KR100351427B1 - The process and device for repairing the leaks of water cooled the stator bars of the turbin generator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수냉각 터빈 발전기 고정자 권선의 소선 누수부 보수방법 및 장치에 관한 것으로, 발전기의 내부에 권선된 고정자 권선부위를 냉각시키는 워터헤더의 소선(Strand) 누수부의 보수작업을 함에 있어 워터헤더를 절단하지 않고 수행할 수 있도록 함을 목적으로 한다.The present invention relates to a method and apparatus for repairing a wire leaking part of a water-cooled turbine generator stator winding. The present invention relates to a water header in repairing a strand leaking part of a water header that cools a stator winding part wound inside an generator. It is intended to be able to perform without cutting.
본 발명의 구성은 워터헤더부의 누수부위를 레이저빔을 이용하여 레이저 세척하는 단계와; 누수부위의 소선부에 피접합부와 유사한 재질의 브레이징(Brazing) 합금을 도포하는 단계와; 소선부의 피접합부위에 도포된 브레이징 합금 위로 레이저빔을 조사(照射)하여 용융 접합하는 단계와; 브레이징 합금의 도포 및 레이저빔 조사시 보수작업상태를 작업자가 모니터링하는 단계를 포함하여 이루어진 것으로, 본 발명에 의하면 누수 부위에 브레이징용 분말을 도포한 후 레이저 헤드를 이용하여 워터헤더 내부 혹은 외부에서 레이저빔을 조사하여 보수부위를 브레이징 보수하기 때문에 워터헤더를 절단할 필요가 없고 보수 후 워터헤더를 다시 접합해야하는 공정을 배제하게 되어 작업시간이 단축되며, 또한 후공정 시에 발생할 수 있는 절연체의 손상도 아울러 없어지게 되는 효과를 동시에 갖는다.The configuration of the present invention comprises the steps of laser cleaning the water header portion of the water header using a laser beam; Applying a brazing alloy of a material similar to the portion to be joined to the element wire of the leaked portion; Irradiating and melting the laser beam onto the brazing alloy applied to the joined portion of the element wire portion; It includes the steps of the operator monitoring the maintenance work during the application of the brazing alloy and laser beam irradiation, according to the present invention after applying the brazing powder to the leaking site using a laser head in or out of the water header laser Brazing repairs are performed by irradiating beams, which eliminates the need to cut water headers and eliminates the need to rejoin the water headers after repairs, which reduces work time and also damages insulators that can occur during post-processing. It also has the effect of disappearing at the same time.
Description
본 발명은 수냉각 터빈 발전기 고정자 권선의 소선 누수부 보수방법 및 장치에 관한 것으로, 상세하게는 발전기의 내부에 권선된 고정자 권선부위를 냉각시키는 워터헤더의 소선(Strand) 누수부의 보수작업을 함에 있어 워터헤더를 절단하지 않고 수행할 수 있도록 한 수냉각 터빈 발전기 고정자 권선의 소선 누수부 보수방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for repairing a wire leaking part of a water-cooled turbine generator stator winding, and more particularly, in repairing a strand leaking part of a water header for cooling a stator winding part wound in an inside of a generator. The present invention relates to a method and apparatus for repairing element leaks in a water-cooled turbine generator stator winding, which can be performed without cutting the water header.
일반적으로, 수냉각 터어빈 발전기의 고정자 권선은 기전력을 직접적으로 발생시키는 역할을 하는 부품으로서 유도 기전력에 의해 발생되는 열을 냉각시켜 주어야 한다.In general, the stator winding of a water-cooled turbine generator is a component that directly generates electromotive force, and must cool the heat generated by induced electromotive force.
냉각방식은 발전기의 용량에 따라 나뉘어 지는데, 낮은 용량일 경우 공기 또는 수소로 냉각시키는 간접 냉각 방식과 300W 이상의 고용량일 경우에는 중공소선의 내부로 가스 혹은 액체 냉각수를 순환시키는 직접 냉각방식이 사용된다.The cooling method is divided according to the capacity of the generator. In case of a low capacity, an indirect cooling method that cools with air or hydrogen and a high capacity of 300W or more are used as a direct cooling method that circulates gas or liquid cooling water into the hollow element wire.
