KR20060006861A

KR20060006861A - 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20060006861A
Application number: KR1020060001155A
Authority: KR
Inventors: 박춘영
Original assignee: 진성중공업 주식회사
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2006-01-19

Abstract

본 발명은 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 대차로를 통해 가열된 메인 샤프트를 롤러가 장착된 수냉조를 통해 냉각시킨 다음, 유냉조를 통해 2단계로 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 이를 다시 대차로를 통해 가열시켜 뜨임(Tempering) 함으로써 메인 샤프트 전체의 냉각이 균일하여 이루어져 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 발생하지 않는 특징이 있다.

본 발명은 크게 다섯 단계로 이루어지는바, 열처리 대상물인 풍력발전기용 메인 샤프트(1)를 검사하는 검사공정(S1)과, 상기 준비된 메인 샤프트(1)를 대차로(20)에 장입하여 845 내지 855℃의 온도에서 14 내지 16시간 가열 유지한 후, 825 내지 835℃의 온도로 2시간 더 유지하는 소입 가열공정(S2)과, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 롤러(31, 32)가 구비된 수냉조(30)에 투입하여 45 내지 50분간 회전시키면서 냉각시킨 다음, 유냉조(40)에 투입하여 150분간 냉각시키는 소입 냉각공정(S3)과, 상기 냉각이 완료된 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에 장입하여 595 내지 605℃의 온도로 5시간 동안 예열시킨 후, 620 내지 630℃의 온도로 15 내지 17시간 가열하는 소려 가열공정(S4)과, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 공랭시킨 다음 표면을 연마하며 경도검사를 하는 측정 및 연마하는 최종 검사공정(S5)으로 구성되는 대략적인 제조과정을 갖는다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 대차로를 통해 850℃에서 14 내지 16시간 가열한 후, 이를 830℃로 낮추어 2시간 동안 유지시킨 메인 샤프트를 롤러가 구비된 회전 수냉조에 투입하여 45 내지 50분간 메인 샤프트를 회전시키면서 냉각시키고, 이를 유냉조에 다시 투입하여 150분간 냉각시켜 담금질을 완료한 후, 다시 대차로에 장입하여 600℃로 5시간 동안 예열작업을 거친 다음 625℃로 15 내지 17시간 유지하여 뜨임 함으로써 전체적으로 균일하게 냉각되어 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 일어나지 않으며, 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있다.

메인 샤프트 열처리, 풍력발전기, 대차로, 크레인, 수냉조, 유냉조, 담금질(Quenching), 뜨임(Tempering)

Description

풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법 및 장치 { The processing apparatus using inducting heating of the part in the main shaft and a method thereof }

도 1은 본 발명의 공정 순서도

도 2는 본 발명의 장치도

도 3은 본 발명 수냉조의 사시도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: 메인 샤프트 10: 크레인

20, 50: 대차로 21: 베드

30: 수냉조 31: 구동 롤러

32: 가이드 롤러 33: 연결 롤러

34: 구동장치 35: 체인

40: 유냉조 S1: 검사 및 준비공정

S2: 소입 가열공정 S3: 소입 냉각공정

S4: 소려 가열공정 S5: 최종 검사공정

본 발명은 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 풍력발전기용 메인 샤프트를 제작하기 위한 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 대차로를 통해 가열된 메인 샤프트를 회전 롤러가 장착된 수냉조를 통해 냉각시킨 다음, 유냉조를 통해 2단계로 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 이를 다시 대차로를 통해 가열시켜 뜨임(Tempering) 함으로써 메인 샤프트 전체의 냉각이 균일하여 이루어져 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 발생하지 않는 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 열처리라 함은 금속 재료를 융점 이하의 온도로 가열하고 냉각속도를 선택적으로 가감하여 필요로 하는 조직 및 성질을 갖게 하는 조작으로서 담금질과 풀림, 불림 및 뜨임 등이 있다.

이러한 열처리를 통해 금속 또는 합금에 요구되는 성질, 즉 강도, 경도, 내마모성, 내충격성, 가공성, 자성 등의 제반 성능을 부여하여 금속이 쓰이는 곳에 적합하도록 가공되는 구성을 갖는다.

