KR20190037143A

KR20190037143A - 수리 장치 및 가스 터빈

Info

Publication number: KR20190037143A
Application number: KR1020180114871A
Authority: KR
Inventors: 시몬 야제보브스키; 마렉 뵈치에호브스키; 크시슈토프 디나크; 다미안 볼프
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2019-04-05
Also published as: US20190093692A1

Abstract

본 발명은 가스 터빈의 하우징 구성 요소(10)를 위한 수리 장치(16)에 관한 것으로, 하우징 구성 요소(10)는 적어도 하나의 크랙(12)을 갖고 있고, 적어도 하나의 토크 스크루(18)가 적어도 하나의 크랙(12)에 힘을 가하도록 하우징 구성 요소(10) 내에 삽입된다. 본 발명은 또한 그러한 수리 장치(16)를 구비한 가스 터빈에 관한 것이다.

Description

수리 장치 및 가스 터빈{REPAIR ARRANGEMENT AND GAS TURBINE}

본 발명은 가스 터빈을 위한 수리 장치 및 그러한 수리 장치를 갖는 가스 터빈에 관한 것이다.

가스 터빈에서, 공기가 압축기에서 압축되고 연소실에서 연료와 혼합되어, 고온의 연소 가스를 생성한다. 그 가스는, 압축기를 구동하는 고압 터빈과, 터보팬 엔진(turbofan engine)에서 팬을 구동하거나 선박 또는 산업 용례를 위한 외부 샤프트를 구동하는 저압 터빈에서 추출될 에너지를 갖고 있다. 고압 및 저압 터빈들은 하우징 내에 수용된다.

그러한 가스 터빈은 작동 중에 높은 기계적 부하에 노출된다. 특히, 진동이 재료 피로를 야기할 수 있고, 나아가서는 하우징에서의 크랙 형성을 초래할 수 있다. 추가로, 열응력이 가스 터빈의 시동 및 정지로 인해 가해진다. 그러한 온도 변동 및 이와 관련된 하우징의 팽창과 수축은 크랙 형성에 기여하고, 특히 이미 형성된 크랙의 전파를 촉진시킬 수 있다.

정규 검사 과정 중에 하우징에 크랙이 검출되면, 영향을 입은 하우징 구성 요소들은 통상 즉시 교체되어야 한다. 이는 고장 및 지연을 초래할 수 있어, 운용자가 상당한 비용을 소비하게 할 수 있다.

이미 발생한 크랙의 전파를 방지하여, 하우징에 크랙이 있는 상태에서의 가스 터빈의 운전성을 적어도 짧은 기간 동안 유지하기 위한 다양한 방법이 공지되어 있다.

예를 들면, 릴리프 홀이 크랙의 선단에 형성되어, 크랙이 더욱 전파되는 것을 차단할 수 있다. 크랙 위에 적용되는 필러, 가용접(tack weld) 또는 보강 요소의 이용이 알려져 있다.

US 6 071 051 A에서는 크랙을 갖는 구성 요소 내에 스크루를 삽입하여 크랙을 클램핑하는, 크랙 수리 방법을 개시하고 있다.

하지만, 그 공지의 방법에서는 크랙에 정확하게 미리 정해진 힘을 단지 간신히 가할 수 있다. 그 결과, 하우징 구성 요소의 재료에 추가적 응력이 도입될 수 있어, 수명의 원하는 연장을 상쇄시킨다.

따라서, 본 발명의 과제는, 크랙의 전파를 신뢰성 있게 방지하여 가스 터빈의 하우징 구성 요소의 수명을 안전하게 연장시키는, 수리 장치 및 그 가스 터빈을 제공하는 데에 있다.

이 과제는 청구항 1의 특징을 갖는 수리 장치와, 청구항 8 또는 9의 특징을 갖는 가스 터빈에 의해 달성된다.

가스 터빈의 하우징 구성 요소를 위한 수리 장치에서, 하우징 구성 요소는 적어도 하나의 크랙을 갖고 있다. 적어도 하나의 토크 스크루가 그 적어도 하나의 크랙에 힘을 가하도록 하우징 구성 요소 내에 삽입된다.

토크 스크루는 이 스크루의 스크루 헤드와 샤프트 사이에 가변 힘 전달부를 갖는다. 미리 정해진 조임 토크에 도달하면, 스크루 헤드와 샤프트간의 연결 요소가 해제되어, 토크 스크루를 더 이상 조일 수 없도록 된다. 그 결과, 불필요한 추가적 응력을 하우징 구성 요소의 재료에 도입하는 일 없이 정확하게 정해진 힘이 크랙에 가해질 수 있다.

