KR100901964B1 - 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전용 터빈(Turbine)의 부품인 터빈 블레이드(회전익)의 체결부인 블레이드루트(Blade root)부분을 해체하지 않고 엄밀하면서도 효율성 있게 검사하도록 하는 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트(Wedge set)에 관한 것으로서, 접촉면에 상응(相應)되는 형상을 가지며 복수의 초음파탐촉자를 장착하고 접촉매질을 공급하기 위한 다수의 접촉매질공급구를 구비하는 웨지(Wedge)와, 상기 웨지의 측면에 피검체와의 갭을 유지하며 원활한 이동을 위한 볼이 장착된 웨지윙(Wedge wing)을 포함하는 웨지부; 상기 웨지부에 체결되며 웨지부를 잡아주는 역활을 하는 웨지홀더와, 상기 웨지홀더에 힌지로 연결되며 완충역활을 하는 스프링을 구비하는 직선부재의 가이드핀과, 상기 가이드핀에 직선방향으로 자유도를 갖도록 체결되는 가이드와, 상기 가이드를 잡아 고정하기 위한 관통공을 판면에 형성하며 측면으로는 지그에 체결되기 위한 홀을 구비하는 평판형의 가이드홀더를 포함하는 홀더(Holder)부로 구성되어, 다수의 절편으로 형성되어 단차 또는 형상불연속부를 가지는 블레이드루트 조립체와 웨지간의 갭(Gap)을 안정되게 유지하고 그 사이에 점도가 낮은 접촉매질을 연속적으로 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트는, 초음파의 송신각도의 정밀성을 유지하면서 블레이드루트 간의 단차로 인한 웨지 접촉의 끊어짐을 방지하고 원활하게 목표지점에 대한 정확하고 연속적인 초음파 신호들을 취득할 수 있도록 한다.

터빈, 블레이드루트(Blade root), 자동초음파탐상, 웨지세트

Description

블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트{A WEDGE SET FOR BLADE ROOT AUTOMATIC ULTRASONIC FLAW DETECTION}

본 발명은 각종 열원(핵연료, 화석연로)의 열에너지를 기계적인 회전에너지로 변환시켜 전기를 생산토록 하는 터빈의 핵심부품인 블레이드(회적익)의 루트(뿌리)부분을 검사할 때 적용하는 자동초음파탐상용 웨지세트에 관한 것이다.

터빈은 로터(Rotor)의 원주방향으로 배열되어 체결된 회전익에 고온, 고압의 증기 또는 연소가스를 부딪히게 하여 열에너지를 기계적인 회전에너지로 변환시키는 설비로서 가혹한 운전 조건하에서 운전되어, 구조불연속부의 경우 응력집중 및 운전환경과 연계된 경년열화 현상으로 자주 균열이 발생한다.

터빈 부품중 가장 핵심적인 부품인 블레이드는 복잡한 형상의 체결부를 가지는 응력집중의 대표적인 부위여서 다양한 원인에 의해 손상되고 있다. 이와 관련하여 회적익(블레이드)의 뿌리(루트)부분에 대한 비파괴검사 방법으로는 회전익을 해체한 후의 육안검사(VT), 액체침투검사(PT), 자분검사(MT)가 주로 수행되었으나, 이 경우 루트부위의 피로균열(Fatigue crack)과 같은 미세한 결함의 검출에는 많은 어려움이 있고, 회전익의 체결 및 해체작업으로 인한 공사기간의 지연과 로터의 질 량균형을 고려해야 하는 등의 문제가 발생하여, 근래에는 회전익을 해체하지 않고 검사를 하는 초음파탐상검사(UT)가 개발되고 있다.

한편, 종래기술에 의한 터빈 블레이드루트의 수동초음파탐상검사는 검사자가 직접 수동으로 탐촉자 전면부에 소정의 각도로 초음파를 송신케하는 웨지(Wedge)를 사용하는 직접접촉 사각탐상법을 이용했는데, 다수의 블레이드가 조립되므로 블레이드루트 간의 단차 또는 형상불균일부가 존재하여, 자동화시 웨지의 긴밀한 접촉이 유지되기 어려워 초음파신호가 유실되는 문제점이 있었고, 웨지가 블레이드루트 간의 단차나 형상불균일부를 지날 때 진동이 야기되어 안정되고 균일한 초음파신호를 얻을 수가 없는 문제점이 있었다. 또한, 검사자의 숙련에 대한 의존도가 높아 엄밀성과 신뢰성을 객관화하기 어렵고 효율성에 문제가 있었다.

