KR20220146942A - 블레이드 시험 시스템 및 블레이드 시험 방법 - Google Patents

블레이드 시험 시스템 및 블레이드 시험 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스터빈에 구비되는 블레이드의 시험을 위한 시스템 및 방법에 대한 것으로, 적어도 하나의 블레이드 시편으로 이루어지는 모사 시편에 대한 적어도 하나의 모사 시험을 수행하는 시편 시험부 및, 상기 모사 시편이 상기 시편 시험부에서 수행되는 적어도 하나의 모사 시험을 통과하는 경우, 상기 모사 시편을 구성하는 블레이드 시편으로 이루어지는 블레이드에 대한 고온고속회전 시험을 수행하는 시험부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

블레이드 시험 시스템 및 블레이드 시험 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TURBINE BLADES TESTING}
본 발명은 가스터빈에 구비되는 블레이드의 시험을 위한 시스템 및 방법에 대한 것이다.
현재 LNG 발전용 가스터빈은 친환경 에너지전환 정책에 따라 석탄발전과 원자력 발전 비중이 감소함에 따라 기저부하를 담당하기 위해 비중이 확대될 전망이다.
상기 가스터빈의 회전익(blade)은 고온에서 고속회전(3600 rpm)하면서 작동하는 부품으로서 원심력에 의한 하중을 받는다. 또한 반복적으로 기동과 정지를 반복함으로서 열피로(thermal fatigue) 환경에 노출된다.
한편 이처럼 가스터빈의 블레이드는 원심력에 의한 하중과 열피로 환경에 노출되므로, 상기 원심력에 의한 하중과 열피로에 대한 신뢰성이 보장되어야 한다. 이에 가스터빈 블레이드 제작 시, 제작된 블레이드에 대한 원심력 및 열피로 환경에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 제작된 블레이드가 탑재된 고온고속회전 시험기를 통해 신뢰성 시험을 수행한다.
이처럼 고온고속회전시험기를 활용한 신뢰성 시험은 제작된 가스터빈 블레이드를 시험기에 장착하고, 실제 가스터빈의 온도 및 회전 조건에 따라 회전하여 시험을 수행하는 방식이다. 그런데 실제 가스터빈 블레이드와 동일한 조건을 형성하기 위해 고온 상황에서의 고속 회전시험을 위한 블레이드 고정 장치의 제작 비용이 매우 비싸기 때문에, 시험을 위해 소요되는 비용이 매우 크다는 문제가 있다.
또한 블레이드의 상태나 시험 조건에 따라서, 고속으로 회전하는 블레이드는 파손에 이르기도 하므로 시험에 따른 인적, 물적 위험을 감수할 수도 있다. 이 경우 블레이드가 파손되면 매우 고가의 장비인 고온고속회전시험기가 파손될 수 있으며, 상기 블레이드의 고정 장치 역시 파손될 수 있다는 문제가 있다.
또한 시험을 수행한 이후에 상기 시험기의 정비 비용 또한 무시할 수 없는 비용이므로, 제작된 블레이드의 시험을 위해 소요되는 비용이 블레이드 제작에서 있어서 큰 비중을 차지하게 된다. 이는 블레이드의 단가 상승을 유발할 뿐만 아니라 가스터빈의 비중이 점차 확대되는 현재의 추세로 볼 때 사회적 비용의 상승을 유발할 수 있다.
이에 상기 제작된 블레이드의 신뢰성 확보를 위한 시험 비용을 감소시키고자 하는 사회적 니즈(needs)가 대두되고 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 제작된 블레이드의 신뢰성을 확보할 수 있는 보다 저렴하면서도 신뢰할 수 있는 시험 시스템 및 시험 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 시스템은, 적어도 하나의 블레이드 시편으로 이루어지는 모사 시편에 대한 적어도 하나의 모사 시험을 수행하는 시편 시험부 및, 상기 모사 시편이 상기 시편 시험부에서 수행되는 적어도 하나의 모사 시험을 통과하는 경우, 상기 모사 시편을 구성하는 블레이드 시편으로 이루어지는 블레이드에 대한 고온고속회전 시험을 수행하는 시험부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 시편 시험부는, 상기 적어도 하나의 모사 시험 각각에 대해, 상기 블레이드의 질량 및 상기 블레이드에 요구되는 정격 회전 속도에 근거한 인장 하중 또는 압축 하중을 산출하는 하중 산출부와, 상기 하중 산출부에서 산출되는 하중을 상기 모사 시편에 인가하는 하중 모사부 및, 상기 인가된 하중에 의해 상기 모사 시편에 파단이 발생하였는지 여부를 검출하는 파단 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험은, 상기 블레이드가 정격 속도 이상의 속도로 회전하는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 과속도 시험을 모사하기 위한 과속도 모사 시험을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 하중 산출부는, 하기 수학식에 따라 상기 과속도 모사 시험을 위한 하중을 산출하며, 상기 하중 모사부는, 상기 하중 산출부에서 산출된 하중을 기 설정된 시간 동안 상기 모사 시편에 인가하여 상기 모사 시편에 대한 상기 과속도 모사 시험을 수행하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure pat00001
여기서, F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도를 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험은, 상기 블레이드가 일정 시간을 주기로 정지 상태에서 정격 회전 속도까지 회전 속도가 가속 및, 정격 회전 속도로 회전하는 상태에서 다시 정지 상태에 이르기까지 회전 속도가 감속되는 동작이 반복되는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 저주기피로 모사 시험을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 하중 산출부는, 하기 수학식에 근거하여 시간 경과에 따라 증가 또는 감소되는 저주기피로 모사 시험 하중을 산출하며, 상기 하중 모사부는, 상기 산출된 저주기피로 모사 하중에 따라 증가 또는 감소되는 하중을 상기 모사 시편에 인가하여, 상기 모사 시편에 대한 상기 저주기피로 모사 시험을 수행하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure pat00002
