KR101943672B1 - 진동-방지 바아 클램핑 공구 - Google Patents

진동-방지 바아 클램핑 공구 Download PDF

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Abstract

제조 동안에, 용접 전에, U자형 관 증기 발생기의 관 다발의 굽힘 영역 내의 유동 관와 진동-방지 바아 사이의 간극을 두기 위한 자동화된 공구 및 방법. 공구는 시저 조립체에 부착된 2개의 토글 클램프 요소를 포함하며, 이 2개의 토글 클램프 요소는 힘 게이지와 합치하여 리니어 구동 모터에 의해 작동되고, 거리 측정 장치에 결합된다. 공구는, 먼저 토글 클램프를 2개의 인접 진동-방지 바아에 각각 부착시킴으로써 작동된다. 이어서 공구 상의 리니어 구동 모터가 사이클 구동되고, 힘 및 거리의 판독값이 곡선 상에 플로팅되어 진동-방지 바아와 관 사이의 접촉점을 결정한다. 이어서 컴퓨터는 곡선의 기울기가 현저히 변하는 지점에 인접한 위치 좌표의 원하는 범위로 간극을 조정하도록 구동 모터를 자동으로 사이클 구동시킨다.

Description

진동-방지 바아 클램핑 공구{ANTI-VIBRATION BAR CLAMPING TOOL}
본 발명은 일반적으로 열교환기 및 U자형 관 열교환기의 관 굽힘 영역 내의 진동을 방지하기 위한 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로 그러한 열교환기의 U자형 굽힘 영역 내의 관 칼럼(tube column) 사이의 관 레인(tube lane) 내의 진동-방지 바아(anti-vibration bar)의 이격을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
U자 형상의 열교환기는 보통 가압수형 원자로(pressurized water nuclear reactor) 증기 발생기에 채용된다. 원자로 증기 발생기는 일반적으로 수직 배향된 쉘(shell), 관 다발(tube bundle)을 형성하도록 쉘 내에 배치된 복수의 U자 형상의 관, U-유사 만곡부 반대편의 단부에서 관을 지지하기 위한 관 시트(tube sheet), 관 시트와 협력하는 분할 플레이트, 및 관 다발의 하나의 단부에서 일차 유체 입구 헤더(inlet header)를 형성하고 관 다발의 다른 단부에서 일차 유체 출구 헤더(outlet header)를 형성하는 반구형 채널 헤드(channel head)를 포함한다. 일차 유체 입구 노즐은 일차 유체 입구 헤더와 유체 연통하고, 일차 유체 출구 노즐은 일차 유체 출구 헤더와 유체 연통한다. 증기 발생기 이차측은 관 다발과 쉘 사이에 배치된 래퍼(wrapper)로서, 외측에서는 쉘로 그리고 내측에서는 래퍼로 구성된 환형 챔버를 형성하는, 상기 래퍼, 및 관 다발의 U-유사 만곡부 위에 배치된 급수 링(feedwater ring)을 포함한다.
노심(reactor core)을 통한 순환에 의해 가열된 일차 유체는 일차 유체 입구 노즐을 통해 증기 발생기에 진입한다. 일차 유체 입구 노즐로부터, 일차 유체는 일차 유체 입구 헤더를 통해, U자형 관 다발의 내측을 통해, 일차 유체 출구 헤더 밖으로, 일차 유체 출구 노즐을 통해 그리고 원자로 냉각재 시스템의 나머지 부분으로 안내된다. 동시에, 급수는 증기 발생기 내측의 급수 링에 연결된 급수 노즐을 통해 증기 발생기 이차측으로 도입된다. 증기 발생기에 진입시, 급수는 U자형 관 다발 위에 위치된 수분 분리기로부터 복귀하는 물 - 재순환 스트림으로 지칭됨 - 과 혼합된다. 다운코머 유동(downcomer flow)으로 불리는 이러한 혼합물은 환형 챔버의 바닥 부근의 관 시트가 물로 하여금 방향을 반대로 하게 할 때까지 쉘과 래퍼 사이의 쉘에 인접한 환형 챔버 아래로, U자형 관의 외측과 열교환 관계로 통과해, 그리고 래퍼의 내측을 통해 위로 안내된다. 물이 관 다발과 열교환 관계로 순환하는 동안, 열이 관 내의 일차 유체로부터 관 주위의 물로 전달되어, 관 외측에 있는 물의 일부가 증기로 변환되게 한다. 증기는 이어서 상승하고, 증기로부터 임의의 혼입된 물을 분리하는 다수의 수분 분리기를 통해 안내되며, 증기는 이어서 증기 발생기를 빠져나가고 전형적으로 발전 장비를 통해 순환되어 당업계에 잘 알려져 있는 방식으로 전기를 생성한다.
