KR20140138877A

KR20140138877A - 터보기계 부품을 인―시튜로 서비스하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140138877A
Application number: KR20147028218A
Authority: KR
Inventors: 디에고 퀴논; 존 매튜 사사텔리; 프랜시스 알렉산더 리드
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-12-04
Also published as: CN104583539A; WO2013138055A1; EP2825731A1; US20130232792A1

Abstract

터보기계 부품을 서비스(service)하도록 되어 있는 장치(400)는, 툴을 터보기계(100)의 소망의 위치에 전달하도록 되어 있는 툴 전달 기구(700)를 포함한다. 툴 지지체(1080)는 터보기계의 본체 상에 고정되도록 되어 있으며, 또한 툴 전달 기구(700)를 지지하도록 구성된다. 머시닝 툴(1090)은 툴 전달 기구(700)에 부착되며, 또한 터보기계 부품을 클램핑하도록 구성된 축방향 슬라이드 클램프(420), 상기 축방향 슬라이드 클램프에 미끄럼 가능하게 연결된 방사방향 슬라이드(430), 축방향 슬라이드 클램프 및 방사방향 슬라이드에 연결된 스프링, 그리고 방사방향 슬라이드 내에 적어도 부분적으로 유지된 머시닝 비트(machining bit)를 포함하며, 상기 스프링(750)은 축방향 장력을 제공한다. 상기 장치는 터보기계의 부품을 인-시튜로 서비스하도록 되어 있다.

Description

터보기계 부품을 인―시튜로 서비스하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SERVICING TURBOMACHINERY COMPONENTS IN-SITU}

여기에 서술된 장치 및 방법은 일반적으로 터보기계(turbomachinary)에 관한 것이다. 특히, 상기 장치 및 방법은 터보기계 부품을 인-시튜(in-situ)로 서비스(service) 또는 수리하는 것에 관한 것이다.

터빈 압축기 블레이드는 부식, 마찰 균열, 점식(点蝕)(pitting), 및 이물질과 같은 효과로 인해 손상을 받을 수 있다. 이런 손상의 경우에 있어서, 팁 유리(tip liberation) 및 후속의 압축기 고장을 방지하기 위해, 이들 블레이드의 시기 적절한 검출 및 수리가 바람직하다. 블레이드 수리를 위한 현재 관행은 압축기 케이스 제거를 요구하며, 이것은 필연적으로 시간 소모적이고 또한 비용이 많이 소요된다. 또한, 압축기 블레이드의 수리를 위한 압축기 케이스의 제거는 바람직하지 않은 정지 시간을 발생시키며, 그에 따라 장치 소유자/작업자에게 수익 손실을 초래한다.

본 발명의 목적은, 일반적으로 터보기계, 구체적으로 터보기계 부품을 인-시튜로 서비스 또는 수리하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 있어서, 터보기계 부품을 서비스하도록 되어 있는 장치는 툴(tool)을 터보기계의 소망의 위치로 전달하도록 되어 있는 툴 전달 기구를 포함한다. 툴 지지체는 터보기계의 본체 상에 고정되도록 되어 있으며, 또한 툴 전달 기구를 지지하도록 구성된다. 머시닝 툴(machining tool)은 툴 전달 기구에 부착되며, 또한 터보기계 부품을 클램핑하도록 구성된 축방향 슬라이드 클램프, 축방향 슬라이드 클램프에 미끄럼 가능하게 연결된 방사방향 슬라이드, 축방향 슬라이드 클램프 및 방사방향 슬라이드에 연결된 스프링, 그리고 방사방향 슬라이드 내에 적어도 부분적으로 유지되는 머시닝 비트(machining bit)를 포함하며, 상기 스프링은 축방향 장력(tension)을 제공한다. 상기 장치는 터보기계의 부품을 인-시튜로 서비스하도록 되어 있다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 터보기계 부품을 서비스하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는, 터보기계 부품을 클램핑하도록 구성된 축방향 슬라이드 클램프, 축방향 슬라이드 클램프에 미끄럼 가능하게 연결된 방사방향 슬라이드, 축방향 슬라이드 클램프 및 방사방향 슬라이드에 연결된 스프링, 그리고 방사방향 슬라이드 내에 적어도 부분적으로 유지되는 머시닝 비트를 갖는 머시닝 툴을 포함하며, 상기 스프링은 축방향 장력을 제공한다. 상기 장치는 터보기계의 부품을 인-시튜로 서비스하도록 되어 있다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 입구 가이드 베인의 배향을 조정하는 단계, 회전자/고정자 클로킹(clocking)을 조정하는 단계, 툴 전달 기구를 제1 소망 위치 내로 이동시키는 단계, 툴 전달 기구를 제2 소망 위치 내로 회전시키는 단계, 머시닝 툴을 터보기계의 부품에 부착하는 단계, 및 머시닝 툴을 이동시켜 부품을 수리하기 위해 핸들을 조종하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 일반적으로 터보기계, 구체적으로 터보기계 부품을 인-시튜로 서비스 또는 수리하기 위한 장치 및 방법을 얻을 수 있다.

