KR0178969B1 - 증기터빈용 접속부의 형성방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

증기 터빈용 접속부의 형성 방법

제1도 내지 제6도는 고압 증기 터빈의 거버를 반전시키는 공정을 나타내는 도 면.

제7도는 접속부 표면 일부의 평면도.

제8도는 접속부 표면 및 접속부 간극을 판독하는데 사용되는 격자패턴을 나타내는 도면.

제9도는 접속부 간극을 판단하기 위한 다른 패턴을 나타내는 도면.

제10도는 레이저 프로파일링 시스템의 요소를 나타내는 도면.

제11도는 레이저 프로파일 판독값을 나타내는 도면.

제12도는 수리평면을 발생시키는데 사용되는 접속부 표면의 지형도를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 실린더 커버 14, 18 : 케이블

16 : 대형 후크 20 : 소형 후크

40 : 접촉 표면 64 : 레이저 타겟

68 : 레이저 터릿

본 발명은 접속부 간극(gap)의 측정 및 복원방법에 관한 것으로, 특히 증기커빈과 같은 고압용기로부터 누출을 방지하도록 접속부의 표면들을 정합(整合)되게 하는 방법에 관한 것이다.

대략 5년마다 행하게 되는 보수를 위한 운전정지사이, 즉 증기터빈의 정상적인 작동기간에, 터빈의 고압실린더 커버와 실린더 베이스사이의 접속부 표면 내에 및 그 둘레에 부식이 발생할 수도 있다. 접속부 표면 사이에 간극이 발생하게 되면, 고압의 증기가 터빈에서 손실되어 터빈의 효율을 떨어뜨리게 된다. 또한, 증기가 누출되면 터빈 주위에서 작업하는 사람에게 피할 수는 있지만 원치않는 안전성에 대한 문제를 야기시킨다. 증기는 값비싼 고순도의 물(water)로 제조되므로 부가적인 경제적 손실과 상기에서 언급한 효율의 손실을 가져올 수 있다. 접속부 간극의 발생을 최소화하고 상기간극을 수리하는 전형적인 방법은 청색 도금법(blue plating method)을 사용하여 접속부 표면을 정합시켜 수리하기 전에 접속부 표면상에 밀봉재를 제공하는 것을 포함한다. 이러한 청색 도금법에서는, 베이스의 표면과 커버는 독립적으로 기준이 되는 평탄한 표면을 만들도록 개별적으로 처리된다. 이러한 공정동안, 베이스로부터 커버를 제거하기 전에 접속부의 간극을 검사하기 위해서 간극 게이지(feeler gauge)를 사용한다. 커버가 일단 제거되면, 각 접속부 표면은 감청색의 접촉 검출 매체로 피복된다. 대략 1.5ft x 4ft의 비교적 무거운 플레이트의 표면을 하나의 접속부 표면 위에 배치한다. 플레이트를 반전시키는 경우, 플레이트로부터의 감청색 매체의 양은 높은 점의 위치와 플레이트에 대한 접속부 표면의 상대적인 평탄도를 나타내게 된다. 다음에, 낮은 점은 용접하여 충진하고 높은 점을 제거하여 접속부 표면을 수리한다. 통상적으로, 높은 점은 분말 스크래이퍼, 줄, 샌더(sander) 및 다듬질 숫돌을 사용하여 제거한다. 플레이트를 동일한 위치에 설치하고, 청색 접촉 면적을 검사하고, 표면을 수리하는 공정은 대략 100%의 플레이트가 청색이 될 때까지 계속한다. 다음에 플레이트를 다른 위치로 이동하여 표면을 평탄하게 만드는 공정을 계속한다. 접속부의 한 표면이 이동가능한 플레이트에 대해 평탄하게 되면, 다른 접속부 표면도 동일한 방법으로 검사하여 수리한다. 이러한 종래 기술의 공정을 사용하면 금속 표면 플레이트에 대해 비교적 평탄한 표면을 얻을 수 있다. 비교적 평탄한 커버 접속부 표면과 비교적 평탄한 베이스 접속부 표면을 갖는다 하더라도, 커버 및 베이스 접속부 표면들이 반드시 정합되는 것은 아니며, 또한 간극이 여전히 존재할 수도 있다. 간극이 접속부의 밀봉 표면상에서 최소로 되지 않을 수도 있기 때문에, 부식은 간극을 더욱 쉽게 야기시킬 수 있다. 통상, 터빈의 길이는 30ft이고 그 폭은 12ft이며 그 접속부 표면은 선형으로 측정하여 약 84ft이다. 따라서, 터빈의 베이스 및 커버의 전체 표면을 검사하여 수리해야 하기 때문에 청색 도금공정은 대단히 많은 시간이 소비된다.

[발명의 개요]

본 발명의 목적은 고압 분위기로부터의 누출을 방지하는 접속부를 제조하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 누출을 방지하기 위한 정합된 접속부 표면을 만드는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 전체 표면을 복원할 필요성을 제거함으로써 접속부 복원에 걸리는 시간을 감소시키는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 접속부의 복원을 상세히 기록해서 정확한 수리이력의 기록에 의거해서 장래의 접속부의 구조를 개량하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 장래의 운전정지 동안 복원공정을 향상시키도록 접속부의 토포그래피(topography)를 기록화하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 접속부 검사 및 복원이 일련의 직하각형 영역뿐만 아니라 전체의 영역에서 이루어지게 하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 방법은 고압용기의 접속부의 간극을 맵(map)화하도록 조합된 간극 측정 방법을 사용한다. 맵은 정확한 맵을 형성할 뿐만 아니라 간극 측정을 확인하기 위해서 청색 접속부 표면 접촉 측정법, 간극 게이지 측정법, 변형가능한 매체 간극 측정법 및 레이저 프로파일링법을 사용하여 만들어진다. 상기 맵을 근거로 하여, 복원 평면을 형성한 다음 복원작업을 최소화하여 정합된 접속부 표면을 만든다. 일반적으로, 정합되는 접속부 표면은 정합되지 않은 비교적 평탄한 표면보다 더 양호한 고압 밀봉을 제공하며, 정합되는 비교적 평탄한 표면은 보다 양호한 밀봉을 제공한다.

