KR102072551B1 - 로터 블레이드의 깃형 모서리를 가공하는 연삭 기계 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 피동 연삭 공구(5)를 갖는 연삭 유닛(4), 연삭될 로터 블레이드(3)를 장착하도록 설계된 공작물 장착 장치(6), 및 깃형 모서리(2)의 가공을 위해, 공작물 장착 장치(6)를, 그 위에 장착된 로터 블레이드(3)와 함께, 연삭 공구(5)에 대해 상대적으로 이동시키도록 구성된 공작물 구동 유닛(7)을 포함하는, 로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)를 가공하는 연삭 기계(1)에 관한 것이고, 여기서 공작물 구동 유닛(7)은 피벗 축(28)을 가지며, 공작물 장착 장치(6) 상에 장착되는 로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)가 피벗 축(28)을 중심으로 한 공작물 장착 장치(6)의 피벗 운동 중에 연삭 공구(5)와 맞닿게 되는 방식으로 공작물 장착 장치(6)가 피벗 축(28) 상에 유지된다. 게다가, 본 발명은, 특히 본 발명에 따른 연삭 기계(1)를 사용하여, 로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)를 가공하는 방법에 관한 것이다.

Description

로터 블레이드의 깃형 모서리를 가공하는 연삭 기계 및 방법

본 발명은, 피동 연삭 공구(driven grinding tool)를 갖는 연삭 유닛(grinding unit), 연삭될 로터 블레이드(rotor blade)를 장착하도록 구성된 공작물 장착 장치, 및 깃형 모서리(feathered edge)의 금속 제거 가공을 위해, 공작물 장착 장치를, 그 위에 장착된 로터 블레이드와 함께, 연삭 공구에 대해 상대적으로 이동시키도록 설계된 공작물 구동 유닛(workpiece drive unit)을 포함하는, 로터 블레이드의 깃형 모서리를 가공하는 연삭 기계에 관한 것이다. 본 발명은 게다가, 특히 이러한 연삭 기계를 사용하여, 로터 블레이드의 깃형 모서리를 가공하는 방법에 관한 것이다.

특히 가스 터빈에 사용되는 바와 같은, 로터 블레이드는, 작동 중에, 극한 조건에 노출되며, 이는 특히 산화에 의해 야기되는 고도의 마모를 수반한다. 그에 따라, 가스 터빈 정비의 과정에서, 마모된 로터 블레이드를 신제품 또는 수리된(reconditioned) 로터 블레이드로 정기적으로 교환할 필요가 있다. 새로 설치될 로터 블레이드는 각각의 건설 현장에서 기존의 가스 터빈에 맞춰 개별적으로 조정되어야만 한다. 이 경우에, 바람직하지 않은 간극 손실을 최소화하기 위해 가스 터빈의 작동 중에 가능한 한 작은 간극이 설정되는 방식으로 로터 블레이드의 깃형 모서리와 가스 터빈 케이싱(gas turbine casing) 사이의 거리를 설정하기 위해 깃형 모서리에서의 로터 블레이드의 길이가 감소된다.

로터 블레이드의 깃형 모서리를 단축시킬 때, 통상적으로 연삭 기계가 사용된다. 이들은 대체로 피동 연삭 공구를 갖는 고정된 연삭 유닛, 연삭될 로터 블레이드를 장착하도록 구성된 공작물 장착 장치, 및 깃형 모서리의 금속 제거 가공을 위해, 공작물 장착 장치를, 그 위에 장착된 로터 블레이드와 함께, 연삭 공구에 대해 상대적으로 이동시키도록 설계된 공작물 구동 유닛을 포함한다. 공작물 구동 유닛 및 이러한 연삭 기계들의 연관된 제어는 테이퍼진 단면(tapered section) 형태의 깃형 모서리의 복잡한 기하학적 형태를 생성할 수 있게 하는 데 필요한 원호 보간(circular interpolation)을 가능하게 하는 방식으로 설계된다.

