KR20210056777A - 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치 및 이를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법 - Google Patents

터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치 및 이를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 복수개가 나열된 터빈 블레이드에서 특정 터빈 블레이드의 온도를 효과적으로 측정할 수 있는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치 및 이를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법을 제공한다. 여기서, 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치는 메인유로부, 챔버부, 터빈 블레이드부, 냉각공기 공급부, 적외선 촬영부 그리고 제어처리부를 포함한다. 메인유로부는 고온공기를 안내한다. 챔버부는 메인유로부의 후단부에 구비되고 메인유로부에서 안내되는 고온공기가 통과한다. 터빈 블레이드부는 챔버부의 내측에 구비되고, 표면에 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 관통공을 가지는 복수의 블레이드를 가진다. 냉각공기 공급부는 챔버부를 통해 터빈 블레이드부와 연결되고, 관통공을 통해 배출되도록 복수의 블레이드의 내측으로 냉각공기를 공급한다. 적외선 촬영부는 챔버부의 외측에 구비되고, 복수의 블레이드 중에서 타깃 블레이드를 촬영한다. 제어처리부는 고온공기의 유량, 유속 또는 온도 중 하나 이상을 제어하고, 적외선 촬영부로부터 제공되는 촬영정보를 기초로 타깃 블레이드의 온도를 측정한다.

Description

터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치 및 이를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법{EXPERIMENTAL APPARATUS FOR MEASURING TEMPERATURE OF TURBINE BLADE AND METHOD OF MEASURING TEMPERATURE OF TURBINE BLADE USING THE SAME}
본 발명은 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치 및 이를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개가 나열된 터빈 블레이드에서 특정 터빈 블레이드의 온도를 효과적으로 측정할 수 있는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치 및 이를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에 있어서 엔진에서 발생되는 동력은 연소실 내로 유입되는 공기량 및 연료량에 의존된다. 즉, 엔진의 출력을 높이기 위해서는 연소실 내로 더 많은 공기와 연료를 공급해야 하는데, 이를 위해서는 연소실의 크기를 증가시켜야 한다. 하지만, 연소실의 크기가 증가됨에 따라 엔진의 중량 및 크기가 증가되는 문제점이 발생된다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 엔진의 용적증대 없이 엔진의 출력을 증대시킬 수 있는 터보차저가 사용되고 있다. 터보자처를 이용하여 엔진의 실린더 내로 흡입되는 흡기의 압력을 대기압력보다 높이고 실린더 안의 공기량을 증가시키게 되면 사이클 당 엔진 출력을 증대시킬 수 있다.
터보차저는 배출되는 배기가스가 터보차저의 터빈 휠을 회전시키고 동일축에 연결된 공기압축기의 휠이 터빈 휠과 같이 회전됨으로써 연소실 내로 압축된 공기를 제공하여 엔진의 출력을 증대시킨다. 이렇게, 터보차저는 버려지는 배기가스를 이용하여 엔진의 출력을 증대시킴으로써 연비향상, 엔진의 소형화, 유해물질 감소, 및 엔진출력 증대효과를 얻을 수 있다.
한편, 터빈 블레이드는 고속으로 회전되기 때문에, 블레이드의 온도를 낮추기 위해 블레이드에 냉각유체를 공급하고 있다. 그러나, 회전하는 블레이드의 표면온도를 측정하는 것이 용이하지 않기 때문에, 고정된 상태의 블레이드의 표면온도를 측정하고 있다.
그러나, 터빈 블레이드의 실제 작동 환경과 유사한 환경을 구현하기 위해 블레이드를 실제의 터빈 블레이드의 간격으로 배열하여 온도 측정을 수행하는 경우, 블레이드가 늘어서 있는 케스케이드(Cascade) 형태에서 특정 블레이드의 표면온도를 효과적으로 측정하기가 곤란한 문제점이 있다.
