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핵심기술
한국 표준형 프론트 스탠다드 주요 부품 국산화 및 성능평가 시스템 구축을 통한 발전소 운전신뢰성 증진 및 최적 운용방안 수립
최종목표
-한국 표준형 프론트 스탠다드 주요 부품 국산화
-한국 표준형프론트 스탠다드를 시험, 진단 할 수 있는 종합 성능진단 시스템을 독자적 설계, 제작 기술 확보
개발내용 및 결과
한국 표준형 프론트 스탠다드 시스템 운전중에 발생되던 문제점이 개선된 유압밸브를 국산화 하였으며, 개발된 제품에 대한 신뢰성 평가 기준 제정 및 프론트 스탠다드 시스템 종합 성능평가 시스

핵심기술
한국 표준형 프론트 스탠다드 주요 부품 국산화 및 성능평가 시스템 구축을 통한 발전소 운전신뢰성 증진 및 최적 운용방안 수립
최종목표
-한국 표준형 프론트 스탠다드 주요 부품 국산화
-한국 표준형프론트 스탠다드를 시험, 진단 할 수 있는 종합 성능진단 시스템을 독자적 설계, 제작 기술 확보
개발내용 및 결과
한국 표준형 프론트 스탠다드 시스템 운전중에 발생되던 문제점이 개선된 유압밸브를 국산화 하였으며, 개발된 제품에 대한 신뢰성 평가 기준 제정 및 프론트 스탠다드 시스템 종합 성능평가 시스템을 구축하여 운전조건과 유사한 조건에서의 성능평가를 통한 발전소 운전중 발생될 수 있는 문제점을 개선함.
기술개발배경
-국내 한국 표준형 프론트 스탠다드 시스템은 전량 해외 기술에 의존하고 있으며 국내 정비 및 시험의 기준이 없어 설비의 한계 수명 예측과 성능 목표의 설정이 없는 상태이므로 상기 기술 확보가 요구됨.
-전량 수입에 의존하고 있는 한국 표준형 Front Standard System은 가격이 고가이고 소품종 생산에 의한 예비품 수급이 어려워 효율적인 발전운영에 지장을 초례하고 있어 성능이 우수한 제품의 국산화가 요구됨.
핵심개발기술의 의의
프론트 스탠다드 시스템 사용되는 핵심부품은 전량 수입하며, 소품종 생산에 의해 고가인 동시에 예비품 수급이 어려웠으나, 본 연구개발을 통해 국내 최초 개발된 제품은 해외 제품대비 높은 신뢰성 및 내구성을 보유하고 있으며, 성능평가 시스템을 이용한 성능평가를 통해 발전정지 예방 및 동일한 발전설비에 적용이 가능하므로 향후 국산화 제품 및 성능평가 시스템의 수출을 통한 외화 획득이 기대됨.
적용분야
한국 표준형 원자력, 화력 발전소, 산업설비 유압 시스템, GE Type 발전소 공급

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 7
• 목 차 ... 10
• 그림 목차 ... 16
• 표 목차 ... 26
• 수식 목차 ... 29
• 제 1 장 서 론 ... 30
• 제 1 절 개발 기술의 중요성 및 필요성 ... 33
• 제 2 절 국내 ∙외 관련 기술 현황 ... 34
• 제 3 절 기술 개발시 예상되는 기술적 경제적 파급 효과 ... 35
• 제 2 장 기술 개발 내용 및 방법 ... 36
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 37
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 38
• 1. 1차년도 연구 수행 목표 및 평가방법 ... 38
• 2. 2차년도 연구 수행 목표 및 평가방법 ... 41
• 3. 3차년도 연구 수행 목표 및 평가방법 ... 42
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 45
• 1. 1차년도 연구 개발 내용 ... 45
• 가. Turbine Front Standard System 국내외 자료 조사 ... 45
• 1) 국내외 운전 설계 자료 취득 ... 45
• 2) Front Turbine Front Standard System 구성 및 시험 조사 ... 49
• 3) Turbine Front Standard 시험 ... 54
• 4) 터빈 밸브 차단시험 ... 62
• 5) 국내 표준형 발전소 Front Standard System 고장 분석 ... 64
• 나. 유압 밸브의 설계 연구 및 표준화 ... 69
• 1) 스풀밸브의 스풀 Lap 특성 ... 70
• 2) 스풀밸브의 유량 특성 ... 70
• 3) 스풀밸브에 발생하는 횡추력 ... 71
• 4) 스풀밸브에 발생하는 축추력(유체력) ... 71
• 5) 정상 유체력 성질과 경감법 ... 72
• 6) 유압유 종류에 따른 스풀 재질 선정 ... 73
• 7) 유압유의 조건 및 성질 ... 73
• 8) 유압유의 종류 ... 74
• 9) 사용 유압유에 따른 유압 계통 재질 선정 ... 75
• 10) 서보밸브에 적용된 고크롬강의 손상 사례 ... 76
• 11) 유압유의 특성 및 선택상의 제반 조건 ... 77
• 12) 유압유 스풀의 접동 시험 ... 78
• 13) 스풀 미터링에지(Metering Edge) 손상에 따른 적정 재질 선정 ... 78
• 다. 접촉 동작 부품 재료 선정 ... 79
• 1) 철강 재료 ... 80
• 2) 구조용 탄소강의 기계 조직 ... 81
• 3) 구조용 주철의 기계 조직 ... 82
• 라. 접촉 동작 부품 재료 트라이볼로지 개선 방법 ... 83
• 1) 철강재료 ... 83
• 2) 비철 재료 ... 85
• 마. 스풀 고착에 따른 방지 대책 ... 89
• 1) 스풀의 고착 현상 ... 90
• 바. 스풀 밸브의 내부 누설에 의한 시스템 손실 ... 91
• 사. 스풀 손상 사례 ... 93
