KR101237225B1 - 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치에 관한 것으로, 와전류 프로브의 팁 부분이 돌출되는 상태로 상기 와전류 프로브를 완충지지하는 완충바디부와, 상기 와전류 프로브의 팁 부분이 돌출된 상기 완충바디부의 일면에 체결되며, 그 체결면의 반대면 중앙에 상기 와전류 프로브의 팁 부분이 관통되는 체결돌출부를 포함하는 쐐기와, 상기 쐐기의 체결돌출부가 삽입되는 삽입공이 마련되며, 그 삽입공의 주변으로 다수의 탄성 베어링이 돌출된 베어링판를 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 검사면에 접촉되는 부분을 전방향에 대하여 완충작용이 가능하며, 리프트 오프 현상을 방지할 수 있는 베어링판을 적용함으로써, 와전류 프로브의 떨림과 리프트오프의 발생을 방지하여 그 와전류 프로브의 팁이 측정대상인 에이포일에 수직으로 위치할 수 있도록 하여, 결함을 감지하는 감도의 저하를 방지하여 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치{A fixture of the eddy current probe for inspecting on the blades airfoil}

본 발명은 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브를 고정하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와전류 프로브의 팁을 곡면을 가지는 블레이드의 검사위치에서 수직으로 유지할 수 있는 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브를 고정하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 와전류검사(Eddy Current Testing)는 항공기, 발전설비 및 기타 산업설비 등의 표면 결함 검출 및 열교환기 등의 건전성 검사 등에 적용되는 비파괴 검사방법 중의 하나이다.

이 와전류 검사의 원리는 코일에 교류전류를 통과시키면 주위에 1차 자기장이 발생되고, 이를 도체(피검체) 표면에 접근시키면 도체 표면에서 2차 자기장이 형성되며, 그 2차 자기장은 다시 도체 표면에 와전류(맴돌이 전류)를 생성시킨다.

상기 피검체인 도체 표면에 결함이 존재할 때 와전류가 왜곡되면 이를 센서 코일을 통해 하드웨어 및 소프트웨어적으로 상에 그 변화를 나타내고 이를 분석 및 평가하는 것이다.

이와 같은 와전류 검사는 발전소의 가스터빈의 터빈(Turbine) 및 컴퓨레셔(Compressor)에 구비된 블레이드의 결함을 검출하는데도 사용하고 있으며, 결함의 정량화(깊이측정)하는 방법으로 가장 적합한 검사방법으로 알려져 있다.

가스터빈의 블레이드는 플랫폼(Flatform)을 기준으로 디스크에 조립되는 루트부와 공기 및 고온의 가스와 부딪치는 에어포일(Airfoil)로 구성된다. 루트는 도브테일(Dovetail)과 생크(Shank)로 구성되며, 에어포일은 컨케이브(Concave or pressure), 켄벡스(Convex or suction), 트레일링 에지(Trailing Edge)와 리딩 에지(Leading Edge) 구성되며 공기역학적(Areodynamic)의 기하학적 형상을 가지고 있다.

가스터빈의 블레이드는 1100℃ 이상의 고온 및 고압의 환경에서 적용할 수 있는 기계적 특성이 우수한 초합금(Superalloy) 및 TBC(Thermal Barrier Coating)과 같은 열차단 코팅 등이 적용되어 제작되나, 열악한 운전조건 및 환경속에서 피로(Fatigue)등에 의한 결함들이 발생하게 된다.

이러한 결함을 검출하기 위해 형광침투탐상검사(FPI, Fluorescent Penetrant Inspection)라는 비파괴검사방법을 적용하나 이것은 블레이드가 분해되었거나, 검사설비가 갖춰진 상태에서나 가능한 방법이며, 또한 미세한 피로균열 등은 검출이 불가하고, 결함의 존재유무만 확인할 수 있을 뿐 결함깊이 측정이 불가능하기 때문에 와전류검사방법을 사용하고 있다.

종래에는 핸드헬드 펜슬 프로브(Handheld Pencil Probe)를 가스터빈 블레이드에 접근 또는 접촉시켜 와전류검사를 수행하였다. 종래의 핸드헬드 펜슬 프로브는 프로브 팁이 돌출된 펜슬 형상을 가지고 있으며, 이러한 핸드헬드 펜슬 프로브는 가스터빈 블레이드의 공기역학적(Areodynamic) 구조를 검사하는데 많은 제한적 요소가 있다. 특히 블레이드의 에어포일(Airfoil)은 컨케이브(Concave)의 오목한 형상과 컨벡스(Convex)의 볼록한 형상이 공기역학적 구조로 뒤틀린 형상을 가지고 있으며, 이로 인해 와전류 프로브(Probe)의 팁(Tip)부분이 블레이드 에어포일(Airfoil)에 정확하게 수직으로 접촉하기가 쉽지 않고, 손으로 핸드헬드 펜슬 프로브를 잡고 스캐닝(Scanning)하기 때문에 리프트 오프(Lift-off) 나 떨림 현상 등이 발생되어 검사의 신뢰성을 확보하기가 어려운 문제점이 있었다.

