Introduction

회전기계는 동력의 생성과 전달 등에 핵심적으로 사용되며, 고장으로 인한 예기치 않은 가동 중단은 경제적 또는 사회적으로 손실을 가져온다. 즉 회전기계의 유지보수는 매우 중요하며, 최근에는 효율적인 정비를 위해서 실시간 측정 신호에 기반한 상태진단방법이 도입되고 있다.

이해미 등⁽¹⁾은 SVM (Support Vector Machine) 알고리즘을 사용하여 진단모델을 제작하였으며, 3축 가속도 센서로 측정한 진동 신호를 사용하여 볼 베어링의 스미어링 결함을 높은 정확도로 검출하였다.

서울대학교 연구팀^(2∼5)은 회전기계의 정보가 부족한 상태에서도 고장 진단을 수행할 수 있는 딥러닝 기반 알고리즘을 제안하였다. 그리고 딥러닝 알고리즘에 관계없이 입력노이즈에 의한 영향을 최소화 하는 학습 방법론을 제안하였으며, 실제 회전기계에서 발생하는 노이즈가 추가된 불균형질량, 오정렬, 접촉 및 오일 휘돌림 진동을 감지하고 진단하는데 성공하였다. 한편 기존 적대적 학습 방법 알고리즘을 개선하였고 실제 취득된 베어링 데이터로 검증하였다.

이국희 등⁽⁶⁾은 상태감시를 위한 데이터베이스 구축을 하였다. 진동 신호를 시간-주파수 분석 기법인 위그너빌 분포를 통해서 이미지화 하고 컨볼루션 오토엔코더 모델의 디코더를 활용하여 진동 이미지 데이터를 증강하였다. 생성된 데이터는 실제 진동 신호와 비교를 통해 검증되었다.

이승헌 등⁽⁷⁾과 유강민 등⁽⁸⁾은 불균형 질량과 오정렬에 의한 이상 진동을 감지하는 알고리즘을 만들고 결함 검출에 소요되는 시간에 대한 연구를 수행하였다. 그리고 고장 시뮬레이터 장비를 사용하여 가스터빈에서 발생할 수 있는 고장 진동 신호를 측정하고 주파수 영역에서 분석하였다.

김현두⁽⁹⁾는 회전기계의 신뢰성에 있어서 윤활유의 역할을 강조하였고, 윤활유 내부의 철분 감지 센서와 진동 센서를 활용한 상태 방법을 비교하였다. 기어박스와 같은 저속 회전기계에 대해서는 기계의 진동보다 윤활유의 상태를 모니터링 하는 것이 더 이른 시기에 고장 징후를 감지할 수 있음을 보였다. 추가적으로 경제적인 유지보수를 위해서 최신 IoT 기술의 도입이 필요함을 주장하였다.

김예진과 김영근⁽¹⁰⁾은 회전체 베어링 고장 진단을 위한 알고리즘과 신호 특성 추출기법, 특성 선별 기법의 조합에 따른 정확도를 비교하였다. 통계적 특성 추출, 포락선 신호 특성 추출, 웨이블렛 패킷 분해 신호 특성 추출 법을 별도로 사용하는 것보다 이들을 모두 합쳐 사용하는 것이 고장을 정확하게 파악할 수 있음을 보였고, 이때 SVM 알고리즘보다는 K-NN (K-nearest Neighbor)알고리즘이 더 정확도가 높았다.

이경재 등⁽¹¹⁾은 리얼타임 엔진 시뮬레이터를 사용하여 소형가스터빈 엔진을 모사하였고, 구성품이 고장난 경우에 엔진이 정상 상태와 어떻게 다르게 거동하는지 파악하고 정리하였다. 특정 엔진에 대해 모사한 연구이므로 일반화에 한계가 있으나 마이크로 가스터빈의 고장 진단 및 강건한 제어설계에 기여하였다.