다음에서 명백하게 되겠지만 본 발명의 이러한 및 기타 목적과 장점은 이후에 보다 충분히 설명되고 청구된 바와 같이 구조 및 작동의 상세한 설명에 기술되어 있다. 참고로 본 발명의 일부를 형성하는 도면이 첨부되며, 도면의 전체에 걸쳐서 동일한 번호는 동일한 부품을 나타낸다.

일반적으로, 본 발명의 방법은 베이스의 표면과 커버를 청결하게 할 수 있고 부식을 검사할 수 있도록 커버를 충분히 들어올려서 터빈 커버를 베이스로부터 분리하는 것으로 시작된다. 다음에 , 접속부의 간극검사를 수행하도록 커버를 베이스 위에 올려놓는다. 이러한 간극검사는 청색 접촉 검사, 간극 게이지에 의한 간극 검사 및 변형가능한 매체 검사를 행하는 것을 포함한다. 이러한 일련의 검사하 완료되면, 커버를 베이스에서 제거한 다음 반전시켜 커버 접속부 표면을 노출시킨다. 커버는 반전된 후에 스탠드내에 설치되는데, 상기 스탠드는 잭(jack)이 공통의 매니폴드를 갖는 네곳의 위치에서 유압 잭상에 커버를 지지한다. 다음에 , 종래의 레이저 프로파일링 기술을 사용하여 베이스 및 커버 접속부 표면을 프로파일링한다. 여러 가지의 간극검사 및 프로파일링에 의해서 얻어진 데이터를 평가하고, 이 데이터를 일반적인 수리 지침에 따르는 수리처방 또는 계획을 제공하는데 사용한다. 다음에, 이러한 평면은 접속부를 복원시키고 베이스 및 커버의 표면들을 서로 정합시키는데 필요한 양 접속부 표면상의 제한된 영역내에서 표면의 재다듬질 가공이 이루어진다. 최종 다듬질 가공이 완료되면, 베이스라인 또는 레이저 프로파일(a baseline or laser profile)은 차우의 복원을 위한 운전정지시의 기준을 제공하게 되고, 커버는 반전되어 최종 간극 허용시험을 위해 베이스와 정합된다. 상술한 일련의 과정은 고압 밸브와 같은 상이한 장치에 대해서 장치의 특성에 따라 다른 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다.

본 발명의 방법은 베이스 및 커버의 표면들이 정합되도록 구성되므로, 결합부(gland)영역의 간극은 이완된/볼트결합되지 않은 상태에서 약 0.004인치 미만이다. 이러한 방법은 조립후에 간극이 0.000인치가 되게 구성된다. 또한, 이러한 방법은 표면의 높이의 변화율이 매 4인치마다 오직 약 0.001인치가 되게 한다. 증기 터빈과 같은 고압 용기의 접속부 표면사이의 간극은 이들 요건을 충족시키게 되는바, 이 간극은 실질적으로 누출의 발생이 없는 금속 대 금속이 대면하는 표면 접속부의 제조를 가능케하며, 이러한 표면 접속부는 금속 표면사이의 밀봉재를 필요없게 한다.

본 발명의 방법을 상세하게 설명하기 전에, 터빈 커버의 무게는 전형적으로 약 60톤이고 커버는 여러번 반전되어야 하기 때문에, 터빈 커버를 안전하게 반전시키는 절차에 대해서 기술한다. 커버를 제거하기 전에, 커버의 일시적인 지지 표면을 만들 필요가 있다. 커버를 반전시키기 전에, 궤도의 횡단 침목을 사용하여 커버를 지지하는 일시적인 프레임을 만들어서 밀봉 표면의 손상을 방지하는 것이 바람직하다. 커버(10)를 횡단 침목의 중간의 마루위에 배치한다. 다음에, 75,000lb의 무게를 갖는 두 개의 안전한 호이스트 링(hoist ring)조립체(12)를 제1도에 도시된 바와 같이 실린더 커버(10)의 일측면에 설치한다. 직경이 1.375인치이고 길이가 20피트인 두 개의 케이블(14)을 크레인의 대형후크(16)에 부착한다. 또한, 직경이 2인치이고 길이가 26피트인 두 개의 케이블(18)을 크레인의 소형후크(20) 및 커버(10)의 인양 러그(22)에 부착한다. 소형 후크 케이블(18)이 제1도에 도시된 바와 같이 커버(10)의 평형 파이트(24)에 접촉할 때까지 이완된 소형 후크(20)가 들어올려진다. 대형 후크(16)에 결려있는 커버(10)의 일측면이 인양되기 시작하고 커버(10)는 소형 후크의 측면을 중힘으로 피봇회전한다. 이러한 인양이 일어날 때, 이완상태는 케이블(18)에서 유지된다. 접속부 표면이 제2도에 도시된 바와 같이 33°내지 35° 의 각도에 도달하는 경우, 커버(10)를 수직방향으로 충분히 들어올려서 커버 접속부 표면(26)이 상방으로 향하고 수평위치, 즉 접속부 상부위치에 있을 때 파이프(24)가 마루에 접촉되지 않게 한다. 실린더 커버(10)가 충분히 들어올려져 파이프(24)가 마루를 청결하게 할 수 있도록 하는 경우에, 소형 후크(20)상에서 커버(10)를 하강하여 반전시키기 시작하고, 제3도에 도시된 바와 같이 소형 후크상에 무게가 걸리지 않을 때까지 대형후크(16)상의 커버(10)를 들어올린다. 무게가 소형 후크(20)에 완전히 걸리지 않게 되면, 즉 커버가 대형 후크(16)상에서 자유스럽게 매달려 있게 되면, 제4도에 도시된 바와 같이 수평식 접속부 표면을 수직중심선에서 약 7°내지 9°로 기울인다. 제5도에 도시된 바와 같이 소형 후크를 분리해내어 실린더 커버를 대형 후크의 축을 중심으로 하여 180°회전시키면, 소형 후크는 크레인의 위치를 변경시키는 일없이 동일한 인양 러그(22)에 다시 부착될 수 있다. 다음에 , 제6도에 도시된 바와 같이 소형 후크를 동일한 인양 러그(22)에 부착하고, 소형 후크를 사용하여 수평식 접속부 표면(26)이 상방으로 향하고 수평이 될 때까지 소형 후크의 측면상에서 커버를 들어올린다. 다음에, 양 후크를 세로로 일렬이 되게 작동시켜 실린더 커버(10)를 공통의 매니폴드를 갖는 한셋트의 유압잭내에 위치시킨다. 유압 잭 지지 표면들을 인양 러그의 아래에 배치한다. 어플라이드 파워 코포레이션(Applide Power Corporation)으로부터 입수가능한 EnerpacR과 같은 유압지지 프레임은 인양 러그와 결합된 커버의 네모서리에서 인양된 실린더의 압력의 균형을 자동적으로 맞추게 되므로 커버의 수평은 커버의 중력중심에 대해 자동적으로 맞추어진다. 즉, 보트가 물에서 균형잡힌 위치로 떠 있는 것과 유사한 방식으로 코보도 유압 잭위에서 균형잡힌 위치로 떠 있게 된다. 상술한 순서가 종료된 후의 커버의 역회전은 역의 순서로 행해진다.

