KR102183683B1 - 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

생산성과 경제성이 개선되도록, 잉곳을 용융하여 용탕을 제조하는 제1단계; 금형장치 내부의 수용공간에 용탕이 제공되는 제2단계; 상기 용탕이 경화되어 기설정된 온도 상태의 모재가 형성되는 제3단계; 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부가 형성된 하부금형과 곡면형 천장부가 형성된 상부금형 사이에 배치되는 상기 모재를 가압프레스하여 용탕단조 성형하는 제4단계; 및 상기 모재를 인출하여 열처리 및 절삭가공하여 터빈의 내부에 원형으로 조립되는 터빈용 실링 세그먼트를 형성하는 제5단계를 포함하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법을 제공한다.

Description

터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치{method for manufacturing sealing segment of turbine and apparatus for manufacturing thereof}

본 발명은 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생산성과 경제성이 개선된 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 터빈은 물·가스·증기 등의 유체가 가지는 에너지를 유용한 기계적 일로 변환시키는 기계를 말한다. 즉, 회전체의 원주에 여러 개의 깃 또는 날개를 심고 거기에 증기 또는 가스를 내뿜어 고속회전시키는 터보형의 기계를 터빈이라고 한다.

이러한 터빈은 고온 고압의 증기를 에너지로 바꾸는 발전기의 핵심 장치로서, 발전기의 에너지 손실을 최소화하고 발전 효율을 극대화시키기 위하여 터빈의 성능이 중요하게 작용한다.

이와 같은 터빈의 성능을 좌우하는 핵심부품 중에는 가스와 스팀의 누설을 방지함으로써 발전기의 에너지 생산효율을 최대한 상승시키며 로터의 진동방지에 중요한 실링 역할을 하는 터빈용 실링 부품 등이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법의 문제점을 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 종래의 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 터빈용 실링 모재는 외경 내지 내경에 굴곡부를 갖도록 제조된다. 이를 위해 종래에는 중간재인 직선형 모재(10a)를 가열하여 연화시키고, 프레스 가공 및 단조가공을 통해 상기 직선형 모재(10a)를 원형 모재(10b)로 밴딩하여 양단부(11)를 용접한 후에 원주방향을 따라 설정된 간격으로 절단하여 실링 세그먼트 모재(12)를 인출하는 방식이 적용되었다.

하지만, 이러한 방식은 상기 직선형 모재(10a)를 밴딩하고 양단부(11)를 용접을 통해 고정시켜야 하므로 그 제작 과정이 매우 복잡하여 많은 생산시간 및 비용이 소요되고, 초기 직선형 모재(10a)의 금속재질의 단면상 균일도가 조악한 경우 제품의 불량 발생의 우려가 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 용접하는 과정에서의 열변형으로 인하여 상기 직선형 모재(10a)가 손상되거나 상기 원형 모재(10b)가 완전한 원형을 유지하지 못하는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해서 기본적으로 변형 제거를 위한 별도의 열처리가 요구되어 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

도 2에서 보는 바와 같이, 이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 잉곳(30)을 용융시켜 용탕(40)을 제조하고 동력부에 의해 수평으로 회전하는 회전판 상부에 링 형상 금형을 설치하고, 그 내부공간에 원심주조를 위해 회전되는 주입장치(60)를 설치하는 원심주조 방식이 개시되어 있다.

이때, 상기 주입장치(60)를 통해 상기 용탕(40)을 주입하여 회전을 통해 발생되는 원심력에 의해 링 형상의 모재(50)를 제조하고 절삭가공을 통해 모재(70a)를 절삭하고 터빈용 실링 모재(70c)를 제조하였다.

그러나, 원심주조법의 특성상 링 형상으로 제조된 상기 모재(70a)에서 실질적으로 치밀한 금속조직은 외곽 부위에 집중되고, 상기 모재의 내측(70b)의 금속조직은 상기 용탕(40)이 주입되며 산소와 확산접합되어 산화현상이 발생되므로 상기 용탕(40) 내부에 불순물이 형성되어 상기 모재(70a)의 최대 50%에 해당되는 상기 모재의 내측(70b)을 절삭가공했다. 이후 원형 모재(70a)를 원주방향을 따라 설정된 각도 단위로 절단하여야 하였다.