이러한 선행 기술로부터 시작하여, 본 발명의 목적은 로터 블레이드의 깃형 모서리를 가공하기 위한 서론에서 언급된 유형의 대안의 연삭 기계 및 대안의 방법을 제공하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 공작물 구동 유닛이 피벗 축(pivot axis)을 갖고, 공작물 장착 장치 상에 장착되는 로터 블레이드의 깃형 모서리가 피벗 축을 중심으로 한 공작물 장착 장치의 피벗 회전 운동 중에 연삭 공구와 맞닿게(engagement) 되는 방식으로 공작물 장착 장치가 피벗 축 상에 유지되는 것을 특징으로 하는 서론에서 언급된 유형의 연삭 기계를 제공한다. 이러한 피벗 축 덕분에, 복잡한 CNC-제어 원호 보간없이 간단한 구조로 문제없는 방식으로 로터 블레이드들의 깃형 모서리들이 매우 다양한 테이퍼진 단면 형상들을 구비할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 연삭 기계는 로터 블레이드의 실제 설치 상황을 모방하며, 여기서 공작물 장착 장치는 휠 디스크(wheel disk)를 나타내고, 피벗 축은 휠 디스크 회전 축을 나타내며, 연삭 공구는 가스 터빈 케이싱을 나타낸다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 연삭 공구는 그의 길이방향 축을 중심으로 회전 구동되는 실질적으로 원통형으로 설계된 지석(grindstone)이다. 그렇지만, 바람직하게는, 제2 실시예에 따르면, 피동 연삭 벨트(driven grinding belt)가 연삭 공구로서 사용되고 접촉 롤러(contact roller) 상에서 그리고 또한 적어도 하나의 편향 롤러(deflection roller) 상에서 안내된다. 이러한 벨트 연삭기(belt grinder)는 연삭 벨트가 비교적 저렴하고 신속하고 문제없는 방식으로 교환될 수 있다는 취지에서 유리하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지석의 길이방향 축 또는 접촉 롤러의 길이방향 축은 적어도 길이방향-축 기본 위치에서 공작물 구동 유닛의 피벗 축에 평행하게 배치된다. 이러한 길이방향-축 기본 위치에서, 깃형 모서리는 축 방향에서 일정한 외경들을 갖게 제조될 수 있다.

유리하게도, 연삭 유닛이 길이방향-축 기본 위치와 관련하여 지석의 길이방향 축 또는 접촉 롤러의 길이방향 축을 조정하기 위해 피벗회전가능하게(pivotably) 장착되는 피벗팅 장치가 제공되고, 여기서 공작물 구동 유닛의 피벗 축과 피벗팅 유닛(pivoting unit)의 피벗 축은 바람직하게는 서로 수직으로(perpendicularly) 배치된다. 이러한 피벗팅 장치 덕분에, 축방향에서 원추형으로 설계된 외경을 갖는 깃형 모서리들이 또한 제조될 수 있다.

유리하게도, 수직으로(vertically) 연장되는 선형 안내부 - 이를 따라 연삭 유닛이 상하로 움직일 수 있음 - 가 제공된다. 따라서, 본 발명에 따른 연삭 기계의 이 실시예의 경우에, 이송 운동(feed movement)은 선형 안내부를 따라가는 연삭 유닛의 이동을 통해 실현된다.

흡인 유닛(suction unit)의 흡인 헤드(suction head)는 유리하게도 연삭 가공 중에 축적되는 연삭 분진(grinding dust)을 제거하기 위해 연삭 유닛의 영역 내에 배치된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 공작물 구동 유닛의 피벗 축은 고정된 방식으로 장착된다. 이러한 방식으로, 매우 간단한 구조가 달성된다.

연삭 유닛과 공작물 장착 장치가 배치되는, 외부에서 접근가능한 기계 부스(externally accessible machine booth)가 제공된다. 이러한 기계 부스는 한편으로는 작업자의 안전을 위한 역할을 한다. 다른 한편으로, 기계 부스는 축적되거나 흡인되지 않은 연삭 분진으로 인한 환경의 오염을 방지한다.

기계 부스는 유리하게도 공작물 구동 유닛이 배치되는 덮개판(cover plate)을 갖는다. 이러한 방식으로, 연삭 기계의 매우 간단하고 저렴하게 제조가능한 구조가 달성된다.