상기 열처리에 있어서, 풍력발전기 등에 사용되는 메인 샤프트의 경우에는 그 크기 2 내지 3m가 될 정도로 그 규모가 대단히 커서 대차로를 통해 가열한 후 물 또는 기름을 이용하여 냉각시킬 경우에는 전체적으로 냉각의 불균형이 발생하여 표면이나 심부에 크랙이 발생하여 내구성이 현저히 저하될 우려가 있었고, 뿐만 아니라 열 구배에 따른 변형이 발생하게 되어 완성된 메인 샤프트가 원하는 형상대로 제작되지 않아 비용과 시간 손실을 초래하는 문제점을 내포하고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 대차로를 통해 850℃에서 14 내지 16시간 가열한 후, 이를 830℃로 낮추어 2시간 동안 유지시킨 메인 샤프트를 롤러가 구비된 회전 수냉조에 투입하여 45 내지 50분간 메인 샤프트를 회전시키면서 냉각시키고, 이를 유냉조에 다시 투입하여 150분간 냉각시켜 담금질을 완료한 후, 다시 대차로에 장입하여 600℃로 5시간 동안 예열작업을 거친 다음 625℃로 15 내지 17시간 유지하여 뜨임 함으로써 전체적으로 균일하게 냉각되어 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 일어나지 않으며, 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키도록 함을 목적으로 한다.

본 발명은 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 대차로를 통해 가열된 메인 샤프트를 롤러가 장착된 수냉조를 통해 냉각시킨 다음, 유냉조를 통해 2단계로 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 이를 다시 대차로를 통 해 가열시켜 뜨임(Tempering) 함으로써 메인 샤프트 전체의 냉각이 균일하여 이루어져 표면에 크랙이 발생하지 않고 변형이 발생하지 않는 특징이 있다.

이하 본 발명의 실시 예를 도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 공정 순서도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 장치도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 제 1공정은, 금속재질로 구성된 풍력발전기용 메인 샤프트(1)의 외형 및 치수 등을 검사하는 검사공정(S1)을 완료한다.

상기 사용되는 메인 샤프트(1)는, 풍력발전기에 사용되는 것으로, 다단 단차진 원형 축으로 형성되되, 일측 끝단으로는 플랜지부가 형성되어 있어서, 풍력발전기의 블레이드와 결합되어 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시킬 수 있도록 하는 역할을 하며, 대략적인 길이는 약 2 내지 3m 이고, 직경은 약 1 내지 1.5m의 길이로 구성되며, 상기 검사공정(S1) 시 각부의 가공 여유는 10 내지 20㎜ 정도가 되도록 구성된다.

그런 다음 제 2공정은, 상기 검사를 완료한 메인 샤프트(1)를 크레인(10)을 이용하여 대차로(20)의 베드(21) 상에 재치한 후 대차로(20) 내에 장입하여 가열을 완료하는 소입 가열공정(S2)을 완료한다.

상기 사용되는 대차로(20)는 잉곳, 롤 등 주조 또는 단조품의 가열 및 열처리에 통상적으로 사용되는 설비로, 내화물을 이용하여 직사각 함체의 구조로 구성되어 있으며, 메인 샤프트(1)를 베드(21) 상에 재치한 후, 이를 대차로(20)의 내부로 장입하여 대차로(20)를 시간당 약 100℃씩 6 내지 7시간 승온시켜 소입 가열온도인 850℃에 도달하면 승온을 완료한다.

그 후, 845 내지 855℃에서 14 내지 16시간 동안 유지한 다음, 830℃로 온도를 낮추어 2시간 동안 더 유지하는 계단식 가열을 완료한다.

그 후 행해지는 제 3공정은, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 냉각시키는 공정으로써, 수냉조(30)와 유냉조(40)를 통한 순차적인 냉각 방법을 통해 2단계 로 냉각시키는 소입 냉각공정(S3)을 완료한다.

