유체-구조 연성해석을 이용한 원심압축기 운전익단간극과 성능 예측

이호림; 김창희; 양장식; 손창민; 황윤제; 정진희

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이호림 (LG전자)
김창희 (부산대학교)
양장식 (부산대학교)
손창민 (부산대학교)
황윤제 (LG전자)

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본 연구에서는 날개 두께 분포가 다른 두 임펠러를 이용하여 유체-구조 연성해석을 통해 운전익 단간극을 예측하고 임펠러의 변형이 성능에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 임펠러는 작동조건에서 작용하는 원심력, 압력, 열 하중의 영향으로 변형이 발생하게 된다. 이로 인해 초기 설계된 익단간극이 비균일하게 변화하는 것을 확인하였다. 특히 임펠러 날개의 선단과 후단에서 가장 큰 익단간극 감소가 발생하였으며, 이로인해 간극누설유동이 19.4% 감소하였다. 또한 운전조건에서 익단간극 감소로 간극누설 유량이 감소하면서 효율은 0.72% 증가하는 것을 확인하였다. 원심압축기 작동조건에서의 정확한 운전익단간극의 예측과 익단간극의 변화가 성능에 미치는 영향에 대해서 확인하였다.

In this study, we perform a series of aero-thermo-mechanical analyses to predict the running-tip clearance and the effects of impeller deformation on the performance using a centrifugal compressor. During operation, the impeller deformation due to a combination of the centrifugal force, aerodynamic pressure and the thermal load results in a non-uniform tip clearance profile. For the prediction, we employ the one-way fluid-structure interaction (FSI) method using CFX 14.5 and ANSYS. The predicted running tip clearance shows a non-uniform profile over the entire flow passage. In particular, a significant reduction of the tip clearance height occurred at the leading and trailing edges of the impeller. Because of the reduction of the tip clearance, the tip leakage flow decreased by 19.4％. In addition, the polytrophic efficiency under operating conditions increased by 0.72％. These findings confirm that the prediction of the running tip clearance and its impact on compressor performance is an important area that requires further investigation.

#Centrifugal Compressor(원심압축기) #Running Tip Clearance(운전익단간극) #Impeller Deformation(임펠러 변형) #Fluid-Structure Interaction(유체-구조 연성)