15kW급 수평축 조류터빈 모델 구동부 구조 안전성 연구
Study on structural safety of driving part of 15kW-Class HATCT model
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초록
조류터빈 설계는 유동설계와 구조설계로 구분될 수 있으며, 각각 목표로 하는 에너지 생산량 및 구조 안전성을 만족하여야 한다. 유체역학적 설계를 요구하는 대부분의 조류터빈은 효율 증대 및 성능 향상을 위해 우선으로 블레이드주변 유동장의 특성을 명확하게 이해할 필요가 있다. 그리고 유동장의 영향을 받는 조류터빈 구동부의 케이싱 및 축 등이 실해역의 모든 가혹한 조건에 견딜 수 있도록 구조설계가 이루어져야 하며, 이에 대한 구조 안전성 평가도 필요하다. 본 연구에서는 15kW급 수평축 조류터빈 블레이드의 공력설계와 구동부의 구조설계를 각각 진행하고, 단방향 유체-구조연성해석 기법의 적용을 통한 구동부의 구조 안전성 평가를 수행하였다. 동일한 15kW급 조류터빈 블레이드에 대해 서로다른 형상을 가진 구동부를 적용하여, CFD 해석으로부터 얻어진 조류 터빈의 면 하중(압력)을 유한요소 해석모델의 초기하중 조건으로 전달하는 단방향 유체-구조 연성해석을 통해 더욱 신뢰성 있는 구조 안전성 평가를 수행하였다.
Abstract
The design of a tidal current turbine (TCT) can be divided into hydrodynamic and structural design, which must satisfy the performance and structural safety requirements for its feasibility. Most TCTs requires an effective hydrodynamic design to improve the overall efficiency and performance. It is necessary to understand the characteristics of the blade adjacent to the flow field. The casing and shaft of the driving part in a TCT, which is influenced by the flow field, must be designed and evaluated for structural safety for it to withstand the harsh conditions of the sea. In this study, the driving part of a TCT was investigated by evaluating structural safety using one-way fluid–structure interaction (FSI) analysis. The analysis was performed for different shapes of the driving part having the same 15 kW TCT blade. For reliable evaluation of structural safety, the surface load (pressure) of the TCT driving part was obtained using CFD analysis for the initial condition of structural analysis.
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