KR20090066335A - 대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유해성 및/또는 가연성 액체, 특히 분사될 연료나 작동 유체용 내부 유동 공간을 갖는 내부 스틸 파이프(1), 및 상기 내부 파이프로부터의 잠재적인 누출 또는 유출 액체를 위한 외부 스틸 파이프(2)로서, 상기 내부 파이프 주위에 동축으로 배열되고 상기 내부 파이프와 외부 파이프 사이에 외측 유동 공간을 갖는 외부 스틸 파이프(2)를 포함하는 이중 벽 파이프에 관한 것이다. 이중 벽 파이프는 상기 보호 파이프(2)는 내측 표면(21)에 실질적으로 길게 배열되는 여러 개의 홈(23)을 가지며, 상기 내부 스틸 파이프(1)는 상기 보호 파이프(2)의 내측에 밀착 결합되며, 상기 이중 벽 파이프(100)의 굽힘 후에, 상기 이중 벽 파이프(100)는 굽힘 가공 공정의 변형으로 인한 표면 압력에 의해 일체화된다.

Description

대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프 {FUEL INJECTION DOUBLE WALL PIPE FOR HIGH INJECTION PRESSURE FROM ATMOSPHERIC PRESSURE UP TO 700 BAR}

본 발명은 유해성 및/또는 가연성 액체, 특히 분사 연료 또는 유체 오일용 내측 유동 공간을 갖는 내부 스틸 파이프와, 내부 파이프로부터 누출 또는 유출 가능성을 위한, 내부 파이프와 외부 파이프 사이의 외측 유동 공간을 가지며 내부 파이프 주위에 동축으로 배열되는 외부 스틸 파이프가 제공된 이중 벽 파이프에 관한 것이다.

연료, 유체 오일, 산 등과 같은 유해성 및/또는 가연성 액체를 수송하는 산업상의 스틸 파이프는 유출 방지를 위한 수단으로서 외부 보호장치를 필요로 한다. 이러한 형태의 유출 방지 수단은 해상 인명 안전 조약(international convention for the safety of life at sea, SOLAS)에 따른 주 및 보조 선박 엔진에도 요구된다. 오늘날의 표준 조약에는 고압 수송 파이프를 덮는 가요성 호스 또는 단순하 파이프의 사용에 대해 규정하고 있다. 본 발명자들은 이러한 요건을 달성하기 위한 두 개로 분리된 파이프 또는 파이 및 호스에 관해 연구했다.

가요성 호스는 보통 복합 홀더와 끼워 맞춰진다. 그러한 복합 홀더는 이들 두 부품 간의 상이한 진동으로 인해 단지 정해진 수명만을 가진다. 이러한 이유로 불특정 시간 후에, 보호 호스는 고압 파이프와 접촉되며 기계적 손상을 받게 된다. 보호 튜브로서 보통의 스틸 파이프를 사용하는 해결책은 제작 공정 중의 파이프 굽힘으로 인한 부품들 간의 규정되지 않은 접촉으로 인해 동일한 문제점이 발생되게 된다. 요약하면, 이제까지의 상기 두 개의 부품은 고압 수송 파이프에 대한 어떤 유효한 유출 방지수단을 제공하기 위해 이중 벽 파이프에 대한 요건을 만족시켜야할 필요성이 있다.

특히, 열 및/또는 전기를 생산하기 위한 발전소 또는 선박의 주 또는 보조 엔진으로서 사용되는 대형 연소기관 분야에서, 외피의 내측에서의 누출 가능성을 염두해 두고 다른 파이프 외피의 내측에 디젤 엔진의 연료 파이프를 배열하는 것이 공지되어 있다. 누출의 경우에, 누출 연료는 엔진 근처에서 떨어진 외피의 내측을 따라 운반될 수 있다. 이중 벽 파이프 시스템을 갖춘 그러한 장치가 EP 1 150 006 A2호에 설명되어 있다.

