랜덤 포레스트 기반 머신러닝 모델을 이용한 가스터빈 압축기 성능저하 분석

방명환(Myeonghwan Bang),강해수(Haesu Kang),이규헌(Kyuheon Lee),오찬수(Chansu Oh),최우성(Woosung Choi),박규상(Gyusang Park),김두수(Doosoo Kim) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集B Vol.45 No.11

발전용 가스터빈을 장시간 운전하면 공기중 이물질이 압축기 블레이드에 점착되어 블레이드 표면이 오염된다. 압축기 오염이 발생하면 압축기와 가스터빈의 성능이 저하되고, 압축기 서지 마진이 감소한다. 이러한 문제를 방지하기 위해 가스터빈 운영자는 주기적으로 압축기를 수세정하여 압축기 블레이드에 점착된 오염 입자를 제거하고 가스터빈 성능을 유지한다. 하지만 현재 성능 모니터링 시스템에서는 압축기의 오염과 성능저하를 평가할 수 있는 방법이 없기 때문에 경험적인 기준으로 압축기 성능저하를 예상해 압축기 세정주기를 결정했다. 따라서 본 연구에서는 실제 가스터빈 발전소의 운전데이터를 이용해 압축기 성능을 예측할 수 있는 머신러닝 모델을 개발하여 압축기 오염에 의한 압축기 성능저하를 분석하였다. When a gas turbine for power generation is operated for a long time, foreign particles in the air adhere to the compressor blade and the blade surface becomes contaminated. Compressor contamination degrades the performance of the compressor and the gas turbine, and the compressor surge margin is reduced. To prevent this problem, the gas turbine operator periodically performs compressor water washing to remove contaminant particles adhering to the compressor blades to maintain gas turbine performance. However, there is no precise method to evaluate the contamination and deterioration of the compressor in the current performance monitoring system. Consequently, the compressor washing cycle is determined empirically by anticipating the degradation of compressor performance. Therefore, in this study, a machine learning model predicting compressor performance was developed by using real gas turbine plant operating data and compressor performance degradation resulting from compressor contamination was analyzed.

소형 자기부상 원심 압축기의 서지 모니터링 시스템

정우봉,안형준 대한기계학회 2024 大韓機械學會論文集A Vol.48 No.7

에너지 효율을 향상시킬 수 있는 가변속도 인버터 자기 부상 원심 압축기가 기계식 압축기를 대체하고 있다. 또한 압축기의 안정성과 성능에 악영향을 주는 서지를 자기부상 압축기의 측정 신호로 예측할 수 있다. 이 논문에서는 자기부상 원심 압축기 서지 모니터링을 연구하였다. 서지 모니터링 시스템은 데이터 수집부, 온라인 모니터링부 및 오프라인 분석부로 구성된다. 먼저 자기부상 원심 압축기 실시간 모니터링 장치를 구축하였다. 압축기의 유량을 줄이면서 압축기의 서지를 발생시키고 압축기의 압력, 유량과 함께 입출력 배관 진동 그리고 축 방향 변위와 전류 신호를 수집하고 서지를 관측하였다. 다양한 운전 속도의 실험을 통해 자기부상 원심 압축기 서지를 효과적으로 감지할 수 있었다. As the demand for energy efficiency increases, variable-speed inverter maglev centrifugal compressors are emerging as viable replacements for traditional mechanical compressors. This transition improves performance and enables the prediction of surges that can adversely impact compressor stability. This paper presents the monitoring of surges in maglev centrifugal compressors, focusing on the development of an online monitoring system. The surge monitoring system comprises three key sections: a data collection module, an online monitoring component, and an offline analysis segment. A real-time monitoring device was developed for a maglev centrifugal compressor. By deliberately reducing the compressor flow rate, surge conditions were induced, and various data, including compressor pressure and flow rate, input/output piping vibration, axial displacement, and current signals, were meticulously collected to observe the surge phenomenon. The experiments conducted under various operating speeds demonstrated the possibility of detecting the surge from the maglev centrifugal compressor.