U자 형상의 관의 다발 및 채널 헤드를 주로 포함하는 증기 발생기의 부분은 전형적으로 증발기 섹션으로 지칭된다. 수분 분리기를 포함하는, U자 형상의 관 위에 있는 증기 발생기의 부분은 전형적으로 증기 드럼(steam drum)으로 지칭된다. 급수는 원통형 쉘의 상부 부분에 배치된 입구 노즐을 통해 증기 발생기에 진입한다. 급수는 분배되고, 수분 분리에 의해 제거된 물과 혼합되며, 이어서 관 다발을 둘러싸는 환형 채널 아래로 유동한다.
U자형 관은 종래의 수단에 의해 그것의 개방 단부에서 지지되며, 이에 의해 관의 단부는 증기 발생기의 종방향 입구에 대해 횡방향으로 배치된 관 시트에 밀봉 용접된다. 서로에 대해 축방향으로 이격된 관계로 배열된 일련의 관 지지 플레이트가 관(tubing)의 직선 섹션을 지지하기 위해 관의 직선 부분을 따라 제공된다. 상부 관 지지 조립체가 관 다발의 관의 U자 형상의 부분을 지지하는 데 이용된다. 상부 조립체는 서로에 대해 이격된 관계로 관 다발의 외측 둘레에 배열된 복수의 유지 링을 포함한다.
유지 링은, 관 지지 플레이트와 마찬가지로, 증기 발생기의 종방향 입구에 대해 횡방향으로 배열된다. 각각의 유지 링은 일반적으로 유지 링의 특정 위치에서 관 다발의 외주(outer periphery)와 일치하는 타원 형상이다. 따라서, 유지 링의 타원의 크기는 관 다발의 상부 단부를 향해 거리에 따라 감소한다. 따라서, 최상측 유지 링은, 관 다발의 형상이 급격히 수렴하는 관 다발의 최상측 부분에 위치되기 때문에, 비교적 작다.
유지 링 각각은, 전형적으로 관의 U자 형상의 부분의 각각의 칼럼 사이에 배치되는 복수의 진동-방지 바아에 연결된다. 일부 증기 발생기에서, 진동-방지 바아는 2개의 레그(leg)가 그들 사이에 소정의 각도를 갖도록 형성되게 V자 형상의 구성으로 구부러진 바아를 포함한다. V자 형상의 바아는 증기 발생기 유동 관의 연속적인 칼럼 사이에 삽입된다. 바아의 V자 단부는 유동 관 사이에 삽입되며, 바아의 자유 단부는 적절한 유지 링의 대향 측부에 용접된다. 이러한 방식으로, 관 다발의 관 각각은 만곡된 또는 U자 형상의 부분의 길이를 따라 다수의 이격된 위치에서 진동-방지 바아에 의해 지지된다. 이러한 배열은 선 지지(line support)를 제공하면서도, 급수가 증기 발생기 관의 만곡된 부분 둘레에서 그리고 그 사이에서 유동하도록 허용한다. 다시 말해서, 진동-방지 바아는 지지를 제공하며, 재순환 물의 유동을 실질적으로 간섭하지 않는다.
진동-방지 바아는 전체 관 다발의 개별 관의 연속적인 진동을 방지하도록 의도된다. 문제의 진동은 유동 관을 지나는 물 및 증기의 유동에 의해 야기된다. 이러한 유동-유도된 진동은 잠재적으로 유동 관에 손상을 줄 수 있다. 관 다발의 U자 형상의 부분이 진동에 의해 더 심하게 영향을 받고, U자 굽힘 구성 때문에, 진동을 제거하기 위해 적절히 지지하기가 더 어렵다는 것이 잘 알려져 있다. 진동-방지 바아의 출현은 진동의 크기 및 존재를 현저하게 감소시켰지만, 그것은 모든 경우에 진동에 의해 야기되는 손상을 완전히 제거하지는 않았다.
