KR101414674B1 - 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치 - Google Patents

고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용존산소, 용존수소 및 수소이온 농도와 온도 조절이 가능한 화학수를 노즐을 통해 분사, 액적을 발생시키고 발생시킨 액적을 고속 회전하는 원판에 부착된 재료시편에 충돌시켜 액적충돌에 따른 침식 손상을 모사할 수 있는 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 관한 것으로서,
수소 탱크(12)로부터 공급되는 수소를 이용하여 용존 산소 및 용존 수소의 농도를 제어한 화학수가 저장되는 화학수 저장탱크(11)와; 일정 유량의 화학수를 토출구로 계속 이송하여 가압 환경을 만들어주도록 화학수 저장탱크(11)에 연결된 제1 차징펌프(13)와; 노즐(35)을 통해 분사되는 화학수를 고속회전되는 회전원판에 설치된 시료에 충돌시켜 액적 충돌에 따른 재료손상을 모사하는 액적충돌시험기(20)와; 제1 차징펌프(13)에 의해 이송된 화학수가 일정 유속을 유지한 상태로 루프(15) 내부를 순환되도록 하는 순환펌프(14)와; 루프(15) 상의 화학수가 상기 노즐(35)을 통해 일정한 압력으로 분사되도록 차압을 제어하는 차압 제어부(30)와; 액적충돌시험기(20)에서 충돌 시험을 마친 화학수를 회수하여 화학수 저장탱크(11)로 재순환시키기 위한 재순환부(40)와; 화학수 저장탱크(11)의 전방에서 재순환부(40)에 의해 회수된 화학수의 이온 성분을 제거하는 이온교환기(19);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치{Apparatus for simulating liquid droplet impingement erosion by using high-speed rotator}
본 발명은 용존산소, 용존수소 및 수소이온 농도와 온도 조절이 가능한 화학수를 노즐을 통해 분사, 액적을 발생시키고 발생시킨 액적을 고속 회전하는 원판에 부착된 재료시편에 충돌시켜 액적충돌에 따른 침식 손상을 모사할 수 있는, 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 관한 것이다.
일반적으로 고속 유체가 어떤 물체와 충돌하면 침식현상이 발생하며, 이러한 침식현상이 예상되는 장비 또는 설비에 있어서는 이러한 침식현상을 예측하여 설계하는 것이 매우 중요하다.
이러한 고속 유체와의 충돌로 인한 침식현상이 문제되는 경우로는, 비행기의 캐노피 또는 발전소의 터빈블레이드와 같이 고속의 유체가 기기의 외부에 충돌하여 침식현상이 발생하는 경우가 있고, 원자력발전소를 포함한 산업설비에서 사용되는 배관 내에서 고속 유체로 인한 침식 현상이 발생하는 경우가 있다.
이러한 고속 유체로 인한 침식 현상을 예측하는 것은 매우 중요하다. 특히, 발전소에서와 같이 특정 화학 물질이 포함된 고속 유체가 배관 내에서 충돌하는 경우 그 침식 현상을 예측하는 안전을 위하여 매우 중요한 사실이다.
이러한 이상 유동에서의 액적 상태량, 즉 액적의 속도와 크기, 충격압 및 충돌횟수 등에 따른 재료 표면의 침식 및 부식 손상현상에 대한 이해가 필요하며, 이러한 현상의 이해를 위해서는 재료미세조직, 재료역학, 전기화학 및 유체역학적 측면에서 종합적인 판단이 필요하다.
이러한 액적충돌 침식현상을 모사하기 위한 대표적인 방법으로는 워터젯을 이용하는 방법과 회전원판을 이용하는 방법이 있다. 하지만 워터젯을 이용하는 방법의 경우 고속 충돌하는 액적의 속도와 크기를 측정하기 위해 레이저 속도계 등의 고가의 장비를 이용해야 하는 단점이 있고, 회전원판을 이용하는 방법의 경우에는 액적의 온도, 용존산소, 용존수소 및 수소이온의 농도 등 화학수에 대한 제어가 불가능한 단점이 있다.
