KR101313518B1 - 터빈 프로브 깊이 설정 키트 및 프로브를 위치시키는 방법 - Google Patents

터빈 프로브 깊이 설정 키트 및 프로브를 위치시키는 방법 Download PDF

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KR101313518B1
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데니스 리 루니온
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

터빈 프로브 깊이를 설정하는 키트(100)가 개시된다. 상기 키트(100)는 연장된 레그(160)와 정렬통(120)을 갖는 수형 측정 정착물(110)과, 깊이 로드(340)를 갖는 암형 측정 정착물(300)을 포함할 수 있다.

Description

터빈 프로브 깊이 설정 키트 및 프로브를 위치시키는 방법{DEPTH SETTING TOOL FOR COMBUSTION DYNAMICS MONITORING SYSTEM}
도 1은 본원에 개시되는 바와 같은 깊이 설정 공구에 사용되는 수형 측정 정착물의 측면도,
도 2는 연소 케이싱 내에 위치되는 도 1의 수형 측정 정착물의 측면도,
도 3은 본원에 개시되는 바와 같은 깊이 설정 공구의 수형 측정 정착물과 연동하는 암형 측정 정착물의 측 단면도,
도 4는 도 3의 암형 측정 정착물 내에 위치되는 프로브의 측 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100: 깊이 설정 공구 110: 수형 측정 정착물
120: 정렬통 130: 제 1 완만부
140: 제 2 완만부 150: 나사산부
160: 레그 170: 풋
180: 니플 190: 고정통
200: 고정너트 210: 정렬 탭
220: 터빈 230: 연소 케이싱
240: 제 1 슬리브 250: 유동 경로
260: 라이너 270: 포트
280: 스웨이지록 연결구 290: 보스
300: 암형 측정 정착물 310: 본체
320: 암형 측정 정착물 포트 330: 깊이 로드 포트
340: 깊이 로드 345: 나비나사
350: 고정너트 360: 프로브
370: 팁 380: 스웨이지록 너트
390: 스웨이지록 페룰
본 발명은 일반적으로 가스 터빈에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 가스 터빈의 연소 라이너 주변에 연소 동역학적 모니터링 시스템 프로브(combustion dynamics monitoring system probe)를 정확하게 위치설정하기 위한 깊이 설정 공구에 관한 것이다.
가스 터빈의 연소 시스템용 진단 공구 및 모니터링 제어의 일부로서, 연소 동역학 상의 데이터를 측정 및 습득하는 것이 요구된다. 이러한 연소 동역학적 데이터는 연소 시스템 전체적으로 작동상의 안정성을 측정하는데 사용될 수 있으며, 또한 연소 시스템이 연소 동역학 및 배기 사이의 적절한 균형 내에서 작동하도록 상기 연소 시스템을 조정하는데 사용될 수도 있다.
최근에 연소 동역학적 모니터링 시스템은 모든 유형의 가스 터빈에 사용된다. 신뢰성 있는 측정을 위해 연소 동역학적 모니터링 시스템의 프로브의 측정 팁(tip)의 정확하고 반복 가능한 설치가 요구된다. 부적절하게 설치된 동역학적 프로브는 부정확한 판독을 유발하여, 결과적으로 하드웨어 손상 및 운전 정지 기간의 증가를 야기할 수 있다. 따라서, 연소 동역학적 모니터링 시스템은 프로브의 측정 팁의 정확하고 교체 가능한 설치 깊이를 위한 깊이 설정 공구를 사용한다. 이러한 깊이 설정 공구의 일예가 본원에 참조되는 것으로, "프로브 깊이 설정용 키트 및 방법"이란 명칭으로 글리슨(Gleeson)에게 허여된 미국 특허 제 6,694,832 호에 개시된다.
그러나 이와 같은 공지된 깊이 설정 공구는 다른 공지된 터빈에는 사용될 수 없다. 예를 들어, 공지된 깊이 설정 공구는 뉴욕 스키넥터디 소재의 제너럴 일렉트릭 컴퍼니로부터 판매되는 E-클래스 터빈에는 사용할 수 없다. 구체적으로, E-클래스 터빈은 다른 유형의 터빈에 비해, 케이싱 및 유동 슬리브를 관통하는 것 보다 라이너를 관통하는 더 큰 구멍을 갖는다. 이와 같이, 공지된 깊이 설정 공구는 E-클래스 터빈과는 사용할 수 없다.
