KR101150273B1 - 터빈 로터의 회전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈 로터 회전장치에 관한 것으로서, 대형 중량물인 터빈 로터의 블레이드 검사나 청소작업을 위해서 거치대에 올려놓고 회전시킬 때에 회전 관성으로 인해 원하는 블레이드를 정확한 작업위치로 회전 정지시키기 어려운 문제점이 있었다. 이에 따라 본 발명은 모터의 엔코더를 설치하여 모터 구동량 대비 터빈 로터의 회전량을 산출하고, 터빈로터의 종류와 블레이드 수를 입력하여 한칸의 블레이드를 회전시키기 위한 회전거리를 산출하며, 작업자가 원하는 순번의 블레이드 번호를 입력하면 자동으로 해당 순번까지 회전시킬 회전거리를 산출하고, 산출된 회전 거리에 따라 경로계획을 세워 모터를 자동제어하거나, 회전시킬 회전거리에서 엔코더로부터 검출되는 현재 회전량에 대한 회전거리를 감산하여 남은 회전거리에 따라 감속제어 시점을 찾아 감속제어를 함으로써 원하는 순번의 블레이드를 정확한 작업위치로 회전시켜 정지시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

터빈 로터의 회전 장치{Rotatin apparatus for turbine rotor}

본 발명은 발전소 핵심 설비중 하나인 터빈의 블레이드에 대한 비파괴 검사 및 정비나 크리닝을 수행하기 위하여 터빈 로터를 올려놓고 원하는 검사 부위를 검사위치로 정확하게 회전 로딩시킬 수 있도록 한 터빈 로터 회전 장치에 관한 것이다.

통상적으로 원자력발전소와 화력발전소에 설치된 증기터빈은 고온 고압의 증기를 터빈 축의 원주방향으로 배열된 블레이드에 부딪히게 하여 증기가 가진 열에너지를 기계적인 회전에너지로 변환시키는 장치로서, 발전소 정상운전 중 1초에 30~60번 고속회전을 하도록 되어 있으며, 중심부에서 시작하여 1단, 2단, 3단의 순으로 구성된다.

발전 중 상기 증기터빈의 블레이드 손상은 빈번하지 않지만, 한번 일어나면 발전의 중단과 함께 설비에 큰 손상을 발생할 수 있기 때문에 복구에 막대한 비용이 발생하고 장기간의 보수를 필요로 하는 원인이 되었다.

실제 발전통계에 의하면 증기터빈 사고의 약 30%가 균열, 부식, 부품손상 등에 의한 터빈 블레이드의 파손으로 나와 있는데, 이 터빈 블레이드의 파손을 일으키는 주된 응력은 터빈로터의 회전에 기인하는 원심 인장력과 유입되는 증기에 의한 굽힘 응력으로 나눌 수 있으며, 더욱이 노즐입구에서 유입된 증기의 불균일성에 의한 진동이 지속적인 피로를 유발하는 하나의 원인으로 작용하고 있다.

따라서 발전소의 터빈 블레이드에 대한 청소 및 안전도 검사가 필수적이며, 터빈 블레이드의 검사방법으로는 주로 초음파를 이용한 비파괴검사를 이용하고 있다. 터빈 블레이드를 검사하거나 청소하기 위해서는 터빈 로터를 분리하여 크레인을 이용하여 회전시키면서 작업하고 있었으나 이는 안전사고 위험성이 있고 원하는 높이로 터빈 로터를 회전시키기에는 불편함이 많았다.

이를 감안하여 터빈 로터를 올려놓을 수 있는 받침대의 상부에 두개의 롤러를 설치하고, 모터에 의해 롤러를 회전시키는 터빈 로터 회전장치가 이용되기도 한다.

그런데, 종래의 터빈 로터 회전장치는, 단순히 모터에 의해 롤러를 구동시켜 터빈 로터의 축을 회전시키는 방식으로 대형 장치인 터빈 로터를 회전시킬 때에 회전 관성력에 의해 검사 및 정비니 크리닝 하고자 하는 블레이드를 작업자의 작업 높이로 정확하게 회전시키기 어렵다는 문제점이 있었다. 즉, 터빈 로터가 대형 중량물이기 때문에 롤러에 브레이크 장치를 설치하기 어렵고, 회전 시작시 기동력이 큰 만큼 관성력도 크기 때문에 정위치 정지가 어려워 작업성이 매우 떨어진다는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 개선하고자 터빈 로터를 올려놓고 회전시키는 터빈 로터 회전장치에서 작업자의 작업 정위치로부터 몇번째 블레이드인지만을 입력하면 자동으로 모터의 기동, 가속, 등속, 감속의 수순으로 자동제어하여 원하는 순번의 블레이드가 정확하게 작업 정위치에 정지시킬 수 있도록 한 터빈 로터 검사를 위한 회전장치를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 터빈 로터의 검사 및 정비 크리닝을 위한 회전장치는,

