KR101921512B1 - 커플링 분해 및 조립을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

커플링 분해 및 조립을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커플링 분해 및 조립을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 수차축과 발전기축을 연결하는 커플링을 보다 안전하게 해체 및 조립할 수 있고 해체 및 조립에 소요되는 시간을 획기적으로 경감시킬 수 있는 커플링 분해 및 조립을 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는 내측에 중공(12)이 형성되는 슬리브부재(10); 슬리브부재(10) 상측에 배치되는 유압실린더(30); 슬리브부재(10) 및 유압실린더(30)를 관통하고 외주면 적어도 일부에 체결부(52)가 형성되는 바아부재(50); 바아부재(50)에 끼워져 유압실린더(30) 상측에 배치되는 워셔(70); 및 바아부재(50)에 끼워져 워셔(70) 상측에 배치되는 고정부재(90)를 포함하여 구성된다.

Description

커플링 분해 및 조립을 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR ASSEMBLING AND DISASSEMBLING COUPLING}
본 발명은 커플링 분해 및 조립을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 수차축과 발전기축을 연결하는 커플링을 보다 안전하게 해체 및 조립할 수 있고 해체 및 조립에 소요되는 시간을 획기적으로 경감시킬 수 있는 커플링 분해 및 조립을 위한 장치에 관한 것이다.
수력발전소의 발전기 및 수차는 커플링에 의해 결합되어 있는데, 필요시, 예를 들어, 계획예방정비시 등 발전기 및 수차의 인양을 위해서는 전술한 커플링을 분해하여야 한다.
이와 같은 커플링은 배럴실(barrel room) 내 상부측에 설치되어 있어 장소가 협소하여 분해 또는 조립작업이 어렵고, 또 이로 인하여 배치되는 중량물 및 인원에 제한이 따른다.
또한, 커플링을 분해 및 조립하는데에 많은 시간이 소요된다. 구체적으로 살펴보면, 먼저, 커플링을 분해하려면 수차 하락방지 기구의 설치가 선행되어야 한다. 또한, 커플링은 보통 16개의 볼트가 각각 너트에 조립되어 있는데, 분해를 위하여 먼저 16개 중 14개를 풀어내고 좌우에 두 개만 결합된 상태로 남겨두게 된다. 좌우에 2개 남은 너트를 수차 런너가 디스차지 링(discharge ring)에 닿지 않도록 좌우 약 0.35mm씩 유압렌치를 이용하여 너트를 풀어 좌우 각각 약 50회 정도 이동 장착시켜 하락 또는 상승시키는데 대략 총 4일의 기간이 걸린다.
도 1을 참조하여, 커플링 분해 및 조립에 걸리는 시간을 구체적으로 설명하기로 한다. 수차축 및 수차런너의 길이(2)는 6610mm이고, 수차 커플링의 직경(4)은 1010mm이다. 또한, 수차 런너 디스차지 링의 간격(6)은 2.5mm 이고, 수차 축 하락안치 최소 허용치는 통상 15mm이다.
위의 값을 기초로 커플링 너트 1회 풀림 허용치(x)는 다음 식에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112017001172294-pat00001
수학식 1을 이용하면, 커플링 너트 1회 풀림 허용치(x)로서, 0.382를 얻을 수 있고, 안전을 고려하면 최소 0.35mm가 되어야 한다.
또한, 수차 축 하락안치를 위한 너트 풀림 횟수(y)는 수학식 2를 이용하여 얻을 수 있다.
Figure 112017001172294-pat00002
수학식 2에 의해 42.8을 얻을 수 있고, 안전을 고려하면 50회 정도가 요구되며, 좌우 약 100회 정도를 수행해야 한다.
이와 같이, 커플링을 분해하고 조립하는데 걸리는 총 시간은 분해시 2일, 조립시 2일이 걸려 총 4일이 소요된다.
전술한 바와 같이, 발전기축과 수차축의 커플링 분해 장소가 협소하고, 상부에 있어 비계틀의 설치가 요구되며, 분해시간이 많이 소요되므로 커플링 분해 및 조립 시간을 단축하고 작업편의성을 증진시켜 업무 효율을 증진할 수 있는 커플링 분해 및 조립장치의 고안이 필요하다.
등록실용신안공보 제20-0184467호 (등록일자: 2000.03.22)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
커플링 분해 및 조립 시간을 단축하고 작업편의성을 증진시켜 업무 효율을 증진할 수 있는 커플링 분해 및 조립장치 내지는 방안을 제공한다.
또한, 수차축 커플링을 분해 및 조립하는데 소요되는 인력비용을 절감하고 동시에 발전전력을 증가하도록 하는 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 커플링 분해 및 조립 작업에 있어서, 안전성이 확보될 수 있고 정비 기술력을 향상할 수 있는 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는, 내측에 중공이 형성되는 슬리브부재; 상기 슬리브부재 상측에 배치되는 유압실린더; 상기 슬리브부재 및 유압실린더를 관통하고 외주면 적어도 일부에 체결부가 형성되는 바아부재; 상기 바아부재에 끼워져 유압실린더 상측에 배치되는 워셔; 및 상기 바아부재에 끼워져 워셔 상측에 배치되는 고정부재;를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 고정부재는 체결부와 체결되기 위한 결합부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 체결부는 외주면에 형성된 수나사이고 결합부는 암나사일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 유압실린더에 유압을 제공하는 유압 잭을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립방법은, 수차축 커플링 볼트 중 적어도 두 개에 탭 가공을 수행하는 단계; 탭 가공된 수차축 커플링 볼트에 청구항 1에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 설치하는 단계; 및 상기 장치에 유압을 공급하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 탭 가공이 수행된 수차축 커플링 볼트는 수차축의 중심에 대하여 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 커플링 분해 및 조립 시간을 단축하고 작업편의성을 증진시켜 업무 효율을 증진할 수 있는 커플링 분해 및 조립장치 및 방법을 제공한다.
또한, 수차축 커플링을 분해 및 조립하는데 소요되는 인력비용을 절감하고 동시에 발전전력을 증가하도록 하는 커플링 분해 및 조립을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 커플링 분해 및 조립 작업에 있어서, 안전성이 확보될 수 있고 정비 기술력을 향상할 수 있는 커플링 분해 및 조립을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.
도 1은 설치된 수차의 치수 및 모습을 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 도시하고,
도 3a 및 3b은 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 위한 슬리브부재를 도시하고,
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 위한 바아부재를 도시하고,
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 위한 워셔를 도시하고,
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 위한 고정부재를 도시하고,
도 7은 커플링 볼트의 탭가공 모습을 도시하며,
