KR100572167B1 - 회전 기계류용 케이싱 및 그 제작 방법 - Google Patents

회전 기계류용 케이싱 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

회전 기계류용 케이싱 구조는 2개의 반원통형 셸 섹션을 포함한다. 이 각 섹션은 패스너를 수용하는 기계 가공된 플랜지를 포함한다. 이 2개의 섹션은 기계 가공된 플랜지를 관통하는 패스너를 이용하여 서로 부착한다.

Description

회전 기계류용 케이싱 및 그 제작 방법{CASING DESIGN FOR ROTATING MACHINERY AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF}
본 발명은 회전 기계류용 케이싱에 관한 것으로서, 보다 자세히 말하면 가스 압축기에 사용되는 스플릿 케이싱에 관한 것이다.
도 1은 가스 압축기에 사용되는 종래 기술의 스플릿 케이싱 섹션(A)을 도시한다. 스플릿 케이싱 섹션(A)은, 서로 반대쪽에 있는 2개의 에지(C, C')를 구비하고 종축(X) 둘레에서 연장되는 반원통형의 압연판(B; rolled plate)을 포함한다. 반대쪽에 있는 각 에지(C, C')를 따라 한 쌍의 플랜지(D, D')가 연장되며, 각 플랜지(D, D')는 용접부(E)에 의해 반원통형의 압연판(B)에 부착되어 있다. 상기 플랜지(D, D')에는 플랜지 상면(G)으로부터 플랜지 하면(H)으로 연장되는 복수 개의 보어 구멍(F)이 마련되어 있다.
종래 기술의 스플릿 케이싱 섹션(A) 중 2개는 통상적으로 그 각각의 플랜지(D, D')에서 함께 결합되어, 원통형의 스플릿 케이싱 조립체를 형성한다. 이 스플릿 케이싱 섹션(A)은 보어 구멍(F)을 관통하는 볼트 등의 패스너에 의해 고정된다. 그 후, 압축기 부품과 같은 회전 기계류 부품은 결합된 스플릿 케이싱 조립체의 내부 표면에 의해서 형성되는 공간 내에 수용된다.
스플릿 케이싱 섹션(A)을 제조하는 한 가지 방법은 (도 2에 도시된) 평판(K)을 종축(X) 둘레로 감아서 반원통형의 압연판(B)으로 만드는 것이다. 그 후에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 플랜지(D, D')가 (도 1에 도시된) 용접부(E)에 의해 에지(C, C')에서 압연판(B)에 고정된다. 보어 구멍(F)은 플랜지(D, D')를 압연판(B)에 용접하기 전에 또는 용접한 후에 플랜지(D, D')에 드릴링되거나 형성된다.
도 1 및 도 3에 도시된 종래 기술의 스플릿 케이싱 섹션(A)은 많은 용접으로 인하여 제조 비용이 높다. 더욱이, 플랜지(D, D')와 압연판(B) 사이의 용접 불량으로 인하여 제조 실패 가능성이 항상 존재한다. 다른 종래 기술의 케이싱 구조는 미국 특허 제1,352,276호; 제1,839,849호; 제2,683,017호; 제3,160,107호; 제3,390,830호; 제3,544,232호; 제4,137,006호; 제4,305,192호; 제4,551,065호; 제4,915,581호; 및 제5,063,661호에 개시되어 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 제조 비용이 저렴하고 용접된 플랜지가 필요없는 스플릿 케이싱 섹션 구조를 제공하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 제1 케이싱 섹션, 제2 케이싱 섹션 및 복수 개의 패스너를 포함하는, 가스 압축기 또는 터빈과 같은 회전 기계류용 케이싱 구조를 제공한다. 제1 케이싱 섹션은, 하나의 판으로부터 실질적으로 반원통형의 셸로 형성되며, 이 셸은 서로 반대쪽에 있는 2개의 에지와, 서로 반대쪽에 있는 2개의 외면, 그리고 기계 가공된 플랜지를 구비한다. 또한, 제2 케이싱 섹션도 단일 판으로부터 실질적으로 반원통형의 셸로 형성되고, 이 셸은 서로 반대쪽에 있는 2개의 에지와, 서로 반대쪽에 있는 2개의 외면, 그리고 기계 가공된 플랜지를 구비한다. 각 제1 케이싱 섹션의 양측 에지는 각 제2 케이싱 섹션의 대응하는 양측 에지와 정렬되어, 복수 개의 패스너에 의해 함께 유지되는 실질적으로 원통형의 구조체를 형성한다. 상기 패스너는 각각의 기계 가공된 플랜지에 형성되는 보어 구멍을 관통한다.
