KR0162629B1 - 관 내부에 기구를 기계적으로 투입하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본원은 세척 또는 검사 등의 처리를 행할 관의 구멍을 통하여 강성의 가요성 도관 또는 케이블(3)을 사출하기 위한 장치를 기재한 것으로서 상기 장치는 케이블 또는 도관(3)이 다수의 권치된 코일상태로 그 위에 저장되되, 도관 또는 케이블(3)의 말단부는 장치로부터 세척 또는 검사할 관의 구멍내로 돌출되고 축방향 및 회전이동을 동시에 할 수 있는 드럼(1)과 드럼(1)을 축방향 및 회전이동을 할 수 있도록 마련된 구동장치(14, 15)로 구성되고, 보유 수단(4, 5)는 드럼(1)상에 권취된 코일들이 반경방향으로 팽창되는 것을 방지하게 된다.

Description

관 내부에 기구를 기계적으로 투입하기 위한 장치

본 발명은 관(管), 특히 내경이 작고, 원통 다관식(圓筒 多管式) 열교환기, 응축기, 보일러 등의 내부에 있는 것들과 같은 규칙적인 배열로 정렬되어 있는 관의 구멍을 통하여 여러 가지 기능의 기구를 투입하기 위한 장치에 관한 것이다.

열교환기, 응축기 및 보일러 등과 같은 산업용의 다관식 전열(傳熱) 장치의 운전시, 관의 내면을 세척하거나 관의 상태를 점검하기 위한 목적으로 그 관의 내부에 또는 그 관을 통하여 여러 기구를 기계적으로 투입할 필요가 종종 있다. 그러한 세척 기구는 강성 또는 가요성 재질로 된 랜스(lance)의 단부(端部)에 부착된 노즐이 보통인데, 이 노즐을 통해 고속의 물이 상기 관의 내면에 분사되어 오염된 침착물이 제거되는 것이다. 관의 상태를 점검하는데 사용되는 기구에는 일반적으로 초음파법 또는 와류(渦流) 전류법의 이용이 포함된다. 대부분의 경우, 상기 기구들은 각 관 내부에 수동으로 삽입된다. 기타의 경우에는, 이들 기구는 관을 통하여 역시 기계적으로 투입될 수 있는 일정 형태의 위치 설정 수단에 지지될 수도 있다. 그러나, 거의 모든 경우에, 그러한 위치 설정 및 투입 수단은 수동으로 조정된다.

위치 설정 및 투입 수단이 수동으로 조정되는 대표적인 기구로는, 파워랜스장치(Powerlance unit; 미국 특허 제4,225,362호), 즉 미국 텍사스 휴스터 소재의 파워랜스 인터내쇼날 제품인 강성 세척 랜스 투입 기구와, 비베르마트 장치(Bibermat unit), 즉 독일 엣센 소재의 마이어-오이로페 펨펜 게엠베하 제품인 가요성 세척 랜스 투입 기구가 있다. 이러한 장치는 본질적으로 세척 분사 노즐이 구비된 호스로 구성되는데, 상기 노즐은 세척할 관 또는 오토클레이브(autoclave)의 내외부로 상기 호스 자체에 결합되는 구동 장치에 의하여 위치가 설정 및 급수된다. 상기 호스는 드럼에 감아 저장하거나 지상에서 간단히 모아둘 수도 있다.

본 발명의 목적은 세척, 점검 또는 기타 기능의 기구를 규칙적으로 배열된 관을 통하여 최적의 속도와 순환 주기로 기계적으로 투입할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다. 상기 장치의 위치 설정 및 운전은 기록 저장된 컴퓨터 프로그램에 의하여 필요할 때 조정된다. 예컨대, 상기 장치는 가요성의 세척 랜스의 두부(頭部)를 관의 단부와 일직선상에 위치시키고, 상기 랜스의 두부에 가압수를 방류하며, 관을 통해 최적의 이동 속도로 상기 랜스의 두부를 투입할 수 있다. 필요시에는 이 과정은 반복된다. 다른 방법으로서는, 물이 채워져 있는 관을 통해 일렬(一列)의 초음파 변환기로 구성된 점검 기구를 투입한 후, 최적의 이동 속도로 꺼낼 수 있고, 그 동안에 관의 상태에 관한 데이터는 관련된 로그용 장치(logging device)에 의하여 기록된다.

