KR101247315B1 - 회전 기계의 회전부 제조방법 - Google Patents

회전 기계의 회전부 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 회전 기계의 회전부 제조방법이 개시된다. 상기 회전부 제조방법은, 다수의 블레이드들을 구비한 임펠러와, 블레이드들 상에 결합되는 다수의 쉬라우드 세그먼트들을 구비한 회전 기계의 회전부 제조방법으로서, (a) 다수의 블레이드들과, 다수의 쉬라우드 세그먼트들을 준비하는 단계와, (b) 일 블레이드를 경계로 하여 서로 다른 쉬라우드 세그먼트들이 이웃하도록 일 블레이드 상에 쉬라우드 세그먼트를 가 고정시키는 단계와, (c) 일 블레이드 상에서 이웃하는 쉬라우드 세그먼트들 사이에 형성된 용접 개선 홈에 용가제를 투입하며 레이저 용접하는 레이저 클레딩 용접 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 블레이드와 쉬라우드를 효과적으로 결합하는 회전 기계의 회전부 제조방법이 제공된다.

Description

회전 기계의 회전부 제조방법{Method of manufacturing rotation part of rotary machine}
본 발명은 회전 기계의 회전부 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전부를 가지는 압축기, 펌프 등의 제조방법에 관한 것이다.
유체 등을 압축하는 압축기 또는 펌프는, 일반적으로 내부에 회전부를 구비하는 회전 기계의 구조를 가지고 있다.
일반적으로 그러한 회전 기계는 회전부로서 임펠러(impeller)를 가지고 있는데, 임펠러는 회전 운동에너지를 유체에 전달시켜 유체의 압력을 상승시키도록 구성된다. 이를 위해 임펠러에는 유체의 이동을 돕고 에너지를 유체에 전달하는 다수 개의 블레이드(blade)가 배치되어 있다.
한편, 임펠러의 외부에는 쉬라우드가 배치되는데, 쉬라우드는 블레이드와 함께 유체의 이동 통로를 이루는 기능을 수행한다.
통상적으로 블레이드와 쉬라우드 사이의 간격이 좁을수록 압축기의 효율이 상승하는 특성을 가지고 있으므로, 최근에는 임펠러에 쉬라우드를 결합하여 제조함으로써, 압축기의 효율을 극대화하는 기술이 제안되고 있다.
그러나, 임펠러에 쉬라우드를 결합하여 제조하는 기술의 경우에는, 임펠러의 블레이드와 쉬라우드를 상호 고정하는 과정이 요구되는데, 이를 위해, 주조 공정, 브레이징 공정, 전자 빔 용접 등의 공정 등이 사용되고 있는 실정이다.
본 발명의 일 실시형태는 블레이드와 쉬라우드를 효과적으로 결합하는 회전 기계의 회전부 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 회전 기계의 제조 방법은,
다수의 블레이드들을 구비한 임펠러와, 상기 블레이드들 상에 결합되는 다수의 쉬라우드 세그먼트들을 구비한 회전 기계의 회전부 제조방법으로서,
(a) 상기 다수의 블레이드들과, 다수의 쉬라우드 세그먼트들을 준비하는 단계;
(b) 상기 일 블레이드를 경계로 하여 서로 다른 쉬라우드 세그먼트들이 이웃하도록 상기 일 블레이드 상에 쉬라우드 세그먼트를 가 고정시키는 단계;
(c) 상기 일 블레이드 상에서 이웃하는 쉬라우드 세그먼트들 사이에 형성된 용접 개선 홈에 용가제를 투입하며 레이저 용접하는 단계;를 포함한다.
예를 들어, 상기 용가제는 금속 분말 형태의 클레드 메탈을 포함한다.
예를 들어, 상기 회전 기계의 회전부 제조방법은, (d) 새로운 일 블레이드에 대해 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 반복하는 단계를 더 포함한다.
예를 들어, 상기 (d) 단계에서, 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계는 모든 블레이드에 대해 상기 쉬라우드 세그먼트가 용접될 때까지 반복된다.
예를 들어, 상기 (b) 일 블레이드 상에 쉬라우드 세그먼트를 가 고정시키는 단계에서는, 상기 일 블레이드 상에 용접 개선 면을 갖춘 쉬라우드 세그먼트를 가 고정한다.
예를 들어, 상기 용접 개선 면은 경사진 빗면을 포함한다.