터빈 로터의 축을 양측에서 소정의 높이로 올려놓고 회전시키기 위하여 구동롤러 및 피동롤러가 설치된 제1거치대 및 두개의 피동롤러만 설치된 제2거치대와;

상기 구동롤러의 회전축과 기어결합에 의해 회전동력을 전달하여 구동롤러를 회전시키기 위한 동력전달축과;

상기 동력전달축과 커플러를 통해 결합되어 동력전달축의 회전력을 제어하기 위한 감속기와;

회전동력을 발생시켜 상기 감속기를 통해서 상기 구동롤러를 회전시키기 위한 구동모터와;

상기 동력전달축의 회전량을 검출하기 위한 엔코더와;

터빈 로터의 종류와 블레이드 수를 입력받아 설정하고, 작업자가 작업위치를 기준으로 몇 번째 위치의 블레이드를 작업위치로 회전시킬 것인지에 대한 블레이드 순번을 입력받아 상기 터빈 로터의 종류 및 블레이드 수와 상기 작업자가 입력한 블레이드 순번에 의거하여 회전거리를 산출하고, 산출된 회전거리와 터빈 로터의 종류 및 블레이드 수에 의거한 경로계획을 세우고, 경로계획에 의거하여 상기 엔코더에서 검출되는 회전량 정보에 따라 상기 구동모터를 제어하여 작업자가 지정한 순번의 블레이드가 작업자의 작업 위치로 회전시켜 정지시키도록 제어하는 콘트롤장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 콘트롤장치는,

작업자가 터빈 로터 종류와 블레이드 수 및 회전을 위한 블레이드 순번을 입력함과 아울러 운전 조작을 하기 위한 입력수단과,

상기 입력수단을 통해 입력되는 정보와, 입력안내, 운전 안내 정보 및 운정정보를 표시하기 위한 LCD와,

상기 엔코더로부터 검출된 신호를 회전량 정보로 입력받는 회전량 검출부와,

상기 입력수단으로부터 입력되는 터빈 로터 종류와 블레이드 수를 설정하고, 회전시켜야할 회전 블레이드 순번 정보를 저장하기 위한 설정 메모리부와,

상기 터빈 로터 종류와 블레이드 수에 의거하여 하나의 블레이드를 회전시키기 위한 단위 거리를 계산하고, 단위거리를 상기 회전블레이드 순번에 적용하여 회전거리를 산출하는 회전거리 산출부와,

상기 터빈 로터 종류에 따른 가중치를 주어 상기 회전거리 산출부에서 산출된 회전거리에 대해서 상기 구동모터의 가속, 등속, 감속 제어를 위한 경로계획을 세우는 경로 계획부와,

상기 구동모터의 구동을 시작하여 상기 회전량 검출부의 회전량 검출정보와 상기 경로 계획부의 경로계획에 의해 상기 구동모터를 가속, 등속, 감속 제어를 하는 모터 제어부와,

상기 모터 제어부의 제어신호에 의거하여 상기 구동모터를 제어하는 인버터와,

상기 입력수단, 상기 LCD, 상기 엔코더 및 상기 모터 제어부를 제어하여 운전제어를 하기 위한 주 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 터빈로터 축을 올려놓는 거치대상에 구동롤러 및 피동롤러를 설치하고, 구동롤러를 모터에 의해 구동시키되, 블레이드 순번에 의해 회전시킬 거리를 산출하고, 산출된 회전거리에 대해 경로계획을 세워 모터의 구동을 제어하는 방식으로 원하는 순번의 블레이드를 정확한 위치에 정지 시킬 수 있는 효과가 있다. 또는 엔코더를 이용하여 회전량을 검출하여 남은 회전거리를 연산하여 감속시점을 찾고 감속시점에서 감속기를 통해 감속시키는 방식으로 터빈 로터의 회전을 제어함으로써 작업자의 작업 위치에 원하는 순번의 블레이드를 정지시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 의한 터빈로터 회전장치의 설치 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 터빈로터 회전장치의 측면 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 터빈 로터 회전장치의 블록 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 터빈로터 회전장치의 기능설명을 위한 터빈로터 회전 순번 입력 및 경로계획에 따른 모터 제어 설명도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 터빈로터 회전장치의 설치 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 터빈로터 회전장치의 측면 구성도이며, 도 3은 본 발명에 의한 터빈 로터 회전장치의 블록 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이,

