KR20130018630A - 터보머신의 회전자를 복원하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전자 홈들 (12) 에서 스페이서들에 의해서 서로 이격되어 유지되는 회전자 날개들 (13) 을 수용하기 위해 원주 방향으로 연장되는 회전자 홈들 (12) 이 장착된 터보머신의 회전자 (10) 를 복원하기 위한 방법에 관한 것이다.
상기 방법은,
a) 상기 회전자 날개들 (13) 과 상기 스페이서들 (14, 15) 을 재작업될 상기 회전자 홈들 (12) 로부터 제거하는 단계;
b) 손상이 가해진 재료를 제거하기 위해서 상기 회전자 홈들 (12) 을 동시에 확장시키면서 노출된 상기 회전자 홈들 (12) 을 도려내는 단계;
c) 각각의 경우에 상기 회전자 날개들 (13) 과 도려내진 상기 회전자 홈들 (12) 사이의 간격 (S) 이 필러 조각에 의해 채워지는 방식으로 상기 필러 조각을 상기 회전자 홈들 (12) 에 수용하기 위해서 원주 방향으로 연장되는 적어도 하나의 측방향 홈 (21) 을 도입하는 단계;
d) 상기 도려내진 회전자 홈들 (12) 에 일치하고 그리고 도입된 상기 측방향 홈들 (21) 에 일치되는 리세스 (17) 들을 갖는 추가의 스페이서들 (15') 을 제공하는 단계;
e) 원주 방향으로 연장되는 상기 측방향 홈들 (21) 과 상기 추가의 스페이서들 (15') 의 상기 리세스들 (17) 안으로 삽입하기 위해 상기 필러 조각들을 제공하는 단계; 및
f) 상기 회전자 날개들 (13) 과 상기 추가의 스페이서들 (15') 을 상기 도려내진 회전자 홈들 (12) 안으로 삽입하고 또한 대응하는 상기 필러 조각들을 상기 측방향 홈들 (21) 과 상기 추가의 스페이서들 (15') 의 일치된 상기 리세스들 (17) 안으로 삽입하는 단계를 포함한다.

Description

터보머신의 회전자를 복원하기 위한 방법{METHOD FOR RECONDITIONING A ROTOR OF A TURBOMACHINE}

본 발명은 열 터보머신들의 분야에 관한 것이다. 이는 청구항 1 의 전제부에 따르면, 그러한 터보머신의 회전자, 특히 가스터빈의 회전자를 복원하기 위한 방법에 관한 것이다.

터보머신들, 예를 들어 압축기들, 가스터빈들 또는 증기터빈들의 회전자들은 원주 방향으로 연장되는 홈에 삽입되고 거기에서 유지되는 다수의 회전 날개들로 구성되는 날개 배열을 갖는다. 특히 사용 수명을 연장시키기 위해 복원된 가스터빈 회전자들은 마모된 재료 (예를 들어, 녹, 부식의 부산물) 를 제거하기 위해 홈에서 주기적으로 도려내야 한다.

이 경우에 재료는 다시 "청정" 해지고 (그리고 따라서 날개 배열을 지지할 수 있고) 회전자는 새 날개와 함께 다시 작동할 수 있고 다음 검사때까지 작동적으로 신뢰 가능한 방식으로 작동될 수 있는 것이 목표이다.

마모된 홈을 도려냄으로써, 홈들은 더 커지고, 더 깊어지고, 더 넓어지며, 큰 직경을 얻는다. 이는 특정하게 제조된 회전자 스페이서들에 의해서 보상될 수 있다 (회전자 스페이서들은 날개들과 비교해서 "비교적" 비싸지 않다).

날개들 그 자신들은 이런 점에서 또한 적응되어야 하지만, 시간 소모적이고 비용이 들 수 있으며 저장, 물류, 관리, 교체 부품 공급 등을 위한 이어지는 비용과 함께 추가의 날개 변형들이 되도록 할 수 있다. 그러므로 복원된 회전자에 대한 날개 변형의 형성은 가능한 회피되어야 한다.

