KR20110017664A - 터빈로터의 버켓커버 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈로터의 버켓에 버켓커버를 조립하는 방법에 관한 것으로, 특히 발전기 작동 중 진동을 방지하면서, 큰 결속력을 얻으며 높은 조립 정밀도를 얻을 수 있는 터빈로터의 버켓커버 조립방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 터빈로터의 버켓커버 조립방법은 터빈로터에 구비되는 다수의 버켓 중 이웃하는 일군의 버켓을 결속시키도록, 각 상기 버켓의 외측면에 돌출된 리벳돌기와 상기 리벳돌기에 대응하는 리벳홀을 갖는 버켓커버를 리벳팅을 통하여 결합하는 것을 특징으로 한다.

이로써, 하나의 스테이지 중 이웃하는 일군의 버켓에 버켓커버를 리벳팅으로 정밀하게 결합함으로써 터빈로터의 작동 중에 버켓의 변형에 의한 진동발생 등 제문제점을 해소하며, 버켓커버는 일군의 버켓에 리벳팅으로 고정함으로써, 조립과정 중에 가해지는 열, 충격 등의 외력으로부터 버켓의 변형을 최소화하면서 결속력을 증대시킬 수 있으며, 결합 방식이 비교적 단순하면서도 버켓과 버켓커버를 견고하게 결합할 수 있는 효과를 갖는다.

터빈로터, 버켓, 버켓커버

Description

터빈로터의 버켓커버 조립방법{Assembling method for bucket-cover in the turbine-rotor}

본 발명은 터빈로터의 버켓에 버켓커버를 조립하는 방법에 관한 것으로, 특히 발전기 작동 중 진동을 방지하면서, 큰 결속력을 얻으며 높은 조립 정밀도를 얻을 수 있는 터빈로터의 버켓커버 조립방법에 관한 것이다.

터빈로터는 원료의 연소에서 얻어지는 고열 고압의 증기를 이용하여 고속 회전하며 전력을 생산하는 핵심장비로, 통상 항공기용 로터 장치에 비하여 대형이면서도 높은 정밀도를 갖도록 제작되는 특성이 있다.

이러한 터빈로터는 대형으로 제작되며 고속 회전을 견디어야 하며, 고압 고온의 환경을 견디고, 한번 장착되면 그 분해 수리가 용이하지 못한 점을 고려하여 가볍고 열적변형이 작으며 뛰어난 경도와 내부식성을 갖춘 티타늄 합금(Titanium alloy)로 제작되는 것이 일반적이다.

물성이 우수한 티타늄 합금을 사용함에도 불구하고 터빈로터가 대형으로 제작됨에 따라 로터축의 외주면에 방사상으로 다단으로 결합되는 버켓 또한 대형으로 제작되는 것이어서, 로터의 고속 회전에 따른 원심력과 증기의 고온에 의한 영향으 로 버켓은 로터의 회전 중에 변형될 수 있는 것이다.

불균일한 증기의 유동 등으로 일부 버켓만이 상기와 같이 변형되는 경우에는 고속 회전하는 로터에 진동을 유발하거나 압축력 손실 등으로 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 실시예는 로터의 대형화에 따른 버켓의 불균일한 변형을 해결하기 위한 버켓커버를 버켓에 정밀하게 고정하는 목적을 갖는다.

보다 구체적으로 버켓의 외측면을 서로 결속되게 함에 있어서 로터 작동에 따른 버켓의 변형을 고려하고, 또한 로터축의 중심에 무게 중심을 일치시켜 조립정밀도를 향상시키는 데 목적이 있다.

또한, 리벳팅을 위한 가열은 필요범위 내에서 이루어지도록 하여, 원활한 리벳팅이 이루어지면서 아울러 리벳팅의 충격에 의하여 버켓의 형상변화를 방지할 수 있게 하는 목적도 갖는다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실시예로 터빈로터에 구비되는 다수의 버켓 중 이웃하는 일군의 버켓을 결속시키도록, 각 상기 버켓의 외측면에 돌출된 리벳돌기와 상기 리벳돌기에 대응하는 리벳홀을 갖는 버켓커버를 리벳팅을 통하여 결합하는 것을 특징으로 하는 터빈로터의 버켓커버 조립방법을 제시한다.

