수력발전소 가이드 베인 저개도율 운전에 따른 가이드 베인 베어링 부슁의 마모 가속효과 평가

김종성(Jong Sung Kim),김세나(Se Na Kim) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.10

가이드 베인은 수력발전소 수차에 공급되는 물량을 제어하는 핵심적인 역할을 수행한다. 가이드 베인 베어링 부슁에 발생하는 마모와 관련하여 많은 정비 사례들이 보고되고 있다. 수력발전소의 중요기능인 주파수 조정, 급전 등과 같은 부수적 서비스는 가이드 베인을 작게 열고 운전하는 저개도율 운전을 반복적으로 수행하게 한다. 이러한 저개도율 운전은 가이드 베인 베어링 부슁의 마모율을 증가시키는 것으로 경험적으로 알려져 있다. 본 연구에서는 수력발전소의 가이드 베인 저개도율 운전이 가이드 베인 베어링 부슁의 마모를 가속시키는 효과를 유한요소 유동/응력 해석 및 상대적인 마모 평가를 통해 정량적으로 평가한다. 평가 결과, 가이드 베인 개도율이 작을수록 가이드 베인면에 작용하는 압력이 증가하고 가이드 베인 스템 외면과 베어링 부슁 내면 사이의 접촉길이는 감소하였으며 베어링 부슁 표면에 작용하는 접촉압력이 크게 발생하여 상대적으로 마모량이 증가함을 확인하였다. A guide vane plays a key role in controlling the flow rate of water supplied to the turbine of a hydropower plant. It has been reported that guide vane bearing bushings are subjected to considerable wear, which requires them to be maintained. An ancillary service such as frequency control and black start causes cyclic low opening operation of the guide vanes. It is empirically well known that such operation increases the wear rate of the guide vane bearing bushing. In this study, the effect of low opening operation on the increasing wear of the guide vane bearing bushing is quantitatively assessed via finite element flow analysis, finite element stress analysis, and relative wear evaluation. As a result of the assessment, it is identified that the pressure applied on the guide vane surface increases and the contact length between the outer surface of the guide vane stem and the inner surface of the bearing bushing decreases with a decrease in the opening of the guide vane. In addition, low opening of the guide vanes results in an increase in the relative wear owing to the generation of high contact pressure on the bearing bushing surfaces.

수력발전소 가이드 베인 저개도율 운전에 따른 가이드 베인 베어링 부슁의 마모 가속효과 평가

김종성(Jong Sung Kim),김세나(Se Na Kim Cho) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.2

가이드 베인은 수력발전소 수차에 공급되는 물량을 제어하는 핵심적인 역할을 수행한다. 가이드 베인의 스템들은 베어링 부슁을 통해 헤드 커버내 구멍들과 접촉된다. 수력발전소의 가이드 베인 베어링 부슁에 발생하는 마모와 관련하여 많은 정비 사례들이 보고되고 있다. 수력발전소의 중요기능인 주파수 조정, 급전 등과 같은 부수적 서비스는 가이드 베인을 작게 열고 운전하는 저개도율 운전을 반복적으로 수행하게 한다. 이러한 저개도율 운전은 가이드 베인 베어링 부슁의 마모율을 증가시키는 것으로 경험적으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 주제에 대한 어떠한 연구도 수행된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 수력발전소의 가이드 베인 저개도율 운전이 가이드 베인 베어링 부슁의 마모를 가속시키는 효과를 유한요소 유동/응력 해석 및 상대적인 마모 평가를 통해 정량적으로 평가한다. 평가 결과, 가이드 베인 개도율이 작을수록 베어링 부슁 표면에 작용하는 접촉압력이 크게 발생하여 상대적으로 마모량이 증가함을 확인하였다. Guide vane plays a key role to control water flow rate which is supplied to a turbine of hydropower plant. Stems of the guide vanes make contact with holes in head cover via bearing bushing. It has been reported that there are lots of the maintenance histories related to wear occurred on the guide vane bearing bushings in hydropower plants. The ancillary service such as frequency control and black start, which is important function of the hydropower plant, gives rise to cyclic low opening operation of the guide vanes. It is empirically well known that this low opening operation increases the wear rate of the guide vane bearing bushing. But, no study about this topic has performed yet. Therefore, in this study, acceleration effect of the low opening operation on the wear of the guide vane bearing bushing is quantitively assessed via finite element flow analysis, finite element stress analysis, and relative wear evaluation. As a result of the assessment, low opening of the guide vanes results in increase of the relative wear quantity due to generation of high contact pressure on the bearing bushing surfaces.

