KR200371351Y1 - 컴프레서휠의 오버스피드 테스트 치구 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 상대적으로 큰 휠과 축을 포함하는 축립체에 결합되는 컴프레서휠 구조의 고속 회전 안정성을 시험하기 위한 오버스피드 테스트 치구를 제공한다. 상기 오버스피드 테스트 치구(100)는: 아버Ass'y로서, 커넥터부재와 소켓볼트로 연결될 수 있는 결합공이 형성된 상단의 원통부와, 상기 원통부와 일체로 된 구조이면서 상기 원통부보다 작은 직경으로 하단부에 단차부와 나사체결부를 가지면서 컴프레서휠의 중심공에 끼워지게 되는 축봉과, 상기 오버스피드 테스트 치구에 컴프레서휠을 장착시 상기 축봉의 아래로부터 끼워져서 컴프레서휠의 상부를 상기 원통부의 하측단부에 견고하게 밀착시키는 슬리브 및, 이때 상기 슬리브의 외부로 빠져나온 나사체결부에 나사결합되어 컴프레서휠의 장착을 완성하는 로크너트로 이루어진 아버Ass'y와 ; 커넥터부재로서, 상기 아버Ass'y와 볼트 결합되기 위한 체결공을 연결플렌지에 구비하고 상기 연결플렌지의 상부는 타단이 회전력을 공급하는 공작기계에 연결될 수 있게 구성된 스핀들과 일체로 결합되어 있는 커넥터부재와 ; 상기 아버Ass'y와 커넥터부재를 착탈 가능하게 나사결합시켜주는 소켓볼트; 를 포함한다. 이에 따라, 상대적으로 큰 휠과 축에 조립되는 컴프레서휠을 견고하게 파지할 수 있어 상대적으로 대형이며 중량 컴프레서휠을 고속으로 회전시키는 시험 동작시 필요한 안정성을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

컴프레서휠의 오버스피드 테스트 치구{DEVICE FOR OVER-SPEED TESTING OF COMPRESSOR WHEEL}

본 고안은 로터축에 조립되는 컴프레서휠의 고속 회전 안정성을 시험하기 위한 오버스피드 테스트 치구에 관한 것으로서, 상대적으로 큰 휠과 축을 포함하는 축립체에 결합되는 컴프레서휠을 견고하게 장착할 수 있어 대체로 사이즈가 크고 무거운 컴프레서휠을 고속으로 회전시키는 시험 동작시에 필요한 안정성을 제공할 수 있는 오버스피드 테스트 치구의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 선박용 디젤 엔진의 과급기에 사용되는 컴프레서휠(50)은, 도 3에 도시된 터빈 로터(10)에 터빈휠(16)의 반대편에 축결합되어 함께 고속 회전하게 된다.

우선, 상기 컴프레서휠과 불가분의 작동관계에 있는 로터 조립체의 제작을 살펴보면, 상기 터빈휠이 고온고압의 주변 여건 하에서 작동하기 때문에 이를 견디기 위해서 통상 우수한 크리프-파단 특성과 인장강도 및 연성특성을 가진 INCONEL713C 등의 니켈기 초내열합금을 소재로 하여 진공 정밀주조 공정을 거치되 제작의 편의상 터빈휠(16)과 샤프트(12)를 일체로 하여 터빈 로터 조립체를 만드는 것이 보편적이었다.

