KR101251383B1 - 초음파 탐상용 웨지유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 탐상용 웨지유닛에 관한 것으로, 웨지홀더(10)와; 상기 웨지홀더(10)에 결합되는 메인블록(20)과; 상기 메인블록(20)에 구비되는 복수의 가이드블록(30)과; 상기 가이드블록(30)에 의해 각각 안내되어 상하로 승강되는 복수의 승강레일(40)과; 상기 메인블록(20)과 상기 승강레일(40)을 각각 연결하는 탄성부재(50)와; 상기 복수의 승강레일(40)의 하단에 설치되는 한 쌍의 고정브래킷(60A, 60B)과; 상기 고정브래킷(60A, 60B)에 설치되는 웨지블록(70) 및; 상기 승강레일(40)과 상기 고정브래킷(60A, 60B)을 유동 가능하게 연결하는 조인트부재(80)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 피검체의 표면에 단차가 형성되어 있더라도 웨지블록이 피검체의 표면에 밀착된 상태가 그대로 유지될 수 있기 때문에 초음파 탐상작업의 정확성과 신뢰성이 향상된다.

Description

초음파 탐상용 웨지유닛{WEDGE UNIT FOR ULTRASONIC TEST}

본 발명은 초음파 탐상용 웨지유닛에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 초음파탐상용 웨지세트가 터빈로터의 블레이드 루트 외표면에 유기적으로 밀착 유지된 상태로 이동하면서 초음파 탐상을 진행할 수 있도록 하는 초음파 탐상용 웨지유닛에 관한 것이다.

일반적인 스팀 터빈은 보일러나 원자력발전소의 스팀제너레이터 등의 열원으로부터 생성되어 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 스팀 터빈은 고압, 중압, 저압 로터로 구분되는 하나 이상의 로터(회전체)를 포함할 수 있는데, 이들 로터들은 대개 하나의 회전축선 상에 배치된다.

터빈 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 충돌함으로써 로터는 큰 회전력을 갖게 된다.

특히 저압 로터는 저압의 증기를 사용하기 때문에 고압 로터에 비해 상대적으로 큰 사이즈의 블레이드가 로터휠에 체결되어 사용되고, 따라서 이러한 큰 크기의 블레이드를 로터휠에 견고하게 고정하기 위해 복잡한 구조로 이루어진 핑거 형태의 결합구조 등이 다양한 형태로 로터휠에 구비된다.

이와 같이 복잡한 구조로 이루어진 터빈 로터는 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 외부에서 보이지 않는 내표면부에 대해서는 초음파 탐상법이 주로 사용되는데, 이러한 초음파 탐상법은 내표면 손상의 존재 여부를 용이하고 정확하게 검사하기 위해 스캐너를 사용하며, 이러한 스캐너에는 초음파를 방사하기 위한 발신기와 방사된 신호를 수신하는 수신기가 구비되어 있어 수신기로부터 수신되는 신호를 분석하여 손상부분이 있는지를 검사하게 된다.

송신기와 수신기는 각각의 탐촉자를 사용하거나 하나의 탐촉자를 공유할 수 있는데, 이러한 탐촉자는 검사대상 부위의 형상에 따라 초음파를 조향할 수 있는 웨지와 함께 웨지세트를 구성하며, 이러한 웨지세트를 스캐너에 장착하여 터빈 로터를 검사할 때에는 검사대상이 되는 터빈 로터의 외부면에 웨지세트가 소정의 갭을 유지한 상태로 밀착하여 유지되는 상태에서 검사를 수행하여야 한다.

그런데, 종래에는 터빈로터를 검사하기 위해 작업자가 스캐너를 수동으로 이동시키면서 직접 검사대상의 표면에 대고 초음파 탐상을 진행하였는데, 이 경우 스캐너와 검사대상간의 간격이 작업자의 숙련도에 따라 다르게 되고, 그 결과 탐상 결과의 정확성에 있어서 큰 차이가 나타나 검사의 신뢰성이 저하될 뿐만 아니라 검사 효율이 크게 떨어지는 문제가 있었다.

