KR200443421Y1 - 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트에 관한 것으로, 이는 압축기의 케이싱을 분해하지 않고서 케이싱의 점검창(20)을 통해 터빈 로터(10)의 미드 스팬에 있는 구멍에다 웨이트(1)를 장착하거나 분리할 때에 사용하는 도구로서, 구멍 확인용 공구(31)와, 최대 토크용 공구(32)와, 중간 토크용 공구(33) 및, 박음용 공구(34) 등과 같이 작업용도별로 사용되기 알맞게 특성화된 공구들로 이루어져서, 정비시간의 단축 및 안전작업이 가능하게 된다.

Description

터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트 {Tool set for balancing turbine rotors}

본 고안은 터빈 로터의 웨이트(Weight) 조정용 공구세트에 관한 것으로, 특히 예컨대 가스 터빈 압축기에서 그 케이싱을 분해하지 않고서 로터의 미드 스팬(Mid Span)에다 소정의 질량을 가진 웨이트를 장착하거나 분리할 때 각 작업용도별로 사용되어 정비시간의 단축 및 안전작업이 가능하도록 된 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트에 관한 것이다.

예를 들어, 가스 터빈에 있는 로터의 미드 스팬에 불균형의 질량성분이 존재할 경우 진동이 발생하기 때문에 이러한 진동을 저감하기 위해 미드 스팬에 소정의 질량을 가진 웨이트를 장착한다. 이러한 작업을 웨이트 밸런싱(Weight Balancing)이라 하는데, 일반적으로 웨이트 밸런싱 하는 방법은 미드 스팬 중 일부에 360°의 원주 상에 일정한 간격을 두고서 반경방향으로 다수의 구멍을 형성하고 이들 구멍에 각각 적당한 질량을 가진 웨이트를 설치하여 로터에 존재할 수 있는 임의의 질량 불균형을 교정한다.

통상적으로, 반경방향으로 형성된 구멍은 내주면에 나사산을 갖추고 있으며, 각각의 웨이트는 외주면에 나사산을 구비하고 있어, 웨이트를 구멍 안에 조일 수 있도록 되어 있다. 이에 따라 로터에 웨이트를 고정시켜 이들 사이의 상대 운동이 방지된다.

이러한 로터의 웨이트 밸런싱은 열적 특성을 고려하지 않아 부품에 균열을 형성하거나 야기할 가능성이 남아 있어 진동 특성의 개선에 한계가 있으며, 때때로 웨이트를 재조정하거나 손상된 웨이트를 빼내어 교체할 필요성이 있게 되었다. 이러한 조정을 위해, 작업자는 압축기의 케이싱 상부에 설치되어 있는 좁은 점검창을 통해 공구를 집어넣고 분해 및 조립하는 작업을 이행하게 되는데, 종래의 공구는 단일품으로 되어 있고 재질이 취약하여 그 끝부분이 쉽게 손상되며, 웨이트를 분해하고 조립하는 작업에 사용하기가 불편함은 물론, 웨이트를 빼낼 때 웨이트가 공구로부터 이탈되어 케이싱 내부로 탈락되기 쉬워 결국 케이싱 전체를 분해해야 하는 일이 초래되고, 이러한 경우 가스 터빈을 사용하는 설비를 장기간 동안 사용할 수 없게 되는 심각한 문제점이 있었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 압축기의 케이싱을 분해하지 않고서 로터의 미드 스팬에다 소정의 질량을 가진 웨이트를 장착하거나 분리할 때, 각 작업용도별로 사용되어 정비시간의 단축 및 안전작업이 가능하도록 된 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 성취하기 위하여, 본 고안에 따른 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트는 구멍 확인용 공구와, 최대 토크용 공구와, 중간 토크용 공구 및, 박음용 공구로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조로 해서 본 고안을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 축을 중심으로 회전하는 로터(10)로 구성된 터빈 부분이 도시되어 있는바, 이 로터(10)의 미드 스팬 중 일부에는 360°의 원주 상으로 일정한 간격을 두고서 반경방향으로 다수의 구멍을 갖추고 있으며, 이들 구멍에 각각 질량 불균형을 조정하기 위한 웨이트(1)가 나사고정식으로 장착된다.