상기 사용되는 수냉조(30)는, 직사각 함체의 형태로 구성되되, 일측으로는 원형의 형태로 제작되며, 수냉조(30)의 저부 바닥의 양측으로는 한 쌍의 롤러(31, 32)가 각각 구비되어 있는바, 일측으로는 구동 롤러(31)가 구비되어 있고, 타측으로는 가이드 롤러(32)가 구비되어 있으며, 상기 구동 롤러(31)에는 연결 롤러(33)가 체인(35)을 통해 연결되고, 연결 롤러(33)는 구동장치(34)와 체인(35)으로 연결되어 구동장치(34)가 구동함에 따라 체인(35)을 통해 연결 롤러(33)와 구동 롤러(31)가 함께 구동될 수 있는 구성을 갖는다.

한편, 구동 롤러(31)와 마주보는 위치에는 가이드 롤러(32)가 구비되어 있어서 상기 구동 롤러(31)와 가이드 롤러(32)의 상에 메인 샤프트(1)가 재치되어 구동 롤러(31)를 통해 회전할 시 가이드 롤러(32)에 의해 안정적으로 회전할 수 있는 구성을 갖는다.

상기 830℃로 가열된 메인 샤프트(1)를 크레인(10)을 통해 수온이 25 내지 35℃인 냉각수가 담긴 수냉조(30)로 이송한 다음, 메인 샤프트(1)를 냉수조(30) 내의 구동 및 가이드 롤러(31, 32) 상에 정확하게 재치하여 냉각하는바, 재치된 메인 샤프트(1)를 지속적으로 회전시키면서 45분 내지 50분간 냉각시키며, 이때 냉각수의 온도는 최대 50℃를 넘지 않도록 하는 구성을 갖는다.

상기와 같이 수냉조(30)에서의 냉각을 완료하면, 이를 인출하여 유냉조(40)로 크레인(10)을 통해 이송시키는바, 유냉조(10)는 직사각함체의 형태로 60 내지 80℃의 온도의 냉각유가 내재된 구성을 가지며, 상기 유냉조(40)에 메인 샤프트(1)를 수장하여 약 150분간 냉각시키도록 하며, 메인 샤프트(1)를 유냉조(40)에서 인상하는 온도는 메인 샤프트(1)의 온도가 100 내지 150℃에 이르렀을 때 크레인(10)을 통해 인상시키도록 구성된다.

상기와 같이 수냉과 유냉을 완료한 후에는 중간검사 공정을 행하는바, 경도검사와 육안검사를 통하여 소입이 완료된 메인 샤프트(1)의 표면 크랙과 찍힘, 변형 등의 상태를 확인하여 불량이 없는 경우 다음 공정으로 크레인(20)을 통해 이송하는 구성을 갖는다.

그런 다음, 제 4공정은, 상기 크레인(10)에 의해 인상된 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에 장입하여 경도를 낮추고 점성을 높이도록 하는 소려 가열공정(S4)을 완료한다.

상기 사용되는 대차로(50)는 상기 제 2공정에서 사용되는 대차로(20)와 동일한 형태로 구성되며, 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에 장입하여 이를 시간당 약 100℃씩 6시간 승온시켜 소려 예열 온도인 600℃에 도달하면 승온을 완료하며, 이를 5시간 동안 예열하도록 하며, 그 후 실제 작업온도인 620 내지 630℃로 온도를 높여 15 내지 17시간 동안 더 유지하는 계단식 가열을 완료한다.

그런 다음, 마지막 공정인 제 5공정은, 상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에서 크레인(10)을 통해 인출하여 공기 중에서 서냉함으로써 메인 샤프트(1)의 조직을 안정화시키도록 하고, 냉각이 완료된 메인 샤프트(1)의 표면을 연마하며 경도검사를 하는 최종 검사공정(S5)을 완료한다.

상기와 같은 공정으로 이루어지는 본 발명에 일실시 예를 작동과정을 살펴보면, 대차로(20)에 메인 샤프트(1)를 장입하고, 시간당 100℃씩 승온한 후, 이를 850℃에서 14시간 동안 유지시킨 후, 다시 830℃로 2시간 동안 유지한 다음, 크레인(10)을 이용하여 대차로(20)에서 꺼내어 수냉조(30)에 수장하여 45 내지 50분간 회전시키면서 냉각시키도록 구성된다.

