KR100477519B1 - 클램셀의 제작 및 정비용 지그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스터빈의 연소실에 사용되는 클램셀을 용접 또는 기계가공하는 과정에서 발생하는 변형을 방지하는 지그에 관한 것으로서, 단위 클램셀(21)의 몸체(22)가 삽입 위치할 수 있도록 제 1수용홈이 절취 형성되며, 제 1수용홈이 형성된 일측면이 상부를 향하도록 배열 설치되는 하나 이상의 클램셀 고정대(130)와; 클램셀 고정대(130)와 일정 간격으로 배열 설치되며, 단위 클램셀(21)의 그루브 링(23)의 형상에 대응하는 제 2수용홈이 절취 형성되는 그루브 링 고정대(132)와; 클램셀 고정대(130)와 그루브 링 고정대(132)의 상부에 위치하며, 단위 클램셀(21)의 형상변형을 방지하도록 몸체(22)와 그루브 링(23)의 각 내측부를 압착하는 클램셀 성형구(150) 및; 클램셀 성형구(150)에 연결되며, 단위 클램셀(21)에 압착힘을 전달하는 유압 실린더(152)를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 클램셀의 제작 및 정비용 지그는 몸체, 그루브 링, 조인트 플랜지를 이용해 클램셀로 제작할 수 있으며, 클램셀의 보수 정비시에 클램셀의 형상변형을 방지하여 클램셀의 품질을 향상시키는 장점이 있다.

Description

클램셀의 제작 및 정비용 지그{A jig for repairing and manufacturing a clamshell}

본 발명은 가스터빈의 연소실에 사용되는 클램셀을 제작 또는 보수 정비하기 위한 지그에 관한 것이며, 특히, 클램셀을 용접 또는 기계가공하는 과정에서 발생하는 변형을 방지하는 지그에 관한 것이다.

도 1은 가스터빈에서 클램셀이 장착되는 연소실을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 연소실의 구성품을 각각 분리하여 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가스터빈의 연소실은 가스가 연소되는 연소 바스켓(combustro basket ; 10)과, 연소된 공기를 터빈으로 연결해 주는 연소통로(transition piece ; 30) 및, 연소 바스켓(10)과 연소통로(30)의 사이에서 연소된 고온가스에 의해 연소 통로(30)가 급격히 열팽창하는 것을 방지하기 위해 팽창편차(Differential Expansion)를 흡수, 완화하는 클램셀(clam shell ; 20) 등으로 구성된다.

도 3a는 도 1에 도시된 클램셀의 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 클램셀의 단위 클램셀을 나타낸 사시도이고, 도 3c는 도 3b에 도시된 단위 클램셀의 정면도이다.

도 1 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 클램셀(20)은 한 쌍의 단위 클램셀(21)로 구성된다. 이런 단위 클램셀(21)은 반원형관으로 연소가스가 접하는 몸체(22)와, 몸체(22)의 양 측단부에 각각 고정되어 볼트와 너트가 체결되는 조인트 플랜지(Joint flanges ; 25)와, 몸체(22)의 일 끝단에서 몸체(22)의 원주형상을 따라 접합 고정되는 그루브 링(Groove ring ; 23)과, 몸체(22)의 형상을 유지하기 위해 몸체(22)의 외측 원주를 따라 보강 고정되는 스티프너(stiffner ; 24)로 구성된다. 이와 같은 한 쌍의 단위 클램셀(21)은 조인트 플랜지(25)가 상호 대접된 상태에서 볼트와 너트에 의해 클램셀(20)로 체결된다.

클램셀(20)은 연소 바스켓(10)의 인출구가 내측에 스프링 클립(spring clip)방식으로 결합되고, 연소통로(30)의 인입구는 클램셀(20)의 그루브 링(23)에 끼워져 고정 결합된다.