여기서, F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도, t는 시간 변수로서 최소값 0 에서 최대값 1을 가지며, 시간 경과에 따라 점차적으로 최소값에서 최대값으로 증가 및, 최대값에서 최소값으로 감소하는 변수를 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 하중 산출부는, 상기 저주기피로 모사 시험을 위한 조건으로 입력된 가속 시간 및 감속 시간 동안, 상기 시간 변수 t가 최소값에서 최대값까지 증가 및 최대값에서 최소값까지 감소되도록 하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 하중 산출부는, 상기 저주기피로 모사 시험을 위한 조건으로 사이클 수가 입력되는 경우, 상기 저주기피로 모사 시험 시간을 상기 사이클 수의 2배로 나누고, 상기 사이클 수의 2배로 나누어진 시간값에 따라 상기 가속 시간 및 감속 시간을 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 하중 산출부는, 상기 저주기피로 모사 시험을 위한 조건으로 입력된 온도 조건에 따른 열을 상기 모사 시편에 더 인가하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험은, 상기 블레이드가 정격 회전 속도로 기 설정된 시간 이상 회전하는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 크리프 시험을 모사하기 위한 크리프 모사 시험을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 하중 산출부는, 하기 수학식에 따라 상기 크리프 모사 시험을 위한 하중을 산출하며, 상기 하중 모사부는, 상기 하중 산출부에서 산출된 하중을 상기 기 설정된 시간 이상으로 설정된 크리프 시험 시간 동안 상기 모사 시편에 인가하여 상기 모사 시편에 대한 상기 크리프 모사 시험을 수행하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure pat00003
여기서, F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도를 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 하중 모사부는, 특정 온도에서 일정 시간동안 인장 하중 또는 압축 하중을 상기 모사 시편에 인가하는 크리프(creef) 시험기임을 특징으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 방법은, 적어도 하나의 블레이드 시편으로 이루어지는 모사 시편에 대한 적어도 하나의 모사 시험을 수행하는 단계와, 상기 적어도 하나의 모사 시험을 통과한 모사 시편을 구성하는 블레이드 시편으로 이루어지는 블레이드를 고온고속회전 시험기에 장착하여 고온고속회전 시험을 수행하는 단계 및, 상기 고온고속회전 시험 결과, 파손이 발생하였는지 여부에 따라 상기 블레이드가 상기 터빈 블레이드로서 적합한지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험은, 상기 블레이드가 정격 속도 이상의 속도로 회전하는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 과속도 시험을 모사하기 위한 과속도 모사 시험을 포함하고, 상기 블레이드가 일정 시간을 주기로 정지 상태에서 정격 회전 속도까지 회전 속도가 가속 및, 정격 회전 속도로 회전하는 상태에서 다시 정지 상태에 이르기까지 회전 속도가 감속되는 동작이 반복되는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 저주기피로 모사 시험 및, 상기 블레이드가 정격 회전 속도로 기 설정된 시간 이상 회전하는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 크리프 시험을 모사하기 위한 크리프 모사 시험 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험을 수행하는 단계는, 상기 과속도 모사 시험을 위한 과속도 모사 하중을 상기 모사 시편에 인가하여 상기 과속도 모사 시험을 수행하는 단계와, 상기 과속도 모사 시험 결과, 상기 모사 시편에서 상기 과속도 모사 하중에 의한 파단이 발생하였는지 여부를 검출하는 단계와, 상기 과속도 모사 하중에 의한 파단 검출 결과, 파단이 발생하지 않은 경우에 상기 저주기피로 모사 시험에 따른 교번하중 및 상기 크리프 모사 시험에 따른 원심하중 중 적어도 하나를 상기 모사 시편에 인가하여, 상기 저주기피로 모사 시험 및 상기 크리프 모사 시험 중 적어도 하나를 수행하는 단계와, 상기 모사 시편에서, 상기 저주기피로 모사 시험 및 상기 크리프 모사 시험 중 적어도 하나에 따른 파단이 발생하였는지 여부를 검출하는 단계 및, 상기 저주기피로 모사 시험 및 상기 크리프 모사 시험 중 적어도 하나에 따른 파단이 발생하였는지 여부에 따라 상기 모사 시편이 상기 적어도 하나의 모사 시험을 통과하였는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 과속도 모사 하중은, 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure pat00004
여기서, F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도를 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 교번하중은, 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 방법.
[수학식]
Figure pat00005
여기서, F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도, t는 시간 변수로서 최소값 0 에서 최대값 1을 가지며, 시간 경과에 따라 점차적으로 최소값에서 최대값으로 증가 및, 최대값에서 최소값으로 감소하는 변수를 의미함.
일 실시 예에 있어서, 상기 원심하중은, 하기 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
Figure pat00006
여기서, F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도를 의미함.
본 발명에 따른 블레이드 시험 시스템 및 시험 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 블레이드 제작 단계에서, 제작된 블레이드의 시편 단계에서부터 블레이드의 고온, 고속 회전 상태에서의 하중을 인가하여 신뢰성을 확보하고, 신뢰성이 확보된 시편들로 조립된 블레이드 조립체를 고온고속회전시험기에 장착하여 시험이 이루어지도록 한다.
이에 따라 상기 고온고속회전시험에서 부적합으로 판정될 수 있는 확률을 낮춤으로서, 상기 고온고속회전시험의 횟수를 감소시켜 상기 고온고속회전시험에 따른 비용을 줄일 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 시스템의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 제작된 블레이드 시편의 예를 도시한 예시도이다.
도 4는, 도 2의 동작 과정 중 모사 시험 과정을 통해 모사 시편에 대한 신뢰성을 시험하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 터빈 블레이드의 실제 회전시 과속 회전 상태에 대응하는 원심응력을 도시한 그래프이다.
