보일러의 보조기기와 부속장치보일러 설비는 보일러몸체 이외에 많은 보조기기와 부속장치로 구성된다. 보조기기는 다음의 4계통으로 나누어 배치되고 있다.(1)급수계통 : 보일러 급수펌프, 약액주입장치 등(2)연료계통 : 미분탄기, 급탄기, 배탄기, 중유펌프, 중유가열기 등(3)통풍계통 : 압입통풍기, 유인통풍기, 가스혼합 통풍기, 가스재순환 통풍기, 연도(바람), 굴뚝 등(4)재처리계통 : 미분탄연소의 노저처리장치, 비산회 처리장치(집진기) 등보일러 급수펌프보일러 급수펌프는 보일러, 터빈 및 복수기와 더불어 Rankine cycle을 구성하기 위한 필요불가결한 기계이다. 그의 역할은 복수기에서 응축된 저압의 물을 보일러 입구 압력까지 승압시켜 보일러에 보내는 일이다.발전용량 250MW 이하의 화력발전소에서는 전동기 구동방식이, 250MW 이상에서는 증기터빈 구동방식이 적용된다.1) 펌프의 형식과 성능보일러 급수펌프에서는 원심식이 사용되고 있으며, 배출압력이 높으므로 고속회전이 필요하며 보통 3000~7000rpm이 적용된다. 1단 블레이드(blade)로는 양정에 한도가 있으므로 7~8단의 블레이드를 직렬로 장비된 다단식이 적용된다. 블레이드 1단에 대한 비속도n _{s} = root {n} of {Q} /H ^{{3} over {4}}은 120~250이 적용된다. 여기서 n은 회전수[rpm], Q는 배출수량[m ^{3} /min]이며 H는 양정[m]이다.급수펌프의 효율은 최근에 와서 대형의 경우 86% 이상이 된다. 소요동력은 주터빈의 출력에 비해서 작으며 주증기압력 25MPa, 17MPa, 10MPa을 적용하고 있는 화력발전소의 경우, 주터빈출력의 약 3.0%, 2.0%, 1.0%가 된다.성능에서 요구되는 주요항목① 서징(surging)이 일어나지 않도록 수량-압력곡선은 우하향이라야 한다.② 펌프내의 물온도는 수량이 0에 접근하면 급상승하여 위험하기 때문에 물온도 상승 이 5~10℃일 때 수량을 최소수량으로 정하고 이 수량 이하에서는 운전을 하지 않 도록 한다.③MW 이상의 플랜트에서는 필요흡입헤 드가 작은 booster pump가 주급수펌프의 흡입쪽에 설치되어 유효흡입헤드를 높인다.2) 펌프의 구조다음에 기술되는 3종의 형식이 있으며, 기술된 순서에 따라 제작·보수가 복잡해지며 적용 압력은 고압이 된다.(1) Sectional type 다단펌프흡입케이싱과 배출케이싱 사이에 각 단의 날개를 넣어둔 sectional type의 케이싱이 끼워 지게 되며 긴 볼트로 조이도록 되어 있다. 2MPa에서 15MPa의 압력범위에 적용된다.(2) 수평상하분할 다단펌프케이싱을 수평상하로 2개가 되게 분할하고 있으므로 회전체는 조립된 상태에서 그대로 내놓거나 들여놓을 수 있다. 8~15MPa의 압력범위에 적용된다.(3) 배럴형(barrel type) 다단펌프배럴형 다단펌프는 고압·고온용으로 설계된 것이며 케이싱을 2중으로 한다. 외부케이싱은 단순한 원통형(살이 두껍다)이며 이 속에는 내부케이싱과 회전체가 일체가 되어 들어있 다. 내부케이싱은 sectional형과 수평분할형의 두 종류가 있는데, 이 형식들도 외부 케이 싱과 내부캐이싱과의 틈새에는 최종단의 날개로부터 배출된 고압수로 충만되어 있으므로 내부케이싱은 이 고압에 의해서 외부로부터 조여지게 되어 확실하게 밀착된다. 10MPa에 서 초임계압 30MPa의 압력범위에 적용된다.통풍장치보일러의 운전을 계속하기 위해서는 연료소비용 공기를 보일러내에 보내고 보일러에서 발생한 연소생성가스는 계속적으로 보일러계 밖으로 배출해야 한다.초기의 원통보일러 내에서는 보일러내 가스통로에서 거의 압력손실이 없기 때문에 굴뚝내의 배기가스의 밀도와 외기의 밀도와의 차에 의한 자연통풍력에 의해서 필요한 공기를 보일러내에 흡입하고 배기가스는 굴뚝상부로부터 배출하게 된다.이 통풍방식을 자연통풍(natural draft)이라고 한다. 보일러의 발달로 공기예열기, 버너 등에서의 공기쪽 압력손실과 과열기, 재열기, 절탄기, 공기예열기, 집진기 등에서의 가스쪽 압력손실이 증가함에 따라 굴뚝만을 의존하는 자연통풍만으로는 an)의 두 종류의 통풍기로 구성된다. 두 통풍기 모두 보일러 1대에 대해서 각각 2대 설치된다.2) 압입통풍방식압입통풍방식은 공기·가스쪽의 모든 압력손실에 이겨서 압입통풍기만으로 연소용 공기를 압입하여, 연소가스를 굴뚝을 통해서 밀어내는 방식이다. 이 때문에 압입통풍기 출구에서 굴뚝출구까지 공기-가스계통은 모두 대기압보다 높은 압력(정압)이 된다. 압입통풍기는 보통 보일러 1기에 대해서 2대가 설치된다.평행통풍방식의 특징(1) 보일러내에 냉공기의 누입이 없고, 연소용 공기는 버너부를 통해서만 효과적으로 공급 되므로 최소의 공기과잉계수로 보일러 고효율운전이 가능하다.(2) 저공기 과잉계수운전은 저온부시그 고온부식대책을 위해 유효하다.(3) 통풍기가 취급하는 기체는 약 20℃ 전후의 상온공기이므로 130~150℃의 고온가스를 취급하는 유인통풍기에 비해서 운전동력이 작으며, 총합 통풍기동력은 통풍방식의 약 60% 로 감소하여 이것이 원동소내 동력을 감소시킨다.