따라서, 상기 모재의 내측(70b) 부분이 다량 절삭됨에 따라 총 주입되는 상기 용탕(40)에 대한 제품 중량이 감소되어 소재의 손실이 증가되므로, 상기 터빈용 실링 세그먼트를 제조하기 위한 상기 용탕(40)의 총 주입량이 증가되어 제조비용이 상승되는 문제점이 있었다.

또한, 다양한 사이즈를 갖는 여러 종류로 이루어진 상기 터빈용 실링 세그먼트은 로터를 보호하기 위해 마모되는 소모품으로서 주로 소량으로 공급되는데, 이러한 원심주조법을 이용하게 되면 일일이 원심주조를 위한 금형을 제작해야 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

더욱이, 금형을 제작하기 위해서는 기본적인 금형의 몸체형태를 철강재로 제작한 몰드베이스가 구비되어야 하는데, 몰드베이스를 제작하는 것은 철판 절단 및 가공에 있어서 다수의 기계설비 및 인력이 필요하며, 철판원자재 및 부품부자재의 소량 구입으로 자재구매 단가가 높아지며, 몰드베이스의 대량생산이 아닌 이상 생산성이 낮아지고 전체적인 금형제작 기간이 길어짐으로써 터빈용 실링 세그먼트 제작의 전반에 걸쳐 생산기간이 증가되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제 10-1140296호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 생산성과 경제성이 개선된 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 원형 터빈용 실링으로 조립하기 위한 분할된 원호형 세그먼트를 제조하기 위하여, 잉곳을 용융하여 용탕을 제조하는 제1단계; 금형장치 내부의 수용공간에 용탕이 제공되는 제2단계; 상기 용탕이 경화되어 기설정된 온도 상태의 모재가 형성되는 제3단계; 조립시 원형을 이루는 터빈용 실링 부품의 기설정된 각도로 분할된 원호형 프로파일을 따라 형성된 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부가 형성된 하부금형과 곡면형 천장부가 형성된 상부금형 사이에 배치되는 상기 모재를 가압프레스하여 용탕단조 성형하는 제4단계; 및 상기 모재를 인출하여 열처리 및 절삭가공하여 터빈의 내부에 원형으로 조립되는 터빈용 실링 세그먼트를 형성하는 제5단계를 포함하되, 상기 금형장치는 상기 터빈용 실링 세그먼트의 세그먼트 단위 길이에 대응되어 형성된 상기 상부금형 및 상기 하부금형을 포함하며, 상기 상부금형에 형성된 상기 곡면형 바닥부 및 상기 하부금형에 형성된 상기 곡면형 천장부는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되고, 상기 제4단계에서 상기 상부금형의 상부에 구비된 가압프레스부에 의해 상기 상부금형이 가압되어 상기 모재가 용탕단조 성형됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법을 제공한다.

더욱이, 본 발명은 원형 터빈용 실링으로 조립하기 위한 분할된 원호형 세그먼트를 제조하기 위하여, 원형으로 조립되어 터빈용 실링이 제조되도록 기설정된 각도로 분할된 원호형 프로파일을 따라 형성된 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부와, 상기 곡면형 바닥부의 테두리를 따라 외부와 구획하도록 상향 돌설된 측벽부가 구비되어 내부에 수용공간이 형성된 하부금형; 하면부에 상기 곡면형 바닥부에 대향되어 커버하되 상기 곡면형 바닥부와 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되는 곡면형 천장부가 구비된 상부금형; 및 상기 상부금형의 상부에 구비되는 용탕단조 성형을 위한 가압프레스부를 포함하되, 상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 상측으로 볼록하게 형성되되, 상기 곡면형 바닥부의 회전반경은 상기 곡면형 천장부의 회전반경보다 상기 수용공간의 상하높이만큼 작게 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치를 제공한다.
그리고, 상기 곡면형 천장부의 최상단 중앙부에는 전광후협의 단면으로 압탕부가 상부금형 방향으로 함몰 형성되며, 상기 곡면형 바닥부에는 투스부에 대응되는 투스형성홈부가 형성됨이 바람직하다.

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상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 종래에 원형으로 제조하여 복수개로 절삭한 제조방법과 달리, 본 발명은 상기 금형 내부의 수용공간이 상기 터빈용 실링 세그먼트의 분할된 원호형 세그먼트별 프로파일을 따라 형성되므로 상기 모재의 개별제작이 가능함에 따라 다품종 소량생산이 가능하여 재고발생을 최소화함으로써 경제성이 현저히 향상될 수 있다.

