KR100942657B1 - 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치 - Google Patents

폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온의 유체가 이동하는 파이프의 열팽창시 주름관의 손상을 방지하고, 케이싱의 외부로 연장되는 파이프의 열팽창을 흡수하는 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치에 있어서, 파이프의 외면에 구비되는 슬리브와 상부 일부분이 겹치는 주름관부, 상기 슬리브와 주름관부 사이의 기밀을 유지하는 패킹부 및 상기 패킹부를 고정하는 고정부를 포함하고, 상기 주름관부는 일정간격만큼 이격되어 상기 케이싱의 표면과 상기 패킹부의 하단에 용접고정되는 제 1 및 제 2주름관을 구비하는 구성을 마련한다.
상기한 바와 같은 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치를 사용하는 것에 의해, 이중의 주름관에 기구적 슬리브 타입의 실링 구조를 설치함으로써, 파이프의 상하 방향 열팽창시 주름관의 손상을 방지하여 고온의 연소가스 누설 및 안전사고를 방지할 수 있다.
폐열회수보일러(HRSG), 주름관(Bellows), 열팽창, 패킹(Packing), 실링(Sealing)

Description

폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치{MECHANICAL SLEEVE TYPE EXPANSION JOINT OF HEAT RECOVERY SYSTEM GENERATOR}
본 발명은 폐열회수보일러(HRSG, Heat Recovery Steam Generator)의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온의 유체를 이송시키는 파이프가 케이싱을 통과하는 구조로 설치되어 파이프의 열팽창을 흡수하고 케이싱 내부로부터 연소가스의 누설을 차단하는 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치에 관한 것이다.
폐열회수보일러는 가스터빈에서 전력을 생산한 후 방출되는 고온의 배기가스를 이용하여 증기를 발생시키고, 발생된 증기를 이용해서 증기터빈을 구동하여 전력을 생산하는 보일러이다.
이러한 폐열회수보일러의 일예가 대한민국 등록실용신안번호 제20-0329820호(2003년 10월 01일자 등록, 이하 '종래 기술'이라 함)에 개시되어 있다.
예를 들어, 도 1은 상기의 종래 기술에 의한 폐열회수보일러의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 폐열회수보일러에 적용되는 주름관의 구조를 보인 단면도이다.
상기 폐열회수보일러는 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 터빈으로부터 폐가스가 도입되는 덕트부(10), 덕트부(10)로부터 연장되며, 내부에 폐가스와 열교환하여 증기를 발생시키기 위한 각종 열교환 모듈이 여러 단계로 배치되는 열교환부(20) 및 열교환부(20)의 말단에 설치되며, 열교환부(20)를 통과한 폐가스를 배출하는 연돌(30)로 이루어진다.
상기 폐열회수보일러의 외부에는 드럼(40)이나 소음기(50) 등이 설치되고, 보일러 내부로부터 케이싱(12)의 외부로 터빈측과 연결하기 위한 각종의 파이프(60)들이 연장된다.
상기와 같은 케이싱(12) 외부로 연장되는 파이프(60)들은 보일러 내부의 고온의 연소가스에 의하여 팽창하게 되므로, 열팽창을 흡수하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 파이프(60) 외면에 세라믹 페이퍼(80)를 감싼 후, 스테인리스 재질의 주름관(70)을 설치한다.
주름관(70)은 상단이 파이프(60)의 외면에 고정된 슬리브(62)에 용접고정되고, 하단이 케이싱(12) 표면에 용접고정된다. 그리고 세라믹 페이퍼(80)는 파이프(60) 둘레에 감싸진 다음, 스틸 와이어(82)로 묶여 고정된다.
이와 같이 설치된 주름관(70)은 주름관(70) 자체의 신축성을 이용하여 수축/팽창하면서 450~500℃ 정도에서 발생하는 열에 의한 변형을 흡수하여 구조물의 기계적 안정성을 유지하고, 케이싱의 기밀을 유지하는 역할을 한다.
그리고 상기의 종래 기술에서는 고온의 연소가스에 의해 가열되는 파이프(60)를 세라믹 페이퍼(80)로 감싸 단열시킴으로써, 파이프(60)로부터 주름관(70)으로의 열전달을 차단한다.
