초록 ▼

핵심기술
역설계 기술, 냉각시스템 설계, 주조공정설계 기술, 냉각공 가공기술, 열차폐 코팅기술, 대체소재 선정기술, 부품 규격 설계기술,블레이드/베인 수명평가기술, 중공형 일방향 및 다결정 응고 블레이드의 진공정밀주조 기술, 정밀 가공 및 열차폐 코팅 기술
최종목표
○ 1,2단 블레이드 현장적용 및 신뢰성 검증
○ 2단 베인 현장적용 및 신뢰성 검증
○ 1,2단 블레이드/ 2단 베인 양산 기술 최적화/표준화
○ 블레이드/베인 후보용 소재선정 및 주조품질평가기술 개발
○ 블레이드 진동안정성 평가기

핵심기술
역설계 기술, 냉각시스템 설계, 주조공정설계 기술, 냉각공 가공기술, 열차폐 코팅기술, 대체소재 선정기술, 부품 규격 설계기술,블레이드/베인 수명평가기술, 중공형 일방향 및 다결정 응고 블레이드의 진공정밀주조 기술, 정밀 가공 및 열차폐 코팅 기술
최종목표
○ 1,2단 블레이드 현장적용 및 신뢰성 검증
○ 2단 베인 현장적용 및 신뢰성 검증
○ 1,2단 블레이드/ 2단 베인 양산 기술 최적화/표준화
○ 블레이드/베인 후보용 소재선정 및 주조품질평가기술 개발
○ 블레이드 진동안정성 평가기술 개발
○ 블레이드 수명평가 기술 개발
○ 1,2단 블레이드 냉각 시스템 최적 설계기술 개발
○ 블레이드/베인 신규 코팅기술 및 신뢰성평가 기술 개발
단계목표
○ 1단계 기술개발 목표
- 1,2단 블레이드 냉각유로 설계기술 개발
- 블레이드/베인 신뢰성해석기술 개발
- 블레이드/베인 주조 품질평가기술 개발
- 2단 베인 주조기술 개발
- 1단/2단 중공형 블레이드 제작 양산기술 개발
- 1단/2단 블레이드 역설계 기술 개발
- 1단/2단 중공형 블레이드 진공정밀주조 기술 개발
- 1단/2단 블레이드 정밀 가공
- 1단/2단 블레이드 열차폐 코팅기술 개발
○ 2단계 기술개발 목표
- 1,2단 블레이드 현장적용 및 신뢰성 검증
- 2단 베인 현장적용 및 신뢰성 검증
- 2단 블레이드/베인 양산기술 최적화/표준화
- 블레이드 수명평가기술 최적화
개발내용 및 결과
국내에서 운용중인 501F급 가스터빈 1단/2단 블레이드, 2단베인의 제조기술 개발을 위한 각각의 공정기술을 개발 완료하였으며 이에 대한 주요 연구내용 및 결과는 다음과 같다.