이러한 냉각방식 가운데 수냉각 방식을 사용하는 고정자 권선은 내부가 비어 있는 작은 중공 소선(hollow strands)과 내부가 채워져 있는 중실 소선(solid strand)으로 구성되며, 이들은 구리-인(Cu-P) 경납으로 접합되어 있고, 이들은 또한 워터헤더의 내부 벽면과도 브레이징(Brazing) 접합되어 있다.Among these cooling methods, the stator windings using water cooling are composed of small hollow strands with empty interiors and solid strands with internal fillings, which are made of Cu-P brazing. They are also brazed to the inner wall of the water header.
이에 대한 구조를 자세히 설명하면 도 1은 수냉각 방식의 발전기에 사용되는 고정자 권선(Stator bar)의 개략도로서, 입구측 냉각수 튜브(5)로 부터 냉각수가 들어와서 입구측 워터헤더(3)(water header)를 통과한 후 고정자 권선(1)의 내부를 냉각시키고 출구측 워터헤더(2)를 거쳐 출구측 냉각수 튜브(4)를 통해 배출된다.1 is a schematic view of a stator winding (Stator bar) used in a water-cooled generator, in which the coolant is introduced from the inlet coolant tube (5) and the inlet water header (3) (water) After passing through the header, the inside of the stator winding 1 is cooled and discharged through the outlet coolant tube 4 via the outlet water header 2.
또한, 수냉식 고정자 권선(1)은 중공 소선(9) 및 중실 소선으로 구성되는 방식과 중공 소선(9)만으로 구성되는 방식이 있으며, 두 방식 모두 소선과 소선 사이 그리고 소선과 워터헤더의 내벽 사이는 구리-인(Cu-P) 합금으로 브레이징(brazing) 접합된다.In addition, the water-cooled stator winding (1) has a system consisting of a hollow element wire (9) and a solid element wire and a method consisting of only a hollow element wire (9), both of the method between the element wire and the element wire and between the element wire and the inner wall of the water header It is brazed to a copper-phosphorus (Cu-P) alloy.
도 2 및 도 3은 수냉각식 고정자 권선의 워터헤더로서 도 2는 원자력 발전소의 발전기 고정자 권선(1)에서 주로 사용되는 일자형 워터헤더(2),(3)이며, 도 3은 화력발전소의 발전기 고정자 권선(1)에서 주로 사용되는 사선형 워터헤더(2'),(3')를 나타낸 것이다.2 and 3 are water headers of water-cooled stator windings. FIG. 2 is straight water headers (2) and (3) mainly used in generator stator windings (1) of a nuclear power plant. FIG. 3 is a generator of a thermal power plant. The diagonal water headers 2 'and 3' mainly used in the stator winding 1 are shown.
두 방식 모두 워터헤더 입구(8)를 통하여 냉각수가 공급되며 워터헤더 챔버(6) 내부에 소선(9)들이 위에서 언급한 바와 같이 서로 브레이징 접합되어 있고 대지전압에 견딜 수 있도록 두꺼운 절연재(7)로 쌓여 있다.Both methods supply coolant through the water header inlet 8 and inside the water header chamber 6 the elements 9 are brazed to each other as mentioned above and made of thick insulation 7 to withstand earth voltage. Are stacked.
도 4는 워터헤더(3) 내부를 도시한 도 2와 도 3의 A-A'부의 단면으로 고정자권선을 이루는 중공 소선(9) 사이 및 중공 소선(9)과 워터헤더 챔버(6) 내벽 사이에 브레이징 접합부(11)가 존재한다4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIGS. 2 and 3 showing the inside of the water header 3 between the hollow element 9 forming a stator winding and between the hollow element 9 and the inner wall of the water header chamber 6. There is a brazing joint 11
그러나, 이 브레이징(brazing) 접합부(11)는 고정자 권선을 장기간 사용시 냉각수와 브레이징 합금과의 화학적 반응등 여러가지 원인에 의해 부식형태의 구조적 열화(劣化)가 발생되고, 이 결함들이 계속 진척되어서 절연체(7)까지 도달하면 절연체가 손상되기 때문에 그 사이로 냉각수가 유출되어 발전소 사고로 이어질 수 있다.However, this brazing junction 11 has structural corrosion in the form of corrosion due to various factors such as chemical reaction between the coolant and the brazing alloy when the stator winding is used for a long period of time, and these defects continue to progress and the insulator ( If it reaches up to 7), the insulators will be damaged and the coolant may leak between them, leading to a power plant accident.