서윤호 등⁽¹²⁾은 VAE (Variational Autoencoder)의 특성을 활용하여 실제 고장 데이터가 매우 부족한 대형 회전기계 시스템의 이상 진단을 수행하였다. 학습된 VAE는 기어 감속기를 사용하는 30 MW급 스팀터빈 발전기의 진동 신호를 측정하여 정격 운전 상태와 낮은 발전량 및 정지 상태를 94.5%의 정확도로 구분해 내었다. 더불어 재대로 진단해 내지 못한 경우와 센서의 오작동으로 인한 사례에 대한 분석도 구체적으로 다루었다. Mochammad 등⁽¹³⁾은 회전기계 결함 진달을 위한 강건하고 효율적인 분류모델을 만들었다. 5주간 동일한 조건으로 작동하는 베어링에서 측정한 가속도 데이터를 사용하여 효용성을 확인하였다. 하지만 저자는 단일 데이터셋에 대해서만 수행되었기 때문에 추후 다른 경우에 대해서도 적용되는지 확인해야하다고 언급하였다.

고명진과 박순섭⁽¹⁴⁾은 유도 전동기의 회전자 타입(알루미늄 다이캐스팅, 구리 다이캐스팅, 그리고 알루미늄-구리 하이브리드)에 따른 기계적 특성을 비교 분석하였다. 특히 전동기 효율 저하를 억제하는 미세절입 가공기술의 적용은 축의 흔들림을 50% 가량 감소 시켰으며, 양산 과정에서 밸런싱 기준을 개선할 수 있음을 보였다.

유찬욱 등⁽¹⁵⁾은 2 MW급 대형 차동커플링의 성능 실험을 수행하고 발표하였다. 해당 테스트는 정격조건에서 VDI 2056 Group G 기준, KS C IEC 60034-9 기준에 따라 진동레벨과 소음레벨을 측정을 포함하였다.

정호연과 구희모⁽¹⁶⁾는 최대 30도의 경사각 조건을 포함하는 모사된 잠수함 운용환경에서 전동기를 대상으로 MIL-STD 규격에 따라 진동 및 소음 평가를 수행하였다. 축소 모델 전동기의 베어링 부분의 진동과 지지대에서 발생하는 소음은 각도에 따라서 유의미하게 변화하였으며, 동기주파수 성분의 진동 및 소음이 가장 두드러졌다. 저자는 함정 설계 단계에서부터 이러한 점을 염두하여 적절한 베어링을 선정해야하고 경사 오차를 고려한 소음 기준레벨이 필요함을 주장하였다.

백두산 등⁽¹⁷⁾은 빔포일을 갖는 가스 포일 저널 베어링으로 지지되는 소형 공기압축기의 고속 시험 결과 발표하였다. 최대 100 krpm까지 실험이 수행되었으며, 아동기 주파수 성분은 매우 작게 측정되어 압축기의 회전체동역학적으로 안정성이 뛰어남을 확인하였다.

김규만과 류근⁽¹⁸⁾은 액체로켓엔진 터보펌프용 하이브리드 저널 베어링 실험 장치를 제작하고 회전체동역학적 특성을 측정하였다. 측정된 진동 신호에는 아동기 주파수 성분은 없었으며 이를 근거로 30 krpm 까지 안정적으로 구동이 가능함을 확인하였다. 위민수와 이호원 등^(19∼26)은 액체로켓엔진용 전기펌프 회전축 베어링 시스템의 회전체동역학 특성을 측정하기 위한 실험 장치를 구축하였다. 모사된 전기펌프 회전축은 하이브리드 유체 저널 베어링으로 지지되며, 다양한 유체 공급 조건(온도 및 압력)에서 축 변위 및 하우징의 가속도 진동을 측정할 수 있다. 큰 압축성을 갖는 공기, 비압축성 유체인 물, 극저온 유체인 액화질소를 사용하여 실험이 진행되었으며, 부상조건 확인, 불균형 질량 응답 측정 등이 수행되었다. 특히 압축성이 큰 유체로 하이브리드 저널 베어링을 작동시키는 경우 Pneumatic hammer 불안정성이 쉽게 야기됨을 확인하였다. 반면 비압축성 유체의 경우, 회전축은 아동기 주파수 성분 없이 안정한 동적 거동을 보였다.