따라서, E-클래스 터빈 및 최근에는 공지된 깊이 설정 공구에 의해 다뤄지지 않는 유사 유형의 장치의 형상을 수용할 수 있는 깊이 설정 공구에 대한 요구가 있다. 깊이 설정 공구는 연소 동역학적 모니터링 시스템 프로브 및 유사 유형의 프 로브의 정확하고 대체 가능한 설치를 제공해야 한다.
따라서, 본 출원은 터빈 프로브 깊이를 설정하기 위한 키트(kit)를 개시한다. 상기 키트는 연장된 레그 및 정렬통(alignment barrel)을 갖는 수형 측정 정착물 및 깊이 로드를 갖는 암형 측정 정착물을 포함할 수 있다.
정렬통은 나사산부를 포함할 수 있다. 고정통은 나사산부 상에 위치될 수 있다. 정렬통은 나사산부 상에 위치되는 고정너트를 포함할 수 있다. 레그는 풋(foot)과 니플(nipple)을 포함할 수 있다. 니플은 약 0 내지 약 0.1인치(약 2.54밀리미터)의 깊이를 가질 수 있다. 레그는 정렬통에 인접하여 오프셋 위치를 포함할 수 있다. 수형 측정 정착물은 정렬통 주변에 위치된 정렬 탭을 포함할 수 있다. 암형 측정 정착물은 중공형 본체를 포함할 수 있다. 중공형 본체는 수형 측정 정착물 포트 및 깊이 로드 포트를 포함할 수 있다. 깊이 로드 포트는 나사 가공되고 깊이 로드는 나사를 포함할 수 있다. 암형 측정 정착물은 수형 측정 정착물 포트 주변에 위치되는 포트 연결구를 포함할 수 있다. 포트 연결구는 너트와 한쌍의 페룰(ferrule)을 포함할 수 있다.
본 출원은 라이너를 갖는 터빈 케이싱 내의 목표 깊이에 프로브를 위치시키는 방법을 추가로 개시한다. 상기 방법은 포트 연결구로부터, 라이너로부터의 소정 거리까지의 거리를 제 1 공구로 측정하는 단계와, 상기 거리를 나타내기 위해 제 1 공구를 조정하는 단계와, 상기 제 1 공구를 제 2 공구 내로 삽입하는 단계와, 상기 거리를 내부적으로 나타내기 위해 제 2 공구를 조작하는 단계와, 제 1 공구를 제 2 공구로부터 제거하는 단계와, 프로브를 제 2 공구 및 포트 연결구 내로 삽입하는 단계와, 상기 거리를 나타내기 위해 포트 연결구를 조작하는 단계를 포함할 수 있다.
제 1 공구를 조작하는 단계는 정렬통 상에서 고정통을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 제 2 공구를 조작하는 단계는 깊이 로드를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 포트 연결구를 조작하는 단계는 한 쌍의 페룰를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원은 터빈 프로브 깊이를 설정하기 위한 키트를 더 개시한다. 키트는 그 위에 위치되는 고정통을 갖는 나사 가공된 정렬통 및 연장된 레그를 갖는 수형 측정 정착물과, 본체 및 조절 가능한 깊이 로드를 갖는 암형 측정 정착물과, 너트 및 한 쌍의 페룰을 갖는 포트 연결구를 포함할 수 있다. 레그는 풋 및 니플을 포함할 수 있다. 수형 측정 정착물은 정렬통 주위에 위치되는 정렬 탭을 가질 수 있다.
본 출원의 이러한 특징 및 그 외 다른 특징은 도면 및 첨부된 특허청구범위와 관련되어 이하 상세한 설명의 재고시 당업자에게 자명할 것이다.
전체적으로, 동일한 부분에 대해 동일한 도면부호가 인용되는 도면을 참조하면, 도 1은 본원에 개시되는 바와 같은 깊이 설정 공구 또는 키트(100)의 일부를 도시한다. 구체적으로, 도 1은 깊이 설정 공구 또는 키트(100)의 수형 측정 정착물(110)을 도시한다.
도시된 바와 같이, 수형 측정 정착물(110)은 정렬통(120)을 포함할 수 있다. 정렬통(120)은 실질적으로 원형일 수 있으며, 제 1 완만부(130)와, 제 2 완만부(140)와, 상기 완만부(130, 140) 사이에 위치되는 나사산부(150)를 포함할 수 있다. 본원에서는 다른 형상도 사용될 수 있다.