커버(10)를 해체하여 제거하기 전에, 일군의 접속부는 증기 누출, 변색 또는 습기의 농도에 대한 점검이 이루어져야 하는데, 이러한 점검은 설비의 작동중 및 정비를 위한 운전 정지전에 해야한다. 또한, 명확한 누출 위치를 찾아내기 위해서 접속부 영역의 가시적 검사를 해야한다. 설비 조작자는 정비를 위한 최종적인 운전정지 때문에 수평식 접속부의 누출에 대한 어떤 징후가 있는지의 여부를 판단하기 위해서 자문을 구해야한다. 가시적 검사에 의해 검출된 어떤 명백하 균열 또는 심각한 결함은 방사선으로 시험하여야 한다. 이때에, 접속부의 모서리상에 네 개의 지점을 표시하여, 상기 지접에서 접속부 표면의 높이를 종래의 광 수준기를 사용하여 측정하고, 응력이 발생된 접속부 기준 평면을 상기 기록된 높이에 의해 생성시킨다.

장치가 일단 비동작 상태에 있게 되면, 커버(10)를 제거하고 터빈의 블레이트 링을 제거한다. 터빈 실린더 이외의 대형 고압 밸브 접속부 표면과 같은 다른 부품을 검사 및 수리하고자 할 경우에는, 밸브의 내부이동기구를 제거한다.

블레이드 링을 일단 제거하면, 커버(10)를 베이스에 재위치시킨다. 접속부 표면의 양측면상의 실린더 외부에 쵸크 또는 크레용을 사용하여 주기적으로 기입하여, 상기 기입한 표시를 연결하는 가상선으로 접속부 평면 내에 격자 패텬을 형성한다. 격자 횡단 지점은 노즐블록의 중앙부를 항시 양분하여, 정지마다 그리고 수리중에 격자를 복원할 필요가 있다면 격자가 일치되도록 한다. 격자선을 약 4인치 떨어져야 한다. 격자를 가진 각 접속부 표면의 표시는 종이 또는 컴퓨터 데이터베이스내에 형성된다.

긴 간극 게이지를 사용하여 접속부를 수평식 접속부 간극의 내측 및 외측에 대하여 점검하여, 그 간극값을 접속부의 종이 격자 맵 위에 또는 컴퓨터 데이터베이스내에 기록한다. 이때에 사전에 표시된 접속부의 각 네모서리상의 지점을 이용하여 네지점의 높으를 광학적으로 측정한다. 또한, 네지점을 챠트위나 또는 데이터베이스내에 기록하여 접속부 표면에 대한 비응력 기준 평면을 생성한다. 상기 네 지점들이 단일의 수평 평면에 놓여 있는지를 판단하기 위해서 기록된 측정값들을 수학적으로 검토한다. 또한, 모서리 지점 이외에도 두 개의 중간점(midspan point)에서 이러한 평면 검사를 행하는 것도 가능하다.

응력이 발생하지 않은 접속부에 대한 광학적 평면 기준을 응력이 발생한 접속부와 비교할 수 있으며, 이것은 베이스와 커버의 어떤 비틀림을 지적할 것이다.