하지만, 종래의 폐열회수보일러에서는 빈번한 기동/정지로 인해 주름관(70)이 손상되어 고온의 연소가스 누설 및 주변 구조물의 산화 부식에 의한 안전사고가 발생하는 문제점이 있었다.
특히, 상기의 종래 기술에서는 파이프(60)의 외부에 세라믹 페이퍼(80)를 감싸 단열시키고 있으나, 단순히 세라믹 페이퍼(80)로 파이프(60)를 감싸는 것만으로는 파이프(60)의 고열을 완벽하게 차단할 없으며, 온도 변화에 따른 열팽창량 변화에 적절하게 대응하지 못해 주름관(70) 자체에 크랙이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 주름관(70)은 2조각(piece)으로 제작되어 파이프(60)에 용접 설치되므로, 독자적으로 주름관(60) 자체의 역할을 충분하게 발휘할 수 없고, 오버홀(overhaul) 작업 시 주름관(70)을 전면 교체하거나 때에 따라서는 가스누설로 부식된 케이싱(12) 상판 전체를 교체해야만 하므로, 교체작업이 번거롭고, 유지보수에 소요되는 비용이 증가되는 중대한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 고온의 유체가 이동하는 파이프의 열팽창시 주름관의 손상을 방지하고 케이싱의 내부로부터 새어나오는 연소가스를 효과적으로 차단하는 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 케이싱의 외부로 연장되는 파이프의 열팽창을 흡수하는 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치에 있어서, 파이프의 외면에 구비되는 슬리브와 상부 일부분이 겹치는 주름관부, 상기 슬리브와 주름관부 사이의 기밀을 유지하는 패킹부 및 상기 패킹부를 고정하는 고정부를 포함하고, 상기 주름관부는 일정간격만큼 이격되어 상기 케이싱의 표면과 상기 패킹부의 하단에 용접고정되는 제 1 및 제 2주름관을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 패킹부는 일측이 절단된 원통 형상으로 형성되고, 상기 제 1 및 제 2주름관부의 상단이 고정되는 패킹상자, 상기 패킹상자와 슬리브 사이에 결합되는 다수의 패킹부재, 상기 패킹부재의 상하부에 결합되는 상부 및 하부 패킹링 및 상기 상부 패킹링의 상부에 결합되는 패킹누르개를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정부는 상기 파이프와 제 1 및 제 2주름관의 열팽창에 의한 상기 패 킹부와 슬리브 사이의 유격을 탄성 변형하여 보상하는 스프링과 상기 패킹상자의 외측과 상기 스프링을 고정하는 스프링홀더를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 패킹부를 슬리브와 슬라이딩하는 구조로 하고, 주름관을 이중으로 설치함으로써, 파이프의 상하 방향 열팽창시 주름관의 손상을 방지하여 고온의 연소가스 누설 및 안전사고를 방지할 수 있으며, 주름관의 수명을 연장할 수 있다.
그리고 본 발명은 다수의 패킹부재를 이용해 주름관과 슬리브 사이의 기밀을 유지하고, 주름관을 이용하여 좌우방향의 변형을 흡수하는 구조이므로, 각 부품이 손상된 경우, 패킹상자와 주름관만을 분해해서 교체함으로써, 유지보수 작업의 작업성을 향상시키고, 유지보수에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치의 구성을 보인 단면도이다.
본 실시 예에서는 종래 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치는 케이싱(12) 외부로 연장된 파이프(60)의 외면에 구비되는 슬리브(162)의 외주면에 마련되는 주름관부(110), 상기 슬리브(162)와 주름관부(110) 사이의 기밀을 유지하는 패킹부(120) 및 상기 패킹부(120)를 고정하는 고정부(130)를 포함하여 이루어진다.
본 실시 예에서 상기 슬리브(162)는 상단이 파이프(60)의 외면에 용접고정되고, 도 3에서 보았을 때, 하방을 향해 길게 연장되어 파이프(60)의 외면과 단차지게 형성된다.
주름관부(110)는 서로 일정간격만큼 이격되고, 하단이 케이싱(12) 표면에 용접고정되어 파이프(60)의 외면을 감싸는 제 1 및 제 2주름관(111, 112)을 구비한다. 즉, 상기 주름관부(110)는 제 1 및 제 2주름관(111, 112)을 이용해 이중으로 구성됨에 따라 파이프(60)의 열팽창시 손상을 순차적으로 방지할 수 있다.
