1. 터빈에서 캐비테이션이 발생하는 원인
터빈 캐비테이션의 원인은 복잡합니다. 터빈 러너 내부의 압력 분포가 고르지 않기 때문입니다. 예를 들어, 러너가 하류 수위보다 너무 높게 설치되면, 고속으로 흐르는 물이 저압 영역을 통과할 때 기화 압력에 쉽게 도달하여 기포가 발생합니다. 물이 고압 영역으로 흐르면 압력 증가로 인해 기포가 응축되고, 물의 흐름 속 입자들이 고속으로 기포 중심부에 충돌하여 응축으로 인해 발생한 빈 공간을 채우면서 강한 수력학적 충격과 전기화학적 작용이 일어납니다. 이로 인해 블레이드가 침식되어 구멍과 벌집 모양의 기공이 생기고, 심지어 관통하여 구멍이 뚫릴 수도 있습니다. 캐비테이션 손상은 장비 효율 저하 또는 파손으로 이어져 막대한 손실과 피해를 초래할 수 있습니다.
2. 터빈 캐비테이션 사례 소개
수력 발전소의 관형 터빈 장치가 가동된 이후, 러너 챔버, 특히 동일 블레이드의 입구와 출구 부근에서 캐비테이션 문제가 발생하고 있습니다. 폭 200mm, 깊이 1~6mm의 기포가 형성되는 것이 주요 원인입니다. 캐비테이션 영역은 러너 챔버 전체, 특히 상부에서 더욱 두드러지며, 캐비테이션 깊이는 10~20mm에 달합니다. 해당 업체는 용접 보수 등의 방법을 사용해 왔지만, 캐비테이션 현상을 효과적으로 제어하지 못했습니다. 시대의 흐름에 따라 많은 업체들이 이러한 전통적인 유지보수 방식을 점차 폐지하고 있는 추세이므로, 신속하고 효과적인 해결책은 무엇일까요?
현재 솔레이(Soleil)사의 탄소 나노폴리머 소재 기술은 수력 터빈의 캐비테이션 현상 제어에 널리 사용되고 있습니다. 이 소재는 고성능 수지와 탄소 나노 무기 소재를 중합 기술을 통해 제조한 기능성 복합 소재입니다. 다양한 금속, 콘크리트, 유리, PVC, 고무 등의 재료에 접착력이 우수하며, 터빈 표면에 적용하면 평활도가 좋을 뿐만 아니라 경량성, 내식성, 내마모성 등의 장점을 갖추어 터빈의 안정적인 작동에 기여합니다. 특히 회전 장비의 경우, 표면에 복합 소재를 적용하면 에너지 절약 효과가 크게 향상되고 출력 손실 문제도 효과적으로 제어할 수 있습니다.
셋째, 터빈의 캐비테이션 문제 해결 방안
1. 표면 탈지 처리를 실시합니다. 먼저 탄소 아크 에어 가우징을 사용하여 캐비테이션 층을 제거하고 느슨한 금속층을 제거합니다.
2. 그런 다음 샌드블라스팅을 사용하여 녹을 제거합니다.
3. 탄소 나노폴리머 소재를 적절히 배합하고 적용한 후, 템플릿 자를 이용하여 기준선을 따라 긁어냅니다.
4. 재료가 완전히 경화되도록 경화 과정을 거칩니다.
5. 수리된 표면을 확인하고 기준 크기와 일치하는지 확인합니다.
게시 시간: 2022년 3월 8일