다음에, 베이스 및 커버 접속부 표면을 청결하게 할 필요가 있다. 이러한 작업은 금속 제거 공정을 의도한 것은 아니며, 결과적으로 몇가지 형태의 연마블라스팅(blasting) 및 밸트 샌딩(belt sanding)을 사용해서는 안된다. 이러한 작업은 표면에 대해서 작업이 이루어질 수 있도록 커버를 베이스위로 들어올릴 필요가 있다. 다른 실시예는 커버 및 베이스 접속부 표면 모두가 상방으로 대면하는 위치에 있도록 커버를 반전시키는 것으로서 시간적으로 보다 비효율적이다. 이러한 실시예는 청결을 보다 용이하게 할 수 있지만 커버를 두 번이나 반전시켜야 하므로 작업시간이 많이 걸리게 된다. 청결작업은 어떤 밀봉재, 표면 스케일(scale) 또는 표면 녹을 제거하는 것이다. 접속부 표면 및 볼트 구멍은 알콜 및 미세한 사포를 사용하여 수작업으로 청결하게 하는 것이 바람직하다. 블라스팅 매체가 미국 규격의 체 표시(seive designation)로 최대 50%, 최소 80%의 구면 카운트(spherical count)를 갖는 유리구슬인 경우에 연마 블라스팅을 사용할 수 있다. 또한, 매체셀(mediUm shell)용 MSMH 체 크기를 갖는 연마재로써 호두껍질을 사용할 수 있다. 접속부 표면이 청결하게 되면, 접속부 표면을 닦아서 건조시키고 먼지를 제거한다. 제8도에 도시된 바와 같이, 4평방인치로 형성된 직선모서리를 사용하여 베이스 및 커버의 외측에 표시된 격자 패턴을 접속부 표면상에 표시한다.

다음에, 청색 검사를 수행한다. 이러한 검사는 베이스 접속부 표면을 적색 안료로 피복하고 커버 접속부 표면을 청색 안료로 피복하는 것을 포함한다. 이들 피막은 검사 및 목원중에 녹이 스는 것을 방지하도록 접속부 표면상에 남아있게 된다. 인양 고리를 대략 1분 동안 이완시켜 커버(10)를 베이스 위로 하강시킨다. 다음에 커버(10)를 들어올려서 청색접촉 판독값을 종이 챠트위나 또는 컴퓨터 데이터베니스내에 기록한다. 종이 챠트의 예로서 제8도에 도시된 것을 사용하는 경우, 청색 접촉 판독값은 커버 및 베이스에 대한 챠트상의 청색 점과 대략 동일한 크기의 점(48)으로 기록되며, 높은 지점 또는 작은 간극 영역을 표시한다. 컴퓨터 데이터베이스에서는 청색 점이 그의 격자 기준위치, 형상 및 개략적인 크기로 표시된다. 청결중에 가시적으로 검출된 어떤 가시적은 절단부 또는 요홈부도 또한 챠트상에 표시된다.

커버가 베이스 위로 18인치 들어 올려지면, 크기가 0.002 내지 0.006인치인 Plastigage(등록상표) 스트립(strip) 또는 스트링(string)과 같은 변형가능한 간극 측정 매체를 사용하여 Plastigage(등록상표) 스트립의 패턴을 베이스 접속부 표면을 가로질러 배치한다. Plastigage(등록상표)는 시일드 파워 코포레이션(Sealed Power Corporation)으로부터 구입가능하다. 이러한 스트립 패턴을 제8도에 도시된 바와 같은 베이스 접속부 표면의 격자선상에 배치할 수 있으며 또는 제9도에 도시된 반경방향 접속부 표면 패턴과 같은 다른 접속부 표면 패턴내에 배치할 수 있다. 커버를 베이스 위로 하강시키고 인양고리를 약 1분 동안 이완시킨다. Plastigage(등록상표)는 압축성 매체이므로, 스트립은 커버의 무게에 의하여 가변의 각도로 압축되며, 압축된 스트립의 폭은 그 위치에서 간극의 크기에 상응한다. 다음에, 커브를 들어올려 간극의 판독값을 모든 격자 횡단 지점에서 종이 챠트위나 또는 컴표토 데이터 베이스내에 기록한다. Plastigage(등록상표)가 제공된 챠트를 사용하여 판독을 수행할 수 있다. 접속부의 어떤 영역의 간극이 0.006인치를 초과하는 경우, 0.012인치의 스트립으로 대체하여 상술한 절차를 반복한다. 스크립이 챠트에서 사라지도록 압축되는 경우, 보다 작은 스트립으로 대체하고 상기한 바와 같은 커버를 하강하고 커버를 제거하여 판독을 하는 절차를 반복한다. 또한 스트립 측정법은 격자점간의 비정상적인 변동의 검출을 가능케 하며, 이러한 비정상적인 지점들은 또한 챠트상에 및 데이터베이스내에 표시될 수 있다. 변형가능한 물질을 베이스 접속부 표면에서 제거한다.

다음에, 커버는 다시 베이스위로 하강하므로써, 인양고리는 이완되고, 긴 간극 게이지를 사용해서 터빈의 내부 및 외부에 위치한 격자 라인에서 간극 게이지 측정을 행할 수 있게 된다. 터빈 내부로의 접근은 맨홀을 통해서 이루어진다. 응력제거상태에서의 가시적 간극을 나타내는 상기 측정값은 종이 챠트에 기록되거나 컴퓨터 데이터베이스에 기록된다.

다음에 커버(10)는 분리되고 반전된 상태로 놓여져서 커버 접속부 표면이 노출된다. 제7도에는 커버의 일부가 도시되어 있다. 일반적으로 직경이 2.5인치 내지 4.5인치, 길이가 2ft 내지 6ft인 볼트 구명(42)이 형성된 점선 안쪽의 영역인 접촉 표면(40)은 검사할 접속부 밀봉 표면이며, 대표적으로 상기 밀봉 표면의 폭은 6인치 내지 12인치이다. 일단 커버가 분리되면, 베이스 및 커버의 광학적 레벨을 다시 측정하여 챠트 또는 데이터베이스에 기록한다. 이값은 밀봉된 접속부 상태에 관해서 커버의 비틀림이 얼마나 있는지를 결정하기 위해서 체결 상태의 커버에 대하여 이전에 측정한 값과 비교한다. 검사 및 수리중의 접속부가 가요성이고 비틀림 현상이 발생할 수 없는 경우라면, 분리된 커버의 모든 비틀림을 제거하도록 지지체를 조절하거나 별도의 지지체를 부가하여야 한다.