터빈 로터(10)의 축(11)을 양측에서 소정의 높이로 올려놓고 회전시키기 위하여 구동롤러(31) 및 피동롤러(32)가 설치된 제1거치대(21) 및 두개의 피동롤러만 설치된 제2거치대(22)와;

상기 구동롤러(31)의 회전축과 기어결합에 의해 회전동력을 전달하여 구동롤러(31)를 회전시키기 위한 동력전달축(40)과;

상기 동력전달축(40)과 커플러(50)를 통해 결합되어 동력전달축(40)의 회전력을 제어하기 위한 감속기(60)와;

회전동력을 발생시켜 상기 감속기(60)를 통해서 상기 구동롤러(31)를 회전시키기 위한 구동모터(70)와;

상기 동력전달축(40)의 회전량을 검출하기 위한 엔코더(80)와;

터빈 로터(10)의 종류와 블레이드(12)의 수를 입력받아 설정하고, 작업자가 작업위치를 기준으로 몇 번째 위치의 블레이드를 작업위치로 회전시킬 것인지에 대한 블레이드 순번을 입력받아 상기 터빈 로터(10)의 종류 및 블레이드 수와 상기 작업자가 입력한 블레이드 순번에 의거하여 회전거리를 산출하고, 산출된 회전거리와 터빈 로터의 종류 및 블레이드 수에 의거한 경로계획을 세우고, 경로계획에 의거하여 상기 엔코더(80)에서 검출되는 회전량 정보에 따라 상기 구동모터(70)를 제어하여 작업자가 지정한 순번의 블레이드가 작업자의 작업 위치로 회전시켜 정지시키도록 제어하는 콘트롤장치(100)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 콘트롤장치(100)는,

작업자가 터빈 로터 종류와 블레이드 수 및 회전을 위한 블레이드 순번을 입력함과 아울러 운전 조작을 하기 위한 입력수단(101)과,

상기 입력수단(101)을 통해 입력되는 정보와, 입력안내, 운전 안내 정보 및 운정정보를 표시하기 위한 LCD(102)와,

상기 엔코더(80)로부터 검출된 신호를 회전량 정보로 입력받는 회전량 검출부(103)와,

상기 입력수단(101)으로부터 입력되는 터빈 로터 종류와 블레이드 수를 설정하고, 회전시켜야할 회전 블레이드 순번 정보를 저장하기 위한 설정 메모리부(104)와,

상기 터빈 로터 종류와 블레이드 수에 의거하여 하나의 블레이드를 회전시키기 위한 단위 거리를 계산하고, 단위거리를 상기 회전블레이드 순번에 적용하여 회전거리를 산출하는 회전거리 산출부(105)와,

상기 회전거리 산출부(105)에서 산출된 회전거리에 대해서 상기 터빈 로터 종류에 따른 가중치를 주어 상기 구동모터(70)의 가속, 등속, 감속 제어를 위한 경로계획을 세우는 경로 계획부(106)와,

상기 구동모터(70)의 구동을 시작하여 상기 회전량 검출부(103)의 회전량 검출정보와 상기 경로 계획부(106)의 경로계획에 의해 상기 구동모터(70)를 가속, 등속, 감속 제어를 하는 모터 제어부(107)와,

상기 모터 제어부(107)의 제어신호에 의거하여 상기 구동모터(70)를 제어하는 인버터(108)와,

상기 입력수단(101), 상기 LCD(102), 상기 엔코더(80) 및 상기 모터 제어부(107)를 제어하여 운전제어를 하기 위한 주 제어부(109)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 대형 중량물인 터빈 로터(10)를 분해하여 크레인을 이용하여 두 개의 거치대(21)(22)의 상부에 올려놓고 블레이드(12)의 검사 또는 정비 크리닝을 수행하게 된다. 상기 일측 거치대(21)에는 구동롤러(31)와 피동롤러(32)가 설치되어 터빈 로터축(11)을 회전시킬 수 있도록 설치되며, 다른 거치대(22)에는 피동롤러만 두개가 설치되어 터빈 로터 축(11)의 회전 가이드 역할을 하도록 설치된다.

상기 구동롤러(31)를 구동시키기 위한 수단으로는 동력전달축(40)에 커플러(50)를 통해 감속기(60)가 설치되고 구동모터(70)가 상기 감속기(60)를 통해 회전력을 전달하여 상기 구동롤러(31)를 회전시키게 된다.