이것을 방지하기 위하여 제안된 선행기술중 미국 제 5,793,014의 보수 방법은 냉각수가 내부로 흐르는 워터헤더의 캡(Cap)을 제거 후 레이저 빔을 이용해 보수 부위를 클리닝하고, 브레이징 용가재를 스프레이 건으로 도포한 후 레이저 빔을 이용해 브레이징 용가재를 접합시켜 보수하는 방법이 제안되어 있다.In order to prevent this, the repair method of US 5,793,014, which is proposed in the prior art, removes the cap of the water header in which the coolant flows into the interior, cleans the repaired area using a laser beam, applies the brazing filler material with a spray gun, and then A method of joining and repairing a brazing filler metal using a beam has been proposed.
그러나, 상기와 같은 방법은 레이저 빔을 이용해 워터헤더 자체를 절단하지 않고 효율적으로 결함이 있는 브레이징(brazing) 부위를 보수할 수 있으나 보수 후 워터 캡(Cap)을 다시 브레이징(brazing)에 접합해야 하는 번거로운 문제뿐만 아니라 브레이징 용가재를 분무하는 방법으로 보수 부위에 도포하기 때문에 그 도포막이 엷어 충격이나 부식에 의해 브레이징 부위에 0.3mm 이상 깊은 균열이 발생하면 적용하기가 힘들게 되고 중공 소선에 브레이징 용가재가 동시에 도포되는 단점을 아울러 갖게 된다.However, the above method can efficiently repair the defective brazing area without cutting the water header itself using the laser beam, but after repairing the water cap must be bonded to the brazing again. In addition to the troublesome problem, the brazing filler metal is sprayed on the repaired area, so if the coating film is thin and a crack or a deep crack of 0.3 mm or more occurs in the brazing area due to impact or corrosion, it is difficult to apply and the brazing filler metal is simultaneously applied to the hollow element. In addition to the disadvantages.
한편, 미국 제 5,581,869와 같이 고정자 권선의 일단을 감싸는 워터헤더의 절단후 소선 브레이징 접합부의 기공과 같은 결함을 구리- 인(Cu-P) 합금의 브레이징 용가재를 이용하여 브레이징 보수하는 방법은 보수 부위의 영구성 견고성을 얻을 수 있으나 워터헤더를 절단 후 다시 브레이징(Brazing) 하여야 하기 때문에 그 과정에서 절연체가 손상될 수 있고 작업공정 시간이 90일 이상 소요될 수 있는 단점이 있다.Meanwhile, a method of brazing and repairing defects such as pores of a wire brazing joint after cutting of a water header covering one end of a stator winding by using a brazing filler material of a copper-phosphorus (Cu-P) alloy, such as US 5,581,869, may include Permanent robustness can be obtained, but since the water header must be brazed again, the insulator can be damaged in the process and the work process can take 90 days or more.
또한, 미국 제 5,875,539의 낮은 점성 수지의 진공침투 보수 방법은 워터헤더의 절연체를 제거한 후 외부에 낮은 점성(粘性)의 자연경화성 수지를 절연체가 제거된 워터헤더의 외부에 도포한 후 워터헤더의 내부에 진공을 유도하여 소선의 결함 부위 내부로 자연 경화성 수지가 침투되도록 하는 것이다.In addition, in the US 5,875,539 low-viscosity vacuum penetration repair method, after removing the water header insulator, apply a low-viscosity, natural curable resin to the outside of the water header from which the insulator is removed, and then the inside of the water header. By inducing a vacuum to the natural curable resin penetrates into the defect site of the wire.
그러나 이 방법 또한 누수부위의 정확한 위치를 찾기 힘든 경우에는 유용하지만 자연경화성 수지에 의한 보수 부위의 영구성 및 견고성이 매우 부족하여 절연체를 제거한 후에 재 설치해야 하는 단점이 있다.However, this method is also useful when it is difficult to find the exact location of the leaked part, but there is a disadvantage in that it needs to be reinstalled after removing the insulator due to the lack of permanence and robustness of the repaired part by the natural curable resin.
