KR101428814B1 - 스윙 플랩을 갖는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템 - Google Patents

스윙 플랩을 갖는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템 Download PDF

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한스 위르겐 야니히
마티아스 크루게르
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야니히 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명에 따른 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템은 엘보우 레버를 통하여 스윙 플랩에 연결되는 구동 샤프트를 갖는 구동 장치에 의해 피봇 축을 중심으로 하여 2개의 단부 위치들 사이에서 전후로 스윙될 수 있는 스윙 플랩을 가지며, 구동 샤프트에 견고하게 연결되고 구동 샤프트의 회전을 위해 적어도 하나의 작동 실린더와 동작적으로 연결되는 적어도 하나의 레버 암이 제공된다. 구동 장치는 피봇 베어링을 중심으로 하여 회전 가능하도록 고정되는 모션 링크를 더 가지며, 작동 실린더는 모션 링크를 피보팅시키기 위하여 모션 링크에 연결되고, 모션 링크의 피보팅 모션을 구동 샤프트에 전달하기 위하여 레버 암 및 모션 링크 사이에 전달 요소가 제공된다.
셧-오프 시스템, 구동 장치, 스윙 플랩, 엘보우 레버, 모션 링크.

Description

스윙 플랩을 갖는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템{SHUT-OFF SYSTEM FOR LARGE CONDUIT CROSS-SECTIONS, HAVING A SWING FLAP}
본 발명은 엘보우 레버(elbow lever)를 통하여 스윙 플랩(swing flap)에 연결되는 구동 샤프트(drive shaft)를 갖는 구동 장치에 의해 피봇 축(pivot axis)을 중심으로 하여 2개의 단부 위치들 사이에서 전후로 스윙(swing)될 수 있는 스윙 플랩(swing flap)을 가지며, 구동 샤프트에 견고하게 연결되고 구동 샤프트의 회전을 위해 적어도 하나의 작동 실린더와 견고하게 연결되는 적어도 하나의 레버 암(lever arm)이 제공되는, 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템(shut-off system)에 관한 것이다.
상기 종류의 셧-오프 시스템들은 특히 가스 터빈 시스템들 및 배출 가스 정화 시스템(flue gas purification system)들에서 사용된다. 가스 밀봉(gas-tight seal)을 달성하기 위하여, 큰-포맷의 베인(vane)이 셧-오프 위치에서 큰 압력으로 정지된 실링 표면(stationary sealing surface)에 대해 가압되어야 한다. 게다가, 단부 위치들에서, 높은 압력 차들이 또한 극복되어야 한다. 엘보우 레버 드라이버는 엘보우 레버의 효과로 인하여, 비교적 낮은 구동 토크들로 스윙 플랩의 관련된 단부 위치들에서 높은 폐쇄력(closing force)을 생성할 수 있기 때문에, 스윙 플랩을 스위벨링(swivelling)하는데 특히 적합하다는 것이 입증되었다.
엘보우 레버가 사용될 때, 구동 샤프트를 스윙 플랩의 중간에서 가능한 한 가깝게 배열하는 것이 유용한데, 그 이유는 그 방식으로, 단부 위치들에서의 엘보우 레버의 효과가 가장 양호하며, 스윙 플랩의 주변에서의 폐쇄력이 거의 균일하기 때문이다. 그러나, 스윙 플립의 90°피보팅(pivoting) 이동에 대하여, 이것은 공간 요인들에 따라서, 160°내지 200°의 구동 샤프트의 피봇 각도를 필요로 한다.
전기 드라이브들이 사용되는 경우, 180°의 포지셔닝 각도(positioning angle)는 간단히 달성된다. 그러나, 큰 셧-오프 장비에 구동 토크들이 필요한 경우에, 이와 같은 드라이브들은 매우 고가에 구입되며, 이들의 높은 기어 감속 때문에, 긴 포지셔닝 시간 동안에만 사용될 수 있다. 게다가, 다양한 애플리케이션들에 대하여, 전기 드라이브들을 사용하는 것은 불가능하다.
그러나, 실린더 및 레버에 의하여 피보팅 공정을 발생시키는 수압 드라이브들의 경우에, 180°의 필요로 되는 포지셔닝 각도를 달성하는 것은 불가능하다. 이 때문에, 랙 앤드 피니언 메커니즘(rack and pinion mechanism)들을 갖는 이중-피스톤 드라이브(double-piston drive)들이 이미 사용되었다.
