KR101065035B1

KR101065035B1 - 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법

Info

Publication number: KR101065035B1
Application number: KR1020100007825A
Authority: KR
Inventors: 배정식; 김병하; 조정봉; 이계열; 이창렬
Original assignee: 배정식; 김병하; 이창렬; 이계열; 조정봉
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-09-15
Also published as: KR20110088091A

Abstract

본 발명은 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법에 관한 것으로서, 원심주조를 이용해 링 가스켓을 성형하는 단계; 상기 링 가스켓을 등 간격 링 분할시켜 다수의 가스켓 본체를 형성하는 단계; 상기 분할된 가스켓 본체를 표면 가공하는 단계; 상기 가스켓 본체의 터빈측 결합단에 내마모성 패드를 접합하는 단계; 상기 가스켓 본체의 표면을 블라스팅 처리하는 단계; 및 상기 블라스팅 처리된 가스켓 본체를 열차폐 코팅하는 단계;를 포함한다.
상기 구성에 따른 본 발명은 원심주조에 의해 링 가스켓을 한번에 제작한 다음, 이를 균등한 간격으로 분할시켜 가스켓 본체로 제작함으로써, 가스켓 제조공정을 단순화할 수 있고, 대량생산이 가능하며, 제작 단가를 낮출 수 있게 되는 효과를 갖는다.

Description

트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법{Methods of fabricating seal for transition piece}

본 발명은 발전용 가스터빈에 고온압축 가스를 공급하기 위해 사용되는 트랜지션피스와 터빈의 고정익 사이를 밀봉하기 위한 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전용 가스터빈(1)은 도 1에 도시한 바와 같이 축(40)으로 연결되어서 터빈(30)에 의하여 구동되는 압축기(10)를 구비하며, 주위공기(54)가 압축기(10)로 유입되어 압축된다.

상기 압축기(10)에서 만들어진 압축공기(51)는 연소시스템으로 들어가는데, 이 연소 시스템은 다수의 연소기(20)와, 기체연료(52)와 액체연료(53)를 모두 유입하는 연료 노즐(21)을 구비한다.

통상적으로 상기 기체연료(52)는 천연가스이고, 액체연료(53)는 디젤오일이지만, 다른 기체연료(52)나 액체연료(53)도 사용될 수 있다.

상기 연소기(20)에서 연료가 압축공기(51)와 함께 연소되어 고온의 압축가스 (50)를 생성하며, 상기 연소기(20)에서 만들어진 고온의 압축가스(50)는 터빈(30)으로 유입되어 팽창하면서 상기 터빈(30)과 연결된 축(40)을 회전시켜 발전하게 되고, 상기 터빈(30)에서 생선된 팽창가스(55)는 외부로 방출되거나 또는 열병합 발전 시설을 거쳐 외부로 방출하게 된다.

상기 가스터빈(1)의 연소기(20)는 도 2에 도시한 바와 같이 셀(shell)(22)에 의하여 형성되는 쳄버(23) 내에 원주상으로 다수가 배열 위치하게 되는데, 이 각각의 연소기(20)는 연료를 연소시켜 고온의 압축가스(50)를 생성하는 연소부(24)와, 상기 연소부(24)에서 생성된 고온의 압축가스(50)를 발전용 축(40)과 연결된 터빈(30)으로 유도하는 트랜지션피스(25)로 크게 구분된다.

상기 연소기(20)의 연소부(24)는 지지플레이트(26) 등에 의해 쳄버(23) 내에 지지되며, 상기 트랜지션피스(25)의 후단부는 터빈(30)의 고정익(31)과 결합되어 쳄버(23) 내에 지지된다.

상기 연소기(20)의 트랜지션피스(25)와 고정익(31)의 결합구조는 도 3에 도시한 바와 같이 트랜지션피스(25)의 후단부가 터빈(30) 고정익(31)에 밀봉용 가스켓(100)을 이용해 결합되고 있다.