또한, 상기 터빈로터의 버켓커버 조립방법에는 (a) 각 상기 버켓의 외측면을 그라인딩하여 각 상기 버켓의 길이를 균일하게 하는 단계; (b) 이웃하는 일군의 상기 버켓의 상단부를 가열하여 상기 리벳돌기를 간접가열하고, 가열된 상기 리벳돌 기에 상기 버켓커버를 결합한 후에 이를 리벳 결합하는 단계; 및 (C) 상기 로터를 회전시키면서 상기 버켓커버의 외측으로 돌출된 상기 리벳돌기를 제거하는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 터빈로터의 버켓커버 조립방법을 제시한다.

또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 버켓의 상단부의 가열은 상기 버켓의 리딩 에지를 향한 토치의 화염을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터빈로터의 버켓커버 조립방법을 제시한다.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 로터를 회전시키면서, 상기 버켓커버의 외측으로 돌출된 리벳돌기를 향하여 그라인더의 절삭면을 수평 이동시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 터빈로터의 버켓커버 조립방법을 제시한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 터빈로터의 버켓커버 조립방법에 따르면, 하나의 스테이지 중 이웃하는 일군의 버켓에 버켓커버를 리벳팅으로 정밀하게 결합함으로써 로터의 작동 중에 버켓의 변형에 의한 진동발생 등 제문제점을 해소하게 되는 효과를 갖는다.

특히, 버켓커버는 일군의 버켓에 리벳팅으로 고정함으로써, 조립과정 중에 가해지는 열, 충격 등의 외력으로부터 버켓의 변형을 최소화하면서 결속력을 증대시킬 수 있으며, 결합 방식이 비교적 단순하면서도 버켓과 버켓커버를 견고하게 결합할 수 있는 효과를 갖는다.

또한 버켓의 돌출 길이를 맞추며, 로터를 회전시키며 버켓커버의 외주면에 돌출된 리벳돌기를 그라인딩으로 제거하므로 로터축의 중심에 무게 중심을 정밀하게 일치시키기 용이한 효과도 갖는다.

또한, 리벳팅을 위한 가열이 리딩 에지로부터 이루어지게 함으로써 구조상 두께가 얇아 리벳팅 시의 충격에 취약한 리테일 에지의 변형을 효과적으로 방지하면서, 아울러 리벳돌기가 리벳팅에 요구되는 온도에까지 가열되는 효과를 갖는다.

이하, 첨부도면의 바람직한 실시예를 통하여, 본 발명인 터빈로터의 버켓커버 조립방법의 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

먼저 도 2 내지 도 3을 참고하여 본 발명이 적용되는 대상과 장치를 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 로터(100)는 로터축(110)과 그 외주면에 방사상으로 조립되는 다수의 버켓(1)으로 이루어진다. 버켓(1)은 로터축의 전단의 압축기와 그 후단에서 터빈을 형성하게 된다. 로터축(110)은 전용지그(200)에 양단이 거치되어 있으며, 회전수단(210)에 의하여 회전될 수 있다.

로터(100)의 압축기와 터빈은 다수의 스테이지(120)로 이루어지는 다단의 구성을 가지며, 각 스테이지(120)에 구비되는 버켓(1)의 크기는 서로 다른 것이다.

로터축(110)에 조립된 버켓(1)의 외측면에는 이웃하는 버켓과 서로 결속되도록 버켓커버(2)가 결합된다. 이러한 버켓커버(2)는 각 스테이지(120)마다 버켓(1)의 외측면에 결합되는 원호형 띠 형상으로 이루어진다.

이때, 버켓커버(2)는 이웃하는 일군의 버켓(1)에 결합되고, 또한 이웃하는 버켓커버(2) 간에는 양 끝단부 사이에 간격이 형성된다. 이는 로터의 작동에 의하여 고온 증기의 영향으로 버켓이 열 팽창되었을 때에 버켓커버(2) 사이의 간격이 좁아지면서 버켓(1)과 버켓커버(2)의 열 팽창을 수용할 수 있게 하기 위한 것이다.

