KR20060006861A - The processing apparatus using inducting heating of the part in the main shaft and a method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 대차로를 통해 가열된 메인 샤프트를 롤러가 장착된 수냉조를 통해 냉각시킨 다음, 유냉조를 통해 2단계로 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 이를 다시 대차로를 통해 가열시켜 뜨임(Tempering) 함으로써 메인 샤프트 전체의 냉각이 균일하여 이루어져 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 발생하지 않는 특징이 있다.The present invention relates to a method and apparatus for heat treatment of a main shaft for a wind turbine. The main shaft heated through a bogie is cooled through a water cooling tank equipped with a roller, and then quenched by cooling in two stages through an oil cooling tank. After the heating, it is heated again through the bogie to temper (Tempering) the cooling of the entire main shaft is uniform, there is a feature that does not cause cracks and deformation does not occur on the surface.
본 발명은 크게 다섯 단계로 이루어지는바, 열처리 대상물인 풍력발전기용 메인 샤프트(1)를 검사하는 검사공정(S1)과, 상기 준비된 메인 샤프트(1)를 대차로(20)에 장입하여 845 내지 855℃의 온도에서 14 내지 16시간 가열 유지한 후, 825 내지 835℃의 온도로 2시간 더 유지하는 소입 가열공정(S2)과, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 롤러(31, 32)가 구비된 수냉조(30)에 투입하여 45 내지 50분간 회전시키면서 냉각시킨 다음, 유냉조(40)에 투입하여 150분간 냉각시키는 소입 냉각공정(S3)과, 상기 냉각이 완료된 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에 장입하여 595 내지 605℃의 온도로 5시간 동안 예열시킨 후, 620 내지 630℃의 온도로 15 내지 17시간 가열하는 소려 가열공정(S4)과, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 공랭시킨 다음 표면을 연마하며 경도검사를 하는 측정 및 연마하는 최종 검사공정(S5)으로 구성되는 대략적인 제조과정을 갖는다.The present invention is largely composed of five steps, the inspection step (S1) for inspecting the main shaft (1) for the wind turbine that is a heat treatment target, and the prepared main shaft (1) in the bogie road 20 to 845 to 855 After heating and maintaining at a temperature of 14 ° C. for 16 to 16 hours, the quenching heating step S2 is further maintained at a temperature of 825 to 835 ° C. for 2 hours, and the rollers 31 and 32 have a main shaft 1 in which the heating is completed. Into the provided water cooling tank 30 and cooled while rotating for 45 to 50 minutes, and then put into the oil cooling tank 40 to cool the cooling process (S3) and the main shaft (1) that the cooling is completed After charging to the bogie 50 and preheating for 5 hours at a temperature of 595 to 605 ℃, the heating process (S4) for 15 to 17 hours at a temperature of 620 to 630 ℃ and the main shaft (the heating is completed) 1) Air-cooled and the surface is polished and hardness test Mach has a rough manufacturing process, consisting of a final inspection step (S5).
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 대차로를 통해 850℃에서 14 내지 16시간 가열한 후, 이를 830℃로 낮추어 2시간 동안 유지시킨 메인 샤프트를 롤러가 구비된 회전 수냉조에 투입하여 45 내지 50분간 메인 샤프트를 회전시키면서 냉각시키고, 이를 유냉조에 다시 투입하여 150분간 냉각시켜 담금질을 완료한 후, 다시 대차로에 장입하여 600℃로 5시간 동안 예열작업을 거친 다음 625℃로 15 내지 17시간 유지하여 뜨임 함으로써 전체적으로 균일하게 냉각되어 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 일어나지 않으며, 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있다.The present invention having the configuration as described above, after heating for 14 to 16 hours at 850 ℃ through a bogie, and then lowered to 830 ℃ and maintained for 2 hours by putting the main shaft into a rotary water cooling tank equipped with a roller 45 to 50 Cooling while rotating the main shaft for a minute, and put it back into the oil-cooling tank to cool for 150 minutes to complete the quenching, then loaded into the trolley and preheated to 600 ℃ for 5 hours, then 15 to 17 hours at 625 ℃ By maintaining and tempering, it is cooled uniformly as a whole, so that cracks do not occur on the surface and deformation does not occur, and there is an effect of improving good structure and mechanical properties.
