KR20110088091A - Methods of fabricating seal for transition piece - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전용 가스터빈에 고온압축 가스를 공급하기 위해 사용되는 트랜지션피스와 터빈의 고정익 사이를 밀봉하기 위한 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a sealing seal for a transition piece for sealing between a transition piece used for supplying a high-temperature compressed gas to a power generation gas turbine and a fixed blade of a turbine.
일반적으로 발전용 가스터빈(1)은 도 1에 도시한 바와 같이 축(40)으로 연결되어서 터빈(30)에 의하여 구동되는 압축기(10)를 구비하며, 주위공기(54)가 압축기(10)로 유입되어 압축된다.Generally, the power
상기 압축기(10)에서 만들어진 압축공기(51)는 연소시스템으로 들어가는데, 이 연소 시스템은 다수의 연소기(20)와, 기체연료(52)와 액체연료(53)를 모두 유입하는 연료 노즐(21)을 구비한다.The
통상적으로 상기 기체연료(52)는 천연가스이고, 액체연료(53)는 디젤오일이지만, 다른 기체연료(52)나 액체연료(53)도 사용될 수 있다.Typically, the
상기 연소기(20)에서 연료가 압축공기(51)와 함께 연소되어 고온의 압축가스 (50)를 생성하며, 상기 연소기(20)에서 만들어진 고온의 압축가스(50)는 터빈(30)으로 유입되어 팽창하면서 상기 터빈(30)과 연결된 축(40)을 회전시켜 발전하게 되고, 상기 터빈(30)에서 생선된 팽창가스(55)는 외부로 방출되거나 또는 열병합 발전 시설을 거쳐 외부로 방출하게 된다.In the
상기 가스터빈(1)의 연소기(20)는 도 2에 도시한 바와 같이 셀(shell)(22)에 의하여 형성되는 쳄버(23) 내에 원주상으로 다수가 배열 위치하게 되는데, 이 각각의 연소기(20)는 연료를 연소시켜 고온의 압축가스(50)를 생성하는 연소부(24)와, 상기 연소부(24)에서 생성된 고온의 압축가스(50)를 발전용 축(40)과 연결된 터빈(30)으로 유도하는 트랜지션피스(25)로 크게 구분된다.As shown in FIG. 2, the
상기 연소기(20)의 연소부(24)는 지지플레이트(26) 등에 의해 쳄버(23) 내에 지지되며, 상기 트랜지션피스(25)의 후단부는 터빈(30)의 고정익(31)과 결합되어 쳄버(23) 내에 지지된다.
The combustion unit 24 of the
상기 연소기(20)의 트랜지션피스(25)와 고정익(31)의 결합구조는 도 3에 도시한 바와 같이 트랜지션피스(25)의 후단부가 터빈(30) 고정익(31)에 밀봉용 가스켓(100)을 이용해 결합되고 있다.As shown in FIG. 3, the rear end portion of the
상기 밀봉용 가스켓(100)은 고정익(31)의 선단부와 접촉되는 트랜지션피스(25)의 후단부 테두리를 따라 분리 가능하게 끼워져 지지 결합되는 지지부(110)에 연이어 상기 고정익(31)의 주연부에 탄성적으로 완충되어 밀착되는 단면 ∪형상의 밀봉완충부(120)가 일체로 연이어 형성되어, 상기 트랜지션피스(25)와 고정익(31)의 접촉면 사이를 밀봉하면서 충격을 완충시킬 수 있도록 구성되고 있다.