이런 이유로, 그렇지 않으면 회전자 날개들은 홈들에서 과도하게 큰 반경 방향의 및 축선 방향의 간극 (clearance) 을 얻기 때문에 홈들의 도려냄을 최소한으로 제한하는 시도들이 종종 이뤄진다.

그러나 그 결과, 도려냄의 그리고 회전자의 수리의 효과는 제한된다.

심하게 손상된 회전자는 이 방법으로 더 이상 도려내질 수 없다. 과도하게 큰 날개 간극을 갖는 수리된 회전자는 작동적으로 신뢰 가능한 방식으로 더 이상 작동될 수 없다.

그러므로 본 발명의 목적은 터보머신, 특히 가스터빈의 회전자를 복원하기 위한 방법을 개시하는 것으로, 상기 방법은 공지된 방법들의 단점들을 회피하고 심지어 날개들의 교체없이 더욱 광대한 도려냄이 적용된다는 점으로써 구별된다.

이 목적 및 다른 목적들은 청구항 1 의 특징부들의 전체 조합으로써 달성된다.

회전자 홈들에서 유지되는 회전자 날개들을 스페이서에 의해 서로 이격되어 수용하기 위한 원주 방향으로 연장되는 회전자 홈들이 장착된 회전자를 복원하기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음의 단계들로써 구분된다.

a) 회전자 날개들과 스페이서들을 재작업될 회전자 홈들로부터 제거하는 단계;

b) 손상이 가해진 재료를 제거하기 위해서 회전자 홈들을 동시에 확장시키면서 노출된 회전자 홈들을 도려내는 단계;

c) 각각의 경우에 회전자 날개들과 도려내진 회전자 홈들 사이의 간격 (gap) 이 필러 조각에 의해 채워지는 방식으로 필러 조각을 회전자 홈들에 수용하기 위해서 원주 방향으로 연장되는 적어도 하나의 측방향 (lateral) 홈을 도입하는 단계;

d) 상기 도려내진 회전자 홈들에 일치하고 그리고 도입된 측방향 홈들에 일치되는 리세스들을 갖는 추가의 (new) 스페이서들을 제공하는 단계;

e) 원주 방향으로 연장되는 측방향 홈들과 추가의 스페이서들의 리세스들 안으로 삽입하기 위해 필러 조각들을 제공하는 단계; 및

f) 회전자 날개들과 추가의 스페이서들을 도려내진 회전자 홈들 안으로 삽입하고 또한 대응하는 필러 조각들을 측방향 홈들과 추가의 스페이서들의 일치된 리세스들 안으로 삽입하는 단계.

본 발명에 따른 상기 방법의 한 실시형태는 원주 방향으로 연장되는 측방향 홈들이 도려내진 회전자 홈들의 오직 한 측면 (side) 에만 제공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 방법의 또다른 실시형태는 도려내진 회전자 홈당 대응하는 필러 조각들을 갖는 원주 방향으로 연장되는 복수의 측방향 홈들의 제공이 이뤄짐으로써 구별된다.

추가적인 실시형태는 도입된 측방향 홈들 및 추가의 스페이서들의 일치된 리세스들이 설치된 상태에서 튜브형 통로를 형성하고 작은 튜브 형태의 필러 조각들이 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 방법의 또다른 실시형태는 회전자 홈들은 원주 방향으로 연장되는 후크들을 측면들에서 갖고, 상기 후크들은 삽입된 회전자 날개들의 날개 루트에 의해 맞물리게 되고, 원주 방향으로 연장되는 측방향 홈은 후크들 위에 배열되는 것을 특징으로 한다.

그러나, 회전자 홈들은 원주 방향으로 연장되는 후크들을 측면들에서 갖고, 상기 후크들은 삽입된 회전자 날개들의 날개 루트에 의해 맞물리게 되고, 원주 방향으로 연장되는 측방향 홈들은 각각의 경우에 후크들 아래에 배열되는 것 또한 가능하다.

