• 항공우주시스템공학회지
• /
• 제15권5호
• /
• pp.106-112
• /
• 2021

본 논문에서는 군에서 운용하고 있는 회전익 항공기의 후방 동체 상부에 블레이드 형상을 가진 안테나 장착 설계와 구조 건전성 해석을 수행하였다. 항공기 운항 중 안테나 또는 지지 구조물이 파손되면 기체에서 분리되어 로터 부위 및 블레이드와 충돌할 수 있다. 이 경우 항공기가 추락에 이를 수 있는 위험한 상황이 되기 때문에 반드시 개조 구조물들에 대한 구조 해석을 통해 구조적인 안전성을 확보해야 한다. 안테나 신규 장착 부위와 개조 부위에 대한 설계 요구 조건을 분석하고, 개조 전/후 항공기에 작용하는 하중을 적용하였다. 본 연구에서는 안테나 신규 장착 부위와 개조 부위에 대한 설계 요구 조건을 분석하고, 개조 전/후 항공기에 작용하는 하중을 적용하여 지지 구조물에 대한 구조해석을 수행하여 안전성을 확보하였다. 유한요소 모델을 구성하여 응력과 변형량을 확인하고 이론적인 분석 방법을 통해 유한요소 모델을 검증하였다. 이를 토대로 설계된 구조물의 구조 건전성을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제21권1호
• /
• pp.26-35
• /
• 2017

원심압축기 운전 중에 발생하는 고주기 피로균열이나 공진 등은 임펠러 파손의 주된 원인이다. 이러한 파손을 회피하기 위해 공진영역 운전에서도 견딜 수 있는 충분한 강도의 임펠러를 설계하거나, 공진이 발생하지 않도록 임펠러를 튜닝 한다. 이러한 회피설계는 임펠러 내부유동 및 성능특성 변화를 야기하게 된다. 본 연구에서는 밀폐형 임펠러에 대해 블레이드 두께를 증가시킨 모델과 스켈럽을 적용한 모델에 대한 유동 및 성능특성을 파악하기 위해 전산해석을 수행하였다. 전산해석 결과, 블레이드 두께 증가 모델 경우는 기본모델 대비 압력계수가 0.5% 감소하였으며, 전효율은 0.1% 감소하였다. 스켈럽 적용모델은 압력계수가 0.4% 증가하였으며, 전효율은 1.6% 감소하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
• /
• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.120-120
• /
• 2018

반도체 소자나 디스플레이 패널 제조 공정에 가장 많이 사용되는 진공 펌프인 터보 분자 펌프는 오일을 사용하지 않고, 설치 방향이 자유로우며 넓은 작동 압력 영역을 가지고 있어서 고가임에도 불구하고 점점 더 사용 영역을 넓혀 가고 있다. 상하의 두 곳에 회전축을 지지하는 베어링이 필요한데, 기계식 금속 베어링을 채용하는 경우에는 반드시 윤활유를 공급해 주어야 하고, 고온, 부식성 또는 산화성 가스의 배기 시에는 퍼지 가스로 비활성인 질소나 알곤등을 이용하여 보호를 해주어야 한다. 반면, 자기 베어링을 채택한 모델은 윤활의 걱정에서 자유로울 수 있기 때문에 채용이 늘어나고 있다. 동일극의 반발력이나 반대극의 인상력을 이용한 구조를 갖게 되는데 갑작스러운 입구 쪽 압력의 증가 시에는 자석 끼리 부딪치는 일이 발생하고 이로 인해서 로터 모듈 전체에 큰 손상을 갖게 되므로 한 곳 정도에 비상용 터치 다운 베어링을 기계식으로 윤활제 없이 설치하기도 한다. 기본적으로 자기 베어링 방식은 로터 모듈의 부상과 제어를 위해서 3축 또는 5축 제어를 하게 되는데 여기에는 전자석의 전류를 미세하게 조정하여 피드백 하는 시스템을 활용하기 때문에 외부에서의 자기장이 일정값 이상 침투하게 되면 제어 회로의 기능에 문제를 일으키게 된다. 또한 축 방향에 수직인 자기장의 강도가 높아지면 고속으로 회전하는 금속 블레이드가 자속을 자르게 되므로 표면에 와전류가 발생하여 문제가 된다. 터보 분자 펌프는 회전자와 고정자 간격이 1 mm 이내로 작아서 약간의 진동이라도 발생하면 회전자와 고정자 간에 충돌이 일어나고 이는 곧 파손으로 이어진다. 그림 1에는 파손 원인 분석을 위한 회전자 모듈의 수치 해석용 모델의 일부를 나타내었고, 그림 2에는 실제로 외부 자기장에 의한 파손이 발생한 사례의 자기 베어링 모듈의 사진을 나타내었다. 본 발표에서는 외부 자기장의 형태에 따라 제어 자기장에 미치는 영향을 CFD-ACE+(ESI corp)를 활용하여 해석하였다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제25권11호
• /
• pp.1705-1712
• /
• 2001