둘째, 상기 금형 내부의 수용공간이 상기 터빈용 실링 세그먼트의 대응되는 원호형 외주형상에 대응 형성되므로 상기 모재의 절삭영역이 감소됨에 따라 상기 용탕의 총 주입량이 감소되어 재료의 회수율 및 경제성이 현저히 향상될 수 있다.

셋째, 상기 가압프레스부를 통하여 상기 터빈용 실링 세그먼트의 형태로 상기 모재를 가압한 상태에서 용탕단조로 응고시키므로 제품의 기공율을 현저히 감소시켜 응고조직을 균일하게 함으로써 주조 결함의 발생이 최소화되어 상기 모재의 생산성이 더욱 향상될 수 있다.

넷째, 용탕의 경화과정에서 조직이 치밀하게 형성되는 상기 주물의 하부측에 배치된 상기 곡면형 바닥부에 함몰된 투스형성홈부를 따라 성형된 상기 모재의 내주부에 구비되는 투스 대응형상의 품질이 향상될 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법의 제1변형예를 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트가 터빈에 장착된 상태를 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치를 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치를 나타낸 단면도이며, 도 3b는 상기 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치의 측단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치를 나타낸 정면도이다.

도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이, 상기 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치는 상부금형(210), 하부금형(220), 가압프레스부(240), 이형장치(230)를 포함하여 구비된다. 이때, 상기 상부금형(210) 및 상기 하부금형(220)을 금형장치라고 한다.

여기서, 상기 하부금형(220)은 조직이 치밀하고 고강도 및 고경도의 특성을 가지되 내열 및 내산화성의 특징을 가지는 재료로 구비됨이 바람직하며 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부(221)와, 상기 곡면형 바닥부(221)의 테두리를 따라 외부와 구획하도록 상향 돌설된 측벽부(222)와 상기 측벽부(222) 내부에 형성된 수용공간(223)으로 구비된다. 이때, 상기 하부금형(220)에는 상기 곡면형 바닥부(221)을 따라 함몰된 투스형성홈부(224)가 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 수용공간(223)은 내부에 용탕을 수용하되, 용탕이 응고되어 생성된 모재의 형상과 대응되어 형성됨이 바람직하다. 그리고, 상기 하부금형(220)의 내주에는 모재의 세그먼트 단위 길이에 대응되는 상기 곡면형 바닥부(221)가 형성된다. 상세히, 상기 곡면형 바닥부(221)는 하측으로 볼록하게 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 상측으로 볼록하게 형성되는 것을 예로써 도시 및 설명한다.

한편, 상기 하부금형(220)의 상부에는 상기 측벽부(222)의 내주와 형합되는 테두리를 갖는 상부금형(210)이 구비된다. 이때, 상기 상부금형(210)의 하면부에는 상기 곡면형 바닥부(221)에 대향되어 커버하되 상기 수용공간을 사이에 두고 상기 곡면형 바닥부(221)와 이격배치되는 곡면형 천장부(211)가 구비된다. 그리고, 상기 곡면형 천장부(211)의 최상단 중앙부에는 하측으로 갈수록 넓어지는 전광후협의 단면으로 압탕부(212)가 상부금형 방향으로 수직 함몰 형성된다.

상세히, 상기 곡면형 바닥부(221) 및 상기 곡면형 천장부(211)는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되되, 상기 곡면형 바닥부(221)의 회전반경(b)은 상기 곡면형 천장부(211)의 회전반경(a)보다 상기 수용공간(223)의 상하높이 만큼 작게 형성됨이 바람직하다.

따라서, 상기 상부금형(210) 및 상기 하부금형(220) 내부의 상기 수용공간(223)이 상기 터빈용 실링 세그먼트의 분할된 원호형 세그먼트별 프로파일을 따라 형성되므로 상기 모재의 개별제작이 가능함에 따라 다품종 소량생산이 가능하여 재고발생이 최소화될 수 있다.