관 다발의 관의 U자 굽힘 부분의 곡률의 기계적 측면이, 이러한 문제에 대한 기계적 해결책을 찾는 것에 주 장애물이다. 관 다발의 U자 형상의 관은 그것의 외경과 관련된 치수 허용 오차(dimensional tolerance)를 갖는다. 굽힘의 결과로서 관의 타원화에 의해 야기되는 진동이 또한 존재한다. 또한, 인접한 관 사이의 공간적 관계는 설계 제한 내에 있기는 하지만 가변적인 것이다. 따라서, 증기 발생기 관 사이의 공칭 간격과 관련된 치수 허용 오차가 존재한다. 진동-방지 바아의 외측 치수와 관련된 치수 허용 오차가 존재한다. 이러한 허용 오차와 치수 변화의 조합은 증기 발생기의 관과 진동-방지 바아 사이의 바람직하지 않은 간극의 제거를 방지한다. 임의의 큰 간극은 바람직하지 않는데, 그 이유는 그것이 관의 진동 및 관과 진동-방지 바아 사이의 상대 운동을 허용하기 때문이다. 이 상대 운동은 관의 마모 및 후속적인 손상 또는 고장을 야기할 수 있다. 따라서, 진동 제어 목적을 위해 관과 진동-방지 바아 사이의 간격을 제어하는 것, 그리고 추가적으로 너무 많은 압력은 관을 손상시킬 수 있다는 점에서 진동-방지 바아가 관에 가하는 압력을 제한하는 것이 중요하다. 따라서, 증기 발생기의 제조 동안에 진동-방지 바아가 그것이 단부에서 유지 링에 용접되기 전에 진동-방지 바아와 관 사이의 간격을 제어하기 위한 수단을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
진동-방지 바아가 그것의 단부에서 대응하는 유지 링에 용접되기 전에 관 칼럼의 관 레인 내의 관으로부터 진동-방지 바아를 이격시키는 공정을 자동화하는 것이 본 발명의 추가의 목적이다.
유동 관과 인접 진동-방지 바아 사이에 일관된 간격을 확립하는 것이 본 발명의 추가의 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 진동-방지 바아 단부가 대응하는 유지 링에 용접된 후에 유동 관으로부터의 진동-방지 바아의 준공 간격(as built spacing)의 기록을 생성하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
이러한 상기 목적은 U자형 관 열 교환기의 관 다발의 U자형 굽힘부 내에 진동-방지 바아를 설치하는 후술되는 방법에 의해 달성되며, 여기서 관 다발은 관 레인(tube lane)이 사이에 있는 상태로 칼럼(column)으로 배열된 복수의 열(row)의 관을 갖는다. 본 방법은 시저 조인트(scissor joint)에서 함께 힌지결합된 2개의 클램프(clamp)를, 관 다발의 관 2개의 인접 칼럼의 관 레인 내의 U자형 굽힘부 내에 각각 위치된 2개의 인접 진동-방지 바아에 각각 연결하는 단계로서, 클램프는 각각 시저 조인트의 상류측에 작동 아암(actuation arm)을 갖고, 클램프, 작동 아암 및 시저 조인트는 시저 조립체(scissor assembly)를 형성하는, 상기 2개의 클램프 연결 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 클램프 사이의 거리, 및 이에 따라 2개의 인접 진동-방지 바아 사이의 거리를 조정하여 진동-방지 바아와 2개의 인접 진동-방지 바아 사이의 관의 칼럼 사이의 간격을 변경하도록, 시저 조립체에 연결된 리니어 구동 모터(linear drive motor)를 작동시키는 단계를 포함한다. 이어서 진동-방지 바아의 단부 부분이, 관 다발의 U자형 굽힘부의 만곡된 부분의 주변부(periphery)를 둘러싸는 대응 유지 링에 용접된다.
하나의 바람직한 실시예에서, 본 방법은 리니어 구동 모터에 의해 2개의 인접 진동-방지 바아에 가해지는 힘을 컴퓨터로 제어하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 컴퓨터는 칼럼 및 진동-방지 바아 넘버에 의해 용접 전에 진동-방지 바아와 진동-방지 바아 사이에 있는 관(tubing)의 칼럼 사이의 간격을 기록한다. 가장 바람직하게는, 컴퓨터는 또한 칼럼 및 진동-방지 바아 넘버에 의해 용접 후에 진동-방지 바아와 관의 칼럼 사이의 간격을 기록한다. 바람직하게는, 리니어 구동 모터는 변위 센서 및 힘 측정 장치를 포함하며, 바람직하게는 변위 센서 측정 장치는 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer)이고 힘 측정 장치는 로드 셀(load cell)이다. 다른 실시예에서, 본 방법은 리니어 구동 모터를 사이클 구동시키는 단계를 포함하며, 힘 및 거리의 출력은 힘/거리 곡선의 기울기를 결정하기 위해 컴퓨터로 입력된다. 이 출력은 컴퓨터가 진동-방지 바아와 진동-방지 바아 사이에 있는 관 사이의 접촉점을 결정하는 것을 가능하게 한다. 접촉점의 결정 후에, 이어서 컴퓨터는 유지 링에 대한 진동-방지 바아의 용접 전에 진동-방지 바아와 관 사이의 간극(gap)을 사전선택된 간극으로 조정하도록 리니어 구동 모터를 사이클 구동시킬 수 있다. 진동-방지 바아의 용접 및 냉각 후에, 이어서 시저 조립체 내에서 하중이 발생하지 않는 위치를 결정함으로써 인접 진동-방지 바아 사이의 최종 간극을 결정하기 위해 리니어 구동 모터가 사이클 구동될 수 있다. 바람직하게는, 클램프는 각각 토글 클램프(toggle clamp)이다.