본 출원인은 상기와 같은 종래의 검사방법이 가지는 문제를 해결하기 위해 블레이드 루트 자동초음파 탐상용 웨지세트(등록특허 제901964호)를 특허출원하여 등록받은 바 있는데, 이 특허에서의 웨지세트는 도 1에 도시된 바와 같이 블레이드루트의 표면과 소정의 갭을 유지하는 볼을 장착한 웨지윙(110)과 접촉매질을 연속적으로 공급하여 접촉의 끊어짐을 방지하는 수단을 구비한 웨지부(100)와, 웨지부(100)에 체결되며 웨지부(100)를 잡아주는 역할을 하는 웨지홀더(210)와, 웨지홀더(210)에 힌지로 연결되며 완충역할을 하는 스프링을 구비하는 직선부재의 가이드핀(220)에 직선방향으로 자유도를 갖도록 체결되는 가이드(230)와, 가이드(230)를 체결하기 위한 관통공이 판면에 형성되며, 측면으로는 지그(300)에 체결되기 위한 홀을 구비하는 평판형의 가이드홀더(240)를 구비하여 웨지부(100)에 연결되며 웨지부(100)를 일정한 압력으로 피검체에 밀착하는 힘을 유지시키기 위한 홀더부(200)로 구성된다.

그러나 상기와 같은 구조의 웨지세트는 웨지부(100)가 복수의 웨지홀더(210)에 체결되어 있어 피검체 표면의 한 쪽 방향(원주방향)에 대해서만 자유도를 갖고 있으며, 피검체의 원주방향에 존재하는 단차부는 용이하게 통과할 수 있으나, 반경방향의 단차부 또는 반경방향과 원주방향으로 동시에 돌출된 단차와 표면이 손상되어 형성되는 요철부분을 웨지부(100)가 통과할 때, 이러한 단차부에 의해 웨지부(100)와 피검체 간의 밀착상태가 그대로 유지되지 못하고, 웨지부(100)의 일부분이 피검체의 표면과 접촉이 떨어지는 경우가 발생될 수 있고, 이로 인해 웨지부에 설치된 스캐너로부터 입력되는 신호가 안정되지 못하여 검사의 정확성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 웨지홀더에 보다 많은 자유도를 부여하여, 피검체에 존재하는 원주방향 단차부는 물론 반경방향, 표면손상에 의한 요철 부분을 통과하더라도 웨지부와 피검체의 접촉 상태를 용이하게 유지하여 초음파 신호를 보다 안정적으로 획득할 수 있는 초음파 탐상용 웨지유닛을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 초음파 탐상용 웨지유닛을, 웨지홀더와; 상기 웨지홀더에 결합되는 메인블록과; 상기 메인블록에 구비되는 복수의 가이드블록과; 상기 가이드블록에 의해 각각 안내되어 상하로 승강되는 복수의 승강레일과; 상기 메인블록과 상기 승강레일을 각각 연결하는 탄성부재와; 상기 복수의 승강레일의 하단에 설치되는 한 쌍의 고정브래킷과; 상기 고정브래킷에 설치되는 웨지블록 및; 상기 승강레일과 상기 고정브래킷을 유동 가능하게 연결하는 조인트부재로 구성하는 것에 의해 달성된다.

이때 상기 한 쌍의 고정브래킷의 상부에는 각각 한 쌍의 장착홀이 형성되며, 상기 조인트부재에는 상기 장착홀에 각각 관통 삽입되는 연결핀이 구비되고, 상기 장착홀의 내경은 상기 연결핀의 외경보다 상대적으로 크게 형성되어 여유 공간이 마련됨으로써 상기 연결핀이 상기 장착홀 내에서 유동될 수 있도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 가이드블록은 LM가이드로서 상기 메인블록의 저면 좌우측에 각각 한 쌍 설치되는 것으로 실시될 수 있다.

또한 상기 웨지블록의 양측면에는 복수의 가이드봉이 구비될 수 있다.

본 발명은 초음파 탐상용 웨지유닛에 대해 독립적으로 승하강되는 복수의 승강레일이 구비되고, 장착홀과 연결핀 사이에 형성된 여유 공간에 의해 웨지블록이 상하좌우 방향으로 자유롭게 틸팅될 수 있으며, 그 결과 웨지블록이 피검체의 표면에 대응하여 자유로이 유동될 수 있어 터빈로터의 블레이드 루트에 단차부가 형성되어 있더라도 웨지블록과 피검체의 표면의 접촉이 그대로 유지될 수 있으며 따라서 초음파 신호의 안정성이 향상되고, 아울러 연속적으로 초음파 신호를 취득할 수 있어 초음파 탐상 작업의 정확성과 효율성 제고를 도모할 수 있다.