메인 샤프트 열처리, 풍력발전기, 대차로, 크레인, 수냉조, 유냉조, 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering) Main shaft heat treatment, wind power generator, bogie, crane, water cooling tank, oil cooling tank, quenching, tempering
Description
도 1은 본 발명의 공정 순서도1 is a process flow chart of the present invention
도 2는 본 발명의 장치도2 is a device diagram of the present invention.
도 3은 본 발명 수냉조의 사시도Figure 3 is a perspective view of the present invention water cooling tank
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명][Explanation of symbols on the main parts of the drawings]
1: 메인 샤프트 10: 크레인1: main shaft 10: crane
20, 50: 대차로 21: 베드20, 50: cart 21: bed
30: 수냉조 31: 구동 롤러30: water cooling tank 31: drive roller
32: 가이드 롤러 33: 연결 롤러32: guide roller 33: connecting roller
34: 구동장치 35: 체인34: drive unit 35: chain
40: 유냉조 S1: 검사 및 준비공정40: oil tank S1: inspection and preparation process
S2: 소입 가열공정 S3: 소입 냉각공정S2: Hardening Heating Process S3: Hardening Cooling Process
S4: 소려 가열공정 S5: 최종 검사공정S4: Considerate heating process S5: Final inspection process
본 발명은 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 풍력발전기용 메인 샤프트를 제작하기 위한 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 대차로를 통해 가열된 메인 샤프트를 회전 롤러가 장착된 수냉조를 통해 냉각시킨 다음, 유냉조를 통해 2단계로 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 이를 다시 대차로를 통해 가열시켜 뜨임(Tempering) 함으로써 메인 샤프트 전체의 냉각이 균일하여 이루어져 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 발생하지 않는 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat treatment method and apparatus, and more particularly, to a heat treatment method and apparatus for manufacturing a main shaft for a wind turbine, and a water cooling tank equipped with a rotating roller for a main shaft heated through a bogie road. After cooling through, and then quenching by cooling in two stages through an oil-cooling tank, and then heating it through a bogie to temper it to uniformly cool the entire main shaft so that cracks do not occur on the surface. The present invention relates to a method and apparatus for heat treatment of a main shaft for a wind power generator without deformation.
일반적으로 열처리라 함은 금속 재료를 융점 이하의 온도로 가열하고 냉각속도를 선택적으로 가감하여 필요로 하는 조직 및 성질을 갖게 하는 조작으로서 담금질과 풀림, 불림 및 뜨임 등이 있다.In general, heat treatment refers to an operation of heating a metal material to a temperature below the melting point and selectively adding or decreasing a cooling rate to obtain a necessary structure and property, such as quenching, loosening, soaking and tempering.
이러한 열처리를 통해 금속 또는 합금에 요구되는 성질, 즉 강도, 경도, 내마모성, 내충격성, 가공성, 자성 등의 제반 성능을 부여하여 금속이 쓰이는 곳에 적합하도록 가공되는 구성을 갖는다.Through such heat treatment, the metal or alloy has properties such as strength, hardness, abrasion resistance, impact resistance, workability, and magnetic properties, so that the metal is processed to be suitable for use in the metal.
상기 열처리에 있어서, 풍력발전기 등에 사용되는 메인 샤프트의 경우에는 그 크기 2 내지 3m가 될 정도로 그 규모가 대단히 커서 대차로를 통해 가열한 후 물 또는 기름을 이용하여 냉각시킬 경우에는 전체적으로 냉각의 불균형이 발생하여 표면이나 심부에 크랙이 발생하여 내구성이 현저히 저하될 우려가 있었고, 뿐만 아니라 열 구배에 따른 변형이 발생하게 되어 완성된 메인 샤프트가 원하는 형상대로 제작되지 않아 비용과 시간 손실을 초래하는 문제점을 내포하고 있었다.In the heat treatment, in the case of the main shaft used in the wind turbine, etc., the size is so large that the size is 2 to 3 m, and when the heat is heated through the bogie and then cooled by using water or oil, the cooling imbalance is generally reduced. There was a possibility that the cracks occurred on the surface or the core and the durability was significantly lowered. Furthermore, the deformation caused by the thermal gradient occurred, and the main shaft was not manufactured in the desired shape, resulting in cost and time loss. It was implicated.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 대차로를 통해 850℃에서 14 내지 16시간 가열한 후, 이를 830℃로 낮추어 2시간 동안 유지시킨 메인 샤프트를 롤러가 구비된 회전 수냉조에 투입하여 45 내지 50분간 메인 샤프트를 회전시키면서 냉각시키고, 이를 유냉조에 다시 투입하여 150분간 냉각시켜 담금질을 완료한 후, 다시 대차로에 장입하여 600℃로 5시간 동안 예열작업을 거친 다음 625℃로 15 내지 17시간 유지하여 뜨임 함으로써 전체적으로 균일하게 냉각되어 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 일어나지 않으며, 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키도록 함을 목적으로 한다.Therefore, the present invention was invented in view of the above problems, and after heating at 850 ° C. for 14 to 16 hours through a trolley, it was lowered to 830 ° C. and maintained for 2 hours in a rotating water cooling tank equipped with a roller. After rotating the main shaft for 45 to 50 minutes by rotating it, it was added to the oil cooling tank again and cooled for 150 minutes to complete the quenching, and then charged into a trolley again, followed by preheating at 600 ° C. for 5 hours, followed by 625 ° C. It is aimed to improve the good structure and mechanical properties by maintaining the temperature in the furnace for 15 to 17 hours and then uniformly cooling the entire surface to prevent cracking and deformation.