이때 본 발명에서는 동력전달축(40)에 엔코더(80)를 설치하여 모터 회전량을 검출한다. 즉, 구동모터(70)의 회전량 대비 터빈로터축(11)의 회전량을 산출하여 터빈로터축(11)의 회전량을 제어하기 위한 것이다.

본 발명에서는 콘트롤장치(100)에서 상기 구동모터(70)를 경로계획에 의거하여 인버터(108)를 통해 제어한다. 운전 조건을 설정하는 단계로서 입력수단(101)을 통해서 터빈로터(10)의 종류와 블레이드(12) 수를 입력한다. 터빈로터(10)의 종류는 터빈의 용량에 따라 그 크기가 달라지며 결국 터빈 로터축(11)의 직경이 달라지기 때문에 구동모터(70)의 회전량 대비 터빈로터축(11)의 회전량을 감안하기 위한 것이다. 또한 블레이드(12) 수는 터빈 로터의 종류에 따라 블레이드 수가 달라질 수 있으며, 임의의 블레이드를 기준으로 바로 다음 순번의 블레이드까지 회전시키기 위한 블레이드 한 칸 회전거리를 계산하기 위한 것으로서, 블레이드수/360도 와 터빈로터의 종류에 따른 터빈로터축의 원주 길이에 의해 한 칸의 회전거리를 산출할 수 있다. 이와 같이 한칸의 회전거리를 회전시키기 위해서 구동모터의 회전량을 산출할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에서는 작업자가 입력하는 블레이드 순번에 따라 회전거리를 산출하고 회전거리에 대해서 경로계획을 세운후 경로계획에 따라 구동모터를 제어하도록 하는 것이다.

콘트롤장치(100)에는 입력수단(101)을 통해 턴빈로터 종류 및 블레이드 수를 입력하면 주제어부(109)의 제어에 의해 설정 메모리부(104)에 설정되고, 회전제어를 위하여 작업자가 작업위치로부터 몇번째 블레이드를 작업위치로 회전시킬 것인지를 입력시킨다.

도 4는 본 발명에 의한 터빈로터 회전장치의 기능설명을 위한 터빈로터 회전 순번 입력 및 경로계획에 따른 모터 제어 설명도이다.

작업자가 작업위치에 있는 블레이드의 순번을 제로(NO.0) 순번으로 가정하고 임의의 순번 예를 들어 20번째(NO.20)를 작업위치로 회전시키고자하면, 입력수단을 통해서 해당 블레이드 순번 NO.20을 입력하고, 운전시작을 한다.

콘트롤장치(100)의 회전거리 산출부(105)는 작업자가 입력한 블레이드 순번과 한컨 회전거리 즉, 상기 블레이드 종류 및 블레이드 수에 의거하여 산출된 한 칸 회전거리를 곱하여 총 회전거리를 산출한다.

경로계획부(106)는 상기 회전거리 산출부(105)에서 산출된 총 회전거리에 대해서 도 5에 도시된 바와 같이 가속, 등속, 감속의 단계로서 제어할 수 있도록 경로계획을 세우는데, 감속시간에 대해서 블레이드 종류 즉, 중량에 따라 가중치를 준다. 가중치를 주는 이유는 중량에 따른 관성력에 차이가 있으므로 정확한 정지시점을 맞추기 위해서 가중치를 주게 된다. 초기 가속구간(0-t1)은 구동모터의 최대 구동력을 출력하여 기동시키고, 기동 후 등속구간(t1-t2)을 유지한 후 감속구간(t2-t3)에서 가중치를 고려한 감속제어를 하게 된다. 미리 실험적으로 구하여 중량비율에 따라 가중치를 고려하도록 한다. 경로계획에 따라 구동모터(70)의 구동시간 및 속도 프로파일에 의거하여 모터제어부(107)에서 인버터(108)를 통해 구동모터(70)를 제어하여 작업자가 원하는 순번의 블레이드를 작업위치로 회전시켜 정확하게 정지시킬 수 있게 된다.

한편, 엔코더(80)를 이용하여 회전량 검출부(103)에서 검출된 모터구동 회전량에 대응된 회전거리를 산출하고, 회전시켜야할 총 회전거리로부터 현재까지 회전된 거리를 감산하면서 터빈로터의 종류 즉, 중량에 따라 미리 실험적으로 구해준 정지를 위한 감속시점을 찾는다. 즉 중량에 따라 감속을 시작할 시점을 가중치를 주어 가변적으로 설정하고, 엔코더에서 검출된 회전량에 따라 남은 회전거리가 감속해야할 시점이 되면 감속제어를 하여 원하는 순번의 블레이드가 원하는 작업위치에 정지하도록 제어하는 것이다.