연삭 기계는 가스 터빈들에 대한 정비 작업(servicing operation)들이 수행되어야 하는 각각의 건설 현장으로 아무런 문제없이 운반될 수 있도록 전체로서 운송가능한 설계로 되어 있다. 따라서, 연삭 기계는 인양띠(lifting strap)를 체결시키는 역할을 하는 아이(eye) 등을 구비할 수 있다. 그에 부가하여 또는 대안적으로, 연삭 기계는 또한 지게차 스태커(forklift stacker)에 의해 아래쪽에서 파지될 수 있는 방식으로 설계된 하부판(bottom plate)을 가질 수도 있다.

서론에서 언급된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 또한, 특히 본 발명에 따른 연삭 기계를 사용하여, 로터 블레이드의 깃형 모서리를 가공하는 방법을 제공하며, 여기서 로터 블레이드의 깃형 모서리는 대상이 되는 피벗 축을 중심으로 한 로터 블레이드의 피벗 회전 운동(pivoting movement) 중에 연삭 공구와 맞닿게 된다.

본 발명에 따른 방법의 경우에, 깃형 모서리는 바람직하게는 깃형 모서리가 테이퍼진 단면의 형상을 획득하는 방식으로 피벗 회전 운동 중에 연삭 공구와 맞닿게 된다.

본 발명의 추가의 특징들 및 장점들은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 연삭 기계에 대한 이하의 설명에 기초하면 명백해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 기계의 사시도;
도 2는 도 1에 도시된 연삭 기계의 정면도;
도 3은 공작물 구동 유닛을 나타내는, 도 1에 도시된 연삭 기계의 상부 부분의 평면 사시도;
도 4는 도 1에 도시된 연삭 기계의 연삭 유닛 및 공작물 장착 장치의 확대도;
도 5는 피벗팅 장치 상에 배치된, 도 4에 도시된 연삭 유닛의 사시도.

도면들은, 로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)를 가공하는 역할을 하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 기계(1)를 도시하고 있다.

주요 구성요소들로서, 연삭 기계(1)는 피동 연삭 공구(5)를 갖는 연삭 유닛(4), 연삭될 로터 블레이드(3)를 장착하도록 구성된 공작물 장착 장치(6), 및 로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)의 금속 제거 가공을 위해, 공작물 장착 장치(6)를, 그 위에 장착된 로터 블레이드(3)와 함께, 연삭 공구(5)에 대해 상대적으로 이동시키도록 설계된 공작물 구동 유닛(7)을 포함한다.

연삭 유닛(4)은 벨트 연삭기로서 설계된다. 이는 접촉 롤러(8) 상에서 그리고 또한 2개의 편향 롤러들(9 및 10) 상에서 안내되고, 보다 상세히 도시되지 않은 구동부(drive)를 통해 공지된 방식으로 구동될 수 있는 연삭 벨트를 연삭 공구(5)로서 포함한다. 연삭 유닛(4)의 캐리지(carriage)(11)는, 연삭 유닛(4)이 피벗 축(15)을 중심으로 전체로서 피벗 회전될 수 있도록, 피벗팅 장치(14)의 서로 평행하게 배치되고 원형 세그먼트 형태로 형성된 안내 레일들(12 및 13) 상에 이동가능(movable) 및 잠금가능(lockable) 방식으로 장착된다. 그에 따라, 길이방향 축(16)이 수평으로 연장되는 길이방향-축 기본 위치로부터 시작하는, 접촉 롤러(8)의 길이방향 축(16)은 피벗 축(15)을 중심으로 한 피벗 회전 운동 중에 필요에 따라 조정될 수 있다. 피벗팅 장치(14)는 상하로 움직일 수 있고 임의의 위치들에 잠금될 수 있는 방식으로, 수직으로 연장되는 선형 안내부(17) 상에 유지된다. 이러한 방식으로, 연삭 유닛(4)은 임의의 피벗팅된 위치들로 상하로 이동될 수 있다. 보다 상세히 도시되지 않은 흡인 유닛의 흡인 헤드(18)가 접촉 롤러(8)의 영역에 배치되고, 여기서 흡인 헤드(18)의 폭은 실질적으로 연삭 공구(5)의 폭에 대응한다.