본 발명은 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 대차로를 통해 가열된 메인 샤프트를 롤러가 장착된 수냉조를 통해 냉각시킨 다음, 유냉조를 통해 2단계로 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 이를 다시 대차로를 통 해 가열시켜 뜨임(Tempering) 함으로써 메인 샤프트 전체의 냉각이 균일하여 이루어져 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 발생하지 않는 특징이 있다.The present invention relates to a method and apparatus for heat treatment of a main shaft for a wind turbine. The main shaft heated through a bogie is cooled through a water cooling tank equipped with a roller, and then quenched by cooling in two stages through an oil cooling tank. After it is heated and tempered again through the trolley, the cooling of the entire main shaft is uniformed, so that cracks do not occur on the surface and deformation does not occur.
본 발명은 크게 다섯 단계로 이루어지는바, 열처리 대상물인 풍력발전기용 메인 샤프트(1)를 검사하는 검사공정(S1)과, 상기 준비된 메인 샤프트(1)를 대차로(20)에 장입하여 845 내지 855℃의 온도에서 14 내지 16시간 가열 유지한 후, 825 내지 835℃의 온도로 2시간 더 유지하는 소입 가열공정(S2)과, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 롤러(31, 32)가 구비된 수냉조(30)에 투입하여 45 내지 50분간 회전시키면서 냉각시킨 다음, 유냉조(40)에 투입하여 150분간 냉각시키는 소입 냉각공정(S3)과, 상기 냉각이 완료된 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에 장입하여 595 내지 605℃의 온도로 5시간 동안 예열시킨 후, 620 내지 630℃의 온도로 15 내지 17시간 가열하는 소려 가열공정(S4)과, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 공랭시킨 다음 표면을 연마하며 경도검사를 하는 측정 및 연마하는 최종 검사공정(S5)으로 구성되는 대략적인 제조과정을 갖는다.The present invention is largely composed of five steps, the inspection step (S1) for inspecting the main shaft (1) for the wind turbine that is a heat treatment target, and the prepared main shaft (1) in the
이하 본 발명의 실시 예를 도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.Looking at the embodiment of the present invention through the drawings as follows.
도 1은 본 발명의 공정 순서도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 장치도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 제 1공정은, 금속재질로 구성된 풍력발전기용 메인 샤프트(1)의 외형 및 치수 등을 검사하는 검사공정(S1)을 완료한다.Figure 1 shows a process flow chart of the present invention, Figure 2 shows a device diagram of the present invention, as shown, the first step, the appearance and dimensions of the main shaft (1) for the wind turbine is composed of a metal material The inspection step S1 for inspecting the back is completed.