The sealing
상기 가스켓(100)이 분리 가능하게 지지 결합되는 트랜지션피스(25)의 후단부 테두리면에는 상기 가스켓(100)의 지지부(110)가 끼워지는 끼움홀(25a)이 일정깊이로 테두리를 따라 형성되어, 상기 가스켓(100)이 트랜지션피스(25)의 후단부에 분리 가능하게 결합될 수 있도록 구성된다.In the rear edge portion of the
그러나, 상기한 바와 같은 종래기술의 밀봉용 가스켓(100)은 정밀주조를 통해 단품 형태로 낱개 제작되고 있어, 제조단가가 비싼 문제가 있었다.However, the sealing
정밀주조는, 사형(砂型), 금형, 다이캐스팅에 비하여 치수정밀도가 한층 더 높은 주조법으로서 납형(蠟型)주물의 공법을 공업화한 로스트왁스법(lost wax process), 이산화탄소를 이용한 이산화탄소법, 특수내화물의 주형을 이용한 쇼주조법(show process) 등이 사용되고 있는데, 이와 같은 정밀주조방법은 주물의 거칠기가 미려하고 치수정밀도가 우수하며 대량생산에 적합하고 진공용해주조에 의한 고품질의 주물을 생산할 수 있는 좋은 공정임에도 제조원가가 비싸고 생산할 수 있는 주물의 크기에 제한을 받으며 제조공정 기간이 다른 주조법에 비하여 길기 때문에 실제로 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.Precision casting is a casting method with higher dimensional accuracy than sand molds, molds, and die castings, the lost wax process that industrializes the process of casting lead-type castings, the carbon dioxide method using carbon dioxide, and special refractory materials. The show casting method using the mold of the mold is used. Such a precision casting method is beautiful in the roughness of the casting, excellent in dimensional accuracy, suitable for mass production, and good in producing high quality casting by vacuum casting casting. Even though the process is expensive manufacturing cost is limited by the size of the casting that can be produced, there is a problem that the productivity is actually lowered because the manufacturing process period is longer than other casting methods.
또한, 주물의 크기에 제한을 받는 문제가 있고, 정밀주조에서 재료의 원가 비중은 매우 높은 상태로서, 특히 모형으로 사용되는 왁스재료나 플라스틱재료와 주형으로 사용되는 내화물과 점결제(BINDER)의 재료가 고가인데 반해, 일회용 소모재료이기 때문에 주조비용이 비싸질 수 밖에 없는 문제가 있었다.
In addition, there is a problem that the size of the casting is limited, and in the case of precision casting, the cost ratio of the material is very high, in particular, a wax material, a plastic material, and a refractory and binder material used as a mold material. On the other hand, there is a problem that the casting cost is expensive because it is a disposable consumable material.
종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 원심주조에 의해 링 가스켓을 한번에 제작한 다음, 이를 균등한 간격으로 분할시켜 가스켓 본체로 제작함으로써, 가스켓 제조공정을 단순화하는데 있다.
An object of the present invention devised to solve the problems of the prior art is to simplify the gasket manufacturing process by manufacturing a ring gasket at a time by centrifugal casting, and then dividing it at equal intervals to produce a gasket body.
상기한 본 발명의 목적은 원심주조를 이용해 링 가스켓을 성형하는 단계; 상기 링 가스켓을 등 간격 링 분할시켜 다수의 가스켓 본체를 형성하는 단계; 상기 분할된 가스켓 본체를 표면 가공하는 단계; 상기 가스켓 본체의 터빈측 결합단에 내마모성 패드를 접합하는 단계; 상기 가스켓 본체의 표면을 블라스팅 처리하는 단계; 및 상기 블라스팅 처리된 가스켓 본체를 열차폐 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법을 통해 달성될 수 있다.An object of the present invention described above is to form a ring gasket using centrifugal casting; Dividing the ring gasket into equally spaced rings to form a plurality of gasket bodies; Surface processing the divided gasket body; Bonding a wear resistant pad to a turbine side coupling end of the gasket body; Blasting the surface of the gasket body; And heat-shielding the blasted gasket main body, which can be achieved through a method of manufacturing a seal seal for a transition piece.
여기서, 상기 표면 가공된 가스켓 본체에 냉각홀을 천공하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.Here, the step of drilling a cooling hole in the gasket body is characterized in that it further comprises.
그리고, 상기 가스켓 본체의 터빈측 결합단에 내마모성 패드를 접합하는 단계는, 가스켓 본체의 접합부 표면에 브레이징액을 도포하는 단계와, 상기 접합부 표면에 내마모성 패드를 대고 스폿 용접시켜 위치를 가고정시키는 단계, 및 가스켓 본체를 진공 열처리시켜 브레이징액이 융착되도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The bonding of the wear-resistant pad to the turbine-side coupling end of the gasket main body includes applying a brazing liquid to the surface of the junction portion of the gasket body, and applying a spot resistant pad to the surface of the junction portion to temporarily fix the position. And vacuum-treating the gasket body so that the brazing liquid is fused.
그리고, 상기 내마모성 패드는 니켈합금이 사용되는 것을 특징으로 한다.And, the wear-resistant pad is characterized in that the nickel alloy is used.