(4) 유해물질을 포함하는 열가스를 취급하는 유인통풍기가 없기 때문에 유인통풍기로 인한 사고는 없다.(5) 화로내 압력제어가 불필요하므로 자동제어가 간단해진다.이들 특징 때문에 중유연소 보일러가 많이 쓰인 1960년대 이후, 압입통풍방식이 평형통풍방식을 능가하는 상황에 이르렀다. 그러나 압입통풍방식의 최대결점은 가스계통에서 가스누설이 발생하면 보일러 주위를 오손하고 더 심할 때는 운전원이 보일러 주변을 순회하는 데 불편을 준다.운전중 가스의 누설을 최소화하기 위해서는 정기검사중의 보수에 더 많은 수고와 비용을 필요로 한다. 이 때문에 최근에는 압입통풍방식은 연소가스가 누설되어도 가스 중에SO _{2} 등의 유해가스가 포함되지 않는 천연가스 보일러에 한해서 적용되는 경향이 있다.보일러 부속장치보일러 부속장치에는 보일러의 안전과 공해대책 때문에 발전용 보일러기술기준에 따라 설치를 의무화한 것과 보일러 성능향상에 중점을 두고 설치되는 것이 있다.1) 발전용 화력기술기준에 따라 설치를 의무화한 장치(1) 안전밸브보일 점에 유의해야 한다.a) 드럼 및 과열기의 출구에 각각 1개 이상의 안전밸브를 설치한다.b) 드럼에 설치하는 안전밸브의 용량의 합계는 보일러 최대증발량의 75% 이상으로 한다. 또 과열기출구에 설치하는 안전밸브의 용량은 과열기의 온도를 설계온도 이하로 유지하는 데 필요한 용량 이상으로 해야 한다.(다만, 이 용량이 보일러 최대증발량의 15%를 넘는 경우는 15%)c) 드럼에 설치하는 안전밸브의 분출압력· 안전밸브가 1개인 경우는 보일러의 최고사용압력 이하의 압력으로 한다. 다만, 해당 보 일러에 보일러의 최고사용압력 이하의 압력으로 자동적으로 작용하는 압력탈출장치가 있 는 경우는 보일러의 최고사용압력의 1.03배 이하의 압력으로 할 수 있다.·· 안전밸브가 2개 이상의 경우는 1개는 ·의 규정에 준하는 압력, 기타는 보일러의 최고 사용압력의 1.03배의 압력으로 한다.d) 과열기에 설치하는 안전밸브의 분출압력은 드럼에 설치하는 안전밸브의 분출압력보다 낮을 것.③ 과열기가 없는 순환보일러에 대해서는 생략한다.④ 관류보일러에 대해서도 생략한다.⑤ 재열기에 대해서도 생략한다.(2) 계측장치① 순환보일러에서 계측하는 주요항목a) 드럼내의 수위 : 수면계는 유리수면계로 하고 이것을 2개 이상 설치해야 한다.b) 드럼내의 압력c) 과열기·재열기출구에서의 증기온도② 관류보일러에서 계측하는 주요항목a) 과열기의 출구에서의 압력b) 과열기 및 재열기출구에서의 증기온도(3) 황산화물의 측정장치보일러 배기가스 중에 포함되는 황산화물(SO _{x})에 의한 공해를 방지하는 감시용으로 설치 가 의무화되어 있다.(4) 질소산화물의 측정장치보일러 배기가스 중에 포함되는 질소산화물(NO _{x})에 의한 공해방지의 감시용으로 설치토 록 의무화되어 있다. 질소산화물의 배출기준값은 액체연소 보일러에서 최대배기가스량 50 만Nm ^{3} /h 이상에 대해서 130ppm으로 되어 있고, 총량규제(질소산화물의 허용배출량 [Nm ^{3} /h])에 대해서도 산출식이 정해져 있다.(5) 기타증기 s분리시킨다. 그리고 증기가 파형 강판 또는 철망 등으로 만들어지는 분리기를 지날 때 증기 중에 남아 있는 수분을 제거하는 것이다.관류보일러의 기수분리기(water scrubber)는 주로 기수분리만을 하는 것이며 직경 600~900mm의 비교적 소형의 드럼모양으로 되어 있다. 증발관을 나온 약간의 물을 포함 하는 증기는 water separator 상부에서 접선방향으로 유입되고 다시 안내날개를 지날 때 선회력이 주어지며 원심력에 의해 증기와 물로 분리된다. 증기는 상부에서 추출되며 물은 하부에 괴어서 수면제어되면서 재순환펌프 또는 분출탱크(blow-off tank)로 송출된다.(2) Soot blower보일러의 전열면에는 연료 중의 회분, 미연소연료, 첨가제 등이 부착·퇴적하여 열전달을 저해하며 또는 가스압손실을 증가시킨다. 이들의 부착물을 제거하여 전열면을 깨끗하게 유 지하여 보일러의 성능을 확보하기 위해서 soot blower를 설치하게 된다. soot blower는 노즐에서 고압증기 또는 공기를 분사하여 부착물을 제거하게 되며 다음과 같은 종류가 있다.① long retractable soot blower과열기, 재열기 등 고온가스의 측벽 밖에 설치되며 선단에 노즐을 갖는 분사관은 작동할 때 만 보일러내에 집어 넣어, 앞뒤로 움직이는 동안에 분사관을 회전시키면서 고압의 증기 또 는 공기를 노즐로부터 분사하여 부착물을 제거한다.작동시 이외는 분사관이 손상되지 않도록 보일러 밖으로 빼둔다. 소용량 보일러에서는 한쪽 벽에, 또 보일러폭이 10m를 넘는 대형 보일러에서는 양쪽벽에 설치한다.② rotary type soot blower절탄기와 같이 비교적 가스온도가 낮은 곳에 설치된다. 분사관의 전체길이에 걸쳐서 동일 한 피치(pitch)의 노즐을 가지며 분사관은 항상 보일러내에 집어넣어 두고 작동시에는 분 사관을 회전시키면서 증기 또는 공기를 분사하여 부착물을 제거한다.③ deslagger주로 미분탄연소 보일러의 화로벽관에 부착하는 석탄재(slag)의 제거를 위어한다.
