KR200343720Y1 - 가스터빈의 회전날개 분리기구 - Google Patents

Abstract

본 고안은 화력발전소에 설치되는 가스터빈 회전축의 회전날개를 분해하는 분리기구에 관한 것으로, 특히 회전축에서 손상된 회전날개 분해시 정비공기 단축이 이루어지면서 간편하게 작업할 수 있는 가스터빈의 회전날개 분리기구로서, 회전날개(1)의 고정용 턱(2)이 삽입되어 걸려지는 슬롯홈(3)을 갖춘 걸이 고리부(4)와, 이 걸이 고리부(4)에 나선식으로 체결되는 로드봉(5) 및, 이 로드봉(5)의 타단에서 스톱엔드(6)에 의해 이동이 제한되는 햄머(7)로 이루어진 구조로 되어 있다.

Description

가스터빈의 회전날개 분리기구{Moving blade remover of gas turbine}

본 고안은 복합화력발전소에 설치되는 가스터빈 회전축의 회전날개를 분해하는 분리기구에 관한 것으로, 특히 회전축에서 손상된 회전날개 분해시 정비공기 단축이 이루어지면서 간편하게 작업할 수 있는 가스터빈의 회전날개 분리기구에 관한것이다.

통상 복합화력발전소에 설치되는 가스터빈 발전기(일예로, 미국 제너럴일렉트릭 회사가 제작한 MS7000F 시리즈의 가스터빈 발전기)는 점검이 정기적으로 시행되는 기기로서, 약 12,000 시간(Hour)에서는 C급 OH(Overhaul) 또는 연소기 교체정비(Combustion Inspection), 22,000 시간에서는 B급 OH 또는 고온부품 교체정비(Hot Gas Inspection), 44,000 시간에서는 A급 또는 주정비(Major Inspection)를 수행하도록 되어 있는바, 여기서 상기 연소기 교체정비는 연소기의 연료노즐, 벤츄리, 라이너, 플로우 슬리브(Flow sleeve)를 교체하며, 고온부품 교체정비는 연소기 정비를 포함하여 가스터빈의 고정날개 및 회전날개를 교체하도록 되어 있다.

또한 상기 주정비는 연소기 교체정비와 고온부품 교체정비를 포함하면서 공기 압축기의 분해정비를 수행한다.

그리고 이들 각각의 정비기간은 예를 들어 연소기 교체정비에 14일, 고온부품 교체정비에 28일, 주 정비에 42일 정도 소요되고 있다.

일반적으로 가스터빈의 정비 주기는 신뢰성을 확보하기 위해 주기적으로 부품들이 손상 되기전 교체하여 주는 운영방식을 채택하고 있지만, 종종 외부로부터 유입되는 이물질 또는 가스터빈이 구성하는 모든 하드웨어 시스템으로부터 탈락되는 이물질에 의해 회전날개에 부딪쳐 덴트(Dent) 또는 균열(Crack)이 발생하게 된다.

가스터빈의 회전축에 장착되는 상기 회전날개는 1단 내지 3단으로 구성되고가스터빈 연소기에 대략 270개정도 설치되는데, 이중 1개만 손상 시에도 고온부품 교체정비에 필요한 분해, 조립과정이 수행되고 최소 23일 정도 소요되는 실정이었다.

종래에는 가스터빈의 1개의 고정날개를 교체하기 위해서는 도 5와 같이 가스터빈 상부 케이싱(100)을 인양한 다음, 연소기(102)의 연소노즐, 플로우 슬리브, 라이너, 트랜지션 피스 순으로 취외하고 1단 노즐(103)을 취외한 후에야 타격을 화살표 방향으로 가해 터빈로터(110)에서 1단 회전날개(101a)를 분리할 수 있었다.