결합된 제1 케이싱 섹션 및 제2 케이싱 섹션의 내면과, 제1 케이싱 섹션 및 제2 케이싱 섹션에 결합된 단부판의 내면에 의해 중공의 수용 공간이 형성된다. 중공 수용 공간은 압축기 또는 터빈 부품과 같은 회전 기계류 부품을 수용할 수 있다.
또한, 본 발명은 스플릿 케이싱 조립체의 한쪽 절반 섹션을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은
a. 실질적으로 반원통형의 케이싱 섹션을 제공하는 단계와,
b. 상기 실질적으로 반원통형의 케이싱 섹션으로부터 재료를 제거하여 상기 반원통형 섹션의 양쪽 외면에 플랜지를 형성하는 단계
를 포함한다. 또한, 상기 제작 방법은
c. 플랜지에 복수 개의 보어 구멍을 형성하는 단계와,
d. 케이싱 섹션에 포트 구멍을 형성하는 단계와,
e. 포트 구멍에 포트를 연결하는 단계와,
f. 다른 반원통형 케이싱 섹션에 상기 케이싱 섹션을 연결하여, 포트와 유체 연통하는 중공 수용 공간을 갖는 원통형 스플릿 케이싱 조립체를 형성하는 단계
를 포함할 수 있다.
도 1은 종래 기술의 스플릿 케이싱 섹션의 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 종래 기술의 스플릿 케이싱 섹션을 제조하는 데 사용되는 평판의 측면도.
도 3은 도 1에 도시된 종래 기술의 스플릿 케이싱 섹션의 분해 측면도.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 제1 케이싱 섹션 및 제2 케이싱 섹션을 구비하는 회전 기계류용 케이싱 구조의 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 회전 기계류용 케이싱 구조의 분해 사시도.
도 6은 도 4에 도시된 제1 케이싱 섹션의 상부 사시도.
도 7은 도 4에 도시된 제2 케이싱 섹션의 상부 사시도.
도 8은 도 4 및 도 7에 도시된 제2 케이싱 섹션의 다른 상부 사시도.
도 9는 평판의 측면도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따라 제조되는 회전 기계류용 스플릿 케이싱 조립체(10)를 도시한다. 본 발명은 일반적으로 제2 케이싱 섹션(14)에 부착되는 제1 케이싱 섹션(12)을 포함한다. 제1 케이싱 섹션(12)과 제2 케이싱 섹션(14)은 바람직하게는 강제(鋼製) 압연판(16)으로 제조되고, 각각 동일한 곡률 반경(R)을 갖는 반원통형 셸 구조체를 형성한다. 대안으로, 제1 케이싱 섹션(12)과 제2 케이싱 섹션(14)은 주조될 수도 있고 단조될 수도 있다. 스플릿 케이싱 조립체(10)는 가스 압축기 또는 가스 터빈용 부품과 같은 회전 기계류(54)(개략적으로 도시됨)를 수용하도록 되어 있다. 복수 개의 포트(18)가 제1 케이싱 섹션(12)에 부착되거나, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 케이싱 섹션(14)에 부착된다. 단부판(20)은 스플릿 케이싱 조립체(10)의 양측의 제1 단부(22) 및 제2 단부(24)에서 고정되고, 이들 단부판에는 시일을 마련하여 밀봉된 압력 장치를 형성할 수도 있다.