1. 실험명비 틀 림 실 험2. 실험자참여자3. 실험 목적○ 다양한 조건의 강 봉에 비틀림 모멘트를 가했을 때 발생하는 비틀림 각을 측정하여 비틀림 기둥에 영향을 주는 인자를 이해한다.○ 비틀림 응력과 전단변형과의 관계를 알 수 있다.○ 비틀림 모멘트와 비틀림 각 과의 관계를 알 수 있다.○ 재료의 전단탄성계수, 전단항복점, 비틀림 강도를 구할 수 있다.○ 축의 길이의 증감에 따라 변화하는 회전 변형과의 관계를 알 수 있다.○ 강봉과 중공봉의 회전강도를 비교할 수 있다.4. 실험 내용○ 실험 이론? 비틀림이란?- 비틀림(torsion) 또는 비틂은 물체에 돌림힘이 재하되었을 때 나타나는 변형상태.- 비틀림은 비틀림 각(Φ) 또는 재축방향 단위 길이 당 비틀림 각으로 측정된다.- 비틀림으로 인하여 반지름 방향과 직각방향으로 전단응력이 발생하게 된다.? 비틀림 이론- 비틀림 각 θ 는 다름과 같은 수식으로 표현할 수 있다.theta = {tau L} over {Gr} = {Tl} over {GJ}-T : 토크 (=PL) -l : 길이-theta : 회전각 -J : 극관성모멘트 (고정상수)-G : 전단탄성계수 (고정상수),G= {E} over {2(1+ nu )}- 강봉과 중공축의 강도 비교→ 강봉 :T= tau _{a} ·Z _{p} = {pi d ^{3}} over {16} tau _{a} , 중공축 :T= tau _{a} ·Z _{p} = {pi d ^{3}} over {16} (1-x ^{4} ) tau _{a}- 원형봉의 비틀림축의 비틀림 그림과 같이 일단이 고정단으로 되어 있는 원형봉에서 타단에 비틀림력(T)이 작용한다면, 자유단은 비틀림력의 크기와 비례한 비틀림 각(Φ)만큼 회전하면서 비틀어진다. 이때 전단변형이 발생하며 수식으로 나열하면 다음과 같다.AA ^{prime } =L· gamma = rho · PHI ``` THEREFORE gamma = {rho · PHI } over {L}- 전단변형율(γ)과 전단응력과의 후크의법칙을 이용하여 다음과 같은 식으로 정리tau =G· gamma =G {rho PHI } over {L}- 단위길이당 비틀림각(Φ)의 변화(θ)를 수식으로 표현하면theta = {d PHI } over {dx} = {PHI } over {L}- 따라서 전단응력 :tau =G· gamma =G· rho · theta○ 실험 장비디지털 측정기각도기brass중공축, 스틸 실축척영점조절나사프레임5. 실험 방법○ brass 중공축 실험1. brass 중공축을 준비하여 프레임에 고정시킨다.2. 영점을 조절한다.3. 힘을 일정하게 한 뒤 길이를 변화시켜 가며 실험 데이터를 얻는다.4. 길이를 일정하게 한 뒤 힘을 변화시켜 가며 실험 데이터를 얻는다.○ 스틸 실축 실험1. 스틸 실축을 준비하여 프레임에 고정시킨다.2. 영점을 조절한다.3. 힘을 일정하게 한 뒤 길이를 변화시켜 가며 실험 데이터를 얻는다.4. 길이를 일정하게 한 뒤 힘을 변화시켜 가며 실험 데이터를 얻는다.6. 실험 결과○ Brass 중공축 길이변화 1N실험- 표를 보면 길이가 30cm, 40cm, 47cm 이며, 힘은 1N으로 일정한 것을 알 수 있다. 따라서 길이변화를 주며 힘은 일정한 실험이다.길이가 증가할수록 변화되는 각이 증가함을 알 수 있다. 즉 힘이 일정할 때 길이의 변화는 변형되는 비틀림 각도와 비례관계임을 알 수 있다.○ Brass 중공축 길이변화 3N실험- 표를 보면 길이가 30cm, 40cm, 47cm 이며, 힘은 3N으로 일정한 것을 알 수 있다.따라서 길이변화를 주며 힘은 일정한 실험이다.길이가 증가할수록 변화되는 각이 증가함을 알 수 있다. 즉 힘이 일정할 때 길이의 변화는 변형되는 비틀림 각과 비례관계임을 알 수 있으며 힘이 1N일 때 보다 각도가 더 많이 증가했음을 알 수 있다. 길이가 같을 경우 힘이 커지면 비틀림 각도 커짐을 알 수 있다.○ Brass 중공축 힘변화 350mm실험- 표에서 보면 알 수 있듯이 길이는 350mm고정이며 힘을 변화시킨 실험임을 알 수 있다.힘이 증가하면 할수록 변하는 각도가 점차 커짐을 알 수 있다. 따라서 길이가 일정할 때 힘과 비틀림 각도는 비례관계임을 알 수 있다.○ Brass 중공축 힘변화 420mm실험- 표에서 보면 알 수 있듯이 길이는 420mm고정이며 힘을 변화시킨 실험임을 알 수 있다.힘이 증가하면 할수록 변하는 각도가 점차 커짐을 알 수 있다. 따라서 길이가 일정할 때 힘과 비틀림 각도는 비례관계임을 알 수 있다. 또한 350mm일 때보다 더 각도가 많이 증가했음을 알 수 있다.○ Brass 중공축 힘변화 500mm실험- 표에서 보면 알 수 있듯이 길이는 500mm고정이며 힘을 변화시킨 실험임을 알 수 있다.힘이 증가하면 할수록 변하는 각도가 점차 커짐을 알 수 있다. 따라서 길이가 일정할 때 힘과 비틀림 각도는 비례관계임을 알 수 있다. 