전산유체해석을 이용한 Fan Filter Unit(FFU)의 가이드 베인 형상설계

장준환(Jun Hwan Jang),안준(Joon Ahn),명현국(Hyon Kook Myong) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.7

팬 필터 유닛 (FFU)은 청정실 천정에 설치되어 정화된 공기를 공급하는 장치이다. FFU가 대형화되면서 출구면에서 속도가 불균일해지고 결과적으로 청정실에서 생산되는 제품의 품질 또는 생산성을 떨어뜨리게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가이드 베인이 설치되는데 가이드 베인은 속도를 균일하게 하지만 유동저항을 유발하여 동력이 일정하게 주어진 경우 공급되는 유량을 감소시킨다. 따라서 속도 균일성을 확보하면서 유량 감소를 최소화하는 최적설계가 요구된다. 본 연구에서는 FFU의 외벽과 중앙에 설치된 가이드 베인의 각도와 길이를 변경하면서 수치해석을 수행하여 가이드 베인의 성능 개선 방안을 도출하였다. 외벽에 설치된 가이드 베인의 경우, 형상을 변경하여 유량이 1.5% 감소하는 조건에서 속도 균일도를 3.7% 향상시킬 수 있었다. 중앙 가이드 베인의 경우 유량이 0.7% 감소하는 조건에서 속도 균일도를 2.9% 향상시킬 수 있었다. A fan filter unit (FFU) is a device which supplies clean air from the ceiling in a clean room. With an increase in its size, velocity variation occurs within the exhaust plane and this damage the product quality or productivity. Hence, a guide vane is installed inside the device to enhance the velocity uniformity. Because the vane reduces the flow rate for a given pumping power, an optimum design is required to achieve velocity uniformity while minimizing the flow rate reduction at the same time. To find a geometry that satisfies these requirements, a series of numerical simulations has been conducted while changing the angle and length of the guide vanes. By changing the geometry of the side guide vane, the velocity uniformity increased by 3.7% and the flow rate decreased by 1.5%. For the center guide vane, the velocity uniformity increased by 2.9% and the flow rate decreased by 0.7%.

가이드 베인을 부착한 핀-휜 유동에서 가이드 베인 위치와 입사각에 따른 전열 및 유동 특성에 관한 수치적 연구

이득호(Deukho Lee),오영택(Yeongtaek Oh),배지환(Jihwan Bae),이창형(Changhyeong Lee),김귀순(Kuisoon Kim) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회지 Vol.23 No.3

In this study, a guide vane with varying positions and incidence angles was adopted to a pin-fin channel to analyze the change in thermal performance and pressure loss characteristics. A numerical analysis was conducted to investigate the effect of incidence angles and positions on heat transfer and flow characteristics at Re =1400. The results of it were compared those of a pin-fin channel without a guide vane. In case 1 when the incidence angle is 0˚ , the heat transfer performance is maximized and improved by approximately 5% when compared to the pin-fin channel without the guide vane. In case 2 when the incidence angle is 10˚ , the pressure loss is minimized and decreased by approximately 1.9% when compared to the pin-fin channel without the guide vane.

가이드 베인 개수에 따른 자작 전기자동차 에어 덕트 내부 유동 최적화

김민석(Minseok Kim),신대수(Daesu Shin),정우석(Wooseok Jeong),윤병찬(Byeongchan Yun),강상원(Sangwon Kang),염호현(Hohyun Yeom),현영서(Youngseo Hyeon),하은결(Eungyeol Ha),이상희(Sanghee Lee),최준형(Junhyeong Choi) 한국자동차공학회 2023 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2023 No.11

The internal flow of the self-made electric vehicle air duct was optimized according to the number of guide vanes. Existing self-made cars had excessive motor heating problems while driving, and to solve this problem, air-cooled air ducts for self-made cars were designed. The design goal was to maximize the cooling effect by allowing as much flow rate to flow inside the air duct as possible, and the initial model was designed by combining design variables that affect the flow rate in the air duct within space constraints. Internal flow analysis was conducted using Altairs Simlab, and additional guide vanes were devised to remove eddy currents in the duct and control uniform flow. The results of internal flow analysis according to the number of guide vanes were analyzed, and the average flow value at the outlet surface of the air duct was extracted using Simlabs Acuprobe function, and the optimal number of guide vanes was eventually selected. Finally, the cooling effect of the optimal model of the air duct was verified through actual measurement, and ASA Plastic was manufactured in kind using a 3D printing technique.

가스터빈 노즐 베인의 열전달 예측을 위한 벽면처리법 비교연구

박정규(Jeonggyu Bak),김진욱(Jinuk Kim),이세욱(Seawook Lee),강영석(Youngseok Gang),조이상(Leesang Cho),조진수(Jinsoo Cho) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.7