도 6은 터빈 블레이드의 실제 회전시 저주기 피로 상태에 대응하는 교번응력을 도시한 그래프이다.
도 7은 터빈 블레이드의 실제 회전시 장시간 고속 회전에 대응하는 원심응력을 도시한 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다
본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이하에서 설명되는 각각의 실시 예들 뿐만 아니라, 실시 예들의 조합은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 내지 대체물로서, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 해당될 수 있음은 물론이다.
먼저 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 본 발명의 기본 원리를 설명하면 본 발명은 고비용이 요구되는 고온고속회전시험 전에 블레이드 조립체를 구성하는 적어도 하나의 블레이드로 구성되는 시편에, 실제 터빈 블레이드의 회전시에 가해지는 하중을 모사하여 상기 시편 단계에서부터 안전성을 확보할 수 있도록 한다. 이에 블레이드나 고정 장치, 고온고속회전시험기의 파손을 방지할 수 있으며, 상기 고온고속회전시험을 수행하기 전에 하자가 있는 블레이드를 미리 판별하도록 함으로써, 불필요한 고온고속회전시험에 따른 비용을 절감할 수 있도록 한다.
도 1은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 시스템(10)의 구조를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 시스템(10)은 블레이드 시편에 대한 시험을 수행하는 시편 시험부(20) 및 시편 시험부를 통해 신뢰성이 확보된 블레이드 시편들로 구성된 블레이드를 장착하여 실제 고온고속회전시험을 수행하는 시험부(30)를 포함할 수 있다.
먼저 시편 시험부(20)는 블레이드를 구성하는 블레이드 시편들 중 적어도 하나(이하 모사 시편)에 대하여, 실제 블레이드의 회전 상태에 상응하는 하중을 인가하여, 상기 블레이드의 회전 상태에 대한 상기 모사 시편의 신뢰성 시험을 수행할 수 있다.
일반적으로 가스터빈 블레이드 시제품의 성능평가는, 크게 상온에서 원심력에 의한 회전익 시제품의 강도를 평가하기 위한 과속도 시험(Overspeed test), 고온에서 기동정지에 의한 하중변화에 따른 영향을 평가하기 위한 고온 저주기피로시험(Low cycle fatigue test), 고온에서 일정 회전에 따른 원심력에 의한 크리프시험(Creep test)으로 구성될 수 있다.
이에 상기 시편 시험부(20)는, 실제 고온고속회전시험이 이루어지기 전에 블레이드를 구성하는 시편에 대하여, 실제 블레이드의 과속 회전시에 발생하는 원심응력을 모사 시편에 인가하여 상기 과속도 시험에 대응하는 모사 시험(과속도 모사 시험)을 수행할 수 있으며, 일정 온도(고온)에서 정지 상태에서 정격 회전 속도까지 회전 속도가 가속 및 감속되는 고온 저주기피로시험 시에 발생하는 교번응력을 모사 시편에 인가하여 상기 고온 저주기피로시험에 대응하는 모사 시험(저주기피로 모사 시험)을 수행할 수 있다. 또한 고온에서 등속의 정격 속도로 장시간 운전되는 실제 블레이드의 크리프 시험 시에 발생하는 원심응력을 모사 시편에 인가하여 상기 크리프 시험에 대응하는 모사 시험(크리프 모사 시험)을 수행할 수 있다.
이를 위해 상기 시편 시험부(20)는 사용자로부터 입력되는 블레이드의 회전 속도와 시험 시간 등의 시험 조건을 입력받기 위한 입력부(21)를 구비할 수 있다. 그리고 상기 입력부(21)를 통해 입력되는 시험 조건에 근거하여, 상기 과속도 모사 시험, 상기 저주기피로 모사 시험, 및 상기 크리프 모사 시험 각각에 대응하는 하중들을 산출하는 하중 산출부(23)를 포함할 수 있다.
한편 산출된 하중들은 하중 모사부(24)를 통해 모사 시편에 인가될 수 있다. 여기서 상기 모사 시편에 인가되는 하중들은 인장 하중 또는 압축 하중의 형태로서, 상기 하중 모사부(24)는 상기 인장 하중 또는 압축 하중을 상기 모사 시편에 인가하는 구성요소 일 수 있다. 일 예로 상기 하중 모사부(24)는 특정 온도에서 일정 시간동안 설정된 인장 하중 또는 압축 하중을 대상에 인가하는 크리프(creep) 시험기일 수 있다.
또한 시편 시험부(20)는 상기 하중 모사부(24)를 통해 인가된 하중에 의해 모사 시편의 파단 상태를 검출할 수 있는 파단 검출부(25)를 포함할 수 있다. 일 예로 상기 파단 검출부(25)는 모사 시편의 파단 상태를 검출하기 위한 카메라를 적어도 하나 포함할 수 있다. 또는 상기 하중 모사부(24)가 크리프 시험기인 경우, 상기 파단 검출부(25)와 하중 모사부(24)는 하나의 크리프 시험기로 형성될 수도 있다.
또한 상기 시편 시험부(20)는 상기 입력된 시험 조건들 및 상기 하중 산출을 위한 다양한 데이터들, 산출된 하중을 하중 모사부(24)가 인가하기 위한 데이터들, 및 상기 모사 시편의 파단 상태를 검출하기 위한 다양한 데이터들이 저장되는 메모리(22)를 포함하여 형성될 수 있다.
한편 시험부(30)의 회전 시험부(30)는 통상적인 고온고속회전시험기를 포함할 수 있으며, 상기 회전 시험부(30)를 통한 고온고속회전시험 결과 장착된 블레이드의 파손 여부를 검출하기 위한 파손 검출부(32)를 포함할 수 있다.