한편, 공개특허 10-2012-0080876호에는, 압축공기를 생성하는 공기압축기; 상기 공기압축기에 의해 생성된 압축공기를 저장하는 공기저장탱크; 상기 공기저장탱크에 저장된 압축공기가 이송되는 압축공기공급라인; 상기 압축공기공급라인에 연결되는 분사노즐; 상기 분사노즐에 연결되는 물공급라인; 상기 물공급라인에 배치되는 수량조절밸브; 및 상기 분사노즐에 의해 분사된 분사유체와 충돌하는 재료시편이 수용되는 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 2상 유체의 충돌로 인한 액적충돌침식 실험장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기한 고속 2상 유체의 충돌로 인한 액적충돌침식 실험장치는, 회전원판이 아닌 압축공기에 의한 2상유체의 직접적인 분사를 이용하는 방식으로 유체 속도 측정이 어렵고, 수화학 환경을 제어할 수 있는 장치가 포함되지 않아 실험 결과에 대한 신뢰성이 높지 않은 문제점이 있다.
그리고, 선행논문 1과 2는 고속회전 원판을 이용한 방식이기는 하나, 수화학 환경 모사가 불가능한 단점이 있다.
KR 10-2012-0080876 A
(선행논문 1) J.F. Ripken, "A test rig for studying impingement and cavitation damage", 69th ASTM annual meeting, NJ, June 26-July 1, 1966. (선행논문 2) Y. higashi et al.,"Study on pipe wastage mechanism by liquid droplet impingement erosion", Proceedings of the 17th Int. Conf. on Nuc. Eng.(ICONE17), July 12-16, Brussels, Belgium, 2009.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발전소 배관계통에서 발생할 수 있는 액적충돌 침식에 따른 배관재료의 손상을 모사하는 장치의 개발에 그 목적이 있다.
구체적으로 온도, 용존산소, 용존수소, 수소이온 농도 등의 발전소 수화학 환경을 구현함과 아울러 액적충돌 침식의 영향인자인 액적의 속도와 크기를 제어하고 충돌 모사가 가능한 장치를 구현하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수소 탱크로부터 공급되는 수소를 이용하여 용존 산소 및 용존 수소의 농도를 제어한 화학수가 저장되는 화학수 저장탱크와; 일정 유량의 화학수를 토출구로 계속 이송하여 가압 환경을 만들어주도록 상기 화학수 저장탱크에 연결된 제1 차징펌프와; 노즐을 통해 분사되는 화학수를 고속회전되는 회전원판에 설치된 시료에 충돌시켜 액적 충돌에 따른 재료손상을 모사하는 액적충돌시험기와; 상기 제1 차징펌프에 의해 이송된 화학수가 일정 유속을 유지한 상태로 루프 내부를 순환되도록 하는 순환펌프와; 상기 루프 상의 화학수가 상기 노즐을 통해 일정한 차압으로 분사되도록 상기 액적충돌시험기와의 압력차를 감지하는 차압계와, 차압이 일정하게 유지되도록 유량을 조절하는 미터링 밸브와, 화학수에 포함된 고체입자의 제거를 위한 필터 및 상기 필터의 전후방에 각각 설치되어 양측의 압력차를 감지하는 압력계로 이루어진 차압 제어부와; 상기 액적충돌시험기에서 충돌 시험을 마친 화학수를 회수하여 상기 화학수 저장탱크로 재순환시키기 위한 재순환부와; 상기 화학수 저장탱크의 전방에서 상기 재순환부에 의해 회수된 화학수의 이온 성분을 제거하는 이온교환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 루프의 화학수 일부를 냉각시켜 상기 이온교환기로 공급함으로써 상기 화학수 저장탱크 내의 화학수 온도를 저하시키는 냉각부를 포함하고,