미국 제 5,605,590의 에폭시 경화법은 워터헤더를 절단하지 않고 보어스코프와 주입기를 이용하여 에폭시를 누수 부위에 도포한 후 경화시켜 보수하는 방법으로서 워터헤더를 절단하지 않아 절연체를 손상 시키지 않고 작업시간이 단축될 수 있으나 보수부위의 견고성 및 영구성은 보장되지 않는다.The epoxy curing method of US 5,605,590 is a method of repairing by curing epoxy after applying epoxy to the leaking area using a borescope and injector without cutting the water header, and shortening working time without damaging the insulator without cutting the water header. However, the robustness and permanence of the repaired part is not guaranteed.
본 발명은 상기의 기존 발명에서 나타난 문제점을 모두 해결하기 위한 것으로, 워터 헤드를 절단하지 않고 영구적이고 견고하며 안정적인 누수부위의 보수방법 및 장치를 제공함에 목적이 있다.The present invention is to solve all the problems shown in the existing invention, it is an object of the present invention to provide a method for repairing a permanent, durable and stable leaking site without cutting the water head.
이러한 목적에 대한 적절한 보수방법으로 본 발명에서는 에폭시(Epoxi)가 아닌 고정자 권선 소선의 브레이징 접합부와 동일한 소재인 구리-인 계열의 용가재를 분말형태로 제작하여 누수부위에 쉽게 도포할 수 있도록 하고, 광섬유를 통해서 원격전송이 가능한 레이저 빔 헤드를 통해 집광한 후 도포된 분말에 레이저 빔을 조사하여 열을 가함으로서 융용하여 육성시킬 수 있는 수냉각 터빈 발전기 고정자 권선의 소선 누수부 보수방법 및 장치를 제안한다.As a proper repairing method for this purpose, in the present invention, a copper-phosphorous filler metal, which is the same material as the brazing joint of the stator winding wire, not epoxy, is made in powder form so that it can be easily applied to the leaking site, and the optical fiber We propose a method and apparatus for repairing the wire leaking part of the stator winding of a water-cooled turbine generator stator that can be fostered by fusing a laser beam onto the coated powder and applying heat after condensing through a laser beam head that can be remotely transmitted. .
이는 분말주입기를 이용하여 육성용 분말 용가재를 도포하고 원거리 레이저 전송 레이저 빔을 이용하여 용융,육성시킴으로서 워터헤더를 절단할 필요가 없으므로 절연체에 손상을 주지 않고 영구적이고 견고한 보수 부위를 획득할 수 있다.It is possible to obtain a permanent and solid repair site without damaging the insulator because it does not need to cut the water header by applying the powder filler material for growth using a powder injector and melting and growing using a remote laser transmission laser beam.
도 1은 일반적인 수냉각 방식의 발전기 고정자 권선의 개략도,1 is a schematic diagram of a generator stator winding of a general water cooling method,
도 2는 본 발명이 적용되는 터빈 발전기 고정자 권선을 냉각하기 위한 일자형태의 워터헤더의 단면도,2 is a cross-sectional view of a water header in the form of a straight line for cooling the turbine generator stator winding to which the present invention is applied;
도 3은 본 발명이 적용되는 터빈 발전기 고정자 권선을 냉각하기 위한 사선형태의 워터헤더 단면도,3 is a cross-sectional view of an oblique water header for cooling a turbine generator stator winding to which the present invention is applied;
도 4는 도 2 및 도 3의 A-A'단면도,4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIGS. 2 and 3;
도 5는 본 발명에 따른 워터헤더 내부의 누수부위에 분말을 도포하는 공정을 나타낸 단면도,5 is a cross-sectional view showing a process of applying a powder to a leaking portion inside the water header according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 일자형 워터헤더의 누수부위를 외부에서 보수하는 상태를 나타낸 단면도.6 is a cross-sectional view showing a state of repairing the leaking portion of the straight water header from the outside from the outside.
