 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치(100)는 볼트부재(110), 유압너트(120), 슬리브(130), 오일홈부(140) 및 응력집중방지부(150)를 포함한다.

볼트부재(110)는 커플링의 볼트구멍에 삽입되는 것으로서, 대략 장봉 형상을 가지고 양측에 나사산이 형성된 나사부(112)가 형성되고, 나사부(112)의 사이 즉, 중앙부에는 테이퍼부(115)가 형성된다. 그리고, 볼트부재(110)의 내부에는 일측에서 오일을 공급할 수 있는 오일공급로(117)가 형성된다.

테이퍼부(115)는 외경이 일측으로 갈수록 작아지거나 커지도록 경사진 단면형상으로 이루어진다.

그리고, 나사부(112)는 유효경이 중간치로 타이트하게 제작되고, 나사부(112)의 외경은 축소되게 형성된다. 이는 고진동 환경 속에서도 나사부(112)에 걸리는 토크는 그대로 유지한 채 축정렬 변화 현상을 방지하기 위한 구조이다.

보다 자세하게 본 실시예에 따른 볼트부재(110)의 나사부(112)는 M52*5.0P-6g와,M56*5.5P-6g로 이루어지며, M52*5.0P-6g의 외경은 φ51.240-φ51.346으로 이루어지고, 유효경은 φ48.506-φ48.606으로 이루어지며, M56*5.5P-6g의 외경은 φ55.197-φ55.309로 이루어지고, 유효경은 φ52.1675-φ52.2735로 이루어진다. 이는 도 4에서 도시된 바와 같이 기존의 메트릭나사에 비해 나사부(112)의 유효경이 타이트하게 제작되고, 나사부(112)의 외경이 축소되어 제작된다.

오일공급로(117)는 볼트부재의 일측으로부터 중심을 관통하는 유로형상으로 이루어진다. 보다 자세하게 오일공급로(117)는 중앙부의 테이퍼부(115)가 위치한 지점까지 연장되며, 후술되는 테이퍼부(115)의 오일홈부(140)와 연통된다.

따라서, 별도의 오일공급장치(200)를 통해 오일공급로(117)로 오일을 공급하면 공급된 오일인 테이퍼부(115)의 외부면에 구비된 오일홈부(140)를 따라 흐르면서 채워질 수 있다.

유압너트(120)는 나사부(112)에 각각 체결되는 것으로, 볼트부재(110)와 연결되어 커플링을 결합한다.

슬리브(130)는 테이퍼부(115)와 볼트구멍 사이에 구비된다. 이러한 슬리브(130)는 원통 형상으로 이루어지며, 외주면은 길이방향으로 직경이 동일하고, 내주면은 일측으로 테이퍼지게 형성되어 테이퍼부(115)의 외주면에 밀착되도록 서로 대응되게 테이퍼진 형상을 가진다.

오일홈부(140)는 테이퍼부(115)에 형성되어 오일이 유입된다. 도 2에서 도시된 바와 같이 오일홈부(140)는 볼트부재(110)의 내부에 구비되는 오일공급로(117)와 연통되고, 테이프부의 양단에 형성되는 제1환형홈(142) 및 제1환형홈(142) 사이에 구비되는 제2환형홈(144)을 포함한다. 볼트부재(110)의 일단부에 오일공급장치(200)가 결합되어 오일이 공급되면, 오일은 오일공급로(117)를 통해 제1,2환형홈(142,144)으로 유입될 수 있다(도 6참고).

응력집중방지부(150)는 오일홈부(140)의 골과 산 사이에 라운드 가공된다. 응력집중방지부(150)는 도 2와 도 3에서 도시된 바와 같이 오일홈부(140)의 골과 산 사이의 직선부위를 곡률지게 라운드 가공함으로써, 응력집중 현상이 약 3%감소됨을 알 수 있다.

그리고, 응력집중방지부(150)는 슬리브(130)의 스크래치를 방지하기 위한 스크래치방지부(155)를 더 포함한다. 스크래치방지부(155)는 오일홈부(140)의 끝단부 즉, 산의 모서리를 라운드 가공하여 형성한다. 이로 인해 오일홈부(140)의 끝부분의 날카로움이 방지되어 슬리브(130)와 테이퍼부(115)의 압입시 슬리브(130) 내면에 발생할 수 있는 스크래치를 방지할 수 있다.

이하, 상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

우선, 커플링의 체결을 살펴보면, 도 5에서 도시된 바와 같이 플랜지의 볼트구멍에 볼트부재(110)와 슬리브(130)를 조합하여 볼트부재(110)와 슬리브(130)를 밀어넣어 삽입한다. 이때, 슬리브(130)가 볼트구멍에 인입된 상태에서 슬리브(130) 내측으로 볼트부재(110)를 인입하여 결합하거나, 슬리브(130)의 내측으로 인입된 상태로 슬리브(130)와 함께 볼트구멍으로 인입되어 결합될 수 있다.