또한, US 6,286,556 B1호에 엔진 외측으로의 연료의 산란 및 누출을 방지하기 위해 특정 실시예로서 외부 스틸 파이프를 갖춘 디젤 엔진용 고압 연료 분사 파이프가 설명되어 있다. 그럼에도 불구하고, 보호 파이프는 두 개의 튜브가 섹션 위에서 서로 연결되지 않을 정도로 분사 파이프의 외경보다 조금 큰 내경을 가진다. 엔진으로부터의 진동은 이중 벽 연료 파이프의 불균일한 부품의 상이한 진동을 초래한다.

특히, 2 행정 디젤 엔진용 연료 분사 파이프에서는 상당한 양의 연료가 고압 하에서 분사기를 통해 실린더로 분사된다. 거의 대기압으로부터 700 바아의 높은 분사 압력까지의 왕복 하중에 의한, 연료 파이프의 내부 및 주위의 주변 및 마찰 유도된 100℃까지의 열로 인해서 손상에 민감한 고품질의 튜브를 필요로 한다. 이와 같이 불확실한 진동, 불확실한 접촉 면과 불확실한 불규칙성들은 양 파이프를 손상시키게 된다.

따라서, 본 발명은 이중 벽 파이프의 수명을 개선하고 제조 단가를 감소시키고자 하는 것이다.

본 발명은 청구의 범위 제 1항에 따른 이중 벽 파이프로 구성된다. 본 발명에 따라, 보호 파이프는 내부 표면을 통해 실질적으로 축방향으로 배열되는 여러 개의 홈을 가짐으로써, 이들 홈들이 잠재적인 누출 또는 유출 액체에 대한 외부 유동 공간으로서의 역할을 한다. 보호 파이프의 내측에 고압의 내부 파이프를 끼워 맞출 수 있게 하기 위해, 두 개의 절첩식 파이프들 사이에는 단지 작은 틈새만이 존재한다. 따라서, 내부 파이프를 보호 파이프의 내측으로 밀어 넣는 것이 가능하다. 그에 따라 엔진 등에 바람직한 구성을 갖는 이중 벽 파이프가 냉간 굽힘 공정에 의해 형성된다. 굽힘 공정으로 인한 두 개의 절첩식 파이프의 재료 변형은 이중 벽 파이프의 두 개의 부품을 하나의 부품으로 통합될 수 있게 한다.

이와 같은 이중 벽 파이프는 하나의 튜브처럼 거동하게 된다. 이러한 파이프의 통합성(단일성)으로 인해, 본 발명에 따른 이중 벽 파이프가 전술한 종류의 하중 하에서 단일체로서 작동하기 때문에, 진동은 보호 튜브와 고압 튜브 사이의 어떠한 손상도 초래하지 않는다. 진동은 보호 파이프의 외측면 상에 바로 홀더를 사용함으로써 쉽게 제거될 수 있다. 그 결과로 본 발명에 따른 이중 벽 파이프는 상당히 개선된 수명을 가진다.

내부 스틸 파이프와 보호 파이프 사이의 바람직한 틈새는 0.5 mm, 바람직하게 0.2 mm 보다 작다. 내부 스틸 파이프의 허용오차는 대략 0.06 mm이다. 두 개 의 파이프 간에 0.2 mm의 틈새와 동일한 허용오차를 갖는 보호 파이프에 있어서 고압 파이프를 보호 파이프의 내측으로 손으로 밀착되게 밀어 넣을 수 있다. 굽힘 공정에 있어서 필요한 변형이 형성되며 하나의 부품으로서의 통합성이 표면 압력에 의해 달성된다. 굽힘은 엔진 제작자에게 요구되는 대로 냉간 성형 조건 하에서 수행된다.

굽힘 공정 후에 대략 균일한 표면 압력을 갖기 위해서 홈들이 보호 파이프의 내측 표면의 원주위 상에 균일하게 배열된다. 그에 따라 굽힘 공정에 의해 유발되는 응력과 변형이 민감한 고압 파이프의 외측 표면의 전체 원주위에 분포된다. 바람직하게, 3 내지 12개, 특히 6개의 축방향으로 지향된 홈들이 보호 파이프의 내측 표면에 제공된다.

본 발명의 실시예에 따라, 각각의 홈은 폭 w = (π/2n)·ID₂이며, 여기서 n은 보호 파이프에 있는 홈의 수이며, ID₂는 보호 파이프의 내경이다. 따라서 보호 파이프의 내측 표면의 거의 절반이 내부 스틸 파이프의 외측 표면과 접촉하게 된다.

