KR101102377B1

KR101102377B1 - 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너

Info

Publication number: KR101102377B1
Application number: KR1020110117316A
Authority: KR
Inventors: 오성덕; 최강일; 철 박; 김준영
Original assignee: 주식회사 에네스코
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-01-05

Abstract

본 발명은 발전용 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너에 관한 것으로, 본 발명은 레일(10)과; 상기 레일(10)을 따라 이동 가능하게 설치되는 한 쌍의 이동프레임(20)과; 상기 이동프레임(20)에 각각 설치되는 제어유닛(25)과; 상기 제어유닛(25)의 상부에 각각 설치되며, 회전축(32)과 암구동유닛(33)이 각각 설치되는 메인프레임(30)과; 상기 회전축(32)에 설치되며, 상기 암구동유닛(33)에 의해 틸팅되는 암유닛(40)과; 상기 암유닛(40)의 선단에 각각 설치되는 헤더(50)와; 상기 헤더(50)에 선단에 각각 설치되며, 터빈로터(1)의 내외부면을 초음파로 탐상하는 탐상유닛(60) 및; 상기 이동프레임(20)과 상기 메인프레임(30) 사이에 설치되어 상기 암유닛(40) 간의 이격 거리를 미세 조절하는 위치조절유닛(70)을 포함하고, 상기 메인프레임(30)에는 틸팅된 상기 암유닛(40)을 선택적으로 고정시키는 브레이크(31)가 구비된 것을 기술적 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 탐상유닛이 설치된 암유닛의 설치위치를 쉽고 빠르게 변경할 수 있고, 아울러 탐상유닛을 안정적으로 고정할 수 있어 초음파 탐상을 원활하게 수행할 수 있게 된다.

Description

터빈로터 초음파 탐상용 스캐너{ULTRASONIC WAVE SCANNER FOR TURBINE ROTOR}

본 발명은 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 발전소 등에 설치되는 터빈로터의 외형을 따라 이동하면서 로터의 결함을 신속하고 정확하게 검출해 낼 수 있는 발전용 로터 초음파 탐상용 스캐너에 관한 것이다.

터빈은 보일러나 원자력발전소의 스팀제너레이터 등의 열원으로부터 공급되는 고온 고압의 증기가 가지는 열에너지를 기계적 에너지(회전 에너지)로 변환시키는 장치로서 원자력발전소와 화력발전소 등에서 전기를 생산하는 데에 없어서는 안 되는 주요 구성 부품의 하나이다.

이러한 터빈은 고압, 중압, 저압 로터로 구분되는 하나 이상의 로터(회전체)를 포함하고 있는데, 이들 로터들은 일반적으로 하나의 회전축선 상에 배치된다.

로터는 회전축(로터휠)을 중심으로 다수의 블레이드가 회전축을 중심으로 방사상으로 배치된 열로 이루어지고, 이러한 블레이드 열이 다시 회전축의 길이 방향으로 다수 개 배열되어 회전축과 체결된 구조로서 이러한 블레이드에 고온 고압의 수증기가 고속으로 충돌함으로서 로터는 큰 회전력을 갖게 된다.

회전축(로터휠)에 다수의 블레이드를 체결하는 방법에는 파인 트리 도브테일(Pine Tree Dovetail), 엑시얼 엔트리 도브테일(Axial Entry Dovetail) 그리고 핀 핑거 도브테일(Pinned Finger Dovetail) 등이 있다.

특히 저압 로터는 저압의 증기를 사용하는데, 이에 따라 상대적으로 그 크기가 큰 블레이드가 로터휠에 체결 설치되는데, 이 때문에 저압 로터의 블레이드를 로터휠에 견고하게 설치할 수 있도록 복잡한 구조로 이루어진 핑거 형태의 결합구조가 로터휠에 구비되고, 또한 최종단의 로터휠에는 블레이드를 로터휠에 더욱 견고하게 결합하기 위해 블레이드의 하부면과 결합되는 핀이 관통 삽입되는 체결홀이 형성되는데, 이러한 체결홀은 저압 로터마다 천여 개 이상 형성되어 있다.