DE-A-41 35 182 및 DE-A-40 33 663에서, 레버들 및 대응하는 밸브 제어부를 갖는 이중-피스톤 드라이브들이 사용된다. 그러나, 이 드라이브들은 쉽게 고장나고, 고가에 구입되며, 빈번한 유지보수를 필요로 한다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 해결책이 EP-A-0 707 176에서 제안되었 는데, 여기서 구동 샤프트의 회전 축은 대략 150°의 회전 각도가 달성되어, 동작이 여전히 간단한 수압 드라이브들을 사용하여 수행될 수 있는 정도까지 스윙 플랩의 피봇 축 방향으로 시프트(shift)된다. 상기 구성이 구동 샤프트의 회전 각도를 감소시킬지라도, 상기 구성은 또한 스윙 플랩 상에서 동작하는 폐쇄력을 감소시킨다. 폐쇄력의 감소는 구동 토크를 증가시킴으로써만 보상될 수 있는데, 그러나, 구동 토크를 증가시키면 또한 샤프트 및 레버들 상에서 벤딩 모멘트(bending moment)가 더 높아지고 드라이브들이 더 강력해진다. 그러나, 이것은 정밀하게는, 600℃ 이상의 높은 동작 온도에서, 그리고 스윙 플랩에서의 높은 압력 차들에 의해 문제가 있다.
본 발명의 목적은 상술된 단점들을 피하고, 간단하고 문제가 없으며 동작적으로 신뢰 가능한 수압 드라이브를 사용하여 160°보다 큰 포지셔닝 각도들을 제공할 수 있는 셧-오프 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의하여 성취된다.
본 발명에 따른 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템은 엘보우 레버를 통하여 스윙 플랩에 연결되는 구동 샤프트를 갖는 구동 장치에 의해 피봇 축을 중심으로 하여 2개의 단부 위치들 사이에서 전후로 스윙될 수 있는 스윙 플랩을 가지며, 구동 샤프트에 견고하게 연결되고 구동 샤프트의 회전을 위해 적어도 하나의 작동 실린더와 작동 가능하게 연결되는 적어도 하나의 레버 암이 마련된다. 구동 장치는 피봇 베어링을 중심으로 하여 회전 가능하도록 고정되는 모션 링크(motion link)를 더 가지며, 작동 실린더는 모션 링크를 피보팅시키기 위하여 모션 링크에 연결되고, 모션 링크의 피보팅 모션을 구동 샤프트에 전달하기 위하여 레버 암 및 모션 링크 사이에 전달 요소가 마련된다.
종속 청구항들은 본 발명의 부가적인 실시예들에 관한 것이다.
구동 장치는 유용하게도, 플랩의 2개의 단부 위치들 사이에서의 구동 샤프트의 회전 이동이 적어도 160°, 특히 160° 및 180° 사이가 되도록 구성된다. 이 경우에, 스윙 플랩은 2개의 단부 위치들 사이에서 대략 90°의 피보팅 이동을 행한 다.
본 발명의 부가적인 실시예에 따르면, 모션 링크는 피봇 베어링을 중심으로 하여 회전 가능하도록 자신의 일단에 의해 지지되고, 자신의 타단에 의해 전달 요소를 통하여 레버 암에 연결되며, 작동 실린더는 모션 링크의 중앙 영역에 결합된다.
유용하게도, 스윙 플랩의 피봇 축 및 구동 샤프트의 회전 축 사이의 거리는 스윙 플랩의 폭의 0.3 내지 0.7배, 바람직하게는 0.4 내지 0.6배이다. 이 방식으로, 엘보우 레버는 스윙 플랩의 중심에서 동작함으로써, 밀폐력(sealing force)이 스윙 플랩의 주변에 걸쳐 균일하게 분포되도록 할 수 있다.
제1의 예시적 실시예에 따르면, 전달 요소는 링키지 로드(linkage rod)에 의해 형성된다. 이 경우에, 피봇 베어링은 고정되거나 종방향으로 변위 가능하도록 구성될 수 있다. 종방향으로 변위 가능한 구성의 경우에, 모션 링크는 상기 모션 링크의 피보팅 이동을 제한하고, 작동 실린더의 스트로크가 지속될 때, 모션 링크의 변위를 발생시키고, 결과적으로 구동 샤프트의 회전 이동의 크기를 더 증가시키는 정지부(stop)를 더 갖는다.
