If the part of the HTS magnet is exposed to the outside of the cryogenic coolant due to the fluctuation of the height of the cooling liquid or the vapor generation, the uncooled part becomes very unstable. In this paper, the unstable equilibrium temperature distribution of the uncooled part of a superconductor is obtained, and the maximum temperature and energy are calculated as a function of the uncooled length. Similar to the superconductor stability problem, the current sharing model was applied to derive the theoretical formula and calculated by numerical integration. We also applied a jump model, which assumes that joule heat is generated in all of the uncooled segment, and compares it with the current sharing model results. As a result of the analysis, the stable equilibrium state and the critical uncooled length in the jump model are not shown in the current sharing model. The stability of the conductors to external disturbances was discussed based on the obtained temperature distribution, maximum temperature, and energy.
Kim, J.H.;Hyeon, C.J.;Quach, H.L.;Chae, Y.S.;Moon, J.H.;Boo, C.J.;Kim, H.M.
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.19
no.4
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pp.45-50
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2017
This paper presents a conceptual design and analysis for a 1-kW-class high-temperature superconducting rotating machine (HTSRM) rotor. The designed prototype is a small-scale integration system of a HTSRM and a HTS contactless rotary excitation device (CRED). Technically, CRED and HTSRM are connected in the same shaft, and it effectively charges the HTS coils of the rotor field winding by pumping fluxes via a non-contact method. HTS coils in rotor pole body and toroidal HTS wire in CRED rotor are cooled and operated by liquid nitrogen in cryogen tank located in inner-most of rotor. Therefore, it is crucial to securely maintain the thermal stability of cryogenic environment inside rotor. Especially, we critically consider not only on mechanical characteristics of the rotor but also on cryogenic thermal characteristics. In this paper, we conduct two main tasks covering optimizing a conceptual design and performing operational characteristics. First, rotor parameters are conceptually designed by analytical design codes. These parameters consider to mechanical and thermal performances such as mechanical strength, mechanical rigidity, and thermal heat losses of the rotor. Second, mechanical and thermal characteristics of rotor for 1-kW-class HTSRM are analyzed to verify the feasible operation conditions. Hence, three-dimensional finite element analysis (3D-FEA) method is used to perform these analyses in ANSYS-Workbench platform.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.05e
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pp.61-64
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2003
In the response to an increasing demand for electrical energy, much effort aimed to develop and commercialise HTS power equipments is going on around the world. For the development, it is necessary to establish the dielectric technology in $LN_2$. Hence many types of dielectric tests should be carried out to understand the dielectric phenomena at cryogenic temperature and to gather various dielectric data. Among the many types dielectric tests, the barrier effect were conducted with the simulated electrode after analysing the insulating configuration of the pancake coil type HTS transformer. The influence of a barrier on the dielectric strength was measured according to the size and the position of the barrier. It was shown that the effectiveness, the ratio of the breakdown voltage in presence of barrier to the voltage without barrier, is highest when the barrier is placed at the needle electrode side. And the barrier effect was not depend on the electrode array. The life time to breakdown with decreasing the applied voltage was increased remarkably having wide error band but the shape parameter in Weibull distribution was almost constant.
Ice ring formation, one of the core techniques in LNG storage in a lined rock cavern, is investigated through hydro-thermal coupled analysis. An ice ring acts as a secondary barrier in case of leakage of cryogenic liquid and as a primary barrier for groundwater intrusion into an LNG cavern. Therefore, the thickness and location of the ice ring are crucial factors for the safe operation of an LNG storage cavern, especially for maintaining the integrity of a primary barrier composed of concrete, PU foam, and steel membrane. Through numerical analyses, the position and thickness of the ice ring are estimated, and the temperature and groundwater level are compared with measured values. The temperature md groundwater level by numerical analyses show good agreement with the field measurements when temperature-dependent properties and phase change are taken into account. The schemes used in this paper can be applied for estimation of ice ring formation in designing a full-scale LNG cavern.
Korea Gas Corporation(KOGAS) is a Liquified Natural Gas(LNG) supplier through out the Korea. LNG, which is imported wholly from foreign countries, is compressed 1/600 for easy transportation and is stored in a liquid state in the storage tanks at Incheon, Pyeongtaek and Tongyeong. At LNG receiving terminals, LNG is vaporized to natural gas before supplying to City Gas Consumer or Power Plant. The secondary pump is a equipment which compress LNG from $10 kgf/cm^2$ to $70 kgf/cm^2$. The secondary pump at Tongyeong LNG receiving terminal is consisted of two pumps in one underground PIT, and is connected to supporting structures. It is therefore expected that there is a vibration problem with the pump and was found that high level vibration was occurred in a low frequency band(5${\~}$10Hz). In this paper, the vibration of secondary pump was analyzed, and the main cause of vibration was found out.
