This paper presents the FEM analysis on the contact behavior characteristics of mechanical face seals in a small hydro-power turbine. Especially, the axial displacement and contact normal stress between a seal ring and a seal seat of a primary sealing unit have been analyzed as functions of rotating speed of a hydro-turbine, sealing gap, water and cooling fluid temperature. Those are strongly related to a leakage of water and wear between a seal ring and a seal seat. The FEM computed results present that the rotating speed of a hydro-turbine may be kept less than 800 rpm, and the sealing gap in a primary sealing unit is restricted $0.5\~5$. The coolant temperature in which is most influential parameter to the contact behaviors of a sealing unit may be kept less than $15^{\circ}C$ for a safe operation of a sealing unit without a leakage and wear.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.7
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pp.2409-2420
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1996
This paper describes the development of a general program for the design and part load performance analysis of single-shaft-heavy-duty gas turbines. Efforts are made to fully represent the real component features by the characteristic models and special emphasis is put on the modeling of cooled turbine stages. The design analysis routine is applied to simulate the performance of current gas turbines and its appropriateness for system analysis is validated. Meanwhile, the component parameters of real engines which describe the technology level are obtained. The program is extended to predicting the part load operation of gas turbines with the aid of models for the off-design characteristics of compressor, turbine and other main components. Part load simulation can be carried out only with limited numbers of input data. It is demonstrated that the program accurately estimates the part load characteristics of real turbines.
Large wind turbine generators with high temperature superconductors (HTS) are in incessant development because of their advantages such as weight and volume reduction and the increased efficiency compared with conventional technologies. In addition, nowadays the wind turbine market is growing in a function of time, increasing the capacity and energy production of the wind farms installed and increasing the electrical power for the electrical generators installed. As a consequence, it is raising the wind power energy contribution for the global electricity demand. In this study, a forecast of wind energy development will be firstly emphasized, then it continue presenting a recent status of the technology development of large scale HTSG for wind power followed by an explanation of HTS wire trend, cryogenics cooling systems concept, HTS magnets field coil stability and other technological parts for optimization of HTS generator design - operating temperature, design topology, field coil shape and level cost of energy, as well. Finally, the most relevant projects and designs of HTS generators specifically for offshore wind power systems are also mentioned in this study.
Kim, Tong Seop;Ro, Sung Tack;Lee, Woo Il;Choi, Mansoo;Kauh, Sang Ken
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.653-660
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1999
This work describes analysis on the effect of inlet air cooling by the cold energy of liquefied natural gas(LNG) on the performance of gas turbines. Gas turbine off-design analysis program to simulate the influence of compressor inlet temperature variation is prepared and an inlet air cooler is modeled. It is shown that the degree of power augmentation is much affected by the humidity of inlet air. If the humidity is low enough, that is the water content of the air does not condense, the temperature drop amounts to $18^{\circ}C$, which corresponds to more than 12% power increase, in case of a $1350^{\circ}C$ class gas turbine with methane as the fuel. Even with 60% humidity, about 8% power increase is possible. It is found that even though the fuel contains as much as 20% ethane in addition to methane, the power improvement does not change considerably. It is observed that if the humidity is not too high, the current system is feasible oven with conceivable air pressure loss at the inlet air cooler.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.12
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pp.99-106
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2010
Gas turbines operation for power generation increased rapidly since 1990 due to the high efficiency in combined cycle, relatively low construction cost and low emission. But the operation and maintenance cost for gas turbine is high because the expensive superalloy hot gas path parts should be repaired and replaced periodically This study analyzed the initiation and propagation of the crack at the gas turbine blades which are coated with MCrAIY as a bond coat and TBC as a top coat. The sample blades had been serviced at the actual gas turbines for power generation. Total 7 sets of blades were analyzed and they have different EOH(equivalent operation hour). Blades were sectioned and the cracking distribution were measured and analyzed utilizing SEM(scanning electron microscope) and optical microscope. The blades which had 52,000 EOH of operation had cracks at the substrate and the maximum depth was 0.2 mm. Most of the cracks initiated at the boundary layer between TBC and bond coat and propagated down to the bond coat. Once bond coat is cracked, the base metal is exposed to the oxidation condition and undergoes notch effect. Under this environment, the crack branched at the inter-diffusion layer and propagated to the substrate. Critical cracks affecting the blade life were analyzed as those on suction side and platform.