본 발명은 도면과 함께 전형적인 실시형태에 기초하여 이후에 더 자세히 설명될 것이다.

도 1 은 삽입된 회전자 날개를 갖는 가스터빈 회전자의, 본 발명의 적용에 적합하고 스페이서에 의해 양쪽 측면이 에워싸인 원주 방향으로 연장되는 회전자 홈의 부분을 평면도로 도시한다.
도 2 는 회전자 홈에 착석된 (seated) 도 1 의 회전자 홈의 절단도를 도시한다.
도 3 은 회전자 홈을 도려낸 이후의, 그 결과로 회전자 날개와 회전자 홈의 한 측면벽 사이에 간격(들)이 생성된, 도 1 로부터의 배열을 도 1 과 유사한 도면으로 도시한다.
도 4 는 회전자 홈을 도려냄으로써 생성된 상황, 그리고 또한 추가적으로 도입된 측방향 홈을 도 2 와 유사한 도면으로 도시한다.
도 5 는 도 4 의 형상을 사시도로 도시한다.
도 6 은 도 5 의 형상의 변형을 도 5 와 유사한 도면으로 도시한다.
도 7 은 도 5 의 도면으로부터 작은 튜브 형태의 필러 조각을 갖는 확대 상세도를 도시한다.
도 8 은 회전자 날개와 회전자 홈의 측면벽 사이의 간격(들)을 필러 조각으로써 채운 것을 상부로부터 본 평면도로 개략도를 도시한다.

한편으로, 특히 가스터빈들의 심지어 심하게 마모된 회전자들도 수리 (복원) 할 수 있고, 이 때 회전자 날개들을 변경된 상태로 유지하는 동안, 추가의 (일치된) 스페이서들이 인접한 회전자 날개들 사이에 사용되고, 그리고 다른 한 편으로, 회전자 홈들의 축선 방향의 도려냄의 결과로서 회전자 날개들에 생성된 축선 방향 간극을 필러 조각 (예를 들어 소성 변형 가능한 작은 튜브) 으로써 채울 수 있는 것이 본 발명의 발상이다.

날개들을 리세스된 홈들로 가압하기 위해서 그리고 조립하는 동안 날개들의 작동 위치를 이미 달성하기 위해서 날개들은 T-루트와 함께 이들과 함께 "보강된 (unterpinned)" 것이기 때문에 유사한 작은 튜브들은 회전자의 날개 배열에 어떤 경우에도 사용된다.

추가의 스페이서들은 적어도 부분적으로 필러 조각을 수용하기 위해 리세스/슬롯을 갖도록 설계된다. 재작업된 회전자는 또한 회전자 홈들에서 측방향 홈을 갖고, 여기에서 필러 조각은 유지된다.

본 발명의 출발점이 될 수 있는 바와 같이, 가스터빈 회전자의 상세도는 상부로부터 본 평면도로 형상을 갖고 도 1 에 재현된다. 도 1 의 가스터빈 회전자 (10) 는 회전자 디스크 (11) 에서 원주 방향으로 연장되는 회전자 홈 (12) 을 갖고, 회전자 날개 (13) 는 그의 날개 루트 (도 2 의 13b) 에 의해서 회전자 홈에서 유지된다. 회전자 날개 (13) 는 인접한 날개들 (도시되지 않음) 에 거리를 생성하고 회전자 홈 (12) 을 덮는 스페이서들 (14 및 15) 에 의해서 양 측면이 에워싸인다. 날개 익형 (13a) 에 의해 반경 방향으로 외부를 향해 연장되는 회전자 날개 (13) 는 제한 (G) 에서 간격 없이 원래 상태에서 회전자 홈 (12) 의 측면벽에 대해 날개 루트 (13b) 에 의해서 맞대어진다. 도 2 는 회전자 홈 (12) 을 통하는 대응하는 (축선 방향의) 부분을 도시한다. 도 2 에 도시된 바에서, 그 자체로 공지된 타입의 작은 튜브들은 회전자 홈 (12) 의 홈 베이스에 배열되고, 회전자 날개 (13) 는 회전자 홈 (12) 의 측면들에 형성된 후크들 (16) 에 대해 작은 튜브들에 의해서 바닥으로부터 가압된다.