한편 상술한 바와 같이 본 발명은 제작된 블레이드에 대한 고온고속회전시험을 수행하기 전에 블레이드를 구성하는 블레이드 시편들에 대해 실제 가스터빈 구동 시 부가되는 원심응력에 대한 기계적 특성을 먼저 확보하고, 기계적 특성이 확보된 블레이드 시편들로 조립되는 블레이드에 대하여 고온고속회전시험을 수행하여 부적합한 블레이드에 대한 고온고속회전시험이 수행되는 것을 방지하고, 블레이드의 파손에 의한 인적, 물적 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한다.
도 2는 이와 같이 블레이드 시편에 대한 모사 시험을 먼저 수행하고 이후에 블레이드에 대한 시험을 수행하는 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 과정을 도시한 흐름도이다. 그리고 도 3은 제작된 블레이드 시편의 예를 도시한 예시도이다.
도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 방법에 따르면, 제작된 블레이드 시편들 중 모사 시편에 대한 모사 시험이 먼저 수행될 수 있다(S200).
여기서 상기 모사 시편은, 상기 제작된 블레이드 시편들 중 어느 하나 또는 하나 이상의 블레이드 시편 조립체일 수 있다. 또는 상기 제작된 블레이드 시편의 루트부에서 플랫폼부의 재질과 동일한 재질로 형성되는 모사 블레이드일 수 있다.
도 3을 참조하여 살펴보면 블레이드 시편(300)은, 블레이드 시편이 시험기에 결합되는 루트부(311), 상기 루트부(311)에서 날개부(320)가 시작되는 부분인 플랫폼부(312), 그리고 플랫폼부(312)에 연결되는 날개부(320)를 포함할 수 있다. 여기서 블레이드에 회전시험에 있어서 일반적으로 원심응력은 블레이드의 루트부(311)부터 플랫폼부(312)까지가 하중을 가장 많이 인가될 수 있으며, 이에 따라 상기 루트부(311)와 플랫폼부(312)가 모사 시험에 인가되는 하중에 대해 시험을 통과(적합한 것으로 판단)하면 블레이드 시편(300) 전부위에서도 충분한 건전성을 확보할 수 있기 때문이다.
한편 상기 모사 시편 시험 단계(S200)에서는, 모사 시험으로서 과속도 시험, 고온 저주기피로 시험, 그리고 크리프 시험에 대응하는 시험 조건들을 입력받고, 입력된 시험 조건에 따라 각 모사 시험에 대응하는 하중들이 산출될 수 있다. 그리고 산출된 하중들이 인장 하중 또는 압축 하중의 형태로 모사 시편에 인가될 수 있다. 상기 모사 시험들은 선택적으로 수행될 수 있으며, 기 설정된 순서에 따라 수행될 수 있다.
일 예로 과속도 시험의 경우 블레이드가 충분한 강도를 가지고 있는지 여부를 판별하기 위한 기본적인 시험으로서, 다른 시험에 대해 선행되는 시험일 수 있다. 따라서 선행적으로 과속도 시험에 대응하는 하중이 먼저 모사 시편에 인가될 수 있다. 그리고 상기 과속도 시험에 대응하는 하중에 대해 파단이 검출되지 않은 경우에 한해 다른 모사 시험이 더 수행될 수 있다.
한편 상기 고온 저주기피로 시험 및 크리프 시험은, 상기 과속도 시험 이후에 선택적으로 적어도 하나가 더 수행될 수 있다. 일 예로 고온 저주기피로 시험 및 크리프 시험은 사용자의 선택에 따라 어느 하나가 먼저 수행되거나 나중에 수행될 수 있다. 또는 상기 고온 저주기피로 시험 및 크리프 시험 중 어느 하나만 수행될 수도 있다.
이하 모사 시편 시험에 대한 보다 자세한 동작 과정은, 하기 도 4를 참조하여 보다 자세하게 살펴보기로 한다.
한편, 본 발명의 블레이드 시험 시스템(10)은, 상기 S200 단계에서 이루어진 모사 시편 시험을 통해, 모사 시편의 파단이 검출되지 않은 경우에 상기 모사 시편에 대응하는 블레이드, 즉 모사 시편으로 사용된 블레이드 시편들의 조립체 또는 상기 모사 시편의 재질과 동일한 재질로 이루어진 블레이드 시편들의 조립체에 대한 고온고속회전시험을 수행할 수 있다. 즉 상기 S200 단계에서 수행된 모사 시편 시험 단계에서 블레이드 시험이 중단되지 않은 경우, 본 발명의 블레이드 시험 시스템(10)은 블레이드, 즉 모사 시편에 대응하는 블레이드가 회전 시험부(30), 즉 고온고속회전시험기에 장착되었는지 여부를 검출할 수 있다(S202).
한편 상기 S202 단계의 검출 결과 모사 시편에 대응하는 블레이드가 회전 시험부(30)에 장착되면, 시험부(30)는 장착된 블레이드에 대한 고온고속회전시험을 수행할 수 있다(S204). 일 예로 상기 블레이드 회전 시험에서는 실제 가스터빈의 정격 회전 속도보다 일정 속도 초과된 속도로 블레이드를 회전시키는 과속도 시험, 특정 온도에서 정지 상태에서 정격 속도까지 회전 속도가 기 설정된 시간을 주기로 반복적으로 가속 또는 감속되는 고온 저주기피로 시험, 그리고 고온의 일정한 조건에서 등속의 정격 속도로 장시간 회전 속도를 유지하는 크리프 시험을 포함할 수 있다.
