KR101332251B1 - 증기 발생기 파이프, 그 제조 방법 및 연속 증기 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증기 발생기 파이프(10)에 관한 것으로서, 상기 파이프는 단순하고 경제적으로 제조될 수 있으며 다양한 작동 조건하에서 넓은 밴드 폭을 가지는 특히 양호한 열 전달 거동 특성을 갖는다. 본 발명에 따라, 하나 이상의 삽입체(22)가 파이프의 내측 챔버(18) 내에 정렬되어 소용돌이-발생 내부 프로파일을 형성한다. 삽입체(22)는, 복수-경로 나사선 형태로 상기 파이프의 내측 벽을 따라 나사형으로 권선된 복수의 와이어(24)를 포함한다.

Description

증기 발생기 파이프, 그 제조 방법 및 연속 증기 발생기{STEAM GENERATOR PIPE, ASSOCIATED PRODUCTION METHOD AND CONTINUOUS STEAM GENERATOR}

본 발명은 소용돌이-발생 내부 프로파일(swirl-generating internal profile)을 가지는 증기 발생기 파이프에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 타입의 증기 발생기 파이프를 구비하는 연속 증기 발생기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 소용돌이-발생 내부 프로파일을 가지는 증기 발생기 파이프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 점화 챔버(firing chamber)를 둘러싸는 가스 드라우트(gas draught)를 형성하기 위한 스테이(stay)를 통해 기밀(gas-tight) 방식으로 서로 용접된 증기 발생기 파이프가 연속 증기 발생기의 연소 챔버 벽에서 사용되며, 이때 상기 파이프들은 유동 매체의 관통 유동을 위해서 병렬로 연결된다. 별개의 플랫 바아 스테이(flat bar stays)가 사이에 놓인 파이프들 대신에, 핀(fin)이 형성된 엑스-워크(ex-works)를 이미 구비한 파이프들이 사용될 수도 있을 것이다. 그러한 경우에, 증기 발생기 파이프는 수직으로 또는 경사지게 정렬될 수 있다. 연속 증기 발생기의 안전한 작동 거동을 위해서, 일반적으로, 증기 발생기 파이프를 통해서 유동하는 매체의 질량 유동 밀도가 낮은 경우에도 증기 발생기 파이프의 충분한 냉각이 보장되도록 증기 발생기 파이프가 디자인된다.

열전달 특성은 증기 발생기 파이프의 중요한 디자인 기준(criterion)이다. 높은 열 전달은, 증기 발생기 파이프의 신뢰할 수 있는 냉각과 함께 증기 발생기 파이프를 통해서 유동하는 매체의 특히 효율적인 가열이 가능하도록 한다. 증기 발생기 파이프의 열 전달 거동은, 소위 핵형성 보일링(nucleate boiling)으로부터의 이탈에 의해서, 임계치 이하의(sub-critical) 압력에서 작동하는 종래의 증기 발생기에서 부정적인 영향을 받을 수 있다. 그러한 경우에, 파이프의 벽은 더 이상 액체 유동 매체(일반적으로 물이다)에 의해서 습윤(wet)되지 못하고, 그에 따라 부적절하게 냉각된다. 너무 빠른 건조(drying out)의 결과로서, 파이프 벽의 강도 값이 감소될 수 있다.

열 전달 거동을 개선하기 위해서, 몰딩 프로세스(예를 들어, 냉간 압출)의 결과로서 나선형으로 감겨진 리브(spiral wound rib) 형태의 내측면 상의 내측 프로파일 또는 표면 구조를 가지는 증기 발생기 파이프들이 일반적으로 사용된다. 리브들의 형상은 증기 발생기 파이프를 통과하여 유동하는 매체 내에 소용돌이를 발생시키며, 그에 따라 원심력 작용의 결과로서 무거운 액체 상(相)이 파이프의 내측 벽으로 모이고 그곳에 액체의 습윤 필름을 형성하게 된다. 이는, 비교적 높은 열 유동 밀도 및 낮은 질량 유동 밀도에서도 파이프의 내측 벽으로부터 유동 매체로 열이 신뢰가능하게 전달되는 것이 보장된다는 것을 의미한다.