이런 클램셀(20)은 가스터빈의 가동시 고온의 연소가스에 접촉되기 때문에, 산화 또는 부식된다. 또한, 클램셀(20)은 연소 바스켓(10)과 연결통로(30)에 각각 접하는 부위가 진동과 마찰에 의해 마모 또는 국부균열이 발생된다. 또한, 클램셀(20)은 가스터빈의 작동에 따라 팽창 또는 수축이 반복적으로 발생하기 때문에, 형상변형이 발생된다.

따라서, 손상된 클램셀(20)은 새로운 클램셀로 교체되거나, 용접 및 변형교정작업을 거쳐 재사용된다.

하지만, 손상된 클램셀(20)은 산화 또는 부식된 부위만이 부분 용접되는 경우에 품질이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 클램셀(20)은 연소 바스켓(10)과 연소 통로(30)의 연결부위에서 진동, 마찰에 의해 균열이 발생되는데, 이런 균열이 발생된 부위는 육성용접으로 재가공해도 빈번하게 다시 균열이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 클램셀(20)은 연소실의 기동 또는 정지에 따라 열팽창과 수축이 반복적으로 발생하기 때문에, 클램셀의 몸체형상이 변형되는 문제점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 클램셀 고정대에 단위 클램셀을 장착한 상태에서 클램셀 성형구로 단위 클램셀의 몸체형상을 변형교정하면서 손상된 조인트 플랜지와 그루브 링을 교체 용접할 수 있는 클램셀의 제작 및 정비용 지그를 제공하는 데 그 목적이 있다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 클램셀의 제작 및 정비용 지그는 가스터빈의 연소실에 사용되는 클램셀의 구성품인 단위 클램셀을 제작 또는 정비한다. 그리고, 본 발명의 지그는 상기 단위 클램셀의 몸체가 삽입 위치할 수 있도록 제 1수용홈이 절취 형성되며, 상기 제 1수용홈이 형성된 일측면이 상부를 향하도록 배열 설치되는 하나 이상의 클램셀 고정대와; 상기 클램셀 고정대와 일정 간격으로 배열 설치되며, 상기 단위 클램셀의 그루브 링의 형상에 대응하는 제 2수용홈이 절취 형성되는 그루브 링 고정대와; 상기 클램셀 고정대와 상기 그루브 링 고정대의 상부에 위치하며, 상기 단위 클램셀의 형상변형을 방지하도록 상기 몸체와 상기 그루브 링의 각 내측부를 압착하는 클램셀 성형구 및; 상기 클램셀 성형구에 연결되며, 상기 단위 클램셀에 압착힘을 전달하는 유압 실린더를 포함한다.

또한, 상기 유압 실린더가 거치 결합되는 보와 상기 보를 지지하는 구조틀인 저더가 설치되는 것이 바람직하다.

아래에서는 본 발명에 따른 클램셀의 제작 및 정비용 지그의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하겠다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 클램셀의 제작 및 정비에 사용되는 용접 성형용 지그의 사시도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 용접 성형용 지그의 정면도 및 측면도이다.

도 3a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 용접 성형용 지그(100)는 지면에 접하는 베이스 플레이트(110)와, 베이스 플레이트(110)의 상부면에 결합 고정되며 단위 클램셀(21)이 장착되는 클램셀 고정대(130)와, 클램셀 고정대(130)에 장착된 단위 클램셀(21)을 압착 성형하는 클램셀 성형구(150)와, 클램셀 성형구(150)에 유압을 전달하는 유압 실린더(152) 및, 베이스 플레이트(110)에 고정되는 구조틀로서 유압 실린더(152)가 거치 결합되는 저더(Girder ; 120)로 구성된다.

베이스 플레이트(110)는 상기 일정한 두께를 갖는 판형상으로 그 상부면에 클램셀 고정대(130)가 결합 고정된다. 베이스 플레이트(110)에는 클램셀 고정대(130)를 고정하도록, 제 1스터드 볼트(134)가 삽입되는 볼트 구멍이 중심 부위에 형성된다. 또한, 베이스 플레이트(110)에는 구조틀인 저더(120)를 고정하도록 제 2스터드 볼트(122)가 삽입되는 볼트 구멍이 형성된다.