그리고, 상기 상부금형(210)의 상부에는 상기 상부금형(210)의 착탈 및 용탕단조용 가압을 위해 연결되는 가압프레스부(240)가 구비된다. 여기서, 용탕단조(鎔湯鍛造, liquid metal forging)는 금형 속에 용융 또는 반용융 상태의 금속을 넣고 고압축력을 가하여 응고시켜 구하고자 하는 형상을 얻는 가압 응고법으로서, 블로홀(blowhole)이나 싱크 등이 없고, 조직이 미세화된 정밀도 높은 제품을 재료의 낭비없이 효율적으로 만들 수 있다.

이때, 상기 가압프레스부(240)는 상기 상부금형(210)을 승강시켜 모재가 인출되는 장치로 구비됨이 바람직하다. 따라서, 상기 모재가 터빈용 실링 세그먼트로 가공되어 터빈으로 장착될 수 있다.

또한, 상기 가압프레스부(240)는 상기 상부금형(210)의 상부에 연결되는 가압부재(241)와, 상기 가압부재(241)의 상부에 연결되어 상기 상부금형(210)을 상하방향으로 승강시켜 상기 모재를 가압하는 실린더(242)를 포함하여 구비될 수 있다.

이때, 상기 가압프레스부(240)는 상기 실린더(242)와 상기 가압부재(241)의 구성에 국한되지 않고 유압프레스나 공압프레스 등으로 구비되어 제품을 가압하는 다양한 구성이 추가로 형성될 수 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 상기 터빈용 실링 세그먼트를 제조하기 위해서는 먼저 잉곳을 용융하여 상기 용탕(200)을 제조한다(s10). 이때, 잉곳은 철, 니켈, 황동, 동 등의 합금 재질로 이루어지되 로터를 포함하는 터빈용 회전부속품보다 낮은 경도 특성을 갖는 재질로 구비됨이 바람직하다.

즉, 상기 잉곳의 경도 특성이 낮음으로 인하여 최종적으로 생산되는 터빈용 실링 세그먼트는 터빈의 로터 등과 같은 회전체와 기타 고정체의 사이에 실링으로 기능함에 있어서 회전체보다 경도가 낮아 회전체의 회전에 따른 접촉으로 인해 회전체의 파손을 방지하며 자신이 마모되어 교체되는 것이 터빈기기의 유지비용 측면에서 유리하기 때문이다.

다음으로, 상기 하부금형(220)과 상기 상부금형(210) 사이의 상기 수용공간(223)에 상기 용탕(200)이 제공된다(s20). 이때, 상기 하부금형(220) 내부에 형성된 상기 수용공간(223)은 소정온도 이하로 유지되되, 상부에는 상기 실링 세그먼트의 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 천장부(221)가 형성되어 소정위치에 고정 지지된다.

그리고, 상기 용탕(200)을 공기에 노출시키지 않으면서 상기 수용공간(223) 내에 공급한다. 이어서 상기 수용공간(223)에서 중력방향으로 상기 용탕(200)이 이동되어 상기 곡면형 바닥부(211)과 대응되게 형성된다.

이때, 상기 용탕(200)의 주입속도가 느리면 탕경 및 기공 등의 주조결함이 발생되고, 너무 빨리 주입할 경우 와류가 발생하여 내부에 산화물 또는 개재물이 혼입되는 문제 등이 발생될 수 있으므로 주입되는 유량을 조절함이 바람직하다.

이후, 상기 가압프레스부(240)를 이용하여 상기 상부금형(220)에 하측 방향으로 소정의 힘을 가하면서 정해진 위치까지 용탕가압하여 상기 곡면형 천장부(211)에 대응된 상기 용탕(200)의 상면부 프로파일이 형성되되, 하면부의 프로파일은 상기 곡면형 바닥부(221)에 대응 형성되고 측면부의 프로파일은 상기 측벽부(222)와 대응 형성된다.

따라서, 가압된 상기 상부금형(210)과 상기 하부금형(220)은 고정되므로 상기 용탕(200)은 터빈용 실링 세그먼트의 형상으로 고정될 수 있다.

그리고, 가열된 상태의 상기 용탕(200)과 소정의 온도 이하로 유지되고 있는 상기 상부금형(210)과 상기 하부금형(220)이 접촉하여 상호 열전달되므로 상기 용탕(200)이 냉각되어 경화될 수 있다(s30).

