KR100876603B1 - 터빈용 다이아프램 제작방법 및 그 방법에 의해 제작된터빈용 다이아프램 - Google Patents

Abstract

발전 터빈기기에 장착되는 다이아프램 제작방법 및 그 방법에 의해 제작된 다이아프램을 제공한다. 본 발명에 따른 상기 다이아프램은 원심주조를 이용하여 링 형상의 모재를 제조하는 단계; 원심주조를 통해 제조된 모재를 1150℃ ~ 1250℃ 이내로 가열한 후 가열된 모재에 외력을 가하여 상기 모재가 터빈기기 장착에 적합한 외형을 가지도록 가공하는 단조 단계; 단조를 거치면서 형상이 변형된 모재를 열처리하는 단계; 열처리된 모재 내·외주면을 포함하여 표면을 절삭가공하는 단계; 절삭가공된 모재를 수개의 부채꼴 형상의 소재로 커팅하는 단계; 및 표면이 절삭가공된 부채꼴 형상의 소재를 3차원으로 절삭가공하여 내주면과 외주면 사이에 다이아프램의 날개 부위를 형성하는 정밀가공단계;를 거쳐 제작됨을 요지로 한다.

발전 터빈, 다이아프램, 제작방법, 원심주조, 단조

Description

터빈용 다이아프램 제작방법 및 그 방법에 의해 제작된 터빈용 다이아프램{Manufacturing method of diaphragm for turbine and diaphragm of manufactured same}

본 발명은 로터 회전을 통해 유용한 전력을 얻는 터빈기기에 있어 유입된 증기 또는 가스가 최적의 증기 흐름을 가지도록 유도하는 발전 터빈용 다이아프램(diaphragm)에 관한 것으로, 상세하게는 종래와는 달리 용접 작업이 전혀 요구되지 않는 터빈용 다이아프램 제작방법 및 그 방법에 의해 제작된 터빈용 다이아프램에 관한 것이다.

일반적으로 발전용 터빈을 이용하여 전력을 생산함에 있어서, 보일러로부터 생성된 고온 고압의 증기가 터빈 스톱 밸브(stop valve) 및 컨트롤 밸브(control valve)를 지나 터빈 케이싱 내부로 유입되고, 케이싱 내부로 유입된 증기는 다이아프램(diaphragm)을 거쳐 로터에 조립된 회전익(Moving Blade)을 회전시킴으로써 로터에 의해 발전기가 회전하면서 전력이 얻어진다.

이때 다이아프램은 유입된 증기 또는 가스가 최적의 증기 방향을 갖는 증기흐름(Steam Flow)이 되도록 유도하여 터빈 로터(Turbine Rotor)에 조립된 회전익을 회전시키는 역할을 하며, 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 가진다.

도 1을 참조하여 상기 다이어프램의 전반적인 구성을 개략적으로 살펴보면, 상기 다이어프램은 외부링(Outer Ring, 10)과, 내부링(Inner web, 20) 및 상기 외부링과 내부링 사이의 파티션(partition, 30)을 포함하여 구성된다. 외부링(10)은 터빈 케이싱에 조립되어 고정되며, 내부링(20)은 로터 축을 둘러싸게 되고, 파티션(30)은 회전익 측으로의 증기 흐름을 유도하기 위한 고정날개(32)와 이 고정날개(32)를 상기 외부링(10)과 내부링(20) 사이에 배치시키기 위해 고정날개(32)를 배열하거나 지지하는 스페이서 밴드(34)로 이루어 진다.

상기 외부링(10)은 외부 스팀경로(Steam Path)의 측벽 역할을 하는 부분으로 상기 파티션(30)을 지지하면서 스팀경로 형상에 필수적인 스팀 가이드(Steam Guide) 및 부속기관 역할을 하며, 내부링(20)은 증기 터빈내의 압력 분리 기능 및 로터 축 팩킹 및 스팀 가이드 지지 및 부속기관을 지지하고 내부 스팀경로의 측벽과 한 부분을 이룬다.