상기 냉각부는 냉각기로부터 공급되는 냉각수를 이용하여 화학수를 냉각시키는 열교환부와, 상기 열교환부에서 나온 화학수를 걸러주는 필터와, 상기 필터의 전후방에 각각 설치되어 양측의 압력차를 감지하는 압력계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 루프에는, 화학수의 가열을 위한 히터와, 압력 확인을 위한 압력계, 온도확인을 위한 서모커플 및 외부 모니터링을 위하여 압력신호를 전기신호로 바꾸어주는 압력 변환기가 각각 설치된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 액적충돌시험기는 모터의 축에 연결되어 고속 회전되는 회전원판과, 내부에 상기 회전원판이 위치되고 일측에 상기 노즐이 설치되는 밀폐 용기와, 상기 밀폐 용기에 형성되어 내부를 관찰할 수 있도록 하는 복수의 관찰창과, 상기 밀폐 용기 내부의 압력을 감지하는 압력계와, 외부 모니터링을 위하여 압력신호를 전기신호로 바꾸어주는 압력 변환기 및 상기 밀폐 용기 내부의 압력 조절을 위한 릴리프 밸브로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 액적충돌시험기는 상기 회전원판의 회전에 의한 내부 유동으로 액적이 비산되는 것을 차단할 수 있도록 상기 밀폐 용기의 내부에 진공을 인가하는 진공펌프 및 상기 밀폐 용기 내부가 가압 환경이 되도록 가스를 공급하는 가스 공급라인에 설치되어 가스 유량을 조절하는 가스유량조절기를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 디지털카메라와 스트로브 광원을 이용하여 상기 관찰창을 통해 비추어지는 상기 회전원판에 충돌하는 액적을 촬영하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 재순환부는 상기 액적충돌시험기에서 회수된 화학수가 일시 저장되는 중간저장탱크와, 회수된 화학수에 포함된 산소 및 가압가스가 제거되도록 상기 중간저장탱크에 질소를 공급하는 질소탱크와, 상기 이온교환기를 통해 상기 중간저장탱크의 화학수를 상기 화학수 탱크로 재순환시키는 제2 차징펌프를 포함하고,
상기 제2 차징펌프는 상기 중간저장탱크에 설치된 수위측정기에서 감지된 상기 중간저장탱크의 수위가 일정 이상일 경우에만 작동되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 제1 차징펌프 및 제2 차징펌프의 후방에는 각각 체크밸브와 릴리프 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 제2 차징펌프의 전방과 후방에 각각 필터가 설치되고, 각 필터의 전후방에는 각각 압력계가 설치되어 양측의 압력차를 감지하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 화학수 탱크와 제1 차징펌프 사이에는 화학수의 pH 농도를 감지하는 pH 센서가 설치되고,
상기 제1 차징펌프와 루프 사이에는 화학수의 용존산소량을 측정하는 산소센서와, 화학수의 용존수소량을 측정하는 수소센서가 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치에 따르면, 상기 제1 차징펌프와 루프 사이에는 상기 제1 차징펌프에 의해 공급되는 화학수로 인한 진동을 완화시킬 수 있도록 하는 나선형 배관이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치는 화학수 공급장치를 통해 발전소 수화학 환경을 모사한 화학수를 회전원판에 충돌시켜 그 침식 상태를 확인하되 충돌 액적의 