또한 420mm일 때보다 더 각도가 많이 증가했음을 알 수 있다.○ Brass 중공축 실험 결과-Brass 중공축에서 힘을 일정하게 한 뒤 길이 변화를 주면 비틀림 각도는 길이에 비례하여 점차 크게 변화하는 것을 알 수 있다.-Brass 중공축에서 길이를 일정하게 한 뒤 힘 변화를 주면 비틀림 각도는 힘에 비례하여 점차 크게 변화하는 것을 알 수 있다.○ 스틸 실축 길이변화 1N실험- 표를 보면 길이가 30cm, 40cm, 47cm 이며, 힘은 1N으로 일정한 것을 알 수 있다. 따라서 길이변화를 주며 힘은 일정한 실험이다.길이가 증가할수록 변화되는 각이 증가함을 알 수 있다. 즉 힘이 일정할 때 길이의 변화는 변형되는 비틀림 각도와 비례관계임을 알 수 있다.○ 스틸 실축 길이변화 3N실험- 표를 보면 길이가 30cm, 40cm, 47cm 이며, 힘은 3N으로 일정한 것을 알 수 있다.따라서 길이변화를 주며 힘은 일정한 실험이다.길이가 증가할수록 변화되는 각이 증가함을 알 수 있다. 즉 힘이 일정할 때 길이의 변화는 변형되는 비틀림 각과 비례관계임을 알 수 있으며 힘이 1N일 때 보다 각도가 더 많이 증가했음을 알 수 있다. 길이가 같을 경우 힘이 커지면 비틀림 각도 커짐을 알 수 있다.○ 스틸 실축 힘변화 350mm실험- 표에서 보면 알 수 있듯이 길이는 350mm고정이며 힘을 변화시킨 실험임을 알 수 있다.힘이 증가하면 할수록 변하는 각도가 점차 커짐을 알 수 있다. 따라서 길이가 일정할 때 힘과 비틀림 각도는 비례관계임을 알 수 있다.○ 스틸 실축 힘변화 420mm실험- 표에서 보면 알 수 있듯이 길이는 420mm고정이며 힘을 변화시킨 실험임을 알 수 있다.힘이 증가하면 할수록 변하는 각도가 점차 커짐을 알 수 있다. 따라서 길이가 일정할 때 힘과 비틀림 각도는 비례관계임을 알 수 있다. 또한 350mm일 때보다 더 각도가 많이 증가했음을 알 수 있다.○ 스틸 실축 힘변화 500mm실험- 표에서 보면 알 수 있듯이 길이는 500mm고정이며 힘을 변화시킨 실험임을 알 수 있다.힘이 증가하면 할수록 변하는 각도가 점차 커짐을 알 수 있다. 따라서 길이가 일정할 때 힘과 비틀림 각도는 비례관계임을 알 수 있다. 또한 420mm일 때보다 더 각도가 많이 증가했음을 알 수 있다.
1. 실험명전 단 실 험2. 실험자참여자3. 실험 목적○ 보에 하중이 작용 시 거리에 따른 전단력을 측정 거리와의 상관관계를 이해한다.○ 보에 하중이 작용 시 하중의 증가에 따른 상관관계를 이해한다.○ 전단력의 기초 이론을 습득할 수 있다.4. 실험 내용○ 실험 이론? 보(Beam)의 정의- 적당한 방법으로 지지되어 있고 축선에 수직 방향으로 하중이 작용하여 굽힘 현상이 발생하고 있는 단면치수에 비하여 길이가 긴 구조- 축선(axial line) : 보의 모든 단면의 도심을 연결한선으로 중심선(center line)이 라고도 한다.- 보의 지지점* 가동힌지 지점 : 보의 회전과 수평이동은 자유로우나 수직이동이 불가능한 지 점으로 롤러지점이라고도 한다.* 부동힌지 지점 : 보의 회전은 자유로우나 수평 및 수직이동이 불가능한 지점* 고정지점 : 보의 회전과 수평 및 수직이동이 불가능한 지점- 반력 : 힘의 평형을 위하여 생기는 반발력(하중에 저항하는 힘)? 전단력의 정의- 물체의 어떤 단면에 평행으로 서로 반대방향인 한 쌍의 힘을 작용시키면 물체 가 그 면을 따라 미끄러져서 절단되는 것을 전단 또는 층밀리기라고 한다.- 이때 받는 작용을 전단작용이라 하고, 이와 같은 작용이 미치는 힘을 전단력이 라고 한다. 전단력에 의해서 물체 내부의 단면에 생기는 내력을 전단응력 이라고 하며, 단위면적당의 힘으로 표시된다.- 전단되는 면을 따라서 미소한 직사각형을 생각하면 전단력에 의해 이 직사각형은 평행사변형으로 변형되며, 이것을 전단변형이라고 한다.- 직사각형으로부터의 기울기를 전단변형률이라 하고, 전단변형력과 전단변형과의 비를 전단탄성계수라고 한다.전단응력의 크기는 전단 하중(F)을 단면적(A)로 나눈 값이고,tau 로 표시한다.단위 :N/mm ^{2}→볼트에 작용하는 전단 하중(F)의 크기는 인장 하중(P)의{1} over {2}과 같다.→ 철판의 윗면과 아랫면에서 전단 하중이 작용되면 철판의 단면에 전단응력이 발 생함과 동시에lambda 만큼 길이가 이동되는 변형이 발생된다.→ 변형량(lambda )과 전단 칼날 사이의 거리(l)와의 비를 전단 변형률이라 하고gamma 로 표시한다.→ 전단 변형률 :gamma = {lambda } over {l} , 전단각 :phi → 전단각phi 가 매우 작으면,tan phi APPROX phi 의 관계에서tan phi APPROX phi = {lambda } over {l} = gamma→ 높이가l이고 윗면과 아랫면의 단면적이 A인 물체에서 전단하중 F가 작용할 때- 전단응력(tau )과 전단 변형률(gamma )는 전단하중(W)이 클수록 증가한다.- 전단응력(tau )과 전단 변형률(gamma )과의 사이에서 어느 한도 범위까지는 비례하는 후크의 법칙이 성립한다.