KR930003532B1 - 증기터어빈의 고압로우터용 제어륜의 제조방법 - Google Patents

증기터어빈의 고압로우터용 제어륜의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

증기터어빈의 고압로우터용 제어륜의 제조방법
제1도는 4깃으로 구성된 링부분의 사시도.
제2도는 제1용접 변형의 단부도.
제3도는 용접을 위한 준비된 링의 발췌부.
제4도는 로우터에 용접된 링의 발췌부.
제5도는 완전 가공된 로우터 휘일의 발췌부.
제6도는 제2용접 변형예의 단부도.
제7도는 제3용접 변형후 용접된 링의 발췌부.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 날개익 2,2' : 보호판
3,3' : 바닥판 4 : 용접홈
5 : 횡이음부 6 : 경사부
7 : 용접선단부 8 : 보호판의 하부
9 : 기초이음부 10 : 용접루우트 제거부
11,11' : 충전이음부 12 : 바닥판의 상부
13 : 맞대기 이음부 14 : 택 용접부
15 : 용접링 16 : 디스크
17 : 로우터 18 : 벨이음부
19 : 용접층
본 발명은 증기터어빈의 고압로우터용 제어륜을 제조하기 위한 방법 및 이 방법으로 해서 제조되는 제어륜에 관한 것이다. 증기터어빈 내의 양호한 부분부하 작용을 달성하기 위해, 가끔은 터어빈의 고압부의 반동단의 제어단 상류로서 충동단이 적격이다. 저도의 반동으로 설계되기 때문에 충동단은 부분적인 급기로 동작되어 질 수도 있다. 증기는 터어빈을 통해 흐른다. 그러므로 그 힘은 제어단에서 부분적인 급기에 의해 제어된다. 다음의 반동단은 이와는 달리 모든 부하에서 완전급기로 동작한다. 제어단은 통상 안내열(row) 및 운동열로 이루어지며, 안내열은 노즐로써 설계되며, 운동열은 로우터의 결합부와 함께 로우터 휘일로써 설계된다. 로우터 휘일은 이미 제조된 제어륜을 로우터의 대응부에 용접시키므로써 제조된다. 제어륜 자체도 역시 용접구조이다. 용접이 가장 강력하고 균일한 기계적 접합이다. 날개/축 접합이 가장 높은 온도에서 조차 원심력으로 인한 정적인 힘 및 간헐적인 증기류로 야기된 동적인 힘에 위험을 주지않고 흡수될 수 있음을 보장한다.
처음에 언급한 형식의 제조방법 및 제어륜은 공지되어 있다. 제어륜의 제조중, 날개들은 그들의 프로필, 루우트 및 부호부와 함께 봉재질로 부터 압연된다. 개별적인 날개들은 바닥판 및 보호판에서 함께 용접되고 따라서 완전링은 제공된다. 이것은 서브머지드 아크용접을 이용하면서 대규모의 벨 이음부와 더불어 로우터에 용접된다. 응력제거 열처리후, 휘일부분 전체는 회전되고 균열 변형의 경향이 있는 벨 어음부의 루우프는 제거된다.
보호판들은 이 방법에 의해 그룹으로 용접되는데, 이들 그룹은 노즐로 부터 출현되는 증기류로 인한 진동동요를 피하게 하는데 적당하다. 이들 그룹은 3, 4 또는 그 이상의 개별적인 날대들로 만들어진다. 이들은 보호판에서 함께 접합되지 않는다. 폐쇄된 링을 얻기 위해, 개별적인 날개를 또는 그룹의 날개들은 그들의 루우트 구역에서 함께 접합되어야 한다. 이 목적을 위해 바닥판의 방사상 규모는 보호판보다 사실상 더 큰 크기로 되어 있다. 용접이음부는 흐름경계를 형성하는 바닥판의 벽에까지 신장하지 않는다. 그 결과, 날개 루우트부에서 용접이음부의 루우트 구역은 디스크의 주변에서 진공시키므로써 제거되는데, 이 디스크는 용접된 제어륜에 특정적인 외관을 부여한다.
지금 사용된 재질은 용접부와 다른 것으로, 1예로써 X22CrMoV121이다. 그럼에도 불구하고, 용접 접합부는 기재와 같은 강도 및 연성을 가지면서 제조되어야만 한다. 이런 연유로, 용접재질은 열처리 되어져야 한다. 사용된 용접재즐은 고도의 C함량을 가져서 2상으로 되지 않은 것으로써 그러나, 저합금 강과 같이 약 300℃의 예열온도에서 천천히 변형되지 않는 성질을 가져야 한다. 즉 오스테나이트 조직으로 남고 냉각하므로써 단지 변형될 수 있다. 이런 연유로 제어륜은 통상 함께 용접되어진 다음 냉각되어서 소정의 변태가 일어나게 된다. 취성의 마르텐사이트 조직은 결국 뜨임처리함으로써 보다 연성 및 인성으로 만들어진다.