김동희 등⁽²⁷⁾은 유도 전동기 로터의 양 끝에 위치한 엔드링의 기공이 회전체 진동과 베어링 내구성에 미치는 영향을 예측하였다. 불균형 질량을 만드는 엔드링의 기공의 분포 및 크기에 따라 회전축의 거동 및 베어링 수명이 매우 크게 달라짐을 수치해석을 통해 확인하였다. 특히, 양 엔드링에 존재하는 불균형 질량의 위상차가 역위상에 가까워질수록 축진동의 감소와 베어링의 수명이 증가하였다. 안상규 등⁽²⁸⁾은 주기적인 해를 찾는 유전알고리즘을 사용하여 플로팅 링 베어링으로 지지되는 단순한 대칭구조 회전축을 해석하는 연구를 소개하였다. 그리고 예측된 결과를 슈팅알고리즘으로 수행한 결과와 비교하여 검증하였다.

강현세, 이윤수, 그리고 유홍희^(29,30)는 회전하는 강체 축-블레이드 시스템의 모델링을 수행하고, 축과 블레이드 사이의 질량관성모멘트의 비율에 따라 시스템의 동적 모드가 어떻게 변화하는지 확인하였다. 여기에 이어서 홍태훈과 유홍희⁽³¹⁾는 오일러 빔으로 가정하였던 블레이드를 티모센코 빔으로 고려하여 모델링하였고, 인장, 굽힘, 비틀림 전단에 관한 고유진동수 분석을 하였다.

곽원일 등⁽³²⁾은 극저온 상태에서 작동하는 LNG 펌프에 적용되는 볼 베어링의 윤활 조건을 반영한 회전체 동역학 해석 연구를 수행하여, 윤활에 사용되는 유량이 펌프 시스템에 미치는 영향을 고찰하였다.

고아라 등⁽³³⁾은 스핀들의 재제조를 위해 역설계로 유한요소모델을 만들었으며, 수치해석을 통해서 구조적으로 안정함을 확인하는 연구를 수행하였다. 문재민 등⁽³⁴⁾은 BLDC 모터의 진동 특성을 정확히 예측하고자 전자기, 구조, 다물체 동역학이 연성된 수치해석을 수행하였다. 로터 회전에 의한 진동 특성을 예측하고 분석하였으며, 실험으로 측정한 진동 데이터와 비교하여 모델을 검증하였다.

오일 베어링은 윤활 유체로 오일을 사용하여 회전축과 베어링을 분리한다. 볼 베어링과 같은 구름 요소 베어링에 비해 마찰 및 마모가 적고, 고속에서 높은 하중지지력을 가진다. 그러나 오일 베어링은 베어링 성능이 윤활유 온도에 큰 영향을 받으며, 고속에서 불안정성이 쉽게 발생하는 단점을 가지고 있다. 그러므로 베어링 및 윤활유 온도가 오일 윤활 베어링에 미치는 연구와 불안정으로 인한 축의 휘돌림 거동을 억제 하기 위한 연구가 중요하다. 이러한 특성을 가진 오일 베어링은 현재 다양한 회전기계에 적용되고 있으며, 베어링의 특성을 예측 및 측정하기 위한 해석적 및 실험적 연구가 활발하게 진행되고 있다.

볼 베어링은 크게 회전축과 접촉하는 내륜, 여러 개의 볼 그리고 외륜으로 구성되며 축 회전 시 발생하는 마찰과 마모를 줄이는 역할을 한다. 볼 베어링은 레이스와 볼이 점접촉을 하며 회전하므로 롤러 베어링과 비교하여 마찰 계수가 낮은 장점이 있다. 이러한 특징을 가진 볼 베어링으로 지지되는 회전축-베어링 시스템의 신뢰성 확보를 위한 다양한 연구가 진행되어 왔다.

