KR102043259B1 - 블레이드를 탈거하기 위한 방법 및 탈거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그 블레이드 루트(3)가, 적층된 회전자 상에 배열된 휠 디스크(5)의 세장형 수용홈(4) 내에 유지되는 블레이드(2)를 탈거하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 이하의 단계: a) 유압 실린더(9)를 경유하여 작동된 탈거 램(15)을 갖는 탈거 장치(1)를 제공하는 단계; b) 탈거 램(15)의 종축이, 탈거될 블레이드(2)의 수용홈(4)과 일렬로 정렬하는 방식으로 회전자의 2개의 인접한 휠 디스크(5) 사이에 탈거 장치(1)를 위치설정하는 단계; c) 유압 실린더(9)가 받게될 수 있는 최대 압력(p_max)을 설정하는 단계; d) 탈거 램(15)이, 탈거될 블레이드(2)의 블레이드 루트(3)에 대해 증가하는 압력으로 가압하도록, 탈거 램(15)을 신장하는 단계; e) 최대 압력(p_max)에 도달되자마자 압력을 감소시키는 단계; 및 f) 블레이드(2)가 수용홈(3)으로부터 제거될 때까지 단계 d) 및 e)를 주기적으로 반복하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 탈거 장치(1)에 관한 것이다.

Description

블레이드를 탈거하기 위한 방법 및 탈거 장치

본 발명은 그 블레이드 루트(blade root)가 휠 디스크(wheel disk)의 세장형 수용홈(elongate receiving home) 내에 유지되는 블레이드를 탈거하기(driving out) 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 수행하기 위해 설계된 탈거 장치에 관한 것이다.

가스 및 증기 터빈은 압축기 및 터빈의 영역에서, 복수의 블레이드가 체결되는 복수의 휠 디스크로 구성되는 회전자를 포함한다. 블레이드의 일반적으로 더브테일(dovetail)과 같이 형성되는 블레이드 루트는 이 경우에 각각 대응적으로 성형되고 휠 디스크 내에 형성되는 홈 내에 형상 맞춤(form-fitting) 방식으로 유지된다. 대응 수용홈 내에서의 축방향 변위에 대한 블레이드의 고정은 일반적으로 각각의 수용홈의 단부에서 스탬핑되는(stamped on) 2개의 고정 러그(securing lug)에 의해 또는 고정판을 경유하여 실현된다.

동작 중에, 블레이드는 높은 부하를 받게되고, 따라서 마모에 노출되는데, 이 이유로 이들 블레이드는 분해 검사(overhaul)의 범주로서 특정 동작 시간 후에 교체되거나 수리되어야 한다. 이 목적으로, 제1 단계에서, 회전자는 터보 기계의 하우징(housing)으로부터 분해된다. 다음에, 회전자는 블레이드가 그 위에 유지된 상태로 개별 휠 디스크를 서로로부터 분리하기 위해 적층해제된다(destacked). 그 후에, 각각의 휠 디스크의 블레이드는 탈거된다. 공지의 변형예에 따르면, 이 목적으로, 휠 디스크는 먼저 하위에 있는 표면 상에 수평으로 허브를 갖고 배치된다. 다음에, 각각 2명의 작업자가 구리 볼트 및 대응 해머 강타(hammer blow)를 사용하여 블레이드를 차례로 탈거한다. 이 경우에 1명의 작업자는 일반적으로 세척 래그(rag) 내에 감싸진 구리 볼트를 파지하고, 이를 블레이드 루트 상에 배치한다. 두번째 작업자는 구리 볼트를 타격하기 위해 5 또는 10 kg 중량의 슬레지해머(sledgehammer)를 사용한다. 블레이드 루트의 크기, 블레이드 높이, 피트(fit) 내의 과잉크기(oversize) 및 터보 기계의 동작 시간에 따라, 20개 내지 25회의 강타가 블레이드를 탈거하기 위해 필요하다. 작업자의 신체부위의 물리적 노고 및 상해의 위험이 상당하다. 또한 수동으로 탈거할 때 휠 디스크 및 블레이드가 쉽게 손상될 가능성이 있다. 특히, 스코어링(scoring)이 블레이드 루트에서 그리고 수용홈의 접촉 영역에서 발생할 수도 있다. 이 스코어는 휠 디스크 및 블레이드 루트의 냉간 용접된 구역이 과잉의 힘의 영향 하에서 서로에 대해 변위될 때 발생한다. 발견된 스코어링의 심각도에 따라, 휠 디스크의 필요한 교환이 관리될 수 없고, 이는 높은 비용을 수반한다. 다른 단점은 그 휠 디스크 상에 블레이드가 유지되어 있는 회전자가, 블레이드의 탈거 전에 분해되고 적층해제되어야 하고, 이러한 것이 매우 큰 시간 소모를 수반한다는 것이다. 게다가, 회전자의 분해 및 적층해제는 일반적으로 종종 현장에서 이용가능하지 않고 따라서 배달되어야 하는 특수 장비를 필요로 한다.