Mechanical component has striation with constant width and SEM can estimate fracture type and loading condition. SEM has benefit to fatigue fracture analysis but striation can be observed according to the kind of material and range of crack growth rate and can't. In this case, it needs AFM that can measure 3-dimensional surface profile with resolution of atomic size. In this study. to find fracture reason of torsion-mounted blade in nuclear plant, we estimate the relation between stress intensity factor range and root mean square roughness in 12% Cr steel by AFM and predict in-service loading condition of turbine blade. failure analysis is performed by finite element method and Goodman diagram on torsion-mounted blade.

• 한국정밀공학회지
• /
• 제18권10호
• /
• pp.61-68
• /
• 2001

Turbine blade in nuclear plant is subject to cyclic bending fatigue by high steam pressure. Especially, fatigue fracture is caused by low stress below yielding stress. Photograph by SEM doesn't have striation but photograph by AFM has striation on the fatigue fractured surface of 12% Cr steel used in turbine blade. Surface roughness $R_q$ has the linear relation with respect to stress intensity factor range ΔK and is increased linearly according to load amplitude $\textit{\Delta}P$. In this study loading condition applied to turbine blade is predicted by the relation between the gradient of $R_q$ to $\textit{\Delta}K$ and load amplitude $\textit{\Delta}P$.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
• /
• pp.877-880
• /
• 2017

원심압축기 임펠러의 블레이드는 고속회전과 정상유동 압력에 의한 정적하중이 가해진다. 동시에 임펠러와 디퓨저 베인 간 상호작용에 의해 발생하는 비정상 유동의 공력가진력이 공진조건에서 주기적으로 임펠러를 가진함에 따라 임펠러 블레이드의 고주기피로 파손이 발생할 수 있다. 이에 대한 정밀한 구조응답 예측을 위해 ANSYS를 이용한 비정상 유동 해석과 모드해석을 각기 수행하여 공력가진력과 주요 공진조건을 도출하였다. 이 후 공력-구조를 연계하는 단일방향의 강제진동 해석을 수행하고, 결과들을 토대로 고주기피로에 대한 안전도를 평가하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
• /
• 제6권2호
• /
• pp.137-143
• /
• 2020

가스터빈 고온부품 소재로 사용되는 Ni기 초합금 CM247LC 소재에 대한 최적 후처리 조건을 도출하기 위해 일방향 응고 주조법을 통한 봉상시험편을 제작하였다. 제작된 시험편은 HIP (Hot Isostatic Pressing) 처리 및 후열처리를 통해 기계적 특성과 미세 구조를 분석하여 최적의 HIP처리 조건을 도출하고자 하였다. CM247LC 소재의 경우 가스터빈 블레이드의 대체 소재로써 시제품 제작을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 블레이드의 경우 고속의 회전체로 고온 및 고압의 운전 환경에 노출되어 손상 시 후단의 블레이드와 베인에 대해 추가적인 설비 파손을 야기하여 막대한 경제적 손실을 초래할 수 있다. 따라서, CM247LC 소재가 블레이드 시제품 제작에 사용되기 위해서는 미세구조와 기계적 특성에 대한 신뢰성이 확보되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 CM247LC 소재에 대한 기계적 특성 향상을 위해 전력연구원에서 설계한 기준에 따라 HIP처리 및 열처리를 수행하고 미세조직 특성 및 기계적 특성 분석을 통해 기존 1,300℃급 가스터빈 블레이드에 소재로 활용되고 있는 GTD111DS 소재와 기계적 특성을 비교 평가하였다.