하기에 제공되는 실시예는 또한 진동-방지 바아가 관 다발의 일부분의 외측을 둘러싸는 유지 링에 용접되기 전에 진동-방지 바아를 관 다발 내의 관의 인접 칼럼으로부터 사전선택된 거리에 위치시키기 위해 U자형 관 열교환기의 관 다발의 U자형 굽힘부 내의 관 레인 내에 있는 진동-방지 바아에 하중을 가하기 위한 장치를 고려한다. 장치는 시저 조인트에서 함께 힌지결합된 2개의 클램프를 포함하며, 각각의 클램프는 시저 조인트의 상류측에 작동 아암을 갖고, 클램프, 작동 아암 및 시저 조인트는 시저 조립체를 형성한다. 본 장치는, 시저 조립체에 연결되고 2개의 클램프 사이의 거리를 조정하도록 작동가능한 리니어 구동 모터를 추가로 포함한다. 본 장치는 리니어 구동 모터의 변위 및 이에 따라 2개의 클램프 사이의 거리의 변화를 측정하기 위한 변위 측정 장치를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 클램프는 토글 클램프이고, 리니어 구동 모터는 컴퓨터에 의해 제어된다. 또한, 본 장치는 리니어 구동 모터의 변위 및 이에 따라 2개의 클램프 사이의 간격을 측정하기 위한 변위 측정 장치를 포함한다. 본 장치는 또한 바람직하게는 리니어 구동 모터에 의해 시저 조립체에 가해지는 힘을 측정하기 위한 측정 장치를 갖는다.
첨부 도면과 함께 읽을 때 하기의 바람직한 실시예의 설명으로부터 본 발명의 추가의 이해가 얻어질 수 있다.
도 1은 본 실시예의 방법 및 장치가 적용될 수 있는 U자 형상의 굽힘 관을 갖는 원자력 증기 발생기의 부분 단면 사시도,
도 2는 도 1의 증기 발생기의 상부 부분의 축방향 섹션의 개략적인 표현으로서, 특히 유동 관의 굽힘 부분, 및 그러한 발생기에 일반적으로 채용되는 진동-방지 바아의 전형적인 설치 위치를 도시하는 도면,
도 3은 진동-방지 바아의 하나의 수준에서 취한 종래의 관 다발의 개략 평면도로서, 유동 관의 칼럼에 대해 진동-방지 바아를 위치설정하기 위한 종래의 기구를 도시하는 도면,
도 4는 유동 관 칼럼 사이의 레인 내에 몇 개의 진동-방지 바아를 각각 위치설정하는 데 적용된 본 명세서에 기술된 바람직한 실시예의 공구를 도시하는, 도 3의 개략 부분 평면도, 및
도 5는 진동-방지 바아 클램핑 하중 대 도 4에 도시된 공구에 의해 감지되는 편향(deflection)을 도시하는 예시적인 힘/거리 곡선의 그래프 표현.
이제, 도면 - 여기서 유사한 특징부는 다양한 도면간에 동일한 도면 부호로 지시됨 - 을, 그리고 특히 본 실시예가 적용될 수 있는 전형적인 증기 발생기를 도시하는 도 1 및 도 2를 참조한다.
원자력 증기 발생기(10)는 상부 섹션(11) 및 하부 섹션(12)을 갖는 실질적으로 원통형인 쉘(shell)을 포함한다. 반구형 헤드 또는 채널 헤드(13)가 하부 부분(12)의 하부 단부에서 밀봉식으로 부착된다. 상부 헤드(14)가 상부 부분(11)의 상부 단부에 밀봉식으로 부착된다. U자 형상의 관의 다발(15)이 하부 부분(12) 내에 배치된다. 관 다발(15)의 일 단부는 채널 헤드(13)의 고온 레그(16) 및 일차 냉각재 유동 입구 노즐(17)과 유동 연통한다. 관 다발(15)의 다른 개방 단부는 채널 헤드(13)의 저온 레그(18) 및 일차 냉각재 유동 출구 노즐(19)과 유동 연통한다. 칸막이(20)가 채널 헤드(13)의 고온 레그(16)와 저온 레그(18)를 분할한다. 따라서, 고온 원자로 냉각재는 증기 발생기(10) 내로 그리고 입구 노즐(17)을 통해, 고온 레그(16)를 통해 관 다발(15) 내로, 그리고 관 다발(15)을 통해 그리고 그 밖으로 유동한다. 이제 냉각된 원자로 냉각재는 이어서 저온 레그(18)를 통해 그리고 출구 노즐(19) 밖으로 다시 원자로로 유동하여 유동 사이클을 반복한다.