한편 상기 S204 단계의 블레이드 회전 시험은 상기 과속도 시험m, 고온 저주기피로 시험 및 크리프 시험을 포함하는 고온고속회전 시험 외에 열피로 시험 및, 진동가진 시험을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 S204 단계의 블레이드 회전 시험이 종료되면, 시험부(30)는 파손 검출부(32)를 통해 블레이드에 파손이 발생하였는지를 검출할 수 있다(S206). 그리고 상기 S206 단계의 파손 검출 결과, 파손이 검출된 경우에는 가스터빈 블레이드로서 부적합하다고 판정하고(S210), 파손이 검출되지 않은 경우에는 가스터빈 블레이드로서 적합하다고 판정(SS208)할 수 있다. 그리고 상기 블레이드의 적합성 여부 판정이 완료되면, 상기 블레이드의 시험을 종료할 수 있다.
여기서 상기 시험부(30)는, 장착된 블레이드가 부적합한 것으로 판정되는 경우 재시험을 수행할 수도 있음은 물론이다. 이 경우 파손이 발생된 블레이드 시편은 다른 블레이드 시편으로 교체될 수 있으며, 교체된 블레이드 시편을 포함하는 블레이드의 재장착 여부가 상기 S202 단계에서 검출될 수 있다. 그리고 상기 재장착된 블레이드에 대한 상기 S204 단계의 블레이드 시험 결과에 따라 다시 적합 여부가 판정될 수 있다. 그리고 현재 장착된 블레이드가 다시 부적합한 것으로 판정되는 경우(S210), 시험부(30)는 최종적으로 현재 블레이드 시편에 대응하는 블레이드가 가스터빈 블레이드로서 부적합하다고 판정할 수도 있다.
한편 도 4는, 도 2의 동작 과정 중 모사 시험 과정을 통해 모사 시편에 대한 신뢰성을 시험하는 동작 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 모사 시편에 대한 모사 시험으로서 과속도 시험이 수행될 수 있다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 시스템(10)의 시편 시험부(20)는 입력부를 통해 입력된 시험 조건에 근거하여 정격 회전 속도를 초과하는 속도로 회전하는 가스터빈 블레이드에 인가되는 원심응력을 산출할 수 있다(S300).
여기서 하중 산출부(23)는 시험 조건으로 입력되는 실제 블레이드(블레이드 시편의 조립체)의 질량과 상기 블레이드의 크기에 따른 반지름, 그리고 상기 블레이드의 정격 회전 속도에 근거하여 과속도 회전시에 모사 시편에 인가되는 하중의 크기를 모사할 수 있다.
도 5는 이처럼 터빈 블레이드의 실제 회전시 과속 회전 상태에 대응하는 원심응력을 도시한 그래프이다.
먼저 도 5의 (a)는 입력된 블레이드의 질량과 블레이드 정격 회전 속도에 대응하는 실제 블레이드의 과속도 회전 상태를 모사한 그래프이다. 그리고 도 5의 (b)는 모사된 실제 블레이드의 과속도 회전 상태에 따라 블레이드에 가해질 수 있는 하중을 하기 수학식 1에 따라 산출한 그래프이다.
Figure pat00007
여기서,
F1은 실제 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 실제 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 실제 블레이드의 반지름, ω1은 실제 블레이드의 회전 속도를 의미함.
상기 수학식 1에 따르면, 과속도 회전 시험의 경우 정격 속도의 120%의 속도로 블레이드가 회전되는 경우를 가정한 것이다. 그러므로 도 5의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이, 정격 속도의 120%에 해당하는 회전 속도로 5분 이상 회전되는 경우, 이는 정격 하중(100%)(500)의 144%에 달하는 하중이 블레이드에 인가될 수 있으며, 이는 수학식 1에 의해 실제 블레이드에 작용하는 원심력(m1r1ω1)의 144%에 해당하는 원심력으로 산출될 수 있다.
그리고 상기 S300 단계에서 산출된 원심력에 따른 하중이 하중 모사부(24)에 장착된 모사 시편에 대해 인가될 수 있다(S302).
한편 상기 S302 단계에서 하중 모사부(24)의 과속도 시험 하중 모사가 완료되면, 시편 시험부(20)는 상기 모사 시편에 파단이 발생하였는지 여부를 검출할 수 있다(S304). 그리고 파단이 발생한 경우라면 현재 모사 시편에 대응하는 블레이드가 가스터빈 블레이드에 적합하지 않은 것으로 판단하고 블레이드 시험을 종료할 수 있다.
반면 상기 S304 단계의 파단 검출 결과, 모사 시편에 파단이 발생하지 않은 경우라면, 시편 시험부(20)는 다음 수행될 시험으로 설정된 모사 시험을 수행할 수 있다. 일 예로 상기 과속도 시험 이후에 수행될 모사 시험은 고온 저주기피로 시험 또는 크리프 시험이 있을 수 있으며, 모사 시편 시험 설정에 따라 상기 고온 저주기피로 시험 및 크리프 시험이 순차적으로 수행될 수 있다. 또는 상기 고온 저주기피로 시험 및 크리프 시험 중 어느 하나의 시험만 수행될 수도 있다.
한편 모사 시편 시험 설정이, 상기 과속도 시험 이후에 고온 저주기피로 시험을 수행하도록 설정된 경우, 시편 시험부(20)는 입력부를 통해 입력된 고온 저주기피로 시험 조건에 근거하여 정지 상태에서 정격 회전 속도로 일정 시간을 주기로 반복하여 회전 속도가 증감될 때 가스터빈 블레이드에 인가되는 교번응력을 산출할 수 있다(S308).
여기서 하중 산출부(23)는 상기 시험 조건으로 입력된 실제 블레이드(블레이드 시편의 조립체)의 질량과 상기 블레이드의 크기에 따른 반지름, 그리고 상기 블레이드의 정격 회전 속도에 근거하여 모사 시편에 인가되는 하중의 크기를 모사할 수 있다.
도 6은 이처럼 터빈 블레이드의 실제 회전시 저주기피로 상태에 대응하는 교번응력을 도시한 그래프이다.
