KR102631039B1 - 가스터빈용 노즐조립체 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 특징에 따르면, 가스터빈(10)의 연소기(20)에 장착되어 연료를 분사하는 노즐조립체(100)를 제조하기 위한 가스터빈용 노즐조립체 제조방법에 있어서, 플랜지(110)의 중앙부에 형성된 플랜지나사산(111)에 노즐관(120)의 일측 단부에 형성된 노즐관나사산(121)을 회전결합하여 플랜지(110)에 노즐관(120)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성하는 노즐조립체 조립 단계(S220); 상기 플랜지(110)의 표면과 노즐관(120)의 표면이 접하는 조립부위(P1)의 둘레에 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어진 페이스트형 용가재(140)를 도포하는 페이스트형 용가재 도포 단계(S230); 페이스트형 용가재(140)가 도포된 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하는 노즐조립체 장입 단계(S240); 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 가열하여 상기 조립부위(P1)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되면서 플랜지나사산(111)와 노즐관나사산(121)의 사이로 침투되도록 하는 챔버가열 단계(S250); 및 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 냉각하여 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 상호 접합되도록 하는 챔버냉각 단계(S260);를 포함하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 가스터빈의 연소기에 장착되어 연소실을 향해 연료를 분사하는 노즐조립체를 제조하기 위한 가스터빈용 노즐조립체 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나사산에 의한 나사결합력과 브레이징 용접에 의한 면접합력으로 플랜지와 노즐관을 견고하게 체결시킬 수 있어 강인한 내구성을 갖는 노즐조립체를 제조가능한 가스터빈용 노즐조립체 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 가스터빈은 고온, 고압의 연소가스인 연료로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관으로서 크게 압축기, 연소기 및 터빈으로 이루어졌다. 도 1에는 가스터빈(10)에 구비된 연소기(20)의 구성이 개시되어 있다. 도면을 참고하면 연소기(20)의 내부에는 연소실(21)이 구비되고 연료주입구(33a)로 공급된 연료를 연소실(21)로 분사하기 위한 노즐조립체(30)가 장착된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 노즐조립체(30)는 크게 플랜지(31), 노즐관(33) 및 노즐팁(36)으로 구성되는데, 상기 플랜지(31)의 테두리에는 연소기(20)에 고정설치하는데 이용되는 체결공(31a)이 형성되고 중앙부에는 플렌지체결홈(32)이 형성되며, 노즐관(33)은 양단이 개구된 관형상으로 이루어져 연료주입구(33a)를 통해 연료가 내부로 공급되고, 노즐팁(36)의 일측에는 분사구(38)가 형성되고 타측에는 팁체결홈(37)이 형성된다.
또한, 상기 노즐관(120)은 일측 단부에는 플렌지체결홈(32)의 내경과 대응되는 외경을 갖는 제1체결관부(34)가 형성되어 플렌지체결홈(32)에 삽입되면서 일측이 플랜지(31)에 결합되고, 타측 단부에는 팁체결홈(37)의 내경과 대응되는 외경을 갖는 제2체결관부(35)가 형성되어 팁체결홈(37)이 삽입되면서 타측에 노즐팁(36)이 결합된다.
여기서, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 플랜지(31)와 노즐관(33)의 조립부위 및, 노즐관(33)과 노즐팁(36)의 조립부위는 알곤용접 방식으로 용가재(39)가 용접되면서 조립부위를 견고하게 고정할 수 있었다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 노즐관(33)은 직경(예를 들면 20mm)이 작고 길이(예를 들면 450mm)가 긴 형태로 형성되어 플랜지(31)에 의해 측방으로 연장된 형태로 설치되었다.
그러나, 도 3의 (b)와 같이 노즐관(33)의 단부에 형성된 제1체결관부(34)는 플렌지체결홈(32)에 단순히 삽입만 될 뿐이고 플랜지(31)의 표면과 노즐관(33)의 표면이 만나는 조립부위의 둘레에만 용가재(39)에 의해 선(Line)접합되기 때문에 도 4에서와 같이 노즐팁(36)을 통해 고압으로 연료가 분사되면 분사압력에 의해 노즐관(33)의 기단부위를 중심으로 선단부위가 회동하는 진동이 발생하게 되고 이러한 진동이 지속되면 알곤 용가재(39) 부분에 피로가 누적되어 플랜지(31)와 노즐관(33) 사이의 조립부위에 균열 및 변형이 발생하여 노즐조립체(30)를 사용하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 플랜지의 나사산과 노즐관의 나사산이 회전결합되면서 플랜지와 노즐관이 조립되고 각 나사산 사이가 페이스트형 용가재에 의해 브레이징 용접방식으로 면접합되면서 연료분사시 노즐관의 선단부위에서 발생하는 진동에 강인한 내구성을 갖는 노즐조립체를 제조할 수 있는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 특징에 따르면, 가스터빈(10)의 연소기(20)에 장착되어 연료를 분사하는 노즐조립체(100)를 제조하기 위한 가스터빈용 노즐조립체 제조방법에 있어서, 플랜지(110)의 중앙부에 형성된 플랜지나사산(111)에 노즐관(120)의 일측 단부에 형성된 노즐관나사산(121)을 회전결합하여 플랜지(110)에 노즐관(120)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성하는 노즐조립체 조립 단계(S220); 상기 플랜지(110)의 표면과 노즐관(120)의 표면이 접하는 조립부위(P1)의 둘레에 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어진 페이스트형 용가재(140)를 도포하는 페이스트형 용가재 도포 단계(S230); 페이스트형 용가재(140)가 도포된 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하는 노즐조립체 장입 단계(S240); 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 가열하여 상기 조립부위(P1)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되면서 플랜지나사산(111)와 노즐관나사산(121)의 사이로 침투되도록 하는 챔버가열 단계(S250); 및 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 냉각하여 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 상호 접합되도록 하는 챔버냉각 단계(S260);를 포함하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 노즐조립체 조립 단계(S220)는, 상기 노즐관(120)의 타측 단부에 형성된 노즐관체결부(122)에 노즐팁(130)의 일측에 형성된 노즐팁체결부(131)를 결합하여 노즐관(120)의 일측에는 플랜지(110)가 조립되고 노즐관(120)의 타측에는 노즐팁(130)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성하고, 상기 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)는, 상기 노즐관(120)의 표면과 노즐팁(130)의 표면이 접하는 조립부위(P2)의 둘레에도 상기 페이스트형 용가재(140)를 도포하며, 상기 챔버가열 단계(S250)는, 진공챔버(150)의 내부를 가열하여 상기 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되면서 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)의 사이로 침투되도록 하고, 상기 챔버냉각 단계(S260)는, 상기 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)가 상호 접합되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 노즐조립체 조립 단계(S220)는, 상기 노즐관체결부(122)의 기단측(P3) 둘레에 페이스트형 용가재(140)를 도포한 후 노즐관체결부(122)에 노즐팁(130)의 노즐팁체결부(131)를 결합하고, 상기 