KR100380290B1 - 노즐용 슬리이브의 성형방법 및 그 고정구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환기나 반응기 또는 압력용기등과 같이 기통을 외피는 두꺼운 강판으로 만들고 그 내면에는 부식을 방지하기 위해 내부식성의 티타늄 판재등을 접합시켜 제작함에 있어서, 유체의 유출입을 위해 기통에 부설되는 노즐들의 부식을 방지하기 위해 그 내면에 끼워 결합하는 티타늄등의 내부식성재로 만든 슬리이브를 노즐의 내면과 걸맞게 성형함과 동시에 이 슬리이브와 가스킷의 용접부위가 노즐의 내측부에 위치하지 않게 고정하기 위한 슬리이브의 성형방법과 그 고정구조에 관한 것으로서,

프레스의 하형틀에는 노즐을 금형으로 사용토록 안착하고 이 노즐의 내부에는 티타늄등으로 만든 슬리이브를 장착하며 코어의 상측부 주면이 상기 노즐의 하단부 내주면과 동일한 형상의 곡면으로 형성된 펀치는 상형틀에 착설하여 상기 펀치를 하강시켜 이 슬리이브의 하부를 노즐의 만곡된 하부 내주면과 동일한 형상으로 되게 가압 성형하며, 슬리이브의 상단은 노즐의 상단 외측으로 노출되게 하고 상기 만곡된 하부의 하단은 노즐의 하단면 중 외주연측의 수평면 위치에서 가스킷의 내단 주면과 용접하여, 노즐의 내측부에 용접부위가 위치하지 않게 한 것이다.

Description

노즐용 슬리이브의 성형방법 및 그 고정구조{fixed structure and molding method for nozzle sleeve}

본 발명은 열교환기나 반응기 또는 압력용기 등과 같이 기기의 기통을 외피는 강판으로 만들고 그 내면에는 부식 방지를 위해 두께가 얇은 티타늄(Ti)등의 내부식성재로 되는 내피를 접합시켜 제작되는 클래드(clad)기기에 있어서, 유체의 유출입을 위해 기통에 부설되는 강관으로 된 노즐들의 내부에 부식 방지를 위해 결합 고정하는 티타늄등의 내부식성재의 슬리이브(sleeve)를 노즐의 내면과 걸맞게 성형하는 방법 및 그 고정구조에 관한 것이다.

도 1에는 폐온수로 부터 폐열을 회수하는데 사용되는 일반적인 열교환기의 일예가 도시되어 있는데, 이러한 열교환기는 물론 반응기나 압력용기등은 그 사용처에 따라 그 크기가 각기 다르기 때문에 통상 일정한 규격으로 대량 제작되는 것이 아니라 주문에 따라 제작되는 것으로서, 열교환기의 경우에는 통상 기통(1)내에 다수의 튜브(2)들을 일정간격으로 병렬 배관하여 이들 튜브내로는 정수를 통과시키고 튜브들 사이로는 폐온수를 순환시켜 주므로, 이 과정에서 정수와 폐온수가 열교환토록 구성되었다.

그런데, 이러한 열교환기는 사용시 기통의 외면은 필요에 따라 도장을 하여 부식을 방지할 수 있으나 내부는 부식이 심하게 발생되는 물질(유체)이 접촉되므로 이를 방지하기 위해 쉽게 산화되지 않는 티타늄등과 같은 고품질의 재질로 제작하는 것이 바람직 하지만, 티타늄등은 그 가격이 매우 비싸기 때문에 열교환기의 구조상 기통(1)내에 장착되어 수시로 교체할 수 없으며 그 기능상 내외면이 유체와접촉하게 되는 다수의 튜브(2)나 이들 튜브의 양단이 관통 배관되는 양측의 시트(3)(3')들은 어쩔 수 없지만 상대적으로 두께가 두꺼운 판재로 제작해야 되는 상기 기통까지 티타늄등으로 제작하면 가격이 매우 높아져 경제성을 상실하게 된다.

따라서, 종래에는 도 2에서 보는 바와같이 가격이 저렴한 강판등으로 만든 외피재(1a)의 내면에 티타늄등으로 두께가 얇게 만든 내피재(1b)를 결합하여 기통(1)을 제작하였다.

그러나, 기통(1)의 구조상 외피재(1a)는 물론 내피재(1b)도 이음부가 없이 단일체로 만들 수 없기 때문에 여러부분으로 분리하여 만들어 결합하였고, 또 유체의 유출입을 위해 상기 기통의 적정위치에 부설되는 강관으로 된 노즐(4)들의 각 내부에는 티타늄으로 되는 슬리이브(5)와 원판링형상으로 되며 내주연부를 상향 만곡시킨 가스킷(6)의 만곡부(6a)를 결합하여 이들의 접속부위들을 용접 고정하였다.