구름 요소에서 발생하는 마찰, 베어링의 강성 및 피로 수명 등을 예측하기 위한 해석적 연구들이 수행되었다. Rivera 등⁽⁶⁸⁾은 각 접촉 볼 베어링의 볼과 레이스의 마찰 토크를 진단하기 위해 각 볼의 Pure Rolling Line(PRL)을 예측하였다. 최대 15 krpm의 회전 속도 범위에서 축 방향 예하중, 반경 방향 하중 및 접촉각 등에 따라 PRL을 예측하였으며, 이를 통해 볼과 레이스웨이 간의 마찰 토크를 평가 할 수 있을 것으로 기대하였다.

윤관식 등⁽⁶⁹⁾은 상용 시뮬레이션 툴을 사용하여 상온 및 고온 조건에서 Steel을 재질의 볼 베어링에 축 방향 하중이 작용할 때의 강성을 예측하였다. 예측 결과 200°C의 고온에서 베어링 강성은 상온에서보다 약 6% 가량 감소하는 것을 확인하였다. 이에 따라 작동 온도 범위에서 베어링의 부품 선정 및 설계가 가능함을 나타내었다.

김봉준 등⁽⁷⁰⁾은 시스템의 고속 회전에 따른 원심력, 자이로스코픽 모멘트 그리고 온도 상승을 고려한 볼 베어링의 피로수명을 예측하였다. 예측 모델을 통해 볼베어링을 구성하는 요소의 온도 상승을 고려하여 하중 분포를 도출하였다. 피로 수명 방정식을 적용하여 간극과 공급 유량이 베어링 피로 수명에 미치는 영향을 계산하였다.

실험적 연구는 해석적 연구와 병행하여 수행되었으며 회전축의 회전에 따른 볼 베어링의 수명 등의 특성을 평가하고자 하였다. Zhao 등⁽⁷¹⁾은 케이지가 없는 볼 베어링의 파손 및 결함을 진단하기 위해 실험적 및 해석적 연구를 수행하였다. 먼저 최대 9 시간에 걸친 구동 실험을 통해 예측된 레이스웨이의 마모 깊이와 측정된 깊이를 비교하여 예측 모델을 검증하였으며, 이를 통해 가변형 직경을 가지는 레이스웨이의 마모 깊이는 볼의 파손과 관계가 있음을 밝혔다.

송민국 등⁽⁷²⁾은 볼베어링의 수명 확보를 위해 하우징 내부 온도와 회전 속도에 따른 그리스 누유량을 성능평가 인자로 하여 주입 주기를 평가하였다. 실험을 통해 결정한 온도 및 회전 속도 범위 내에서 시간에 따른 그리스 누유량 변화를 예측하여 제조사 제공 데이터와 비교하였다.

이용도 등⁽⁷³⁾은 최대 3,600 rpm의 회전 속도 및 극저온 펌프의 구동 조건을 적용하여 볼베어링의 토크를 실험적으로 측정하였으며, 이를 예측 결과와 비교하였다. 연구 결과, 구동 과정에서 전체적으로 베어링 토크는 일정하게 유지된 반면에 측정과 예측은 약 50% 가량의 차이를 보여 예측 모델 개선의 필요성을 강조하였다.

이해미 등⁽⁷⁴⁾은 3축 가속도센서를 사용하여 획득한 진동데이터를 기반으로 SVM(Support Vector Machine) 알고리즘을 적용하였다. 볼베어링(NTN Bearing 7014) 내륜 결함을 SVM 알고리즘을 통해 정상과 결함 상태를 진단하였다. 예측 모델과 실험으로 측정한 진동데이터의 비교를 통해 모델의 정확성을 검증하였으며 베어링 및 회전기계의 상태 진단 시스템을 구축하였다.

롤러 베어링은 내륜과 외륜 사이에 여러 개의 롤러가 삽입된 구름 요소 베어링이다. 롤러의 접촉면이 볼보다 넓으므로 볼 베어링보다 하중 지지력이 높다는 장점을 가진다. 롤러 베어링의 형상 및 구동 조건에 따른 특성을 평가하기 위한 해석적 연구가 진행되었다.