연삭 유닛(4), 피벗팅 장치(14), 및 선형 안내부(17)는 기계 부스(19) 내에 배치된다. 이것은 부스 바닥(booth floor)(20), 측벽들(21), 점검구(access door)(22), 덮개판(23) 그리고 또한, 덮개판(23)을 덮기 위해, 덮개판에 착탈가능하게 체결되는 부스 천장(booth roof)(24)을 포함한다. 공작물 장착 장치(6)는 기계 부스(19) 내부에서 연삭 유닛(4) 위쪽에 위치된다. 공작물 장착 장치(6)는 로터 블레이드(3)의 블레이드 루트(blade root)(26)를 장착 및 클램핑(clamping)하도록 설계된 클램핑 장치(clamping device)(25)를 포함한다. 클램핑 장치(25)는, 덮개판(23)의 개구부를 통해 연장되는 중간 부재(intermediate piece)(27)를 통해, 기계 부스(19)의 덮개판(23)의 외측 상에 배치 및 지지되는 공작물 구동 유닛(7)의 피벗 축(28)에 고정되어 연결된다. 공작물 구동 유닛(7)의 피벗 축(28)은, 그의 길이방향-축 기본 위치에 있을 때, 접촉 롤러(8)의 길이방향 축(16)에 평행하고 피벗팅 장치(14)의 피벗 축(15)에 수직으로 연장된다. 클램핑 장치(25)가, 그 위에 장착된 로터 블레이드(3)와 함께, 피벗 축(28)을 중심으로 피벗 회전하는 방식으로 연삭 유닛(4)의 접촉 롤러(8)에 대해 상대적으로 구동부(30)를 통해 전후로 움직일 수 있도록, 피벗 축(28)이 톱니 벨트(toothed belt)(29)를 통해 [마찬가지로 덮개판(23)의 외측 상에 체결되는] 구동부(30)에 연결된다.

연삭 기계(1)는 전체로서 운송가능한 설계이다. 이를 위해, 보다 상세히 도시되지 않은 아이(eye)들은 기계 부스(19)의 덮개판(23) 상에 나사결합(screw)될 수 있고, 연삭 기계(1)가 크레인을 사용하여 인양될 수 있도록 인양띠들을 체결시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 직사각형 단면을 갖는 금속 튜브들(31)이 부스 바닥(20) 상에 체결되고, 금속 튜브들의 크기 및 간격들은 지게차 스태커의 스태커 포크(stacker fork)가 이들 내로 삽입될 수 있는 방식으로 선택된다. 그에 따라, 연삭 기계(1)는 또한 지게차 스태커에 의해 픽업(picked up)되어 운송될 수 있다.

로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)를 가공하기 위해, 제1 단계에서 로터 블레이드(3)가 공작물 장착 장치(6)의 클램핑 장치(25)에 장착된다. 다음에, 연삭 유닛(4)의 접촉 롤러(8)의 원하는 조정은 연삭 유닛(4)이 피벗팅 장치(14)의 피벗 축(15)을 중심으로 피벗 회전되는 것에 의해 설정된다. 추가의 단계에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 클램핑 장치(25)는, 그 위에 유지된 로터 블레이드(3)와 함께, 수직 위치로부터 피벗 회전된다. 연삭 유닛(4)이 이어서 선형 안내부(17)를 따라 수직으로 이동되어, 이러한 방식으로 원하는 이송을 설정한다. 이제, 연삭 유닛(4)의 연삭 공구(5)가 구동되고, 이어서 클램핑 장치(19)는, 그 위에 유지된 로터 블레이드(3)와 함께, 구동부(30)를 사용하여 공작물 구동 유닛(7)의 피벗 축(28)을 중심으로 피벗 회전된다. 이러한 피벗 회전 운동 중에, 재료 제거가 일어나도록, 로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)가 연삭 공구(5) 상으로 안내된다. 이 물질 제거 중에, 깃형 모서리(2)는 테이퍼진 단면의 형상을 획득한다. 금속 제거 가공 중에 축적된 칩(chip)들은 흡인 헤드(18)를 통해 흡인된다.

