보고서 정보
주관연구기관 |
한양대학교 산학협력단 HanYang University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2011-08 |
과제시작연도 |
2010 |
주관부처 |
지식경제부 Ministry of Knowledge Economy |
등록번호 |
TRKO201400028901 |
과제고유번호 |
1415114246 |
사업명 |
전력산업원천기술개발사업 |
DB 구축일자 |
2014-11-22
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키워드 |
가스터빈.컨버스쳔 라이너.트랜지션피스.열차폐용 소재.코팅공정변수.대면적 열차폐 코팅.신뢰성 평가.국산화.Gas turbine.Combustion liner.Transition piece.Thermal barrier material.Coating process parameter.Large area thermal barrier coating.Reliability assessment.Localization.
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초록
▼
핵심기술
C/L 및 T/P 부품 국산화를 위한 열차폐 코팅소재, 코팅공정 안정화 기술, 대면적 코팅 적용기술, 열차폐 효율 및 내구성 향상기술, 열차폐 코팅 수명 및 내구성 평가기술
최종목표
1,350℃급 가스터빈 C/L 및 T/P 적용 열차폐 코팅소재, 내구성이 우수한 열차폐 코팅공정 기술 개발 및 실용화 기술 확립
개발내용 및 결과
○ TBC 원천소재 조성확보 및 균일화
- 1,350℃급 가스터빈 C/L 및 T/P 적용 신 열차폐재 조성인 8wt%의 YSZ소재 확보
- CeO2
핵심기술
C/L 및 T/P 부품 국산화를 위한 열차폐 코팅소재, 코팅공정 안정화 기술, 대면적 코팅 적용기술, 열차폐 효율 및 내구성 향상기술, 열차폐 코팅 수명 및 내구성 평가기술
최종목표
1,350℃급 가스터빈 C/L 및 T/P 적용 열차폐 코팅소재, 내구성이 우수한 열차폐 코팅공정 기술 개발 및 실용화 기술 확립
개발내용 및 결과
○ TBC 원천소재 조성확보 및 균일화
- 1,350℃급 가스터빈 C/L 및 T/P 적용 신 열차폐재 조성인 8wt%의 YSZ소재 확보
- CeO2, HfO2, La2O3, Gd2O3 등이 첨가된 ZrO2 소재 등 다양한 원천소재의 조성 확보와 나노입자 배열기술 확립
- 다양한 원료조건, 분무성형 조건 하에서 다양한 입자크기와 분포, 밀도 및 유동성을 갖는 용사코팅용 분말을 자체 제작·개발
○ APS 코팅 공정변수 제어 및 안정화
- APS 코팅 시스템 (9MB, 3MBT, 11MBT, TriplexProTM-200)과 HVOF 코팅 시스템을 이용하여 대면적 코팅 공정변수 제어 및 이에 대한 공정 안정화 달성
- OEM TBC와 확보된 코팅공정이 적용된 TBC의 비교·분석을 통해 본 연구에서 개발한 TBC 층의 우수한 열적·기계적 성능 및 내구성 확보
○ 코팅 특성 및 수명평가 기술
- OEM TBC 시험편 (C/L 및 T/P), 신구상화 분말 (HK-1, HK-2) 적용 TBC 시험편, 상용 열차폐 코팅분말 (204C-NS) 및 신 구상화 분말 (HK-4, HK-7, HK-8) 적용 TBC 시험편 등에 대한 등온 열피로 시험 수행
- 1,350oC급 가스터빈용 C/L 및 T/P의 모사환경 하에서 열피로 시험이 가능한 장비의 자체 제작을 통한 반복 열피로 시험 수행
- C/L의 경우 24,000 EOH (1,143 cycles), T/P의 경우 18,000 EOH (857cycles, OEM T/P 코팅층의 수명)까지의 열피로 시험에서, 개발·확보된 공정변수가 적용된 TBC의 우수한 열적·기계적 특성 확보
- 코팅 공정변수 적용에 따른 기계적·열적 특성 및 손상내구성 평가와 이종 접합 재료에 대한 계면 미세구조 분석을 통해, 개발·확보된 공정변수가 적용된 TBC가 OEM TBC에 비해 동등이상의 특성 확인
○ 대면적 코팅 공정 최적화 및 실용화
- 개발된 열차폐 코팅재에 대한 최적 코팅재 및 공정조건을 선정하고, 대면적 코팅 공정기술에 응용하여 대면적 코팅의 공정 최적화 확립
- 시작품 C/L 및 T/P에 적용하기 위한 대면적 코팅의 공정 최적화를 통한 계면 안정화 확보
- 코팅 공정 실용화를 통해 시작품 C/L에 대면적 코팅을 적용하였으며, 2010년 5월 6일 한국남부발전(주) 부산천연가스발전본부 7호기 1번에 장착 실증시험을 완료하였으며 (12,000 EOH), 대면적 코팅이 적용된 시작품 T/P는 한국남부발전(주) 부산천연가스발전본부의 보수·유지 일정에 따라 장착 실증시험 수행예정 (조립성 테스트 완료)
○ 기타 요소기술 개발 내용 및 결과
- C/L 및 T/P 적용 열차폐 코팅의 효율 및 내구성 향상을 위한 연구수행
- 층간의 계면 안정성 확보를 위한 중간층 도입 및 경사화 구조체 형성기술, DVC-TBC 형성기술, Super B 형성기술 등 확보
- TBC 시스템에서 물성차이에 기인하는 열탄성 특성을 고찰하여 열차폐효율 및 내구성 향상을 가져올 수 잇는 최적 물성 조합비 제시
기술개발배경
○ C/L 및 T/P을 포함한 가스터빈 고온부품은 몇몇 선진 제작사만 제작기술을 보유하고 있는 원천기술이며, 국내 보유기술이 미미한제작사의 핵심 원천기술임.