도 2에는 터빈을 둘러싼 케이싱의 점검창(20)을 통해 로터(10)에 장착된 웨이트(1)를 본 사진이 나타나 있는데, 이 소정의 질량을 가진 웨이트(1)는 원기둥형상의 질량체로서, 전술한 바와 같이 외주면에 나사산이 형성되어 있어 상기 로터(10)에 형성된 구멍에 나사고정되도록 되어 있고, 그 일측 끝면을 가로질러서는 예컨대 볼트 머리의 ― 형 홈과 같이 공구가 끼워지는 횡단홈(2)이 형성되어 있으며, 이 횡단홈(2)의 내부로부터 웨이트(1)의 길이방향으로는 홀(3)이 구비되어 있다.

본 고안에 따른 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트는, 상기와 같이 구성된 웨이트(1)를, 압축기의 케이싱을 분해하지 않고서 케이싱의 점검창(20)을 통해 로터(10)의 미드 스팬에 있는 구멍에다 장착하거나 분리할 때에 사용하는 도구로서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 구멍 확인용 공구(31)와, 최대 토크용 공구(32)와, 중간 토크용 공구(33) 및, 박음용 공구(34) 등과 같이 작업용도별로 사용되기 알맞게 특성화된 공구들로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이들 공구는 바람직하기로 스테인리스강으로 제작되나, 이에 한정되지 않고 요구되는 강성만 만족시킨다면 다른 재료로도 형성될 수 있음은 물론이다. 또, 그 형상은 대부분 원기둥형상으로 되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.

구멍 확인용 공구(31)는, 로터(10)의 미드 스팬에 있는 조정되어야 할 웨이트(1)가 케이싱의 점검창(20)과 정렬되었는지를 확인하거나, 원하는 웨이트(1)가 제자리에 위치하도록 로터(10)를 회전시키는 데에 사용되는 것으로, 끝면에 원통형 돌기(31a)를 갖추어 이 돌기(31a)가 웨이트(1)의 홀(3)에 끼워 맞춰지도록 되어 있다.

최대 토크용 공구(32)는 분해하는 공정 중 맨 처음에 그리고 조립하는 공정 중 맨 나중에 가장 큰 회전력 즉 최대 토크가 필요할 때 사용하는 것으로, 끝면에 이 끝면을 가로질러 형성된 ― 형 돌기(32a)를 갖추어 이 돌기(32a)가 웨이트(1)의 횡단홈(2)에 끼워지도록 되어 있다.

또, 중간 토크용 공구(33)는 분해 및 조립시 그 중간에 조작하는 힘이 적게 들 때 사용하는 것으로, 끝면에 상기 최대 토크용 공구(32)의 ― 형 돌기(32a)보다 가로방향 길이가 짧은 사각 판형상 돌기(33a)를 갖추어 이 돌기(33a)가 웨이트(1)의 횡단홈(2)에 끼워지도록 되어 있다.

박음용 공구(34)는 웨이트(1)가 완전 조립된 후 로터(10)의 회전시 풀려나오는 것을 방지하도록 최종적으로 작업자가 망치를 이용해서 웨이트(1)를 구멍 쪽으로 박음질할 때 활용하는 것으로, 끝면에 뾰족한 돌기(34a)를 갖추고 이 돌기(34a)의 주변에 일렬로 정렬되게 한쌍의 보조돌기(34b)를 갖추어서, 돌기(34a)가 웨이트(1)의 홀(3)에 끼워 맞춰짐과 더불어, 보조돌기(34b)가 횡단홈(2)에 맞춰지도록 되어 있다.

한편, 이들 공구는 착자시켜서 자성을 띠게 하여, 웨이트(1)를 케이싱 내부에서 로터(10)의 안팎으로 옮길 때 또는 케이싱으로부터 빼내고 삽입할 때, 웨이트(1)가 공구에 부착되어 케이싱 내로 탈락되지 않도록 할 수도 있다.