속도를 회전원판을 이용하여 제어함으로써 보다 정확한 충돌침식 상태를 모사하여 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한 디지털카메라와 스트로브 광원을 이용하여 회전원판에 충돌하는 화학수의 액적을 밀폐 용기에 구비된 관찰창을 통해 촬영함으로써 레이저를 이용하는 기존 방법에 비해 경제적이고 효율적인 측정이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치가 도시된 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 액적충돌시험기의 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수소 탱크(12)로부터 공급되는 수소를 이용하여 용존 산소 및 용존 수소의 농도를 제어한 화학수가 저장되는 화학수 저장탱크(11)와; 일정 유량의 화학수를 토출구로 계속 이송하여 가압 환경을 만들어주도록 상기 화학수 저장탱크(11)에 연결된 제1 차징펌프(13)와; 노즐(35)을 통해 분사되는 화학수를 고속회전되는 회전원판에 설치된 시료에 충돌시켜 액적 충돌에 따른 재료손상을 모사하는 액적충돌시험기(20)와; 상기 제1 차징펌프(13)에 의해 이송된 화학수가 일정 유속을 유지한 상태로 루프(15) 내부를 순환되도록 하는 순환펌프(14)와; 상기 루프(15) 상의 화학수가 상기 노즐(35)을 통해 일정한 차압으로 분사되도록 상기 액적충돌시험기(20)와의 압력차를 감지하는 차압계(31)와, 차압이 일정하게 유지되도록 유량을 조절하는 미터링 밸브(32)와, 화학수에 포함된 고체입자의 제거를 위한 필터(33) 및 상기 필터(33)의 전후방에 각각 설치되어 양측의 압력차를 감지하는 압력계(34)로 이루어진 차압 제어부(30)와; 상기 액적충돌시험기(20)에서 충돌 시험을 마친 화학수를 회수하여 상기 화학수 저장탱크(11)로 재순환시키기 위한 재순환부(40)와; 상기 화학수 저장탱크(11)의 전방에서 상기 재순환부(40)에 의해 회수된 화학수의 이온 성분을 제거하는 이온교환기(19)와; 상기 루프(15)의 화학수 일부를 냉각시켜 상기 이온교환기(19)로 공급함으로써 상기 화학수 저장탱크(11) 내의 화학수 온도를 저하시키는 냉각부(50)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 냉각부(50)는 냉각기(51)로부터 공급되는 냉각수를 이용하여 화학수를 냉각시키는 열교환부(52)와, 상기 열교환부(52)에서 나온 화학수를 걸러주는 필터(53)와, 상기 필터(53)의 전후방에 각각 설치되어 양측의 압력차를 감지하는 압력계(54)를 포함한다.
그리고, 상기 루프(15)에는 화학수의 가열을 위한 히터(15a)와, 압력 확인을 위한 압력계(Pressure Gage;PG, 15b), 온도확인을 위한 서모커플(Thermocouple; TC, 15c) 및 외부 모니터링을 위하여 압력신호를 전기신호로 바꾸어주는 압력 변환기(Pressure Transducer;PT, 15d)가 각각 설치된다. 또, 상기 제1 차징펌프(13)의 후방에는 각각 체크밸브(16a)와 릴리프 밸브(16b)가 설치되고, 상기 화학수 탱크(11)와 제1 차징펌프(13) 사이에는 화학수의 pH 농도를 감지하는 pH 센서(17a)가 설치되며, 상기 제1 차징펌프(13)와 루프(15) 사이에는 상기 제1 차징펌프(13)에 의해 공급되는 화학수로 인한 진동을 완화시킬 수 있도록 하는 나선형 배관(18)이 설치된다. 또한, 상기 제1 차징펌프(13)와 루프(15) 사이에는 화학수의 용존산소량을 측정하는 산소센서(17b)와, 화학수의 용존수소량을 측정하는 수소센서(17c)가 연결된다.
