KR101662117B1 - 발전기의 그라운드단자 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전기의 그라운드단자 시공방법에 관한 것으로서, 원통형 금속봉을 일정길이로 제단하고 복수의 접지관통홀들을 천공하여 그라운드단자를 가공하는 단계; 상기 그라운드단자의 접지면에 은도금층을 형성하는 단계; 및 상기 그라운드단자의 용접면을 발전기측에 용접하는 단계;를 포함한다.
이상에서와 같은 본 발명은 그라운드단자에 대한 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행하고, 은도금된 그라운드단자는 대조립 수행시 본체에 용접하여 부착함으로써, 은도금 시점을 명확히 관리할 수 있어 작업자의 실수로 은도금공정이 누락되는 문제를 예방할 수 있고, 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행함으로써, 전체 조립공정을 단축할 수 있고, 은도금된 그라운드단자는 조립공정 중 마지막 단계에서 용접 시행함으로써, 은도금부의 데미지를 예방하는 것은 물론, 그라운드단자에 대한 은도금작업을 도금 전용 작업장에서 별도로 수행함으로써, 은도금 품질이 향상되는 효과를 갖는다.

Description

발전기의 그라운드단자 시공방법{ground pad constructing method of generator}
본 발명은 발전기의 그라운드단자 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그라운드단자에 대한 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행하고, 은도금된 그라운드단자는 대조립 수행시 본체에 용접하여 부착하는 발전기의 그라운드단자 시공방법에 관한 것이다.
종래, 왕복동엔진이나 로터리엔진 등의 내연기관에서의 혼합기의 점화는 불꽃 방전을 하는 점화 플러그를 사용하여 행하여지고 있다. 그러나, 불꽃 방전에 의해서 발생하는 전자 노이즈가 차량에 탑재되어 있는 전자기기의 오동작의 원인이 되는 것 등 때문에, 불꽃 방전에 의하지 않고, 수 기가헤르츠(GHz)의 주파수를 갖는 전자파, 즉, 마이크로파를 사용하여 점화하는 점화장치가 종래부터 제안되었다.
예를 들면, 연소·반응실(실린더 내)에 마이크로파 도파관을 연결하는 동시에, 이 연소·반응실 내에 마이크로파 방전을 위한 방전전극을 형성하여 구성한 점화장치가 주지되어 있다.
이 점화장치에서는 마이크로파 발생장치(마그네트론)에 의해 발생된 마이크로파 펄스를 마이크로파 도파관을 통해서 연소·반응실 내에 전송시켜, 방전전극에서 마이크로파 코로나 방전을 발생시켜, 연소·반응실 내의 혼합기에 점화하도록 하고 있다.
또한, 예를 들면, 연소·반응실(실린더 내)에 고주파 전계 발생장치(마그네트론)를 형성하여, 기관의 압축행정 중에 상기 고주파 전계 발생장치에 의해 연소실 내에 고주파 전장을 형성하고, 상기 연소실 내의 혼합기를 유전 가열하여 점화 연소하도록 한 가솔린 내연기관이 주지되어 있다.
또한 종래, 환경 대책기술분야에서 사용되고 있는 플라즈마장치는 저압력하에서 방전에 의해 발생한 플라즈마에 대한 입력 에너지를 높여, 고온의 평형 플라즈마를 생성하고, 그 열로 유해 배출물, 화학 물질, 부유 입자형 물질, 매연 등을 고온상태에 가열하여, 산화·분해하고 있는 경우가 대부분이었다.
최근, 대기압·비평형의 플라즈마를 마이크로파 방전하여 발생시키는 수법(동축 공진기형 플라즈마 생성)이 연구되고 있다. 발생하는 플라즈마의 전자 온도는 수만 도, 가스 온도는 상온 내지 1000℃의 반응성 플라즈마이다.
또한, 플라즈마에 의해서 생성된 OH 라디칼이나 O3(오존) 등의 강한 화학반응 작용을 이용하여 의료·위생분야에서의 멸균·살균·소취용 플라즈마장치의 개발도 이루어지고 있다.
마이크로파를 사용한 플라즈마장치로서는 대기압에 가까운 가스를 마이크로파로 여기시켜 플라즈마가스를 발생시키는 것이었다.