- 전단응력(tau ) = 비례상수 X 전단 변형률 =G`·` gamma - 비례상수G를 가로 탄성 계수 또는 전단 탄성 계수 라고 한다.→tau = {F} over {A} =G`·` gamma ,gamma = {lambda } over {l} 의 관계식에서변형량lambda = gamma `·`l= {tau } over {G} `·`l= {F} over {A} `·` {1} over {G}가 된다.→ 자유단 A에서 1개의 집중 하중 W를 받는 길이l인 외팔보의 자유단에서 거리x인 단면 X-X에 작용하는전단력F _{x} =-W 굽힘 모멘트M _{x} =-W`·`x ?x=0인 자유단 A에서M _{A} =0 ?x=l인 고정단 B에서M _{B} =M _{max} =-W`·l로 최대가 되어 고정단에서 가장 큰 굽힘 모멘트가 발생→ 균일 분포하중w(N/m)를 받는 경우 자유단에서 거리x인 단면 X-X에 작용하는 전단력F _{x} =-w`·`x , 굽힘 모멘트M _{x}는 하중wx가 무게 중심의 위치{x} over {2}에 집중하여 작용한다고 볼 수 있으므로M _{x} =-w`·` {x} over {2} =- {1} over {2} wx ^{2}이다.→x=0인 자유단 A에서F _{A} =0이고,M _{A} =0이다.→x=l인 고정단 B에서F _{B} =F _{max} =-w`·`l이고 최 대 굽힘 모멘트M _{B} =M _{max} =- {wl ^{2}} over {2}이다.→ 반력 :R _{A} = {a _{2}} over {l} `·`W```,``R _{B} = {a _{1}} over {l} `·`W → AC 사이의 단면 X-X에서전단력 :F _{x} =R _{A} = {a _{2}} over {l} `·`W굽힘모멘트 :M _{x} =R _{A} `·`x= {W`·`a _{2} `·`x} over {l} 최대굽힘모멘트 : 점 C에서 발생하여x=a _{1}을 대입하면M _{max} =R _{A} `·`a _{1} = {W`·`a _{1} `·`a _{2}} over {l} → BC 사이의 단면 X-X에서전단력 :F _{x} =R _{A} -W=-R _{B} = {a _{1}} over {l} `·`W굽힘모멘트 :M _{x} =R _{A} `·`x-W(x-a _{1} )=W`·` {a _{2}} over {l} x-W(x-a _{1} )=W`·` {a _{1}} over {l} (l-x)최대굽힘모멘트 :a _{1} =a _{2} = {1} over {2}에서 발생M _{max} = {W`l} over {4} → 균일 분포 하중w(N/m)가 작용 할 때 전하중 :W=w`·l 반력R _{A} =R _{B} = {wl} over {2} → 받침점 A에서 x(m)의 거리에 있는 임의의 단면 X-X 에서의 전단력 :F _{x} =R _{A} -wx= {wl} over {2} -wx 굽힘모멘트 :M _{x} =R _{A} `·wx`· {x} over {2} = {wl} over {2} x- {w} over {2} x ^{2} = {wx} over {2} (1-x) 최대굽힘모멘트 :x= {l} over {2}에서M _{max} = {wl ^{2}} over {8}○ 실험 장비① 보는 추를 걸 수 있도록 추걸이 (Groove Hanger Support)가 2Cm간격으로 있다.② 보는 롤러 (Rolling Support)와 힌지 (Pivot support)로 지지된다.③ 하중 측정 센서가 부착되어 있어 하중의 디지털표시가 가능.5. 실험 방법○ 250g, 350g의 추를 만들어 놓고 컴퓨터 프로그램을 작동시킨다.○ 0점을 맞춘 뒤 같은 무게를 위치를 달리해 가며 전단력을 구한다.○ 0점을 맞춘 뒤 같은 위치에서 무게를 달리해 가며 전단력을 구한다.6. 실험 결과○ 250g 고정 추 길이변화 결과- 표를 보면 무게(mass)는 250g으로 고정인 것을 알 수 있다. 변화량은 거리이다. 220, 320, 400mm로 면화를 주면서 실험을 하였고, 전단응력은 점차 증가함을 알 수 있다. 즉, 같은 무게일 때 원점에서 멀어질수록 전단력은 더 커짐을 알 수 있다. 또한 각점의지지 반력의 합은 가해지는 힘의 크기와 같음을 알 수 있다.○ 350g 고정 추 길이변화 결과- 표를 보면 무게(mass)는 350g으로 고정인 것을 알 수 있다. 변화량은 거리이다. 220, 320, 400mm로 면화를 주면서 실험을 하였고, 전단응력은 점차 증가함을 알 수 있다. 즉, 같은 무게일 때 원점에서 멀어질수록 전단력은 더 커짐을 알 수 있다. 또한 각점의지지 반력의 합은 가해지는 힘의 크기와 같음을 알 수 있다. 또한 이전의 250g의 실험보다 전단응력이 증가한 것으로 보아 무게가 커 질수록 전단응력이 커짐을 알 수 있다.○ 260mm 고정 길이 무게변화 결과- 표를 보면 길이는 260mm 고정이며 가해지는 힘의 크기가 변함을 알 수 있다. 가해지는 힘의 크기가 증가 할수록 전단응력이 커짐을 알 수 있다. 또한 지지반력의 크기의 합은 가해지는 힘의 크기와 같음을 알 수 있다.
