KR101100397B1 - 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치 - Google Patents

유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치에 관한 것이다.
본 발명은 축류팬을 회전시키는 구동부, 구동부에 오일을 공급 및 회수하는 유압 공급부, 축류팬의 날개의 각도를 조절하는 유량 제어부를 포함하는 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치에 있어서, 상기 유량 제어부는 내부에 출력기어가 구비되는 기어 하우징; 상기 기어 하우징을 관통하여 회전 가능하게 결합되도록 윤활유가 수용되는 윤활유 수용홈이 형성된 샤프트 커버가 구비된 기어 샤프트; 상기 기어 하우징이 결합되고, 내부에 랙 부시가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 작동홀이 형성되며, 이 작동홀에는 랙 부시가 축 방향으로 가이드되도록 가이드홈이 형성된 유량조절 하우징; 및 상기 유량조절 하우징의 가이드홈에 삽입되어 출력기어 및 피니언 기어에 각각 이물림되는 랙기어가 형성되고, 유량조절 하우징의 축방향으로 슬라이딩되도록 외주 양측에 가이드 부재가 결합되는 랙 부시를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 제공한다.

Description

유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치{Hydraulic Blade Adjustment For Use in Generator Equipment of Axial Fan Having Improved Structure For Flow Control Part}
본 발명은 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 발전설비에 설치된 축류팬의 날개 각도를 자유자재로 조절할 수 있도록 구성된 유압식 날개 조절장치의 호환성을 유지할 수 있는 구조적 개선을 통해 내구성을 확보함과 동시에 장의 신뢰성을 향상시켜 정비 비용의 절감 및 장비의 수명 연장이 가능한 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발전소의 보일러에 설치된 축류팬은 발전소 출력의 각 50% 이상의 출력을 담당하고 있는 중요 설비로서, 이와 같은 축류팬의 고장은 발전소의 출력 감발 또는 운용 중지 등의 직접적인 원인이 된다.
여기서, 보일러에 설치된 축류팬은 압입 통풍기, 유인 통풍기, 탈황 승압 통풍기 등을 모두 통칭하는 의미이며, 이 축류팬을 회전시키는 구동원으로부터 전달되는 회전력에 의해 공기를 축 방향으로 송풍하는 장치로서, 특히 축류팬 중 압입 통풍기 및 유인 통풍기 등은 조절날개의 각도 변화로 그 풍량을 조절하는 축류형 송풍기를 작동시키는 조절장치가 보일러 통풍계통의 자동제어에 있어서 가장 큰 핵심 설비이다.
이와 같은 축류팬을 작동시키는 조절장치는 발전소 제어 시스템에서 제어신호를 인가받아 작동하는 유압식 조절장치이며, 팬 블레이드 제어계통 설비의 핵심적인 요소로 유량과 방향을 조절하는 밸브들에 의해 유압식 액츄에이터가 작동하고, 팬 블레이드와 연결되어 날개의 각도를 조절하여 팬의 풍량을 조절하도록 구성되는 것이다.
한편, 전술한 축류팬의 풍량을 조절하기 위해 구비되는 조절장치의 고장이 발생하게 되면, 종래에는 한 개의 통풍통로 송풍기를 정지하여 정비를 수행함에 따라 자연히 전력생산의 50%가 감소되며, 설비효율 저하 및 기동정지에 따른 손실 등이 발생되는 문제점이 있었다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 발전 설비용 축류팬은 공급되는 오일의 압력에 의해 축류팬(102)의 날개(104)를 회전시키는 구동부(103), 구동부(103)에 오일을 공급 및 회수하는 유압 공급부(105), 일측이 구동부(103)와 결합하고 타측이 유압 공급부(105)와 결합하며 내주에 피드백 로드(202)가 구비된 피스톤 샤프트(109) 및 유압 공급부(105)와 결합하여 유압 공급부(105)에서 공급되는 오일의 양을 조절하여 최종적으로 축류팬(102)의 날개(104)의 각도를 조절하는 유량 제어부(107)를 포함하여 구성된다.