그런데, 사용시 기통(1)의 내면에 결합된 내피재(1b)들의 각 접합부위를 용접한 부분에서는 문제점이 별로 발생하지 않았지만 각 노즐(4)들의 내면에 결합되는 슬리이브(5)와 가스킷(6)들의 용접부위(w)에서는 사용중 균열(crack)이 쉽게 발생되었는데, 이러한 현상은 도 2에서 보는바와 같이 상기 용접부위가 노즐의 내측부에 위치하기 때문에 이 부위가 유체의 유출입시 화살표방향으로 작용되는 유체의 힘(p)과 열팽창에 따른 피로 현상이 복합되어 발생되었다.

이에 따라, 상기와 같은 점을 감안하면 슬리이브(5)와 가스킷(6)들을 단일체로 되게 제작하여 노즐(4)들의 내면에 결합하면 되지만, 이 노즐들은 유체가 원활히 유출입되게 하기 위해 통상 그 하단부의 내주면(4a)을 원호상으로 만곡되게 가공하였고 또 상기 가스킷은 그 외단부와 내피재(1b)의 내단부 사이로 누수가 되지 않도록 가스킷의 외단부가 내피재의 내단부를 적정폭(l)으로 덮어주게 하여 용접하였기 때문에 상기 슬리이브와 가스킷을 단일체로 제작하면, 상기 만곡된 내주면에 해당하는 부분을 원호를 이루도록 외측으로 만곡 확관시켜 줌과 동시에 하부는 수평으로 되게 성형하여야 된다.

그러나, 이렇게 성형하려면 그 구조상 티타늄관이나 판체를 사용해서는 성형할 수 없었기 때문에 슬리이브(5)와 가스킷(6)을 분리 성형할 수 밖에 없었으며, 또 상기 가스킷의 내주면을 기계적인 장치로 상향 만곡되게 성형하려면 노즐(4)들과 규격이 동일한 금형이 필요하게 되는데, 이들 노즐은 열교환기의 종류나 크기등이 각기 다른 것과 마찬가지로 그 규격이 각기 다르기 때문에 노즐과 동일한 금형을 일일이 제작하는 것은 비현실적 이었다.

따라서, 종래에는 기계적인 장치를 사용하지 못하고 가스킷(6)의 내주면을 작업자가 적절한 공구를 사용하여 수작업으로 두드려서 상향 만곡되게 성형하였다.

이때, 노즐(4)의 만곡된 내주면(4a)에 해당되는 부분을 슬리이브(5)의 하부가 아니라 가스킷(6)의 내주면을 상향 만곡시켜 성형하는 것은, 수작업으로 두드려서 성형하였기 때문에 슬리이브(5)의 하부를 확관시키는 것 보다는 슬리이브(5')의 중앙을 상향 만곡시키는 것이 더욱 용이하였기 때문이었다.

따라서, 종래에는 만곡 성형을 수작업에 의존하였기 때문에 성형상태가 깨끗하지 않게 됨과 동시에 불량 발생율이 높게 되었고, 또 슬리이브와 가스킷의 접합부위가 노즐의 내측부에 위치하게 되어 이들의 용접작업이 매우 어려웠으며, 이에 따라 직경이 작은 노즐의 경우에는 더욱 용접불량이 높게 되었음은 물론 용접상태의 불량을 해소하기 위해서 2차 가공을 하여야 되므로 공정이 증가되어 작업인력과 시간의 낭비가 초래되었고 생산성이 크게 저하되는 등의 단점들이 있었다.

특히, 용접부위에서 균열이 쉽게 발생됨에 따라 누수에 의한 노즐의 부식으로 그 수명이 단축되었으며, 이에 따라 상대적으로 제품의 신뢰도가 저하되는 등 많은 문제점들이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 발명된 것으로서, 그 목적은 그 수명 단축이 방지되며 작업성이 양호한 슬리이브의 성형방법 및 그 고정구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 생산성은 물론 제품의 신뢰성이 대폭 향상되는 슬리이브의 성형방법 및 그 고정구조를 제공함에 있다.

