터널 굴착기용 기어식 커플링: 영국 지하철 건설 붐을 위한 구동 시스템 엔지니어링
버밍엄 메트로 확장 사업부터 크로스레일 기존 인프라 사업에 이르기까지, 고토크 기어 커플링이 TBM 커터헤드 구동 장치 내부의 신뢰성 기준을 어떻게 재정립하고 있는지 살펴봅니다.
TBM 구동 시스템의 엔지니어링 현실
터널 굴착기(TBM)는 현대 토목 및 인프라 엔지니어링에서 가장 기계적으로 까다로운 장비 중 하나입니다. 전면 굴착 TBM의 커터헤드 구동 시스템은 수만 킬로뉴턴미터(kNm)에 달하는 토크를 전달해야 하는데, 이는 기존의 커플링 설계로는 감당하기 어려운 수준입니다. 버밍엄 지하철 연장 프로젝트와 셰필드 도심 지하에 건설 중인 유틸리티 통로에서 모터와 기어박스, 그리고 기어박스와 메인 베어링 사이에 어떤 기어 커플링을 사용할지는 프로젝트 일정, 유지보수 주기, 그리고 전체 수명 주기 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 커플링 사양을 잘못 선택하면 터널 굴착 작업이 며칠 동안 중단될 수 있으며, 이로 인해 건당 수십만 파운드의 추가 비용이 발생할 수 있습니다. 따라서 이러한 위치에 사용되는 커플링은 결코 사소한 부품이 아닙니다. 전체 굴착 작업의 성공 여부가 달려 있는 정밀하게 설계된 동력 전달 요소입니다.
기어식 커플링은 일반적으로 외부 슬리브에 크라운 형태의 외부 기어 톱니가 있어 모서리 하중 없이 각도 오정렬을 보정하는 원리로 작동합니다. 이러한 설계 덕분에 커플링은 TBM이 곡선 구간을 주행하거나, 지반 압력 변화에 반응하거나, 커터헤드 회전 중 비대칭적인 토양 하중을 받을 때 필연적으로 발생하는 동적 각도 편차를 견딜 수 있습니다. 모든 순간적인 굽힘 모멘트를 축 베어링으로 직접 전달하는 강성 플랜지 연결부와 달리, 기어식 커플링은 이러한 불필요한 하중을 흡수하고 분리하면서 하류 부품에 가해지는 유일한 하중인 비틀림 구동력만을 정확하게 전달합니다. 이러한 차이점은 기어식 커플링이 전 세계 TBM 구동계 설계에서 지배적인 위치를 차지하는 근본적인 이유이며, 영국, 스코틀랜드, 웨일즈 전역의 프로젝트에 필요한 장비를 조달하는 영국 건설업체들이 TBM 제조업체와 관계없이 이 기술을 다시 선택하는 이유이기도 합니다.
고토크 구동계에서 기어식 커플링의 작동 원리
기어 커플링은 각각 외부 기어 톱니를 가진 두 개의 허브와 이에 상응하는 내부 톱니를 가진 슬리브 어셈블리로 구성됩니다. 표준 곡선형 톱니(크라운형) 설계에서 각 허브 톱니의 외측 프로파일은 평평한 인벌류트가 아닌 구형 호를 따라 형성됩니다. 이러한 크라운 형상 덕분에 허브는 슬리브 내부에서 최대 1.5도(고하중 설계에서는 그 이상)까지 기울어지더라도 넓은 면폭에 걸쳐 완전한 톱니 접촉을 유지할 수 있습니다. 톱니면은 각도 편향 시 모서리 하중이 아닌 구름 하중을 받기 때문에 헤르츠 응력이 허용 범위 내에 유지되고 윤활막이 보존됩니다. 결과적으로 이 커플링은 지속적인 각도 오정렬을 견디고, 열팽창으로 인한 축 방향 변위를 흡수하며, 피로 파손 없이 짧은 시간 동안 복합 하중을 견딜 수 있습니다. TBM 커터헤드 구동 시스템에서는 3개, 4개 또는 심지어 6개의 모터가 각각 자체 유성 기어박스에 동력을 공급하고, 모든 기어박스가 공통 주축에서 동기화된 속도를 유지해야 하므로 이러한 각도 오정렬 허용 오차는 여유 마진이 아니라 필수적인 작동 조건입니다.