예를 들면, 마이크로파 플라즈마장치가 기재되어 있다. 이 마이크로파 플라즈마장치에서는 중심 도체의 중심에 따라서 가스 유로용 비금속 파이프를 배치하고 있고, 한쪽 끝으로부터 주입된 가스가 중심 도체로 덮이지 않은 갭으로 마이크로파에 의해 여기되고 다른쪽 끝으로부터 플라즈마화하여 방출(동축 공진기형 플라즈마 생성)되도록 하고 있다.
그런데, 최근에는 왕복동엔진, 로터리엔진, 제트엔진이 가스터빈 등의 열기관 또는 플라즈마장치에서는 연료 소비율의 개선이 요구되고 있다. 연료 소비율의 개선을 도모하기 위해서는 혼합기 중의 연료의 비율을 내려 얇은 혼합기를 연소·반응시키는 것을 고려할 수 있다.
그렇지만, 종래의 내연기관 등에 있어서 혼합기 중의 연료의 비율을 내리면, 사이클 변동이 생기는 등, 연소·반응의 안정성이 손상되고, 출력 저하 등의 문제가 생긴다.
따라서, 열기관 또는 플라즈마장치에 있어서 연료 소비율의 개선을 도모하기 위해서는 혼합기 중의 연료의 비율을 내려 얇은 혼합기를 연소·반응시키는 경우에도, 안정되고, 그리고, 고효율의 연소·반응을 할 수 있도록 할 필요가 있다.
그리고, 상술한 바와 같은 마이크로파 코로나 방전을 사용한 점화장치는 종래의 불꽃 방전을 사용하는 점화방식과 비교하여, 연료 소비율의 개선이나 연소·반응의 안정성을 바랄 수 없기 때문에, 거의 실용화되지 않고 있다.
또한, 상술한 바와 같은 고주파 전계 발생장치를 사용한 가솔린 내연기관은 엔진에 직접 마그네트론을 장착함으로써, 내구성, 내진동, 장착 공간에 대한 제약, 분위기 온도(엔진이 고온이 됨), 전자파의 누설에 의한 제어계의 오동작 방지 등 여러 가지의 지장이 생기기 때문에, 거의 실용화되지 않았다.
대한민국 등록특허 제10-1335322호 (2013년11월26일. 등록)를 통해 출력의 향상, 배기가스의 청정화, 연료 소비율의 개선을 도모할 수 있는 점화장치 및 점화플러그가 개시된다.
상기한 점화플러그는 도 1에 도시된 바와 같이 마이크로파 방사수단이 사용될 수 있는데, 마이크로파 방사수단은 방사 안테나(1)와 점화수단이 되는 점화·방전부(2)를 구비하고 있고, 이들 마이크로파 방사 안테나 및 점화·방전부가, 애자부 내에 내장된다.
상기 점화플러그는 마이크로파 방사 안테나(1)에는 동축 케이블(3)을 통해서, 도시하지 않은 마그네트론으로부터 마이크로파가 전송된다. 그리고, 상기 점화 플러그는 마이크로파 방사 안테나(1)를 둘러싸도록 된 원통형의 그라운드단자(4)를 갖고 있다. 점화·방전부(2)는 도시하지 않은 전원으로부터 전압을 인가하는 양극단자(5)의 선단부와 원통형의 그라운드단자(4)의 선단부의 사이에 형성된다.
이와 같은 그라운드단자(4)는 터빈 발전기의 본체를 형성하는 판재의 제관작업 단계에서 용접 등의 방법을 통해서 미리 형성된다.
이후, 발전기의 가공 및 조립 공정 수행 중에 은도금을 실시하게 된다. 이때 은도금을 실시하는 이유는 통전력을 향상시키기 위해서다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래기술의 공정에 따르면, 그라운드단자의 은도금 시점이 명확치 않아 작업자의 실수로 은도금공정이 누락되는 문제가 있었다.
또한, 종래기술은 은도금 수행을 위한 작업대기시간이 발생되어 전체 조립공정이 길어지는 문제가 있었고, 은도금 후에 진행되는 조립공정 도중에 주변 구조물과의 충돌로 인해 은도금부의 데미지를 입게 되는 문제가 있었다.