이와 관련하여, 상기 종래 문제점을 해소하기 위해, 한국 등록특허10-0567662에 게시된 바와같이 터빈로터를 롤러위에 올려놓고 롤러에 의해 터빈로터를 회전시켜 블레이드를 검사하며 검사 아암(arm)의 끝단에는 초음파 탐촉자가 설치되어 검사부위를 취득하는 자동초음파탐상검사의 하나로서, 터빈로터의 1회전동안 지속적으로 일정한 위치에 웨지의 긴밀한 접촉이 이루어지는 국부수침법을 이용한 자동초음파탐상검사를 이용하기도 했는데, 상기 국부수침법도 특성상 소위 물거리로 인한 초음파 경로의 왜곡으로 목표부위에 대한 정밀한 초음파 송수신이 어려웠고, 다량의 매질을 사용해야 하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 절편으로 조합되어 단차를 가지는 블레이드루트 조립체의 검사표면 형상에 대하여 적당한 압력을 유지하며 단차에서 기인하는 진동 내지 충격을 완화하는 홀더부와, 블레이드루트 조립체와 웨지간의 소정의 갭(Gap)을 유지하며 그 사이에 점도가 낮은 접촉매질을 연속적으로 공급하는 웨지부를 포함함으로써, 접촉의 끊어짐을 방지하고 단차의 악영향을 줄일 수 있는 엄밀하면서도 효율적인 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트는 발전용 터빈(Turbine)의 부품인 터빈 블레이드의 체결부인 블레이드루트(Blade root)부분을 검사하는 탐상장치에 있어서, 접촉면에 상응(相應)되는 형상을 가지며 복수의 초음파탐촉자를 장착하고 접촉매질을 공급하기 위한 다수의 접촉매질공급구를 구비하며 피검체와의 갭을 유지하며 원활한 이동을 위한 볼이 장착된 웨지부와, 상기 웨지부에 체결되며 웨지부를 잡아주는 역활을 하며 힌지로 연결되고 완충역활을 하는 스프링을 구비하며 직선방향으로 자유도를 갖으며, 지그에 체결되기 위한 홀을 구비하는 홀더부를 포함함으로써, 다수의 절편으로 형성되어 단차 또는 형상불연속부를 가지는 블레이드루트 조립체와 웨지간의 갭(Gap)을 안정되게 유지하고 그 사이에 점도가 낮은 접촉매질을 연속적으로 공급할 수 있 도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트는, 초음파의 송신각도의 정밀성을 유지하면서 블레이드루트 간의 단차로 인한 웨지 접촉의 끊어짐을 방지하고 자동화 및 정밀화를 가능하게 하며 목표지점에 대한 정확하고 연속적인 초음파 신호들을 취득하여 검사의 신뢰와 효율성을 향상시킬 수 있도록 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트는, 블레이드루트 접촉면에 상응(相應)되는 형상을 가지며 복수의 초음파탐촉자(111)를 장착하고 접촉매질을 공급하기 위한 다수의 접촉매질공급구(112)를 구비하는 웨지(Wedge)(110)와, 상기 웨지(110)의 측면에 돌출되도록 장착되며 피검체의 표면과 소정의 갭(Gap)을 유지하며 원활한 이동을 위한 볼(121)이 장착된 웨지윙(120)을 포함하는 웨지부(100); 상기 웨지부(100)에 체결되며 웨지부를 잡아주는 역활을 하는 웨지홀더(210)와, 상기 웨지홀더(210)에 힌지(H)로 연결되며 완충역활을 하는 스프링(S)을 구비하는 직선부재의 가이드핀(220)과, 상기 가 이드핀(220)에 직선방향으로 자유도를 갖도록 체결되는 가이드(230)와, 상기 가이드(230)를 체결하기 위한 관통공(h1)이 판면에 형성하며 측면으로는 지그(300)에 체결되기 위한 홀(h2)을 구비하는 평판형의 가이드홀더(240)를 포함하는 홀더(Holder)부(200)로 구성된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 웨지부 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 웨지부 평면도이다. 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 웨지(110)는, 검사 목표(타겟, Target)에 따라 복수의 초음파탐촉자(111)를 구비하고 그 하부에 접촉매질을 안정되게 공급하도록 하는 복수의 접촉매질공급구(112)를 구비한다.