이 해결방안에서의 단점은 용접부가 언급된 냉각상태중 균열의 위험을 받는다는 사실이다. 변태는 저온으로 냉각될수록 더욱 좋지만 그리고 개선된 연성도 후속의 뜨임처리를 하므로써 얻어지지만, 균열의 위험은 아주 연속적으로 증가하는 것이다.
또 다른 단점은 바닥판에서의 용접이음부의 루우트가 검사될 수 없다는 사실로써, 그 이유는 적어도 균열을 받는 루우트 이음부는 안전상 구멍이 뚫려져야 하기 때문이다. 따라서 특허청구 범위 1항 및 5항에서 한정된 발명은 초기에 언급한 형식의 제조방법을 기초로 한 것으로써, 본 발명에서는 노치가 존재하는 경우에서도 균열의 위험이 최소화되며, 본 발명에 의해 증기의 힘 및 원심력으로 인한 극도로 높은 부하에 대해 그리고 날개 형상에 및 날개의 수에 대해 최적조건으로 될 수 있는 제어륜을 제조하는 것은 가능하게 된다. 날개 루우트의 용접이음부가 시험에 부합된다는 사실이 특수한 잇점으로 간주될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 제어륜의 예증적인 3구현예가 첨부된 도면에서 도해적으로 나타나 있다. 그림중, 동일부분은 각 경우에 있어서, 동일 부호로 나타내 있으며, 단지 본 발명을 이해하기 위한 본질적인 부분만 나타내었다. 따라서 예컨대 증기터어빈의 고압 로우터의 전체는 도시되지 않았다. 제1도에서 단지 일부만 도시된 제어륜은 모든 방향으로 폐쇄되고 개별적인 날개들이 함께 결속된 링으로 이루어진다. 날개익(1), 보호판(2) 및 바닥판(3)을 지니는 이들 개별적인 날개는 통상 견고한 재질로 가공된다. 본 경우에 있어서의 재질은 열처리가 가능하고, 열저항이 있는 예컨대, DIN 17240의 X22CrMoV121와 같은 고합금 CrMoV 강이다. 보호판(2) 및 바닥판(3)은 각기 횡이음부(5)로 채워진 2용접홈(4)을 구비하고 있다. 이음부 준비는 제2도에 나타나있다. 용접홈(4)의 경사부(6)는 V형상이다. 물론 U형이나 기타 적당한 경사형상을 이용하는 것도 가능하다. 경사부(6)는 각기 함께 맞대기이음(13)을 형성하게끔 용접선단부(7)에 다다른다. 용접 선단부(7)는 바닥판(2)의 상부(12)나 날개익(1)쪽으로 대면하는 보호판의 하부에 직접 위치한다(제1도).
기초 이음부(9)는 부수의 물질과 함께 텅스텐 불활성 가스 용접법(TIG)에 의해 제조되는 용접으로 이루어진다. 보다 쉽게 이해될 수 있는 도해를 위해, 선단부(7)가 기초 이음부의 용접전 상태에서 도시되었다. 용접중, 이들 선단부가 이음 루우트를 형성하기 위해 최소한 부분적으로 용해되어 고형화된다는 것은 명백하다. 각 용접 선단부(7)가 바닥판의 최외부 단부에 위치하기 때문에, 형성된 이들 루우트는 연속적인 가공 및 시험에 영향받기 쉽다. 충전이음부(11)는 피복 용접봉을 사용하는 손용접에 의해 의해 이루어진다. 용접 코스가 1측 및 타측 경사부(6)에 교대로 적용되기 때문에 경사부는 서로 결속된다. 개별적인 날개들이 서로 용접되어진 방법이 제3도에 개요되어져 있다. 날개들은 하나의 링을 형성하게끔 조립된다. 가용접부를 이용하면 기초 이음 용접이 보호적인 가스 분위기 속에서 이루어지기 때문에 용접링(15)은 날개 양측에 기밀이 유지되게끔 용접된다.
제2도에 대해 기술된 기초 이음 및 완전 이음 용접이 다음에 다르며, 각 날개는 보호판(2) 및 바닥판(3)에서 모두 폐쇄된 링을 형성하기 위해 이웃 날개들에 결속되어진다. 완전히 용접된 제어륜은 이어서 열처리된다. 용접후 즉시, 제어륜은 용접 온도로 부터 바로 약 700℃의 뜨임온도로 가열된다. 뜨임상태중 용접물질 및 열영향 구역에서는 등온 변형이 일어난다. 이 상태중 발생되는 입자구조의 형태는 공업적으로 이용될 수 없다. 그러나, 변형 응력이 700℃이하에 있고, 용접응력이 감소 되었고 또한 연성이 마르텐사이트의 것보다 양호하기 때문에 이 제조과정중 균열(cracking)의 위험은 없다. 뜨임 조작이 완료된 다음, 제어륜은 공기중 냉각되어진다.