관 다발(15) 및 채널 헤드(13)를 주로 포함하는 증기 발생기(10)의 그 부분(12)은 증발기 부분으로 지칭된다. 증기 발생기(10)의 상부 섹션(11)은 일반적으로, 수분 분리기(21)를 포함하는 증기 드럼 부분으로 지칭된다. 급수는 입구 노즐(22)을 통해 증기 발생기(10)에 진입하고, 수분 분리기(21)에 의해 제거된 물과 혼합된다. 급수 및 재순환 스트림은 관 다발(15)을 둘러싸는 다운코머(downcomer) 아래로 유동하고, 관 다발의 단부가 고정된 관 시트에 인접한 그것의 바닥에서 관 다발(15) 내로 도입된다. 급수와 재순환 물의 혼합물은 이어서 관 다발(15)을 통해 위로 유동하고, 여기서 관 다발(15)의 관(25) 내에서 유동하는 물에 의해 비등점까지 가열된다. 급수와 수분 분리기(21)에 의해 제거된 물의 비등하는 혼합물에 의해 생성되는 증기는 상승하여 증기 드럼 부분(11) 내로 들어가고, 여기서 증기가 증기 출구 노즐(23)을 통해 빠져나가기 전에 수분 분리기(21)가 증기 내에 혼입된 물을 제거한다. 증기는 이어서 증기 터빈(도시되지 않음)으로 그리고 그 후에 다시 증기 발생기 내로 유동하며, 여기서 사이클이 반복된다.
U자 형상의 관(25)은 관 다발(15)의 구성 내의 그것의 직선 길이를 따라 일련의 지지 플레이트(26)에 의해 지지된다. 관(25)의 굽힘 또는 U자 형상의 부분은 일련의 유지 링(27a, 27b, 27c)을 포함하는 조립체에 의해 지지된다. 유지 링 각각은 일반적으로 둥근 또는 타원형 구성을 가지며, 이때 27c는 27b보다 작고, 27b는 27a보다 점진적으로 작다. 복수의 세트의 진동-방지 바아(28)가 U자 형상의 관(25)의 인접한 칼럼 사이에 배치된다. 하나의 그러한 세트의 진동-방지 바아가 도 2에 보다 명확히 도시되어 있으며, 유사한 진동-방지 바아(28)의 연속적인 세트가 도시된 세트의 뒤에 그리고 앞에 배치됨이 이해된다. 진동-방지 바아(28a, 28b, 28c) 각각은 V자 형상의 구성을 가지며, 이때 끼인각은 상이하고, 그것의 단부는 각자의 유지 링(27a, 27b, 27c)의 대칭적으로 대향하는 지점에, 예를 들어 용접에 의해 부착된다. 도 2는 진동-방지 바아(28a, 28b, 28c)가 관(25)의 굽힘 또는 U자 형상의 부분을 지지하도록 배치된 것을 보여주는, 관 다발(15)을 통해 취한 개략 단면도를 도시하고 있으며, 관(25)의 열 및 행 배열에 유의한다.
전술된 바와 같이, 제조 동안에, 진동-방지 바아가 대응하는 유지 링(27a, 27b, 27c)에 용접되기 전에 인접 관(25)으로부터의 진동-방지 바아(28a, 28b, 28c)의 간격은, 전술된 바와 같은 제조 허용 오차 및 변화와, 저온 상태로부터 정상 상태, 고온 작동 환경으로 전이할 때 겪게 되는 열팽창을 수용하기 위해 대단히 중요하다. 너무 가까운 간격은 작동 동안에 관에 너무 많은 압력을 가할 수 있으며, 이는 관을 손상시키고 부식을 촉진할 수 있다. 대안적으로, 진동-방지 바아와 인접 관 사이의 너무 큰 간극은 진동에 대한 진동-방지 바아의 완화 효과를 감소시키고 게다가 관을 손상시킬 수 있다. 따라서, 진동-방지 바아(28)와 관(25) 사이의 간격이 달성될 수 있는 한 설계 사양에 가깝고 관 다발(15)의 칼럼마다 일관되게 적용되는 것이 바람직하다.