또한, 종래기술은 그라운드단자의 은도금작업을 발전기의 조립공정 도중에 실시함으로써, 은도금을 위한 작업환경이 제대로 갖춰지지 않아 은도금 품질이 저하되는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10??1335322호 (2013년11월26일. 등록)
상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 그라운드단자에 대한 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행하고, 은도금된 그라운드단자는 대조립 수행시 본체에 용접하여 부착하는 발전기의 그라운드단자 시공방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 은도금 시점을 명확히 관리할 수 있도록 하고, 은도금 누락으로 인한 문제를 예방하고, 전체 조립공정을 단축하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 은도금 품질을 향상하고, 은도금부에 대한 데미지를 예방하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 그라운드단자에 대한 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행하고, 은도금된 그라운드단자는 대조립 수행시 본체에 용접하여 부착하는 발전기의 그라운드단자 시공방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 원통형 금속봉을 일정길이로 제단하고 복수의 접지관통홀들을 천공하여 그라운드단자를 가공하는 단계; 상기 그라운드단자의 접지면에 은도금층을 형성하는 단계; 및 상기 그라운드단자의 용접면을 발전기측에 용접하는 단계;를 포함하는 발전기의 그라운드단자 시공방법이 제공될 수 있다.
이때, 상기 그라운드단자는 높이를 30mm~38mm 이내로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용접단계는 피복아크용접을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 피복아크용접에 ER309L 용접봉을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용접단계는 2회 다층용접이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 1회 용접 직후 용접부근의 온도 측정결과, 본체측의 온도가 57~63℃이고, 그라운드단자 중간에서의 온도가 49~55℃이며, 은도금표면에서의 온도가 44~50℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2회 용접 직후 용접부근의 온도 측정결과, 본체측의 온도가 99~105℃이고, 그라운드단자 중간에서의 온도가 98~104℃이며, 은도금표면에서의 온도가 95~101℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용접하는 단계는 발전기의 조립공정 말미에 수행하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명은 그라운드단자에 대한 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행하고, 은도금된 그라운드단자는 대조립 수행시 본체에 용접하여 부착함으로써, 은도금 시점을 명확히 관리할 수 있어 작업자의 실수로 은도금공정이 누락되는 문제를 예방할 수 있다.
또한, 본 발명은 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행함으로써, 전체 조립공정을 단축할 수 있고, 은도금된 그라운드단자는 조립공정 중 마지막 단계에서 용접 시행함으로써, 은도금부의 데미지를 예방하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 그라운드단자에 대한 은도금작업을 도금 전용 작업장에서 별도로 수행함으로써, 은도금 품질이 향상되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래기술의 점화플러그를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 그라운드단자를 도시한 평면도 및 정단면도.
도 3은 본 발명에 따른 공정블록도.
도 4는 본 발명에 따른 그라운드단자 용접후 온도측정 지점을 도시한 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 그라운드단자 용접후 위치별 온도 측정결과를 나타낸 비교표.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 그라운드단자를 도시한 평면도 및 정단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 공정블록도이다.
동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 발전기의 그라운드단자 시공방법 으로서, 그라운드단자(110)에 대한 은도금작업을 발전기(130) 조립공정 이전에 수행하고, 은도금된 그라운드단자(110)는 대조립 수행시 본체에 용접하여 부착하는 것이다.
여기서 대조립이라 함은 발전기(130) 본체에 각종 부품들이 조립되는 공정을 일컫는 것으로서, 본 발명의 그라운드단자(110)의 조립시점은 대조립 공정의 말미에 시행하는 것이 바람직하다.
이는 조립공정 중에 그라운드단자(110)와 주변부속물들 간의 간섭이 발생되어 그라운드단자(110) 표면의 은도금층(120)이 훼손되는 것을 최소화하기 위함이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 원통형 금속봉을 일정길이로 제단하고 복수의 접지관통홀(111)들을 천공하여 그라운드단자(110)를 가공하는 단계가 시행된다.
이때, 상기 금속봉을 절단하는 길이에 따라 그라운드단자(110)의 높이(D)가 결정된다. 상기 그라운드단자(110)의 높이(D)는 다양하게 할 수 있고, 특히 30mm~38mm 이내로 형성하는 것이 바람직하다.
이는 뒤에서 설명하게 될 용접열에 의한 은도금층(120)의 손상을 최소화할 수 있는 최적구간을 설정하고자 함이다.
이때, 상기 적정길이로 절단된 금속봉은 표면가공작업을 수행한다. 이때 표면가공작업은 밀링머신 등을 이용한 작업이 가능하다.
그리고, 상기 밀링머신을 이용해 금속봉의 길이방향으로 관통되는 복수의 접지관통홀(111)을 형성할 수 있다. 이때 접지관통홀(111)은 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개가 형 동심원상에 배치되도록 형성되는데, 접지관통홀(111)의 크기를 다르게 할 수도 있다.
