Choe, Byung Hak;Han, Sung Hee;Kim, Dae Hyun;Ahn, Jong Kee;Lee, Jae Hyun;Choi, Kwang Su
Korean Journal of Materials Research
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v.32
no.4
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pp.200-209
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2022
In this study, defects generated in the YSZ coating layer of the IN738LC turbine blade are investigated using an optical microscope and SEM/EDS. The blade YSZ coating layer is composed of a Y-Zr component top coat layer and a Co component bond coat layer. A large amount of Cr/Ni component that diffused from the base is also measured in the bond coat. The blade hot corrosion is concentrated on the surface of the concave part, accompanied by separation of the coating layer due to the concentration of combustion gas collisions here. In the top coating layer of the blade, cracks occur in the vertical and horizontal directions, along with pits in the top coating layer. Combustion gas components such as Na and S are contained inside the pits and cracks, so it is considered that the pits/cracks are caused by the corrosion of the combustion gases. Also, a thermally grown oxide (TGO) layer of several ㎛ thick composed of Al oxide is observed between the top coat and the bond coat, and a similar inner TGO with a thickness of several ㎛ is also observed between the bond coat and the matrix. A PFZ (precipitate free zone) deficient in γ' (Ni3Al) forms as a band around the TGO, in which the Al component is integrated. Although TGO can resist high temperature corrosion of the top coat, it should also be considered that if its shape is irregular and contains pore defects, it may degrade the blade high temperature creep properties. Compositional and microstructural analysis results for high-temperature corrosion and TGO defects in the blade coating layer used at high temperatures are expected to be applied to sound YSZ coating and blade design technology.
This work focuses on the dynamic analysis of thermal barrier coated straight and curved turbine blades modelled as functionally graded sandwich panel under thermal environment. The pre- twisted straight/curved blade model is considered to be fixed to the hub and, the complete assembly of the hub and blade are assumed to be rotating. The functionally graded sandwich composite blade is comprised of functionally graded face-sheet material and metal alloy core. The constituents' material properties are assumed to be temperature-dependent, however, the overall properties are evaluated using Voigt's micromechanical scheme in conjunction with the modified power-law functions. The blade model kinematics is based on the equivalent single-layer shear deformation theory. The equations of motion are derived using the extended Hamilton's principle by including the effect of centrifugal forces, and further solved via 2D- isoparametric finite element approximations. The mesh refinement and validation tests are performed to illustrate the stability and accurateness of the present model. In addition, frequency characteristics of the pre-twisted rotating sandwich blades are computed under thermal environment at various sets of parametric conditions such as twist angles, thickness ratios, aspect ratios, layer thickness ratios, volume fractions, rotational velocity and blade curvatures which can be further useful for designing the blade type structures under turbine operating conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.4
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pp.525-531
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2007
The operating temperature has been increased to improve the efficiency of gas turbine. The most advanced Gas turbine is operated at above $1,500^{\circ}C$. Improvement in material and cooling method permit hot gas path component to run at increased temperature. But, the repair of blades which are developed with advanced manufacture technique is difficult to use normal welding. Most of gas turbine blades are made of precipitation harden nickel base superalloy, which is very hard to weld. Therefore, the employment of welding filler on blade is solid solution nickel base superalloy(Hastelloy X, Inconel 617). In this study, Tensile test in high temperature was conducted on welded GTD111DS with GTD111 to evaluate effect of variation of pre, post treatment. The result of this study showed that the specimen was treated with optimum pre and post treatment(preweld HT($1200^{\circ}C$), Post treatment($1100^{\circ}C$ HIP, $1200^{\circ}C$ + $1100^{\circ}C$ + $800^{\circ}C$ HT) is mush superior.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.567-576
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1999
An experimental study has been conducted to investigate the effects of the free stream turbulence intensity and Reynolds number on the heat transfer and flow characteristics In the linear turbine cascade. Profiles of the time-averaged velocity, turbulence intensity, and Reynolds stress were measured in the turbine cascade passage. The static pressure and heat transfer distributions on the blade suction and pressure surfaces were also measured. The experiments were made for the Reynolds number based on the chord length, Rec = $2.2{\times}10^4$ to $1.1{\times}10^5$ and the free stream turbulence intensity, $FSTI_1$ = 0.6% to 9.1 %. The uniform heat flux boundary condition on the blade surface was created using the gold film Intrex and the surface temperature was measured by liquid crystal, while hot wire probes were used for the flow measurements. The results show that the free stream turbulence promotes the boundary layer development and delays the flow separation point on the suction surface. It was found that the boundary layer flows on the suction surface for all Reynolds numbers tested with $FSTI_1$ = 0.6% are laminar. It was also found that the heat transfer coefficient on the blade surface increases as the free stream turbulence intensity increases and the flow separation point moves downstream with an increasing Reynolds number. The results of skin friction coefficients are in good agreement with the heat transfer results in that for $FSTI_1{\geq}2.6%$, the turbulent boundary layer separation occurs.