도 7은 본 발명에 따른 사선형 워터헤더의 누수부위를 외부에서 보수하는 공정을 나타낸 단면도,7 is a cross-sectional view showing a process for repairing a leaking portion of an oblique water header according to the present invention from the outside;
도 8은 본 발명에 따른 일자형 레이저 헤드의 광학계의 개념을 나타낸 구성도,8 is a block diagram showing the concept of an optical system of a straight laser head according to the present invention,
도 9는 본 발명에 따른 일자형 워터헤더의 소선과 벽면 사이의 누수부위 보수 공정 구성도,Figure 9 is a block diagram of the process of repairing the leakage site between the element wire and the wall surface of the straight water header according to the present invention,
도 10은 본 발명에 따른 사선형 워터헤더의 소선과 벽면 사이의 누수부위 보수 공정을 나타낸 단면도,10 is a cross-sectional view showing a leak site repair process between the element wire and the wall surface of the diagonal water header according to the present invention;
도 11은 본 발명에 따른 사선형 레이저 헤드의 광학계를 나타내는 개념도,11 is a conceptual diagram illustrating an optical system of a diagonal laser head according to the present invention;
도 12는 본 발명에 따른 일자형 레이저 헤드 및 사선형 레이저 헤드의 단면도,12 is a cross-sectional view of a straight laser head and a diagonal laser head according to the present invention;
도 13은 본 발명에 따른 수냉각 터빈 발전기 고정자 권선의 소선 누수부 보수방법의 단계를 나타낸 공정블럭도이다.13 is a process block diagram showing the steps of the method for repairing the wire leaking part of the water-cooled turbine generator stator winding according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>
1 : 고정자 권선 2 ; 출구측 워터헤더1: stator winding 2; Outlet Water Header
3 : 입구측 워터헤더 4 : 출구측 냉각수 튜브3: inlet water header 4: outlet side coolant tube
5 : 입구측 냉각수 튜브 6 : 워터헤더 챔버5: Inlet side coolant tube 6: Water header chamber
7 : 절연체 8 : 워터헤더 입구7: insulator 8: water header inlet
9 : 중공 소선(hollow strands) 10 : 전기연결단자9: hollow strands 10: electrical connection terminal
11: 브레이징 접합부 12 : 직선형 레이저 헤드11: brazing joint 12: straight laser head
13 : 내시경 14 : 광섬유13: endoscope 14: optical fiber
15 : 케이블 16 : 모니터15 cable 16 monitor
17 : 레이저 빔 18 : 렌즈17 laser beam 18 lens
19 : 사선형 레이저 헤드 20 : 웨지형 렌즈19: diagonal laser head 20: wedge lens
21 : 렌즈케이싱 22 : 보호유리21: lens casing 22: protective glass
23 : 가스통로 24 : 광섬유 결합부23: gas passage 24: optical fiber coupling portion
25 : 매니퓨레이터 결합부 26 : 가스통로25: manipulator coupling portion 26: gas passage
27 : 홀(Hole) 28 : 분말주입기27: hole 28: powder injector
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수냉각 터어빈 발전기의 고정자 권선부위를 냉각시키는 워터헤더의 소선(Strand) 누수부의 보수작업을 수행함에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention is to perform the repair work on the strand leaking part of the water header to cool the stator winding portion of the water-cooled turbine generator,
워터헤더부의 누수부위를 레이저빔을 이용하여 레이저 세척하는 단계와; 누수부위의 소선부에 피접합부와 유사한 재질의 브레이징(Brazing) 합금을 도포하는 단계와; 소선부의 피접합부위에 도포된 브레이징 합금 위로 레이저빔을 조사하여 용융 접합하는 단계와; 브레이징 합금의 도포 및 레이저빔 조사시 보수작업상태를 작업자가 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Laser cleaning the water header portion of the water header using a laser beam; Applying a brazing alloy of a material similar to the portion to be joined to the element wire of the leaked portion; Irradiating and melting the laser beam onto the brazing alloy applied to the joined portion of the element wire portion; The operator comprises the steps of monitoring the maintenance work state during the application of the brazing alloy and laser beam irradiation.