본 발명에 의하면, 세척해야 될 관의 구멍을 통하여 가요성 랜스를 투입하는 장치가 제공되는데, 상기 장치의 가요성 랜스 저장 부재는 이 랜스를 복수 개의 권취된 코일형으로 저장하기 위한 수단을 구비하고, 상기 가요성 랜스의 한 단부는 상기 장치로부터 돌출되고, 상기 관의 구멍 내에 위치하기에 적합하도록 되어 있다. 상기 저장 부재는 회전하면서 축선 운동을 하도록 장착되며, 상기 저장 부재의 회전 및 축선 운동을 일으키기 위한 구동 수단은 상기 관의 내부로 가요성 랜스의 한 단부를 연장시키거나 그 관 외부로 가요성 랜스를 꺼내기 위한 것이다. 본 명세서 중에서 사용되는 가요성 랜스(flexible lance)라는 용어는 랜스, 탯줄형 케이블(umbilical cable) 등으로 사용하기에 적합한 길이가 긴 가요성 부재를 의미한다.

본 발명의 장치에는 저장 부재에 감긴 코일이 반경 반향으로 팽창되는 것을 예방하는 구속 수단을 더 포함시키는 것이 좋다. 상기 저장 부재는 외면에 나선형 홈이 연속적으로 형성된 드럼을 구비하는 것이 편리하다. 상기 나선형 홈은 그 깊이가 상기 가요성 랜스의 직경보다 작고, 상기 구속 수단에는 저장 부재의 주위에 배열되어 그 저장 부재의 이동 범위에 걸쳐 상기 나선형 홈 내에 위치하는 가요성 랜스와 결합시키기 위한 축선 방향으로 연장되는 복수 개의 롤러 수단이 구비된다.

전술한 본 발명에 의한 장치의 근본적인 장점은 이 장치가 사용되는 산업용 전열기에 대한 노동력 투입량의 최소화, 최적의 운전 조건의 유지, 안정성의 개선 및 시간 절약이다.

본 발명의 여러 가지 특징은 후술하는 첨부 도면과 관련한 설명에 의하여 더욱 쉽게 이해될 수 있게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.

제1도는 본 발명에 의한 장치의 종단면도이고, 제2도는 안내관의 중심선을 통하여 도시한 본 발명에 따른 장치의 횡단면도이다.

제1도 및 제2도를 참조하여 보면, 드럼(1)에는 그의 원통형 외부면에 실질적으로 그의 축방향 길이 전체에 걸쳐 연장되는 깊은 나선형 홈(2)이 형성되어 있으며, 이 나선형 홈의 깊이는 그 내부에 위치하게 되는 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등의 직경보다는 약간 작다. 샤프트(9)는 상기 드럼과 동축선(同軸線)이 되도록 하며, 상기 드럼의 일단부로부터 그 드럼의 축방향으로 연장되고 상기 드럼의 타단부를 그 드럼의 축방향으로 약간 지나 연장되도록 한다. 상기 드럼 내에 위치하게 되는 샤프트의 일부에는 중공부(11)를 구성하고, 그 중공부의 내면에는 축방향으로 배치된 복수 개의 직선 스플라인부(spline)(12)가 형성되어 있다. 상기 드럼을 지나 연장하는 샤프트의 일부에 있어서, 그 대부분의 외면에는 굵은 나사선(10)이 제공되며, 그 피치는 드럼 외면의 나선형 홈(2)의 피치와 일치한다.

케이싱(8)은 원통형으로 형성되고, 장치 전체의 장착 설비를 수납하는 단부판(7a, 7b)에 고정된다. 샤프트(13)의 외면에는 거의 전체에 축방향으로 배치된 복수 개의 직선 스플라인부(12)가 형성되며, 단부판(7a)에 형성된 베어링(미도시)내에 회전 가능하게 지지된다. 상기 샤프트(13)의 스플라인부는 샤프트(9)의 중공부(11)의 내부면에 형성된 스플라인부와 미끄럼식으로 맞물리고(축방향으로), 단부판(7a)에 인접한 드럼(1)의 단부와 함께, 샤프트(13)는 샤프트(9)의 중공부를 채운다.

