핵심기술
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심장을 가진 기술!

100년 뒤에도 에너지 기계의 표준은 KTurbo.

 

KTurbo는
에어포일베어링, 정밀주조 임펠러, 공기역학 기술력, 고효율 고속모터 및 인버터라는
5가지 핵심기술을 가지고 제2의 산업혁명을 실현해 가고 있습니다.

 

Air Foil Bearing 에어포일베어링

기계적 마찰 없이, 윤활유 사용없이 KTurbo의 에어베어링은 세계최초, 반영구적 무급유 윤활 시스템입니다. 축이 회전할 때 발생하는 베어링과 축 사이의 공기 유동을 압력으로 변환시켜 회전축을 부양하고 윤활 기능도 수행합니다. 이 핵심기술은 전기동력이 기계적 마찰없이 축에 전달되므로 소음이 없고 높은 시스템 효율은 물론 반영구적인 내구수명을 제공합니다.

 

 

 

 

 

Impeller 임펠러

가장 진보된 공기역학시스템, KTurbo의 임펠러는 항공공학의 앞선 기술과 똑같습니다. 기존 알루미늄 임펠러에 비해 수명이 반영구적이고 높은 강도로 더 높은 압력을 제공하며 효율이 높습니다. 고도의 기술이 접목된 공정과 주조설비로 고효율 임펠러를 직접 생산하고 있습니다.

 

 

PM Motor 고속 영구자석 전동기

5천 RPM에서 20만 RPM까지, 5마력에서 600마력까지 KTurbo는 97%의 고효율 고속모터를 제공합니다. 정격전류의 5% 수준의 전류로 기동할 수 있어 별도의 기동반이 필요없습다. 또한, 센서리스 드라이브 기술을 적용하여 고온의 모터 환경에서도 정확한 제어가 가능합니다.

 

 

기술수준


- 최대 90kg 의 하중까지 지지
- 50,000 RPM 이상의 초고속 회전속도를 구현
- 10년간 3,000대의 응용 제품에 적용

공기 베어링이란?


- 회전기계에서 윤활오일을 사용하지 않고 주위에 있는 공기를 이용하여 윤활작용을 하는 베어링 흔히 에어포일(air foil)베어링이라고 부르기도 하는데 유연성과 저가격화의 가능성이 장점
- 항공분야에서의 포일 베어링은 1970년대부터 환경조절장치(ECS)에서 캐빈 내의 압력과 온도를 조절하는 핵심구성품인 ACM (Air Cooling Machine) 에 주로 사용되고 있으며, 가장 적절한 사용 예라고 볼 수 있다. 이 응용에서 포일 베어링은 오일시스템이 없으므로 캐빈내부를 오염시키지 않고, 정해진 정비 일정 없이 볼 베어링에 비하여 충분히 긴 시간의 안정적 동작을 가능 하게 하였다. 그리고, 베어링의 파손 시에도 터보 구성품의 파손이 거의 없는 장점을 제공하며, 보잉747에 사용된 포일 베어링은 수리 없이 10 만시간 이상의 동작을 하고 있다.
- 군사용 베어링은 더욱 고속과 열악한 환경 및 충격에 견디는 성능을 요구하고 있고, PM 모터에서는 고속에서 높은 효율을 제공하며 이에 따라 고속에 적합한 베어링이 요구되고 있다. 일반적으로 오일윤활 베어링으로는 이 요구성능을 제공할 수 없다. 결과적으로 포일 베어링이 고속모터에 적용되는 것이 최적이라고 알려져 있으며, 구조적으로 충분한 비정렬과 열, 진동을 견디어 낼 수 있어야 한다.

