KR20050008905A - 로터 열응력 해석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터에 작용되는 열응력의 해석 방법에 관한 것으로서,

본 발명에 따른 로터 열응력 해석 방법은 로터 정보를 입력하는 단계;와, 상기 로터 정보를 바탕으로 로터 허용 변형률 및 로터 중심공 제한 곡선을 산출하는 단계;와, 증기 온도 및 열전달 계수를 입력하는 단계;와, 상기 증기 온도 및 열전달 계수를 시간에 따라 적용하는 함으로써 로터 표면과 중심공의 온도의 산출 및 로터 표면 변형률과 로터 중심공에 작용하는 열응력을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

로터 열응력 해석 방법{analysis method of thermal stress for rotor}

본 발명은 로터에 작용되는 열응력의 해석 방법에 관한 것이다.

터빈의 과도 운전(Transient Operating)시 터빈의 로터에 작용하는 열응력은 터빈 로터의 수명에 큰 영향을 끼친다. 따라서, 과도 운전시 로터 표면 및 로터 중심공의 온도와 터빈의 기동 시간을 조율하는 것은 매우 중요하다. 이러한 터빈의 과도 운전시 기동 조건을 시간에 따라 부여하는 것을 기동 시나리오라 칭한다.

일반적으로, 열응력은 구조물이 가열 또는 냉각의 결과로써 발생하는 현상이다. 구조물의 표면과 내부의 온도차이가 발생함에 따라 유발되는 것이 열응력이다.

터빈 로터의 냉간기동시 로터 표면과 중심공의 온도는 상온에 가깝다. 이후, 터빈이 기동함에 따라 로터 표면(surface) 온도는 급격히 상승하게 되나 로터 중심공(bore)은 표면의 열이 내부로 전달되는데 일정 시간이 소요됨에 따라 로터 중심공의 온도는 표면에 비해 낮게 되어 결과적으로 열응력을 유발시키게 된다.

높은 열응력은 로터 표면에서 소성변형을 발생시키며 이러한 현상이 반복적으로 일어날 경우 로터의 균열이 발생하여 로터가 파손된다.

따라서, 터빈 기동시 이러한 열응력을 최소화하는 요구된다. 열응력의 최소화는 장시간의 기동시간을 통해 해결될 수 있으나 이는 터빈 가동의 경제적 측면에서 볼 때 많은 운전 비용이 소요되는 단점이 있다. 이에 따라, 터빈 기동 시나리오의 작성시 최소의 열응력과 최단의 기동시간이 조율되는 것을 고려해야 한다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위해 안출한 것으로서, 터빈 기동 시나리오의 작성시 필수적으로 반영되어야 하는 로터에 인가되는 열응력에 대한 해석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 로터 열응력 해석 방법을 설명하기 위한 순서도.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 로터 열응력 해석을 위한 툴(tool)에서의 Input file 및 Output file의 예를 나타낸 예시도.

도 4는 본 발명에 따른 로터 열응력 해석을 기반으로 과도 운전시의 기동 시나리오의 예를 나타낸 예시도.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로터 열응력 해석 방법은 로터 정보를 입력하는 단계;와, 상기 로터 정보를 바탕으로 로터 허용 변형률 및 로터중심공 제한 곡선을 산출하는 단계;와, 증기 온도 및 열전달 계수를 입력하는 단계;와, 상기 증기 온도 및 열전달 계수를 시간에 따라 적용하는 함으로써 로터 표면과 중심공의 온도의 산출 및 로터 표면 변형률과 로터 중심공에 작용하는 열응력을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 로터 정보를 입력하는 단계는, 로터 재질, 로터 중심공의 원심력 및 로터 내외경의 데이터를 입력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징에 따르면 냉간 기동 또는 온간 기동과 같은 로터의 과도 운전(Transient Operation)시 로터에 작용하는 열응력을 정확히 해석함으로써 로터에 작용하는 열응력을 최소화하는 조건을 찾아 적합한 기동 시나리오 작성에 도움이 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 로터 열응력 해석 방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 로터 열응력 해석 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 로터 열응력 해석을 위한 툴(tool)에서의 Input file 및 Output file의 예를 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 로터 열응력 해석을 기반으로 과도 운전시의 기동 시나리오의 예를 나타낸 예시도이다.

참고로, 본 발명의 로터 열응력 해석 방법은 <THREM>이라는 열응력 해석 툴(tool)에 의해 구현이 가능하다. 상기 <THERM>의 구성에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 로터에 작용하는 열응력을 해석하기 위해서는 냉간 또는 온간 상태에 있는 로터의 초기 정보를 상기 열응력 해석 툴인 <THERM>에 입력해야 한다(S101). 여기서 로터의 초기 정보는 로터 재질, 로터 중심공(bore)의 원심력 및 로터의 내외경 데이터를 말한다.

이와 같은 로터 정보를 바탕으로 상기 <THERM>은 로터의 허용 변형률 및 로터 중심공의 제한 곡선을 산출하게 된다(S102).

이어, 증기의 온도 및 열전달 계수를 입력(S103)하고 시간의 진행에 따라 상기 증기 온도 및 열전달 계수를 적용시키면 로터 표면과 중심공의 온도의 산출 및 로터 표면 변형률과 로터 중심공에 작용하는 열응력을 산출해 낼 수 있게 된다(S104).

본 발명에 따른 로터 열응력 해석 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

냉간 기동 또는 온간 기동과 같은 로터의 과도 운전(Transient Operation)시 로터에 작용하는 열응력을 정확히 해석함으로써 로터에 작용하는 열응력을 최소화하는 조건을 찾아 적합한 기동 시나리오 작성에 도움이 된다.

Claims (2)

1. 로터 정보를 입력하는 단계;

   상기 로터 정보를 바탕으로 로터 허용 변형률 및 로터 중심공 제한 곡선을 산출하는 단계;

   증기 온도 및 열전달 계수를 입력하는 단계;

   상기 증기 온도 및 열전달 계수를 시간에 따라 적용하는 함으로써 로터 표면과 중심공의 온도의 산출 및 로터 표면 변형률과 로터 중심공에 작용하는 열응력을 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터 열응력 해석 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 로터 정보를 입력하는 단계는,

   로터 재질, 로터 중심공의 원심력 및 로터 내외경의 데이터를 입력하는 것을 특징으로 하는 로터 열응력 해석 방법.