하지만 상기 니켈기 초내열합금은 일반 내열강에 비해서 가격이 고가(高價)여서 위와 같이 터빈휠(16)과 샤프트(12)를 일체로 생산하게 되면 제품단가가 지나치게 높아져서 특히 대형 터빈 로터 조립체의 경우 아예 제작 자체를 시도하지 못하였기 때문에, 상기 니켈기 초내열합금의 우수한 특성을 유지하면서 로터조립체의 가격을 낮출수 있는 제조방법 즉, 터빈휠(16)과 샤프트(12)를 별개의 재질로 제작하여 결합하는 방식이 제안된 바 있다. 예컨대, 대한민국특허 등록번호 10-0419290 "Ni기 초내열합금과 내열강의 마찰용접 공정설계 표준화 기술"의 등록공보에는, 상기와 같이 별개의 재질로 이루어진 터빈휠과 샤프트(12)를 접합면(14)에서 접합시키는 기술이 소개되어 있고 이에 따르면, 로터 어셈블리의 구성부분 중 직접적으로 고온고압의 가스에 노출되는 부분 즉 터빈휠(16)은 가격이 높지만 필요한 기계적 특성을 가지는 니켈기 초내열합금을 써서 내구성을 갖도록 하고 로터 샤프트(12)를 포함한 여타 부분은 상대적으로 저렴한 재질인 일반 내열강으로 대체하여 상대적으로 저렴하면서도 기계적 특성을 그대로 유지하는 대형 로터 어셈블리를 생산할 수가 있다.

위와 같은 제작 방식에 의해 터빈 로터에 축결합하는 컴프레서휠의 크기도 대형화할 수 있는 전기가 마련되었고 이로 인해 확대된 로터축 직경에 따라 기존의 중, 소형 컴프레서휠과는 차원이 다르게 사이즈가 커버린 컴프레서휠이 실제 선박 엔진에 적용시 안정적으로 작동하고 기계적 특성을 만족시키는지의 여부를 측정하는 별개의 테스트 과정이 필요하게 되었다.

선박 엔진의 과급기에서의 실제 동작시, 컴프레서휠은 약 28,500 rpm으로 회전하는 통상적인 고속 운전이 안정적으로 가능해야 한다. 따라서, 엔진 과급기의 터빈 로터에 조립하기 전에 컴프레서휠을 단품으로 오버 스피드 테스트를 수행하여, 진동이나 균열 등이 발생될 문제를 미리 예견할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 여기서 오버 스피드 테스트란, 엔진의 통상 운전속도가 예컨대 약 28,500 rpm이고, 최대 운전속도가 약 28,500 rpm ×1.1 = 31,530 rpm 이라 할 때, 이 최대 운전속도보다 더 빠른 속도(즉 over speed)로 테스트하는 것을 말한다. 본 예의 경우에 오버 스피드 테스트는 시험속도가 약 31,530 rpm ×1.2 = 37620 rpm 인 상태로 약 7분간 운전하여 시험하게 된다.

다시 말해, 이러한 선박 엔진의 과급기에 사용되는 컴프레서휠은 통상 직경이 40 mm 이상의 로터축에 결합되는 중대형 부품으로서 종래에는 이러한 컴프레서휠에 대한 오버 스피드 테스트를 수행할 수 있게 하는 테스트 치구가 없어 상기 컴프레서휠의 사용안전성을 신뢰할 수가 없었고 따라서 선박엔진의 과급기에 실제 적용이 어려웠다는 것이다.

본 고안은 위와 같은 문제점에 착안하여 제안된 것으로, 본 고안의 목적은, 직경이 40 mm 이상인 로터축에 결합되는 상대적으로 고중량의 고속회전체인 컴프레서휠을 장착하여 회전력을 제공하는 공작기계에 장착시킬 수 있도록 하는 컴프레서휠의 오버스피드 테스트를 위한 치구를 제공하고자 하는 것이다.

또한 본 고안의 다른 목적은, 특히 선박 엔진의 과급기에 사용되는 로터 조립체의 기계적 특성에 적합한지의 여부를 컴프레서휠의 단품 단계에서 테스트될 수 있어 불량발생을 미연에 방지하는 컴프레서휠의 오버스피드 테스트를 위한 치구를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따라, 컴프레서휠이 장착된 오버스피드 테스트 치구의 구조를 보여주는 개략적인 단면도.

