커뮤니티
스포츠
토론장


HOME > 커뮤니티 > 밀리터리 게시판
 
작성일 : 20-09-05 20:04
[공군] 고온/고속 터빈용 고신뢰성 내산화 열차폐 코팅 기술
 글쓴이 : 카라스
조회 : 3,076  

1,800 K 이상의 고온 조건 (Substrate 온도 1,150~1,200℃)에서 Ni 계열 초내열합금의 한계온도를 유지하기 위한 냉각에는 압축공기가 20% 이상 필요하며, 이 경우 엔진성능 저하가 발생하고 금속소재 산화로 인한 수명 감소가 발생함. 따라서 냉각기술의 한계를 극복하고 엔진의 성능향상과 수명감소 방지를 위하여 본 기술개발이 필요함. 또한 터빈 블레이드의 열차폐 코팅장비와 관련 기술들을 국내 독자 확보함으로써 적용 소재 및 공정변수의 다양화 요구에 대응이 가능함. 내산화 열차폐 코팅기술은 최신 항공기용 터보엔진에 적용 중이며, 산업용 가스터빈 발전시스템에도 적용(약 50%) 중임. 그러나 가스터빈 엔진의 고온부품에 적용되는 코팅기술들은 수출입 통제(E/L) 및 기술이전 제한분야로 터빈 내부 냉각채널의 Aluminide 코팅, MCrAlY/지르코니아 코팅 등도 기술통제를 받고 있음. 따라서 본 기술개발로 국내 항공 및 발전용 가스 터빈의 기술력 강화 및 해외 기술종속 탈피가 가능함.

‘19년 부처연계협력기술개발 사업으로 무인기용 완제터보팬 엔진통합개발 사업이 착수되었으며, 고속회전익기용 터보샤프트 엔진 코어기술 개발 사업이 착수됨. 상기 2종의 터보 엔진의 터빈 블레이드에 열차폐 코팅 적용이 필수적이며, 응용연구 종료 시 TRL5 수준의 기술성숙도 확보가 필요하며, 시험개발 종료 시 실용화 수준의 기술 확보가 필요함.

250MW급 산업용 가스터빈 엔진개발 사업에서 엔진개발이 진행 중이며, 후속 380MW급 가스터빈 엔진으로 성능개량이 추진 중으로 엔진의 터빈 부품에 대한 검사와 열차폐 코팅에 대한 수리 시점에 본 기술개발 결과의 활용이 필요함.

고온, 고속 연소가스 환경(1,800 K 급)에서 열차폐 성능과 모재 금속의 산화방지 기능을 갖는 세라믹 코팅기술로, 가스터빈 엔진의 터빈 블레이드에 적용하는 경우 주상형 그레인을 갖는 코팅 공정기술을 개발하고 터빈노즐 베인과 연소기 등에는 고온 적용 부위별로 열차폐/본드 코팅 공정기술을 개발함. 개발된 코팅 공정기술을 적용한 부품(시편 및 엔진 부품)의 열차폐 성능과 내산화 성능평가를 수행함.

열차폐 코팅은 Bond Coating 층, TGO(Thermally grown Oxide) 층, Top Coating 층 등으로 이루어지며 각각의 코팅 층에 따라 운용환경에 적합한 소재 및 코팅 기술(코팅 조직 구조형상)을 개발하여야 함. 본 과제의 개발 대상인 열차폐 코팅(TBC, Thermal Barrier Coating) 공정 기술은 크게 열 용사(Thermal Spray) 코팅과 증기상 증착 코팅(Physical Vapor Deposition)으로 나눌 수 있음.

열 용사 코팅기술은 APS(Air Plasma Spray), VPS(Vacuum Plasma Spray), SPS(Suspension Plasma Spray) 등으로 나눌 수 있으며, 대기압/저압/진공 분위기에서 플라즈마 아크를 이용하여 세라믹 분말을 용해하여 용융된 세라믹을 고속으로 증착시키는 기술을 확보해야 함. 열 용사 코팅기술의 경우 터보팬 엔진의 연소기와 터빈노즐 베인에 적용하기 위한 열차폐 코팅기술을 개발해야 하며, 1,800K 급 엔진운용 환경에 적합한 Bond Coating 기술과 Top Coating 기술을 개발하여야 함.

증기상 증착 코팅은 전자빔(EB, Electron Beam)으로 진공 분위기에서 세라믹 소재를 증발시켜 세라믹 주상조직을 갖도록 하는 코팅기술을 확보해야 함. 또한 Bond 코팅된 부품에 예열 및 산소분압 과정을 통한 TGO 생성 기능을 가져야 함. EB-PVD(Electron Beam-Physical Vapor Deposion) 열차폐 코팅에서 확보해야 할 공정 요소는 코팅부품의 Loading, 고진공 상태에서 TGO 생성을 위한 코팅부품 예열, 고진공 상태에서 YSZ(Yittria Stabilized Zirconia) 계열 세라믹 코팅과 MCrAIY 계열 소재 등의 Bond 코팅, 코팅부품의 회전/경사 기능, 가스분압 제어와 필요시 Shuttering 기능 등임. 또한 품질 안정성과 개발 또는 양산 엔진의 부품공급 수량을 고려하여 코팅공정 효율을 높일 수 있는 In-line Coater 개념의 장비개발이 필요함. 응용연구에서 EB-PVD 코팅장비를 개발하고, 제작시편 특성시험을 이용한 EB-PVD 코팅 공정기술을 개발하여야 함. 시험개발에서 엔진부품에 적용 가능한 코팅공정기술을 개발하여야 함.

사업기간 : 6년 (응용연구 4년, 시험개발 2년)

총 연구개발비(정부출연금) : 180억원 이내(응용연구 134억, 시험개발 46억)

출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


가생이닷컴 운영원칙
알림:공격적인 댓글이나 욕설, 인종차별적인 글, 무분별한 특정국가 비난글등 절대 삼가 바랍니다.
리얼백 20-09-05 20:20
   
일본산 터빈블레이드 내구성 똥망이라 내열소재 개발 서둘러야함.
일본 히메지 발전소에서 먼저 터지고 그다음에 우리나라 발전소도 터져서 일본 미쯔비시-히타치 제작사 100% 물어줌

우리나라에서 먼저 터졌으면 소송하고 사업 딜레이로 수천억 손해볼뻔함.
     
오징어세상 20-09-05 20:39
   
기술력 높은 줄 알고 있는데 제가 잘못 알고 있었나 보네요. 일본 터빈 블레이드 내구성이 그렇게 짧나요?..
          
리얼백 20-09-05 22:04
   
https://www.ulsanpress.net/news/articleView.html?idxno=309273

시운전 증 최종 단계 팬 부셔져서 화재가 발생.
공사지연에 따른 보상은 계약에 따라 일부 보전 받은거 같은데,
최종단계 팬이 철거되서 효율이 설계 원안보다 영구적으로 10% 떨어져 버림. 신형을 샀는데 완전 1.5세대전 구형이 되버린셈.

화재덕에 몇달뒤로 발전 개공이 미뤄진것은 덤, (지연으로 한달에 몇백억대 손해가 발생함; )

우리나라 동서발전이 2018년에 미쯔비시 히타치사에게 3천억 물어달라고 손배소 검.
일년에 100억씩 해서 30년 기대수명을 곱한거 수치인데 이것도 사실 엄청 낮게책정한거.
 
 같은양을 태워 10% 덜 나오는거라 매출이 아닌 원래기대했던 순수익 기준으로 3천억 산정한것으로 보임