노즐조립체 장입 단계(S240)는, 상기 플랜지(110)가 하부에 위치하고 노즐팁(130)이 상부에 위치하도록 노즐관(120)이 직립한 상태로 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하며, 상기 챔버가열 단계(S250)는, 상기 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되어 노즐관체결부(122)의 선단측을 통해 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이로 하향하면서 침투되도록하고, 상기 노즐관체결부(122)의 기단측(P3)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되어 노즐관체결부(122)와 노즐팁(130) 사이로 상향 하면서 침투되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)는, 상기 조립부위(P1) 상에서 플랜지(110)의 단부 또는 노즐관(120)의 단부 중 어느 하나 이상의 단부에 둘레를 따라 내측으로 오목하게 함몰된 도포가이드홈(160)에 페이스트형 용가재(140)를 도포하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 노즐조립체 조립 단계(S220) 이전에, 상기 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산에 일측은 상기 조립부위(P1)와 연통되고 타측은 해당 나사산이 연장된 길이방향(L)을 따라 연장되는 침투가이드홈(125)을 형성하는 가이드홈 형성 단계(S210);를 더 수행하고, 상기 챔버가열 단계(S250)에서는, 용융된 페이스트형 용가재(140)가 상기 침투가이드홈(125)의 일측을 통해 침투가이드홈(125)의 내부로 유입되고 침투가이드홈(125) 내에서 해당 나사산의 각 나사골(S)로 확산되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이로 침투되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 가이드홈 형성 단계(S210)는, 상기 침투가이드홈(125)의 일측에 조립부위(P1) 측으로 갈수록 점차적으로 크기가 커지는 형태의 확장홈(126)을 형성하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 가이드홈 형성 단계(S210)는, 상기 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산의 둘레를 따라 복수 개의 침투가이드홈(125)이 이격되도록 형성하되, 각 침투가이드홈(125)은 해당 나사산 상에서 사선형태로 연장되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 가스터빈(10)의 연소기(20)에 장착되어 연료를 분사하는 노즐조립체(100)를 제조하기 위한 가스터빈용 노즐조립체 제조방법에 있어서, 플랜지(110)의 중앙부에 형성된 플랜지나사산(111) 또는 노즐관(120)의 일측 단부에 형성된 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산에 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어진 페이스트형 용가재(140)를 도포하는 페이스트형 용가재 도포 단계(S310); 상기 플랜지(110)의 플랜지나사산(111)에 노즐관(120)의 노즐관나사산(121)을 회전결합하여 플랜지(110)에 노즐관(120)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성하는 노즐조립체 조립 단계(S320); 조립된 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하는 노즐조립체 장입 단계(S330); 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정된 온도로 가열하여 상기 페이스트형 용가재(140)가 용융되도록 하는 챔버가열 단계(S340); 및 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 냉각하여 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 상호 접합되도록 하는 챔버냉각 단계(S350);를 포함하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 가스터빈(10)의 연소기(20)에 장착되어 연료를 연소실(21)로 분사하는데 이용되는 가스터빈용 노즐조립체에 있어서, 테두리가 연소기(20)에 고정설치되고 중앙부에는 플랜지나사산(111)이 형성된 플랜지(110); 일정길이로 연장된 관형상으로 이루어져 일측 단부에 상기 플랜지나사산(111)과 치합되는 제1노즐관나사산(121)이 형성되어 플랜지(110)에 나사결합되고 타측 단부에는 연료를 연소실(21)로 분사하는 노즐팁(130)이 장착된 노즐관(120); 및 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어지고 상기 플랜지나사산(111)과 제1노즐관나사산(121) 사이에 배치되며 설정된 온도로 가열되면 브레이징 금속입자가 용융되고 경화되면서 상기 플랜지나사산(111)과 제1노즐관나사산(121)을 상호 접합시키는 페이스트형 용가재(140);를 포함하는 가스터빈용 노즐조립체가 제공된다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면,
첫째, 노즐조립체 조립 단계(S220)는 플랜지(110)의 중앙부에 형성된 플랜지나사산(111)에 노즐관(120)의 일측 단부에 형성된 노즐관나사산(121)을 회전결합하여 플랜지(110)에 노즐관(120)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성하고, 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)는 상기 플랜지(110)의 표면과 노즐관(120)의 표면이 접하는 조립부위(P1)의 둘레에 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어진 페이스트형 용가재(140)를 도포하며, 노즐조립체 장입 단계(S240)는 페이스트형 용가재(140)가 도포된 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하고, 챔버가열 단계(S250)는 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 가열하여 상기 조립부위(P1)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되면서 플랜지나사산(111)와 노즐관나사산(121)의 사이로 침투되도록 하며, 챔버냉각 단계(S260)는 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 냉각하여 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 상호 접합되도록 하는 것과 같이, 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 회전결합되면서 플랜지(110)와 노즐관(120)이 조립되고 각 나사산(111,121) 사이가 페이스트형 용가재(140)에 의해 브레이징 용접방식으로 면접합되면서 나사결합력과 브레이징 접합력이 함께 작용되어 연료분사시 노즐관(120)의 선단부위에서 발생하는 진동에 강인한 내구성을 갖는 노즐조립체(100)를 제조할 수 있다.
둘째, 상기 노즐조립체 조립 단계(S220)는 노즐관(120)의 타측 단부에 형성된 노즐관체결부(122)에 노즐팁(130)의 일측에 형성된 노즐팁체결부(131)를 결합하여 노즐관(120)의 일측에는 플랜지(110)가 조립되고 노즐관(120)의 타측에는 노즐팁(130)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성하며, 상기 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)는 노즐관(120)의 표면과 노즐팁(130)의 표면이 접하는 조립부위(P2)의 둘레에도 상기 페이스트형 용가재(140)를 도포하며, 상기 챔버가열 단계(S250)는 진공챔버(150)의 내부를 가열하여 상기 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되면서 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)의 사이로 침투되도록 하고, 상기 챔버냉각 단계(S260)는 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)가 상호 접합되도록 함으로써, 노즐관(120)의 양단에 플랜지(110)와 노즐팁(130)을 동시에 체결할 수 있어 제조공정을 간소화하고 제조시간을 대폭 감소시킬 수 있다.
