KR101608531B1 - 원자력 증기발생기용 튜브 지지시스템 - Google Patents

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리차드 지. 클라너
로버트 에스. 호르바트
가셈 브이. 아사디
폴 더블유. 쉽
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뱁콕 앤드 윌콕스 캐나다 엘티디.
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Abstract

본 발명은 셀 내에 차례로 배치된 슈라우드에 튜브 지지플레이트를 사용하고 있는 증기발생기에 관한 것이다. 이 튜브 지지플레이트는 슈라우드보다 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어진다. 튜브 지지플레이트는 제작하는 동안에 구성부재들 사이에 최소 틈새를 갖도록 정렬된다. 튜브 지지 변위시스템을 사용하면, 증기발생기가 가열됨에 따라 그 다음에 제어된 오정렬이 하나 이상의 튜브 지지플레이트에 나타나게 된다. 오정렬을 야기하는 변위는 증기발생기가 가열될 때에만 발생한다. 튜브 지지플레이트 변위시스템은 증기발생기 슈라우드 내부에 오직 하나의 부품, 푸시 로드만을 구비하여서, 결함 부재의 잠재력을 최소화한다. 튜브 지지플레이트 변위시스템은 동일하거나 가변적인 방향과 양으로 하나 이상의 튜브 지지플레이트에 제어된 오정렬을 제공하기 위해 사용되어, 하나 이상의 장치는 각각의 튜브 지지플레이트를 위해 구비된다.

Description

원자력 증기발생기용 튜브 지지시스템 {TUBE SUPPORT SYSTEM FOR NUCLEAR STEAM GENERATORS}
본 발명은 일반적인 원자력 증기발생기에 관한 것으로, 특히 새롭고 유용한 튜브 지지시스템 및 증기발생기 내에서 튜브 배열 공간을 유지하는 튜브 지지플레이트를 이용한 원자력 증기발생기에 사용하는 방법에 관한 것이다.
원자력 발전소와 병합되는 가압증기발생기(pressurized steam generator) 혹은 열교환기는 반응기에서 생성된 열을 제1냉각수로부터 제2냉각수까지 이송하면서, 교대로 발전소 터빈을 구동한다. 이 증기발생기들은 75피트 정도의 길이와 약 12피트의 외경을 가질 것이다. 이 증기발생기들 중 하나에서, 제1냉각수가 관통하여 흐르는 직관(straight tube)은 5/8인치의 외경일 수 있으나, 튜브 시트의 마주보는 면과 튜브-단부 장착 사이를 위해 52피트 정도의 유효길이를 갖는다. 통상적으로, 이러한 열교환기 중 하나는 15,000 튜브 이상의 다관(tube bundle)일 수 있다. 튜브의 분리, 적당한 견고성 등을 보장하도록 튜브 시트 사이의 공간에 튜브 지지플레이트와 같은 튜브용 구조 지지부를 구비할 필요가 있다.
미국 특허 제4,503,903호는 내부 셀(shell)과 외부 셀을 갖춘 U-튜브 증기발생기와 같은 열교환기에 튜브 지지플레이트의 방사상 구조의 지지부를 구비하는 방법과 장치를 기재한다. 이 장치는 내부 셀에 견고하게 장착되고, 내부 셀 내에서 튜브 지지플레이트를 중심에 위치시켜 사용된다.
미국 특허 제5,497,827호는 U-튜브 증기발생기 내에서 튜브 지지부를 방사상으로 고정하는 방법과 장치를 기재한다. 받침대는 외부압력 엔벌로프(envelope)에서 내부 번들 엔벌로프 또는 내부 셀을 방사상으로 분리한다. 각 받침대는 용접으로 내부 번들 엔벌로프에 고정되고 압력 엔벌로프의 내부면과 접촉한다. 받침대는 증기발생기의 다른 동심축의 엔벌로프와 방사상 방향으로 스페이서 플레이트로 번들의 조립체를 유지한다. 이렇게 되어 지진과 같은 외부작용을 받게 되면 엔벌로프와 번들 사이의 상대적인 변위와 충격을 방지한다. 변형예에서, 스페이서 플레이트와 접촉되게 사용되는 탄성압력은 나선형 스프링으로 달성된다. 이 스프링은 압력 엔벌로프 내부에 위치된다.