패킹부(120)는 슬리브(162)와 주름관부(110) 사이에 삽입되어 기밀을 유지한다.
이를 위해, 패킹부(120)는 하면에 상기 주름관부(110)의 상단이 용접고정되는 패킹상자(121), 상기 패킹상자(121)의 내측에 구비되어 슬리브(162)의 외면을 감싸는 다수의 패킹부재(122), 상기 패킹부재(122)의 변형을 방지하는 하부 및 상부 패킹링(123, 124) 및 상기 상부 패킹링(124)의 상부에 구비되어 상기 패킹부재(122)를 누르는 패킹누르개(125)를 구비한다.
상기 패킹상자(121)는 반원통 형상의 2조각(piece)으로 구비되고, 상기 패킹 부재(122)는 단면이 사각형인 사각패킹으로 구비된다. 상기 2조각의 패킹상자(121)의 결합면 사이에는 기밀을 유지하기 위한 실링 가스켓(도면 미도시)이 삽입되고, 상기 2조각의 패킹상자(121)는 미도시된 다수의 육각볼트에 의해 결합된다.
상기 패킹부재(122)는 단열재, 예컨대 내열성 및 내부식성을 가지는 재질로 형성되어 슬리브(162)와 패킹상자(121) 사이의 기밀을 유지하고, 상기 패킹누르개(125)는 일정간격으로 다수개, 예컨대 6개로 구비된다.
고정부(130)는 상기 패킹누르개(125)의 상부와 패킹상자(121)의 외측을 고정하도록 일측이 절단된 원통 형상으로 형성되고, 그 단면이 대략 'ㄱ'자 형상으로 형성되는 스프링홀더(131), 상기 패킹누르개(125)의 상면과 스프링홀더(131) 사이에 구비되는 스프링(132), 상기 스프링홀더(131) 및 스프링(132)을 관통하여 패킹누르개(125)의 상부에 체결되는 렌치볼트(133), 상기 스프링홀더(131) 및 패킹상자(121)를 체결하는 육각볼트(134)를 구비한다.
즉, 스프링(132)은 상기 파이프(60)와 제 1 및 제 2주름관(111, 112)의 열팽창에 의한 패킹부(120)와 슬리브(162) 사이의 유격을 탄성 변형하여 보상한다.
이와 함께, 미도시하고 있지만, 파이프(60)의 고열을 차단하도록 파이프(60)의 외면을 감싸는 단열재, 예컨대 세라믹 페이퍼를 더 구비할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치의 결합관계를 설명한다.
먼저, 케이싱(12)의 외부로 파이프(60)를 연장한 후, 파이프(60)의 상부로부터 하방을 향해 슬리브(162)를 결합시켜 용접고정한다.
그리고 제 1 및 제 2주름관(111, 112)을 일정간격만큼 이격시켜 하단을 케이싱(12)의 표면에 용접고정하고, 상단을 패킹상자(121)의 하단에 용접고정한다.
이어서, 패킹상자(121)의 양측 결합면 사이에 실링 가스켓을 삽입한 후 육각볼트를 이용해 체결하여 고정한다. 그리고 슬리브(162)와 패킹상자(121) 사이에 하부 패킹링(123)과 다수의 패킹부재(122) 및 상부 패킹링(124)을 순차적으로 슬라이딩시켜서 슬리브(162)와 패킹상자(121) 사이의 기밀을 유지한다.
이와 같은 상태에서 상부 패킹링(124)의 상부에 패킹누르개(125)와 스프링(132) 및 스프링홀더(131)를 순차적으로 위치시킨 후, 렌치볼트(133)를 스프링홀더(131)의 상부로부터 스프링(132)을 관통하여 삽입시켜서 패킹누르개(125)에 체결한다. 이때, 렌치볼트(133)의 조임량은 스프링(132)의 탄성력과 제 1 및 제 2주름관(111, 112)과 파이프(60)의 열팽창율 차에 따라 변경될 수 있다.