샤프트(9)는 단부판(7b) 내에 제공된 나사선이 형성된 베어링(17) 내에 회전 가능하게 지지되며, 외면에 형성된 나사선은 베어링 내에 형성된 보조 나사선과 상호 작용한다. 상기 드럼을 지나 연장하는 샤프트(9) 부분은 덕트 또는 케이블 등이 수용될 수 있도록 중공체로 제조되며, 상기 부분은 적절한 회전 조인트 부재(20)에 의해 샤프트의 외단부에 연결되며, 여기에는 공급 덕트 또는 케이블(21) 등이 연결된다. 상기 덕트 또는 케이블 등은 드럼 내부에서 샤프트(9)로부터 도출되어, 덕트(18)를 경유하여 상기 드럼의 외면에 형성된 깊은 나선형 홈 내에 수납되는 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등의 기단부와 연결된다. 상기 랜스 또는 탯줄형 케이블 등의 기단부는 단부판(7a)에 인접하는 단부의 외면 내의 깊은 나선형 홈의 출발점에서 드럼(1)에 부착되며, 상기 드럼의 두께를 통과하여 그 내부와 연결된다.

축방향으로 배치된 복수 개의 원통형 롤러(4)는 케이싱(8)의 내면으로부터 약간 간극을 두고 상기 케이싱 및 단부판(7a)의 내면에 고정된 브래킷(6)에 의해 지탱되는 샤프트(5)에 회전 가능하게 지지된다. 드럼(1)의 깊은 나선형 홈(2) 내에 수용되는 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등의 외면이 롤러에 맞대어 지지하여, 그 랜스 또는 탯줄형 케이블 등이 반경 방향의 이동이 확실히 제한되도록, 롤러 각각의 직경이 선택되고 그 지지 수단이 배열된다. 단부판(7a)에 인접한 드럼(1)의 단부와 함께 이들 롤러가 랜스 또는 탯줄형 케이블 등이 수용되어 있는 드럼의 깊은 나선형 홈(2) 부분의 축방향 배열에 걸쳐 연장되도록, 롤러의 길이가 선택된다.

케이싱(8)의 외면에서는 그 길이의 중간 부분에 안내관(23)이 어느 정도 접선 방향으로 고정되어 있으며, 상기 안내관에는 드럼(1)의 깊은 나선형 홈(2)에 수납되어 있는 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등이 유입된다. 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등의 말단부는 세척 두부(head), 점검 장치 등과 같은 터미널 장치(24)에서 종단한다. 상기 안내관의 외단부에는 감지 장치(25)가 부착되어 있어서 터미널 장치가 안내관의 외단부로 철수하는 것을 기록한다. 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등을 드럼에 형성된 깊은 나선형 홈으로부터 안내관으로 안내하기 위하여 상기 안내관의 내단부와 드럼(1) 사이에는 도삭기(fairlead; 22)가 제공된다. 도삭기는 마찰성이 낮고 내마모성이 우수한 특성을 갖는 적절한 재료로 제조된다. 변형예로서, 도삭기는 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등을 안내관으로 보다 양호하게 안내하기 위하여 홈이 형성된 롤러를 구비한다.

단부판(7a)의 외면에는 구동 모터(14)가 장착되며, 그 출력축은 샤프트(13)에 연결된다. 샤프트(13)의 각변위(angular displacement)와 각속도를 측정하기 위하여 상기 구동 모터에는 로터리 인코더(15)가 제공된다. 유압식 구동 모터와 로터리 인코더와 같은 조립체는 다른 모터와 측정 장치 조립체 또는 적절한 특성을 갖는 단동식 전동기로 대체될 수도 있다.

작동 시에, 전술한 장치 전체는 케이싱(8)의 단부판(7a, 7b)의 연장부에 의하여 호주 특허 제572,181호에 기술된 것과 같은 위치 설정 및 지지 수단상에 장착된다. 상기 위치 설정 및 지지 수단을 구동시켜 안내관(23)의 외단부를 세척 또는 점검될 관의 배열중에서 관 각각의 단부와 동일 직선상에 위치시키기 위하여 기록 저장된 컴퓨터 프로그램이 사용될 수 있다. 상기 안내관의 외단부가 관과 동일 직선상에 위치하면, 기록 저장된 컴퓨터 프로그램은 밸브, 스위치 등을 작동시켜 구동 모터(14)를 구동시킴으로써, 드럼(1)이 적절히 각변위하여 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등의 터미널 장치(24)와 소정 속도로 관의 길이를 통하여 투입된다. 드럼이 회전하면, 샤프트(9)에 형성된 나사선(10)과 나사선이 형성된 돌출부(17)의 협력 작용에 의하여 드럼은 일정한 속도로 축방향으로 변위되며, 케이블 또는 탯줄형 케이블(3)이 도삭기(22)의 구멍에 인접한 드럼의 깊은 나선형 홈(2)으로부터 떠나는 지점에 게속 위치한다.