In order to extend a hot gas parts replacement cycle of a gas turbine, blade row 1 from low pressure turbine, which has a significant impact on the cycle, has been selected from stored set after one cycle use. Taking into account the status of the first stage moving blade in LP turbine operated more than 27,000 equivalent operating hours(EOH) and the replacement cycle in the same type of gas turbine, the replacement of the high temperature components installed on the GT, a study subject, can be extended from 24,000 to 27,000 EOH.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2007.10a
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pp.334-337
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2007
Austenitic stainless steel is used as high temperature components such as gas turbine blade and disk because of its good thermal resistance. In the present investigation, tensile and low cycle fatigue(LCF) behavior of stainless steel for turbine disks was studied at wide temperature range $20^{\circ}C\;{\sim}\;750^{\circ}C$. In the tensile tests, it was shown that elastic modulus, yield strength, ultimate tensile strength decreased when temperature increased. The effect on fatigue failure of the parameters such as plastic strain amplitude, stress amplitude and plastic strain energy density was also investigated. Coffin-Manson and Morrow models were used to adjust experimental data and predict the fatigue life behavior at different mean strain values during cyclic loading of high temperature components.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.3
s.246
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pp.349-355
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2006
The gas turbine components is used on high temperature conditions which under severely circumstance with start-up and stop several times. Therefore, it is used nickel-base superalloys like and GTD-111DS. Damaged buckets on the t긴ade tip during operating are repaired per 24,000 hr to three times according to repair specification of manufacture. It is applied pre-heat, HIP(hot isostatic pressing) and post-heat treatment to support welding repair on blade tip effectively. On this study, It is utilize of $WRAP^{TM}$ (welding repair advanced process) method to make tension test specimens for this study, And then, material strength and characteristic for GTD-111DS was analyzed.
In order to cool the turbine blade under high temperature operating conditions, the film-cooling method is generally applied. In this study, $CO_2$ was used as working fluid and it helped the operating system to prevent the loss of compressed air. The trapezoidal diffuser shape was adopted at the cross section of hole and the characteristics of heat flow with various working fluids were numerically studied. In particular, the different mixture ratios of $CO_2$, such as various density ratios of 0.2, 0.8, and 1.0, respectively, were considered. Numerical results are graphically depicted with various conditions.
Investigation of leading edge impingement cooling for first stage rotor blades in an aero-engine turbine, its effect on rotor temperature and trailing edge wake loss have been undertaken in this study. The rotor is modeled with the nozzle for attaining a more accurate simulation. The rotor blade is hollowed in order for the coolant to move inside. Also, plenum with the 15 jet nozzles are placed in it. The plenum is fed by compressed fresh air at the rotor hub. Engine operational and real condition is exerted as boundary condition. Rotor is inspected in two states: in existence of cooling technique and non-cooling state. Three-dimensional compressible and steady solutions of RANS equations with SST K-ω turbulent model has been performed for this numerical simulation. The results show that leading edge is one of the most critical regions because of stagnation formation in those areas. Another high temperature region is rotor blade tip for existence of tip leakage in this area and jet impingement cooling can effectively cover these regions. The rotation impact of the jet velocity from hub to tip caused a tendency in coolant streamlines to move toward the rotor blade tip. In addition, by discharging used coolant air from the trailing edge and ejecting it to the turbines main flow by means of the slot in trailing edge, which could reduce the trailing edge wake loss and a total decrease in the blade cooling loss penalty.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.36
no.8
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pp.1030-1035
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2012
In this research, we analysed design and CFD analysis of an inflow radial turbine for OTEC with an output power of 8kW using an working fluid of ammonia. The inflow radial turbine consists of scroll casing, vain nozzle with 18 blade numbers and rotor blade with 13 blade numbers. Mass flow rate, and inlet temperature are 0.5kg/s and $25^{\circ}C$ respectively, and variable rotational speeds were applied between 12,000 and 36,000 with 3,000 rpm intervals. As the results according to the rotational speeds, the designed speed is 24,000 rpm where maximum efficiency exists. The maximum efficiency and output power are 88.66% and 8.52kW, respectively. Through this study, we expect that the analysed results will be used as the design material for the composition of the turbine optimal design parameters corresponding to the target output power under various working material conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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