여기서, 입력수단(240)은 축류팬(102)의 날개(104) 각도를 조절하기 위하여 시계 및 반시계 방향으로 60°회전하면서 제어밸브의 파일럿 밸브 플랜저(122)의 움직임을 조절하여 압력작동체의 방향을 결정한다.
한편, 종래기술에 따른 유량 제어부(107)는 구동부(103)의 우측단에 위치하며, 구동부(103)의 실린더(204)와 피스톤(206)의 위치를 제어 및 유지하는 것으로, 피스톤(206)의 축중심에 피드백 로드(202)를 구성하고 랙-피니언 기구부(220)를 작동시켜 최종적으로 제어밸브의 파일럿 밸브 플랜저(122)를 좌우로 이동하면서 압력포트와 리턴 포트의 위치를 제어하게 된다.
이와 같은 종래기술에 따른 유압식 날개 조절장치는 피드백 로드(202)의 회전에 따른 전달력이 볼 베어링(310)을 통해 랙 부시(250)에 전위되어 랙 기어부(222)와 피니언 기어부(224) 및 출력기어(260)로부터 발생하는 틈새만큼 비틀림이 발생하게 되고, 결국 하우징 커버(302)에 끼이는 현상이 발생하여 결국, 랙 부시(250)이 축 방향 이송이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 유압식 날개 조절장치의 작동시 발생하는 진동에 의해 회전축 등의 물리적 손상으로 마찰저항이 증가하게 되고, 특히 제어부품 고착에 따른 구동 불가 시 엑츄에이터의 추력에 의한 베어링(310)의 외륜이 이탈하는 등 2차 파손 발생한다. 이는, 필연적으로 발전소 출력 감발 및 가동을 정지할 수밖에 없어 전력 생산에 큰 차질을 빚는 결과를 초래하는 문제점이 있었다.
아울러, 유압식 날개 조절장치의 작동 불능시에는 긴급정비를 요하게 되는데, 이것은 팬의 가동 정지, 유압작동기 해체, 정비 및 구매, 다시 팬 조립, 조정, 공회전 실시 등 과대한 정비시간 소요되고, 요구 정확도를 충족하지 못할때, 재정비등 전력손실은 불가피한 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 발전설비에 설치된 축류팬의 날개 각도를 자유자재로 조절할 수 있도록 구성된 유압식 날개 조절장치의호환성을 유지할 수 있는 구조적 개선을 통해 내구성을 확보함과 동시에 장의 신뢰성을 향상시켜 정비 비용의 절감 및 장비의 수명 연장이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명은 축류팬을 회전시키는 구동부, 구동부에 오일을 공급 및 회수하는 유압 공급부, 축류팬의 날개의 각도를 조절하는 유량 제어부를 포함하는 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치에 있어서, 상기 유량 제어부는 내부에 출력기어가 구비되는 기어 하우징; 상기 기어 하우징을 관통하여 회전 가능하게 결합되도록 윤활유가 수용되는 윤활유 수용홈이 형성된 샤프트 커버가 구비된 기어 샤프트; 상기 기어 하우징이 결합되고, 내부에 랙 부시가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 작동홀이 형성되며, 이 작동홀에는 랙 부시가 축 방향으로 가이드되도록 가이드홈이 형성된 유량조절 하우징; 및 상기 유량조절 하우징의 가이드홈에 삽입되어 출력기어 및 피니언 기어에 각각 이물림되는 랙기어가 형성되고, 유량조절 하우징의 축방향으로 슬라이딩되도록 외주 양측에 가이드 부재가 결합되는 랙 부시를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 기어 하우징의 상측에는 작동오일이 주입되는 오일 주입홀이 형성되고, 이 오일 주입홀 개폐하는 주입마개가 구비되는 것을 특징으로 하는 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 랙 부시에는 가이드 부재가 체결부재에 의해 고정 결합되도록 체결홈이 다수 형성되는 결합홈이 외주 양측에 형성되는 것을 특징으로 하는 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 유량조절 하우징의 가이드홈은 로터 머신 또는 와이어컷 머신을 통해 가공하고, 가이드홈의 대칭도 공차는 유량조절 하우징의 중심축선에 대한 0.2mm 이내로 가공되는 것을 특징으로 하는 