○ 첨두부하용으로 사용되는 가스터빈은 운전특성상 열피로에 의한 부품손상이 심각해 부품 교체주기가 짧으며 이에 따른 고온부품수입급증으로 운전비용 상승은 물론 제작사에의 기술종속이 우려됨.
○ C/L 및 T/P 적용 열차폐 코팅 기술은 선진 제작사들이 보유한 핵심기술로서 기술이전 자체가 불가하므로 자체 기술개발을 통한 기술 자립화가 요구됨.
○ 대부분 외국기술에 의존하고 있어 열차폐 코팅기술의 국산화 개발로 가스터빈 고온부품의 국산화 기반마련이 가능할 것임.
○ 열차폐 코팅 형성기술 및 이에 대한 수명평가 기술의 개발은 복합발전설비의 유지·보수 비용의 절감 및 수입 대체효과를 가져올 수 있으며, 이와 함께 관련 산업으로의 파급효과를 가져올 수 있음.
핵심개발기술의 의의
○ C/L 및 T/P에 대한 열차폐 효율 향상으로 인한 내구성 및 수명 향상과 가스터빈 고온부품의 신뢰성 향상을 가져옴.
○ C/L 및 T/P에 적용된 열차폐 코팅 관련 DB를 확보함.
○ 150 MW급 이상의 가스터빈 발전시스템에서 1,350℃급 C/L 및 T/P의 핵심부품에 대한 열차폐 코팅 형성기술 및 수명 평가기술을 개발하고, 국산화 적용기술을 확보함.
○ 발전용 가스터빈 핵심부품 부문에 대한 국가적 독자기술 확보 및 선진국 수준으로의 도약을 위한 기반을 마련할 수 있음.
○ 코팅부품의 분석 및 평가기술, 수명예측 및 평가기술 확보는 발전산업은 물론 타 산업분야를 비롯한 다양한 적용부품에 대한 평가 기술을 확보할 수 있음.
○ 열차폐 코팅 관련 원천·핵심 기술은 모두 국산화 하였으며, 이를 통해 Non-OEM 부품제작을 위한 기술수출이 가능할 것임.
적용분야
○ 1,350℃급 가스터빈 고온부품 국산화 제작에 대한 기반 및 핵심기술로 활용이 가능하고, 1,350℃급 이하의 가스터빈 고온부품 국산화 개발을 위한 핵심기술로 활용이 가능함.
○ 1,350℃급 가스터빈 C/L 및 T/P의 품질평가에 활용이 가능함.
○ 대형 및 소형 발전설비 시스템의 부품소재 국산화를 위한 핵심기술로 활용하여, 독창적 기술개발을 위한 기술역량 확보에 활용함.
○ 발전설비의 선진화 및 고효율을 요구하는 복합발전설비뿐만 아니라 화학설비, 항공우주산업 등 부품소재 관련 분야와 에너지, 환경관련분야, 자동차, 생체재료 분야 등 내마모, 내식, 내열 코팅이 적
용되는 모든 분야에서의 활용이 가능함.
○ 1,500℃급 선진형 가스터빈용 고신뢰성/초단열 C/L 및 T/P 부품의 국산화 개발에 대한 기반기술로 활용이 가능함.
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