KR20150055156A - 가스터빈 로터 디스크의 비파괴 검사장치 - Google Patents

가스터빈 로터 디스크의 비파괴 검사장치 Download PDF

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Abstract

가스터빈 로터 디스크의 비파괴 검사장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴 검사장치는 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크 중공의 표면 및 내부 결함을 검사하기 위한 비파괴 검사장치이고, 이동스크류가 공회전 가능하도록 이동스크류의 양단에 각각 결합하여 상하 방향으로 이격 배치되는 상부 고정판 및 하부 고정판과, 상부 고정판 및 하부 고정판 사이에 배치되어 이동스크류의 회전에 따라 상하 방향으로 이동하는 이동판을 포함하는 메인프레임; 이동판 및 하부 고정판을 관통하여 배치되는 회전축과, 회전축의 하단부에 결합하여 상기 회전축의 회전에 따라 회전하는 회전판과, 회전판 하부에 배치되는 복수개의 센서고정부를 포함하는 센서회전부; 및 센서고정부에 배치되는 복수개의 초음파 센서 및 와전류 센서를 포함하는 센서부를 포함한다.

Description

가스터빈 로터 디스크의 비파괴 검사장치{INSPECTION FIXTURE FOR DISC OF GAS TURBINE ROTOR}
본 발명은 비파괴 검사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스터빈 로터 디스크의 비파괴 검사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업용 가스터빈 로터는 디스크 형으로 다단의 휠(wheels)을 볼트로 조립한 구조를 가진다. 예컨대, 복수개의 디스크들의 중공을 하나의 대형 타이로드 볼트가 관통함으로써 조립되어, 상기 디스크들이 다단을 이루는 형태를 갖는다.
이러한 가스터빈 로터를 구성하는 디스크들은 고속의 회전체이므로, 발전운전 특성상 반복적인 기동정지 및 고온의 가혹한 운전환경에 처해 있으므로 정기적인 점검이 필수적으로 요구된다.
가스터빈 로터 디스크의 점검은 크게 디스크의 표면 검사 및 내부 결함 검사로 구분될 수 있다. 고전적인 검사방법으로는 자분탐상검사와 형광침투탐상검사가 있는데, 이들 방법들은 디스크 표면의 건전성, 즉, 결함 유무만을 확인할 수 있을 뿐이므로 결합의 발견시, 결함 깊이를 측정하는 것은 불가능하다. 따라서 회전체 로터의 수명평가시 필요한 결함 깊이 측정 결과를 획득할 수 없어 디스크의 정량적 평가가 이루어질 수 없게 되는 문제가 있다. 그리고 자분탐상검사에서 이용되는 검사 매개체인 자분, 형광침투탐상에서 이용되는 침투제, 유화제, 현상제 등은 환경 오염원을 배출시키며, 검사를 위해서는 암실 등의 조건이 갖추어져야만 하는 불편함이 있었다.
그래서 최근에는 디스크 표면에 대해서는 와전류검사(Eddy Current Testing)를 하고 있으며, 디스크 내부에 대해서는 초음파검사(Ultrasonic Testing)를 수행함으로써, 디스크의 결함 위치 및 결함 깊이를 정량적으로 평가하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.
그러나 와전류검사 및 초음파검사는 개별적으로 이루어질뿐더러, 작업자의 수검사로 이루어지는 것이 일반적이므로 검사 재현성 측면에서 문제가 있었다. 가스터빈 로터 디스크 건전성 평가를 위한 와전류검사 및 초음파검사를 통합적으로 진행할 수 있는 비파괴 검사장치가 필요한 이유다.