위와 같은 다이어프램을 제작함에 있어서 종래에는, 각각의 구성품을 별도로 제작한 뒤 각 구성품을 용접시켜 조립하는 방식으로 제작하는 것이 일반적이다. 도 2를 참조하여 종래 다이어프램 제작과정을 구체적으로 살펴보면, 한 쌍의 스페이서 밴드(34)와 고정날개(32)는 별도로 제작된 후 용접을 통해 결합되어 파티션(Partition, 30)을 이루며, 파티션(30)은 외부링(10)과 내부링(20) 사이에 용접 을 통해 고정된다.

상기 스페이서 밴드(34)는 적절한 폭으로 커팅된 판상형 소재를 롤러 벤드 또는 프레스 가공하여 반원 형상으로 벤딩시킨 후 레이저 가공을 통해 고정날개 장착을 위한 장착구멍(340)을 형성하며, 상기 고정날개(32)는 바 소재를 적절한 형상으로 가공한 후 적당한 길이로 절단하거나, 소정의 비틀림 가공한 후 엔드밀에 의한 날개의 내륜 및 외륜에 대한 라운드 가공을 실시하고 사상작업(Polishing)으로 마무리 하여 제작된다.

스페이서 밴드(34)와 날개(32) 제작이 각각 완료되면, 스페이서 밴드(34)에 형성된 장착구멍(340)에 날개(32)를 조립한 후 스페이서 밴드(34)와 날개(32)를 용접을 통해 접합하고, 이처럼 날개와 스페이서밴드의 용접에 의해 완성된 파티션(30)을 내부링과 외부링에 사이에 배치한 후 용접을 통해 고정함으로써 다이아프램의 제작이 완료되는 것이다.

그러나, 위와 같은 종래의 제작방법은 각각의 구성품을 별도로 제작한 뒤 용접을 통해 고정시켜야 하므로 그 제작 과정이 매우 복잡하여 대량 생산에 적합하지 못할 뿐만 아니라, 파티션을 제작함에 있어서 스페이서 밴드와 고정날개를 용접하는 과정에서의 열변형으로 인하여 스페이서 밴드가 완전한 반원형을 유지하지 못하는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해서는 기본적으로 변형 제거를 위한 별도의 열처리가 요구되어야만 한다.

또한, 레이저 가공에 의하여 스페이서 밴드에 형성되는 장착구멍은 작업 공정 상 스페이서 밴드를 벤딩 가공한 후에 진행되는 관계로 장착구멍들의 피치를 정 확히 유지시키는 작업이 매우 어렵고, 따라서 조립 후 고정날개와 고정날개가 서로 정확한 간격으로 이격되지 못함으로 인해서 공급되는 가스 또는 스팀의 불균일한 흐름이 발생하여 터빈 효율이 저하되는 문제가 있다.

더욱이, 내부링 내지는 외부링과 파티션이 접하는 지점은 용접을 통해 단순한 면접촉을 이루는 관계로, 용접 불량이 발생한 경우에는 내·외부링과 파티션 사이에 미세한 틈새가 발생하여 그 사이로 증기 또는 가스의 누설이 발생될 수 있는 문제 또한 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래와 달리 각각의 구성품을 별도 제작 후 조립할 필요가 없어 대량생산에 적합하고, 용접이 전혀 요구되지 않으며, 제작 후 내·외부링과 파티션 사이에 미세한 틈새 발생이 전혀 발생하지 않는 일체형의 터빈용 다이아프램 제작방법 및 그 제작된 터빈용 다이아프램을 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결 하기 위한 수단으로서 본 발명은, 합금 용융물을 소재로 한 원심주조를 이용하여 링 형상의 모재를 제조하는 단계; 원심주조를 통해 제조된 모재를 1150℃ ~ 1250℃ 이내로 가열한 후 가열된 모재에 외력을 가하여 상기 모재가 터빈기기 장착에 적합한 외형을 가지도록 가공하는 단조 단계; 단조를 거치면서 형상이 변형된 모재를 열처리하는 단계; 열처리된 모재 내·외주면을 포함하여 표면을 절삭가공하는 단계; 절삭가공된 모재를 수개의 부채꼴 형상의 소재로 커팅하는 단계; 및 표면이 절삭가공된 부채꼴 형상의 소재를 3차원으로 절삭가공하여 내주면과 외주면 사이에 다이아프램의 날개 부위를 형성하는 정밀가공단계;를 포함하는 터빈용 다이아프램 제작방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 원심주조를 이용하여 모재를 제조하는 단계 이전에 원심주조기에 투입될 합금 용융물의 원소재인 합금잉곳을 주조하는 단계;를 더 포함할 수도 있다.