미국 특허 제4,204,305호는 관류형 폐열회수보일러(Once Through Steam Generator, 이하 OTSG)와 같이 일반적으로 언급되는 원자력 증기발생기를 기재하는데, 그 내용은 여기서 충분히 설명된 바와 같이 참조로 병합된다. OTSG는 직관으로 구성된 다관을 함유한다. 이 튜브들은 튜브 지지플레이트(TSP)에 위한 이들의 길이를 따라 여러 지점에서 측면방향으로 지지된다. 이 튜브들은 3개의 만곡부 또는 흐름통로를 갖추면서 또한 측면방향으로 튜브를 지지하기 위한 3개의 튜브 접촉면을 갖는 TSP 구멍을 관통한다. 일반적으로, 열교환기가 조립된 후에, 튜브는 TSP 구멍의 내부로 돌출된 면 중 하나 혹은 2개와 접촉할 것이다. 이러한 접촉은 지진과 같은 횡하중(lateral force)에서 다관을 유지하도록 횡지지부를 구비할 뿐만 아니라 정상작동 중에 튜브 진동을 완화하도록 지지부를 구비한다.
미국 특허 제6,914,955 B2호는 전술된 OTSG에 사용하기 적합한 튜브 지지플레이트를 기재한다.
원자력 증기발생기의 특징에 대한 일반적인 설명을 위해서, 독자는 2005년도, 미국 오하이오주 바베톤에 주소를 둔 뱁콕 앤드 윌콕스 컴파니사가 발행한 미국 증기/이의 발생 및 사용( Steam / Its Generation and Use ) , 41판의 48장에 기술되어 있으며, 그 내용은 여기서 충분히 설명된 바와 같이 참조로 병합된다.
본 발명은 증기발생기에 튜브를 지지하는 향상된 장치와 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 다관 지지시스템과 방법은 일반적인 제조공정과 적합한 정렬된 형상 내에 튜브 지지플레이트를 바람직하게 설치하도록 구비된다. 그런 다음에, 증기발생기가 예컨대 고온상태로 가열되면서 제어된 오정렬이 하나 이상의 튜브 지지플레이트에 나타난다. 튜브 지지플레이트는 튜브를 둘러싸는 슈라우드(shroud)보다 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료로 제작된다. 결과적으로, 증기발생기가 가열되면서 방사상의 틈새(Clearance)가 튜브 지지플레이트와 인접해서 개방된다. 이 방사상의 틈새는 병합된 튜브 지지플레이트의 변위시스템에 의해 개별적인 튜브 지지플레이트의 측면이동 혹은 변위를 위한 공간을 제공한다.
각 튜브 지지 변위시스템은 증기발생기 셀 내부에 위치된 단일 부품으로 구비되어져, 결함 부품의 잠재력을 최소화한다. 나머지 부품들은 셀의 외부에 위치되어, 검사, 조정 또는 수리를 위해 용이하게 접근할 수 있다.
본 발명의 방법과 장치는 내부변경이 거의 필요 없기 때문에 현존하는 증기발생기를 용이하게 개장할 수 있다. 반대로, 본 발명은 쉽게 제거될 수 있어 증기발생기를 원상태로 복귀시킬 수 있다.
바람직하기로 튜브, 지지부, 슈라우드 및 셀 사이에 지진력을 전달하는데에 사용될 일반적인 부하경로는 바람직하기로는 변하지 않는다.
따라서, 본 발명의 일례는, 그 내부로 유체가 흐르고 튜브 위로 흐르는 유체와 열전달하도록 평행하게 이격된 다수의 튜브를 구비하고, 또한 튜브와 교차배열된 다수의 튜브 지지플레이트를 구비한 증기발생기를 조립하고 작동하는 방법에 관한 것이다. 증기발생기의 조립 방법은 1) 튜브 지지플레이트를 정렬하는 단계와, 2) 정렬된 튜브 지지플레이트를 통해 튜브를 삽입하는 단계 및, 3) 증기발생기를 가열하는 동안에, 튜브와 교차하는 횡방향으로 정렬에서 벗어난 하나 이상의 지지플레이트를 변위하여서, 튜브 지지부의 유효성을 증가시키는 단계를 포함한다. 방법은 나머지 모든 지지플레이트를 변위하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 튜브와 교차하는 동일한 횡방향으로 인접한 지지플레이트를 변위하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일례는 그 내부로 유체가 흐르고 튜브 위로 흐르는 유체와 열전달하도록 평행하게 이격된 다수의 튜브를 구비하고, 또한 원통형 압력셀 내에 배치되고 튜브를 둘러싸는 원통형상의 슈라우드를 구비한 열교환기를 사용하는 튜브 지지시스템에 관한 것이다. 튜브 지지시스템은 슈라우드보다 낮은 열 팽창 계수를 갖는 재료로 제작된 튜브와 교차배치된 튜브 지지플레이트를 구비한다. 