셋째, 상기 노즐조립체 조립 단계(S220)는 노즐관체결부(122)의 기단측(P3) 둘레에 페이스트형 용가재(140)를 도포한 후 노즐관체결부(122)에 노즐팁(130)의 노즐팁체결부(131)를 결합하고, 상기 노즐조립체 장입 단계(S240)는 플랜지(110)가 하부에 위치하고 노즐팁(130)이 상부에 위치하도록 노즐관(120)이 직립한 상태로 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하며, 상기 챔버가열 단계(S250)는 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되어 노즐관체결부(122)의 선단측을 통해 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이로 하향하면서 침투되도록하고, 상기 노즐관체결부(122)의 기단측(P3)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되어 노즐관체결부(122)와 노즐팁(130) 사이로 상향 하면서 침투되도록 하는 것과 같이, 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이의 상측과 하측으로 각각 용융된 페이스트형 용가재(140)를 동시에 침투시킬 수 있어 각 체결부(122,131) 사이를 전체적으로 고르게 페이스트형 용가재(140)가 배치되도록 하며 이에 따라 노즐관(120)과 노즐팁(130)을 더욱 견고하게 체결시킬 수 있다.
넷째, 상기 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)는 조립부위(P1) 상에서 플랜지(110)의 단부 또는 노즐관(120)의 단부 중 어느 하나 이상의 단부에 둘레를 따라 내측으로 오목하게 함몰된 도포가이드홈(160)에 페이스트형 용가재(140)를 도포함으로써, 도포된 페이스트형 용가재(140)가 외부로 노출되는 양을 줄여 페이스트형 용가재(140)가 자중에 의해 흐르면서 도포위치인 조립부위(P1)를 벗어나게 되는 것을 방지할 수 있으며 용융된 페이스트형 용가재(140)가 각 나사산(111,121) 사이로 원활하게 침투되도록 가이드할 수 있다.
다섯째, 상기 노즐조립체 조립 단계(S220) 이전에, 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산에 일측은 상기 조립부위(P1)와 연통되고 타측은 해당 나사산이 연장된 길이방향(L)을 따라 연장되는 침투가이드홈(125)을 형성하는 가이드홈 형성 단계(S210)를 더 수행하고, 상기 챔버가열 단계(S250)에서는 용융된 페이스트형 용가재(140)가 침투가이드홈(125)의 일측을 통해 침투가이드홈(125)의 내부로 유입되고 침투가이드홈(125) 내에서 해당 나사산의 각 나사골(S)로 확산되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이로 침투되도록 함으로써, 각 나사산(111,121) 사이에 전체적으로 용융된 페이스트형 용가재(140)가 고르게 침투되도록 가이드할 수 있으며, 용융된 페이스트형 용가재(140)의 침투 및 확산 속도를 증대시켜 진공챔버(150) 내에서 내부를 가열하는 시간을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이에 길이방향(L)으로 연장된 용가재 기둥을 형성할 수 있어 플랜지(110)와 노즐관(120)을 더욱 견고하게 체결시킬 수 있다.
여섯째, 상기 가이드홈 형성 단계(S210)는 침투가이드홈(125)의 일측에 조립부위(P1) 측으로 갈수록 점차적으로 크기가 커지는 형태의 확장홈(126)을 형성함으로써, 용융된 페이스트형 용가재(140)가 침투가이드홈(125)으로 원활하게 유입되도록 가이드할 수 있다.
일곱째, 상기 가이드홈 형성 단계(S210)는 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산의 둘레를 따라 복수 개의 침투가이드홈(125)이 이격되도록 형성하되, 각 침투가이드홈(125)은 해당 나사산 상에서 사선형태로 연장되도록 형성됨으로써, 노즐관(120)의 둘레 전체에 페이스트형 용가재(140)가 경화된 용가재 기둥을 형성할 수 있어 더욱 견고한 체결력을 제공할 수 있다.
여덟째, 페이스트형 용가재 도포 단계(S310)는 플랜지(110)의 중앙부에 형성된 플랜지나사산(111) 또는 노즐관(120)의 일측 단부에 형성된 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산에 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어진 페이스트형 용가재(140)를 도포하고, 노즐조립체 조립 단계(S320)는 상기 플랜지(110)의 플랜지나사산(111)에 노즐관(120)의 노즐관나사산(121)을 회전결합하여 플랜지(110)에 노즐관(120)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성하며, 노즐조립체 장입 단계(S330)는 조립된 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하고, 챔버가열 단계(S340)는 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정된 온도로 가열하여 상기 페이스트형 용가재(140)가 용융되도록 하며, 챔버냉각 단계(S350)는 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 냉각하여 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 상호 접합되도록 하는 것과 같이, 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 회전결합되면서 플랜지(110)와 노즐관(120)이 조립되고 각 나사산(111,121) 사이가 페이스트형 용가재(140)에 의해 브레이징 용접방식으로 면접합되면서 나사결합력과 브레이징 접합력이 함께 작용되어 연료분사시 노즐관(120)의 선단부위에서 발생하는 진동에 강인한 내구성을 갖는 노즐조립체(100)를 제조할 수 있다. 또한, 페이스트형 용가재(140)를 각 나사산(111,121) 사이로 침투시킬 필요가 없어 진공챔버(150)의 가열시간을 감소시키면서 제조비용을 대폭 축소할 수 있다.