도 1은 종래의 초음파 탐상용 웨지유닛의 예를 보인 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 초음파 탐상용 웨지유닛의 예를 보인 사시도,
도 3은 도 2의 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 메인블록을 보인 사시도,
도 5(a, b)는 본 발명에 따른 가이드블록과 승강레일을 보인 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 고정브래킷을 보인 사시도,
도 7(a, b, c)은 본 발명에 따른 조인트의 실시예를 보인 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 승강레일의 승강동작을 보인 사용상태도,
도 9는 본 발명에 따른 조인트의 틸트 동작을 보인 사용상태도이다.

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

본 발명은 터빈로터의 블레이드 루트 등을 초음파로 탐상하여 결함여부를 검출하기 위한 초음파 탐상용 웨지유닛에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 웨지홀더(10), 메인블록(20), 가이드블록(30), 승강레일(40), 탄성부재(50), 고정브래킷(60A, 60B), 웨지블록(70) 및 조인트(80)를 포함한다.

웨지홀더(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 웨지세트에 고정되고, 이러한 웨지홀더(10)는 중간에 개방된 부분이 형성되며 단면이 'ㄷ'자 형상으로 이루어진 프레임으로서, 웨지홀더(10)의 개방된 부분에는 후술하는 메인블록(20)이 결합되어 지지된다.

웨지홀더(10)에 결합되는 메인블록(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 일단에 'ㄷ'자 형상의 홈이 형성된 사각 형상의 블록으로서, 이러한 메인블록(20)의 양 측면에는 웨지홀더(10)와 결합되는 결합홀(21)이 각각 형성된다.

이때 결합홀(21)의 주변에는 웨지홀더(10)가 헛돌지 않도록 하는 양각의 돌기 또는 음각의 홈부(도면부호 없음)가 더 형성될 수 있고, 이러한 돌기 또는 홈부에 각각 대응되는 홈부 또는 돌기가 웨지홀더(10)의 'ㄷ'자 형상의 양 선단에 형성되어 있어, 이들이 서로 끼움 결합된 후 웨지홀더(10)와 메인블록(20)을 차례로 관통하는 체결부재를 통해 체결 고정된다.

사각 형상의 메인블록(20)의 각 모서리부의 저면에는 각각 'ㄱ'자 형상의 가이드블록(30), 즉 총 4개의 가이드블록(30)이 설치되는데, 이 가이드블록(30)은 각각 도 5(a)에 도시된 바와 같이 메인블록(20)의 저면에 체결 고정되는 수평의 고정부(31)와, 이 수평의 고정부(31)와 직각으로 상하로 길이를 가지는 가이드홈(32A)이 형성된 가이드부(32)로 이루어지는데, 이때 가이드홈(32A)이 형성된 가이드부(32)는 가이드블록(30)과 별도로 형성되어 가이드블록(30)에 장탈착 가능하게 조립될 수 있으며, 이에 의해 가이드부(32)를 필요에 따라 부분 교체할 수 있다.

그리고 가이드블록(30)의 가이드부(32)에는 후술하는 승강레일(40)이 끼워져 설치되며, 이때 가이드부(32)는 승강레일(40)이 상하로 승강될 때 승강이 원활하며 또한 흔들림이 최소화되도록 LM 가이드로 이루어지는 것이 바람직하다.

각각의 가이드블록(30)에 끼워져 그 운동이 안내되면서 상하로 승강되는 복수의 승강레일(40)은 도 5(b)에 도시된 바와 같이 상하로 길이를 가지고, 그 상단에는 보조블록(41)이 설치되며, 이 보조블록(41)에는 복수의 장력조절홈(41A)이 형성되어 있어 이 장력조절홈(41A) 중 어느 하나의 장력조절홈(41A)에 볼트(B)가 선택적으로 체결된다.

이때 볼트(B)는 도 4에 도시된 바와 같이 메인블록(20)의 4개의 모서리부의 측면에도 각각 설치되며, 이들 보조블록(41)의 볼트(B)와 메인블록(20)의 볼트(B)사이에는 각각 탄성부재(50)가 설치되며, 이에 의해 4개의 승강레일(40)에 각각 탄성력이 작용하게 된다.

