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문제 정의
- 각 단에서의 설계는 각각 독립적으로 수행되었으며, 설계과정 및 방법은 모두 동일하다. 또한 4단에서의 압력비, 입구 밀도 등의 설계 조건이 가장 까다롭기 때문에 앞으로 마지막 단인 4단을 중심으로 분석 결과를 고찰하고자 한다. 설계를 위해 사용한 프로그램은 RCOM1DR ver.
- 본 연구는 LNG 플랜트에 적용되는 프로판 냉매 원심압축기에 대한 공력설계를 수행하였고 이를 바탕으로 수치해석을 실시하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에 사용된 프로판 냉매 압축기는 총 4단으로 구성되어있으나 앞의 공력설계 부분에서 언급한 바와 같이 수치해석에 사용된 모델도 회전수와 입출구의 압력비가 높은 4단 중심으로 고찰하고자 한다. 공력설계를 통해 도출된 결과 값은 ANSYS BladeGen (8)을 사용하여 3차원 형상을 생성하였다.
- 선행연구(7,9) 에 의하면, 익단 간극을 통해 누설된 유동은 임펠러 유로내 주 유동과 합쳐져 손실을 발생한다. 본 연구에 사용된 프로판 냉매 압축기도 익단간극이 있는 임펠러이기에 이에 따른 내부유동에 대해서 고찰 하고자 한다.
- 그리고 유동계산 결과를 분석하고 2차 손실의 영향을 고찰함으로써 압축기 주요부품인 임펠러 날개의 3차원 형상과 디퓨저를 포함하는 압축기 자오면 형상에 대하여 평가하였다. 이 결과는 피드백(feedback)을 하여 임펠러 블레이드의 3차원 형상 및 유동통로에 대한 수정 및 개선 등에 활용함으로써 최종적으로 프로판 냉매 압축기의 최적설계를 하기 위한 것이다.
- 실제 조립공차와 동일한 조건으로 해석 하기 위해 선행연구에서 행한 방식 (9)과 같이 날개 형상은 그대로 유지되고 익단간극은 임펠러의 선단에서 후단까지 균일한 분포를 가지도록 모델링 하였다. 익단 간극변화의 영향을 고려하기 위해 Tip clearance/b2 = 0 과 0.06 간극의 임펠러를 추가로 모델링하여 익단간극의 영향을 아울러 고찰하고자 한다.
가설 설정
- Fig. 1은 설계된 압축기의 탈설계점에서의 성능 예측을 통해 나온 4단 압축기의 유량 변화에 따른 (a) 전압력비, (b) 효율선도 이다. 등엔트로피 효율은 1~3단 약 83%, 4단은 약 78% 정도의 설계효율을 얻었으며, 충분히 안정적인 운전영역을 확보함을 보여준다.
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