KR0145509B1 - 시일용 소소재 - Google Patents
시일용 소소재Info
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Abstract
내부와 탄소 외부를 갖는 시일용 소소재에 있어서, 탄소 외부의 체적밀도가 0.3~2.0g/㎤의 범위에, 바람직하게 0.5~1.5g/㎤의 범위에 설정되거나, 섬유 부재가 탄소 외부에 혼합되거나, 오일층이 탄소 외부상에 배치되거나, 유기층 혹은 무기층이 탄소 외부상에 배치되어 시일용 소소재를 사용하여 형성되는 시일부재의 시일 특성을 개선한다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 시일용 소소재(小素材)의 일실시예를 나타내는 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 시일용 소소재를 사용하는 패킹시스템의 일실시예를 나타내는 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2:세라믹 그레인 3:탄소층
11:패킹
본 발명은 다양한 밸브류, 다양한 펌프류 등을 위한 시일부재에 사용되는 시일용 소소재에 관한 것이다.
일반적으로, 화력발전소에 사용되는 증기, 물, 유류, 화학물질등용파이프에 설치된 밸브는 매우 협소한 공간, 높은 장소, 개방공간 등에 배치된다. 그러므로, 밸브의 시일부재의 동작 전환을 행하기가 매우 어렵다. 더욱이, 다양한 밸브 종류가 화력 발전소에 사용되고, 밸브 방향의 설정은 수평방향, 경사방향, 수직방향 등과 같이 다양하다. 이러한 견지에서, 시일부재의 동작전환을 행하는 것은 역시 어렵다.
상기 설명한 시일부재에서 내부(inner portion)와 상기 내부를 에워싸는 외부(outer portion)를 구비하고, 상기 내부는 작은 세라믹 단위체 등으로 구성되고, 상기 외부는 탄소기재로 구성되는 시일용 소소재가 일본국 특허 공개 제6-58,425호 및 제6-87,674호(미국 특허출원 제8/68,674호)에 개시되어 있다.
상기 설명한 시일용 소소재는 탄소외부를 가지며, 이것은 쉽게 어셈블되고, 양호한 시일특성을 갖기 때문에 상기 설명한 밸브, 펌프 등의 시일부재를 위한 충분한 시일특성을 갖는다. 그러나, 시일부재가 다수의 시일용 소소재를 패킹박스에 배치하고, 그 시일용 소소재를 가압(pressing)하는 것에 의해 형성되는 경우, 때때로 불충분한 시일특성을 갖는 시일부재가 있게 된다.
본 발명의 목적은 상기 설명한 단점을 제거하고 개선된 시일 특성을 갖는 시일용 소소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1태양에 따르면, 내부와 상기 내부를 에워싸는 외부를 갖고, 상기 외부가 적어도 탄소 기재로 이루어지는 시일용 소소재에 있어서, 상시 탄소 외부가 0.3~2.0g/㎤의 체적밀도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2태양에 따르면, 내부와 상기 내부를 에워싸는 외부를 갖고 상기 외부가 적어도 탄소기재로 이루어지는 시일용 소소재에 있어서, 섬유 부재가 상기 탄소외부에 혼합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3태양에 따르면, 내부와 상기 내부를 에워싸는 외부를 갖고, 상기 외부가 적어도 탄소 기재로 이루어지는 시일용 소소재에 있어서, 오일(oil)층이 상기 탄소 외부상에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4태양에 따르면, 내부와 상기 내부를 에워싸는 외부를 갖고, 상기 외부가 적어도 탄소기재로 이루어지는 시일용 소소재에 있어서, 유기층 또는 무기층이 상기 탄소외부상에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 설명한 구성에서, 출원인에 의해 출원되는 시일용 소소재를 사용하는 것에 의해, 탄소외부의 체적 밀도의 영향(제1태양), 탄소 외부에서의 혼합성분의 영향(제2태양), 탄소 외부상의 피복의 영향(제3 및 제4태양)을 조사하는 것에 의해 형성된 시일부재의 시일특성을 개선하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 시일용 소소재는 시일부재가 배치되는 모든 패킹 박스에, 패킹박스의 크기가 변하더라도, 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 시일용 소소재를 사용하는 것에 의해 형성된 시일부재에 있어, 다양한 패킹 박스의 크기에 상응하는 크기를 갖는 다양한 시일부재를 준비해야 하는 필요가 없으므로 종래 시일부재와 비교하여 바람직하다.
