KR102176571B1 - 가스터빈의 블레이드제조방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 가스터빈의 블레이드제조방법에 관한 것으로, 가스터빈의 터빈을 블레이드를 4개를 일체로 하여 모형제작단계;
모형에 주입구 및 탕구를 붙이는 주조방안단계;
모형표면을 세라믹으로 코팅하는 단계;
열을 가하여 왁스모형을 태워없애고 주형을 만드는 단계;
상기 주형내에 주물을 붓는 단계;
주물내의 주형을 제거후 제품을 꺼내는 단계;를 포함하는 것으로, 본발명은 가스터빈의 블레이드를 신속하고 용이하게 제작하고 제자된 제품은 내구성이 높고 치수정밀도가 높으며 품질이 뛰어나게 제작하는 현저한 효과가 있다.

Description

가스터빈의 블레이드제조방법{Gas turbine blade manufacturing method}

본발명은 가스터빈의 블레이드제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통상 6, 7단으로 축방향으로 다수개의 블레이드 조립체가 설치되어 회전하는 가스터빈의 3단째 터빈의 블레이드를 신속하고 용이하게 제작하고 제작된 제품은 내구성이 높고 치수정밀도가 높으며 품질이 뛰어나게 제작하는 가스터빈의 블레이드제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈은 압축기를 통해 공기를 압축하여 다양한 화석연료의 연소를 통해 압력과 온도가 높아진 가스가 터빈에 유입되면서 단열팽창 과정 하에서 팽창됨에 따라 유체에너지가 기계에너지로 바뀌게 되면서 전력을 생산하는 발전용 회전용 열기관이다.

발전용 가스터빈 고온부품이란 화력발전소에서 사용하는 가스터빈을 구성하는 각종 부품류를 가리킨다. 가스터빈을 구성하는 블레이드, 베인 등의 회전익, 고정익 부품은 고온·고압 환경에 노출돼 강한 내구성이 요구되는 부품이다.

가스터빈 고온부품인 3단째 터빈의 베인은 2~4년 주기로 정기적으로 교체가 요구되어지는 고가의 소모성 부품이다.

가스터빈은 연소가스를 작동매체로 사용하여, 범용 해석 도구 등을 사용한 설계 및 해석이 불가하고 따라서 다수의 실험에 의존하는 대규모 재원을 필요로 하는 고부가가치 기술이므로, 터빈블레이드 개발이 늘고 있다. 일례로서, 일례로서 등록특허공보 등록번호 특0185206호에는 디스크에 고정되는 부분인 도브 테일부(10)와, 이 도브 테일부(10)에 연결되어 그 측면에 일체로 돌출되어 설치된 단수 또는 복수의 돌기(11)를 구비한 섕크부(9)와, 이 섕크부(9)에 이어지는 블레이드(8)를 구비한 가스 터빈 블레이드에 있어서, 상기 가스 터빈은 Ni를 주성분으로 하며, 실질적으로 γ상(相) 중에 γ'상이 석출한 Ni기 합금으로 이루어지고, 상기 γ 상이 단결정 조직으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 블레이드가 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-0416013호에는 가스 터빈 엔진 통풍기 블레이드에 있어서, 전연, 후연 및 반경방향 외측 팁(tip)을 갖는 금속성 에어포일과; 상기 에어포일의 압력측면상에 형성된 제 1 레이저 충격 피닝 표면 및 상기 에어포일의 흡입측면상에 형성된 제 2 레이저 충격 피닝 표면으로서, 상기 전연의 일 부분을 따라 반경방향으로 그리고 상기 전연으로부터 익현방향으로 연장되는 상기 제 1 및 제 2 레이저 충격 피닝 표면과; 상기 레이저 충격 피닝 표면으로부터 상기 에어포일내로 연장된 레이저 충격 피닝(laser shock peening : LSP)에 의하여 부여된 깊은 잔류 압축 응력을 갖는 레이저 충격 영역으로서, 상기 부분은 상기 블레이드의 사전결정된 결절 라인과 상기 전연의 교점을 중심으로 중심설정된 상기 레이저 충격 영역을 포함하는 가스 터빈 엔진 통풍기 블레이드가 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 가스터빈의 블레이드를 제작에서 속도가 느리고 제조된 제품은 내구성이 떨어지며 치수정밀도가 낮으며 품질이 나빠 하자발생이 많은 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가스터빈의 블레이드를 신속하고 용이하게 제작하고 제자된 제품은 내구성이 높고 치수정밀도가 높으며 품질이 뛰어나게 제작하는 가스터빈의 블레이드 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 가스터빈의 블레이드제조방법에 관한 것으로, 가스터빈의 터빈을 블레이드를 4개를 일체로 하여 모형제작단계;

