KR101092665B1 - 압력용기용 헤드를 열간 성형하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

압력 용기 또는 파워 보일러의 엔드 피스로서 사용되는 일체형 헤드를 열간 성형하기 위한 장치를 개시한다. 본 발명의 장치는 프레스를 이용하여 압력용기의 헤드를 열간 성형하기 위한 장치에 있어서, 상기 프레스의 가동부와, 상기 가동부로부터 하방으로 현수된 수형 금형과, 상기 가동부의 양측면에 마련된 한 쌍의 록킹 부재와, 상기 수형 금형과 결합하여 소정 형상의 헤드를 성형하기 위한 암형 금형과, 상기 암형 금형을 지지하기 위한 상판과, 상기 암형 금형과 상판을 지지하기 위한 다수의 지지 포스트를 포함하며, 상기 한 쌍의 록킹 부재 각각은 측면으로부터 돌출하는 관통구를 갖는 적어도 하나의 체결 부재를 포함하되, 상기 상판은 상부면에 관통구를 갖는 다수의 체결 부재를 구비하고, 상기 록킹 부재의 중앙부는 상기 헤드의 가장자리의 일부에 고정되며, 상기 수형 금형과 단단히 부착된 상기 헤드의 상방 이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.

압력용기, 헤드, 열간 성형, 핫 포밍, 금형

Description

압력용기용 헤드를 열간 성형하기 위한 장치{APPARATUS FOR HOT-FORMING ONE-PIECE HEAD USED IN PRESSURE VESSEL}

본 발명은 열간 성형용 금형에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 압력 용기 또는 파워 보일러의 엔드 피스로서 사용되는 일체형 헤드를 열간 성형하기 위한 장치에 관한 것이다.

압력용기는 광의의 의미에서 압력을 가진 유체(액체 또는 기체)를 수용하는 용기를 지칭하며, 협의의 의미에서 석유화학공업에서 액체 또는 기체를 저장, 반응, 분리 등의 목적으로 제조된 용기로서 고압에 견딜 수 있도록 설계 및 제작된 용기를 말한다. 여기서, 운전 중에 연소하고 있는 고체 또는 화염 등을 취급하는 것을 가열 압력 용기(fired pressure vessel)라하고, 화기를 취급하지 않는 것을 비가열 압력 용기(unfired pressure vessel)이라 한다.

압력용기는 용도에 따라 원료, 중간제품 또는 제품을 가스나 액체 상태로 저장하는 저장 탱크, 도시가스, 천연가스, 또는 불활성가스를 저장하는 가스 홀더(gas holder), 내부에서 화학 반응이 일어나는 반응용기(reactor), 액체 혼합물에서 각 성분의 증기압의 차를 이용하여 고비점 성분과 저비점 성분을 분리하는 트 레이 타워(tray tower), 냉각기, 가열기, 응축기 또는 증발기와 같은 열교환기 등이 있다.

압력용기는 운전 중에 발생할 수 있는 가장 엄한 조건에서의 온도 및 압력을 기준으로 설계된다. 일반적으로 연속하여 장기간 운전하는 용기에는 정상 운전할 때의 압력 및 온도가 설계기준을 충족시키지만, 그 압력 및 온도에서 어떤 변동이 있는 것은 설계시에 반영되지 않는다. 이 때문에, 용기의 설계압력 및 설계온도는 프로세스에서 요구되는 최고의 운전 압력 및 온도의 변동을 고려한 약간의 여유를 두고 결정한다.

일반적으로, 정상 운전 압력의 5% 증가한 압력을 최고 운전 압력이라고 하고, 최고 운전 압력의 10%를 가산한 압력과 최고 운전 압력에 1.8kgf/㎠을 가한 압력 중에서 큰 수치를 그 용기의 설계 압력으로 한다. 설계 압력은 용기의 최상부의 압력으로 나타낸다. 압력용기의 최상부는 고압에 견딜 수 있도록 일체형으로 형성되며, 반구체(hemispherical) 헤드, 토리스페리컬(torispherical) 헤드, 타원형(elliptical) 헤드, 등이 가장 일반적으로 사용되고 있다.

이러한 일체형 헤드는 딥 드로잉(deep drawing)에 의한 열간 성형되며, 원형 블랭크에는 어떠한 용접선(weld seam)도 없다. 블랭크는 적정 공구, 즉 링(ring)(즉, 암형 금형)과 다이(die)(즉, 수형 금형)가 장착된 약 5000톤의 유압 프레스에 의하여 성형된다.