따라서, 한편으로는 크랙의 전파가 신뢰성 있게 방지되고, 다른 한편으로는 그렇게 수리된 하우징 구성 요소의 특별히 긴 수명이 보장된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 토크 스크루는 스테인리스강 또는 니켈계 강으로 이루어진다.

이는 적어도 하나의 토크 스크루가 원하는 힘을 크랙에 가하는 데에 필요한 강도를 갖도록 보장한다. 또한, 토크 스크루와 하우징 구성 요소의 통상의 재료 간에 있을 수 있는 전기화학적 부식을 피할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 토크 스크루의 재료는 하우징 구성 요소의 재료의 항복 강도의 적어도 2배의 항복 강도를 갖는다.

이는 원하는 조임 토크에 도달 시에 토크 스크루 자체가 변형되는 것이 아니라 하우징 구성 요소의 재료에 설정된 힘을 완전히 전달할 수 있도록 보장한다.

예를 들면, 하우징에 흔히 이용되는 구상 흑연 주철의 항복 강도는 310MPa 내지 670MPa이다. 따라서, 이용되는 합금에 따라, 토크 스크루 재료의 항복 강도는 620MPa보다 커야하고, 최대 1,340MPa보다 커야 한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 토크 스크루의 종방향 연장 방향은 적어도 하나의 크랙의 전파 평면에 수직으로 연장한다.

따라서, 그러한 실시예에서, 토크 스크루의 샤프트는 크랙의 전파 평면에 수직으로 연장하고, 그 토크 스크루는 부하 하에서 크랙의 벌어짐을 방지 또는 감소시켜 크랙의 성장을 방지한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 토크 스크루는 하우징 구성 요소의 보어홀 내에 삽입되며, 그 보어홀은 토크 스크루의 스크루 헤드를 위한 수납부를 갖는다.

따라서, 토크 스크루가 하우징 구성 요소 내로 완전히 카운터싱킹되기 때문에, 수리 장치는 하우징 구성 요소의 기하학적 형상에 영향을 주지 않는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 그 하우징 구성 요소는 가스 터빈 하우징의 한쪽 절반부이다.

하우징 부분들 간의 볼트 연결이 플랜지를 약화시키는 영역에서, 가스 터빈 하우징의 하우징 절반부들은 고장을 초래할 수도 있는 크랙의 형성이 민감하다. 이러한 수리 장치에 의해 그 관련 비용이 특히 신뢰성 있게 감소될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 크랙은 하우징 구성 요소의 설치 위치에서의 수평 연결 에지부터 제2 하우징 절반부까지 연장한다.

그러한 연결 에지는 전술한 이점이 특히 관련이 있도록 크랙 형성의 초점이다.

본 발명은 또한 하우징 구성 요소를 구비하는 가스 터빈에 관한 것으로, 하우징 구성 요소는 적어도 하나의 크랙을 갖고 있고, 적어도 하나의 토크 스크루가 그 적어도 하나의 크랙에 힘을 가하도록 하우징 구성 요소 내에 삽입된다.

수리 장치를 참조하여 전술한 이점들은 완전히 가스 터빈에도 적용된다.

게다가, 본 발명은 전술한 형태의 수리 장치를 갖는 가스 터빈에 관한 것이다.

본 발명을 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명하며, 그 도면에서,
도 1은 크랙을 갖는 가스 터빈의 하우징 구성 요소의 개략도이며,
도 2는 본 발명에 따른 수리 장치의 예시적인 실시예의 개략적 단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 수리 장치의 예시적인 실시예의 개략적 평면도이다.

도 1은 가스 터빈을 위한 하우징 구성 요소(10)를 도시한다. 하우징 구성 요소(10)는 덕타일 주철 합금, 바람직하게는 구상 흑연 주철로 이루어진 터빈 하우징의 일부분, 예를 들면 하우징 절반부이다.

가스 터빈의 작동 중의 진동 부하로 인해, 크랙(12)이 하우징 구성 요소(10)에 형성되어 있고, 그 크랙은 연결 플랜지(14)로부터 멀어지게 하우징 구성 요소(10)의 내부로 연장한다. 도시한 예에서, 크랙은, 하우징 구성 요소(10)의 볼트 연결을 위한 보어홀에 의해 약화된 연결 플랜지(14)의 평면에 형성된다.

안전을 이유로, 그러한 손상된 하우징 구성 요소(10)는 일반적으로 폐기되어야 한다. 그럼에도, 적어도 일시적으로 그 가스 터빈이 안전하게 계속 작동할 수 있도록 하기 위해, 도 2 및 도 3에 도시한 수리 장치(16)에 의해 크랙(12)의 추가적 전파가 억제될 수 있다. 이러한 식으로, 적어도 예를 들면 그러한 약화된 가스 터빈을 1회 이상의 유지보수 인터벌 동안 계속 작동시키는 것이 가능해 진다.

