KR20170143206A - 과열저감기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 과열저감기 분사노즐은, 증기가 이동되는 증기이송관;과 증기이송관 외측에 고정 설치된 고정관; 및 상기 고정관과 결합되어 증기이송관 내측에 배치되며, 냉각수를 증기이송관 내부로 분사하는 분사노즐;을 포함하고, 상기 고정관은, 증기 이송관 상부에 결합되는 제 1 고정관;과 하부에 결합되는 제 2 고정관으로 구성되고, 분사노즐의 상부와 하부 양단을 지지하는 것을 특징으로 한다.

Description

과열저감기{Superheater attemperator}

본 발명은 과열저감기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화력발전소의 증기보일러 등과 같이 고온의 증기를 이용하는 설비에서, 냉각수를 분사하여 고온 증기의 과열을 방지하고 증기의 온도를 제어하기 위한 과열저감기에 관한 것이다.

일반적으로, 발전용 보일러에는 터빈에서 필요로 하는 고온의 증기를 발생시키기 위한 과열기를 설치한다. 과열기에서 발생되는 증기는 증기이송관을 통해 터빈에 공급되고, 이때 공급되는 증기의 온도를 터빈에서 요구하는 온도로 제어하기 위해 과열 저감기를 설치하여 사용하고 있다.

도 1, 도2는 종래의 과열저감기(100)의 개념도이다.

과열저감기(100)는 고온의 증기가 이동되는 증기이송관(200)의 외측에 설치되며, 증기이송관 외측에 설치되는 고정관(20) 그리고 고정관에서 지지되어 증기이송관 내부로 삽입 설치되는 분사노즐(10)로 구성된다.

이렇게 설치되는 분사노즐은 증기 이송관의 통해 흐르는 고온 고압의 증기에 의해 진동이 발생되고, 분사노즐 주변에 생성되는 증기의 와류진동(Votex shedding) 주파수와 분사노즐의 고유진동수가 일치되는 공진현상으로 인해 분사노즐의 취약부가 파손이 발생하게 되고 이러한 일들이 빈번하게 발생될 수 있다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점 해결을 위해 종래에는 먼저 분사노즐 외경부에 다이아프램 구조물 등을 용접하고 이를 증기이송관에 설치되어 있는 고정관 내부로 삽입 시 열박음 작업을 통해 조립하여 분사노즐의 진동을 억제하여, 결과적으로는 분사노즐의 고유진동수를 증기의 와류진동주파수와 공진현상이 발생하지 않는 수준으로 높이는 방법들을 사용하여 왔다.

상기와 같은 조립작업에서는 분사노즐에 다이아프램을 용접 시 분사노즐에 열변형이 발생할 가능성이 높고, 또한 열박음 작업 시에도 작업공정의 어려움으로 인해 불량률 발생 가능성이 높으며, 조립 시 별도의 비용이 발생하며, 추후 유지 보수를 위해 분해 시 분리하기가 어려우며 열박음 의해 고정관 및 분사노즐의 경우 재사용이 힘든 문제점들이 있다.