특히 도 5를 참조하면, 제1 케이싱 섹션(12)의 내면(27C1)과, 제2 케이싱 섹션(14)의 내면(27C2)과, 단부판(20)의 내면(27E)에 의해 중공 수용 공간(26)이 형성되어 있다. 상기 중공 수용 공간(26)은 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기 또는 터빈용 부품과 같은 회전 기계류(54)를 수용하도록 되어 있다.
도 4와 함께 도 5를 참조하면, 제1 케이싱 섹션(12)은 종축(L)을 따라 연장되는 실질적으로 반원통형의 셸 또는 압연판(16)이다. 제1 케이싱 섹션(12)은 반경(R), 종방향 길이(CL), 그리고 제1 외면(30) 및 제2 외면(32)를 갖고, 제1 외면(30) 및 제2 외면(32)에 각각 위치된 2개의 기계 가공된 플랜지(28)를 포함하며, 이들 각각의 플랜지는 제1 케이싱 섹션(12)의 종방향 길이(CL)에 걸쳐 연장되어 있다. 도 6에 더 상세하게 도시된 기계 가공된 플랜지(28)는, 실질적으로 서로 교차하거나 수직인 2개의 표면, 즉 제1 표면(34) 및 제2 표면(36)에 의하여 형성된다.
도 7 및 도 8에 상세히 도시된 제2 케이싱 섹션(14)은 제1 케이싱 섹션(12)과 유사하므로, 동일 부분에 대해서는 동일 도면 부호를 사용한다. 제2 케이싱 섹션(14)은 반경(R), 종방향 길이(CL), 제1 외면(30) 및 제2 외면(32)를 갖고, 제2 케이싱 섹션(14)의 종방향 길이(CL)에 걸쳐 연장되는 2개의 기계 가공된 플랜지(28)를 포함한다. 기계 가공된 플랜지(28)는 실질적으로 서로 교차하거나 수직인 2개의 표면, 즉 제1 표면(34)과 제2 표면(36)에 의하여 형성된다. 바람직하게는, 제1 케이싱 섹션(12)과 제2 케이싱 섹션(14)은 기계 가공된 플랜지(28)를 마련할 수 있을 정도로, 그리고 압력 용기로도 기능할 수 있을 정도로 충분히 두껍다. 마찬가지로, 단부판(20)도 상승된 압력을 견디기에 충분할 정도로 두꺼운 것이 바람직하다.
제1 케이싱 섹션(12)과 제2 케이싱 섹션(14)의 한 가지 차이는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제2 케이싱 섹션(14)에 복수 개의 포트 구멍(46)이 유리하게 형성되어 있다는 점이지만, 제1 케이싱 섹션(12)에도 포트 구멍(46)이 형성될 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 포트(18)는 제2 케이싱 섹션(14)에 용접되어 있다. 이 포트(18)는 포트 구멍(46)과 정렬되어, 중공 수용 공간(26)과 유체 연통된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 기계 가공된 플랜지(28)는 원주 거리 RD1 및 RD2에서 제1 케이싱 섹션(12) 및 제2 케이싱 섹션(14)의 제1 외면(30) 및 제2 외면(32)에 일체로 형성되어 있다. 원주 거리 RD1 및 RD2는 각도 α및 β와 이에 대응하는 동경 벡터 R1과 R2의 함수이다. 동경 벡터 R1과 R2는 가상 직경선 DL의 중심점 M을 기점으로 하며, 이 가상 직경선은 제1 케이싱 섹션(12) 및/또는 제2 케이싱 섹션(14)의 서로 반대쪽에 있는 제1 단부(22) 및 제2 단부(24)를 각각 연결하고, 그 길이는 상기 케이싱 섹션(12, 14)의 내경과 동일하다. 도 5에 도시된 반경 R과는 달리, 동경 벡터 R1 및 R2는 상기 케이싱 섹션(12, 14)의 외면(30, 32)로 연장된다.