공지된 증기 발생기 파이프의 단점은, 파이프 재료의 제한된 소성(plasticity)으로 인해 생산 비용이 상당히 고가라는 것이다. 특히 크롬 함량이 높은 내열성 스틸에서, 소성은 크게 제한을 받는다. 오늘날 이러한 타입의 재료는 증기 발생기 파이프에서 점점 더 중요한 역할을 하는데, 이는 증기 발생기 파이프가 특히 높은 증기 파라미터 및 특히 높은 프레쉬(fresh) 증기 온도에 맞게 설비될 수 있게, 그에 따라서 높은 레벨의 효율을 가지도록 설비될 수 있게 그러한 재료들이 (적어도 원칙적으로) 허용하기 때문이다. 실질적으로, 그러한 재료-관련 제한은 변형 프로세스 중에 매끄러운 파이프로부터 파이프 내의 유동에 유리한 원하는 리브 프로파일을 가지는 내부-리브형 파이프를 생성하는 것이 불가능하다는 것을 의미하거나, 또는 높은 비용을 소모하여야만 가능하다는 것을 의미한다. 특히, 높은 리브 높이와 함께 충분히 급격한 엣지(steep edge) 각도 및 날카로운-엣지형 전이부는 제조하기가 매우 어렵거나 또는 전혀 제조할 수 없을 수 있을 것이다. 또한, 리브의 높이는 좁은 프레임(frame) 내에서만 생산될 수 있을 것이다. 또한, 파이프를 따른 프로파일의 디자인과 관련하여 적은 정도의 탄력성(flexibility) 만이 허용될 것이다.

대안으로서, 증기 발생기 파이프를 개선하기 위해서, 여러 가지 타입의 소용돌이-발생 장착 부분이 제안되어 있다. 이들은 특히 "트위스트형 테입(twisted tapes)"이라고 지칭되는 것을 포함하는데, 그 트위스트형 테입은 함께 감겨진 또는 트위스팅된 금속 스트립으로부터 제조된다. 그러나, 현재까지 일반적으로 알려진 파이프 삽입체는 한편으로는 파이프 중심의 (원래) 비어 있는(free) 단면부를 막게되고, 그에 따라 매우 큰 압력 손실을 초래하며, 다른 한편으로는 전체 유동의 현저한 재지향(redirection)을 초래하고 그에 따라 몇몇 경우에 "과다 소용돌 이(overswirl)"를 초래한다. 예를 들어, 단순한 트위스트형 테입은 2-상(相) 유동에서의 높은 증기 함량에서 파이프 벽과 테입 사이의 거싯(gusset) 내에 물 상(相)이 모이는 것을 초래하고 또 테입의 건조를 초래하며, 그에 따라 테입의 그늘진 곳(lee side; 매체가 도달하지 않는 곳)에서 내측 벽 영역의 부적절한 냉각을 초래한다. 그에 따라, 트위스트형 테입 타입의 삽입체를 구비하는 증기 발생기 파이프는 증기 발생기에서 일반적으로 발생되는 모든 작동 조건에 항상 적합하지는 않다.

그에 따라, 본 발명의 기본적인 목적은 전술한 타입의 증기 발생기 파이프를 매우 다양한 작동 조건에 맞춰 단순하고 저렴하게 제조할 수 있게 하면서도 그러한 증기 발생기 파이프가 열 전달 거동에 특히 바람직하게 하는 것이다. 또한, 작동 안전성이 높고 효율이 높으며 특히 단순한 구조를 가지는 그러한 증기 발생기 파이프의 적절한 제조 방법 및 연속 증기 발생기가 제공된다.

증기 발생기 파이프와 관련하여, 상기 목적은 소용돌이-발생 내부 프로파일을 형성하기 위해서 상기 파이프의 내부에 정렬되는 하나 이상의 삽입체에 의해서 달성되며, 상기 삽입체는 파이프의 내측 벽을 따라 나선으로 감긴 복수의 나사선 타입의 수 많은 와이어를 포함한다.

