In this paper are presented the blade vibration characteristics at the starting conditions of the low pressure multistage axial compressor of heavy-duty 100 MW gas turbine. Vibration data have been collected through strain gauges during aerodynamic tests of the model compressor. The influences of operating modes at the starting conditions are investigated upon the compressor blade vibrations. The exciting mechanisms and features of blade vibrations are investigated at the surge, rotating stall, and buffeting flutter. The influences of operating modes upon blade dynamic stresses are investigated for the first and second stages. It is shown that a high dynamic stress peak of 120 MPa can occur in the first stage blades due to resonances with stall cell excitations or with inlet strut wake excitations at the stalled conditions.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.8
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pp.885-893
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2006
A dynamic model of turbo air compressor having multi-helical gear pairs is developed by transfer matrix method. The model accounts for the shaft and bearing flexibilities, gyroscopic effects and the force couplings among the transverse, torsion, and axial motions due to gearing. The program which can be used to analyze and predict the vibrational characteristics by the mass unbalance of the rotors and gear transmission error of turbo compressor is developed with this system model We expect this developed program to contribute the reduction of the vibration/noise on turbo compressor in the field of both design and manufacturing and can be used as a basic sub-program for CAD/CAM of low-noised gear teeth also.
The performance of a centrifugal compressor composed of an impeller, tandem diffuser rows and axial guide vanes has been predicted numerically and compared with available experimental results on its design rotational speed. The pitchwise-averaged mixing plane method was employed for the boundaries between rotor and stator to obtain steady state solutions. The overall characteristics showed differently according to the relative positions of tandem diffuser rows while the characteristics of impeller showed almost identical. The numerical results agree with the measured data in respect of their tendency. It turned out that 0% of relative positions is the worst case in terms of static pressure recovery and efficiency. According to the experimental results, some pressure fluctuations and malfunction of the compressor were observed for 75% case. However, this numerical calculation using mixing plane method did not capture any of those phenomena. Thus, unsteady flow calculation should be performed to investigate the stability of the compressor caused by different diffuser configuration.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Yu-Sung;Yang, Guo Wei;Jung, Kyu-Kang;Kim, Kyung-Hee;Min, Dae-Gee
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.652-653
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2009
In this study, flow-induced vibration (FIV) analyses have been conducted for a 3D compressor blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responses of designed compressor blades. Fluid domains are modeled using the computational grid system with local grid deforming and remeshing techniques. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $\kappa-\varepsilon$ turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating compressor model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D compressor blade for fluid-structure interaction (FSI) problems. Detailed dynamic responses and instantaneous pressure contours on the blade surfaces considering flow-separation effects are presented to show the multi-physical phenomenon of the rotating compressor blade.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Yu-Sung;Yang, Guo Wei;Jung, Kyu-Kang;Kim, Kyung-Hee;Min, Dae-Gee
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.6
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pp.551-559
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2009
In this study, flow-induced vibration(FIV) analyses have been conducted for a 3D compressor blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics(CFD) and computational structural dynamics(CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responses of designed compressor blades. Fluid domains are modeled using the computational grid system with local grid deforming and remeshing techniques. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $\kappa-\epsilon$ turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating compressor model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D compressor blade for fluid-structure interaction(FSI) problems. Detailed dynamic responses and instantaneous pressure contours on the blade surfaces considering flow-separation effects are presented to show the multi-physical phenomenon of the rotating compressor blade.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.2
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pp.56-74
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2013
Stall stagnations in the system of axial-flow compressors and ducts occur in transition from deep surge conditions to decayed or converged stall conditions. The present study is concerned with the boundaries between the deep surges and the stagnation stalls on the basis of analytical results by a code on surge transients analysis and simulation. The fundamental acoustical-geometrical stagnation boundaries were made clear from examinations of the results on a variety of duct configurations coupled with a nine-stage compressor and a single stage fan. The boundary was found to be formed by three parts, i.e., B- and A-boundaries, and an intermediate zone. The B-boundary occurs for the suction-duct having a length of about a quarter of the wave-length of the first resonance in the case of very short and fat plenum-type delivery duct. On the other hand, the A-boundary occurs for the long and narrow duct-type delivery flow-path having a length about a fifth of the wavelength and relatively small sectional area in the case of short and narrow suction ducts. In addition to this, the reduced surge-cycle frequencies with respect to the duct lengths are observed to have respective limiting values at the stagnation boundaries. The reduced frequency for the B-boundary is related with a limiting value of the Greitzer's B parameter. The tendency and the characteristic features of the related flow behaviors in the neighborhood of the boundaries were also made clearer.