즉 상기 가스터빈 회전날개(101a)는 1단 고정 노즐(103)을 취외하여 공간을 확보한 후, 1단 고정 노즐 쪽에서 2단 회전날개(101b) 쪽(가스터빈 연소가스 흐름방향)으로 1단 회전날개(101a)를 알루미늄 망치로 쳐서 밀어냄으로서 분리할 수 있었다. 즉, 회전날개를 가스터빈 연소가스 흐름방향으로 밀어서 분해한 다는 것이 제작사가 제시한 회전날개 분해절차로서 이를 개선 없이 수행하여 온 것이다.

또한 고온부품은 즉, 고정 및 회전날개는 재생정비를 통하여 3회 정도 재사용 할 수 있으므로 터빈 케이싱 취외시 모든 고정 및 회전날개를 전량 교체하는 방식의 블록정비(Block Maintenance)를 취해왔다. 이는 정비기간, 비용 등을 고려하여 1~2개월 정도의 계획정비 시기가 남은 경우 1개의 회전날개만 손상되어도 정비기간이 계획 정비기간을 소요하기 때문에 전면 교체하여 다음 정비주기까지 운전을 도모하는 것이 일반적인 발전설비 운영방식이었다.

가스터빈의 정비주기(OH 시행주기)는 A급-C급-C급-B급-C급-C급-A급 정비형태로 순환하며 시행한다. 회전날개는 B급 이상의 OH에서 시행하는 것으로 대개 38%의이용률을 갖는 가스터빈 발전설비의 경우 연 1회 OH를 시행하게 되어 C급은 1년마다, B급은 2년마다, A급은 4년마다 시행주기가 된다. 따라서, 상기 순환방식의 정비주기는 회전날개의 손상시 부분교체가 어렵기 때문에 계획된 정비주기가 도래하기 전에 전면교체가 될 경우 정비주기가 단축되는 문제가 상존하여 왔다.

상기와 같은 회전날개 분해 과정은 약 23일간 소요되는 대단위 작업으로 정기점검 시기도래 이전에 일부 손상되는 회전날개를 교체하고자 하여도 동일한 작업기간이 필요할 뿐만 아니라, 계획발전정지(Planned Outage)기간 이외의 불시정지로 인한 발전정지(forced Outage)로 인해 발전 이용률이 저하되어 결국 전력계통불안 및 발전사업 수익에 지장을 초래하는 문제점 등이 제기되어 왔다.

일반적으로 상기 계획발전정지는 전력계통의 모든 발전기에 대하여 적정 발전 예비율(20%)과 하절기 피크(Summer Pick)시 7% 이상 예비율을 유지하기 위한 발전정지계획이다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가스터빈 발전기의 정기 점검 시행시기 도래 이전에 일부 회전날개의 균열, 탈락 등의 손상이 발견되면 이를 교체하고자 할 때 종래 약 23일 이상 소요되는 전면 교체방식을 개선하여 연소기와 터빈 케이싱 후단의 배기 케이싱 부분을 분해하지 않고 단지 터빈 케이싱만을 취외한 후, 손상된 회전날개만 분리 교체하여 정비 점검의 시간을 대폭 감축한 가스터빈의 회전날개 분리기구를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 손상된 회전날개의 고정용 턱이 삽입되는 슬롯홈을 갖춘 걸이 고리부와 이 걸이 고리부에 나선식으로 체결되는 로드봉 및 이 로드봉의 타단에는 스톱엔드에 의해 이동이 제한되는 햄머로 이루어진 구조로 되어 있다.

도 1은 본 고안에 따른 가스터빈의 회전날개 분리기구의 사시도,

도 2는 도 1의 측면도,

도 3은 본 고안이 가스터빈 회전축의 회전날개에 장착된 상태도,

도 4는 본 고안을 이용하여 가스터빈의 회전날개를 분리하는 개략 설명도,

도 5는 종래 가스터빈의 회전날개를 분리하는 개략 설명도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1 : 회전날개, 2 : 고정용 턱,

3 : 슬롯홈, 4 : 걸이 고리부,

5 : 로드봉, 6 : 스톱엔드,

7 : 햄머, 10 : 터빈로터.

이하, 본 고안을 첨부된 예시 도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1과 도 2는 본 고안에 따른 가스터빈의 회전날개 분리기구 사시도와 측면도이다.