에어컨 실외기 압축기 배기 배관계의 기기 기인 진동/유동 기인 진동의 방사소음에 대한 상대적 기여도 분석

이상헌,정철웅,박진형,이장우 한국음향학회 2024 韓國音響學會誌 Vol.43 No.1

에어컨 실외기 내부의 압축기 진동 소음은 실외기에서 발생하는 소음의 주 원인으로 인식되고 있었다. 하지만, 압축기의 작동 속도가 증가함에 따라 압축기에 연결된 배관계에서의 냉매 유동 기인 진동에 의한 소음의 상대적 기여도가 증가하였다. 본 논문에서는 에어컨 압축기 배기 배관계에서의 유체 기인 소음을 수치적으로 예측할 수 있는 해석 방법을 정립하였다. 이 단계에서, 해석 결과와 실험결과의 비교를 통해 해석의 신뢰성을 확인하였다. 추가적으로, 압축기 배기 배관계 방사 소음에 대하여 압축기 맥동음과 압축기 진동에 의한 소음의 영향을 주파수 대역별로 비교하였다. 압축기 진동에 의한 소음이 저주파수 대역에 기여함을 확인하였으며, 압축기 맥동음이 고주파수에서의 소음에 영향을 줌을 확인하였다. Vibration of compressor in the air-conditioner outdoor unit have known to be main noise source radiated from outdoor unit. However, as the operating speed of compressor increase, the relative contribution of flow induced vibration and noise is also increase. In this paper, the numerical method was established to predict fluid-borne noise from compressor discharging pipe of air-conditioner outdoor unit. In this step, numerical result was compared to experimental one to verify numerical method. Additionally, the effects of pressure pulsation of compressor and compressor vibration into radiated noise were investigated in frequency domain. It was confirmed that the compressor vibration contributed to the low frequency band, while the pressure pulsation dose to the high frequency band.

차량용 에어컨 압축기가 실차 연비에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

유성연(Seong-Yeon Yoo),김영신(Young-Shin Kim) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.1

본 논문은 차량용 에어컨 압축기가 실차 연비에 미치는 영향에 대하여 실험적으로 연구한 것으로, 본 연구의 목적은 연비에 주요한 영향 인자인 압축기의 토출 용량별 구동 토크에 의한 실차 연비 기여도를 분석하는 것이다. 연비에 직접적인 영향을 주는 압축기의 부하를 측정하기 위하여 압축기 클러치에 직접 부착하는 토크 센서를 개발하였으며, 실차 평가전 벤치 토크 미터와의 비교 평가를 통하여 토크 센서의 신뢰성을 검증하였다. 토크 센서가 부착된 압축기를 장착한 차량을 환경 풍동에서 연비 측정을 할 수 있도록 장치를 구성한 상태에서 연비 평가를 수행하였다. 압축기의 토출 용량에 따른 구동 토크는 연비에 직접적인 영향을 주며, 동일 사양 압축기에서 토출 용량이 약 11% 커질 때 연비는 약 2~3% 악화됨을 알 수 있었다. In this study, the effects of the compressor for the air conditioning system on the fuel economy were experimentally investigated in an actual automobile. This study aims to analyze the level of contribution of the driving torque of the compressor to the fuel economy. A torque sensor, which is directly set on the clutch of the compressor, is developed to obtain data about the compressor load, which influences the fuel efficiency, and then, the reliability of the torque sensor is verified by comparing the results with those of a torque meter in a bench test. An actual automobile equipped with the compressor and torque sensor is operated in a climate wind tunnel in which appropriate facilities are set up to evaluate the fuel efficiency. The compressor driving torque resulting from the difference in the compressor displacement is found to influence the fuel economy, and the fuel economy is found to be worsened by up to 2~3% with an around 11% increase in the compressor displacement under the same conditions.