본 발명의 또다른 특징은 수냉각 터어빈 발전기 내부에 권선된 고정자 권선부위를 냉각시키는 워터헤더 소선(Strand) 누수부의 보수작업을 수행함에 있어서,In still another aspect of the present invention, in performing a repair operation of a water header strand leaking part for cooling a stator winding part wound in a water-cooled turbine generator,
고정자 소선부의 보수부위에 브레이징 합금 분말을 도포하는 브레이징 합금 분말 주입수단과; 고정자 소선부의 보수부위를 클리닝 및 누수부위의 피접합 부위에 도포된 합금을 용융시키는 레이저 조사수단과; 워터헤더 내부의 소선 누수부 보수부위를 육안으로 모니터링하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.Brazing alloy powder injection means for applying brazing alloy powder to the repair portion of the stator element wire; Laser irradiation means for cleaning the repaired part of the stator element and melting the alloy applied to the bonded part of the leaked part; It is characterized in that it comprises a means for visually monitoring the repair portion of the element leakage inside the water header.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 수냉각 터빈 발전기 고정자 권선의 소선 누수부 보수방법은 도 13에서 나타낸 바와 같이, 크게 고정자 권선 누수부 레이저 세척단계, 브레이징 합금 분말 도포 단계, 브레이징 합금 용융 육성 단계, 이들 단계를 작업시 모니터링하는 단계로 이루어진다.As shown in FIG. 13, the method for repairing the wire leaking part of the water-cooled turbine generator stator winding of the present invention is largely performed in the stator winding leaking part laser cleaning step, brazing alloy powder applying step, brazing alloy melting growth step, and monitoring these steps during operation. It consists of steps.
이와 같은 본 발명의 고정자 권선 누수 부위의 보수 공정 중 보수부위의 세척단계는 워터헤더를 절단하지 않고 누수부위를 브레이징 (Brazing)보수 하여야 하기 때문에 브레이징 합금을 도포하기 전 누수부위의 세척은 레이저 클리닝 기술을 이용한다.Since the cleaning step of the repairing part of the stator winding leakage part of the present invention repairs the leaking part without cutting the water header, the cleaning of the leaking part before applying the brazing alloy is performed by laser cleaning technology. Use
보수부위의 위치에 따라 직선형 레이저 헤드(12)및 사선형 레이저 헤드(19)를 선택하여 워터헤더 입구(8)로 삽입하고 누수부위에 세척에 필요한 적절한 출력의 레이저빔(17)을 조사하여 보수부위의 산화물 등을 제거한다.The linear laser head 12 and the oblique laser head 19 are selected and inserted into the water header inlet 8 according to the position of the repaired part, and the leaked part is irradiated with the laser beam 17 of appropriate output for cleaning. The oxide of the site is removed.
도 5는 브레이징 합금을 누수부위에 도포하는 단계를 나타내는 공정으로서, 먼저 사용하는 브레이징 합금은 누수 부위와 유사한 AWS 규격 BCuP 계열 및 BAg 계열중 융점이 가능한 낮은 합금을 선택하여 분말 형태(50~100㎛)로 제작한다.5 is a process showing the step of applying the brazing alloy to the leaking site, the first brazing alloy to be used in the powder form (50 ~ 100㎛ by selecting a low melting point alloy of the AWS standard BCuP series and BAg series similar to the leaking site) )
분말 브레이징 합금의 도포는 주사기 형태의 분말주입기(28)에 분말과 열에 의해 쉽게 증발하는 용제를 섞은 후 워터헤더 입구(8)를 통해 내부로 삽입하고 직경이 작은 내시경(13)과 모니터(16)를 통해 내부를 확인 하면서 분말주입제어기를 통해 송급속도를 적절히 조절하면서 도포한다.Application of the powder brazing alloy is performed by mixing a powder and a heat-evaporating solvent in a syringe-type powder injector 28 and inserting it into the inside through the water header inlet 8 and the endoscope 13 and the monitor 16 having a small diameter. While checking the inside through the powder injection controller is applied while adjusting the feed rate appropriately.
도 6은 일자형 워터헤더(2),(3)의 누수 부위에 브레이징 합금을 도포한 후 레이저빔(17)을 조사하는 공정으로서 C구간은 직선형 레이저 헤드(12)를 내부까지 삽입하지 않고 외부에서 작업 가능한 구간으로서 내부에 삽입하여 작업하는 것보다 모니터링이 쉽기 때문에 용이하게 작업이 가능하다.FIG. 6 is a process of irradiating a laser beam 17 after applying a brazing alloy to the leaking portions of the straight water headers 2 and 3, and in the section C, the straight laser head 12 is inserted from the outside without being inserted into the inside. As a workable section, it is easier to monitor because it is easier to monitor than to insert it inside.