헤드의 열간 성형 과정을 설명하면, 우선, 블랭크는 A3 변태점 이상의 온도로 가열된 이후에, 암형 금형의 상부에 배치된다. 가열된 블랭크가 암형 금형의 상부에 정확하게 위치하면, 수형 금형이 하방으로 천천히 이동하면서 가열된 블랭크를 하방으로 가압하여 소정 형상의 헤드를 성형한다.

그러나, 헤드가 수형 금형에 의하여 성형될 때, 헤드가 냉각하면서 수축하여 수형 금형의 외주면에 단단히 부착된다. 헤드가 반구체 형상일 경우에는 부착 강도가 특히 강하여, 작업자가 공구를 사용하여 수작업으로 이형 작업을 수행하는 것은 상당히 힘들다.

블랭크를 설계할 때, 재료의 팽창값과 수축값을 반영하여 계산하게 된다. 즉, 헤드의 실제 치수는 수형 금형으로부터 탈형되고 완전 냉각된 상태를 계산하여 결정되며, 수형 부재의 치수는 실제 헤드의 실제 치수보다 크게 결정된다.

고온의 헤드를 수형 금형으로부터 신속하게 탈형하지 않으면, 헤드가 그 상태에서 냉각하게 되어, 원하는 치수의 제품을 얻을 수 없다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 성형된 고온의 헤드를 신속하게 수형 금형으로부터 탈형할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 프레스를 이용하여 압력용기의 헤드를 열간 성형하기 위한 장치에 있어서, 상기 프레스의 가동부와, 상기 가동부로부터 하방으로 현수된 수형 금형과, 상기 가동부의 양측면에 마련된 한 쌍의 록킹 부재와, 상기 수형 금형과 결합하여 소정 형상의 헤드를 성형하기 위한 암형 금형과, 상기 암형 금형을 지지하기 위한 상판과, 상기 암형 금형과 상판을 지지하기 위한 다수의 지지 포스트를 포함하며, 상기 한 쌍의 록킹 부재 각각은 측면으로부터 돌출하는 관통구를 갖는 적어도 하나의 체결 부재를 포함하되, 상기 상판은 상부면에 관통구를 갖는 다수의 체결 부재를 구비하고, 상기 록킹 부재의 중앙부는 상기 헤드의 가장자리의 일부에 고정되며, 상기 수형 금형과 단단히 부착된 상기 헤드의 상방 이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.

상기 록킹 부재는 가동부의 양측면에는 수평한 방향으로 연장하는 한 쌍의 지지 바아에 체인에 의하여 고정된다.

전술한 구성에 따르면, 성형된 헤드를 탈형하기 위한 수단이 프레스의 가동부에 마련되어 있으므로, 작업자가 수작으로 헤드를 탈형할 필요가 없다.

게다가, 헤드의 탈형 시간이 종래에 비하여 상당히 단축되어, 헤드가 냉각될 때 설계된 치수만큼 원할하게 수축될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력용기용 헤드를 열간 성형하기 위한 장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력용기용 헤드를 열간 성형하기 위한 장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.

본 발명에 따른 장치는 프레스의 가동부(10)와, 상기 가동부(10)로부터 하방으로 현수된 수형 금형(10)과, 상기 가동부(10)의 일측면으로부터 수평한 방향으로 연장하는 한 쌍의 지지 바아(14)와, 상기 한 쌍의 지지 바아(14)에 체인(44)에 의하여 결합된 록킹 부재(16)를 구비한다.

수형 금형(10)은 본 실시예에서 반구상으로 형성되어 있으나, 이것에 제한되지 않는다. 수형 금형(10)은 다수의 포스트(18)에 의하여 프레스의 가동부(10)에 고정된다. 다수의 포스트(18)는 일단부가 가동부(10)에 그리고 타단부가 수형 금형(10)의 평탄부에 용접에 의하여 고정된다.

록킹 부재(16)는 가동부(10)와 함께 상하로 이동하며, 록킹 부재(16)의 일측면에는 한 쌍의 체결 부재(42)가 마련되어 있다.

또한, 본 발명의 장치는 수형 금형(12)과 결합하여 소정 형상의 헤드를 성형하기 위한 암형 금형(20)과, 블랭크를지지하면서 그 위치를 결정하기 상판(22)과, 암형 금형(20)과 상판(22)을 지지하는 다수의 지지 포스트(24)를 구비한다. 상판(22)의 상부면에는 다수의 체결 부재(26)가 마련되어 있다.

