8) 발전소의 연간 연료 소비량(ton/yr) 국내 최초 100만kw급 국산 석탄화력발전소인 신보령화력은 호기당 하루 1만톤씩 연간 300만톤의 유연탄을 연소시켜 대용량 전력을 생산하게 된다. 1호기는 내년 6월, 2호기는 2017년 6월 준공된다.< 중 략 >바. 개인고찰계산한 효율과 실제 발전소 효율의 오차는 2.27%의 오차율로 실제 발전소와 근사하다는 것을 알 수 있다. 실제 조사한 값들이 대체로 정확한 자료들이었고 2.27%의 오차가 발생한 것은 터빈과 응축기, 그리고 배관의 마찰손실을 고려해주면 거의 정확한 효율이 나올 수 있다고 생각하였다.
가. 가솔린 엔진- 정의 : 휘발유를 연료로 하는 내연기관으로, "가솔린 기관" 이라고도 한다. 작동방식에 따라 4행정(스트로크) 기관과 2행정 기관이 있다. 4행정 기관의 작동원리는 2회전·4행정으로 이루어져 있다.- 작동 원리 :① 흡입행정: 피스톤이 하강하면서 흡기 밸브가 열리고 연료와 공기를 연소실에 흡입시킨다.② 압축행정 : 흡/배기 밸브가 닫히고 피스톤이 올라가면서 흡입된 혼합기를 압축시킨다.③ 팽창행정 : 압축된 혼합기에 점화스파크의 전기불꽃으로 점화하고 폭발시켜 피스톤이 내려가면서 동력을 발생시킨다.④ 배기행정 : 피스톤이 올라가면서 배기 밸브가 열리고 연소 가스가 배출된다.- 장점 : 같은 출력의 디젤 엔진에 비해 고가의 장비가 덜 들어가서 원가가 싸고 크기와 무게가 적은 것과 운전과 관리가 쉽다. 때문에 항공기, 자동차, 오토바이, 모터보트와 같은 교통수단과 경운기, 소방 펌프, 발전기와 같은 장비에 쓰이기도 하며 취미용의 소형원동기로의 제작도 쉬워서 다방면에서 이용된다. 2행정의 경우에는 1회전 만에 폭발하기만 하면 되기 때문에 회전이 원활한 장점이 있다. 거기에 2행정에 배기 밸브를 끼얹으면 연료 효율을 향상 시킬 수 있다.- 단점 : 흡배기 작용이 원활하지 못하고 이로 인해 혼합가스의 일부가 배기가스와 함께 배출 되므로 연료소모가 많은 단점이 있어서 대형기관에 사용하기가 어렵다. 그리고 디젤 엔진에 비해 이산화탄소 배출량이 많으며 상대적으로 효율이 낮다.1). 가솔린 연료 펌프- 정의 : 연료펌프는 아래쪽에 설치된 연료탱크에서 위쪽에 설치된 기화기 또는 연료분사장치에 연료를 공급하는 역할을 한다.- 종류 :① 기계식 연료 펌프 : 엔진에 설치된 캠축의 편심륜에 의해서 작동되는 것으로, 대부분 이 형식을 많이 사용하며, 폄프는 포막식을 사용한다.② 전기식 연료 펌프 : 전자식에 의해 펌프의 포막을 작동시키는 것으로, 설치 위치가 자유롭고, 기관을 작동시키지 않아도 연료 공급이 가능하다.③ 연료 진공 조합식 펌프 : 연료 펌프와 진공 펌프가 하나읜 로커 암에 의해 작동되며, 진공 펌프는 윈드실드 와이퍼 작동 시에 사용된다.2). 스로틀바디- 정의 : 스로틀바디는 운전자의 가속의지에 따라 스로틀밸브를 제어하여 엔진으로 흡입되는 공기의 양을 조절하는 흡기계동의 구성부품을 말한다.3). 점화플러그- 정의 : 주로?가솔린 엔진의 연소실에 장착되어 혼합기의 점화를 위해 전기방전 스파크를 발생시키는 부품.- 관련 부품 및 용어① 점화 코일: 점화플러그에서 스파크가 튈 수 있도록 전압을 승압해주는 장치.