이때, 상기 합금 용융물 또는 합금잉곳으로는, 11Cr-Mo-V-Nb-N 성분을 포함하는 합금에 전체적인 혼합 바란스 유지를 위해 철이 정량 혼합된 강주강품임이 바람직한 데, 여기서 말하는 강주강품은 평로, 전기로 등을 통해 정련한 탄소강이나 합금강을 특정한 모양의 거푸집(형틀)에 넣어 주조한 다음, 열처리하여 재질을 개량한 합금강을 말한다.

그리고, 상기 원심주조 과정에서의 조건은, 상기 합금 용융물의 용융온도는 1630℃ ~ 1670℃, 용융된 합금 용융물을 원심주조에 주입하기 위한 주입온도는 1550℃ ~ 1580℃, 원심주조 회전속도는 모재의 외경에 따라 300 ~ 800 rpm 이내로 유지시키며, 운전시간은 10 ~ 15분 이고, 강제 수냉각으로 냉각시키며, 원심주조 내부의 온도가 700℃이하로 내려가면 작업을 종료하는 것이 바람직하다.

또한, 열처리 과정에서의 조건은, 모재의 가열온도는 850℃ ~ 1110℃이며, 모재를 가열하는 데 요구되는 온도 상승률은 200℃/h를 넘지 않으며, 모재 직경에 따라 30min/inch 동안 가열된 온도를 유지시키고, 100℃에 이르기까지 에어 휀을 통해 급냉시키며, 1시간에 110℃를 넘지 않는 온도 상승율을 유지시킨 채 640℃ ~ 740℃까지 재가열하고, 에어 휀 또는 수냉을 통해 100℃에 이르기까지 급냉시키는 과정을 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은, 상기 방법에 의해 제작된 터빈용 다이아프램를 제공한다.

상기한 본 발명에 의하면, 원심 주조 및 단조를 거쳐 소정의 형상으로 제작된 모재를 이용하고, 상기 모재를 기계적으로 가공하여 스페이서 밴드 및 고정날개를 포함한 파티션이 내·외부링과 일체형으로 구성된 다이어프램이 구현된다. 즉, 종래와 달리 각각의 구성품을 별도 제작 후 조립할 필요가 없어 대량생산에 적합하며, 따라서 생산성 향상을 기대할 수 있고, 이처럼 다이아프램을 구성하는 파티션과 내·외부링이 기계적 가공을 통해 일체형으로 제작되는 관계로, 다이아프램 제작 과정 중 용접이 전혀 요구되지 않아 용접으로 인한 구성품의 열변형을 원천 차단할 수 있다.

또한, 원심 주조 및 단조를 통해 제작된 모재를 기계적으로 절삭하여 파티션의 고정날개를 형성하므로, 고정날개와 다른 고정날개 사이의 이격 간격을 일정하게 유지시키는 것이 가능하며, 결과적으로는 공급 가스 또는 스팀의 균일한 흐름이 유도되므로 터빈의 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

더욱이, 제작 후 내·외부링과 파티션 사이에 미세한 틈새가 전혀 발생하지 않기 때문에, 종래 조립형 파티션과는 달리 고정날개와 다른 고정날개 사이의 스팀경로(Steam path)를 제외한 증기 또는 가스의 누설이 전혀 발생하지 않는 이점 또한 가진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 종래와는 달리 각 부품을 별도로 제작하여 조립할 필요가 없으며 조립과정 중 용접 작업이 전혀 요구되지 않는 다이아프램 제작방법을 제공한다. 이를 위해, 회전하는 주형내에 용융금속을 흘려보내 모재를 성형하는 방식의 원심주조법을 이용하여 치밀한 금속조직을 가진 링 형상의 모재를 제작하고, 제작된 모재를 단조를 통해 다이아프램 외형에 적합한 형상을 가지도록 소성가공한 뒤, 열처리 및 절삭가공 함으로써, 이를 통해 제작되는 터빈용 다이아프램이 일체형 구조를 가지도록 한 것을 요지로 한다.