○냉각시스템 열설계 기술 및 냉각시스템 개선 기술
- 국내 사용중인 501F Type 가스터빈의 1,2단 블레이드에 대한 냉각유로 특성 평가기술, 냉각 유로상의 핀-휜의 냉각특성 평가, 리브용 난류촉진장치의 냉각성능평가, 냉각시스템의 회전시의 냉각성능 평가 등 가스터빈 블레이드 냉각 원천기술을 확보
- 관련기술 특허 1건 출원
○ 블레이드, 베인 대체소재 선정 및 주조 품질평가 기술
- 501F급 블레이드, 베인 소재인 CM247LC, IN738LC, CM939 등을 사용한 블레이드와 베인의 미세조직 특성, 강도, 크립 등 기계적 특성 평가기술과 열처리 조건에 따른 미세조직 및 기계적 성질 변화특성 등을 확보
- 관련기술 논문 16건 발표 및 특허 3건 출원
○ 블레이드 진동해석 기술
- 가스터빈 블레이드 소재의 등방성, 이방성에 따른 영향, 이방성 재료의 물성측정 방법, 블레이드 구속 및 접촉에 따른 진동 변화특성 평가, 유동-열-진동 해석을 연성해석 할 수 있는 독자적인 통합해석 TOOL 구축
- 관련기술 논문 2건 발표 및 특허 1건 출원
○ 블레이드 수명해석 기술개발 및 온도추정기술 개발
- 유동해석, 열전달해석, 구조해석, 진동해석, 수명해석 프로그램 연계를 통한 해석 프로세스 단축(세계최초)
- 크립 수명해석 기술, 열기계피로 수명해석 기술 개발
- 블레이드, 베인 사용부품에 대한 손상형태, 손상위치, 열화정도를 평가하고, 코팅층의 손상 및 온도분포에 대한 평가를 통 하여 실제 부품에 대한 운전환경을 추정할 수 있는 기술 개발
- 관련기술 논문 2건 발표, 특허 1건, 프로그램 1건 출원 진행중
○ 2단 베인 제작기술 개발
- 2단 베인의 역설계 기술, 세라믹코아 제작공정 설계 및 제작 기술 개발, 세라믹코아 금형설계 기술, 왁스패턴 제작공정 설계 및 금형 제작기술, 주조공정 설계 및 주조기술, 주조 후 검사기술 등 전주조 공정에 대한 원천기술 확보 개발내용 및 결과
○ 501F급 1단/2단 블레이드 역설계 기술 개발
- 복잡한 냉각유로를 갖는 중공형 블레이드의 형상 모델링, 이를 근거로 왁스와 금속의 응고시 수축율을 고려한 주조도면, 가공도면 제작기술 확보
- 501F급 1,2단 블레이드 주조, 가공도면 확보
○ 501F급 1단/2단 중공형 블레이드 진공 정밀주조 기술 개발
- 1300℃급 중공형 가스터빈 블레이드의 세라믹코아 공정설계및 제작기술 개발
- 대형 세라믹 코아 금형 및 공정설계, 제작기술 개발
- 방향성 응고 1단 블레이드의 주조 공정설계 및 변형, 내부결함 제어기술 개발
- 대형 중공형 블레이드의 주조 공정설계 및 변형, 내부결함 제어기술 개발
- 대형 세라믹 코아를 포함하는 왁스패턴 공정 설계 및 제작 기술 개발
○ 501F급 1단/2단 블레이드, 2단 베인 정밀가공 기술 개발
- 블레이드 Fir-tree 가공을 위한 Creepfeed grinder TOOL 및 Jig설계, 가공공정 설계 기술 개발
- 복잡 형상홀 가공을 위한 EDM 공정 설계기술 개발
- Seal slot 부위가공을 위한 EDM 공정 설계기술 개발
○ 501F급 1단/2단 블레이드, 2단 베인 열차폐 코팅기술 개발
- 수직균열과 기공을 포함한 신규 코팅기술 개발
- 코팅 신뢰성평가를 위한 Burner Rig test 설계 및 시험방법 개발
○ 501F급 1단/2단 블레이드, 2단 베인 정밀 Air flow test 기술개발
- 냉각 성능별 정밀 냉각능 측정을 위한 기술개발
기술개발 배경
가스터빈은 발전용 뿐 아니라 항공 및 우주개발, 방위산업 등에 적용되는 핵심 고부가가치 산업이며, 가스터빈 고온부품은 관련 분야 에서 국내기술수준이 취약하여 해외수입에 의존하고 있는 실정이다. 가스터빈의 특성상 지속적으로 유지정비에 따른 고온부품의 교체가 요구되어 전량 수입에 의존하고 있는 상황을 고려하면 연간 2,000억원 이상의 외화가 유출되고 있으며, 국내 전력수급의 불안으로 인해 가스터빈 발전을 늘리고 있는 국내 여건상 부품 수입은 향후에도 지속적으로 증가될 수 밖에 없는 상황에 있다. 이러한 현실에서 부품 국산화는 시급한 과제이며 기술자립화가 절대적으로 필요하다.