이러한 경우에, 본 발명은 액체 상이 회전의 결과로서 파이프의 내측 벽으로 지향되도록 그리고 가능한 한 고르게 습윤되도록 하여 열 전달을 개선하기 위해서, 증기 발생기 파이프를 통한 복수의 상(相) 유동이 소용돌이를 나타내도록 한다는 개념을 기초로 하고 있다. 이러한 타입의 소용돌이 유동을 분명하게 형성하고 유지하기 위해서는, 적절한 유동-지향 부재가 파이프의 내측에 정렬되어야 할 것이다. 한편으로 "과다 소용돌이"가 유동 경로를 따라 너무 큰 압력 손실을 초래하지 않으며 다른 한편으로 파이프의 내측 벽의 전체 원주에 걸쳐 유동 매체의 액체 상을 지향시킬 수 있을 정도로 소용돌이 효과가 여전히 충분히 크다면, 그러한 유동 지향이 특히 바람직할 것이다.

공급 물 펌프에 대한 높은 고유 에너지 요구를 초래하는 높은 압력 손실을 피하기 위해서, 그리고 튜브의 내부에서 증기의 출력을 보호하기 위해서, 유동-지향 부재는 파이프의 내측 벽 상에서 내측 프로파일 타입으로 정렬되어야 할 것이며 중심에서 파이프 단면을 막지 말아야 하고 또는 약간만 막아야 할 것이다. 이러한 것이 종래의 리브형 파이프 디자인과 관련하여 제조상의 한계를 초래하며, 소용돌이-발생 내부 프로파일은 파이프 및 장착물(fitment) 또는 삽입체에 의해서 구현될 것이며, 상기 삽입체는 증기 발생기 파이프와 별도로 원하는 형태로 제작될 수 있고 그 후에 파이프 내로 삽입될 수 있을 것이다. 이러한 목적을 위해서, 본원 발명에서 제시되는 새로운 개념에서, 와이어 또는 밴드(band)가 제공되며, 파이프 단면의 상당 부분(significant part)이 자유로운 상태로 유지되도록 그에 따라 증기가 파이프 내부에서 축적될 수 있고 유동될 수 있도록 그러한 와이어 또는 밴드는 증기 발생기 파이프 내로 통합된 후에 파이프의 내측 벽 상에서 나선 형상으로 감겨진다.

또한, 단순한 즉, 단일형-시작부 나선형 스프링(single-start spiral spring)이 일반적으로 약한 소용돌이만을 생성한다는 것을 발견하였다. 이러한 경우에, 유동은 파이프의 내측 벽 상에 존재하는 와이어에 걸쳐 전단(shear)된다. 낮은 회전 레벨로 인해서, 이는 핵생성 보일링으로부터의 조기 이탈 징후를 초래한다. 비록, 이러한 효과가 예를 들어 큰 와이어 직경(높은 리브 높이와 유사함)에 의해서 보상될 수 있지만, 단순한 나선형 스프링의 형상을 가지는 와이어에서, 이는 파이프 벽과 와이어 삽입체 사이의 거싯에서 물 상(相)의 축적 또는 밀집을 용이하게 초래하여 와이어의 그늘진 곳에서 내측 벽 영역의 건조를 초래하고, 다시 말해 대응 벽 영역의 부적절한 냉각을 초래한다. 이러한 타입의 단점은, 파이프의 내측 벽에 각각 놓이는 복수-시작부 나사선(multi-start thread) 형태의 복수의 와이어에 의해서 극복될 수 있다. 이러한 버전에서, 적절한 소용돌이 강도 및 비교적 작은 압력 손실 그리고 액체 유동 매체에 의한 파이프의 내측 벽의 고른 습윤이 달성되며, 다른 한편으로는 유동의 과다 소용돌이가 완전히 제거된다.

특히 바람직한 것은, 상당한 성형력을 이용하는 성형 프로세스를 이용하여 매끄러운 파이프로부터 생성되는 종래 구성의 리브형 파이프와 대비할 때, 유입(inflow)-관련 파라미터, 예를 들어, 프로파일 높이, 시작부의 개체수, 경사 각도, 엣지 각도 및 엣지의 날카로움과 관련하여 큰 탄력성을 가진다는 점이다. 대응하는 디자인 요건은 삽입체 부품으로서의 실시예에서 특히 용이하고 정밀하게 구현될 수 있을 것인데, 이는 일반적으로 적절한 단면 프로파일을 가지는 와이어 또는 금속 테입만이 일반적으로 제공되고 예를 들어 트위스팅 및/또는 벤딩에 의해서 원하는 구성으로 배치되기 때문이다.

