Kim, Sitae;Jung, Kihyun;Lee, Junho;Park, Kihyun;Yang, Kwangjin
Tribology and Lubricants
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v.36
no.2
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pp.105-115
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2020
This paper presents a numerical study on the rotordynamic analysis of a dual-spool turbofan engine in the context of blade defect events. The blades of an axial-type aeroengine are typically well aligned during the compressor and turbine stages. However, they are sometimes exposed to damage, partially or entirely, for several operational reasons, such as cracks due to foreign objects, burns from the combustion gas, and corrosion due to oxygen in the air. Herein, we designed a dual-spool rotor using the commercial 3D modeling software CATIA to simulate blade defects in the turbofan engine. We utilized the rotordynamic parameters to create two finite element Euler-Bernoulli beam models connected by means of an inter-rotor bearing. We then applied the unbalanced forces induced by the mass eccentricities of the blades to the following selected scenarios: 1) fully balanced, 2) crack in the low-pressure compressor (LPC) and high pressure compressor (HPC), 3) burn on the high-pressure turbine (HPT) and low pressure compressor, 4) corrosion of the LPC, and 5) corrosion of the HPC. Additionally, we obtained the transient and steady-state responses of the overall rotor nodes using the Runge-Kutta numerical integration method, and employed model reduction techniques such as component mode synthesis to enhance the computational efficiency of the process. The simulation results indicate that the high-vibration status of the rotor commences beyond 10,000 rpm, which is identified as the first critical speed of the lower speed rotor. Moreover, we monitored the unbalanced stages near the inter-rotor bearing, which prominently influences the overall rotordynamic status, and the corrosion of the HPC to prevent further instability. The high-speed range operation (>13,000 rpm) coupled with HPC/HPT blade defects possibly presents a rotor-case contact problem that can lead to catastrophic failure.
When a threaded fastener is tightened, the torque-tension relationship is highly sensitive to two friction components: thread friction and head friction. In this study, we carried out friction experiments and analyses to determine the optimum clamping torque setting for bolt joints. First, we measured the coefficients of thread friction and head friction under the same running conditions of the bolt clamping process for lubricated and non-lubricated bolts. We also measured axial tension through bolt clamping tests using lubricated and non-lubricated bolts attached to a strain gauge. Finally, we compared the experiment and theoretical results.
This study presents the measured unsteady flctuation of impeller discharge flow for a centrifugal compressor in an unstable operating region. The characteristics of the blade-to-blade flow at rotating stall onset were investigated by measuring unsteady velocity fluctuations at several different diffuser axial distances using a hot wire anemometer. The flow characteristics in terms of the radial and tangential velocity components and the flow angle distribution at the impeller exit were analyzed using phase-locked ensemble averaging techniques. As a result, increase or decrease of the radial velocity component during the rotating stall is dominated by that of the suction side. The radial velocity distributions show the opposite trends in the regions where the radial velocity during rotating stall onset increases and decreases.
This study presents the measured unsteady fluctuation of impeller discharge flow for a centrifugal compressor in unstable operating region. The characteristics of the blade-to-blade flow at rotating stall onset were investigated by measuring unsteady velocity fluctuations at several different diffuser axial distances using a hot wire anemometer. The flow characteristics in terms of the radial and tangential velocity components and the flow angle distribution at the impeller exit were analyzed using phase-locked ensemble averaging techniques. As a result, increase or decrease of the radial velocity component during the rotating stall is dominated by that on the suction side. The radial velocity distributions show the opposite trends in the regions where the radial velocity during rotating stall onset increases and decreases.
A turbo-expander is developed for the regeneration in the expansion process. The turbo-expander operates in the partial admission and supersonic flow, and an axial-type single stage turbine is applied to the turbo-expander. Its outer diameter is 82mm and the operating gas is R134a. A 15kW reciprocating compressor is applied in this experiment and the turbo-expander is installed in the expansion process instead of the commonly using expansion valve. Two supersonic nozzles are applied for the expansion process. The high speed of R 134a after passing the supersonic nozzles gives the impulse force to the turbo-expander and some powers are generated on this process. A generator is installed at the end of the turbo-expander shaft. The generating output power from the turbo-expander is controlled by the power controller. Pressures and temperatures are measured on the lines for the performance investigation. More than 600W/(kg/sec) are generated in this experiment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.10
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pp.3272-3281
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1996
The flow analysis method which had been developed for the numerical calculation of 3-dimensional, incompressible and turbulent flow within an axial compressor was extended to the flow field within centrifugal impeller. In this method based on the SIMPLE(Semi Implicit Method Pressure Linked Equations) algorithm, the coordinate transformation was adopted and the standard k-.epsilon. model using wall function was used for turbulent flow analysis. The calculated flow fields have agreed very well with measurement results. Especially, 3-dimensional and viscous flow characteristics including secondary flows, jet-wake flow and decreased pressure rise along impeller passage, which can't be predicted by inviscid Q3D calculation were predicted very reasonably.
To research on change of blade row flow field with tip clearance caused by upstream periodic wake, an apparatus that generate periodic wake through traversing cylinders were installed. Then how movement of upstream wake affect cascade flow and tip leakage flow were measured. Cylinder was installed in front of 50% of chord length, and traversing velocity was calculated at approximately 11.7m/s regarding inlet velocity and chord length. To measure three-dimensional velocity of flow inside blade row, single slanted hot-wire was used. From the results, when the periodic wake is inserted, the flow inside of cascade is dominantly affected by vortex that is generated from cylinder. This periodic wake affects passage vortex and tip leakage vortex.
This paper is concerned with the viscous interaction between rotor and stator The viscous interaction is caused by wakes from upstream blades. The cascade was composed with five blades and cylinders were placed to make wakes and their location was about 50 percent of blade chord upstream. The location of cylinders were varied in the cascade axis with 0, 20, 40, 60 and 80 percent of pitch length. The velocity distribution in the cascade passage were measured using single slanted hot-wire and the ones in the boundary layer using boundary probe. As a result, wakes decay more rapidly at suction surface and more slowly at pressure surface. And the measurement of momentum thickness of cascade shows that the momentum thickness is larger near the blade surface. From measurement of blade boundary layer, turbulent intensity is also larger near the blade surface because wakes collide the boundary layer And wakes make boundary layer thickness smaller and delay flow separation.
This paper deals with design of Synchronous Reluctance Motor with conventional laminated rotor for driving an air conditional compressor in a vehicle. To design both stator and rotor, design parameters, such as laminated axial length, rotor diameter, resistance and inductance are considered. The design variables are selected to get the highest power by analyzing the characteristics. The current angle in which torque is maximum is accomplished by finite element method(FEM).
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2000.11a
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pp.39-39
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2000
축류 압축기 블레이드(blade)와 베인(vane)이 정하중(static load)에서 충분한 강도를 지니고 있더라도 반복하중이나 교번하중을 받게되면, 그 하중이 작더라도 파괴가 일어날 수 있다. 축류 압축기 블레이드와 베인의 피로파괴(fatigue failure) 현상은 개발 중인 가스터빈엔진 뿐만 아니라 현재 운용중인 엔진에서도 발생할 수 있는 엔진손상의 주요 원인이다. 블레이드나 베인의 동적 안정성 평가는 에어포일(airfoil)의 피로특성과 엔진운용조건에 따라서 발생하는 복잡한 공력가진과의 연관성을 고려하여 수행되어야 하기 때문에, 해석과 구성품 시험을 통하여 우선적으로 강도 평가를 실시하여야 한다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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