이러한 문제점은 항공기의 로터 블레이드를 포함하는 다양한 분야에서 사용되는 블레이드에서도 동일하게 발생할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제2011-0114013호(2011.10.19. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 복수개가 나열된 터빈 블레이드에서 특정 터빈 블레이드의 온도를 효과적으로 측정할 수 있는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치 및 이를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 고온공기를 안내하는 메인유로부; 상기 메인유로부의 후단부에 구비되고 상기 메인유로부에서 안내되는 고온공기가 통과하는 챔버부; 상기 챔버부의 내측에 구비되고, 표면에 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 관통공을 가지는 복수의 블레이드를 가지는 터빈 블레이드부; 상기 챔버부를 통해 상기 터빈 블레이드부와 연결되고, 상기 관통공을 통해 배출되도록 상기 복수의 블레이드의 내측으로 냉각공기를 공급하는 냉각공기 공급부; 상기 챔버부의 외측에 구비되고, 상기 복수의 블레이드 중에서 타깃 블레이드를 촬영하는 적외선 촬영부; 그리고 상기 고온공기의 유량, 유속 또는 온도 중 하나 이상을 제어하고, 상기 적외선 촬영부로부터 제공되는 촬영정보를 기초로 상기 타깃 블레이드의 온도를 측정하는 제어처리부를 포함하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 터빈 블레이드부는 상기 고온공기에 의해 가열되어 적외선을 방사하고 상기 적외선 촬영부에 의해 촬영되는 상기 타깃 블레이드와, 상기 타깃 블레이드의 양측에 배치되고 적외선 투과성 소재로 형성되어 상기 적외선 촬영부에 의해 촬영되지 않는 복수의 더미 블레이드를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 타깃 블레이드 및 상기 더미 블레이드는 실제 대상 터빈 블레이드에 대응되는 형상을 가지고, 상기 실제 대상 터빈 블레이드의 배치 간격으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 챔버부는 상기 챔버부의 테두리를 이루는 프레임과, 상기 프레임에 결합되고, 적외선 투과성 소재로 형성되는 윈도우를 가지고, 상기 적외선 촬영부는 상기 윈도우를 통해 상기 타깃 블레이드를 촬영할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 적외선 촬영부는 상기 챔버부의 외측에서 이동 가능하게 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메인유로부의 전단부에 연결되고, 상기 메인유로부로 공기를 송풍시키는 송풍부; 그리고 상기 메인유로부의 내부에 구비되고, 상기 송풍부로부터 송풍되는 공기를 가열하여 상기 고온공기로 생성하는 가열부;를 포함하고, 상기 제어처리부는 상기 송풍부 및 상기 가열부의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메인유로부의 내측에서 상기 송풍부 및 상기 가열부의 사이에 구비되고, 상기 송풍부로부터 송풍되는 공기가 확산되어 상기 메인유로부의 내측에서 균일하게 분포되도록 유도하는 제1확산부; 상기 메인유로부의 내측에서 상기 가열부의 후단에 구비되고, 상기 고온공기의 흐름속도가 균일해지도록 하는 속도균일부; 상기 메인유로부의 내측에서 상기 속도균일부의 후단에 구비되고, 상기 속도균일부를 거친 상기 고온공기의 난류를 감소시키는 난류감소부; 그리고 상기 챔버부의 후단부에 연결되고, 상기 챔버부로부터 유입되는 공기가 배출되도록 안내하는 배출유로부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메인유로부는 전단부에 상기 공기의 흐름방향으로 확대 형성되는 확관부와, 후단부에 상기 공기의 흐름방향으로 축소 형성되는 축관부와, 상기 확관부 및 상기 축관부를 연결하고 상기 공기의 흐름방향으로 동일한 단면적으로 형성되는 연장부를 가지며, 상기 제1확산부는 상기 확관부에 구비되고, 상기 가열부, 상기 속도균일부 및 상기 난류감소부는 상기 연장부에 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 냉각공기 공급부는 압축공기를 공급하는 압축부와, 일단부는 상기 압축부와 연결되고, 타단부는 상기 터빈 블레이드부에 연결되어 상기 압축공기를 상기 터빈 블레이드부의 내측으로 안내하는 냉각유로부와, 상기 냉각유로부에 구비되고, 상기 압축부에서 공급하는 압축공기를 조정하는 조정부와, 상기 냉각유로부에 구비되고, 상기 조정부에서 조정된 상기 압축공기를 냉각시키는 냉각유체가 저장되는 냉각유체 저장부를 가질 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법으로서, 메인유로부의 후단부에 구비되고 표면에 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 관통공을 가지는 복수의 블레이드를 가지는 터빈 블레이드부가 내측에 구비되는 챔버부로 고온공기를 공급하는 고온공기 공급단계; 상기 챔버부를 통해 상기 터빈 블레이드부와 