KR101450516B1 - 터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛 - Google Patents

터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛에 관한 것으로, 블레이드 루트의 곡면 형상에 대응되는 호 형상을 가지면서 복수 개의 탐촉자 설치공(11)이 형성된 메인바디(10)와; 상기 복수 개의 탐촉자 설치공(11)에 각각 설치되어 슬라이딩 가능하게 설치되는 탐촉자(20) 및; 상기 메인바디(10)의 양단에 설치되어 상기 블레이드의 측면에 밀착 고정되는 고정브래킷(30A, 30B)으로 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 웨지유닛을 터빈 블레이드의 표면에 쉽고 안정적으로 설치할 수 있기 때문에 취약부를 탐상하는 데에 소요되는 시간이 단축되는 동시에 탐상 정확도가 향상된다.

Description

터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛{UT Wedge Unit for Pinned-finger Type Blade Root of Turbine}
본 발명은 터빈 핀-핑거 타입의 블레이드 루트 초음파탐상용 웨지유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전용 터빈의 블레이드에 있어서 형상이 복잡한 핀-핑거 타입의 블레이드 루트 중 균열이 빈번하게 발생되는 부분(취약부)을 초음파 방식에 의해 탐상할 때 블레이드 루트의 곡면의 형상에 적합하도록 설치되어 탐상작업을 쉽고 신속하게 할 수 있도록 하는 초음파 탐상용 웨지유닛에 관한 것이다.
원자력 발전소와 화력 발전소 등에서 사용되고 있는 증기터빈(turbine)은 고온고압의 증기를 로터 샤프트 상에 원주방향으로 배열된 다수개의 블레이드(blade)에 부딪히게 함으로써 회전하는 장치이다.
이러한 기능을 가지는 터빈은 회전 중심이 되는 로터 샤프트(rotor shaft)와, 이 로터 샤프트에 링 형태로 설치되는 휠(wheel)과, 이 휠의 외주면을 따라 복수개 설치되는 블레이드로 이루어지는데, 이때 휠과 블레이드는 로터 샤프상에 설치되는 위치에 따라 길이를 달리하면서 다단으로 설치된다.
그리고 블레이드는 그 길이에 따라 휠과의 결합구조를 달리하고 있는데, 이 중에서도 로터 샤프트의 최종단에 위치되는 블레이드는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 그 길이가 가장 길면서도 무겁기 때문에 단순히 블레이드(1)의 루트(root, 1A)가 휠에 끼움 결합되는 것에 그치지 않고 블레이드의 루트에 요철(凹凸) 형태의 다수의 핑거를 형성하고, 이 핑거와 휠에 각각 서로 대응되는 핀 결합공을 형성하여 이 핀 결합공에 핀(pin)을 체결하는 방식(pinned-finger type)의 결합방식을 채택하고 있다.
상기와 같은 결합방식에 의해 블레이드와 휠이 결합됨에도 터빈 운전 중에 발생되는 진동과 고속 회전에 의한 원심력 등에 의해 블레이드와 휠이 결합되는 핀의 결합부위와 핑거의 단면 감소부 등에서 균열이 생기거나 파손되기도 하며, 이 경우 상당한 진동과 소음이 발생되고, 심한 경우 운전 중 블레이드가 휠에서 이탈되어 발전설비 전체의 중대한 손상을 일으킬 수 있다. 이에 따라 핀과 핑거의 결합부위에 균열이 존재하는지 여부를 주기적으로 검사하여 그 건전성을 평가하고 있다.
그러나 블레이드와 휠을 결합하는 핀과 핑거의 결합부위가 외부로 노출되지 않기 때문에 육안 검사가 곤란하고, 일정한 형태의 평면을 이루는 블레이드 측면부를 제외한 블레이드의 표면은 그 형상이 불규칙적인 곡면으로서 검사용 탐상면으로 활용되기 어렵고, 또한 블레이드 간의 설치간격이 좁기 때문에 탐상장비의 접근이 어려워 큰 크기의 검사 장치를 사용하여 이 부분을 검사하기도 어렵다.