오현일 등⁽⁷⁵⁾은 테이퍼 롤러 베어링의 형상에 따른 특성 변화를 규명하고자 롤러의 각오차가 베어링 특성에 미치는 영향을 시간 영역 해석을 통해 예측하였다. 베어링 강성은 시간에 따른 각오차와 롤러에 미치는 하중 변화를 통해 계산하였다. 연구 결과, 롤러의 각오차가 베어링 회전 과정에서 하중 분포, 강성 변화 및 피로 수명에 영향을 미침을 보였다.

2,000,000 이상의 DN 넘버에서 회전하는 항공기 엔진은 롤러 및 케이지가 축보다 느리게 회전하는 슬립(Slip)이 발생할 수 있다. 김선제⁽⁷⁶⁾는 슬립에 따른 베어링의 피로 및 파손을 방지하고자 반경 방향 간극을 반영하는 롤러 베어링 해석 모델을 개발하였다. 다양한 DN 넘버, 하중, 공급 오일 특성 및 베어링 형상이 케이지의 슬립에 미치는 영향을 예측하였다. 연구를 통해 개발한 케이지 슬립 예측 모델은 롤러 베어링의 구동 조건을 평가하며 효율적인 반경 방향 간극 설정 방법을 제공할 것으로 기대하였다.

김재승 등⁽⁷⁷⁾은 풍력 터빈의 주축을 지지하는 테이퍼 롤러 베어링의 강성을 1차원화 된 유한요소모델을 통해 계산하였다. 상용 유한요소해석 프로그램을 통해 롤러를 스프링 요소로 모델링하였으며, 강성 기울기가 일정한 선형 모델의 경우 ISO 16281 베어링 강성과 다른 거동을 보여 강성의 비선형성이 고려되어야함을 강조하였다. 스프링 요소의 비선형성을 반영한 예측 모델을 통해 테이퍼 롤러 베어링으로 지지되는 풍력 터빈 시스템의 구조 강도를 정확히 평가할 수 있음을 보였다.

김태우 등⁽⁷⁸⁾은 스큐잉이 베어링 하중 분포와 롤러의 동적 거동에 미치는 영향을 예측하기 위해 테이퍼 롤러 베어링 열 네트워크 모델을 사용하였다. 온도 상승 요인으로 축 회전속도, 베어링에 적용되는 하중 및 유량 등을 고려하였으며, 이를 바탕으로 스큐잉이 해석 모델에 미치는 영향을 연구하였다.

한종우 등⁽⁷⁹⁾은 풍력발전기에 적용되는 롤러 베어링의 강성을 확보하기 위해 Partition of Unity(PU) 기반 유한요소 모델을 개발하였다. 개발한 모델을 통해 롤러 베어링의 비선형 동적 응력해석을 수행하였으며, 기존 상용 유한요소 프로그램과 비교하여 잘 일치하는 것을 확인하였다.

김태우 등⁽⁸⁰⁾은 복열테이퍼 롤러 베어링의 윤활유 및 구조물의 마찰과 점성전단으로 인한 열 팽창을 고려한 수치해석 모델을 개발하였다. 이를 통해 외부 하중, 유량 및 회전 속도에 따른 열 팽창이 베어링 하중 분포에 미치는 영향을 계산하였다.

장서영 등⁽⁸¹⁾은 선행 연구에 사용된 해석 모델을 검증하기 위한 실험적 연구를 진행하였다. 지름과 길이가 10 mm인 롤러에 정하중을 가하여 변위를 예측하였으며, 하중과 변위의 관계를 통해 강성을 계산하였다. 연구 결과, 기존 수식을 통해 도출된 강성은 유한요소 해석을 통한 결과와 약 9%의 오차를 보였으며, 이를 바탕으로 해석 모델의 신뢰성을 확보하였다.