본 발명에 따른 터빈용 다이아프램 제작을 위한 일련의 과정을 첨부도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 터빈용 다이아프램 제작과정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 적용된 터빈용 다이아프램은, 합금 용융물을 소재로 한 원심주조를 이용하여 링 형상의 모재를 제조하는 단계와, 제조된 모재를 1150℃ ~ 1250℃ 이내로 가열한 후 가열된 모재에 외력을 가하여 상기 모재가 터빈기기 장착에 적합한 외형을 가지도록 가공하는 단조 단계를 거친다.

또한, 단조를 거치면서 형상이 변형된 모재를 열처리하는 단계와, 열처리된 모재 내·외주면을 포함하여 표면을 절삭가공하는 단계, 그리고 절삭가공된 모재를 수개의 부채꼴 형상의 소재로 커팅하는 단계 및 표면이 절삭가공된 부채꼴 형상의 소재를 3차원으로 절삭가공하여 내주면과 외주면 사이에 다이아프램의 날개 부위를 형성하는 정밀가공단계를 거쳐 제작된다.

본 발명에 따른 제작방법을 각 단계 별로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1. 합금잉곳 ( Ingot ) 주조

잉곳(Ingot)은 원형 혹은 다각형 단면을 가지며 보통은 세로로 긴 모양의 주형에 용융 금속을 주입해서 만든 주괴를 말하며 일반 주조를 통해 성형된 주물과 구별된다. 본 실시예에서 합금잉곳을 주조하기 위해 사용되는 소재로는 11Cr-Mo-V-Nb-N 성분을 포함하는 스테인리스 강주강품임이 바람직하며, 여기서 말하는 강주강품은 평로, 전기로 등을 통해 정련한 탄소강이나 합금강을 특정한 모양의 거푸집(형틀)에 넣어 주조한 다음, 열처리하여 재질을 개량한 합금강을 말한다.

바람직하게, 11Cr-Mo-V-Nb-N 성분을 포함하는 상기 잉곳소재의 구체적인 주요성분 및 그 혼합비율은 후술되는 원심주조과정 및 열처리 후 금속조직의 기계적 강도, 경도 및 연신율 등을 전반적으로 고려했을 때, 아래의 [표 1] 또는 [표 2]와 같은 성분 및 혼합비율을 갖는 합금을 사용함이 바람직하다.

주요성분 및 혼합비율

주요성분	혼합비율(wt%)
Carbon	0.10 ~ 0.16
Manganese	0.30 ~ 1.00
Silicon	0.20 ~ 0.60
Chromium	8.5 ~ 11.0
Molybdenum	0.80 ~ 1.10
Vanadium	0.17 ~ 0.25
Niobium	0.05 ~ 0.10
Nitrogen	0.03 ~ 0.06
Nickel	0.3 ~ 0.70
Phosphorus	0.020 max
Sulfur	0.010 max
Iron	Balance

주요성분 및 혼합비율

주요성분	혼합비율(wt%)
Carbon	0.15 ~ 0.20
Manganese	0.50 ~ 0.80
Silicon	0.20 ~ 0.60
Phosphorus	0.025 max
Sulfur	0.025 max
Nickel	0.30 ~ 0.60
Chromium	10.0 ~ 11.5
Molybdenum	0.80 ~ 1.10
Niobium (Columbium)	0.35 ~ 0.55
Vanadium	0.15 ~ 0.25
Nitrogen	0.04 ~ 0.08
Iron	Balance
Lead	0.005 max
Tin	0.04 max
Titanium	0.05 max
Aluminum	0.05 max
Cobalt	0.25 max
Tungsten	0.25 max

2. 링 형상 모재 제조

모재를 제조하는 과정에서는 상기 잉곳주조단계를 거쳐 제조된 합금잉곳을 적당한 온도로 용융시키고, 용융 금속을 회전하는 주형에 흘려 보내 원심력을 이용하여 주물을 만드는 원심주조법을 통해 링 형상의 모재를 제작할 수도 있지만, 공정단축을 위해서는 전술한 합금잉곳을 제조함에 있어 용융 상태에 있는 합금 용융물을 원심주조기에 그대로 투입함으로써 주괴 형상을 가진 합금잉곳을 다시 용융시키는 단계가 생략될 수 있도록 함이 바람직하다.