도 1은 터보기계의 부분적인 절취도를 도시하고 있다.
도 2는 에어포일(airfoil) 및 베인을 도시한, 압축기의 부분 사시도를 도시하고 있다.
도 3은 압축기 블레이드 상에서 수행된 팁 크롭핑(tip cropping)의 예를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 양태에 따라, 부품을 수리 또는 가공하는 데 사용될 수 있는 머시닝 툴의 엔드 이펙터(end effector)의 측면도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 양태에 따른, 축방향 슬라이드 클램프의 간략화된 도면을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 양태에 따른, 축방향 슬라이드 클램프의 간략화된 도면을 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 양태에 따른, 툴 전달 기구의 사시도를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 양태에 따른, 압축기의 다양한 회전자 스테이지 및 고정자 스테이지를 통해 작동되는 툴 전달 기구 및 머시닝 툴의 개략도를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 양태에 따른, 터보기계의 부품 상에 부착된 또는 고정된, 도 4의 머시닝 툴의 단면도를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 양태에 따른, 툴 전달 기구의 사시도를 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 양태에 따른, 터보기계 부품의 수리 방법을 도시하고 있다.

본 발명의 하나 또는 그 이상의 특정한 양태/실시예가 이하에 서술될 것이다. 이들 양태/실시예의 간결한 서술을 제공하기 위한 노력으로, 실제 실행의 모든 특징이 명세서에 서술되지 않을 수 있다. 이런 임의의 실제 실행의 개발에 있어서, 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서처럼, 장치 관련 제약, 시스템 관련 제약, 및 업무 관련 제약에의 순응과 같은 개발자의 특정한 목적을 달성하기 위해 많은 실행-특정(implementation-specific) 결정이 이루어져야만 하며, 이것은 매 실행마다 변할 수 있음을 인식해야 한다. 더욱이, 이런 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적이지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 장점을 갖는 숙련자들에게는 설계, 제작, 및 제조라는 일상적인 과업임을 인식해야 한다.

본 발명의 다양한 실시예의 요소를 도입할 때, "하나의", "하나", "그", 및 "상기"라는 단어는 하나 또는 그 이상의 요소가 있음을 의미하는 것으로 의도된다. "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", 및 "갖는"이라는 용어는 열거된 요소 이외에 추가적인 요소를 포함하며 또한 이들 요소가 있을 수 있음을 의미하는 것으로 의도된다. 작동 매개변수 및/또는 환경적 조건의 임의의 예는 서술된 실시예의 다른 매개변수/조건을 배제하지 않는다. 추가로, 본 발명의 "일 실시예", "일 양태", 또는 "실시예" 또는 "양태"는 개시된 특징을 또한 통합하는 추가적인 실시예 또는 양태의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않음을 인식해야 한다.

터보기계는 가스 터빈, 스팀 터빈, 및 압축기를 포함하지만 그러나 이에 제한되지 않는, 에너지를 회전자와 유체 사이로 또는 그 반대로 전달하는 장치로서 정의된다. 터보기계는 가스 터빈, 스팀 터빈, 및 압축기를 포함하지만 그러나 이에 제한되지 않는, 에너지를 회전자와 유체 사이로 또는 그 반대로 전달하는 하나 또는 그 이상의 장치로서 정의된다. 인-시튜 블레이드 수리 방법 또는 인-시튜 베인 수리 방법 및 장치의 개발 시 중대한 도전은, 압축기 흐름 경로 내의 타이트한 작업공간에 의해 부과된 엄격한 공간적 제약으로 인해, 압축기 내측의 목표 블레이드 또는 베인에 수리 페이로드(repair payload)를 전달할 수 있는 기구를 설계하는 것이다. 전달 기구는 목표 베인, 에어포일, 또는 블레이드의 선단 엣지 및 말단 엣지 모두에[예를 들어, 압축기 회전자 블레이드(R1) 또는 베인(S1)의 제2 열(row)에] 도달할 수 있어야 한다.