도 2는 본 고안의 일 실시예에 따라, 도 1의 오버스피드 테스트 치구를 구성하는 각 부품의 모습을 구체적으로 보여주는 사시도.

도 3은 본 고안의 테스트 대상인 컴프레서휠이 결합되어 선박용 디젤 엔진의 과급기에 사용되는 터빈 로터의 구조를 보여주는 개략도.

<도면의 주요 부분의 간단한 설명>

10 : 터빈 로터 12 : 샤프트

14 : 접합면 16 : 터빈휠

20 : 공작기계 30 : 커넥터부재

34 : 연결플렌지 38 : 스핀들

40 : 아버(arbor) Ass'y 42 : 원통부

43 : 축봉 45 : 나사체결부

48 : 슬리브 49 : 로크너트

50 ; 컴프레서휠 54 ; 중심공

56 ; 공간부 100 ; 오버스피드 테스트 치구

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 일 실시예는, 상대적으로 큰 휠과 축으로 예컨대, 선박용 디젤엔진의 과급기에 사용되는 터빈 로터축에 결합되는 컴프레서휠의 고속 회전 안정성을 시험하기 위한 오버스피드 테스트 치구를 제공한다. 상기 컴프레서휠의 오버스피드 테스트 치구는: 아버Ass'y로서, 커넥터부재와 소켓볼트로 연결될 수 있는 결합공이 형성된 상단의 원통부와, 상기 원통부와 일체로 된 구조이면서 상기 원통부보다 작은 직경으로 하단부에 단차부와 나사체결부를 가지면서 컴프레서휠의 중심공에 끼워지게 되는 축봉과, 상기 오버스피드 테스트 치구에 컴프레서휠을 장착시 상기 축봉의 아래로부터 끼워져서 컴프레서휠의 상부를 상기 원통부의 하측단부에 견고하게 밀착시키는 슬리브 및, 이때 상기 슬리브의 외부로 빠져나온 나사체결부에 나사결합되어 컴프레서휠의 장착을 완성하는 로크너트로 이루어진 아버Ass'y와 ; 커넥터부재로서, 상기 아버Ass'y와 볼트 결합되기위한 체결공을 연결플렌지에 구비하고 상기 연결플렌지의 상부는 타단이 회전력을 공급하는 공작기계에 연결될 수 있게 구성된 스핀들과 일체로 결합되어 있는 커넥터부재와 ; 상기 아버Ass'y와 커넥터부재를 착탈 가능하게 나사결합시켜주는 소켓볼트; 를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 아버Ass'y와 상기 커넥터부재의 연결플렌지는 복수의 소켓볼트에 의해 체결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 컴프레서휠은 선박용 디젤 엔진의 과급기에 사용되는 터빈 로터와 조립되며, 상기 터빈 로터는 이종의 모재로 이루어진 터빈휠을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 구체적인 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따라, 컴프레서휠이 장착된 오버스피드 테스트 치구의 구조를 보여주는 개략적인 단면도이며, 도 2는 도 1의 오버스피드 테스트 치구를 구성하는 각 부품의 모습을 구체적으로 보여주고, 도 3은 본 고안의 테스트 대상인 컴프레서휠이 결합되어 선박용 디젤 엔진의 과급기에 사용되는 터빈 로터의 구조를 보여준다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 고안의 일실시예에 따른 오버스피드 테스트 치구(100)에서 테스트할 대상인 컴프레서휠(50)은, 선박용 디젤 엔진의 과급기에 사용되는 터빈 로터(10)의 일단부(터빈휠의 반대편)에 특수 탄성볼트 등의 적절한 수단에 의해 조립된다. 상기 터빈 로터(10)는 이종 모재인 샤프트(12)와 터빈휠(16)로 구성되는 것은 전술한 바와 같다.

본 고안에서 테스트할 대상인 컴프레서휠(50)은 약 40 mm 이상인 상대적으로 큰 직경을 가진 샤프트에 결합되며 이에 따라 상대적으로 고중량이라는 특징을 가진다.