연결되는 냉각공기 공급부가 상기 관통공을 통해 냉각공기가 배출되도록 상기 복수의 블레이드의 내측으로 냉각공기를 공급하는 냉각공기 공급단계; 상기 챔버부의 외측에 구비되는 적외선 촬영부가 상기 복수의 블레이드 중에서 타깃 블레이드를 촬영하는 촬영단계; 그리고 제어처리부가 상기 고온공기의 유량, 유속 또는 온도 중 하나 이상을 제어하고, 상기 적외선 촬영부로부터의 촬영정보를 기초로 상기 타깃 블레이드의 온도를 측정하는 온도측정단계;를 포함하는 터빈 블레이드 온도 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 터빈 블레이드부는 상기 고온공기에 의해 가열되어 적외선을 방사하는 상기 타깃 블레이드의 양측에 배치되고 적외선 투과성 소재로 형성되는 복수의 더미 블레이드를 가지고, 상기 촬영단계에서, 상기 더미 블레이드가 상기 적외선 촬영부의 촬영범위 내에 존재하더라도, 상기 더미 블레이드는 상기 적외선 촬영부에 의해 촬영되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 챔버부는 상기 챔버부의 테두리를 이루는 프레임과, 상기 프레임에 결합되고, 적외선 투과성 소재로 형성되는 윈도우를 가지고, 상기 촬영단계에서, 상기 적외선 촬영부는 상기 챔버부의 외측에서 상기 윈도우를 통해 상기 타깃 블레이드를 촬영할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 타깃 블레이드는 고온공기에 의해 가열되어 적외선을 방사하는 반면, 더미 블레이드는 적외선 투과성 소재로 형성되어 고온공기에 의해 가열되더라도 적외선을 방사하지 않거나, 낮은 방사율을 가지기 때문에, 타깃 블레이드에서 방사되는 적외선을 안정적으로 촬영할 수 있고, 이를 통해, 측정되는 타깃 블레이드의 표면 온도의 신뢰도가 높아질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 적외선 촬영부는 챔버부의 외측에서 이동 가능하게 구비될 수 있고 적외선 촬영부의 촬영 방향이 변하게 되더라도, 적외선 촬영부의 촬영 시야는 더미 블레이드에 의해 제한되지 않을 수 있다. 따라서, 적외선 촬영부는 여러 방향에서 타깃 블레이드의 전체 표면에 대한 온도를 측정할 수 있고, 타깃 블레이드의 측정 온도 정확도도 높아질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 타깃 블레이드 및 더미 블레이드는 실제 대상 터빈 블레이드에 대응되는 형상을 가지고, 실제 대상 터빈 블레이드의 배치 간격으로 배치될 수 있기 때문에, 측정되는 온도 정보가 실제 대상 터빈 블레이드의 작동 시의 온도와 높은 일치도를 가질 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 도 1의 메인유로부를 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 3은 도 1의 챔버부를 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 1의 터빈 블레이드부를 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 5는 도 4의 터빈 블레이드부 중 타깃 블레이드의 단면예시도이다.
도 6은 도 1의 냉각공기 공급부를 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치를 나타낸 예시도이고, 도 2는 도 1의 메인유로부를 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치는 메인유로부(100), 챔버부(200), 터빈 블레이드부(300), 냉각공기 공급부(400), 적외선 촬영부(500) 그리고 제어처리부(600)를 포함할 수 있다.
더하여, 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치는 송풍부(700) 그리고 가열부(800)를 포함할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의상, 송풍부에 의해 송풍되는 공기의 송풍방향을 기준으로 전단/전단부/전방, 후단/후단부/후방으로 설명한다. 즉, 송풍부에 의해 송풍되는 공기가 제1지점에서 제2지점으로 이동되는 경우, 제1지점을 전단/전단부/전방으로, 제2지점을 후단/후단부/후방으로 하여 설명한다.
송풍부(700)는 메인유로부(100)의 전단부에 연결될 수 있고, 메인유로부(100)로 공기를 송풍시킬 수 있다.
메인유로부(100)는 송풍부(700)에 의해 송풍되는 공기가 흐르도록 안내할 수 있다.
가열부(800)는 메인유로부(100)의 내부에 구비되고, 송풍부(700)로부터 송풍되는 공기를 가열하여 고온공기로 생성시킬 수 있다. 가열부(800)로는 전기 덕트 히터(Electric Duct Heater)가 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치는 제1확산부(810), 속도균일부(820), 난류감소부(830) 그리고 배출유로부(900)를 포함할 수 있다.
제1확산부(810)는 메인유로부(100)의 내측에서 송풍부(700) 및 가열부(800)의 사이에 구비될 수 있다. 제1확산부(810)는 송풍부(700)로부터 송풍되는 공기가 확산되어 메인유로부(100)의 내측에서 균일하게 분포되도록 유도할 수 있다.
