KR102480167B1 - 제철소 롤 냉각 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 제철소 롤 냉각 펌프는, 펌프 하우징에 형성된 스터핑 박스; 상기 스터핑 박스에 설치된 샤프트; 상기 샤프트와 스터핑 박스의 사이에 압입된 패킹; 및 상기 패킹을 가압하는 패킹 마개;를 포함하되, 펌프의 흡입 압력에 맞춰 냉각수 누수량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 펌프의 흡입 압력의 변화에 따라 냉각수 누수량을 조절하는 효과를 제공한다.

Description

제철소 롤 냉각 펌프{Steel Mill Roll Coolant Pump}

본 발명은 제철소 롤 냉각 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압연롤 및 이송롤로 냉각수를 압송하는 제철소 롤 냉각 펌프에 관한 것이다.

일반적인 철강제조는 용선을 생산하는 제선공정, 용선에서 불순물을 제거하는 제강공정, 액체 상태인 철이 고체가 되는 연주공정, 철을 강판이나 선재로 만드는 압연공정으로 이루어진다.

도 1은 공지의 압연공정을 도시한 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 공지의 압연공정은 조압연을 실시하는 조압연기(1; RM,roughing mill)와 및 강판(5)을 이송하는 이송롤(3,4), 마무리 압연을 실시하는 마무리압연기(2; FM,finishing mill)로 구성된다.

이때, 조압연기(2)와 마무리압엽기(3) 또한 백업롤과 구동롤로 이루어진 압연롤(2a,2b,3a,3b)로 구성된다.

이러한, 압연롤(2a,2b,3a,3b)은 고온의 강판(5)과 직접 접촉하여 고압으로 강판(5)을 압연하기 때문에 다량의 열부하를 받고 있으며, 이송롤(3) 또한 강판(5)과의 접촉 열전도에 의해 열부하를 받고 있다. 이에 따라 압연롤과 이송롤은 효과적인 냉각이 필수이다.

종래의 압연롤과 이송롤의 냉각방법은 노즐을 통하여 고압의 냉각수를 분사하여 냉각시키는 방식을 주로 사용되었으며, 고압의 냉각수를 사용하기 때문에 냉각수의 압력 상승을 위하여 롤 냉각 펌프(Roll Coolant Pump)를 사용하게 된다.

도 2는 종래의 롤 냉각 펌프를 도시한 개략도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 롤 냉각 펌프는, 펌프 하우징(H)의 스터핑 박스(SB)에는 샤프트(S)의 원주에 패킹(P)을 장착하고 패킹 마개(G)로 패킹(P)을 압축하여 냉각수의 누수를 방지하도록 구성된다. 이러한 패킹(P)과 패킹 마개(G)를 글랜드 패킹(GRAND PACKING)이라 한다.

이러한, 글랜드 패킹은 회전하는 샤프트(S)와 스터핑 박스(SB)의 틈새에 패킹(P)을 강제 압입하여 마찰밀봉을 하는 방식으로 일정량의 냉각수 누수를 허용하며 밀봉하는 방식이다.

즉, 냉각수 누수에 의해 패킹이 타지 않고 패킹의 압입량을 조절하여 냉각수의 누수량이 적정량 이하로 되도록 조절한다.

이에 따라, 글랜드 패킹은 펌프의 흡입 측 압력에 영향을 받는 부분으로 펌프의 흡입압이 일정하다면 그 양에 맞춰 적절하게 패킹을 압입하여 냉각수 누수량을 조절하도록 설치된다.

그러나, 종래의 롤 냉각 펌프는 운전상황에 따라 냉각수의 흡입압력이 3 ~ 5bar 사이에서 변동이 심하여 패킹으로 냉각수의 누수량 조절이 어려웠다.

구체적으로, 흡입 압력이 3bar이면 냉각수의 누수량이 적어 마찰열로 인해 패킹이 타는 현상이 발생하고, 이로 인해 패킹이 경화되어 밀봉능력을 상실하거나 샤프트의 마모를 일으켜 손상시키게 된다.

반면, 흡입 압력이 5bar이면 패킹으로 설정치 이상으로 냉각수 누수가 발생한다. 이에 따라, 회전하는 샤프트를 타고 냉각수가 외부로 누수되며 사방으로 비산된다. 이 경우, 베어링 내부로 냉각수가 침투할 경우, 베어링 내 유막 형성을 방해하여 베어링 소손이 발생하며(베어링 발열, 진동발생 등) 이는 펌프 전체 시스템에 문제를 야기하게 된다.