이와 같이 복잡한 구조로 이루어진 터빈로터는 고온 고압의 스팀과 지속적으로 마찰되면서 운전되기 때문에 그 과정에서 크리프 및 피로에 의한 손상, 수증기에 의한 부식 균열 등이 발생될 우려가 있으며, 이에 따라 정기적인 검사를 통해 로터의 손상 유무와 안전성을 점검하여야 한다.

터빈로터를 검사할 때에는 일반적으로 비파괴 검사가 채택되며, 이 비파괴 검사 중에서도 초음파 탐상법이 주로 사용되는데, 이러한 초음파 탐상법은 점검대상에 손상 부분이 존재하는지 여부를 검사하기 위해 스캐너를 사용하며 이러한 스캐너에는 초음파를 방사하기 위한 발신기와 방사된 신호를 수신하는 수신기가 구비되어 있어 수신기로부터 수신되는 신호를 분석하여 손상부분이 있는지를 검사하며, 이러한 스캐너를 이용하여 터빈로터를 검사할 때에는 스캐너를 검사대상이 되는 터빈로터의 외부면에 근접 설치하여 검사를 수행한다.

로터의 외부면에 스캐너(이하 '탐상유닛'이라 한다)를 설치하여 로터를 검사하는 경우에는 탐촉자와 로터의 외부면 사이에 이격된 공간이 최소화되도록 탐상유닛의 탐촉자를 로터의 외부면에 접촉시켜 설치하여야 하는데, 이를 위해 탐상유닛을 로터의 측부에 고정 설치한 다음 탐촉자를 로터의 외부면에 밀착시켜 검사를 진행하고 있다.

그러나 위와 같이 탐상유닛을 로터의 측부에 고정 설치한 다음 탐촉자를 로터의 외부면에 밀착시켜 검사하는 경우 로터의 검사 부위를 따라 탐상유닛을 이동시킨 후 다시 고정한 다음 탐촉자를 밀착 설치하는 과정을 반복하여야 하기 때문에 작업이 번거로운 뿐만 아니라 로터의 전체면을 일정하고 정확하게 탐상하기가 곤란하고, 또한 탐상에도 많은 시간이 소요된다.

제작공장에서의 상기와 유사한 문제를 해결하기 위해 등록특허 제645756호의 회전체 초음파 탐상장치가 제안된바 있는데, 이 탐상장치는 도 1에 도시된 바와 같이 좀 더 단순한 형태의 회전체에 대한 제작중 검사를 위한 것으로서 회전체의 측부를 따라 레일(100)이 설치되고, 이 레일(100)을 따라 대차(110)가 이동되며, 이 대차(110)에는 탐촉자(130)가 설치된 지지대(120)가 신축 가능하게 설치되어 로터의 측부를 따라 이동하면서 초음파 검사를 진행하게 되는데, 이 탐상장치는 장치의 이동과 세팅이 용이하지 않고, 탐촉자(130)의 위치를 정밀하게 조절할 수 없을 뿐만 아니라, 탐촉자를 로터와 접촉된 상태를 유지하기 위한 별도의 고정수단이 마련되어 있지 않아 초음파 탐상 도중에 지지대(120)가 쉽게 움직일 수 있고, 이에 의해 획득되는 신호의 신뢰성이 떨어지는 문제가 있으며, 또한 탐상장치에 하나의 탐촉자(130)만 설치되기 때문에 터빈로터와 같이 복잡한 구조의 검사에는 접근성, 안정성 등의 한계로 인해 적용하기 어렵고, 검사에 여전히 많은 시간이 소요된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 터빈로터 초음파 탐상장치가 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 한 쌍의 탐상유닛을 통해 로터의 결합을 보다 신속하게 측정할 수 있고, 또한 레일 및 구동모터를 통해 로터의 외형을 따라 쉽게 이동하면서 필요에 따라 그 설치위치를 미세하게 조절할 수 있고, 브레이크 및 클램프에 의해 세팅된 위치 및 자세를 유지할 수 있도록 함으로써 접근성과 작업효율이 우수하고 안정적인 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 발전용 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너를, 레일과; 상기 레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 한 쌍의 이동프레임과; 상기 이동프레임에 각각 설치되는 제어유닛과; 상기 제어유닛의 상부에 각각 설치되며, 회전축과 암구동유닛이 각각 설치되는 메인프레임과; 상기 회전축에 설치되며, 상기 암구동유닛에 의해 틸팅되는 암유닛과; 상기 암유닛의 선단에 각각 설치되는 헤더와; 상기 헤더에 선단에 각각 설치되며, 터빈로터의 내외부면을 초음파로 탐상하는 탐상유닛 및; 상기 이동프레임과 상기 메인프레임 사이에 설치되어 상기 암유닛 간의 이격 거리를 미세 조절하는 위치조절유닛을 포함하고, 상기 메인프레임에는 틸팅된 상기 암유닛을 선택적으로 고정시키는 브레이크가 구비된 것에 의해 달성된다.