• 1) 주 접촉 동작부위의 압력 변화에 따른 손상 ... 93
• 2) 외부 유입 이물질에 의한 스풀 랜드부 손상 ... 93
• 3) 스풀 랜드 표면의 궤식 ... 94
• 4) 스풀과 슬리브 간격 증대에 따른 슬리브 손상 ... 94
• 아. Turbine Front Standard System 설계 제작 ... 95
• 1) Turbine Front Standard System 국산화를 위한 기본 설계 ... 95
• 2) 기본 설계 도면 제작 ... 96
• 자. Turbine Front Standard System 3D Simulation ... 102
• 1) 유압밸브 FEM 분석 ... 102
• 2) 설계 최적화를 위한 Amesim Tool Package ... 111
• 3) Spool Lap Position 최적화를 위한 Spool Lap Position 결정 ... 120
• 차. Turbine Front Standard System 평가 기준 개발 ... 121
• 1) 연동 시험 장치 알고리즘 연구 ... 121
• 2) 설계/제작/시험 적용 코드 ... 121
• 3) 밸브 시험 코드 적용을 위한 고장 해석 기법 적용 ... 123
• 카. Turbine Front Standard System 성능시험용 고성능 유압공급장치 개발 ... 129
• 1) Lube Oil 유압 공급장치 설계 주안점 ... 130
• 2) Lube Oil H.P.U 사양 ... 131
• 3) Controller 사양 ... 134
• 타. 인산에스테르 Oil HPU 기본 설계 ... 137
• 2. 2차년도 연구 개발 내용 ... 138
• 가. 프론트 스탠다드 유압밸브 제작시 적용된 표면 개질 기술 ... 138
• 1) 프론트 스탠다드 유압밸브에 적용된 열처리 기법 ... 138
• 2) 열처리 가공후 처리 ... 151
• 나. Mechanical Trip Valve 국산화 제작 ... 151
• 1) Mechanical Trip Valve 운전 상태에서의 고장원인 분석 ... 151
• 2) Mechanical Trip Valve 재질 조사 및 최적 재질 ... 152
• 3) Mechanical Trip Valve Simulation 수행 ... 153
• 4) Mechanical Trip Valve 제작 ... 154
• 5) Mechanical Trip Valve 시제품 제작도면 ... 155
• 다. Electrical Trip Valve 국산화 제작 ... 157
• 1) Electrical Trip Valve 운전 상태에서의 고장 원인 분석 ... 157
• 2) Electrical Trip Valve 재질 조사 및 최적 재질 선정 ... 157
• 3) Electrical Trip Valve에 적용된 Teflon Ring 특성 ... 158
• 4) Electrical Trip Valve Simulation 수행 ... 158
• 5) Electrical Trip Valve 제작 ... 159
• 6) Electrical Trip Valve 시제품 제작 ... 160
• 라. Mechanical Lock-Out Valve 국산화 제작 ... 164
• 1) Mechanical Lock-Out Valve 국산화 제작 ... 164
• 2) Mechanical Lock-Out Valve 운전 상태에서의 고장원인 분석 ... 164
• 3) Mechanical Lock-Out Valve 재질 조사 및 최적 재질 선정 ... 164
• 4) Mechanical Lock-Out Valve Simulation 수행 ... 165
• 5) Mechanical Lock-Out Valve 시제품 제작도면 ... 166
• 6) Mechanical Lockout Valve 제작 ... 168
• 마. Electrical Lock-Out Valve 국산화 제작 ... 169
• 1) Electrical Lock-Out Valve 국산화 제작 ... 169
• 2) Electrical Lock-Out Valve 운전 상태에서의 고장원인 분석 ... 169
• 3) Electrical Lock-Out Valve Simulation 수행 ... 169
• 4) Electrical Lock-Out Valve 시제품 제작도면 ... 171
• 5) Electrical Lock-Out Valve 제작 ... 173
• 바. 터빈 보호 장치 System 상세설계 및 제작 ... 173
• 1) Front Standard Frame 제작 시 고려 사항 ... 174
• 2) Mechanical Trip Valve Link Arrangement 수정 ... 175
• 3) Over Speed Trip Assembly 국산화 시제품 제작 ... 175
• 4) Air Relay Dump Valve 국산화 시제품 제작시 고려사항 ... 176
• 5) Front Standard Stand 제작 시 고려 사항 ... 177
• 6) Control Rotor 제작 시 고려 사항 ... 178
• 7) Manifold Block 제작 시 고려 사항 ... 180
• 사. 터빈 프론트 스탠다드 시험장치 상세 설계 및 제작 ... 181
• 1) Emergency Governor 성능시험 설비 구성 ... 181
• 2) Mechanical Trip Valve 성능시험 설비 구성 ... 183
• 3) Mechanical Lockout Valve 성능시험 설비 구성 ... 184