A numerical analysis of shock wave/boundary layer interaction in transonic/supersonic axial flow compressor cascade has been performed by using a characteristics upwind Navier-Stokes method with various turbulence models. Two equation turbulence models were applied to transonic/supersonic flows over a NACA 0012 airfoil. The results are superion to those from an algebraic turbulence model. High order TVD schemes predicted shock wave/boundary layer interactions reasonably well. However, the prediction of SWBLI depends more on turbulence models than high order schemes. In a supersonic axial flow cascade at M=1.59 and exit/inlet static pressure ratio of 2.21, k-$\omega$ and Shear Stress Transport (SST) models were numerically stables. However, the k-$\omega$ model predicted thicker shock waves in the flow passage. Losses due to shock/shock and shock/boundary layer interactions in transonic/supersonic compressor flowfields can be higher losses than viscous losses due to flow separation and viscous dissipation.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.3
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pp.308-313
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2015
In this research, a multi-objective optimal design of a scroll compressor lower frame was approximated, and the design parameters of the lower frame were selected. The sensitivity of the design parameters was induced through a parameter analysis, and the thickness was determined to be the most sensitive parameter to stress and deflection. All of the design parameters regarding the mass are sensitive factors. It was formulated for the problem about stress and deflection to be caused by the axial load. The sensitivity of the design variables was determined using an orthogonal array for the parameter analysis. Using the central composite and D-optimal designs, a second polynomial approximation of the objective and constraint functions was formulated and the accuracy was verified through an R-square. These functions were applied to the optimal design program (NSGA-II). Through a CAE analysis, the effectiveness of the central composite and D-optimal designs was determined.
Flows in the centrifugal compressor volute with circular cross section are numerically investigated. The computational grid for the calculation utilized a multi-block arrangement to form a butterfly grid and flow calculations are performed using commercial CFD software, CFX-TASCflow. The centrifugal compressor of this study has axial diffuser after radial diffuser because of the shape of inlet duct and installation constraints. Due to this feature the swirling flow pattern is different from the other investigations. The flow inside volute is very complex and three dimensional with strong vortex and recirculation through volute tongue. The calculation results show circumferential variations of the swirl and through flow velocity and pressure distribution. The mechanism deciding flow structure is explained by considering the force balance in volute cross section. And static pressure recovery and total pressure loss are estimated from the calculated results and compared with Japikse model.
The effects of finite gap at the tip of turbomachinery blades have long been topics of both theoretical and experimental research because tip clearance degrades turbomachinery performance. This paper presents an analytical study of radial flow redistribution in a high speed compressor stage with axisymmetric tip clearance. The flow is assumed to be inviscid and compressible. The stage is modeled as an actuator disc and the analysis is carried out in the meridional plane. Upon going through the stage, the radially uniform upstream flow splits into the tip clearance and passage flows. The tip clearance flow is modeled as a jet driven by blade loading, or pressure difference between the pressure and suction sides. The model takes into consideration the detached shocks which occur in the rotor passage at the design point. This shock model is used to calculate the density ratio across the stage. Thus, the model is capable of predicting the kinematic effects of tip clearance in the high speed compressor flow field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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