• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.41 no.3
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• pp.225-232
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• 2017

Several maintenance issues related to cavitation erosion and fatigue cracks in the water turbine subcomponents of pumped-storage plants, such as a runner and a draft tube, have been reported in the past. Generally, the pumped-storage plants provide ancillary services, such as black-start and system stabilization. The ancillary services are responsible for cyclic low opening operation of the guide vanes. It has been empirically established that this low opening operation further damages the water turbine subcomponents. In this study, the acceleration effect of the low opening operation on the cavitation erosion and fatigue of the water turbine is quantitatively assessed through finite element flow analysis, finite element stress analysis, and fatigue analysis. As a result of the assessment, it is identified that the cavitation potential increases and the turbine efficiency decreases with a decrease in the opening of the guide vane. Also, the low opening operation has an insignificant effect on the fatigue even though it increases the maximum stress values at the runner blade roots.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.196-196
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• 2013

• Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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• 2011.06a
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• pp.227-227
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• 2011

• Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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• 2012.06a
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• pp.256-256
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• 2012

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.198-198
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• 2013

• Proceedings of the Korean Society of Fisheries Technology Conference
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• 1995.06b
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• pp.0.4-3
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• 1995

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.260-260
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• 2012

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.3-3
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• 2018

산업 발전과 더불어 각종 장비들은 기존에 비해 현저히 가혹한 조건에서 운전되고 있다. 그러한 이유로 고유속, 고회전 등에 기인한 침식 및 캐비테이션 손상이 정적 환경과 비교할 수 없을 정도로 내구성이 저하되어 큰 손상 사고로 이어지는 사례가 다발하고 있다. 아울러 해양환경은 가혹한 부식 조건이므로 동적 손상과 복합적으로 작용하여 그 장비수명은 현저히 단축되고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위한 다양한 표면처리 기술이 필요하다고 할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.119.2-119.2
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• 2017

무전해 니켈도금은 전기 공급 없이 환원재의 화학반응에 의해 도금이 진행되며, 복잡한 형상의 제품에도 균일한 도금 층을 형성시킬 수 있어 널리 적용되는 기술이다. 특히, 전기 니켈도금 층에 비해 무전해 니켈도금 층의 내식성과 내마모성이 우수하여 산업현장에서 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 해양환경에서 빠른 유속 변화에 의해 발생되는 캐비테이션-침식 방지를 위한 무전해 니켈도금의 적용은 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 회주철의 캐비테이션-침식 방지를 위해 최적의 무전해 니켈도금 조건을 규명하고, 그 캐비테이션 저항성을 평가하고자 하였다. 무전해 니켈코팅을 위한 모재는 gray cast iron (FC250)을 $19.5mm{\times}19.5mm{\times}5mm$의 크기로 제작하였다. 회주철의 인장강도는 $330N/mm^2$이며, 그 성분 조성(wt.%)은 3.23 C, 1.64 Si, 0.84 Mn, 0.016 P, 0.013 S 그리고 나머지는 Fe이다. 시험편은 SiC 페이퍼 grit #1200까지 연마하였으며, 시험편의 표면 거칠기(centre line average, Ra)는 $1.6-2.1{\mu}m$ 범위 내로 제작하였다. 연마된 시험편은 증류수(distilled water) 세척 후 hot air로 건조하였다. 무전해 도금 전 시험편은 탈지를 위해 아세톤 용액(room temperature, RT)에서 3분간 초음파 세척하고, $90^{\circ}C$의 알카리 수용액으로 5분간 세척하였다. 그리고 표면활성화를 위한 산세척(acid pickling)은 5% sulfuric acid 용액에서 30초 동안 실시하였다. 무전해 Ni-P(electroless nickel, EN) 도금 전과 모든 과정마다 증류수로 시험편을 철저하게 세척하였다. EN 도금을 위한 도금욕(the bath)은 기존 문헌 연구를 통해 조성성분, 도금조건 및 변수들(the parameters)의 적절한 범위를 결정하였다. 도금조로 500mL 비커를 사용하였으며, 모든 시험편은 2시간 동안 EN deposition을 실시하였다. 캐비테이션 실험 결과 EN 도금의 표면경도가 증가함에 따라 캐비테이션 저항성도 현저하게 향상되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2011.05a
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• pp.80-80
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• 2011

세계 기후 변화와 불안정한 유가 변화에 대응하고 국내산업의 저탄소 녹색성장을 위해 신재생에너지 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 해양에너지 중에서 조류발전은 대규모 댐을 건설할 필요가 없어 비용이 적게 소요되고 특히 날씨 변화나 계절에 관계가 없고, 발전량이 예측 가능하므로 신뢰성 있는 에너지원으로 적용이 가능하다. 조류발전기 블레이드에 폴리머계 복합재료와 스테인리스강이 대부분인데, 이 재료는 특정 회사에서만 제작 가능하며, 충격에 약하고, 균열전파 속도가 빠르며, 대단히 고가이며, 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이러한 조류발전에 사용되는 블레이드는 가혹한 부식, 캐비테이션 그리고 침식환경에 노출되어 있어 내구성이 우수한 제품개발이 대단히 중요하며, 조류발전 블레이드를 동합금으로 제작시, 내식성이 뛰어나며 구리의 특성상 해양생물 서식을 방지할 수 있고, 내캐비테이션 특성, 내구성, 가공성 및 유지보수가 용이한 장점이 있다. 이러한 동합금에 WC-27NiCr와 WC-10Co4Cr를 초고속 화염용사(HVOF)를 이용하여 코팅층의 캐비테이션 특성 및 전기화학적 거동을 연구하였다. 본 연구에서는 조류발전용 블레이드의 재료로 사용하려는 동합금에 WC-27NiCr와 WC-10Co4Cr이 용사코팅된 시험편을 사용하였다. 다채널 부식시험기인 WonA-tech WMPG-1000을 이용하여, 자연전위를 측정하였으며, 분극실험은 자체 제작한 홀더를 사용하여 $0.3318cm^2$를 노출 시켜 실험하였다. 기준전극은 은/염화은 전극을, 대극은 백금 전극을 사용하였다. 양분극과 음분극 실험을 통해 개로전위에서의 부식거동을 확인하였고, 정전위 실험도 실시하였다. 실험 종료 후 3D현미경 및 전자주사현미경(SEM)을 사용하여 코팅층 표면의 손상거동을 관찰하였다. 캐비테이션 실험은 ASTM-G32 규정에 의거하여 압전효과를 용한 진동발생 장치(RB 111-CE)를 사용하였다. 수조는 전기화학적 부식의 영향을 고려하여 아크릴로 제작하였고, 시험편은 실험장비에 맞게 파인커팅머신을 이용하여 $20mm{\times}20mm$로 절단하여 사용하였으며 혼과 대향하도록 하여 1mm 간격을 두어 실험하였다. 실험 실시 전, 미소전자저울을 사용하여 무게감소량을 측정하였으며 표면관찰을 통하여 캐비테이션 거동을 관찰하였다.