일반적인 크기 및 치수를 가지는 증기 발생기 파이프의 경우에, 2개 또는 3개-시작부 나사선 형태의 와이어 구성이 특히 유용하다. 그러나, 4개 내지 6개의 시작부 버전도 바람직할 수 있을 것이며; 특히 큰 직경의 증기 발생기 파이프의 경우에는 8개-시작부를 가지는 변형예도 가능할 것이다.

바람직하게, 각각의 와이어의 경사 각도는 파이프의 축선에 수직인 기준 평면과 관련하여 30°이상, 바람직하게는 70°이하이다. 특히, 40°내지 55°의 경사 각도가 바람직하다.

특히 간단하고 저렴하게 제조될 수 있도록, 각각의 와이어는 둥근 또는 본질적으로 장방형의 단면을 가진다. 후자의 경우에, 상대적으로 가파른 엣지 각도 및 날카로운 엣지형 전이부가 구현될 수 있도록 엣지가 프로세싱될 수 있을 것이다. 와이어의 직경은 증기 발생기 파이프의 직경에 따라서 그리고 원하는 유동 및 온도 조건에 따라서 달라질 수 있을 것이다. 일반적으로, 와이어 직경 또는 평균 단면은 매끄러운 파이프의 내경의 5% 내지 15%인 것이 바람직하다.

바람직하게, 와이어로부터 형성된 각각의 와이어 또는 튜브 삽입체는, 고유 장력의 결과로서 파이프 내에서 미끄럼 방지(non-slip)되는 방식으로, 증기 발생기 파이프의 예정 작동 온도에 맞춰 안착(seat)된다. 그에 따라, 각 와인딩(winding)의 서로에 대한 이동 또는 크리핑(creeping)이 억제되도록, 와이어 재료 및 내부 장력이 기하학적 조건에 매칭(match)된다.

필요한 경우에, 파이프의 내측 벽에 위치된 와이어들이 방사상 강화 웨브(radial stiffening web)를 통해 서로 연결될 수 있으며 및/또는 파이프의 축선을 따라 연장하는 중심 와이어에 연결될 수 있다. 이러한 타입의 지지 코어는 와이어 또는 스프링의 장력이 느슨해지는 경우에도 각 스프링 시작부의 미끄러짐을 방지하며, 그에 따라 와이어 삽입체가 증기 발생기 파이프 내에서 영구적으로 최초 형태 및 위치를 유지할 수 있게 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 파이프 축선 방향으로 연장하는 수 많은 유지(retaining) 와이어들이 제공될 수 있으며, 그러한 유지 와이어들은 파이프의 내측면을 향하는 측면상에서 상기 와이어에 대해서 나선형으로 감겨진 와이어의 측면상에 각각 고정된다. 이러한 방식에서, 방사상 강화 스테이를 구비하는 실시예에서와 유사한 효과가 얻어진다. 강화 스테이 및/또는 유지 와이어 및/또는 중심 와이어를 포함하는 지지 코어가 파이프의 내측 벽 상에 놓인 소용돌이-발생 와이어 보다 낮은 값(lower value)의 재료로부터 제조될 수 있는데, 이는 단지 부식 또는 산화성 마모에 대해서만 보호되기만 하면 되기 때문이고, 그리고 파이프의 내측 벽의 매우 높은 온도에 직접 노출되지 않기 때문이다.

비록, 파이프 삽입체가 와이어의 내부 장력의 결과로서 비교적 견고하고 고정적으로 증기 발생기 파이프 내에 이미 안착되었지만, 추가적인 고정이 바람직할 것이며, 그러한 추가적인 고정은 각 프로파일을 형성하는 와이어가 바람직하게 두 단부에 인접한 곳의 하나 이상의 지점에서 파이프의 내측 벽에 견고하게 연결되는 것을 포함한다. 그러한 경우에, 견고한 연결은 내열성이 매우 큰 용접 연결부에 의해서 이루어지는 것이 바람직하다. 약간 더 비용이 많이 들지만 특히 확실한 고정을 보장하는 변형 실시예는, 각 파이프의 길이방향 범위를 따라 분포된 복수의 스폿 용접부를 포함한다. 적어도 파이프의 내측 벽에 대해 놓여 있는 삽입체의 와이어가 파이프 재료와 유사한 조성의 재료로 제조될 때 용접 고정이 특히 잘 이루어질 수 있을 것이다.

