KR102206061B1 - 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102206061B1
KR102206061B1 KR1020200071309A KR20200071309A KR102206061B1 KR 102206061 B1 KR102206061 B1 KR 102206061B1 KR 1020200071309 A KR1020200071309 A KR 1020200071309A KR 20200071309 A KR20200071309 A KR 20200071309A KR 102206061 B1 KR102206061 B1 KR 102206061B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
turbine
molten metal
curved
upper mold
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020200071309A
Other languages
English (en)
Inventor
정택호
변삼섭
손재화
임기만
Original Assignee
터보파워텍(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 터보파워텍(주) filed Critical 터보파워텍(주)
Priority to KR1020200071309A priority Critical patent/KR102206061B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102206061B1 publication Critical patent/KR102206061B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/082—Sprues, pouring cups

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

생산성과 경제성이 개선되도록, 본 발명은 잉곳을 용융하여 용탕을 제조하는 제1단계; 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부가 형성된 하부금형과 곡면형 천장부가 형성된 상부금형 사이의 수용공간에 용탕이 제공되는 제2단계; 상기 용탕이 경화되어 모재가 형성되는 제3단계; 상기 상부금형을 분리하고 상기 모재를 인출하는 제4단계; 및 인출된 상기 모재를 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 세그먼트 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 절삭장치를 통해 원주방향을 따라 소정간격 단위로 절삭가공을 하여 터빈용 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 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 치밀한 금속조직은 외곽 부위에 집중되고, 상기 모재의 내측(70b)은 상대적으로 불순물이 몰리게되어 상기 모재(70a)의 최대 50%에 해당되는 상기 모재의 내측(70b)을 절삭가공했다. 이후 상기 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 세그먼트는 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 제조장치을 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; 조립시 원형을 이루는 터빈용 실링의 기설정된 각도로 분할된 원호형 프로파일을 따라 형성된 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부가 형성된 하부금형과 곡면형 천장부가 형성된 상부금형 사이의 수용공간에 용탕이 제공되는 제2단계; 상기 용탕이 경화되어 모재가 형성되는 제3단계; 상기 상부금형을 분리하고 상기 모재를 인출하는 제4단계; 및 인출된 상기 모재의 표면을 절삭가공하여 원호형의 터빈용 실링 세그먼트를 형성하는 제5단계를 포함하되, 상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되되, 상기 곡면형 바닥부에는 투스부에 대응되는 투스형성홈부가 형성됨을 특징됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 상측으로 볼록하게 형성되되, 상기 곡면형 바닥부의 회전반경은 상기 곡면형 천장부의 회전반경보다 상기 수용공간의 상하높이 만큼 작게 형성됨이 바람직하다.
삭제
또한, 상기 제2단계에서, 상기 용탕은 상기 상부금형의 측부에 구비된 용탕 공급부 내부에 연결된 주입구의 하향 경사진 바닥면을 따라 상기 수용공간으로 안내됨이 바람직하다.
그리고, 상기 제2단계는 상기 상부금형 내부로 상기 용탕이 주입되는 단계와, 상기 하부금형의 상측에 상기 상부금형을 로딩하여 상기 용탕의 상면부 프로파일이 형성되는 단계를 포함함이 바람직하다.
또한, 상기 제2단계는 상기 상부금형과 상기 하부금형을 조립하여 형성된 수용공간으로 연결된 주입구를 통해 상기 용탕이 주입되는 단계를 포함함이 바람직하다.
한편, 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 측단부가 구비되어 내부에 수용공간이 형성된 하부금형; 하면부에 상기 곡면형 바닥부에 대향되어 커버하되 상기 수용공간을 사이에 두고 이격배치되는 곡면형 천장부가 구비된 상부금형; 상기 상부금형의 착탈을 위해 상기 상부금형의 상부와 연결되는 로딩수단; 및 상기 수용공간으로 용탕을 공급하는 용탕 공급부를 포함하되, 상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치를 제공한다.
여기서, 상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 상측으로 볼록하게 형성되되, 상기 곡면형 바닥부의 회전반경은 상기 곡면형 천장부의 회전반경보다 상기 수용공간의 상하높이 만큼 작게 형성됨이 바람직하다.
삭제
그리고, 상기 상부금형의 측부에는 상부를 향해 개구된 용탕 공급부가 형성된 보조안내부가 돌출되어 구비되며, 상기 용탕 공급부 내부는 하향 경사진 바닥면을 갖는 주입구를 통해 상기 수용공간과 연결됨이 바람직하다.