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 기어 하우징에는 베어링 어셈블리가 진동에 의해 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 진동 저감홀이 형성되고, 이 진동 저감홀에 삽입 고정되는 스프링핀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 랙 부시의 랙기어에 대한 기어 치면과 원통면은 담금질 열처리를 하고, 경도는 HRC50을 유지하고, 외경을 연삭가공을 완성하여 가공부 허용공차를 g8-9급을 유지하는 것을 특징으로 하는 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 유압 및 기어 치차에 의해 조절날개의 각도를 자유자재로 설절하여 발전설비에 사용되는 축류팬의 풍량을 조절함으로써, 조절장치의 고장율을 감소시켜 장시간 사용이 가능하고, 고장이 발생한다 하더라도 고장이 일어난 부분만을 교체하여 재사용이 가능하므로 유지 보수 비용을 절감할 수 있으며, 신속하게 발전의 재가동하여 발전의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 축류팬의 유압식 날개 조절장치는 고장 횟수를 줄여 줌으로써 정비 횟수도 줄어들게 되어 장기적인 정비 비용 절감뿐만 아니라 정비 시간 단축 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기존 제품과 호환성을 유지 그대로 활용할 수 있으며 정비부위 축소로 인한 장비 수명 연장에 기여할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치의 유량 조절부를 나타낸 요부 분해 사시도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치의 유량 조절부를 나타낸 사시도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치의 유량 조절부를 나타낸 요부 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치의 유량 조절부를 나타낸 요부 분해 사시도, 도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치의 유량 조절부를 나타낸 사시도, 도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치의 유량 조절부를 나타낸 요부 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 유압식 날개 조절장치는 공급되는 오일의 압력에 의해 축류팬(102)의 날개(104)를 회전시키는 구동부(103), 구동부(103)에 오일을 공급 및 회수하는 유압 공급부(105), 일측이 구동부(103)와 결합하고 타측이 유압 공급부(105)와 결합하며 내주에 피드백 로드(202)가 구비된 피스톤 샤프트(109) 및 유압 공급부(105)와 결합하여 유압 공급부(105)에서 공급되는 오일의 양을 조절하여 최종적으로 축류팬(102)의 날개(104)의 각도를 조절하는 유량 제어부(400)를 포함하여 구성된다.
여기서, 유량 제어부(400)는 날개(104)의 각도를 설정하는 유압식 날개 조절장치(100)를 작동하기 위해 유압 공급부(105)로 공급되는 오일의 양 설정하고, 축류팬(102)의 날개(104) 각도를 설정하기 위해 구비되는 것으로서, 내부에 출력기어(260)가 구비되는 기어 하우징(410), 상부에 기어 하우징(410)이 결합되고, 축 방향으로 가이드되도록 하는 가이드홈(422)이 형성된 유량조절 하우징(420), 랙 기어부(222)와 연결되도록 피니언 기어(224)와 이물림되는 랙 부시(430)를 포함하여 구성된다.
기어 하우징(410)은 내부에 출력기어(260)가 구비되며, 그 중앙으로는 출력기어(412)를 회전시키는 기어 샤프트(440)가 관통하는 샤프트홀(412)이 형성된다.
여기서, 기어 샤프트(440)는 양측에 샤프트 커버(442)를 통해 기어 하우징(410)과 회전 가능하게 결합되며, 샤프트 커버(440)는 고정볼트 등과 같은 체결부재(402)를 통해 기어 하우징(410)과 결합된다.