이러한 이유로 핀 및 핑거의 결합부위를 검사할 때에는 수동으로 소형의 초음파 탐촉자가 부착된 웨지유닛을 블레이드 표면의 제한된 위치에 접촉시킨 다음, 웨지유닛의 설치위치를 이동시켜가면서 결합부위(취약부)에 균열이 발생되었는지 여부를 부분적으로 검사하고 있는데, 터빈을 구성하는 블레이드의 거의 전 표면에는 상하 또는 좌우 방향으로 굴곡이 비정형으로 형성되어 있고, 그 내부가 요철(凹凸) 형태의 복잡한 구조로 이뤄져 있기 때문에 탐촉자를 자칫 잘못 위치시키게 되는 경우 취약부를 적절히 검사할 수 없게 되며, 따라서 시행착오적인 방법에 의해 초음파 탐촉자가 부착된 웨지유닛을 위치시켜 검사가 이루어질 수 있는 설치위치를 찾아가면서 검사를 수행하여야 하기 때문에 적절한 설치 위치를 선택하는 데에도 많은 시간이 소요된다.
더구나 위와 같은 시행착오적인 방법에 의해 탐촉자(또는 웨지유닛)의 적절한 설치위치가 선택되었다 하더라도, 이러한 용도로 사용되는 탐촉자는 하나의 초음파 발생유닛으로 이루어져 있기 때문에 취약부 부근의 복잡한 내부 영역 전체를 검사하기 위해서는 초음파 탐촉자의 설치위치를 약간씩 변경시켜가면서 여러 번 검사를 수행하여야 하고, 이 과정에서 탐촉자의 설치위치가 변경되기 때문에 정확한 검사가 이루어지지 않을 뿐만 아니라, 탐촉자의 설치위치를 변경하는 경우에는 탐촉자(초음파 발생유닛)로부터 발신된 초음파가 검사하고자 하는 취약부 쪽을 향하고 있는지 여부를 일일이 다시 확인하여야 하기 때문에 검사에 많은 시간이 소요된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 초음파 탐촉자를 사용하여 블레이드와 휠 결합부위를 검사할 때 발생되는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 블레이드가 조립된 좁은 공간에서도 블레이드 곡면에 웨지유닛을 쉽고 빠르게 밀착 설치할 수 있고, 루트 핑거의 취약부 균열을 정확하게 검출할 수 있도록 하는 터빈 블레이드 탐상용 웨지유닛을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 웨지유닛을, 블레이드 루트의 곡면 형상에 대응되는 호 형상을 가지면서 복수 개의 탐촉자 설치공이 형성된 메인바디와; 상기 복수 개의 탐촉자 설치공에 각각 설치되어 슬라이딩 가능하게 설치되는 탐촉자 및; 상기 메인바디의 양단에 설치되어 상기 블레이드의 측면에 밀착 고정되는 고정브래킷으로 구성하는 것에 의해 달성된다.
이때 상기 탐촉자의 상면은 각각 메인바디에 설치된 스프링에 의해 탄성 가압되는 것이 바람직하다.
상기 탐촉자에는 각각 초음파 탐상시 상기 블레이드와 접촉되는 표면 사이의 틈을 매우도록 물 등의 접촉매질을 공급하는 접촉매질 공급 연결단자가 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 메인바디에 형성된 복수 개의 탐촉자 설치공의 모서리에는 가이드돌기가 형성되고, 상기 탐촉자는 본체부와 센서부로 이루어지며, 상기 본체부의 모서리에는 상기 가이드돌기에 대응되는 가이드홈이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 탐촉자 설치공은 상기 탐촉자에서 발진된 초음파 빔이 상기 블레이드의 루트 핑거의 취약부를 향하도록 상기 메인바디에 경사지게 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
이에 더하여 상기 고정브래킷과 상기 메인바디는 힌지에 의해 결합됨으로써 각도 조절이 가능한 것이 더욱 바람직하다.