예를 들어, 상기 (b) 일 블레이드 상에 쉬라우드 세그먼트를 가 고정시키는 단계에서는, 상기 일 블레이드의 일면과 타면 상에 이웃하는 쉬라우드 세그먼트들이 맞닿도록 쉬라우드 세그먼트를 가 고정한다.
예를 들어, 상기 이웃하는 쉬라우드 세그먼트들에 대해, 상기 일 블레이드는 하방으로 움푹하게 옵셋된 위치에 가 고정되며, 상기 일 블레이드의 상면과, 상기 이웃하는 쉬라우드 세그먼트들의 측면으로부터 상기 용접 개선 홈이 형성된다.
예를 들어, 상기 (a) 블레이드들 및 쉬라우드 세그먼트들을 준비하는 단계에서는, 상기 블레이드들 및 쉬라우드 세그먼트들의 적어도 하나에, 필렛부를 형성한다.
예를 들어, 상기 필렛부는, 상기 쉬라우드 세그먼트와 맞닿는 블레이드 부분 및 블레이드와 맞닿는 쉬라우드 세그먼트 부분 중 적어도 한 부분에 형성한다.
본 발명에 따른 회전 기계의 회전부 제조방법에 의하면, 용접 열원에 의한 블레이드와 쉬라우드 등 모재의 열 영향 영역(Heat Affected Zone)을 최소화하면서도 블레이드와 쉬라우드의 용접 강도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 각 블레이드 상에 개별화된 쉬라우드 세그먼트를 순차적으로 결합시키는 방식을 적용함으로써, 블레이드와 쉬라우드 간의 용접 작업성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 기계의 회전부를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 회전 기계의 회전부 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 회전 기계의 회전부 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 기계의 회전부를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다. 도시된 회전 기계의 회전부(100)는 임펠러(110)와 쉬라우드(120)를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 회전 기계는 압축기로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 회전 기계는 회전부(100)의 회전 운동에 의해 유체의 압력과 속도를 변화시킬 수 있는 장치이면 충분하다. 예를 들어, 본 발명에 따른 회전 기계는 펌프, 송풍기 등도 포함하는 포괄적인 개념이다.
상기 임펠러(110)는 회전축(미도시)의 장착을 위한 회전축 공(111a)이 형성되며, 회전축 공(111a)을 둘러싸는 대략 원통 형상으로 연장되는 내부 코어(111)와, 상기 내부 코어(111)의 외측에 형성되고 상하방향을 따라 방사상으로 외경이 증가하는 베이스부(112)와, 상기 베이스부(112)의 면 상에서 소정의 간격을 두고 다수로 형성된 복수의 블레이드(113)를 포함한다.
예를 들어, 내부 코어(111)에는 회전축(미도시)이 끼워 삽입되기 위한 회전축 공(111a)이 형성될 수 있으며, 상기 내부 코어(111)는 회전축 공(111a)을 둘러싸는 대략 원통 형상으로 연장 형성될 수 있다.
상기 베이스부(112)는 내부 코어(111)의 외곽에 위치되며, 상하방향을 따라 방사상으로 외경이 증가하도록 형성될 수 있다. 베이스부(112)의 표면은 경사진 곡면을 이루도록 형성되어 있고, 유체 통로의 바닥면을 형성하여 유체 유동을 부드럽게 할 뿐만 아니라, 유체로의 에너지 전달을 최대로 할 수 있도록 설계되어 있다.
상기 블레이드(113)는 베이스부(112) 상에 형성되어 있는데, 유체의 이동을 가이드하는 기능을 수행하면서, 임펠러(110)의 운동 에너지를 유체에 전달하는 기능을 수행한다. 상기 블레이드(113)는 소정의 간격을 두고 다수로 마련될 수 있으며, 베이스부(112) 상에서 대략 방사상 형태로 배열될 수 있다. 상기 블레이드(113)의 회전에 의해 유입구(100a)로부터 유입된 유체가 원심력에 따라 압축되고 유출구(100b)를 통하여 외부로 배출된다.
한편, 상기 쉬라우드(120)는 유체의 유입구(100a)를 형성하도록 상단부가 개방되고, 개방된 상단부로부터 하방으로 가면서 다수의 블레이드(113)의 외주연을 따라 방사상으로 확장되는 대략 중공 실린더 형상으로 형성될 수 있다. 상기 쉬라우드(120)는 유체 통로의 천정면을 형성하며, 베이스부(112) 및 블레이드(113)와 함께 유체의 이동 통로를 형성한다.