그 후, 유냉조(40)로 크레인(10)을 통해 이송한 다음, 150분간 냉각하여 메인 샤프트(1)의 온도가 100 내지 150℃로 냉각되도록 하여 담금질(Quenching)이 완료되도록 한다.

그런 다음, 상기 담금질(Quenching)이 완료된 메인 샤프트(1)를 크레인(10)을 이용하여 대차로(50)에 장입하여 시간당 100℃씩 승온한 후, 이를 600℃로 5시간 동안 예열하고, 625℃의 온도로 15시간 유지한다.

그런 다음, 대차로(50)에서 인출하여 공기 중에서 서냉시킴으로써 메인 샤프트(1)가 안정한 조직으로 변할 수 있도록 하는 뜨임(Tempering)을 완료하고 냉각된 메인 샤프트(1)의 표면을 연마하며 경도검사를 최종 검사를 함으로써 본 발명의 작동을 완료한다.

Claims

열처리 방법에 있어서,

열처리 대상물인 풍력발전기용 메인 샤프트(1)를 검사하는 검사공정(S1)과,

상기 준비된 메인 샤프트(1)를 대차로(20)에 장입하여 시간당 100℃씩 승온하여 845 내지 855℃의 온도에서 14 내지 16시간 유지시킨 후, 825 내지 835℃의 온도로 2시간 더 유지하는 소입 가열공정(S2)과,

상기 가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 롤러(31, 32)가 구비된 수냉조(30)에 투입하여 45 내지 50분간 회전시키면서 냉각시킨 다음, 유냉조(40)에 투입하여 150분간 냉각시키는 소입 냉각공정(S3)과,

냉각이 완료된 메인 샤프트(1)를 대차로(50)에 장입한 후, 시간당 100℃씩 승온하여 595 내지 605℃의 온도로 5시간 동안 예열시킨 후, 620 내지 630℃의 온도로 15 내지 17시간 가열하는 소려 가열공정(S4)과,

가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 공랭시킨 다음 표면을 연마하며 경도검사를 하는 측정 및 연마하는 최종 검사공정(S5)으로 구성되어,

메인 샤프트(1) 전체의 냉각이 균일하여 이루어져 표면에 크랙 및 변형이 발생하지 않도록 함을 특징으로 하는 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 방법.
열처리 장치에 있어서,

메인 샤프트(1)를 장입하여, 이를 845 내지 855℃에서 14 내지 16시간 동안 유지시킨 후, 다시 825 내지 835℃로 2시간 동안 유지시키는 대차로(20)와,

가열이 완료된 메인 샤프트(1)를 크레인(10)을 이용하여 대차로(20)에서 인출하여 45 내지 50분간 회전시키면서 냉각시키는 냉각수가 내재된 수냉조(30)와,

수냉이 완료된 메인 샤프트(1)를 크레인(10)을 이용하여 수냉조(30)에서 인출하여 150분간 냉각하여 메인 샤프트(1)의 온도가 100 내지 150℃로 냉각시키는 냉각유가 내재된 유냉조(40)와,

유냉이 완료된 메인 샤프트(1)를 장입하여, 이를 595 내지 605℃로 5시간 동안 예열하고, 620 내지 630℃의 온도로 15 내지 17시간 유지시키는 대차로(50)로 구성되어, 메인 샤프트(1) 전체의 가열과 냉각이 균일하게 될 수 있도록 함을 특징으로 하는 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 장치.
제 2항에 있어서,

수냉조(30)의 바닥 양측으로는 구동 롤러(31)와 가이드 롤러(32)가 구비되고, 구동 롤러(31)의 일측으로는 연결 롤러(33)가 구비되어 있으며, 연결 롤러(33)의 상측으로는 구동장치(34)가 구비된 형태로 구성되되,

구동 롤러(31)와 연결 롤러(33) 및 구동장치(34)는 체인(35)을 통해 연결되어 구동장치(34)가 구동함에 따라 연결 롤러(33)와 구동 롤러(31)가 함께 구동되는바, 구동 롤러(31)와 가이드 롤러(32)의 상에 재치된 메인 샤프트(1)는 수냉조(30) 내에서 회전하면서 냉각될 수 있도록 함을 특징으로 하는 풍력발전기용 메인 샤프트의 열처리 장치.