한반도의 근해는 다양한 해양변화가 있으며, 작전을 수행하는 해군함정, 함재기, 해상운용 비행기, 공군의 전투기, 해안에 위치한 공항 및 비행장 등이 영향을 받는다. 특히 해양환경의 직접적인 영향인 염분은 가스터빈엔진과 같이 고온/고속으로 운용되는 장비에 연료의 황성분과 화학적 변화로 고온부식(Hot Corrosion)이 발생시킨다. 한계값으로 정의 할 수 없지만 염분에 의한 부식은 디미스터(공기흡입구) 높이가 7m 이하일 경우 해상에서 유입되는 염분이 증가하여 부식이 급격하게 증가하였다. 또한 서해보다 동해에서 작전임무를 수행하는 무기체계는 염분도, 풍량, 파고에 의해 비산되는 염분이 상대적으로 많아 부식율이 17% 증가함을 확인하였다. 해상에서 가스터빈엔진을 운용하는 해상무기체계는 염분유입을 최소화하기 위해 해상으로부터 13m이상에서 운용되어야 급격한 고온부식을 최소화 될 것으로 본다.
한반도의 근해는 다양한 해양변화가 있으며, 작전을 수행하는 해군함정, 함재기, 해상운용 비행기, 공군의 전투기, 해안에 위치한 공항 및 비행장 등이 영향을 받는다. 특히 해양환경의 직접적인 영향인 염분은 가스터빈엔진과 같이 고온/고속으로 운용되는 장비에 연료의 황성분과 화학적 변화로 고온부식(Hot Corrosion)이 발생시킨다. 한계값으로 정의 할 수 없지만 염분에 의한 부식은 디미스터(공기흡입구) 높이가 7m 이하일 경우 해상에서 유입되는 염분이 증가하여 부식이 급격하게 증가하였다. 또한 서해보다 동해에서 작전임무를 수행하는 무기체계는 염분도, 풍량, 파고에 의해 비산되는 염분이 상대적으로 많아 부식율이 17% 증가함을 확인하였다. 해상에서 가스터빈엔진을 운용하는 해상무기체계는 염분유입을 최소화하기 위해 해상으로부터 13m이상에서 운용되어야 급격한 고온부식을 최소화 될 것으로 본다.
The sea of the Korean peninsula has undergone various marine changes, including naval vessels, naval operational aircrafts, air force fighters, coastal airports and airfields. In particular, salt directly affected by the marine environment, equipment operating under a high temperature / high speed a...
The sea of the Korean peninsula has undergone various marine changes, including naval vessels, naval operational aircrafts, air force fighters, coastal airports and airfields. In particular, salt directly affected by the marine environment, equipment operating under a high temperature / high speed as the gas turbine is the high temperature corrosion (Hot Corrosion) caused by sulfur components and salinity of the fuel used. When the height of the demister (air intake) is less than 7 m, the salinity of the salt entering the sea increases and the corrosion increases rapidly. In addition, the weapon systems operating in the East Sea than in the West Sea showed a 17% increase in the corrosion rate due to the relatively high salinity scattered by saline, wind, and wave. In order to minimize the salinity inflow, it should be operated at more than 13 m from the sea to minimize rapid hot corrosion.
The sea of the Korean peninsula has undergone various marine changes, including naval vessels, naval operational aircrafts, air force fighters, coastal airports and airfields. In particular, salt directly affected by the marine environment, equipment operating under a high temperature / high speed as the gas turbine is the high temperature corrosion (Hot Corrosion) caused by sulfur components and salinity of the fuel used. When the height of the demister (air intake) is less than 7 m, the salinity of the salt entering the sea increases and the corrosion increases rapidly. In addition, the weapon systems operating in the East Sea than in the West Sea showed a 17% increase in the corrosion rate due to the relatively high salinity scattered by saline, wind, and wave. In order to minimize the salinity inflow, it should be operated at more than 13 m from the sea to minimize rapid hot corrosion.
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문제 정의
DDG/FF/PCC는 GE사의 LM-2500엔진이며, PKG 함정에 사용되는 가스터빈엔진은 GE사의 LM-500엔진 이다. 함정은 함재기에 비해 해상에서 유입되는 염분량이 많아 본 논문에서는 함정의 가스터빈엔진의 성능 변화에 대해 기술한다. 함정의 대표적인 가스터빈엔진인 GE사의 LM-2500, LM-500은 정비주기가 100,000 시간으로 CBM (Condition Based Maintenance/상태기준정비)로 권고하고 있다.