본 발명의 실시예들은 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크 중공의 표면 및 내부 결함을 와전류검사 및 초음파검사를 이용하여 평가하기 위한 비파괴 검사장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크 중공의 표면 및 내부 결함을 검사하기 위한 비파괴 검사장치이고, 이동스크류가 공회전 가능하도록 상기 이동스크류의 양단에 각각 결합하여 상하 방향으로 이격 배치되는 상부 고정판 및 하부 고정판과, 상부 고정판 및 하부 고정판 사이에 배치되어 상기 이동스크류의 회전에 따라 상하 방향으로 이동하는 이동판을 포함하는 메인프레임; 상기 이동판 및 하부 고정판을 관통하여 배치되는 회전축과, 상기 회전축의 하단부에 결합하여 상기 회전축의 회전에 따라 회전하는 회전판과, 상기 회전판 하부에 배치되는 복수개의 센서고정부를 포함하는 센서회전부; 및 상기 센서고정부에 배치되는 복수개의 초음파 센서 및 와전류 센서를 포함하는 센서부를 포함하는 비파괴 검사장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 메인프레임은 상기 메인프레임을 상기 컴프레서 디스크의 상부면에 고정시키기 위한 고정부를 더 포함하고, 상기 고정부는, 상기 하부 고정판의 테두리에 결합하는 복수개의 위치조절블록; 상기 위치조절블록들 각각에 수직 방향으로 결합하는 마그네틱 베이스 가이드; 및 상기 마그네틱 베이스 가이드의 하단부에 결합하는 마그네틱 베이스를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 위치조절블록에는 일렬로 등간격을 이루어 형성되는 위치조절홀이 마련될 수 있다.
또한, 상기 메인프레임은 상기 상부 고정판 상부에 배치되어 상기 이동스크류의 상단과 결합하는 위치조절핸들을 더 포함하고, 상기 위치조절핸들을 회전시키면 상기 이동스크류가 함께 회전하여 상기 이동판이 상하 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 센서회전부는 상기 이동판 상부에 배치되어 상기 회전축과 결합하는 제1 풀리와, 상기 제1 풀리와 인접 배치되는 제2 풀리와, 상기 제1,2 풀리를 연결하는 타이밍벨트와, 상기 제2 풀리의 상부에 배치되어 상기 제2 풀리를 회전시키는 회전핸들을 포함하는 회전부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서고정부는, 상기 회전판의 하부에 결합하되 상기 회전판과 수직 방향으로 배치되는 복수개의 센서위치설정블록과, 상기 센서위치설정블록들에 각각 결합하는 센서홀더를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 회전판에는 상기 센서위치설정블록의 위치를 조정하는 가이드 슬롯이 형성되고, 상기 회전판 하부면의 상기 가이드 슬롯의 길이 방향을 따라 눈금자가 형성될 수 있다.
또한, 상기 센서홀더는 센서들의 완충작용을 위하여 내부에 삽입되는 스프링과, 상기 스프링을 외부에서 덮는 커버를 포함할 수 있다.
한편, 복수개의 상기 센서고정부는 상기 회전판의 중심을 기준으로 각각 120°간격으로 이격 배치되고, 상기 센서홀더에는 높이 방향으로 초음파 센서 또는 와전류 센서가 두 개 결합될 수 있다.
이 때, 상기 초음파 센서는 4채널로 45°, 60°종류로 각각 두 개씩을 포함하고, 상기 와전류 센서는 앱솔루트 타입(Absolute type) 및 디프런셜 타입(Differential Type)으로 각각 한 개씩을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크 중공의 표면 및 내부 결함을 와전류검사 및 초음파검사를 이용하여 평가하기 위한 비파괴 검사장치를 제공함으로써, 기존의 검사방법에 비해 신뢰성 및 재현성이 향상된 비파괴 검사를 수행할 수 있다.
도 1은 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 디스크에 적용되는 검사방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴 검사장치의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 비파괴 검사장치의 각 구성을 분리하여 도시한 분리사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 비파괴 검사장치에서 회전판과, 회전판에 결합된 센서들의 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 도 3의 비파괴 검사장치를 도 1의 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크에 장착한 모습을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1는 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크(10, 이하 디스크)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 디스크(10)는 중앙에 위치한 중공(11)이 타이로드 볼트(Tie Rod Bolt)에 결합하고, 디스크(10)의 외주면에는 블레이드들(미도시)이 결합한다. 본 명세서에서 디스크(10)의 검사는 디스크(10)의 중공(11)에 대한 표면 및 내부 검사를 의미하며, 전자의 경우에는 와전류 검사를 통해, 후자의 경우에는 초음파검사를 통해 이루어진다.