② 점화 진/지각: 실린더 상사점을 기준으로 좀 더 일찍 점화불꽃을 튀기는 것을 진각이라 하며 늦게 튀기는 것을 지각이라 한다.③ 배전기: 각 실린더의 점화순서에 맞게 점화전류를 배분하는 장치.④ DLI(Distributor-Less Ignition): 배전기가 없어지고 각 실린더마다 점화코일이 하나씩 올라간 독립 점화방식.4). 스파크 코일(점화 코일)- 정의 : 연료를 점화하기 위해 점화 플러그에 전기 스파크를 생성하는데 필요한 수천 볼트로 배터리의 저전압을 변환하는 자동차 점화 시스템의 유도 코일이다.5). 타이밍 벨트- 정의 : 타이밍 벨트는 크랭크축 풀리의 회전을 통해 캠축 풀리를 회전시키는 역할을 하는 데 이렇게 회전하게 되는 캠축 풀리는 연결된 캠축을 회전시켜 흡기밸브와 배기밸브를 주기적으로 여닫도록 함으로써 원활한 연소과정을 진행하게 된다.나. 디젤 엔진- 정의 : 같은 내연 기관인 가솔린 기관이 전기와 점화플러그를 이용하여 연료를 점화시키는 반면, 디젤 기관은 압축점화기관형태로, 실린더 안에 공기를 압축해서 온도를 높인 후 연료를 실린더 안에 분출하면서 스스로 점화되도록 하는 장치이다.- 작동원리 : 위에 설명했다시피 디젤 엔진은 고온의 압축된 공기에 연료를 분사해서 자연발화시키는 압축 착화 방식을 이용한다. 연료의 온도가 높아지면 외부의 불꽃없이 발화하여 연소하는데 이때의 온도를 착화점(발화점)이라고 한다. 가솔린의 착화점은 250ºC~450ºC인데 반해 디젤의 착화점은 170ºC~200ºC이다. 이러한 연료의 특성 때문에 압축 착화가 가능하다.- 장점 :① 가솔린 엔진보다 디젤엔진의 차량이 제동 열효율이 높다② 가솔린엔진보다 디젤엔진이 연료 소비율이 적어 연비가 좋다③ 연료의 인화점이 높아 안전하고 화재위험이 적다④ 저속에서부터 고속까지 전체적으로 회전력이 크다⑤ 공기의 과잉상태로 주행되므로 배기가스에 일산화탄소 함류량이 적다- 단점 :① 가솔린 엔진보다 디젤엔진의 차량이 제동 열효율이 높다② 가솔린엔진보다 디젤엔진이 연료 소비율이 적어 연비가 좋다③ 연료의 인화점이 높아 안전하고 화재위험이 적다④ 저속에서부터 고속까지 전체적으로 회전력이 크다⑤ 공기의 과잉상태로 주행되므로 배기가스에 일산화탄소 함유량이 적다.1). 인젝터- 정의 : 인젝터는 연료 분사 노즐을 뜻하는 것으로, 연료를 미세한 안개 모양의 형태로 뿜어줌으로써 공기와 잘 섞이도록 해준다.- 구조① 연료 여과기 : 연료 분배 파이프를 따라온 연료를 여과해주는 장치이다.② 커넥터 : 실린더 하나마다 커넥터가 있고 ECU로부터 데이터를 받을 수 있는 전기적 신호의 통로이다.③ 니들 밸브 : 솔레노이드 코일에 전류가 흐를 경우, 니들 밸브를 들어올려 연료를 분사할 수 있는 통로를 만들어 준다. 개폐역할을 담당하고 있다.④ 플렌저 : 연료를 고압으로 눌러주는 장치이다.⑤ 솔레노이드 코일 : 솔레노이드 코일은 니들 밸브를 들어 올리는 역할을 담당하고 있다. 전류가 흐르지 않을 경우 스프링의 장력에 의하여 니들 밸브를 밸브 시트에 밀착시켜 연료 공급을 차단한다. 반대로 전류가 흐를 경우, 니들 밸브를 들어 올려 연료 공급로를 만들어준다.