한편, 상기 암구동유닛은 모터와; 상기 모터에 결합되는 구동기어와; 상기 구동기어와 맞물리며 상기 회전축에 결합되는 피동기어로 이루어지고, 상기 브레이크는 상기 회전축과 연결된다.

그리고 상기 이동프레임에는 상기 레일과 접촉 설치되는 복수의 휠과; 상기 휠을 선택적으로 고정시키는 클램프를 포함한다.

또한 상기 암유닛은 회전가능하게 결합되는 메인암과; 상기 메인암에 인입 및 인출 가능하게 설치되는 신축암 및; 상기 신축암을 인입 및 인출시키는 구동부재를 포함한다.

이에 더해 상기 구동부재는, 상기 메인암 내부에 설치되는 스크류축과; 상기 스크류축에 스크루 결합되어 상기 신축암에 고정되는 브래킷 및; 상기 스크류축을 회전시키는 모터를 포함한다. 또한 상기 헤더와 상기 탐상유닛은 서로 힌지 결합된다.

본 발명은 한 쌍의 이동프레임 각각에 설치되는 메인프레임에 독립적으로 동작되는 암유닛이 각각 설치되고, 이 암유닛의 선단에 탐상유닛이 각각 설치될 수 있기 때문에 한 쌍의 탐상유닛을 동시에 사용할 수 있어 작업능률이 향상된다.

또한 본 발명은 암구동유닛과 구동부재를 통해 암유닛의 틸팅 각도 및 인입 및 인출 정도를 용이하게 제어할 수 있고, 메인프레임과 이동프레임 사이에 전원공급 및 구동모터의 제어, 탐상유닛을 제어하는 컴퓨터로 이루어진 제어유닛이 설치되어 작업공간을 효율적으로 사용할 수 있다.

또한 본 발명은 메인프레임과 제어유닛 사이에 위치조절유닛이 설치되어 있기 때문에 이동프레임을 이동시키지 않고도 메인프레임만을 미세 이동시킬 수 있기 때문에 탐상유닛을 로터의 외부면에 근접 이동시키기가 용이하다.

또한 스캐너 및 암유닛의 위치가 결정되면 암유닛과 이동프레임 및 메인프레임을 각각 클램프와 브레이크를 사용하여 고정시키므로 암유닛과 탐상유닛의 미동이 방지되고, 이에 더해 초음파 탐상 중 불필요한 모터의 전원을 차단할 수 있어 탐상유닛의 주변 전류에 의한 초음파의 노이즈를 감소시킬 수 있으므로 종래기술 보다 양호한 탐상 데이터를 취득할 수 있다.

도 1은 종래의 회전체 초음파 탐상장치의 예를 보인 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너의 예를 보인 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너의 예를 보인 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너의 예를 보인 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너의 사용상태도이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 발전용 터빈로터를 신속하고 편리하게 탐상할 수 있도록 하는 초음파 탐상용 스캐너에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 레일(10), 이동프레임(20), 제어유닛(25), 메인프레임(30), 암유닛(40), 헤더(50), 탐상유닛(60) 및 위치조절유닛(70)을 포함한다.

레일(10)은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 터빈로터(1)의 측부를 따라 설치되며, 그 상부에 이동프레임(20)이 설치되고, 이 이동프레임(20)에는 레일(10)과 접촉 설치되는 휠(20A)과, 이 휠(20A)을 선택적으로 고정시키는 클램프(20B)가 설치된다. 이에 의해 이동프레임(20)이 레일(10)을 따라 이동될 때에 휠(20A)의 구름접촉에 의해 쉽고도 안전하게 이동될 수 있고, 아울러 클램프(20B)를 사용하여 휠(20A)을 선택적으로 고정시킴으로써 이동프레임(20)의 위치를 고정시킬 수 있다.