메인유로부(100)는 전단부에 공기의 흐름방향으로 확대 형성되는 확관부(110)를 가질 수 있다. 제1확산부(810)는 확관부(110)에 구비될 수 있으며, 이를 통해, 메인유로부(100)의 전단에서 공기는 더욱 균일하게 확산되어 분포될 수 있고, 이후 메인유로부(100)에서 균일하게 분포된 상태로 이동될 수 있다.
속도균일부(820)는 메인유로부(100)의 내측에서 가열부(800)의 후단에 구비될 수 있다. 속도균일부(820)는 메인유로부(100)의 길이방향을 따라 연장되는 복수의 속도균일유도로(821)를 가질 수 있다. 각각의 속도균일유도로(821)는 메인유로부(100)의 길이방향에 수직한 방향으로 구비되어 메인유로부(100)에 채워질 수 있다. 가열부(800)에 의해 가열된 고온공기는 속도균일부(820)를 지나게 되면서 속도가 균일해질 수 있다.
난류감소부(830)는 메인유로부(100)의 내측에서 속도균일부(820)의 후단에 구비될 수 있다. 난류감소부(830)는 속도균일부(820)를 거친 고온공기의 난류를 감소시킬 수 있다. 난류감소부(830)는 메인유로부(100)의 길이방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격되도록 구비되는 복수의 난류감소판(831)을 가질 수 있다. 난류감소판(831)은 메시(Mesh) 형태로 형성될 수 있다. 난류감소부(830)는 메인유로부(100)의 후단부로 이동하는 고온공기가 난류가 감소된 상태로 챔버부(200)로 이동되도록 할 수 있다.
메인유로부(100)는 송풍부(700)에 의해 송풍되는 공기의 흐름방향으로 동일한 단면적으로 형성되는 연장부(130)를 가질 수 있다. 연장부(130)는 전단부가 확관부(110)의 후단부와 연결될 수 있으며, 가열부(800), 속도균일부(820) 및 난류감소부(830)는 연장부(130)에 구비될 수 있다.
난류감소부(830)의 후단에서, 고온공기는 25~30m/sec의 풍속과 100~400℃의 온도를 가지도록 함이 바람직하다.
도 3은 도 1의 챔버부를 중심으로 나타낸 예시도이다.
도 3을 더 포함하여 보는 바와 같이, 챔버부(200)는 메인유로부(100)의 후단부에 구비될 수 있다. 메인유로부(100)에서 안내되는 고온공기는 챔버부(200)를 통과할 수 있다.
구체적으로, 메인유로부(100)는 연장부(130)의 후단부에 연결되고 공기의 흐름방향으로 축소 형성되는 축관부(120)를 가질 수 있으며, 챔버부(200)의 전단부는 축관부(120)에 연결될 수 있다.
챔버부(200)는 프레임(210) 및 윈도우(220)를 가질 수 있다.
프레임(210)은 챔버부(200)의 테두리를 이룰 수 있다.
챔버부(200)의 전단부에는 제1플랜지(230)가 구비될 수 있으며, 제1플랜지(230)는 메인유로부(100)의 후단부, 즉, 축관부(120)와 연결될 수 있다.
그리고, 챔버부(200)의 후단부에는 제2플랜지(231)가 구비될 수 있으며, 제2플랜지(231)는 배출유로부(900)의 전단부와 연결될 수 있다.
배출유로부(900)는 챔버부(200)로부터 유입되는 공기가 배출되도록 안내할 수 있다. 배출유로부(900)의 전단부는 챔버부(200)로부터 유입되는 공기의 흐름방향을 따라 단면적이 확대되도록 형성될 수 있으며, 내측에는 제2확산부(910)가 더 형성될 수 있다.
윈도우(220)는 프레임(210)에 결합될 수 있으며, 적외선 투과성 소재로 형성될 수 있다. 더하여, 윈도우(220)는 투명하게 형성되어 외부에서 챔버부(200)의 내측이 관찰될 수 있도록 할 수 있다.
그리고, 윈도우(220)는 적외선 투과율이 90% 이상임이 바람직하다. 불화칼슘(Calcium Fluoride, CaF2)은 3~5㎛ 파장대역에서 95% 이상의 투과율을 보이기 때문에, 윈도우는 불화칼슘으로 형성될 수 있다.
챔버부(200)는 단면적의 가로 및 세로 길이가 각각 240~260mm으로 형성될 수 있으며, 메인유로부(100) 및 챔버부(200)의 단면적 비율은 9:1일 수 있다. 여기서, 메인유로부(100)의 단면적은 연장부(130)의 단면적일 수 있다.
도 4는 도 1의 터빈 블레이드부를 중심으로 나타낸 예시도이고, 도 5는 도 4의 터빈 블레이드부 중 타깃 블레이드의 단면예시도이다.