도 1은 터보기계(100)의 부분 절취도를 도시하고 있으며, 상기 터보기계는 가스 터빈 압축기일 수 있다. 그러나, 본 발명은 가스 터빈, 스팀 터빈, 및 압축기 등을 포함하지만 그러나 이에 제한되지 않는 임의의 터보기계에 적용될 수 있음을 인식해야 한다. 터보기계(100)에 있어서, 벨 마우스(bell mouth)(110)의 절반은 내측의 베인 및 블레이드의 일부를 도시하도록 명확함을 위해 생략되었다. 고정자 베인의 제1 스테이지는 입구 가이드 베인(IGVs; Inlet Guide Vanes)(120)으로 지칭된다. 벨 마우스(110)는 외측 표면(112) 및 내측 표면(114)을 포함하며, 또한 유입되는 흐름(예를 들어, 공기)이 이들 두 표면들 사이를 통과한다. 전형적으로, 복수 개의 지지 부재(116)가 지지를 위해 외측 표면(112) 및 내측 표면(114)에 조여지거나 또는 용접된다.

도 2는 명확함을 위해 케이싱이 생략된, 압축기 에어포일 및 베인의 부분 사시도를 도시하고 있다. 고정자 베인은 일반적으로 고정되어 있는 반면, 회전자 에어포일/블레이드는 회전 가능한 회전자(204)에 연결된다. 또한, 입구 가이드 베인(120)은 일반적으로 고정되어 있지만, 유입되는 흐름의 방향 또는 양을 변화시키기 위해 일반적으로 방사방향 축선 둘레로 피치(pitch)될 수 있다. 입구 가이드 베인(120)에는 회전자 에어포일(230)의 제1 열이 뒤따른다. 또한, 에어포일은, 이들이 R0 스테이지의 부분이기 때문에 R0 에어포일 또는 블레이드로서 지칭될 수 있다. 다음은 고정자 베인(240)이며, 또한 고정자 베인은 이들이 S0 스테이지의 부분이기 때문에 S0 베인으로서 지칭될 수 있다. 회전자 에어포일/블레이드(250)의 다음 열은, 이들이 R1 스테이지의 부분이기 때문에 R1 에어포일 또는 블레이드로서 지칭될 수 있다. R1 에어포일은 이들이 S1 스테이지의 부분이기 때문에, S1 고정자 베인(260)이 뒤따른다.

원하는 수리 작업을 수행하기 위해 원하는 툴 세트를 전달할 뿐만 아니라, 전달 기구가 벨 마우스(110)를 통과하고 그리고 목표 블레이드 또는 베인에 도달할 수 있다면 바람직하다. 단지 일 예로서, R1 블레이드는 다양한 유형의 손상을 경험할 수 있으며, 또한 이 블레이드는 본 발명의 양태에 따라 케이스 제거를 요구하지 않고서도 도달될 수 있다.

도 3은 R1 블레이드를 위한 팁 크롭핑 수리의 몇 개의 예를 도시하고 있지만, 그러나 이러한 타입의 수리는 특정한 용례에서 요구될 때 임의의 블레이드 또는 베인에 적용될 수 있다. 손상은 바로 몇 개의 예에서처럼 부식, 균열, 피로 및/또는 점식에 의해 유발될 수 있다. 따라서, 전형적으로 R1 블레이드에 발생되는 손상에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이 3가지 타입의 블렌딩(blending) 공정으로 식별 및 한정된다. 블레이드(310)는 타입 1 블렌드(Type 1 blend)를 도시하고 있으며, 여기서는 블레이드 팁의 일부가 제거된다. 이 예에 있어서, D 의 최대량은 코드 길이(CL)의 절반과 동일하며, 또한 C 의 최대량은 블레이드 길이(BL)의 1/3 과 동일하다. 블레이드(320)는 타입 2 블렌드를 도시하고 있으며, 거기에서 E × F 의 최대량은 미리 결정된 양과 동일하며, 또한 R 은 약 0.25" 의 모서리 반경과 동일하다. 블레이드(330)는 엣지 블렌드(edge blend)를 도시하고 있으며, 거기에서 A 는 X 의 거리(코드 손상 깊이)의 5배보다 더 크다. 따라서, 임의의 특정한 양 및/또는 거리가 특정한 용례에서 원하는 대로 사용될 수 있으며, 또한 이미 주어진 값은 단순히 예시적이다. 또한, 타입 1 블렌드, 타입 2 블렌드, 및 타입 3 블렌드가 블레이드 선단 엣지(311) 및/또는 말단 엣지(312) 상에 위치될 수 있다. 전체 팁 크롭(full tip crop)을 포함하는 다른 타입의 블렌드 및 수리가 본 발명에 의해 완성될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 양태에 따른 머시닝 툴(400)(또는 장치)의 부분 측면도를 도시하고 있다. 머시닝 툴(400)은 회전자 블레이드, 고정자 베인, 또는 회전자 에어포일과 같은 터보기계 부품(410) 상에 클램핑하고 부품의 원하는 영역을 가공하도록 구성된다. 축방향 슬라이드 클램프(420)가 부품(410)의 양 측부 상에 배치되며, 또한 축방향 슬라이드 클램프의 오직 한쪽 측부만 도 4에 도시되어 있다. 축방향 슬라이드 클램프는, 일반적으로 축방향으로 연장되는 하나 또는 그 이상의 슬롯(422, 424)을 포함한다. 나사 또는 클램프와 같은 장력 인가 장치(426)는 부품(410) 상에 축방향 슬라이드 클램프(420)의 양 측부를 클램핑하도록 구성된다.