상기 쉬라우드(120)는 다수의 쉬라우드 세그먼트(120a, 간단히, 세그먼트)들의 결합에 따라 형성된다. 예를 들어, 대략 블레이드(130)의 외주연을 따르는 라인 상의 용접부(W)에 의해 서로 이웃한 세그먼트(120a)들이 결합되며, 예를 들어, 레이저 클레딩 용접될 수 있다. 세그먼트(120a)들은 각 블레이드(113)를 경계로 하여 나누어지고, 블레이드(113)와 맞닿은 두 편의 세그먼트(120a)들은 블레이드(113) 상에서 용접됨에 따라 라인 상의 용접부(W)를 형성할 수 있고, 용접부(W)를 따라 블레이드(113)와 양편의 세그먼트(120a)들이 결합될 수 있다.
상기 블레이드(113)와 세그먼트(120a) 간의 결합은 레이저 클레딩 용접으로 이루어질 수 있는데, 이 레이저 클레딩 용접에서는 용접 열원으로 레이저를 사용하되, 용가제로서는 금속 분말 상의 클레드 메탈을 이용하게 된다. 이때, 상기 클레드 메탈은 모재의 종류에 따라, 예를 들어, 모재와 동종의 금속성분을 포함할 수 있으며, 추가적으로 용접부(W)에 요구되는 기계적 특성에 따라, 예를 들어, 취성 파괴를 방지하고 기계적인 강성을 부여하기 위해 추가 성분을 포함할 수 있다.
회전부(100)의 회전 운동에 의하여 유체가 압축되는 과정을 살펴보면, 이하와 같다. 미도시된 회전축이 회전하게 되면, 예를 들어, 임펠러(110) 및 쉬라우드(120)도 회전축(미도시)과 함께 일체적으로 회전하게 된다. 회전부(100)의 유입구(100a)를 통하여 유입된 유체는 회전부(100)의 회전 운동 에너지에 따른 원심력의 작용으로 고압의 상태로 압축되며 유출구(100b)를 통해 빠져나가게 된다. 유출구(100b)를 통하여 회전부(100)를 빠져나온 유체는, 예를 들어, 미도시된 디퓨저(diffuser)를 통과하면서 속도가 줄어들게 되고, 동시에 요구되는 수준으로 압력이 상승하게 된다.
도 3는 도 1의 III-III 선을 따라 취한 수직 단면도이다. 도면을 참조하면, 블레이드(113)와 쉬라우드 세그먼트(120a)들은 용접부(W)에 의해 서로 결합되어 있고, 블레이드(113) 상에서 서로 이웃하는 세그먼트(120a)들의 단부에는 대략 경사진 빗면 형태의 용접 개선면(120aa)이 형성되어, V-자 형상의 용접 개선 홈(g)이 형성될 수 있다. 그리고 이 용접 개선 홈(g)에는 용가제로서의 클레드 메탈(130)이 투입되고, 용접 입열에 따라 클레드 메탈(130)이 모재와 함께 융합을 이루며 용융 풀을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 블레이드(113)에는 필렛부(113f)가 형성된다. 즉, 세그먼트(120a)와 맞대어지는 블레이드(113) 부분을 제1 부분이라 정의할 때, 상기 제1 부분에 필렛부(113f)가 형성된다. 세그먼트(120a)와 맞닿는 필렛부(113f)를 통하여 상대적으로 후육의 용접부(W)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 필렛부(113f)는 세그먼트(120a)와 접하는 면에 대해 대략 45도의 경사면을 갖는 쐐기 형상으로 형성될 수 있다(θ = 45도)
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전부(100)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 우선, 회전 기계를 구성할 부품으로서, 블레이드(113)와, 쉬라우드 세그먼트(120a, 간단히, 세그먼트)들을 준비한다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 상기 블레이드(113)는 내부 코어(111) 및 베이스부(112)와 함께 임펠러(110)를 구성하며, 베이스부(112) 표면에 장착된 상태로 세그먼트(120a)와의 결합을 대기하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 다른 실시형태에서, 상기 블레이드(113)가 우선 세그먼트(120a)와 결합을 이룬 이후에 비로소 베이스부(112) 상에 장착될 수도 있다.