또한, 증기 성분(components) 및 가열 프로파일 모두의 나선형 개선 또는 변형을 고려하여, 길이방향 연장부를 따라서 위치에 따라 달라지는 여러 가지 안내 프로파일을 파이프의 내부에 제공하기 위해서, 증기 용기(vessel)의 전체 높이에 걸쳐 연장하는 비교적 긴 증기 발생기 파이프를 구비하는 것이 바람직하다. 그러한 개념은 각각의 경우에 별개의 파이프 섹션 내에 정렬되는 증기 발생기 파이프 내로 삽입되는 복수의 삽입체에 의해서 바람직하게 실현될 수 있으며, 이때 각각의 삽입체는 작업 중에 제공되는 국부적인 가열에 맞춰진 및/또는 국부적인 유동 조건에 맞춰진 기하학적 파라미터를 갖도록 조정된다. 소용돌이가 일단 발생되면, 2개-상 유동의 경우에도, 5개의 파이프 지름에 해당하는 유동 거리 이상에 걸쳐서 그러한 소용돌이가 유지되기 때문에, 파이프가 반드시 완전 무접합(seamless) 상태일 필요는 없다. 그 대신에, 삽입체는 서로 공간을 두고 분리된 증기 발생기 파이프 내로 설치될 수 있다.

편리하게도, 증기 발생기 파이프는 화석-연료 가열식 연속 증기 발생기와 함께 이용된다. 파이프의 소용돌이-발생 내부 프로파일 및 관련된 열 전달 거동의 개선은, 수직 파이프 구성(수직 배관)을 가지는 용기 구조의 경우에, 유동 매체로의 충분한 열 전달 또는 파이프 벽의 냉각이 보장된다는 것을 의미한다. 비교적 짧은 파일프 길이의 많은 수의 파이프들을 수직 배관하는 것은, 각도를 이루는 또는 나선 형태의 배관에 비해서 낮은 유동 속도 및 적은 질량 유동으로 인해서, 증기 발생기가 적은 압력 손실로 그리고 감소된 최소 관통 유동으로 작동될 수 있게 한다. 이는, 증기 발생기에서 포함되는 발전소가 보다 적은 로드(load)로 디자인될 수 있게 한다. 경사진 증기 발생기 파이프에서는, 최소 유동 속도 또는 최소 로드에 도달하지 못하는 경우에, 물과 증기가 여전히 층으로 유동함으로써 파이프 벽의 부분 영역이 더이상 습윤되지 않는 분리 효과가 발생할 수 있다는 것이 공지되어 있으며, 그러한 현상은 수직 배관에서는 발생되지 않는다. 또한, 복잡하고 비용이 많이 드는 용접과 관련된 증기 용기를 위한 고가의 지지 구조물이 불필요하게 되는데, 이는 수직 배관을 가지는 용기 벽이 일반적으로 자체-지지되도록 디자인될 수 있기 때문이다.

또한, 예를 들어 조합된 사이클 발전소(combined-cycle power station)의 가열 용기에서 발생되는 것과 같은 대류식 가열의 경우에도, 상기 파이프 장착물은 개선된 열 전달의 결과로서 열 교환 표면의 감소를 가능하게 하며 그에 따라 상당한 비용을 절감할 수 있게 한다.

제조 방법과 관련하여, 상기 목적은 매끄러운 파이프 내로 삽입된 장력하의 복수의 와이어들에 의해서 달성되며, 이때 상기 와이어들은 복수의 나사선 타입으로서 정렬되며, 상기 와이어의 장력은 와이어의 권선(winding)이 파이프의 내부에 대항하여 위치될 때까지 삽입된 후에 완화된다. 다시 말해, 미리 정렬된 와이어들에 의해 형성된 복수-시작부 나선형 스프링은 예를 들어 서로 멀리 잡아 당겨지거나 함께 트위스팅됨으로써 예비-장력화(pre-tensioned)된다. 지름이 감소된 이러한 상태에서, 삽입체가 파이프 내로 끌어 당겨진다. 부분적인 해제(release) 후에, 자동적으로 파이프의 내측 벽에 가압된다. 이러한 경우에, 증기 발생기 파이프의 예상 작업 온도에서 크리프가 발생되지 않도록 와이어의 잔류하는 고유 장력이 선택된다. 또한, 바람직하게, 와이어들은 부분적인 해제 후에 하나 이상의 단부에서 파이프의 내측 벽에 용접된다.