또한, 상기 가스켓 본체는 링 가스켓을 10~20등분하여 제작되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the gasket main body is characterized in that produced by dividing the
상기 구성에 따른 본 발명은 원심주조에 의해 링 가스켓을 한번에 제작한 다음, 이를 균등한 간격으로 분할시켜 가스켓 본체로 제작함으로써, 가스켓 제조공정을 단순화할 수 있고, 대량생산이 가능하며, 제작 단가를 낮출 수 있게 되는 효과를 갖는다.The present invention according to the above configuration by manufacturing the ring gasket at a time by centrifugal casting, and then divided into evenly spaced gasket body, it is possible to simplify the gasket manufacturing process, mass production is possible, manufacturing cost It has the effect of being able to lower.
도 1은 일반적인 발전용 가스터빈의 개략적 구성도.
도 2는 일반적인 발전용 가스터빈의 연소기를 나타낸 구성도.
도 3은 종래기술의 발전용 가스터빈의 연소기 트랜지션피스와 터빈 고정익의 결합부위 밀봉용 가스켓을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법을 설명하기 위한 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰을 제작하기 위해 원심주조로 성형한 링 가스켓의 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰을 제작하기 위해 원심주조로 성형한 링 가스켓을 균등 분할하는 예를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명에 따른 가스켓 본체가 설치된 예를 도시한 개략도.1 is a schematic configuration diagram of a general gas turbine for power generation.
2 is a configuration diagram showing a combustor of a general gas turbine for power generation.
3 is a perspective view showing a gasket for sealing a coupling portion between a combustor transition piece and a turbine fixed blade of a conventional gas turbine for power generation.
Figure 4 is a process chart for explaining a method for manufacturing a seal seal for the transition piece according to the present invention.
Figure 5 is a perspective view of a ring gasket formed by centrifugal casting to produce a seal seal for the transition piece according to the present invention.
Figure 6 is a plan view showing an example of equally dividing the ring gasket formed by centrifugal casting to produce a seal seal for the transition piece according to the present invention.
7 is a schematic view showing an example in which a gasket main body according to the present invention is installed.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 4는 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 5는 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰을 제작하기 위해 원심주조로 성형한 링 가스켓의 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 트랜지션피스용 밀봉 씰을 제작하기 위해 원심주조로 성형한 링 가스켓을 균등 분할하는 예를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 가스켓 본체가 설치된 예를 도시한 개략도이다.Figure 4 is a process chart for explaining a method of manufacturing a seal seal for the transition piece according to the present invention, Figure 5 is a perspective view of a ring gasket formed by centrifugal casting to produce a seal seal for the transition piece according to the present invention, Figure 6 Is a plan view showing an example of equally dividing a ring gasket formed by centrifugal casting to produce a seal for a transition piece according to the present invention, and FIG. 7 is a schematic diagram showing an example in which a gasket main body according to the present invention is installed.
동 도면을 참조하여 본 발명의 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법에 대해 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the seal seal for the transition piece of the present invention will be described with reference to the drawings.
먼저, 원심주조를 이용해 링 가스켓(210)을 성형하는 단계(S10)를 수행한다.First, the step (S10) of forming a
이때, 원심주조라 함은 주형을 회전시키면서 용융금속을 흘려 보내고 원심력을 이용하여 주물을 만드는 주조법으로서, 형태가 복잡한 주물이나 미세한 주물의 경우에, 원주를 따라 방사상으로 주형을 배치하여 반지름 방향으로 용융금속의 유로(流路)를 만들어 놓고 원판의 중심으로 흘러 들어가게 하고, 원판을 회전시켜 원심력에 의해 가압하면서 주조하는 방법이다.In this case, centrifugal casting is a casting method in which molten metal is flowed while rotating a mold and a casting is made using centrifugal force. In the case of a complex casting or a fine casting, the mold is disposed radially along the circumference to be melted in a radial direction. It is a method of making a flow path of a metal and flowing it into the center of the disc, then rotating the disc and casting it by centrifugal force.
이와 같은 방법으로 제조된 주물은 치밀한 조직을 갖는 이점이 있다.Castings produced in this way have the advantage of having a dense structure.