이는 일반적으로 와전류 프로브가 결함에 대해 수직으로 접촉했을 때 가장 큰 검출감도를 가지는 것이나, 종래 핸드헬드 펜슬 프로브는 흔들림이 발생할 수 밖에 없으며, 프로브가 들뜨는 리프트 오프 현상의 발생을 완전히 방지할 수 없다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 와전류검사시 프로브 팁의 흔들림을 방지하고, 리프트 오프가 발생하는 것을 방지할 수 있는 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치는, 와전류 프로브의 팁 부분이 돌출되는 상태로 상기 와전류 프로브를 완충지지하는 완충바디부와, 상기 와전류 프로브의 팁 부분이 돌출된 상기 완충바디부의 일면에 체결되며, 그 체결면의 반대면 중앙에 상기 와전류 프로브의 팁 부분이 관통되는 체결돌출부를 포함하는 쐐기와, 상기 쐐기의 체결돌출부가 삽입되는 삽입공이 마련되며, 그 삽입공의 주변으로 다수의 탄성 베어링이 돌출된 베어링판를 포함한다.

본 발명 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치는, 검사면에 접촉되는 부분을 전방향에 대하여 완충작용이 가능하며, 리프트 오프 현상을 방지할 수 있는 베어링판을 적용함으로써, 와전류 프로브의 떨림과 리프트오프의 발생을 방지하여 그 와전류 프로브의 팁이 측정대상인 에이포일에 수직으로 위치할 수 있도록 하여, 결함을 감지하는 감도의 저하를 방지하여 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 측면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드 에어포일 검사용 와전류 프로브의 일부 단면 구성도이다.
도 4는 상기 도 1에서 쐐기의 사시도이다.
도 5는 상기 도 1에서 베어링패널의 사시도이다.
도 6은 도 5에서 A-A' 단면도이다.
도 7과 도 8은 각각 본 발명을 이용하여 에어포일을 검사하는 상태도이다.

이하, 본 발명 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치의 사시도이고, 도 2는 그 측면 구성도이다.

도 1과 도 2를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치는, 와전류 프로브(10)를 고정하는 핸드헬드 고정부(20)와, 상기 핸드헬드 고정부(20)가 내측에 일측방향으로 삽입되어 타측으로 상기 와전류 프로브(10)의 팁이 돌출되도록 지지함과 아울러 상기 와전류 프로브(10)의 리프트 오프를 방지하는 완충바디부(30)와, 상기 완충바디부(30)의 상기 와전류 프로브(10)의 팁이 노출된 면측에서 상기 팁이 관통되도록 체결되는 쐬기(40)와, 상기 쐬기(40)에 결합되며 외측으로 노출된 다수의 볼베어링(55)을 포함하는 베어링판(50)으로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 와전류 프로브(10)는 앞서 상세히 언급한 바와 같이 끝단인 팁을 검사 위치에 접촉시켜 피파괴 검사법의 하나인 와전류 검사가 가능하게 한다.

이 와전류 프로브(10)는 외부의 영향을 최소화해야 하며, 따라서 작업자가 와전류 프로브(10)를 손으로 접촉하는 것을 피해야 한다.

이를 위하여 와전류 프로브(10)의 후단이 삽입 고정되는 핸드헬드 고정부(20)가 마련되어 있다.

상기 핸드헬드 고정부(20)에 고정된 와전류 프로브(10)는 완충바디부(30)에 결합되어 그 와전류 프로브(10)의 팁부분이 외부로 돌출된다.

도 3은 상기 완충바디부(30)에 결합된 와전류 프로브(10)의 단면 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 완충바디부(30)는 원통형의 통공이 마련된 육면체의 형상인 외부케이스(32)와, 상기 핸드헬드 고정부(20)에 고정된 와전류 프로브(10)가 팁이 외부로 돌출되도록 삽입되며, 자체가 상기 외부케이스(32)의 내측에 삽입되어 슬라이딩 이동이 가능함과 아울러 그 외부케이스(32)의 통공 중앙에 마련된 스토퍼(36)에 의해 이동이 제한되는 내부케이스(31)와, 상기 내부케이스(31)의 상기 팁 돌출부분측에 볼트(35)로 결합되어 고정되어 그 내부케이스(31)와 함께 이동하는 탄성지지대(33)와, 상기 탄성지지대(33)와 상기 스토퍼(36)의 사이에 위치하여 상기 내부케이스(31)와 그 내부케이스(31)에 결합된 와전류 프로브(10)를 완충시키는 탄성체(34)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성에서 와전류 시험시 상기 와전류 프로브(10)의 팁이 블레이드에 접촉되어 압력이 가해지면 탄성체(34)의 작용에 의해 그 와전류 프로브(10) 및 그 와전류 프로브(10)를 고정하는 내부케이스(31)가 후퇴하여 완충작용을 하며, 이 상태로 시험위치의 변경을 하기 위해 이동시키는 경우 압력이 해제되어도 상기 탄성체(34)의 복원력에 의해 와전류 프로브(10)가 상기 블레이드 측으로 더 돌출되어 접한 상태가 해제되는 리프트 오프의 발생을 방지하게 된다.