본 발명의 상기와 같은 목적들은, 기통에 부설하는 노즐을 금형으로 하여 이 노즐보다 길이가 길게 만든 슬리이브의 하부를 기계적인 방법으로 간단히 확관 성형하므로 슬리이브가 노즐과 꼭 맞게 되어 결합 불량등이 제거되게 하며, 또 슬리이브의 확관된 하단이 노즐의 만곡된 내주면을 벗어난 하단면의 외주연측 수평면부에 위치토록 하여 외단주면부가 기통의 외피체 내면에 접합된 내피체의 내단주면부를 덮어주게 접합하는 원판링형상의 가스킷의 내단면과 용접하므로, 용접부위가 노즐의 내측부에 존재하지 않게 되어 장기간 사용하여도 용접부위에서 균열이 발생하지 않게 함은 물론 용접작업이 매우 용이하며 생산성이 대폭향상 되는 슬리이브의 성형방법 및 그 고정구조를 제공함으로써 달성된다.

도 1은 일반적인 열교환기의 일부를 분리 절취하여 개략적으로 보인 측면도,

도 2는 동 열교환기에 부설되는 종래 노즐의 일예를 보인 확대 단면도,

도 3a-c는 본 발명 실시예에 의한 슬리이브의 성형 공정도,

도 4는 동 성형된 슬리이브를 노즐에 결합 고정한 상태를 보인 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 ; 기통,

11 ; 외피재, 12 ; 내피재,

20 ; 노즐,

21 ; 내주면,

30 ; 슬리이브,

31 ; 하부,

40 ; 상형틀, 40' ; 하형틀,

50 ; 펀치,

51 ; 코어, 52 ; 주면.

이하, 본 발명 실시예에 의한 슬리이브의 성형방법 및 그 고정구조를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a-c는 본 발명 실시예에 의한 슬리이브의 성형공정을 보인 것이며, 도 4는 동 슬리이브를 용접하여 고정한 상태를 보인 단면도 이다.

도면 부호 중 (10)은 열교환기등의 기통의 일부를 보인 것으로서, 이 기통은 두께가 두꺼운 강판등으로 만든 외피재(11)의 내면에 티타늄등의 내부식성재로 만든 내피재(12)를 접합시켜 된다.

그리고, 상기 기통의 적정부위 수개소에 형성되는 결합공들에는 유체의 유출입을 위한 노즐(20)들이 부설되는데, 이들 노즐은 강관등으로 되며 그 내면에는 티타늄등의 내부식성재로 만든 슬리이브(30)가 결합 고정된다.

상기 슬리이브는, 도 3a에서와 같이 그 길이(l)는 노즐(20)의 길이(L)보다 길고 그 외경(r)은 상기 노즐의 내경(R)과 같게 되는 것으로서, 노즐(20)의 내면과 걸맞게 성형방법은 도 3b-c에서 보는 바와같다.

즉, 도 3b에서와 같이 일반적인 프레스의 하형틀(40')에 기통(10)에 부설하기 위해 제작된 노즐(20)의 상부를 안착시키고, 이 노즐의 내부에는 슬리이브(30)를 삽입하여 장착한 다음, 상형틀(40)에 착설되며 코어(51)의 상측부 주면(52)은 상기 노즐의 하단부 내주면(21)과 동일한 형상의 곡면으로 되게 형성된 펀치(50)를하강시켜, 도 3c에서와 같이 상기 코어를 슬리이브의 하부내로 삽입시켜 가압한다.

이렇게 하면, 슬리이브(30)의 하부(31)는 코어(51)의 만곡된 상측부의 주면(52)과 노즐(20)의 만곡된 하부 내주면(21)에 의해 가압 확관되므로, 상기 노즐의 하부 내주면과 동일한 형상으로 되게 만곡된다.

이러한 방법으로 슬리이브(30)의 하부(31)를 확관시켜 주면 수작업에 의존하지 않고 신속 용이하게 성형되므로 성형시간과 공정이 대폭 단축됨과 동시에 깨끗하게 성형되는 것이며, 이렇게 성형된 상기 슬리이브의 확관된 하부의 외단은 노즐(20)의 하단면 중 외주연측의 수평면에 위치하게 된다.

이와 같은 방법으로, 노즐(20)을 기통(10)의 결합공에 부설하기 전에 금형으로 이용하여 그 내부에 접합시킬 슬리이브(30)를 그 내면과 동일한 형태로 되게 성형하는 것이므로 별도의 금형을 제작할 필요가 없게 된다.

한편, 성형 완료되면 슬리이브(30)를 노즐(20)로 부터 탈형시켜 주면 되는 것이며, 사용시에는 먼저 기통(10)의 결합공에 상기 노즐의 하부를 결합하여 용접 고정한 후 상기 슬리이브를 다시 노즐내에 삽입하여 결합한다.