도 6에서 알 수 있듯이 워터헤더(2),(3)를 절단하지 않고 작업이 가능하기 때문에 보수 후 워터헤더(2),(3)를 다시 재조립 할 필요가 없으므로 절연체(7)에 전혀 영향을 주지 않는다.As can be seen in FIG. 6, since the work can be performed without cutting the water headers 2 and 3, there is no need to reassemble the water headers 2 and 3 after the repair, thus influencing the insulator 7 at all. Does not give.
또한, 레이저빔(17)을 조사하여 누수부위에 도포된 브레이징 합금을 용융시킬 때 주변의 열영향 정도는 100℃ 이하로서 절연체의 열영향 온도 150~170℃ 보다 훨씬 낮다.In addition, when the laser beam 17 is irradiated to melt the brazing alloy applied to the leaking site, the degree of thermal effect of the surroundings is 100 ° C. or less, which is much lower than the heat effect temperature of 150-170 ° C. of the insulator.
도 6의 C 구간의 범위는 워터헤더(2),(3)의 형태에 따라 차이가 나며, 워터헤더 입구(8)의 작업 가능한 가장자리 사이에서 레이저빔(17)을 조사할 경우 두 레이저빔 사이의 각도θ만큼이다.The range of the section C of FIG. 6 varies depending on the shape of the water headers 2 and 3, and when the laser beam 17 is irradiated between the workable edges of the water header inlet 8, between the two laser beams. Is equal to the angle θ.
레이저 발진기는 발전소 현장까지 이동이 용이한 모델의 선택이 중요하며 펄스형 보다 연속파형 레이저가 유리하다.For laser oscillators, it is important to select a model that is easy to move to the power plant site, and continuous wave lasers are advantageous over pulse type.
도 7은 사선형 워터헤더(2'),(3')의 누수부위에 브레이징 합금 도포 후 레이저빔(11) 조사(照射) 공정으로서 일자형 워터헤더(2),(3)의 경우와 마찬가지로 외부에서 작업이 가능한 B-C 구간은 레이저 헤드(12)를 삽입하는 것보다 용이하게 작업이 가능하다.7 is a process of irradiating the laser beam 11 after applying the brazing alloy to the leaking portions of the diagonal water headers 2 'and 3', as in the case of the straight water headers 2 and 3, The BC section that can be worked on is easier to work than inserting the laser head 12.
도 8은 워터헤더(2),(3)의 외부에서 작업 가능한 일자형 레이저 헤드(12)의 광학계 설계의 구성을 나타낸 것으로, 광섬유(14)를 통해 전송된 레이저 빔을 집광용 렌즈(18)를 통해 촛점 심도가 큰 레이저빔(17)으로 형성시키는 방식이다.8 shows the configuration of the optical system design of the straight laser head 12 that can work outside of the water header (2), (3), the laser beam transmitted through the optical fiber 14 to collect the lens 18 for condensing Through this method is to form a laser beam 17 having a large depth of focus.
도 9는 워터헤더(2),(3)의 외부에서 일자형 레이저 헤드(12)를 이용하여 보수작업이 불가능한 소선(9)과 워터헤더(2),(3) 벽 사이의 브레이징 부위, 즉 도 6의 B와 D구간을 보수하는 공정으로서, 사선형 레이저 헤드(19)를 워터헤더 입구(8)을 통해 내부로 삽입하여 이미 누수부위에 도포된 브레이징 합금 분말 위에 레이저 빔(17)을 조사하는 공정이다.FIG. 9 shows the brazing area between the element wire 9 and the water header 2, 3 wall which cannot be repaired using the straight laser head 12 outside the water header 2, 3, ie, FIG. As a process for repairing sections B and D of 6, a diagonal laser head 19 is inserted through the water header inlet 8 to irradiate the laser beam 17 onto the brazing alloy powder already applied to the leaking site. It is a process.
이때, 일자형 레이저 헤드(12)를 이용할 경우와는 달리 내시경(13) 또한 워터헤더 입구(8)을 통해 내부로 삽입한다.At this time, unlike when using the straight laser head 12, the endoscope 13 is also inserted into the interior through the water header inlet (8).