블레이드(113)와 세그먼트(120a)의 소재로는 경량의 탄소강이 사용될 수도 있고, 알루미늄과 같은 비철금속이 사용될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 블레이드(113)와 세그먼트(120a)의 소재는 금속이면 충분하고, 그 외에 특별한 제한은 없다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 다수의 세그먼트(120a)들로부터 전체 쉬라우드(120)의 형상이 조립될 수 있도록, 상기 세그먼트(120a)들은 서로에 맞물리는 상보적인 형상을 가질 수 있다. 이때, 세그먼트(120a)의 개수에 관하여, 예를 들어, 각 블레이드(113)를 경계로 하여 세그먼트(120a)들이 용접된다고 할 때, 전체 블레이드(113) 개수만큼의 세그먼트(120a)들이 준비될 수 있다.
도 5에서 볼 수 있듯이, 세그먼트(120a)의 단부에는 대략 경사진 빗면 형태의 용접 개선면(120aa)이 형성될 수 있고, 이로써 세그먼트(120a)들 사이에는 대략 V 자형의 용접 개선 홈(g)이 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 용접 개선 홈(g) 내에 용가제로서의 클레드 메탈(130)이 주입되고 용접 입열에 따라 상기 개선 홈(g) 내에는 클레드 메탈(130)과 모재가 융합된 용융 풀이 형성된다.
상기 블레이드(113)의 단부에는 필렛부(113f)가 형성되어 있다. 상기 필렛부(113f)는 세그먼트(120a)와 접하는 단부에서 후육부를 형성한다. 예를 들어, 상기 필렛부(113f)는 세그먼트(120a)와 접하는 면에 대해 대략 45도의 경사면을 갖는 쐐기 형상으로 형성될 수 있다(θ = 45도). 세그먼트(120a)와 맞닿는 위치에 필렛부(113f)를 형성함으로써 상대적으로 후육 두께의 용접부(W)가 생성되도록 한다. 상기 필렛부(113f)의 크기는 강도 계산을 통하여 요구되는 크기로 설계될 수 있다.
다음에, 블레이드(113)와 세그먼트(120a)가 서로 맞닿도록 가 고정 된다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 블레이드(113) 상에서 용접 개선 홈(g)을 사이에 두고 양편으로 세그먼트(120a)가 배치되며, 세그먼트(120a)에 대해 블레이드(113)의 필렛부(113f)가 맞대어지도록 가 고정된다. 이때, 블레이드(113) 상의 세그먼트(120a)들은 용접 개선 홈(g)을 형성하도록 소정의 간격을 두고 서로 이웃하게 배치될 수 있으며, 미도시된 지그 등에 의해 위치 고정될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 용접 개선 홈(g)은 용가제로서의 클레드 메탈(130)을 수용할 수 있는 공간으로 제공될 수 있다.
세그먼트(120a)와 블레이드(113)의 서로 맞닿는 부분은 필렛부(113f)를 통하여 후육의 용접부(W)를 형성할 수 있다. 즉, 용접 입열에 따라 필렛부(113f)가 용융 또는 반 용융되면서 세그먼트(112a)에 융착되며 후육의 용접부(W)를 형성할 수 있다. 통상의 용접시 필렛 형상의 용융부를 형성하기 위해서는 많은 입열이 필요하며, 이에 따라 모재에 대한 열 영향 영역(Heat Affected Zone)의 증대가 우려된다. 본 발명에서는 용접 이전에 모재의 일부로서 필렛부(113f)를 마련함으로써 후육의 용접부(W)를 형성하면서도 입열량을 줄일 수 있다.
다음에, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 블레이드(113) 상의 용접 개선 홈(g)에 용가제로서의 클레드 메탈(130)을 도포하면서 레이저 클레딩 용접을 수행한다. 도 6a를 참조하면, 상기 클레드 메탈(130)은 용접 개선 홈(g) 내에 도포될 수 있으며, 용접 입열량을 고려하여 적정의 두께로 도포될 수 있다.