이와 같이 결합하면, 슬리이브(30)의 상단은 노즐(20)의 상단 외측으로 노출되며, 하단은 상기 노즐의 하단면 중 외주연측의 수평면에 위치하게 된다.

이러한 상태에서, 원판링형상의 가스킷(60)을 그 내단 주면은 노즐(20)의 하단면의 외주연측 수평면에 위치하는 슬리이브(30) 하부의 외단과 접속되게 하여 이들을 용접하고, 그 외단 주면은 기통(10)의 외피재(11) 내면에 접합된 내피재(12)의 내단 주면부를 적정폭(f)으로 덮어주게 한 상태에서 그 외단을 상기 내피재의내면에 용접 고정하면 된다.

이렇게 하면, 도 4에서 보는 바와같이 용접부위(w)가 노즐(10)의 내측부에 위치하지 않기 때문에 유체의 유출입시 발생되는 힘(p)이 상기 용접부위에 작용하지 않게 되며, 또 노즐의 직경이 크고 작은것에 구애됨이 없이 용접작업이 매우 용이하게 된다.

이와 같은 본 발명 실시예에 의한 슬리이브의 성형방법과 고정구조에 의하면, 슬리이브의 성형을 수작업에 의존하지 않고 기통에 부설하는 노즐을 금형으로 하여 기계적인 방법으로 간단히 성형하므로 작업성과 생산성이 대폭 향상됨과 동시에 슬리이브가 노즐과 꼭 맞게 되어 결합 불량등이 제거되는 등의 장점이 있다.

특히, 슬리이브의 확관된 하단이 노즐의 만곡된 내주면을 벗어난 하단면의 외주연측 수평면부에 위치에서 가스킷의 내단면과 용접되므로, 용접부위가 유체의 힘이 작용되는 노즐의 내측부에 존재하지 않게 되어 장기간 사용하여도 용접부위에서 균열이 발생하지 않게 되는 특징이 있다.

또한, 용접부위가 노즐내에 위치하지 않기 때문에 용접작업이 매우 용이하게 됨은 물론 용접불량이 해소 되고 수명단축이 방지되므로 제품의 신뢰성도 크게 향상 되는 등의 효과도 얻게 된다.

Claims (3)

1. 열교환기나 반응기 또는 압력용기등의 기통에 유체의 유출입을 위해 하단부내주면이 만곡되게 강관으로 제작 부설되는 각 노즐들의 내면에 부식등을 방지하기 위해 결합 고정하는 티타늄등의 내부식성재로 만든 슬리이브를 상기 노즐의 내면과 걸맞게 성형함에 있어서,

   프레스의 하형틀에는 상기 노즐을 안착하고,

   상기 노즐의 내부에는 이 노즐 보다 길이가 길게 내부식성재로 만든 슬리이브를 삽입 장착하며,

   코어의 상측부 주면이 상기 노즐의 하단부 내주면과 동일한 형상의 곡면으로 되게 형성된 펀치를 상형틀에 착설하여,

   상기 펀치를 하강시켜 코어가 슬리이브내로 삽입되면서 가압하여 상기 노즐의 내주면과 걸맞는 형상으로 되게 성형하는 것을 특징으로 하는 노즐용 슬리이브의 성형방법,
2. 강판등의 내피재와 내부식성의 티타늄판재 등의 내피재를 접합하여 되는 열교환기나 반응기 또는 압력용기등의 기통에 유체의 유출입을 위해 하단부 내주면이 만곡되게 강관으로 제작 부설되는 각 노즐들의 내면에는 부식등을 방지하기 위해 티타늄등의 내부식성재로 만든 슬리이브를 결합하여 고정함에 있어서,

   상기 슬리이브는 노즐 보다 길이가 길게 되며, 상기 노즐의 하부 내주면과 동일한 형상으로 만곡되게 확관 형성된 상기 슬리이브의 하부 외단은 상기 노즐의 하단면 외주연측 수평면에 위치토록 하고, 상기 기통의 내면에 접합된 내피재의 내단 주면부를 덮은 상태에서 상기 내피재의 내면에 외단이 용접 고정되는 원판링형상의 가스킷의 내단 주면과 상기 슬리이브의 하부 외단을 상기 노즐의 하단면 외주연측 수평면 위치에서 용접 고정하여, 상기 용접부위가 상기 노즐의 외측부에 위치하게 구성하는 것을 특징으로 하는 노즐용 슬리이브의 고정구조.
3. 제2항에 있어서, 슬리이브는, 그 상단이 노즐의 상단 외측으로 노출되게 결합되는 것을 특징으로 하는 노즐용 슬리이브의 고정구조.