클램셀 고정대(130)는 일정 두께를 갖는 사각 판형상으로 베이스 플레이트(110)의 상부면에 일정 간격으로 3개가 배열 결합되고, 필요에 따라 다수개가 그 배열간격을 달리하여 설치될 수도 있다. 클램셀 고정대(130)에는 단위 클램셀(21)의 몸체(22)에 대응하는 반원형상의 제 1성형홈이 절취 형성된다. 클램셀 고정대(130)는 성형홈이 상부를 향하도록 직립되게 위치하고, 제 1스터드 볼트(134)에 의해 결합된다. 그리고, 클램셀 고정대(130)에서 제 1성형홈이 절취된 상부 일측면에는 단위 클램셀(21)의 조인트 플랜지(25)가 접하게 되고, 조인트 플랜지(25)의 체결을 위해 볼트가 삽입되는 체결홈이 형성된다.

그리고, 그루브 링 고정대(132)는 클램셀 고정대(130)와 일정 간격을 두고 배열 설치된다. 그루브 링 고정대(132)는 클램셀 고정대(130)의 제 1성형홈과 비슷한 반원형상이며, 그루브 링(23)에 대응하는 제 2성형홈이 형성된다.

이렇게 설치된 클램셀 고정대(130)와 그루브 링 고정대(132)에는 단위 클램셀(21)이 끼워지고, 조인트 플랜지(25)가 볼트에 의해 체결 고정된다.

그리고, 클램셀 고정대(130)와 그루브 링 고정대(132)의 상부에는 단위 클램셀(21)의 내측 형상을 변형 교정하는 클램셀 성형구(150)가 위치한다. 클램셀 성형구(150)는 단위 클램셀(21)의 몸체(22)를 압착 성형하는 누름체로서, 몸체(22)의 형상에 대응하는 반원형상을 갖는다. 클램셀 성형구(150)는 유압 실린더(152)에서 하부방향으로 전달된 힘을 이용해, 몸체(22)의 형상을 변형 교정한다.

유압 실린더(152)는 실린더 축이 클램셀 성형구(150)에 연결되며, 저더(120)의 상부 구조틀에 거치 결합된다.

저더(120)는 한 쌍의 기둥과 이런 기둥을 연결하는 보로 구성되며, 저더(120)의 보에 유압 실린더(152)가 결합 설치된다.

도 6a 및 도 6b는 도 4에 도시된 용접 성형용 지그에 의해 가공처리된 클램셀이 외주면의 용접을 위해 장착되는 외주 용접용 지그의 사시도 및 정면도이다.

도 3b, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 외주 용접용 지그(200)는 플레이트(210)의 상부에 몸체 가이드부(220)와 그루브 링 가이드부(230)가 결합된다. 몸체 가이드부(220)는 일정 두께를 갖는 반원형상으로, 원주면이 상부를 향하고, 절단면이 플레이이트(210)에 결합된다. 그루브 링 가이드부(230)는 몸체 가이드부(220)에 일정간격 이격된 상태로 플레이트(210)에 결합된다. 그루브 링 가이드부(230)의 원주면은 제 1단(231)과 제 2단(232)으로 단차지게 형성되는데, 이는 제 2단(232)에 단위 클램셀(21)의 그루브 링(23)이 접하도록 하기 위함이다. 즉, 단위 클램셀(21)은 몸체(22)의 내측에 몸체 가이드부(220)와 그루브 링 가이드부(230)가 접하고, 조인트 플랜지(25)가 플레이트(210)의 양 끝단에 체결용 볼트와 너트에 의해 체결된다. 이렇게 작업자는 외주 용접용 지그(200)에 단위 클램셀(21)을 체결하고, 몸체(22)의 외주면을 가공하거나 스티프너(24)를 용접 부착한다.

아래에서는 상기 용접 성형용 지그 및 외주 용접용 지그를 이용한 단위 클램셀의 제작방법에 대해서 설명하겠다.