그리고, 1차 가압력으로 볼트부재(110)를 압입하여 슬리브(130)를 팽창시킨 후, 유압너트(120)를 체결하고, 2차 가압력으로 볼트부재(110)를 인장시킨다. 이후, 유압너트(120)를 최종적으로 조임으로써, 팽창력과 압축력으로 체결된다.

이때, 나사부(112)는 도 4에서 도시된 바와 같이 기존의 메트릭나사에 비해 나사부(112)의 유효경이 타이트하게 제작되고, 나사부(112)의 외경이 축소됨으로써, 축정렬 변화현상을 방지할 수 있으며, 기존의 메트릭나사에 비해 고착정도가 완화되어 체결 및 분해가 보다 용이한 효과를 지닌다.

그리고, 테이퍼부(115)에 응력집중방지부(150)가 형성되어 응력집중 현상을 감소시킬 수 있고, 오일홈부(140)의 날카로운 부분을 제거하여 슬리브(130) 내면 스크래치 발생 현상이 예방될 수 있다.

이를 자세히 설명하면, 도 2에서 도시된 바와 같이 기존의 볼트는 오일홈부(140)의 산과 골 사이는 CO.5, CO.7로 제작되는데 이에 반해, 본 실시예는 산과 골 사이가 라운드 형성되는 응력집중방지부(150)가 형성되어 도 3에서 도시된 바와 같이 응력집중 현상이 약 3% 감소됨을 알 수 있다.

그리고, 오일홈부(140)의 각 산의 모서리는 라운드 가공된 스크래치방지부(155)가 형성되어 오일홈부(140)의 날카로움을 방지하여 슬리브(130) 내면 스크래치 발생 현상을 방지할 수 있어 접촉면의 기밀불량으로 오일이 누설되어 슬리브(130)가 확관되지 않는 것을 방지할 수 있다.

유압식 커플링 체결장치(100)의 해체를 살펴보면, 도 6에서 도시된 바와 같이 유압을 가압하여 볼트부재(110)를 인장시키고, 한쪽 유압너트(120)를 풀어준 뒤 볼트부재(110)의 오일공급로(117)의 입구에 오일공급장치(200)를 결합하여 오일공급로(117)를 통해 유압을 가압한다. 오일공급로(117)를 통해 공급된 오일은 고압으로 오일홈부(140)를 따라 흐르면서 테이퍼부(115)의 외주면에 유막을 형성하게 되어 강하게 밀착되어 있던 슬리브(130)와 테이퍼부(115) 사이에 간격이 생기게 한다.

이러한 간격을 이용하여 슬리브(130)로부터 볼트부재(110)를 빼내어 해체한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 커플링 체결장치에 의하면, 볼트부재의 테이퍼부에 응력집중방지부를 형성하여, 슬리브 방향으로 작용하는 응력집중을 완화할 수 있고, 나사부의 마모손상으로 방지할 수 있어 설비신뢰성을 향상시킬 수 있고, 나사부의 형상변경으로 체결 및 분해가 용이하여 고착으로 인한 정비비용 및 시간절감 등의 정비편의성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 실용신안청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 유압식 커플링 체결장치 110 : 볼트부재
112 : 나사부 115 : 테이퍼부
117 : 오일공급로 120 : 유압너트
130 : 슬리브 140 : 오일홈부
142 : 제1환형홈 144 : 제2환형홈
150 : 응력집중방지부 155 : 스크래치방지부

Claims (4)

1. 커플링의 볼트구멍에 삽입되며, 양단에 나사부가 형성되고, 중앙부에 테이퍼부가 형성되는 볼트부재;
   상기 나사부에 결합되는 유압너트;
   상기 테이퍼부와 상기 볼트구멍 사이에 구비되는 슬리브;
   상기 테이퍼부에 형성되어 오일이 유입되는 오일홈부; 및
   상기 오일홈부에 형성되어 상기 슬리브 방향으로 응력집중을 방지하는 응력집중방지부를 포함하고;
   상기 나사부의 유효경과 상기 나사부의 외경의 차이는 표준규격 ISO965의 메트릭나사의 규격보다 작게 형성되고;
   상기 응력집중방지부는 상기 오일홈부의 골과 산 사이에 라운드 가공되어 형성되며;
   상기 응력집중방지부는 상기 오일홈부의 끝단부에 상기 슬리브의 스크래치를 방지하는 스크래치방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압식 커플링 체결장치.
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