본 발명은 한 개의 웨지유닛에 복수 개의 탐촉자가 블레이드의 표면을 따라 설치됨으로써 핀-핑거 타입 블레이드 루트 중에서도 주로 균열이나 파손되는 취약부에 대해 한꺼번에 탐상할 수 있고, 또한 웨지유닛의 설치에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있다.
그리고 본 발명은 웨지유닛을 구성하는 탐촉자가 각각 스프링에 의해 블레이드의 표면상에 밀착 설치되고, 아울러 상하방향으로의 유동이 제한되기 때문에 더욱 정확하고 안정된 정확한 검사가 이루어질 수 있다.
도 1a와 도 1b는 핀-핑거 타입 블레이드 루트에 대한 형상과 조립구조를 보인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛을 보인 사시도,
도 3은 도 2의 분리 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 메인바디를 보인 사시도,
도 5(a, b)는 본 발명에 따른 탐촉자의 예를 보인 사시도 및 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 메인바디와 탐촉자의 결합 예를 보인 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 스프링의 설치예를 보인 부분 확대도,
도 8은 본 발명에 따른 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛이 설치되는 예를 보인 사용상태도이다.
이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성과 작용을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 내부 형상이 복잡하며, 웨지유닛이 설치되는 접촉면의 형상이 불규칙한 곡면에 설치되어 초음파에 의해 피검체를 탐상하는 웨지유닛에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 메인바디(10), 복수 개의 탐촉자(20) 및 고정브래킷(30)으로 이루어진다.
메인바디(10)는 후술하는 탐촉자(20)를 블레이드의 불규칙한 곡면에 밀착 설치하여 유지하기 위한 구성으로서, 그 구조는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 블레이드 루트의 곡면 형상에 대응되도록 전체적으로 호 형상의 길이를 가지며, 그 양단에는 후술하는 고정브래킷(30A, 30B)이 설치되기 위한 결합부(도면부호 없음)가 마련된다.
이때 결합부는 고정브래킷(30A, 30B)과 체결부재에 의해 결합되거나 억지 끼움방식에 의해 간단하게 결합되는 구조로 실시될 수 있는데, 이때 결합 후 메인바디(10)의 설치각도를 조절할 수 있도록 힌지에 의해 결합될 수도 있다.
이와 같이 메인바디(10)가 고정브래킷(30A, 30B)과 힌지에 의해 결합되는 경우 불규칙한 곡면에 메인바디(10)가 다소 일치되지 않더라도 적정 각도로 조절되면서 탐촉자 설치공(11)에 각각 설치되는 탐촉자(20)의 설치 각도가 조절될 수 있으며, 그 결과 블레이드 루트 핑거의 취약부를 향하여 입사 각도를 정확하게 조절할 수 있다.
또한 메인바디(10)에는 상면과 측면을 연결하면서 경사진 형태의 복수 개의 탐촉자 설치공(11)이 형성되는데, 이 복수 개의 탐촉자 설치공(11)에 각각 탐촉자(20)가 삽입 설치된 다음, 적절한 깊이로 인입출되면서 슬라이딩 동작된다.
이를 위해 탐촉자 설치공(11)의 내측면에는 도 4에 도시된 바와 같이 탐촉자 설치공(11)의 길이를 따라 복수 개의 가이드돌기(11A)가 형성되며, 이 가이드돌기(11A)에 의해 탐촉자(20)가 탐촉자 설치공(11)을 따라 안내되면서 슬라이딩 된다.
메인바디(10)에 형성된 복수 개의 탐촉자 설치공(11)에 각각 설치되는 탐촉자(20)는, 도 5(a, b)에 도시된 바와 같이 그 단면이 사각 형상을 가지며, 그 저면은 메인바디(10)의 측면 형상에 맞추어 경사진 곡면을 가지는 본체부(21)와, 이 본체부(21)에 설치되어 초음파를 방사하여 수신하는 센서부(22)로 이루어진다.