진동-방지 바아 설치는 제조 시설에서 수행되며, 전통적으로 진동-방지 바아가 수동으로 이격되는 것을 필요로 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 진동-방지 바아(28)에는 단부 캡(30)이 제공되며, 이 단부 캡(30)은, 완전히 구성된 상태에서, 32에 도시된 바와 같이 유지 링(27)에 용접되어 유동 관(25)의 인접 칼럼에 대해 그것의 적절한 간격을 고정시킨다. 전통적으로, 적절한 간격을 확립하기 위해, 이미 용접된 진동-방지 바아와 용접될 인접 바아 사이에 스페이서 블록(spacer block) 또는 게이지(gauge)(34)가 삽입된다. 진동-방지 바아 단부 캡(30)과 유지 링(27) 사이의 용접부가 경화될 때까지 스페이서 블록(34)에 의해 형성된 간격을 유지하기 위해, 클램핑력(36)이 전형적으로 진동-방지 바아(28)의 축에 수직으로 인가된다. 개별적으로 크기설정된 스페이서는 유동 관(25)과 2개의 인접 진동-방지 바아(28) 사이의 매우 작은 간극을 허용하며, 이는 진동을 완화시키면서 작동 온도에서 관(25)에 대한 압축력을 방지할 것이다. 적절한 스페이서 블록의 선택은 현재 스페이서를 수동으로 삽입하고, 생성되는 간극을 다양한 필러 게이지(feeler gauge)로 측정함으로써 수행되며, 허용가능한 간극이 확인되면, 진동-방지 바아 단부 캡(30)이 유지 링(27)에 용접되는 동안 클램프가 제위치에 유지된다. 이는 힘든 공정이다. 본 명세서에 기술된 실시예는, 공정의 효율을 향상시키고 반복가능한 일관된 결과를 제공하는 자동화된 진동-방지 바아 클램핑 공구를 제공한다.
본 명세서에 기술되는 실시예가 관 다발(15)의 부분 평면도를 제공하는 도 4에 도시되어 있으며, 도 4는 진동-방지 바아(28)에 의해 인접 관 레인 내에서 2개의 측부에서 접경되는 관(25)의 3개의 부분 칼럼을 보여주고 있다. 도 4에 도시된 실시예는 유지 링(27)에 대한 용접 전에, 관(25)에 대해 진동-방지 바아(28)를 위치설정하기 위한 자동화된 공구(38)를 채용한다. 공구는 하나의 말단부에 조(jaw)(42)를 갖는 2개의 클램프 요소(40)를 포함하며, 이 조(42)는 각자의 조(42)에 대응하는 작동 아암(44)이 서로를 향해 당겨질 때 인접 진동-방지 바아를 향하여 접근하여 고정된다. 바람직하게는, 조(42) 중 하나는 단부 캡(30)이 용접부(32)를 통해 유지 링(27)에 이미 부착된 진동-방지 바아(28) 상에 고정된다. 바람직하게는, 작동 아암(44)은 조(42)를 개방 상태와 로킹된 상태 사이에서 전이시키는 토글 링크 장치(toggle linkage)(46)를 통해 조(42)에 연결된다. 조는 모터에 의해 인가되는 힘을 결정하기 위한 힘 게이지(52)(또는 로드 셀(load cell))와 합치하여 리니어 구동 모터(50)에 의해 작동되는 시저 조립체(scissor assembly)(48)에 부착된다. 선형 가변 차동 변환기(linear variable differential transducer, LVDT)와 같은 거리 측정 장치(54)가 리니어 구동 모터(50)와 병렬도 장착된다. 대안적으로, 구동 모터는 그 자신의 변위 판독값을 가질 수 있다.