또한, 0.3g/㎤ 내지 2.0g/㎤로 탄소외부의 체적밀도를 제어하므로써 30~80% 범위에서 체적 감소율을 제어하는 것이 가능하다. 그러므로, 극히 양호한 시일특성을 갖는 시일부재를 얻는 것이 가능하다.
또한, 시일용 소소재의 내부로서 세라믹, 금속 플라스틱 및 고체탄소가 사용된다면, 내부는 모으는 것과 같이 작용한다. 그러므로, 탄소단일층으로 만들어진 시일부재와 비교했을 때, 이것은 양호한 조임력(fastening stress) 유지 성능을 갖는다. 또한, 세라믹은 양호한 열저항율을 갖고 탄소외부에 대해 양호한 점착특성을 갖기 때문에 내부로서 세라믹 사용이 선택된다.
먼저, 종래 출원에 기재된 시일용 소소재 및 그 시일용 소소재를 사용하여 형성되는 시일부재에 대해 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 시일용 소소재의 일실시예로서 펠릿(pellet) CB를 나타내는 개략도이다. 펠릿 CB는 구상의 셀(cell)형상으로 탄소층(3)에 의해 둘러싸여지는 실질적으로 구상인 세라믹 그레인(2)을 포함한다. 탄소층(3)으로 자연 흑연이 바람직하게 사용된다. 세라믹 그레인(2)은 포설레인, 알루미나, 질화 실리콘, 지크코니아, 혹은 탄소 등으로 이루어진다.
세라믹 그레인(2)의 직경은 약 0.5㎜ 이상이다.
펠릿 CB의 직경은 약 1~10㎜이다.
또한, 펠릿 CB을 사용하여 패킹 시스템의 형성시 조임력이 200~500㎏/㎠이면, 500㎏/㎠ 이상의 압축력을 갖는 세라믹 그레인(2) 사용이 바람직하다. 또한, 탄소층(3)의 두께는 세라믹 그레인(2)의 직경(D)의 1/2 이상이 바람직하다(t≥D/2).
제2도는 화력 발전도 등에 사용되고 제1도에 나타낸 시일용 소소부재로 만들어진 패킹(11)을 사용하는 증기밸브 시일부재의 일실시예를 나타내는 개략도이다. 제2도에 나타낸 실시예에서, 스템(12)을 시일하기 위해, 패킹(11)은 엔드링(16)을 패킹박스(13)의 스텝부분(14)상에 배치하고, 다수의 시일용 소소부재와 금속링(16)을 엔드링(15)상에 배치하며, 패킹판(17)을 다수의 볼트(18)에 힘을 가해 패킹박스(13)에 고정시키는 것에 의해 형성된다. 제2도에서, 실제 치수의 일예는 다음과 같다; 스템직경 a: 20㎜, 박스 내부직경 b: 33㎜, 박스폭 c: 6.5㎜, 박스깊이 d: 40㎜.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 시일용 소소재는 적어도 탄소외부를 갖는다. 본 발명의 특징(제1 내지 제4태양)은 탄소외부를 개선하는 것이다. 다음에서, 본 발명의 특징을 하나하나 설명한다.
(1) 탄소 외부의 체적밀도
(제1태양):
탄소외부의 체적밀도를 변화시키는 것에 의해 제조된 시일용 소소재를 사용하는 패킹 시스템에 대해 다양한 시험이 행해졌다. 결과로서, 탄소외부의 체적밀도는 시일성능, 조임력 유지 성능, 미끄럼 성능 및 형상 유지성능과 같은 패킹 특성에 의존하며, 체적밀도는 0.3~2.0g/㎤의 범위에, 바람직하게 0.5~1.5g/㎤의 범위에 바람직하게 설정되어야 함이 이해되었다. 다음에서, 본 발명의 제1태양에 따른 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 제1도에 나타낸 구성을 갖는 본 발명에 따른 시일용 소소재가 2.0㎜ 직경을 갖는 알루미나 그레인(2)에 다양한 체적 밀도와 2.00㎜의 두께를 갖는 탄소층(3)을 배치하는 것에 의해 제조되었다. 패킹(11)은 제1도에 나타낸 시일용 소소부재를 사용하여 형성했다.