제어륜을 로우터(17)의 디스크(16)에 준비하여 용접시키는데 필요한 모든 조작을 포함하는 기계가공이 바로 착수된다. 용접링(15)은 절단되고 제어륜의 단부면은 크기에 따라 바뀔수 있다. 이점에서 특별히 언급할만한 작업은 제2도의 화살표(10)로 지시된 바와같이 보호판 및 바닥판 용접부의 이음 루우트에 대한 제거이다. 이들 루우트들과 가능하면 발생되는 어떠한 오차적인 간극은 예컨대, 연마된 다음 표면가공된다. 이들은 종래의 초음파 및 자기분말 시험한 것에 가깝다.
테스트가 수행된 다음, 본질적인 열처리 단계가 따른다. 이 목적을 위해 열처리중 소기가 보호가스 예컨대 아르곤을 이용하면서 수행되기 때문에 용접링(15)은 다시 기밀이 유지되게끔 된다. 그들의 열처리에 있어 제1위치에서는 경화과정 이를테면, 압축공기나 분무 미스트(mist)에 의해 1000℃이상으로 가열한후 냉각시키고, 제2위치에서는 실온으로 냉각되는 연속로와 함께 700℃부근의 열처리온도에서 뜨임절차로 이루어진다.
열처리가 종결된 다음, 제어륜의 루우트 부분은 로우터(17)의 디스크(16)에 용접되게끔 완전히 바꾸어진다. 제4도에 도해적으로 도시된바 용접은 서브머지드아크 방법을 이용하면서 커다란 벨형 이음부(18)에 의해 수행된다. 로우터로 부터 날개까지의 변형부가 양측면 모두가 매끄럽게 바뀌어진 완전가공된 제어륜 부품이 제5도에 도시되었다. 균열의 양상을 띠는 벨형 용접부(18)의 루우트 이음부가 바뀌어졌다는 것을 주지해야 한다. 제어륜 및 로우터는 분리될 수 없는 일체를 형성한다.
제6도에 도시한 변형은 보호판과 바닥판을 결속시키는 횡용접부가 작게 유지되어 있다는 잇점을 갖는다. 미가공부로부터 가공된 개별적인 날개들은 이경우, 예컨대 4mm두께의 비교적 얇은 바닥판과 보호판(2')을 가지며, 이들은 서로 용접되어진후, 좁은 칼러를 형성한다. 도시된 경우에 있어, 횡이음부는 TIG 용접법에 의해 제조된 기초이음부(9)와 몇개층으로 해서 손으로 응용된 충전 용접부(11')로서 이루어진다. 서브머지드아크 용접법에 의해 제어륜의 주변 방향으로 바닥판의 전폭에 걸쳐 가급적 자동적으로 용접층(19)이 계속해서 응용된다. 이것은 따라서 보호판이나 바닥판의 높이는 임의적으로 증가시키는 수단을 부여한다. 비광범위한 손용접으로 인해, 이 해결책은 한층 양호한 품질을 부여한다. 어떤 상황하에서는 피복 전극을 사용하면서 손으로 응용된 층(11') 없이도 가능하다. 이를테면 주변층(19)이 TIG 용접에 의해 응용된 기초이음부(9)에 바로 용접되어질 수 있는 것이다.
본 발명은 물론 지금까지 도시되고 기술된 해결방안에 국한되지 않는다. 제2도 및 6도의 구성에 있어서의 TIG 기초이음부 대신에 보호판 및/또는 보호판이 전자 비임, 플라즈마비임 또는 레이저비임 용접 방법에 의해 제조되는 제1단계에서 서로 결속될 수 있다. 용접되는 맞대기 이음부가 이들 경우에 있어 해당하는 서로 다른 방법으로 형성되어져야 한다는 것은 명백하다.
제7도는 보호판(2) 및 바닥판(3')이 맞대기 이음부(13)에서 전 반경방향의 범위에 걸쳐 용접되는 전자비임에 의해 서로 결속되는 구현 변경예를 나타낸다. 이경우 극도로 큰 두께를 가지고서도 제6도에서의 보호판(2')과 같은 좁은 칼러를 잘 형성하는 바닥판(3')은 서브머지드아크 용접에 의해 제조된 주변피복부(19)를 갖추고 있다.