관련하여, 도 2에서는 도 1의 디스크(10)에 적용되는 검사방법을 개략적으로 도시하였다. 도 2를 참조하면, 중공(11)의 내부 표면은 와전류검사 영역에 해당되고(빨간색 선으로 표기), 중공(11)의 근처에 해당하는 내부 영역은 45°, 60°의 쐐기를 초음파 프로브에 부착하여 수행되는 통상의 초음파검사(conventional Ultrasonic Testing) 영역에 해당된다(주황색 영역). 그리고 중공(11)근처 영역을 제외한 나머지 디스크(11)의 내부 영역에 대해서는 위상배열 초음파검사(Phased Array Ultrasonic Testing) 영역에 해당된다(하늘색 영역).
와전류 검사는 여진 코일에 고주파 전류를 흘려 중공(11) 표면에 와전류를 발생시키고, 결합에 의하여 와전류의 분포 상태가 변화하는 것을 감지하는 비파괴 검사법에 해당하고, 초음파 검사는 음파가 디스크(10) 내부를 통과할 때에 결함에 의해 반사되는 것을 이용하여 내부결함의 유무를 판단하는 비파괴 검사법에 해당한다. 와전류 검사 및 초음파 검사는 공지의 비파괴 검사방법이므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴 검사장치의 각 구성에 대해서 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴 검사장치의 측면을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 비파괴 검사장치의 각 구성을 분리하여 도시한 분리사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 비파괴 검사장치(100)는 도 1에 도시된 디스크(10)의 중공(11)의 표면 및 내부 결함을 검사하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예들에서는 와전류검사 및 초음파검사를 동시 수행 가능하고, 통합적으로 수행할 수 있는 비파괴 검사장치를 제공할 수 있다.
비파괴 검사장치(100)는 디스크(10, 도1 참조)의 상부에 배치되는 메인프레임(110)과, 메인프레임(110)의 하부에 배치되어 회전하는 센서회전부(120)와, 센서회전부(120)에 장착되어 디스크(10)의 중공(11)에 위치하는 센서부(130)를 포함한다.
메인프레임
메인프레임(110)은 상부 고정판(111), 하부 고정판(112) 및 이동판(113)이 이동스크류(114)에 의해 결합됨으로써 이루어질 수 있다. 도 4에서는 상부 고정판(111)을 사각 플레이트 형태로, 하부 고정판(112) 및 이동판(113)을 T자형의 플레이트 형태로 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상부 고정판(111), 이동판(113) 및 하부 고정판(112)은 상하 방향으로 간격을 두어 배치된다. 여기에서 상하 방향은 도 3에 도시된 비파괴 검사장치(100)를 기준으로 한다.
상부 고정판(111), 이동판(113) 및 하부 고정판(112)에는 복수개의 홀이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상부 고정판(111), 이동판(113) 및 하부 고정판(112)에는 서로 상응하는 3개의 홀이 마련될 수 있으며, 편의상 도 3을 기준으로 좌측에서부터 제1홀, 제2홀, 제3홀로 칭하기로 한다. 이동판(113) 및 하부 고정판(112)에는 돌출된 부분에 추가적으로 홀이 마련될 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
상부 고정판(111), 이동판(113) 및 하부 고정판(112)은 이동스크류(114)로 결합된다. 이동스크류(114)의 양단에 상부 고정판(111)과 하부 고정판(112)이 각각 결합하고, 이동판(113)은 상부 고정판(111)과 하부 고정판(112) 사이를 이동하도록 결합한다. 이동스크류(114)의 상단은 상부 고정판(111)의 제1홀(도 3을 기준으로 좌측에 형성된 홀)에 삽입되고, 상기 제1홀 상부에는 상부스톱퍼(111a)가 마련되어 이동스크류(114)의 상단과 결합한다. 상부스톱퍼(111a)의 상부에는 위치조절핸들(115)이 결합한다. 이동스크류(114)의 하단은 하부 고정판(112)의 제1홀(도 3을 기준으로 좌측에 형성된 홀)에 삽입되고, 상기 제1홀 하부에는 하부스톱퍼(112a)가 마련되어 이동스크류(114)의 하단과 결합한다. 이 때, 이동스크류(114)의 몸체는 이동판(113)의 제1홀(도 3을 기준으로 좌측에 형성된 홀)을 관통하게 된다. 이동판(113)의 제1홀에는 제1 가이드(113a)가 마련될 수 있다.