그후, 패킹의 시일 성능, 조임력 유지성능, 미끄럼 성능 및 시일용 소소재의 형상 유지성능과 같은 형성된 패킹(11)의 다양한 패킹 특성을 측정했다.
이 경우, 시일성능은 패킹(11)에 의해 유체(증기, 물, 혹은 오일 등과 같은)의 리이크(leak)를 방지하는 성능을 의미하고, 소정 주기 동안의 유체 리이크의 발생율에 의해 평가된다. 조임력 유지성능은 초기 조임력(400㎏/㎠)에 관해 150시간 후의 조임력에 의해 평가된다. 미끄럼 성능은 패킹 형성 후 불량하게 작동된 액튜에이터의 수에 의해 평가된다. 형상유지 성능은 시일용 소소재의 탄소외부의 연결성을 의미하고 로우팅 및 태핑 세이커(roating and tapping shaker)를 사용하여 3분 동안 진동 테스트 후 탄소 중량 유지율에 의해 평가된다.
결과를 표1에 나타낸다.
초기 조임력이 200~500㎏/㎠의 범위에서 가변되었을 경우 조임력 유지성능은 표1의 것과 동일한 경향을 보였음을 주목해야 한다. 200~500㎏/㎠의 조임력은 실제적으로 인가 가능한 범위이고 이 범위 이상을 넘는 조임력은 장치로서 문제를 야기한다.
표1에 나타낸 결과로부터 탄소 외부의 체적밀도가 0.3g/㎤ 미만이면, 패킹의 시일 성능과 미끄럼 성능 및 탄소외부의 형상 유지성능은 악화되고, 탄소외부의 체적밀도가 2.0g/㎤ 이상이면, 시일성능 및 조임력 유지성능이 악화된다. 그러므로, 시일용 소소재의 탄소외부의 체적밀도는 0.3~2.0g/㎤의 범위에 설정되어야 함이 밝혀졌다. 상기 실시예에서, 시일용 소소재의 형상이 구상이지만 플레이크 형상(flaky shape), 혹은 괴상(massive shape)을 갖는 시일용 소소재에 의해서도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
이 경우, 0.3g/㎤ 미만의 탄소외부의 체적밀도를 갖는 시일용 소소재를 사용하여 형성한 패킹의 시일성능 및 미끄럼 성능은 다음과 같다.
즉, 패킹 박스의 시일용 소소재에 인가된 조임력이 소정 레벨로 증가되어 패킹을 형성할 때, 탄소외부의 체적밀도는 증가되지만, 탄소외부는 인가된 조임력의 방향으로 감소된다. 그러므로, 시일용 소소재의 알루미나 그레인과 같은 내부는 스템과 직접 접촉된다.
또한, 2.0g/㎤ 이상의 탄소외부의 체적 밀도를 사용하여 형성한 패킹의 시일성능 및 조임력 유지성능은 다음과 같다.
즉, 탄소외부의 체적밀도는 이 경우에 매우 높기 때문에, 시일용 소소재는 소정 성형력에 의해 변형되지 않고 시일용 소소재 사이의 간격은 유지된다. 결과로서, 시일성능은 악화된다. 또한, 패킹의 사용이 나쁜 시일성능 상태하에서 계속될 때 시일용 소소재 사이의 간격은 점차적으로 탄소로 채워진다. 결과로서, 조임력 유지성능은 악화된다.
이 경우, 탄소 외부의 체적밀도는 시일용 소소재의 다양한 제조조건에 의해 제어될 수 있다.