모형에 주입구 및 탕구를 붙이는 주조방안단계;

모형표면을 세라믹으로 코팅하는 단계;

열을 가하여 왁스모형을 태워없애고 주형을 만드는 단계;

상기 주형내에 주물을 붓는 단계;

주물내의 주형을 제거후 제품을 꺼내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 가스터빈의 블레이드를 신속하고 용이하게 제작하고 제자된 제품은 내구성이 높고 치수정밀도가 높으며 품질이 뛰어나게 제작하는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본발명의 가스터빈의 블레이드 제품 사시도,
도 2는 본발명의 모형과 주조방안 사시도
도 3은 본발명의 모형과 주조방안 내부도
도 4는 본발명의 모형외주면에 코팅하여 주형을 만든 사진
도 5는 본발명의 주형에 주물을 주입하는 사진,
도 6은 본발명의 제품 치수정밀성 가공을 위한 지그사진,
도 7은 본발명의 제품 치수검사사진
도 8은 본발명의 제품을 실장착 지그에 장착해보는 사진이다.
도 9는 도 8의 상세사진

본발명은 가스터빈의 블레이드제조방법에 관한 것으로, 가스터빈의 터빈을 블레이드를 4개를 일체로 하여 모형제작단계;

모형에 주입구 및 탕구를 붙이는 주조방안단계;

모형표면을 세라믹으로 코팅하는 단계;

열을 가하여 왁스모형을 태워없애고 주형을 만드는 단계;

상기 주형내에 주물을 붓는 단계;

주물내의 주형을 제거후 제품을 꺼내는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 가공 지그 및 기준면 가공단계;

VANE 부 건드릴 작업 (유로부 관통 가공 작업)단계;

OUTER SHROUD 조립 및 중요 부위 정삭 가공단계;

실장착 검증단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상하링은 단면이 레일형상으로 양측에 수직으로 전후방플랜지가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 모형에는 주물 주입구부위가 상부링 우측에 설치되고 베인에 대한 수직주입구부위 및 라이저부위가 상부링에 4개 하부링에 2개설치하는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본발명의 가스터빈의 블레이드 제품 사시도, 도 2는 본발명의 모형과 주조방안 사시도, 도 3은 본발명의 모형과 주조방안 내부도, 도 4는 본발명의 모형외주면에 코팅하여 주형을 만든 사진, 도 5는 본발명의 주형에 주물을 주입하는 사진, 도 6은 본발명의 제품 치수정밀성 가공을 위한 지그사진, 도 7은 본발명의 제품 치수검사사진, 도 8은 본발명의 제품을 실장착 지그에 장착해보는 사진, 도 9는 도 8의 상세사진이다.

본발명은 Siemenes-Westinghouse社 W501D5 가스터빈 3단 베인이며, 제품의 형태이다.

재질은 ECY-768 (Co-Base, Superalloy)이다.

크기는 약 350

130 mm이다.

본발명의 상하부 링 사이에 4개의 블레이드가 중심점에서 방사상으로 일정각도를 유지한 채 조립하여 터빈블레이드를 제작하되, 상기 블레이드는 수직단면이 원호단면이다.

본발명의 첫단계 정밀주조용 일체형 왁스금형 제작단계;는

왁스모형을 사출제작하는 단계;

vane wax 사출모형 제작은 다음과 같다.

사출 조건 확정

사출 압 및 가압 유지 시간 : 4~5 kg/m² 가압 유지 120 ~ 150초.

사출 온도 (wax 온도) : 80℃ ~ 90℃, 사출 후 최소 5분 이후에 취출.

금형 온도 : 20℃ ~ 25 ℃(반복 작업 시 충분히 냉각 후 재작업)

이후 다음단계를 거친다.

주조방안단계;

모형에는 주물 주입구부위가 상부링 우측에 설치되고 베인에 대한 수직주입구부위 및 라이저부위가 상부링에 4개 하부링에 2개설치한다.

이후 모형표면을 세라믹으로 코팅하는 단계;

열을 가하여 왁스모형을 태워없애고 주형을 만드는 단계;

상기 주형내에 주물을 붓는단계;를 더 거치는 것으로,

주물 적용 재질은 Hastelloy X - 내식 및 내화학성이 뛰어 나며, 가공/용접성이 우수함, 또한 X등급의 hastelloy는 22 Cr을 함유하는 합금강으로 고온응력부식, 균열에 대한 내성이 뛰어나며 산화 및 기압에 대한 저항력이 우수하여 엔진 배기, 터빈 블레이드 & 베인 등에 사용할 수 있다.