튜브 지지시스템은 또한 셀의 외부면에 장착될 수 있게 튜브와 교차하는 횡방향으로 튜브 지지플레이트를 변위하는 수단을 구비한다. 튜브 지지시스템을 변위하는 수단은 튜브 지지플레이트의 엣지와 접촉하는 푸시 로드(push rod)를 미는 스프링에 연결되는 푸시 로드를 구비할 수 있어 튜브 지지플레이트를 변위한다. 푸시 로드는 슈라우드 내에 위치된 튜브 지지시스템의 유일한 구성부재일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실례는 그 내부로 유체가 흐르고 튜브 위로 흐르는 유체와 열전달하도록 평행하게 이격된 다수의 튜브를 구비한 열교환기에 사용되는 튜브 지지 변위시스템에 관한 것으로, 열교환기는 추가로 튜브와 원통형상의 슈라우드에 교차배열된 튜브 지지플레이트를 구비하며, 슈라우드는 원통형상의 압력 셀 내에 배치되고 튜브를 둘러싼다. 튜브 지지 변위시스템은 튜브 지지플레이트와 접촉하는 제1단부 및 제1단부와 반대쪽에 푸시 로드 피스톤과 접촉하는 제2단부를 구비한 푸시 로드를 구비한다. 선부하처리될 수 있는 나선형 스프링은 푸시 로드 피스톤에 접촉하여서 튜브와 교차방향으로 푸시 로드에 측면변위력을 가한다. 나선형 스프링과 푸시 로드 피스톤은 셀의 외부면에 장착된 압력 챔버 내에 수용된다. 튜브 지지 변위시스템은 나선형 스프링으로 푸시 로드에 작용될 힘을 조절하도록 셀 외부에 수단을 구비할 수 있다. 푸시 로드의 길이 혹은 재료는 푸시 로드의 최대 측면 변위를 제한하도록 미리 선별될 수 있다. 푸시 로드는 슈라우드 내에 위치된 튜브 지지 변위시스템의 유일한 구성부재일 수 있다.
튜브 지지 변위시스템은 동일하거나 가변적인 방향과 양으로 하나 이상의 튜브 지지플레이트를 제어된 오정렬을 제공하도록 사용될 수 있고, 하나 이상의 장치는 각각의 튜브 지지플레이트를 구비할 수 있다.
본 발명의 특징을 나타내는 새로운 다양한 특성은 첨부된 청구범위와 본 명세서 상에서 지적하고 있다, 본 발명의 이해를 돕기 위해서, 작동상의 장점 및 사용시 성취될 수 있는 특징들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타내는 첨부도면과 설명을 참조하면 될 것이다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 튜브 지지플레이트의 오정렬을 야기시키기 위해 슈라우드 내부에 최소의 부품만을 탑재하여 구성부재들의 느슨함을 최대한 방지할 수 있으며, 이와 더불어서 기존 설비에 복잡한 변경 없이도 간단하게 탈장착가능하도록 되어 있다.
도 1은 상부 헤드부(12)와 하부 헤드부(13)의 양쪽 단부로 폐쇄되고 수직방향으로 길이연장된 원통형상의 압력용기 또는 셀(11)로 이루어진 OTSG(10)를 도해한다.
상부 헤드부는 상부 튜브 시트(14)와, 제1냉각수 주입구(15), 맨웨이(16;manway), 및 핸드 홀(17)을 구비한다. 맨웨이(16)와 핸드 홀(17)은 증기발생기(10)가 작동하지 않은 시간 동안에 검사 및 수리를 위해 사용된다. 하부 헤드부(13)는 드레인(18)과, 냉각수 배출구(20), 핸드 홀(21), 맨웨이(22), 및 하부 튜브 시트(23)를 구비한다.
증기발생기(10)는 구조 바닥부(25) 상으로 증기발생기(10)를 지지하도록 하부 헤드부(13)의 외부면과 맞물리는 원뿔형상 혹은 원통형상의 스커트(24;skirt) 상에서 지지된다.
전형적인 증기발생기의 전체 길이는 바닥부(25)와 제1냉각수 주입구(15)의 최상단부 사이로 약 75피트이다. 덧붙여서, 증기발생기(10)의 전체 직경은 12피트를 초과한다.
원통형상의 하부 튜브 슈라우드, 랩퍼(wrapper) 혹은 배플(26;baffle)은 셀(11) 내에서 도 1에 일부 도시된 열교환기(27)의 다관을 둘러싸고 있다. 증기발생기에서, 슈라우드(26) 내에서 둘러싸인 튜브의 갯수는 15,000를 초과하는데, 각각의 튜브는 5/8인치의 외경을 갖는다. 합금 690이 기술된 유형의 증기발생기에서 사용하기에 바람직한 튜브 재료이다. 다관에 각 튜브(27)는 튜브 시트 내에서 튜브 단부를 벨링(belling), 팽창(expanding) 또는 밀봉용접을 통해 상부 및 하부 튜브 시트(14,23)에 형성된 구멍으로 고정된다.