부가적인 예시적 실시예에 따르면, 전달 요소는 제2 작동 실린더로서 구성됨으로써, 구동 샤프트의 회전 범위가 유사하게 증가될 수 있다.
본 발명의 부가적인 장점들 및 실시예들은 다수의 예시적 실시예들의 설명에 의하여, 그리고 도면들을 참조하여 이하에 상세히 설명될 것이다.
본 발명에 의하면, 간단하고 문제가 없으며 동작적으로 신뢰 가능한 수압 드라이브를 사용하여 160° 보다 큰 포지셔닝 각도들을 제공할 수 있는 셧-오프 시스템을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 셧-오프 시스템은 도 1에 도시된 제1 단부 위치 및 도 2에 도시된 제2 단부 위치 사이에서 피봇 축(2a)을 중심으로 하여 하우징(1) 내에서 전후로 스윙될 수 있는 스윙 플랩(2)을 나타낸다.
피보팅 이동은 엘보우 레버 시스템(4)에 의하여 스윙 플랩에 연결되는 구동 샤프트(3)를 갖는 구동 장치에 의해 이루어진다. 하우징(1)은 3개의 오프닝(opening)들(5, 6, 및 7)을 가지며, 2개의 오프닝들(5, 7) 중 하나는 각각의 경우에 스윙 플랩(2)에 의해 폐쇄 가능하다.
스윙 플랩(2)은 예를 들어, 2개의 단부 위치들에서 적절한 구성의 실링 요소들과 협동하는 DE 44 46 395에 따른 격자 구조(lattice structure)를 가질 수 있다. 실링 요소들은 이 경우에 특히 EP-B-1 092 899에 따라 구성될 수 있다.
큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템에 대한 본 출원의 임의의 기준은 15 m2 보다 크며, 특히 20 m2 보다 크며, 또는 40 m2 보다 큰 도관 단면들을 각각 의미한다.
제1의 예시적 실시예에 따른 구동 장치가 도 3 내지 도 5를 참조하여 이하에 상세히 설명된다.
구동 샤프트(3)에 더해서, 구동 장치는 구동 샤프트에 견고하게 연결되는 레버 암(8)을 갖는다. 게다가, 피봇 베어링(10)을 중심으로 하여 회전 가능하도록 자신의 일단에 의해 지지되고, 자신의 타단에 의하여 링키지 로드의 형태로 전달 요소(11)를 통해 레버 암(8)에 연결되는 모션 링크(9)가 제공된다. 게다가, 작동 실린더(12)가 모션 링크(9)의 중앙 영역에서 결합된다.
모션 링크(9)의 피봇 베어링(10) 및 작동 실린더(12)의 단부 지지 베어링(16) 둘 모두는 자신의 일단에 의해 구동 샤프트(3) 상에 회전 가능하게 유지되고 자신의 타단에 의해 링키지 로드 또는 쇼크 옵소버(shock absorber)(14)를 통하여 하우징(1) 상에 지지되는 장착 브래킷(mounting bracket)(13)의 영역에 제공된다. 그러나, 단부 위치에서 사전-로딩되고, 이 방식으로 예를 들어, 열 팽창에 기인하는 위치의 변화들을 보상하는 에너지 저장 장치, 특히 스프링이 제공되는 것이 또한 구상 가능하다.
모션 링크(9) 및 작동 실린더(12)는 또한 하우징 상에서 직접 지지될 수 있다. 그러나, 장착 브래킷(13)을 제공하는 것이 스윙 플랩(2)이 장착 동안 자신의 단부 위치들에서 간단한 방식으로 조정될 수 있다는 장점을 갖는다.
도 3 및 도 4에서, 구동 장치의 2개의 극단 위치들이 도시되어 있다.
도시된 예시적 실시예에서, 작동 실린더(12)는 모션 링크(9)가 대략 100°의 각도(α)만큼 피봇 베어링(10)을 중심으로 피보팅할 수 있도록 한다는 것이 도 5로부터 명백해진다. 전달 요소(11)를 통해 모션 링크(9)는 레버 암(8)에 결합하여, 레버 암(8)에 대해, 그리고 이에 따라 구동 샤프트(3)에 대해, 160° 보다 작은 피 보팅 범위(β)가 달성된다. 도시된 예시적 실시예에서, 피보팅 범위는 대략 166°이다. 이 예시적 실시예는 160°이상이고 180°보다 작은 범위 내에서 피보팅 이동들에 특히 적합하다. 이것은 단일 수압 실린더만을 필요로 하므로, 간단하고 문제가 없으며 동작적으로 신뢰 가능한 수압 드라이브를 제공한다.