이동스크류(114)는 상부 고정판(111) 및 하부 고정판(112)에 대하여 공회전한다. 즉, 위치조절핸들(115)을 돌려 회전시키면 이동스크류(114)가 함께 회전한다. 이 때, 이동스크류(114)는 이동판(113)과 결합하고 있으므로, 이동스크류(114)의 회전에 따라 이동판(113)이 상하 방향으로 이동한다. 예컨대 위치조절핸들(115)을 시계방향으로 회전시키면 이동스크류(114)가 시계방향으로 회전하고, 이동판(113)이 하방향으로 이동하여 하부 고정판(112)에 보다 가까워질 수 있다. 반대로 위치조절핸들(115)을 반시계방향으로 회전시키면 이동스크류(114)가 반시계방향으로 회전하고, 이동판(113)이 상방향으로 이동하여 상부 고정판(111)에 보다 가까워질 수 있다.
메인프레임(110)은 보조축(116)을 더 포함할 수 있다. 보조축(116)은 상부 고정판(111) 및 하부 고정판(112)의 이격 거리를 유지하는 기능을 한다. 예컨대, 보조축(116)의 양단은 상부 고정판(111)의 제3홀(도 3을 기준으로 우측에 형성된 홀)과, 하부 고정판(112)의 제3홀(도 3을 기준으로 우측에 형성된 홀)에 삽입 결합되고, 이동판(113)의 제3홀을 관통하여 배치될 수 있다. 이 대, 보조축(116)은 이동판(113)과 결합하지는 않음으로써, 이동판(113)이 상하 방향으로 이동하는데 장애가 되지 않는다. 한편, 이동판(113)의 제3홀에는 제2 가이드(113b)가 마련될 수 있다.
센서회전부
센서회전부(120)는 회전축(121)과, 회전축(121)의 하단부에 결합하는 회전판(122)과, 회전판(122) 하부에 배치되는 센서고정부(124)를 포함할 수 있다.
회전축(121)은 이동판(113)과 하부 고정판(112)을 관통하여 배치된다. 즉, 회전축(121)은 이동판(113)의 제2홀(도 3을 기준으로 중앙에 위치한 홀)과, 하부 고정판(112)의 제2홀을 관통하여 배치된다. 이 때, 이동판(113)의 제2홀에는 제3 가이드(113c)가, 하부 고정판(112)의 제2홀에는 제4 가이드(112a)가 마련될 수 있다. 회전축(121)은 이동판(113) 및 하부 고정판(112)에 대해서 공회전 가능하도록 배치된다.
회전판(122)은 회전축(121)의 하단부에 결합하고, 회전축(121)의 회전에 따라 함께 회전한다. 구체적으로, 회전판(122)의 중앙에는 홀이 형성되고, 회전판(122)의 상부면 중앙에 결합하는 회전축 하부 가이드(122a)가 마련된다. 회전축(121)의 하단은 회전축 하부 가이드(122a)의 중앙 및 회전판(122)의 중앙을 순차적으로 관통하여, 회전판(122)의 하부면 중앙에 배치되는 회전축 고정부재(122b)에 의해 고정된다. 도 4에서 회전판(122)은 중앙을 기준으로 세 방향으로 돌출된 돌출부를 갖는 삼각대 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 결합에 의해 회전축(121)이 회전하면, 회전판(122)은 함께 회전한다.
회전판(122) 하부에는 센서고정부(124)가 배치된다. 센서고정부(124)는 와전류센서 및 초음파센서가 고정되는 것으로, 센서고정부(124)는 회전판(122)과 수직 방향으로 결합한다. 예컨대, 도 4에서 회전판(122)은 삼각대 형태로 도시되어 있고, 돌출된 부분의 하부에 각각 센서고정부(124)가 마련될 수 있다. 센서고정부(124)에 대해서는 다른 도면을 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.
회전축(121)을 회전시키기 위한 구성에 대해 설명한다. 센서회전부(120)는 회전축(121)을 회전시키는 회전부(123)을 더 포함한다.
회전부(123)는 이동판(113) 상부에 배치되어 회전축(121)과 결합하는 제1 풀리(123a)와, 제1 풀리(123a)와 인접 배치되는 제2 풀리(123b)와, 제1,2 풀리(123a,123b)를 연결하는 타이밍벨트(123c)와, 제2 풀리(123b)를 회전시키는 회전핸들(123d)를 포함한다.