1. 실험명인 장 실 험2. 실험자참여자3. 실험 목적○ 인장 시험은 재료강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업 시험중에서 가장 기본적인 시험으로, 보통 봉형이나 판형 등의 평행부를 갖는 시험편을 축방향으로 인장하중을 가해 하중과 변형을 측정한다. 보통 이로부터 측정할 수 있는 값은 연성재료와 취성재료에 따라 다르며, 연성재료에서 측정할 수 있는 값은 인장강도, 항복점, 연신율, 및 단면 수축율이고 취성재료에서는 인장강도와 연신율이다.○ 인장 시험에 의해 측정될 수 있는 재료의 기계적 성질로서는 그 외에 비례한도, 탄성한도, 탄성계수, 파단응력과 푸아송비 등도 포함된다. 또 인장 시험에 의해 구해지는 재료의 강도는 횡단면에 수직으로 작용하는 응력에 대한 시료의 강도값이고, NOTCH나 그 외의 원인으로 분포가 일정하지 않은 응력을 받는 경우의 항복점이나 파단강도는 재료가 항복이나 파괴에 따른 역학적 조건과 인장 시험의 결과를 고려하여 대략 추정된다. 그리고 압축하중이나 반복하중에 의한 재료의 강도도 인장강도에 대한 비율로서 간주되는 예가 많다.○ 시험기를 사용하여 시험편을 서서히 인장하여 항복점, 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면 수축율 등을 측정하는데 목적이 있다.4. 실험 내용○ 실험 이론? 강 및 스테인레스 강에 대한 기본적 이론- 강의 특징 : 강은 학술적으로는 탄소를 0.035-1.7% 포함한 것이나 보통 0.04-0.6% 정도의 것이 많다. 강에는 다른 금속원소가 많이 포함되지 않 고 주로 탄소만 함유된 것을 탄소강 또는 보통강이라 하고, 니켈, 크롬, 망간, 텅스텐, 몰리브덴 등의 특수 금속원소가 포함된 강을 특수강 또는 합금강이라 한다. 한편 강은 제강방법에 따라 전로강, 평로강, 전기로강으로, 탈산도에 따 라 림드강, 반진정 강, 진정 (Killed)강으로, 주입후 처리방법에 따라 압연(壓延) 강, 단강, 주강으로 나뉘어진다. 또한 용도에 따라 구조용 강은 보통강, 저탄소 강, 스프링강 등으로, 공구강은 탄소공구강, 특수 공합금 중 에서 열처리가 가능한 0.05∼2.1%의 탄소를 함유한 것을 말한다. 상태도에 표시한 바와 같이 탄소량 0.9%인 곳을 경계로 해서 조직 이 변하여 이것보다 저탄소에서는 페라이트라고 하는 소량의 탄소 가 들어 있는 비교적 연한 철의 상이 있는데 이 사이를 페라이트와 시멘타이트 Fe3C가 쪽 매널 세공과 같이 잘게 혼합된 상(펄라이 트)이 메우고 있다. 탄소량이 증가할수록, 이 펄라이트의 비율이 증가하여 0.9% 탄소에서 전부 펄라이트가 된다. 이것보다 고탄소 측에서는 시멘타이트 사이를 펄라이트가 메운 조직으로 되어, 탄소 량이 많을수록 시멘타이트가 증가하여 1.5%에서 약 10%가 된다. 이 때문에 0.9%까지는 탄소가 증가하는 데 따라 단단해진다. 탄소 강의 종류로는 시멘타이트,오스테나이트,페라이트,펄라이트,마르텐 사이트, 트루스타이트, 소르바이트가 있다.?합금강 : 철과 탄소의 합금인 강의 성질을 개량할 목적으로 크롬·니켈·망간· 몰리브덴·텅스텐 등과 같은 원소를 하나 이상 첨가해서 만든 강이 다. 대표적인 것에는 크롬강·니켈강·니켈-크롬강 등이 있다. 특히 영구 자석합금에는 알루미늄·코발트·니켈을 가한 것이 쓰인다.- 스테인레스 강 : 스테인리스강의 특성으로는 품질특성과 물리적 성질로 크게 분 류할 수 있는데 품질특성으로는 내식성, 용접성, Creep강도, 성형가공성 등이 중 요하며 이중에 가장 중요한 품질특성인 내식성은 일반 탄소강과는 달리 스테인리 스강 표면에 부동태 산호피막이 형성되어 우수한 내식성을 보유하게 된다.강종에 따른 내식성은 부식환경과 부식형태에 따라 다소 차이가 있지만, 일반적 으로 오스테나이트계 강종의 내식성이 가장 우수하며, 페라이트계, 마르텐사이트 계 순으로 내식성이 감소하게 된다.? 인장시험 관련 이론 : 각종 규격 (KS 규격등)의 내용 포함- 응력-변형률 선도(Stress-Strain diagram) : 인장시험으로부터 얻을 수 있는 기 본적인 선도는 부가한 하중과 발생한 변위와의 관계를 나타내는 하중-변위선도 이다.위선도에서 하중을 원래의 단면적으로, 변위를 표점 거리 로 나누어줌으로써 응력-변형률 선도를 얻을 수 있다. 연강에 대한 대표적인 응력-변형률 선도는 그림과 같다.- 응력-변형률선도상의 각 점은 다음과 같은 특성을 나타낸다.① 비례한도(Proportional limit) : 응력에 대하여 변형률이 일차적인 비례관계 를 보이는 최대응력. 응력변형률곡선에서 후크의 법칙에 의해 직선부가 변화되 어 곡선으로 변화하기 시작하는 부분의 응력.② 탄성한도(Elastic limit) : 비례한도 전후에서 부과했던 하중을 제거했을 때 변형이 없어지고 완전히 원상 회복되는 탄성변형의 최대응력. 정확한 탄성한도 를 결정하기 어렵기 때문에, 실제 어떤 정도의 영구변형이 생기는 응력을 탄성 한도로 규정하고 있다. 