이때 탄성부재(50)는 승강레일(40)이 위쪽으로 상승하여 볼트(B) 사이의 간격이 멀어질 경우 탄성 복원력이 작용하도록 인장스프링(compression spring)이 사용되는데, 이러한 탄성부재(50)는 복수 개의 승강레일(40)의 각각에 설치된다.

승강레일(40)의 하단에는 도 6에 도시된 바와 같이 2개의 승강레일(40)에 각각 한 개씩으로, 서로 일정 간격 이격되어 설치되는 한 쌍의 고정브래킷(60A, 60B)이 구비되는데, 이들 한 쌍의 고정브래킷(60A, 60B)의 하부 끝단 사이에는 후술하는 웨지블록(70)이 설치된다.

이때 승강레일(40)의 각각의 끝단과 고정브래킷(60A, 60B)은 도 7(a)에 도시된 바와 같이 'ㄴ'자 형상의 조인트부재(80)에 의해 서로 연결되는데, 이를 위해 한 쌍의 고정브래킷(60A, 60B) 상부에는 각각 한 쌍의 장착홀(61)이 형성되고, 조인트부재(80)의 한쪽 끝단에는 이 장착홀(61)에 각각 관통 삽입되는 연결핀(81)이 구비된다. 그리고 조인트부재(80)의 다른 쪽 끝단은 볼트 등에 의해 승강레일(40)의 하부 끝단에 견고하게 고정된다.

이때 장착홀(61)의 내경은 이 장착홀(61)에 삽입 설치되는 연결핀(81)의 외경보다 크게 형성되면서 여유 공간이 마련되며, 이에 의해 도 7(b, c)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 고정브래킷(60A, 60B)이 연결핀(81)을 중심으로 상하좌우 방향으로 적정 각도로 틸팅(tilting)될 수 있고, 이에 따라 이 고정브래킷(60A, 60B)에 고정된 웨지블록(70)은 도 8에 도시된 바와 같이 상하좌우 방향으로 자유롭게 틸팅될 수 있으며, 그 결과 웨지블록의 자유도가 대폭 늘어나게 된다.

한 쌍의 고정브래킷(60A, 60B) 사이에 설치되는 웨지블록(70)은 피검체의 표면에 접촉되어 이동되면서 초음파 탐상 작업시 안정된 신호를 전달하기 위해 사용되는 접촉매질을 공급하는 구성으로서, 이를 위해 웨지블록(70)에는 초음파 탐상시 접촉매질을 공급하기 위한 복수의 접촉매질 공급용 관통홀(도시되지 않음)이 형성된다.

그리고 웨지블록(70)의 양 측면에는 각각 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 가이드봉(71)이 구비되는데, 이러한 가이드봉(71)은 일정 길이를 가지며 원통형으로 이루어진 본체부(71A)와, 상기 본체부(71A)의 선단에 형성되는 원뿔 형상의 유도부(71B)로 이루어진다.

이러한 가이드봉(71)은 웨지블록(70)이 피검체의 표면에 접촉되어 이동할 때에 피검체의 표면에 돌출된 단차부에 웨지블록(70)이 걸리지 않고 자연스럽게 단차부를 넘어갈 수 있도록 안내한다. 따라서 가이드봉(71)의 유도부(71B)는 가이드봉(71)이 단차부를 만났을 때 쉽게 넘어갈 수 있도록 경사면을 가지도록 원뿔 형상으로 형성되고, 이때 본체부(71A)의 외면은 피검체의 표면에 밀착되도록 즉, 웨지블록(70)의 하단과 같은 높이가 되도록 설치된다.

이상 설명한 바와 같은 구성에 의해 본 발명의 초음파 탐상용 웨지유닛은 웨지세트에 웨지홀더(10)가 장착되어 피검체의 표면에 밀착되고, 이 상태가 유지된 채 피검체의 표면을 따라 이동하면서 초음파 신호를 송수신하여 검사가 진행된다.

이때 웨지블록(70)이 피검체의 표면 중, 블레이드의 연결부와 같이 단차부가 형성된 부분을 통과하는 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 이 단차부에 의해 승강레일(40)이 가이드블록(40)을 따라 적절하게 승강되며, 이 때 승강레일(40)은 각각 개별적으로 승강 동작되므로 단차부의 진입 정도에 맞추어 각각의 승강레일(40)이 독립적으로 조절되면서 승강된다.