본 고안에 따른 테스트 치구(100)는, 이러한 컴프레서휠(50) 구조의 고속 회전 안정성을 시험하기 위한 테스트 치구이다. 이러한 테스트 치구(100)에 컴프레서휠(50)의 중심공(54)을 끼워 넣어 견고히 장착한 후, 회전력을 제공하는 공작기계(20)에 연결시킴으로써, 예컨대 7분간 약 37,600 rpm의 고속 회전 시험을 행할 수 있다. 테스트가 끝난 후 컴프레서휠(50)은 치구(100)에서 탈착되고 다른 새로운 컴프레서휠(50)이 체결되어 테스트될 것이다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바를 참조하면, 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 컴프레서휠의 오버스피드 테스트 치구(100)는, 아버(arbor)Ass'y(40)와 커넥터부재(30) 및 소켓볼트(37)를 포함하여 구성된다.

오버스피드 테스트 치구(100)의 아버Ass'y(40)는 컴프레서휠(50)의 중심공(54)을 관통하여 상기 컴프레서휠을 확고히 잡아주는 부품이다. 아버Ass'y(40)는 상기 컴프레서휠(50)의 중심공(54)에 삽입될 수 있는 대략 중심공의 내경과 크기가 유사한 직경의 축봉(43)을 가지는 한편, 상부에는 커넥터부재(30)와 결합될 수 있는 더 큰 직경의 원통부(42)를 구비한다. 상기 축봉(43)을 컴프레서휠(50)의 중심공(54) 안으로, 컴프레서휠(50)의 최상단부(52)가 아버Ass'y(40)의 원통부 하단부에 밀착할 때까지, 그리고 축봉(43)에 형성된 나사체결부(45)가 컴프레서휠의 아래 바??쪽으로 완전히 돌출될 때까지 삽입한다. 그런 다음, 축봉의 아래에서부터 슬리브(48)를 축봉의 단차부(44)와 컴프레서휠 사이의 공간부(56)에 밀어넣어 컴프레서휠이 축봉에 완전히 고착된다.

이어서 슬리브(48) 바깥으로 돌출되어 나온 나사체결부(45)에 로크너트(49)가 나사결합되어 아버Ass'y(40)와 컴프레서휠(50)은 상대적 유동이 전혀 허용되지 않은 일체의 상태가 된다.

오버스피드 테스트 치구(100)의 커넥터부재(30)는 위에서 설명된 바와 같이 하부는 컴프레서휠(50)을 장착하고 있는 아버Ass'y(40)에 나사 연결되며 상부는 스핀들(38)에 의해 공작기계에 고정되는 중간 부재이다. 이를 위해 커넥터부재(30)는 일측에서 스핀들(38)에 고정되어 있는 커플러 형상으로서, 타측에서는 아버Ass'y(40)의 원통부(42)에 예컨대 복수의 소켓볼트(37)에 의해 체결될 수 있다. 또한 커넥터부재(30)의 연결플렌지(34) 외각에는 원주를 따라 체결공(36)이 구비되어 상기 커넥터부재(30)의 하단부가 상기 아버Ass'y(40)의 원통부에 분리가능하게 소켓볼트(37)에 의해 결합된다. 이를 위해 도시된 바와 같이, 아버Ass'y(40)의 원통부와 커넥터부재(30)의 연결플렌지 외각에는 볼트 삽입 구멍이 서로 대응되게 뚫린다. 이에 따라, 커넥터부재(30)는 아버Ass'y(40)에 탈착가능하게 강하게 결합될 수 있다.

커넥터부재(40)의 스핀들(38)은 그 타단부가 예컨대 공작기계(20)와 같은 회전력을 공급하는 치구에 결합되어 회전력을 전달받는 부재이다.