먼저 도 6의 (a)는 입력된 블레이드의 질량과 블레이드 정격 회전 속도에 대응하는 가스터빈 블레이드가 일정 시간을 주기로 정지 상태에서 정격 회전 속도로 회전 속도가 가속되다가, 정격 회전 속도로 회전하는 상태에서 다시 정지 상태에 이르기까지 회전 속도가 감속되는 동작이 반복되는 회전 속도 변화를 모사한 그래프이다. 그리고 도 6의 (b)는, 도 6의 (a)에서 보이는 회전 속도 변화에 따라 블레이드의 회전 속도가 변경되는 경우에, 상기 블레이드에 인가되는 하중 변화를 하기 수학식 2에 따라 산출한 하중 그래프이다.
Figure pat00008
여기서,
F1은 실제 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 실제 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 실제 블레이드의 반지름, ω1은 실제 블레이드의 회전 속도, t는 시간 변수로서 최소값 0 에서 최대값 1을 가지며, 시간 경과에 따라 점차적으로 최소값에서 최대값으로 증가 및, 최대값에서 최소값으로 감소하는 변수를 의미함.
한편 상기 S308 단계에서 산출된 원심력에 따른 하중이 하중 모사부(24)에 장착된 모사 시편에 대해 인가될 수 있다(S308). 이 경우 상기 모사 시편에 인가되는 하중은 시간 변수(t)의 변화에 따라 하중은 최소 0에서, 최대 정격 회전 속도에 대응하는 하중의 100%에 대응하는 하중이 인가될 수 있다(S310).
한편 상기 고온 저주기피로 시험을 위한 시험 조건으로 온도 조건이 더 입력될 수 있으며, 이 경우 상기 하중 모사부(24)는 변화되는 하중 뿐만 아니라 기 설정된 온도 조건에 따른 열을 상기 모사 시편에 인가할 수 있다.
한편 상기 고온 저주기피로 시험을 위한 시험 조건으로, 회전 속도의 가속 시간 및 감속 시간, 그리고 사이클의 수 등이 더 입력될 수 있다. 이 경우 하중 산출부(23)는 상기 입력된 가속 시간 또는 감속 시간에 따라 시간 변수(t)가 증가 또는 감소되도록 하거나, 또는 기 설정된 모사 시험 시간을 상기 입력된 사이클의 수의 2배로 나누고 나눈 시간을 상기 시간 변수(t)가 최소값에서 최대값까지 변경되는 시간으로 설정할 수 있다. 그리고 설정된 시간에 따라 상기 시간 변수를 점차적으로 증가 또는 감소시킬 수 있다.
이처럼 시간 변수가 변경됨에 따라 상기 S308 단계에서 인가되는 하중은 증가 및 감소를 반복할 수 있다. 그리고 이러한 하중의 변화에 따라 모사 시편에는 시간에 따라 증가 또는 감소되는 인장 하중과 압축 하중이 교대로 인가될 수 있다. 그리고 고온 저주기피로 시험이 종료되는 경우, 시편 시험부(20)는 이러한 교번응력에 의하여 모사 시편에 파단이 발생하였는지 여부를 검출할 수 있다(S312).
한편 상기 S312 단계의 검출 결과, 파단이 발생한 경우라면, 시편 시험부(20)는 현재 모사 시편에 대응하는 블레이드가 가스터빈 블레이드에 적합하지 않은 것으로 판단하고 블레이드 시험을 종료할 수 있다.
반면 상기 S312 단계의 검출 결과, 파단이 발생하지 않은 경우라면, 시편 시험부(20)는 다음 시험이 설정된 상태인지 여부를 확인할 수 있다(S314). 그리고 다음 시험이 설정되지 않은 경우라면, 시편 시험부(20)는 현재 장착된 모사 시편이 모사 시험을 통과한 것으로 판단할 수 있다.
이 경우 상기 장착된 모사 시편에 대응하는 블레이드 시편, 즉 모사 시편을 구성하는 블레이드 시편 또는 상기 모사 시편과 동일한 재질로 형성된 블레이드 시편의 조립체, 즉 블레이드가 회전 시험부(30)에 장착될 수 있으며, 상기 도 2의 S202 단계 내지 S206 단계를 통해 가스터빈 블레이드에 적합한지 여부가 시험될 수 있다.
반면, 상기 S314 단계의 확인 결과 다음 시험이 설정된 경우라면, 시편 시험부(20)는 현재 장착된 모사 시편에 대한 다음 모사 시험을 수행할 수 있다. 이 경우 상술한 바와 같이 고온 저주기피로 시험이 먼저 수행된 경우라면, 크리프 시험이 다음 시험으로 설정될 수 있으며, 이에 따라 시편 시험부(20)는 상기 S314 단계에서 모사 시편에 대한 크리프 모사 시험을 위한 S316 단계를 수행할 수 있다.
여기서 크리프 시험은, 블레이드를 정격 회전 속도로 장시간 운전하는 모사 시험일 수 있다. 이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 블레이드 시험 시스템(10)의 시편 시험부(20)는 입력부를 통해 입력된 크리프 시험 조건에 근거하여 정격 회전 속도로 회전하는 가스터빈 블레이드에 인가되는 원심응력을 산출할 수 있다(S316).
여기서 하중 산출부(23)는 크리프 시험 조건으로 입력되는 블레이드(블레이드 시편의 조립체)의 질량과 블레이드의 반지름, 그리고 실제 블레이드의 정격 회전 속도에 근거하여 크리프 회전시에 모사 시편에 인가되는 하중의 크기를 모사할 수 있다.
도 7은 이처럼 터빈 블레이드의 실제 회전시 장시간 고속 회전에 대응하는 원심응력을 도시한 그래프이다.