원심주조의 경우 주형의 강한 회전에 의한 원심력을 이용하기 때문에 주형을 통해 성형되는 모재의 금속조직이 매우 치밀하다는 장점을 가지며, 따라서 비교적 원형단면을 가진 피 가공물 제작에 매우 적합하다는 이점을 가지는 데, 본 발명에 적용된 링 형상의 모재 제조단계에서의 원심주조 과정에 요구되는 작업 조건으로는, 합금잉곳 또는 합금 용융물의 용융온도는 혼합된 금속성분의 용융점을 고려했을 때 1630℃ ~ 1670℃가 적당하고, 용융된 합금잉곳을 원심주조에 주입하기 위한 주입온도로는 1550℃ ~ 1580℃이 적합하다.

그리고, 원심주조 시 주형 회전속도는 피 주조물 즉, 모재의 외경에 따라 아래 [표 3]에 나타난 범위를 참조하여 성형하고자 하는 모재의 외경에 적합한 회전속도를 유지시킴이 바람직하며, 주형 회전에 따른 운전시간은 10 ~ 15분이 적당하고, 원심주조 후 수냉각을 통해 주형 포함, 모재를 강제 냉각시키며, 냉각 후 원심주조 내부의 온도가 700℃이하로 내려가면 작업을 종료하는 것이 바람직하다.

주형속도 표

모재의 외경	RPM
Φ300 ~ 400	800 ~ 850
Φ410 ~ 600	700 ~ 750
Φ610 ~ 750	600 ~ 650
Φ760 ~ 950	500 ~ 550
Φ960 ~ 1400	450 ~ 600
Φ1410 ~ 1500	300 ~ 450
Φ1510 ~ 2500	200 ~ 300

원심주조 방식을 이용하여 모재를 제조하는 데에 적합한 원심주조기로는, 설치 대상면에 대해 평행한 선회축을 가져 용융금속이 주입될 주형이 상기 선회축을 중심으로 회전하는 수평형(Horizontal type) 원심주조기 내지는 설치 대상면과 직교하는 방향으로 선회축을 가져 용융금속이 주입될 주형이 상기 선회축을 중심으로 회전하는 수직형(Vertical type) 원심주조기가 사용될 수 있다.

상기와 같은 원심주조법을 통해 모재를 제작하는 경우, 종래와 같이 적절한 폭으로 커팅된 판상형 소재를 롤러 벤드 또는 프레스 가공하여 반원 형상으로 벤딩시키는 과정이 요구되지 않으므로 공정단축을 통한 생산성 향상이 기대되며, 주형의 사이즈 변경만으로 터빈기기에 적합한 외경을 가진 다이아프램의 소량 주문 생산 또한 가능해지는 이점이 있다.

특히, 품질에 있어서도 기존 압연방식은 압연 후 벤딩시키는 과정에서 잔류응력 및 그에 따른 제품 변형 등의 품질문제가 발생하지만, 원심주조를 이용하여 모재를 성형하는 경우에는 잔류응력이 거의 발생하지 않으면서 매우 치밀한 금속 조직을 가진 제품을 얻을 수 있어 보다 나은 제품 품질을 기대할 수 있다.

3. 단조( Forging )

단조는 고체인 금속재료를 해머 등으로 두들기거나 가압하여 일정한 모양으로 모재의 형상을 변형시키는 방법으로, 본 발명에 적용된 단조 과정에서는 위와 같이 원심주조를 통해 제작된 링 형상의 모재를 터빈기기 장착에 적합한 외형을 가지도록 기계적인 소성가공을 수행한다.

본 발명에 적용된 단조과정을 수행함에 있어서는 전술한 과정을 거쳐 제작된 링 형상의 모재를 재결정 온도 이상(1150℃ ~ 1250℃)으로 가열하여 그 온도에서 단조를 수행하는 열간단조(熱間鍛造)가 적합하며, 일정한 모양으로 요각(凹刻)한 금형(金型) 사이에 소재를 끼우고 두들겨서 바라는 모양의 제품을 만드는 형단조(型鍛造) 방법을 이용하여 최종 제작될 다이아프램 형상에 적합한 외형을 가지도록 단조작업을 수행함이 바람직하다.

