In order to evaluate variation of fatigue data of the LP steam turbine blade steel, it is important to estimate P - S - N curves to accurately define the probability distributions. In this study, new procedure is introduced to determine the expression of P - S - N curves. For this purpose, 3-parameter Weibull distribution was found to be most appropriate among assumed distributions when the probability distributions of the fatigue life were examined by the proposed analysis. Furthermore, parameter estimation for P - S - N curves was performed using various optimization to maximize the correlation coefficient. As a result of this, sequential linear programing method is used for estimation of P - S - N curves.
An experiment was conducted to investigate the aerodynamic losses of high pressure steam turbine nozzle (526A) subjected to a large range of incident angles ($-34^{\circ}\;to\;26^{\circ}$) and exit Mach numbers (0.6 and 1.15). Measurements included downstream Pitot probe traverses, upstream total pressure, and end wall static pressures. Flow visualization techniques such as shadowgraph and color oil flow visualization were performed to complement the measured data. When the exit Mach number for nozzles increased from 0.9 to 1.1 the total pressure loss coefficient increased by a factor of 7 as compared to the total pressure losses measured at subsonic conditions ($M_2<0.9$). For the range of incidence tested, the effect of flow incidence on the total pressure losses is less pronounced. Based on the shadowgraphs taken during the experiment, it' s believed that the large increase in losses at transonic conditions is due to strong shock/ boundary layer interaction that may lead to flow separation on the blade suction surface.
Three-dimensional incompressible turbulent flow fields within the passage of the steam turbine nozzle with/without tip clearance have been simulated by solving the Navier-Stokes equations with SIMPLE scheme. The extended k-e model is applied to modeling the Reynolds stresses. Grids in the computational domain are generated by solving the Poisson's equations to improve the smoothness and orthogonality. Flow losses, secondary flow, velocity profiles, and deviation angles are obtained. The computated results without tip clearance show good agreement with the experimental data.
By matching a well established fast throughflow code, with standard loss correlations, and an efficient optimization algorithm, a new design system has been developed, which optimizes inlet and exit flow-field parameters for each blade row of a multistage axial flow turbine. The compressible steady state inviscid throughflow code based on streamline curvature method is suitable for fast and accurate flow calculation and performance prediction of a multistage axial flow turbine. A general purpose hybrid constrained optimization package, iSIGHT has been used, which includes the following modules: genetic algorithm, simulated annealing, modified method of feasible directions. The design system has been demonstrated using an example of a 5-stage low pressure steam turbine for 800MW thermal power plant previously designed by HANJUNG. The comparison of computed performance of initial and optimized design shows significant improvement in the turbine efficiency.
Blades of tidal stream turbines have to sustain many different loads during operation in the underwater environment, so securing their structural safety is a key issue. In this study, we focused on periodic loads due to wave orbital motion and propose a load reduction method with a blade design. The flap of an airplane wing is a well-known structure designed to increase lift, and it can also change the load distribution on the wing through deflection. For this reason, we adopted a passive flap structure for the load reduction and investigated its effectiveness by an analytical method based on the blade element moment theory. Flap torsional stiffness required for the design of the passive flap can be obtained by calculating the flap moment based on the analytic method. Comparison between a flapped and a fixed blade showed the effect of the flap on load reduction in a high amplitude wave condition.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.1
no.1
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pp.121-139
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2008
For mechanical drive steam turbines, the investigation results of corrosion fatigue phenomena in the transient zone are introduced, including basic phenomena on expansion line and actual design and damage experience. These results were analyzed from the standpoint of stress intensity during the start of cracking. In order to resolve such problems, preventive coating and blade design methods against fouling and corrosive environments are developed. Detailed evaluation test results are given for coating performance using a unique test procedure simulating fouling phenomena and washing conditions. Finally, the results of the successful modification of internals and on-line washing results on site are introduced.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.547-553
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1989
Last several stages of high capacity fossil power steam turbine and most stages of nuclear power steam turbine operate on wet steam. As a consequence, the flows in those cascades are accompanied by condensation, and the latent heat caused by condensation affects an oblique shock wave being generated at the vicinity of trailing of the blade. In the case of expanding of moist air through a suction type indraft wind tunnel, the effect of condensation affection the oblique shock wave generated by placing the small wedge into the supersonic part of the nozzle was investigated experimentally. In these connections, the relationship between condensation zone and reflection point of the incident oblique shock wave, angle between wedge bottom wall and oblique shock wave, and the variations of angles of incident and reflected shock waves due to the variation of initial stagnation relative humidity are discussed. Furthermore, the relationship between initial stagnation relative humidity and load working on the nozzle wall, obtained by measuring static pressure at the nozzle centerline, is discussed.
Free-form blades are widely used in different industries, such as aero-engine and steam turbine. Blades that are damaged during service or have production deficiencies are usually replaced with new ones. This leads to the waste of expensive material and is not sustainable. However, material and costs can be saved by repairing of locally damaged blades or blades with localized production deficiencies. The blade needs to be further machined after welding process to reach the aerodynamic performance requirements. This paper outlines an adaptive location approach of repaired blade for model reconstruction and NC machining. Firstly, a mathematical model is established to describe the localization problem under constraints. Secondly, by solving the mathematical model, localization of repaired blade for NC machining can be obtained. Furthermore, a more flexible method based on the proposed mathematical model and the continuity of the deformation process is developed to realize a better localization. Thirdly, by rebuilding the model of the repaired blade and extracting repair error, optimized tool paths for NC machining is generated adaptively for each individual part. Finally, three examples are given to validate the proposed method.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.89-96
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2008
This paper investigates the effect of blade deformation, caused by manufacturing inaccuracies, on the performance of a 2-stage axial steam turbine. A high fidelity 3D coordinate Measurement Machine has been employed to obtain the exact geometrical model of the blades. A Streamline Curvature solver was used to predict the overall performance of the turbine. During the manufacturing process of the casts and of the blades themselves, several types of errors can occur which lead to a different geometry from that envisaged by the designer. The main objective of this study is to investigate the effect of those errors on the performance of a 2-stage experimental axial steam turbine. A high fidelity measurement of the actual geometry of both stator and rotor blades has been carried out, using a 3D Coordinate Measurement Machine. The cross sections of the blades obtained by the measurement were compared with those produced by the design process to evaluate the change in blade inlet/exit angles. In addition, the geometrical deviations from the initial design have been subjected to a statistical study in order to locate the nature of the error. The actual(measured) model has been used as input into a Streamline Curvature solver to evaluate its performance. Finally, a comparison with the performance plots of the original geometry has been carried out. A measurable change of efficiency as well as in the total power delivered by the turbine was found. This suggests that the accumulated error caused during the manufacturing procedure plays a significant role in the overall performance of the machine by making it less efficient by more than 1%. Reverse engineering techniques are proposed to predict and alleviate these errors leading thereby to a final design of each stage with improved performance.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.05a
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pp.777-783
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1995
원전 steam turbine blade 재료로 사용 중인 stellite 6B 및 400계열 martensitic stainless강의 침식 저항성을 향상시키기 위해 reactive magnetron hot cathode sputter ion plating법을 이용하여 TiN을 코팅하였다. 먼저 hot cathode triode system에 의한 전류-전압 특성을 분석하였고, 증착된 TiN 박막의 상확인 및 우선 방위 변화, 그리고 불순물에 대한 substrate bias의 영향을 확인하였다. 또한 mass spectrometer를 이용하여 반응 챔버내에 존재하는 성분들을 정상적으로 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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