또한, 냉각수가 사방으로 비산되어 주변환경을 오염(금속재질 부품 부식문제, 바닥에 누수 된 물이 고여있는 등)시킬 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1291581호 (2013.07.25.) 대한민국 등록특허공보 제10-0361754호 (2002.11.07.)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 흡입 압력의 변화에도 글랜드 패킹으로의 냉각수 누수량을 조절하는 제철소 롤 냉각 펌프를 제공하는 데 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제철소 롤 냉각 펌프는, 펌프 하우징에 형성된 스터핑 박스; 상기 스터핑 박스에 설치된 샤프트; 상기 샤프트와 스터핑 박스의 사이에 압입된 패킹; 및 상기 패킹을 가압하는 패킹 마개;를 포함하되, 펌프의 흡입 압력에 맞춰 냉각수 누수량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패킹의 압착한도를 초과하는 설정압력이 작용하면 냉각수를 드레인 하는 릴리프 밸브가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패킹은 둘 이상이 구비되며, 상기 스터핑 박스에는 상기 둘 이상인 패킹 사이의 냉각수를 펌프 외부로 드레인하는 바이패스 라인이 형성되고, 상기 바이패스 라인에 상기 릴리프 밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 둘 이상의 패킹 사이에는 상기 바이패스 라인과 연결되는 스페이서가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패킹은 5개가 설치되며, 상기 스페이서는 상기 패킹 마개 방향으로 3번째 패킹과 4번째 패킹의 사이에 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제철소 롤 냉각 펌프에 따르면, 펌프의 흡입 압력의 변화에 따라 릴리프 밸브가 패킹의 냉각수 누수량을 조절하는 효과를 제공한다.

즉, 적정 수준으로 냉각수의 누수량이 조절됨에 따라 과열로 인한 패킹의 손상 방지 및 물의 비산이 방지되어 펌프 시스템 고장발생을 억제한다.

본 개시의 기술적 사상에 따른 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 공지의 압연공정을 도시한 개략도이다.
도 2는 종래의 롤 냉각 펌프를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 롤 냉각 펌프를 도시한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 롤 냉각 펌프를 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 3은 본 발명에 따른 롤 냉각 펌프를 도시한 사진이다.

도 4는 본 발명에 따른 롤 냉각 펌프를 도시한 개략도이다.

도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제철소 롤 냉각 펌프(P)는, 펌프 하우징(100; pump housing)과, 펌프 하우징(100)에 구비된 스터핑 박스(200; stuffing box)와, 하우징(100)과 스터핑 박스(200)를 가로질러 설치된 샤프트(300)와, 샤프트(300)의 외주면과 스터핑 박스(200)의 내주면의 사이에 압입된 패킹(400) 및 패킹(400)을 가압하며 스터핑 박스(200)의 개방된 단부를 마감하는 패킹 마개(500)로 구성된다.

먼저, 펌프 하우징(100)은 냉각수를 흡입하여 압송하는 부품이 내부에 실장되며 본 발명의 제철소 롤 냉각 펌프의 외형을 형성한다.

또한, 스터핑 박스(200)는 글랜드 패킹(gland packing)을 구성하는 구성 요소로서, 스터핑 박스(200) 내부로 샤트프(300)와 패킹(400)이 설치된다.

그리고, 샤프트(300)는 펌프를 구동시키는 회전 부재로서 펌프 하우징(100)과 스터핑 박스(200)에 설치된다. 이때, 샤프트(300)의 양단은 베어링 하우징(600)이 지지하도록 구성된다.

한편, 패킹(400)은 샤프트(300)의 주위에 스터핑 박스(200) 안에 채워 넣어 샤트프(300)와 패킹(400) 사이의 마찰면을 밀봉(密封)한다.

이때, 패킹(400)은 소프트 패킹, 금속 패킹, 세미 메탈릭 패킹 등이 사용된다.

또한, 패킹 마개(500)는 스터핑 박스(200)와 샤프트(300)의 사이로 밀어넣은 패킹(400)을 샤프트(축)방향으로 눌러 압축한다. 패킹 마개(500)와 스터핑 박스(200)는 볼트·너트(510)에 의해 체결된다.

이러한, 패킹(400)과 패킹 마개(500)를 포함한 글랜드 패킹이 적용된 제철소 롤 냉각 펌프는 스터핑 박스(200)와 패킹(400) 사이 또는 샤프트(300)와 패킹(400) 사이로 일정량의 냉각수 누수(water leakage)를 허용한다.

냉각수 누수량은 패킹 마개(500)의 누름 정도 즉, 패킹(400)의 압입량에 의해 조절된다. 다만, 펌프의 흡입량이 일정한 경우 냉각수의 누수량 조절이 용이하지만 본 발명의 제철소 롤 냉각 펌프는 운전상황에 따라 냉각수 흡입 압력이 달라진다.

즉, 펌프의 흡입 압력이 달라짐에 따라 패킹이 타거나 설정치 이상의 냉각수 누수가 발생한다.

이에 본 발명은 펌프의 흡입 압력에 맞춰 냉각수 누수량을 조절한다.

구체적으로, 패킹(400)의 압착한도(설정치 이상의 냉각수 누수가 발생)를 초과하는 설정압력이 작용하면 냉각수를 드레인 하는 릴리프 밸브(700)가 더 구비된 다.