제1 풀리(123a)는 이동판(113)의 제2홀(도 3을 기준으로 중앙에 위치한 홀)에 마련되는 제3 가이드(113c)의 상부에 배치된다. 그리고 제2 풀리(123b)가 타이밍벨트(123c)를 통해 제1 풀리(123a)와 연결된다. 제2 풀리(123b)는 이동판(113)의 돌출된 부분에 마련된 회전홀(113d)의 상부에 위치하고, 회전홀(113d)을 배면에서 관통하는 고정볼트(123e)에 의해 고정된다. 제2 풀리(123b)의 상부에는 회전핸들(123d)이 결합하고, 제1 풀리(123a)의 상부에는 제1 풀리(123a)의 움직임을 막는 록킹블록(123f)가 마련된다.
회전핸들(123d)이 회전하면, 회전핸들(123d)과 연결된 제2 풀리(123b)가 회전한다. 그리고 제2 풀리(123b)와 타이밍벨트(123c)로 연결된 제1 풀리(123a)가 회전한다. 제1 풀리(123a)가 회전하면, 이와 연결된 회전축(121)이 회전하고,회전축(121) 회전에 따라 회전판(122)이 회전한다.
즉, 작업자는 메인프레임(110)에 마련된 위치조절핸들(115)을 돌림으로써 이동판(113)을 상하방향으로 이동시킬 수 있고, 회전부(123)에 마련된 회전핸들(123d)를 돌림으로써 회전축(121) 및 회전판(122)을 회전시킬 수 있다. 한편, 위치조절핸들(115) 및 회전핸들(123d)은 작업자가 직접 회전시킬 수도 있지만, 모터 및 엔코더 등을 연결하여 자동으로 회전시키도록 구성하는 것도 가능하다.
고정부
메인프레임(110)은 메인프레임(110)을 디스크(10, 도 1 참조)의 상부면에 고정시키기 위한 고정부(117)를 더 포함할 수 있다.
고정부(117)는 하부 고정판(112)의 테두리에 결합하는 복수개의 위치조절블록(117a)과, 위치조절블록(117a)들 각각에 수직 방향으로 결합하는 마그네틱 베이스 가이드(117b)와, 마그네틱 베이스 가이드(117b)의 하단부에 결합하는 마그네틱 베이스(117c)를 포함한다.
위치조절블록(117a)은 하부 고정판(112)과 동일 평면 상에 결합한다. 도 4를 참조하면, 위치조절블록(117a)은 하부 고정판(112)의 돌출된 부분에 결합되되, 하부 고정판(112)과 동일 평면을 이루도록 결합되어 있다. 위치조절블록(117a)에는 일렬로 등간격을 이루어 형성되는 위치조절홀(117d)이 마련되어 있으며, 봉형상의 마그네틱 베이스 가이드(117b)가 위치조절홀(117d) 중 어느 하나에 수직 방향으로 결합한다. 마그네틱 베이스 가이드(117b)의 결합을 위하여 위치조절블록(117a)의 측부에는 고정홀(117e)이 마련되고, 마그네틱 베이스 가이드(117b)를 위치조절홀(117d)에 끼운 뒤에, 고정홀(117e)에 고정 부재(볼트 등)을 삽입 체결하여 마그네틱 베이스 가이드(117b)의 측부를 지지하게 함으로써, 마그네틱 베이스 가이드(117b)를 고정시킬 수 있다.
마그네틱 베이스 가이드(117b)의 하단부에 결합하는 마그네틱 베이스(117c)는 자성 재료로 형성되는 것으로 그 형태는 한정되지 않는다. 마그네틱 베이스(117c)는 디스크(10)의 상부면에 자력에 의해 부착되므로, 메인프레임(110)을 디스크(10)에 안정적으로 고정시킬 수 있다.