다음으로, 상기 링 가스켓(210)을 균등한 간격으로 링 분할시켜 다수의 가스켓 본체(220)를 형성하는 단계(S20)를 수행한다.Next, the
이때, 상기 가스켓 본체(220)는 링 가스켓(210)을 10~20등분하여 사용할 수 있다.In this case, the gasket
그 다음은, 상기 분할된 가스켓 본체(220)를 표면 가공하는 단계(S30)를 수행한다. 이때, 상기 표면 가공에는 황삭, 중삭, 정삭의 단계를 차례로 수행할 수 있다.Next, the step (S30) to the surface processing of the divided
그 다음은, 상기 가스켓 본체(220)의 터빈측 결합단(221)에 내마모성 패드(227)를 접합하는 단계(S40)를 수행한다. 이때, 내마모성 패드(227)는 마찰에 의한 부재간 마모를 방지시키는 역할을 하게 되는데, 니켈합금을 이용해 제작할 수 있다.Next, a step (S40) of bonding the wear-
그 다음, 상기 가스켓 본체(220)의 표면을 블라스팅 처리하는 단계(S50)를 수행하는데, 이때, 상기 블라스팅 처리는 표면처리 및 표면세척을 위해 사용되는 방식으로서, 압축공기와 입자를 같이 분사시켜 금속 표면을 식각하는 방식이다.Then, performing a blasting process (S50) of the surface of the
다음, 상기 블라스팅 처리된 가스켓 본체(220)를 열차폐 코팅(thermal barrier coatings; TBC)하는 단계(S60)를 수행한다. Next, a thermal barrier coating (TBC) of the blasted
여기서, 열차폐코팅 기술에 대해 설명하면, 항공기 엔진과 같은 고온 발생 동력발생장치의 운전 한계온도를 결정하는 가장 중요한 요인이 되는데, 항공기 가스터빈엔진을 구성하는 터빈 날개는 필연적으로 고온의 환경에 노출될 수밖에 없다. 이때 열차폐코팅은 가스터빈 날개의 내구력과 신뢰성을 향상시켜서 엔진효율과 수명을 향상시키는 역할을 하게 된다.Here, when the thermal barrier coating technology is described, it becomes the most important factor in determining the operating limit temperature of a high-temperature generating power generator such as an aircraft engine. The turbine blades forming the aircraft gas turbine engine are inevitably exposed to a high temperature environment. It must be. At this time, the heat shield coating improves the durability and reliability of the gas turbine blades, thereby improving the engine efficiency and lifespan.
이러한 TBC의 경우 3개의 층으로 이루어지게 된다. 첫 번째 층은 알루미늄 성분이 풍부한 NiAl(nickel??aluminum)층이고, 두 번째 층의 구성 성분은 알루미늄의 산화물로 첫 번째 층에 포함된 알루미늄을 열성장산화(thermally grown oxide ; TGO) 과정을 통해 형성시킨 층이며, TBC의 최상층에 해당하는 세 번째 층은 0.5mm 정도의 두께를 가지고 있는 저열전도성 세라믹 층이다. 이 층은 하부 층의 열손상을 예방하는 역할을 한다.
This TBC consists of three layers. The first layer is an aluminum-rich NiAl (nickel ?? aluminum) layer. The second layer is an oxide of aluminum. The aluminum layer in the first layer is thermally grown oxide (TGO). The third layer corresponding to the top layer of the TBC is a low thermal conductivity ceramic layer having a thickness of about 0.5 mm. This layer serves to prevent thermal damage of the underlying layer.
상기한 바와 같은 방법으로 제작된 가스켓 본체(220)의 구조에 대해 살펴보면, 터빈(30)의 고정익(31) 둘레에 홈 삽입되는 터빈측 결합단(221)을 형성하고, 상기 터빈측 결합단(221)의 일측방향으로 연장된 끝단으로부터 수직방향으로 연장 형성되어 트랜지션피스(25)의 둘레에 홉 삽입되는 트랜지션피스측 결합단(223)이 형성되고 있다.Looking at the structure of the
이때, 터빈측 결합단(221)과 트랜지션피스측 결합단(223)의 연결부에 압축가스가 통과할 수 있도록 다수의 냉각홀(225)이 천공되도록 할 수 있다.
In this case, the plurality of
그리고, 상기 가스켓 본체(220)의 터빈측 결합단(221)에 내마모성 패드(227)를 접합하는 단계(S40)는, 가스켓 본체(220)의 접합부 표면에 브레이징액을 도포하는 단계와, 상기 접합부 표면에 내마모성 패드(227)를 대고 스폿 용접시켜 위치를 가고정시키는 단계, 및 가스켓 본체(220)를 진공 열처리시켜 브레이징액이 융착되도록 하는 단계로 이루어질 수 있다.And, in the step (S40) of bonding the wear-
상기 구성에 따른 본 발명은 원심주조에 의해 링 가스켓을 한번에 제작한 다음, 이를 균등한 간격으로 분할시켜 가스켓 본체로 제작함으로써, 가스켓 제조공정을 단순화할 수 있고, 대량생산이 가능하며, 제작 단가를 낮출 수 있게 되는 이점을 갖는다.The present invention according to the above configuration by manufacturing the ring gasket at a time by centrifugal casting, and then divided into evenly spaced gasket body, it is possible to simplify the gasket manufacturing process, mass production is possible, manufacturing cost It has the advantage of being able to lower.