여기서, 릴리프 밸브(700; Pressure Relief Valve)는 설정압력(규정압력)을 넘으면 밸브가 열리고 유체를 방출해서 압력을 낮추는　안전 밸브로서 그 내부 구성 및 동작에 관한 상세한 설명은 생략한다.

여기서 설정압력이란 패킹의 소손(마찰열로 인한 파손 및 경화)이 발생하지 않을 최소 압력임과 동시에 설정치 이상의 냉각수 누수가 발생하기 이전 시점 압력이다.

또한, 패킹(400)은 둘 이상이 구비되며, 스터핑 박스(200)에는 둘 이상인 패킹(400) 사이의 냉각수를 펌프 외부로 배출(드레인)하는 바이패스 라인(800; by-pass line)이 형성되고, 바이패스 라인(800)에는 릴리프 밸브(700)가 설치된다.

그리고, 둘 이상의 패킹(400) 사이에는 바이패스 라인(800)과 연결되는 스페이서(900)가 설치된다.

즉, 스페이서(900)를 통해 둘 이상의 패킹(400) 사이 공간과 바이패스 라인(800)을 연결하게 된다. 이에 따라, 패킹(400) 사이의 냉각수 압력이 바이패스 라인(800)을 통해 릴리프 밸브(700)로 전달된다.

한편, 패킹(400)은 5개가 설치되며, 스페이서(900)는 펌프 내부에서 패킹 마개 방향으로 3번째 패킹(400)과 4번째 패킹(400)의 사이에 설치된다.

본 발명에 따르면, 펌프 흡입압력이 3 ~ 5 bar로 운전 조건이 변화가 있는 경우, 이 변화를 릴리프 밸브(700)로 조정하여 냉각수 누수를 흡입압력 변화에 맞춰 조절한다.

즉, 스터핑 박스(200), 패킹(400) 및 패킹 마개(500)로 이루어진 글랜드 패킹(gland packing) 사용시, 패킹(400)의 압착한도를 초과되는 냉각수 흡입압력은 패킹(400) 중간에 바이패스 라인(800)을 설치하고, 바이패스 라인(800) 중간에 릴리프 밸브(700)를 설치하여 설정 압력 이상의 냉각수는 외부로 드레인(drain) 시키며 4,5번 패킹(400)으로 흐르는 냉각수의 누수량을 조절한다.

더욱이, 고압의 흡입 압력이 작용하는 글랜드 패킹에서는 냉각수 누수가 과다하며, 또한 제어(control)가 불가하였으나, 바이패스 라인(800)과 릴리프 밸브(700) 설치로 설정압력 이상은 배출시킬 수 있어서 냉각수 누수에 따른 비산 방지, 베어링 하우징(600) 내부로 물 침투 방지가 가능하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

P - 펌프
100 - 펌프 하우징 200 - 스터핑 박스
300 - 샤프트 400 - 패킹
500 - 패킹 마개 600 - 베어링 하우징
700 - 릴리프 밸브 800 - 바이패스 라인
900 - 스페이서

Claims (5)

1. 펌프 하우징;
   상기 펌프 하우징에 구비된 스터핑 박스;
   상기 하우징과 스터핑 박스를 가로질러 설치된 샤프트;
   상기 샤프트의 양단을 지지하는 베어링 하우징;
   상기 샤프트의 외주면과 스터핑 박스의 내주면의 사이에 압입된 패킹;
   상기 패킹을 가압하며 스터핑 박스의 개방된 단부를 마감하는 패킹 마개;를 포함하되,
   상기 스터핑 박스, 패킹, 패킹 마개로 글랜드 패킹(GRAND PACKING)을 구성하고, 상기 패킹 마개는 패킹을 가압하며 패킹의 압입량에 의해 냉각수 누수량을 조절하며,
   상기 스터핑 박스와 패킹 사이 또는 샤프트와 패킹 사이로 일정량의 냉각수 누수(water leakage)를 허용하며, 펌프의 흡입 압력에 맞춰 냉각수 누수량을 조절하고,
   상기 패킹의 압착한도를 초과하는 설정압력이 작용하면 냉각수를 드레인 하는 릴리프 밸브가 더 구비되며,
   상기 패킹은 둘 이상이 구비되며, 상기 스터핑 박스에는 상기 둘 이상인 패킹 사이의 냉각수를 펌프 외부로 드레인하는 바이패스 라인이 형성되고, 상기 바이패스 라인에 상기 릴리프 밸브가 설치되고,
   둘 이상의 패킹 사이에는 상기 바이패스 라인과 연결되는 스페이서가 설치된 것을 특징으로 하는 제철소 롤 냉각 펌프.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 패킹은 5개가 설치되며, 상기 스페이서는 상기 패킹 마개 방향으로 3번째 패킹과 4번째 패킹의 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 제철소 롤 냉각 펌프.
   

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