또한, 종래의 경우는 도 2에 도시된 바와 같이 분사노즐은 고정관의 일부와 먼저 결합 혹은 일체형으로 가공되고 이를 고정관에 삽입 후 고정관 외부를 용접(101)하여 조립이 된다. 이 경우 조립 시 고정관을 정렬하고 외부 용접을 위해 별도의 가이드 장치가 필요했으며, 분리 시 용접부(101)를 제거하면 고정관의 길이 변동이 생겨 재사용이 어려운 문제점 들이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 분사노즐의 조립 구조를 단순화하면서도, 분사노즐 진동을 저감할 수 있는 과열저감기를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 과열저감기는, 증기가 이동되는 증기이송관(200);과 증기이송관 외측에 고정 설치된 고정관(20); 및 상기 고정관과 결합되어 증기이송관 내측에 배치되며, 냉각수를 증기이송관 내부로 분사하는 분사노즐(10);을 포함하고, 상기 고정관은, 증기 이송관 상부에 결합되는 제 1 고정관(21);과 하부에 결합되는 제 2 고정관(22);으로 구성되고, 분사노즐의 상부와 하부 양단을 지지하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제 1 고정관과 제 2 고정관은,증기 이송관 외벽에서 반경방향으로 형성되어 있으며, 동심축 상에 180도 각도로 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1 고정관의 내면에는 분사노즐을 위치시키고 용접작업을 위한 환형의 돌출부(23);가 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 분사노즐은 분사노즐의 상부 외주면에 제 1 고정관의 환형의 돌출부에 안착되고 제 1 고정관 내면과 용접을 위해 이에 대응하는 돌출부(11);가 더 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분사노즐은 분사노즐의 돌출부 아래 외주면에는 나사산(12)이 형성되고, 이에 대응하는 나사산을 내면에 가진 링 구조물(13);을 더 포함하며, 링 구조물의 회전에 의해 분사노즐의 삽입 깊이를 조절하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제 2 고정관의 내부 표면에는 하나 이상의 돌기(24);가 형성되고 분사노즐의 외주면과는 이격 되어 있으며, 상기 돌기에서 분사노즐과 맞닿는 표면에는 분사노즐의 면과 대응하는 면이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2고정관 지지부의 내부에는 댐퍼 지지부가 추가로 가공 되어 형성되고, 댐퍼 지지부에는 지지부의 돌출된 방향으로 슬라이딩 하면서 분사노즐을 지지하는 댐퍼(50)가 추가로 형성 되어 있으며, 댐퍼지지부와 댐퍼 사이에는 탄성수단(60)이 존재하여 댐퍼를 분사노즐에 밀착 시키고 탄성수단에 의한 댐핑 효과에 의해 증기의 유동에 의해 생기는 분사노즐의 진동을 효과적으로 저감 시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 증기가 이동되는 증기이송관(200);과 증기이송관 외측에 고정 설치된 고정관(20); 및 상기 고정관과 결합되어 증기이송관 내측에 배치되며, 냉각수를 증기이송관 내부로 분사하는 분사노즐(10);을 포함하고, 상기 증기이송관에 볼트형 지지부(25);가 더 형성되어 분사노즐을 지지하여 양단 지지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 볼트형 지지부(25)는 증기 이송관 외벽에서 반경방향으로 형성되어 있으며, 상기 고정관과 동심축상에 180도 각도로 배치되며, 상기 볼트형 지지부와 분사노즐의 결합부에는 돌출부(27) 및 이에 대응하는 삽입부(25)가 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 분사노즐을 양단에서 지지함으로 종래 일단 지지형 분사 노즐에서 사용하는 열박음 공정이 필요 없는 구조로 인해 조립 공정상에서 효율을 도모 할 수 있어서 비용 절감을 도모 할 수 있다.

그리고, 종래 일단 지지 구조에 비해 양단 지지 구조는 기존 대비 3배정도 고유진동수가 증가됨으로 공진영역을 완전히 회피할 수 있으며, 노즐 진동에 이해 발생되는 취약부의 응력을 효과적으로 저감할 수 있어 노즐의 구조적 강도를 확보할 수 있다.

또한, 열박음이 필요 없는 돌기 구조로 인해 유지 보수 시 노즐분리가 용이하여 유지 보수 시간 및 단가를 절감할 수 있다.

따라서, 발전용 보일러 분야, 특히 고온증기의 온도제어 분야는 물론 이와 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 과열저감기 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 과열저감기의 제1 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에서 제1고정관과 분사노즐 결합부를 도시한 단면도이다.
도 4는 상기제1 실시예의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 5는 상기 제1 실시예 중 제2고정관과 분사노즐 결합부를 도시한 단면도이다.
도 6은 상기 제1 실시예 중 제2고정관과 분사노즐 결합부의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 7은 상기 도 6에 도시된 변형예를 도시한 단면도이다.
도 8은 상기 제1 실시예 중 제2고정관과 분사노즐 결합부의 또 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
도 9는 및 도 10은 각각 상기 제1 실시예의 또 다른 변형예를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 2는 본 발명의 제1고정관과 제2고정관을 가진 과열저감기의 주요 구성을 나타내는 단면도에 해당한다. 도 2에 도시된 바와 같이 과열된 증기가 이동하는 증기이송관(200)이 있고, 증기이송관의 길이 방향에서 수직인 방향으로 홀이 형성되고 형성된 홀에 맞게 증기이송관 보다는 작은 직경을 가진 고정관(20)이 용접되어 결합되어 증기이송관과 고정관의 내부공간이 서로 연결 되게 된다.

본 발명에서는 제 1 실시예 에서는 2개의 고정관이 형성되며 각각 제 1 고정관과 제 2 고정관으로 명하였다. 제 1 고정관과 제 2 고정관은 증기 이송관 외벽에서 반경방향으로 형성되어 있으며, 서로 180도 각도로 배치되며 동심축을 가진다.

제 1 고정관의 일단은 증기 이송관과 용접되고 타단은 열려 있으며, 제 2 고정관의 일단은 증기 이송관과 용접되고, 타단은 캡으로 막힌 형상으로 구성되며 제 2 고정관의 외경과 내경은 제 1 고정관의 외경과 내경보다 작게 형성될 수 있다.