머시닝 센터의 특징머시닝 센터(Machining Center) : 수치제어 공작기계가 낳은 새로운 기종으로, CNC 밀링에 ATC가 설치된 것을 말하며, 그 기능이 다양하다.??일반적인 부품 가공에서는 부품에 따라 차이는 있지만 보통 정면 가공, 구멍 뚫기, 보링, 나사 절삭, 연삭 등 여러 종류의 가공 작업을 필요로 하는 경우가 많은데, 이와 같이 가공의 종류가 달라질 때마다 가공에 맞는 공작기계로 부품을 옮겨가면서 가공을 하게 된다. 또, 대량 생산에서 여러 대의 전용기를 사용하여 가공할 때에도 일감을 붙였다 떼었다 하는 시간은 소요되며, 일감의 이동으로 정밀도가 낮아지는 경우가 있다.??이에 반해 머시닝 센터는 1회의 고정으로 여러 종류의 공작기계가 처리해야 할 가공의 전체 부분을 여러 종류의 공구를 자동으로 교환해 가면서 순차적으로 효율적인 가공을 함으로써 여러 가지 문제점을 해결하였다. 따라서, 오랜 시간 동안 자동 운전이 가능할 뿐만 아니라 복합 공작기계로서 자동 일감 교환 장치, 로봇 및 자동 창고 등과 함께 기계 공장 전체의 무인화 시스템을 구축하여 공장 자동화를 만드는 데 중요한 역할을 담당하는 수치제어 공작기계이다.1) 머시닝 센터의 장점머시닝 센터는 CNC밀링 머신에 비해 다음과 같은 장점이 있다.①수십 개의 공구를 자동으로 교환함으로서 공구 교환에 걸리는 시간을 절약하여 생산 리드 타임(lead time)을 단축시킬 수 있다.②면가공, 드릴링, 태핑, 보링 작업등을 연속 공정으로 공작물을 한 번 고정하고 작업을 완료할 수 있다.③형상이 복잡하고 많은 공정이 함축된 제품일수록 가공 효과가 크다.④한 사람이 여러 대의 기계를 가동할 수 있어 인력을 줄일 수 있다.⑤자동 일감 교환 장치(APC)를 사용할 경우 공작물 교환에 따른 기계의 정지 시간을 크게 단축할 수 있다.2) 머시닝 센터의 종류주축의 방향에 따라 2가지 종류로 크게 나눈다.①수직형 머시닝 센터(Vertical Machining Center)??? 주축(공구 방향)이 수직 방향으로 이동하면서 공작물의 윗면을 가공하는 기계로 널리 사용됨
1. 밀링머신의 정의밀링 머신은 가장 만능적인 공작 기계로서 평면 절삭은 물론 불규칙하고 복잡한 형상을 갖는 면의 절삭가공에 적당하며 다음과 같은 작업 등을 할 수 있다.① 평면 및 단면절삭 ② 홈 파기 및 곡면절삭 ③ 나사절삭 ④ 캠 절삭 ⑤ 각종 기어절삭 ⑥ 스플라인 축 절삭2. 밀링머신의 종류가)수직 밀링머신(VERTICAL MILLING MACHINE)주축이 테이블에 수직으로 되어 있으며 정면 밀링커터, 엔드밀 등을 주축의 스핀 들에 고정시켜 절삭하는 공작기계이다.②③④⑤나) 수평밀링머신 (Horizintal milling machine)주축이 수평으로 되어있고 이 주축에 아버와 밀링 커터를 설치하여 절삭하는기계이다.①컬럼(Column) :밀링머신의 몸체 절삭저항의 진동에 견디어야 한다.②주축(spindle) :공구 또는 아버를 고정③오버암(Over arm) :컬럼 상부에 설치, 주축과 평행방향으로 이동, 아버 및 부속장치를 지지 한다.다) 만능 밀링머신구조는 수평 밀링머신과 같으나 새들과 테이블 사이에 회전판이 있어 테이블을 회전 시킬 수 있다. 따라서 수평 밀링머신 보다 광범위한 작업을 할 수 있다.라) 생산형 밀링머신생산능률을 증가 시키기 위하여 주축 헤드 수에 따라서 단 두형, 양두형 및 회전 테이블식으로 구분된다.▶작업방법테이블의 좌우이동과 스핀들 회전운동으로 가공한다.▶특 징니이형과 같이 테이블상하 운동은 없으나 간단하고 강력하다.마)플레너형 밀링머신플라노 밀러 라고도 한다. 중량물 및 대형 공작물의 중절 삭에 사용되며 외견상 으로 플레이너와 비슷하나 여러 개의 밀링커터를 사용하여 절삭한다.▶특 징테이블 이송은 자동 싸이클에 의하여 급속 원점 복귀하며 자동으로 이송한다6. CNC 머시닝센타공작물을 기계 바이스 및 클램핑 공구를 자동 공구 교환장치인 메거진 (MAGAZINE)에 저장하여 프로그램에 의해서 공구를 자동적으로 교환하며 여 러 종류의 작업을 연속적으로 수행하는 컴퓨터가 내장된 수치제어 (NUMERICAL CONTROL) 공작기계이다3. 밀링 머신의 부속장치1.아버-밀링커터는주축단에직접압입하거나,또는주축단에고정 되어 있는 아버 어댑터, 콜릿등을 이용하여 설치한다.2.밀링 바이스-밀링 바이스는 테이블 위에 있는 홈을 이용하여 간단한가공물을 고정할 수 있다.3.회전테이블장치-가공물에회전운동이필요할때는회전테이블장치 가 사용된다.4.분할대-분할대는밀링머신의테이블상에설치하고공작물의각도분 할에 주로 사용한다. 가공은 분할대의 주입과 삼압대 사이에 센터로 지지하는 방법과 주축의 축으로 고정하는 방법이 있다.5.수직축장치-수직축장치는수평식밀링머신의컬럼상의주축부에 고정하고,주축에서기어로회전이전달되며,수직축의회전수와밀 링 머신의 주축의 회전수와 같다.