한편, 웨지윙(120)은 상기 웨지(110) 양측에 돌출되도록 장착되는데, 웨지윙(120)의 말단에는 피검체 방향으로 돌출되는 볼(121)을 구비하여 피검체와 점접촉으로 원활한 이동을 가능케 하는 동시에 웨지부(100)와 피검체의 표면간에 소정의 갭을 형성하고 그 갭에 옅은 농도의 접촉매질이 채워지도록 함으로써, 피검체의 단차 또는 표면불균일부에서도 웨지부와의 접촉을 지속토록 한다. 상기 볼(121)은 웨지윙(120)에 장착되어 단차 등으로 인한 진동 내지 충격의 영향을 경감하는 동시에 접촉의 안정성을 향상하는 역할을 하는데, 단차 등을 보다 원활히 통과할 수 있도록 볼(121)이 회전할 수 있도록 장착한다.

또한, 상기 웨지부(100)와 피검체의 표면간에 소정의 갭은 송신 각도의 정밀 도를 저해하지 않는 정도인 0.1mm 내지 2.0mm인 것이 바람직한데, 웨지부와 피검체 간에 갭이 0.1mm미만이면 피검체의 단차 또는 표면불균일부에 대한 악영향을 받을 수 있고, 웨지부와 피검체 간에 갭이 2.0mm초과이면 종래의 수침법과 같은 초음파 경로의 왜곡에 대한 문제점이 발생하기 때문이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 홀더부 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 홀더부 측면도이다. 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 홀더부(200)는 웨지부(100)를 초음파탐상용 스캐너의 지그(300)와 연결시켜 주는 부분으로서, 상기 웨지부(100)에 장착되며 힌지 체결을 위한 홀을 구비하는 웨지홀더(210)와, 상기 웨지홀더(210)와 힌지(H)로 연결되며 스프링(S)을 구비하는 직선부재의 가이드핀(220)과 상기 가이드핀(220)를 따라 안내되어 이동하는 가이드(230)를 포함하여 이루어져, 탐상시 웨지부를 일정한 압력으로 검사체에 밀착되는 힘을 유지시키고, 피검체 표면의 거칠기 및 단차로 인한 진동 내지 충격을 완화하며 접촉을 유지시킨다.

참고로, 도 6은 블레이드루트 자동초음파탐상 장치의 지그 평면도이고, 도 7은 블레이드루트 자동초음파탐상 장치의 지그 측면도이다. 상술하였듯이, 블레이드루트 자동초음파탐상 장치의 지그(300)는 상기 홀더부(200)에서의 평판형의 가이드 홀더(240) 측면에 구비된 홀(h2)을 통하여 본 발명에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트와 체결하게 된다.

도 8은 종래 기술에 의한 블레이드루트 자동초음파탐상용 일반웨지 적용시 취득된 A스캔과 B스캔 신호 형상 일예도이고, 도 9는 본 발명에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트 적용시 취득된 A스캔과 B스캔 신호 형상 일예도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 블레이드루트 자동초음파탐상용 일반웨지 적용시 취득된 A스캔과 B스캔 신호 형상은 피검체의 표면에 웨지의 접촉이 양호하지 않아 초음파신호의 취득이 안된 부분이 다수 발견되나, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트를 적용시 A스캔과 B스캔 신호 형상은 피검체의 표면에 웨지의 접촉이 양호하여 초음파신호의 취득이 잘되고 있음을 보인다. 참고로, 상기 종래 기술에 의한 블레이드루트 자동초음파탐상용 일반웨지로는 본 발명에 게시된 매질공급구(112)와 웨지윙(120), 홀더부(200)의 구성요소가 없는 지그에 장착된 웨지를 사용한 것입니다. 한편, 상기 A스캔과 B스캔 신호 형상에 관한 해석은 본 발명이 속하는 분야에 종사하는 자에게 있어서 자명한 사항이므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략토록 한다.