도 8은 본 발명에 따라 커플링 분해가 이루어지는 과정을 도시한다.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 도시하고, 도 3a 및 3b은 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 위한 슬리브부재를 도시하고, 도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 위한 바아부재를 도시하고, 도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 위한 워셔를 도시하고, 도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 위한 고정부재를 도시하고, 도 7은 커플링 볼트의 탭가공 모습을 도시하며, 도 8은 본 발명에 따라 커플링 분해가 이루어지는 과정을 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는 내측에 중공(12)이 형성되는 슬리브부재(10); 슬리브부재(10) 상측에 배치되는 유압실린더(30); 슬리브부재(10) 및 유압실린더(30)를 관통하고 외주면 적어도 일부에 체결부(52)가 형성되는 바아부재(50); 바아부재(50)에 끼워져 유압실린더(30) 상측에 배치되는 워셔(70); 및 바아부재(50)에 끼워져 워셔(70) 상측에 배치되는 고정부재(90)를 포함하여 구성된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는 슬리브부재(10)를 포함한다. 슬리브부재(10)의 내측에는 중공(12)이 형성된다. 슬리브부재(10)는 압연강으로 구성될 수 있고, 일본공업규격(JIS)의 SS400이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는, 또한, 슬리브부재(10)의 상측에 배치되는 유압실린더(30)를 포함한다. 유압실린더(30)는 중공 피스톤 실린더(hollow piston cylinder, hollow plunger cylinder)가 사용될 수 있으며, 바람직하게, 단동(single acting) 중공 실린더가 사용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는 바아부재(50)를 포함한다. 바아부재(50)는 슬리브부재(10) 및 유압실린더(30)를 관통하여 배치된다. 예를 들어, 슬리브부재(10)의 중공(12) 및 유압실린더(30)의 중심부를 관통하도록 배치될 수 있다.
바아부재(50)는, 바람직하게, 원통형으로 구성될 수 있고, 바아부재(50)의 외주면 적어도 일부에는 다른 구성요소와의 체결을 위한 체결부(52)가 형성된다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 바아부재(50)의 양 단부 측에 체결부(52)가 형성될 수 있다. 체결부(50)는 도 4a 및 도 4b에 잘 도시된 바와 같이, 외주면에 형성된 수나사일 수 있고, 암나사가 형성된 다른 구성요소와 결합하도록 구성될 수 있다. 또한, 바아부재(50)는 크롬 몰리브덴강 강재로 구성될 수 있고, 바람직하게, JIS의 SCM435로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는 워셔(70)를 포함한다. 워셔(70)는 바아부재(50)에 끼워져 유압실린더(30) 상측에 배치된다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 워셔(70)는 링타입으로 구성된다. 워셔(70)는 압연강으로 구성될 수 있고, JIS 규격의 SS400이 채용될 수 있다.
본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는 고정부재(90)를 포함한다. 고정부재(90)는 바아부재(50)에 끼워져 워셔(70) 상측에 탈착가능하게 배치되고, 고정부재(90)는 체결부(52)와 체결되기 위한 결합부(92)를 포함할 수 있다. 고정부재(90)는 탄소강으로 형성될 수 있고, JIS의 S45C로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 고정부재(90)는 결합부(92)로서, 내측면에 암나사가 형성된 너트일 수 있다. 이와 같은 고정부재(90)가 바아부재(50)의 체결부(52)에 탈착가능하게 고정될 수 있다.
본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치의 작동은 다음과 같다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치는 수차측(102)과 발전기측(104)을 결합하는 커플링 볼트(106)에 설치된다. 커플링 볼트(106)에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 탭 가공이 선행된다.
커플링 볼트(106)에 고정되어 있던 너트(미도시)를 제거한 뒤, 본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 배치하고 바아부재(50)의 체결부(52)를 탭 가공된 볼트(106)에 고정한다.
그 다음, 유압실린더(30)에 호스(34)를 통해 연결된 유압잭(미도시)에 의해 유압을 공급하여 유압실린더(30)를 작동시킨다. 이에 의해 유압실린더(30)의 램을 일정 높이 상승시킨다.
다음, 나머지 수차축 커플링 너트를 해체하고 유압실린더로의 압력을 해제하여 램을 동시에 하강시킴으로써, 커플링 분해가 완료된다.
본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립방법은, 커플링에 설치된 복수의 커플링 볼트 중 적어도 두 개에 탭 가공을 수행하는 단계; 탭 가공된 커플링 볼트에 청구항 1에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 설치하는 단계; 상기 장치에 유압을 공급하는 단계;를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따라 수차축의 커플링 분해하는 방법이 도시되어 있다. 먼저, 수차 하락방지기구를 설치하고 비계틀을 설치한다(도 8a 및 도 8b). 전술한 바와 같이, 커플링 볼트 중 탭 가공이 수행된 두 개의 볼트에 체결된 너트를 해체한다(도 8c). 전술한 바와 같이, 커플링 볼트는 16개로 구성될 수 있고, 탭 가공이 수행된 두 개의 볼트는 수차축 중심에 대해 180도 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 커플링 볼트 상측에 슬리브부재(10) 및 유압실린더(30)를 배치시키고(도 8d 및 도 8e), 워셔(70), 바아부재(50) 및 고정부재(90)를 설치한다(도 8f). 유압실린더(30)에 유압잭 등을 이용하여 유압을 공급하고(도 8g), 유압실린더(30)의 램이 일정 높이, 예를 들어, 바람직하게 16~18mm 상승하였는지를 확인한다(도 8h). 다음, 나머지 해체되지 않은 너트, 예를 들어, 14개를 모두 해체하고(도 8i), 공급되는 유압을 해제한다(도 8j). 도 8k는 발전기축을 인용하는 모습이고, 도 8l은 발전기 축 인양 후 수차축 상태를 도시한다. 한편, 커플링을 조립하기 위하여 전술한 내용을 역으로 수행하면 커플링 조립이 완료된다.
본 발명에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치 및 방법을 이용하면, 분해시 0.5일, 조립시 0.5일이 걸려, 커플링 분해 및 조립에 총 하루만이 소요되어 전에 비하여 총 3일이 절감될 수 있다. 이에 의하여, 분해 및 조립에 소요되는 노동력이 크게 절감될 수 있고, 본 발명에 이용에 따라 확보되는 시간인 3일간 발전소 작동에 따라 크게 향상된 수익을 거둘 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
2: 수차축 및 수차런너의 길이
4: 수차 커플링의 직경
6: 수차 런너 디스차지 링의 간격
10: 슬리브부재
12: 중공
30: 유압실린더
34: 호스
50: 바아부재
52: 체결부
70: 워셔
90: 고정부재
92: 결합부
102: 수차측
104: 발전기측
106: 커플링 볼트