영구변형의 변형률 값으로 0.01～0.03%사이의 값을 채 택하는 경우가 많다. 외부 하중에 의해 변형된 재료가 그 하중을 없앤 후 영구 변형을 남기지 않고 본래의 형태로 되돌아가는 최대 하중.③ 종탄성계수(Longitudinal elastic modules, Young's modules) : 변형의 초 기에는 응력과 변형률의 비가 비례한도내에서는 일정하다. 이 일정한 관계를 후크의 법칙(Hook's law)이라 하고 응력과 변형률 관계를 E=σε으로 표시된다. 여기에서 E값을 종탄성계수라 하며 응력-변형률 선도에서 비례한도 이내의 직 선부분의 기울기를 의미한다.④ 항복점(Yield point) : 응력이 탄성한도를 지나면 곡선으로 되면서 응력이 증가하다가 하중을 증가시키지 않아도 변형이 갑자기 커지는 지점이 발생하는 데 이를 상 항복점이라고 한다. 이때 금속 내부에 슬립으로 인하여 소성유동이 생겨 큰 내부 전위를 일으키면서 하항복점이 발생하는데, 하항복점을 지나면 영구변형은 더욱 증가한다. 일반적으로 항복점은 하 항복점을 의미한다.⑤ 0.2% 항복 강도 : 동, 알루미늄과 같이 항복점이 확실치 않은 재료에서 0.2%의 영구 변형률을 가지는 점을 항복점 대신으로 생각하는데 렷한 항복점이 나타나지 않는다.⑥ 인장 강도, 극한 강도(Ultimate strength) : 시험편이 절단되었을 때의 하중 즉, 최대 인장 하중을 시험편 평행부의 원단면적으로 나눈 값, 재료의 강도는 단면적에 대한 저항력으로 표시된다. 항복점을 지나면 재료는 경화(hardening) 현상이 일어나면서 다시 하중을 증가시켜야 변형이 증가하고 어느 일정한 하중 이 지나면 시편에 국부적 수축현상이 나타나며 하중을 감소하며 변형은 증가한 다. 시편에 가하여진 최대 하중을 원 단면적으로 나눈 값을 인장강도라 한다. 또한, 인장 시편이 견디는 최대하중을 인장하중이라 한다.⑦ 연신률(Elongation) : 시편이 파단 되기까지 생기는 전체 늘어난 양을 원래 의 표점거리로 나눈 값이다. 인장시험시 시험편이 파괴되기 직전에 있어 표점 거리를 측정하고, 늘어난 후의 길이를 L`(mm)와 처음 표점거리 L(mm)와의 차를 처음의 표점 거리 L로 나눈값을 백분율(%)로 나타낸 것을 말한다. 연신률 = 파단시의 총변위/표점거리 X100⑧ 단면 수축률 : 단면적과 파단 시의 단면적과의 비를 의미한다. 원형단면의 경우 파단 후의 단면이 원형이 아니므로 긴지름과 짧은 지름을 측정하여 단면 적을 구한다.⑨ 내력 (Yield Strength) : 인장시험때 규정된 영구변형을 일으킬 때에만 하중 을 평행부의 원단면 적으로 나눈 값을 항복값이라 하나 연강처럼 항복 현상이 뚜렷하게 나타나는 것 이외의 재료에는 항복값 대신 0.2%의 영구 변형을 일으 키는 응력을 내력으로 규정한다.? 네킹(necking) : 극한강도를 넘으면서 시험편의 일부분이 가늘어져 오목하 게 들어가는 현상. 네킹이 일어나는 부분에서 파단이 일어난다.공칭응력(nominal stress) : 시험 전 측정한 시편의 단면을 이용해서 구하 는 응력. 하중에 의해 변화하는 단면적을 고려하지 않고 계산한 응력.진응력(true stress) : 공칭응력과 달리 하중에 의해 변화하는 단면적을 고 려하여 계산한 응력? 인장 시험 법에 대나타 나 있지만 실제 시험에서는 시험기가 안 좋아서인지 재료가 불균일해서인지 항 복점이 확실하게는 나타나지 않는다.시험을 정확하게 하기 위해서는 시편의 표면을 정밀하게 가공하여야 한다. 왜 냐하면 응력 집중을 방지하기 위해서이다P=proportional limit E= elastic limitYU=upper yield point YL= lower yield pointM= maximum point F= failure■ Elastic limit: 응력을 제거하면 strain 이 0으로 복귀하는 응력의 상한치 (0.03%또는0.0005%가 될 때의 응력)■ nominal stress:σ_n " "= " "P over A_0(where :σ_n= 공칭응력, P= 하중,A_0= 원단면적 )■ actual stress :σ_a" "= " "P over A_a(where :σ_a= 실제응력 , P= 하중,A_a= 연신된 단면적 )■ strain:ε= Δl over l(where :l_0:원래 길이 ,l= 늘어난 길이 )■ tensile strength :σ_max" "= " "P_max over A_0■ yield strength:σ_y" "=" "P_u over A_0(where :P_u: 상부항복 하중 )■ elongation: 시편 중간에 선을 긋는다. 그리고 표점거리를 50mm로 설정한 다. 인장을 하게 되면 표점거리가 늘어나게된다.Δl over l * 100(%)(where :DELTA L= {L prime -L} over {L} *100(%),~L prime :파단시의 표점거리 )■ reduction of area:Φ = { A_0 - A } over A_0 * 100(%)■실응력과 공칭응력과의 관계:σ_a = σ_n (1+ε)σ_a ~= ~P over A ~=~ P over A_0 ? A_0 over A ~=~ σ_n (1+ε)■ 진변형률(ε′)과 공칭변형률(ε)의 관계 :ε′ = log(1 + ε)ε' ~=~ int from {L} to {L +dL} dL