핵심개발 기술의 의의
○냉각시스템 열설계 기술 및 냉각시스템 개선 기술
- 국내 사용중인 501F Type 가스터빈의 1,2단 블레이드에 대한 냉각유로 특성을 평가하고, 최고의 냉각성능을 갖는 냉각유로 설계 기술을 확보하여, 기타 유사 블레이드의 냉각유로 개선을 통한 국산화 기술을 보유함.
○ 블레이드, 베인 대체소재 선정 및 주조 품질평가 기술
- 501F급 블레이드, 베인 소재인 CM247LC, IN738LC, CM939 등을 사용한 블레이드와 베인의 미세조직 특성, 강도, 크립 등 기계적 특성 등에 대한 품질 기준 설계기술을 확보하여 동일 재료를 사용하는 501D5 등 타 기종의 주조 품질평가에 적용 가능한 품질평가 기술을 확보
○ 블레이드 진동해석 기술
- 가스터빈 블레이드의 진동안정성 평가를 위한 해석기술을 개발 하고, 특히, 유동-열-진동 해석을 하나의 범용프로그램 기반하에서연성하여 수행할 수 있는 독자적인 통합해석 TOOL을 개발하여, 향후 가스터빈 블레이드의 진동해석을 위한 기반을 구축하였음
○ 블레이드 수명해석 기술개발 및 온도추정기술 개발
- 유동해석, 열전달해석, 구조해석, 진동해석, 수명해석 프로그램 연계를 통한 해석 프로세스 단축(세계최초)
- 블레이드, 베인 사용부품에 대한 손상형태, 손상위치, 열화정도를 평가하고, 코팅층의 손상 및 온도분포에 대한 평가를 통하여 실제 부품에 대한 운전환경을 분석하고, 이를 신뢰성 해석 기술에 반영하여 해석기술의 정확도를 높여 선진국 수준의 기술력 확보하였음
○ 2단 베인 제작기술 개발
- 2단 베인의 제작 공정인 도면화, 세라믹코아 제작, 왃스패턴 제작 및 주조공정 설계 등 전 공정에 대한 원천기술을 확보하여 중공형 코아를 사용하는 정밀 부품에 대한 주조원천기술을 확보 하였음
○ 501F급 1단/2단 블레이드 역설계 기술 개발
- 복잡한 냉각유로를 갖는 대형 중공형 블레이드의 수축율을 고려한 주조도면, 가공도면 제작기술을 국산화 확보하여 향후 IN738LC, CM939, CM247LC를 사용하는 블레이드의 주조기술을 확보함
○ 일방향 가스터빈 블레이드 주조기술 개발
- 일방향 가스터빈 블레이드의 주조기술을 확보함으로써 F급 이상의 산업용 가스터빈 블레이드 개발의 원천기술을 확보
○ 대형 세라믹 코아(170x400mm 이상) 제작기술
- 대형 세라믹 코아 제작기술을 100% 국산화 제작함으로써 다양한 기종의 가스터빈 블레이드의 자체 제작 가능
○ 블레이드 Creep-feed grinding Fir-tree 가공 기술
- 국내 최초로 대형 블레이드에 대한 Creepfeed grinder TOOL 및 Jig설계, 가공공정 설계기술 등을 개발하여 향후, 대형 가스터빈 블레이드 국산화에 적용 가능할 것으로 기대
○ 장횡비(100이상) 큰 냉각공 ECD를 이용한 가공 기술
- 장횡비가 100이상되는 큰 리브를 갖는 냉각공의 가공은 국내 최초로 독자기술을 개발하여, 향후 모든 대형 가스터빈의 국내 독자 가공이 가능할 것으로 판단
○ Superdrill를 이용해 냉각공 가공의 간섭 유무에 상관없이 냉각공가공할 수 있는 기술
- 냉각공 가이드를 이용한 냉각공 가공기술은 선행과제에서 시도된 기술로써, 이 기술을 금번과제에서는 수정 보완하여 2단베인 및 1단 블레이드에 적용하였음
○ 블레이드/베인 코팅 특성 및 신뢰성 평가 기술
- TGMF 및 버너리그 시험설비를 구축하고, 열차폐 코팅이 적용된 블레이드/베인의 가동환경을 모사한 TGMF 및 버너리그 시험 기술을 확보하여, 새로운 가스터빈 고온부품의 열차폐 코팅 개발을 위한 기반기술을 보유
○ 수직크랙과 기공을 포함한 장주기 열차폐 코팅 기술