이때 본체부(21)의 모서리에는 그 길이를 따라 각각 탐촉자 설치공(11)에 형성된 복수 개의 가이드돌기(11A)에 대응되어 가이드홈(21A)이 형성되며, 이에 의해 탐촉자(20)가 탐촉자 설치공(11)의 내부를 따라 안내되면서 쉽게 슬라이딩 설치되는 동시에 설치 후 유동되지 않고 그 설치상태가 그대로 유지된다.
그리고 가이드홈(21A)의 상부에는 걸림턱(21B)이 돌출 형성되는데, 이에 의해 탐촉자(20)가 탐촉자 설치공(11)으로부터 하향 이탈되지 않는다.
상기와 같은 구조에 의해 탐촉자(20)는 도 6에 도시된 바와 같이 메인바디(10)에 형성된 탐촉자 설치공(11)에 경사진 방향으로 슬라이딩 되면서 삽입된 다음, 가이드돌기(11A)의 끝단이 걸림턱(21B)에 걸리면서 고정되는데, 이 상태에서 본체부(21)의 하단은 메인바디(10)의 측면보다 돌출되어 설치된다.
상기와 같이 메인바디(10)가 블레이드 루트의 곡면을 따라 설치되기만 하면 블레이드 루트와 접촉되는 정도에 대응하여 각각의 탐촉자(20)가 적절하게 눌리면서 밀착되고, 그 결과 블레이드 루트의 표면이 불규칙한 곡면을 형성하더라도 이에 대응하여 각각의 탐촉자(20)가 눌리거나 자중에 의해 그 끝단이 측면으로 돌출되면서 블레이드 루트와 밀착된 상태를 유지할 수 있고, 그 결과 노이즈 등의 혼입이 방지되어 루트 취약부에 대한 안정되고 정확한 탐상 결과를 획득할 수 있으며, 검사결과에 대한 신뢰성이 향상된다.
상기한 바와 같이 탐촉자(20)는 자중과 설치자의 가압에 의해 하향 설치됨으로써 블레이드의 루트에 밀착된 상태를 유지할 수 있으나, 본 발명에서는 블레이드 루트와 밀착된 상태를 항상 유지할 수 있도록 도 7에 도시된 바와 같이 메인바디(10)의 탐촉자 설치공(11)의 주변에 탐촉자 설치공(11)을 기준으로 대각선 방향으로 2개의 고정볼트(12)를 설치하고, 이 고정볼트(12)에 스프링(S)의 양단을 각각 고정함으로써 스프링(S)의 탄성력이 항상 탐촉자(20)의 상면을 가압하도록 한다.
상기와 같은 구조에 의해, 블레이드의 표면상에 메인바디(10)가 설치되면 탐촉자(20)는 블레이드 루트의 표면(1A)의 불규칙한 표면에 대응하여 돌출된 하단이 눌리면서 인입출되면서 블레이드의 표면상에 안착되고, 그 상태에서 스프링(S)의 탄성력에 의해 탐촉자(20)가 하향 탄지되면서 그 설치위치가 그대로 유지된다.
그리고 센서부(22)의 상면에는 초음파를 생성하여 방사하기 위해 전선(22A)이 연결되고, 본체부(21)의 상면에는 초음파 탐촉자와 블레이드 표면 사이의 틈을 메우기 위해 초음파 탐상 시 접촉매질로서 기능하는 물 등을 공급하기 위한 접촉매질 공급 연결단자(21C)가 구비된다.
블레이드 루트의 표면에 메인바디(10)가 밀착 설치된 다음 움직이지 않도록 메인바디(10)의 양단에는 각각 도 3에 도시된 바와 같이 고정브래킷(30A, 30B)이 설치되는데, 이러한 고정브래킷(30A, 30B)은 체결공(도면부호 없음) 또는 체결홈(도면부호 없음)에 결합되어 블레이드의 양단에 밀착되는데, 이에 의해 메인바디(10)가 블레이드에 고정되어 탐상 작업 도중에 유동되지 않는다.