본 발명이 바람직한 예시적인 실시예들에 의해 상세히 전체적으로 예시되고 기술되었지만, 본 발명이 개시된 예들에 의해 제한되지 않고, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 그로부터 다른 변형들이 도출될 수 있다. 따라서, 단지 하나의 예를 들자면, 연삭 벨트 대신에, 원통형으로 설계된 지석이 연삭 공구로서 사용될 수 있다.

Claims (12)

1. 로터 블레이드(rotor blade)(3)의 깃형 모서리(feathered edge)(2)를 가공하는 연삭 기계(1)로서,
   - 피동 연삭 공구(driven grinding tool)(5)를 갖는 연삭 유닛(grinding unit)(4),
   - 연삭될 로터 블레이드(3)를 장착하도록 구성된 공작물 장착 장치(workpiece mounting device)(6), 및
   - 상기 깃형 모서리(2)의 금속 제거 가공을 위해, 상기 공작물 장착 장치(6)를, 그 위에 장착된 로터 블레이드(3)와 함께, 상기 연삭 공구(5)에 대해 상대적으로 이동시키도록 설계된 공작물 구동 유닛(workpiece drive unit)(7)을 포함하는 연삭 기계에 있어서,
   상기 공작물 구동 유닛(7)은 피벗 축(28)을 가지며, 상기 공작물 장착 장치(6) 상에 장착되는 로터 블레이드(3)의 상기 깃형 모서리(2)가 상기 피벗 축(28)을 중심으로 한 상기 공작물 장착 장치(6)의 피벗 회전 운동 중에 상기 연삭 공구(5)와 맞닿게 되는 방식으로 상기 공작물 장착 장치(6)가 상기 피벗 축(28) 상에 유지되고,
   상기 연삭 유닛(4)이 길이방향-축 기본 위치와 관련하여 상기 연삭 공구(5)의 길이방향 축(16)을 조정하기 위해 피벗회전가능하게(pivotably) 장착되는 피벗팅 장치(14)가 제공되는 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
2. 제1항에 있어서,
   상기 연삭 공구(5)는 실질적으로 원통형으로 설계된 지석(grindstone)이거나, 접촉 롤러(contact roller)(8) 그리고 또한 적어도 하나의 편향 롤러(deflection roller)(9, 10) 상에서 안내되는 피동 연삭 벨트(driven grinding belt)인 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
3. 제2항에 있어서,
   상기 지석의 길이방향 축 또는 상기 접촉 롤러(8)의 길이방향 축(16)은 적어도 길이방향-축 기본 위치(longitudinal-axis basic position)에서 상기 공작물 구동 유닛(7)의 상기 피벗 축(28)에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 공작물 구동 유닛(7)의 상기 피벗 축(28)과 상기 피벗팅 장치(14)의 상기 피벗 축(15)은 서로 수직으로(perpendicularly) 배치되는 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   수직으로(vertically) 연장되는 선형 안내부(17)가 제공되고, 상기 선형 안내부(17)를 따라 상기 연삭 유닛(4)이 상하로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   흡인 유닛(suction unit)의 흡인 헤드(suction head)(18)가 상기 연삭 유닛(4)의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공작물 구동 유닛(7)의 상기 피벗 축(28)은 고정된 방식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연삭 유닛(4)과 상기 공작물 장착 장치(6)가 배치되는, 외부에서 접근가능한 기계 부스(externally accessible machine booth)(19)가 제공되는 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
9. 제8항에 있어서,
   상기 기계 부스(19)는 상기 공작물 구동 유닛(7)이 배치되는 덮개판(23)을 갖는 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연삭 기계(1)는 전체로서 운송가능한 설계인 것을 특징으로 하는 연삭 기계(1).
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 청구된 연삭 기계(1)의 사용 하에,
    로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)를 가공하는 방법이며,
    로터 블레이드(3)의 깃형 모서리(2)는 대상이 되는 피벗 축(28)을 중심으로 한 상기 로터 블레이드(3)의 피벗 회전 운동 중에 연삭 공구(5)와 접촉하게 되는, 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 깃형 모서리(2)는 상기 깃형 모서리(2)가 테이퍼진 단면의 형상을 획득하는 방식으로 상기 피벗 회전 운동 중에 상기 연삭 공구(5)와 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.

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