도 6a 내지 도 6c는 모션 링크(9)의 피봇 베어링(10)이 종방향으로 변위 가능한 방식으로 슬롯(17) 내에 수용된다는 점에서 제1의 예시적 실시예와 상이한 구동 시스템의 제2의 예시적 실시예를 상세히 도시한다. 모션 링크는 상기 모션 링크(9)의 피보팅 이동 후의 장착 브래킷(13)과의 접촉 또는 다른 인접(abutment)에 의하여 모션 링크(9)의 피보팅 이동을 제한하는 정지부(18)를 더 갖는다(도 6a 및 도 6b 참조). 작동 실린더(12)의 스트로크가 지속될 때, 피봇 베어링(10)과 함께 모션 링크(9)의 변위가 발생한다(도 6b 및 도 6c 참조). 변위는 슬롯(17)의 길이에 의해 제한된다. 그러나, 정지부(18) 및 슬라이드 블록(slide block) 대신에, 롤러들이 사용되는 것이 또한 가능할 것이다.
구동 샤프트(3)의 피보팅 범위를 훨씬 더 증가시키기 위하여, 도 7 내지 도 9에 도시된 제3의 예시적 실시예에서, 전달 요소(11)는 제2 작동 실린더(15)로서 구성된다.
2개의 작동 실린더들(12, 15)은 서로 조정되어, 레버 암이 대략 90°의 회전 이동을 행함에 따라, 제1 작동 실린더(12)가 모션 링크의 회전을 발생시키도록 한다. 작동 실린더(12)가 충분히 신장될 때에만, 제2 작동 실린더(15)가 도 8에 도시된 위치로부터 도 9의 위치로 이동한다. 상기 과정에서, 레버 암(8)은 다시 한번 대략 90°의 회전 이동을 행하므로, 레버 암(8)의 총 피보팅 범위는 대략 180°이상이다.
작동 실린더(12)는 유용하게는, 제2 작동 실린더(15)보다 더 큰 유효 피스톤 직경을 갖도록 구성되며, 2개의 작동 실린더들은 서로 평행하게 배열된다. 이 방식으로, 2개의 작동 실린더들은 서로 연결될 수 있고, 동일한 압력에 의해 동시에 동작될 수 있다. 제1 작동 실린더(12)의 유효 피스톤 직경이 더 크기 때문에, 먼저 작동 실린더(12)가 신장되고 나서만, 제2 작동 실린더(15)가 작동된다. 이 배열의 장점은 중간 포지셔닝 범위에서, 레버 비율들 때문에, 작동 실린더들의 이용이 매우 양호하여, 포지셔닝 토크들이 높다는 것이다. 이것은 특히 높은 흐름 속도들의 경우에, 즉, 높은 동적 부하들 하에서 유용하다.
2개의 작동 실린더들(12, 15)의 상기 구성 및 결합은 매우 간단하고, 문제가 없으며 동작적으로 신뢰 가능한 수압 드라이브를 발생시키며, 대응하는 밸브 제어부를 생략하는 것이 가능하다.
제1의 2개의 예시적 실시예들에서, 모션 링크(9)는 구동 샤프트(3)로부터 거리를 두고 장착 브래킷 상에서 지지되는 반면, 제3 실시예에서, 모션 링크(9)는 구동 샤프트(3)를 중심으로 하여 회전 가능하도록 지지된다.
특히 도 1 및 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 구동 샤프트는 대략 스윙 플랩의 중간에 위치된다. 스윙 플랩(2)의 피봇 축(2a) 및 구동 샤프트(3)의 회전 축 사이의 거리(a)는 스윙 플랩(2)의 폭(b)의 0.3 내지 0.7배, 바람직하게는 0.4 내지 0.6배의 범위이다(도 1 참조).
도 1은 제1 단부에 위치하는 스윙 플랩을 갖는 셧-오프 시스템의 부분적인 3차원 단면도.
도 2는 제2 단부에 위치하는 스윙 플랩을 갖는 셧-오프 시스템의 부분적인 3차원 단면도.
도 3은 스윙 플랩이 제1 단부 위치에 있을 때, 제1의 예시적인 실시예에 따른 구동 장치를 갖는 셧-오프 시스템의 3차원도.
도 4는 스윙 플랩이 제2 단부 위치에 있을 때, 도 3에 도시된 구동 장치를 갖는 셧-오프 시스템의 3차원도.
