To get higher efficiency of gas turbine, The designer should have more higher turbine inlet temperature (TIT). Today, modem gas turbine having sophisticated cooling scheme has TIT above $1,700^{\circ}C$. In the korea, many gas turbine having TIT above $1,300^{\circ}C$ was imported and being operated, but the gas with high TIT above $1,300^{\circ}C$ in the turbine will give damage to liner of combustor, and blade of turbine and etc. So frequently maintenance for parts enduring high temperature was performed. In this study, the heat transfer analysis of cooling air in the internal cooling channel (network analysis) and temperature analysis of the blade (Finite Element Analysis) in the first stage rotor was conducted for development of the optimal cooling passage design procedure. The results of network analysis and FEM analysis of blade show that the high temperature spot are occured at the leading edge, trailing edge near tip, and platform. so to get more reliable performance of gas turbine, the more efficient cooling method should be applied at the leading edge and tip section. and the thermal barrier coating on the blade surface has important role in cooling blade.
The last stage blade of the low pressure steam turbine remarkably affects turbine plant performance and availability Turbine manufacturers are continuously developing the low pressure last stage blades using the latest technology in order to achieve higher reliability and improved efficiency. They tend to lengthen the last stage blade and apply shrouds at the blades to enhance turbine efficiency. The long blades increase the blade tip circumferential speed and water droplet erosion at shroud is anticipated. Parts of integral shrouds of the last stage 40 inch blades were cracked and liberated recently in a combined cycle power plant. In order to analyze the root cause of the last stage blades shroud cracks, we investigated operational history, heat balance diagram, damaged blades shape, fractured surface of damaged blades, microstructure examination and design data, etc. Root causes were analyzed as the improper material and design of the blade. Notches induced by erosion and blade shroud were failed eventually by high cycle fatigue. This paper describes the root cause analysis and countermeasures for the steam turbine last stage blade shroud cracks of the combined cycle power plant.
Clocking effects of a stator on the performance and internal flow in an UTRC 1.5 stage axial turbine are investigated using a three-dimensional unsteady flow simulation. Six relative positions of two rows of stator are investigated by positioning the second stator being clocked in a step of 1/6 pitch. The relative efficiency benefit of about 1% is obtained depending on the clocking positions. However, internal flows have some different characteristics from that in the previous study at the best and worst efficiency positions, since be first stator wake is mixed out with the rotor wake before arriving at the leading edge of the second stator. Instead of the first stator wake, it is found that the wake interaction of the first stator and rotor has a important role on a relative efficiency variation at each clocking position. The time-averaged local efficiency along the span at the maximum efficiency is more uniform than that at the minimum efficiency. That is, the spanwise efficiency distribution at the minimum efficiency has larger values in mid-span but smaller values near the hub and casing in comparison to those at the maximum efficiency. Moreover, the difference between maximum and minimum instantaneous efficiencies during one period is found to be smaller at the maximum efficiency than at the minimum efficiency.
In the recently released accident-investigation report on blade failure, almost 70% of blade failures was found at low pressure turbine blades, and it is well known that main cause is due to the vibration modes. This paper describes the systematic approach on the root cause of the blade failure at L 0 stage, 30MW single flow industrial steam turbine which had tripped by high vibration after ten-month commercial operation. A fracture was found at the only one damping wire hole of 59 blades, and crack was detected at three damping wire holes by NDT. According to the analysis result for the crack fracture surface and the chain of the sequential operational events, we come to the conclusion that a typical high cycle fatigue is the most dominant factor caused to the blade failure, the resonance frequency margin was narrowed by the cut damping wire and the high cycle vibration was amplified, and then the blade was broken at once by the centrifugal force when the crack reached the critical size.