방사방향 슬라이드(430)는, 일반적으로 축방향으로 연장되는 슬롯(422, 424) 내로 연장되는 하나 또는 그 이상의 돌출부(도 4에는 도시되지 않음)에 의해 축방향 슬라이드 클램프(420)에 미끄럼 가능하게 연결된다. 축방향으로 연장되는 슬롯(422)은 방사방향 슬라이드(430)의 축방향 이동을 허용하도록 구성된다. 돌출부는 그 형상이 원통형 또는 직사각형, 또는 특정한 용례에서 원할 때 임의의 다른 형상일 수 있다. 또한, 방사방향 슬라이드(430)는, 머시닝 비트(440)의 방사방향 이동을 허용하도록 구성된, 일반적으로 방사방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬롯(432)을 포함한다. 방사방향으로 연장되는 슬롯(432)은 연마용 비트(grinding bit; 440)를 위한 정지부 또는 안내부로 기능할 수 있으며, 또한 클램프(420)의 기하학적 형태(또는 형상)는 도 3의 몇 개의 비제한적인 예에 도시된 바와 같이 수리를 위한 수리의 타입[예를 들어, 정사각형, 직사각형, 3각형, 또는 곡선형(curvilinear)]에 따라 변할 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 축방향 슬라이드 클램프(420)는 타입 2 또는 직사각형 형상의 크롭/수리를 위해 구성된다. 방사방향은 일반적으로 화살표(401)로 표시되어 있으며, 또한 축방향은 일반적으로 화살표(402)로 표시되어 있고, 또한 이들 방향은 일반적으로 터보기계의 방사방향 및 축방향으로 해석된다.

스프링(450)은 축방향 슬라이드 클램프(420)와 방사방향 슬라이드(430) 모두에 연결되며, 또한 두 요소들 사이에 축방향 장력을 제공한다. 스프링(450)은 가공 작업 중 비트(440)가 부품(410)의 표면과 접촉하도록 머시닝 비트(440)를 부품(410)의 표면을 향해 견인한다. 예를 들어, 머시닝 작업 중, 머시닝 비트(440)가 연마용 비트일 때, 스프링(450)은 연마용 비트가 부품(410)의 원하는 부분을 연마함에 따라 방사방향 슬라이드(430)를 부품(410)을 향해 축방향으로 견인한다. 또한, 툴 비트(440)는 샌더(sander), 폴리셔(polisher), 마킹 장치, 펜, 또는 특정한 용례에 바람직할 수 있는 임의의 다른 적절한 툴을 포함할 수도 있다.

도 5는 타입 1 또는 3각형 수리를 위해 구성된 축방향 슬라이드 클램프(520)를 도시하고 있다. 부품(510)은 수리 또는 머시닝 작업 후 제거된 3각형 부분(511)을 가질 것이다. 슬롯(522, 524)은 방사방향 슬라이드(도 5에는 도시되지 않음)에 의해 사용된다. 도 6은 타입 3 또는 곡선형 수리를 위해 구성된 축방향 슬라이드 클램프(620)를 도시하고 있다. 부품(610)은 수리 또는 머시닝 작업 후 제거된 반타원형 형상의 부분(611)을 가질 것이다. 슬롯(622, 624)은 방사방향 슬라이드(도 6에는 도시되지 않음)에 의해 사용된다.

도 7은 머시닝 툴(400)에 부착된 툴 전달 기구(700)의 사시도를 도시하고 있다. 툴 전달 기구(700)는 머시닝 툴 또는 수리 툴(예를 들어, 연마기)을 터빈 또는 압축기로 전달하여 목표 블레이드 또는 베인에 도달시키는 데 사용될 수 있다. 서두에 서술된 바와 같이, 툴 전달 기구(700)의 설계에서 중대한 도전은 터빈 흐름 경로 또는 압축기 흐름 경로 내의 타이트한 작업공간에 의해 부과된 엄격한 공간적 제약으로 인한 것이다. 또한, 블레이드/베인의 상이한 열들 사이의 클로킹(clocking)에 있어서 2가지 불활실성으로 인해, 압축기 블레이드/베인의 몇 개의 제1 열의 무한한 개수의 가능한 클로킹 구성이 있다. 특히, 회전자와 고정자 사이의 클로킹은 임의적일 수 있으며, 또한 회전자 블레이드의 제1 스테이지와 제2 스테이지 사이의 클로킹은 터보기계의 하나의 유니트로부터 다른 유니트까지 매우 상이할 수 있다. 회전자/고정자 클로킹이 튜닝(tuning) 가능할 때(즉, 회전자 에어포일/블레이드가 정지형 고정자 베인에 대해 회전될 수 있을 때), 툴 전달 기구(700)의 진입/진출을 촉진시키는 것이 전략적으로 조정될 수 있는 반면에, 다수의 회전자 스테이지(예를 들어, R0/R1) 클로킹은 고정되며, 그에 따라 이것이 하나의 장치로부터 다른 장치로 변할 때 제어 불가능하다. 따라서, 툴 전달 기구(700)는 다양한 클로킹 세팅 또는 구성을 갖는 다양한 스테이지에서 에어포일, 블레이드, 및 베인 상에 모두 3가지 타입의 블렌드를 달성할 수 있도록 설계된다.