커버(10)가 반전되고, 베이스와 커버(10)의 접속부 표면을 노출시키면, 양 접속부 표면에 대한 레이저 프로파일링을 행한다. 종래의 레이저 프로파일링 시스템은 레이저 타겟(64)에 접속된 인터페이스(62)를 갖는 IBM PC와 같은 컴퓨터(60)를 포함하며, 이 레이저 타겟(64)은 레이저 터릿(68)에 의해 발생된 회전 레이저 비임(66)을 기초로 하여 접속부 표면(26)의 상대적인 높이를 결정한다. 바람직한 레이저 프로파일링 시스템으로는 Hamer Laser Instryments사로부터 구입할 수 있는 모델 711시스템이 있다.

레이저 프로파일링 시스템은 셋팅하기에 앞서서, 측정할 커버 또는 베이스 주위의 환경을 폐쇄하여, 비임 경로 영역에 있어서 공기 통풍을 방지하여 최종 표면의 측정값의 정확도를 방해하지 않도록 해야한다. 이와 같은 환경 제어에는 비교적 일정한 온도를 유지하는 것과 함께 커버 또는 베이스의 표면내 및 표면 둘레에서의 공기 순환을 통상 허용하는 볼트 구멍 및 배수구를 폐쇄하는 것을 포함한다. 레이저 측정을 상당히 민감하게 때문에, 창으로부터의 직사광과 내부표면으로부터 반사된 광이 국부적인 가열을 야기시켜 접속부 표면 둘레에 국부적인 공기류를 발생시키지 않도록 야간에 이뤄지는 것이 바람직한다. 보다 중요한 것은, 타겟에 입사되는 강한 인공광과 직접 또는 간접 일광은 부정확한 판독을 야기시키므로, 이러한 광의 입사는 차단해야한다. 차폐물로는 짙은 녹색의 플라스틱을 사용할 수 있다.

레이저 터릿(68)을 이동시킬 필요없이 전체 접촉 표면(40)을 이동시킬 수 있어서, 레이저 터릿(68)은 접촉표면(40)의 외측의 장소에 위치시킬 수 있다. 대부분의 터빈 커버 및 베이스에 있어서, 이러한 위치는 일단부상에서의 모서리, 바람직하게는 조속기 단부에 그리고 가능하다면 밀봉 표면의 외측에 있다. 가능하다면, 양 커버 및 베이스에 대해서도 동일한 위치가 선택되어야 하지만, 이것은 반드시 필요한 것은 아니다. 레이저 터릿(68)은 레이저 시스템을 이용하여 각종 방향을 추종하는 것에 의해 정확한 수평 주사면을 형성하도록 평형 및 조정되어야 한다. 레이저 터릿(68)의 위치는 접속부 표면 및 챠트상에 표시되어, 이후의 시간, 예를 들면 최종 검사동안에 배치의 재현이 가능하도록 해야한다.

측정중에 비임이 타겟(64)의 센서내에 잔류하도록, 주사 비임의 높이 및 타겟(64)의 센서의 높으를 설정해야만 한다. 이러한 설정은 접속부 표면상의 적어도 3개의 보조점(buck point)을 선택하고 이것을 다른 보조점 또는 프로파일 기준 평면을 형성하는데 사용함으로써 이뤄진다. 보조점은 레이저 터릿(68)으로부터 가장 먼 그리고 밀봉 표면의 외측 모서리로부터 몇 인치 이격된 커버 또는 베이스의 모서리내의 격자 횡단 지점에서 선택되는 것이 일반적이다. Plastigage(등록상표)판독에 의해 구해진 간극 데이터를 재검토함으로써, 매우 작은 간극을 갖는 지점 또는 상대적으로 낮은 지점을 보조점으로서 선택해야한다. 간극이 매우 작거나 또는 낮은 지점인 영역에 있는 보조점을 선택함으로써, 이들 영역에 있어서는 가공을 행할 필요가 없으며, 그에 따라 보조점의 높이를 변화시키지 않는다. 물론, 증기 누설이 발생하는 채널 또는 흠을 보조점으로서 선택해서는 안되는데, 그 이뉴는 이들 보조점이 복원중에 용접에 의해 충진될 가능성이 매우 높기 때문이다. 커브 및 베이스상의 보조점은 가능한한 대체로 동일한 위치에 있어야 하지만, 반드시 필요한 것은 아니다. 보조점을 적절하게 선택함으로써, 레이저 비임을 접속부 표면 측정중에 타겟(64)의 선형 범위내에 유지시켜야 한다. 또한, 격자상의 각 횡단지점에 있어서 측정을 행하고 그리고 주사레이저 비임에 의해 형성된 평면에 대해서 편차가 적은 판독값을 갖는 격자점을 보조점으로서 선택함으로써 보조점을 체계적으로 결정할 수 있다. 보조점의 위치는 표면상에 표시되고, 챠트 또는 데이터베이스에 기록된다. 터릿 및 타겟 교정후에, 45분 내지 60분 동안 시스템을 안정화시켜야 한다. 안정화 기간이 지난후에 일단 교정된 시스템이 재검사되면, 격자점에서 이전에 설정한 격자패턴에 있어서의 측정을 실행할 수 있다.