윤활은 거의 모든 변수 중에서 기어 커플링의 수명을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 대부분의 TBM(터널 굴착기)용 기어 커플링은 밀봉된 슬리브 내부에 그리스를 채워 넣고, 미로형 씰 또는 O링으로 고정된 엔드 캡을 사용하여 지하의 마모성이 강하고 습기가 많은 환경으로부터 윤활유가 유입되는 것을 방지합니다. 재윤활 주기는 TBM 자체의 유지보수 일정과 일치해야 하며, 일반적으로 지반 조건이 열악한 경우 300~500 운전 시간마다 재윤활을 실시합니다. 고성능 설계에서는 슬리브 플랜지에 포트를 통합하여 커플링을 분리하지 않고도 가압 그리스 주입이 가능하도록 합니다. 버밍엄 메트로 터널링 프로젝트와 같이 링 구축 작업 중 커터헤드 기어박스 후면 접근이 매우 제한적인 경우, 이러한 기능 하나만으로도 유지보수 시간을 3시간 단축할 수 있습니다.
고하중 기어 커플링 구조의 핵심 소재
기어 커플링의 성능 한계는 궁극적으로 설계 단계에서 이루어지는 재료 선택에 의해 결정됩니다. 특히 높은 반복 토크, 진동, 영하의 지하수 침투, 그리고 화학적으로 부식성이 강한 점토 또는 백악 분진과 같은 환경이 복합적으로 작용하는 TBM(터널 굴착기) 적용 분야에서는 재료 선택이 구조적 결과에 직접적인 영향을 미치는 엔지니어링 결정입니다.
크롬-몰리브덴 합금강(유럽 등급 42CrMo4, SAE 4140과 동일)은 반복적인 굽힘 하중을 받는 허브 날에 필요한 높은 인장 강도(일반적으로 담금질 및 템퍼링 후 900~1100MPa), 우수한 피로 저항성 및 탁월한 관통 경화 능력을 제공합니다. 날 측면의 HRC 58~62 경도의 표면 경화는 표면 마모 저항성을 제공하는 동시에 강인하고 연성 있는 중심부를 유지하여 갑작스러운 토크 반전으로 인한 충격 하중을 견딜 수 있도록 합니다. 이는 TBM 디스크 커터가 혼합 지반에서 단단한 암석 개재물을 만났을 때 발생하는 실제적인 상황입니다.
슬리브는 내부 기어 톱니를 지지하며, 최대 토크 작동 시 발생하는 굽힘 및 비틀림 하중의 복합적인 작용 하에서도 치수 안정성을 유지해야 합니다. 20CrMnTi와 같은 침탄강은 0.8~1.6mm의 침탄 깊이와 HRC 58~63의 표면 경도를 달성하며, HRC 33~38의 중심 경도로 구조적 기반을 제공합니다. 이러한 경사 경도 프로파일은 톱니 측면의 하중 분포와 정확히 일치합니다. 즉, 접촉 영역에서는 높은 경도로 내마모성을 확보하고, 중심 부분에서는 낮은 경도로 에너지 흡수를 향상시킵니다. 플랜지형 슬리브는 일반적으로 정밀 고장력 볼트(10.9 등급)로 고정되는 두 개의 반쪽 쉘로 제작되어 축 정렬을 변경하지 않고도 설치 및 제거가 가능합니다.
O링 씰과 래버린스 리테이너는 지하수 오염, 리튬 또는 칼슘 비누계 그리스, 그리고 정격 토크에서 연속 작동 시 발생하는 열까지의 온도 변화에 대한 내성을 가져야 합니다. 니트릴 부타디엔 고무(NBR)는 -40°C ~ +120°C의 사용 온도 범위에서 대부분의 영국 터널링 환경을 충족합니다. 윤활유에 극압 첨가제가 포함된 에스테르 또는 합성 기유가 함유된 경우, 팽창으로 인한 씰 압출을 방지하기 위해 불소탄소 엘라스토머(FKM/Viton) 씰이 사용됩니다. 스테인리스강 316L로 제작된 리테이너 플레이트는 영국 남부 및 템스 강 유역과 같은 백악질 지질 터널에서 흔히 볼 수 있는 습하고 염분이 많은 환경에서 내식성을 제공합니다.