수형 금형(12)과 암형 금형(20)의 구조는 당업계에 공지된 것이므로, 본원에서 이에 대해서는 구체적으로 설명하지 않기로 한다.

전술한 구성에 따른 압력용기용 헤드를 열간 성형하기 위한 장치의 작동에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

소정의 수형 금형(12)과 암형 금형(20)을 제조한 이후에, 수형 금형(12)을 다수의 포스트(18)를 이용하여 프레스의 가동부(10)에 고정한다. 그 이후, 소정 두께의 블랭크를 고온으로 가열하고, 가열된 블랭크를 상판(22)에 적절히 안치한다.

그리고, 프레스의 가동부(10)를 하방으로 천천히 이동시켜, 블랭크가 수형 금형(12)과 암형 금형(20)의 결합에 의하여 소정 형상의 헤드로 성형된다. 소정 형상의 헤드가 성형되면, 가동부(10)의 양측면에 마련된 록킹 부재(16)의 체결 부재(42)가 상판(22)의 체결 부재(26) 사이에 배치되도록 록킹 부재(16)를 상판(22)의 상부면에 배치한다. 이 때, 록킹 부재(16)의 중간 부분은 성형된 헤드의 가장자리 위에 배치된다.

그 후, 체결 부재(26)의 관통구(28)와 체결 부재(46)의 관통구(46)에 고정핀(50)을 삽입하고(도 2 참조), 가동부(10)를 상방으로 이동시킨다. 이 때, 수형 금형(12)과 단단히 부착된 헤드는 록킹 부재(16)에 의하여 상방 이동이 제한되기 때문에, 헤드는 수형 금형(12)으로부터 탈형된다.

한편, 록킹 부재(16)에는 체결 부재(42)와 대향하는 측면에 또 다른 체결 부재(42‘)가 마련되어 있다. 상기 체결 부재(42’)는 암형 금형의 또 다른 체결 부재(비도시)와 결합하여, 체결 부재가 변형되는 것을 방지한다.

헤드가 수형 금형(12)으로부터 탈형되면, 고정핀(50)을 체결부재(26 및 46)로부터 빼고, 가동부(10)를 최초의 위치로 후퇴시킨다. 그 후, 별도의 승강수단으로 하부 금형(20)을 이동시켜, 성형된 헤드를 후가공 지점으로 이동시키는 것에 의하여 헤드의 성형 과정이 종료하게 된다.

전술한 구성에 의하면, 성형된 헤드를 탈형하기 위한 수단이 프레스의 가동부에 마련되어 있으므로, 작업자가 수작으로 헤드를 탈형할 필요가 없다. 게다가, 헤드의 탈형 시간이 종래에 비하여 상당히 단축되어, 헤드가 냉각될 때 설계된 치 수만큼 원할하게 수축될 수 있다.

본 발명을 상기 실시예를 참조하여 설명하였지만, 보호 받고자 하는 보호범위가 전술한 실시예에 의하여 한정되지 않는다. 본 발명의 보호 범위는 하기의 청구범위에 의하여 결정된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력용기용 헤드를 열간 성형하기 위한 장치를 개략적으로 도시하는 사시도.

도 2는 수형 금형의 체결부재와 암형 금형의 체결 상태를 나타내는 단면도.

Claims (2)

1. 프레스를 이용하여 압력용기의 헤드를 열간 성형하기 위한 장치에 있어서,

   상기 프레스의 가동부와,

   상기 가동부로부터 하방으로 현수된 수형 금형과,

   상기 가동부의 양측면에 마련된 한 쌍의 록킹 부재와,

   상기 수형 금형과 결합하여 소정 형상의 헤드를 성형하기 위한 암형 금형과,

   상기 암형 금형을 지지하기 위한 상판과,

   상기 암형 금형과 상판을 지지하기 위한 다수의 지지 포스트를 포함하며, 상기 한 쌍의 록킹 부재 각각은 측면으로부터 돌출하는 관통구를 갖는 적어도 하나의 체결 부재를 포함하되,

   상기 상판은 상부면에 관통구를 갖는 다수의 체결 부재를 구비하고, 상기 록킹 부재의 중앙부는 상기 헤드의 가장자리의 일부에 고정되며, 상기 수형 금형과 단단히 부착된 상기 헤드의 상방 이동을 제한하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 록킹 부재는 가동부의 양측면에는 수평한 방향으로 연장하는 한 쌍의 지지 바아에 체인에 의하여 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.

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