KR101104055B1 - 가스터빈 고정익 에어포일 선단부 냉각공 가공을 위한 전극 가이드 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스터빈 고정익 에어포일 선단부 냉각공 가공을 위한 전극 가이드 장치에 관한 것으로, 특히 선단부 내부 중공형상에 맞게 삽입코어를 만들고 그 코어의 내부에 가공하고자 하는 해당열의 냉각공 전극이 유도될 수 있도록 하여 수직형 전극의 접근이 불가능한 부위에서도 방전가공이 가능하도록 하여 가공시간 및 비용의 감축과 품질을 향상시킬 수 있도록 한 전극 가이드 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 측면엔 일렬로 다수의 전극인입부를 형성하고 상부엔 다수의 전극출구부를 형성하고 상기 전극인입부와 상기 전극출구부 사이엔 직선통로와 곡선통로를 포함하는 전극가이드통로를 서로 연통되게 형성하여 이루어지되, 가스터빈 고정익 선단부의 중공부에 끼워 결합되고 별도의 고정부재에 의하여 고정 설치가 가능하게 이루어지는 가스터빈 고정익 에어포일 선단부 냉각공 가공을 위한 전극 가이드 장치를 제공한다.

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Description

가스터빈 고정익 에어포일 선단부 냉각공 가공을 위한 전극 가이드 장치{Electrode guider for making the cooling hole in leading edge of gas turbine blade}

본 발명은 가스터빈 고정익 에어포일 선단부 냉각공 가공을 위한 전극 가이드 장치에 관한 것으로, 특히 선단부 내부 중공형상에 맞게 삽입코어를 만들고 그 코어의 내부에 가공하고자 하는 해당열의 냉각공 전극이 유도될 수 있도록 하여 수직형 전극의 접근이 불가능한 부위에서도 방전가공이 가능하도록 하여 가공시간 및 비용의 감축과 품질을 향상시킬 수 있도록 한 전극 가이드 장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전설비용 가스터빈은 고온에서 운전되기 때문에 고온 특성을 갖는 초합금 소재와 그 소재를 고온으로부터 보호하여 주기 위한 열차단 코팅 그리고 모재와 코팅을 보호하고 냉각성능 효과를 높혀주기 위한 냉각공 설계기술이 가스터빈 부품제작의 핵심요소라고 할 수 있다.

냉각성능 및 효율을 향상시키기 위해서는 회전익이나 고정익의 에어포일 부위에 최적의 냉각성능을 발휘할 수 있도록 열응력 해석 등을 통하여 냉각공을 설계 및 가공하게 되며 이는 기본적으로 가공기술이 뒷받침되어야만 가능하다.

특히 에어포일의 냉각공 중 선단부측은 압축기로부터 냉각공기가 선단부에 배열된 냉각공을 통하여 에어포일 전체를 감싸주는 막냉각(Film Cooling) 기능을 수행하기 때문에 냉각공이 설계가 다르게 가공되었을 경우 고온에서 운전 중 부품의 손상은 물론 가스터빈 전체에 악영향을 끼치게 되어 사고와도 직결될 수 있으므로, 냉각공의 좌표값, 가공방향 및 각도, 크기 등이 설계치와 정확하게 일치되어야만 한다.

그리하여 종래에도 가스터빈 부품의 냉각공 가공은 방전가공 방식으로 전극을 회전시켜 구멍을 가공하는 방식으로서 동합금재의 파이프전극을 저속으로 회전시킴과 동시에 전극가이드를 따라 아래로 이송시키면서 방전시 발생한 고열에 의하여 금속을 용융가공하게 된다. 이때 전극 안으로 분사되는 방전액으로는 방전가공액 또는 증류수에 흑연분말을 혼합한 가공액을 사용하여 이물질을 제거하는 동시에 전극과 공작물의 냉각작용도 수행하게 된다.

가스터빈 고정익의 경우 예를 들면 600여개에 이르는 냉각공을 방전가공으로 가공을 행하지만 전극의 접근이 불가능한 경우 특수 제작된 전극을 이용하여 냉각공을 가공하게 된다.

또한, 가스터빈 고온부품들은 대부분 초합금으로 제작되어 고가이고 전량 해외에서 수입에 의존하고 있는 상황이어서 정기적으로 보수를 통하여 재사용하게 되는데, 고온의 열악한 환경속에서 운전되는 이 부품들은 많은 손상 부위를 갖게 되고 이를 용접, 열처리, 가공, 코팅 등의 순차적인 공정을 거쳐 보수한 다음 재사용이 이루어지게 된다.

더욱이, 냉각공의 주위는 운전 중에 응력이 많이 집중되어 크랙 들이 발생하고 용접정비시 표면결함들과 함께 냉각공 들이 같이 용접되므로 방전가공을 통하여 정확한 위치에 정확한 크기의 냉각공을 가공하여야만 한다.