TBM(터널 굴착기) 적용 분야에서 기어형 커플링의 핵심 기술적 이점
기어 커플링은 사실상 다른 어떤 플렉시블 커플링 유형보다 단위 외경당 더 높은 토크를 전달합니다. 주 베어링 하우징에 의해 반경 방향 공간이 제한되는 TBM 주 구동 장치의 경우, 이러한 밀도 이점은 설계 실현 가능성에 직접적인 영향을 미칩니다. 직경 6m의 TBM용 기어 커플링은 600~900mm의 내경 내에 장착되면서 2,500kN·m를 초과하는 최대 토크를 전달할 수 있습니다. 이는 동일한 직경의 엘라스토머 디스크 또는 조 커플링으로는 불가능한 일입니다.
크라운형 치형 구조는 커플링 요소당 0.5°~1.5°의 지속적인 각도 오차를 허용하며, 단시간 동안 최대 2°까지 허용 범위를 갖습니다. 모터와 기어박스의 정렬이 초기에는 0.05mm 이내로 설정되지만 열팽창 및 굴착으로 인한 구조적 굴곡으로 인해 오차가 발생하는 TBM 구동계에서, 이러한 내장된 허용 오차는 베어링 과부하 사이클을 방지하여 주 베어링 구름 요소의 조기 박리를 예방합니다.
기어 맞물림은 비틀림에 대해 본질적으로 강성이 높기 때문에, 기어 커플링은 구동 시스템에 탄성 중합체 요소가 추가하는 비틀림 유연성을 유발하지 않습니다. 이러한 강성은 주파수 제어 모터가 여러 병렬 구동 장치에서 정밀한 속도 동기화를 요구하는 TBM(터널 굴착기) 응용 분야에서 유리합니다. 큰 회전 관성과 유연한 커플링이 결합된 시스템에서 발생할 수 있는 비틀림 공진 위험이 효과적으로 제거됩니다.
가압 그리스 주입구를 갖춘 최신 밀폐형 기어 커플링은 깨끗하고 통제된 환경에서 2,000시간 이상, 습하고 오염된 터널 굴착 현장에서는 300~500시간의 서비스 간격을 제공합니다. 커플링을 분해하지 않고 그리스를 주입할 수 있어 슬리브 전체를 제거하고 재검사해야 하는 분할형 기어 커플링에 비해 계획된 유지 보수 시간을 최대 70%까지 단축할 수 있습니다.
TBM 커터헤드 구동 장치는 커터헤드가 한 바퀴 완전히 회전할 때마다 주기적인 토크 변동을 겪습니다. 각 디스크 커터가 굴착면에 맞물리고 풀리면서 토크는 평균값 15~40% 범위 내에서 변동합니다. 크라운형 표면 경화 처리된 치형을 가진 기어 커플링은 EHD 윤활막 하에서 작동하며, 허용 토크 정격에서 10^8회 이상의 하중 주기 동안 피로 수명을 보장하므로 현재 영국 인프라 TBM에 표준으로 적용되는 30,000~50,000시간의 설계 수명 목표를 충족합니다.
적용 시나리오: 터널 굴착기 커터헤드 구동 장치
터널 굴착기는 동력 전달 공학에서 가장 극한의 작동 조건을 요구하는 장비입니다. 영국 도시 기반 시설 프로젝트에서 사용되는 커터헤드 직경은 셰필드 교통망 아래의 유틸리티 마이크로 터널(3.5m)부터 런던 하수 처리 시설 및 상수도관 확장 공사에 사용되는 대구경 터널(9.7m)까지 다양합니다. 기계 직경에 관계없이 기본적인 구동 구조는 동일합니다. 일반적으로 4개에서 12개 사이의 가변 주파수 전기 모터가 각각 전용 유성 기어박스를 구동합니다. 유성 기어박스는 모터 속도(일반적으로 1,450~2,960RPM)를 8~35RPM 범위의 중간 축 속도로 낮춰 주축에 필요한 커터헤드 토크를 생성합니다.