먼저, 몸체(22)와 그루브 링(23)은 클램셀(20)의 제작크기에 따라 판재와 사각봉을 각각 절단한 후에, 롤링 밀에 감싸 원형으로 롤링 성형한다. 그리고, 그루브 링(23)은 몸체(22)의 원주에 완전 용입된 상태로 용접되기 위해 C4 모따기로 가공된다.

그리고, 롤링 성형된 몸체(22)와 그루브 링(23)은 절단시 형상 변화가 최소화되도록 풀림처리되고, 몸체(22)의 양 끝단부는 제작길이에 따라 선반에 의해 절단 가공된다. 그리고, 원형으로 성형된 몸체(22)와 그루브 링(23)은 단위 클램셀(21)로 제작되기 위해 각각 축방향으로 절단된다.

그런 다음에는 절단된 몸체(22)를 용접 성형용 지그(100)의 클램셀 고정대(130)에 삽입하고, 유압 실린더(152)를 작동시켜 클램셀 성형구(150)를 몸체(22)에 밀착시킨다. 그리고, 작업자는 용접 성형용 지그(100)의 클램셀 고정대(130)에서 몸체(22)의 돌출된 양 끝단부를 표시한 후에, 몸체(22)를 용접 성형용 지그(100)에서 분리한다. 또한, 작업자는 표시된 몸체(22)의 양 끝단부를 다시 절단하고, 몸체(22)의 내측에 그라인더로 용접 개선각을 가공한다.

이렇게 절단 가공된 몸체(22)는 용접 성형용 지그(100)의 제 1삽입홈에 서 클램셀 고정대(130)의 상부로 몸체(22)가 돌출되지 않게 설치된다. 그리고, 작업자는 용접 성형용 지그(100)의 유압 실린더(152)를 이용해 몸체(22)의 내측에 클램셀 성형구(150)를 밀착시키고, 클램셀 고정대(130)의 상부 일측면에 조인트 플랜지(25)를 체결용 볼트로 고정한다. 이렇게 몸체(22)와 조인트 플랜지(25)가 고정된 상태에서 작업자는 접합 부위를 가용접한다.

그런 다음에는 그루브 링(23)을 그루브 링 고정대(132)의 제 2삽입홈에 삽입하고, 그루브 링(23)의 내측에 클램셀 성형구(150)를 밀착시킨다. 그리고, 작업자는 몸체(22)와 그루브 링(23)이 접하는 원주 부위를 가용접한다.

이런 가용접 상태의 단위 클램셀(21)은 용접부위가 냉각된 후에 용접 성형용 지그(100)에서 분리된다.

그 다음 단계로는 가용접 상태의 단위 클램셀(21)을 외주 용접용 지그(200)에 부착 고정한다. 그런 다음에는 몸체(22)와 조인트 플랜지(25)의 내측 가용접된 부위를 경사지게 표면 가공하고, 스티프너(24)를 몸체(22)의 외주면에 가용접한다. 그리고, 가용접된 부위가 완전 냉각된 후에는 몸체(22)와 조인트 플랜지(25)가 완전 용입되도록 외측 접합 부위를 용접하고, 몸체(22)와 그루브 링(23)을 육성 용접한다.

그리고, 단위 클램셀(21)의 용접이 완료된 후에는 응력완화를 위해 진공로에서 풀림 열처리를 시행한다. 그런 다음에는 도 7에 도시된 접합면 절삭 지그(300)의 장착대(310)에 단위 클램셀(21)을 장착하고, 몸체(22)와 조인트 플랜지(25)의 접합부위에서 돌출된 면을 클램프(320)로 면 절삭(face cutting)한다.

이렇게 제작된 한 쌍의 단위 클램셀(21)은 조인트 플랜지(25)가 상호 맞접된 상태에서 볼트와 너트에 의해 클램셀(20)로 조립된다.

그리고, 클램셀(20)은 몸체(22)의 내경 측정치가 제작도면과 다른 경우에 용접 성형용 지그(100)의 클램셀 성형구(150)로 교정하거나, 몸체(22)의 내면을 선반 가공한다.