먼저 도 7의 (a)는 입력된 블레이드의 질량과 블레이드 정격 회전 속도에 대응하는 실제 블레이드의 회전 상태를 모사한 그래프이다. 그리고 도 7의 (b)는 모사된 실제 블레이드의 정격 속도 회전 상태에 따라 블레이드에 가해질 수 있는 하중을 하기 수학식 3에 따라 산출한 하중 그래프이다.
Figure pat00009
여기서,
F1은 실제 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 실제 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 실제 블레이드의 반지름, ω1은 실제 블레이드의 회전 속도를 의미함.
상기 수학식 3에 따르면, 크리프 시험의 경우 정격 회전 속도로 블레이드가 장시간 회전되는 경우를 가정한 것이다. 그러므로 도 7의 (a)에서 보이고 있는 바와 같이, 정격 속도에 대응하는 회전 속도로 기 설정된 크리프 회전 시험 시간 동안 회전되는 경우, 상기 크리프 회전 시험 시간 동안 정격 회전 속도에 대응하는 하중(700)이 블레이드에 지속적으로 인가될 수 있다.
그리고 상기 S316 단계에서 산출된 원심력에 따른 하중이 하중 모사부(24)에 장착된 모사 시편에 대해 인가될 수 있다(S318).
한편 상기 S318 단계에서 하중 모사부(24)의 크리프 시험에 따른 하중 모사가 완료되면, 시편 시험부(20)는 상기 모사 시편에 파단이 발생하였는지 여부를 검출할 수 있다(S320). 그리고 파단이 발생한 경우라면 현재 모사 시편에 대응하는 블레이드가 가스터빈 블레이드에 적합하지 않은 것으로 판단하고 블레이드 시험을 종료할 수 있다.
반면 상기 S320 단계의 파단 검출 결과, 모사 시편에 파단이 발생하지 않은 경우라면, 시편 시험부(20)는 다음 수행될 시험이 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이 경우 상술한 바와 같이 먼저 고온 저주기피로 시험이 수행된 이후에 상기 크리프 시험이 수행된 경우라면, 시편 시험부(20)는 다음 수행될 시험이 없는 것으로 판단할 수 있다. 그러면 시편 시험부(20)는 현재 장착된 모사 시편이 모사 시험을 통과한 것으로 판단할 수 있다.
이 경우 상기 장착된 모사 시편에 대응하는 블레이드 시편, 즉 모사 시편을 구성하는 블레이드 시편 또는 상기 모사 시편과 동일한 재질로 형성된 블레이드 시편의 조립체, 즉 블레이드가 회전 시험부(30)에 장착될 수 있으며, 상기 도 2의 S202 단계 내지 S206 단계를 통해 가스터빈 블레이드에 적합한지 여부가 시험될 수 있다.
반면, 상술한 설명과 달리 고온 저주기피로 시험이 수행되지 않은 상태에서 상기 크리프 시험이 먼저 수행된 경우라면, 시편 시험부(20)는 상기 S322 단계에서 다음에 수행될 모사 시험으로서 고온 저주기피로 시험이 설정된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 시편 시험부(20)는 상기 S308 단계로 진행하여 상기 S308 단계 내지 S314 단계에 이르는 과정을 더 수행할 수도 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10 : 블레이드 시험 시스템 20 : 시편 시험부
21 : 입력부 22 : 메모리
23 : 하중 산출부 24 : 하중 모사부
25 : 파단 검출부 30 : 시험부
31 : 회전 시험부 32 : 파손 검출부

Claims (18)

  1. 터빈 블레이드 신뢰도 시험을 위한 시험 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 블레이드 시편으로 이루어지는 모사 시편에 대한 적어도 하나의 모사 시험을 수행하는 시편 시험부; 및,
    상기 모사 시편이 상기 시편 시험부에서 수행되는 적어도 하나의 모사 시험을 통과하는 경우, 상기 모사 시편을 구성하는 블레이드 시편으로 이루어지는 블레이드에 대한 고온고속회전 시험을 수행하는 시험부를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시편 시험부는,
    상기 적어도 하나의 모사 시험 각각에 대해, 상기 블레이드의 질량 및 상기 블레이드에 요구되는 정격 회전 속도에 근거한 인장 하중 또는 압축 하중을 산출하는 하중 산출부;
    상기 하중 산출부에서 산출되는 하중을 상기 모사 시편에 인가하는 하중 모사부; 및,
    상기 인가된 하중에 의해 상기 모사 시편에 파단이 발생하였는지 여부를 검출하는 파단 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험은,
    상기 블레이드가 정격 속도 이상의 속도로 회전하는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 과속도 시험을 모사하기 위한 과속도 모사 시험을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하중 산출부는,
    하기 수학식 1에 따라 상기 과속도 모사 시험을 위한 하중을 산출하며,
    상기 하중 모사부는,
    상기 하중 산출부에서 산출된 하중을 기 설정된 시간 동안 상기 모사 시편에 인가하여 상기 모사 시편에 대한 상기 과속도 모사 시험을 수행하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
    [수학식 1]
    Figure pat00010

    여기서,
    F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도를 의미함.
  5. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험은,
    상기 블레이드가 일정 시간을 주기로 정지 상태에서 정격 회전 속도까지 회전 속도가 가속 및, 정격 회전 속도로 회전하는 상태에서 다시 정지 상태에 이르기까지 회전 속도가 감속되는 동작이 반복되는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 저주기피로 모사 시험을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하중 산출부는,
    하기 수학식 2에 근거하여 시간 경과에 따라 증가 또는 감소되는 저주기피로 모사 시험 하중을 산출하며,
    상기 하중 모사부는,
    상기 산출된 저주기피로 모사 하중에 따라 증가 또는 감소되는 하중을 상기 모사 시편에 인가하여, 상기 모사 시편에 대한 상기 저주기피로 모사 시험을 수행하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
    [수학식 2]
    Figure pat00011

    여기서,
    F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도, t는 시간 변수로서 최소값 0 에서 최대값 1을 가지며, 시간 경과에 따라 점차적으로 최소값에서 최대값으로 증가 및, 최대값에서 최소값으로 감소하는 변수를 의미함.
