본 연구에서는 비접촉 와전류 변위 센서를 이용한 가스터빈 블레이드 손상 검출을 실험을 통해 조사하였다. 가스터빈 블레이드 손상검출은 가스터빈 운전 시 비접촉 와전류 변위센서를 통해 데이터를 획득하여 손상을 검출하고, 대규모 사고를 예방하고 장비 유지보수 시간을 단축하는 것을 목표로 한다.
서 론
가스 터빈
가스 터빈의 분류
재생식 가스터빈은 배기가스의 잔열을 이용하여 압축기에서 배출되는 배기공기를 가열하여 연소실로 공급함으로써 열효율을 높이는 장치입니다. 이러한 버너는 형상에 따라 분류되며 캔형과 환형형으로 구분됩니다.
가스 터빈의 고장 유형
블레이드 파손은 높은 사이클에서의 마찰 피로 현상과 관련이 있는 것으로 보고되었습니다[24]. 4는 실제 파손된 블레이드의 형상을 보여준다.
가스 터빈 고장 진단에 관한 고찰
가스 터빈 고장 진단에 관한 고찰
Salman Leong 교수는 웨이블릿 분석을 사용하여 느슨한 블레이드 상태를 진단했습니다. 이전에는 터보 기계 블레이드 진동을 평가하기 위한 비접촉 시스템이 광학 시스템이었습니다. 그들은 와전류 센서를 사용하여 얻은 데이터와 표준 광학 블레이드 팁 타이밍 시스템으로 얻은 데이터를 비교했습니다. 그리고 그 데이터의 품질이 충분히 높다는 것을 발견했습니다.
QinetiQ 와전류 센서는 포인트 타이밍 측정을 수행하는 데 최적화되어 있으며 블레이드 통과 데이터는 최대입니다.
와전류 센서를 이용한 가스 터빈 고장 진단에 관한 고찰
시뮬레이터에 장착된 블레이드는 그림 1에 나와 있습니다. 12는 블레이드를 제거한 상태를 보여준다. 19는 블레이드를 제거한 경우의 실험 결과를 보여준다.
본 연구에서는 비접촉 와전류 변위센서를 이용한 가스터빈 블레이드 결함 진단에 대한 실험을 수행하였다.
실 험
본 논문에서는 비접촉 와전류 변위 센서를 이용한 터빈 블레이드 손상 검출 실험을 수행하였다. 1단에 12개의 블레이드를 설치하여 총 120개의 블레이드를 사용하였다. 블레이드 교체 역시 아웃터 부분에 교체하여 진행하였습니다.
실험의 진행은 블레이드만 정상상태로 고정한 후 296RPM에서 데이터를 획득한다.
실험 결과
데이터 수집 후 시트의 상태에 따른 데이터 변화를 관찰하기 위해 시트 한 장을 제거하면 손상된 시트를 설치하여 상황별 데이터 변화를 관찰하고 각각의 실험을 수행한다. 17과 18 모두 블레이드를 정상상태로만 고정시키기 때문에 레드라인(블레이드 통과 신호)은 이론적으로 동일한 피크를 가져야 하지만, 위의 엔진 진동, 기계 진동, 외부 진동으로 인해 데이터에 특정 범위 내에서 피크 값이 변경됩니다. 결과는 위의 정상적인 상태에서 블레이드만 부착한 경우와 유사한 양상을 보인다.
앞선 결과와 마찬가지로 정상적인 상태에서 블레이드를 부착한 경우와 유사한 양상을 보인다.
BAT, FFT, CWT 방법을 이용한 분석 결과
진단이 가능할 것으로 보입니다. 592RPM과 마찬가지로 벤딩 발생시 에러 진단이 가능합니다. 이는 BAT 결과와 달리 FFT를 사용하면 속도를 높여도 굽힘에 대한 오진단이 가능함을 보여준다.
그림 49는 굽힘이 발생할 때의 CWT 결과를 보여줍니다. CWT를 이용한 분석도 기존 BAT나 FFT와 마찬가지로 블레이드에 휘어짐이 발생할 때의 오류 진단도 가능할 것으로 보인다. 이는 굽힘이 발생할 때 센서와 블레이드 사이의 간격이 증가하여 센서가 수신하는 진폭이 감소하기 때문인 것으로 여겨집니다.
결 론
그러나 블레이드 손상이 발생하면 이전에 분석한 FFT와 BAT의 경우와 마찬가지로 어디에서 손상이 발생했는지 구분이 불가능하고 벤딩이 발생한 경우의 결과만 명확하게 표시됩니다. CWT를 이용한 분석의 경우 손상된 블레이드의 고장 진단에 대해서는 이전 두 경우에 비해 향상된 진단 효과를 보였지만, 이 경우에도 손상 위치에 대한 진단의 효과는 나타나지 않았다. 이러한 결과는 BAT 방식으로는 블레이드 파손으로 인한 진동을 검출하기 어렵다고 해석할 수 있으며, FFT 및 CWT 분석 결과를 통해 비접촉 와전류 변위 센서를 이용한 고장진단 기술로는 블레이드 파손 여부를 판단할 수 있음을 알 수 있다. 터빈 블레이드 이상으로 인해 터빈 유지보수에 드는 시간과 비용이 절감될 것으로 기대됩니다.
고 찰
Flotow A, Mercadal M and Tappert P 2000 'Health monitoring and forecasting of leaves and discs with leaf tip sensors', Proc. 2015 'Inductive Sensor for Blade Tip Timing in Gas Turbines', Conference for RTO AVT-229 Test Cell and Control Instruments and EHM. Przysowa 2015 'Inductive Sensors for Gas Turbine Blade Tip Timing', Test Cell and Control Instrumentation and EHM Technologies for Military Air, Land and Marine Turbine Engines, MP-AVT-229-10, Rzeszow.
Spychala, 2008, "Health monitoring of turbomachinery based on blade tip timing and tip clearance", RTO-MP-AVT-157-14.