투입하는 동안 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등의 터미널 장치(24)에 의하여 직면하게 되는 관의 관통에 대한 저항은 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등에 압축력을 발생시킨다. 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등의 외면과 롤러(4)가 상호 협력함으로써, 전술한 압축력에 기인하여 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등이 반경 방향으로 변위하여 드럼(1)의 깊은 나선형 홈(2)에 끼워지는 것이 방지된다.

변형예(비도시)로서, 샤프트(13)는 생략되고, 샤프트(9)는 일체형으로 제조되며 드럼(1)의 축방향 길이 전체에 걸쳐 그리고 그 단부 각각을 지나 거의 동일한 길이 만큼 연장한다. 구동 모터(14)는 샤프트(9)에 인접하지만 일정 간격 떨어져 있는 단부판(7a)에 고정된다. 단부판(7a)의 외부로 연장하는 샤프트 부분의 외면상에는 축방향으로 배치된 복수 개의 직선 스플라인부가 형성된다. 상기 샤프트 부분은 전술한 바와 같이 드럼의 다른 단부를 지나 연장한다. 샤프트의 스플라인부에는 구동 모터에 회전 가능하게 연결된 구동 휠, 풀리 또는 기어가 미끄럼식으로 지지된다. 구동 휠, 풀리 또는 기어는 케이지(cage) 내부에 고정되거나, 회전 가능하게 그러나 축방향 이동이 억제되도록 기타 적절한 구속 수단에 의하여 고정된다. 작동 시에, 구동 모터에 의하여 샤프트(9)가 회전하여 구동 휠, 풀리 또는 기어가 작동하면, 드럼(1)은 회전하면서 전술한 방식으로 축방향으로 변위하며, 샤프트의 스플라인부는 구동 휠, 풀리 또는 기어를 통해 축방향으로 이동한다.

다른 실시예(비도시)로서, 단부판(7b)에 형성된 평베어링 내부에 회전 가능하게 지지되는 드럼의 단부를 지나 연장하는 평샤프트와 관련하여, 드럼(1)의 피동단부에서 스플라인 샤프트의 기술된 두가지 배열중 어느 하나가 사용될 수 있다. 롤러(4)에 결합되는 것이 바람직하지만 필수적이지 않은 하나 이상의 가이드 휠이 드럼(1)에 형성된 깊은 나선형 홈(2)과 결합한다. 또는, 상기 가이드 휠은 케이싱(8)의 내면에 회전 가능하게 고정된다. 작동 시에, 가이드 휠과 깊은 나선형 폼이 상호 협력하면, 드럼이 구동 모터(14)에 의하여 지지 샤프트의 피동 단부에 토오크를 인가하면서 회전할 때 드럼은 축방향으로 변위된다.

샤프트(9)와 샤프트(13)의 외부 및 내부 스플라인부 대신에, 샤프트(13)는 직사각형 또는 다른 적절한 단면 형상을 가질 수 있으며, 드럼(1) 내부에 있는 샤프트(9) 부분은 상보형 단면 형상(complementary cross-sectional shape)을 갖는 중공체로 제조될 수 있다. 또는, 샤프트(9)는 드럼(1)의 단부에 고정될 수 있으며, 샤프트(13)는 드럼(1) 내부에 직경 방향으로 배치된 웨브의 다른 상보형 형상부에 결합하도록 제조될 수 있다.

상기 장치가 작동하는 동안 드럼(1) 상에서 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등이 원주 방향으로 이동하는 것을 방지하기 위한 또 다른 실시예로서, 깊은 나선형 홈(2)은 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등의 직경보다 약간 협소하게 제조되며, 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등이 롤러(4) 하방을 통과하면서 드럼 상에서 감길 때, 깊은 나선형 홈 내부로 미끄러져 들어가 마찰식으로 고정된다.

상기 장치가 작동하는 동안 드럼(1) 상에서 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등이 원주 방향으로 이동하는 것을 방지하기 위한 변형예로서, 롤러(4)의 샤프트(5)가 슬롯 내부에 지지되어, 롤러는 드럼을 향하여 또는 그로부터 반경 방향으로 자유롭게 이동할 수 있으며, 샤프트 또는 롤러 둘레를 통과하는 스프링 또는 탄성 수단에 의하여 상기 롤러는 랜스 또는 탯줄형 케이블 등의 원주변과 단단히 접촉한다.