제안 방법
이들 자료 중, 공간 해상도가 상대적으로 높은 유럽중기예 보센터 자료를 분석에 활용하였다. 주요 해양대기환경 분석 요소는 기온, 기압, 습도, 해상풍, 표층수온, 표층 염분, 강수량, 증발량, 유의파고의 총 9개 요소를 선정하였다. 표층수온은 미국해양대기청의 인공위성관측(AVHRR)과 현장관측자료를 토대로 객관적 내삽법을 통해 산출된 해면수온(OISST)자료를 이용하였다.
대상 데이터
해군의 해상전력은 이지스(DDG)와 호위함(FF), 초계함(PCC), 고속유도탄함(PKG), 해상초계기(PC-3), 대잠헬기(Lynx), UH-1H, UH-60 등이 대표적으로 있고 이러한 무기체계는 가스터빈엔진을 운용하고 있다. DDG/FF/PCC는 GE사의 LM-2500엔진이며, PKG 함정에 사용되는 가스터빈엔진은 GE사의 LM-500엔진 이다. 함정은 함재기에 비해 해상에서 유입되는 염분량이 많아 본 논문에서는 함정의 가스터빈엔진의 성능 변화에 대해 기술한다.
표층 염분은 영국의 해들리센터에서 전세계 관측자료를 수집, 분석하여 구성한 표층염분 자료를 분석에 이용하 였다. 분석에 활용된 자료의 기간은 1980-2010년 (총 31년)이며 표층수온의 경우 위성관측이 가용한 시기인 1982-2010년의 자료를 분석하였다. 이러한 변동이 계절별로는 어떻게 다르게 나타나는지 살펴보기 위해 모든 변수에 대해 월별로 평균, 최대, 최소, 분산, 표준편 차를 계산하여 과거 30여년의 해양기상의 평균적인 분포와, 또 계절별, 해역별 연변동 특성을 요소별로 살펴볼 수 있다(Table 1).
반면 서해는 평균수심 40여 m 내외로 복잡한 해안선과 조석에 의한 조류가 탁월한 해역이며, 남해는 해류와 조석/조류 현상이 활발하며 전 영역이 대륙붕 지대로 연안에서 외해로 나갈수록 수심이 깊어진다. 우리 나라 근해의 해황을 좀더 정량적으로 분석해보기 위하여 수십년 규모의 해양대기환경자료를 활용하였다. 수십년 규모의 전지구 해양, 대기 자료는 유럽중기예보 센터 재분석자료(ECMWF)와 미국국립대기과학연구소 환경예측센터 재분석자료(NCEP)가 대표적이다.
수십년 규모의 전지구 해양, 대기 자료는 유럽중기예보 센터 재분석자료(ECMWF)와 미국국립대기과학연구소 환경예측센터 재분석자료(NCEP)가 대표적이다. 이들 자료 중, 공간 해상도가 상대적으로 높은 유럽중기예 보센터 자료를 분석에 활용하였다. 주요 해양대기환경 분석 요소는 기온, 기압, 습도, 해상풍, 표층수온, 표층 염분, 강수량, 증발량, 유의파고의 총 9개 요소를 선정하였다.
표층수온은 미국해양대기청의 인공위성관측(AVHRR)과 현장관측자료를 토대로 객관적 내삽법을 통해 산출된 해면수온(OISST)자료를 이용하였다. 표층 염분은 영국의 해들리센터에서 전세계 관측자료를 수집, 분석하여 구성한 표층염분 자료를 분석에 이용하 였다. 분석에 활용된 자료의 기간은 1980-2010년 (총 31년)이며 표층수온의 경우 위성관측이 가용한 시기인 1982-2010년의 자료를 분석하였다.
주요 해양대기환경 분석 요소는 기온, 기압, 습도, 해상풍, 표층수온, 표층 염분, 강수량, 증발량, 유의파고의 총 9개 요소를 선정하였다. 표층수온은 미국해양대기청의 인공위성관측(AVHRR)과 현장관측자료를 토대로 객관적 내삽법을 통해 산출된 해면수온(OISST)자료를 이용하였다. 표층 염분은 영국의 해들리센터에서 전세계 관측자료를 수집, 분석하여 구성한 표층염분 자료를 분석에 이용하 였다.
성능/효과
디미스터(공기흡입구) 높이가 7m 이하일 경우 해상에서 유입되는 염분이 증가하여 부식이 급격하게 증가하였다. 또한 한반도를 기준으로 서해보다 동해에서 작전임무를 수행하는 무기체계는 염분도, 풍량, 파고에 의해 비산되는 염분 등이 상대적 으로 높아 부식율이 17% 증가함을 확인하였다. 해상 에서 가스터빈엔진을 운용하는 해상무기체계는 염분유 입을 최소화하기 위해 외기 흡입구(디미스터)를 해상 으로부터 13m이상에서 운용되어야 급격한 고온부식 (Hot Corrosion)을 최소화 될 것으로 본다.