Claims (6)

  1. 내측에 중공이 형성되는 슬리브부재;
    상기 슬리브부재 상측에 배치되는 유압실린더;
    상기 슬리브부재의 중공 및 유압실린더의 중심부를 관통하고 양측에 체결부가 형성되는 바아부재;
    상기 바아부재에 끼워져 유압실린더 상측에 배치되는 워셔; 및
    상기 바아부재에 끼워져 워셔 상측에 배치되며, 상기 바아부재의 일측 체결부와 체결되기 위한 결합부를 포함하여 상기 바아부재에 탈착가능하게 배치되는 고정부재; 및
    상기 유압실린더에 호스를 통해 연결되어 유압을 제공하는 유압 잭을 포함하여 수력발전소에서 발전기축과 수차축의 커플링을 분해하는 것을 특징으로 하는 커플링 분해 및 조립을 위한 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 체결부는 외주면에 형성된 수나사이고 결합부는 암나사인 것인 커플링 분해 및 조립을 위한 장치.
  4. 삭제
  5. 수차축 커플링 볼트 중 적어도 두 개에 탭 가공을 수행하는 단계;
    탭 가공된 수차축 커플링 볼트에 청구항 1에 따른 커플링 분해 및 조립을 위한 장치를 설치하는 단계; 및
    상기 장치에 유압을 공급하는 단계;
    를 포함하는 것인 커플링 분해 및 조립방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 탭 가공이 수행된 수차축 커플링 볼트는 수차축의 중심에 대하여 180도 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 것인 커플링 분해 및 조립방법.
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