- 수직크랙코팅과 기공을 포함한 코팅기술을 세계최초로 실 부품에 적용
- 수직크랙코팅과 기공은 모두 취약한 세라믹의 단점을 보완하기 위한 열차폐코팅의 기술이며, 현재까지는 이 두 개의 기술이 개별적 으로는 사용되었으나, 본 과제를 통하여 이 두가지 요소기술을 동시에 열차폐코팅에 적용하여 장주기 코팅을 만드는데 성공하였음
적용 분야
○ 주조 및 가공기술은 항공용 등 소형 가스터빈 고온부품과 디젤 엔진 등에 부가되는 터보 챠저 등 산업기기류의 제작에 적용 가능
○ 급발진 고속회전을 요하는 군용 가스터빈 과 선박용 및 정유 산업에서 필요로 하는 대형 가스터빈 블레이드 국산화 개발에 적용
○ Fir-tree 가공과 관련된 Fixture 설계 및 제작과 가공 기술의 산업용 블레이드 가공 적용
○ 수직크랙과 기공을 포함한 코팅 기술은 산업용 가스터빈 블레이드 및 항공기용 가스터빈에도 적용가능하며, 금번 과제를 통하여 상용화 가능성 확대
○ 장횡비가 크고 리브를 포함한 냉각공 가공기술은 2단 베인의 제작에 사용되었으며 상용화 가능
○ 냉각공 가이드 제작에 대한 설계 경험을 보유하여 상용화 가능
○ 주요 응용분야와 응용기술을 정리하면 아래와 같다.
응용분야 응용 기술
대형발전용 설계기술공유 가능 (중대형 발전용 가스터빈)
군사용 설계기술공유 가능 (군함, 고속정등 추진엔진)
항공용 설계/시험/생산기술공유 가능 (항공기엔진)
선박용 설계기술공유 가능 (선박추진 엔진)
연료전지+GT 설계기술공유 가능 (연료전지+가스터빈 발전)
산업용 터보기기류 설계기술공유 가능 (압축기, 펌프, 터보챠저 등)
구동용 설계기술공유 가능 (송규/가스 수송 구동 펌프)
육상용 설계/시험/생산기술공유 가능 (고속철도 추진 엔진)

목차 Contents

• 제 출 문 ... 1
• 기술개발사업 단계보고서 초록 ... 2
• 기술개발사업 주요 연구 성과 ... 15
• 목차 ... 23
• 제 1 장 서론 ... 24
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 24
• 제 2 절 국내.외 관련 기술의 현황 ... 25
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적.경제적 파급 효과 ... 30
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 34
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 34
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 36
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 39
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 46
• 제 3 장 결과 및 향후 계획 ... 47
• 제 1 절 단계 연구개발 결과 ... 47
• - 단계 연구개발 추진 일정 ... 47
• - 단계 연구개발 추진 실적 ... 50
• - 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 86
• 제 2 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 91
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 101
• 제 4 절 차기 단계 계획 : 당초 계획에서 변경된 사항없음 ... 101
• 제 5 절 기업 재무건전성 현황 ... 102
• 제 5 절 기업 재무건전성 현황 ... 103
• 제 6 절 자체보안관리 진단표 ... 105