이어서, 패킹부(120)와 스프링홀더(131)가 결합된 상태에서 육각볼트(134)를 스프링홀더(131)와 패킹상자(121)에 체결하여 고정한다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치의 동작을 설명한다.
먼저, 폐열회수보일러의 초기 운전시 유체가 파이프(60)를 통해 이동을 시작하면, 파이프(60)는 유체의 이동에 따른 충격에 의해 수평방향, 도 3에서 보았을 때, 우측방향으로 유동하게 된다. 이때, 폐열회수보일러의 케이싱(12)과 파이프(60)는 제 1 및 제 2주름관(111, 112)을 이용해 이중의 주름관이 설치된 주름관부(110)를 구비하므로, 제 1 및 제 2주름관(111, 112)은 파이프(60)의 유동을 흡수 한다. 이에 따라, 케이싱(12) 내부의 유체가 외부로 누출되는 것이 방지된다. 또한, 다수의 패킹부재(122)를 이용해 슬리브(162)와 패킹상자(121) 사이의 기밀을 유지한다.
이와 같은 상태에서 케이싱(12)을 통과하는 파이프(60)를 통해 고온의 유체가 이동되면, 파이프(60)는 열팽창하게 된다.
이때, 제 1 및 제 2주름관(111, 112)이 늘어나면서 패킹상자(121) 및 스프링홀더(131)가 상방으로 이동하게 된다. 그러면, 스프링홀더(131)에 결합된 패킹부재(122) 및 패킹누르개(125)도 슬리브(162)를 따라 상방으로 이동한다.
따라서, 파이프(60)의 열팽창시 이중의 제 1 및 제 2주름관(111, 112)이 열팽창을 흡수하고, 패킹부재(122)가 슬리브(162)와 패킹상자(121) 사이의 기밀을 유지함으로써, 고온의 연소가스가 누설되는 것을 방지할 수 있고, 주름관의 수명을 연장할 수 있다.
또, 스프링(132)은 파이프(60)와 제 1 및 제 2주름관(111, 112)의 열팽창에 의한 패킹부(120)와 슬리브(162) 사이의 유격을 탄성 변형하여 보상한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 파이프의 유동 및 열팽창을 흡수하여 고온의 연소가스 누설을 방지할 수 있고, 주름관부에 손상이 발생하더라도 주름관 및 패킹상자만을 분리해서 교환하므로, 유지보수 작업성을 향상시키고, 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청 구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 일반적인 폐열회수보일러의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 폐열회수보일러에 적용되는 주름관의 구조를 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치의 구성을 보인 단면도이다.
《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》
12: 케이싱 60: 파이프
62,162: 슬리브 110: 주름관부
111,112: 주름관 120: 패킹부
121: 패킹상자 122: 패킹부재
123,124: 패킹링 125: 패킹누르개
130: 고정부 131: 스프링홀더
132: 스프링 133: 렌치볼트
134: 육각볼트

Claims (3)

  1. 케이싱의 외부로 연장되는 파이프의 열팽창을 흡수하는 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치에 있어서,
    파이프의 외면에 구비되는 슬리브의 외주면에 마련되는 주름관부,
    상기 슬리브와 주름관부 사이의 기밀을 유지하는 패킹부 및
    상기 패킹부를 고정하는 고정부를 포함하고,
    상기 주름관부는 일정간격만큼 이격되어 상기 케이싱의 표면과 상기 패킹부의 하단에 용접고정되는 제 1 및 제 2주름관을 구비하며,
    상기 패킹부는 일측이 절단된 원통 형상으로 형성되고, 상기 제 1 및 제 2주름관부의 상단이 고정되는 패킹상자, 상기 패킹상자와 슬리브 사이에 결합되는 다수의 패킹부재, 상기 패킹부재의 상하부에 결합되는 상부 및 하부 패킹링 및 상기 상부 패킹링의 상부에 결합되는 패킹누르개를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 고정부는
    상기 파이프와 제 1 및 제 2주름관의 열팽창에 의한 상기 패킹부와 슬리브 사이의 유격을 탄성 변형하여 보상하는 스프링과
    상기 패킹상자의 외측과 상기 스프링을 고정하는 스프링홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐열회수보일러의 기구적 슬리브 타입 신축이음장치.
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