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최우성(Woo Sung Choi),송기욱(Gee Wook Song),장성용(Sung Yong Chang),김범수(Beom Soo Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.10
가스터빈 블레이드는 증기터빈 블레이드와 달리 냉각홀 및 냉각유로를 포함한 복잡한 형상으로 되어 있으며 복합화력의 운전특성에 따라 반복적이거나 지속적인 열-기계 하중 조건 하에서 운전된다. 따라서 블레이드는 운전시간에 따라 균일하지 못한 온도 분포나 응력 분포를 보이며, 이는 크리프나 열-기계 피로 손상을 유발하며, 결국 가스터빈 블레이드의 수명을 단축시킨다. 결국 다양한 운전 조건에 따라 발생하는 응력을 정확하게 계산하는 것은 설비의 신뢰성을 보장하고 나아가 블레이드와 같은 고온 부품의 정확한 수명을 평가하는데 무엇보다 중요하다. 최근 들어 컴퓨터 기능이 좋아지고 상용 소프트웨어의 성능이 향상되어 실증 시험에 대한 대안으로 유동, 열 및 구조해석을 연결하는 전산해석이 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 가스터빈 실 운전조건을 고려하여 유동-열-구조 해석 기법을 연계하는 유체-구조 연성해석을 통해 블레이드 온도 및 응력분포를 계산하였다. 또한 해석 결과를 토대로 대표적인 손상기구인 크리프 및 열-기계 피로 손상 모델을 이용하여 블레이드의 수명을 평가하였다. Gas turbine blades that have complex geometry of the cooling holes and cooling passages are usually subjected to cyclic and sustained thermal loads due to changes in the operating characteristic in combined power plants; these results in non-uniform temperature and stress distributions according to time to gas turbine blades. Those operation conditions cause creep or thermo-mechanical fatigue damage and reduce the lifetime of gas turbine blades. Thus, an accurate analysis of the stresses caused by various loading conditions is required to ensure the integrity and to ensure an accurate life assessment of the components of a gas turbine. It is well known that computational analysis such as crosslinking process including CFD, heat transfer and stress analysis is used as an alternative to demonstration test. In this paper, temperatures and stresses of gas turbine blade were calculated with fluid-structural analysis integrating fluidthermal-solid analysis methodologies by considering actual operation conditions. Based on analysis results, additionally, the total lifetime was obtained using creep and thermo-mechanical damage model.
1Cr1Mo1/4V 터빈 로터강의 크리프 손상 모델에 관한 연구
최우성(Woo Sung Choi),에릭플러리(Eric Fleury),송기욱(Gee Wook Song),김범신(Bum Shin Kim),장성호(Sung Ho Chang) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.4
일반적으로 화력발전 터빈 로터나 케이싱과 같이 고온 고압에서 운전되는 설비의 경우 크리프 및 피로 손상이 주된 손상기구로 알려져 있다. 터빈 설비의 수명을 정확하게 예측하기 위해서 크리프 및 피로 손상 기구를 복합적으로 고려해야 하지만 500MW 급 대용량 터빈 설비의 경우 기저 부하를 담당하기 때문에 기동횟수가 많지 않고 고온에서 장시간 동안 안정적인 운전을 하므로 잔여수명을 결정할 때 크리프 수명을 주로 사용한다. 국내에서 20 년 넘게 운전되고 있는 대용량 터빈의 경우 대부분 니켈, 크롬, 몰리브덴, 바나듐 성분이 포함한 재료로 되어 있다. 본 논문에서는 대용량 터빈의 크리프 수명을 예측하기 위하여 1Cr1Mo1/4V 터빈 로터강에 대한 크리프 손상 모델을 제안하고자 한다. It is well known that the dominant damage mechanisms in high-temperature steam turbine facilities such as rotor and casing are creep and fatigue damages. Even though coupling of creep and fatigue should be considered while predicting the life of turbine facilities, the remaining life of large steam turbine facilities is generally determined on the basis of creep damage because the turbines must generate stable base-load power and because they are operated at a high temperature and pressure for a long time. Almost every large steam turbine in Korea has been operated for more than 20 years and is made of steel containing various amounts of principal alloying elements nickel, chromium, molybdenum, and vanadium. In this study, creep damage model of 1Cr1Mo1/4V steel for turbine rotor is proposed and that can assess the high temperature creep life of large steam turbine facilities is proposed.
발전설비 최적 정비를 위한 독립형 위험도 평가 소프트웨어 개발
최우성(Woo Sung Choi),송기욱(Gee Wook Song),김범신(Bum Shin Kim),장성호(Sung Ho Chang),이상민(Sang Min Lee) 대한기계학회 2015 大韓機械學會論文集A Vol.39 No.11
위험도 평가 기술은 주로 플랜트의 많은 운영설비 중 대형사고나 피해를 유발할 수 있는 위험설비를 선별하는 목적으로 개발되었다. 현재 발전소에 설치되어 있는 설비관리시스템에는 초기 버전의 위험도 평가모듈이 설치되어 있으나 문진 위주로 구성되어 통계적 기법에 기반을 둔 고장 확률 평가보다는 평가자의 주관적인 판단에 따라 평가 결과가 좌우되었다. 또한 발전회사 서버에 기반하였기 때문에 평가자가 공간 및 시간의 제약을 받을 수 밖에 없고 현장 활용에 한계가 있었다. 본 논문에서는 문진 대신 해석적 분석을 이용한 기본 고장확률을 계산하고 현장 검사 결과 및 검사 효용도를 분석할 수 있는 독립형 위험도 평가 소프트웨어를 개발하였다. 독립형으로 현장 운용이 가능하며 최적 정비주기 예측 및 현장검사 결과에 대한 입출력 기능이 있기 때문에 정비에 직접 참여하는 현장 사용자뿐만 아니라 발전 설비의 수명연장 및 교체를 결정해야 하는 엔지니어에게 유용한 정보를 제공할 것이다. Risk-Risk-based inspection (RBI) has been developed in order to identify risky equipments that can cause major accidents or damages in large-scale plants. This assessment evaluates the equipment"s risk, categorizes their priorities based on risk level, and then determines the urgency of their maintenance or allocates maintenance resources. An earlier version of the risk-based assessment software is already installed within the equipment management system; however, the assessment is based on examination by an inspector, and the results can be influenced by his subjective judgment, rather than assessment being based on failure probability. Moreover, the system is housed within a server, which limits the inspector"s work space and time, and such a system can be used only on site. In this paper, the development of independent risk-based assessment software is introduced; this software calculates the failure probability by an analytical method, and analyzes the field inspection results, as well as inspection effectiveness. It can also operate on site, since it can be installed on an independent platform, and has the ability to generate an I/O function for the field inspection results regarding the period for an optimum maintenance cycle. This program will provide useful information not only to the field users who are participating in maintenance, but also to the engineers who need to decide whether to extend the lifecycle of the power machinery or replace only specific components.