본 발명에 의해 얻어지는 이점은, 새로운 파이프 삽입체를 이용하여 모든 파이프 재료에 대해서 채용될 수 있는 탄력적인 유동 안내부가 파이프의 내부에 생성될 수 있다는 것이며, 그러한 유동 안내부는 개선된 열 전달 요건을 충족시키도록 적용될 수 있을 것이다. 자유롭게-디자인이 가능한 파라미터들에 의해서 얻어지는 디자인 탄력성의 결과로서, 각각의 국부적인 가열에 정밀하게 맞춘 와이어 지름, 엣지 각도 및 엣지 날카로움, 증기 발생기 파이프의 길이를 따라 변화되는 소용돌이 프로파일이 설정(set)될 수 있다. 그러한 디자인들은 종래의 리브형 파이프들의 제조상의 한계를 극복할 수 있게 한다. 무엇보다도, 증기 파라미터에 대한 높은 디자인 값을 가지는 새로운 발전소 개발에 있어서, 고온 및 고압에 필요한 새로운 재료의 높은 크롬 함량의 결과로, 리브형 파이프들의 제조는 보다 많은 비용이 소요되고 있다. 여기에서, 새로운 소용돌이-발생 장착체(fitting)이 리브형 파이프들을 대체할 수 있고, 심지어는 그러한 적용을 최초로 가능하게 할 수 있을 것이다.

본 발명의 여러 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이하에서 구체적으로 설명된다.

도면들에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였다.

도 1은 수직-튜브형 연소 챔버 벽을 포함하는 단순화된 연속 증기 발생기를 도시한 도면이다.

도 2는 소용돌이-발생 내부 프로파일을 채용하는 삽입체를 포함하는 증기 발생기 파이프를 도시한 단면도이다.

도 3은 대안적인 실시예에 따른 증기 발생기 파이프를 통한 단면도이다.

도 4는 추가적인 실시예에 따른 증기 발생기 파이프의 단면도이다.

도 1은 장방형 단면을 가지는 연속 증기 발생기(2)를 개략적으로 도시하며, 상기 연속 증기 발생기에서는 하단부가 깔대기 형상의 바닥(6)으로 변환되는 둘레 벽 또는 연소 챔버 벽(4)에 의해 수직 가스 드라우트가 구현된다.

가스 드라우트의 점화 영역(V)에서, 많은 수의 연료 버너들이 각각 개구부(8) 내에 수용되며, 여기에서는 증기 발생기 파이프(10)로 구성되는 연소 챔버 벽(4) 내의 2개의 개구부만이 도시되어 있다. 수직으로 정렬된 증기 발생기 파이프(10)는 점화 영역(V) 내에서 기밀 방식으로 함께 용접되어 연속 증발 가열 표면(12)을 형성한다.

가스 드라우트의 점화 영역(V)의 위쪽에는 대류 가열 표면(14)이 위치된다. 그 위쪽에는 연료 가스 배출 도관(16)이 위치되고, 화석 연료의 연소에 의해서 생성된 연료 가스(RG)가 그러한 도관을 통해서 수직 가스 드라우트로부터 배출된다. 증기 발생기 파이프(10) 내부를 유동하는 유동 매체는 버너 불꽃의 방사 열에 의해서 그리고 연료 가스(RG)로부터의 대류 열 전달에 의해서 가열되고, 그에 따라 증 발된다. 예시적인 실시예에서, 물 또는 물-증기 혼합물이 유동 매체로서 제공된다.

도 1에 도시된 단일형-드라우트 용기(소위 타워 용기)뿐만 아니라 다른 용기 구성, 예를 들어 2개-드라우트 용기도 역시 가능하다. 이하에서 설명되는 증기 발생기 파이프는 이러한 모든 변형예에서도 채용될 수 있으며, 점화 영역 및 연료 가스 도관의 나머지 부분 모두에서 사용될 수 있다. 또한, 열 회수(heat recovery) 증기 발생기에서도 이용할 수 있을 것이다.