상기 밀봉용 가스켓(100)은 고정익(31)의 선단부와 접촉되는 트랜지션피스(25)의 후단부 테두리를 따라 분리 가능하게 끼워져 지지 결합되는 지지부(110)에 연이어 상기 고정익(31)의 주연부에 탄성적으로 완충되어 밀착되는 단면 ∪형상의 밀봉완충부(120)가 일체로 연이어 형성되어, 상기 트랜지션피스(25)와 고정익(31)의 접촉면 사이를 밀봉하면서 충격을 완충시킬 수 있도록 구성되고 있다.

상기 가스켓(100)이 분리 가능하게 지지 결합되는 트랜지션피스(25)의 후단부 테두리면에는 상기 가스켓(100)의 지지부(110)가 끼워지는 끼움홀(25a)이 일정깊이로 테두리를 따라 형성되어, 상기 가스켓(100)이 트랜지션피스(25)의 후단부에 분리 가능하게 결합될 수 있도록 구성된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래기술의 밀봉용 가스켓(100)은 정밀주조를 통해 단품 형태로 낱개 제작되고 있어, 제조단가가 비싼 문제가 있었다.

정밀주조는, 사형(砂型), 금형, 다이캐스팅에 비하여 치수정밀도가 한층 더 높은 주조법으로서 납형(蠟型)주물의 공법을 공업화한 로스트왁스법(lost wax process), 이산화탄소를 이용한 이산화탄소법, 특수내화물의 주형을 이용한 쇼주조법(show process) 등이 사용되고 있는데, 이와 같은 정밀주조방법은 주물의 거칠기가 미려하고 치수정밀도가 우수하며 대량생산에 적합하고 진공용해주조에 의한 고품질의 주물을 생산할 수 있는 좋은 공정임에도 제조원가가 비싸고 생산할 수 있는 주물의 크기에 제한을 받으며 제조공정 기간이 다른 주조법에 비하여 길기 때문에 실제로 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 주물의 크기에 제한을 받는 문제가 있고, 정밀주조에서 재료의 원가 비중은 매우 높은 상태로서, 특히 모형으로 사용되는 왁스재료나 플라스틱재료와 주형으로 사용되는 내화물과 점결제(BINDER)의 재료가 고가인데 반해, 일회용 소모재료이기 때문에 주조비용이 비싸질 수 밖에 없는 문제가 있었다.

종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 원심주조에 의해 링 가스켓을 한번에 제작한 다음, 이를 균등한 간격으로 분할시켜 가스켓 본체로 제작함으로써, 가스켓 제조공정을 단순화하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 원심주조를 이용해 링 가스켓을 성형하는 단계; 상기 링 가스켓을 등 간격 링 분할시켜 다수의 가스켓 본체를 형성하는 단계; 상기 분할된 가스켓 본체를 표면 가공하는 단계; 상기 가스켓 본체의 터빈측 결합단에 내마모성 패드를 접합하는 단계; 상기 가스켓 본체의 표면을 블라스팅 처리하는 단계; 및 상기 블라스팅 처리된 가스켓 본체를 열차폐 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법을 통해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 표면 가공된 가스켓 본체에 냉각홀을 천공하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 가스켓 본체의 터빈측 결합단에 내마모성 패드를 접합하는 단계는, 가스켓 본체의 접합부 표면에 브레이징액을 도포하는 단계와, 상기 접합부 표면에 내마모성 패드를 대고 스폿 용접시켜 위치를 가고정시키는 단계, 및 가스켓 본체를 진공 열처리시켜 브레이징액이 융착되도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 내마모성 패드는 니켈합금이 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스켓 본체는 링 가스켓을 10~20등분하여 제작되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따른 본 발명은 원심주조에 의해 링 가스켓을 한번에 제작한 다음, 이를 균등한 간격으로 분할시켜 가스켓 본체로 제작함으로써, 가스켓 제조공정을 단순화할 수 있고, 대량생산이 가능하며, 제작 단가를 낮출 수 있게 되는 효과를 갖는다.