도 4 및 도 5를 더 포함하여 보는 바와 같이, 터빈 블레이드부(300)는 챔버부(200)의 내측에 구비될 수 있다.
그리고, 터빈 블레이드부(300)는 타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)를 포함하는 복수의 블레이드를 가질 수 있다.
타깃 블레이드(310)는 챔버부(200)로 유입되어 이동하는 고온공기에 의해 가열되어 적외선을 방사할 수 있다. 예를 들면, 타깃 블레이드(310)는 스테인리스 스틸로 제조될 수 있다. 타깃 블레이드(310)는 적외선 촬영부(500)에서 촬영하여 온도를 측정하고자 하는 대상이 되는 블레이드일 수 있다.
타깃 블레이드(310)는 표면에 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 관통공(311)을 가질 수 있다.
더미 블레이드(320)는 타깃 블레이드(310)의 양측에 배치될 수 있으며, 복수로 배치될 수 있다. 더미 블레이드(320)는 적외선 투과성 소재로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 챔버부(200)의 윈도우(220)와 같은 소재로 형성될 수 있다. 더미 블레이드도 표면에 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 관통공을 가질 수 있다.
타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)는 실제 대상 터빈 블레이드에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 그리고, 타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)는 실제 대상 터빈 블레이드의 배치 간격으로 배치될 수 있다. 여기서, 실제 대상 터빈 블레이드는 실제로 제조되어 제품에 사용되는 터빈 블레이드일 수 있다. 타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)가 실제 대상 터빈 블레이드의 형상 및 간격으로 배열됨으로써, 측정되는 온도 정보가 실제 대상 터빈 블레이드의 작동 시의 온도와 높은 일치도를 가질 수 있다.
터빈 블레이드부(300)는 타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)의 간격이 유지될 수 있도록, 타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)가 고정되는 베이스(350)를 가질 수 있다.
도 6은 도 1의 냉각공기 공급부를 나타낸 구성도이다.
도 6을 더 포함하여 설명하면, 냉각공기 공급부(400)는 챔버부(200)를 통해 터빈 블레이드부(300)와 연결될 수 있고, 관통공(311)을 통해 배출되도록 터빈 블레이드부(300)의 내측으로 냉각공기를 공급할 수 있다.
냉각공기 공급부(400)는 압축부(410), 냉각유로부(420), 조정부(430) 그리고 냉각유체 저장부(440)를 가질 수 있다.
압축부(410)는 압축공기를 공급할 수 있다.
냉각유로부(420)는 일단부가 압축부(410)와 연결되고, 타단부는 터빈 블레이드부(300)에 연결되어 압축공기를 터빈 블레이드부(300)의 내측으로 안내할 수 있다.
조정부(430)는 냉각유로부(420)에 구비될 수 있다. 압축부(410)에 의해 공급되어 냉각유로부(420)에서 이동되는 압축공기는 조정부(430)를 거치면서 조정될 수 있다. 조정부(430)는 레귤레이터(Regulator)일 수 있다.
냉각유체 저장부(440)는 냉각유로부(420)에 구비될 수 있고, 냉각유체 저장부(440)에는 냉각유체가 저장될 수 있다. 냉각유로부(420)에서 이동되는 압축공기는 냉각유체 저장부(440)를 거치면서 냉각유체에 의해 냉각될 수 있다.
냉각유로부(420)는 타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)에 각각 연결될 수 있으며, 냉각공기는 타깃 블레이드(310)에 연결되는 냉각유로부(420)와 더미 블레이드(320)에 연결되는 냉각유로부(421)을 통해 각각 공급될 수 있다.
타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)는 각각 내부와 외부를 연결하도록 관통되는 관통공(311)을 가지기 때문에, 각 블레이드(310,320)의 내부공간(301)으로 공급되는 냉각공기(CA)는 관통공(311)을 통해 각 블레이드(310,320)의 외측으로 배출될 수 있다(도 5참조). 그러면, 냉각공기에 의해 각 블레이드(310,320)의 표면온도는 고온공기의 온도보다 낮아질 수 있다.
적외선 촬영부(500)는 챔버부(200)의 외측에 구비되고 터빈 블레이드부(300)를 촬영할 수 있다.
챔버부(200)에는 고온공기가 공급되기 때문에, 타깃 블레이드(310) 및 더미 블레이드(320)는 고온공기에 의해 가열될 수 있다. 타깃 블레이드(310)는 고온공기에 의해 가열되기 때문에 적외선을 방사할 수 있다. 적외선 촬영부(500)는 챔버부(200)의 외측에 구비되지만, 챔버부(200)의 윈도우(220)는 적외선 투과성 소재로 형성되기 때문에, 적외선 촬영부(500)는 윈도우(220)를 통해 타깃 블레이드(310)를 촬영할 수 있다(도 3 참조).