그러함에도 불구하고, 기존의 냉각공 가공방식은 한 개의 와이어 전극을 회전축에 고정하여 가공하고자 하는 면에 수직방향으로 회전시키면서 냉각공을 가공하게 되는데 구조상 직진특성 때문에 복잡한 형상에 전극이 원하는 방향으로 접근이 불가능할 경우 가공할 수 없는 단점이 있다. 이 경우 전극을 삽입한 가이드를 공작물에 접근시키고 회전이 가능할 경우 가이드를 연장하는 형태로 가공을 하기도 하지만 이 또한 거리, 공작물의 형태 등 여러가지 구속조건 등에 의하여 제한적으로 사용할 수밖에 없는 문제점이 있다.

다른 방법으로는 전극을 회전시키지 않고 전극이 공작물의 가공지점에 접근할 수 있게 치구를 만들어 전극을 반복적으로 상하 수직운동을 시키면서 일방적인방전가공 형태로 원하는 냉각공을 가공할 수 있으나, 이 경우에는 가공시간이 기존의 수퍼드릴(Superdrill)로 가공하는 시간보다 10배 이상의 시간이 소요된다는 단점이 있어, 이를 극복하기 위하여 전극을 여러개 배열하여 가공할 수도 있겠으나 가공시간은 전극이 피삭재에 접촉되는 단면적에 비례하기 때문에 실제로 가공시간 단축의 효과는 미미하다.

실제로 부품가공시 에어퍼일 선단부의 냉각공은 수퍼드릴에 수직으로 부착된 전극과 15°로 경사져 있기 때문에 각 열의 일부 냉각공은 장축의 가이드를 이용하는 경우 전극의 접근이 가능하여 가공이 가능하지만 이후의 다른 냉각공은 수퍼드 릴로는 가공이 불가능하고 치구로 고정시킨 일반 방전가공으로만 가공이 가능한 실정이다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 연구 개발이 이루어진 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명의 목적은 고정익 선단부의 내부 중공 형상에 맞게 전극가이드 장치를 마련하고 전극가이드 장치의 내부에 가공하고자 하는 해당열의 냉각공 전극이 유도될 수 있도록 하면서 전극통로의 내부에서 서로 겹치지 않도록 구성하여 전체적인 전극의 회전 작동이 가능하고 수퍼드릴에 의한 가공이 가능하며 가공시간을 크게 단축시킬 수 있도록 하고자 함에 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 본체의 측면엔 일렬로 다수의 전극인입부를 형성하고 상부엔 다수의 전극출구부를 형성하고 상기 전극인입부와 상기 전극출구부 사이엔 직선통로와 곡선통로를 포함하는 전극가이드통로를 서로 연통되게 형성하여 이루어지되, 상기 본체는 가스터빈 고정익 선단부의 중공부에 끼워 결합되고 별도의 고정부재에 의하여 고정 설치가 가능하게 이루어지고, 상기 전극가이드통로의 곡관부는 직선부 단면적보다 더 크기를 크게 구성하여 이루어지고, 상기 곡관부의 각도는 15~25°의 각도를 유지하고, 상기 곡관부의 단면적이 상기 직관부의 단면적에 비하여 30% 이상 크게 내부유로를 구성하여 내부에 끼워지는 전극의 원활한 회전작동이 가능하도록 하며, 상기 고정부재는 일측에 스토퍼를 설치하고 다른 일측엔 키홈을 형성하고 상기 키홈엔 쐐기를 끼워 결합하여 구성이 이루어지고, 상기 본체의 외측엔 다수의 타원형 돌기를 마련하여 중공부와의 결합시 안착될 수 있도록 하는 가스터빈 고정익 에어포일 선단부 냉각공 가공을 위한 전극 가이드 장치를 제공한다.

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그리하여, 본 발명에 의하면 고정익 선단부의 내부 중공 형상에 맞게 전극가이드 장치를 마련하고 전극가이드 장치의 내부에 가공하고자 하는 해당열의 냉각공 전극이 유도될 수 있도록 하면서 전극통로의 내부에서 서로 겹치지 않도록 구성하여 전체적인 전극의 회전 작동이 가능하고 수퍼드릴에 의한 방전가공이 가능하며 가공시간을 크게 단축시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 예에 대하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

즉, 본 발명의 바람직한 예에 의하면 공통적으로 본체(1)의 측면엔 일렬로 다수의 전극인입부(2)를 형성하고 상부엔 다수의 전극출구부(3)를 형성하고 상기 전극인입부(2)와 상기 전극출구부(3) 사이엔 직관부(40,42)와 곡관부(44)를 포함하는 전극가이드통로(4)를 서로 연통되게 형성하여 이루어지되, 상기 본체(1)는 가스터빈 고정익 선단부(5)의 중공부(6)에 끼워 결합되고 별도의 고정부재(7)에 의하여 고정 설치가 가능하게 이루어진다.

또한, 상기 전극가이드통로(4)의 곡관부(44)는 직관부(40,42) 단면적보다 더 크기를 크게 구성하여 전극이 휘어진 상태에서도 회전이 가능하도록 구성함이 바람직한데, 실제로 실행하여 본바 도 3에 예시한 바와 같이, 곡관부(44)의 각도가 15~25°의 각도를 유지하고 직관부(40,42)의 단면적(a)에 비하여 곡관부(44)의 단면적(A)이 30%이상 크게 내부유로를 구성하여야 내부에 끼워지는 전극(9)의 원활한 회전작동이 가능함을 확인하였다.