여기서, 상기 용탕(200)을 급냉시키는 급냉각단계가 포함될 수 있다. 상세히, 사전에 충분한 물 등의 냉각매체가 상기 상부금형 및 상기 하부금형에 구비된 냉각구멍 내부로 주입되면 상기 상부금형 및 상기 하부금형이 소정온도 이하로 하강되므로 상기 용탕(200)의 냉각이 촉진되어 급냉각될 수 있다.

또한, 냉각구멍에 주입되는 냉각매체를 난류화시키면, 냉각기능이 향상될 수 있다. 또한, 냉각구멍의 내면 거칠기를 거칠게 하는 등 접촉면적을 크게 하는 것으로 유체 점성계수를 높여 냉각기능이 향상될 수 있다.

다음으로, 상기 상부금형(210)을 상기 하부금형(220)으로부터 분리하고 상기 모재(201)를 인출한다(s40). 이때, 상기 상부금형(210)의 상부에 구비된 상기 실린더(242)가 상기 상부금형(210)을 상승시켜 상부 하부금형(220)과의 금형 체결을 분리시킬 수 있다. 또한, 상기 하부금형의 하단에는 주조가 완료될시 모재를 상기 하부금형과 이형시킬 수 있는 이형장치가 관통되도록 연통부가 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 모재(201)의 내부에 잔류한 응력 제거를 위해 열처리 과정이 포함될 수 있다. 상세히, 열처리 과정에서의 상기 모재(201)의 가열온도는 상기 모재(201)를 이루는 주요성분들의 재결정 온도를 전반적으로 고려했을 때 850℃ ~ 1110℃ 이내가 적합하며, 이때 상기 온도까지 상기 모재(201)를 가열하는 데 요구되는 온도 상승률은 200℃/h를 넘지 않도록 함이 바람직하다.

그리고, 위와 같은 온도까지 가열된 상태에서는 상기 모재(201)의 직경이 1인치당 30분 내외로 상기 가열된 온도를 유지시키는 것이 좋고, 그런 다음 100℃에 이르기까지 에어 팬을 통해 상기 모재(201)를 급냉시킨다. 경우에 따라서는 1차 이상의 2차, 3차 열처리가 요구되는 데, 이 경우 1시간에 110℃를 넘지 않는 온도 상승율을 유지시킨 채 640℃ ~ 740℃까지 재가열한 뒤, 에어 팬 또는 수냉을 통해 100℃에 이르기까지 급냉시키는 과정을 반복하는 것이 바람직하다.

이후, 열처리과정을 거치며 내열 및 내구성이 확보된 상기 모재(201)를 인출하여 최종 절삭가공하여 본 발명에 적용된 터빈의 내부에 원형으로 조립되는 터빈용 실링 세그먼트가 형성된다. 여기서, 절삭가공과정으로는 열처리된 모재의 내·외주면을 포함하여 표면을 절삭가공하는 단계와, 표면이 절삭가공된 부채꼴 형상의 소재를 3차원으로 절삭가공하고 실링 세그먼트의 형상을 가공하는 정밀가공단계가 포함될 수 있다.

이때, 상기 표면 절삭단계에서는 외경 내지 내경 절삭에 적합한 선반을 이용하여 상기 모재(201)에 표면 내지는 내면에 대한 절삭을 수행하며, 상기 정밀가공단계에서는 스텝 회전가능한 회전다이 상에 상기 모재(201)를 위치시켜 적어도 4축 자유도를 가진 절삭 공구를 이용해 실링 세그먼트의 형상을 절삭 가공함이 바람직하다.

또한, 정밀가공단계는 내주면과 외주면 사이에 다이아프램의 날개 부위가 형성되는 단계와, 터빈용 실링 투스를 정밀가공 하는 단계가 포함됨이 바람직하다.

한편, 도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법의 제1변형예를 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 일실시예의 제1변형예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법은 상기 상부금형(210)과 상기 하부금형(220)의 조립단계와 상기 용탕이 상기 수용공간으로 제공되는 단계의 상호 순서를 제외한 기본적인 구성이 상술된 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략된다.

한편, 도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법의 제1변형예를 나타낸 흐름도이다.

본 발명의 일실시예의 제1변형예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법은 상기 모재(401b)의 열처리 및 절삭가공 과정이 상술된 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략된다.

