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가스터빈의 날개 진동강도 설계

전문가 제언: ○ 사업용의 가스터빈에서 날개-디스크-축계의 비틀림 진동 해석에 대해서 발전기를 포함한 모든 축계(shaft series)를 모델화할 필요가 있어 모델화하지 않으면 안 되는 날개-디스크계가 부분 구조 합성법을 이용해 미리 날개-디스크계의 진동 해석을 FEM로 상세하게 실시하여 날개-디스크-축계의 비틀림 진동을 효율 좋게 해석하는 방법이 적용되고 있다.

○ 날개의 진동 문제는 중대한 피해를 발생하는 경우가 있으므로 가스터빈의 신뢰성을 향상시키기 위해서 설계 단계에서 날개의 진동 특성을 정확하게 예측해 진동 강도를 향상시키는 것이 불가결하다. 따라서 설계 전단계에서 전단변형을 고려하는 유한요소법에 의한 해석과 초음속 공기력 계산방법인 DPM 공기격자와 SS방법(surface spline method)을 이용하여 터빈익형의 자유진동 해석할 필요가 있다.

○ 터빈날개 배열주위에서의 부유 입자 유동에서 일반적으로 추진 기관용 가스터빈 엔진은 대기 중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 먼지, 연소 입자의 영향을 받아 각 요소에 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각 통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어진다.

○ 가스터빈에 있어서 피로수명예측(fatigue life prediction)은 부품의 손상진단(component failure analysis)뿐만 아니라 부품의 설계에도 사용된다. 가스터빈의 피로수명 예측에 사용되는 LSA법은 가스터빈 부품이 규정수명 내에 피로파괴가 일어나지 않도록 부품의 WCL(worst case loading)상태 하에서 수명을 예측하는 방법이 있다.

○ 고효율 가스터빈 설계를 위한 터빈익형의 최적화 설계하기 위한 형상변수를 선정하고 형상에 영향을 미치는 형상변수를 최적화를 위한 설계 변수로 채택하고 터빈익형에서 목적함수는 익형 출구에서의 전압력이 최대가 되도록 하는 것이며 제약조건으로 익형의 단면적과 부하계수가 적어지지 않아야 한다.

저자: KANEKO Yasutomo
자료유형: 학술정보