툴 전달 기구(700)는 툴 전달을 촉진시키도록 특별히 설계된 2-링크 기구를 포함한다. 툴 전달 기구(700)는 핸들(710), 제1 로드(722) 및 제2 회전 로드(724)를 포함할 수 있는 2개의 로드를 포함하는 중간 링크(720), 그리고 엔드 이펙터(730)를 포함한다. 유니버셜 조인트(740)가 제1 로드(722) 및 회전 로드(또는 제2 로드)(724)의 각각의 단부에 부착된다. 따라서, 4개의 유니버셜 조인트(740)가 툴 전달 기구(700)에 사용될 수 있다. 양 단부에 유니버셜 조인트(740)를 갖는 2개의 로드(722, 724)는 이때 서로에 대해 실질적으로 평행하게 조립되며 또한 2개의 단부 플레이트(752, 754)에 부착된다. 핸들(710)이 단부 플레이트(752)에 부착되며, 또한 엔드 이펙터(730)가 단부 플레이트(754)에 부착된다. "조인트" 또는 "조인트들"이라는 용어는 하나의 유니버셜 조인트 및/또는 하나의 볼 조인트, 및 유니버셜 조인트들 및/또는 볼 조인트들을 각각 포함하는 것으로 한정될 수 있다.

머시닝 툴은 2개의 축방향 슬라이드 클램프(420) 및 머시닝 비트(440)를 구동시키는 머시닝 장치(441)를 포함한다. 일 예에 있어서, 머시닝 장치(441)는 비트(440)에 회전 운동을 부여하는 모터이다. 모터는 공기(예를 들어, 압축공기) 작동식 모터 또는 전기 작동식 모터, 또는 특정한 용례에서 요구되는 바와 같은 임의의 다른 적절한 모터일 수 있다. 비트(440)는 임의의 적절한 연마 매체(abrasive media) 또는 물질(예를 들어, 연마기, 샌더, 폴리셔 또는, 또한 마킹 장치 또는 펜)일 수 있다. 머시닝 장치(441)[및 머시닝 비트(440)]는, 한쪽 단부가 머시징 장치 안내 레일(761)에 부착되고 또한 반대편 단부가 케이블 핸들(762)에 부착된 케이블(760)을 통해 조종된다. 작업자는 머시닝 장치(741)를 이동시키기 위해 케이블을 가압 또는 견인할 수 있으며, 또한 이 운동은 머시닝 비트(440)의 이동으로 바뀐다. 하나 또는 그 이상의 스프링(750)이 머시닝 장치의 이동을 촉진시키기 위해 머시닝 장치(441)에 연결될 수 있다. 이 구성은 작업자가 이동의 속도 및 부품(410)의 표면에 대한 머시닝 비트(440)의 위치를 제어하는 것을 허용한다.

본 발명의 양태에 따라, 또한 도 8을 참조하여, 터보기계의 일부를 수리하기 위해 터보기계, 예를 들어 압축기의 내측에 툴 전달 기구(700)를 삽입하는 방법이 제공된다. 제1 단계는 입구 가이드 베인(120) 배향을 조정하는 것을 포함할 수 있으며, 또한 이 단계는 툴 전달 기구(700)의 진입/진출을 촉진시키기 위해 회전자/고정자 클로킹을 조정하는 것이 뒤따르거나 또는 선행될 수 있다. 툴 전달 기구(700)를 압축기(100) 내로 삽입하고 또한 서비스/수리 공정을 수행하기 위해, 입구 가이드 베인(120)은 이들이 R0 블레이드(230)와 대략 평행하게 되도록 배향될 수 있다. 회전자와 고정자의 상대적인 클로킹은 이 실시예에서 관련된 R0 블레이드(832)의 말단 엣지가 S0 베인(841)의 선단 엣지에 매우 근접하도록, 조정될 수 있다. 관련된 R0 블레이드(832)는 목표 R1 블레이드(851)가 시계 방향으로 R0 블레이드(831)와 다음 R0 블레이드(833) 사이에서 원주방향으로 클로킹되는 블레이드이다. 관련된 R0 블레이드(832)가 식별되고 또한 그 말단 엣지가 S0 베인(841)의 선단 엣지와 정렬된 후, 툴 전달 기구(700)의 삽입을 위해 유용한 S0 스테이지에 2개의 완전한 개구가 있을 것이다.