크랙(12)을 고정시키기 위해, 복수의 토크 스크루(18)가 하우징 구성 요소(10)에서의 크랙(12)의 전파 평면에 실질적으로 수직으로 장착된다. 명료성을 위하여, 그러한 토크 스크루 전부를 도면에 도시하진 않는다.

토크 스크루(18)는 토크 스크루(18)의 스크루 헤드(20)와 샤프트(22) 사이에 가변 힘 전달부를 갖는다. 미리 정해진 조임 토크에 도달하면, 스크루 헤드(20)와 샤프트(22) 간의 연결 요소가 해제되어, 토크 스크루(18)를 더 이상 조일 수 없도록 된다. 이는 적절하게 정해진 힘이 크랙(12)에 가해질 수 있게 한다.

토크 스크루(18)의 재료는 바람직하게는 하우징 구성 요소(10)의 재료의 항복 강도의 적어도 2배의 항복 강도를 갖는다.

예를 들면, 구상 흑연 주철의 항복 강도는 310MPa 내지 670MPa이다. 따라서, 이용되는 합금에 따라, 토크 스크루 재료의 항복 강도는 620MPa보다 커야하고, 최대 1,340MPa보다 커야 한다. 예를 들면, 스테인리스강 또는 니켈계 합금이 토크 스크루(18)에 이용될 수 있다.

토크 스크루(18)는 하우징 구성 요소(10)의 보어홀(24) 내로 삽입된다. 이들 토크 스크루는 균일한 힘이 크랙(12)에 가해지도록 하기 위해, 샤프트(22)의 대략 절반이 크랙(12)을 지나 연장하기에 충분하도록 하우징 구성 요소(10)의 에지(26)로부터 멀리 연장한다.

그 보어홀은 샤프트 영역(28)과 비교적 넓은 헤드 영역(30)을 구비한다. 샤프트 영역(28)은 토크 스크루(18)의 샤프트(22)를 수용하는 한편, 토크 스크루의 헤드(20)는 보어홀(24)의 헤드 영역(30) 내로 카운터싱킹된다. 따라서, 토크 스크루(18)의 헤드(20)는 하우징 구성 요소(10)의 에지(26)와 동일면으로 맞춰진다.

도 3의 평면도에 도시한 바와 같이, 토크 스크루(18)들은 그룹(32)으로 배치된다. 이는 균일한 힘이 전체 크랙(12)에 걸쳐 가해지고 크랙의 추가적인 전파가 방지되도록 보장한다.

Claims

가스 터빈의 하우징 구성 요소(10)를 위한 수리 장치(16)로서,
상기 하우징 구성 요소(10)는 적어도 하나의 크랙(12)을 갖고 있고, 적어도 하나의 토크 스크루(18)가 상기 적어도 하나의 크랙(12)에 힘을 가하도록 상기 하우징 구성 요소(10) 내에 삽입되는 것인 수리 장치.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 토크 스크루(16)는 스테인리스강 또는 니켈계 강으로 이루어지는 것인 수리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 토크 스크루(18)의 재료는 상기 하우징 구성 요소(10)의 재료의 항복 강도의 적어도 2배의 항복 강도를 갖는 것인 수리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 토크 스크루(18)의 종방향 연장 방향은 상기 적어도 하나의 크랙(12)의 전파 평면에 실질적으로 수직한 것인 수리 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 토크 스크루(18)는 상기 하우징 구성 요소(10)의 보어홀(24) 내에 삽입되며, 상기 보어홀(24)은 상기 토크 스크루(18)의 스크루 헤드(20)를 위한 수납부(30)를 갖는 것인 수리 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징 구성 요소(10)는 가스 터빈 하우징의 한쪽 절반부인 것인 수리 장치.
제6항에 있어서,
상기 크랙(12)은 상기 하우징 구성 요소(10)의 설치 위치에서의 수평 연결 에지(14)부터 제2 하우징 절반부까지 연장하는 것인 수리 장치.
하우징 구성 요소(10)를 갖는 가스 터빈으로서,
상기 하우징 구성 요소(10)는 적어도 하나의 크랙(12)을 갖고 있고, 적어도 하나의 토크 스크루(18)가 상기 적어도 하나의 크랙(12)에 힘을 가하도록 상기 하우징 구성 요소(10) 내에 삽입되는 것인 가스 터빈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 수리 장치(16)를 구비한 가스 터빈.