도 2에서는 중심에 형성된 접지관통홀(111)이 가장 크고, 그 둘레에 형성된 접지관통홀(111) 들이 작게 형성된 것을 볼 수 있다.
또한, 각각의 접지관통홀(111)들은 내경에 나사탭을 형성함으로써, 나사결합이 가능한 구조를 제공할 수 있다.
다음으로, 상기 그라운드단자(110)의 접지면에 은도금층(120)을 형성하는 단계를 수행한다.
이때, 은도금작업은 도금 전용작업장에서 시행될 수 있고, 이를 통해 그라운드단자(110) 표면에 은도금층(120)을 양질의 형태로 도금할 수 있어 품질향상에 기여하게 된다.
특히 전용작업장에서 은도금작업을 수행할 경우, 먼지 등과 같은 이물질이 도금표면에 붙지 않도록 하는 클리닝작업이 가능하고, 시간적 제약을 받지 않기 때문에 충분한 시간 동안 도금작업을 수행함으로써, 현장에서 요구하는 충분한 두께의 도금층을 얻을 수 있게 된다.
또한, 전용작업장에서는 많은 수의 그라운드단자(110)를 동시에 은도금하는 것이 가능하기 때문에 한번에 대량의 생산품을 얻을 수 있어 작업의 효율성이 향상되고, 작업된 그라운드단자(110)는 보관 및 운송이 편리하기 때문에 도금장비가 갖춰지지 않은 발전기(130) 조립현장에 신속하게 투입하여 사용할 수 있는 이점을 갖는다.
다음으로, 상기 그라운드단자(110)의 용접면을 발전기(130)측에 용접하는 단계를 시행한다.
이때, 상기 용접단계는 피복아크용접을 이용할 수 있다.
여기서, 피복아크용접(flare groove weld)이라 함은 피복제를 칠한 용접봉과 피용접물과의 사이에 발생한 아크의 열을 이용해서 용접하는 방법이며, 구조용 강을 비롯해 거의 모든 금속재료의 용접에 사용된다. 이 용접은 그림과 같이 홀더에 물린 피복 용접봉과 피용접물(모재)과의 사이에 교류 또는 직류의 전압을 가하고 그 사이에 아크를 발생시킨다. 아크의 강한 열(온도 약 6,000℃)에 의해서 용접봉이 녹아 금속증기 또는 용적(globules)이 되어서 용융풀(molten pool)에 용착(deposit)되며, 그래서 모재의 일부와 융합해서 용접금속을 만든다.
2개의 부재를 용접할 때는 적당한 홈(개선)을 만들어 두고, 그곳을 용착금속(weld metal)으로 매워서 접합을 완료한다. 용접봉은 금속선 주위에 유기물, 무기물 또는 양자의 혼합물로 만든 약간 두꺼운 피복제를 실시한 것이다.
피복제는 아크 열에 분해되어 아크를 안정하게 유지함과 동시에 발생가스 또는 슬래그에 의해서 용융 금속은 외기로부터 보호되어 산화, 질화(窒化)가 방지되는 이외에 적당한 화학반응에 의해서 용융 금속은 정련되고 또 합금원소의 첨가도 가능하다. 일반적으로 쓰여지는 용접전류는 50~400A 범위이며 교류, 직류 모두 정격출력전류 200A, 300A, 400A, 500A의 4종류의 용접기가 규격화되어 있으며, 교류용접기에 감전방지를 위해 2차 무부하 전압이 낮은 자동전격방지장치를 사용하도록 의무화되어 있다.
본 발명에서 피복아크용접에는 ER309L 용접봉을 이용할 수 있다.
또한, 상기 용접단계는 2회 다층용접이 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명에서는 은도금된 그라운드단자(110)를 발전기(130)에 용접하는 과정에서 은도금층(120)이 손상되는 것을 방지하기 위해 다양한 실험을 수행하였고, 그 중에서 그라운드단자(110)의 높이(D)에 대한 수치값을 변화시켰을 때, 최적의 조건을 찾을 수 있었다. 이에 대해 도 4, 5를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 그라운드단자(110) 용접후 온도측정 지점을 도시한 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 그라운드단자(110) 용접후 위치별 온도 측정결과를 나타낸 비교표이다.
도 4, 도 5를 참조하면, 측정부위별로 발전기(130)측을 ①번으로 표기하였고, 그라운드단자(110) 중간부위를 ②번으로 표기하였으며, 은도금층(120)을 ③번으로 표기하였다.