대안적인 공지의 변형예의 경우에, 블레이드의 탈거는 또한 탈거 장치를 사용하여 수행될 수도 있다. 따라서, 예를 들어, WO 2012/167824 A1호는 프레임(frame), 회전형 테이블, 탈거 램(driving-out ram)을 갖고 프레임 상에 유지된 타격 유닛 및 탈거 램 상에 작용하는 타격 기구를 갖는 탈거 장치를 개시하고 있다. 그러나, 이러한 탈거 장치가 사용될 때에도, 전술된 스코어링의 문제점이 존재한다. 유사하게, 수동 탈거의 경우에서와 같이, 회전자의 분해 및 적층해제가 요구된다.

이 종래 기술에 기초하여, 본 발명의 목적은 서두에 언급된 유형의 대안적인 방법 및 대안적인 탈거 장치를 제공하는 것이다.

이 목적을 성취하기 위해, 본 발명은 그 블레이드 루트가, 적층된 회전자 상에 배열된 휠 디스크의 세장형 수용홈 내에 유지되는 블레이드를 탈거하기 위한 방법을 제공하고, 이 방법은 a) 유압 실린더를 경유하여 작동된 탈거 램을 갖는 탈거 장치를 제공하는 단계; b) 탈거 램의 종축이, 탈거될 블레이드의 수용홈과 일렬로 정렬하는 방식으로 회전자의 2개의 인접한 휠 디스크 사이에 탈거 장치를 위치설정하는 단계; c) 유압 실린더가 받게될 수 있는 최대 압력을 설정하는 단계; d) 탈거 램이, 탈거될 블레이드의 블레이드 루트에 대해 증가하는 압력으로 가압하도록, 탈거 램을 신장하는 단계; e) 최대 압력에 도달되자마자 압력을 감소시키는 단계; 및 f) 블레이드가 수용홈으로부터 제거될 때까지 단계 d) 및 e)를 주기적으로 반복하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 주요 장점은 단계 d) 및 e)를 수행할 때 블레이드를 탈거하기 위해 요구된 유압 압력이 주기적(cycling) 또는 맥동 방식(pulsating manner)으로 제공된다는 것이다. 이는 휠 디스크로부터 블레이드를 탈거하기 위해 인가될 힘이 연결이 파괴될 때까지 균일하게 증가하는 비율로 인가되지 안고, 대신에 파괴력이 맥동력을 블레이드 루트에 인가함으로써 감소되고, 블레이드의 탈거는 부가적으로 이 진동의 유도에 의해 촉진된다는 장점을 갖는다. 이는 스코어링 발생 없이, 휠 디스크 및 블레이드 루트의 냉간 용접된 구역이 훨씬 더 양호하게 탈착되는 주요 장점을 수반한다.

본 발명의 개량에 따르면, 수용홈은 회전자의 축방향에 관하여 경사진다. 단계 b)에서, 탈거 램의 종축이 수용홈과 일렬로 정렬하여 위치된다는 사실에 기인하여, 이러한 경사를 갖더라도, 수용홈의 접촉 영역은 블레이드의 탈거 중에 부하를 받게되지 않는다.

최대 압력은 바람직하게는 적어도 150 bar, 더 양호하게는 적어도 200 bar 또는 적어도 300 bar이다.

본 발명에 따른 방법의 변형예에 따르면, 단계 e)에서, 압력은 미리설정된 최소 압력에 도달할 때까지 감소되고, 그 후에 압력은 후속의 단계 d)에서 재차 증가된다. 이 경우에 최대 압력은 바람직하게는 최소 압력을 적어도 80 bar 초과, 더 양호하게는 적어도 100 bar 초과한다.