그리고 이동프레임(20)은 레일(10)의 길이방향으로 한 쌍이 설치되는데, 각각의 이동프레임(20)의 상부에는 동일한 형상이며 서로 마주보는 형태의 제어유닛(25)과 메인프레임(30)이 설치되고, 이동프레임(20)의 하부는 레일(10)과 슬라이딩 가능하게 결합됨으로써 이동프레임(20)이 레일(10)을 따라 쉽게 슬라이딩 이동된다.

이때 이동프레임(20)의 슬라이딩 이동은 별도의 구동부재를 사용하여 이동될 수 있고, 이와 달리 작업자가 초음파 탐상의 진행 정도에 따라 수동으로 이동시키는 것으로 실시될 수도 있다.

한편, 한 쌍의 이동프레임(20)의 상부에는 각각 전원공급 및 구동모터의 제어, 초음파탐상장치 및 컴퓨터 등을 장착할 수 있는 제어유닛(25)이 설치되고, 제어유닛(25)의 상부에는 각각 메인프레임(30)이 설치되는데, 이 메인프레임(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 회전방향 위치고정을 위한 브레이크(31)와, 이 브레이크(31)의 중심에 설치되는 회전축(32)과, 회전축(32)의 선단에 설치되는 암구동유닛(33)으로 이루어진다.

그리고 암구동유닛(33)에서 회전축(32)측에는 피동기어(33B)가 설치되고, 메인프레임(30)에는 피동기어의 구동을 위한 구동기어(33A)와 모터(33C)가 설치되어 구동기어(33A)를 통해 피동기어(33B)가 회전되어 회전축(32)이 회전되고, 이 회전축(32)의 회전에 의해 암유닛(40)의 틸팅 각도가 조절된다.

그리고 암유닛(40)의 틸팅 각도가 세팅되면 메인프레임(30)의 브레이크(31)를 작동하여 암유닛(40)의 위치를 안정적으로 고정할 수 있게 된다.

또한 회전축(32)에 설치되어 틸팅 조절되는 암유닛(40)은 회전축(32)을 통해 회전 가능하게 설치되는 메인암(41)과, 메인암(41)에 인입출 가능하게 설치되는 신축암(42) 및 이동유닛(44), 신축암(42)을 신축시키는 구동부재(43)로 이루어지며, 이러한 구조에 의해 메인암(41) 내외부로 신축암(42)이 자유롭게 인입출되면서 터빈로터(1)의 외부면에 접촉된다.

이때 신축암(42)을 인입출시키는 구동부재(43)는 메인암(41) 내부에 설치되는 스크류축(43A)과, 스크류축(43A)에 스크루 결합되어 신축암(42)에 고정되는 브래킷(43B) 및 스크류축(43A)을 회전시키는 모터(43C)로 이루어지며, 이러한 구조에 의해 모터(43C)가 회전 동작되면, 스크류축(43A)이 메인암(41) 내부에서 회전되고, 이와 동시에 스크류축(43A)에 스크루 결합된 브래킷(43B)이 스크류축(43A)을 따라 이동되어 신축암(42)이 인입출된다.

한편, 암유닛(40)의 선단 즉, 신축암(42)의 각각의 선단에는 헤더(50)가 설치되고, 이 헤더(50)에는 탐상유닛(60)이 설치되는데, 헤더(50)와 탐상유닛(60)은 서로 힌지축(52)을 통해 힌지 결합되어 헤더구동모터(51)에 의해 탐상유닛(60)이 틸팅 가능하게 설치되며, 이로 인해 터빈로터(1)의 외주면의 경사 등을 따라 탐상유닛(60)의 각도가 조절되면서 면접되어 초음파 탐상이 진행된다.

그리고, 헤더(50)에는 탐상유닛(60)과 터빈로터(1)와의 거리를 감지하기 위한 센서 등을 설치하여 탐상유닛(60)이 과도하게 터빈로터(1)의 외부면에 접근하게 되면 신호를 송출하여 틸팅 동작 또는 이동 동작을 정지시키도록 제어할 수 있다.

한편, 본 발명에는 초음파 탐상이 진행되는 동안 또는 초음파 탐상 전후에 탐상유닛(60)을 짧은 거리만큼 이동시킬 때 굳이 이동프레임(20)을 이동시키지 않고도 신속하게 그 위치를 이동시킬 수 있도록 위치조절유닛(70)이 구비된다.