아울러, 샤프트 커버(442)의 내주에는 기어 샤프트(440)의 회전이 원활하게 이루어지도록 하는 구리스 등과 같은 윤활유가 수용되는 윤활유 수용홈(444)이 형성된다.
또한, 기어 하우징(410)의 상측 중앙에는 출력기어(260)의 원활한 작동을 위해 작동오일이 주입되는 오일 주입홀(416)이 형성되고, 이 오일 주입홀(416)을 선택적으로 개폐하는 주입마개(414)가 구성된다.
여기서, 주입마개(414)는 외주에 나사산이 형성되어 있어서, 오일 주입홀(416)과 나사체결되도록 함이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 기어 하우징(410)에는 유량조절 하우징(420)과 체결부재(402)에 의해 체결에 의해 결합하기 위해 형성되는 체결공의 일측으로 설비의 진동을 흡수하여 기어 하우징(410)의 이탈을 방지함과 동시에 랙 부시(430)에 구성되는 베어링 어셈블리(404)가 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 소정의 탄성력을 구비한 스프링핀(460)이 삽입 고정되는 진동 저감홀(418)이 형성된다.
이는, 랙 부시(430)가 직선운동을 할 때, 이 랙 부시(430)와 이물림된 출력기어(260)와 하측에 이물림된 피니언 기어(224)가 함께 이물림되어 회전을 하게 되고, 이와 동시에 유압식 날개 조절장치가 작동하면서 발생하는 진동을 스프링핀(460)이 흡수하여 랙 부시(430)의 원활한 작동을 지지할 뿐만 아니라, 베어링 어셈블리(404)의 이탈을 방지할 수 있는 것이다.
유량조절 하우징(420)은 일측이 유압 하우징(110)과 결합하며, 상부에 기어 하우징(410)이 결합되고, 내부에 랙 부시(430)가 수용되며, 랙 부시430)가 축 방향으로 가이드되도록 하는 가이드홈(422)이 형성된다.
이러한 유량조절 하우징(420)은 유량 조절부재(120) 및 플런저(122)가 작동되도록 하는 가이드 몸체(230)가 내장 장착되며, 이 가이드 몸체(230)에 랙 기어부(222)와 이물림되는 피니언 기어(224)가 내장되며, 이 피니언 기어(224)의 상측으로 외주 상측 및 하측면에 랙 기어(432)가 형성되는 랙 부시(430)가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 작동홀(424)이 형성된다.
즉, 본 발명의 유량조절 하우징(420)에는 작동홀(424)의 상측부에 형성되며, 이 작동홀(424)의 상측부 양측에 형성되되 서로 대향되게 형성되어 후술할 랙 부시(430)에 구비되는 가이드 부재(450)가 삽입되도록 가이드홈(422)이 형성되어 있어서 종래의 랙 부시(430)가 비틀리는 현상을 극복할 수 있는 것이다.
랙 부시(430)는 상측 및 하측에 랙기어(432)가 형성되어 상측에 형성된 랙기어(432)는 출력기어(260)와 이물림되고, 하측에 형성된 랙기어(432)는 유량 조절부재(120)의 플런저(122)와 작동 가능하게 결합하는 피니언 기어(224)와 이물림되도록 구성된다.
이러한 랙 부시(430)의 외주 양측에는 가이드 부재(450)가 고정 결합되는 결합홈(434)이 형성되며, 랙 부시(430)에 형성된 결합홈(434)에는 가이드 부재(450)가 체결부재(402)에 의해 체결되는 체결홈이 일정 간격 이격되게 다수 형성된다.
이와 같은 랙 부시(430)는 유량조절 하우징(420)에 삽입되되, 이 유량조절 하우징(420)에 형성된 가이드홈(422)과 가이드 부재(450)가 상호 슬라이딩 가능하게 삽입되도록 결합됨으로써, 가이드 부재(450)의 슬라이딩에 의한 안내 운동으로 유량조절 하우징(420)의 축방향으로만 이동이 가능하므로 랙 부시(430)의 회전 운동 즉, 피드백 로드(202)의 회전에 따른 전달력에 따른 비틀림 현상을 방지할 수 있는 것이다.