도 1은 일반적인 가스터빈의 연소기에 노즐조립체가 장착된 상태를 나타낸 측단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 노즐조립체의 구성을 나타낸 측단면도,
도 3은 종래 기술에 따른 노즐조립체가 알곤 용접에 의해 체결된 상태를 나타낸 측면도 및 측단면도,
도 4는 종래 기술에 따른 노즐조립체이 연료를 분사하면서 선단부위가 진동하는 상태를 나타낸 측면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법의 각 단계를 나타낸 순서도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 노즐조립체 조립 단계를 나타낸 분리사시도 및 측단면도,
도 8은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 페이스트형 용가재 도포 단계를 나타낸 측단면도,
도 9는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 노즐조립체 장입 단계를 나타낸 측면도,
도 10은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 챔버가열 단계를 나타낸 측면도,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법을 통해 제조된 노즐조립체의 단면을 촬영한 사진,
도 12는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 페이스트형 용가재 도포 단계에서 도포가이드홈에 페이스트형 용가재를 도포한 상태를 나타낸 측단면도,
도 13은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 플랜지나사산과 노즐관나사산 사이의 하부까지 용융된 페이스트형 용가재가 침투되지 않은 상태를 나타낸 측단면도,
도 14a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 노즐조립체 조립 단계에서 노즐관체결부의 기단측 둘레에 페이스트형 용가재를 도포한 상태를 나타낸 측단면도,
도 14b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 챔버가열 단계에서 용융된 페이스트형 용가재가 상하방향으로 동시에 침투되는 상태를 나타낸 측단면도,
도 15a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가이드홈 형성 단계를 나타낸 측면도,
도 15b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 챔버가열 단계에서 용융된 페이스트형 용가재가 침투가이드홈을 통해 각 나사골로 확산되는 상태를 나타낸 측면도,
도 16a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가이드홈 형성 단계에서 침투가이드홈이 사선 방향으로 형성된 상태를 나타낸 측면도,
도 16b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 노즐관의 둘레에 전체적으로 용가재 기둥이 형성된 상태를 나타낸 평면도,
도 17은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법의 각 단계를 나타낸 순서도,
도 18은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 페이스트형 용가재 도포 단계 및 노즈조립체 조립 단계를 나타낸 측단면도,
도 19는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 노즐조립체 장입 단계를 나타낸 측면도,
도 20은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 챔버가열 단계를 나타낸 측단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 노즐조립체의 구성을 나타낸 측단면도,
도 3은 종래 기술에 따른 노즐조립체가 알곤 용접에 의해 체결된 상태를 나타낸 측면도 및 측단면도,
도 4는 종래 기술에 따른 노즐조립체이 연료를 분사하면서 선단부위가 진동하는 상태를 나타낸 측면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법의 각 단계를 나타낸 순서도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 노즐조립체 조립 단계를 나타낸 분리사시도 및 측단면도,
도 8은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 페이스트형 용가재 도포 단계를 나타낸 측단면도,
도 9는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 노즐조립체 장입 단계를 나타낸 측면도,
도 10은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 챔버가열 단계를 나타낸 측면도,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법을 통해 제조된 노즐조립체의 단면을 촬영한 사진,
도 12는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 페이스트형 용가재 도포 단계에서 도포가이드홈에 페이스트형 용가재를 도포한 상태를 나타낸 측단면도,
도 13은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 플랜지나사산과 노즐관나사산 사이의 하부까지 용융된 페이스트형 용가재가 침투되지 않은 상태를 나타낸 측단면도,
도 14a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 노즐조립체 조립 단계에서 노즐관체결부의 기단측 둘레에 페이스트형 용가재를 도포한 상태를 나타낸 측단면도,
도 14b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 챔버가열 단계에서 용융된 페이스트형 용가재가 상하방향으로 동시에 침투되는 상태를 나타낸 측단면도,
도 15a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가이드홈 형성 단계를 나타낸 측면도,
도 15b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 챔버가열 단계에서 용융된 페이스트형 용가재가 침투가이드홈을 통해 각 나사골로 확산되는 상태를 나타낸 측면도,
도 16a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가이드홈 형성 단계에서 침투가이드홈이 사선 방향으로 형성된 상태를 나타낸 측면도,
도 16b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 노즐관의 둘레에 전체적으로 용가재 기둥이 형성된 상태를 나타낸 평면도,
도 17은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법의 각 단계를 나타낸 순서도,
도 18은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 페이스트형 용가재 도포 단계 및 노즈조립체 조립 단계를 나타낸 측단면도,
도 19는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 노즐조립체 장입 단계를 나타낸 측면도,
도 20은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 챔버가열 단계를 나타낸 측단면도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 가스터빈용 노즐조립체 제조방법은 가스터빈(10)의 연소기(20)에 장착되어 연소실(21)을 향해 연료를 분사하는 노즐조립체(100)를 제조하기 위한 제조방법으로서, 이하에서는 페이스트형 용가재(140)를 각 나사산(111,121) 사이에 배치하는 방식에 따라 실시예를 구분하여 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법은 페이스트형 용가재(140)를 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이로 침투시켜 배치하는 방식으로, 도 5에 도시된 바와 같이 노즐조립체 조립 단계(S220), 페이스트형 용가재 도포 단계(S230), 노즐조립체 장입 단계(S240), 챔버가열 단계(S250) 및 챔버냉각 단계(S260)를 포함한다.
상기 노즐조립체 조립 단계(S220)는 플랜지(110)에 노즐관(120)을 체결시키는 단계로서, 도 6에 도시된 바와 같이 플랜지(110)의 중앙부에 형성된 플랜지나사산(111)에 노즐관(120)의 일측 단부에 형성된 노즐관나사산(121)을 회전결합하여 도 7에서와 같이 플랜지(110)에 노즐관(120)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성한다.
여기서, 상기 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 치합되도록 회전결합하면서 발생하는 나사결합력은 플랜지(110)에 노즐관(120)의 일측을 고정시키기 위한 1차적인 체결력으로 작용한다.
또한, 도면에는 상기 플랜지나사산(111)이 암나사공 형태로 형성되고 노즐관나사산(121)은 수나사산 형태로 형성된 것을 예시하였으나 이에 국한되는 것은 아니며 상기 플랜지나사산(111)이 수나사산 형태로 형성되고 노즐관나사산(121)은 암나사공 형태로 형성될 수도 있다.
상기 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)는 브레이징 용접방식으로 면접합하는데 이용되는 페이스트형 용가재(140)를 도포하는 단계로서, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 상기 플랜지(110)의 표면과 노즐관(120)의 표면이 접하는 조립부위(P1)의 둘레에 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어진 페이스트형 용가재(140)를 도포한다.
여기서, 상기 브레이징 금속입자로는 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 철(Fe) 등이 포함된 니켈합금을 이용할 수 있고, 이 밖에 은(Ag), 구리(Cu), Zn(아연)을 주성분으로 하는 은합금, 동(Cu)에 인(P)이 첨가된 인동, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 구리합금을 이용할 수 있으며, 노즐조립체(100)의 성분에 따라 이용되는 브레이징 금속입자의 종류 및 성분비가 달라질 수 있다. 또한, 상기 바인더의 점성에 의해 페이스트형 용가재(140)의 도포된 상태가 유지되어 조립부위(P1)를 이탈하지 않도록 한다.