증기이송관 내부의 과열증기에 냉각수를 분사하는 분사 노즐은 제 1 고정관의 열린 쪽을 통해 증기이송관 내부로 삽입되며, 분사노즐의 하부는 증기이송관을 지나 제 2 고정관으로 삽입되며, 분사노즐의 상부는 제 1 고정관의 열린 부분과 용접되어 고정된다. 이렇게 삽입되어 결합된 분사 노즐은 상하 양단으로 지지되어 일단으로 지지된 분사노즐 대비 고유진동수가 3배 가량 증가하는 효과를 가져 공진영역을 회피하여 진동에 의한 노즐 파손을 방지 할 수 있다.

제 1 고정관과 분사노즐의 결합부분에 대해 상세하게 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 고정관의 내면에는 환형의 제 1고정관 지지부(23)가 형성되고 분사노즐의 상부에는 제 1 고정관 지지부에 대응되게 형성된 분사노즐 지지부(11)가 형성 되어, 분사노즐의 삽입으로 분사노즐 지지부가 제 1고정관 지지부에 얹혀서 장착 된다. 그리고 분사노즐 지지부와 제 1 고정관간의 수직으로 형성된 부분에 용접(104)을 하여 최종 결합하게 된다.

이와 같은 방법은 추후 유지보수를 위해 분사노즐을 분리 시 고정관 내면과 분사노즐 사이에 형성된 용접부만 기계가공으로 제거하면 쉽게 분리가 가능하며, 용접부가 종래 대비 작고 가공으로 제거 되는 부분이 극히 작으므로 고정관 및 분사노즐의 재사용이 가능하다.

상기 분사 노즐은 분무구를 통해 냉각수가 분사되어 과열증기의 온도를 제어하게 되어 있으며, 분무구의 위치는 증기이송관의 수직단면상에서 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 따라서, 분사노즐을 증기이송관 내부로 삽입 시 삽입 깊이를 조절할 필요가 있으며, 이를 위해 도 4에 도시된 바와 같이 분사노즐 지지부 아래 외경부에 나사산(12)을 형성하고, 이에 대응하는 나사산이 내경부에 형성된 링구조물의 분사노즐 높이 조절링(13)이 추가로 구성된다. 조절링(13)은 나사산에 따라 상하로 움직일 수 있으며, 제 1 고정관 지지부에 얹혀서 분사노즐의 삽입되는 깊이를 조절할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 분사노즐의 하단은 제 2 고정관에 의해 지지 되게 되어 있다. 이때 분사노즐은 고온의 환경에서 열팽창에 의해 길이 변화가 생기고 이를 위해 제 2 고정관에서는 분사노즐이 슬라이딩이 가능하도록 이격된 상태로 지지 되는게 바람직하다.

더욱 효과적으로 슬라이딩 되면서 지지하기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 제 2 고정관 내부 표면에 하나 이상의 돌출된 형상의 지지부가 형성될 수 있고 돌출된 지지부의 분사노즐의 표면에 대응되는 면은 분사노즐의 형상에 따라 형성된다. 예를 들어 분사노즐 하단부의 형상이 원형이면 지지부의 대응면에는 원형에 대응하는 라운드부가 형성되고, 분사노즐 하단부의 형상이 사각형이면 지지부의 대응면은 평평한 면이 형성될 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제2고정관 지지부의 내부에는 댐퍼 지지부가 추가로 가공 되어 형성되고, 댐퍼 지지부에는 지지부의 돌출된 방향으로 슬라이딩 하면서 분사노즐을 지지하는 댐퍼(50)가 추가로 형성 되어 있으며, 댐퍼지지부와 댐퍼 사이에는 탄성수단(60)이 존재하여 댐퍼를 분사노즐에 밀착 시키고 탄성수단에 의한 댐핑 효과에 의해 증기의 유동에 의해 생기는 분사노즐의 진동을 효과적으로 저감 시킬 수 있다.

도 9 및 도 10은 다른 실시예로서 분사노즐을 양단 지지하기 위해 상기에서 언급한 제 2 고정관 대신 볼트형 지지부(25)를 사용한 방법이다.