이러한 고정브래킷(30A, 30B)은 장, 탈착 가능한 구조로 실시되는 것이 바람직한데, 이러한 구조에 의해 도 8에 도시된 바와 같이 블레이드(1)와 블레이드(1) 사이의 협소한 공간에 웨지유닛(2) 중 메인바디(10)만을 먼저 블레이드의 곡면 형상에 맞춰 삽입하여 위치시킨 다음, 그 양단에 고정브래킷(30A, 30B)을 조립하여 고정하고, 탐상작업이 끝나면 역순으로 고정브래킷(30A, 30B)을 해체한 다음, 메인바디(10)를 블레이드(1)와 블레이드(1) 사이에서 꺼내고, 다른 블레이드(1)로 위치를 이동하여 웨지유닛(2)을 재설치함으로써 탐상작업을 계속할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 한 개의 웨지유닛에 복수 개의 탐촉자가 블레이드의 표면을 따라 설치됨으로써 핀-핑거 타입 블레이드 루트 중에서도 주로 균열이나 파손되는 취약부에 대해 한꺼번에 탐상할 수 있을 뿐만 아니라, 블레이드와 블레이드 사이의 협소한 공간에도 쉽고 정확하게 웨지유닛을 설치할 수 있으며, 또한 각각의 탐촉자가 블레이드의 표면상에 밀착 설치되는 것이 담보됨으로써 더욱 정확한 검사가 이루어질 수 있는 동시에 검사결과에 대한 신뢰성이 향상된다.
10: 메인바디 11: 탐촉자 설치공
11A: 가이드돌기 12: 고정볼트
20: 탐촉자 21: 본체부
21A: 가이드홈 21B: 걸림턱
21C: 접촉매질 공급 연결단자 22: 센서부
22A: 전선 30A, 30B: 고정브래킷
S: 스프링

Claims (6)

  1. 블레이드 루트의 곡면 형상에 대응되는 호 형상을 가지면서 경사진 형태의 복수 개의 탐촉자 설치공(11)이 형성된 메인바디(10)와;
    상기 복수 개의 탐촉자 설치공(11)에 각각 설치되어 슬라이딩 가능하게 설치되는 탐촉자(20) 및;
    상기 메인바디(10)의 양단에 설치되어 상기 블레이드의 측면에 밀착 고정되는 고정브래킷(30A, 30B)으로 이루어지고,
    상기 탐촉자(20)는 상기 메인바디(10)의 측면 형상에 맞추어 곡면으로 이루어지며, 상기 메인바디(10)의 측면보다 돌출되도록 설치되어 슬라이딩에 의해 승하강 동작되는 것을 특징으로 하는 터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탐촉자(20)의 상면은 각각 메인바디(10)에 설치된 스프링(S)에 의해 탄성 가압되는 것을 특징으로 하는 터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탐촉자(20)에는 각각 초음파 탐상시 상기 블레이드와 접촉되는 표면 사이의 틈을 매우도록 물 등의 접촉매질을 공급하는 접촉매질 공급 연결단자(21C)가 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인바디(10)에 형성된 복수 개의 탐촉자 설치공(11)의 모서리에는 가이드돌기(11A)가 형성되고, 상기 탐촉자(20)는 본체부(21)와 센서부(22)로 이루어지며, 상기 본체부(21)의 모서리에는 상기 가이드돌기(11A)에 대응되는 가이드홈(21A)이 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 고정브래킷(30A, 30B)과 상기 메인바디(10)는 힌지에 의해 결합됨으로써 각도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상용 웨지유닛.
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KR20230116393A (ko) 2022-01-28 2023-08-04 한전케이피에스 주식회사 터빈 핀-핑거 타입 블레이드 루트 초음파 탐상장치

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