기어 커플링은 이 구동 장치 내에서 두 가지 중요한 위치에 사용됩니다. 모터와 기어박스 연결부는 두 구성 요소의 열팽창을 수용하면서 모터 축이나 기어박스 입력 피니언에 굽힘 모멘트를 전달하지 않고 정격 모터 토크를 완전히 전달해야 합니다. 표준 315kW 모터가 2단 유성 기어박스를 구동하는 경우, 커플링에서의 정격 모터 토크는 1,450RPM에서 약 2,100N·m로, 중간 구경 기어 커플링의 허용 범위 내에 있지만, 모터 돌입 전류 및 지반 불규칙성으로 인한 충격 요인을 고려하여 커플링 토크 정격을 선택할 때 2.5 이상의 서비스 계수를 적용해야 합니다. 두 번째 커플링 위치는 유성 기어박스 출력 플랜지와 메인 베어링 링 기어 구동 피니언 사이로, 기계 크기에 따라 800~2,500kN·m 범위의 유성 기어 단계의 증폭된 토크를 완전히 전달해야 하며, 연속 터널링 중 침하로 인한 커터헤드 지지 구조물의 변형으로 발생하는 정렬 불량을 동시에 흡수해야 합니다.
런던의 타이드웨이 터널, 맨체스터 메트로링크 연장선, 에든버러 웨이버리 업그레이드 터널과 같은 프로젝트에 참여하는 영국 건설업체와 터널 엔지니어들은 가변적인 지반 조건이라는 추가적인 어려움에 직면합니다. 영국의 지질은 급격하게 변화하는데, 백악, 런던 점토, 머시아 이암, 석탄기 석회암, 사암 등이 단일 굴착 구간 내에서 모두 나타날 수 있습니다. 이러한 지반 변화로 인해 굴착면 저항이 급격히 변하며, 커터헤드 구동 시스템은 정지하거나 과부하 없이 이러한 변화를 견뎌내야 합니다. 기어 커플링은 짧은 시간 동안 발생하는 과부하 피크를 견딜 수 있는 능력(일부 설계는 30초 미만의 과도기 동안 공칭 토크의 2.0배를 허용)을 통해 모터 트립을 방지하고 유성 기어박스의 내부 부품을 보호합니다. 이러한 특성은 지반 조사 데이터가 불완전하고 지질학적 예상치 못한 변화가 실제 운영 위험으로 작용하는 미들랜즈 지역과 M62 고속도로 인근에 기반을 둔 전문 터널 건설업체의 프로젝트 엔지니어들에게 특히 중요합니다.
제품 기술 및 성능 매개변수 참조표
다음 표는 TBM 및 중장비 산업용 구동 장치에 적용되는 기어형 커플링의 주요 엔지니어링 매개변수를 나타냅니다. 모든 토크 수치는 명시된 각도 오차에서의 정격값을 기준으로 합니다. 최대(과부하) 용량은 일반적으로 30초 이내의 과도 상태에서 정격값의 150~200%에 도달합니다.
| 매개변수 | 경량(모터-GBX) | 중형 (피니언 구동 방식) | 중하중(메인 샤프트) |
|---|---|---|---|
| 공칭 토크(kN·m) | 0.5 – 25 | 25~500 | 500~5,000+ |
| 최대 각도 오정렬 | 1.5° | 1.0° | 0.5° – 1.0° |
| 최대 속도(RPM) | 최대 3,600명 | 최대 1,500명 | 최대 250개 |
| 구경 범위(mm) | 20~160 | 80~400 | 200~900 |
| 허브 소재 | 42CrMo4 / C45E | 42CrMo4 Q&T | 42CrMo4 / 34CrNiMo6 |
| 치아 표면 경도 | HRC 52 – 58 | HRC 58 – 62 | HRC 58 – 63 |
| 윤활 유형 | 그리스로 밀봉됨 | 그리스/오일 미스트 | 강제 오일/그리스 |
| 작동 온도 범위 (°C) | -20에서 +100까지 | -20에서 +120까지 | -30에서 +130까지 |
| 축 방향 변위(mm) | ±1 – ±3 | ±2 – ±6 | ±4 – ±12 |
| 적용 표준 | ISO 14691 / GB/T 7507 | ISO 14691 / DIN 740 | 고객 사양 / ISO 14691 |
기어 커플링이 탁월한 성능을 발휘하는 추가적인 산업 응용 시나리오
TBM 커터헤드 구동 장치가 가장 까다로운 단일 적용 분야이지만, 기어형 커플링은 영국 중공업의 다양한 분야에서 사용됩니다. 셰필드와 로더럼의 제철소에서는 조압연대, 중간압연대, 정압연대 등 압연 공정의 모든 단계에서 기어 커플링을 사용합니다. 이러한 공정에서는 높은 압연 토크, 분해 압연 중 빈번한 역회전, 그리고 용융 금속 가공의 열 환경으로 인해 위에서 설명한 재질 및 형상 특성이 필수적입니다. 압연기 사양에는 일반적으로 2.5~3.5의 서비스 계수가 적용되는데, 이는 압연기에서 발생하는 충격 사고의 심각성과 연속 생산 환경에서 계획되지 않은 가동 중단으로 인한 비용을 반영한 것입니다.
