Turbo charger는 배기가스로 구동되는 엔진의 과급기로서 엔진의 효율을 높이는 장치로 많이 사용되고 있다. 특히 대형 선박엔진의 고효율은 연료비의 절감이과 엔진의 출력을 높여 운항시간의 단축 효과를 가져 올 수 있어 매우 많이 사용되고 있다. 이 장치의 내부에는 터빈 블레이드가 로터에 장착되어 고속으로 회전되어 배기가스의 흡입과 배출을 원활이 하도록 하는데, 터빈블레이드가 정밀하게 생산되어야 회전 시 backlash를 줄여 진동 소 음의 발생을 작게 한다. 수십 개의 각 터빈의 형상과 무게가 균일해야 balancing을 맞출 수 있게 된다. 종래의 터빈 블레이드는 주조로 생산된 블레이드 형체의 금속을 정밀가공 하였으나 주물강의 인장강도와 피로강도가 높지 않아 장기간 사용 시에 파손되거나 조립부의 마멸 때문에 진동 소음 발생의 우려가 있었다. 본 연구에서는 인장강도와 피로강도가 높은 단조 강을 사용하여 터빈블레이드를 정밀 생산하여 소재의 기계적 특성을 향상시켜 소음 진동의 발생을 억제하고 이를 밸런싱 테스트 하여 구조적으로 안정적인 터빈블레이드의 개발에 관한 것이 연구목적이다. 터빈블레이드는 dovetail 역할을 하는 블레이드의 root 부와 날개부분의 airfoil 부분으로 나누어 개발한다. Root 부위의 2개 평행면의 중심면, root와 airfoil 경계면, 블레이드의 수직 평행면의 3면의 교차점을 블레이드의 원점 으로 정한다. 블레이드의 root 부분은 곡선의 형태를 수평 이동하여 연결한 ruled surface로 형성되어 있으므로, wire EDM으로 형상을 따내고 이를 creep-feed 연삭으로 정밀 가공하여 곡면의 표면을 생성한다. 이 부분의 가공 을 위해 형상에 맞는 roll dresser와 jig의 개발이 필요하다. 이 root가 rotor의 축에 결합되므로 선의 윤곽도 공차 가 엄밀해야 한다. Airfoil 부위는 자유곡면으로 형성되어 5축 공작기계에 의해 정밀가공을 한다. 이때에 블레이드의 형상공차를 맞추어야 하며 airfoil의 표면거칠기 정밀도뿐만 표면의 면윤곽도 공차를 범위 내에 맞추도록 한다. 블레이드 모 서리 부분의 leading edge 와 trailing edge의 곡률의 윤곽정밀도를 향상시켜 곡률반경 0.47~0.67에 속하도록 하며 선윤곽도 공차를 관리한다. 형상이 완성되면 shot peening 방법으로 재료표면의 경도와 소재의 피로강도, 인장강도를 높이는데 5 bar의 압 력으로 강구를 표면으로부터 10mm 거리에서 발산시켜 강화한다. 정밀가공 후 밸런싱 머신에 회전 벨런싱을 테스트 하여 정밀도를 검증한다. 본 연구는 터빈블레이드의 정밀생산에 관하여 발표하며 root는 고속회전 시 backlash를 줄이도록 특히 선의 윤곽정 밀도가 0.025 이내에 오도록 생산하였고 밸런싱 값이 485gmm으로 정밀 생산되었음을 입증하였다.

• 정종윤(창원대학교 산업조선해양공학부)