상기 사용되는 메인 샤프트(1)는, 풍력발전기에 사용되는 것으로, 다단 단차진 원형 축으로 형성되되, 일측 끝단으로는 플랜지부가 형성되어 있어서, 풍력발전기의 블레이드와 결합되어 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시킬 수 있도록 하는 역할을 하며, 대략적인 길이는 약 2 내지 3m 이고, 직경은 약 1 내지 1.5m의 길이로 구성되며, 상기 검사공정(S1) 시 각부의 가공 여유는 10 내지 20㎜ 정도가 되도록 구성된다.The
그런 다음 제 2공정은, 상기 검사를 완료한 메인 샤프트(1)를 크레인(10)을 이용하여 대차로(20)의 베드(21) 상에 재치한 후 대차로(20) 내에 장입하여 가열을 완료하는 소입 가열공정(S2)을 완료한다.Then, in the second step, the
상기 사용되는 대차로(20)는 잉곳, 롤 등 주조 또는 단조품의 가열 및 열처리에 통상적으로 사용되는 설비로, 내화물을 이용하여 직사각 함체의 구조로 구성되어 있으며, 메인 샤프트(1)를 베드(21) 상에 재치한 후, 이를 대차로(20)의 내부로 장입하여 대차로(20)를 시간당 약 100℃씩 6 내지 7시간 승온시켜 소입 가열온도인 850℃에 도달하면 승온을 완료한다.The used
그 후, 845 내지 855℃에서 14 내지 16시간 동안 유지한 다음, 830℃로 온도를 낮추어 2시간 동안 더 유지하는 계단식 가열을 완료한다.Thereafter, the temperature was maintained at 845 to 855 ° C. for 14 to 16 hours, and then the temperature was lowered to 830 ° C. to complete the stepped heating for 2 more hours.
그 후 행해지는 제 3공정은, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 냉각시키는 공정으로써, 수냉조(30)와 유냉조(40)를 통한 순차적인 냉각 방법을 통해 2단계 로 냉각시키는 소입 냉각공정(S3)을 완료한다.The third step that is performed thereafter is a step of cooling the
상기 사용되는 수냉조(30)는, 직사각 함체의 형태로 구성되되, 일측으로는 원형의 형태로 제작되며, 수냉조(30)의 저부 바닥의 양측으로는 한 쌍의 롤러(31, 32)가 각각 구비되어 있는바, 일측으로는 구동 롤러(31)가 구비되어 있고, 타측으로는 가이드 롤러(32)가 구비되어 있으며, 상기 구동 롤러(31)에는 연결 롤러(33)가 체인(35)을 통해 연결되고, 연결 롤러(33)는 구동장치(34)와 체인(35)으로 연결되어 구동장치(34)가 구동함에 따라 체인(35)을 통해 연결 롤러(33)와 구동 롤러(31)가 함께 구동될 수 있는 구성을 갖는다.The
한편, 구동 롤러(31)와 마주보는 위치에는 가이드 롤러(32)가 구비되어 있어서 상기 구동 롤러(31)와 가이드 롤러(32)의 상에 메인 샤프트(1)가 재치되어 구동 롤러(31)를 통해 회전할 시 가이드 롤러(32)에 의해 안정적으로 회전할 수 있는 구성을 갖는다.On the other hand, the
상기 830℃로 가열된 메인 샤프트(1)를 크레인(10)을 통해 수온이 25 내지 35℃인 냉각수가 담긴 수냉조(30)로 이송한 다음, 메인 샤프트(1)를 냉수조(30) 내의 구동 및 가이드 롤러(31, 32) 상에 정확하게 재치하여 냉각하는바, 재치된 메인 샤프트(1)를 지속적으로 회전시키면서 45분 내지 50분간 냉각시키며, 이때 냉각수의 온도는 최대 50℃를 넘지 않도록 하는 구성을 갖는다.The
상기와 같이 수냉조(30)에서의 냉각을 완료하면, 이를 인출하여 유냉조(40)로 크레인(10)을 통해 이송시키는바, 유냉조(10)는 직사각함체의 형태로 60 내지 80℃의 온도의 냉각유가 내재된 구성을 가지며, 상기 유냉조(40)에 메인 샤프트(1)를 수장하여 약 150분간 냉각시키도록 하며, 메인 샤프트(1)를 유냉조(40)에서 인상하는 온도는 메인 샤프트(1)의 온도가 100 내지 150℃에 이르렀을 때 크레인(10)을 통해 인상시키도록 구성된다.When the cooling in the
상기와 같이 수냉과 유냉을 완료한 후에는 중간검사 공정을 행하는바, 경도검사와 육안검사를 통하여 소입이 완료된 메인 샤프트(1)의 표면 크랙과 찍힘, 변형 등의 상태를 확인하여 불량이 없는 경우 다음 공정으로 크레인(20)을 통해 이송하는 구성을 갖는다.After completion of water cooling and oil cooling as described above, the intermediate inspection process is performed. If there are no defects by checking the condition of surface cracking, stamping, deformation, etc. of the
그런 다음, 제 4공정은, 상기 크레인(10)에 의해 인상된 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에 장입하여 경도를 낮추고 점성을 높이도록 하는 소려 가열공정(S4)을 완료한다.Then, the fourth step is to charge the main shaft (1) pulled by the