플랜지(28)의 각각의 제2 표면(36)을 통해 복수 개의 보어 구멍(38)이 드릴링되거나 형성되어 있다. 이들 보어 구멍(38)은 제2 표면(36)으로부터 제1 케이싱 섹션(12) 또는 제2 케이싱 섹션(14)의 각각의 제1 에지(40) 및 제2 에지(42)까지 연장된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보어 구멍(38)은 제1 케이싱 섹션(12) 및 제2 케이싱 섹션(14)의 길이(CL) 전체에 걸쳐 제2 표면(36)을 따라 간격을 두고 배치되며, 볼트와 같은 패스너를 수용하도록 구성된다.
도 4를 계속 참조하면, 제1 케이싱 섹션(12)은 각각의 보어 구멍(38)이 정렬되게 각각의 제1 에지(40) 및 제2 에지(42)를 서로 맞닿게 위치시키거나 접촉시킴으로써 제2 케이싱 섹션(14)에 고정된다. 도 5에 도시된 나사 형성 볼트(44) 또는 패스너는 볼트(44)의 나사 형성 단부가 제2 케이싱 섹션(14)의 플랜지(28)의 제2 표면(36)으로부터 돌출할 때까지 보어 구멍(38)을 관통한다. 또한, 볼트(44)의 나사 형성 단부는 제1 케이싱 섹션(12)의 제2 표면(36)으로도 돌출한다. 제1 케이싱 섹션(12) 부근에 위치하는 볼트(44)의 단부에는 나사 형성 커버 너트(48)가 나사 결합 가능하게 수용되고, 제2 케이싱 섹션(14) 부근에 위치하는 볼트(44)의 단부에는 너트(50)가 나사 결합 가능하게 수용되어, 제1 케이싱 섹션(12)을 제2 케이싱 섹션(14)에 고정하여 스플릿 케이싱 조립체(10)를 형성한다. 이러한 배치에 있어서, 축(L, L', L")은 서로 정렬되어 있으며, 스플릿 케이싱 조립체(10)는 실질적으로 원통형이고, 일정한 곡률 반경 R을 갖는다. 그 후, 단부판(20)은 볼트 결합 전에는 내부에서, 또는 볼트 결합 후에는 외부에서 스플릿 케이싱 조립체(10)에 고정될 수 있고, 이에 의해 회전 기계류(54)용의 케이싱 구조를 형성한다. 바람직하게는, 단부판(20)은 중공 수용 공간(26)의 유지단(維持段) 또는 유지면(維持面)에 대하여 내부에 장착될 수도 있고, 패스너(도시되지 않음)를 이용하여 외부에 장착될 수도 있다.
단부판(20)은 제1 케이싱 섹션(12) 및/또는 제2 케이싱 섹션(14)의 어느 일방 또는 쌍방 모두에 고정될 수 있고, 회전 기계류 부품은 제1 케이싱 섹션(12)을 제2 케이싱 섹션(14)에 고정하기 전에 단부판(20)과 상기 섹션(12, 14)에 부착될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
이하, 제1 케이싱 섹션(12)의 제작 방법을 설명한다. 우선, 바람직하게는 강제(鋼製) 평판(52)을 제공한다. 그 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 평판(52)을 화살표 방향으로 감아서 축(L) 주위로 굴곡시켜 반원통형으로 만든다. 그 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 압연판(16)에 제1 표면(34) 및 제2 표면(36)을 갖는 플랜지(28)를 기계 가공한다. 제1 표면(34) 및 제2 표면(36Y32)에 형성되며, 이들 각 표면(34, 36)은 실질적으로 서로 교차한다. 그 후, 기계 가공된 플랜지(28)의 제2 표면(36)에 복수 개의 보어 구멍(38)을 기계 가공하거나 드릴링한다. 보어 구멍(38)은 너트(48, 50)에 여유 공간을 제공하도록 오목하게 형성될 수 있고, 볼트(44)와 너트(48, 50)에 여유 공간을 제공하도록 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 보어 구멍(38)은 너트(48, 50)에 여유 공간을 제공하도록 제1 표면(34)으로부터 충분한 거리를 두고 위치한다. 