상기 노즐조립체 장입 단계(S240)는 브레이징 용접을 위해 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 배치시키는 단계로서, 도 9에 도시된 바와 같이 노즐조립체 조립 단계(S220)를 통해 플랜지(110)에 노즐관(120)이 조립되고 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)를 통해 페이스트형 용가재(140)가 도포된 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입한다.
여기서, 진공챔버(150)의 내부에는 거치대(170)가 마련되어 다수 개의 노즐조립체(100)를 안정적으로 위치고정시킬 수 있도록 하며, 플랜지(110)의 표면이 평탄하므로 플랜지(110)가 하부에 위치하도록 노즐관(120)을 직립한 상태로 거치대(170)에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공챔버(150)의 내부는 진공상태가 유지되는데 진공압력은 1 내지 3bar인 것이 바림직하다. 상기 진공압력을 1bar 이하로 낮추게 되면 상기 진공챔버(150) 내부에 먼지 등의 불순물이 남아 있게 되어 온도 상승에 의한 연소로 진공챔버(150) 및 노즐조립체(100)에 손상을 가하게 되는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 진공압력을 3bar를 초과하여 높이게 되면 진공챔버(150)에 진공압에 의한 피로도가 높아져서 사용수명이 감소되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 챔버가열 단계(S250)는 페이스트형 용가재(140)가 용융될 수 있도록 진공챔버(150)의 내부를 가열하는 단계로서, 상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 가열하여 도 10에 도시된 바와 같이 상기 조립부위(P1)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되면서 플랜지나사산(111)와 노즐관나사산(121)의 사이로 침투되도록 한다.
여기서, 도 10의 확대도에서와 같이 용융된 페이스트형 용가재(140)는 플랜지(110)의 표면과 노즐관(120)의 표면이 접하면서 조립부위(P1)에 형성된 틈새를 통해 젖음현상과 모세관현상 등에 의해 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이의 상단측으로 침투되고 각 나사산(111,121) 사이의 전체부위로 확산되면서 고르게 배치될 수 있다.
또한, 상기 설정온도는 노즐조립체(100)의 용융점보다 낮으면서 페이스트형 용가재(140)의 용융점보다 높은 온도이며, 이에 따라 노즐조립체(100)보다 페이스트형 용가재(140)가 먼저 녹게 되어 노즐조립체(100)의 손상됨이 없이 플랜지(110)와 노즐관(120)을 페이스트형 용가재(140)으로 융착시킬 수 있다.
예를 들어, 노즐조립체(100)가 스테인레스강 재질로 이루어지고 페이스트형 용가재(140)의 브레이징 금속입자로 니켈합금이 이용되는 경우 진공챔버(150)의 내부는 1,200도씨로 가열될 수 있다.
더불어, 상기 진공챔버(150)의 내부에는 발열체(152)가 구비되어 내부의 온도를 상온에서 페이스트형 용가재(140)의 용융점 이상의 온도로 상승시킬 수 있으며, 조립부위(P1)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융된 후 각 나사산(111,121) 사이의 전체부위로 침투될 수 있도록 충분한 가열시간이 확보되는 것이 바람직하다.
상기 챔버냉각 단계(S260)는 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 냉각하여 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 상호 접합되도록 한다.
여기서, 도 9에서와 같이 상기 진공챔버(150)에는 내부로 냉각가스를 투입하는 냉각장치(153)가 구비되어 내부의 가열된 온도를 경화온도까지 하강시킬 수 있다. 또한, 급속하게 냉각시키는 경우 페이스트형 용가재(140) 및 노즐조립체(100)에 균열이 발생할 수 있으므로 단계적으로 서서히 온도가 낮춰지도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각가스로는 질소가스를 이용할 수 있으며 이 밖에 헬륨가스나 아르곤가스를 이용할 수도 있다.
도 11a에는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 상기 챔버냉각 단계(S260)까지 거쳐 제조된 노즐조립체(100)의 플랜지(110) 부분을 길이방향(L)으로 절개하여 단면을 촬영한 사진이 개시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이 조립부위(P1)에 도포된 페이스트형 용가재(140)는 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이로 침투하여 경화되면서 각 나사산(111,121) 사이를 접합시킨 것을 확인할 수 있으며 이러한 브레이징 접합력은 플랜지(110)에 노즐관(120)의 일측을 고정시키기 위한 2차적인 체결력으로 작용한다.
그리고, 조립부위(P1)의 둘레만을 선(Line)접합되도록 하는 종래의 알곤용접 방식과 비교하여 볼 때 조립부위(P1) 뿐만 아니라 플랜지(110)와 노즐관(120)의 접촉되는 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이의 전체면적에 걸쳐 면접합시킬 수 있어 체결력을 대폭 증가시킬 수 있다.
또한, 이러한 브레이징 용접방식은 일반적인 알곤용접과 달리 노즐조립체(100)의 표면에 손상이 없으면서도 접합되는 부분에 기포와 같은 빈 공간이 생기지 않아 보다 견고하게 용접되는 장점이 있다.
상술한 바와 같은 노즐조립체 조립 단계(S220), 페이스트형 용가재 도포 단계(S230), 노즐조립체 장입 단계(S240), 챔버가열 단계(S250) 및 챔버냉각 단계(S260)를 통해 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 회전결합되면서 플랜지(110)와 노즐관(120)이 조립되고 각 나사산(111,121) 사이가 페이스트형 용가재(140)에 의해 브레이징 용접방식으로 면접합되면서 각 나사산(111,121)에 의한 나사결합력과 페이스트형 용가재(140)에 의한 브레이징 접합력이 함께 작용되어 연료분사시 노즐관(120)의 선단부위에서 발생하는 진동에 강인한 내구성을 갖는 노즐조립체(100)를 제조할 수 있다.
그리고, 상기 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)는 도 12에 도시된 바와 같이 조립부위(P1) 상에서 플랜지(110)의 단부 또는 노즐관(120)의 단부 중 어느 하나 이상의 단부에 둘레를 따라 내측으로 오목하게 함몰된 도포가이드홈(160)에 페이스트형 용가재(140)를 도포할 수 있다.