상기 액적충돌시험기(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 모터(22)의 축(22')에 연결되어 고속 회전되는 회전원판(21)과, 내부에 상기 회전원판(21)이 위치되고 일측에 상기 노즐(35)이 설치되는 밀폐 용기(25)와, 상기 밀폐 용기(25)에 형성되어 내부를 관찰할 수 있도록 하는 복수의 관찰창(26)과, 상기 밀폐 용기(25) 내부의 압력을 감지하는 압력계(23)와, 외부 모니터링을 위하여 압력신호를 전기신호로 바꾸어주는 압력 변환기(24) 및 상기 밀폐 용기(21) 내부의 압력 조절을 위한 릴리프 밸브(27)와, 상기 회전원판(21)의 회전에 의한 내부 유동으로 액적이 비산되는 것을 차단할 수 있도록 상기 밀폐 용기(21)의 내부에 진공을 인가하는 진공펌프(28) 및 상기 밀폐 용기(21) 내부가 가압 환경이 되도록 가스를 공급하는 가스 공급라인에 설치되어 가스 유량을 조절하는 가스유량조절기(29)를 포함한다.
그리고, 상기 액적충돌시험기(20)에서는 디지털카메라와 스트로브 광원을 이용하여 상기 관찰창(26)을 통해 비추어지는 상기 회전원판에 충돌하는 액적을 촬영한다.
한편, 상기 재순환부(40)는 상기 액적충돌시험기(20)에서 회수된 화학수가 일시 저장되는 중간저장탱크(41)와, 회수된 화학수에 포함된 산소 및 가압가스가 제거되도록 상기 중간저장탱크(41)에 질소를 공급하는 질소탱크(43)와, 상기 이온교환기(19)를 통해 상기 중간저장탱크(41)의 화학수를 상기 화학수 탱크(11)로 재순환시키는 제2 차징펌프(45)를 포함한다. 여기서, 상기 제2 차징펌프(45)는 상기 중간저장탱크(41)에 설치된 수위측정기(22)에서 감지된 상기 중간저장탱크(41)의 수위가 일정 이상일 경우에만 작동되도록 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제2 차징펌프(45)의 후방에는 체크밸브(46a)와 릴리프 밸브(46b)가 설치됨과 아울러, 상기 제2 차징펌프(45)의 전방과 후방에 각각 필터(44)가 설치되고, 각 필터(44)의 전후방에는 각각 압력계(47)가 설치되어 양측의 압력차를 감지하도록 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치는, 화학수 공급장치를 통해 발전소 등에서 사용되는 화학수를 모사하고 이를 회전원판에 충돌시켜 침식 상태를 측정하게 되므로, 측정 결과에 대한 신뢰도가 높아진다.
수소탱크(12)에서는 용존 상소 및 수소의 제어를 위하여 온도에 따라 특정 분압의 수소를 가압하여 공급함으로써 화학수 저장탱크(11)의 화학수에 대한 pH 및 온도를 조절한다. 이때, 제1 차징펌프(13)는 상기 화학수 저장탱크(11)의 화학수를 일정 압력으로 분출하여 루프(15)로 공급하게 되고, 상기 루프(15)에 설치된 순환펌프(14)는 특정 유속을 발생시키거나 히터(15a)에 의해 가열된 화학수를 혼합하여 상기 루프(15) 내에서 화학수가 순환되도록 한다.
이때, 상기 루프(15)에는 압력계(15b)와 서모커플(15c)이 구비되어 있으므로, 상기 루프(15) 내를 순환하는 화학수의 온도와 압력을 측정할 수 있다. 그리고, 상기 루프(15)에 압력 변환기(15d)가 설치되어 있어 외부에서 상기 루프(15) 내의 압력을 실시간으로 모니터링할 수 있게 된다.
상기 루프(15) 내의 화학수는 차압 제어부(30)의 노즐(35)을 통해 액적충돌시험기(20)의 회전원판(21)으로 분사되는데, 차압계(31)가 상기 액적충돌시험기(20) 내의 압력과 회로 내의 압력을 비교하여 항상 일정한 차압이 유지되도록 미터링 밸브(32)를 통해 화학수의 유량을 제어한다. 이때, 상기 미터링 밸브(32)의 전방에 구비된 필터(33)는 화학수에 포함된 고체입자를 제거함과 아울러 상기 제1 차징펌프(13)의 다이어프램을 보호하는 역할을 수행한다. 그리고, 상기 필터(33)의 전후방에 각각 설치된 압력계(34)는 양측의 압력차에 따라 상기 필터(34)의 막힘 여부를 알 수 있도록 한다.