이때 하나의 버켓커버로 결속되는 일군의 버켓을 형성하는 버켓 수는 해당 스테이지의 지름에 따른 버켓의 사이즈와 로터 운영조건에 따른 온도 조건 등에 의하여 유발되는 열적변형의 정도에 따라 달라질 수 있다.

도 3에는 버켓의 외측면부분과 이에 결합되는 버켓커버를 도시하였다.

버켓(1)의 외측면(11)의 중앙 부분에는 버켓(1)과 동일재질로 이루어진 리벳돌기(111)가 돌출되어 있으며, 버켓커버(2)에는 이 리벳돌기(111)에 따른 리벳홀(21)이 형성되어, 버켓(1)과 버켓커버(2)는 리벳팅에 의하여 서로 결속되는 것이다. 이때 버켓에 구비되는 리벳돌기의 개수와 그 형상은 설계 조건에 따라 달라질 수 있다.

이러한 구성을 가지는 버켓과 버켓커버의 조립방법을 첨부된 도 1의 블럭도와, 도 4 내지 도 5의 도면을 참고하여 설명한다.

본 발명의 실시예에 의한 터빈로터의 버켓커버 조립방법은 터빈로터(100)에 구비되는 다수의 버켓(1) 중 이웃하는 일군의 버켓을 결속시키도록, 각 상기 버켓(1)의 외측면(11)에 돌출된 리벳돌기(111)와 상기 리벳돌기(111)에 대응하는 리 벳홀(21)을 갖는 버켓커버(2)를 리벳팅을 통하여 결합하는 것이다.

이로써 버켓커버로 결속된 일군의 버켓 중 어느 일부의 버켓이 열 팽창되는 경우, 버켓커버에 의하여 이웃하는 다른 버켓에 영향을 미치게 된다. 즉 일부 버켓이 변형, 주로 로터 외측방향으로의 열 팽창이 발생되는 경우에 일군의 버켓에 대하여 결속된 버켓커버로 인하여 일군의 버켓에서 변형이 고르게 일어나도록 유도되므로 버켓의 변형이 각 버켓에서 고르게 발생되어 해당 스테이지의 무게 중심 변형이 줄어들게 된다. 따라서 로터의 회전에 진동을 발생시키는 무게중심과 회전중심의 불일치를 줄여 회전 효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.

이러한 버켓(1)과 버켓커버(2)의 결합은 리벳팅을 이용함으로써 조립과정 중에 가해지는 열, 충격 등의 외력으로부터 버켓(1)의 변형을 최소화하면서 결속력을 증대시킬 수 있으며, 그 결합 방식이 비교적 단순하면서도 버켓(1)과 버켓커버(2)를 견고하게 결합할 수 있게 된다.

구체적으로 로터(100)의 회전시 진동 유발을 최소화하기 위해서는 각 스테이지의 무게 중심이 로터(100)의 회전 중심과 정확히 일치하는 것이 중요하므로, 버켓커버(2)의 결합시 어느 한 쪽으로 무게 중심이 치우쳐지지 아니하게 높은 정밀도를 가지도록 결합되는 것이 중요하다.

이를 위하여 터빈로터의 버켓커버 조립방법은 구체적으로 (a) 각 상기 버켓(1)의 외측면(11)을 그라인딩하여 각 상기 버켓(1)의 돌출 길이(L)를 균일하게 하는 단계(s1)와, (b) 이웃하는 일군의 상기 버켓(1)의 외측부에 상기 버켓커버(2) 를 가조립한 후 상기 버켓(1)의 상단부를 가열하여 상기 리벳돌기(111)를 간접가열하고, 가열된 상기 리벳돌기(111)를 가압하여 각 버켓(1)과 상기 버켓커버(2)를 리벳 결합하는 단계(s2) 및 (C) 상기 버켓커버(2)의 외측으로 돌출된 상기 리벳돌기(111)를 제거하는 단계(s3)가 포함된다.

먼저 (a) 단계(s1)는 버켓커버(2)를 결합하기 위한 전처리 단계로 각 버켓의 돌출 길이(L)를 서로 균일하게 맞추는 단계이다.