도 1은 일반적인 발전용 가스터빈의 개략적 구성도.
도 2는 일반적인 발전용 가스터빈의 연소기를 나타낸 구성도.
도 3은 종래기술의 발전용 가스터빈의 연소기 트랜지션피스와 터빈 고정익의 결합부위 밀봉용 가스켓을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법을 설명하기 위한 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰을 제작하기 위해 원심주조로 성형한 링 가스켓의 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰을 제작하기 위해 원심주조로 성형한 링 가스켓을 균등 분할하는 예를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 가스켓 본체가 설치된 예를 도시한 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 5는 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰을 제작하기 위해 원심주조로 성형한 링 가스켓의 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰을 제작하기 위해 원심주조로 성형한 링 가스켓을 균등 분할하는 예를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 가스켓 본체가 설치된 예를 도시한 개략도이다.

동 도면을 참조하여 본 발명의 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 원심주조를 이용해 링 가스켓(210)을 성형하는 단계(S10)를 수행한다.

이때, 원심주조라 함은 주형을 회전시키면서 용융금속을 흘려 보내고 원심력을 이용하여 주물을 만드는 주조법으로서, 형태가 복잡한 주물이나 미세한 주물의 경우에, 원주를 따라 방사상으로 주형을 배치하여 반지름 방향으로 용융금속의 유로(流路)를 만들어 놓고 원판의 중심으로 흘러 들어가게 하고, 원판을 회전시켜 원심력에 의해 가압하면서 주조하는 방법이다.

이와 같은 방법으로 제조된 주물은 치밀한 조직을 갖는 이점이 있다.

다음으로, 상기 링 가스켓(210)을 균등한 간격으로 링 분할시켜 다수의 가스켓 본체(220)를 형성하는 단계(S20)를 수행한다.

이때, 상기 가스켓 본체(220)는 링 가스켓(210)을 10~20등분하여 사용할 수 있다.

그 다음은, 상기 분할된 가스켓 본체(220)를 표면 가공하는 단계(S30)를 수행한다. 이때, 상기 표면 가공에는 황삭, 중삭, 정삭의 단계를 차례로 수행할 수 있다.

그 다음은, 상기 가스켓 본체(220)의 터빈측 결합단(221)에 내마모성 패드(227)를 접합하는 단계(S40)를 수행한다. 이때, 내마모성 패드(227)는 마찰에 의한 부재간 마모를 방지시키는 역할을 하게 되는데, 니켈합금을 이용해 제작할 수 있다.

그 다음, 상기 가스켓 본체(220)의 표면을 블라스팅 처리하는 단계(S50)를 수행하는데, 이때, 상기 블라스팅 처리는 표면처리 및 표면세척을 위해 사용되는 방식으로서, 압축공기와 입자를 같이 분사시켜 금속 표면을 식각하는 방식이다.

다음, 상기 블라스팅 처리된 가스켓 본체(220)를 열차폐 코팅(thermal barrier coatings; TBC)하는 단계(S60)를 수행한다.

여기서, 열차폐코팅 기술에 대해 설명하면, 항공기 엔진과 같은 고온 발생 동력발생장치의 운전 한계온도를 결정하는 가장 중요한 요인이 되는데, 항공기 가스터빈엔진을 구성하는 터빈 날개는 필연적으로 고온의 환경에 노출될 수밖에 없다. 이때 열차폐코팅은 가스터빈 날개의 내구력과 신뢰성을 향상시켜서 엔진효율과 수명을 향상시키는 역할을 하게 된다.

이러한 TBC의 경우 3개의 층으로 이루어지게 된다. 첫 번째 층은 알루미늄 성분이 풍부한 NiAl(nickel??aluminum)층이고, 두 번째 층의 구성 성분은 알루미늄의 산화물로 첫 번째 층에 포함된 알루미늄을 열성장산화(thermally grown oxide ; TGO) 과정을 통해 형성시킨 층이며, TBC의 최상층에 해당하는 세 번째 층은 0.5mm 정도의 두께를 가지고 있는 저열전도성 세라믹 층이다. 이 층은 하부 층의 열손상을 예방하는 역할을 한다.