바람직하게 외측 유동 공간의 횡단면적은 SOLAS 요건을 만족시키기 위해 내측 유동 공간의 횡단면적보다 크다.

본 발명의 실시예에 따라, 내부 파이프는 보호 파이프보다 큰 경도값을 가진다. 따라서 매우 민감한 고압 파이프는 굽힘 공정 중에 거의 영향을 받지 않는다. 더욱 정확하게, 보호 튜브의 재료는 극도의 굽힘각도 및/또는 반경을 사용하는 경 우에도 보호 파이프가 어떤 홈 또는 표면 손상과 같은 기계적 손상에 의해서도 영향을 받지 않는 방식으로 선택되어야 한다.

열 변수에 의한 단일 이중 벽 파이프 내부의 응력을 방지하기 위해, 내부 파이프의 재료는 보호 파이프의 재료와 실질적으로 동일한 열 팽창 계수를 가진다.

바람직한 실시예에서, 내부 스틸 파이프는 스틸 튜브, 특히 C, Si, Mn, P, S 및/또는 Al을 함유하는 St 52.4 재료이며 외부 파이프는 스틸 튜브, 특히 마무리 작업된 NBK인 St 35 재료이다.

이후, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 내부 스틸 파이프(1)와 외부 스틸 파이프(2)로 구성되는 이중 벽 파이프(100)의 횡단면도이다.

내부 스틸 파이프(1)는 St 52.4 재료로 제조된 이음새 없는 정밀한 스틸 튜브이다. 스틸 튜브의 마무리 작업은 바람직하게 NBK이다. 스틸 튜브는 소량의 C, Si, Mn, P, S 및/또는 Al을 함유한다.

특히 주 또는 보조 선박 엔진, 특히 2 행정 디젤 엔진으로서 사용되는 대형 디젤 엔진의 일 실시예로서, 내부 스틸 파이프(1)는 다음과 같은 크기를 가진다. 외경 ID₁ = 20 mm, 내경 ID₂ = 9 mm, 두께 5.5 mm. 고압 연료 분사 파이프는 1,350 바아의 테스트 압력과 120℃의 온도에 견뎌야 한다.

전술한 요건에 만족하기 위해, 내측 표면에 결함이 거의 없는 낮은 거칠기의 고 정밀 스틸 튜브가 필요하다. 바람직하게, 내부 스틸 파이프(1)의 내측 표면(11)은 ± 0.10 mm의 허용오차를 가진다. 또한, 내부 스틸 파이프(1)의 외측 표면(12)은 ± 0.06 내지 0.08 mm의 허용오차를 가진다.

외부 스틸 파이프(2)는 내부 스틸 파이프(1)에 동축으로 배열된다. 그럼으로써 외부 스틸 파이프(2)의 내경(ID₂)은 내부 스틸 파이프(1)의 외경(ID₁)보다 단지 조금 더 크다. 20.00 mm의 외경(ID₁)을 갖는 내부 스틸 파이프(1)의 전술한 실시예에 따라 외부 스틸 파이프(2)의 내경(ID₂)은 20.20 mm이다.

외부 스틸 파이프(2)의 내측 표면(21)에는 파이프를 통해 축방향으로 연장하는 6 개의 홈이 제공된다. 외부 스틸 파이프(2)는 27.00 mm의 외경(ID₁)과 3.4 mm의 두께를 갖는 원통형 외측 표면(22)을 가진다. 1.4 mm 깊이를 갖는 홈(23)으로 인해, 외부 스틸 파이프(2)의 벽 두께는 홈(23)의 영역에서 2.00 mm로 감소된다.

연료 분사 파이프의 제작 완료를 위해, 외부 스틸 파이프(2)와 내부 스틸 파이프(1)로 구성되는 이중 벽 파이프(100)는 내부에 연료 분사 파이프 외피가 설치되는 디젤 엔진에 적합한 구성으로 냉간 굽힘 가공될 것이다. 이러한 굽힘 가공 중에, 이중 벽 파이프의 굽힘부(B)에 형성되는 두 개의 내부 스틸 파이프(1)와 외부 스틸 파이프(2)의 변형으로 인한 표면 압력에 의해 파이프의 통합성이 달성된다. 굽힘 가공된 분사 파이프의 일 예가 도 2에 도시되어 있다.