툴 전달 기구(700)의 삽입 중, 엔드 이펙터(730)가 실질적으로 압축기와 방사방향으로 정렬되고 또한 중간 링크(720)가 실질적으로 IGVs와 평행하게 되도록, 2-링크 기구가 먼저 배향된다. 좀 더 구체적으로, 엔드 이펙터(730)는 도 8의 도면에서처럼 실질적으로 페이지의 바깥쪽으로 지향될 것이다. 그 후, 툴 전달 기구(800)는 이것이 소망의 위치(예를 들어, S0 또는 R1 스테이지)에 도달할 때까지 압축기 내로 쉽게 미끄러질 것이다. 그 후, 툴 전달 기구(700)가 약 90 도 회전될 수 있으며, 또한 도 8에 도시된 바와 같은 구성으로 위치될 수 있다.

도 9는 부품(410) 상에 클램핑된 머시닝 툴의 간략화된 단면도를 도시하고 있다. 축방향 슬라이드 클램프(420)는 나사형 로드(426) 및 파스너(fastener)(427)(예를 들어, 너트 또는 내부에 나사산이 있는 보어)의 사용에 의해 부품(410) 상에 클램핑된다. 나사형 로드는 노브(knob)(770)의 작동에 의해 회전될 수 있으며, 이것은 다시 적절한 전동장치(gearing) 및 커넥터를 통해 나사형 로드(426)에 연결된 회전 로드(724)를 회전시킨다. 방사방향 슬라이드(430)가 비트(440)를 보유 및 안내하므로, 비트는 케이블(760)의 사용에 의해 위로 그리고 아래로 이동될 수 있다. 비트(440)의 연마 부분은, 부품(410)과 접촉할 비트(440)의 부분에만 한정될 수 있다. 필요로 하는 수리의 형상[예를 들어, 수리부(320)를 위한 직사각형 또는 정사각형]을 제공하는 정지부/안내부로서 기능하는, 클램프(420)와 접촉할 비트(440)의 섹션은, 클램프(420)의 연마를 피하기 위해 평탄하거나 또는 매끄러울 것이다.

도 10은 본 발명의 양태에 따른 다른 툴 전달 기구 및 머시닝 툴의 사시도를 도시하고 있다. 툴 전달 기구(1000)는 2개의 로드(1022, 1024)를 갖는 중간 링크(1020), 엔드 이펙터(1030), 및 노브(1070)를 포함한다. 툴 전달 기구는, 베이스(1081) 및 지지 부재(1082)를 갖는 툴 지지체(1080)에 의해 지지된다. 베이스(1081)는 자기(magnetic) 장치를 포함할 수 있으며, 또는 비-자기(non-magnetic)가 되도록 구성될 수 있다. 베이스는 벨 마우스(110)의 표면 상에 위치된다. 공압식 또는 전기식일 수 있는 모터(1041)가 샤프트 또는 도관(1060)에 연결된다. 이 샤프트 또는 도관(1060)은 툴 전달 기구의 말단 단부에 위치된 머시닝 툴(1090)로 연장한다. 머시닝 툴[머시닝 툴(400)과 유사할 수 있는 머시닝 툴]은 부품(410)에 클램핑되거나 부품 근처에 배치된다.

도 11은 본 발명의 양태에 따른 터보기계 부품을 수리하기 위한 방법(1100)을 도시하고 있다. 이 방법(1100)은, 입구 가이드 베인의 배향을 조정하는 단계(1110), 회전자/고정자 클로킹을 조정하는 단계(1120), 툴 전달 기구를 제1 소망 위치로 이동시키는 단계(1130), 툴 전달 기구를 제2 소망 위치로 회전시키는 단계(1140), 머시닝 툴을 터보기계의 부품에 부착하는 단계(1150), 및 엔드 이펙터를 이동시켜 터보기계의 부품에 대한 검사, 마킹, 및 수리 중 적어도 하나를 수행하도록 핸들을 조종하는 단계(1160)를 포함한다. 또한, 상기 방법은 중간 링크가 실질적으로 입구 가이드 베인에 평행하게 되도록 툴 전달 기구의 중간 링크를 배향시키는 단계, 및 후속하여 엔드 이펙터를 S0 베인, S1 베인, R0 블레이드, 및 R1 블레이드 중 적어도 하나에 가까운 위치 내로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 다른 단계는 수리 프로세스를 모니터링하는 단계뿐만 아니라 머시닝 툴의 삽입을 모니터링하는 단계를 포함할 수 있으며, 또한 이것은 보어스코프(borescope) 비디오 영상 장치(도시되지 않음)의 사용에 의해 달성될 수 있다. 또한, 이 방법은 S0 베인, S1 베인, R0 블레이드, 및 R1 블레이드 중 적어도 하나 상에 타입 1 인-시튜 수리, 타입 2 인-시튜 수리, 및 타입 3 인-시튜 수리 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