측정방식은 그라운드단자(110)의 높이가 각각 37mm, 75mm, 100mm 인 3개의 시료를 준비하였으며, 각각의 시료에 대해서 2회씩의 용접을 시행하였다.
또한, 각각의 용접이 끝난 후에는 용접부 근처의 측정부위별 온도측정을 수행함과 아울러 은도금층(120)의 손상여부를 관찰하였다.
이때, 실험결과 높이 37mm 시료에서 용접 전류가 300암페어일 때 은도금층이 손상되지않은 것으로 나타났다. 또한, 암페어를 145까지 낮췄을 때도 용접이 가능하였다.
이에, 그라운드단자(110)의 높이를 37mm 전후로 가공할 때, 은도금층(120)의 손상을 방지할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다. 37mm 시료에 대한 용접온도 측정결과에 대해 설명하면, 1회 용접 직후 용접부근의 온도 측정결과, 본체측의 온도가 60℃이고, 그라운드단자(110) 중간에서의 온도가 52℃이며, 은도금표면에서의 온도가 47℃인 것을 볼 수 있었다.
이때, 1차용접온도는 2차용접온도에 비해 낮은 온도에서 용접되도록 하는데, 이를 위해 용접기의 전류 암페어를 조절한다.
그리고, 상기 2회 용접 직후 용접부근의 온도 측정결과를 보면, 본체측의 온도가 102℃이고, 그라운드단자(110) 중간에서의 온도가 101℃이며, 은도금표면에서의 온도가 98℃인 것을 볼 수 있었다.
상기한 바와 같은 실험 결과 및 실험조건을 변경해 가면서 다수 회의 실험을 수행한 결과에 따르면, 상기 그라운드단자(110)는 높이를 30mm~38mm 이내로 형성하고, 1회 용접시 온도를 본체측 57~63℃, 그라운드단자(110) 중간 49~55℃, 은도금표면 44~50℃로 유지하고, 2회 용접시에는, 본체측 99~105℃, 그라운드단자(110) 중간 98~104℃, 은도금표면 95~101℃로 유지할 경우, 은도금된 그라운드단자(110)를 발전기(130)에 직접 용접하여 부착하더라도 은도금층(120)의 손상을 입지 않고 작업을 수행할 수 있게 된다.
이상에서와 같은 본 발명은 그라운드단자에 대한 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행하고, 은도금된 그라운드단자는 대조립 수행시 본체에 용접하여 부착함으로써, 은도금 시점을 명확히 관리할 수 있어 작업자의 실수로 은도금공정이 누락되는 문제를 예방할 수 있다.
또한, 본 발명은 은도금작업을 발전기 조립공정 이전에 수행함으로써, 전체 조립공정을 단축할 수 있고, 은도금된 그라운드단자는 조립공정 중 마지막 단계에서 용접 시행함으로써, 은도금부의 데미지를 예방하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 그라운드단자에 대한 은도금작업을 도금 전용 작업장에서 별도로 수행함으로써, 은도금 품질이 향상되는 효과를 갖는다.
이상에서와 같이 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
110: 그라운드단자
111: 접지관통홀
120: 은도금층
130: 발전기

Claims (9)

  1. 금속봉을 일정길이로 제단하고 복수의 접지관통홀들을 천공하여 그라운드단자를 가공하는 단계;
    상기 그라운드단자의 접지면에 은도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 그라운드단자의 용접면을 발전기측에 용접하는 단계;
    를 포함하며, 상기 단계들을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속봉은 원통형인 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그라운드단자는 높이를 30mm~38mm 이내로 형성하는 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용접단계는 피복아크용접을 이용하는 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피복아크용접에 ER309L 용접봉을 이용하는 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 용접단계는 2회 다층용접이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 1회 용접 직후 용접부근의 온도 측정결과, 본체측의 온도가 57~63℃이고, 그라운드단자 중간에서의 온도가 49~55℃이며, 은도금표면에서의 온도가 44~50℃인 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 2회 용접 직후 용접부근의 온도 측정결과, 본체측의 온도가 99~105℃이고, 그라운드단자 중간에서의 온도가 98~104℃이며, 은도금표면에서의 온도가 95~101℃인 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용접하는 단계는 발전기의 조립공정 말미에 수행하는 것을 특징으로 하는 발전기의 그라운드단자 시공방법.
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