상기 와전류 프로브(10)의 팁이 돌출된 상기 완충바디부(30)의 일측에는 쐐기(40)가 체결된다.

도 4는 상기 쐐기(40)의 사시도이다.

도 4를 참조하면 상기 쐐기(40)는 상기 완충바디부(30)와 접하는 부분이 평면이고, 그 반대면의 중앙에는 결합돌출부(42)가 마련되어 있다. 상기 결합돌출부(42)의 형상은 원통형이며, 그 중앙에는 상기 완충바디부(30)의 외측으로 돌출된 와전류 프로브(10)의 팁이 삽입 돌출되는 통공이 마련되어 있다.

또한 상기 쐐기(40)는 상기 완충바디부(30)와의 볼트 결합을 위한 다수의 결합공(43)이 마련되어 있으며, 상기 결합돌출부(42)가 마련된 외면의 모서리는 라운드형으로 가공되어 있다.

상기 결합돌출부(42)에는 상기 베어링판(50)의 중앙부가 끼움결합된다.

도 5는 상기 베어링판(50)의 사시도이고, 도 6은 도 5의 A-A' 단면도이다.

도 5와 도 6을 각각 참조하면, 상기 베어링판(50)은 중앙부에 상기 결합돌출부(42)가 삽입되는 삽입공(51)이 마련된 원판형의 구조를 가지고 있으며, 그 삽입공(51)의 주변으로는 베어링(55)이 외측으로 이탈되지 않는 상태에서 일부가 돌출되어 다수로 위치한다.

상기 베어링(55)은 원활한 회전과 이물의 발생을 최소화하기 위하여 세라믹 재질의 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 베어링(55)은 내측에 마련된 스프링(56)의 작용에 의하여 압력이 가해질 경우 후퇴하게 되며, 따라서 와전류 프로브(10)를 이동시키는 과정 또는 시험을 실행하는 과정에서 그 와전류 프로브(10)의 흔들림을 완화시키는 작용을 하게 된다.

또한 와전류 프로브(10)를 사용하여 시험할 위치가 블레이드 에어포일과 같이 곡면의 형상인 경우에도 상기 베어링(55)이 전면에 마련된 베어링판(50)의 중앙에서 돌출된 와전류 프로브(10)의 팁은 에어포일의 접촉면과 항상 수직인 상태를 유지하게 된다.

앞서 언급한 바와 같이 와전류 프로브(10)를 에어포일과 수직으로 접촉시킬 때 가장 큰 검출강도를 얻을 수 있어, 와전류 시험의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 7과 도 8은 각각 본 발명 블레이드 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치의 사용상태도이다.

이와 같이 본 발명 블레이드 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치는, 에어포일(60)의 기하학적 형상에 맞춰 상기 베어링판(50)의 베어링(55)들이 가해지는 압력에 따라 위치가 배열되기 때문에 틸트가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 와전류 프로브(10)로 에어포일(60)을 검사할 때 그 와전류 프로브(10)가 에어포일(60)의 면을 검사할 때 수직으로 접할 수 있도록 하며, 틸트가 방지되고, 그 와전류 프로브(10)에 가해지는 압력의 변화에 대응하여 그 와전류 프로브(10)가 후퇴 또는 전진하여 리프트 오프의 발생을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

10:와전류 프로브 20:핸드헬드 고정부
30:완충바디부 40:쐐기
50:베어링판 55:베어링
60:에어포일

Claims (3)

1. 와전류 프로브의 팁 부분이 돌출되는 상태로 상기 와전류 프로브를 완충지지하는 완충바디부;
   상기 와전류 프로브의 팁 부분이 돌출된 상기 완충바디부의 일면에 체결되며, 그 체결면의 반대면 중앙에 상기 와전류 프로브의 팁 부분이 관통되는 체결돌출부를 포함하는 쐐기; 및
   상기 쐐기의 체결돌출부가 삽입되는 삽입공이 마련되며, 그 삽입공의 주변으로 다수의 탄성 베어링이 돌출된 베어링판을 포함하는 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 완충바디부는,
   상기 와전류 프로브가 삽입 고정되는 내부케이스;
   상기 내부케이스가 내측에 삽입되어 슬라이딩 이동이 가능하며, 스토퍼에 의해 그 이동을 제한하는 외부케이스;
   상기 내부케이스의 상기 와전류 프로브의 팁 부분이 돌출된 면에 체결되는 탄성지지대; 및
   상기 탄성지지대와 상기 스토퍼의 사이에 위치하여 상기 와전류 프로브의 팁 부분의 압력에 따라 이동된 상기 내부케이스를 복원시키는 탄성체를 포함하는 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 탄성 베어링은,
   상기 베어링판에 마련된 다수의 삽입공 내에서 베어링을 완충지지하는 다수의 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드의 에어포일 검사용 와전류 프로브 고정장치.

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