보어 구멍(38)은 제2 표면(36)으로부터 각각의 제1 에지(40)와 제2 에지(42)까지 연장된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 케이싱 섹션(14)의 제작 방법은, 복수 개의 포트 구멍(46)을 예컨대 기계 가공 또는 드릴링에 의해 압연판(16)에 형성한다는 것을 제외하면 실질적으로 제1 케이싱 섹션(12)의 제작 방법과 동일하다. 바람직하게는, 제1 케이싱 섹션(12)과 제2 케이싱 섹션(14)은 모두 반원통형이고, 동일한 곡률 반경(R)을 갖는다. 포트(18)는 포트 구멍(46)에 연결될 수 있고, 제1 케이싱 섹션(12)과 제2 케이싱 섹션(14)은 서로 연결될 수 있어서, 포트(18)와 유체 연통하는 중공 수용 공간(26)을 구비하는 원통형의 스플릿 케이싱 조립체(10)를 형성한다. 또한, 제1 케이싱 섹션(12)에 포트 구멍(46)을 형성할 수도 있고, 제1 케이싱 섹션(12) 및 제2 케이싱 섹션(14) 모두에 포트 구멍(46)을 형성하지 않을 수도 있다.
본 발명은 압연판에 별도의 플랜지를 용접할 필요가 있는 종래 기술의 케이싱보다 제조 비용이 저렴하다. 또한, 본 발명은 용접된 플랜지를 없애고 벽두께를 증가시켜서 더 강한 구조를 얻을 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 설명하였다. 누구든 전술한 상세한 설명을 읽고 이해하면 자명한 변형예 및 수정예를 알 수 있을 것이다. 본 발명은 첨부된 청구범위 또는 그와 균등한 범위 내에 있는 한 상기 변형예나 수정예를 포함하는 것으로 해석된다.

Claims (19)

  1. 하나의 판으로부터 실질적으로 반원통형 셸로 형성되는 제1 케이싱 섹션과, 하나의 판으로부터 실질적으로 반원통형 셸로 형성되는 제2 케이싱 섹션과, 복수 개의 파스너를 포함하는 회전 기계류용 케이싱으로서,
    상기 제1 케이싱 섹션은 서로 반대쪽에 있는 2개의 양측 에지와 서로 반대쪽에 있는 2개의 양측 외면을 구비하고, 이들 2개의 양측 외면은 보어 구멍이 형성되어 있는 기계 가공된 플랜지를 포함하며,
    상기 제2 케이싱 섹션은 서로 반대쪽에 있는 2개의 양측 에지와 서로 반대쪽에 있는 2개의 양측 외면을 구비하고, 이들 2개의 양측 외면은 보어 구멍이 형성되어 있는 기계 가공된 플랜지를 포함하며, 이 제2 케이싱 섹션에는 포트 구멍이 마련되어 있으며,
    상기 각각의 제1 케이싱 섹션의 양측 에지는 상기 제2 케이싱 섹션의 대응하는 양측 에지와 정렬되어, 상기 보어 구멍을 관통하는 상기 복수 개의 패스너에 의해 함께 유지되는 실질적으로 원통형 구조를 형성하는 것인 회전 기계류용 케이싱.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는 상기 제1 케이싱 섹션의 길이와 제2 케이싱 섹션의 길이를 따라 연장되는 것인 회전 기계류용 케이싱.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기계 가공된 플랜지는 제1 표면 및 제2 표면에 의하여 형성되고, 이들 제1 표면과 제2 표면은 서로 교차하는 것인 회전 기계류용 케이싱.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는 상기 제1 케이싱 섹션 및 제2 케이싱 섹션의 외면에 일체로 형성되는 것인 회전 기계류용 케이싱.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 케이싱 및 제2 케이싱은 강으로 제조되는 것인 회전 기계류용 케이싱.