요크셔와 랭커셔 제조 중심지의 주요 산업인 시멘트 및 골재 산업에서는 기어 커플링을 사용하여 수평 튜브 밀과 수직 롤러 밀의 주 구동 모터와 불기어 피니언을 연결합니다. 이러한 설비는 매우 높은 토크와 극히 낮은 회전 속도(대형 튜브 밀의 경우 1.5~5RPM)를 결합해야 하므로, 커플링의 비틀림 강성은 분쇄 회로의 서지 불안정성을 유발할 수 있는 비틀림 꼬임을 방지하는 데 매우 중요합니다. 글래스고, 헐, 사우샘프턴 항만 주변의 해양 및 해상 설비에서는 추진축 라인에 기어 커플링이 사용됩니다. 이러한 설비에서는 각도 정렬 불량 허용 오차와 대형 디젤 또는 가스 터빈 원동기의 지속적인 토크를 열팽창하는 축 시스템을 통해 전달하는 능력이 안정적이고 유지 보수가 적은 선박 운항에 필수적입니다.
영국 전역에서 발전 부문은 고하중 기어 커플링에 대한 상당한 시장을 지속적으로 창출하고 있습니다. 복합화력발전소(CCGT)와 배터리 저장 설비와 함께 점점 더 많이 설치되고 있는 피크 부하용 가스 터빈 발전기는 터빈 출력축을 기어박스 입력축에, 그리고 기어박스 출력축을 발전기 회전자에 연결하기 위해 기어 커플링을 사용합니다. 이러한 작동 조건은 커플링이 터빈 배기구 주변의 고온 환경을 견디고, 500~3,500kN·m의 정격 발전기 토크를 전달하며, 냉간 시동이나 급격한 부하 변화 시 터빈과 발전기 사이의 상당한 열팽창 차이를 수용해야 합니다. 가스 터빈용으로 EN/ISO 표준에 따라 설계된 기어 커플링은 일반적으로 미로형 밀봉 오일 윤활식 치형을 사용하며, 회전자 임계 속도에서 진동 발생을 방지하기 위해 ISO 1940 G2.5 등급으로 밸런싱 등급이 지정됩니다.
에버 파워: TBM 및 중공업용 기어 커플링을 위한 정밀 엔지니어링 및 맞춤 제작
에버 파워는 CNC 기어 호빙, 프로파일 연삭, 좌표 측정 및 열처리 공정을 한 곳에서 모두 수행하는 정밀 커플링 제조 전용 시설을 운영하고 있습니다. 이러한 통합 생산 모델은 개념 설계 검토부터 완제품 테스트 완료까지 모든 과정에서 고객 맞춤형 기어 커플링을 완벽하게 제공할 수 있는 기반이 됩니다. 하청 기어 절삭이나 제3자 열처리 공정에 의존하지 않고 품질 변수를 통제할 수 있기 때문입니다. 터널링, 철강 및 발전 분야의 영국 고객들은 일반적으로 표준 카탈로그 범위를 벗어나는 성능 요구 사항을 제시합니다. 예를 들어, TBM(터널 굴착기) 시공업체는 기어박스 OEM의 플랜지와 메인 베어링 제조업체의 인터페이스에 모두 적합한 두 가지 볼트 서클 규격의 플랜지 슬리브가 필요할 수 있으며, 플랜지 면의 런아웃에 대한 엄격한 공차를 요구할 수 있는데, 이는 기성품 카탈로그 부품으로는 충족할 수 없습니다.