버켓(1)은 제조 공차와 로터축에 결합될 때의 조립 공차에 의하여 각 외측면(11)의 높낮이가 서로 다른 상태이므로, 스테이지 상의 모든 버켓(1)이 로터(100)의 회전 중심에서 버켓(1)의 외측면(11)까지의 돌출 길이(L)가 서로 동일하도록, 최소 돌출 길이를 가지는 버켓(-)의 외측면(11)에 맞추어 각 버켓(1)의 외측면을 미세하게 그라인딩하여 높이를 맞추는 단계이다.

이후, (b) 단계(s2)는 일군의 버켓(1) 상단부에 버켓커버(2)를 리벳팅으로 결합하는 단계이다.

(a) 단계(s1)를 거치면서 돌출 길이(L)가 일정하게 된 버켓(1)의 외측면(11)에는, 버켓(1)의 리벳돌기(111)를 통하여 버켓커버(2)가 가조립된다. 이때, 버켓커버(2)의 가조립 전에 리벳돌기(111)의 표면을 앵글 그라인더(도시 생략)로 그라인딩하여 리벳돌기에 잔존할 수 있는 흠집을 제거하는 것이 바람직하다.

버켓커버(2)가 버켓(1)의 외측면(11)에 가조립된 상태에서 버켓(1)의 상단 부(14)를 토치(도시 생략)를 이용하여 가열한다. 구체적으로 토치는 부드러운 화염을 형성하여 버켓(1)의 외측면으로부터 75mm 내지 100mm 떨어진 상단부(14)를 가열하며, 이때 열이 한 부분에만 집중되지 아니하도록 하여 고르게 가열되도록 한다.

특히 버켓(1)의 트레일 에지(trailing edge)(12)의 얇은 부분이 과열되지 않게 주의할 필요가 있다. 이 트레일 에지(12) 부분이 과열되면 리벳팅시 수반되는 충력에 의하여 해당 부분이 쉽게 변형될 수 있기 때문이다.

이러한 트레일 에지(12) 부분의 과열을 회피하기 위하여 상기 버켓(1)의 상단부(14)의 가열은 토치의 화염이 상기 버켓(1)의 리딩 에지(leading edge)(13)가 형성된 방향에서 상단부(14)로 접근하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 트레일 에지(12)보다 상대적으로 두꺼운 리딩 에지(13)의 전방에 토치의 화염구를 위치하면서 화염이 전술된 상단부(14)를 가열함으로써 트레일 에지(12)의 과열을 회피할 수 있게 되는 것이다. 이로써 상단부(14)의 열은 버켓(1)의 리벳돌기(111)에 열 전달되어 리벳돌기(111)를 간접가열하게 되고, 가열된 리벳돌기는 연성이 증대되어 리벳팅에 적당한 온도까지 상승하게 된다. 이때 리벳팅에 적당한 온도는 버켓의 재질에 따라 결정되는 것으로, 티타늄 재질인 경우에는 대략 340℃ 내지 500℃의 범위인 것이 바람직하다.

리벳돌기(111)가 리벳팅 하기에 적합한 온도로 가열된 이후에는 리벳팅 건(도시 생략)을 이용하여 레벳팅을 실시한다. 이때, 리벳팅은 리벳돌기의 상부 중앙에서 모든 방향의 바깥쪽으로 리벳팅하여 리벳돌기의 끝단부가 방사상으로 펼쳐져 버켓커버(2)의 챔버(211) 부위가 전부 채워지게 한다.

리벳팅하는 중간에 에어헤머(도시 생략)를 이용하여 리벳돌기(111)의 외측부를 가볍게 침으로써 리벳홀(21)에 리벳돌기(111)가 꽉 끼이도록 하며, 버켓(1)의 외측면(11)과 버켓커버(2) 사이에 갭이 없도록 하는 것이 중요하다.

또한 하나의 버켓에 리벳돌기가 2 이상인 경우에는 면적이 큰 리벳돌기부터 리벳팅을 실시하는 것이 바람직하다.

리벳팅을 완료하고 상온으로 냉각시킨 다음에 필요에 따라서, 리벳돌기부분을 세정하고 염색 침투 탐상제(PT 약품)를 이용하여 리벳팅 품질을 검사하는 검사단계를 더 거칠 수 있다.