This paper presents mechanical analysis of gas turbine generator (113MVA, $3{\phi}$, 2P, 0.9PF, F class, 3600rpm, 60Hz, 13.8kV, 4.72kA, Air-Cooling) field coil deformation. Rotor end coil deformation is only appeared on turbine end but collector end coil is normal. Expansion direction of end coil is tangential not axial. Deformation appears more severe at top turn. Retaining ling is expanded by centrifugal force of coil and itself. In case friction coefficient between coil top surface and retaining ring insulation inner surface is small, coil end length ${\ell}$ does not change. However, in case friction coefficient big condition, coil end is expanded ${\Delta}{\ell}$ due to start and stop. Deformation is assumed about 30mm by watching photograph inner surface of retaining ring is coated by Teflon at manufacturing condition. Usually Teflon coating insulation surface is small friction coefficient. It's value 0.08${\sim}$0.15. However it's value exceeds more than 0.297. Since top turn deformation appears. The distortion and subsequent failure have occurred because of the lack of a sufficient slip-plane between the top field coil conductors and the inside surface of the retaining ring insulation on the turbine end of the field-winding.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.10
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pp.966-978
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2011
Transpiration cooling is the most effective cooling technique for the high-performance liquid rockets and air-breathing engines operating in aggressive environments with higher pressures and temperatures. When applying transpiration cooling, combustor liners and turbine blades/vanes are cooled by the coolant(air or fuel) passing through their porous walls and also the exit coolant acting as an insulating film. Practical implementation of the cooling technique has been hampered by the limitations of available porous materials. But advances in metal-joining techniques have led to the development of multi-laminate porous structures such as Lamilloy$^{(R)}$ fabricated from several diffusion-bonded, etched metal thin sheets. And also with the availability of lightweight, ceramic matrix composites(CMC), transpiration cooling now seems to be a promising technique for high-performance engine cooling. This paper reviews recent research activities of transpiration cooling and its applications to gas turbines, liquid rockets, and the engines for hypersonic vehicles.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.4
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pp.285-296
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2005
In order to reduce the compression power and to use the overall energy contained in LNG effectively, a combined cycle is devised and simulated. The combined cycle is composed of two cycles; one is an open cycle of liquid/solid carbon dioxide production cycle utilizing LNG cold energy in $CO_2$ condenser and the other is a closed cycle gas turbine which supplies power to the $CO_2$ cycle, utilizes LNG cold energy for lowering the compressor inlet temperature, and uses the heating value of LNG at the burner. The power consumed for the $CO_2$ cycle is investigated in terms of a production ratio of solid $CO_2$. The present study shows that much reduction in both $CO_2$ compression power (only $35\%$ of power used in conventional dry ice production cycle) and $CO_2$ condenser pressure could be achieved by utilizing LNG cold energy and that high cycle efficiency ($55.3\%$ at maximum power condition) in the gas turbine could be accomplished with the adoption of compressor inlet cooling and regenerator. Exergy analysis shows that irreversibility in the combined cycle increases linearly as a production ratio of solid $CO_2$ increases and most of the irreversibility occurs in the condenser and the heat exchanger for compressor inlet cooling. Hence, incoming LNG cold energy to the above components should be used more effectively.
Choi, Chung;Lee, Sei Young;Won, Jung Ho;Cho, Hyung Hee;Park, Byung kyu
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.4
no.3
s.12
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pp.7-13
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2001
The present study investigates convective heat/mass transfer and flow characteristics inside a cooling passage of rotating gas-turbine blades. The rotating duct has staggered ribs with $70^{\circ}$ attack angle, which are attached on leading and trailing surfaces. Naphthalene sublimation technique is employed to determine detailed local heat transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. Additional numerical calculations are conducted to analyze the flow patterns in the cooling passage. The present experiments employ two-surface heating conditions in the rotating duct because the exposed surfaces to hot gas stream are pressure and suction side surfaces in the middle passages of an actual gas-turbine blade. Secondary flows are generated by Coriolis and centrifugal forces in the spanwise and streamwise directions. The ribs attached on the walls disturb the mainflow resulting in recirculation and secondary flows near the ribbed wall. The local heat transfer and flow patterns in the passage are changed significantly according to rib configurations and duct rotation speeds. Therefore, the geometry and arrangement of the ribs are important for the advantageous cooling performance. The experimental results show that the ribs enhance the heat transfer more than $70\%$ from that of the smooth duct. The duct rotation generates the heat transfer discrepancy between the leading and trailing walls due to the secondary flows induced by the Coriolis force. The overal heat transfer pattern on the leading and trailing walls for the first and second passes are depended on the rotating speed, but the local heat transfer trend is affected mainly by the rib arrangements.
The present study investigates convective heat/mass transfer and flow characteristics inside the cooling passage of the gas-turbine blades. It is important to increase not only the heat transfer rates but also the uniformity of heat transfer in the cooling passage. The square duct has compound-angled ribs with $60^{\circ},\;70^{\circ}$ and $90^{\circ}$ attack angles, which are installed on the test plate surfaces. a naphthalene sublimation technique is employed to determine the detailed local heat transfer coefficients using the heat and mass transfer analogy. The ribs disturb the main flow resulting in the recirculation and secondary flows near the ribbed wall and the vertices near the side-wall. The local heat transfer and the secondary flow in the duct are changed largely according to the rib orientation. Therefore, geometry and arrangement of the ribs are important fur the advantageous cooling performance. The angled ribs increase the heat transfer discrepancy between the wall and center regions because of the interaction of the secondary flows. The average heat/mass transfer coefficient and pressure drop of the ribs with the $60^{\circ}$$-90^{\circ}$ compound-angle are higher than those with the $60^{\circ}$ attack angle. Also, the thermal efficiency of the compound-angled rib is higher than that with the $60^{\circ}$ attack angle. The uniformity of heat/mass transfer coefficient on the cross ribs may is higher than that on the parallel ribs array.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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