즉, 본 발명은 회전제어방식으로 총 회전거리를 산출하여 그 회전거리에 따른 모터의 구동시간 제어를 위한 경로계획을 세워 모터를 제어하는 방식과, 총 회전거리를 산출하여 엔코더로부터 검출된 현재 회전량을 감산하여 남은 회전거리가 감속시점이 될때 감속시켜 제어하는 방식중 어느 하나의 방식을 이용할 수 있다.

10 : 터빈 로터 11 : 터빈로터축
12 : 블레이드 21, 22 : 거치대
31 : 구동롤러 32 : 피동롤러
40 : 동력전달축 50 : 커플러
60 : 감속기 70 : 구동모터
80 : 엔코더 100 : 콘트롤장치
101 : 입력수단 102 : LCD
103 : 회전량검출부 104 : 설정메모리부
105 : 회전거리 산출부 106 : 경로계획부
107 : 모터 제어부 108 : 인버터

Claims (2)

1. 터빈 로터(10)의 축(11)을 양측에서 소정의 높이로 올려놓고 회전시키기 위하여 구동롤러(31) 및 피동롤러(32)가 설치된 제1거치대(21) 및 두개의 피동롤러만 설치된 제2거치대(22)와;
   상기 구동롤러(31)의 회전축과 기어결합에 의해 회전동력을 전달하여 구동롤러(31)를 회전시키기 위한 동력전달축(40)과;
   상기 동력전달축(40)과 커플러(50)를 통해 결합되어 동력전달축(40)의 회전력을 제어하기 위한 감속기(60)와;
   회전동력을 발생시켜 상기 감속기(60)를 통해서 상기 구동롤러(31)를 회전시키기 위한 구동모터(70)와;
   상기 동력전달축(40)의 회전량을 검출하기 위한 엔코더(80)와;
   터빈 로터(10)의 종류와 블레이드(12)의 수를 입력받아 설정하고, 작업자가 작업위치를 기준으로 몇 번째 위치의 블레이드를 작업위치로 회전시킬 것인지에 대한 블레이드 순번을 입력받아 상기 터빈 로터(10)의 종류 및 블레이드 수와 상기 작업자가 입력한 블레이드 순번에 의거하여 회전거리를 산출하고, 산출된 회전거리와 터빈 로터의 종류 및 블레이드 수에 의거한 경로계획을 세우고, 경로계획에 의거하여 상기 엔코더(80)에서 검출되는 회전량 정보에 따라 상기 구동모터(70)를 제어하여 작업자가 지정한 순번의 블레이드가 작업자의 작업 위치로 회전시켜 정지시키도록 제어하는 콘트롤장치(100)를 포함하여 구성됨을 특징으로 터빈로터 회전장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 콘트롤장치(100)는,
   작업자가 터빈 로터 종류와 블레이드 수 및 회전을 위한 블레이드 순번을 입력함과 아울러 운전 조작을 하기 위한 입력수단(101)과,
   상기 입력수단(101)을 통해 입력되는 정보와, 입력안내, 운전 안내 정보 및 운정정보를 표시하기 위한 LCD(102)와,
   상기 엔코더(80)로부터 검출된 신호를 회전량 정보로 입력받는 회전량 검출부(103)와,
   상기 입력수단(101)으로부터 입력되는 터빈 로터 종류와 블레이드 수를 설정하고, 회전시켜야할 회전 블레이드 순번 정보를 저장하기 위한 설정 메모리부(104)와,
   상기 터빈 로터 종류와 블레이드 수에 의거하여 하나의 블레이드를 회전시키기 위한 단위 거리를 계산하고, 단위거리를 상기 회전블레이드 순번에 적용하여 회전거리를 산출하는 회전거리 산출부(105)와,
   상기 회전거리 산출부(105)에서 산출된 회전거리에 대해서 상기 터빈 로터 종류에 따른 가중치를 주어 상기 구동모터(70)의 가속, 등속, 감속 제어를 위한 경로계획을 세우는 경로 계획부(106)와,
   상기 구동모터(70)의 구동을 시작하여 상기 회전량 검출부(103)의 회전량 검출정보와 상기 경로 계획부(106)의 경로계획에 의해 상기 구동모터(70)를 가속, 등속, 감속 제어를 하는 모터 제어부(107)와,
   상기 모터 제어부(107)의 제어신호에 의거하여 상기 구동모터(70)를 제어하는 인버터(108)와,
   상기 입력수단(101), 상기 LCD(102), 상기 엔코더(80) 및 상기 모터 제어부(107)를 제어하여 운전제어를 하기 위한 주 제어부(109)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터빈로터 회전장치.

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