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제안 방법
- BPF 소음이 터보차져의 어떤 운전영역에서 높게 나타나는지 분석하기 위하여 Fig.3과 같이 컴프레서 BPF 소음에 대한 노이즈 맵을 작성하였다(6),(8). BPF 소음은 전체적으로 회전수의 증가에 따라 크게 나타나는 경향을 보이고 있다.
- 원주홈의 형상은 폭, 깊이, 각도에 의하여 결정되며, 원주홈의 위치는 컴프레서 날개의 입구측 끝단을 기준으로 설정하였다.
- 음 측정 위치는 컴프레서 하우징과 컴프레서 출구 파이프에서 각각 10cm 근접음을 측정하여 비교하였다. 소음 샘플들에 대한 각 소음 측정 위치에서의 각 운전 조건에 따른 최대 BPF 소음 수준은 Fig.
- 컴프레서 BPF 소음 발생 위치가 컴프레서 하우징 내부이기 때문에 컴프레서 하우징을 통하여 방사되는 소음을 최대한 억제하는 방안에 대한 유효성을 확인하기 위하여 컴프레서 하우징 외부에 흡음재를 씌웠다. 터보차져 회전수 160k rpm 에서 써지(Surge)에서 쵸크(Choke) 영역으로의 이동 운전조건에서 터보차져 10cm 근접 소음을 측정하고 컴프레서 BPF 소음 성분만을 추출하여 비교한 결과는 Fig.
- 컴프레서 BPF 소음은 위의 소음과는 다른 특성을 가지고 있으나, 컴프레서 입구의 유동에서 발생하는 특성은 같은 바, 시험적으로 원주홈을 적용하여 광대역 소음인 컴프레서 BPF 소음 저감을 시도하였다. 원주홈의 형상은 Fig.
- 터보차져 단체에서의 소음 특성을 파악하기 위하여 터보차져 시험 전용 설비인 가스벤치에서 컴프레서 성능 인자와 터보차져 소음을 별도의 측정 장비로 동시에 측정하였다. 가스벤치는 엔진의 배기가스의 역할을 하도록 LNG와 압축 공기를 혼합 연소시켜 터빈으로 공급함으로써 터보차져를 원하는 조건으로 구동이 가능하며, 컴프레서에서 압축된 공기는 컴프레서 출구에 설치된 밸브를 제어하여 부스트 압력(Boost Pressure)을 조절하는 구조로 되어있다.
대상 데이터
- 이 소음을 개선하기 위해서는 근본적으로 컴프레서 날개의 개수 또는 형상을 변경하여야 하나, 이는 터보차져의 성능 변화를 수반하는 바, 엔진 개발 도중에 이들을 변경하는 것이 어렵기 때문에 차선책으로 컴프레서 하우징 또는 출구 파이프의 강성 또는 차음력을 증대시켜 소음을 개선하는 경우가 있다. 본 논문에서는 1.6-1.8kHz 의 터보차져 소음 저감에 효과가 있었던 날개 부근에 원주홈(Groove)을 고주파 광대역 소음인 컴프레서 BPF 소음 저감에 적용하였다(7). 이 원주홈은 동등의 컴프레서 성능을 유지하면서 광대역 주파수 소음에도 효과가 있음을 확인하였다.
- 본 연구 대상 소음은 터보차져 회전수(rpm)와 컴프레서 주날개 수(Nb)의 곱에 해당되는 주파수 성분(BPF)을 갖는 컴프레서 BPF 소음이다.
- 이들 소음을 개선하고자 하는 방안들이 터보차져 성능과 배치되는 경우가 있어 터보차져 성능과 소음을 최적화하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다(1)-(5). 터보차져 소음은 기계적 진동에 의한 것과 유동에 의한 것으로 크게 분류할 수 있는데, 본 논문에서의 관찰 대상 소음은 유동 소음의 하나로서 터보차져 회전수와 컴프레서 날개수의 곱에 해당되는 주파수 성분을 갖는 컴프레서 BPF(Blade Passing Frequency) 소음이다. 컴프레셔 휠의 날개는 주날와 보조날개(Splitter)로 구성되는데, 주날개는 주로 4~7 개로 구성되며 보조 날개는 주날개보다 크기가 작으며 주날개 사이에 위치한다.
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