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.
Exergy concept is applied to the analysis of part-load performance of gas turbine engine. Exergy is a useful tool to find the source of irreversibility in thermal system. In this study, details of the performance characteristics of a heavy-duty gas turbine, l50MW-class GE 7FA model, are described by theoretical investigations with exergy analysis. Result shows that exergy destruction rate of gas turbine increases with decreased load, which means increase of irreversibility. Also, it is found that variations of IGV angle and amount of cooling air for turbine blades are closely related to the inefficiencies of compressor and turbine, respectively.
The results of stand and field testing of a combustion chamber for a heavy-duty 150 MW gas turbine are discussed. The model represented one of 14 identical segments of a tubular multican combustor constructed 1:1 scale. The model experiments were executed at a lower pressure than that in a real gas turbine. Combustion efficiency, pressure loss factor, pattern factor, liner wall temperature, flame radiation, fluctuating pressure and NOx emission were measured at partial and full loads for both model and on-site testing. The comparison of these items in the stand and field test results led to has the development of a method of calculation and the improvement of gas turbine combustors.
In this paper a analysis method is presented to obtain the steady state dynamic response from the finite element based equations of a rotor-bearing system with initial deflection. The method has been applied to analyze the dynamic response of the two-shaft rotor-bearing system with rigid coupling offset in a heavy duty gas turbine-generator. Bumps in the dynamic response of each rotor system have been observed at each critical speed due to the effect of initial deflection for rigid coupling offset. And, the dynamic responses have been shown to reduce for operating condition changes from cold to hot.
The results of stand and field testing of a combustion chamber for a heavy-duty 150 MW gas turbine are discussed. The model represented one of 14 identical segments of a tubular multican combustor constructed in the scale 1:1. The model experiments were executed at a pressure smaller than in the real gas turbine. The combustion efficiency, pressure loss factor, pattern factor, liner wall temperature, flame radiation, fluctuating pressure, and NOx emission were measured at partial and full load for both model and on-site testing. The comparison of these items of information, received on similar modes in the stand and field tests, has allowed the development of a method of calculation and the improvement of gas turbine combustors.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.11
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pp.1013-1021
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2000
This paper suggests fuzzy-PI controllers for a heavy-duty gas turbine. The fuzzy-PI controllers are designed to regulate rotor speed and exhaust temperature of the gas turbine. The controller gains are tuned by genetic algorithm(GA). This paper also proposes a new fitness function of GA using a desired output response. The suggested controller is compared with previous controllers via simulations and it is shown that the rotor speed variation of our controller is smaller than those of previous ones.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.4
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pp.415-421
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2013
This study describes the aerodynamic design procedure for the axial turbines of a small heavy-duty gas turbine engine being developed by Doosan Heavy Industries. The design procedure mainly consists of three parts: namely, flowpath design, airfoil design, and 3D performance calculation. To design the optimized flowpath, through-flow calculations as well as the loss estimation are widely used to evaluate the effect of geometric variables, for example, shape of meridional plane, mean radius, blades axial gap, and hade angle. During the airfoil design procedure, the optimum number of blades is calculated by empirical correlations based on the in/outlet flow angles, and then 2D airfoil planar sections are designed carefully, followed by 2D B2B NS calculations. The designed planar sections are stacked along the spanwise direction, leading to a 3D surfaced airfoil shape. To consider the 3D effect on turbine performance, 3D multistage Euler calculation, single row, and multistage NS calculations are performed.
Losses on the turbine consist of the mechanical loss, tip clearance loss, secondary flow loss and blade profile loss etc.,. More than 60 % of total losses on the turbine is generated by the two latter loss mechanisms. These losses are directly related with the reduction of turbine efficiency. In order to provide a new design methodology for reducing losses and increasing turbine efficiency, a two-dimensional axial-type turbine blade shape is modified by the optimization process with two-dimensional compressible flow analysis codes, which are validated by the experimental results on the VKI turbine blade. A turbine blade profile is selected at the mean radius of turbine rotor using on a heavy duty gas turbine, and optimized at the operating condition. Shape parameters, which are employed to change the blade shape, are applied as design variables in the optimization process. Aerodynamic, mechanical and geometric constraints are imposed to ensure that the optimized profile meets all engineering restrict conditions. The objective function is the pitchwise area averaged total pressure at the 30% axial chord downstream from the trailing edge. 13 design variables are chosen for blade shape modification. A 10.8 % reduction of total pressure loss on the turbine rotor is achieved by this process, which is same as a more than 1% total-to-total efficiency increase. The computed results are compared with those using 11 design variables, and show that optimized results depend heavily on the accuracy of blade design.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.1
no.2
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pp.22-29
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2000
A method to simulate the gas turbine transient behavior is developed. The basic principles of the method and main input data required are described. Calculation results are presented in terms of whole operating regime of the engine. The influence of initial parameters such as starting engine power, moment of inertia of the rotor, fuel schedule on performance characteristics of gas turbine during transient operation is shown. In addition, the effect of bleeding air on transient behavior is also considered. For validation of the developed computer code, a comparative analysis with experimental data obtained from a heavy duty gas turbine is made. Calculation results agree well with the experimental data for the range of operating regime studied and proved applicability of the developed technique to initial design stage of control system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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