본 발명에 따른 방법의 다른 변형예에 따르면, 단계 e)에서, 압력은 미리결정된 시간 기간 동안 감소되고, 그 후에 압력은 후속 단계 d)에서 재차 증가된다.

바람직하게, 단계 d) 및 e)는 2 Hz 내지 10 Hz의 범위의 사이클 시간(cycle time)으로 반복된다. 이러한 사이클 시간에 의해, 블레이드는 매우 짧은 시간 기간 이내에 탈거될 수 있다.

방법은 바람직하게는 적층된 회전자가 터보 기계의 하우징 내에 수용되어 있는 상태에서 수행되고, 이에 의해 블레이드를 탈거하기 위한 노력 및 시간이 상당히 감소된다.

서두에 언급된 목적을 성취하기 위해, 본 발명은 또한 특히 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 탈거 장치이며, 오일 탱크(oil tank)에 연결되는 전기유압 펌프, 절환가능한 밸브를 경유하여 펌프에 연결되는 유압 실린더, 유압 실린더가 펌프에 의해 압력을 받게되자마자 그 종축의 방향에서 피스톤 로드에 의해 이동되는 방식으로 유압 실린더의 피스톤 로드에 동작식으로 연결되는 탈거 램, 및 압력이 미리설정된 최대 압력에 도달하자마자 압력을 감소시키도록 밸브를 절환하는 방식으로, 그리고 압력이 미리설정된 최소 압력에 도달하자마자 또는 미리결정된 시간 기간이 경과하자마자 압력을 증가시키도록 밸브를 절환하는 방식으로 설계되는 펌프 제어기를 갖는, 탈거 장치에 관한 것이다.

유압 실린더는 바람직하게는 피스톤 로드가 그 내로 돌출하고 탈거 램이 그로부터 돌출하고 신장되고 재차 수축될 수 있는 하우징에 체결된다.

탈거 램(15)의 종축과, 탈거 램(15)이 그로부터 돌출하는 하우징 벽은 유리하게는 90°와는 상이한 각도를 형성한다. 달리 말하면, 탈거 램은 정확하게는 탈거될 블레이드가 유지되어 있는 회전축에 대한 블레이드 홈의 각도에 대응하는 방식으로, 하우징으로부터 경사져서 돌출한다.

유리하게는, 피스톤 로드의 직선형 이동을 탈거 램의 직선형 이동으로 변환하는 기구가 하우징 내에 배열되고, 피스톤 로드 및 탈거 램의 이동의 방향들은 상이하다. 이는 탈거 장치가 탈거 램의 이동 방향에서 매우 좁아질 수도 있어, 본 발명에 따른 탈거 장치가, 적층된 회전자의 2개의 휠 디스크 사이에 위치될 수 있는 점에서 장점을 갖는다.

기구는 바람직하게는, 피스톤 로드에 체결되고 제1 경사면을 형성하는 제1 본체와, 하우징 내에 고정적으로 체결되고 제2 경사면을 형성하는 제2 본체와, 탈거 램에 고정적으로 연결되거나 이를 형성하고 제3 경사면 및 제4 경사면을 형성하는 제3 본체를 포함하고, 제3 경사면은 제1 경사면에, 제4 경사면은 제2 경사면에 기대어 놓이고 안내된다. 이 방식으로, 매우 간단한 구성이 성취된다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탈거 장치의 이하의 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈거 장치의 개략도를 도시하고 있다.
도 2는 유압 실린더가 그 위에 배열되어 있고 탈거 램이 그로부터 돌출하는, 도 1에 도시된 하우징의 사시도를 도시하고 있다.
도 3은 더 양호한 도시를 제공하기 위해 하우징의 하우징 덮개(covering)가 도시되어 있지 않은, 도 2에 도시된 하우징의 다른 사시도를 도시하고 있다.
도 4는 휠 디스크 상의 블레이드를 탈거하기 위해 체결되어 있는 상태에서, 도 2 및 도 3에 표현된 하우징의 사시도를 도시하고 있다.
도 5는 도 4에 도시된 블레이드를 탈거하기 위한 도 1에 도시된 유압 펌프의 유압 실린더가 받게되는 압력의 개략 프로파일을 도시하는 그래프를 도시하고 있다.