래버린스 실은 비접촉 실로서 다양한 유체 기계에서 누설을 최소화 하고 효율을 상승시키기 위해 사용되고 있다. 특히, 온도의 영향이 적고, 회전저항이 거의 없기 때문에 다양한 속도 및 압력에서도 사용할 수 있다는 장점이 있다. 래버린스 실에서 유체는 여러 개의 이(teeth)와 공동(cavity)이 반복적으로 설치된 미로(Labyrinth) 형태의 유로를 통과한다. 이 때 와류가 발생하여 유체의 운동에너지를 감소시키며, 유동을 제한하고 누설유량을 감소시킨다. 래버린스 실의 종류에는 회전부(Rotor)에 팁이 있는 Tooth on Rotor(TOR) 형상, 비회전부(Stator)에 팁이 있는 Tooth on Stator(TOS) 형상, 그리고 교차 형상인 Interlocking Labrtinth Seal(ILS) 형상이 있다. 래버린스 실은 회전체의 전방 휘돌림(Forward whirling)을 악화시키는 연성강성계수의 값이 크게 나타나는 경우가 많이 발생하여 동특성계수의 해석 및 예측에 관한 연구가 많이 진행된다. 래버린스 실에 생기는 마모의 종류로는 축과 실 팁의 마찰 및 마모로 인한 문지름홈(Rub-groove)과 작동유체의 흐름으로 인한 팁의 마모(Wear) 등이 있다. 래버린스 실은 기밀 특성이 우수하며 제작과 설치가 쉬운 장점이 있지만 실과 로터 사이 간극에서 발생하는 유체의 힘은 회전기계에 불안정 진동을 유발한다. 또한 래버린스 실의 기밀특성은 팁 이(teeth)의 개수, 팁 형상, 팁 간극 등에 의해 달라질 수 있기 때문에 정확한 누설유량 및 동특성 계수 예측이 반드시 필요하다.

장현준 등⁽⁸⁷⁾은 LNG 연료 펌프에 적용되는 래버린스 실의 누설유량 및 동특성 해석 연구를 수행하였다. 연구는 흡입 케이싱, 회전차, 디퓨져, 토출 케이싱 및 Wear-ing 틈새를 포함하여 5단 LNG펌프시스템 전체의 유동해석을 전산유체역학 모델을 이용하여 수행하였다. 그리고 실의 동특성 및 누설유량을 해석하기 위해 각 단 실 입구의 Swirl 성분을 고려하였으며, 실의 입구로 유입되는 유동 분포를 각각의 Stage의 실 입구 경계 조건으로 적용하였다. 이를 통하여 다양한 휘돌림 주파수에서 로터에 가해지는 법선력과 접선력을 계산하고, 플레인 실과 래버린스 실의 동특성을 예측하였다.

김지환 등⁽⁸⁸⁾은 작동유체의 누설을 효과적으로 감소시키기 위해 계단식 래버린스 실의 형상변수의 변화에 따른 토출계수 해석 연구를 수행하였다. 해석 결과, 공동 폭 및 간극 위치를 변경함으로써 약 10%가량의 토출계수 저감 효과를 확인하였다.

손대오 등⁽⁸⁹⁾은 비회전부(Stator)에 팁이 있는 Tooth on Stator(TOS)형상의 래버린스 실에서 문지름홈(Rub-groove)의 형상을 사각형 형태로 가정하고 해석을 진행하였다. 문지름홈(Rub-groove)의 깊이를 증가시키면서 해석한 것은 Model 1, 너비를 증가시키면서 해석한 것은 Model 2로 하였다. 해석 결과, Model 1은 문지름홈(Rub-groove)이 없는 경우에 비해 감쇠계수와 연성강성계수 그리고 누설유량이 감소하였다. Model 2는 문지름홈(Rub-groove)이 없는 경우에 비해 연성강성계수만 감소하였고, 감쇠계수와 누설유량은 증가하였다. 이를 바탕으로 문지름홈(Rub-groove)의 너비증가에 의한 밀봉효과가 감소하였으며, 이를 통해 래버린스 실과 그루브 실의 최적화를 통해 실의 밀봉효과를 향상시킬 수 있음을 보였다.