원재료(ECY-768 : Co-base alloy)의 주입 온도는 1650℃ ~ 1680℃이다.

주물내의 주형을 제거후 제품을 꺼내는 단계;를 포함한다.

본발명의 블레이드의 상기 상하링은 단면이 레일형상으로 양측에 수직으로 전후방플랜지가 각각 형성된다.

상기 상부링은 전후방플랜지 상면에 전방에서 후방으로 홈이 형성된다.

이후 가공 및 공정은 다음과 같다.

가공 지그 및 기준면 가공한다.

가공에 있어 첫 시작이 되는 가공 DATUME 작업으로 주조 측정 지그와 동일한 지그를 사용하여 기준면 가공을 진행 한다.

상-하면 및 OUT-INNER SHROUD, 측면부 정삭 가공한다.

앞 공정의 가공 기준면으로 상-하면 및 SHROUD 부위를 정삭 가공한다.

가공 완성된 시제품을 준비된 BLADE RING 조립 지그에 장착하여 조립성 및 각 부위의 정위치 확인한다.

VANE 부 건드릴 작업 (유로부 관통 가공 작업)

VANE을 관통하는 파이프 삽입 부 가공을 위해 건드릴 작업한다.

300mm 이상의 길이의 경우에는 구멍 작업한다.

면 SLOT 부 가공한다.

VANE 과 VANE간의 조립이 이루어 지는 측면 부분의 조립 SEAL 장착되는 SOLT 가공으로 각 부위의 각도가 제각각이며 난삭제이므로 가공을 정확하게 한다.

OUTER SHROUD 조립 및 중요 부위 정삭 가공

제품 최 외측의 장착 시 조립면 중요부 정삭가공 공정으로 대형터닝기(

3000이상)에서 작업이 가능하며 작업성을 위해 최소 2기 이상을 동시에 진행한다.

마지막으로 실장착하는 것으로,

조립성 확인을 위한 조립 지그 제작한다.

따라서 본발명은 가스터빈의 블레이드를 신속하고 용이하게 제작하고 제자된 제품은 내구성이 높고 치수정밀도가 높으며 품질이 뛰어나게 제작하는 현저한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 블레이드를 4개를 일체로 하여 가스터빈의 블레이드 모형을 제작하는 모형제작단계;
   모형에 주입구 및 탕구를 붙이는 주조방안단계;
   모형표면을 세라믹으로 코팅하는 단계;
   열을 가하여 왁스모형을 태워없애고 주형을 만드는 단계;
   상기 주형내에 주물을 붓는단계;
   주물내의 주형을 제거후 제품을 꺼내는 단계;를 포함하는 가스터빈의 블레이드 제조방법에 있어서,
   상기 가스터빈의 블레이드 재질은 코발트베이스 합금( Co-base alloy)이며, 크기는 130 ~ 350 mm이며, 상하부 링 사이에 4개의 블레이드가 중심점에서 방사상으로 일정각도를 유지한 채 조립하여 가스터빈의 블레이드를 제작하되, 상기 가스터빈의 블레이드는 수직단면이 원호단면이며, 블레이드의 상기 상하부링은 단면이 레일형상으로 양측에 수직으로 전후방플랜지가 각각 형성되고, 상기 상부링은 전후방플랜지 상면에 전방에서 후방으로 홈이 형성되는 것이며,
   첫단계인 모형제작단계;는 왁스모형을 사출제작하는 것으로,
   사출 압은 4~5 kg/m² 이고, 가압 유지 시간은 120 ~ 150초이며,
   사출 온도는 80℃ ~ 90℃이고, 사출 후 최소 5분 이후에 취출하며,
   왁스 모형 제작위한 사출금형 온도는 20℃ ~ 25 ℃로서, 반복작업시 충분히 금형을 냉각후 재작업을 하는 것이며,
   상기 주조방안단계;는 모형에 주물 주입구부위가 상부링 우측에 설치되고 블레이드에 대한 수직주입구부위 및 라이저부위가 상부링에 4개 하부링에 2개 설치되는 것이며.
   상기 주형내에 주물을 붓는 단계;는 원재료인 코발트베이스 합금( Co-base alloy)의 주입 온도가 1650℃ ~ 1680℃인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 블레이드 제조방법
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