예를 들어, 상기 클레드 메탈(130)은 모재로서의 블레이드(113) 및/또는 세그먼트(120a)와 동종의 금속성분이나 유사한 금속성분을 포함할 수 있으며, 이외에, 용접부(W)의 강도, 강성과 같은 기계적 특성을 위해 추가 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 클레드 메탈(130)은 금속 분말 형태로 제공되며, 용접 열원에 의해 모재 성분과 함께 융합되면서 용접부(W)를 구성하게 된다. 이때, 미세한 분말 상의 클레드 메탈(130)을 사용함으로써 용접부(W) 내의 금속조직이 미세화되고, 이로써 고 강도, 고 강성의 용접부(W)가 제공될 수 있다. 티그-용접과 같은 종래의 용접 방식에 의하면, 용접부의 금속조직이 조대화됨으로써 용접부의 강도 및 강성이 떨어지는 문제가 있다. 레이저 클레딩 용접에서는 미세한 금속 분말의 클레드 메탈(130)을 모재와 함께 융합시킴으로써 기계적 특성이 향상된 용접부(W)를 형성할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 상기 레이저 클래딩 용접에서는 용접 열원으로서 레이저 빔(L)을 조사한다. 예를 들어, 레이저 빔(L)은 클레드 메탈(130)이 도포된 용접 개선 홈(g) 영역에 대해 조사될 수 있다. 레이저 용접은 다른 용접 열원에 비해, 상대적으로 협소한 영역으로 높은 열량을 집중시키는 특성이 있으므로, 열 영향 영역(Heat Affected Zone)이 좁다는 이점이 있다.
다음에, 도 7에 도시된 바와 같이, 선택적으로 용접부(W)에 대해 그라인딩을 수행한다. 예를 들어, 용접부(W)의 표면에는 외기와의 직접 접촉에 따라 불순성분의 혼입으로 결함이 형성될 수 있으며, 이러한 결함영역의 제거를 위해, 또한 그 외에 두께 등의 치수규제를 위해 그라인딩 작업이 수행될 수 있다. 다만, 이러한 그라인딩 공정은 필요에 따라 수행되는 취사 선택적인 사항이다.
도 4를 참조하면, 앞서 설명된 공정 단계들은, 임펠러(110)를 일 회전방향으로 회전시키면서 임펠러(110)의 상부 외주연을 따라 각 세그먼트(120a)를 순차적으로 덧대는 과정을 통하여 완성된 형태의 쉬라우드(120)가 얻어질 때까지 반복된다. 즉, 모든 블레이드(113)들의 외주연을 따라 세그먼트(120a)가 결합됨으로써 완성된 형태의 쉬라우드(120)가 얻어지도록 앞서 설명된 단계들이 반복된다는 것이다.
예를 들어, 임펠러(110)를 회전시켜서 용접되지 않은 새로운 블레이드(113)가 작업 위치에 오도록 한 후, 준비된 세그먼트(120a)를 해당 블레이드(113) 상에 가 고정하고, 세그먼트(120a)에 대한 용접을 수행한다. 그리고 난 후, 임펠러(110)를 일 블레이드(113)만큼 회전시켜서 새로운 블레이드(113) 상에 세그먼트(120a)를 가 고정한 후 용접을 수행하고, 다시 임펠러(110)를 일 블레이드(113)만큼 회전시켜서 새로운 블레이드(113) 상에 세그먼트(120a)를 용접하는 작업을 반복적으로 수행한다. 이러한 반복 작업은 임펠러(110)의 모든 블레이드(113)에 대한 용접이 완성될 때까지 수행되는 것이며, 임펠러(110)의 외주연이 세그먼트(120a)에 의해 둘러싸여 닫힌 형태를 취할 때까지 수행되는 것이다.
도 8 내지 도 11에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 회전부(200)의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이 도시되어 있다.
먼저, 회전 기계를 구성할 부품으로서, 블레이드(213)와, 쉬라우드 세그먼트(220a, 간단히, 세그먼트)들을 준비한다. 도면에서 볼 수 있듯이, 상기 블레이드(213)는 내부 코어(211) 및 베이스부(212)와 함께 임펠러(210)의 형태로 제공되고, 베이스부(212) 표면에 장착되어 세그먼트(220a)와의 결합을 대기하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 먼저 블레이드(213)와 세그먼트(220a)가 결합된 다음에, 블레이드(213)가 베이스부(212) 표면에 장착될 수도 있다.
블레이드(213)와 세그먼트(220a)의 소재로는 경량의 탄소강이 사용될 수도 있고, 알루미늄과 같은 비철금속이 사용될 수도 있다.
도 8에서 볼 수 있듯이, 다수의 세그먼트(220a)들로부터 전체 쉬라우드(220)의 형상이 조립될 수 있도록, 상기 세그먼트(220a)들은 서로에 맞물리는 상보적인 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어, 각 블레이드(213)를 경계로 하여 세그먼트(220a)들이 용접된다고 할 때, 전체 블레이드(213) 개수만큼의 세그먼트(220a)들이 준비될 수 있다.