• 4) Electrical Trip Valve & Electrical Trip Solenoid Valve 성능시험 설비 구성 ... 185
• 5) Electrical Lockout Valve 성능시험 설비 구성 ... 187
• 6) Electrical Lockout Valve 성능시험 방법 ... 187
• 7) Over Speed Trip Assembly 성능시험 방법 ... 187
• 아. Turbine Front Standard 국산화 부품과 기존 제품 대비 개선사항 및 장점 ... 188
• 1) 연구 개발된 Mechanical Trip Valve와 기존제품의 성능비교 ... 188
• 2) 연구 개발된 Electrical Trip Valve와 기존제품의 성능비교 ... 189
• 3) 연구 개발된 Mechanical Lock Out Valve와 기존제품의 성능비교 ... 189
• 4) 연구 개발된 Electrical Lock Out Valve와 기존제품의 성능비교 ... 189
• 자. 유압 Power Unit 설계 및 제작-인산에스테르 오일용 유압공급 장치 ... 190
• 1) 시험 회로 구성 ... 191
• 2) 인산에스테르 오일용 유압 공급 장치 사양 및 설계 주안점 ... 192
• 차. 성능시험 Controller 제작 ... 196
• 1) 시험 장치 Controller 구성 ... 196
• 2) 시험 장치 Controller 화면 구성 ... 198
• 카. Turbine Front Standard System 성능시험을 위한 동특성 분석 프로그램 개발 ... 198
• 1) 성능 시험 프로그램의 개발 조건 ... 198
• 2) 시험 결과 보고서 작성 (Test Report Generation) ... 199
• 3) 자동 시험 (Auto Test & Pattern Test ) ... 199
• 4) Test Procedure ... 200
• 타. Front Standard 연동 시험 절차서 개발 ... 208
• 1) Turbine Front Standard 연동 시험 절차서 개발 ... 208
• 2) Turbine Front Standard 사양 및 모델 ... 208
• 3) Front Standard 구성품 가상 모델 ... 209
• 4) Front Standard Operating Simulation ... 210
• 5) Manual Trip Test를 시행하는 보안시험 단계 ... 211
• 파. 터빈 비상 정지용 유압 밸브 3건의 평가기준 개발 ... 212
• 1) 터빈 비상정지용 기계식 유로차단 밸브(MTV) 신뢰성평가기준 개발 ... 212
• 2) 터빈 비상정지용 전기식 유로차단 밸브 (ETV) 신뢰성평가기준 개발 ... 224
• 하. Turbine Front Standard 국산화 부품 가속수명평가 ... 241
• 1) 시험장비 구축 ... 241
• 2) Hydraulic Power Unit의 용량결정 ... 242
• 거. 한국 표준형 발전소 유압밸브 성능시험 결과 분석 ... 253
• 1) 시험 항목 및 내용 ... 253
• 2) Electrical Lockout Solenoid Valve & Electrical Lockout Valve시험 ... 254
• 3) Mechanical Lockout Solenoid Valve & Mechanical Lockout Valve 시험 ... 256
• 4) Mechanical Trip Valve 시험 ... 258
• 5) Electrical Trip Solenoid Valve & Electrical Trip Valve 시험 ... 260
• 3. 3차년도 연구개발 내용 ... 262
• 가. 프론트 스탠다드 주요 유압밸브의 정적 및 동적 시험 및 결과 분석 ... 262
• 1) Mechanical Trip Valve 성능 시험 결과 ... 262
• 2) Electrical Trip Valve 성능 시험 결과 ... 271
• 나. Front Standard System Simulator 개발 및 성능시험 ... 283
• 1) Front Standard System Simulator 개발 ... 283
• 2) Simulator Control diagram ... 284
• 3) Simulator 성능시험결과 ... 284
• 다. 성능진단 프로그램 보완 ... 288
• 1) Report Main 화면 ... 288
• 2) Report File Open ... 288
• 3) Data Analysis ... 289
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 291
• 제 1 절 연구 개발 최종 결과 ... 293
• 1. 연구 개발 추진 일정 ... 293
• 2. 연구 개발 추진 실적 ... 294
• 3. 연구 개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 295
• 가. 유형성과 ... 295
• 나. 무형 성과 ... 295
• 다. 산업 재산권 및 논문 등재 ... 296
• 라. 활용방안 ... 296
• 제 2 절 연구 개발 추진 체계 ... 297
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 298
• 1. 기술 개발 시점 시장 현황 ... 298
• 2. 기술 개발 이후 시장 현황 ... 298
• 3. 연구개발 사업성과의 사업화 가능성 ... 299
• 참고문헌 ... 300