증기이송관 상부에 고정관 및 분사노즐의 결합은 상기에서 언급한 바와 동일하며, 증기이송관 하부에 고정관 및 분사노즐의 동심 축상에 홀을 가공하고 내부에 나사산에 형성되며, 이 나사산에 대응하는 볼트타입의 볼트형 지지부가 추가로 형성된다. 볼트형 지지부는 증기이송관과는 나사 결합에 의해 1차 체결되며 증기 이송관 내부로 삽입되는 부분의 상부 면에는 분사관과 슬라이딩 결합이 가능한 구조의 돌출부 혹은 삽입부가 형성된다. 이러한 돌출부 혹은 삽입부에 대응되는 부분이 분사노즐 하단에 추가로 형성되어 서로 결합되어 지지되는 구조이다. 분사노즐과 볼트형 지지부가 결합된 후 최종적으로 증기 이송관 외부면과 볼트형 지지부간에 용접을 하여 최종 결합되며 증기이송관 내부의 기밀을 유지하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 사용된 실시예들은 첨부된 도면을 중심으로 설명된 것으로서, 실시 형태에 따라 그 위치 관계는 달라질 수 있다.

또한 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다고 할 것이다. 아울러, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 할 것이다.

이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예는 물른, 본 발명에 기존의 공지기술을 단순 통합하거나, 본 발명을 단순 변형한 실시 또한, 당연히 본 발명의 범위에 해당한다고 보아야 할 것이다.

10 : 분사노즐 11 : 분사노즐 지지부
13 : 분사노즐 높이 조절링 14: 분무구
20 : 고정관 21 : 제 1 고정관
22 : 제 2 고정관 23 : 제 1 고정관 지지부
24 : 제 2 고정관 지지부 25 : 볼트형 지지부
26 : 삽입부 27 : 돌출부
30 : 다이아프램 40 : 돌기
50 : 댐퍼 60 : 탄성수단
100 : 과열저감기 101, 102, 103, 104 : 용접부
200 : 증기이송관

Claims (11)

1. 증기가 이동되는 증기이송관(200);과 증기이송관 외측에 고정 설치된 고정관(20); 및 상기 고정관과 결합되어 증기이송관 내측에 배치되며, 냉각수를 증기이송관 내부로 분사하는 분사노즐(10);을 포함하고,
   상기 고정관은,
   증기 이송관 상부에 결합되는 제 1 고정관;과 하부에 결합되는 제 2 고정관;으로 구성되고, 분사노즐의 상부와 하부 양단을 지지하는 것을 특징으로 하는 과열저감기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 고정관과 제 2 고정관은,
   증기 이송관 외벽에서 반경방향으로 형성되어 있으며, 동심축상에 180도 각도로배치된 것을 특징으로 하는 과열저감기.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제 1 고정관의 내면에는 분사노즐을 위치시키고 용접작업을 위한 환형의 지지부;가 형성된 것을 특징으로 하는 과열 저감기.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 분사노즐은 분사노즐의 상부 외주면에 제 1 고정관의 환형의 지지부에 안착되고 제 1 고정관 내면과 용접을 위해 이에 대응하는 지지부;가 더 형성된 것을 특징으로 하는 과열저감기.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 분사노즐은 분사노즐의 지지부 아래 외주면에는 나사산이 형성되고, 이에 대응하는 나사산을 내면에 가진 링 구조물;을 더 포함하며, 링 구조물의 회전에 의해 분사노즐의 삽입 깊이를 조절하는 것을 특징으로 하는 과열저감기.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 제 2 고정관의 내부 표면에는 하나 이상의 지지부;가 형성되고 분사노즐의 외주면과는 이격 된 것을 특징으로 하는 과열저감기.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제2고정관 지지부에서 분사노즐과 맞닿는 표면에는 분사노즐의 면과 대응하는 면이 형성된 것을 특징으로 하는 과열저감기.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 제2고정관 지지부에는 댐퍼 지지부가 형성되고, 댐퍼 지지부에는 지지부의 돌출된 방향으로 슬라이딩 하면서 분사노즐을 지지하는 댐퍼(50)가 추가로 형성되며, 댐퍼지지부와 댐퍼 사이에는 탄성수단(60)이 존재하는 것을 특징으로 하는 과열저감기.
9. 증기가 이동되는 증기이송관(200);과 증기이송관 외측에 고정 설치된 고정관(20); 및 상기 고정관과 결합되어 증기이송관 내측에 배치되며, 냉각수를 증기이송관 내부로 분사하는 분사노즐(10);을 포함하고,
   상기 증기이송관에 볼트형 지지부;가 더 형성되어 분사노즐의 지지하여 양단 지지되는 것을 특징으로 하는 과열 저감기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 볼트형 지지부는 증기 이송관 외벽에서 반경방향으로 형성되어 있으며, 상기 고정관과 동심축상에 180도 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 과열저감기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 볼트형 지지부와 분사노즐의 결합부에는 돌출부 및 이에 대응하는 삽입부가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 과열저감기.

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