도 5는 도 4에 도시된 위치에서의 구동 장치의 측면도.
도 6a 내지 도 6c는 다양한 위치들에서의 제2의 예시적 실시예에 따른 구동 장치의 측면도들.
도 7은 스윙 플랩이 제1 단부 위치에 있을 때, 제3의 예시적인 실시예에 따른 구동 장치를 갖는 셧-오프 시스템의 3차원도.
도 8은 스윙 플랩이 중간 위치에 있을 때, 도 7에 도시된 구동 장치를 갖는 셧-오프 시스템의 3차원도.
도 9는 스윙 플랩이 제2 단부 위치에 있을 때, 도 7에 도시된 구동 장치를 갖는 셧-오프 시스템의 3차원도.

Claims (14)

  1. 엘보우 레버 시스템(4)을 통하여 스윙 플랩(2)에 연결되는 구동 샤프트(3)를 갖는 구동 장치에 의해 피봇 축(2a)을 중심으로 하여 2개의 단부 위치들 사이에서 전후로 스윙될 수 있는 스윙 플랩(2)을 가지며, 상기 구동 샤프트에 견고하게 연결되며 상기 구동 샤프트(3)의 회전을 위해 적어도 하나의 제1 작동 실린더(12)와 작동 가능하게 연결되는 적어도 하나의 레버 암(8)이 마련되는, 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템에 있어서,
    상기 구동 장치는 피봇 베어링(10)을 중심으로 하여 회전 가능하도록 고정되는 모션 링크(9)를 가지며, 상기 제1 작동 실린더(12)는 상기 모션 링크(9)를 피보팅시키기 위하여 상기 모션 링크(9)에 연결되며, 상기 모션 링크의 피보팅 모션을 상기 구동 샤프트(3)에 전달하기 위하여 상기 레버 암(8) 및 상기 모션 링크(9) 사이에 전달 요소(11)가 마련되며,
    상기 피봇 베어링(10)은 종방향으로 변위 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 장치는 상기 스윙 플랩(2)의 2개의 단부 위치들 사이에서의 상기 구동 샤프트(3)의 회전 이동이 160°이상이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스윙 플랩(2)은 2개의 단부 위치들 사이에서 90°의 피보팅 이동을 행하는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모션 링크(9)는 상기 피봇 베어링(10)을 중심으로 하여 회전 가능하도록 자신의 일단에 의해 지지되고, 자신의 타단에 의해 상기 전달 요소(11)를 통하여 상기 레버 암(8)에 연결되며, 상기 제1 작동 실린더(12)는 상기 모션 링크(9)의 중앙 영역에 결합되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스윙 플랩(2)의 상기 피봇 축(2a) 및 상기 구동 샤프트(3)의 회전 축 사이의 거리(a)는 상기 스윙 플랩(2)의 폭(b)의 0.3 내지 0.7배의 범위인 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달 요소(11)는 링키지 로드에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모션 링크(9)는 상기 모션 링크(9)의 피보팅 이동을 제한하고, 상기 제1 작동 실린더(12)의 스트로크가 지속될 때, 상기 모션 링크의 변위를 발생시키는 정지부(18)를 더 가지는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달 요소(11)는 상기 구동 샤프트(3)의 회전 범위를 증가시키기 위하여 제2 작동 실린더(15)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 작동 실린더(12)는 상기 제2 작동 실린더(15)보다 더 큰 유효 피스톤 직경을 가지며, 상기 2개의 작동 실린더들은 서로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 2개의 작동 실린더들(12, 15)은 상기 2개의 작동 실린더들 둘 모두가 항상 동일한 압력에 의해 동시적으로 동작되도록 하는 방식으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 작동 실린더(12)는 자신의 일단에 의해 상기 모션 링크(9)에 연결되고, 자신의 타단에 의해 단부 지지 베어링(16)을 통하여 장착 브래킷(13) 상에서 지지되며, 상기 장착 브래킷은 자신의 일단에서 회전 가능하도록 유지되고, 자신의 타단에서 하우징 프레임 상에서 지지되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 모션 링크(9)의 피봇 베어링(10)은 장착 브래킷(mounting bracket)(13)의 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 장착 브래킷(mounting bracket)(13)은 링키지 로드나 쇼크 옵소버(shock absorber)(14), 또는 에너지 저장 장치를 통하여 하우징(1) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 큰 도관 단면들을 위한 셧-오프 시스템.
  14. 삭제
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