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 현저히 대응되도록 형성될 수 있으므로 상기 모재의 절삭영역이 감소됨에 따라 상기 용탕의 총 주입량이 감소되어 재료의 생산성, 회수율 및 경제성이 현저히 향상될 수 있다.
셋째, 종래에 원심주조를 위한 링 형상의 금형을 일일이 제작함과 달리, 본 발명은 상기 터빈용 실링 세그먼트의 분할된 원호형 세그먼트별 프로파일에 대응 형성된 상기 금형을 제작하므로 전체적인 금형제작 기간이 감소되어 생산성이 더욱 향상될 수 있다.
넷째, 용탕의 경화과정에서 조직이 치밀하게 형성되는 상기 주물의 하부측에 배치된 상기 곡면형 바닥부측에 인접한 모재 내주부의 품질이 더욱 향상될 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치를 나타낸 측단면도.
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 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치를 나타낸 측단면도이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 상기 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치는 상부금형(110), 하부금형(120), 로딩수단(112), 주입구(114)를 포함하여 구비된다.
여기서, 상기 하부금형(120)은 조직이 치밀하고 고강도 및 고경도의 특성을 가지되 내열 및 내산화성의 특징을 가지는 재료로 구비됨이 바람직하며 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부(111)와, 상기 곡면형 바닥부(111)의 테두리를 따라 외부와 구획하도록 상향 돌설된 측단부(112)와 상기 측단부(112) 내부에 형성된 수용공간(123)으로 구비된다.
여기서, 상기 주입구(114)는 상기 상부금형(120)의 하부에 형성되어 상기 수용공간(123)의 하단에 연통되되 하향 경사지게 생성되어 가압수단에 의해 용탕을 상기 수용공간(123)으로 주입할 수 있다.
상세히, 상기 주입구(114)는 상기 상부금형(110)과 동일한 소재로 제작되거나 주입되는 용탕의 온도와 용탕의 주입시간을 견뎌낼 수 있는 내열성 소재로 구비됨이 바람직하다. 그리고, 상기 주입구(114)의 단부에는 상기 수용공간(123)으로 용탕을 주입하도록 용탕 공급부(113)가 연결될 수 있다. 이때, 상기 용탕 공급부(113)는 용탕의 이탈을 방지하고 난류의 발생을 최소화하기 위해 상측으로 갈수록 단면적이 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 주입구(114)는 상기 상부금형의 중앙부에 상기 수용공간의 최상단에 연통되되 상기 수용공간을 기준으로 하측으로 갈수록 넓어지는 전광후협의 단면을 갖도록 관통 형성될 수 있다. 여기서, 상기 주입구(114)와 연통된 상기 수용공간(123)은 내부에 용탕을 수용하되, 용탕이 응고되어 생성된 모재의 형상과 대응되어 형성될 수 있다. 물론, 상기 용탕은 상기 상부금형(110)의 측부에 구비된 용탕 공급부 내부에 연결된 주입구(114)의 하향 경사진 바닥면을 따라 상기 수용공간으로 안내됨이 바람직하다.
그리고, 상기 상부금형(110)의 내주에는 조립시 원형을 이루는 제품을 기설정된 각도로 분할된 원호형 세그먼트 단위 길이에 대응되는 상기 곡면형 천장부(111)가 형성된다. 상세히, 상기 곡면형 천장부(111)는 하측으로 볼록하게 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 상측으로 볼록하게 형성되는 것을 예로써 도시 및 설명한다.
한편, 상기 상부금형(110)의 하부에는 상기 측단부(112)의 내주와 형합되는 테두리를 갖는 하부금형(120)이 구비된다. 이때, 상기 상부금형(120)의 하면부에는 상기 곡면형 바닥부(121)에 대향되어 커버하되 상기 수용공간을 사이에 두고 상기 곡면형 바닥부(121)와 이격배치되는 곡면형 천장부(111)가 구비된다.
상세히, 상기 곡면형 천장부(111) 및 상기 곡면형 바닥부(121)는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되되, 상기 곡면형 천장부(111)의 회전반경(a)은 상기 곡면형 바닥부(121)의 회전반경(b)보다 상기 수용공간(123)의 상하높이 만큼 크게 형성됨이 바람직하다.
따라서, 상기 금형 내부의 상기 수용공간(123)이 상기 터빈용 실링 세그먼트의 분할된 원호형 세그먼트별 프로파일을 따라 형성되므로 상기 모재의 개별제작이 가능함에 따라 다품종 소량생산이 가능하여 재고발생을 최소화할 수 있다.