Claims (9)

  1. 되도록이면 열 저항의 고합금 CrMoV강의 고체 재질로 통상 가공된 개별적인 날개들이 우선 하나의 링을 형성하기 위해 함께 놓여져서 그의 바닥판(3) 및 보호판에서 함께 용접되며, 열처리, 가공 및 시험 후 그 형성된 링이 로우터(17)의 대응 디스크(16)에 용접되는 것에 있어서, 모든 개별적인 날개들이 모든 축부에 대해 폐쇄된 링을 형성하기 위해 바닥판(3) 및 보호판(2)에서 이웃 날개들과 용접되어지는 것을 특징으로 하는 증기터어빈의 고압 로우터용 제어륜의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 링이 냉각처리 없이 용접후 뜨임 온도로 가열되어, 용접재질 및 열 영향부가 등온적으로 변형되어지고, 가공 및 시험후, 링이 열처리되어 용접 접합부가 상기 방법에 의해 기재와 같은 성질을 얻게되는 증기터어빈의 고압 로우터용 제어륜의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 날개들이 전자비임, 플라즈마비임, 레이저 비임이나 부수의 재질과 함께 또는 없이 아르곤 아아크 용접방법에 의해 제조된 기초이음부(9)에 의해 그들의 맞대기 이음부(13)에서 용접되어지고, 이 용접은 용접홈(4)에 의해 형성된 경사부(6)에 의해 용접코스가 어느 하나 및 다른 하나의 경사부에 교대로 적용되므로써 접합되어져서, 이를테면 피복 용접봉을 이용하는 손 용접에 의해 충전이음부(11)가 형성되어지는, 증기터어빈의 고압로우터용 제어륜의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 날개들이 전자비임, 플라즈마비임, 레이저 비임이나 부수의 재질과 함께 또는 없이 아르곤 아아크 용접방법에 의해 그 맞대기 이음부(13)에서 용접되어지는, 증기터어빈의 고압로우터용 제어륜의 제조방법.
  5. 제3항 또는 4항에 있어서, 바닥판과 보호판을 용접한 후, 보호판의 반경방향 크기가, 서브머지드 아아크 용접방법을 사용하여 제어륜의 주변방향으로 용접 코스를 몇개층으로 적용하므로써 증가되는 증기터어빈의 고압로우터용 제어륜의 제조방법.
  6. 보호판(2)과 바닥판(3)에 맞대기 이음부(13)를 구비한 개별적인 날개들로 조립된 링으로 이루어지는 것으로써, 그룹의 형성을 피하면서, 각 개별적인 날개가 보호판(2) 및 바닥판(3)에서 서로 이웃 날개들과 용접되어짐을 특징으로 하는 증기터어빈의 고압로우터에 용접하기로 예정된 제어륜.
  7. 보호판(2) 및 바닥판(3)상에 용접홈(4)들을 갖춘 개별적인 날개들로 조립된 링으로 이루어지고, 그 보호판의 이음 준비부가 V홈이나 U홈으로 이루어져서 맞대기 이음부(13)를 형성하는 용접 선단부(7)까지 다다르고, 그 용접 선단부는 날개익(1)쪽으로 향한 보호판(2)의 축부(8)에 직접 놓여있는 것에 있어서, 바닥판(3)에서의 이음 준비부도 마찬가지로 V홈이나 U홈으로 이루어져서 맞대기 이음부(13)를 형성하는 용접선단부(7)까지 다다르며, 그 용접 선단부도 날개익(1)쪽으로 향한 바닥판(3)의 축부(12)에 직접 놓여지며, 또한, 그룹의 형성을 피하면서, 각 개별적인 날개가 보호판(2) 및 바닥판(3)에서 서로 이웃 날개들과 용접되어짐을 특징으로 하는 증기터어빈의 고압로우터에 용접하기로 예정된 제어륜.
  8. 제6항에 있어서, 개별적인 날개들의 보호판(2') 및/또는 바닥판(3')은 우선, 그들의 반경 방향범위에 있어 전체적으로 고체물질로 만들어진 좁다란 칼러를 날개익(1)과 함께 구성하여, 그 좁다란 칼러위에는(링을 형성하기 위해 함께 용접된 후) 주어진 용접층이 응용되는, 증기터어빈의 고압로우터에 용접하기로 예정된 제어륜.
  9. 제7항에 있어서, 개별적인 날개들의 보호판(2') 및/또는 바닥판(3')은 우선, 그들의 반경방향범위에 있어 전체적으로 고체물질로 만들어진 좁다란 칼러를 날개익(1)과 함께 구성하여, 그 좁다란 칼러위에는(링을 형성하기 위해 함께 용접된 후) 주어진 두께의 용접층이 용융되는, 증기터어빈의 고압로우터에 용접하기로 예정된 제어륜.
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