또한, 상기 고정부재(7)는 예를 들면 일측에 스토퍼(70)를 설치하고 다른 일측엔 키홈(74)을 형성하고 상기 키홈(74)엔 쐐기(72)를 끼워 결합하여 구성이 이루어질 수 있으며, 본 발명인 전극가이드 장치를 가스터빈 고정익 선단부(5)의 중공부(6)에 끼워 결합하고 움직이지 않도록 하는 기술구성이라면 어떠한 형태로라도 구성하여 적용이 가능하다.

또한, 본체(1)의 외측엔 다수의 타원형 돌기(8)를 마련하여 중공부와의 결합시 안착될 수 있도록 함이 바람직하다.

다음은 전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작동관계를 상세하게 살펴보기로 한다.

우선 본 발명인 장치를 설치하는 경우 가스터빈 고정익 선단부(5)의 중공부(6)에 본체(1)를 끼우고 일측은 스토퍼(70)를 이용하여 그리고 다른 일측은 키홈(74)에 쐐기(72)를 끼워 결합하여 고정 설치한다.

다음, 본체(1)의 측면에 일렬로 형성된 다수의 전극인입부(2)로부터 상부에 형성된 다수의 전극출구부(3)에 걸쳐 그리고 상기 전극인입부(2)와 상기 전극출구 부(3) 사이에 형성된 직관부(40,42)와 곡관부(44)를 포함하는 전극가이드통로(4)를 활용하여 전극(9)을 끼워 결합한 다음, 순차적으로 각각 방전가공을 수행하면 된다.

이때, 상기 전극가이드통로(4)의 곡관부(44)엔 직관부(40,42) 단면적보다 더 크기를 크게 구성하여 전극(9)이 휘어진 상태에서도 회전이 가능하게 되며, 실제로 전극(9)을 회전시키면서 다양한 다른 형태에 걸쳐 방전가공을 실행한 결과, 도 3에 예시한 바와 같이, 곡관부(44)의 각도가 15~25°의 각도를 유지하고 직관부(40,42)의 단면적(a)에 비하여 곡관부(44)의 단면적(A)이 30%이상 크게 전극가이드통로(4)를 형성하여야 전극(9)의 원활한 회전작동이 가능함을 확인하였다.

따라서, 본 발명에 의하면 고정익 선단부(5)의 내부 중공 형상에 맞게 구성하고 내부에 가공하고자 하는 해당열의 냉각공 전극(9)이 유도될 수 있도록 하면서 전극가이드통로(4)의 내부에서 서로 겹치지 않도록 구성하여 전체적인 전극(9)의 회전 작동이 가능하고 수퍼드릴에 의한 방전가공이 가능하며 가공시간을 크게 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일례로서 외관을 나타내는 사시도,

도 2는 도 1의 예에 전극을 결합한 상태를 예시한 사시도,

도 3은 도 1에 있어서 요부 확대도,

도 4는 본 발명인 장치의 설치 사용상태 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 본체, 2: 전극인입부,

3: 전극출구부, 4: 전극가이드통로,

5: 고정익선단부, 6: 중공부,

7: 고정부재, 8: 타원형 돌기,

9: 전극, 40,42: 직관부,

44: 곡관부, 70; 스토퍼,

72: 쐐기, 74: 키홈

a, A: 단면적

Claims (4)

1. 본체(1)의 측면엔 일렬로 다수의 전극인입부(2)를 형성하고 상부엔 다수의 전극출구부(3)를 형성하고 상기 전극인입부(2)와 상기 전극출구부(3) 사이엔 직관부(40,42)와 곡관부(44)를 포함하는 전극가이드통로(4)를 서로 연통되게 형성하여 이루어지되,

   상기 본체(1)는 가스터빈 고정익 선단부(5)의 중공부(6)에 끼워 결합되고 별도의 고정부재(7)에 의하여 고정 설치가 가능하게 이루어지고,

   상기 전극가이드통로(4)의 곡관부(44)는 직관부(40,42) 단면적보다 더 크기를 크게 구성하여 이루어지고,

   상기 곡관부(44)의 각도는 15~25°의 각도를 유지하고,

   상기 곡관부(44)의 단면적(A)이 상기 직관부(40,42)의 단면적(a)에 비하여 30% 이상 크게 내부유로를 구성하여 내부에 끼워지는 전극(9)의 원활한 회전작동이 가능하도록 하며,

   상기 고정부재(7)는 일측에 스토퍼(70)를 설치하고 다른 일측엔 키홈(74)을 형성하고 상기 키홈(74)엔 쐐기(72)를 끼워 결합하여 구성이 이루어지고,

   상기 본체(1)의 외측엔 다수의 타원형 돌기(8)를 마련하여 중공부와의 결합시 안착될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 고정익 에어포일 선단부 냉각공 가공을 위한 전극 가이드 장치.
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