따라서, 도포된 페이스트형 용가재(140)가 외부로 노출되는 양을 줄여 페이스트형 용가재(140)가 자중에 의해 흐르면서 도포위치인 조립부위(P1)를 벗어나게 되는 것을 방지할 수 있으며 용융된 페이스트형 용가재(140)가 각 나사산(111,121) 사이로 원활하게 침투되도록 가이드할 수 있다.
한편, 상기 노즐조립체(100)는 노즐관(120)의 일측에 플랜지(110)가 장착되고 타측에는 노즐팁(130)이 장착되는 구조를 갖는데, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법에서는 플랜지(110)와 노즐팁(130)을 동시에 노즐관(120)에 체결되도록 하여 제조시간 및 제조비용을 절감하도록 할 수 있다.
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 노즐조립체 조립 단계(S220)는 노즐관(120)의 타측 단부에 형성된 노즐관체결부(122)에 노즐팁(130)의 일측에 형성된 노즐팁체결부(131)를 결합하여 노즐관(120)의 일측에는 플랜지(110)가 조립되고 노즐관(120)의 타측에는 노즐팁(130)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성한다. 상기 노즐팁(130)의 타측에는 노즐관(120)으로 공급된 연료를 분사하기 위한 분사공(132)이 형성된다.
여기서, 도면에는 상기 노즐팁(130)의 노즐팁체결부(131)는 매끈한 표면을 갖는 관형태로 형성되고 노즐관(120)의 노즐관체결부(122)는 노즐팁체결부(131)의 외경과 대응되는 내경을 갖는 삽입공 형태로 형성된 것을 예시하였으나 이에 국한되는 것은 아니며, 상기 노즐팁체결부(131)는 삽입공 형태로 형성되고 노즐팁체결부(131)는 관형태로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 노즐팁체결부(131) 및 노즐관체결부(122)는 플랜지(110)의 플랜지나사산(111) 및 노즐관(120)의 노즐관나사산(121)과 마찬가지로 나사산 형태로 형성되어 회전결합하는 방식으로 노즐관(120)의 타측 단부에 노즐팁(130)이 장착될 수 있다.
더불어, 상기 페이스트형 용가재 도포 단계(S230)는 도 7 및 도 8의 좌측 확대도에 도시된 바와 같이 노즐관(120)의 표면과 노즐팁(130)의 표면이 접하는 조립부위(P2)의 둘레에도 상기 페이스트형 용가재(140)를 도포하며, 상기 챔버가열 단계(S250)는 진공챔버(150)의 내부를 가열하여 도 10의 좌측 확대도에서와 같이 상기 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되면서 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)의 사이로 침투되도록 한다.
그리고, 상기 챔버냉각 단계(S260)는 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)가 상호 접합되도록 한다. 도 11b에는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 상기 챔버냉각 단계(S260)까지 거쳐 제조된 노즐조립체(100)의 노즐팁(130) 부분을 길이방향(L)으로 절개하여 단면을 촬영한 사진이 개시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)는 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이로 침투하여 경화되면서 각 체결부(122,131) 사이를 접합시킨 것을 확인할 수 있으며, 조립부위(P2)의 둘레만을 선접합되도록 하는 종래의 알곤용접 방식과 비교하여 볼 때 조립부위(P2) 뿐만 아니라 노즐관(120)과 노즐팁(130)이 접촉되는 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이의 전체면적에 걸쳐 면접합시킬 수 있어 체결력을 대폭 증가시킬 수 있다. 이와 같이 노즐관(120)의 양단에 플랜지(110)와 노즐팁(130)을 동시에 체결할 수 있어 제조공정을 간소화하고 제조시간을 대폭 감소시킬 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 플랜지(110)가 하부에 위치하고 노즐팁(130)이 상부에 위치하도록 노즐관(120)이 직립한 상태로 진공챔버(150) 내에서 가열되면 조립부위(P1)에 도포된 페이스트형 용가재(140)는 용융되면서 도 10의 우측 확대도에서와 같이 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)의 상측으로 하향 하면서 침투되어 각 나사산(111,121)의 하측까지 확산되며, 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)는 용융되면서 도 10의 좌측 확대도에서와 같이 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)의 상측으로 상향 하면서 침투되어 각 체결부(122,131)의 하측까지 확산된다.
그러나, 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이의 간격이 지나치게 협소하거나 도 13에서와 같이 각 체결부(122,131)가 나사산의 형태로 형성되어 침투거리가 과도하게 길어지는 경우 각 체결부(122,131)의 하측까지 확산되지 못해 접합면적이 감소될 수 있다. 이는 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)는 하부가 지지되지 못한 상태에서 중력을 거스르면서 상향하면서 침투되어야 하기 때문인데, 이에 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법에서는 페이스트형 용가재(140)가 각 체결부(122,131)의 상측과 하측을 통해 동시에 침투되도록 하여 각 체결부(122,131) 사이의 간격이 협소하거나 나사산 형태로 형성되어 침투거리가 길어지더라도 각 체결부(122,131)의 전체부위로 페이스트형 용가재(140)가 확산되도록 할 수 있다.
이를 위해, 도 14a에 도시된 바와 같이 상기 노즐조립체 조립 단계(S220)는 노즐관체결부(122)의 기단측(P3) 둘레에 페이스트형 용가재(140)를 도포한 후 노즐관체결부(122)에 노즐팁(130)의 노즐팁체결부(131)를 결합하고, 상기 노즐조립체 장입 단계(S240)는 플랜지(110)가 하부에 위치하고 노즐팁(130)이 상부에 위치하도록 노즐관(120)이 직립한 상태로 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입한다.
또한, 도 14b에 도시된 바와 같이 상기 챔버가열 단계(S250)는 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되어 노즐관체결부(122)의 선단측을 통해 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이로 하향하면서 침투되도록하고, 상기 노즐관체결부(122)의 기단측(P3)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되어 노즐관체결부(122)와 노즐팁(130) 사이로 상향 하면서 침투되도록 한다.
이와 같이, 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이의 상측과 하측으로 각각 용융된 페이스트형 용가재(140)를 동시에 침투시킬 수 있어 각 체결부(122,131) 사이를 전체적으로 고르게 페이스트형 용가재(140)가 배치되도록 하며 이에 따라 노즐관(120)과 노즐팁(130)을 더욱 견고하게 체결시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법은 가이드홈 형성 단계(S210)를 통해 각 나사산(111,121) 사이로 용융된 페이스트형 용가재(140)가 더욱 용이하게 침투되도록 가이드할 수 있다.