도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 제1변형예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법은 상기 모재(401a)를 가열하여 연화시켜 반 용융상태로 만든 뒤 용탕단조하는 단계가 포함된다(s210). 이를 통해, 재료의 낭비를 최소화함과 동시에 치수 및 세밀한 형상에 대응되는 세그먼트 단위의 모재 형성이 가능하다.

다음으로, 연화된 모재(401b)가 상부 밴딩금형(410)과 하부 밴딩금형(420) 사이에 제공되는 단계가 포함된다(s220). 상세히, 상기 실링 세그먼트의 세그먼트 단위 길이에 대응되어 형성된 상기 하부 밴딩금형(420)을 소정위치에 고정 지지한다. 이때, 상기 하부 밴딩금형(420) 내부에 형성된 수용공간은 소정온도 이하로 유지되고 있다.

그리고, 상기 가압프레스부(440)을 이용하여 상기 상부 밴딩금형(410)을 하측방향으로 소정의 힘을 가하면서 정해진 위치까지 가압하여 상기 하부 밴딩금형(420)과 금형 체결시킨다(s220).

이때, 상기 가압프레스부(440)는 상기 상부 밴딩금형(410)의 상부에 연결되는 가압부재(441)와, 상기 가압부재(441)의 상부에 연결되어 상기 상부 밴딩금형(420)을 상하방향으로 승강시켜 상기 연화된 모재(401b)를 가압하는 실린더(442)를 포함하여 구비됨이 바람직하다.

이후, 상기 실린더(442)를 통해 상기 상부 밴딩금형(410)을 상측방향으로 승강시켜 상기 하부 밴딩금형(420)과의 금형체결이 분리될 수 있다. 그리고, 터빈용 실링 세그먼트의 형상으로 경화된 상기 모재(401b)를 인출한다(s230).

따라서, 상기 가압프레스부(440)를 통하여 상기 터빈용 실링 세그먼트의 형태로 상기 모재(401a)를 가압한 상태에서 응고시키므로 제품의 기공율을 현저히 감소시켜 응고조직을 균일하게 함으로써 주조 결함의 발생이 최소화될 수 있다. 다음으로, 전술된 열처리 및 절삭가공 과정을 통해 상기 터빈용 실링 세그먼트가 형성된다.

한편, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트가 터빈에 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 6에서 보는 바와 같이, 터빈 내부로 유입된 유체는 장착부(501)과 상기 장착부(501) 내부에 고정된 다이어프램, 터빈용 실링 세그먼트 등을 통과하여 터빈 회전부(502)의 블레이드를 회전시킨다. 그리고, 유체는 다시 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)의 안내에 따라 다음 블레이드를 회전시키는 단계를 거치며 외부로 배출되게 되며, 상기 터빈 회전부(502)의 회전력이 발전장치로 전달되어 회전력을 전기에너지로 변환하는 발전과정이 수행된다.

여기서, 상기 터빈 회전부(502)는 터빈의 내부로 유입된 증기 등의 유체에 의해 회전되는 부분으로, 외부 발전장치와 연결되어 회전력을 전달하는 축인 회전체와, 상기 회전체의 외주에 구비되어 회전력을 형성하는 블레이드를 포함하는 개념으로 이해함이 바람직하다.

그리고, 상기 장착부(501)는 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)가 장착되는 공간으로 이해함이 바람직하다. 이때, 상기 장착부(501)의 내주면은 다이어프램 및 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b) 등에서 상기 블레이드 또는 상기 터빈 회전부(502)와 대향되는 반경방향 내측단면을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.

여기서, 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)는 링 형상으로 결합되어 상기 장착부(501) 내주의 회전반경(d) 및 상기 터빈 회전부 외주면(503)의 회전반경(c) 사이의 환형 공간을 커버하도록 배치된다. 그리고, 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)는 상기 환형 공간의 축방향 길이와 면적, 유체 압력 등에 따라 복수개로 구비되어 축방향으로 다단으로 배열될 수 있다.

이때, 유체의 흐름을 실링한다는 말은 회전체의 회전이 원활하게 이루어지도록 회전체의 블레이드를 기준으로 유체의 진입방향측 고압영역과 유체의 진출방향측 저압영역을 구획하며, 고압영역의 유체의 압력을 감소시킨 후 저압영역으로 유동시킨다는 의미로 이해함이 바람직하다.