본 발명을 다른 용도로 사용하는 예로써, 전술한 바와 같이 자동 지지 및 위치 설정 기구를 사용할 필요가 없는 경우에, 고압의 압축수나 다른 압축성 세척 매체를 랜스로 유동시키는 것을 조절하거나 유압 유체를 유압 모터로 유동시켜 랜스를 연장 또는 수축시키는 것을 조절하기 위하여, 안내관(23)의 단부에 부착된 가요성 가이드부(비도시)에 랜스 또는 탯줄형 케이블(3) 등이 급송되도록 제조된다. 안내 관의 말단부에는 원격 제어부가 제공된 조작부가 끼워진다.

작동 시에, 조작자는 조작부의 노즐을 세척될 관의 단부와 동일 직선 상에 위치시키고, 고압의 압축수 또는 다른 가압 세척 매체로 랜스로 유동시키기 위하여 원격 제어부를 조작하며 랜스를 관의 길이에 걸쳐 연장하도록 원격 제어부를 조작한다. 랜스가 관의 길이를 지나면, 랜스를 철수시키기 위하여 원격 제어부를 재위치 설정하며, 조작부가 세척될 다음 관과 동일 직선상에 재위치 설정되면, 상기 싸이클을 반복한다.

Claims (14)

1. 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치로부터 투입되며 상기 기구를 수반하는 말단부를 갖는 경질의 가요성 도관 또는 케이블을 복수 개의 권선 코일 형태로 저장하기 위한 수단을 구비하는 저장 부재; 상기 저장 부재를 회전시켜, 상기 저장 부재로부터 상기 기구를 연장시키거나 상기 저장 부재를 향하여 상기 기구를 철수시키는 구동 수단; 그리고 상기 기구의 저장 중에 또는 상기 기구가 연장 또는 철수되는 중에 권선 코일이 저장 부재 상에서 반경방향으로 팽창하는 것을 방지하기 위한 구속 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 저장 부재는 드럼 부재를 구비하고, 상기 구속 수단은 드럼 부재 상에 위치하는 도관 또는 케이블에 결합하기 위하여 저장 부재의 둘레에 설치된 복수 개의 축방향으로 연장하는 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 드럼 부재는 외주면에 연속된 나선형 홈을 구비하고, 상기 나선형 홈은 상기 도관 또는 케이블의 직경보다 작은 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 연속된 나선형 홈은, 상기 도관 또는 케이블이 상기 홈의 벽에 의하여 마찰식으로 결합되도록, 상기 도관 또는 케이블의 직경보다 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 롤러 수단은 이동이 자유로우며 상기 저장 부재를 향하여 반경 반향으로 탄성 가압되는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 도관 또는 케이블의 기단부가 저장 부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 기구는 노즐 또는 점검 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 장치는 길이가 긴 가요성 안내 부재에 연결되어 있는 상태로 상기 저장 부재에 인접하여 고정된 짧은 강성 안내 부재를 또한 포함하며, 상기 도관 또는 케이블은 상기 단단한 안내 부재와 가요성 안내 부재를 통해 돌출하도록 배치되어 있는 기구를 지지하고, 상기 긴 가요성 안내 부재는 관의 한 단부에 인접하여 수동으로 위치할 수 있는 자유단을 갖는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 저장 부재는 드럼 주재를 구비하고, 상기 구속 수단은 드럼 부재상에 위치하는 도관 또는 케이블에 결합하기 위하여 저장 부재의 둘레에 설치된 복수 개의 축방향으로 연장하는 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 드럼 부재는 외주면에 연속된 나선형 홈을 구비하고, 상기 나선형 홈은 상기 도관 또는 케이블의 직경보다 작은 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 연속된 나선형 홈은, 상기 도관 또는 케이블이 상기 홈의 벽에 의하여 마찰식으로 결합되도록, 상기 도관 또는 케이블의 직경보다 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 롤러 수단은 자유 이동하고 상기 저장 부재를 향하여 반경 반향으로 탄성 가압되는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
13. 제9항에 있어서, 상기 도관 또는 케이블의 기단부가 저장 부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.
14. 제8항에 있어서, 상기 기구는 노즐 또는 점검 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 관의 구멍을 통해 기구를 투입하기 위한 장치.