이제 만약 복원 또는 재작업 중에 회전자 홈 (12) 이 결함있는 재료를 제거하기 위해 도려내지고 그 결과로 특히 홈 폭이 확대되면, 도 1 에 유사한 도면으로 도 3 에 표시된 바와 같은 상황이 생성되고, 반면에 도려내지고 그러므로 넓어진 회전자 홈 (12) 은 대응하게 일치된 추가의 스페이서들 (14' 및 15') 에 의해서 간격없이 덮혀질 수 있거나 덮혀지며, 간격 (S) 은 기계가공되지 않은 회전자 날개 (13) 와 도려내진 회전자 홈 (12) 의 측면벽 사이에서 생성되고 회전자 날개 (13) 가 회전자 홈 (12) 에서 감지 가능한 간극으로 유지되도록 한다. 도 4 는 도 2 와 유사한 도면으로 재작업 이후의 상황을 도시한다. 도려냄 작업 (20) 의 결과로서, 기계가공된 후크들 (16') (블록 화살표 참조) 은 더 큰 직경에 생성된다. 도려냄 (19) 은 축선 방향으로 더 넓은 회전자 홈이 되도록 한다 (블록 화살표 참조). 또한 도 4 에서 도시된 바에서, 회전자 홈 (12) 의 측방향 홈 (21) 과 스페이서들 (14', 15') 내에 거기에 따르는 대향하게 위치된 리세스 (17) 에 의해서 형성된 튜브형 통로가 회전자 홈 (12) 의 우측면에 후크들 (16') 위에 배열된다 (또한 도 7 참조).

작은 튜브 형태의 원주 방향으로 연장되는 필러 조각 (22) 은 도 5 에 따른 (또한 도 7 참조) 이 튜브형 통로 (17/21) 안으로 눌려지거나 삽입되고 원주 방향으로 가로지르고 날개 루트 (13b) 와 도려내진 회전자 홈 (12) 의 인접한 측면벽 사이의 간격 (S) 을 채워서 재작업된 회전자 홈 (12) 의 회전자 날개의 실제의 무간극 설치를 보장한다. 도 7 의 전형적인 실시형태에서, 튜브형 통로는 주로 홈 (21) 에 의해서 회전자 홈 (12) 의 측면벽에 형성된다. 이 방식으로, 필러 조각 (22) 의 신뢰 가능한 안내가 간격 (S) 에 또한 제공된다 (또한 도 8 참조).

도 5 에서, 개별 필러 조각 (22) 은 후크들 (16 또는 16') 위에 제공된다. 그러나, 도 6 에 따르면, 또한 측면벽의 다른 위치에 위치될 수 있는 복수의 필러 조각들 (23) 을 삽입하는 것이 또한 가능하다. 도 6 의 전형적인 실시형태에서, 2 개의 필러 조각들 (23) 은 각각의 경우에 후크들 (16 또는 16') 아래에 배열된다. 추가의 스페이서들 (14'' 또는 15'') 은 필러 조각들의 이 다른 구성에 대응되게 일치된다.