따라서, 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b) 및 상기 장착부(501)는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b) 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되되, 상기 터빈 회전부 외주면(503)의 회전반경(c) 및 외주 회전반경(e)의 사이에 배치됨이 바람직하다.

또한, 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)의 내주는 상기 터빈 회전부 외주면(503)의 회전반경(c)보다 외측에 구비되어 상기 터빈 회전부(502)의 회전시 접촉되지 않게 구비됨이 바람직하나, 경우에 따라 접촉되어 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)가 마모될 수도 있다.

이때, 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)의 장착 위치는 한정되는 것이 아니고, 회전하는 상기 터빈 회전부(502)와 고정된 상기 장착부(501) 사이의 필요한 모든 장소에 장착될 수 있는 것으로 이해함이 바람직하다.

그리고, 절삭가공 전의 곡률형 모재(100a)는 상기 곡면형 천장부(211)와 상기 곡면형 바닥부(221)에 의해 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)의 형상에 대응되되 소정의 여유영역을 두고 형성되므로 열처리 및 가공이 가능하다.

또한, 상기 곡률형 모재(100a)의 외주가 소량 절삭됨에 따라 총 주입되는 상기 용탕에 대한 제품 중량이 증가되므로 소재의 손실이 감소되고, 상기 터빈용 실링 세그먼트(100b)를 제조하기 위한 상기 용탕의 총 주입량이 감소되어 제조비용이 하락될 수 있다.

이때, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형예는 본 발명의 범위에 속한다.

100a: 터빈용 실링 세그먼트 100b: 곡률형 모재
210: 상부금형 211: 곡면형 천장부
212: 압탕부 220: 하부금형
230: 이형장치 240: 가압프레스부
242: 실린더 502: 터빈 회전부

Claims (5)

1. 원형 터빈용 실링으로 조립하기 위한 분할된 원호형 세그먼트를 제조하기 위하여,
   잉곳을 용융하여 용탕을 제조하는 제1단계;
   금형장치 내부의 수용공간에 용탕이 제공되는 제2단계;
   상기 용탕이 경화되어 기설정된 온도 상태의 모재가 형성되는 제3단계;
   조립시 원형을 이루는 터빈용 실링 부품의 기설정된 각도로 분할된 원호형 프로파일을 따라 형성된 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부가 형성된 하부금형과 곡면형 천장부가 형성된 상부금형 사이에 배치되는 상기 모재를 가압프레스하여 용탕단조 성형하는 제4단계; 및
   상기 모재를 인출하여 열처리 및 절삭가공하여 터빈의 내부에 원형으로 조립되는 터빈용 실링 세그먼트를 형성하는 제5단계를 포함하되,
   상기 금형장치는 상기 터빈용 실링 세그먼트의 세그먼트 단위 길이에 대응되어 형성된 상기 상부금형 및 상기 하부금형을 포함하며,
   상기 상부금형에 형성된 상기 곡면형 바닥부 및 상기 하부금형에 형성된 상기 곡면형 천장부는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되고,
   상기 제4단계에서 상기 상부금형의 상부에 구비된 가압프레스부에 의해 상기 상부금형이 가압되어 상기 모재가 용탕단조 성형됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법.
2. 삭제
3. 원형 터빈용 실링으로 조립하기 위한 분할된 원호형 세그먼트를 제조하기 위하여,
   원형으로 조립되어 터빈용 실링이 제조되도록 기설정된 각도로 분할된 원호형 프로파일을 따라 형성된 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부와, 상기 곡면형 바닥부의 테두리를 따라 외부와 구획하도록 상향 돌설된 측벽부가 구비되어 내부에 수용공간이 형성된 하부금형;
   하면부에 상기 곡면형 바닥부에 대향되어 커버하되 상기 곡면형 바닥부와 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되는 곡면형 천장부가 구비된 상부금형; 및
   상기 상부금형의 상부에 구비되는 용탕단조 성형을 위한 가압프레스부를 포함하되,
   상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 상측으로 볼록하게 형성되되,
   상기 곡면형 바닥부의 회전반경은 상기 곡면형 천장부의 회전반경보다 상기 수용공간의 상하높이만큼 작게 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 곡면형 천장부의 최상단 중앙부에는 전광후협의 단면으로 압탕부가 상부금형 방향으로 함몰 형성되며, 상기 곡면형 바닥부에는 투스형성홈부가 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치.
5. 삭제

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