본 고안은 도면에 도시된 바와 같이 손상된 회전날개(1)의 고정용 턱(2)에 삽입하여 걸 수 있는 슬롯홈(3)을 갖춘 걸이 고리부(4)와, 이 걸이 고리부(4)에 나선식으로 체결되는 로드봉(5) 및, 이 로드봉(5)의 타단에서 스톱엔드(6)에 의해 이동이 제한되는 햄머(7)로 이루어진 구조로 되어 있다.

여기서 상기 걸이 고리부(4)의 슬롯홈(3)은 로드봉(5)과 서로 엇갈리는 경사 각도로 형성되어 있으면서 걸이 고리부(4)를 가로질러 형성되어 있다.

그리고 상기 걸이 고리부(4)와 로드봉(5)은 스크류 체결방식으로 서로 연결되고, 상기 원통형 햄머(7)는 스톱엔드(6)에 의해 그 이동이 규제된다.

한편, 도 3과 같이 가스터빈에서 손상된 회전날개(1)를 분리하고자 할 때 이 회전날개(1)의 고정용 턱(2)에 걸이 고리부(4)의 슬롯홈(3)을 끼워 넣고 원통형 햄머(7)를 화살표 (가)방향으로 망치와 같은 공구로 치게되면, 이 회전날개(1)는 터빈로터(10)에서 도 4의 화살표 방향으로 분리되어 회전날개(1a)만 손쉽게 분해할 수 있다.

그리고 나머지 회전날개(1b, 1c)들도 앞서 설명한 회전날개(1a)의 분리방식과 동일하게 하여 분해할 수 있음은 물론이다.

통상 1300℃급 연소온도를 갖는 가스터빈의 회전날개는 1개에 2003년 현재 3,000 정도의 고가 부품으로 가스터빈 1단에만 92개가 장착된다. 가격이 다르지만 2, 3단에도 각각 동일한 수의 회전날개가 장착되어 있다. 회전날개를 전면교체가 아니고 1개만 선택적으로 취외시 용접을 하여 분리하는 등의 방법으로 손상을 주어서는 안된다.

그리고 엄격한 재생정비(Refurbish) 한계를 초과한 것에 대하여는 인근 회전날개에 손상을 주지 않는 범위 내에서 용접하여 분리하는 등의 손상방법을 사용할 수 있다.

즉, 손상 범위를 초과한 회전날개는 로드봉(5)을 회전날개 하부 루트(Root)부에 용접하여 당길 수 있다. 하지만 대부분 손상된 회전날개는 더 이상의 손상 없이 분리하여야 한다. 따라서 본 고안에 따른 분리기구는 회전날개들의 손상 없이 분리하여 재생 정비하여 재 사용할 수 있다.

상기와 같이 본 고안에 따른 가스터빈의 회전날개 분리기구는 종래에 약 26일 동안 모든 연소기 및 고정·회전날개를 분해 조립하여야 정비가 가능한 작업을 46시간만에 시행함으로서 정비공기 단축을 이룰 수 있으며, 이에 따른 정비비용을 대폭 절감하여 비용절감은 물론, 고온부품의 재생 정비를 하지 않으므로 환경오염을 줄일 수 있는 한편 공기를 단축함으로서 전력생산이 가능하여 매출 수익과 발전대기 수당의 손실을 방지할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (2)

1. 회전날개(1)의 고정용 턱(2)이 삽입되어 걸려지는 슬롯홈(3)을 갖춘 걸이 고리부(4)와, 이 걸이 고리부(4)에 체결되는 로드봉(5) 및, 이 로드봉(5)의 타단에서 스톱엔드(6)에 의해 이동이 제한되는 햄머(7)로 이루어진 가스터빈의 회전날개 분리기구.
2. 제 1항에 있어서, 상기 걸이 고리부(4)의 슬롯홈(3)은 로드봉(5)과 서로 엇갈리는 경사 각도로 가로질러 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 회전날개 분리기구.