와 같이 동해의 해양환경은 서해보다 염분, 풍량, 파고 등이 높아 무기체계에 유입되는 염분량이 상대적으로 많아 동해에서 운용중인 가스터빈엔진의 부식이 서해 보다 17%[9] 많이 증가 하였다. 운용상의 결과로 함정에서 사용되는 연료의 황성분과 염분으로 고온부식 (Hot Corrosion)이 발생되며, 특히 디미스터(공기흡입 구) 높이가 7m 이하로 낮아 질 경우 해상에서 유입되는 염분량이 증가하여 부식이 급격하게 증가됨을 확인 하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
염분은 해양환경의 요소로써 어떤 영향을 미치는가?
한반도의 근해는 다양한 해양변화가 있으며, 작전을 수행하는 해군함정, 함재기, 해상운용 비행기, 공군의 전투기, 해안에 위치한 공항 및 비행장 등이 영향을 받는다. 특히 해양환경의 직접적인 영향인 염분은 가스터빈엔진과 같이 고온/고속으로 운용되는 장비에 연료의 황성분과 화학적 변화로 고온부식(Hot Corrosion)이 발생시킨다. 한계값으로 정의 할 수 없지만 염분에 의한 부식은 디미스터(공기흡입구) 높이가 7m 이하일 경우 해상에서 유입되는 염분이 증가하여 부식이 급격하게 증가하였다.
동해-서해-남해의 해역별 차이는 어떤지 설명하시오
우리나라 근해 해황의 특징은 뚜렷한 계절변동과 더불어 동해-서해-남해의 해역별 차이가 뚜렷하다는 것이다. 일반적으로 동해는 평균수심 약 1600m 이상의 깊은 수심에 북한한류와 동한난류와 같은 해류 및 와동류, 수온전선과 같은 중규모 해양현상이 활발하다. 반면 서해는 평균수심 40여 m 내외로 복잡한 해안선과 조석에 의한 조류가 탁월한 해역이며, 남해는 해류와 조석/조류 현상이 활발하며 전 영역이 대륙붕 지대로 연안에서 외해로 나갈수록 수심이 깊어진다. 우리 나라 근해의 해황을 좀더 정량적으로 분석해보기 위하여 수십년 규모의 해양대기환경자료를 활용하였다.
조석이 생기는 이유를 설명하시오
바람의 세기, 지속시간, 취송거리에 따라 수 초 ~ 수 분주기의, 수 십 cm ~ 수 m에 달하는 파고의 풍랑은 발생지점으로부터 확산되어 해안에 이르게 되며, 그영향권이 수 백 km에 이르기도 한다. 우리나라 근해에서 일상적으로 볼 수 있는 조석(tide)현상도 태양과 지구, 지구와 달 사이에 작용하는 인력과 원심력에 의해 만들어 지는 파랑에 의한 것이다.[1] 일반적으로 12시 간과 24시간 조석주기에 의한 조차가 크게 나타나는데 같은 지점에서도 조차(tidal range)와 고조(high tide) – 저조(low tide)시가 매일 조금씩 달라지며 같은 조석 주기에도 지형의 영향으로 조차가 매우 크게 나타 나기도 작게 나타나기도 한다.
참고문헌 (12)
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D. Ho. Rhee, B.J. Lim, I.K. Ahn, H.C. Koo and J.H. Kim, "Effect of Sand and Dust Ingestion on Small G as Turbine Engines", KSME, Transactions of the Kor ean Society of Mechanical Engineers-B, Vol. 36, No. 2, pp.791-796, 2012.
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G. H. Cho, D. C. Park, "Analysis on the Collecting Amount of Flying Salinity by the Weather Change", Spring Conference Paper, Architectural Institute of Korea, Vol.31 No.1(Structure Part), pp.83-84, 2011.
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Nicholls JR. Designing oxidation-resistant coating. JOM, 52(1), pp.28-35, 2000.
K. W. Oh, H. S. Choi, C. D Kong and H. B. Park, "Research on Naval Weapons Systems MRO by anal yzing Aerospace MRO Industry", SASE, Vol.8, No.2, pp.13-20, June, 2014.
K. W. Oh, "Development of Korean Condition Base d Maintenance Systems to Monitor Naval Weapon Systems", SASE, Vol.10, No.4, pp.67-74, 2016.
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