압축기 형상 변화에 대한 유동해석 방법 연구

정한별(Han-Byul Jung) 한국산업기술융합학회(구. 산업기술교육훈련학회) 2024 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.29 No.2

본 연구에서는 터보형 압축기의 성능을 예측하고 실험 데이터와 비교하기 위해 CFX 코드를 이용한 수치 해석 연구를 수행하였다. 압축기는 외부로부터 받은 일을 이용하여 기체를 압축하여 고압의 기체를 공급하는 기계로, 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 수행한다. 본 연구에서는 터보형 압축기의 설계 및 운영 과정에서 발생하는 문제해결을 위해 수치 해석적 접근 방식을 제시한다. 연구에서는 압축기 내의 복잡한 유동 현상을 모사하기 위해 회전체문제에 적용되는 frame change 모델, 압축성 유체를 고려한 방법론, 임펠러 주변 유동을 정확하게 예측하기 위한난류 모델 등을 적용하였다. 또한, 상용 CFD 코드인 ANSYS CFX를 이용하여 수치 해석을 수행하였다. CFX는 회전 영역과 정지된 영역이 혼재하는 경우 수렴성과 해석 정확도가 뛰어난 것으로 알려져 있으며, 본 연구에서도 압축기 성능 예측에 효과적으로 활용되었다. 연구 결과, CFX 코드를 이용한 수치 해석 결과는 실험 데이터와 유사한 일치성을 보였다. 이는 CFX 코드가 터보형 압축기의 성능 예측에 적합한 도구임을 보여주는 결과이며, 앞으로 압축기 설계및 운영 과정에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. In this study, numerical analyses were conducted using ANSYS CFX code to predict the performance of a turbo compressor, and the results are compared with the experimental data. A compressor is a machine that plays an important role in various industrial fields. It supplies high-pressure gas by compressing the volume of gas received from outside. In this study, a numerical-analytical approach is presented to solve problems arising in the design and operation of turbo compressors. To simulate the complex flow phenomenon in the compressor, a frame-change model was applied to the rotator. Subsequently, a methodology considering compressible fluids and turbulence model was employed to accurately predict the flow around the impeller. Additionally, numerical analysis was performed using commercial CFD code, ANSYS CFX. This software exhibits excellent convergence and analysis accuracy when rotating and stationary areas are mixed, effectively predicting the compressor performance. The numerical analysis results using the CFX code were consistentwiththeexperimentaldata,indicatingthatCFXisasuitabletoolforpredictingtheperformanceofturbocompres sors.Itisalsoexpectedtobeusefulinthedesignandoperationofcompressorsinthefuture.

스윙 압축기의 수치해석적 성능평가

문석환(Seok Hwan Moon),노기율(Ki Youl Noh),사범동(Bum Dong Sa),양장식(Jang Sik Yang),최경민(Gyung Min Choi),김덕줄(Duck Jool Kim) 대한설비공학회 2012 설비공학 논문집 Vol.24 No.1

Numerical performance analysis of the vane-roller integral type swing compressor was conducted. The swing compressor has been investigated for the highly efficient air conditioning system. Performance analysis results of the swing compressor were compared with those of a conventional rotary compressor. Mechanical and gas losses of a swing compressor were larger than those of a rotary compressor. However in case of mass flow rate from the discharge port, the swing compressor was about 6.68% higher than the rotary compressor. Hence the EER, the cooling capacity and the compressor work of the swing compressor were about 3.71%, 6.69% and 2.90% higher than the rotary compressor respectively.