조절통(120)을 관통하거나 및/또는 아래로 연장하는 것은 레그(160)일 수 있다. 레그(160)는 편리한 형상 및 길이를 취할 수 있다. 레그(160)는 정렬통(120)의 중심으로부터 어느 정도 오프셋 될 수 있다. 레그(160)는 풋(170)으로 연장한다. 풋(170)의 바닥은 레그(160)에 직교하여야 하지만, 풋(170)은 편리한 크기 및 형상을 취할 수 있다. 레그(160) 및 풋(170)은, 상기 레그(160) 및 풋(170)이 터빈 요소를 통해 지나갈 수 있으면서도, 풋(170)의 최대 길이가 사용될 수 있도록 내부에서 기계 가공된 반경을 가질 수 있다. 니플(180)은 풋(170)에 부착될 수 있다. 니플(180)은 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 라이너 부근에 풋(170)을 위치시키기 위해 일정한 높이를 가질 수 있다. 본원에서는 그 외 다른 위치가 사용될 수 있다.
정렬통(120)의 나사산부(150) 상에 위치되는 것은 고정통(190)일 수 있다. 고정통(190)은 정렬통(120)의 나사산부(150)를 상하로 이동시키기 위해 정합하는 나사산을 갖는 튜브형 구조물일 수 있다. 나사산부(150) 상의 고정통(190) 위에 위치되는 것은 고정너트(200)일 수 있다. 고정너트(200)는 종래의 너트일 수 있으 며, 고정통(190)을 제 위치에 고정하도록 적용될 수 있다.
정렬통(120)의 일 단부에 부착되는 것은 정렬 탭(210)일 수 있다. 정렬 탭(210)은 풋(170)과 동일한 방향으로 향한다. 정렬 탭(210)은 수형 측정 정착물(110)이 전체적으로 항상 바른 방향을 지향할 것을 보장한다.
수형 측정 정착물(110)는 스테인리스 스틸, 스탠다드 스틸 또는 이와 유사한 금속으로 제조될 수 있다. 수형 측정 정착물(110)의 길이는 약 9.5 내지 약 10인치(약 24.13 내지 약 24.4센티미터)의 범위일 수 있으며, 폭은 약 0.740 내지 약 0.745인치(약 1.88 내지 1.89센티미터)일 수 있다. 레그(160) 및 풋(170)은 터빈 요소 내로 그리고 상기 터빈 요소를 통해 고정되도록 축소된 직경을 가질 수 있다. 레그(160)는 약 3.25 내지 약 3.5인치(약 8.255 내지 약 8.89센티미터)의 길이를 가질 수 있다. 마찬가지로, 풋(170)은 약 0.20 내지 0.25인치(약 0.51 내지 약 0.635센티미터)의 길이를 가질 수 있다. 니플(180)은 약 0.75인치(약 19.05밀리미터)까지의 폭 및 약 0.1인치(약 2.54밀리미터)의 깊이를 가질 수 있다. 수형 측정 정착물(110)의 전체적인 형상 및 크기는 터빈의 특성에 따라 변경될 수 있다.
도 2는 터빈(220) 내에서 수형 측정 정착물(110)의 사용을 도시한다. 도시되는 바와 같이, 터빈(220)은 연소 케이싱(230)을 포함한다. 연소 케이싱(230)은 유동 슬리브(240), 유동 경로(250) 및 라이너(260)를 형성한다. 또한, 터빈(220)은 포트(270)를 포함한다. 포트(270)는 그 내부에 포트 연결구를 가질 수 있다. 본 예에서, 스웨이지록 연결구(Swagelok fitting; 280)가 사용될 수 있다[스웨이지록 연결구는 오하이오주 솔론 소재의 스웨이지록 사에 의해 판매되는 다편(multi-piece) 연결구임. 더 상세한 내용은 www. swagelok.com을 참조]. 포트(270)는 보스(290)를 가질 수 있다. 스웨이지록 연결구(280)는 보스(290) 상에 위치될 수 있다.