공구(38)는, 먼저 클램프 요소(40)를 사용해 시저 조립체(48)를 간격이 조정될 2개의 인접 진동-방지 바아에 클램핑함으로써 작동된다. 조(42)는 클램핑될 진동-방지 바아(28)의 위에 또는 아래에 위치되며, 조(42)는 작동 아암(44)을 서로를 향해 당겨서 링크 장치(46)를 폐쇄된 위치로 토글링함으로써 각자의 진동-방지 바아 상에 근접된다. 측정되고 있는 간극에 영향을 미치는 관(25)만이 판독값에 영향을 미치는 것을 보장하기 위해, 테이퍼 형성된 스프레더 바아(spreader bar) - 몇 개의 열의 관의 길이 - 가 "비용접된" 칼럼(56) 내에 삽입될 수 있다. 리니어 구동 모터(50)가 사이클 구동되고, 힘 및 거리의 판독값이 리니어 구동 모터를 제어하는 컴퓨터(58)에 자동으로 입력되어, 힘/거리 곡선의 기울기, 및 그 기울기의 변화로부터 진동-방지 바아와 유동 관(25) 사이의 접촉점을 결정한다. 진동-방지 바아 클램핑 하중 대 편향을 보여주는, 그러한 곡선의 예가 도 5에 도시되어 있으며, 이때 편향 거리는 X 축 상에 도시되고 하중 힘은 Y 축 상에 도시된다. 진동-방지 바아와 관 사이의 접촉은, 곡선이 좌표(60)에서 기울기의 현저한 변화를 가질 때 발생한다. 원하는 간극이 기울기 변화가 발생하는 지점 직전에, 좌표(62)의 좁은 범위 내에 위치된다. 컴퓨터는, 진동-방지 바아 단부 캡(30)에 대한 유지 링(27)의 용접 전에, 진동-방지 바아(28)와 관(25) 사이의 간극을 원하는 값으로, 예를 들어 범위(62) 내로 조정하도록 구동 모터(50)를 자동으로 사이클 구동시킨다. 진동-방지 바아의 용접 및 냉각 후에, 모터(50)는 시저 조립체(48) 내에서 하중이 발생하지 않는 위치를 결정함으로써 최종 간극을 결정하도록 사이클 구동된다. 이어서 컴퓨터가 최종 간극 및 진동-방지 바아 위치를 기록한다.
이와 같이, 이러한 실시예의 자동화된 진동-방지 클램핑 공구 및 방법은, 진동-방지 바아 또는 관 손상이 발생하지 않는 것을 보장하는 범위 내에서, 인접 진동-방지 바아 사이의 거리, 및 진동-방지 바아 사이의 생성되는 클램핑력의 힘 게이지 측정값을 변경하는 모터 구동식 이격 요소를 제공한다. 2개의 인접 진동-방지 바아와 최외측 관 사이에서 초기 접촉이 발생하는 이격 거리를 결정하도록 프로그래밍된 클램프의 이동은 반복가능한 일관된 결과를 보장한다. 또한, 관과 진동-방지 바아 사이의 원하는 간격을 설정하도록 프로그래밍된 클램프의 이동은 공정의 반복가능성 및 일관성을 보장한다. 추가적으로, 칼럼 및 진동-방지 바아 위치 넘버에 의해 용접 전에 유동 관과 진동-방지 바아 사이의 간격을 기록하는 것과, 칼럼 및 진동-방지 바아 위치 넘버에 의해 용접 후에 간격을 기록하는 것은, 발생기의 나중의 정비를 용이하게 할 정확한 제조 기록을 보장한다.
본 발명의 구체적인 실시예가 상세히 기술되었지만, 본 개시내용의 전체 교시에 비추어 이러한 상세사항에 대한 다양한 변경 및 대안이 이루어질 수 있음을 당업자는 인식할 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는, 단지 예시적인 것이며, 첨부된 특허청구범위의 최대 범위 및 그것의 임의의 그리고 모든 등가물로 주어지는 본 발명의 범위에 대한 제한이 아닌 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. U자형 관 열교환기(10)의 관 다발(tube bundle)(15)의 U자형 굽힘부에 진동-방지 바아(anti-vibration bar)(28)를 설치하는 방법으로서, 상기 관 다발은 관 레인(tube lane)이 사이에 있는 상태로 칼럼(column)으로 배열된 복수의 열(row)의 관(25)을 갖는, 진동-방지 바아(28)를 설치하는 방법에 있어서,
    시저 조인트(scissor joint)에서 함께 힌지결합된 2개의 클램프(clamp)(42)를, 상기 관 다발(15)의 관(25)의 2개의 인접 칼럼의 상기 관 레인 내의 상기 U자형 굽힘부 내에 각각 위치된 2개의 인접 진동-방지 바아(28)에 각각 연결하는 단계로서, 상기 클램프는 각각 상기 시저 조인트의 상류측에 작동 아암(actuation arm)(44)을 갖고, 상기 클램프, 상기 작동 아암 및 상기 시저 조인트는 시저 조립체(scissor assembly)(48)를 형성하는, 2개의 클램프를 연결하는 단계;
    상기 클램프(42) 사이의 거리, 및 이에 따라 상기 2개의 인접 진동-방지 바아(28) 사이의 거리를 조정하여 상기 진동-방지 바아와 상기 2개의 인접 진동-방지 바아 사이의 상기 관(25)의 칼럼 사이의 간격을 변경하도록, 상기 시저 조립체(48)에 연결된 리니어 구동 모터(linear drive motor)(50)를 작동시키는 단계로서, 상기 리니어 구동 모터(50)는 변위 측정 장치(54) 및 힘 측정 장치(52)를 포함하는, 리니더 구동 모터를 작동시키는 단계;
    상기 리니어 구동 모터(50)에 의해 상기 2개의 인접 진동-방지 바아(28)에 가해지는 힘을 컴퓨터(58)로 제어하는 단계;