하부 슈라우드(26)는 슈라우드 정렬 핀을 수단으로 하여 셀(11) 내에서 정렬된다. 하부 슈라우드(26)는 하부 튜브 시트(23)에 볼트로 고정되거나 셀(11)의 하부 단부에서 돌출한 러그에 용접으로 고정된다. 슈라우드의 하부 엣지는 사각형 워터 포트(30)의 그룹 또는 수직관 챔버(19)까지 주입 공급수 흐름을 공급하는 하나의 주변 개구부(미도시)를 구비한다. 슈라우드의 상단부는 또한 슈라우드(26) 내의 수직관 챔버(19)와, 틈 혹은 증기 블리드 포트(32)를 통해 원통형상의 셀(11)의 내부면과 하부 슈라우드(26)의 외부면 사이에 형성된 환형상의 강수관(downcomer) 공간부(31) 사이로 유체연통하게 설치된다.
지지 로드 시스템(28)은 최상부 지지플레이트(45B)에 고정되고, 하부 튜브 시트(23)와 최하부 지지플레이트(45A) 사이에 그리고 그런 다음에 최상부 지지플레이트(45B)까지 모든 지지플레이트(45) 사이에 나사산부 공간을 구성한다.
중공형 염주모양의 제2냉각수 공급수 주입 헤드부(34)는 셀(11)의 외부면에 외접한다. 헤드부(34)는 방사상으로 배치된 공급수 주입노즐(35)의 배열을 통해 환형상의 강수관 공간(31)과 유체연통한다. 도 1의 화살표 방향으로 도시된 바와 같이, 공급수는 헤드부(34)에서 노즐(35,36)을 경유하여 증기발생기(10)로 유동한다. 공급수는 노즐로부터 환형상의 강수관 공간(31)을 통해 아래를 향하게 하고 워터포트(30) 단부를 지나 수직관 챔버(19)로 배출된다. 수직관 챔버(19)에서, 제2냉각수 공급수는 튜브(27) 내에 있는 제1냉각수의 하방 흐름과는 반대방향으로 슈라우드(26) 내에서 상방으로 흐른다. 셀(11)의 내부면과 상부 원통형상의 슈라우드, 배플 또는 랩퍼(33)의 바닥 엣지의 외부면 사이에서 용접된 환형상의 플레이트(37)는 강수관(31)으로 유입된 공급수가 화살표로 표시된 방향으로 워터포트(30)를 향해 아래로 흐를 수 있게 보장한다. 제2유체는 다관의 튜브(27)를 통해 흐르는 제1유체에서 열을 흡수하고, 슈라우드(26,33)로 한정된 챔버(19) 내에서 증기를 발생한다.
정렬 핀(도 1에 도시되지 않음)을 수단으로 하여 셀(11)에 정렬된 상부 슈라우드(33)는 증기 배출노즐(40) 바로 아래에 있는 플레이트(37)를 통해 셀(11)에 용접되어 있기 때문에 적당한 위치에 고정된다. 덧붙여서, 상부 슈라우드(33)는 튜브(27) 다발 중 약 1/3 정도를 에워싼다.
보조 공급수 헤더부(41)는 셀(11)과 상부 슈라우드(33)를 관통하는 하나 이상의 노즐(42)을 통해 다관의 상부와 유체연통하고 있다. 이 보조 공급수 시스템은 예컨대 헤드부(34)로부터 유동하는 공급수가 방해받을 경우에 증기발생기(10)를 채우기 위해 사용된다. 전술된 바와 같이, 화살표로 도시된 방향으로 튜브(27)를 따 라 위를 향해 흐르는 공급수 혹은 제2냉각수는 증기로 변한다. 도해된 실시예에서, 이 증기는 상부 슈라우드(33)의 상부 엣지에 도달하기 전에 과열된다. 이 과열증기는 슈라우드(33)의 상부를 지나 원통형상의 상부 슈라우드(33)의 외부면과 셀(11)의 내부면 사이에 형성된 환형상의 배출통로(43)를 통해 아래를 향해 화살표로 도시된 방향으로 유동한다. 통로(43)에 증기는 통로(43)와 연통하고 있는 증기 배출노즐(40)을 통해 증기발생기(10)를 빠져나간다. 기술된 방식에서, 제2냉각수는 배출노즐(40)에서 공급수 주입온도로부터 과열증기온도까지 상승된다. 환형상의 플레이트(37)는 증기를 강수관(31)에 유입되는 공급수와의 혼합을 방지한다. 제2냉각수로 열을 넘기는 제1냉각수는 원자로(미도시)로부터 상부 헤드부(12)의 제1냉각수 주입구(15)를 지나 열교환기 다관에 각 튜브(27)를 통해 하부 헤드부(13)로 흐르며, 배출구(20)를 관통하여 배출되어 유효작업이 결국에 추출될 열을 생산하는 원자로로 되돌려진다.