4. 열처리( Heat treatment )

단조과정을 거치면서 최종 제작될 다이아프램 외형에 적합한 형상으로 외형 가공된 모재는 그 단조과정에서의 외압에 의해 내부에 응력이 잔류할 수 있으므로 열처리 과정을 통해 내부에 잔류한 응력에 대한 제거가 요구된다.

본 발명에 적용된 열처리 과정에서의 모재 가열온도는 모재를 이루는 주요성분들의 재결정 온도를 전반적으로 고려했을 때 850℃ ~ 1110℃ 이내가 적합하며, 이때 상기 온도까지 모재를 가열하는 데 요구되는 온도 상승률은 200℃/h를 넘지 않도록 함이 바람직하다.

위와 같은 온도까지 가열된 상태에서는 모재의 직경을 인치(Inch)로 환산했을 때, 1인치 당 30분 내외(2인치인 경우 1시간 내외)로 상기 가열된 온도를 유지시키는 것이 좋고, 그런 다음 100℃에 이르기까지 에어 휀을 통해 모재를 급냉시킨다. 경우에 따라서는 1차 이상의 2차, 3차 열처리 요구되는 데, 이 경우 1시간에 110℃를 넘지 않는 온도 상승율을 유지시킨 채 640℃ ~ 740℃까지 재가열한 뒤, 에어 휀 또는 수냉을 통해 100℃에 이르기까지 급냉시키는 과정을 반복하는 것이 바람직하다.

5. 절삭가공

상기한 열처리과정을 거치면서 내열 및 내구성을 확보한 모재를 최종 절삭가공하여 본 발명에 적용된 다이아프램을 완성한다. 본 발명에 적용된 절삭가공과정으로는, 열처리된 모재 내·외주면을 포함하여 표면을 절삭가공하는 단계와, 절삭가공된 모재를 수개의 부채꼴 형상의 소재로 커팅하는 단계, 그리고 표면이 절삭가공된 부채꼴 형상의 소재를 3차원으로 절삭가공하여 내주면과 외주면 사이에 다이아프램의 날개 부위를 형성하는 정밀가공단계를 포함한다.

상기 표면 절삭단계에서는 외경 내지 내경 절삭에 적합한 선반을 이용하여 모재에 표면 내지는 내면에 대한 절삭을 수행하며, 커팅과정에서 상기 표면 가공 후 링 형상으로서 한 몸체를 이룬 소재를 수개의 부채꼴 형상으로 커팅을 수행함은 이어지는 정밀가공과정에서의 용이한 가공성을 확보할 수 있도록 하기 위함이며, 상기 정밀가공단계에서는 스텝 회전가능한 회전다이 상에 모재를 위치시켜 적어도 4축 자유도를 가진 절삭 공구를 이용해 다이아프램의 날개 부위를 절삭 가공함이 바람직하다.

도 5는 전술한 일련의 제작과정을 거쳐 완성된 본 발명에 따른 터빈용 다이아프램의 사시도로서, 상기한 과정을 통해 제작된 다이아프램은 크게, 터빈 케이싱 내면에 접촉 고정되는 외부링(100)과, 상기 외부링(100)과 일정 간격을 두고 이격되며 그 내면이 로터 축에 근접하는 내부링(200) 및, 상기 외부링(100)과 내부링(200) 사이에 형성되어 고온의 증기 내지는 고온고압의 압축공기의 흐름을 유도하는 고정 날개(300)로 이루어지며, 상기 구성요소들은 하나의 몸체 즉, 일체형으로 구성된다.

미설명 부호 210은 터빈 씰 장착을 위해 내부링 내면에 가공된 씰 장착홈을 나타낸다.

상기한 본 발명의 실시예에 따르면, 원심 주조 및 단조를 거쳐 소정의 형상으로 제작된 모재를 이용하고, 상기 모재를 기계적으로 가공하여 스페이서 밴드 및 고정날개를 포함한 파티션이 내·외부링과 일체형으로 구성됨에 따라, 종래와 달리 각각의 구성품을 별도 제작 후 조립할 필요가 없어 용접 작업이 요구되지 않는다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 제작방법은, 원심 주조 및 단조를 통해 제작된 모재를 기계적으로 절삭하여 파티션의 고정날개를 형성하므로, 고정날개와 다른 고정날개 사이의 이격 간격을 일정하게 유지시키는 것이 가능하며, 결과적으로는 공급 가스 또는 스팀의 균일한 흐름이 유도될 수 있어서 터빈의 발전 효율을 보다 향상시키는 데에 기여할 수 있다.