사용시에, 너트 및 페룰은 스웨이지록 연결구(280)의 기저부로부터 제거된다. 수형 측정 정착물(110)의 고정통(190) 및 고정너트(200)는 정렬 탭(210)을 향해 나사 회전되어 풋(170)으로부터 멀어진다. 레그(160) 및 풋(170)은 스웨이지 연결구(280)를 통해 유동 슬리브(250) 내로 삽입될 수 있다. 수형 측정 정착물(110)의 나머지 부분은, 풋(170)이 라이너(260)와 접촉할 때까지 유동 슬리브(250)를 통해 삽입된다. 그 후, 정렬 탭(210)은 요구되는 방향으로 지향되며, 풋(170) 역시 요구되는 방향을 지향하는 것을 보장한다. 그 후, 고정통(190)은 상기 고정통(190)이 접촉하게 되고, 고정너트(200)가 제 위치로 나사 조임될 때까지 스웨이지록 연결구(280)를 향해 나사 회전된다. 그 후, 수형 측정 정착물(110)은 포트(270)로부터 제거될 수 있다.
도 3은 수형 측정 정착물(110)과 결합한 깊이 설정 공구 또는 키트(100)의 암형 측정 정착물(300)의 사용을 도시한다. 암형 측정 정착물(300)은 본체(310)를 포함한다. 본체(310)는 대형의 관형 형상일 수 있다. 본체(310)는 일단부에 수형 측정 정착물 포트(320)를, 타단부에 깊이 로드 포트(330)를 갖는다. 깊이 로드 포트(330) 주변의 본체(310)의 부분은 나사산 가공될 수 있다. 깊이 로드(340)는 깊이 로드 포트(330) 내에 위치될 수 있다. 본 예에서, 깊이 로드(340)는 나비나사(345)의 형상일 수 있다. 나비나사(345) 역시 나사산 가공될 수 있다. 나비나사(345)는 본체(310) 내에 위치될 수 있으며, 고정너트(350)를 통해 제 위치에 고정될 수 있다. 스웨이지록 연결구(280)는 수형 측정 정착물 포트(320) 상에 위치될 수 있다. 스웨이지록 연결구(280)는 전술한 스웨이지록 연결구(280)와 동일하거나 유사한 크기일 수 있다.
암형 측정 정착물(300)은 스테인리스 스틸, 스탠다드 스틸 또는 이와 유사한 금속으로 제조될 수 있다. 암형 측정 정착물(300)의 길이는 약 6.25인치 내지 약 6.5인치(약 15.875 내지 약 16.51센티미터)의 범위일 수 있으며, 폭은 약 1.8 내지 약 2.25인치(약 4.57 내지 약 5.715센티미터)의 범위일 수 있다. 본체(310)는 약 2 내지 약 2.25인치(약 5.08 내지 약 5.715센티미터)의 직경을 가질 수 있으며, 약 3.25 내지 약 3.5인치(약 8.255 내지 약 8.89센티미터)의 길이를 가질 수 있다. 전체적으로 암형 측정 정착물(300)의 형상 및 크기는 터빈의 특성에 따라 변경될 수 있다.
사용시에, 나비나사(345) 및 고정너트(350)는 가능한 뒤로 물러나 있게 된다. 그 후, 수형 측정 정착물(110)은 고정통(190)이 스웨이지록 연결구(280)와 접촉할 때까지 본체(310)의 수형 측정 정착물 포트(320) 내로 삽입된다. 그 후, 나비나사(345)는 수형 측정 정착물(110)의 풋(170)과 접촉할 때까지 회전된다. 그 후, 고정너트(350)는 제 위치에서 나비나사(345)를 고정시킨다. 그 후에 수형 측정 정착물(110)은 제거될 것이다.
도 4는 프로브(360)를 구비한 암형 측정 정착물(300)의 사용을 도시한다. 프로브(360)는 연소 동역학적 모니터 프로브 또는 소정 유형의 측정 장치일 수 있 다. 프로브(360)는 가늘고 긴 측정 팁(370)을 포함한다. 측정 팁(370)은 라이너(260) 내부로부터 약 0 내지 약 0.125인치(약 0 내지 약 3.175밀리미터) 사이에 위치되도록 설계된다. 그 외 다른 위치도 사용될 수 있다.
스웨이지록 너트(380) 및 한 쌍의 스웨이지록 페룰(390)은 암형 측정 정착물(300) 상의 스웨이지록 연결구(280)로 복귀된다. 측정 팁(370)은 상기 팁(370)이 나비나사(345)와 접촉할 때까지 암형 측정 정착물(300)의 본체(310) 내에 위치된다. 일단 설치되면, 스웨이지록 너트(380)는 손으로 조여질 수 있다. 그 후, 스웨이지록 너트(380)는 3시 위치에 스크라이빙 될 수 있다. 그 후, 너트(380)는 9시 위치로 1과 1/4 회전만큼 조여질 수 있다. 너트(380) 및 페룰(390)의 위치가 9시 위치에 지정되면, 너트(380)는 느슨해질 수 있다. 프로브(360)는 암형 측정 정착물(300)로부터 제거될 수 있다.