디스크(10)의 중공(11, 도 1 참조)의 크기는 다양할 수 있다. 따라서, 마그네틱 베이스(117c)가 디스크(10)의 상부면에 부착되기 위해서는 디스크(10)의 중공 크기에 따라 마그네틱 베이스(117c)의 위치를 조정할 수 있어야 한다. 이를 위해 위치조절홀(117d)이 존재한다. 위치조절홀(117d)은 위치조절블록(117a)을 따라 일렬로 등간격을 이루어 형성된다. 따라서, 마그네틱 베이스 가이드(117b)가 보다 내측에 위치한 위치조절홀(117d)에 끼워지는 경우에는 보다 작은 크기의 중공(11)을 가진 디스크(10)에 메인프레임(110)이 안정적으로 고정될 수 있다. 반대로, 마그네틱 베이스 가이드(117b)가 보다 외측에 위치한 위치조절홀(117d)에 끼워지는 경우에는 보다 큰 크기의 중공(11)을 가진 디스크(10)에도 메인프레임(110)이 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 마그네틱 베이스 가이드(117b)를 고정시키기 위하여 위치조절홀(117d)의 하부에는 스톱퍼(117f)가 마련될 수 있다.
센서고정부 및 센서부
도 5 및 도 6은 도 3의 비파괴 검사장치(100)에서 회전판(122)과, 회전판(122)에 결합된 센서들의 모습을 도시한 도면이다. 도 5는 회전판(122)과 센서고정부(124)가 결합된 모습의 사시도를 도시하였고, 도 6은 도 5에 도시된 회전판(122)의 배면을 정면에서 도시하였다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 센서고정부(124)는 회전판(122)의 하부에 결합하되 회전판(122)와 수직 방향으로 배치되는 복수개의 센서위치설정블록(124a)과, 센서위치설정블록(124a)에 결합하는 센서홀더(124b)를 포함한다. 센서위치설정블록(124a)은 회전판(122)에 마련되는 가이드 슬롯(124c)에 고정볼트(124d)를 통해 결한한다. 회전판(122)은 상술한 것과 같이 삼각대 형태로 형성되고, 회전판(122)의 돌출된 면에는 면 방향을 따라 소정 크기의 가이드 슬롯(124c)이 형성된다. 가이드 슬롯(124c)의 하부에는 센서위치설정블록(124a)이 수직 방향으로 결합한다. 이 때, 센서위치설정블록(124a)은 가이드 슬롯(124c)을 따라 회전판(122)의 내측 또는 외측으로 소정 정도 이동 가능하도록 설치된다. 디스크(10, 도 1 참조)의 중공(11) 크기에 따라 센서위치를 조정할 수 있도록 하기 위함이다. 이때, 센서위치의 세밀한 조정을 위하여 회전판(122)의 배면에는 가이드 슬롯(124c)의 길이 방향을 따라 눈금자(124e)가 형성될 수 있다.
센서위치설정블록(124a)에는 외측 방향으로 센서홀더(124b)가 각각 결합한다. 센서홀더(124b)의 형태는 한정되지 않으며, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같이 와전류 센서 또는 초음파 센서 두 개가 위아래로 배치되어 고정될 수 있는 형태로 형성될 수 있다.
한편, 센서홀더(124b)에는 센서를 고정시 센서들의 완충작용을 위하여 내부에 스프링(미도시)를 넣고 커버(124f)로 상부를 덮는 형태일 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 센서홀더(124b)는 센서부(130)의 센서들의 위 아래를 잡아주는 곳에 소정크기의 절개부(미표기)가 마련되어 있고, 상기 절개부 내부에 스프링이 들어갈 수 있다. 그리고, 도 4에 도시된 것과 같이 커버(124f)로 상기 절개부를 커버함으로써 스프링에 의한 lift-off 효과로 센서부(130)의 센서들이 디스크(10)의 중공(11) 표면에 보다 용이하게 접촉하도록 할 수 있다.
센서부(130)는 센서고정부(124)에 배치되는 복수개의 초음파 센서 및 와전류 센서를 포함한다. 본 명세서에서 센서고정부(124)는 회전판(122)을 따라 세 군데에 마련되며, 각 센서고정부(124)에 배치되는 센서홀더(124b)는 두 개의 센서를 수용 가능하므로, 총 6개의 센서가 배치될 수 있다. 따라서, 와전류검사를 위한 와전류 센서 2채널과, 초음파검사를 위한 초음파 센서 4채널로 구성할 수 있다. 예를 들어, 초음파 센서는 45°, 60°종류로 각각 두 개를 각각 시계방향 및 반시계방향으로 탐지하도록 배치될 수 있으며(총 4개), 와전류 센서는 Absolute(앱솔루트), Differential(디프런셜) Type이 각각 1개씩 배치될 수 있다.