도 9에서 볼 수 있듯이, 상기 세그먼트(220a)의 일 측에는 필렛부(220f)가 형성되어 있다. 상기 세그먼트(220a)의 부분 중 블레이드(213)와 맞닿는 부분을 제2 부분이라 정의할 때, 상기 제2 부분에 필렛부(220f)가 형성된다. 즉, 상기 필렛부(220f)는 블레이드(213)와의 접하는 부분에서 후육부를 형성한다. 예를 들어, 상기 필렛부(220f)는 블레이드(213)와 접하는 면에 대해 대략 45도의 경사면을 갖는 쐐기 형상으로 형성될 수 있다(θ = 45도). 블레이드(113)와 맞닿는 위치에 필렛부(220f)를 형성함으로써 상대적으로 후육 두께의 용접부(W)가 생성되도록 한다. 상기 필렛부(220f)의 크기는 강도 계산을 통하여 요구되는 크기로 설계될 수 있다.
다음에, 블레이드(213)와 세그먼트(220a)가 서로 맞닿도록 가 고정된다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 블레이드(213)를 사이에 두고 양편으로 세그먼트(220a)가 맞대어지며, 블레이드(213)에 대해 세그먼트(220a)의 필렛부(220f)가 맞대어지도록 가 고정된다. 이때, 블레이드(213)와 세그먼트(220a)는 서로에 대해 단차를 형성하도록 옵셋된 위치에서, 미도시된 지그 등에 의해 고정될 수 있으며, 세그먼트(220a)의 측면과 블레이드(213)의 상면은 오목한 용접 개선 홈(g)을 형성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 세그먼트(220a)와 블레이드(213)가 형성하는 용접 개선 홈(g)은 용가제로서의 클레드 메탈(230)을 수용할 수 있는 공간으로 제공될 수 있다. 세그먼트(220a)와 블레이드(213)의 서로 맞닿는 부분은 필렛부(220f)를 통하여 후육의 용접부(W)를 형성할 수 있다. 즉, 용접 입열에 따라 필렛부(220f)가 용융 또는 반 용융되면서 블레이드(213)에 융착되며 후육의 용접부(W)를 형성할 수 있다. 통상의 용접시 필렛 형상의 용융부를 형성하기 위해서는 많은 입열이 필요하며, 이에 따라 모재에 대한 열 영향 영역(Heat Affected Zone)의 증대가 우려된다. 본 발명에서는 용접 이전에 모재의 일부로서 필렛부(220f)를 마련함으로써 후육의 용접부(W)를 형성하면서도 입열량을 줄일 수 있다.
다음에, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 블레이드(213)와 세그먼트(220a)의 단차가 제공하는 용접 개선 홈(g)에 용가제로서의 클레드 메탈(230)을 도포하면서, 레이저 클레딩 용접을 수행한다. 도 10a를 참조하면, 상기 클레드 메탈(230)은 블레이드(213) 상에 도포될 수 있으며, 용접 입열량을 고려하여 적정의 두께로 도포될 수 있다. 상기 클레드 메탈(230)은 모재로서의 블레이드(213) 및/또는 세그먼트(220a)와 동종의 금속성분이나 이와 유사한 금속성분을 포함할 수 있으며, 이외에, 용접부(W)의 강도, 강성과 같은 기계적 특성을 위해 추가 성분을 더 포함할 수 있다.
상기 클레드 메탈(230)은 금속 분말 형태로 제공되며, 용접 열원에 의해 모재 성분과 함께 융합되면서 용접부(W)를 구성하게 된다. 이때, 미세한 분말 상의 클레드 메탈(230)을 사용함으로써 용접부(W) 내의 금속조직이 미세화되고, 이로써 고 강도, 고 강성의 용접부(W)가 제공될 수 있다. 티그-용접과 같은 종래의 용접 방식에 의하면, 용접부(W)의 금속조직이 조대화됨으로써 용접부(W)의 강도 및 강성이 떨어지는 문제가 있다. 레이저 클레딩 용접에서는 미세한 금속 분말의 클레드 메탈(230)을 모재와 함께 융합시킴으로써 기계적 특성이 향상된 용접부(W)를 형성할 수 있다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 클래딩 용접에서는, 용접 열원으로서 레이저 빔(L)을 조사하는데, 예를 들어, 레이저 빔(L)은 블레이드(213) 상의 클레드 메탈(230)이 도포된 용접 개선 홈(g) 영역에 대해 조사될 수 있다. 레이저 용접은 다른 용접 열원에 비해, 상대적으로 협소한 영역으로 높은 열량을 집중시키는 특성이 있으므로, 열 영향 영역(Heat Affected Zone)이 좁다는 이점이 있다. 상기와 같은 레이저 클레딩 용접은 세그먼트(220)의 필렛부(220f)가 용융 또는 반 용융되어 용접부(W)를 형성할 때까지 수행될 수 있다. 레이저 클레딩 용접에서는 용가제로서의 클레드 메탈(230)을 용접부(W)에 공급하면서 동시에 레이저의 입열에 따라 용융부를 성장시키며, 용융부가 세그먼트(220)의 필렛부(220f)에 이를 때까지 수행될 수 있다.