• Journal of Welding and Joining
• /
• 제19권3호
• /
• pp.298-304
• /
• 2001

Turbine blade is subject to force of three types ; the torsional force by torsional mount, the centrifugal force by the rotation of rotor and the cyclic bending force by steam pressure. The cyclic bending force was a main factor on fatigue strength. SEM fractography in root of turbine blade showed micro-clack width was not dependent on stress intensity factor range. Especially, fatigue did not exist on SEM photograph in root of turbine blade. To clear out the fracture mechanism of turbine blade, nanofractography was needed on 3-dimensional crack initiation and crack growth with high magnification. Fatigue striation partially existed on AFM photograph in root of turbine blade. Therefore, to find a fracture mechanism of the torsion-mounted blade in nuclear power plant, the relation between stress intensity factor range and surface roughness measured by AFM was estimated, and then the load amplitude ΔP applied to turbine blade was predicted exactly by root mean square roughness.

• 분석과학
• /
• 제21권2호
• /
• pp.148-157
• /
• 2008

$1,000^{\circ}C$ 이상의 고온에서 수천~수만 rpm으로 작동하는 가스터빈 부품의 수명을 예측하기 위하여 크립파단 실험으로 얻어진 Larson-Miller 크립곡선을 활용하고 있다. 이 방법은 고온에서 시편에 하중을 주어 파단수명을 구하여 크립 파단수명을 온도와 하중의 함수로 나타낸 실험결과 곡선이다. 파손적 실험으로서 오차가 수십배를 상회하여 수명예측이 정확하지 않다. 반면에 본 연구에서는 비 파손적일 뿐 아니라 더 정확한 수명예측이 가능한 방법을 소개하고자 한다. 즉, $1,280^{\circ}C$에서 22,000시간(6,000 기동) 사용되어 폐기된 보령 가스터빈 제1단 단결정 블레이드(버켓)에 국부적으로 polishing한 후, 부식시킨 다음 replica를 떤다. 이 replica에 붙은 석출물들은 TEM과 SEM 사진으로 구하여 디지털 이미지하여 크기가 측정된다. 블레이드가 사용 전에 $0.45{\mu}m$ 크기에서 사용 후, $0.6{\mu}m$로 성장하였으나, 추가적으로 약 만여 시간 더 사용할 수 있으며 열처리를 추가하면 이만여 시간 더 사용할 수 있음을 알 수 있었다.

• 소음진동
• /
• 제11권3호
• /
• pp.410-415
• /
• 2001

This paper describes an experimental analysis for improving the stability of blade failure due to the vibration resonance, which happens in the low-pressure steam turbine. Some cracks due to high cycle fatigue were found in the blades of a low-pressure turbine after long time operation. Impact test showed that such failure was mainly caused by the resonance. In other words, since one of the natural frequencies of the grouped blade is very close to the excitation frequency of the nozzle, the resonant vibration leads to a large amplitude of displacement and results in a large amount of stress that may cause fatigue failures in the blades. It is interesting that the blade failures occur only at blades neighboring with the nodal points of the natural vibration mode whose natural frequency is close to the nozzle passing frequency. The effective methods for increasing the reliability against the blade vibration are a heightening the fatigue limit of the blade using an advanced material and a removing the resonance away from the operating speed. It is well known that the removal of theresonance could be obtained by the installation of different types of shrouds, wires, and links between the blades as well as by the chance of the number of nozzles. In the present work, two kinds of modification for avoiding the resonance haute been considered; 1) slot-type finger, 2) long span cover. Full-scale mockup tests have been performed in order to confirm the verification for modification in the shop. Test results show that the use of long span cover is very useful to change the natural frequencies of the grouped blade and to avoid the resonance effectively.