상기 노즐(35)은 부채꼴 형태의 방사형 구조로 이루어지며, 상기 액적충돌시험기(20)의 회전원판(21)의 특정면에 액적 분포를 발생함으로써, 충돌액적에 의한 시료의 침식 여부를 측정할 수 있도록 한다. 이때, 관찰자는 관찰창(26)을 통해 시료의 침식 상태를 확인할 수 있으며, 디지털카메라와 스트로브 광원을 이용하여 화학수의 액적 충돌을 촬영할 수도 있다.
그리고, 상기 회전원판(21)의 고속회전으로 인해 내부 유동이 발생하여 액적이 비산되는 것을 방지하기 위하여 진공펌프(28)에서 밀폐용기(25) 내에 진공을 인가하며, 가압 상태의 시험을 위하여 가스유량 제어기(29)에서는 상기 밀폐용기(25) 내부로 공급되는 가스의 양을 조절한다.
한편, 상기 액적충돌시험기(20)에서 시험을 마친 화학수는 재순환부(40)의 중간저장탱크(41)에 저장되고, 수위측정기(42)에 의해 측정된 수위가 일정 이상이면 제2 차징펌프(45)에 의해 상기 화학수 저장탱크(11)로 회수된다. 이때, 상기 중간저장탱크(41)에 연결된 질소탱크(43)에서는 질소를 공급하여 회수된 화학수에 포함된 산소 및 가압가스가 제거되도록 한다.
상기 제2 차징펌프(45)에 의해 분출된 화학수는 상기 제2 차징펌프(45)의 전방과 후방에 각각 설치된 필터(44)를 통과하면서 이물질이 제거되고, 상기 화학수 저장탱크(11)의 전방에 설치된 이온교환기(19)에 의해 이온이 제거된 후에 상기 화학수 저장탱크(11)로 회수된다.
한편, 상기 루프(15) 내의 화학수 중 일부는 냉각부(50)를 통과하면서 냉각된 후 상기 이온교환기(19)로 공급됨으로써 상기 화학수 저장탱크(11) 내부의 화학수 온도를 조절한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
본 발명은 고속충돌하는 액적이 재료손상에 미치는 영향을 평가할 수 있는 실험장치로 원자력발전소 및 화력발전소 등에서와 같이 건도가 낮은 증기를 포함할 수 있는 배관계통 및 터빈블레이드 부분에서 발생할 수 있는 재료의 손상 예측모델 개발에 이용될 수 있다.
또, 노즐을 통해 분사되는 액체에 고체입자 등을 혼합하여 시험할 경우에는 이물질에 의해 손상이 발생될 수 있는 석유화학플랜트 배관의 손상예측도 가능하며, 모터 구동속도를 높일 경우 항공기 캐노피 등과 같이 빗방울에 의해 침식손상이 발생할 수 있는 항공기 재료개발분야에 응용할 수 있다.