Ever Power의 맞춤 제작 기능은 바로 이러한 상황에 대응합니다. 당사의 설계팀은 고객의 축 도면, 기어비, 토크 작동 주기 및 환경 노출 조건을 검토한 후 커플링 사양을 제안합니다. 톱니 모듈, 톱니 수, 크라운 반경, 내경 치수, 키홈 형상 및 플랜지 볼트 패턴은 모두 당사의 표준 제조 범위 내에서 수정 가능합니다. 기어 톱니 프로파일은 DIN 3965 Class 6 등급의 정밀도를 달성할 수 있는 5축 CNC 기어 연삭 센터에서 제작됩니다. 이 등급은 구동 위치에서 8m/s 이상의 표면 속도로 작동하는 기어 커플링에 필요한 정밀도입니다. 프로파일 연삭은 관통 경화 열처리로 인한 변형을 제거하여 출고 시 톱니 형상이 설계 의도와 정확히 일치하도록 보장합니다. Zeiss Gear Pro CMM 시스템을 사용한 치수 검사를 통해 톱니 프로파일, 헬릭스 각도, 피치 정밀도 및 표면 조도를 0.002mm 미만의 반복 정밀도로 확인한 후 모든 부품을 조립에 투입합니다.
정해진 공정 기한에 맞춰 공사를 진행하는 영국 터널 건설업체에게는 공급망 신뢰성이 제품 품질만큼이나 중요합니다. Ever Power는 제철소 조달로 인한 납기 지연을 방지하기 위해 가장 일반적인 등급인 42CrMo4, 20CrMnTi, 34CrNiMo6의 원자재 빌릿을 안전하게 재고로 보유하고 있습니다. 50~500kN·m 토크 범위의 맞춤형 기어 커플링에 대한 표준 납기는 승인된 도면으로부터 3~5주이며, 확정 주문에 한해 7~10일 이내에 긴급 교체 부품을 공급할 수 있는 신속 생산 라인을 운영하고 있습니다. 공사가 진행 중인 영국 터널 프로젝트 관리자들은 예상치 못한 커플링 고장으로 인해 일정이 촉박한 계약의 공정이 지연될 위험이 있을 때 이러한 신속한 대응이 매우 중요하다는 것을 경험했습니다.
Ever Power의 주요 커플링 제품
JSA 시리즈 스네이크 스프링 커플링은 맞물리는 뱀 모양 스프링 소자를 통해 탁월한 충격 흡수 및 비틀림 유연성을 제공합니다. 컨베이어 시스템, 압축기 및 펌프를 포함한 중부하 산업용 구동 장치에 맞게 설계된 JSA 시리즈는 연결된 장비를 충격 토크로부터 보호하는 동시에 반경 방향 및 각도 정렬 불량을 효과적으로 처리합니다. 분할 허브 설계로 협소한 공간에서도 설치가 용이하여 접근성이 제한된 영국 플랜트 개조 작업에 특히 유리합니다. 다양한 그리드 재질과 스프링 정격으로 제공되어 특정 용도에 맞는 제품을 선택할 수 있습니다.
SWC 시리즈 유니버설 커플링은 연결된 축 사이의 상당한 각도 어긋남이 일시적인 현상이 아닌 영구적인 설계 조건인 응용 분야에 적합하도록 설계되었습니다. 정밀 가공된 요크와 밀폐형 니들 롤러 크로스 어셈블리를 사용하는 카르단 조인트 원리를 적용한 SWC 시리즈는 최대 35°의 교차 각도를 수용할 수 있어, 축 평행도가 보장되지 않는 압연기 스핀들 구동 장치, 압출기 공급 구동 장치 및 자재 이송 시스템에 최적의 엔지니어링 솔루션입니다. 요크와 크로스 재질은 정격 토크 및 속도에 맞는 표면 경도를 가진 합금강으로 제작되며, 다양한 내경 및 플랜지 구성 옵션을 제공하여 기존 장비와의 직접적인 호환성을 보장합니다.
맨체스터 하수 배출 터널: 정밀 기어 커플링 교체를 통해 계획되지 않은 가동 중단 시간 최소화
맨체스터에 본사를 둔 한 대형 토목 건설업체는 도시 북부 교외 지하 2.4km 길이의 하수 배출 터널 공사를 8주째 진행하던 중, 예정된 점검에서 6개 모터로 구성된 커터헤드 시스템의 3번 구동 장치에 있는 모터-기어박스 기어 커플링의 심각한 마모가 발견되었습니다. 직경 8.3m의 EPB(토압 균형식) TBM(터널 굴착기)은 충적토와 사암이 혼합된 지반에서 작업 중이었는데, 간헐적으로 나타나는 단단한 이물질로 인해 원래 지정된 커플링의 정격 토크를 훨씬 초과하는 토크 피크가 발생하고 있었습니다. 마모된 커플링은 상당한 유격을 발생시켰고, 구동 모터와 유성 기어박스 입력단의 베어링 마모를 유발하는 비틀림 진동을 일으키고 있었습니다.