측정중에, 레이저 타겟(64)은 선택된 격자점상에 위치되며, 타겟점은 청결 건조된 표면상에 위치된다. 레이저 비임이 타겟 윈도우의 중간에 입사함으로서 타겟 헤드를 회전시킬 수 있다. 타겟(64)의 윈도우는 터릿(68)쪽으로 다시 반사시킨다. 그리고 레이저 터릿(68)의 후방에 배경판이 설정되면, 반사가 터릿(68)을 가격할 때까지 타겟헤드는 비틀려질 수 있다. 컴퓨터는 각 지점에서 최소 30개, 바람직하게는 50개의 샘플을 취하고, 이들의 평균을 산출하고, 격자 패턴에 관련된 평균 높이 샘플을 데이터베이스내에 저장하여, 제11도에 도시된 바와 같이 상대적 높이의 표시를 양 베이스 및 기부에 대해서 작성할 수 있다. 제11도에 있어서, 보조점은 V55에 있다. 레이저 터릿(68)이 이동되지 않을 것을 확인하기 위해서 보조점은 프로파일 측정중에 주기적으로 측정되어야 한다. 터릿(68)의 회전을 최소로 유지하기 위해서 측정 패턴은 상당히 엄격해야한 다.

다음에, 데이터를 사용하여 제12도에 도시된 바와 같이 커버 표면과 같은 접속부 표면의 지형도를 작성한다. 이러한 지형도에 있어서, 보조점에 의해서 형성된 기준 평면 아래의 지점은 원으로 표시되어 있고, 보조점에 의해서 형성된 기준 평면 위측의 지점은 점으로 표시되어 있으며, 평면상의 지점은 원으로 둘러싸인 점으로 표시될 수 있는데 본 도면에는 표시하지 않았다. 이 지형도에 있어서 보조점은 위치 X15이다. 제12도에서, 점 또는 원이나, 원으로 둘러싸인 점이 존재하지 않는 경우 그 지점에 대한 데이터는 취하지 않았다.

표면 프로파일 데이터는 Plastigage(등록상표) 데이터와 조합될 수 있거나, 양 표면에 대한 프로파일 데이터는 가장 높은 접촉점을 제로(zero) 간극점으로 설정함으로써 조합될 수 있으며, 또한 간극 두께의 지형도를 제12도의 프로파일 맵과 유사하게 작성할 수 있다. 청색 접촉점은 일반적으로 가장 높은 접촉점이며, 제로 간극점을 설정하는데 사용해야 한다. 또한, 이러한 지형도는 종래의 3차원 회전 기술을 이용해야 회전을 시킬 수 있으며, 임의의 각도로 CRT상에 또는 종이상에 디스플레이된다.

경우에 따라서, 상기 보조점이 접속부의 실제 표면에 대해서 경사진 표면을 형성함으로써, 많은 점이 일단부상에 또는 모서리에 있어서 기준 평면으로부터 큰 거리에 있다는 것을 나타내는 표시를 제공한다. 이러한 상황은 보조점이 부적절하게 선택되었기 때문에 발생한다. 이러한 상황이 발생하였다면 수리의 목적상 정확한 시각적 표시가 이뤄질 수 있도록 기준 평면의 경사를 고려해서 데이터를 조정하는 것이 가능하며 또한 그렇게 하는 것이 바람직하다. 이러한 조정 작업은 높이 데이터를 조정해서 기울기를 제거하는데에 이용할 수 있는 기준 평면상의 2개의 지점을 선택함으로써 달성할 수 있다. 2개의 지점간의 거리 차이는 2개의 지점간의 격자 기준거리로 나누어서 구배값을 얻고, 이 구배값을 이용해서 데이터를 새로 규정된 기준 평면에 맞게 수정 또는 조정한다. 또한, 위에서 결정한 응력상태 또는 응력 제거상태의 기준 평면에 맞춰서 상기 평면을 조절하는 것도 가능하다.

일단 레이저 프로파일 판독이 완료되고, 간극측정 방법과 관련한 각종 그래프를 그리고 나면, 이들 그래프와 지형도를 이용해서 수리 계획을 작성한다. 일반적으로, 가능한한 최소의 수리를 행하는 방향으로 계획을 작성한다. 그러나, 하기의 지침이 효율적인 계획을 대체로 제공할 것이다. 제거 가공은 시간이 적게 걸리기 때문에 용접으로 충진된 부분상에서 제거가공을 행하는 것이 바람직하다. 특히 이것은 특정 갭을 얻기 위해서 표면의 재가공을 개시하는 것을 결정하는 경우에 특히 적용된다. 작도된 기준 평면으로부터 최고 편위된 표면이 최초에 재가공되도록 선택되는 것이 일반적이다. 터빈의 결합부 영역 또는 블레이트 링 영역과 같은 중요한 밀봉 영역은 가능한한 평탄해야한다. 특히, 볼트 구멍 패턴의 내측에 보다 근접한 결함 또는 간극은 보다 외측의 결함보다 우선적으로 제거한다. 육안으로 식별할 수 있는 모든 흠과 절결부는 충전재로 채워진다. 모든 높은 점은 낮추고 낮은 점은 충전되고, 점과 관련된 간극이 0.001인치 이하로 될 때까지 인접 영역과 동일한 높이가 된다. 갭의 영역이 양호한 정합 영역(0.001인치 이하의 갭)으로 둘러싸여 있다면, 충전된 전체 영역을 가로질러 정합된다. 이러한 영역이 볼트 구멍 패턴의 외측에 있는 경우, 가장 낮은 우선순위를 부여하거나 아무런 처리도 하지 않는다. 간극 영역이 넓고 그리고 인접한 양호한 정합영역이 좁고, 양호한 정합영역을 가로질러 가공될 수 있는 경우에, 기준 평면으로부터 가장 높은 편차를 갖고 있는 측면상의 주변영역을 기계가공한다. 인접영역이 높이가 급격히 변하여 급한 구배를 형성하는 경우(4인치당 적어도 0,002인치)에는, 용접에 의해 충진하는 것이 바람직하다. 급격히 변화하는 갭을 다수 구비한 영역은 비교적 적은 증분식 레이저 측정, 예를 들면 1인치 간격의 측정이 필요할 수 있으며, 상술한 지침에 따라 동일한 영역에 대한 국부적인 기준 평면과 수리계획을 작성할 수 있다. 기계가공을 요하는 큰 영역이 있는 경우에는, 격자점상에 중심설정된 2평방인치의 기준 영역이 최초에 선택되고 가공해서 최초에 요하는 평면이 되게 한다. 상기 기준 영역은 소망의 표면을 신속하게 작성하면서 구배가 2차원적으로 형성되게 허용한다.