조립, 특히 조립공정 중 튜브(27)의 삽입을 용이하도록, 튜브 지지플레이트(45)는 일반적으로 상부 및 하부 튜브 시트를 구비하고 서로 정렬되어 있다. 튜브 지지플레이트(45)의 정렬은 튜브 지지플레이트와 슈라우드 혹은 배플(26,33)의 내부면 사이에 튜브 지지플레이트의 외주 둘레에 위치된 튜브 지지플레이트 정렬블록(48;도 2 참조)으로 유지된다. 튜브 지지플레이트 정렬블록(48)은 슈라우드(26,33) 또는 튜브 지지플레이트(45)에 부착되지만, 양 부재에 부착되지는 않고, 튜브 지지플레이트 외주 둘레에 분리된 위치에서 튜브 지지플레이트(45)와 슈라우드(26,33) 사이에 가용 틈새의 대부분 혹은 이들 전부를 채운다. 일반적으로 대형 원통형으로 되어 있는 슈라우드는 슈라우드 정렬 핀(49)로 OTSG 셀(11) 내에서 측면으로 지지된다. 이 지지조립체는 튜브(27)에서 튜브 지지플레이트(45)를 통해 셀(11)로 지지된 슈라우드(26,33)까지 측면 부하경로를 제공한다.
도 2 내지 도 5를 참조로 하여, 본 발명은 다관 지지시스템(100)과 제작중에 튜브 지지플레이트(45)를 정밀하게 정렬하는 방법에 관한 것으로, 구성부재들 간의 초기 틈새를 두고, 증기발생기가 가열되면서 제어된 오정렬이 나타난다. 튜브 지지플레이트(45)는 정상적인 제작공정과 적합한 정렬된 형상 내에 설치되는 것이 바람직하다. 오로지 열교환기가 가열될 때만, 오정렬을 발생하는 변위가 일어난다. 고온상태에서 튜브 지지플레이트(45)를 오정렬하는 변위는 바람직하게 교차흐름 혹은 축방향 흐름 여진 메카니즘 때문에 튜브진동을 완화할 수 있다.
튜브 지지플레이트(45)의 높이차에 의한 오정렬은 슈라우드(26,33)보다 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료로 튜브 지지플레이트(45)를 제작하여 가열되는 도중에 부분적으로 성취된다. 튜브 지지플레이트(45)와 슈라우드(26,33) 사이에 방사상의 틈새는 증기발생기가 가열되면서 튜브 지지플레이트 정렬블록(48)의 위치에서 개방한다. 이 방사상의 틈새는 개별적인 튜브 지지플레이트(45)의 측면이동 혹은 변위를 용이하게 하는 공간을 제공한다.
아래에 더욱 상세히 기술되듯이, 측면이동 혹은 변위는 선부하처리된 나선형 스프링(152)을 갖는 튜브 지지플레이트 변위시스템(150)을 수단으로 성취된다. 나선형 스프링(152)은 푸시 로드(154)를 수단으로 하여 각각의 튜브 지지플레이트(45)의 측면을 밀친다. 바람직하게 탄소강으로 제작된 슈라우드(11)와 바람직하 게 410S 스테인리스강으로 제작된 튜브 지지플레이트(45) 사이에 열팽창의 차이는 튜브 지지플레이트(45)의 효과적인 측면변위를 허용할 수 있는 충분한 작업 틈새를 제공하여서, 튜브(27)의 흐름유도진동을 완화한다. 방사상의 틈새(165)는 푸시 로드의 가압힘 때문에 0으로 줄어들 수 있다.
튜브 지지플레이트 정렬블록(48)은 고온상태에서 튜브 지지플레이트 이동을 원활하게 하도록 최기 틈새를 설치할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 튜브 지지프레이트의 높이차(예컨대, 45C, 45D, 45E)에서 연속적으로 놓여 있는 튜브 지지플레이트를 밀어내는 방향을 변동하여서, 바람직한 튜브 지지플레이트 오정렬 및 튜브 지지플레이트 구멍내에 튜브(27)의 부하가 성취될 수 있다.