도 2는 연속 증기 발생기(2)의 연소 챔버 벽(4)의 배관에 사용되는 증기 발생기 파이프(10)를 일부 절취하여 도시한다. 삽입체(22)가 매끄러운 파이프(20)의 내부(18)로 도입되고, 그러한 삽입체는 소용돌이-발생 내부 프로파일의 열 전달 거동을 개선하기 위한 것이다. 예시적인 실시예에서, 삽입체(22)는 3개의 와이어(24)를 포함하며, 상기 와이어는 일정한 경사 각도를 가지는 (그에 따라, 일정한 시작 높이를 가지는) 3개-시작부 나사선 타입으로서 상기 파이프의 내측 벽(26)을 따라서 권선된다. 와이어(24)들의 내부 장력의 결과로서, 와이어들은 파이프의 내측 벽(26)에 대해 견고하게(firmly) 놓인다. 또한, 와이어(24)는 파이프의 벽(26)에 대한 스폿 용접에 의해서 특히 두 개의 단부에 인접하여 복수의 지점에서 각각 고정된다.

예시적인 실시예에서, 와이어(24)들을 수용하는 매끄러운 파이프(20)의 파이프 벽(28)과 같이, 와이어(24)들은 크롬 비율이 높은 매우 양호한 내열성의 금속 재료로 이루어진다. 물론, 소위 당업자에게 친숙한 13CrMo44와 같은 다른 적절한 재료도 존재할 것이다. 와이어(24)의 개체수(나선형 스프링의 시작부의 개체수) 및 경사 각도 뿐만 아니라, 와이어(24)의 단면 프로파일도 중요한 디자인 기준이 된다. 특히, 매끄러운 파이프(20)와 별개로 각각의 와이어(24)를 제조하기 때문에, 파이프의 내측 벽(26)과 관련하여 높이, 폭 및 엣지 각도 그리고 엣지의 날카로움(sharpness)이 주어진 임의 방식에 따라 미리 결정될 수 있다. 1차적인 접근(approximation)에서, 기하학적 파라미터들은 일반적으로 종래의 리브형 파이프의 파라미터들과 유사하게 선택된다. 또한, 연소 챔버 벽(4)을 따른 가열 프로파일의 경로(course)를 고려하여 위치-의존적 적용(location-dependent adaptation) 및 최적화를 실시할 수도 있을 것이다.

도 3은 도 2의 증기 발생기 파이프(10)의 공지된 실시예를 개선한 실시예를 도시하며, 여기에서 파이프의 내측 벽(26)에 대항하여 놓여진 와이어(24)들은 용접된 방사상 강화 스테이(30)를 통해서 파이프의 축선을 따라 연장하는 중심 와이어(32)에 연결되며, 그에 따라 스프링이 약화되는 경우에도 서로와 관련하여 와이어 권선 또는 각 스프링 시작부의 진동 느슨함(shaking loose)이 효과적으로 감소될 수 있을 것이다. 여기에서, 강화 스테이(30) 및 중심 와이어(32)를 포함하는 지지 코어가 파이프의 내측 벽(26) 상에 존재하는 소용돌이-발생 와이어(24) 만큼 높은 온도에 노출되지 않기 때문에, 그러한 지지 코어는 보다 저렴한 재료로 제조될 수 있을 것이다.

도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 얇은 방사상 강화 스테이(30) 중 3개가 증기 발생기 파이프(10)를 통한 공통 단면에 놓이는 규칙적인 별모양(regular star)으로 조합된다. 이러한 많은 수의 별들이 증기 발생기 파이프(10)의 길이방향을 따라 서로 일정한 간격으로 정렬된다. 도 3에 도시된 증기 발생기 파이프(10)를 통한 단면의 우측 상부에서 볼 수 있는 바와 같이, 모든 별들이 동일하게 정렬되며, 그에 따라 서로의 뒤쪽에 정렬된 각각의 다른 별들에 대응하는 강화 스테이(30)가 단면에서 일치(coincide)되도록 놓이게 된다. 이는, 파이프 내부(18)에서 소용돌이 증기가 단지 약간만 교란된다는 것을 의미한다.