또, 일체형인 관계로 다이아프램 제작 후 내·외부링과 파티션 사이에 미세한 틈새가 전혀 발생하지 않기 때문에, 종래 조립형 파티션과는 달리 고정날개와 다른 고정날개 사이의 스팀경로(Steam path)를 제외한 증기 또는 가스의 누설이 전혀 발생하지 않는다.

이상에서 본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 종래 일반적인 다이어프램의 요부 절개 사시도.

도 2는 종래 터빈용 다이어프램 제작과정을 개략적으로 나타낸 공정도.

도 3, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 터빈용 다이아프램 제작과정을 개략적으로 나타낸 공정도.

도 5는 본 발명에 따른 제작과정을 통해 제작된 터빈용 다이아프램의 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

100...외부링

200...내부링

210...씰 장착홈

300...고정 날개

Claims (11)

1. 합금잉곳을 주조하는 단계;

   합금 용융물을 소재로 한 원심주조를 이용하여 링 형상의 모재를 제조하는 단계;

   원심주조를 통해 제조된 모재를 1150℃ ~ 1250℃ 이내로 가열한 후 가열된 모재에 외력을 가하여 상기 모재가 터빈기기 장착에 적합한 외형을 가지도록 가공하는 단조 단계;

   단조를 거치면서 형상이 변형된 모재를 열처리하되, 가열을 통한 모재의 온도 상승률이 200℃/h를 넘지 않도록 유지시키면서 온도가 850℃ ~ 1110℃에 이르도록 모재를 가열한 후 가열된 모재 직경을 인치(inch)로 환산했을 때 1인치(2.54㎝)당 30분 내외로 상기 가열된 온도를 유지시키고, 지정 시간동안 가열온도가 유지된 모재를 100℃에 이르기까지 에어 휀을 통해 급냉시킨 후, 급냉시킨 모재를 1시간에 110℃를 넘지 않는 온도 상승율을 유지시킨 채 640℃ ~ 740℃까지 재가열하고, 에어 휀 또는 수냉을 통해 100℃에 이르기까지 재차 급냉시키는 열처리 단계;

   열처리된 모재 내·외주면을 포함하여 표면을 절삭가공하는 단계;

   절삭가공된 모재를 수개의 부채꼴 형상의 소재로 커팅하는 단계; 및

   표면이 절삭가공된 부채꼴 형상의 소재를 3차원으로 절삭가공하여 내주면과 외주면 사이에 다이아프램의 날개 부위를 형성하는 정밀가공단계;를 포함하는 터빈용 다이아프램 제작방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 합금 용융물 또는 합금잉곳은, 11Cr-Mo-V-Nb-N 성분을 포함하는 합금에 전체적인 혼합 바란스 유지를 위해 철이 정량 혼합된 것을 특징으로 하는 터빈용 다이아프램 제작방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   모재를 제조하는 단계에서의 원심주조를 위한 상기 합금 용융물 또는 합금잉곳의 용융온도는 1630℃ ~ 1670℃이고, 용융된 합금 용융물을 원심주조에 주입하기 위한 주입온도는 1550℃ ~ 1580℃인 것을 특징으로 하는 터빈용 다이아프램 제작방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   모재를 제조하는 단계에서의 원심주조기의 회전속도는 300 ~ 800 rpm 이내로 유지시키고, 10 ~ 15분 동안 구동시킴을 특징으로 하는 터빈용 다이아프램 제작방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   모재를 제조하는 단계에서 상기 정해진 시간동안 원심주조기를 구동시킨 후 수냉각을 통해 원심주조기를 강제 냉각시키며, 원심주조 내부의 온도가 700℃이하로 내려가면 작업을 종료함을 특징으로 하는 터빈용 다이아프램 제작방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1 항의 방법에 의해 제작된 터빈용 다이아프램.

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