래버린스 실이 조합된 임펠러에서 발생하는 축력 해석 :

문형욱

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 문형욱 (국민대학교, 국민대학교 일반대학원)

지도교수: 김태호

발행연도: 2020

저작권: 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

래버린스 실이 조합된 임펠러에서 발생하는 축력 해석

문형욱 기계설계학과 2020.01 학위논문

2019

래버린스 실을 갖는 임펠러가 유발하는 축력 예측

문형욱 , 김태호 한국트라이볼로지학회 학술대회 2019.10 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

최근 터보기계는 단위 중량당 압축비 증가를 위하여 고속화 및 소형화가 진행 중이다. 이에 따라 터보기계의 효율 증가를 위해 회전부와 비회전부 사이 간극을 통해 발생하는 누설 유량을 감소시키기 위한 장치로 래버린스 실, 브러쉬 실, 플로팅 링 실 등이 사용된다. 또한 고성능화로 인한 압축기의 압축비의 증가는 임펠러에 의해 발생하는 축력을 증가시킨다. 증가된 축력은 베어링의 수명 단축, 파손 등과 같은 부정적인 영향을 가져온다. 이에 따라 본 논문에서는 래버린스 실이 적용된 임펠러에 의해 발생하는 축력을 예측하기 위하여 임펠러의 후면과 래버린스 실의 압력분포, 누설 유량 동시해 해석 모델을 개발하였다. 임펠러의 후면의 해석은 기존 문헌에서 개발된 실험식을 이용했으며, 래버린스 실의 해석을 위해 bulk-flow model (BFM)을 적용하였다. 래버린스 실의 BFM은 기존의 실험결과와의 비교를 통해 검증하였고, 임펠러와 래버린스 실 동시해 해석 모델은 k-ε 난류 모델을 사용한 computational fluid dynamic (CFD) 해석 결과와 비교를 통해 검증하였다. 또한 개발 된 동시해 해석 모델을 통해 실과 임펠러의 형상 및 구동조건의 변화에 따른 임펠러에 의해 발생하는 축력과 래버린스 실을 통해 발생하는 누설 유량을 예측하였다. 해석결과로 래버린스 실을 통해 발생하는 누설 유량이 감소할 경우 임펠러에 의해 발생하는 축력은 증가함을 확인하였으며, 이를 통해 임펠러의 축력과 누설 유량의 관계를 고려한 래버린스 실의 최적화 설계가 필요함을 확인하였다. 또한 임펠러 후면과 케이싱 벽면 사이의 간극이 증가할 경우 임펠러에 의해 발생하는 축력과 래버린스 실을 통과하는 누설 유량이 증가함을 확인하였다. 이를 통해 임펠러 후면의 간극의 감소가 압축기의 효율 및 축력에 모두 유리할 수 있음을 해석적으로 확인하였다. 냉매조건에서의 임펠러의 축력과 누설 유량은 공기에 비해 래버린스 실의 형상 변화에 둔감한 경향을 가지며, 높은 유체밀도로 공기에 비해 작은 축력과 누설 유량을 가짐을 해석적으로 확인하였다.

In recent years, turbomachines have been progressing in the avenues of high speed and miniaturization to achieve high levels of performance and enhanced specific power. The labyrinth seal, brush seal, floating ring seal, etc. can reduce the leakage flow in the gap between the rotating and non-rotating parts to increase the efficiency of the turbomachinery. However, the increased compression ratio at high performance results in the increased axial thrust force generated by the impeller which has negative impacts on the life span of turbomachinery and supporting bearings. Therefore, this study develops an analysis model for the impeller coupled with the labyrinth seal which predicts the axial force generated by the impeller coupled with the labyrinth seal. Firstly, the comparison between predictions of the bulk-flow model of the labyrinth seal with the experimental results ensures the model validity. Then the coupled analysis model of the impeller and labyrinth seal is verified by making comparison of the model predictions with the CFD analysis using the k-ε turbulence model. Additionally, the study reports the effects of the varying labyrinth seal’s shape, operating speed, and lubricant type on the axial thrust force and the leakage flow rate. The results showed that when the leakage flow rate generated by the labyrinth seal decreases, the axial force generated by the impeller increases. Therefore, it is necessary to optimize the labyrinth seal by considering the relationship between axial force and leakage flow rate of the impeller. When the gap between the back of the impeller and the casing wall increases, the axial force generated by the impeller and the leakage flow rate through the labyrinth seal increases. Through this, we confirmed that the reduction of the gap at the back of the impeller may have an advantage for both the efficiency and the axial force of the compressor. The axial force and the leakage flow rate of the impeller using refrigerant as lubricant tend to be insensitive to changes in the labyrinth seal shape compared to air, and it has been analytically confirmed that axial force and leakage flow rate are smaller than air at a high fluid density.

1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 4
2. 래버린스 실이 조합된 임펠러의 축력 개요 5
3. 임펠러의 축력 및 압력 분포 해석 모델 7
3.1 임펠러의 축력 해석 모델 7
3.2 임펠러 후면의 압력 분포 해석 모델 9
4. 래버린스 실의 누설 유량 해석 11
4.1 래버린스 실의 누설 유량 해석 모델 11
4.2 누설 유량 해석 결과 검증 15
5. 래버린스 실이 조합된 임펠러의 후면 압력분포 해석 16
5.1 래버린스 실이 조합된 임펠러의 후면 압력분포해석 모델 16
5.2 래버린스 실이 조합된 임펠러의 후면 압력분포 CFD 해석 19
5.3 BFM, CFD 해석 결과 비교 검증 22
6. 래버린스 실이 적용된 임펠러의 축력 예측 27
6.1 임펠러와 래버린스 형상 변화에 따른 축력 예측 27
6.2 작동 유체 변화에 따른 축력 예측 36
7. 결론 39
Abstract 42
참고 문헌 44

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)