계획이 수립되면, 수리할 접속부 표면 영역중 하나를 선택한다. 수리 절차중에, 높은 점은 스크래핑(scrapping) 또는 래핑(lapping)되어 제거되며, 낮은 점은 용접으로 충진된다. 종래의 용접 수리 기술을 사용해서 연마를 행하여 청결한 금속을 얻고, 형성된 영역의 주변부를 적층하고, 적층 영역에 인접하는 표면 영역을 대략 0.01인치 상승시켜 언더컷팅을 방지한다. 용접에는 통과사이의 온도를 유지하고 용접후 입자 검사를 포함할 수 있는 종래의 용접 기술을 이용한다. 12인치 x 18인치 보다 큰 영역이 복수의 단계에서 용접되어야 한다. 필요하다면, 용접수리가 끝난후에 볼 피닝(ball peening)과 같은 용접응력제거기술을 사용해야 한다. 그후에, 융기 상태의 용접영역은 스크래핑, 래핑 또는 기계가공을 거쳐서 소망하는 기준 평면으로 된다. 표면 영역의 면적이 비교적 넓을 때에는 마스터 밀(Master Mill)로부터 입수할 수 있는 RTPM6(모델명)과 같은 공작기계를 이용해서 기계가공을 행할 수도 있다. 공작 기계의 스핀들은 피가공면에 대해서 수직해야 한다. 이러한 기계가공시에는 가공기준 평면을 이용해서 공작 기계의 헤드를 작동시키는 종래의 기계가공기술을 채용한다. 기공기준 평면은 12인치 x 12인치의 선택된 가공영역내에서 3개의 지점을 선택함으로써 규정되는 것으로 프로파일 기준 평면과 일치한다. 상기 3개의 지점은 프로파일 측정이 행하여지는 격자점이다. 3개의 지점이 소망하는 기준평면상에 놓여있고 선택된 가공 영역에 상당히 근젖ㅂ해 있는 경우에는, 선택된 가공 영역의 바깥쪽에 위치한 3개의 지점을 이용할 수도 있으며 이것이 바람직하다. 필요한 경우, 선택된 격자점은 레이저 프로파일링 시스템을 이용해서 재측정할 수도 있다. 공작기계의 헤드 높이 표시기는 3개의 지점에서 상기 표면과 접촉한다. 높이 표시기에 의한 측정값은 프로파일 측정값과 일치하도록 조정해서 당해 측정값을 공통의 기준 평면에 맞춘다. 그후, 공작기계는 기준 평면을 기점으로 작동을 개시하여 선택된 영역의 점 부분을 소망하는 높이(평면)에 근접할 때까지 가공함으로써 표면 높이를 일치시킨다. 제10도와 관련해서 상술한 레이저 프로파일링 시스템은 공작기계 헤드의 운동을 안내 및/또는 제어하여 수리계획에 따른 소망하는 평면을 절삭하는데에도 이용할 수 있다. 이것은 공작기계의 헤드에 타rpt을 부착시키고 레이저 높이 측정값을 이용해서 공작기계의 헤드 높이를 제어함으로써 실현할 수 있다. 다음에, 공작기계의 헤드는 점 부분을 수리계획에 따른 소정의 높이(평면)로 절삭하는데에 이용할 수 있다.

보조점을 용접수리해야 할 경우, 보조점은 마지막까지 잔류시켜야 한다. 기계가공작업시에 있어서 12인치 x 18인치 이하의 면적을 갖는 영역을 가공 대상으로 선택하는 것과, 공작기계를 절삭할 부분에 인접한 비용접된 부분에서 X축과 Y축방향으로 이송하는 것은 중요하다. 비용접부를 설정하는데에 이용된 레이저 판독값을 기준으로 하여 접속부 표면이 소망하는 평면으로부터 0.001인치의 오차범위내에 있도록 한다. 공작기계의 설치 및 이송이 완료되고 나면, 공작기계를 이용해서 용접에 의해 충진된 영역을 가공하여 소망하는 평면으로부터 0.003인치 내지 0.005인치의 범위내에 있도록 한다. 이것은 공작기계가 인접표면의 허용오차범위내가 아닌 소망하는 평면의 0.003인치 범위내에서 절삭작업을 해야 한다는 것을 의미한다.

면적이 12인치 x 18인치인 한셋트의 점에 대한 기계가공을 행한 후에는, 프로파일링 레이저를 이용해서 새로운 평면이 그에 인접한 12인치 x 18인치의 점 부분으로부터 얼마나 높은 곳에 위치하고 있는가를 기록한다. 허용가능한 한계치는 소망하는 평면상에서 0.003인치 내지 0.005인치이다. 이러한 과정중에는 소형의 청색판을 사용해서 수리작업의 진행정도를 검사할 수도 있다. 기계가공시에는 표면의 높이를 주기적으로 검사하여 설계도면대로 소망하는 접속부 평면이 형성되도록 해야한다.