적외선 촬영부(500)에서 획득되는 촬영정보를 통해 타깃 블레이드(310)의 표면온도가 측정되면 냉각공기에 의해 타깃 블레이드(310)의 표면 온도가 고온공기의 온도 대비 얼마나 낮아졌는지는 알 수 있다.
반면, 더미 블레이드(320)는 적외선 투과성 소재로 형성되기 때문에, 낮은 방사율을 가질 수 있다. 따라서 더미 블레이드(320)는 고온공기에 의해 가열되더라도 적외선을 방사하지 않거나, 방사하는 적외선이 거의 없을 수 있다.
적외선 촬영부(500)는 타깃 블레이드(310)의 표면 온도 측정을 목적으로 하는데, 타깃 블레이드(310)의 양측에 배치된 더미 블레이드(320)도 적외선을 방사하게 되면, 더미 블레이드(320)에서 방사되는 적외선도 촬영되기 때문에, 타깃 블레이드(310)에서 방사되는 적외선을 정확하게 촬영하기가 어렵다. 그러나, 본 발명에서는 더미 블레이드(320)가 적외선 투과성 소재로 형성되어 적외선을 방사하지 않거나, 방사하는 적외선이 거의 없을 수 있기 때문에, 더미 블레이드(320)가 적외선 촬영부(500)의 촬영범위 내에 존재하더라도, 더미 블레이드(320)는 적외선 촬영부(500)에 의해 촬영되지 않을 수 있다. 따라서, 적외선 촬영부(500)는 타깃 블레이드(310)에서 방사되는 적외선을 안정적으로 촬영할 수 있고, 이를 통해, 타깃 블레이드(310) 표면 온도의 측정 신뢰도가 높아질 수 있다.
적외선 촬영부(500)는 챔버부(200)의 외측에서 이동 가능하게 구비될 수 있다. 적외선 촬영부(500)가 이동되어 적외선 촬영부(500)의 촬영 방향이 변하게 되더라도, 적외선 촬영부(500)의 촬영 시야는 더미 블레이드(320)에 의해 가려지거나 하여 제한되지 않을 수 있다. 따라서, 적외선 촬영부(500)는 여러 방향에서 타깃 블레이드(310)의 전체 표면에 대한 온도를 측정할 수 있고, 타깃 블레이드(310)의 측정 온도의 정확도도 높아질 수 있다.
제어처리부(600)는 송풍부(700)의 작동을 제어하여 고온공기의 유량 또는 유속을 제어할 수 있다. 그리고, 제어처리부(600)는 가열부(800)의 작동을 제어하여 고온공기의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 제어처리부(600)는 적외선 촬영부(500)의 작동을 제어하여 적외선 촬영부(500)로부터 제공되는 촬영정보를 기초로 타깃 블레이드(310)의 온도를 측정할 수 있다. 더하여, 제어처리부(600)는 냉각공기 공급부(400)의 작동을 제어하여 냉각공기의 유량, 유속 또는 온도를 제어할 수 있다.
제어처리부(600)는 실제 대상 터빈 블레이드부가 놓이는 작동환경에 대응되도록 공기의 온도, 유량 또는 유속을 제어하거나, 터빈 블레이드부로 공급되는 냉각공기의 온도, 유량 또는 유속을 제어하여 다양한 환경에서 타깃 블레이드의 표면 온도를 측정할 수 있다.
이하에서는 터빈 블레이드 온도 측정 방법에 대해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7에서 보는 바와 같이, 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법은 고온공기 공급단계(S1100), 냉각공기 공급단계(S1200), 촬영단계(S1300) 그리고 온도측정단계(S1400)를 포함할 수 있다.
고온공기 공급단계(S1100)는 메인유로부의 후단부에 구비되고 표면에 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 관통공을 가지는 복수의 블레이드를 가지는 터빈 블레이드부가 내측에 구비되는 챔버부로 고온공기를 공급하는 단계일 수 있다.
터빈 블레이드부는 고온공기에 의해 가열되어 적외선을 방사하는 타깃 블레이드와, 타깃 블레이드의 양측에 배치되고 적외선 투과성 소재로 형성되는 복수의 더미 블레이드를 가질 수 있다.
그리고, 챔버부는 테두리를 이루는 프레임과, 프레임에 결합되고 적외선 투과성 소재로 형성되는 윈도우를 가질 수 있다.
