열-기계하중 적용 속도 변화에 따른 터빈휠의 수명 변화 연구

A Study on the influence of the rate of thermo-mechanical loads on the fatigue of turbine wheel

가스터빈 시동 시 터빈휠은 급격한 온도 변화와 원심하중을 받게 된다. 터빈휠 온도와 응력은 빠르게 증가하게 되며, 적용되는 시점과 정도가 서로 다를 수 있다. 온도 및 원심력 적용 속도 차이에 따른 수명 변화를 연구하기 위해서 열-기계피로 유한요소해석을 수행하였다. 시동 시 터빈휠 속도가 천천히 증가하고, 중단 시 천천히 감속하면 상대적으로 수명이 길어진다. 만약 속도 감소가 냉각속도보다 빠르면 오히려 수명이 증가한다.

A turbine wheel undergoes high heat flux and centrifugal force when a gas turbine starts. The temperature and stress of the turbine wheel increase rapidly, and the time point and rate of them may not coincident. The difference of heating and rotating rates influences the life of turbine wheel. We conducted thermo-mechanical fatigue analysis with finite element methods to study the influence. The low acceleration and deceleration of the wheel extends the life. If the turbine wheel decelerate faster than cooling, the life increases.