  6. a. 실질적으로 반원통형의 케이싱 섹션을 제공하는 단계와;
    b. 상기 실질적으로 반원통형의 케이싱 섹션으로부터 재료를 제거하여 상기 반원통형 섹션의 양측 외면에 플랜지를 형성하는 단계
    를 포함하는 회전 기계류용 스플릿 케이싱 조립체의 절반부의 제작 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 플랜지에 복수 개의 보어 구멍을 형성하는 단계를 더 포함하는 회전 기계류용 스플릿 케이싱 조립체의 절반부의 제작 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 케이싱 섹션에 포트 구멍을 형성하는 단계를 더 포함하는 회전 기계류용 스플릿 케이싱 조립체의 절반부의 제작 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 포트 구멍에 포트를 연결하는 단계를 더 포함하는 회전 기계류용 스플릿 케이싱 조립체의 절반부의 제작 방법.
  10. 하나의 판으로부터 실질적으로 반원통형 셸로 형성되는 제1 케이싱 섹션과, 하나의 판으로부터 실질적으로 반원통형 셸로 형성되는 제2 케이싱 섹션과, 복수 개의 패스너와, 내면을 갖는 하나 이상의 단부판을 포함하는 고압 스플릿 용기로서,
    상기 제1 케이싱 섹션은 서로 반대쪽에 있는 2개의 양측 에지, 서로 반대쪽에 있는 2개의 양측 외면, 및 내면을 갖고, 이들 2개의 양측 외면은 보어 구멍이 형성되어 있는 기계 가공된 플랜지를 포함하며,
    상기 제2 케이싱 섹션은 서로 반대쪽에 있는 2개의 양측 에지, 서로 반대쪽에 있는 2개의 양측 외면, 및 내면을 갖고, 이들 2개의 양측 외면은 보어 구멍이 형성되어 있는 기계 가공된 플랜지를 포함하고, 상기 제2 케이싱 섹션의 양측 에지 각각은 상기 제1 케이싱 섹션의 대응하는 양측 에지와 정렬되어 실질적으로 원통형 구조를 형성하며, 이 제2 케이싱 섹션에는 포트 구멍이 마련되어 있고,
    상기 복수 개의 파스너는 상기 기계 가공된 플랜지의 제2 표면의 상기 보어 구멍을 관통하며,
    상기 단부판은 상기 제1 케이싱 섹션 및 제2 케이싱 섹션에 결합되며, 상기 제1 케이싱 섹션의 내면과, 상기 제2 케이싱 섹션의 내면, 그리고 상기 하나 이상의 단부판의 내면은 중공 수용 공간을 형성하며,
    상기 중공 수용 공간 내부에는 회전 기계류가 배치되어 있는 것인 고압 스플릿 용기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 포트 구멍에는 포트가 연결되는 것인 고압 스플릿 용기.
  12. 제10항에 있어서, 상기 기계 가공된 플랜지는 상기 제1 케이싱 섹션의 길이와, 제2 케이싱 섹션의 길이를 따라 연장되는 것인 고압 스플릿 용기.
  13. 제10항에 있어서, 상기 기계 가공된 플랜지는 상기 제1 케이싱 섹션 및 제2 케이싱 섹션의 상기 양측 외면에 일체로 형성되는 것인 고압 스플릿 용기.
  14. 제11항에 있어서, 상기 중공 수용 공간은 상기 포트와 유체 연통하는 것인 고압 스플릿 용기.
  15. 제10항에 있어서, 상기 제1 케이싱 섹션 및 제2 케이싱 섹션은 강으로 제조되는 것인 고압 스플릿 용기.
  16. 제10항에 있어서, 상기 회전 기계류는 터빈인 것인 고압 스플릿 용기.
  17. 제10항에 있어서, 상기 회전 기계류는 압축기인 것인 고압 스플릿 용기.
  18. 삭제
  19. 삭제
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