22000TEU급 컨테이너선박의 메인 엔진 시동용 공기압축기의 구조 강도 해석에 관한 연구

김순경(Soon-Kyoung Kim),이진우(Jin-Woo Lee) 한국기계가공학회 2015 한국기계가공학회지 Vol.14 No.5

The compressor is used for many fields not only in the industrial sector, but also as a general household product. The energy consumption required for the compressor operation is very large. The reciprocation compressor is widely used as an air compressor. Regarding the reciprocating air compressor, the discharge of the gas compacted by the method of compressing the gas by using the oscillation of the piston is generated by the piston reciprocation 1 church 1 number. When compressing after compressing the air by the oscillation of the piston, the marine reciprocating air compressor is the vibration generated in the compressor and surrounding structure due to the energy of the generated inertia. If the effect of these harmful elements can be reduced, it supports the service of the vessel. In addition, accidents generated by the noise of the vibration can be prevented. Therefore, in this research, firstly, the structural analysis of the piston part was performed, the safety factor in all results was drawn based upon this, and the reliability of the interpretation was examined in order to create the optimal design for the air compressor.

PWM 스크롤압축기를 적용한 시스템 에어컨의 냉방운전 시 압축기 토출온도에 대한 상관식 개발

권영철,박삼진,박병권,고국원,김대훈,윤백 한국에너지학회 2006 에너지공학 Vol.15 No.3

본 연구는 PWM 방식의 스크롤 압축기를 적용한 에어컨 시스템의 압축기 운전주기, 실내 온도, 그리고 실외온도를 변화시키면서 시스템 에어컨의 최적효율을 나타내는 압축기 토출온도 상관식을 도출하고자 실험연구를 수행하였다. 실험은 실내 및 실외 온도변화에 따른 시스템의 성능 및 압축기 토출온도를 측정하고자 다양한 온도를 설정하였다. 압축기 토출온도는 로딩듀티와 실외온도가 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다. 로딩듀티(loading duty)와 실외온도 변화에 따른 압축기 토출온도는 실내온도 변화보다 실외온도의 변화에 더 크게 변화하였다. 압축기 토출온도 상관식은 실외온도, 실내온도, 그리고 로딩듀티의 함수로 표현되었으며, 실험으로부터 획득된 압축기 토출온도와 최대 3oC 이내에서 만족함을 확인하였다.

미소진동저감용 진동절연기의 성능유지를 위한 극저온 냉각용 압축기 조립체 열제어 설계

오현웅(Hyun-Ung Oh),이경주(Kyung-Joo Lee),정석용(Suk-Yong Jeong),신소민(Somin Shin) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.3

극저온이 요구되는 우주용 탑재장비의 냉각을 위해 일반적으로 Pulse Tube-type 압축기가 적용되고 있으며, 궤도상에서 압축기의 냉각성능, 임무수명 및 비대칭 온도분포에 의한 미소진동발생 방지를 위해 압축기를 허용온도 범위로 유지하는 열제어가 필요하다. 압축기는 궤도 운용 시 미소진동을 발생하여 관측성능이 요구되는 탑재체의 지향성능을 저하시키는 원인으로 작용한다. 본 논문에서는 압축기의 미소진동 방지를 목적으로 적용된 진동절연기의 성능유지 및 압축기의 허용온도범위 유지를 위한 열제어 성능을 동시에 만족하는 우주용 압축기 조립체의 열설계를 제안하였으며, 설계의 유효성을 해석적으로 입증하였다. Spaceborne pulse tube-type cryogenic compressors are widely used for space applications. To guarantee cooling performance of the compressor, mission life time and micor-vibration stability, suitable thermal control of compressor is required. Micro-vibration of the compressor is the one of the sources to degrade the pointing performance of observation satellite. In the present work, on-orbit thermal design of compressor in order not to degrade the performance of micro-vibration isolation system keeping the thermal control performance has been proposed and investigated through thermo-mechanical analysis.

가변 사판식 압축기의 이론적 해석과 실험적 고찰을 통한 비교

이태진(Tae Jin Lee),김기범(Ki Beom Kim),이승원(Seung Won Lee),이건호(Geon Ho Lee) 대한설비공학회 2010 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2010 No.11