여기서, 유량조절 하우징(420)에 형성되는 가이드홈(422)은 로터 머신 또는 와이어컷 머신을 이용 가공을 하되 랙 부시(430)의 슬라이딩 운동이 원활하게 이루어질 수 있도록 가이드홈(422)의 허용공차는 D9-10급이 적합하고, 유량조절 하우징(410)의 중심축선에 대한 대칭도 공차는 0.2mm이내가 바람직하다.
또한, 랙 부시(430)에 형성되는 결합홈(434)는 밀링의 앤드밀 공구로 하되 결합홈(434)의 공차는 H9-10급이 적당하고, 랙 부시(430)의 중심축선에 대한 대칭도 공차는 0.2mm 이내로 가공하고, 랙 부시(430)의 랙기어(432)에 대한 기어 치면과 원통면은 담금질 열처리를 하되 경도는 HRC50이상이 바람직하며, 이 후 외경을 연삭가공을 완성하되 가공부 허용공차를 g8-9급을 유지함이 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
400: 유량 제어부 402: 체결부재
404: 베어링 어셈블리 410: 기어 하우징
412: 샤프트홀 414: 주입마개
416: 오일 주입홀 418: 진동 저감홀
420: 유량조절 하우징 422: 가이드홈
424: 작동홀 430: 랙 부시
432: 랙기어 434: 결합홈
440: 기어 샤프트 442: 샤프트 커버
444: 윤활유 수용홈 450: 가이드 부재
460: 스프링핀

Claims (6)

  1. 축류팬을 회전시키는 구동부, 구동부에 오일을 공급 및 회수하는 유압 공급부, 축류팬의 날개의 각도를 조절하는 유량 제어부를 포함하는 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치에 있어서,
    상기 유량 제어부는
    내부에 출력기어가 구비되는 기어 하우징;
    상기 기어 하우징을 관통하여 회전 가능하게 결합되도록 윤활유가 수용되는 윤활유 수용홈이 형성된 샤프트 커버가 구비된 기어 샤프트;
    상기 기어 하우징이 결합되고, 내부에 랙 부시가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 작동홀이 형성되며, 이 작동홀에는 랙 부시가 축 방향으로 가이드되도록 가이드홈이 형성된 유량조절 하우징; 및
    상기 유량조절 하우징의 가이드홈에 삽입되어 출력기어 및 피니언 기어에 각각 이물림되는 랙기어가 형성되고, 유량조절 하우징의 축방향으로 슬라이딩되도록 외주 양측에 가이드 부재가 결합되는 랙 부시
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어 하우징의 상측에는 작동오일이 주입되는 오일 주입홀이 형성되고, 이 오일 주입홀 개폐하는 주입마개가 구비되는 것을 특징으로 하는 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 랙 부시에는 가이드 부재가 체결부재에 의해 고정 결합되도록 체결홈이 다수 형성되는 결합홈이 외주 양측에 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량조절 하우징의 가이드홈은 로터 머신 또는 와이어컷 머신을 통해 가공하고, 가이드홈의 대칭도 공차는 유량조절 하우징의 중심축선에 대한 0.2mm 이내로 가공되는 것을 특징으로 하는 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어 하우징에는 베어링 어셈블리가 진동에 의해 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 진동 저감홀이 형성되고, 이 진동 저감홀에 삽입 고정되는 스프링핀이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 랙 부시의 랙기어에 대한 기어 치면과 원통면은 담금질 열처리를 하고, 경도는 HRC50을 유지하고, 외경을 연삭가공을 완성하여 가공부 허용공차를 G8-9급을 유지하는 것을 특징으로 하는 유량 제어부 구조를 개선한 발전 설비용 축류팬의 유압식 날개 조절장치.
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