기계공학 실험-레이놀즈 실험1. 서론 (Introduction)1.1 실험목적유체가 관을 통하여 흐르는 모양을 관찰, 유체의 유동에 대한 유체 역학적 근사성을 이해레이놀즈의 개념 이해유체의 흐름 형태(층류, 난류, 천이)2. 이론적 배경2.1 유체의 흐름과 종류유체란, 기체와 액체를 통틀어 이르는 말로써 동체 또는 유동체라고 하는데, 그 흐름에는 층류와 난류가 있고, 그 중간의 애매한 단계로써 전이영역, 또는 천이구역이 있다. 간단히 말하자면 층류는 유체의 입자가 매끄럽고 규칙적으로 흘러가며 다른 층에 있는 유체입자와 거의 섞이지 않는 정상적인 흐름이며, 난류는 유체의 입자가 불규칙하고 고르지 않은 운동으로 전체적인 평균흐름의 운동과 그 부분의 평균흐름사이에 물질의 교환과 이동이 나타나는 흐름을 의미한다.2.2 층류유체가 불규칙한 요동과 혼합하는 난류와는 반대로 매끄럽고 규칙적인 경로로 운동하는 유체(기체나 액체) 유동의 한 형태이다. 층흐름이라고도 한다. 난류와 대응된다. 가는 파이프에 물을 흘릴 경우, 가령 잉크를 넣어 흐름의 상태를 관측하면 유속)에 따라 레이놀즈수가 작을 때에는 잉크의 흐름이 직선으로 되고, 물의 각 부분이 파이프 벽에 평행으로 움직이며 서로 섞이지 않음을 알 수 있다. 이러한 흐름이 층류이다.이는 유선형 유동의 한 형태로 유체의 어느 한 지점에서 속도, 압력과 같은 여러 가지 유동 성질이 시간에 대해 일정한 값을 갖는다. 수평의 평면에 대한 층류는 각각이 서로 평행인 얇은 층으로 이루어진 것으로 생각할 수 있다. 수평면과 접촉하고 있는 유체는 정지해 있으며 나머지 모든 층은 서로 미끌어지고 있는 것을 말하는데, 한 벌의 카드가 미끌어진 형태를 '층류'에 비유할 수 있다. 곧은 관내에서 층류는 동심원을 이루는 여러 개의 유동원통이 서로 상대적인 운동을 하는 것으로 생각할 수 있는데 맨 바깥층은 관의 벽면에 부착되어 있으며 관의 중심 쪽으로 갈수록 빠른 속도로 운동한다. 곧은 경로로 상승하는 담배연기도 층류가 되는데 담배연기는 조금 상승하면 대개 난류로 변하여 직선 경로로 부터 요동을 치게 된다. 층류는 유동 경로의 단면이 비교적 작고 유동의 속도가 느리며 점성이 비교적 큰 경우에만 발생한다. 기름이 가는 관내를 통과할 때나 혈액이 모세관을 통과할 때에도 층류가 된다. 고체 경계면 근처, 특히 표면과 인접한 얇은 층을 제외하고 대부분의 경우에는 난류가 된다.관내유동에서 층류와 난류를 나누는 기준은 관 직경을 특성 길이로 하는 레이놀즈수가～2,300이며, 이보다 작은 경우에 층류, 큰 경우에 난류 유동이 된다.위의 열 경계층의 그림이 보여주듯이 층류와 난류의 열전달 특성은 많은 차이가 있으며, 다음과 같은 무차원수 관계식을 가진다.우선 마찰손실의 경우 유동의 속도분포가 유동의 진행에 따라 더 이상 변하지 않는 유동적으로 완전 발달한 경우 마찰계수는=(여기서=이다. 여기서는 유체의 밀도,는 평균속도,는 관 직경, μ은 점성계수이다. 위 식과 같이 관내유동에서 레이놀즈수,의 특성길이는 관 직경,를 사용한다.2.3 난류난류는 불규칙하게 움직이면서 서로 섞이는 흐름이다. 난류는 한 점에서 속도의 크기와 방향이 계속해서 변하므로 흐름이 잔잔하다 할지라도 바람이나 강은 일반적으로 난류이며, 전체적인 흐름이 일정한 방향으로 움직이더라도 공기 또는 물은 소용돌이를 친다. 대부분의 유체흐름은 난류이지만 유체 속을 움직이는 물체의 앞부분이나 관의 내면, 또는 점성이 큰 유체가 폭이 좁은 수로를 천천히 움직이는 경우처럼 물체의 표면과 매우 가까운 부분에서는 층류가 나타난다. 난류의 대표적인 예로는 동맥피의 흐름, 송유관 속의 기름의 흐름, 용암의 흐름, 기류 및 해류, 펌프나 터빈 속의 유체의 흐름, 배가 지나갈 때 물의 흐름 및 항공기 날개 끝 주위의 공기의 흐름 등이 있다.관의 반지름을, 유속을, 물의 동적 점성률을라 할 때가 어떤 값을 넘으면 층류가 난류로 전이함을 알 수 있다. 이때의는 무차원수로서 레이놀즈수라 하며 R로 나타낸다. 또 전이가 일어나는 레이놀즈수를 임계레이놀즈수라 하고 Rc로 나타낸다. 실험 결과에 따르면 임계레이놀즈수값은 둥근관 안의 물의 흐름에 대하여 2,300에 이른다고 한다. 난류는 여러 가지 소용돌이가 불규칙하게 존재하는 것으로 생각되는데, 층류에 비해서 수송계수가 크고 물체에 끼치는 저항 또한 크다. 난류 유동에서 있어서는 층류 유동과 같이 해석적인 해(analytic solution)을 얻지 못하고 실험적인 결과를 이용한 경험식을 사용하는 것이 보통이다. 유동적으로 완전 발달한 경우 마찰계수는 가장 간단한 형태에 있어서는 아래와 같이 나타내 진다. f = 0.184-0.2 ( 4×104
보일러의 보조기기와 부속장치
평가A좋아요