Kang, Soo Young;Jang, Hyuck Jun;Lee, Jeong Jin;Kim, Tong Seop;Park, Seong Jin;Hong, Gi Won
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.20
no.2
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pp.17-25
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2017
Prediction of performance and operating characteristics of a state-of-the-art ultra-supercritical (USC) steam turbine is an important issue in many ways. Theoretical and empirical correlation equations, developed a few decades ago, have been widely used in commercial programs for a prediction of performance. To improve of these correlation equations and apply them to the high pressure turbine of a USC steam turbine, computational fluid dynamic analysis was carried out and correlation equations to calculate efficiency variation of each stage were made. Both fluid dynamic characteristic and thermodynamic performance was analyzed for the development of the correlation equations. In particular, the impact of flow addition through an overload valve (OLV) between stages was examined throughly. The trend of pressure drop due to the flow mixing by the OLV flow addition was analyzed and an efficiency correlation equation considering the OLV flow was also made.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.7
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pp.831-840
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1999
In this work, an aerothermodynamic calculation model for cooled axial flow turbine blades with trailing edge ejection is suggested and a mean line performance analysis of a turbine stage with nozzle cooling is carried out. A unique model regarding the interaction between coolant and main gas is proposed, while existing correlations are adopted to predict viscous loss and blade outflow angle. The interactions considered are the heat transfer from main gas to coolant and the temperature and pressure losses by the mixing of two streams due to the trailing edge coolant ejection. For a stator blade without ejection, trailing edge loss calculated by the trailing edge analysis is compared with that calculated by loss correlation. The effect of heat transfer effectiveness of coolant passage on the mixing loss is analyzed. For a model turbine stage with nozzle cooling, parametric analyses are carried out to investigate the effect of main design variables(coolant mass flow ratio, temperature and ejection area) on the stage performance.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.13
no.3
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pp.20-26
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2009
Turbopump test for a 30-ton-thrust liquid rocket engine was carried out using real-propellant. Liquid oxygen, kerosene, cold hydrogen gas were used for the oxidizer pump, the fuel pump, and the turbine, respectively. The turbopump was reliably operated at the design and off-design conditions and the performance requirements were satisfied, which implies that the turbopump development at the engine subsystem level is successfully accomplished in the point of performance validation. This paper presents the results of a test where the turbopump was run for 75 seconds at three operating modes. In terms of performance characteristics of pumps and turbine, the results of turbopump assembly test using real-propellant showed a good agreement with those of the turbopump component tests using simulant working fluid.
Lee, Jong Hyeon;Park, Hee Sung;Jung, Jong Yun;Kim, Joon Seob;Jung, Ye Lim;Park, Sung Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.10
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pp.685-691
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2017
In this study, the influence of mass flow rate on the isentropic efficiency of the steam turbine nozzle stage is investigated. A realistic three-dimensional numerical model, which is based on the compressible Navier-Stokes equations, is developed for the steam phase. The comprehensive conservation laws and a kinetic model for steam are investigated. With two different models for the three-dimensional geometry of the nozzle stage, the pressure and temperature distributions, velocity, Mach number. and Markov energy loss coefficient are calculated. A maximum efficiency of 96.66% is found at a mass flow rate of 0.9 kg/s in model A. In model B, a maximum efficiency of 97.32% is found at a rate of 1.6 kg/s. It is determined that the isentropic nozzle efficiency increases as the Markov energy loss coefficient decreases through a nearly linear relationship.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.05a
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pp.11-17
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2009
Hot-fire test of a turbopump for a gas generator cycle rocket engine of 30 ton class was carried out in real propellant environment. Liquid oxygen and kerosene were used for the oxidizer pump and the fuel pump, respectively, while hot gas produced by the gas generator was supplied to the turbine. A part of the propellant discharged from the pumps was provided to the gas generator. The turbopump was run stably at both on-design and off-design conditions, satisfying all the performance requirements. This paper describes one of the test cases, where the turbopump was run for 120 seconds at three different operating modes in one test. In terms of performance characteristics of pumps and turbine, the results from turbopump assembly test using real propellant showed a good agreement with those from the turbopump component tests using simulant working fluid.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.4
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pp.475-480
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2010
The thermal barrier coating of a gas turbine blade was degraded by isothermal heating in a furnace and by varying the exposure time and temperature. Then, a micro-Vickers hardness test was conducted on the cross section of the bond coat and Ni-based superalloy substrate. Further, the thickness of TGO(Thermally Grown Oxide) was measured by using an image analyzer, and the changes in the microstructure and element contents in the coating were analyzed by using an optical microscope and by performing SEM-EDX analysis. No significant change was observed in the Vickers hardness of the bond coat when the coated specimen was degraded at a high temperature; delamination was observed between the top coat and the bond coat when the coating was degraded for 50 h at a temperature $1,151^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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