Chae, Yoon Seok;Kim, Ji Hyung;Quach, Huu Luong;Lee, Sung Hoon;Kim, Ho Min
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.23
no.4
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pp.61-69
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2021
This paper presents the analysis and experiment results on the electrical and thermal characteristics of metal insulation (MI) REBCO racetrack coil, which was wound with stainless steel (SS) tape between turn-to-turn layers, under rotating magnetic field and conduction cooling system. Although the field windings of superconducting rotating machine are designed to operate on a direct current, they may be subjected to external magnetic field due to the unsynchronized armature windings during electrical or mechanical load fluctuations. The field windings show the voltage and magnetic field fluctuations and the critical current reduction when they are exposed to an external magnetic field. Moreover, the cryogenic cooling conditions are also identified as the factors that affect the electrical and thermal characteristics of the HTS coil because the characteristic resistance changes according to the cryogenic cooling conditions. Therefore, it is necessary to investigate the effect of external magnetic field on the electrical and thermal characteristics of MI-SS racetrack coil for further development reliable HTS field windings of superconducting rotating machine. First, the major components of the experiment test (i.e., HTS racetrack coil construction, armature winding of 75 kW class induction motor, and conduction cooling system) were fabricated and assembled. Then, the MI racetrack coil was performed under liquid nitrogen bath and conduction cooling conditions to estimate the key parameters (i.e., critical current, time constant, and characteristic resistance) for the test coil in the steady state operation. Further, the test coil was charged to the target value under conduction cooling of 35 K then exposed to the rotating magnetic field, which was generated by three phrase armature windings of 75 kW class induction motor, to investigate the electrical and thermal characteristics during the transient state.
$SF_6$ gas has been used as arc quenching and insulating medium for high and extra high voltage switching devices due to its high dielectric strength, its excellent arc-quenching capabilities, its high chemical stability and non toxicity. Despite of its significant contributions, the gas was classified as one of the greenhouse gas in the Kyoto Protocol. Thus, many researches are conducted to find out the replacement materials and to develop the $SF_6$ gas useless electrical equipment. This paper describes experiments on the temperature change-related breakdown characteristics of $SF_6$ gas ($SF_6$) and $SF_6$ liquid ($LSF_6$) in a model GIS(Gas-Insulated Switchgear) chamber in order to show the possibility of more stable and safe usages of $SF_6$ gas. The breakdown characteristics are classified into three stages, namely the gas stage of $SF_6$ according to Paschen's law, the coexisting stage of $SF_6$ gas with liquid in considerable deviation at lower temperature, and the stage of $LSF_6$ and remaining air. The result shows that the ability of the $LSF_6$ insulation is higher than the high-pressurized $SF_6$. Moreover, it reveals that the breakdown characteristics of $LSF_6$ are produced by bubble-formed $LSF_6$ evaporation and bubbles caused by high electric emission and the corona. In addition, the property of dielectric breakdown of $LSF_6$ is determined by electrode form, electrode arrangement, bubble formation and movement, arc extinguishing capacity of the media, difficulty in corona formation, and the distance between electrodes. The bubble formation and flow separation phenomena were identified for $LSF_6$. It provides fundamental data not only for $SF_6$ gas useless equipment but also for electric insulation design of high-temperature superconductor and cryogenic equipment machinery, which will be developed in future studies.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.515-519
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2011
Structural tests for the mixing head of a 75tonf class thrust chamber were performed to verify structural stability. The mixing head of a thrust chamber is loaded by high pressure with regeneratively cooled fuel and cryogenic liquid oxygen(LOx) as well as it transfers thrust load generated by liquid rocket engine. Therefore structural stability of mixing head is a very important factor to work without any plastic deformation or structural failure. In this study, two mixing heads were manufactured using different welding methods, Tungsten Inert Gas(TIG) welding and Electron Beam Welding(EBW) and evaluated a structural stability. The results of structural tests showed that the mixing head assembled by EBW can withstand the applied design load without any structural failures and be structurally more stable than that of TIG welding.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.721-724
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2011
A system to pressurize propellants stored in propellant tanks is necessary to feed liquid-propellants into combustion devices at the required pressure and flowrate without having cavitation in turbo-pumps. A pressurization system can be categorized into pre-pressurization stage and main-pressurization stage. This report is regarding to a main-pressurization system. Pressurization methods for propellant tanks are divided into pressurant gas generating method and pressurant gas feeding method. One of pressurant gas generating methods uses the vaporized oxygen gas from cryogenic liquid oxygen and non-flammable gas. In this report, both advantages and disadvantages for pressurization methods and types of pressurization systems are compared. Especially the characteristics and principle of pressurization system using impulsive control strategy applied in launch vehicles are introduced. Additionally the structure, schematics, and specifications of heat exchanger, which is one of main units in pressurization system are also discussed. This paper can be utilized to generate the conceptual requirements and to design preliminary configuration of pressurization system during the development of launch vehicle.
Blends of thermotropic liquid crystalline polymer(TLCP) with poly(ethylene terephthalate) (PET) were prepared by the coprecipitation from a common solvent. The blends were processed through a capillary die at $287^{\circ}C$ to produce a monofilament. Morphology and mechanical, thermal properties of blends and composites were examined by differential scanning calorimetry(DSC), tensile test, optical microscopy and scanning electron microscopy. Crystallization kinetics of the blends were investigated by the isothermal DSC method. The Avrami analyses were applied to obtain the information on the crystal growth geometry and factors controlling the rate of crystallization. In the blends, liquid crystalline phase did not reveal any significant macrophase separation and thermal degradation at the processing temperature. From scanning electron micrographs of cryogenic fracture surfaces of extruded fibers, the TLCP domains were found to be more or less finely dispersed with $0.1{\mu}m$ to $0.2{\mu}m$ in size. Interfacial adhesion between the TLCP and matrix polymer was excellent. Tensile strength and modulus of TLCP/PET in-situ fiber composites were enhanced with increasing draw ratio and LCP content.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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