프로젝트 팀은 샤프트 및 플랜지 도면과 작동 주기 전체에 대한 설명을 첨부하여 Ever Power에 연락했습니다. 당사 엔지니어링 팀은 원래 사양을 검토하고, 굴착 작업 중 실제로 접한 지반 조건을 기반으로 필요한 서비스 계수를 재계산하여 정격 토크가 35% 증가된 업그레이드 커플링을 권장했습니다. 또한 하중을 받을 때 측정된 각도 편향을 더 잘 수용할 수 있도록 치형 크라운 반경을 수정하고, TBM에 사용되는 합성 윤활유에 적합하도록 기존 NBR 씰을 FKM 씰로 교체했습니다. 교체 커플링은 주문 접수 후 9일 이내에 제작, 열처리, 프로파일 연삭 및 치수 검사를 거쳐 맨체스터 현장으로 발송되었으며, 예정된 링 빌드 유지 보수 기간에 설치되었습니다.
설치 및 재정렬 후, 구동 장치는 남은 1.6km 터널 구간 동안 추가적인 커플링 문제 없이 정상적으로 가동되었습니다. 프로젝트 후 검사 결과, 교체된 커플링의 치형 마모는 예상 수명 중 처음 15% 이내로 나타나 수정된 사양의 타당성이 입증되었습니다. 프로젝트 팀은 이후 커플링 관련 가동 중단 사태가 발생하지 않았으며, 적절한 교체 기어 커플링을 적시에 식별, 사양화 및 공급함으로써 약 3주간의 공정 일정 단축을 달성했다고 보고했습니다.
"에버 파워에서 교체용 커플링에 대해 지정한 수정된 토크 정격은 첫 번째 링부터 정확했습니다. 백래시도 없고 진동도 없었으며, 추가적인 커플링 문제 없이 구동 장치를 완성할 수 있었습니다. 에버 파워의 엔지니어링 팀은 우리가 제공한 작동 주기 데이터를 통해 구동계에서 발생하는 상황을 명확하게 이해하고 있었습니다."
"맞춤형 커플링을 주문부터 납품까지 9일밖에 걸리지 않았다는 것은 정말 인상적입니다. 다른 공급업체들은 동일 부품에 대해 6~8주 정도의 납기를 제시했었습니다. 에버 파워의 신속한 생산 능력 덕분에 3주 지연을 막고 9일간의 계획된 유지보수 기간을 확보할 수 있었습니다. 이는 실제 운영 중인 계약에서 매우 중요한 요소입니다."
“저희는 셰필드에 있는 압연 공장 스핀들 구동 장치용 기어 커플링 교체 작업을 Ever Power와 함께 진행해 왔으며, 현재는 터널 굴착 장비에도 사용하고 있습니다. Ever Power 제품의 일관된 품질, 즉 치형 정밀도, 표면 마감, 밀봉 무결성이 저희가 계속해서 Ever Power 제품을 선택하는 이유입니다. Ever Power의 CMM 검사 보고서는 저희 품질 시스템에 필요한 추적성을 제공해 주기 때문에 저희가 일일이 문서를 찾아 헤맬 필요가 없습니다.”
자주 묻는 질문 — 영국 내 TBM 및 중공업용 기어 커플링 관련
다음 영국 프로젝트에 적합한 기어 커플링을 선정할 준비가 되셨습니까?
새로운 TBM 구동 장치용 기어 커플링을 주문하시거나, 버밍엄 또는 맨체스터의 가동 중인 터널 굴착 현장에서 마모된 커플링을 교체하시거나, 셰필드의 압연 공장 구동 시스템을 점검하시려는 경우, Ever Power의 엔지니어링 팀이 기술 지원과 상세한 견적을 제공해 드립니다. 축 도면, 토크 요구 사항 및 공정 일정을 알려주시면 영업일 기준 하루 이내에 답변드리겠습니다.