그리고, 상기 상부금형(110)의 상부에는 상기 상부금형(110)의 착탈을 위해 연결되는 로딩수단(112)이 구비된다. 이때, 상기 로딩수단(112)은 가압프레스 등의 상기 상부금형(110)을 승강시켜 상기 하부금형(120)과 분리될수 있도록 구비됨이 바람직하다. 또한, 상기 하부금형(120)의 하단에는 모재를 상기 하부금형(120)과 이형시킬 수 있는 이형장치(130)가 관통될 수 있게 연통됨이 바람직 하다.
한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 측단면 기준의 제조장치을 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 상부금형(110)과 상기 하부금형(120) 사이의 상기 수용공간(123)에 상기 용탕(200)이 제공된다(s20). 이때, 상기 하부금형(120) 내부에 형성된 상기 수용공간(123)은 소정온도 이하로 유지되되, 상부에는 상기 실링 세그먼트의 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부(121)가 형성되어 소정위치에 고정 지지된다.
그리고, 상기 상부금형(110)의 중앙부에 형성된 상기 용탕 공급부(113)에서 상기 용탕(200)을 공기에 노출시키지 않으면서 상기 주입구(114) 내에 공급한다. 이어서 상기 주입구(114)에서 중력방향으로 상기 용탕(200)이 이동되어 상기 수용공간(123)으로 주입된다.
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 로딩수단(112)을 이용하여 상기 상부금형(110)에 하측 방향으로 소정의 힘을 가하면서 정해진 위치까지 로딩되어 상기 곡면형 천장부(111)에 대응된 상기 용탕(200)의 상면부 프로파일이 형성되되, 하면부의 프로파일은 상기 곡면형 바닥부(121)에 대응 형성되고 끝단부의 프로파일은 상기 측단부(122)와 대응 형성된다.
따라서, 로딩된 상기 상부금형(110)과 상기 하부금형(120)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(110)과 상기 하부금형(120)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(110)을 상기 하부금형(120)으로부터 분리하고 상기 모재(201)를 인출한다(s40). 이때, 상기 상부금형(110)의 상부에는 상측방향으로 소정의 힘을 가해 상부 하부금형(110)과의 금형 체결을 분리시키는 로딩수단(112)이 구비될 수 있다. 여기서, 상기 하부금형(120)의 하단에는 모재를 상기 하부금형(120)과 이형시킬 수 있는 이형장치(130)가 관통될 수 있게 연통됨이 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℃/hour를 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 열처리 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 절삭가공하여 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 투스가 정밀가공 되는 단계가 포함됨이 바람직하다.
한편, 도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 종단면 기준의 제조장치의 제1변형예를 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일실시예의 제1변형예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치는 상기 상부금형(110)과 상기 하부금형(120)의 조립단계와 상기 용탕이 상기 수용공간으로 제공되는 단계의 상호 순서를 제외한 제조장치의 기본 구조는 상술된 일실시예와 동일하므로 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략된다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 제1변형예에 따른 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법은 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 천장부(111)가 형성된 상부금형(110)과 곡면형 바닥부(121)가 형성된 하부금형(120) 사이의 수용공간(123)에 상기 용탕(300)이 제공되는 단계를 포함된다(s120). 도 5는 종단면도를 기준으로 도시되며, 상기 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 구조는 측단면도인 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같다.
상세히, 상기 실링 세그먼트의 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부(121)가 형성된 상기 하부금형(120)을 소정위치에 고정 지지한다. 이때, 상기 하부금형(120) 내부에 형성된 상기 수용공간(123)은 소정온도 이하로 유지되고 있다.
그리고, 상기 로딩수단(112)을 이용하여 상기 상부금형(110)을 하측방향으로 소정의 힘을 가하면서 정해진 위치까지 로딩하여 상기 하부금형(120)과 금형 체결시킨다. 이때, 상기 곡면형 천장부(111)에 대응된 상기 수용공간(123)의 상면부 프로파일이 형성된다. 여기서, 상기 상부금형(110)의 측부에는 상부를 향해 개구된 용탕 공급부(113)가 형성된 보조안내부(117)가 돌출되어 구비되며, 상기 용탕 공급부(113) 내부는 용탕의 균일한 공급을 위해 하향 경사진 바닥면을 갖는 주입구(114)를 통해 상기 수용공간(123)과 연결됨이 바람직하다.