난류모델에서 벽면처리법이 터빈 노즐 베인의 열전달 예측에 미치는 영향을 비교·분석하였다. 본 연구를 위해 NASA의 C3X 터빈 노즐 베인을 사용하였다. 벽함수 방법, 저레이놀즈수 방법, 천이모델을 사용하여 베인 표면에서의 압력 및 온도를 해석하였다. 해석 결과 터빈 노즐 베인의 중간 압력분포는 각 벽면처리법에 따른 차이 없이 실험값과 잘 일치하였다. 그러나 터빈 노즐 베인의 온도와 열전달 계수는 각 벽면처리법에 따라 큰 차이를 보였다. 전반적으로 저레이놀즈수 방법과 천이모델은 벽함수 방법에 비해 온도 및 열전달 계수 예측에 특별한 이점을 보이지 않았으며, 벽함수 방법을 적용한 레이놀즈응력 난류모델이 터빈 노즐 베인 표면의 온도 및 열전달 계수를 비교적 잘 예측하였다. The comparative analysis of near-wall treatment methods that affect the prediction of heat transfer over the gas turbine nozzle guide vane were presented. To achieve this objective, wall-function and low Reynolds number methods, and the transition model were applied and simulated using NASA´s C3X turbine vane. The predicted turbine vane surface pressure distribution data using the near-wall treatment methods were found to be in close agreement with experimental data. However, the predicted vane metal temperature and heat transfer coefficient displayed significant differences. Overall, the low Reynolds method and transition model did not offer specific advantages in the prediction of temperature and heat transfer than did the wall-function method. The Reynolds stress model used along with the wall-function method resulted in a relatively high accuracy of prediction of the vane metal temperature and heat transfer coefficient.

SCR 유동 최적화를 위한 수치적 연구

조지훈(Ji Hoon Cho),조찬영(Chan-Young Cho),장성필(Sung-Pil Jang),신동훈(Donghoon Shin),남진현(Jin Hyun Nam),정태용(Tae-Yong Chung) 한국연소학회 2009 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.38

환경오염의 심화로 인해 환경오염원인 질소산화물을 제거하기 위해서 대부분의 산업용 연소 Plant에 SCR을 설치하고 있다. 본 연구는 Power Plant의 SCR 내부에서 유동 균일화를 위해 Guide Vane의 영향을 평가한 연구이다. Guide Vane의 설치 위치를 변경하여 배가스의 속도 분포를 촉매층에서 파악하였다. 본 연구에서는 SCR 내 배가스의 유동을 파악하기 위해 CFD 사용코드인 FLUENT 6.2를 사용하여 전산해석을 수행하였다. Guide Vane의 설치로 인하여 SCR 내 유동분포의 균일도는 향상 되었다. 또한 SCR 전단의 Guide Vane보다 후단의 Guide Vane이 SCR 내 유동 최적화에 우수한 것으로 판단된다.

부수적 서비스 제공에 따른 양수발전소 수차의 캐비테이션 및 피로에 대한 가속효과 평가

김종성(Jong Sung Kim),김세나(Se Na Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.3

런너, 흡출관 등 양수발전소 수차 부속기기들에 캐비테이션 침식과 피로 균열 등의 손상 발생과 관련하여 많은 정비 사례들이 보고되고 있다. 양수발전소는 급전, 전력계통 안정 등과 같은 부수적 서비스를 제공한다. 이러한 부수적 서비스는 가이드 베인을 작게 열고 운전하는 저개도율 운전을 반복적으로 자주 수행하게 한다. 이러한 저개도율 운전은 수차 부속기기의 손상을 가속시키는 것으로 경험적으로 알려져 있다. 본 연구에서는 양수발전소의 가이드 베인 저개도율 운전이 수차의 캐비테이션과 피로를 가속시키는 효과를 유한요소 유동/응력 해석 및 피로 해석을 통해 정량적으로 평가한다. 평가 결과, 가이드 베인 개도율이 작을수록 캐비테이션 발생 가능성과 수차 효율 저하 가능성이 증가하며, 런너 블레이드 루트부에 최대 응력값을 증가시킴에도 불구하고 저개도율 운전이 피로수명에 미치는 영향은 미미함을 확인하였다. Several maintenance issues related to cavitation erosion and fatigue cracks in the water turbine subcomponents of pumped-storage plants, such as a runner and a draft tube, have been reported in the past. Generally, the pumped-storage plants provide ancillary services, such as black-start and system stabilization. The ancillary services are responsible for cyclic low opening operation of the guide vanes. It has been empirically established that this low opening operation further damages the water turbine subcomponents. In this study, the acceleration effect of the low opening operation on the cavitation erosion and fatigue of the water turbine is quantitatively assessed through finite element flow analysis, finite element stress analysis, and fatigue analysis. As a result of the assessment, it is identified that the cavitation potential increases and the turbine efficiency decreases with a decrease in the opening of the guide vane. Also, the low opening operation has an insignificant effect on the fatigue even though it increases the maximum stress values at the runner blade roots.

모델수차의 가이드베인 및 러너블레이드 축토크 측정을 위한 교정시스템 개발

조용(Yong Cho),권성일(Sung-il Kwon),김영준(Young-Jun Kim),이교현(Gyo-Hyeon Lee) 한국신재생에너지학회 2016 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

승용디젤엔진 진공펌프의 베인 동특성 분석을 통한 연비 및 소음 개선

조성문(SungmoonCho),민두기(DoogieMin),이효조(HyojoLee) 한국자동차공학회 2014 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2014 No.11