이러한 위치조절유닛(70)은 제어유닛(25)과 메인프레임(30) 사이에 설치되는데, 그 구조는 도 4에 도시된 바와 같이 제어유닛(25)의 상면에 설치되는 레일부(71)와, 이 레일부(71)를 따라 슬라이딩되도록 설치되고, 메인프레임(30)의 저면에 고정되는 이동블록부(72)와, 이동블록부(72)를 슬라이딩시키는 조작핸들부(72)로 이루어진다.

이상 설명한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너는 레일(10)과 위치조절유닛(70) 등을 이용하여 탐상유닛(60)의 설치위치를 쉽고 빠르게 변경할 수 있고, 브레이크(31) 및 클램프(20B)에 의해 용이하게 고정할 수 있으며, 또한 탐상유닛(60)이 한 쌍 구비됨으로써 종래에 비해 더욱 용이하고 안정적으로 초음파 탐상작업을 수행할 수 있다.

1: 터빈로터 10: 레일
20: 이동프레임 20A: 휠
20B: 클램프 25: 제어유닛
30: 메인프레임 31: 브레이크
32: 회전축 33: 암구동유닛
33A: 구동기어 33B: 피동기어
33C: 모터 40: 암유닛
41: 메인암 42: 신축암
43: 구동부재 43A: 스크류축
43B: 브래킷 43C: 모터
44: 이동블록 50: 헤더
51: 헤더구동모터 52: 힌지축
60: 탐상유닛 70: 위치조절유닛
71: 레일부 72: 이동부
73: 조작핸들부

Claims

터빈로터(1)의 손상유무를 검출하는 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너에 있어서,
레일(10)과;
상기 레일(10)을 따라 이동 가능하게 설치되는 한 쌍의 이동프레임(20)과;
상기 이동프레임(20)에 각각 설치되는 제어유닛(25)과;
상기 제어유닛(25)의 상부에 각각 설치되며, 회전축(32)과 암구동유닛(33)이 각각 설치되는 메인프레임(30)과;
상기 회전축(32)에 설치되며, 상기 암구동유닛(33)에 의해 틸팅되는 암유닛(40)과;
상기 암유닛(40)의 선단에 각각 설치되는 헤더(50)와;
상기 헤더(50)에 선단에 각각 설치되며, 상기 터빈로터(1)의 내외부면을 초음파로 탐상하는 탐상유닛(60) 및;
상기 이동프레임(20)과 상기 메인프레임(30) 사이에 설치되어 상기 암유닛(40) 간의 이격 거리를 미세 조절하는 위치조절유닛(70)을 포함하고,
상기 메인프레임(30)에는 틸팅된 상기 암유닛(40)을 선택적으로 고정시키는 브레이크(31)가 구비된 것을 특징으로 하는 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너.
청구항 1에 있어서,
상기 암구동유닛(33)은 모터(33C)와; 상기 모터(33C)에 결합되는 구동기어(33A)와, 상기 구동기어(33A)와 맞물리며 상기 회전축(32)에 설치되는 피동기어(33B)로 이루어지고,
상기 브레이크(31)는 상기 회전축(32)과 연결되는 것을 특징으로 하는 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너.
청구항 1에 있어서,
상기 이동프레임(20)에는 상기 레일(10)과 접촉 설치되는 복수의 휠(20A)과; 상기 휠(20A)을 선택적으로 고정시키는 클램프(20B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너.
청구항 1에 있어서,
상기 암유닛(40)은 회전가능하게 결합되는 메인암(41)과; 상기 메인암(41)에 인입 및 인출 가능하게 설치되는 신축암(42) 및; 상기 신축암(42)을 인입 및 인출시키는 구동부재(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너.
청구항 4에 있어서,
상기 구동부재(43)는, 상기 메인암(41) 내부에 설치되는 스크류축(43A)과; 상기 스크류축(43A)에 스크루 결합되어 상기 신축암(42)에 고정되는 브래킷(43B) 및; 상기 스크류축(43A)을 회전시키는 모터(43C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈로터 초음파 탐상용 스캐너.
청구항 1에 있어서,
상기 헤더(50)와 상기 탐상유닛(60)은 서로 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 로터 초음파 탐상용 스캐너.