도 1은 도 4 및 도 5를 참조하여 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 그 블레이드 루트(3)가 휠 디스크(5)의 세장형 수용홈(4) 내에 유지되어 있는, 블레이드(2)를 탈거하는 역할을 하는 본 발명의 실시예에 따른 탈거 장치(1)를 도시하고 있다. 탈거 장치(1)는 본 발명의 경우에 20 dm³의 탱크 체적을 갖는 오일 탱크(7)에 연결되는 전기유압 펌프(6)를 포함한다. 펌프(6)는 조정가능한 압력 제한 밸브를 갖는 700 bar의 최대 동작 압력, 0.55 l/min의 송출 체적(delivery volume), 0.75 kW의 모터 출력 및 230 V의 모터 전압을 갖고, 기본적으로, 유사한 특징값을 갖는 다른 적합한 펌프가 사용되는 것이 또한 가능하다. 펌프(6)는 신장, 유지 및 수축의 기능을 실현하는 절환가능한 밸브(8), 본 발명의 경우에 3/3-방향 전자기 밸브를 경유하여 유압 실린더(9)에 연결된다. 밸브(8)와 유압 실린더(9) 사이에는 유압 실린더(9)에 존재하는 압력을 감지하는 압력 측정 장치(10)가 배열되어 있다. 유압 실린더(9)는 그 피스톤 로드(13)가 하우징(12)의 내부 내로 돌출하는 방식으로 세장형의 실질적으로 직사각형으로 형성된 하우징(12)의 단부면(11)에 체결된다. 하우징(12)의 측면(14)으로부터 경사져서 돌출하는 탈거 램(15)이 하우징(12) 내에 배열된 기구(16)를 경유하여 피스톤 로드(13)에 연결된다. 기구(16)는, 피스톤 로드(13)에 체결되고, 제1 가이드(19)가 그 위에 형성되어 있는 제1 경사면(18)을 형성하는 제1 본체(17)를 포함한다. 더욱이, 기구(16)는, 하우징(12) 내에 고정적으로 체결되고 제2 경사면(21)을 형성하는 제2 본체(20)를 포함하고, 이 제2 경사면은 제1 본체(17)의 제1 경사면(18)에 관하여 수직으로 연장하고 제2 가이드(22)를 구비한다. 게다가, 기구(16)는 탈거 램(15)에 고정적으로 연결되거나 그와 일체로 형성되어 있는 제3 본체(23)를 포함한다. 제3 본체(23)는 제3 경사면(24) 및 제4 경사면(25)을 갖고, 제3 경사면(24)은 제1 경사면(18)에, 제4 경사면(25)은 제2 경사면(21)에 기대어 놓이고 각각의 가이드(19, 22)를 따라 안내된다. 더욱이, 탈거 장치(1)는 펌프 제어기(26)를 포함한다.

연계된 수용홈(4)으로부터 블레이드(2)를 탈거하기 위해, 탈거 장치(1) 또는 그 하우징(12)은 우선, 탈거 램(15)의 종축이 수용홈(4)과 일렬로 정렬되는 방식으로, 터보 기계 내에 배열된 적층된 회전자의 2개의 휠 디스크(5) 사이에 위치설정된다. 본 발명의 경우에, 하우징(12)과 휠 디스크(5) 사이에 남아 있는 간극을 충전하기 위해, 보상판(27)이 부가적으로, 탈거 장치(1)의 하우징(12)과, 블레이드(2)가 그로부터 탈거되지 않는 휠 디스크(5) 사이에 배치된다. 다른 단계에서, 최소 압력(p_min)과 최대 압력(p_max)이 펌프 제어기(26) 상에 설정된다. 본 발명의 경우에, 최소 압력(p_min)은 380 bar이고 최대 압력(p_max)은 500 bar이고, 기본적으로, 다른 압력값이 설정되게 하는 것이 또한 가능하다. 다른 단계에서, 펌프(6) 및 유압 실린더(9)가 밸브(8)의 대응 작동에 의해 서로 연결되어 있기 때문에, 탈거 램(15)은 신장되고 블레이드 루트(3)에 대해 증가하는 압력을 갖고 가압한다. 압력은 압력 측정 장치(10)가 최대 압력(p_max)을 감지할 때까지 더 증가된다. 이 상태에서 블레이드가 아직 탈거되지 않았으면, 펌프 제어기(26)는 재차 압력이 압력 측정 장치(10)에 의해 검출되는 미리설정된 최소 압력(p_min)에 도달될 때까지 대응적으로 밸브(8)를 절환하기 때문에, 압력은 재차 감소된다. 이후에, 압력은 도 5에 개략적으로 표현된 바와 같이 최대 압력(p_max)으로 재차 증가된다. 이 사이클은 블레이드 루트(3)가 휠 디스크(5)의 수용홈(4)으로부터 완전히 탈거될 때까지 2 Hz 내지 10 Hz의 범위에서 사이클 시간으로 반복된다. 이후에, 밸브(8)는 그 중간 위치로 이동된다.