    상기 리니어 구동 모터(50)를 사이클 구동시키는 단계로서, 힘 및 거리의 출력은 상기 진동-방지 바아(28)가 상기 관(25)을 가압하지 않고 상기 관(25)에 인접할 때를 결정하기 위해 상기 컴퓨터(58)로 입력되는, 리니어 구동 모터의 사이클 구동 단계;
    상기 진동-방지 바아(28)를 관으로부터 사전선택된 거리로 이격시키는 단계; 및
    상기 진동-방지 바아(28)의 단부 부분(30)을, 상기 관 다발(15)의 U자형 굽힘부의 만곡된 부분의 주변부(periphery)를 둘러싸는 대응 유지 링(27)에 용접하는 단계를 포함하는
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴퓨터(58)는 칼럼 및 진동-방지 바아 넘버에 의해 용접 전에 상기 진동-방지 바아(28)와 상기 진동-방지 바아(28) 사이에 있는 상기 관(tubing)(25)의 칼럼 사이의 간격을 기록하는
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴퓨터(58)는 칼럼 및 진동-방지 바아 넘버에 의해 용접 후에 상기 진동-방지 바아(28)와 상기 진동-방지 바아(28) 사이에 있는 상기 관(25)의 칼럼 사이의 간격을 기록하는
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이클 구동 단계는 힘/거리 곡선의 기울기를 결정하기 위해 상기 컴퓨터(58)에 힘 및 거리의 출력을 입력하여, 상기 진동-방지 바아(28)가 상기 관(25)을 가압하지 않고 상기 관(25)에 인접한 때의 결정이 이뤄지는
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컴퓨터(58)는 상기 진동-방지 바아(28)와 상기 진동-방지 바아(28) 사이에 있는 상기 관(25) 사이의 접촉점을 결정하는
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접촉점의 결정 후에, 상기 컴퓨터(58)는 상기 유지 링(27)에 대한 상기 진동-방지 바아의 용접 전에 상기 진동-방지 바아(28)와 상기 관(25) 사이의 간극(gap)을 사전선택된 간극으로 조정하도록 상기 리니어 구동 모터(50)를 사이클 구동시키는
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 진동-방지 바아(28)의 용접 및 냉각 후에, 상기 시저 조립체(48) 내에서 하중이 발생하지 않는 위치를 결정함으로써 인접 진동-방지 바아 사이의 최종 간극을 결정하기 위해 상기 리니어 구동 모터(50)가 사이클 구동되는
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 측정 장치(54)는 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer)인
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘 측정 장치(52)는 로드 셀(load cell)인
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램프(42)는 각각 토글 클램프(toggle clamp)인
    진동-방지 바아를 설치하는 방법.
  13. 진동-방지 바아(28)가 관 다발(15)의 일부분의 외측을 둘러싸는 유지 링(27)에 용접되기 전에 상기 진동-방지 바아를 상기 관 다발 내의 관(25)의 인접 칼럼으로부터 사전선택된 거리에 위치시키기 위해 U자형 관 열교환기(10)의 상기 관 다발(15)의 U자형 굽힘부 내의 관 레인 내에 있는 상기 진동-방지 바아(28)에 하중을 가하기 위한 장치(38)에 있어서,
    시저 조인트에서 함께 힌지결합된 2개의 클램프(42)로서, 각각의 클램프는 상기 시저 조인트의 상류측에 작동 아암(44)을 갖고, 상기 클램프, 상기 작동 아암 및 상기 시저 조인트는 시저 조립체(48)를 형성하는, 상기 2개의 클램프(42);
    상기 시저 조립체(48)에 연결되고, 상기 2개의 클램프(42) 사이의 거리를 조정하도록 작동가능한 리니어 구동 모터(50);
    상기 리니어 구동 모터(50)의 변위 및 이에 따라 상기 2개의 클램프(42) 사이의 거리의 변화를 측정하기 위한 변위 측정 장치(54); 및
    2개의 클램프가 상기 진동-방지 바아(28)에 가하는 힘을 측정하도록 구성된 힘 측정 장치(52)를 포함하는
    진동-방지 바아에 하중을 가하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 클램프(42)는 토글 클램프인
    진동-방지 바아에 하중을 가하기 위한 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 리니어 구동 모터(50)는 컴퓨터(58)에 의해 제어되는
    진동-방지 바아에 하중을 가하기 위한 장치.
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