즉, 시일용 소소재가 결합제와 탄소분말이 원형 단면을 갖는 용기에서 회전되는 플레이크 혹은 괴상 코아부재상에 스프레이되는 입상화 방법에 의해 형성될 때, 탄소 외부의 체적밀도는 용기에서의 플레이크 혹은 괴상 코아부재의 회전속도를 변화시키는 것에 의해 혹은 탄소 및 결합제를 공급하는 간격을 변화시키는 것에 의해 제어될 수 있다. 이 경우, 결합제로서 콜로이드 실리카 혹은 콜로이드 알루미나를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱이, 시일용 소소재가 부정형의 형상을 갖는 코어부재를 액체 탄소가 수용된 탱크에 떨어뜨리어 형성되는 경우, 탄소 외부의 체적밀도는 액체 탄소의 체적 및 점성 등을 변화 시키는 것에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 제1태양에 따른 시일용 소소재에서, 탄소 외부의 체적밀도는 0.3~2.0g/㎤으로 제한되므로, 그 시일용 소소재를 사용하여 형성하는 패킹의 시일성능, 조임력 유지성능 및 미끄럼성능은 향상될 수 있고, 시일용 소소재의 형상유지성능도 향상될 수 있다.
(2) 탄소외부에서의 혼합부재
(제2태양):
세라믹 섬유가 혼합되는 탄소외부를 갖는 시일용 소소재를 사용하는 패킹 시스템에 대하여 다양한 시험이 행해졌다. 결과로서, 그 시일용 소소재를 사용하여 형성된 패킹의 시일성능(실온 및 상승 온도), 및 그 시일용 소소재의 형상유지 성능 및 취급 성능이 개선되었음을 알았다. 또한 탄소섬유가 세라믹 섬유 대신 시일용 소소재에 혼합되어도 동일한 결과를 얻을 수 있다.
(3) 탄소 외부상에 결합제의 코팅
(제3 및 제4태양):
유체 상태를 갖는 오일층이 오일계 결합제의 코팅에 의해 배치되거나, 고체 상태를 갖는 무기층이 무기결합제의 코팅에 의해 배치되거나, 고체 상태를 갖는 유기층이 유기결합제의 코팅에 의해 배치되는 탄소외부를 갖는 시일용 소소재를 사용하는 패킹 시스템에 대해 다양한 시험이 행해졌다. 결과로서, 모든 패킹 시스템에서 시일용 소소재의 형상 유지 성능이 개선됨을 알았다. 또한 오일층을 갖는 시일용 소소재를 사용하는 패킹 시스템에서, 그 패킹의 실온에서의 미끄럼 성능 및 시일성능이 개선됨을 알았다.
오일층의 재료로는 실리콘오일, 미너럴 오일 등이 사용된다. 무기층의 재료로는 콜로이드 실리카, 콜로이드 알루미나, 워터 글라스(water glass), 벤토나이트 등이 사용된다. 유기층의 재료로는, PVA, 페놀 등이 사용된다. 또한, 오일층은 오일계 결합제를 탄소외부로 주입시키는 것에 의해서도 형성될 수 있다. 무기층 및 유기층은 무기 결합제 혹은 유기 결합제를 탄소외부의 표면에 스프레이하고 이것을 건조시키는 것에 의해 형성될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 제2 내지 제4태양에 따른 실시예를 설명한다.
먼저, 제1도에 나타낸 구성을 갖는 시일용 소소재를 2㎜ 직경을 갖는 알루미나 그레인(2) 주위에 2.0㎜ 두께를 갖는 탄소층(3)을 배치하는 것에 의해 비교예로서 제조했다. 그런 다음, 세라믹 섬유의 10wt%가 비교예의 탄소외부에 혼합되는 세라믹 섬유 혼합예(제2태양), 오일계 결합제의 3wt%가 비교예의 탄소외부의 표면에 포함되어 오일층을 형성하는 코팅예(제3태양), 무기 결합제의 5tw% 혹은 유기 결합제의 5wt%의 코팅예(제4태양)가 스프레이되고 건조되어 무기층 혹은 유기층을 형성하는 코팅예(제4실시예)가 제조되었다.
그런 다음, 비교예, 세라믹 섬유 혼합예, 및 코팅예들에 따른 시일용 소소부재를 사용하여 제2도에 나타낸 바와 같이 패킹(11)을 형성했다. 그 후, 패킹의 시일성능, 조임력 유지성능, 미끄럼 성능 및 시일용 소소재의 형상유지 성능 및 취급성능과 같은 형성된 패킹(11)의 다양한 패킹 특성을 측정했다.