기계설계 설계과제1. 구체적인 동력과 회전속도는 여러분의 자율적인 의사에 따라서 결정하면 된다. 동력과 회전속도를 선정한 이유에 대하여 현재 판매되고 있는 경차 또는 소형 승용차와 비교하여 설명하시오.현대자동차 i40 디젤 1.7설계 승용차동력H _{kw} =141PS=141 TIMES 0.735=103.635kWH _{kw} =140PS=140 TIMES 0.735=102.9kW분당회전수N=2500rpm(최대출력)N=2400rpm2. 축 설계 시 고려하여야 할 사항에 대하여 설명하여라.(1) 강도(strength) : 작용하는 하중에 의하여 축이 파괴되지 않도록 충분한 강도를 가져야 한다.(2) 강성(rigidity) : 축에 작용하는 하중에 의한 변형도가 일정 한계치를 초과하지 않도록 한다. 굽힘 모멘트를 받는 축은 축처짐으로, 비틀림 모멘트를 받는 축은 비틀림각 으로 제한 한다.(3) 진동(vibration) : 축의 고유진동에 따른 위험속도를 충분히 벗어난 속도에서 운전하도록 설계하여야 한다. 진폭을 낮추고자 하면 평형잡이(balancing)를 하여야 한다.(4) 열응력(thermal stress) 및 열팽창(thermal expansion) : 제트엔진, 증기터빈 등과 같이 고온의 상태에서 사용되는 축은 열응력과 열팽창을 고려하여야 한다.(5) 부식(corrosion) : 선박의 프로펠러축, 펌프축 등과 같이 액체에 접촉하는 축은 부식에 대비한 설계를 하여야 한다.3. 강도에 따른 축지름 설계 방법에 대하여 설명하여라.(1) 굽힘 모멘트만 받는 축차량의 차축 등은 굽힘 모멘트만을 받는 축으로sigma = {My} over {I _{yy}}식은 사용하고 여기서I _{yy} = {pi (d _{o} ^{````4} -d _{i} ^{````4} )} over {64}이며d _{0}는 바깥지름,d _{i}는 안지름 이며 위 식에서{d _{i}} over {d _{o}} =x인 중공축의 바깥지름 식은d _{o} = root {3} of {{32M} over {pi (1-x ^{4} ) sigma _{a}}} 이다.(2) 비틀림 모멘트만 받는 축가볍고 동력만을 전달하는 전동축에는 비틀림 강도를 고려한다. 다음의 비틀림 강도식을 사용한다.tau = {Tr} over {I _{p}} 여기서I _{p} = {pi (d _{o} ^{````4} -d _{i} ^{````4} )} over {32}이며d _{0}는 바깥지름,d _{i}는 안지름 이며 위 식에서{d _{i}} over {d _{o}} =x인 중공축의 바깥지름 식은d _{o} = root {3} of {{16T} over {pi (1-x ^{4} ) tau _{a}}} 이다.(3) 굽힘 모멘트와 비틀림 모멘트를 동시에 받는 축① 연성재료의 경우축에 비틀림 모멘트와 굽힘 모멘트가 동시에 작용하며 연성재료로 구성된 축에는 최대 전단응력설을 적용하여 상당비틀림 모멘트로 축지름을 설계한다.{d _{i}} over {d _{o}} =x인 중공축의 바깥 지름은 다음과 같다.d _{o} = root {3} of {{16T _{e}} over {pi (1-x ^{4} ) tau _{a}}} 여기서T _{e}는 상당비틀림 모멘트로서T _{e} = sqrt {M ^{2} +T ^{2}}이다.② 취성재료의 경우축에 비틀림 모멘트와 굽힘 모멘트가 동시에 작용하며 취성재료로 구성된 축에는 최대 주응력설을 적용하여 상당굽힘 모멘트로 축지름을 설계한다.{d _{i}} over {d _{o}} =x인 중공축의 바깥지름은 다음과 같다.d _{o} = root {3} of {{32M _{e}} over {pi (1-x ^{4} ) sigma _{a}}} 여기서M _{e}는 상당굽힘 모멘트로서M _{e} = {1} over {2} (M+ sqrt {M ^{2} +T ^{2}} )이다.(4) 동하중을 받는 축기계에 작용하는 하중은 일정하지 않고 변동하는 하중, 반복하중 또는 충격하중이 작용하게 된다. 