박준혁 등⁽⁹⁰⁾은 교차형 스러스트 래버린스 실의 Bulk flow 모델을 개발하고 누설 특성에 대해 연구하였다. 개발한 예측 모델을 기존 CFD를 이용한 해석 결과와 비교하여 검증하였으며, 검증 모델을 사용하여 스러스트 래버린스 실을 갖는 원심형 임펠러의 축력을 예측하였다. 예측 결과 스러스트 래버린스 실의 간극이 증가함에 따라 누설유량은 증가하였다. 교차 형상의 누설유량은 이(teeth)의 개수가 증가하면 감소하였고, 교차 형상이 적용된 임펠러는 회전속도와 실 간극이 증가할수록 누설유량이 증가하였다. 이를 바탕으로 스러스트 베어링이 하중지지성능 설계에 활용이 가능하게 하는 축력 예측 결과를 확인하였다. 또한, 배면에 스러스트 래버린스 실을 갖는 임펠러의 누설 성능을 예측하였다.

김지환 등⁽⁹¹⁾은 누설유량의 저감을 용이하도록 하기 위해 엇갈린 래버린스 실의 형상변수의 변화에 따른 토출계수를 해석하였다. 해석 결과, 엇갈림 높이가 증가할수록 토출계수에 영향이 커졌고, 약 3 배 이후부터는 영향이 작아지는 것을 확인하였다. 또한, 공동 폭과 간극의 위치를 변화함으로써 약 10%의 토출계수 저감 효과가 나타난 것을 확인하였다.

허민석 등⁽⁹²⁾은 직선형 래버린스 실과 계단형 래버린스 실에서 회전속도와 간극에 따라 달라지는 누설 특성을 분석하기 위해 CFD 해석을 수행하였다. 해석 결과, 계단형 실의 유량함수는 모든 간극 크기에서 직선형 실보다 더 작게 나타났다. 계단형 실은 간극의 크기가 증가함에 따라 유량함수는 감소하였으나 일정 크기 이상으로 증가했을 때에는 유량함수가 증가하였다. 반면에, 직선형 실은 간극이 증가함에 따라 유량함수가 감소하였다.

이정인 등⁽⁹³⁾은 Bulk flow 모델을 이용하여 래버린스 실의 누설유량과 동특성 계수를 해석하였다. 공동의 압력과 실 끝단의 누설유량을 해석하기 위해 Neumann의 누설유량 경험식과 Fliegner의 질식 상태 누설유량 방적식을 이용하였다. 전단응력 계산은 Blasius의 벽면 마찰계수 모델을 이용하였고, Bulk flow 모델의 지배 방적식을 제어체적 모델에서 유도하여 압력, 유속, 간극의 섭동을 고려한 변수를 대입하고 비정상상태 지배방정식을 유도하였다. 또한, 해석 결과를 기존 발표된 실험 결과와 비교해 신뢰성을 검증하였다. 이정인 등⁽⁹⁴⁾은 스월 브레이크가 있는 래버린스 실의 동특성 계수를 예측하기 위해 Bulk flow 모델과 CFD 해석을 사용하였다. Bulk flow 모델에서는 Neumann과 Fliegner의 누설유량 방적식을 이용하여 각각의 공동의 압력과 래버린스 실 끝단의 압력을 해석하였다. 또한, 공동 내 원주방향 유속과 벽면 전단응력을 계산하기 위해 Blasius의 벽면 마찰계수 모델을 사용하였다. CFD 해석에서는 스월 브레이크를 프리스월 속도만큼 회전하도록 설정하였다. 실제 실에서 발생하는 휘돌림 효과를 정상상태 해석에서 모사하였으며, 로터에 작용하는 힘을 휘돌림 속도에 대해 Curve-fitting을 하여 동특성 계수를 해석하였다.