툴 전달 기구(700)의 기계적 설계를 위한 하나의 중요한 특징은, 전체 시스템이 수리 또는 연마 작업 중 발생되며 변동하는 힘에 견디도록 적절한 강성도를 가져야만 한다는 점이다. 예를 들어, 경험을 통해, 연마력이 모든 방향으로 그리고 넓은 스펙트럼(0 내지 최대 약 500 Hz) 내에서 최대 약 30 lbf 또는 그 이상일 수 있음을 알 수 있다. 시스템의 불충분한 강성도는 연마 작업 중 덜거덕거림(chattering), 머시닝 정확도 및 조종성(maneuverability)의 감소로 나타날 것이다. 연마 헤드의 단부에서의 포지셔닝 불확실성은 머시닝 정확도를 보장하기 위해 30 lbf 의 공칭 가공 하중에서 미리 결정된 거리보다 작아야 한다. 이상적인 경우에 있어서, 연마기 헤드의 위치는 주로 핸들(510) 및 케이블(760)/핸들(762)의 방향에 의해 결정되어야 한다. 그러나, 툴 전달 기구(700)의 각각의 기계적 부품의 가요성, 그리고 유니버셜 조인트(740)와 엔드 이펙터(730)의 각주형(prismatic) 조인트 모두를 포함하는 조인트의 백래시(backlash)로 인해, 툴 헤드 위치는 작업자가 이것을 변화시키고자 의도하지 않더라도 가공 하중 하에서 변화할 수 있다. 따라서, 부품 스티프니스(stiffness) 및 조인트 백래시는 툴 전달 기구(500)의 설계 및 실시에 있어 중요한 고려사항이다.

이 기재된 서술에서는, 최적의 모드를 포함하는 본 발명을 설명하기 위해 그리고 또한 본 기술분야의 임의의 숙련자가 임의의 장치 또는 시스템의 제조 및 사용 그리고 임의의 통합된 방법의 수행을 비롯하여 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 예를 사용하였다. 본 발명의 특허 허여 가능한 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 또한 본 기술분야의 숙련자가 행할 수 있는 다른 예를 포함할 수 있다. 이런 다른 예는 이들이 청구범위의 문자 그대로의 언어와는 상이하지 않은 구조적 요소를 포함한다면, 또는 이들이 청구범위의 문자 그대로의 언어와는 실체적으로 차이가 없는 균등한 구조적 요소를 포함한다면, 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

