대한기계학회논문집A (Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A)

  • 제38권12호
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  • Pages.1427-1430
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  • 2014
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  • 1226-4873(pISSN)
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  • 2288-5226(eISSN)
대한기계학회 (The Korean Society of Mechanical Engineers)
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가스터빈 블레이드 열차폐코팅의 곡률에 따른 기계적 특성 평가

Evaluation of the Mechanical Characteristics According to the Curvature of Thermal Barrier Coating

  • 이정민 (성균관대학교 기계공학부) ;
  • 석창성 (성균관대학교 기계공학부) ;
  • 구재민 (성균관대학교 기계공학부) ;
  • 김성혁 (성균관대학교 기계공학부) ;
  • ;
  • ;
  • 문원기 (성균관대학교 기계공학부)
  • Lee, Jeng-Min (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ.) ;
  • Seok, Chang-Sung (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ.) ;
  • Koo, Jae-Mean (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ.) ;
  • Kim, Sung Hyuk (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ.) ;
  • Zhen, Guo (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ.) ;
  • Tao, Shen (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ.) ;
  • Moon, Wonki (School of Mechanical Engineering, Sungkyunkwan Univ.)
  • 투고 : 2014.03.19
  • 심사 : 2014.10.12
  • 발행 : 2014.12.01
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초록

열차폐 코팅은 고온 화염의 열이 블레이드의 모재에 직접 전달되는 것을 막는 역할을 하며, 세라믹 재질의 탑코팅층과 금속 모재간 결합력을 증가시켜주는 본드코팅층으로 이루어져있다. 이러한 열차폐 코팅 기술로 인하여 블레이드 표면의 온도가 화염온도에 비해 약 $100{\sim}170^{\circ}C$정도 낮아지게 된다. 이러한 열차폐 코팅은 금속모재와 코팅층의 열팽창 계수의 차이로 인해 내부 응력이 발생하게 되며, 블레이드의 형상 및 위치에 따라 발생하는 응력이 다르다. 따라서 본 논문에서는 열차폐코팅의 내구성 시험에 보편적으로 사용되는 코인형 시험편에 대하여 모재의 곡률에 따른 유한요소해석을 수행하고 열차폐 코팅에서 발생하는 내부 응력변화를 고찰하였다. 그 결과 탑코팅에 최저응력이 발생할 때의 곡률을 도출하였고 최저응력에서의 곡률과 차이가 커질수록 발생하는 응력이 커짐을 확인하였다.

A thermal barrier coating (TBC) prevents heat directly transferring from a high-temperature flame to a substrate. The TBC system comprises a top coating and bond coating. TBC technology reduces the substrate surface temperature by about $100{\sim}170^{\circ}C$. In the TBC system, internal stress is generated by the difference in thermal expansion coefficients of the substrate and coating. The internal stress also differs according to the shape and position of the blade. In this study, finite element analysis was performed for different curvatures of coin-shaped specimens, which are commonly used for thermal fatigue tests, and the changes in internal stress of the TBC system were compared. Based on the results, the curvature at which the minimum stress occurs was derived, and the thermal stress was confirmed to increase with the difference between a given curvature and the curvature with the minimum stress.

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참고문헌

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