냉각공기 공급단계(S1200)는 챔버부를 통해 터빈 블레이드부와 연결되는 냉각공기 공급부가 관통공을 통해 냉각공기가 배출되도록 복수의 블레이드의 내측으로 냉각공기를 공급하는 단계일 수 있다. 냉각공기는 타깃 블레이드 및 더미 블레이드의 내부로로 공급되어 외부로 배출될 수 있으며, 고온공기에 의해 가열되는 타깃 블레이드 및 더미 블레이드의 온도를 낮출 수 있다.
촬영단계(S1300)는 챔버부의 외측에 구비되는 적외선 촬영부가 복수의 블레이드 중에서 타깃 블레이드를 촬영하는 단계일 수 있다.
타깃 블레이드는 고온공기에 의해 가열되어 적외선을 방사하는 반면, 더미 블레이드는 고온공기에 의해 가열되더라도 적외선을 방사하지 않거나 방사율이 낮기 때문에, 촬영단계(S1300)에서 더미 블레이드가 적외선 촬영부의 촬영범위 내에 존재하더라도, 더미 블레이드는 적외선 촬영부에 의해 촬영되지 않을 수 있다. 따라서, 적외선 촬영부는 더미 블레이드에 의한 가려짐, 교란, 간섭 또는 왜곡이 없이 타깃 블레이드에서 방사되는 적외선을 효과적으로 촬영할 수 있고, 이를 통해, 타깃 블레이드의 표면 온도의 측정 신뢰도가 높아질 수 있다.
촬영단계(S1300)에서, 적외선 촬영부는 챔버부의 외측에서 윈도우를 통해 타깃 블레이드를 촬영할 수 있으며, 필요에 따라 이동되어 다양한 위치에서 타깃 블레이드를 촬영할 수 있다.
온도측정단계(S1400)는 제어처리부가 고온공기의 유량, 유속 또는 온도 중 하나 이상을 제어하고, 적외선 촬영부로부터의 촬영정보를 기초로 타깃 블레이드의 온도를 측정하는 단계일 수 있다.
온도측정단계(S1400)에서, 제어처리부는 실제 대상 터빈 블레이드부가 놓이는 작동환경에 대응되도록 공기의 온도, 유량 또는 유속을 제어하거나, 터빈 블레이드부로 공급되는 냉각공기의 온도, 유량 또는 유속을 제어하여 다양한 환경에서 타깃 블레이드의 표면 온도를 측정할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 메인유로부 200: 챔버부
220: 윈도우 300: 터빈 블레이드부
310: 타깃 블레이드 320: 더미 블레이드
400: 냉각공기 공급부 500: 적외선 촬영부
600: 제어처리부 700: 송풍부
800: 가열부 810: 제1확산부
820: 속도균일부 821: 속도균일유도로
830: 난류감소부 900: 배출유로부

Claims (12)

  1. 고온공기를 안내하는 메인유로부;
    상기 메인유로부의 후단부에 구비되고 상기 메인유로부에서 안내되는 고온공기가 통과하는 챔버부;
    상기 챔버부의 내측에 구비되고, 표면에 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 관통공을 가지는 복수의 블레이드를 가지는 터빈 블레이드부;
    상기 챔버부를 통해 상기 터빈 블레이드부와 연결되고, 상기 관통공을 통해 배출되도록 상기 복수의 블레이드의 내측으로 냉각공기를 공급하는 냉각공기 공급부;
    상기 챔버부의 외측에 구비되고, 상기 복수의 블레이드 중에서 타깃 블레이드를 촬영하는 적외선 촬영부; 그리고
    상기 고온공기의 유량, 유속 또는 온도 중 하나 이상을 제어하고, 상기 적외선 촬영부로부터 제공되는 촬영정보를 기초로 상기 타깃 블레이드의 온도를 측정하는 제어처리부를 포함하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드부는
    상기 고온공기에 의해 가열되어 적외선을 방사하고 상기 적외선 촬영부에 의해 촬영되는 상기 타깃 블레이드와,
    상기 타깃 블레이드의 양측에 배치되고 적외선 투과성 소재로 형성되어 상기 적외선 촬영부에 의해 촬영되지 않는 복수의 더미 블레이드를 가지는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 타깃 블레이드 및 상기 더미 블레이드는 실제 대상 터빈 블레이드에 대응되는 형상을 가지고, 상기 실제 대상 터빈 블레이드의 배치 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 챔버부는
    상기 챔버부의 테두리를 이루는 프레임과,
    상기 프레임에 결합되고, 적외선 투과성 소재로 형성되는 윈도우를 가지고,