100: 터보기계 110: 벨 마우스
116: 지지 부재 120: 입구 가이드 베인
204: 회전자 240: 고정자 베인

Claims

터보기계 부품을 서비스(service)하도록 되어 있는 장치로서,
툴을 터보기계의 소망의 위치로 전달하도록 되어 있는 툴 전달 기구;
터보기계의 본체 상에 고정되도록 되어 있는 툴 지지체; 및
툴 전달 기구에 부착된 머시닝 툴(machining tool)
을 포함하며, 상기 머시닝 툴은,
터보기계 부품에 클램프되도록 구성된 축방향 슬라이드 클램프;
축방향 슬라이드 클램프에 미끄럼 가능하게 연결된 방사방향 슬라이드;
축방향 슬라이드 클램프 및 방사방향 슬라이드에 연결된 스프링; 및
방사방향 슬라이드 내에 적어도 부분적으로 유지된 머시닝 비트(machining bit)
를 포함하고, 상기 툴 지지체는 툴 전달 기구를 지지하도록 구성되며, 상기 스프링은 축방향 장력을 제공하며, 상기 장치는 터보기계의 부품을 인-시튜로 서비스하도록 되어 있는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제1항에 있어서, 상기 축방향 슬라이드 클램프는 일반적으로 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬롯을 추가로 포함하며, 상기 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬롯은 방사방향 슬라이드의 축방향 이동을 허용하도록 구성되는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제2항에 있어서, 상기 방사방향 슬라이드는 일반적으로 방사방향으로 연장되는 슬롯을 추가로 포함하며, 상기 방사방향으로 연장되는 슬롯은 머시닝 비트의 방사방향 이동을 허용하도록 구성되는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 터보기계와 조합되며, 상기 터보기계는 가스 터빈, 스팀 터빈, 및 압축기 중 적어도 하나인 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제4항에 있어서, 상기 부품은 회전자 에어포일, 회전자 블레이드, 및 고정자 베인 중 적어도 하나인 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제5항에 있어서, 상기 터보기계는 압축기이며, 또한 상기 부품은 회전자 에어포일 또는 회전자 블레이드이고, 또한 상기 부품은 압축기의 R0 스테이지 또는 R1 스테이지의 부분인 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제5항에 있어서, 상기 터보기계는 압축기이며, 또한 상기 부품은 고정자 베인이고, 또한 상기 부품은 압축기의 S0 스테이지 또는 S1 스테이지의 부분인 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제1항에 있어서, 상기 툴 전달 기구는,
제1 단부 플레이트에 부착된 핸들;
복수 개의 제1 유니버셜 조인트에 의해 제1 단부 플레이트에 부착된 중간 링크; 및
제2 단부 플레이트에 부착된 엔드 이펙터(end effector)
를 추가로 포함하며, 상기 제2 단부 플레이트는 복수 개의 제2 유니버셜 조인트에 의해 중간 링크에 부착되는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제8항에 있어서, 상기 중간 링크는 제1 로드 및 제2 회전 로드를 추가로 포함하는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제8항에 있어서,
한쪽 단부가 케이블 핸들에 부착되고 또한 다른쪽 단부가 안내 레일에 부착된 케이블
을 추가로 포함하며, 상기 케이블의 운동은 머시닝 툴의 이동으로 바뀌는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제10항에 있어서, 상기 머시닝 툴은,
모터; 및
연마기, 샌더(sander), 폴리셔(polisher), 마킹 장치, 또는 펜 중 적어도 하나
를 추가로 포함하는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제11항에 있어서, 상기 모터는 전기 모터 또는 공압 모터 중 적어도 하나인 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제12항에 있어서, 상기 모터는 하나 이상의 스프링에 연결되며, 상기 하나 이상의 스프링은 또한 엔드 이펙터에 부착되는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
머시닝 툴을 포함하며, 터보기계 부품을 서비스하도록 되어 있는 장치로서, 상기 머시닝 툴은,
터보기계 부품에 클램핑하도록 구성된 축방향 슬라이드 클램프;
축방향 슬라이드 클램프에 미끄럼 가능하게 연결된 방사방향 슬라이드;
축방향 슬라이드 클램프 및 방사방향 슬라이드에 연결된 스프링; 및
방사방향 슬라이드 내에 적어도 부분적으로 유지된 머시닝 비트
를 포함하며, 상기 스프링은 축방향 장력을 제공하고, 상기 장치는 터보기계의 부품을 인-시튜로 서비스하도록 되어 있는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제14항에 있어서, 상기 축방향 슬라이드 클램프는, 일반적으로 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬롯을 추가로 포함하며, 상기 축방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬롯은 방사방향 슬라이드의 축방향 이동을 허용하도록 구성되는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제15항에 있어서, 상기 방사방향 슬라이드는, 일반적으로 방사방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬롯을 추가로 포함하며, 상기 방사방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬롯은 머시닝 비트의 방사방향 이동을 허용하도록 구성되는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제16항에 있어서, 상기 머시닝 툴은,
모터; 및
연마기, 샌더, 폴리셔, 마킹 장치, 또는 펜 중 적어도 하나
를 추가로 포함하는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
제17항에 있어서,
한쪽 단부가 케이블 핸들에 부착되고 또한 다른쪽 단부가 안내 레일에 부착된 케이블
을 추가로 포함하며, 상기 케이블의 운동은 머시닝 툴의 이동으로 바뀌는 것인 터보기계 부품 서비스 장치.
터보기계 부품을 수리하는 방법으로서,
입구 가이드 베인의 배향을 조정하는 단계;
회전자/고정자 클로킹(clocking)을 조정하는 단계;
툴 전달 기구를 제1 소망 위치 내로 이동시키는 단계;
툴 전달 기구를 제2 소망 위치 내로 회전시키는 단계;
머시닝 툴을 터보기계 부품에 부착하는 단계;
머시닝 툴을 이동시켜 터보기계 부품을 수리하기 위해 핸들을 조종하는 단계
를 포함하는 터보기계 부품 수리 방법.
제19항에 있어서,
S0 베인, S1 베인, R0 블레이드, 및 R1 블레이드 중 적어도 하나 상에서 타입 1 수리, 타입 2 수리, 및 타입 3 수리 중 적어도 하나를 수행하는 단계
를 추가로 포함하는 터보기계 부품 수리 방법.