또한, 이들 공구는 원하는 길이를 갖도록 각 공구의 뒤에 연장부(35)를 추가로 구비할 수 있는데, 이들 연장부(35)는 끼움고정식으로 연결되거나 나사고정식으로 연결될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 고안에 따른 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트를 이용해서 웨이트 밸런싱 하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저 작업자는 케이싱의 점검창(20)을 개방하고, 구멍 확인용 공구(31)를 이 용해서 원하는 웨이트(1)가 제자리에 위치하도록 로터(10)를 회전시키면서 로터(10)의 미드 스팬에 있는 조정되어야 할 웨이트(1)가 케이싱의 점검창(20)과 정렬되었는지를 확인한다.

이어서, 최대 토크용 공구(32)를 사용하는데, 웨이트(1)에 이물질이 끼어 있거나 열적 변형으로 인하여 분해하는 공정 중 맨 처음에는 큰 토크가 필요하기 때문이다.

어느 정도 웨이트(1)가 풀려서 조작하는 힘이 적게 들 때에는 중간 토크용 공구(33)를 사용해서 웨이트(1)를 빼내게 된다.

다음으로, 웨이트(1)를 조립할 때에도 상기 공구들을 적절히 사용하여 조립하면 되는데, 웨이트(1)를 로터(10)의 구멍 내로 완전히 조립한 후에는 로터(10)의 회전시 웨이트(1)가 풀려나오는 것을 방지하도록 박음용 공구(34)를 끼워 맞춰놓고 망치로 박음질을 하면 된다.

따라서, 종래에는 공구가 단일품으로 되어 있고 작업용도별로 구분하여 사용되지 않아 쉽게 손상되었으나, 본 고안에 따른 공구세트를 사용하게 되면 작업용도별로 사용되기 알맞게 특성화되어서 공구의 손상도 현저히 줄어들고 안정되게 작업할 수 있는 장점이 있게 된다.

또, 본 고안에 의하면, 가스 터빈 로터의 장기간 사용에 따른 열적 변형의 특성이 해결 가능하며, 진동 교정을 위한 시간이 절감되고, 가스 터빈을 사용하는 설비의 안정적인 운전 및 설비의 수명 연장이 이루어지는 효과가 있게 된다.

도 1은 축을 중심으로 회전하는 로터로 구성된 터빈 부분을 나타낸 사진이다.

도 2는 터빈을 둘러싼 케이싱의 점검창을 통해 로터에 장착된 웨이트를 본 사진이다.

도 3은 본 고안에 따른 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트를 나타낸 사진이다.

도 4는 도 3에 도시된 공구들의 끝면을 나타낸 사진들이다.

Claims (3)

1. 횡단홈 및 이 횡단홈의 내부에 형성된 홀을 구비한 웨이트를 로터에 형성된 구멍에 장착하거나 분리하기 위한 것으로,

   일측 끝면에 원통형 돌기를 갖추어 이 돌기가 웨이트의 홀에 끼워 맞춰지도록 된 구멍 확인용 공구와,

   일측 끝면을 가로질러 형성된 ― 형 돌기를 갖추어 이 돌기가 웨이트의 횡단홈에 끼워지도록 된 최대 토크용 공구와,

   일측 끝면에 사각 판형상 돌기를 갖추어 이 돌기가 웨이트의 횡단홈에 끼워지도록 된 중간 토크용 공구 및,

   끝면에 뾰족한 돌기를 갖추고 이 돌기의 주변에 일렬로 정렬되게 한쌍의 보조돌기를 갖추어서, 상기 돌기가 웨이트의 홀에 끼워 맞춰짐과 더불어, 보조돌기가 횡단홈에 맞춰지도록 된 박음용 공구로 이루어진 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트.
2. 제1항에 있어서, 상기 공구들 중 적어도 하나는 착자되어 자성을 띠고 있는 것을 특징으로 하는 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트.
3. 제1항에 있어서, 상기 공구들은 스테인리스강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 터빈 로터의 웨이트 조정용 공구세트.

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