한편, 센서부(130)의 센서들과 연결되는 케이블(미도시)들은 하부 고정판(112)에 마련되는 케이블 인출홀(112b, 도 4 참조)을 통해 인출될 수 있다.
비파괴 검사장치의 작동
도 7은 도 3의 비파괴 검사장치(100)를 도 1의 디스크(10)에 장착한 모습을 도시한 도면이다. 이하에서는 도 7을 참조하여 상술한 비파괴 검사장치(100)의 작동에 대하여 설명한다. 다만, 이전 도면들의 참고를 위해, 이전 도면들에서 설명한 구성에 대해서는 도면부호를 병기하였음을 밝혀둔다.
우선, 비파괴 검사를 수행할 디스크(10)의 중공(11)의 크기를 측정한다. 중공(11) 크기에 따라 마그네틱 베이스(117c)의 위치, 센서위치설정블록(124a)의 위치 등이 달라지기 때문이다. 중공(11) 크기를 측정한 후에는 센서고정부(124)가 중공(11) 내부에 위치하도록 위치조정한다. 즉, 센서고정부(124)에 고정된 센서들이 중공(11) 내부 표면과 마주하도록 위치조정한다. 이와 같은 위치 조정은 상술한 것과 같이 센서위치설정블록(124a)을 가이드 슬롯(124c)을 따라 이동시킴으로써 이루어질 수 있다(도 5 참조). 센서고정부(124)가 중공(11) 내부에 위치되면, 센서고정부(124)에 초음파 센서 및 와전류센서를 부착하고, 센서케이블을 통해 제어부(PC 등)와 연결한다.
다음으로, 비파괴 검사장치(100)를 디스크(10)에 안정적으로 고정시키기 위해 하부 고정판(112)과 연결된 고정부(117)의 위치를 조정한다. 구체적으로는 마그네틱 베이스(117c)가 디스크(10)의 중공(11)과 근접하여 부착될 수 있도록 마그네틱 베이스 가이드(117b)의 위치를 조절하고(적합한 위치조절홀(117d)을 선택함으로써 이루어짐), 마그네틱 베이스 가이드(117b)의 높이를 조절한다. 이를 통해 마그네틱 베이스(117c)를 디스크(10)의 상부면에 자력으로 부착시킴으로써, 비파괴 검사장치(100)가 안정적으로 디스크(10) 상부에 고정될 수 있다.
다음으로, 본격적인 검사가 시작되는데, 우선 중공(11) 내부의 최상부에 센서들이 위치하도록 센서고정부(124)를 위치 조정한 후에, 회전판(122)을 시계방향 및 반시계방향으로 회전시켜 와전류검사 및 초음파검사를 수행한다(예컨대 시계방향으로 380°회전하고, 다시 반시계방향으로 380°회전함). 회전판(122)을 시계방향 및 반시계방향으로 두 차례에 걸쳐 회전시키는 것은 양방향에 대해서 데이터를 수집하기 위함과, 검사의 신뢰성을 높이기 위하여 두 번 검사하기 위함이다. 그리고, 이동판(113)을 소정크기 아래 방향으로 이동시켜 상기 센서들의 위치를 아래 방향으로 소정 정도 이동시킨 후에 검사를 반복 수행한다(예컨대 센서 크기의 2/3만큼 아래로 이동시킬 수 있다). 이런 식으로 반복하여 중공(11) 내부의 최상부에서부터 최하부까지 검사를 반복 수행할 수 있다. 이동판(113)의 이동이나 회전판(122)의 회전은 작업자에 의해 수동으로 이루어지거나, 모터/엔코더 등을 통해 자동으로 이루어질 수 있다.