도 11은 일자형 레이저 헤드(12)에 의해 작업이 불가능한 브레이징 부위에 레이저 빔(17)을 전송시키기 위해 각 35도로 굴절시키기 위한 사선형 레이저 헤드(19)의 광학계 설계 개념도이다.FIG. 11 is a conceptual diagram of an optical system design of an oblique laser head 19 for refracting the laser beam 17 at an angle of 35 degrees for transmission of the laser beam 17 to a brazing part which is inoperable by the straight laser head 12.
레이저 빔(17)을 굴절시키기 위해 웨지(wedge)형 또는 프리즘 형태의 렌즈(20)을 이용하며, 굴절된 레이저 빔을 집광용 렌즈(18)을 통해 원하는 브레이징 부위에 레이저빔(17)이 전송되도록 한다.A wedge or prism type lens 20 is used to deflect the laser beam 17, and the laser beam 17 is transmitted to the desired brazing portion through the condensing lens 18. Be sure to
도 12는 일자형 및 사선형 레이저 헤드 구조를 나타낸 단면도로서, 여기서 도 12(a)는 일자형 레이저 헤드(12) 도 12(b)는 사선형 레이저 헤드(19)를 나타낸다.12 is a cross-sectional view showing a straight and oblique laser head structure, where FIG. 12 (a) shows a straight laser head 12 and FIG. 12 (b) shows a diagonal laser head 19.
이와 같은 레이저 헤드(12),(19)의 구조는 렌즈케이싱(21),광섬유 결합부(24) 및 로보트(Robot) 또는 매니퓨레이터(Manipulator)에 결합시키기 위한 결합부(25)로 크게 구성된다.The structure of the laser heads 12 and 19 is largely composed of a lens casing 21, an optical fiber coupling part 24, and a coupling part 25 for coupling to a robot or a manipulator. do.
레이저 헤드(12),(19)의 내부에 설치된 렌즈(18)를 냉각시키기 위하여 아르곤(Ar) 가스등과 같은 비활성 냉각기체(26)를 이용하며, 가스는 B-B'단면에서 보듯이 4개의 홈으로 구성된 가스통로(23)을 통해 각 렌즈(18)를 냉각시킨다.An inert cooling gas 26, such as argon (Ar) gas, is used to cool the lens 18 installed inside the laser heads 12 and 19. Each lens 18 is cooled through a gas passage 23 composed of a groove.
특히, 사선형 레이저 헤드(19)의 경우 헤드가 워터헤더(2),(3)의 내부로 삽입되기 때문에 결합부위 보수 시 발생하는 그으름에 의해 렌즈(18)가 영향을 받아 레이저빔(17)전송에 문제가 발생할 수 있으므로 보호가스를 사용하여 방지한다.In particular, in the case of the oblique laser head 19, since the head is inserted into the water headers 2 and 3, the lens 18 is affected by the soot generated during repair of the coupling portion, and thus the laser beam 17 ) Use a protective gas to prevent problems.
렌즈케이싱(21)과 결합기(25)는 분리결합이 가능하며 결합기(25)의 로보트 또는 매니퓨레이터(Manipulator)와의 결합은 홀(hole)(27)을 통해 이루어 진다.The lens casing 21 and the coupler 25 can be separated and coupled, and the coupling of the coupler 25 with a robot or a manipulator is made through a hole 27.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 분밀주입기를 이용하여 누수 부위에 브레이징용 분말을 도포한 후 레이저헤드를 이용하여 워터헤더 내부 혹은 외부에서 레이저빔을 조사하여 보수부위를 브레이징 보수하기 때문에 워터헤더를 절단할 필요가 없다.As described above, the present invention uses a powder injector to apply the brazing powder to the leaking site, and then irradiates a laser beam inside or outside the water header using a laser head to repair and repair the brazing area. No need to cut
따라서, 워터헤더를 절단할 필요가 없으므로 보수 후 워터헤더를 다시 접합해야하는 공정을 배제하게 되어 작업시간이 단축되며, 또한 후공정 시에 발생할 수 있는 절연체의 손상도 아울러 없어지게 되는 효과를 동시에 갖는다.Therefore, it is not necessary to cut the water header, thereby eliminating the process of re-joining the water header after maintenance, thereby reducing the work time, and at the same time having the effect of eliminating the damage of the insulator that may occur during the post process.
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