    상기 적외선 촬영부는 상기 윈도우를 통해 상기 타깃 블레이드를 촬영하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 촬영부는 상기 챔버부의 외측에서 이동 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인유로부의 전단부에 연결되고, 상기 메인유로부로 공기를 송풍시키는 송풍부; 그리고
    상기 메인유로부의 내부에 구비되고, 상기 송풍부로부터 송풍되는 공기를 가열하여 상기 고온공기로 생성하는 가열부;를 포함하고,
    상기 제어처리부는 상기 송풍부 및 상기 가열부의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메인유로부의 내측에서 상기 송풍부 및 상기 가열부의 사이에 구비되고, 상기 송풍부로부터 송풍되는 공기가 확산되어 상기 메인유로부의 내측에서 균일하게 분포되도록 유도하는 제1확산부;
    상기 메인유로부의 내측에서 상기 가열부의 후단에 구비되고, 상기 고온공기의 흐름속도가 균일해지도록 하는 속도균일부;
    상기 메인유로부의 내측에서 상기 속도균일부의 후단에 구비되고, 상기 속도균일부를 거친 상기 고온공기의 난류를 감소시키는 난류감소부; 그리고
    상기 챔버부의 후단부에 연결되고, 상기 챔버부로부터 유입되는 공기가 배출되도록 안내하는 배출유로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인유로부는
    전단부에 상기 공기의 흐름방향으로 확대 형성되는 확관부와,
    후단부에 상기 공기의 흐름방향으로 축소 형성되는 축관부와,
    상기 확관부 및 상기 축관부를 연결하고 상기 공기의 흐름방향으로 동일한 단면적으로 형성되는 연장부를 가지며,
    상기 제1확산부는 상기 확관부에 구비되고, 상기 가열부, 상기 속도균일부 및 상기 난류감소부는 상기 연장부에 구비되는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉각공기 공급부는
    압축공기를 공급하는 압축부와,
    일단부는 상기 압축부와 연결되고, 타단부는 상기 터빈 블레이드부에 연결되어 상기 압축공기를 상기 터빈 블레이드부의 내측으로 안내하는 냉각유로부와,
    상기 냉각유로부에 구비되고, 상기 압축부에서 공급하는 압축공기를 조정하는 조정부와,
    상기 냉각유로부에 구비되고, 상기 조정부에서 조정된 상기 압축공기를 냉각시키는 냉각유체가 저장되는 냉각유체 저장부를 가지는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 기재된 터빈 블레이드 온도 측정용 실험장치를 이용한 터빈 블레이드 온도 측정 방법으로서,
    상기 메인유로부의 후단부에 구비되고 표면에 내부와 외부를 관통하도록 형성되는 관통공을 가지는 복수의 블레이드를 가지는 터빈 블레이드부가 내측에 구비되는 챔버부로 고온공기를 공급하는 고온공기 공급단계;
    상기 챔버부를 통해 상기 터빈 블레이드부와 연결되는 냉각공기 공급부가 상기 관통공을 통해 냉각공기가 배출되도록 상기 복수의 블레이드의 내측으로 냉각공기를 공급하는 냉각공기 공급단계;
    상기 챔버부의 외측에 구비되는 적외선 촬영부가 상기 복수의 블레이드 중에서 타깃 블레이드를 촬영하는 촬영단계; 그리고
    제어처리부가 상기 고온공기의 유량, 유속 또는 온도 중 하나 이상을 제어하고, 상기 적외선 촬영부로부터의 촬영정보를 기초로 상기 타깃 블레이드의 온도를 측정하는 온도측정단계;를 포함하는 터빈 블레이드 온도 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 터빈 블레이드부는 상기 고온공기에 의해 가열되어 적외선을 방사하는 상기 타깃 블레이드의 양측에 배치되고 적외선 투과성 소재로 형성되는 복수의 더미 블레이드를 가지고,
    상기 촬영단계에서, 상기 더미 블레이드가 상기 적외선 촬영부의 촬영범위 내에 존재하더라도, 상기 더미 블레이드는 상기 적외선 촬영부에 의해 촬영되지 않는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 챔버부는 상기 챔버부의 테두리를 이루는 프레임과, 상기 프레임에 결합되고, 적외선 투과성 소재로 형성되는 윈도우를 가지고,
    상기 촬영단계에서, 상기 적외선 촬영부는 상기 챔버부의 외측에서 상기 윈도우를 통해 상기 타깃 블레이드를 촬영하는 것을 특징으로 하는 터빈 블레이드 온도 측정 방법.
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