이를 위해, 상기 노즐조립체 조립 단계(S220) 이전에, 도 15a에 도시된 바와 같이 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산에 일측은 상기 조립부위(P1)와 연통되고 타측은 해당 나사산이 연장된 길이방향(L)을 따라 연장되는 침투가이드홈(125)을 형성하는 가이드홈 형성 단계(S210)를 더 수행한다.
또한, 상기 챔버가열 단계(S250)에서는 도 15b에 도시된 바와 같이용융된 페이스트형 용가재(140)가 침투가이드홈(125)의 일측을 통해 침투가이드홈(125)의 내부로 유입되고 침투가이드홈(125) 내에서 해당 나사산의 각 나사골(S)로 확산되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이로 침투되도록 한다.
이와 같이, 각 나사산(111,121) 사이에 전체적으로 용융된 페이스트형 용가재(140)가 고르게 침투되도록 가이드할 수 있으며, 용융된 페이스트형 용가재(140)의 침투 및 확산 속도를 증대시켜 진공챔버(150) 내에서 내부를 가열하는 시간을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이에 길이방향(L)으로 연장된 용가재 기둥을 형성할 수 있어 플랜지(110)와 노즐관(120)을 더욱 견고하게 체결시킬 수 있다.
이러한 침투가이드홈(125)은 플랜지(110)나 노즐관(120)에 각 나사산(111,121)이 형성되도록 가공한 후 형성된 각 나사산(111,121)에 길이방향(L)으로 홈을 파내는 방식으로 형성할 수 있다.
더불어, 상기 가이드홈 형성 단계(S210)는 침투가이드홈(125)의 일측에 조립부위(P1) 측으로 갈수록 점차적으로 크기가 커지는 형태의 확장홈(126)을 형성함으로써, 용융된 페이스트형 용가재(140)가 침투가이드홈(125)으로 원활하게 유입되도록 가이드할 수 있다.
그리고, 도 16a에 도시된 바와 같이 상기 가이드홈 형성 단계(S210)는 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산의 둘레를 따라 복수 개의 침투가이드홈(125)이 이격되도록 형성하되, 각 침투가이드홈(125)은 해당 나사산 상에서 사선형태로 연장되도록 형성할 수 있으며, 이에 따라 노즐관(120)의 둘레 전체에 페이스트형 용가재(140)가 경화된 용가재 기둥을 형성할 수 있어 더욱 견고한 체결력을 제공할 수 있다.
예를 들어, 노즐관(120)의 둘레에 네 개의 침투가이드홈(125)이 이격되도록 형성한 경우, 도 15a와 도 16b의 (a)와 같이 각 침투가이드홈(125)을 선형태로 연장되도록 형성하면 노즐관(120)의 둘레 상에서 각 침투가이드홈(125)이 형성된 일부 영역(R1)에서만 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 형성된 용가재 기둥이 형성될 수 있으나, 도 16a와 도 16b의 (b)와 같이 각 침투가이드홈(125)을 사선형태로 연장되도록 형성하면 노즐관(120)의 둘레의 전체 영역(R2)에 용가재 기둥을 형성할 수 있어 더욱 견고한 체결력이 발생할 수 있는 것이다. 이를 위해서는 도 16a에서와 같이 각 침투가이드홈(125)의 하단은 인접된 침투가이드홈(125)의 상단의 하부 위치에 배치되도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 가스터빈용 노즐조립체 제조방법은 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)를 회전결합 하기 이전에 각 나사산(111,121)에 페이스트형 용가재(140)를 도포하는 방식으로, 도 17에 도시된 바와 같이 페이스트형 용가재 도포 단계(S310), 노즐조립체 조립 단계(S320), 노즐조립체 장입 단계(S330), 챔버가열 단계(S340) 및 챔버냉각 단계(S350)를 포함한다.
먼저, 상기 페이스트형 용가재 도포 단계(S310)는 브레이징 용접의 접합제인 페이스트형 용가재(140)를 플랜지(110)와 노즐관(120)에 도포하는 단계로서, 도 18에 도시된 바와 같이 플랜지(110)의 중앙부에 형성된 플랜지나사산(111) 또는 노즐관(120)의 일측 단부에 형성된 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산에 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어진 페이스트형 용가재(140)를 도포한다.
여기서, 상기 페이스트형 용가재(140)는 상술한 일가스터빈용 노즐조립체 제조방법에서 이용된 페이스트형 용가재(140)와 동일한 용가재를 이용할 수 있다.
또한, 도면에서와 같이 각 나사산(111,121)에 페이스트형 용가재(140)를 도포하면서 노즐관(120)의 노즐관체결부(122)와 노즐팁(130)의 노즐팁체결부(131)에도 페이스트형 용가재(140)를 도포하여 플랜지(110)와 노즐팁(130)을 동시에 브레이징 용접되면서 접합되도록 할 수 있다.
상기 노즐조립체 조립 단계(S320)는 페이스트형 용가재(140)가 도포된 플랜지(110)와 노즐관(120)을 조립하는 단계로서, 도 18에서와 같이 상기 플랜지(110)의 플랜지나사산(111)에 노즐관(120)의 노즐관나사산(121)을 회전결합하여 플랜지(110)에 노즐관(120)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성한다.
여기서, 상기 노즐팁(130)의 노즐팁체결부(131)를 노즐관(120)의 노즐관체결부(122)에 회전결합하거나 삽입하는 방식으로 노즐관(120)에 노즐팁(130)까지 조립된 노즐조립체(100)를 형성할 수 있다.
상기 노즐조립체 장입 단계(S330)는 도 19에 도시된 바와 같이 조립된 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입한다. 여기서, 플랜지(110)의 표면이 평탄하므로 플랜지(110)가 하부에 위치하도록 노즐관(120)을 직립한 상태로 거치대(170)에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 챔버가열 단계(S340)는 각 나사산(111,121) 및 각 체결부(122,131)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융될 수 있도록 진공챔버(150)의 내부를 설정된 온도로 가열한다.
상기 챔버냉각 단계(S350)는 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 냉각하여 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 상호 접합되고, 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)가 상호 접합되도록 한다.
