A concept of micro nuclear reactor with supercritical $CO_2$ (S-$CO_2$) Brayton cycle namely KAIST Micro Modular Reactor (MMR) with 12MWe power output is being developed to serve as a distributed power source for remote region. In order to successfully develop MMR, issues of bearing capacity for shaft levitation have to be resolved. In order to support a shaft for 12MWe system the magnetic bearing is suggested to be suitable instead of gas foil bearing which has lower levitation force. However, several previous studies on the magnetic bearing showed that instability issues exist under high speed operating with high pressure fluid conditions. Therefore, controlling magnetic bearing instability becomes an important issue for the realization of MMR
The purposes of this research is to analyze instability of the magnetic bearing under S-$CO_2$ condition and propose functional requirements of the magnetic bearing. The shaft with magnetic bearings and operating under high pressure fluid is analyzed. In addition, the analysis results can be used for predicting the instability. Based on the results, a magnetic bearing test rig is constructed. By comparing experimental data to the analysis results, the analysis model is verified.
외부로부터 독립된 장소에서 분산전원으로 활용하기 위해 초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클을 이용한 소형 원자력 발전시스템인 12MWe 급 KAIST MMR이 개발 중에 있다. 이 MMR 사이클의 상용화를 위해 베어링의 불안정한 축 부양을 제어해야 할 필요성이 부각되었다. 축 부양력을 기존 가스포일 베어링보다 높이고 분산전원의 장점을 해치지 않기 위해 자기베어링이 제안되었다. 하지만 기존 연구를 통해 고압 유체 분위기로 고속 운전시 자기베어링의 제어가 불안정해지며 이 문제가 작동 유체의 상태, 특히 압력과 밀도에 기인하는 것으로 파악되었다. 따라서 MMR의 상용화를 위해서 자기베어링의 불안정성에 대한 연구가 필요하다.
본 연구의 목표는 자기베어링의 초임계 이산화탄소 조건에서의 불안정성을 해석하고 안정적인 운전을 위해 요구되는 성능을 제시하는 것이다. 이를 위해 자기베어링 내의 축과 작동유체간의 상호작용을 해석하여 불안정 운전의 원인을 분석하였다. 또한 해석 방법론을 통해 불안정성 영역을 판별하기 위한 모델을 제시하였다. 해석 결과를 기반으로 자기베어링 실험 장치를 제작하였다. 제작된 실험장치를 통해 얻은 해석결과와 개발한 해석 툴을 비교하여 해석 결과에 대한 검증을 수행하였다.