그런 다음에는 클램셀(20)의 마감작업으로 클램셀(20)에 각인작업, 비파괴 검사, 마감(touch up) 용접, 치수 검사를 시행한다. 그리고, 클램셀(20)은 블라스팅(blasting)작업, 내외면의 불순물을 제거하기 위한 디그리징(degreasing)작업, 마스킹(masking)작업, 코팅할 표면에 거칠기를 주는 그리트(Grit) 브라스팅 작업, 코팅(coating)작업을 순차적으로 시행함으로써 최종 완성된다.

본 발명의 용접 성형용 지그(100) 및 외주 용접용 지그(200)는 상기와 같이 클램셀(20)을 제작하는데 사용될 뿐만 아니라, 단위 클램셀(21)의 손상된 부위를 용접하거나 보강하는데 사용될 수 있다. 즉, 손상된 단위 클램셀(21)을 보강 용접하는 경우에는 용접 성형용 지그(100) 및 외주 용접용 지그(200)가 용접시 단위 클램셀(21)의 변형을 방지하면서, 보다 용이하게 그루브 링(23) 및 스티프너(24)를 교체 또는 보강 용접할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 클램셀의 제작 및 정비용 지그는 몸체, 그루브 링, 조인트 플랜지를 이용해 클램셀로 제작할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 클램셀의 보수 정비시에 클램셀의 형상변형을 방지하여 클램셀의 품질을 향상시키는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 클램셀 제작 및 정비용 지그에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 가스터빈에서 클램셀이 장착되는 연소실을 나타낸 도면이고,

도 2는 도 1에 도시된 연소실의 구성품을 각각 분리하여 도시한 도면이고,

도 3a는 도 1에 도시된 클램셀의 사시도이고,

도 3b는 도 3a에 도시된 클램셀을 구성하는 단위 클램셀을 나타낸 사시도이고,

도 3c는 도 3b에 도시된 단위 클램셀의 정면도이고,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 클램셀의 제작 및 정비에 사용되는 용접 성형용 지그의 사시도이고,

도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 용접 성형용 지그의 정면도 및 측면도이고,

도 6a 및 도 6b는 도 4에 도시된 용접 성형용 지그에 의해 가공처리된 클램셀이 외주면의 용접을 위해 장착되는 외주 용접용 지그의 사시도 및 정면도이고,

도 7은 도 3b에 도시된 단위 클램셀의 접합면을 가공하기 위한 접합면 절삭 지그를 나타낸 사시도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

20 : 클램셀 21 : 단위 클램셀

100 : 용접 성형용 지그 110 : 베이스 플레이트

120 : 저더 130 : 클램셀 고정대

150 : 클램셀 성형구

Claims (2)

1. 가스터빈의 연소실에 사용되는 클램셀의 구성품인 단위 클램셀을 제작 또는 정비하는 지그에 있어서,

   상기 단위 클램셀의 몸체가 삽입 위치할 수 있도록 제 1수용홈이 절취 형성되며, 상기 제 1수용홈이 형성된 일측면이 상부를 향하도록 배열 설치되는 하나 이상의 클램셀 고정대와;

   상기 클램셀 고정대와 일정 간격으로 배열 설치되며, 상기 단위 클램셀의 그루브 링의 형상에 대응하는 제 2수용홈이 절취 형성되는 그루브 링 고정대와;

   상기 클램셀 고정대와 상기 그루브 링 고정대의 상부에 위치하며, 상기 단위 클램셀의 형상변형을 방지하도록 상기 몸체와 상기 그루브 링의 각 내측부를 압착하는 클램셀 성형구 및;

   상기 클램셀 성형구에 연결되며, 상기 단위 클램셀에 압착힘을 전달하는 유압 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 클램셀의 제작 및 정비용 지그.
2. 제 1항에 있어서, 상기 유압 실린더가 거치 결합되는 보와 상기 보를 지지하는 구조틀인 저더(Girder)가 설치되는 것을 특징으로 하는 클램셀의 제작 및 정비용 지그.