상술한 바와 같은 페이스트형 용가재 도포 단계(S310), 노즐조립체 조립 단계(S320), 노즐조립체 장입 단계(S330), 챔버가열 단계(S340) 및 챔버냉각 단계(S350)를 통해 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 회전결합되면서 플랜지(110)와 노즐관(120)이 조립되고 각 나사산(111,121) 사이가 페이스트형 용가재(140)에 의해 브레이징 용접방식으로 면접합되면서 각 나사산(111,121)에 의한 나사결합력과 페이스트형 용가재(140)에 의한 브레이징 접합력이 함께 작용되어 연료분사시 노즐관(120)의 선단부위에서 발생하는 진동에 강인한 내구성을 갖는 노즐조립체(100)를 제조할 수 있다.
또한, 페이스트형 용가재(140)를 각 나사산(111,121) 사이로 침투시킬 필요가 없어 진공챔버(150)의 가열시간을 감소시키면서 제조비용을 대폭 축소할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
100...가스터빈용 노즐조립체
110...플랜지 111...플랜지나사산
120...노즐관 121...노즐관나사산
122...노즐관체결부 125...침투가이드홈
126...확장홈 130...노즐팁
131...노즐팁체결부 140...페이스트형 용가재
150...진공챔버 10...가스터빈
20...연소기 L...길이방향
W...폭방향 H...상하방향
S210...가이드홈 형성 단계
S220,S320...노즐조립체 조립 단계
S230,S310...페이스트형 용가재 도포 단계
S240,S330...노즐조립체 장입 단계
S250,S340...챔버가열 단계
S260,S350...챔버냉각 단계
110...플랜지 111...플랜지나사산
120...노즐관 121...노즐관나사산
122...노즐관체결부 125...침투가이드홈
126...확장홈 130...노즐팁
131...노즐팁체결부 140...페이스트형 용가재
150...진공챔버 10...가스터빈
20...연소기 L...길이방향
W...폭방향 H...상하방향
S210...가이드홈 형성 단계
S220,S320...노즐조립체 조립 단계
S230,S310...페이스트형 용가재 도포 단계
S240,S330...노즐조립체 장입 단계
S250,S340...챔버가열 단계
S260,S350...챔버냉각 단계
Claims (6)
- 가스터빈(10)의 연소기(20)에 장착되어 연료를 분사하는 노즐조립체(100)를 제조하기 위한 가스터빈용 노즐조립체 제조방법에 있어서,
플랜지(110)의 중앙부에 형성된 플랜지나사산(111)에 노즐관(120)의 일측 단부에 형성된 노즐관나사산(121)을 회전결합하고 상기 노즐관(120)의 타측 단부에 형성된 노즐관체결부(122)에 노즐팁(130)의 일측에 형성된 노즐팁체결부(131)를 결합하여 노즐관(120)의 일측에는 플랜지(110)가 조립되고 노즐관(120)의 타측에는 노즐팁(130)이 조립된 노즐조립체(100)를 형성하되 상기 노즐관체결부(122)의 기단측(P3) 둘레에 브레이징 금속입자와 바인더가 혼합되어 이루어진 페이스트형 용가재(140)를 도포한 후 노즐관체결부(122)에 노즐팁(130)의 노즐팁체결부(131)를 결합하는 노즐조립체 조립 단계(S220);
상기 플랜지(110)의 표면과 노즐관(120)의 표면이 접하는 조립부위(P1)의 둘레 및, 상기 노즐관(120)의 표면과 노즐팁(130)의 표면이 접하는 조립부위(P2)의 둘레에 페이스트형 용가재(140)를 각각 도포하는 페이스트형 용가재 도포 단계(S230);
페이스트형 용가재(140)가 도포된 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하되 상기 플랜지(110)가 하부에 위치하고 노즐팁(130)이 상부에 위치하도록 노즐관(120)이 직립한 상태로 노즐조립체(100)를 진공챔버(150)의 내부에 장입하는 노즐조립체 장입 단계(S240);
상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 가열하여 상기 조립부위(P1)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되면서 플랜지나사산(111)와 노즐관나사산(121)의 사이로 침투되도록 하고, 상기 조립부위(P2)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되어 노즐관체결부(122)의 선단측을 통해 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131) 사이로 하향하면서 침투되도록하며, 상기 노즐관체결부(122)의 기단측(P3)에 도포된 페이스트형 용가재(140)가 용융되어 노즐관체결부(122)와 노즐팁(130) 사이로 상향 하면서 침투되도록 하는 챔버가열 단계(S250); 및
상기 진공챔버(150)의 내부를 설정온도로 냉각하여 용융된 페이스트형 용가재(140)가 경화되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121)이 상호 접합되도록 하고 노즐관체결부(122)와 노즐팁체결부(131)가 상호 접합되도록 하는 챔버냉각 단계(S260);를 포함하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 노즐조립체 조립 단계(S220) 이전에,
상기 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산에 일측은 상기 조립부위(P1)와 연통되고 타측은 해당 나사산이 연장된 길이방향(L)을 따라 연장되는 침투가이드홈(125)을 형성하는 가이드홈 형성 단계(S210);를 더 수행하고,
상기 챔버가열 단계(S250)에서는,
용융된 페이스트형 용가재(140)가 상기 침투가이드홈(125)의 일측을 통해 침투가이드홈(125)의 내부로 유입되고 침투가이드홈(125) 내에서 해당 나사산의 각 나사골(S)로 확산되면서 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 사이로 침투되는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 가이드홈 형성 단계(S210)는,
상기 플랜지나사산(111)과 노즐관나사산(121) 중 하나 이상의 나사산의 둘레를 따라 복수 개의 침투가이드홈(125)이 이격되도록 형성하되,
각 침투가이드홈(125)은 해당 나사산 상에서 사선형태로 연장되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 노즐조립체 제조방법.
- 삭제
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| KR1020230089310A KR102631039B1 (ko) | 2023-07-10 | 2023-07-10 | 가스터빈용 노즐조립체 제조방법 |
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| KR1020230089310A KR102631039B1 (ko) | 2023-07-10 | 2023-07-10 | 가스터빈용 노즐조립체 제조방법 |
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| KR102631039B1 true KR102631039B1 (ko) | 2024-01-29 |
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ID=89716718
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| KR1020230089310A KR102631039B1 (ko) | 2023-07-10 | 2023-07-10 | 가스터빈용 노즐조립체 제조방법 |
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| KR (1) | KR102631039B1 (ko) |
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- 2023-07-10 KR KR1020230089310A patent/KR102631039B1/ko active IP Right Grant
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