1 : 가스터빈 10 : 압축기
20 : 연소기 21 : 노즐
22 : 셀 23 : 쳄버
24 : 연소부 25 : 트랜지션피스
25a : 끼움홀 26 : 지지플레이트
30 : 터빈 31 : 고정익
34 : 결합수단 40 : 축
50 : 압축가스 51 : 압축공기
52 : 기체연료 53 : 액체연료
54 : 주위공기 55 : 팽창가스
100 : 개스킷
110 : 지지부 120 : 밀봉완충부
210 : 본 발명의 링 가스켓 220 : 본 발명의 가스켓 본체
221: 터빈측 결합단 223: 트랜지션피스측 결합단
225: 냉각홀 227: 내마모성 패드1: gas turbine 10: compressor
20: burner 21: nozzle
22
24: combustion section 25: transition piece
25a: fitting hole 26: support plate
30
34: coupling means 40: shaft
50: compressed gas 51: compressed air
52: gas fuel 53: liquid fuel
54: ambient air 55: expansion gas
100: gasket
110: support portion 120: sealing buffer portion
210: ring gasket of the present invention 220: gasket body of the present invention
221: turbine side coupling end 223: transition piece side coupling end
225: cooling hole 227: wear resistant pad
Claims (5)
상기 링 가스켓(210)을 등 간격 링 분할시켜 다수의 가스켓 본체(220)를 형성하는 단계;
상기 분할된 가스켓 본체(220)를 표면 가공하는 단계;
상기 가스켓 본체(220)의 터빈측 결합단(221)에 내마모성 패드(227)를 접합하는 단계;
상기 가스켓 본체(220)의 표면을 블라스팅 처리하는 단계; 및
상기 블라스팅 처리된 가스켓 본체(220)를 열차폐 코팅하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.
Shaping the ring gasket 210 using centrifugal casting;
Dividing the ring gasket (210) into equally spaced rings to form a plurality of gasket bodies (220);
Surface processing the divided gasket main body (220);
Bonding the wear-resistant pad 227 to the turbine side coupling end 221 of the gasket body 220;
Blasting the surface of the gasket body (220); And
Thermally coating the blasted gasket body (220);
Sealing seal manufacturing method for a transition piece comprising a.
상기 표면 가공된 가스켓 본체(220)에 냉각홀(225)을 천공하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.
The method of claim 1,
Method for producing a seal seal for the transition piece, characterized in that it further comprises the step of drilling the cooling hole (225) in the surface-treated gasket body (220).
상기 가스켓 본체(220)의 터빈측 결합단(221)에 내마모성 패드(227)를 접합하는 단계는, 가스켓 본체(220)의 접합부 표면에 브레이징액을 도포하는 단계와, 상기 접합부 표면에 내마모성 패드(227)를 대고 스폿 용접시켜 위치를 가고정시키는 단계, 및 가스켓 본체(220)를 진공 열처리시켜 브레이징액이 융착되도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.
The method of claim 1,
Bonding the wear-resistant pad 227 to the turbine side coupling end 221 of the gasket body 220 may include applying a brazing liquid to the surface of the junction portion of the gasket body 220, and a wear-resistant pad ( 227) by spot welding to fix the position, and vacuum-heat-treating the gasket main body 220 so that the brazing liquid is fused.
상기 내마모성 패드(227)는 니켈합금이 사용되는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.
The method of claim 1,
The wear-resistant pad 227 is a sealing piece manufacturing method for the transition piece, characterized in that the nickel alloy is used.
상기 가스켓 본체(220)는 링 가스켓(210)을 10~20등분하여 제작되는 것을 특징으로 하는 트랜지션피스용 밀봉 씰 제작방법.The method of claim 1,
The gasket main body 220 is a sealing seal manufacturing method for a transition piece, characterized in that produced by dividing the ring gasket 210 10 to 20 equal.
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