11...화학수 저장탱크
12...수소 탱크
13...제1 차징펌프
14...순환펌프
15...루프
15a...히터
15b...압력계
15c...서모커플
15d...압력 변환기
16a...체크밸브
16b...릴리프 밸브
17a...pH 센서
17b...산소센서
17c...수소센서
18...나선형 배관
19...이온교환기
20...액적충돌시험기
21...회전원판
22...모터
22'..축
23..압력계
24...압력 변환기
25...밀폐 용기
26...관찰창
27...릴리프 밸브
28...진공펌프
29..가스유량조절기
30...차압 제어부
31...차압계
32...미터링 밸브
33...필터
34...압력계
35...노즐
40...재순환부
41...중간저장탱크
42...수위측정기
43...질소탱크
44...필터
45...제2 차징펌프
46a...체크밸브
46b...릴리프 밸브
47...압력계
50...냉각부
51...냉각기
52...열교환부
53....필터
54...압력계

Claims (5)

  1. 수소 탱크(12)로부터 공급되는 수소를 이용하여 용존 산소 및 용존 수소의 농도를 제어한 화학수가 저장되는 화학수 저장탱크(11)와;
    일정 유량의 화학수를 토출구로 계속 이송하여 가압 환경을 만들어주도록 상기 화학수 저장탱크(11)에 연결된 제1 차징펌프(13)와;
    노즐(35)을 통해 분사되는 화학수를 고속회전되는 회전원판에 설치된 시료에 충돌시켜 액적 충돌에 따른 재료손상을 모사하는 액적충돌시험기(20)와;
    상기 제1 차징펌프(13)에 의해 이송된 화학수가 일정 유속을 유지한 상태로 루프(15) 내부를 순환되도록 하는 순환펌프(14)와;
    상기 루프(15) 상의 화학수가 상기 노즐(35)을 통해 일정한 차압으로 분사되도록 상기 액적충돌시험기(20)와의 압력차를 감지하는 차압계(31)와, 차압이 일정하게 유지되도록 유량을 조절하는 미터링 밸브(32)와, 화학수에 포함된 고체입자의 제거를 위한 필터(33) 및 상기 필터(33)의 전후방에 각각 설치되어 양측의 압력차를 감지하는 압력계(34)로 이루어진 차압 제어부(30)와;
    상기 액적충돌시험기(20)에서 충돌 시험을 마친 화학수를 회수하여 상기 화학수 저장탱크(11)로 재순환시키기 위한 재순환부(40)와;
    상기 화학수 저장탱크(11)의 전방에서 상기 재순환부(40)에 의해 회수된 화학수의 이온 성분을 제거하는 이온교환기(19);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 루프(15)의 화학수 일부를 냉각시켜 상기 이온교환기(19)로 공급함으로써 상기 화학수 저장탱크(11) 내의 화학수 온도를 저하시키는 냉각부(50)를 포함하고,
    상기 냉각부(50)는 냉각기(51)로부터 공급되는 냉각수를 이용하여 화학수를 냉각시키는 열교환부(52)와, 상기 열교환부(52)에서 나온 화학수를 걸러주는 필터(53)와, 상기 필터(53)의 전후방에 각각 설치되어 양측의 압력차를 감지하는 압력계(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 루프(15)에는, 화학수의 가열을 위한 히터(15a)와, 압력 확인을 위한 압력계(15b), 온도확인을 위한 서모커플(15c) 및 외부 모니터링을 위하여 압력신호를 전기신호로 바꾸어주는 압력 변환기(15d)가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액적충돌시험기(20)는 모터(22)의 축(22')에 연결되어 고속 회전되는 회전원판(21)과, 내부에 상기 회전원판(21)이 위치되고 일측에 상기 노즐(35)이 설치되는 밀폐 용기(25)와, 상기 밀폐 용기(25)에 형성되어 내부를 관찰할 수 있도록 하는 복수의 관찰창(26)과, 상기 밀폐 용기(25) 내부의 압력을 감지하는 압력계(23)와, 외부 모니터링을 위하여 압력신호를 전기신호로 바꾸어주는 압력 변환기(24) 및 상기 밀폐 용기(25) 내부의 압력 조절을 위한 릴리프 밸브(27)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 액적충돌시험기(20)는 상기 회전원판(21)의 회전에 의한 내부 유동으로 액적이 비산되는 것을 차단할 수 있도록 상기 밀폐 용기(25)의 내부에 진공을 인가하는 진공펌프(28) 및 상기 밀폐 용기(25) 내부가 가압 환경이 되도록 가스를 공급하는 가스 공급라인에 설치되어 가스 유량을 조절하는 가스유량조절기(29)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 고속회전원판을 이용한 액적충돌침식 모사장치.
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