상기 (b) 단계(s2)를 거친 이후에는 (C) 단계(s3)를 수행하여 버켓커버(2)의 외측으로 돌출된 리벳돌기(111)를 제거한다. 구체적으로 버켓커버의 외측으로 돌출된 리벳돌기(111)의 외측부(111a)를 그라인더를 통하여 제거함으로써 매끈한 표면을 얻게 된다.

이때, 각 버켓커버(2)의 외측면(11)을 고르게 하기 위해서 상기 리벳돌기(111)의 외측부(111a)를 깎아내는 그라인딩 작업은 상기 로터(100)를 회전시키면서 상기 버켓커버(2)의 외측으로 돌출된 리벳돌기(111)의 외측부(111a)를 향하여 그라인더를 수평 이동함으로써 이루어질 수 있다.

즉, 로터(100)를 회전시키면서 절삭면이 버켓커버(2)의 폭보다 같거나 큰 그 라인더를 지면과 수평되게 이동함으로써, 버켓커버(2)의 외측으로 돌출된 리벳돌기(111)의 외측부가 점차 그라인딩되어 제거되도록 하는 것이다. 또한 절삭면이 점차적으로 버켓커버의 외측면과 면접하도록 그라인더를 수평으로 이동시킴으로써, 버켓커버의 외측면으로 돌출된 리벳돌기의 외측부를 제거하고 버켓커버의 외측면을 매끄럽게 형성할 수 있게 된다.

이로써 일군의 버켓과 버켓커버가 리벳팅에 의하여 견고하게 결속되면서도, 스테이지를 구성하는 버켓과 버켓커버의 무게중심이 로터축의 중심과 정밀하게 일치되어 로터가 안정된 회전을 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 조립순서를 나타낸 블럭도.

도 2는 본 발명이 적용되는 터빈로터의 개략적인 사시도.

도 3은 도 3의 A 부분을 분리한 확대도.

도 4는 (a) 단계에 따른 버켓의 상태를 나타낸 도면.

도 5는 (b) 단계와 (c) 단계에 따른 조립 순서를 순차적으로 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 버켓

11 : 외측면 111 : 리벳돌기 111a : 외측부

L : 돌출 길이 12 : 트레일 에지 13 : 리딩 에지

14 : 상단부

2 : 버켓커버

21 : 리벳홀 211 : 챔버

100 : 로터

110 : 로터축 120 : 스테이지

200 : 전용지그

210 : 회전수단

Claims (4)

1. 터빈로터(100)에 구비되는 다수의 버켓(1) 중 이웃하는 일군의 버켓(1)을 결속시키도록, 각 상기 버켓(1)의 외측면에 돌출된 리벳돌기(111)와 상기 리벳돌기(111)에 대응하는 리벳홀(21)을 갖는 버켓커버(2)를 리벳팅을 통하여 결합하는 것을 특징으로 하는 터빈로터의 버켓커버 조립방법.
2. 제1항에서,

   상기 터빈로터의 버켓커버 조립방법에는

   (a) 각 상기 버켓(1)의 외측면(11)을 그라인딩하여 각 상기 버켓(1)의 돌출 길이(L)를 균일하게 하는 단계(s1);

   (b) 이웃하는 일군의 버켓(1)의 외측면(11)에 상기 버켓커버(2)를 가조립한 후 상기 버켓(1)의 상단부(14)를 가열하여 상기 리벳돌기(111)를 간접 가열하고, 가열된 상기 리벳돌기(111)를 가압하여 각 버켓(1)과 상기 버켓커버(2)를 리벳 결합하는 단계(s2); 및

   (C) 상기 버켓커버(2)의 외측으로 돌출된 상기 리벳돌기(111)를 제거하는 단계(s3);가 포함되는 것을 특징으로 하는 터빈로터의 버켓커버 조립방법.
3. 제2항에서,

   상기 (b) 단계(s2)에서,

   상기 버켓(1) 상단부(14)의 가열은 상기 버켓(1)의 리딩 에지(13)의 전방에서 유입되는 토치의 화염을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터빈로터의 버켓커버 조립방법.
4. 제2항에서,

   상기 (c) 단계(s3)는

   상기 로터(100)를 회전시키면서, 상기 버켓커버(2)의 외측으로 돌출된 리벳돌기(111)를 향하여 그라인더의 절삭면을 수평 이동시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 터빈로터의 버켓커버 조립방법.

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