이러한 경우 굽힘 모멘트나 비틀림 모멘트의 크기를 다소 크게 조정하여 계산한다. 즉,M대신k _{m} M으로,T대신k _{t} T로 계산한다.k _{m}은 굽힘 모멘트계수이며,k _{t}는 비틀림 모멘트계수로서 동적인 효과를 나타낸다.① 연성재료로 된 축이 동하중을 받는 경우연성재료로 된 축이 동하중을 받는 경우 축의 상당비틀림 모멘트로 지름을 설계하며 다음과 같다.T _{e} = sqrt {(k _{m} M) ^{2} +(k _{t} T) ^{2}} 연성재료의 중공축의 바깥지름은 다음과 같다.d _{o} = root {3} of {{16T _{e}} over {pi (1-x ^{4} ) tau _{a}}} ② 취성재료로 된 축이 동하중을 받는 경우취성재료로 된 축이 동하중을 받는 경우 축의 상당굽힘 모멘트로 지름을 설계하며 다음과 같다.M _{e} = {1} over {2} {k _{m} M+ sqrt {(k _{m} M) ^{2} +(k _{t} T) ^{2}} } 취성재료의 중공축의 축지름은 다음과 같다.d _{o} = root {3} of {{32M _{e}} over {pi (1-x ^{4} ) sigma _{a}}}4. 강성에 따른 축지름 설계 방법에 대하여 설명하여라.(1) 비틀림 강성비틀림강성을 고려한 설계란 비틀림 모멘트에 의한 회적축의 비틀림각을 어떤 범위 이내로 제한하는 것이다. 단면이 일정한 원형단면의 축에서 비틀림 모멘트에 의한 비틀림각theta 를 나타내는 식은 다음과 같다.theta = {T TIMES l} over {G TIMES I _{p}}theta [rad]는 단위의 비틀림각,I _{p}는 극2차단면계수,G는 축재료의 가로탄성계수,l은 축의 길이,T는 비틀림 모멘트① 바흐(Bach)의 축공식바흐는 연강(G=8300`[kg _{f} /mm ^{2} ])으로 된 축에서 축의 길이l=100[cm]당 비틀림으로 변형된 각도theta 가0.25 DEG 이내가 되도록 축의 지름을 설계하고자 하였다. 전달토크에 관한 식T=716200 {H _{PS}} over {N} (T[kg _{f} BULLET mm],`H[PS],`N[rpm])을 적용하면x= {d _{i}} over {d _{o}}인 중곡축의 바깥지름d _{o}[mm]는 다음과 같다.d _{o} =120 root {4} of {{H _{PS}} over {(1-x ^{4} )N}} 여기서H[PS]는 전달동력,N[rpm]는 회전각 속도전달토크에 관한 식T=97400 {H _{kW} ^{'}} over {N}(T[kg _{f} BULLET mm],`H[PS],`N[rpm])을 적용하면 중공축의 바깥지름d _{o}[mm]는 다음과 같다.d _{o} =130 root {4} of {{H _{kW} ^{'}} over {(1-x ^{4} )N}} 여기서H ^{'} [PS]는 전달동력,N[rpm]는 회전각 속도 이다.② 강도설계와의 비교강도설계식을 연강( tau _{a} =2.1[kg _{f} /mm ^{2} ])에 대하여 적용하여 강성설계식과 비교하고자 한다. 강도설계식은 다음과 같다.d _{o} = root {3} of {{16T} over {pi (1-x ^{4} ) tau _{a}}} 전달 토크에 관한식T=97400 {H _{kW} ^{'}} over {N}(T[kg _{f} BULLET mm],`H[PS],`N[rpm])을 적용하면x= {d _{i}} over {d _{o}}인 중곡축의 바깥지름d _{o}[mm]는 다음과 같다.d _{o} =130 root {4} of {{H _{kW} ^{prime }} over {(1-x ^{4} )N}} 여기서H ^{'} [PS]는 전달동력,N[rpm]는 회전각 속도 이다.앞의 강도설계식과 강성설계식을 비교해보면{H _{kW} ^{prime }} over {(1-x ^{4} )N} >1인 경우에는 강도설계에 의한 축지름이 더크고,{H _{kW} ^{prime }} over {(1-x ^{4} )N}
국내 화력발전소 설계과제
엔진종류 및 특성 과제