블레이드(2)를 탈거하기 위해 요구된 유압 압력이 맥동 방식으로 제공되며, 블레이드 루트(3) 상에 탈거 램(15)에 의해 인가된 힘이 수용홈(4)의 연장 방향에서 작용하는 사실에 기인하여, 블레이드(2)와 휠 디스크(5) 사이의 연결의 파괴를 위해 단지 작은 힘만이 요구된다. 이는 스코어링 발생 없이, 휠 디스크 및 블레이드 루트의 냉간 용접된 구역이 양호하게 탈착되는 상당한 장점을 수반한다. 다른 장점은, 하우징(12)의 작은 크기에 기인하여, 방법이, 회전자가 적층된 상태에서 그리고 터보 기계 내에 회전자가 장착된 상태에서, 즉 현장에서(in situ) 수행될 수 있고, 이는 시간 및 비용의 상당한 절약을 수반한다는 것이다.

본 발명에 따른 탈거 방법의 변형예에 따르면, 압력은 또한 최대 압력(p_max)에 도달한 후에 밸브(8)에 의해 감소될 수 있고, 이어서 미리결정된 시간 기간(Δt)의 경과 후에, 즉 시간 의존적으로 그리고 최소 압력(p_min)에 의존하지 않고 재차 증가될 수 있다는 것이 지적되어야 한다.

본 발명이 바람직한 예시적인 실시예에 의해 상세히 더 구체적으로 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예에 의해 한정되는 것은 아니고, 다른 변형이 본 발명의 보호 범주로부터 벗어나지 않고 통상의 기술자에 의해 그로부터 유도될 수 있다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 탈거 장치(1)이며,
    오일 탱크(7)에 연결되는 전기유압 펌프(6), 절환가능한 밸브(8)를 경유하여 펌프(6)에 연결되는 유압 실린더(9), 유압 실린더(9)가 펌프(6)에 의해 압력을 받게되자마자 그 종축의 방향에서 피스톤 로드(13)에 의해 이동되는 방식으로 유압 실린더(9)의 피스톤 로드(13)에 동작식으로 연결되는 탈거 램(15), 및 압력이 미리설정된 최대 압력(p_max)에 도달하자마자 압력을 감소시키도록 밸브(8)를 절환하는 방식으로, 그리고 압력이 미리설정된 최소 압력(p_min)에 도달하자마자 또는 미리결정된 시간 기간(Δt)이 경과하자마자 압력을 증가시키도록 밸브(8)를 절환하는 방식으로 설계되는 펌프 제어기(26)를 갖고,
    유압 실린더(9)는 하우징(12)에 체결되고, 피스톤 로드(13)는 상기 하우징 내로 돌출하고 탈거 램(15)은 상기 하우징으로부터 돌출하고,
    탈거 램(15)의 종축과, 탈거 램(15)이 그로부터 돌출하는 하우징 벽은 90°와는 상이한 각도를 형성하고,
    피스톤 로드(13)의 직선형 이동을 탈거 램(15)의 직선형 이동으로 변환하는 기구(16)가 하우징(12) 내에 배열되고, 이들 이동의 방향은 상이한 것을 특징으로 하는 탈거 장치(1).
13. 제12항에 있어서,
    기구(16)는, 피스톤 로드(13)에 체결되고 제1 경사면(18)을 형성하는 제1 본체(17)와, 하우징(12) 내에 고정적으로 체결되고 제2 경사면(21)을 형성하는 제2 본체(20)와, 탈거 램(15)에 고정적으로 연결되거나 이를 형성하고 제3 경사면 및 제4 경사면(24, 25)을 형성하는 제3 본체(23)를 포함하고,
    제3 경사면(24)은 제1 경사면(18)에, 제4 경사면(25)은 제2 경사면(21)에 기대어 놓이고 안내되는 것을 특징으로 하는 탈거 장치(1).

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