상기 사용되는 대차로(50)는 상기 제 2공정에서 사용되는 대차로(20)와 동일한 형태로 구성되며, 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에 장입하여 이를 시간당 약 100℃씩 6시간 승온시켜 소려 예열 온도인 600℃에 도달하면 승온을 완료하며, 이를 5시간 동안 예열하도록 하며, 그 후 실제 작업온도인 620 내지 630℃로 온도를 높여 15 내지 17시간 동안 더 유지하는 계단식 가열을 완료한다.The used
그런 다음, 마지막 공정인 제 5공정은, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에서 크레인(10)을 통해 인출하여 공기 중에서 서냉함으로써 메인 샤프트(1)의 조직을 안정화시키도록 하고, 냉각이 완료된 메인 샤프트(1)의 표면을 연마하며 경도검사를 하는 최종 검사공정(S5)을 완료한다.Then, the fifth step, which is the last step, is to take out the
상기와 같은 공정으로 이루어지는 본 발명에 일실시 예를 작동과정을 살펴보면, 대차로(20)에 메인 샤프트(1)를 장입하고, 시간당 100℃씩 승온한 후, 이를 850℃에서 14시간 동안 유지시킨 후, 다시 830℃로 2시간 동안 유지한 다음, 크레인(10)을 이용하여 대차로(20)에서 꺼내어 수냉조(30)에 수장하여 45 내지 50분간 회전시키면서 냉각시키도록 구성된다.Looking at the embodiment of the present invention made of the process as described above, charging the main shaft (1) in the bogie (20), after the temperature is increased by 100 ℃ per hour, it was maintained for 14 hours at 850 ℃ Then, after maintaining for 2 hours at 830 ℃ again, using the
그 후, 유냉조(40)로 크레인(10)을 통해 이송한 다음, 150분간 냉각하여 메인 샤프트(1)의 온도가 100 내지 150℃로 냉각되도록 하여 담금질(Quenching)이 완료되도록 한다.Thereafter, the oil is transferred to the
그런 다음, 상기 담금질(Quenching)이 완료된 메인 샤프트(1)를 크레인(10)을 이용하여 대차로(50)에 장입하여 시간당 100℃씩 승온한 후, 이를 600℃로 5시간 동안 예열하고, 625℃의 온도로 15시간 유지한다.Then, the quenching (Quenching) completed the main shaft (1) by using a
그런 다음, 대차로(50)에서 인출하여 공기 중에서 서냉시킴으로써 메인 샤프트(1)가 안정한 조직으로 변할 수 있도록 하는 뜨임(Tempering)을 완료하고 냉각된 메인 샤프트(1)의 표면을 연마하며 경도검사를 최종 검사를 함으로써 본 발명의 작동을 완료한다.Then, withdrawal from the
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 대차로를 통해 850℃에서 14 내지 16시간 가열한 후, 이를 830℃로 낮추어 2시간 동안 유지시킨 메인 샤프트를 롤러가 구비된 회전 수냉조에 투입하여 45 내지 50분간 메인 샤프트를 회전시키면서 냉각시키고, 이를 유냉조에 다시 투입하여 150분간 냉각시켜 담금질을 완료한 후, 다시 대차로에 장입하여 600℃로 5시간 동안 예열작업을 거친 다음 625℃로 15 내지 17시간 유지하여 뜨임 함으로써 전체적으로 균일하게 냉각되어 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 일어나지 않으며, 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있다.The present invention having the configuration as described above, after heating for 14 to 16 hours at 850 ℃ through a bogie, and then lowered to 830 ℃ and maintained for 2 hours by putting the main shaft into a rotary water cooling tank equipped with a roller 45 to 50 Cooling while rotating the main shaft for a minute, and put it back into the oil-cooling tank to cool for 150 minutes to complete the quenching, then loaded into the trolley and preheated to 600 ℃ for 5 hours, then 15 to 17 hours at 625 ℃ By maintaining and tempering, it is cooled uniformly as a whole, so that cracks do not occur on the surface and deformation does not occur, and there is an effect of improving good structure and mechanical properties.
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