다음에, 도 11에 도시된 바와 같이, 선택적으로 용접부(W)에 대해 그라인딩을 수행한다. 예를 들어, 용접부(W)의 표면에는 외기와의 직접 접촉에 따라 불순성분의 혼입으로 결함이 형성될 수 있으며, 이러한 결함영역의 제거를 위해, 또한 그 외에 두께 등의 치수규제를 위해 그라인딩 작업이 수행될 수 있다. 다만, 이러한 그라인딩 공정은 필요에 따라 수행되는 취사 선택적인 사항이다.
도 8을 참조하면, 앞서 설명된 공정 단계들은, 임펠러(210)를 일 회전방향으로 회전시키면서 임펠러(210)의 상부 외주연을 따라 세그먼트(220a)를 덧대는 과정을 통하여 완성된 형태의 쉬라우드(220)가 얻어질 때까지 반복된다. 즉, 모든 블레이드(213)들의 외주연을 따라 세그멘트(220a)가 결합됨으로써 완성된 형태의 쉬라우드(220)가 얻어지도록 앞서 설명된 단계들이 반복된다.
예를 들어, 임펠러(210)를 회전시켜서 용접되지 않은 새로운 블레이드(213)가 작업 위치에 오도록 한 후, 준비된 세그먼트(220a)를 해당 블레이드(213) 상에 가 고정하고, 세그먼트(220a)에 대한 용접을 수행한다. 그리고 난 후, 임펠러(210)를 일 블레이드(213) 만큼 회전시켜서 새로운 블레이드(213) 상에 세그먼트(220a)를 가 고정한 후 용접을 수행하고, 다시 임펠러(210)를 일 블레이드(213)만큼 회전시켜서 새로운 블레이드(213) 상에 세그먼트(220a)를 용접하는 작업을 반복적으로 수행한다. 이러한 반복 작업은 임펠러(210)의 모든 블레이드(213)에 대한 용접이 완성될 때까지 수행된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100,200: 회전 기계의 회전부 100a: 유체의 유입구
100b: 유체의 유출구 110,210: 임펠러
111,211: 내부 코어 112,212: 베이스부
113,213: 블레이드 120,220: 쉬라우드
120a,220a: 쉬라우드 세그먼트 120aa: 용접 개선 면
130,230: 클레드 메탈 130f,220f: 필렛부
g: 용접 개선 홈 W: 용접부
L: 레이저 빔

Claims (10)

  1. 다수의 블레이드들을 구비한 임펠러와, 상기 블레이드들 상에 결합되는 다수의 쉬라우드 세그먼트들을 구비한 회전 기계의 회전부 제조방법으로서,
    (a) 상기 다수의 블레이드들과 상기 다수의 쉬라우드 세그먼트들을 준비하는 단계;
    (b) 상기 다수의 블레이드들 중 어느 하나의 블레이드를 경계로 하여 서로 다른 상기 쉬라우드 세그먼트들이 이웃하도록 상기 어느 하나의 블레이드 상에 상기 쉬라우드 세그먼트를 가 고정시키는 단계; 및
    (c) 상기 어느 하나의 블레이드 상에서 서로 이웃하는 상기 쉬라우드 세그먼트들 사이에 형성된 용접 개선 홈에 용가제를 투입하며 레이저 용접을 수행하는 단계;를 포함하는 회전 기계의 회전부 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용가제는 금속 분말 형태의 클레드 메탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기계의 회전부 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (d) 상기 다수의 블레이드들 중 상기 어느 하나의 블레이드가 아닌 다른 일 블레이드에 대해 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 반복하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기계의 회전부 제조방법.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 (a) 단계 내지 (c) 단계는, 상기 다수의 블레이드들 전체에 대해 상기 쉬라우드 세그먼트가 용접될 때까지 반복되는 회전 기계의 회전부 제조방법.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 쉬라우드 세그먼트는 용접 개선 면을 구비하고,
    상기 (b) 단계에서는, 상기 어느 하나의 블레이드 상에 상기 용접 개선 면을 가진 쉬라우드 세그먼트를 가 고정하는 회전 기계의 회전부 제조방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서,
    상기 용접 개선 면은 경사진 빗면을 포함하는 회전 기계의 회전부 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서는,