이에 따라, 테스트시, 공작기계(20)가 작동되면 스핀들(38)이 회전하고, 차례로 상기 스핀들(38)과 일체로 된 커넥터부재(40)와 커넥터부재(40)에 고정된 아버Ass'y(40)가 회전하며, 결과적으로 아버Ass'y(40)에 고정된 컴프레서휠(50)이 회전될 수 있다.

테스트가 완료된 후에는, 로크너트(49)를 푼 다음 슬리브(48)를 빼 내고 컴프레서휠(50)을 분리함으로써, 테스트 완료된 컴프레서휠(50)을 간편하게 탈착할 수 있다. 다음에 다른 테스트 대상인 컴프레서휠(50)을 다시 장착하여 새로운 테스트를 수행하게 된다.

이상에서는 도시된 구체적인 실시예에 따라 특히 선박용 디젤 엔진의 과급기에 사용되는 컴프레서휠에 대한 오버스피드 테스트 치구로서 본 고안을 설명하였으나, 본 고안이 개시된 예에만 국한되는 것이 아님은 당업자에게 당연할 것이다. 본 고안은 직경 40 mm 이상의 로터축에 결합되는 상대적으로 고중량의 컴프레서휠를 장착하려는 구조를 가진 오버스피드 테스트 치구로서, 대형의 유사한 구조를 가진 컴프레서휠 이라면 본 고안에 의한 치구가 테스트에 적용될 수 있을 것이다. 또한 당업자라면 개시된 본 고안의 치구에 있어서 여러가지 수정과 변형 및 대체 수단을 쉽게 생각해낼 수 있다. 따라서, 본 고안의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 해석되어야만 할 것임을 지적해둔다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따라, 직경이 40 mm 이상의 대형 로터축에 결합되는 상대적으로 고중량의 컴프레서휠을 장착하여 고속 회전력을 제공하는 공작기계에 연결시킬 수 있도록 함으로서 상기 대형 컴프레서휠의 고속 오버스피드 테스트를 통해 현장 적용의 신뢰성을 높일 수 있고,

또한 본 고안에 따라, 특히 이종 재질의 두 부품을 접합시켜 제작한 선박 엔진의 과급기에 사용되는 터빈 로터의 기계적 특성에 적합한지의 여부를 컴프레서휠단품 단계에서 테스트될 수 있어 불량발생을 미연에 방지하게 된다.

Claims (3)

1. 컴프레서휠(50)의 회전 안정성을 시험하기 위한 고속 오버스피드 테스트 치구(100)로서,

   몸체의 상단에 커넥터부재(30)와 소켓볼트로 연결될 수 있는 결합공(46)이 형성된 원통부(42)와,

   상기 원통부 보다 작은 직경으로 하단부에 단차부(44)와 나사체결부(45)를 가지면서 상기 원통부와 일체로 된 축봉(43)과,

   컴프레서휠과 조립한 후 상기 축봉(43)의 아래로부터 끼워져서 단차부(44)의 에지면에 안착하는 슬리브(48) 및,

   상기 슬리브의 외부로 빠져나오는 나사체결부(45)에 나사결합하는 로크너트(49)로 이루어진 아버Ass'y(40) ; 와

   체결공(36)이 형성된 연결플렌지(34)와 스핀들(38)이 일체로 결합되어 있는 커넥터부재(30) ; 가

   소켓볼트(37)에 의해 결합되어 구성된것에 특징이 있는 컴프레서휠의 오버스피드 테스트 치구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 아버Ass'y(40)와 상기 커넥터부재(30)의 연결플렌지(34)는 4개 내지 8개의 소켓볼트(37)에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는, 컴프레서휠의 오버스피드 테스트 치구.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 컴프레서휠(50)은 선박용 디젤 엔진의 과급기에 사용되는 터빈 로터와 조립되며, 상기 터빈 로터는 이종의 모재로 이루어진 터빈휠을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 컴프레서휠의 오버스피드 테스트 치구.