상기한 바와 같은 방법으로 제작된 가스켓 본체(220)의 구조에 대해 살펴보면, 터빈(30)의 고정익(31) 둘레에 홈 삽입되는 터빈측 결합단(221)을 형성하고, 상기 터빈측 결합단(221)의 일측방향으로 연장된 끝단으로부터 수직방향으로 연장 형성되어 트랜지션피스(25)의 둘레에 홉 삽입되는 트랜지션피스측 결합단(223)이 형성되고 있다.

이때, 터빈측 결합단(221)과 트랜지션피스측 결합단(223)의 연결부에 압축가스가 통과할 수 있도록 다수의 냉각홀(225)이 천공되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 가스켓 본체(220)의 터빈측 결합단(221)에 내마모성 패드(227)를 접합하는 단계(S40)는, 가스켓 본체(220)의 접합부 표면에 브레이징액을 도포하는 단계와, 상기 접합부 표면에 내마모성 패드(227)를 대고 스폿 용접시켜 위치를 가고정시키는 단계, 및 가스켓 본체(220)를 진공 열처리시켜 브레이징액이 융착되도록 하는 단계로 이루어질 수 있다.

상기 구성에 따른 본 발명은 원심주조에 의해 링 가스켓을 한번에 제작한 다음, 이를 균등한 간격으로 분할시켜 가스켓 본체로 제작함으로써, 가스켓 제조공정을 단순화할 수 있고, 대량생산이 가능하며, 제작 단가를 낮출 수 있게 되는 이점을 갖는다.

1 : 가스터빈 10 : 압축기
20 : 연소기 21 : 노즐
22 : 셀 23 : 쳄버
24 : 연소부 25 : 트랜지션피스
25a : 끼움홀 26 : 지지플레이트
30 : 터빈 31 : 고정익
34 : 결합수단 40 : 축
50 : 압축가스 51 : 압축공기
52 : 기체연료 53 : 액체연료
54 : 주위공기 55 : 팽창가스
100 : 개스킷
110 : 지지부 120 : 밀봉완충부
210 : 본 발명의 링 가스켓 220 : 본 발명의 가스켓 본체
221: 터빈측 결합단 223: 트랜지션피스측 결합단
225: 냉각홀 227: 내마모성 패드

Claims

원심주조를 이용해 링 가스켓(210)을 성형하는 단계;
상기 링 가스켓(210)을 등 간격 링 분할시켜 다수의 가스켓 본체(220)를 형성하는 단계;
상기 분할된 가스켓 본체(220)를 표면 가공하는 단계;
상기 가스켓 본체(220)의 터빈측 결합단(221)에 내마모성 패드(227)를 접합하는 단계;
상기 가스켓 본체(220)의 표면을 블라스팅 처리하는 단계; 및
상기 블라스팅 처리된 가스켓 본체(220)를 열차폐 코팅하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.
제 1항에 있어서,
상기 표면 가공된 가스켓 본체(220)에 냉각홀(225)을 천공하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.
제 1항에 있어서,
상기 가스켓 본체(220)의 터빈측 결합단(221)에 내마모성 패드(227)를 접합하는 단계는, 가스켓 본체(220)의 접합부 표면에 브레이징액을 도포하는 단계와, 상기 접합부 표면에 내마모성 패드(227)를 대고 스폿 용접시켜 위치를 가고정시키는 단계, 및 가스켓 본체(220)를 진공 열처리시켜 브레이징액이 융착되도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.
제 1항에 있어서,
상기 내마모성 패드(227)는 니켈합금이 사용되는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.
제 1항에 있어서,
상기 가스켓 본체(220)는 링 가스켓(210)을 10~20등분하여 제작되는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.