모든 튜브 지지플레이트 높이에서 측면으로 오정렬시킬 필요는 없다. 예컨대, 동일한 방향으로 다른 모든 플레이트를 이동할 수 있는 반면에, 바람직한 오정렬을 성취하기 위해 나머지 플레이트를 중립위치에 놓는다. 또한, 튜브 지지플레이트 높이마다 하나 이상의 튜브 지지플레이트 변위시스템(150)을 갖출 수 있다. 그러므로 튜브 지지플레이트 변위시스템(150)은 하나 이상의 여러 다른 방향으로 다수의 튜브 지지플레이트를 가변적으로 변위시켜 사용할 수 있어 동일하거나 가변적인 방향과 양으로 하나 이상의 튜브 지지플레이트에 제어된 오정렬을 제공하고 하나 이상의 장치는 임의의 개별적인 튜브 지지플레이트를 구비한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 튜브 지지플레이트 변위시스템(150)이 튜브 지지플레이트(45)의 측면변위를 부과하기 위해 사용된다. 압축된 나선형 스프링(152)은 푸시 로드(154)의 외부단(156)을 밀어붙인다. 푸시 로드(154)는 셀(11)과 슈라우드(26,33)에 각 구멍(161,166)을 관통하고, 튜브 지지플레이트(45)의 외부 엣지와 접촉한다.
튜브 지지플레이트(45)와 관해서, 푸시 로드(154)의 방위는 도 2 및 도 3에 도해된다. 도 3은 정상적인, 정확하게는 냉각상태에서 튜브 지지플레이트(45)와 접촉하고 있는 푸시 로드(154)를 도시한다. 냉각상태에서, 튜브 지지플레이트(45)는 슈라우드(26,33) 내에 튜브 지지플레이트 정렬블록(48)과 접촉한다. 슈라우드(26,33)는 슈라우드 정렬 핀(49)으로 셀(11) 내에서 구조적으로 고정된다. 냉각상태에서, 튜브 지지플레이트(45)의 측면위치는 튜브 지지플레이트(45)의 외주 둘레 간헐적으로 위치된 튜브 지지플레이트 정렬블록(48)으로 제어된다. 도 3에 도해된 바와 같이, 정확하게 냉각상태에서, 푸시 로드(154)에 힘이 튜브 지지플레이트(45)의 이동을 유도하지 않고서 튜브 지지플레이트(45)의 반대면에 튜브 지지플레이트 정렬블록(48)으로 작용한다.
셀/슈라우드/튜브 지지플레이트 조립체가 가열될 경우, 튜브 지지플레이트(45)의 재료에 비해서 셀(11) 및 슈라우드(26,33) 재료의 열팽창 계수가 높을수록 튜브 지지플레이트(45)에 비해서 슈라우드(26,33)의 팽창을 야기할 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 고온 상태에서, 푸시 로드(154)는 슈라우드(26,33) 내에 최초 중심위치(163)에 비해서 튜브 지지플레이트(45)의 측면변위 혹은 오프셋(164)을 야기할 것이다. 푸시 로드(154)에 압축력은 튜브 지지플레이트(45)의 반대면 상에 튜브 지지플레이트 정렬블록(48)과 튜브(27) 혹은 2개의 튜브(27)와 접촉으로 반작 용될 것이다. 양 경우에, 튜브 접촉력이 성취되어, 증가된 튜브 지지효율의 바람직한 결과를 제공한다.
도 4를 참조로 하여, 고온상태에 튜브 대 지지부 접촉력의 제어는 압축된 나선형 스프링(152)에 초기 냉각상태에 선부하를 제어하여 성취된다. 압축된 나선형 스프링(152)에 부하는 압력챔버(151)의 단부에 접근플러그(153)를 통해 조정할 수 있다.
냉각 정지 상태에서, 접근플러그(153)는 제거될 수 있고, 압축피스톤(157)은 스프링 선부하 나사(158)를 회전시켜 나선형 스프링(152)을 향해 밀어붙여 압축한다. 압축된 나선형 스프링(152)은 바람직한 힘으로 푸시 로드(154)에 부하를 거는 푸시 로드 버튼(155)에 대해 밀어낸다.
추가로, 튜브(27)와 튜브 지지플레이트(45) 사이에 접촉력은 푸시 로드(154)의 측면변위 혹은 스트로크를 제한하여 제어될 수 있다. 최대 스트로크(stroke) 거리는 바람직한 열팽창 계수를 갖는 튜브 지지플레이트(45)용 재료를 선택하여 제어될 수 있는데, 스트로크는 고온상태에서 튜브 지지플레이트(45)와 튜브 지지플레이트 정렬블록(48) 사이의 최대 방사상의 틈새 혹은 선택가능하기로, 푸시 로드(154)의 길이를 조정하여서 제한되되, 푸시 로드 피스톤(155)과 셀(11) 사이의 초기 거리가 제어되어서 푸시 로드 피스톤(155)과 셀(11) 사이에 최대 이동범위를 제한한다.
푸시 로드(154)의 제작에 사용될 재료는 밀침기능을 돕기 위해 높은 열팽창 계수를 갖는 재료로 선택될 수 있다.