접속부 표면에 대한 최종적인 마무리 가공시에는, 새로이 가공된 전체 표면을 모조 및 제2 절삭용 줄, 4인치 크기의 전기 그라인더, 동력 스크래이퍼, 다듬질 숫돌 및 사포를 사용해서 재가공을 시행하여, 모든 단차부 또는 높은 점부분을 제거함과 아울러 이 표면이 소망의 펴면의 허용오차가 ±0.001인치 이내에 있도록 하는 것에 의해 달성될 수 있다. 가스켓 제거용 블레이트 보다는 k돌출부를 가진 스크래이퍼를 사용해야 한다. 평탄한 재가공 영역 부근의 표면은 최종 마무리 작업용의 국부적인 소망하는 평면을 형성시킬 경우의 기준 평면으로서 사용할 수 있다. 이러한 기준 평면은 세척해야 하며, 3ft x 4ft x 7/16인치의 청색판을 이용해서 검사해야 한다. 기준영역은 적어도 90%의 청색접촉영역이 청색판상에 표시되고, 내측으로부터 외측까지 선명한 선이 존재하지 않을 때까지 가공해야 한다. 90%의 접촉이 이루어지면 청색판을 그 길이의 1/3에 해당하는 거리로 재가공 영역쪽으로 이동시키고 또다른 90%의 청색 접촉영역이 나타나도록 한다. 90%의 청색접촉 영역이 확인되면, 표면 높이를 점진적으로 변화시켜서 최종 표면을 소망의 구배내에 있도록 확립한다.

최종 마무리 작업이 완료된 후에는 , 레이저 비임을 기준으로한 본래 보조점을 이용해서 최종 레이저 검사가 실행된다. 이러한 최종검사는 장래의 검사 및 수리의 기준 프로파일이 된다. 상술한 Plastigage(등록상표), 간극게이지 및 청색 검사에 의한 절차는 장래의 수리를 위한 기준 데이터베이스를 또한 형성할 수 있다. 또한 , 상기 데이터는 접속부를 최종적으로 합격시키는 것을 허용하도록 사용된 기준 데이터가 된다. 최종적인 합격 기준은 일반적으로 볼트 결합되지 않은 상태 또는 이완상태에 있어서 접합부 영역내에 0.004인치보다 큰 간극이 없고, 변화율이 4인치당 0.001인치와 동일하거나 작게 되게 하는 것이다.

이상에서 언급한 발명의 상세한 설명을 보면, 본 발명의 여러 가지 특징 및 장점을 명백하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부한 특허청구범위는 본 발명의 기술사상 및 범위에 속하는 상술한 모든 특징 및 장점을 포괄하려는 의도로 작성된 것이다. 또한, 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명을 다양한 형태로 개조 및 변경할 수 있을 것이므로, 본 발명이 명세서에서 설명하고 도면에 도시한 것과 동일한 구성 및 작동에만 한정되는 것으로 보아서는 아니될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 어떠한 형태로 든지 변경실시를 할 수도 있을 것이고 균등물로의 치환도 가능할 것이다. 예를들면, 격자 라인의 간격은 1인치로 감소시켜서 표면이 더욱 정확하게 정합되도록 할 수도 있다.

Claims (8)

1. 접속부(joint)의 2개의 인접한 제1 및 제2 표면사이의 간극(gap)을 측정하고, 이 간극을 감소시킴으로써 접속부 표면을 정합시키는 증기 터빈용 접속부의 형성방법에 있어서, 상기 간극은 압축가능한 간극 측정 매체를 이용하여 측정되며, 상기 접속부의 표면은 상기 간극 측정에 의거해서 프로파일링되고, 상기 프로파일(profile)은 조합되어 간극이 없는 접속부 표면 프로파일을 형성하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈용 접속부의 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 각 접속부 표면의 높이 변화율이 소정치 이내에 있는 것을 특징으로 하는 증기 터빈용 접속부의 형성방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접속부 표면상에서의 공기 순환이 억제되고, 각각의 측정지점에 있어서의 복수의 측정값에 대한 평균값을 계산하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈용 접속부의 형성방법.
4. 제1항에 있어서, 각각의 프로파일에 대하여 기준 평면이 표시되는 것을 특징으로 하는 증기 터빈용 접속부의 형성방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 접속부 표면과 상기 각극의 지형도(map)를 작성하고, 표면의 정합에 의해 간극을 감소시킨 후 간극 기준 프로파일을 작성하는 것을 특징으로하는 증기터빈용 접속부의 형성방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 간극을 재생가능한 기준 격자상에 기록하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈용 접속부의 형성방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 접속부 표면을 레이저 유도 가공에 의해서 정합되는 것을 특징으로 하는 증기 터빈용 접속부의 형성방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 접속부 표면이 부식되었는지를 먼저 검사하고: 다음에, 상기 제1 및 제2 표면상에 재생가능한 기준 격자를 작성하고; 서로 대향하고 있는 상기 제1 및 제2 표면에 대해 청색 접촉에 의한 간극 검사와, 접촉 게이지에 의한 간극 검사와, 변형가능한 간극 측정 매체에 의한 간극 검사를 행하고; 레이저 측정 시스템을 이용해서 상기 제1 및 제2 표면의 프로파일을 측정하고; 모든 측정결과를 이용해서 상기 제1 표면과 제2 표면을 정합시켜 소정치보다 작거나 같고 소정의 표면 높이 변화보다 작은 간극을 형성하기 위한 계획을 작성하고; 상기 소정치 및 소정의 변화를 초과하는 영역에서만 상기 제1 및 제2표면을 재가공하여 상기 제1 표면과 제2 표면을 정합되게 하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈용 접속부의 형성방법.

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