초록 ▼

본 연구는 산업용 송풍기로써 가장 많이 사용되는 터어보 송풍기의 공력 및 구조설계 기술과 성능분석 기법을 개발하고 이를 통해 터어보 송풍기의 성능 및 효율향상을 위해 태일제작소와 공동으로 수행된 것이다.
터어보 송풍기의 공력설계 및 공력 성능예측을 위해 Euler 터어빈 이론과 Stodola의 유한날개수 영향에 기본을 둔 압력수두에 관한 방정식들이 유도되었고, 송풍기 각 부품에서 발생하는 수두손실, 즉 임펠러 깃통로 마찰손실, 케이싱 손실, 흡입구 손실, 원판마찰 손실 및 누설 손실 등에 관한 방정식이 유도되었다. 이를 이용한

본 연구는 산업용 송풍기로써 가장 많이 사용되는 터어보 송풍기의 공력 및 구조설계 기술과 성능분석 기법을 개발하고 이를 통해 터어보 송풍기의 성능 및 효율향상을 위해 태일제작소와 공동으로 수행된 것이다.
터어보 송풍기의 공력설계 및 공력 성능예측을 위해 Euler 터어빈 이론과 Stodola의 유한날개수 영향에 기본을 둔 압력수두에 관한 방정식들이 유도되었고, 송풍기 각 부품에서 발생하는 수두손실, 즉 임펠러 깃통로 마찰손실, 케이싱 손실, 흡입구 손실, 원판마찰 손실 및 누설 손실 등에 관한 방정식이 유도되었다. 이를 이용한 터어보 송풍기의 공력설계 및 성능예측 프로그램이 개발되었으며, 또한 기존의 탄성이론에 근거한 터어보 송풍기의 구조설계 프로그램이 개발되었다.
개발된 프로그램의 신뢰성을 향상시키기 위해 4가지 서로 다른 비속도를 갖는 터어보 송풍기에 대한 성능실험이 수행되었으며, 실험결과 비속도가 낮은 송풍기 일수록 공력 성능 예측 프로그램의 신뢰성이 좋은 것으로 나타났다. 또한 개발된 프로그램을 이용하여 터어보 송풍기의 중요한 설계인자들인 출구깃각, 직경비, 출구폭에 대한 외경의 비, 케이싱의 형상 등에 대한 연구를 통하여 고효율 터어보 송풍기 설계에 대한 기반을 확립하였다.