셀(11)에 구멍(161)을 관통하는 누출경로 때문에, 전반적인 나선형 스프링 조립체는 볼트, 개스킷 및 플랜지 연결(160)을 수단으로 하여 셀(11)에 부착된 압력챔버(151) 내에 수용된다. 작은 구멍(미도시)은 푸시 로드 피스톤(155)과 압축 피스톤(157) 및 나사스테이(159;screw stay)에 구비되어 모든 내부용적 사이에 압력균일을 허용하여서 스프링 피스톤 상에 유체압력부하를 제거한다.
본 발명의 장점은 다음과 같다:
튜브 지지플레이트 변위시스템(150)은 증기발생기 셀(11) 내부에 오직 하나의 부품, 푸시 로드(154)만을 구비하여서 결함부품의 잠재력을 최소화한다. 푸시 로드(154) 이외에, 튜브(27)가 위치된 슈라이드(26) 내부에는 어떤 부품도 구비하지 않는다. 푸시 로드(154) 이외에, 모든 부품들은 증기발생기 외부에 놓이고 별도의 압력챔버(151) 내에 수용된다. 푸시 로드 힘을 실현하는 하드웨어는 증기발생기 외부에 놓이고, 감지, 선부하의 조정 또는 스트로크 길이의 조정에 대한 접근을 용이하게 한다.
내부 변경이 거의 필요로 하지 않기 때문에, 본 설계는 현재의 설계를 개장할 수 있다. 반대로, 튜브 지지플레이트 변위시스템(150)은 쉽게 제거될 수 있어, 지지조립체를 원래 상태로 복귀시킬 수 있다. 외부 압력챔버(151)는 대체 스프링 부하 메카니즘을 수용할 수 있다.
튜브(27), 튜브 지지플레이트(45), 슈라우드(26,33), 및 셀(11) 사이에 지진력의 이동용으로 사용될 일반 부하경로는 이전과 똑같다.
푸시 로드 오정렬 부하는 비교적 유연한 슈라우드(26)에 대한 작용에 대향하 여 견고한 장착지점인 셀(11)에 대해서 작용한다.
튜브 지지플레이트(45)에 구조적 장착을 위해 필요하지 않기 때문에, 본 발명은 튜브 지지플레이트(45)를 바람직하게 잡아당기는 오정렬을 성취하도록 튜브 지지플레이트(45)를 밀어낸다.
본 발명의 특정 실시예와 설명은 도시되고 본 발명의 원리를 적용한 도면을 기술하되, 본 발명은 원리에서 벗어나지 않게 청구범위에 기술되어진 대로 실시될 수 있거나 당해분야의 숙련자들에게 알려진 바와는 달리 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리를 실현할 수 있는 관류형 폐열회수보일러(OTSG)의 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 작동 환경 내에 있도록 설치된 다관 지지시스템의 상부 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다관 지지시스템의 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 튜브 지지플레이트 변위시스템의 측단면도로서, 도 2의 4-4선을 따라 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 다수의 튜브 지지플레이트 변위시스템을 병합한 튜브 지지플레이트 조립체의 측단면도이다.

Claims (23)

  1. 유체를 유동시키기 위해서, 평행하게 이격된 다수의 튜브로서, 튜브 위를 유동하는 유체에 열전달하는 다수의 튜브를 구비하고, 튜브에 교차하여 배열된 다수의 튜브 지지플레이트를 추가로 구비하고, 그리고 하나 이상의 푸시 로드, 대응하는 압축된 나선형 스프링 및 대응하는 압력 챔버를 포함하는 튜브 지지플레이트 변위시스템을 구비하는 증기발생기를 조립하는 조립방법은,
    상기 튜브 지지플레이트를 정렬하는 단계;
    상기 정렬된 튜브 지지플레이트를 관통하여 튜브를 삽입하는 단계; 및
    상기 증기발생기를 가열할 경우, 상기 튜브와 교차하는 횡방향으로 정렬에서 벗어나게 하나 이상의 지지플레이트를 변위하는 변위 단계에 의해, 튜브 지지의 유효성을 증가시키는 단계;
    를 포함하는 증기발생기의 조립 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변위 단계는 하나 걸러서 다른 지지플레이트만을 변위하는 단계를 추가로 포함하는 증기발생기의 조립 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변위 단계는 교대로 상기 튜브와 교차하는 제1횡방향으로 다수의 제1지지플레이트를 변위하는 단계와 상기 제1횡방향과 반대인 제2방향으로 나머지 다수의 지지플레이트를 변위하는 단계로 이루어지는 증기발생기의 조립 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변위 단계는 추가로 상기 튜브와 교차하는 제1횡방향으로 하나 걸러서 다른 지지플레이트를 변위하는 단계와 상기 제1횡방향과 반대이고 상기 튜브와 교차하는 횡방향으로 나머지 지지플레이트를 변위하는 단계를 포함하는 증기발생기의 조립 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변위 단계는 상기 튜브와 교차하는 동일한 횡방향으로 인접한 지지플레이트를 변위하는 단계를 추가로 포함하는 증기발생기의 조립 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변위 단계는 다수의 튜브지지플레이트를 변위하는 단계를 추가로 포함하는 증기발생기의 조립 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변위 단계는 상기 다수의 튜브 지지플레이트를 가변적으로 변위하는 단계를 추가로 포함하는 증기발생기의 조립 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 변위 단계는 하나 이상의 다른 방향으로 상기 다수의 튜브 지지플레이트를 변위하는 단계를 추가로 포함하는 증기발생기의 조립 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 변위 단계는 하나 이상의 다른 방향으로 다수의 튜브 지지플레이트를 가변적으로 변위하는 단계를 추가로 포함하는 증기발생기의 조립 방법.