10 가스터빈 회전자
11 회전자 디스크
12 회전자 홈 (원주 방향으로 연장됨)
13 회전자 날개
13a 날개 익형
13b 날개 루트
14, 14', 14'' 스페이서
15, 15', 15'' 스페이서
16, 16' 후크
17 리세스 (홈)
18 작은 튜브
19, 20 도려냄
21 홈
22, 23 필러 조각 (작은 튜브)
G 제한
S 간격

Claims (6)

1. 회전자 홈들 (12) 에서 스페이서들 (14, 15) 에 의해서 서로 이격되어 유지되는 회전자 날개들 (13) 을 수용하기 위해 원주 방향으로 연장되는 회전자 홈들 (12) 이 장착된 터보머신, 특히 가스터빈의 회전자 (10) 를 복원하기 위한 방법에 있어서,
   a) 상기 회전자 날개들 (13) 과 상기 스페이서들 (14, 15) 을 재작업될 상기 회전자 홈들 (12) 로부터 제거하는 단계;
   b) 손상이 가해진 재료를 제거하기 위해서 상기 회전자 홈들 (12) 을 동시에 확장시키면서 노출된 상기 회전자 홈들 (12) 을 도려내는 단계;
   c) 각각의 경우에 상기 회전자 날개들 (13) 과 도려내진 상기 회전자 홈들 (12) 사이의 간격 (S) 이 필러 조각 (22, 23) 에 의해 채워지는 방식으로 상기 필러 조각 (22, 23) 을 상기 회전자 홈들 (12) 에 수용하기 위해서 원주 방향으로 연장되는 적어도 하나의 측방향 홈 (21) 을 도입하는 단계;
   d) 상기 도려내진 회전자 홈들 (12) 에 일치하고 그리고 도입된 상기 측방향 홈들 (21) 에 일치되는 리세스 (17) 들을 갖는 추가의 스페이서들 (14', 14'', 15', 15'') 을 제공하는 단계;
   e) 원주 방향으로 연장되는 상기 측방향 홈들 (21) 과 상기 추가의 스페이서들 (14', 14'', 15', 15'') 의 상기 리세스들 (17) 안으로 삽입하기 위해 상기 필러 조각 (22, 23) 들을 제공하는 단계; 및
   f) 상기 회전자 날개들 (13) 과 상기 추가의 스페이서들 (14', 14'', 15', 15'') 을 상기 도려내진 회전자 홈들 (12) 안으로 삽입하고 또한 대응하는 상기 필러 조각 (22, 23) 들을 상기 측방향 홈들 (21) 과 상기 추가의 스페이서들 (14', 14'', 15', 15'') 의 일치된 상기 리세스들 (17) 안으로 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전자를 복원하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 원주 방향으로 연장되는 측방향 홈들 (21) 은 상기 도려내진 회전자 홈들 (12) 의 오직 한 측면에만 제공되는 것을 특징으로 하는, 회전자를 복원하기 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 도려내진 회전자 홈 (12) 당 대응하는 필러 조각 (23) 들을 갖는 상기 원주 방향으로 연장되는 복수의 측방향 홈들 (21) 의 제공이 이뤄지는 것을 특징으로 하는, 회전자를 복원하기 위한 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도입된 측방향 홈들 (21) 과 상기 추가의 스페이서들 (14', 14'', 15', 15'') 의 상기 일치된 리세스들은 설치된 상태에서 튜브형 통로를 형성하고,
   튜브 형태의 상기 필러 조각 (22, 23) 들이 사용되는 것을 특징으로 하는, 회전자를 복원하기 위한 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전자 홈들 (12) 은 원주 방향으로 연장되는 후크들 (16, 16') 을 측면들에 갖고, 상기 후크들은 상기 삽입된 회전자 날개들 (13) 의 날개 루트 (13b) 에 의해 맞물리게 되고, 원주 방향으로 연장되는 측방향 홈 (21) 은 상기 후크들 (16, 16') 위에 배열되는 것을 특징으로 하는, 회전자를 복원하기 위한 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전자 홈들 (12) 은 원주 방향으로 연장되는 후크들 (16, 16') 을 측면들에 갖고, 상기 후크들은 상기 삽입된 회전자 날개들 (13) 의 상기 날개 루트 (13b) 에 의해 맞물리게 되고, 원주 방향으로 연장되는 상기 측방향 홈은 각각의 경우에 상기 후크들 (16, 16') 아래에 배열되는 것을 특징으로 하는, 회전자를 복원하기 위한 방법.

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