 

 

베어링 성능비교

 

구분 Air Foil Bearing Magnetic Bearing Tilting Pad Bearing Ball Bearing
윤활유 사용안함 사용안함 사용 사용
내구성/수명 반영구적 반영구적 반영구적 교체필요
유지보수 없음 보조 볼 베어링 교체 5년에 1번 정기점검 일정 시간 동착 후 교체
신뢰도 20 5 1 1
정전시문제 없음 보조 볼 베어링 수명단축 오일 압 저하로
사고 가능성 있음
오일 압 저하로
사고 가능성 있음
오류가능성 없음(완전기계식) 제어장치의 오동작
가능성 있음
오일계통의 유지보수 불량시 파손 가능성 있음 오일계통의 유지보수 불량시 파손 가능성 있음
시스템복잡성 단순(완전기계식) - 복잡한 제어기
- 베어링부의 전기유입
- 베어링 권선 수명제한
오일시스템복잡
(Pump, Filter,감압시스템, 압력센서, ..)
오일시스템복잡
(Pump, Filter,감압시스템, 압력센서, ..)
동력손실 초고속의 경우에도
모터출력의 0.5%이하
초고속 모터의 경우
1% 이상
기어와 함께 사용되며,
기어 손실포함 총 출력의
10%손실
기어와 함께 사용되는
경우 기어손실포함
총출력의5%
AS비용 1 100 30 30

 

 

 

3차원 유동해석에 의한 impeller 형상 설계

 

 

 

Rubber Mold 제조기술 ( Metal 금형으로는 불가능한 형상 제작 가능)

 

 

Impeller Balancing 및 Over speed Test 기술

Lost-Wax 공법을 이용하여 치수 및 표면조도 우수

Wall Thickness 0.3 mm 박막 형태 주조 가능

 

 

 

구 분 Aluminum Impeller SUS630 Impeller
수 명 10년 30년 이상
FOD(이물질) 대응 취약 강인
항복응력 여유 적음(20% 이하가 보통) 충분(50% 이상)
가 격 100 300
공기역학 성능 근본적으로는 재질이 아닌 설계에 의존하나 Stress를 적게 받게 하기 위하여 Backward Sweep각을 적게할 수밖에 없어 효율이 낮으며 동작 범위가 줄어듬. 항 복응력 여유가 충분하므로 최적의 효율을 제공하는 각도로 설계하여 효율이 높으며, 동작 범위가 넓음.
시간에 따른 성능감소 소재의 마모에 따른 성능의 감소가 큼. 마모가 적어 성능의 감소가 거의 없음.

 

 

고속모터/인버터 설계/제작/시험기술

기술 수준 : 400HP 급 motor/inverter 설계/제작

 

PM(permanent magnet) 모터는 회전자를 영구 자석으로 사용하고, 고정자 권선에서 만들어지는 전자력으로 회전시킨다. 즉, 소형 DC 모터의 브러시와 정류자를 트랜지스터나 그 외의 스위치 소자로 교체한 모터라고 정의할 수 있다.

 

Kturbo 모터/인버터의 특징

 

 

가변속 drive (VSD, variable speed drive)
세계 최대의 대용량급 (300kW급)
작은 기동전류(정격전류의 10% 이하)
높은 효율(95~97%)
초고속(최대 67,000 rpm)
부분 부하에서 고효율 유지
sensorless drive (high temperature reliability 확보)

 

 

모터 성능비교

 

구 분 유도전동기+증속기어 고속유도전동기+Inverter 영구자석 고속 전동기+Inverter
전부하효율
(축동력/투입전력)
0.95(전동기) * 0.95(증속기어) = 0.9 0.93(전동기) * 0.97(인버터) = 0.9 0.95(전동기) * 0.97(인버터) = 0.92
효율분석 고효율 전동기를 사용하면 유도전동기의 효율은 90%까지 올라가나, 증속기어에 의한 손실은 피할 수 없음. 회전자에 유도전류를 발생시키는 과정에서 에너지가 소실되며, 특히 고속으로 올라가면 슬립현상과 함께 그 손실은 더욱 증가되어 결국 효율이 낮아짐. 회전자 자체에 자력이 있으므로 회전자에 유도전류를 발생하는데 사용되는 에너지가 필요없으며, 영구자석의 위치를 파악하여 정확한 위치에서 회전자장을 발생시키므로 슬립이 없어 효율이 극대화 됨.
크 기 증속기어 부분이 커질 수밖에 없으며, 축 하중에 커서 베어링 및 윤활시스템이 복잡해 짐. 유도전류 밀도가 영구자석보다 낮으므로 크기가 커질 수밖에 없음. 유도전동기에 비하여 작아질 수 있다.
수 명 증속기어 및 베어링 수명 베어링 수명 베어링 수명
회전수 제어 불가능 가능 가능