정진우 등⁽⁹⁵⁾은 정적 상태에서의 필름 라이딩 실 누설 측정 실험 장치를 개발하고 필름 라이딩 실의 그루브 형상 변화에 따라 달라지는 누설 방지 성능에 대하여 연구를 진행하였다. 그루브가 존재하지 않는 실과 그루브의 깊이가 각각 0.6과 1을 가지는 실에 대하여 실험을 진행하였다. 실험 결과, 그루브 깊이가 감소할수록 누설 방지 성능이 향상되었고, 그루브가 없는 경우에 누설 방지 성능이 가장 우수하였다. 정권종 등⁽⁹⁶⁾은 정적 실 누설 평가 실험 장치를 개발하여 유막 두께의 변화와 총 5가지의 압력비에 따른 누설유량 측정 실험을 수행하였다. 측정 실험 결과, 실의 유막에서 압력강하 형태가 나타났으며, 압력비와 간극이 증가하면 유량도 증가하였다.

조시영 등⁽⁹⁷⁾은 실의 팁 상단에 부분적으로 작은 크기의 허니컴 셀을 가진 혼합형 허니컴 실(mixed honeycomb seal)에 대한 CFD 해석을 통해 간극의 변화에 따른 누설 특성을 분석하였다. 일반적인 허니컴 실과 비교한 결과, 혼합형 허니컴 실은 모든 간극에서 누설 성능이 향상되었다. 그리고 셀이 더 작아질수록 누설 성능이 더욱 향상되는 것을 밝혔다.

윤태두 등⁽⁹⁸⁾은 림 실 내부에 에어포일 형상과 스월러 형상의 도입이 실링 효율에 미치는 영향에 대한 수치 해석을 진행하였다. 해석 결과, 스월러 형상은 약 14.7%의 실링 효율이 증가하였고, 에어포일 형상은 스월러 형상보다 약 20%의 효율이 증가하였다.

윤태두 등⁽⁹⁹⁾은 에어포일 형상을 림 실 내부에 도입하여 URANS(Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes) 방식으로 비정상상태 수치해석을 진행하였다. 해석 결과, 에어포일 형상과 기본 형상인 더블 림 실은 endwall 위치에서 동일한 실험 값이 도출되었다. 또한, 실링 효율은 에어포일 형상이 기본 형상보다 약 20% 증가하였다.

성지훈 등⁽¹⁰⁰⁾은 Double C-Type의 메탈 실을 설계하였으며, 해석 결과를 기존 0-Type 및 C-Type 메탈 실의 기계적 특성과 비교하였다. 비교 결과 누설유량의 효과는 기존 메탈 실보다 향상되었으며 극저온, 고온, 고압 등의 조건이 요구되는 극한환경에서도 사용 가능함을 보였다.

최용철 등⁽¹⁰¹⁾은 누설부 간격에 따른 펌프의 특성 변화를 연구하였으며, 누설부 존재 여부에 따른 볼류트 형상변화가 펌프 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 볼류트의 기존 단면 형상을 둥근 사다리꼴에서 원형으로 바꿀 경우 볼류트 내부 유동장에 비대칭성이 발생하였으며, 이로 인해 유동 역류가 발생하여 펌프 효율이 감소하였다. 연구 결과를 통해 펌프 효율을 증가시키기 위해서는 볼트류 형상 및 비 대칭성을 고려해야 함을 보였다.

황성호 등⁽¹⁰²⁾은 동적 실의 누설 성능을 평가할 수 있는 실험 장치를 개발하여 필름 라이딩 실의 부상 및 누설 특성을 확인하였다. 실험 장치는 회전속도, 입구 압력과 출구 압력에 따른 누설유량, 진동 가속도, 실 패드의 변위 변화 등을 측정하였다. 대기압 상태에서 회전축의 자유감속 실험을 한 결과, 누설유량은 압력비에 따라 달라졌다. 또한, 유체 동압에 의해 필름 라이딩 실이 부상하여 유막을 형성하는 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 필름 라이딩 실은 누설 유량 감소에 유리함을 보였다.