한편, 본 발명에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트는 다양한 블레이드루트에 적용할 수 있는데, 그 대표적인 것으로는 탄젠셜엔트리 타입(Tangential entry type), 엑셜엔트리 타입(Axial entry type), 핀드핑거 타 입(Pinned finger type) 등이 있다.

따라서, 본 발명의 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트는 크게 웨지부의 측면에 상기 블레이드루트의 표면과 소정의 갭(Gap)을 유지하며 원활히 이동할 수 있는 볼(121)을 장착한 웨지윙(120)과 접촉매질을 연속적으로 공급하여 접촉의 끊어짐을 방지하는 수단을 구비한 웨지부(100)와, 상기 웨지부에 연결되며 웨지부를 일정한 압력으로 피검체에 밀착하는 힘을 유지시키기 위한 홀더부(200)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성 및 작용은 하나의 실시예로서 본 발명의 청구범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 변경하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 본 발명이 속하는 분야에 종사하는 자에게는 자명한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 구성도

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 웨지부 정면도

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 웨지부 평면도

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 홀더부 정면도

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트의 홀더부 측면도

도 6은 블레이드루트 자동초음파탐상 장치의 지그 평면도

도 7은 블레이드루트 자동초음파탐상 장치의 지그 측면도

도 8은 종래 기술에 의한 블레이드루트 자동초음파탐상용 일반웨지 적용시 취득된 A스캔과 B스캔 신호 형상 일예도

도 9는 본 발명에 따른 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트 적용시 취득된 A스캔과 B스캔 신호 형상 일예도

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 웨지부 200 : 홀더부

110 : 웨지 111 : 탐촉자

112 : 매질공급구 120 : 웨지윙

121 : 볼 210 : 웨지홀더

220 : 가이드핀 230 : 가이드

240 : 가이드홀더 300 : 지그

H : 힌지 S : 스프링

Claims (4)

1. 발전용 터빈(Turbine)의 부품인 터빈 회전익의 체결부인 블레이드루트(Blade root)부분을 검사하는 탐상장치에 있어서,

   상기 블레이드루트의 표면과 소정의 갭(Gap)을 유지하는 볼(121)을 장착한 웨지윙(120)과 접촉매질을 연속적으로 공급하여 접촉의 끊어짐을 방지하는 수단을 구비한 웨지부(100)와, 상기 웨지부(100)에 체결되며 웨지부를 잡아주는 역활을 하는 웨지홀더(210)와, 상기 웨지홀더(210)에 힌지(H)로 연결되며 완충역활을 하는 스프링(S)을 구비하는 직선부재의 가이드핀(220)과, 상기 가이드핀(220)에 직선방향으로 자유도를 갖도록 체결되는 가이드(230)와, 상기 가이드(230)를 체결하기 위한 관통공(h1)이 판면에 형성하며 측면으로는 지그(300)에 체결되기 위한 홀(h2)을 구비하는 평판형의 가이드홀더(240)를 구비하여, 상기 웨지부에 연결되며 웨지부를 일정한 압력으로 피검체에 밀착하는 힘을 유지시키기 위한 홀더부(200)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트
2. 제 1항에 있어서,

   상기 웨지부(100)는 블레이드루트 접촉면에 상응(相應)되는 형상을 가지며 복수의 초음파탐촉자(111)를 장착하고 접촉매질을 공급하기 위한 다수의 접촉매질공급구(112)를 구비하는 웨지(Wedge)(110)와, 상기 웨지(110)의 측면에 돌출되도록 장착되며 피검체의 표면과 소정의 갭(Gap)을 유지하며 원활한 이동을 위한 볼(121)이 장착된 웨지윙(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드루트 자동초음파탐상용 웨지세트
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 소정의 갭(Gap)은 0.1mm 내지 2.0mm인 것을 특징으로 하는 블레이드루 트 자동초음파탐상용 웨지세트
4. 삭제

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