    상기 어느 하나의 블레이드의 일면과 타면 상에, 서로 이웃하는 상기 쉬라우드 세그먼트들이 맞닿도록 상기 쉬라우드 세그먼트를 가 고정하는 회전 기계의 회전부 제조방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제7항에 있어서,
    상기 서로 이웃하는 쉬라우드 세그먼트들에 대해, 상기 어느 하나의 블레이드는 하방으로 움푹하게 옵셋된 위치에 가 고정되며,
    상기 어느 하나의 블레이드의 상면과, 상기 서로 이웃하는 쉬라우드 세그먼트들의 측면으로부터 상기 용접 개선 홈이 형성되는 회전 기계의 회전부 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서는,
    상기 블레이드들 및 상기 쉬라우드 세그먼트들 중 적어도 하나에, 필렛부를 형성하는 것을 특징으로 하는 회전 기계의 회전부 제조방법.
  10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제9항에 있어서,
    상기 블레이드의 부분 중 상기 쉬라우드 세그먼트와 맞닿는 부분을 제1 부분이라 정의하고, 상기 쉬라우드 세그먼트의 부분 중 상기 블레이드와 맞닿는 부분을 제2 부분이라 정의하는 경우에, 상기 필렛부는 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 적어도 하나에 형성되는 회전 기계의 회전부 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101570234B1 (ko) 2013-12-13 2015-11-18 서울과학기술대학교 산학협력단 보조블레이드를 부착한 축류홴 제조방법
CN105880834A (zh) * 2016-05-18 2016-08-24 太原科技大学 一种q890高强钢焊接方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101612854B1 (ko) * 2012-12-18 2016-04-26 한화테크윈 주식회사 유체 회전 기계의 임펠러 조립체
ITCO20130004A1 (it) 2013-02-20 2014-08-21 Nuovo Pignone Srl Metodo per realizzare una girante da segmenti a settore
KR101465052B1 (ko) * 2013-04-12 2014-11-25 두산중공업 주식회사 원심압축기의 쉬라우드 임펠러 및 그 제조방법
KR101909708B1 (ko) * 2013-07-22 2018-10-18 한화파워시스템 주식회사 유체 회전 기계의 일체형 임펠러 조립체 및 일체형 임펠러 조립체의 제조 방법
KR102208490B1 (ko) 2014-07-07 2021-01-27 한화에어로스페이스 주식회사 회전 기계의 회전부 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030049982A (ko) * 2001-12-18 2003-06-25 엘지전자 주식회사 임펠러 제작 방법
JP2010121612A (ja) 2008-10-23 2010-06-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd インペラ、圧縮機およびインペラの製造方法
JP2010203365A (ja) 2009-03-04 2010-09-16 Kawamoto Pump Mfg Co Ltd インペラ及びインペラの製造方法
KR20110080889A (ko) * 2010-01-07 2011-07-13 삼성테크윈 주식회사 회전 기계의 회전부 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030049982A (ko) * 2001-12-18 2003-06-25 엘지전자 주식회사 임펠러 제작 방법
JP2010121612A (ja) 2008-10-23 2010-06-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd インペラ、圧縮機およびインペラの製造方法
JP2010203365A (ja) 2009-03-04 2010-09-16 Kawamoto Pump Mfg Co Ltd インペラ及びインペラの製造方法
KR20110080889A (ko) * 2010-01-07 2011-07-13 삼성테크윈 주식회사 회전 기계의 회전부 제조 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101570234B1 (ko) 2013-12-13 2015-11-18 서울과학기술대학교 산학협력단 보조블레이드를 부착한 축류홴 제조방법
CN105880834A (zh) * 2016-05-18 2016-08-24 太原科技大学 一种q890高强钢焊接方法

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