검사 결과는 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(PC 등)에 마련된 소프트웨어를 통해 화면에 스트립 차트 및 임피던스 평면(Impedence Plan)상에 신호를 표시할 수 있다. 이 때, 사용되는 소프트웨어에 따라 평면, 3차원 형태의 그림 등으로 검사결과를 판독할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크 중공의 표면 및 내부 결함을 와전류검사 및 초음파검사를 이용하여 평가하기 위한 비파괴 검사장치를 제공함으로써, 기존의 검사방법에 비해 신뢰성 및 재현성이 향상된 비파괴 검사를 수행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 디스크 11: 중공
100: 비파괴 검사장치 110: 메인프레임
111: 상부 고정판 112: 하부 고정판
113: 이동판 114: 이동스크류
115: 위치조절핸들 116: 보조축
117: 고정부 120: 센서회전부
121: 회전축 122: 회전판
123: 회전부 124: 센서고정부
130: 센서부

Claims (10)

  1. 가스터빈 로터의 컴프레서 디스크 중공의 표면 및 내부 결함을 검사하기 위한 비파괴 검사장치이고,
    이동스크류가 공회전 가능하도록 상기 이동스크류의 양단에 각각 결합하여 상하 방향으로 이격 배치되는 상부 고정판 및 하부 고정판과, 상부 고정판 및 하부 고정판 사이에 배치되어 상기 이동스크류의 회전에 따라 상하 방향으로 이동하는 이동판을 포함하는 메인프레임;
    상기 이동판 및 하부 고정판을 관통하여 배치되는 회전축과, 상기 회전축의 하단부에 결합하여 상기 회전축의 회전에 따라 회전하는 회전판과, 상기 회전판 하부에 배치되는 복수개의 센서고정부를 포함하는 센서회전부; 및
    상기 센서고정부에 배치되는 복수개의 초음파 센서 및 와전류 센서를 포함하는 센서부를 포함하는 비파괴 검사장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인프레임은 상기 메인프레임을 상기 컴프레서 디스크의 상부면에 고정시키기 위한 고정부를 더 포함하고,
    상기 고정부는, 상기 하부 고정판의 테두리에 결합하는 복수개의 위치조절블록; 상기 위치조절블록들 각각에 수직 방향으로 결합하는 마그네틱 베이스 가이드; 및 상기 마그네틱 베이스 가이드의 하단부에 결합하는 마그네틱 베이스를 포함하는 비파괴 검사장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 위치조절블록에는 일렬로 등간격을 이루어 형성되는 위치조절홀이 마련되는 비파괴 검사장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 메인프레임은 상기 상부 고정판 상부에 배치되어 상기 이동스크류의 상단과 결합하는 위치조절핸들을 더 포함하고, 상기 위치조절핸들을 회전시키면 상기 이동스크류가 함께 회전하여 상기 이동판이 상하 방향으로 이동하는 비파괴 검사장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 센서회전부는 상기 이동판 상부에 배치되어 상기 회전축과 결합하는 제1 풀리와, 상기 제1 풀리와 인접 배치되는 제2 풀리와, 상기 제1,2 풀리를 연결하는 타이밍벨트와, 상기 제2 풀리의 상부에 배치되어 상기 제2 풀리를 회전시키는 회전핸들을 포함하는 회전부를 포함하는 비파괴 검사장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 센서고정부는, 상기 회전판의 하부에 결합하되 상기 회전판과 수직 방향으로 배치되는 복수개의 센서위치설정블록과, 상기 센서위치설정블록들에 각각 결합하는 센서홀더를 포함하는 비파괴 검사장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 회전판에는 상기 센서위치설정블록의 위치를 조정하는 가이드 슬롯이 형성되고, 상기 회전판 하부면의 상기 가이드 슬롯의 길이 방향을 따라 눈금자가 형성되는 비파괴 검사장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서홀더는 센서들의 완충작용을 위하여 내부에 삽입되는 스프링과, 상기 스프링을 외부에서 덮는 커버를 포함하는 비파괴 검사장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    복수개의 상기 센서고정부는 상기 회전판의 중심을 기준으로 각각 120°간격으로 이격 배치되고, 상기 센서홀더에는 높이 방향으로 초음파 센서 또는 와전류 센서가 두 개 결합되는 비파괴 검사장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 초음파 센서는 4채널로 45°, 60°종류로 각각 두 개씩을 포함하고, 상기 와전류 센서는 앱솔루트 타입(Absolute type) 및 디프런셜 타입(Differential Type)으로 각각 한 개씩을 포함하는 비파괴 검사장치.
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