그 후, 프로브(360)는 포트(270) 내에 위치될 수 있다. 그 후, 스웨이지록 너트(380)는 이전의 당겨진 위치로 조여질 수 있다. 그 후, 너트(380)는 페룰(390)을 완전히 안착시키도록 추가로 1/4만큼 회전시킬 수 있다. 그 후에 프로브(360)는 활성화된다.
또한, 본원에서 취해진 측정은 스웨이지록 연결구(280)의 사용 없이 이루어질 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 목표 깊이는 다른 방식으로 표시될 수 있다. 예를 들어, 목표 깊이는 라이너(260)에 대해 상기 통(120)의 위치를 표시함으로써 간단히 표시될 수 있다. 모든 유형의 물리적 표시가 사용될 수 있다.
전술한 내용은 단지 본 출원의 바람직한 실시예에 관한 것이며, 많은 변형예 및 개조예가 이하의 특허청구범위 및 그 동등물에 의해 정의되는 본 발명의 전체적인 범위 및 취지를 벗어남이 없이 당업자에 의해 도출될 수 있음은 명백하다.
본 발명에 따르면, E-클래스 터빈 및 유사 유형의 장치의 형상을 수용할 수 있으며, 연소 동역학적 모니터링 시스템 프로브 및 유사 유형의 프로브의 정확하고 대체 가능한 설치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 터빈 프로브 깊이를 설정하기 위한 키트(100)에 있어서,
    연장된 레그(160), 상기 레그(160)의 측면 방향으로 상기 레그(160)로부터 외향 연장하는 풋(170) 및 정렬통(alignment barrel)(120)을 포함하는 수형 측정 정착물(110)과,
    깊이 로드(340)를 포함하는 암형 측정 정착물(300)을 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정렬통(120)은 나사산부(150)를 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정렬통(120)은 상기 나사산부(150) 상에 위치되는 고정통(locking barrel)(190)을 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 정렬통(120)은 상기 나사산부(150) 상에 위치되는 고정 너트(200)를 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 풋(170)은 니플(nipple)(180)을 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 암형 측정 정착물(300)은 중공형 본체(310)를 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 중공형 본체(310)는 수형 측정 정착물 포트(320)와 깊이 로드 포트(330)를 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 깊이 로드 포트(330)는 나사산 가공되며, 상기 깊이 로드(340)는 나사(345)를 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 암형 측정 정착물(300)은 상기 수형 측정 정착물 포트(320) 주위에 위치되는 포트 연결구(port fitting)(280)를 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  10. 라이너(260)를 갖는 터빈 케이싱(230) 내의 목표 깊이에 프로브(360)를 위치시키는 방법에 있어서,
    포트 연결구(280)로부터 상기 라이너(260)로부터의 정해진 거리까지의 거리를 제 1 공구(110)로 측정하는 단계로서, 상기 제 1 공구(110)는 풋(170) 및 니플(180)을 포함하며, 상기 풋(170)은 측면 방향으로 상기 공구로부터 외향 연장되고, 상기 포트 연결구(280)로부터의 상기 거리는 상기 라이너(260)를 상기 풋(170)과 접촉시킴으로써 측정되고, 상기 니플(180)은 상기 정해진 거리를 상기 풋(170)을 지나서 연장하는, 단계와,
    상기 거리를 나타내도록 상기 제 1 공구(110)를 조작하는 단계와,
    상기 제 1 공구(110)를 제 2 공구(300)에 삽입하는 단계와,
    상기 거리를 내부적으로 나타내도록 상기 제 2 공구(300)를 조작하는 단계와,
    상기 제 2 공구(300)로부터 상기 제 1 공구(110)를 제거하는 단계와,
    상기 프로브(360)를 상기 제 2 공구(300) 및 상기 포트 연결구(280) 내로 삽입하는 단계와,
    상기 거리를 나타내도록 상기 포트 연결구(280)를 조작하는 단계를 포함하는
    프로브를 위치시키는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 수형 측정 정착물(110)은 상기 정렬통(120) 주위에 위치된 정렬 탭(210)을 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 포트 연결구(280)는 너트와 한쌍의 페룰(ferrule)을 포함하는
    터빈 프로브 깊이 설정 키트.
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