파이프의 내측 표면(21)에 여러 개의 축방향 홈(23)을 갖는 외부 스틸 파이프(2)의 특성 설계로 인해, 도 1의 횡단면도에서 보호 파이프가 스타(별)처럼 보이 기 때문에 외부 스틸 파이프는 스타 튜브로도 지칭된다. 스타형 외부 스틸 파이프(2)의 홈에는 잠재적인 유출 액체를 위한 유출 보호용 외측 유동 공간이 제공된다. 이들 액체는 스타형 외부 스틸 파이프(2)의 홈(23)을 통해 파이프의 말단부분으로 유동되며 SOLAS의 요구 조건에 따라 알람 시스템에 연결될 수 있다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 이중 벽 파이프

1 : 내부 스틸 파이프

11 : 내측 표면

12 : 외측 표면

2 : 외부 스틸 파이프

21 : 내측 표면

22 : 외측 표면

23 : 홈

B : 굽힘부

도 1은 본 발명에 따른 이중 벽 파이프의 횡단면도.

도 2는 개략적인 3차원 도면으로서, 본 발명에 따른 디젤 엔진용 굽힘 이중 벽 연료 파이프의 예를 도시하는 도면.

Claims (10)

1. 대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프로서,

   분사 연료용 내측 유동 공간을 가지는 내부 스틸 파이프(1)와,

   상기 내부 스틸 파이프 주위에 동축으로 배열되는 외부 스틸 파이프(2)로서, 상기 내부 스틸 파이프(1)와 외부 스틸 파이프(2) 사이에 외측 유동 공간을 가지는 외부 스틸 파이프(2)와,

   상기 외부 스틸 파이프(2)의 내측 표면(21)에 걸쳐 배열되는 하나 이상의 홈(23), 및

   굽힘 가공 공정에서 상기 내부 스틸 파이프(1)와 외부 스틸 파이프(2)를 함께 굽힘 가공함으로써 형성되는 하나 이상의 굽힘부(B)를 포함하며,

   상기 하나 이상의 굽힘부(B)에서 상기 내부 스틸 파이프와 외부 스틸 파이프는 굽힘 가공 공정의 변형으로 인한 표면 압력에 의해 서로 접촉되도록 압박됨으로써 상기 내부 스틸 파이프와 외부 스틸 파이프가 일체화되며 상기 연료 분사 이중 벽 파이프에 가해지는 진동에 대해 단일 부품으로서 작용하는,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부 스틸 파이프(1)와 외부 스틸 파이프(2) 사이에는 0.5 mm 보다 작은 틈새가 있는,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 홈(23)은 상기 외부 스틸 파이프(2)의 내측 표면(21) 상의 원주변에 규칙적으로 배열되는,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
4. 제 3 항에 있어서,

   3 개 내지 12 개의 축방향으로 지향된 상기 홈(23)이 상기 외부 스틸 파이프(2)의 내측 표면(21)에 제공되는,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
5. 제 1 항에 있어서,

   각각 상기 홈(23)은 w = (π/2n)·ID₂인 폭(w)을 가지며, 여기서 n은 상기 외부 스틸 파이프에 있는 홈(23)의 수이며, ID₂는 상기 외부 스틸 파이프의 내경인,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 외측 유동 공간의 횡단면적은 내측 유동 공간의 횡단면적보다 큰,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내부 스틸 파이프(1)는 상기 외부 스틸 파이프(2)보다 큰 경도치를 가지는,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내부 스틸 파이프(1)의 재료는 상기 외부 스틸 파이프(2)의 재료와 동일한 열 팽창 계수를 가지는,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내부 스틸 파이프(1)는 St 52.4 재료로 제조되며 C, Si, Mn, P, S와 Al 중 어느 하나 이상을 함유하는,

   대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.
10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 외부 스틸 파이프(2)는 마무리 NBK 작업된 St 35 재료로 제조되는,

    대기압으로부터 700 바아 까지의 고분사 압력용 연료 분사 이중 벽 파이프.

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