이렇게 승강 동작된 복수의 승강레일(40)에는 탄성부재(50)의 탄성 복원력에 의해 항상 하강하는 힘이 작용하기 때문에 웨지블록(70)이 피검체에 밀착된 상태가 그대로 유지된다.

그리고 본 발명에서는 웨지블록(70)이 피검체에 밀착되는 정도를 적절히 조절할 수 있는데, 이는 탄성부재(50)의 일단이 고정되는 장력조절홈(41A)의 볼트(B)의 설치위치를 다른 장력조절홈(41A) 쪽으로 변경함으로써 탄성부재(50)의 탄성력이 조절되도록 하는 것에 의해 달성된다.

위와 같이 볼트(B)의 설치위치를 변경하지 않고, 그 대신 승강레일(40)의 선단에 설치되는 보조블록(41)이 설치 높이를 조절하여 탄성부재(50)의 탄성력이 조절되도록 할 수도 있다.

그리고 웨지블록(70)이 상하로 승강 동작되면서 피검체와의 밀착이 유지되는 동안에도 웨지블록(70)이 단차부를 만나는 경우 웨지블록(70)의 틸팅 각도가 적절히 조절됨으로써 밀착된 상태가 그대로 유지되는데, 이는 위에서 설명한 바와 같이 장착홀(61)과 연결핀(81) 사이에 적절한 여유 공간이 마련되어 있기 때문에 웨지블록(70)이 상하좌우 방향으로 자유롭게 틸팅될 수 있어 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 피검체의 표면에 단차가 형성되거나 표면의 형상이 변하더라도 이에 대응하여 웨지블록의 설치 높이와 각도도 자동적으로 조절되기 때문에 항상 웨지블록이 피검체의 표면에 밀착된 상태가 그대로 유지될 수 있고, 그 결과 초음파 탐상작업의 정확성과 효율성이 향상된다.

10: 웨지홀더 20: 메인블록
21: 결합홀 30: 가이드블록
31: 고정부 32: 가이드부
32A: 가이드홈 40: 승강레일
41: 보조블록 41A: 장력조절홈
50: 탄성부재 60A, 60B: 고정브래킷
61: 장착홀 62: 결합홀
70: 웨지블록 71: 가이드봉
71A: 본체부 71B: 안내부
80: 조인트부재 81: 연결핀
B: 볼트

Claims (4)

1. 웨지홀더(10)와;
   상기 웨지홀더(10)에 결합되는 메인블록(20)과;
   상기 메인블록(20)에 구비되는 복수의 가이드블록(30)과;
   상기 가이드블록(30)에 의해 각각 안내되어 상하로 승강되는 복수의 승강레일(40)과;
   상기 메인블록(20)과 상기 승강레일(40)을 각각 연결하는 탄성부재(50)와;
   상기 복수의 승강레일(40)의 하단에 설치되는 한 쌍의 고정브래킷(60A, 60B)과;
   상기 고정브래킷(60A, 60B)에 설치되는 웨지블록(70) 및;
   상기 승강레일(40)과 상기 고정브래킷(60A, 60B)을 유동 가능하게 연결하는 조인트부재(80)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 웨지유닛.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 한 쌍의 고정브래킷(60A, 60B)의 상부에는 각각 한 쌍의 장착홀(61)이 형성되며,
   상기 조인트부재(80)에는 상기 장착홀(61)에 각각 관통 삽입되는 연결핀(81)이 구비되고,
   상기 장착홀(61)의 내경은 상기 연결핀(81)의 외경보다 상대적으로 크게 형성되어 여유 공간이 마련됨으로써 상기 연결핀(81)이 상기 장착홀(61) 내에서 유동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 웨지유닛.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가이드블록(30)은 LM 가이드로서 상기 메인블록(20)의 저면 좌우측에 각각 한 쌍 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 웨지유닛.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 웨지블록(70)의 양 측면에는 각각 원통형 본체부(71A)와; 상기 본체부(71A)의 선단에 형성되는 원뿔 형상의 유도부(71B)로 이루어지는 가이드봉(71)이 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 웨지유닛.

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