균열 크기 및 위치를 고려한 가스터빈 압축기 블레이드의 유한요소해석

Abstract

발전 효율 향상을 위한 장시간 가동 및 발전용 압축기 내부의 가혹한 하중 조건은 압축기 블레이드의 결함을 유발하며, 하나의 블레이드 파손은 발전시스템에 연쇄적인 피해를 입혀 발전 효율 하락 및 경제적 손실을 발생시킨다. 따라서 압축기 블레이드의 손상을 조기에 감지하는 것이 필요해졌으며, 이를 위해 균열이 압축기 블레이드에 미치는 영향을 파악하는 것이 중요해졌다. 본 연구에서는 실제 발전기의 압축기 내부의 블레이드와 유사한 조건을 모사하여 유한요소해석을 진행한다. 블레이드의 균열 위치와 길이를 다양하게 모사하여 이에 따른 응력 분포와 수준이 변화하는 것을 관찰함으로써 균열의 변화에 따른 압축기 블레이드의 상태 변화를 파악하며 이를 토대로 균열이 압축기 블레이드에 미치는 영향을 연구 및 분석함으로써 균열의 상태에 따른 블레이드의 정적 거동을 파악하고 파손 가능성을 예측하고자 한다. 또한 블레이드 팁에 3개의 절점을 지정하고 균열의 위치에 따른 절점의 변위차를 분석하고 이를 균열의 위치에 따른 블레이드의 굽힘 및 거동과 연관지어 고찰한다. 구조해석 이후에는 진동해석을 수행하고, 균열의 위치와 길이가 압축기 블레이드의 고유진동수 변화에 미치는 영향을 고찰한다. 균열의 상태에 따른 고유진동수의 변화 양상을 블레이드의 동적 특성과 연계하여 연구하며 그 결과를 바탕으로 파손 가능성이 있는 압축기 블레이드의 정보를 수집하고자 한다.