이 경우, 패킹의 시일성능, 조임력 유지성능과 미끄럼 성능 및 시일용 소소재의 형상 유지성능은 이전의 실시예(제1태양)의 그것들과 동일하게 측정했다. 또한, 시일용 소소재의 취급성능은 밸브로 부터의 추출성을 의미하며 측정된 추출시간에 의해 평가된다.
결과를 표2에 나타낸다.
표2에 나타낸 결과로 부터, 세라믹 섬유 혼합예(제2태양)는 비교예의 그것들과 비교했을 때 패킹의 양호한 시일성능을 나타내며(실온 및 상승온도 모두에서), 시일용 소소재의 양호한 형상 유지 성능 및 양호한 취급성능을 나타내는 것을 알았다. 도한, 코팅예(제3 및 제4태양) 모두는 비교예의 그것과 비교했을 때 시일용 소소재의 양호한 형상 유지성능을 타나내며 오일층을 갖는 코팅예는 비교예의 그것들에 비교했을 때 패킹의 양호한 미끄럼 성능 및 양호한 시일성능을 나타냄을 알았다. 더욱이, 상기 설명한 실시예에서 구상(spherical)시일용 소소재가 사용되지만 플레키 형상, 괴상과 같은 다른 형상을 갖는 시일용 소소재에서도 구상 시일용 소소재의 그것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
세라믹 섬유 혼합예(제2태양)에서, 패킹의 시일 성능을 개선시키는 이유는 탄소외부의 탄성이 세라믹 섬유 혼합에 의해 개선되기 때문이다. 또한, 시일용 소소재의 형상 유지성능 및 취급 성능을 개선시키는 이유는 세라믹 섬유가 탄소외부의 가루화(crumbling)를 제거하는 기능을 하고 패킹의 시일이 작은 조임력에 의해 행해지기 때문이다.
또한 오일층(제3태양)을 갖는 피복예에서, 패킹의 미끄럼성능과 시일성능 및 시일용 소소재의 형성 유지성능을 개선시키는 이유는 윤활특성이 오일계 결합제의 사용에 의해 증가되기 때문이다. 또한 무기막 혹은 유기막(제4태양)을 갖는 코팅예에서, 시일용 소소재의 형상 유지성능을 개선시키는 이유는 탄소외부의 가루화가 탄소 외부상의 고체 무기막 혹은 고체 유기막의 형성에 의해 제거되기 때문이다.
본 발명에 따르면, 탄소외부의 체적밀도(제1태양), 탄소 외부에서의 혼합성분(제2태양), 및 탄소 외부상의 코팅(제3 및 제4태양)이 제한되기 때문에, 그 시일용 소소재를 사용하여 형성된 시일부재의 시일 특성을 개선하는 것이 가능하다.
Claims (7)
- 내부와 상기 내부를 에워싸는 외부를 갖고, 상기 외부가 탄소기재로 이루어지는 시일용 소소재에 있어서, 상기 탄소외부가 0.3~2.0g/㎤의 체적 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 시일용 소소재.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소 외부의 상기 체적밀도는 0.5~1.5g/㎤인 것을 특징으로 하는 시일용 소소재.
- 내부와 상기 내부를 에워싸는 외부를 갖고 상기 외부가 탄소기재로 이루어지는 시일용 소소재에 있어서, 섬유부재가 상기 탄소 외부에 혼합되는 것을 특징으로 하는 시일용 소소재.
- 내부와 상기 내부를 에워싸는 외부를 갖고 상기 외부가 탄소기재로 이루어지는 시일용 소소재에 있어서, 오일층이 상기 탄소 외부상에 배치되는 것을 특징으로 하는 시일용 소소재.
- 제4항에 있어서, 상기 오일층은 액체상태임을 특징으로 하는 시일용 소소재.
- 내부와 상기 내부를 에워싸는 외부를 갖고, 상기 외부가 탄소기재로 이루어지는 시일용 소소재에 있어서, 유기층 혹은 무기층이 상기 탄소 외부상에 배치되는 것을 특징으로 하는 시일용 소소재.
- 제6항에 있어서, 상기 유기층 또는 상기 무기층은 고체상태임을 특징으로 하는 시일용 소소재.
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