이후, 상기 상부금형(110)의 측부에 돌출되어 구비된 보조안내부(117)의 상부를 향해 개구된 용탕 공급부(113)를 통해 상기 용탕(300)이 하향 경사진 바닥면을 갖는 주입구(114)로 공급됨이 바람직하다. 이어서 상기 주입구(114)에서 중력방향으로 경사진 바닥면을 따라 상기 용탕(300)이 이동되어 상기 수용공간(123)으로 주입된다. 즉, 상기 하부금형(120)과 상기 상부금형(110)을 결합하여 상기 수용공간(123)의 형태가 결정된 상태에서, 용탕(300)이 상기 수용공간(123) 내부로 공급되어 응고된다.
이때, 상기 용탕(300)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. 또한, 상기 상부금형(110)의 중앙부에는 공기의 배출을 위한 통로가 형성될 수 있다.
따라서, 상기 상부금형(110)과 상기 하부금형(120)이 체결된 상태에서 상기 용탕(300)이 상기 수용공간(123)의 내부로 주입되므로 상기 용탕(300)은 상기 수용공간(123)의 형상으로 응고될 수 있다. 이후, 응고된 모재(301)를 인출한다.(s130)
이와 같이, 상기 용탕 공급부(113)와 상기 주입구(114)에서 산소유입을 최소화시킴에 따라, 상기 용탕(300)과 산소가 확산접합되어 발생하는 산화현상이 방지되어 산화물이 성형품에 혼입될 경우에 발생되는 소재 물성의 감소가 방지된다.
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 진출방향 측 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(121)와 상기 곡면형 바닥부(111)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
110: 상부금형 111: 곡면형 천장부
112: 로딩수단 113: 용탕 공급부
114: 주입구 120: 하부금형
200: 용탕 502: 터빈 회전부

Claims (10)

  1. 원형 터빈용 실링으로 조립하기 위한 분할된 원호형 세그먼트를 제조하기 위하여,
    잉곳을 용융하여 용탕을 제조하는 제1단계;
    조립시 원형을 이루는 터빈용 실링의 기설정된 각도로 분할된 원호형 프로파일을 따라 형성된 세그먼트 단위 길이에 대응되는 곡면형 바닥부가 형성된 하부금형과 곡면형 천장부가 형성된 상부금형 사이의 수용공간에 용탕이 제공되는 제2단계;
    상기 용탕이 경화되어 모재가 형성되는 제3단계;
    상기 상부금형을 분리하고 상기 모재를 인출하는 제4단계; 및
    인출된 상기 모재의 표면을 절삭가공하여 원호형의 터빈용 실링 세그먼트를 형성하는 제5단계를 포함하되,
    상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성되되, 상기 곡면형 바닥부에는 투스부에 대응되는 투스형성홈부가 형성됨을 특징됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 상측으로 볼록하게 형성되되,
    상기 곡면형 바닥부의 회전반경은 상기 곡면형 천장부의 회전반경보다 상기 수용공간의 상하높이 만큼 작게 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2단계에서,
    상기 용탕은 상기 상부금형의 측부에 구비된 용탕 공급부 내부에 연결된 주입구의 하향 경사진 바닥면을 따라 상기 수용공간으로 안내됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2단계는
    상기 상부금형 내부로 상기 용탕이 주입되는 단계와,
    상기 하부금형의 상측에 상기 상부금형을 로딩하여 상기 용탕의 상면부 프로파일이 형성되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2단계는
    상기 상부금형과 상기 하부금형을 조립하여 형성된 수용공간으로 연결된 주입구를 통해 상기 용탕이 주입되는 단계를 포함함을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법.
  7. 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 측단부가 구비되어 내부에 수용공간이 형성된 하부금형;
    하면부에 상기 곡면형 바닥부에 대향되어 커버하되 상기 수용공간을 사이에 두고 이격배치되는 곡면형 천장부가 구비된 상부금형;
    상기 상부금형의 착탈을 위해 상기 상부금형의 상부와 연결되는 로딩수단; 및
    상기 수용공간으로 용탕을 공급하는 용탕 공급부를 포함하되,
    상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 동심으로부터 각각 기설정된 회전반경을 갖는 터빈용 실링 세그먼트 대응 원형의 분할된 원호 프로파일을 따라 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 곡면형 바닥부 및 상기 곡면형 천장부는 상측으로 볼록하게 형성되되,
    상기 곡면형 바닥부의 회전반경은 상기 곡면형 천장부의 회전반경보다 상기 수용공간의 상하높이 만큼 작게 형성됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부금형의 측부에는 상부를 향해 개구된 용탕 공급부가 형성된 보조안내부가 돌출되어 구비되며, 상기 용탕 공급부 내부는 하향 경사진 바닥면을 갖는 주입구를 통해 상기 수용공간과 연결됨을 특징으로 하는 터빈용 실링 세그먼트의 제조장치.