목차 Contents

• 제1장 서 론...24
• 1.1 연구의 배경 및 필요성...24
• 1.2 연구의 내용 및 범위...25
• 제2장 터어보 송풍기의 공력설계...28
• 2.1 공력설계 기본 이론...28
• 2.1.1 에너지 변환 기본 이론...28
• 2.1.2 유한깃 이론...36
• 2.1.3 케이싱 형상 설계...41
• 2.2 터어보 송풍기의 제반 손실...45
• 2.2.1 깃통로 마찰손실...46
• 2.2.2 케이싱 손실...48
• 2.2.3 흡입구 손실...54
• 2.2.4 원판마찰 손실...54
• 2.2.5 누설 손실...55
• 2.3 터어보 송풍기의 공력설계 및 성능 예측...56
• 2.3.1 기본공력 전산모델...56
• 2.3.2 성능예측 시뮬레이션 프로그램 개발...64
• 제3장 터어보 송풍기의 기본구조 설계...67
• 3.1 기본 이론...67
• 3.1.1 자유회전링(freely rotating ring)...67
• 3.1.2 자유회전보(freely rotaing bar)...69
• 3.2 기본 강도 설계...71
• 3.2.1 기본이론식에 의한 무차원계수...72
• 3.2.2 무차원계수에 의한 근사적 응력 해석...73
• 3.2.3 재질의 선택...77
• 3.2.4 안전율...79
• 3.3 송풍기 케이싱의 구조설계...80
• 3.3.1 송풍기 케이싱의 제반 치수...80
• 3.3.2 송풍기 케이싱의 보강...81
• 3.4 송풍기 주판, 측판 및 임펠러 깃의 구조 설계...84
• 3.4.1 송풍기 주판과 측판의 강도 설계...84
• 3.4.2 임펠러 깃의 강도 설계...87
• 3.4.3 주판, 측판 및 임펠러 깃의 재질과 두께...88
• 3.4.4 주판, 측판 및 임펠러 깃의 파괴(fracture)...89
• 3.5 축의 설계...89
• 3.5.1 축직경의 설계...90
• 3.5.2 축응력의 설계...91
• 3.5.3 축의 위험속도 및 처짐 한도...92
• 3.5.4 축 키(key)의 설계...96
• 3.6 베어링(bearing)의 설계...98
• 3.6.1 베어링의 종류와 특성...98
• 3.6.2 베어링 하중의 결정...100
• 3.6.3 베어링 수명 및 최고 회전수의 결정...103
• 3.6.4 미끄럼 베어링의 설계...105
• 3.7 V벨트 및 V벨트차의 설계...108
• 3.7.1 V벨트 및 V벨트차의 표준규격...108
• 3.7.2 V벨트 및 V벨트타의 설계...110
• 3.8 기타 부분의 설계...115
• 3.8.1 허브...115
• 3.8.2 축이음(Coupling)...115
• 3.8.3 축밀봉 장치...118
• 제4장 터어보 송풍기의 무차원해석 및 상사설계...120
• 4.1 개 요...120
• 4.1.1 차원해석...121
• 4.1.2 상사법칙...124
• 4.1.2.1 체적유량에 관한 상사법칙...125
• 4.1.2.2 압력에 관한 상사법칙...127
• 4.1.2.3 축동력에 관한 상사법칙...129
• 4.2 상사설계 방법 및 순서...131
• 4.3 상사설계 결과 및 분석...135
• 제5장 터어보 송풍기의 성능 실험...140
• 5.1 개 요...140
• 5.2 송풍기 성능 시험 규격...141
• 5.3 송풍기 성능 시험 항목...147
• 5.3.1 체적 유량 측정...147
• 5.3.2 압력 측정...148
• 5.3.3 축동력 및 회전수 측정...150
• 5.4 실험장치 설계 및 구성...151
• 5.5 측정장비의 보정...157
• 5.6 실험모형 송풍기의 선정 및 실험...160
• 5.6.1 선정 배경...160
• 5.6.2 모형송풍기의 규격 및 제원...160
• 5.6.3 실험 방법...162
• 5.6.4 측정자료 처리방법...164
• 제6장 터어보 송풍기의 성능해석 및 실험결과 6.2 터어보 송풍기의 실험결과 분석...180
• 6.2.1 터어보 송풍기의 공력성능 분석...181
• 6.2.1.1 체적유량 변화에 대한 압력변화...181
• 6.2.1.2 체적유량 변화에 대한 축동력 변화...184
• 6.2.1.3 체적유량 변화에 대한 전압효율 변화...188
• 6.2.2 터어보 송풍기의 무차원 특성 분석...191
• 6.2.2.1 비속도 변화에 대한 전압효율 변화...192
• 6.2.2.2 비속도 변화에 대한 압력계수 변화...197
• 6.2.2.3 비속도 변화에 대한 용량계수 변화...200
• 6.2.2.4 비속도 변화에 대한 성능계수 변화...202
• 6.2.2.5 $B_2/D_2$ 와 각종 무차원계수의 상관관계...206
• 6.3 송풍기 성능에 영향을 미치는 변수의 특성...207
• 6.3.1 임펠러의 회전수 변화에 의한 영향...207
• 6.3.2 임펠러의 출구폭과 직경과의 비에 의한 영향...214
• 6.3.3 임펠러의 출구깃각 변화에 의한 영향...219
• 6.3.4 케이싱 형상에 의한 영향...221
• 제7장 결 론...225
• 참고문헌...227