마지막으로, 도 4는 도 3으로부터 공지된 변형 실시예와 조합될 수 있는 또 다른 변형 실시예를 도시한다. 이러한 경우에, 3개의 유지 와이어(34)가 파이프 축선에 평행하게 제공되며, 이는 나선 형태로 권선된 소용돌이-발생 와이어(24)가 진동에 의해 느슨해지는 것을 방지한다. 유지 와이어(34)는, 단면상에서 볼 때, 파이프의 내측 원주에 걸쳐 균일하게 분포되고 파이프의 내부(18)를 향하는 프로파일 형성 와이어(24)의 측면상에서 상기 와이어(24)에 각각 고정된다.

Claims (14)

1. 증기 발생기 파이프(10)로서,

   소용돌이-발생 내부 프로파일을 형성하기 위해서, 하나 이상의 삽입체(22)가 상기 파이프의 내부(18)에 배치되고, 상기 삽입체(22)는 상기 파이프의 내측 벽(26)을 따라 복수-시작부 나사선 타입과 같은 나선 형상으로 권선되는 복수의 와이어들(24)을 포함하며,

   파이프 축선 방향으로 연장하는 복수의 유지 와이어들이 제공되고, 상기 유지 와이어들은 파이프의 내부(18)를 향하여 면하는 상기 와이어들(24)의 측면 상에서 상기 와이어들(24)에 각각 고정되는,

   증기 발생기 파이프(10).
2. 제 1 항에 있어서,

   각각의 와이어(24)의 경사 각도는 파이프 축선에 대해 직각으로 배향되는 기준 평면에 대비하여 30°이상 최대 70°인,

   증기 발생기 파이프(10).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   각각의 와이어(24)가 둥근 단면을 가지는

   증기 발생기 파이프(10).
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   각각의 와이어(24)가 장방형인 단면을 가지는

   증기 발생기 파이프(10).
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   각각의 와이어(24)는, 내부 장력의 결과로서, 예정된 작동 온도에서 파이프의 내부(18)에서 미끄럼 방지(non-slip)되는 방식으로 안착되는

   증기 발생기 파이프(10).
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   각각의 와이어(24)는 상기 와이어의 두 단부들에 인접한 하나 이상의 지점에서 상기 파이프의 내측 벽(26)에 견고하게 연결되는

   증기 발생기 파이프(10).
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 견고한 연결이 용접 연결인

   증기 발생기 파이프(10).
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 파이프의 내측 벽(26)에 대항하여 놓여진 상기 삽입체(22)의 적어도 일부가 상기 파이프의 재료와 유사한 조성을 가지는 재료로 제조되는

    증기 발생기 파이프(10).
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    복수의 삽입체들(22)이 각각 별개의 파이프 섹션들내에 배치되고,

    각각의 삽입체(22)는, 각각의 삽입체(22)의 기하학적 파라미터들이 작동 중에 제공되는 국부적인 가열 조건 및 국부적인 유동 조건 중 하나 이상에 맞춰지는,

    증기 발생기 파이프(10).
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 따라 구현된 복수의 증기 발생기 파이프(10)를 포함하는 연속 증기 발생기(2).
13. 소용돌이-발생 내부 프로파일을 구비하는 증기 발생기 파이프(10)를 제조하기 위한 방법으로서,

    복수의 와이어(24)들이 장력하에서 매끄러운 파이프(20) 내로 도입되며, 상기 와이어들(24)은 복수-시작부 나사선 형태로 배치되며, 상기 와이어들(24)은 상기 와이어들의 권선들이 상기 파이프의 내측 벽(26) 상에 놓일 때까지 도입 후에 풀리며(release),

    유지 와이어들이 파이프의 내부(18)를 향하여 면하는 상기 와이어들(24)의 측면 상에서 상기 와이어들(24)에 각각 고정되도록 파이프 축선 방향으로 연장하는 복수의 유지 와이어들이 도입되는,

    증기 발생기 파이프 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 와이어들의 부분적인 풀림 후에, 상기 와이어들(24)의 적어도 일 단부가 상기 파이프의 내측 벽(26)에 용접되는

    증기 발생기 파이프 제조 방법.

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