KR1020200071309A 2020-06-12 2020-06-12 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치 KR102206061B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200071309A KR102206061B1 (ko) 2020-06-12 2020-06-12 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200071309A KR102206061B1 (ko) 2020-06-12 2020-06-12 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102206061B1 true KR102206061B1 (ko) 2021-01-21

Family

ID=74237703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200071309A KR102206061B1 (ko) 2020-06-12 2020-06-12 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102206061B1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0671379A (ja) * 1992-08-27 1994-03-15 Mitsubishi Electric Corp 複曲面金型の製造方法
JP2004154787A (ja) * 2002-11-01 2004-06-03 Fujino Gijutsu Consultant:Kk 竪型ダイカスト鋳造装置及び鋳造方法
JP2004538358A (ja) * 1998-11-05 2004-12-24 ロールス−ロイス・コーポレーション 単結晶ベーンセグメント及びその製造方法
JP2007237288A (ja) * 2006-03-13 2007-09-20 Honda Motor Co Ltd 鋳造金型及び鋳造方法
JP2007326114A (ja) * 2006-06-06 2007-12-20 Kyocera Chemical Corp 鋳造用金型装置及び鋳造物の製造方法
KR101140296B1 (ko) 2012-03-07 2012-05-02 터보파워텍(주) 가스터빈용 블레이드링의 원심주조에 의한 제조방법
KR20140026029A (ko) * 2012-08-24 2014-03-05 한국생산기술연구원 중력주조식 조리용기 제조금형 및 이를 이용한 조리용기 제조방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0671379A (ja) * 1992-08-27 1994-03-15 Mitsubishi Electric Corp 複曲面金型の製造方法
JP2004538358A (ja) * 1998-11-05 2004-12-24 ロールス−ロイス・コーポレーション 単結晶ベーンセグメント及びその製造方法
JP2004154787A (ja) * 2002-11-01 2004-06-03 Fujino Gijutsu Consultant:Kk 竪型ダイカスト鋳造装置及び鋳造方法
JP2007237288A (ja) * 2006-03-13 2007-09-20 Honda Motor Co Ltd 鋳造金型及び鋳造方法
JP2007326114A (ja) * 2006-06-06 2007-12-20 Kyocera Chemical Corp 鋳造用金型装置及び鋳造物の製造方法
KR101140296B1 (ko) 2012-03-07 2012-05-02 터보파워텍(주) 가스터빈용 블레이드링의 원심주조에 의한 제조방법
KR20140026029A (ko) * 2012-08-24 2014-03-05 한국생산기술연구원 중력주조식 조리용기 제조금형 및 이를 이용한 조리용기 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11766722B2 (en) Method for the hybrid construction of multi-piece parts
US8162617B1 (en) Turbine blade with spar and shell
RU2623600C2 (ru) Охлаждаемая турбинная лопатка (варианты) и способ охлаждения турбинной лопатки
JP5997831B2 (ja) 局所的な壁厚さ制御を伴うタービン翼
EP2146052B1 (en) Coolable airfoil trailing edge passage
KR100876603B1 (ko) 터빈용 다이아프램 제작방법 및 그 방법에 의해 제작된터빈용 다이아프램
US8313301B2 (en) Cooled turbine blade shroud
EP3088669B1 (en) Thermal shielding in a gas turbine
JP2014058969A (ja) エアフォイル製造システム及び方法
US20080016688A1 (en) Process for manufacturing a blisk and mold for implementing the process
CN205996581U (zh) 发动机压气机盘防变形加工工装夹具
KR101058372B1 (ko) 터빈용 링 열간 성형방법
US20160245097A1 (en) Airfoil and method for manufacturing an airfoil
CN208619176U (zh) 一种3d打印成型的径流式空心叶轮结构
JPH0847744A (ja) 鍛造金属部品の製造方法及び装置
KR102206061B1 (ko) 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치
KR102183683B1 (ko) 터빈용 실링 세그먼트의 제조방법 및 제조장치
CN108374692A (zh) 一种涡轮轮盘及涡轮发动机
EP2924244B1 (en) Method for manufacturing a turbine rotor blade
EP3065896B1 (en) Investment casting method for gas turbine engine vane segment
KR101140296B1 (ko) 가스터빈용 블레이드링의 원심주조에 의한 제조방법
US11891916B2 (en) Method for producing metal alloy parts with complex shape
EP2186581B1 (en) Multi vane segment design and casting method
US10718218B2 (en) Turbine blisk with airfoil and rim cooling
EP3011140B1 (en) Gas turbine engine component with rib support

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant