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가스터빈 블레이드의 비접촉 진동계측

전문가 제언: ○ 가스터빈에서 연소가스와 직접 접촉하고 가장 높은 응력을 받는 부품은 터빈 블레이드이고 그 중에서도 가스터빈 1단 로터 블레이드가 가장 높은 온도이면서 높은 원심력, 고부하라는 매우 극심한 환경에서 사용되고 있다. 따라서 터빈의 효율과 성능은 물론 안정되고 안전한 제품으로서의 신뢰성을 높이기 위한 설계를 위해서는 요소시험 및 검증시험을 몇 번이고 반복해서 얻어진 데이터를 설계에 피드백하여 주는 것이 중요하다. 이와 같이 개발한 것이 고온 가스 환경에서도 실시간으로 사용 가능한 비접촉 블레이드 진동 계측기술인 것이다.
○ 발전소 가스터빈의 로터 블레이드는 1,600℃의 고온 환경에서 3,600rpm의 고속회전으로 운전되고 있으며 기동과 정지를 자주 반복하기 때문에 경년변화 및 열응력에 의해 피로 파괴되면 로터 전체가 손상되는 대형사고로 이어지게 된다. 이러한 사고를 미연에 방지하기 위하여 비파괴 시험과 함께 평가도 하지만, 비접촉 블레이드 진동 계측기술로 분석된 데이터를 설계부문에 반영시켜 개량 개선을 하기도 한다.
○ 가스터빈 설비는 발전효율 및 운전 신뢰도가 비교적 높고 친환경적이라는 점 때문에 발전 설비로서 급격하게 증가하고 있다. 국내에서 운영 중인 가스터빈 설비는 2014년 현재 100여대로 추정되며 국내 발전 설비 용량의 약 25%를 차지한다고 한다. 안정적인 전력 수급을 위해서 예방정비 차원에서의 비접촉 진동 계측도 필요하지만 가스터빈 국산화 차원에서도 블레이드 설계를 위한 비접촉 계측기술도 중요하다.
○ 최근 원자력 발전의 안전성이 이슈화되면서 대체 전력 발전으로 신재생 에너지의 부각 및 기존 발전소 가스터빈 엔진의 출력과 효율을 향상시키고자 하는 연구가 국내외에서 활발하게 추진되고 있다. 특히 가스터빈 발전기의 경우 핵심 부품인 로터 블레이드의 효율적인 설계는 그 출력 성능을 좌우한다. 초기 설계 단계부터 비접촉 진동 계측기 등의 검증시험을 통해 입수한 데이터를 설계에 반영하는 과정을 반복한다면 개량 개선된 가스터빈을 개발할 수 있을 것이라고 생각 된다.

저자: Kazuhiro Tamura, Masaki Ono, Shunsuke Torii, Kazuki Morimoto
자료유형: 학술정보