  7. 제6항에 있어서, 상기 하중 산출부는,
    상기 저주기피로 모사 시험을 위한 조건으로 입력된 가속 시간 및 감속 시간 동안, 상기 시간 변수 t가 최소값에서 최대값까지 증가 및 최대값에서 최소값까지 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하중 산출부는,
    상기 저주기피로 모사 시험을 위한 조건으로 사이클 수가 입력되는 경우, 상기 저주기피로 모사 시험 시간을 상기 사이클 수의 2배로 나누고, 상기 사이클 수의 2배로 나누어진 시간값에 따라 상기 가속 시간 및 감속 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 하중 산출부는,
    상기 저주기피로 모사 시험을 위한 조건으로 입력된 온도 조건에 따른 열을 상기 모사 시편에 더 인가하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험은,
    상기 블레이드가 정격 회전 속도로 기 설정된 시간 이상 회전하는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 크리프 시험을 모사하기 위한 크리프 모사 시험을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하중 산출부는,
    하기 수학식 3에 따라 상기 크리프 모사 시험을 위한 하중을 산출하며,
    상기 하중 모사부는,
    상기 하중 산출부에서 산출된 하중을 상기 기 설정된 시간 이상으로 설정된 크리프 시험 시간 동안 상기 모사 시편에 인가하여 상기 모사 시편에 대한 상기 크리프 모사 시험을 수행하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
    [수학식 3]
    Figure pat00012

    여기서,
    F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도를 의미함.
  12. 제2항에 있어서, 상기 하중 모사부는,
    특정 온도에서 일정 시간동안 인장 하중 또는 압축 하중을 상기 모사 시편에 인가하는 크리프(creef) 시험기임을 특징으로 하는 블레이드 시험 시스템.
  13. 터빈 블레이드 신뢰도 시험을 위한 시험 방법에 있어서,
    적어도 하나의 블레이드 시편으로 이루어지는 모사 시편에 대한 적어도 하나의 모사 시험을 수행하는 단계;
    상기 적어도 하나의 모사 시험을 통과한 모사 시편을 구성하는 블레이드 시편으로 이루어지는 블레이드를 고온고속회전 시험기에 장착하여 고온고속회전 시험을 수행하는 단계; 및,
    상기 고온고속회전 시험 결과, 파손이 발생하였는지 여부에 따라 상기 블레이드가 상기 터빈 블레이드로서 적합한지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 모사 시험은,
    상기 블레이드가 정격 속도 이상의 속도로 회전하는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 과속도 시험을 모사하기 위한 과속도 모사 시험을 포함하고,
    상기 블레이드가 일정 시간을 주기로 정지 상태에서 정격 회전 속도까지 회전 속도가 가속 및, 정격 회전 속도로 회전하는 상태에서 다시 정지 상태에 이르기까지 회전 속도가 감속되는 동작이 반복되는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 저주기피로 모사 시험 및,
    상기 블레이드가 정격 회전 속도로 기 설정된 시간 이상 회전하는 경우에 블레이드의 강도를 평가하기 위한 크리프 시험을 모사하기 위한 크리프 모사 시험 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 모사 시험을 수행하는 단계는,
    상기 과속도 모사 시험을 위한 과속도 모사 하중을 상기 모사 시편에 인가하여 상기 과속도 모사 시험을 수행하는 단계;
    상기 과속도 모사 시험 결과, 상기 모사 시편에서 상기 과속도 모사 하중에 의한 파단이 발생하였는지 여부를 검출하는 단계;
    상기 과속도 모사 하중에 의한 파단 검출 결과, 파단이 발생하지 않은 경우에 상기 저주기피로 모사 시험에 따른 교번하중 및 상기 크리프 모사 시험에 따른 원심하중 중 적어도 하나를 상기 모사 시편에 인가하여, 상기 저주기피로 모사 시험 및 상기 크리프 모사 시험 중 적어도 하나를 수행하는 단계;
    상기 모사 시편에서, 상기 저주기피로 모사 시험 및 상기 크리프 모사 시험 중 적어도 하나에 따른 파단이 발생하였는지 여부를 검출하는 단계; 및,
    상기 저주기피로 모사 시험 및 상기 크리프 모사 시험 중 적어도 하나에 따른 파단이 발생하였는지 여부에 따라 상기 모사 시편이 상기 적어도 하나의 모사 시험을 통과하였는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 과속도 모사 하중은,
    하기 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00013

    여기서,
    F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도를 의미함.
  17. 제15항에 있어서, 상기 교번하중은,
    하기 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00014

    여기서,
    F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도, t는 시간 변수로서 최소값 0 에서 최대값 1을 가지며, 시간 경과에 따라 점차적으로 최소값에서 최대값으로 증가 및, 최대값에서 최소값으로 감소하는 변수를 의미함.
  18. 제15항에 있어서, 상기 원심하중은,
    하기 수학식 3에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 블레이드 시험 방법.
    [수학식 3]
    Figure pat00015

    여기서,
    F1은 상기 블레이드에 작용하는 원심력이고, F2는 모사 시편에 부과되는 하중이며, m1은 상기 블레이드의 질량, a1은 가속도, r1은 상기 블레이드의 반지름, ω1은 상기 블레이드의 회전 속도를 의미함.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102564424B1 (ko) * 2022-12-29 2023-08-08 목포대학교산학협력단 Lng 극저온화물창 1차 방벽 극저온 고속인장시험 방법

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