PIEZOCRYST 터빈 압력 센서, 피에조크리스트

진동, 소음 계측기 전문 업체 싸이러스㈜입니다.
이번에는 Piezocryst사의 터빈 압력센서를 소개합니다.

CP505 터빈 압력센서, 그림 1

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많은 국가의 에너지 공급은 주로 가스터빈에 의존하는데, 가스터빈은 석유와 가스를 연소시켜 전기를 생산합니다.

따라서 이러한 터빈의 효율과 배출량은 환경에 상당한 영향을 미치며 엄격하게 규제됩니다. 질소산화물 배출량을 줄이기 위해 현대식 가스터빈에서는 희박 연료 혼합물의 연소가 점점 더 증가하고 있습니다. 하지만 이러한 희박 연소는 자체 연소 불안정성을 유발할 수 있습니다. 이러한 불안정성은 공명 현상으로, 처음 발생한 후 자체 강화 과정으로 이어져 최악의 경우 터빈이 완전히 파괴될 수 있습니다. 연소 진동이 발생하면 터빈 효율이 저하되고 수명이 크게 단축됩니다. 이러한 현상을 방지하기 위해 가스터빈 연소실에 압력 센서를 사용하여 초기 연소 불안정성을 감지합니다. 이 초기 단계에서는 터빈을 손쉽게 조정하여 부드럽고 안정적인 연소를 유지할 수 있습니다. 고성능 압전 센서는 특징적인 압력 강하를 통해 위험한 연소 정지를 감지할 수도 있습니다. 이상적으로는 연소 정지 모니터링 시스템 구축을 생략할 수 있습니다.

 

센서 기술

가스터빈에 사용하려면 센서가 극한의 내열성을 갖도록 설계되어야 하며, "일반적인" 금속 합금이나 플라스틱은 사용할 수 없습니다. 따라서 Piezocryst는 단결정 인산갈륨(GaPO4)으로 제작된 내화성 금속 합금, 귀금속, 사파이어 소자, 그리고 센서 소자만을 사용합니다. 케이블조차도 극한의 열 응력에 노출되며, 기존의 플라스틱 절연 케이블을 사용하지 않을 경우 냉각 공기 온도는 500°C를 초과할 수 있습니다. Piezocryst는 하드라인 케이블이라고 알려진, 극한의 내열성을 가진 니켈 기반 합금으로 제작되고 도체가 압축 세라믹 분말에 매립된 금속 케이블을 사용합니다. 이러한 조치를 통해 센서(케이블 포함)는 최대 700°C의 작동 온도에서 사용할 수 있습니다.

 

CP505 압력센서 단면, 그림 2

 

전문가 정보

모든 부품의 절연 저항은 400°C 이상의 온도, 특히 감지 소자의 경우 중요한 역할을 합니다. 사파이어 재질의 절연 소자 외에도 GaPO4 재질의 감지 소자가 사용됩니다. 이는 고온에서 내부 저항이 상당히 높아지기 때문에 다른 압전 재료에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 따라서 고온에서 생성된 전하가 전하 증폭기로 안전하게 전달되고, 불충분한 절연으로 인한 신호 손실을 방지하며, 순수한 측정 신호만 재생됩니다. 따라서 사용자는 저주파수에서도 정확하고 신뢰할 수 있는 측정을 수행할 수 있습니다.

 

우수한 신호대잡음비를 달성하기 위해 횡방향 GaPO4 감지 소자가 사용됩니다. 특히, 열 이방성 결정 재료에 피로 내성 전극을 적용하여 결정을 2차원으로 덮는 것이 과제입니다. 피에조크리스트는 이러한 목적을 위해 귀금속부터 전도성 세라믹에 이르기까지 다양한 고내구성, 고온 내성 코팅을 개발했으며, 이를 통해 오스트리아 슈타이어마르크주(슈타이어마르크)에서 나노 과학 연구상을 수상했습니다.

 

터빈에 대한 가속도의 영향을 정확하게 측정하기 위해 이 센서들은 가속도에 대한 내성이 특히 뛰어나도록 설계되었습니다. 매우 견고한 구조로 인해 센서는 근본적인 방향의 가속도 반응을 거의 나타내지 않습니다. 관련 질량을 줄임으로써 축 방향의 가속도 감도도 낮게 유지되었습니다. 까다로운 측정 작업의 경우, 능동적인 가속도 보상을 통해 가속도 감도를 더욱 낮출 수 있습니다. 이 경우, 가속도 센서가 압력 센서 하우징 내부에 설치되어 잘못된 가속도 신호를 정밀하게 보상하도록 설계되었습니다. 이 경우, 센서는 "순수한" 압력 신호를 제공합니다.

CP505 압력센서, 그림 3

 

이 능동 가속 보상 압력 센서는 0.25mbar/g의 가속 감도와 최신 가스터빈의 연속 모니터링에 이상적인 mbar 분해능을 제공합니다. 이 센서는 최대 700°C의 고온 환경에서도 탁월한 신호를 제공합니다. 콤팩트한 디자인으로 공간 제약이 심한 환경에서도 설치가 가능합니다.

자세한 내용을 원하시면 sales@cylos.co.kr, 031-251-1905로 문의를 주시거나, 싸이러스 홈페이지를 참고하시기 바랍니다.

 

참고자료 (reference) :

1. 싸이러스 홈페이지 (https://www.cylos.co.kr)

2. Piezocryst 홈페이지 (https://www.piezocryst.com/en/)

3. 싸이러스 네이버 블로그 (https://blog.naver.com/cylos_co)

4. 싸이러스 티스토리 블로그 (https://cylos.tistory.com/)

 

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