  10. 유체를 유동시키기 위해서, 평행하게 이격된 다수의 튜브로서, 튜브 위를 유동하는 유체에 열전달하는 다수의 튜브를 구비하고, 추가로 원통형상의 슈라우드를 구비하고, 상기 슈라우드는 원통형상의 압력 셀 내에 배치되어 상기 튜브를 둘러싸는 열교환기에서 사용하기 위한 튜브 지지스템은,
    상기 튜브와 교차되게 배치되고, 상기 슈라우드보다 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료로 제작된 튜브 지지플레이트; 및
    상기 튜브 지지플레이트를 변위하기 위한 수단들이 상기 튜브 지지플레이트를 변위시키도록 구성되어져 있는 스프링을 포함하고, 상기 튜브와 교차하는 횡방향으로 상기 튜브 지지플레이트를 변위하는 수단;을 구비하는 튜브 지지시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 튜브 지지플레이트를 변위하는 수단은 상기 셀의 외부면에 장착되는 튜브 지지시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 튜브 지지플레이트를 변위하는 수단은 푸시 로드를 더 포함하고, 상기 푸시 로드는 상기 튜브 지지플레이트의 엣지와 접촉하는 푸시 로드를 밀어내는 스프링에 연결되어, 상기 튜브 지지플레이트를 변위하는 튜브 지지시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스프링은 상기 셀 외부에 위치되는 튜브 지지시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 스프링은 선부하 처리되어 있는 튜브 지지시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 푸시 로드는 상기 슈라우드 내에 위치된 상기 튜브 지지시스템의 유일한 구성부재로 되어 있는 튜브 지지시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 튜브 지지시스템은 410S 스테인리스강으로 만들어지고 상기 슈라우드는 탄소강을 만들어지는 튜브 지지시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 튜브와 교차하는 횡방향으로 상기 튜브 지지플레이트를 변위하는 다수의 수단을 구비하는 튜브 지지시스템.
  18. 유체를 유동시키기 위해서, 평행하게 이격된 다수의 튜브로서, 튜브 위를 유동하는 유체에 열전달하는 다수의 튜브를 구비하고, 추가로 상기 튜브와 원통형상의 슈라우드에 교차배열된 튜브 지지플레이트를 구비하고, 상기 슈라우드는 원통형상의 압력 셀 내에 배치되고 상기 튜브를 둘러싸는 열교환기에서 사용하기 위한 튜브 지지스템은,
    튜브 지지플레이트와 접촉하는 제1단부와 이 제1단부 반대쪽에 푸시 로드 피스톤과 접촉하는 제2단부를 갖춘 푸시 로드와;
    상기 튜브와 교차하는 방향으로 상기 푸시 로드에 측면변위 힘을 가하도록 상기 푸시 로드 피스톤과 접촉하는 나선형 스프링;
    상기 나선형 스프링과 푸시 로드 피스톤을 수용한 상기 셀 외부에 있는 압력챔버; 및
    상기 셀의 외부면에 상기 압력챔버를 장착하는 수단;을 구비하는 튜브 지지 변위시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 셀 외부에, 상기 나선형 스프링으로 상기 푸시 로드에 가해질 힘을 조정하는 수단을 추가로 구비하는 튜브 지지 변위시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 푸시 로드의 길이는 상기 푸시 로드의 최대 측면변위를 한정하도록 조정되는 튜브 지지 변위시스템.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 튜브 지지플레이트의 재료는 상기 푸시 로드의 최대 측면변위를 한정하도록 미리 선택되어 있는 튜브 지지 변위시스템.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 나선형 스프링은 선부하 처리되어 있는 튜브 지지 변위시스템.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 압력챔버는 상기 셀에 제거가능하게 장착되어 있는 튜브 지지 변위시스템.
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