Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.6_1
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pp.977-983
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2023
The tank uses a twin turbo diesel engine equipped with two turbocharger systems for high output. The main component of the turbocharger system is the turbine housing through which the exhaust flows. Turbine housing is manufactured through a sand casting process, taking into account the shape and material characteristics according to the environmental conditions in which it is used. Currently, turbine housing is imported, and local production is necessary. In this study, basic research was conducted to localize the turbine housing of a tank diesel turbo engine. Reverse engineering and finite element analysis of the imported turbine housing were performed. The prototype of the turbine housing was printed using FDM and PBF 3D printers. The prototype of the turbine housing printed with an FDM 3D printer has an overall appearance similar to 3D modeling, but the printed surface of the whorl part is rough. The prototype printed with the PBF 3D printer is completely identical to the 3D modeling, including the whorl part.
To improve the durability of the turbocharger, it is important to suppress cracking of the turbine housing; therefore, we investigated the initiation and growth of these cracks. First, we initiated a crack in the turbine housing using endurance experiments. After the endurance test, cracks mainly occurred in the valve seat, the nozzle area, and the scroll part of the turbine housing. The results of a fracture analysis of the cracks showed that cracks in the valve seat were initiated by fatigue fracture. This seems to be caused by the accumulation of mechanical and thermal stresses due to vibration of the turbine wheel and high-temperature exhaust gas. Also, cracks in nozzle and scroll area were initiated by intergranular corrosion due to the exhaust gas. Thus, although there are differences in the cause of initiation according to the site, a concentric waveform was observed in all fracture planes. This phenomenon indicates that cracks gradually grow due to repeated stress changes, and the main causes are the temperature difference of the exhaust gas and the vibration caused by the turbine shaft.
In this paper, the casting design of the integrated twin-scroll turbine housing with exhaust manifold using stainless steel is investigated. Due to the complexity in its geometry and the poor castability of stainless steel, it is more crucial to set up the appropriate casting design to avoid casting defects. Gas porosity and shrinkage formation with the changes of gating systems (one-/two-side), riser conditions and pouring temperatures are examined via casting simulation and virtual castings. Simulation results show that two-side gating system produced better quality casting than that of one-side gating system, minimizing the gas content of the castings and it is also verified by X-ray analysis for the virtual castings. For the changes of riser conditions and pouring temperatures in the two-side gating system, it is found that the change of the height of two risers plays an important role in obtaining the best quality by reducing shrinkage defects.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.3
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pp.237-243
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2012
The thickness optimization of the gearbox housing for 5MW wind turbine is carried out with the help of the efficient structure analysis model and the approximation model of objective function. Wind turbine gearbox is a complex structural system composed of a number of gear trains, shafts, bearing and gearbox housing, requiring a tremendous number of elements for the structural analysis and design. In this paper, an effective analysis and design model considering the tooth stiffness of helical gears is proposed. It enables to significantly reduce the total element number and the analysis time. Through the numerical optimization of housing thickness making use of the effective gearbox model and the approximate model of objective function, the total weight of the gearbox housing is minimized. It has been observed from the numerical experiment that the approximation model is reliable and the optimization result is acceptable and verified analysis.
A turbocharger is subjected to rapid temperature changes during thermal cyclic loads. In order to predict the thermo-mechanical failures, it's very important to estimate temperature distributions under the thermal shock test. This paper suggest the finite element techniques with the temperature histories, a constitutive material model and the mechanical constraints to calculate the thermal stresses and plastic strain distributions for the turbine housing. The first step was to develop a simple coupon approach to represent the failure mechanism of the classical design shapes and secondly applied the actual turbocharger to predict and validate the weak locations under the physical engine test.
One of the domestic co-generation plants have undergone excessive vibration problems of turbine attributed to external force for years. The root cause of turbine vibration may be shan alignment problem which sometimes is changed by thermal expansion and external farce, even if turbine technicians perfectly performed it. To evaluate the alignment condition from plant start-up to full load, a strain measurement of turbine and main steam piping subjected to thermal loading is monitored by using strain gages. The strain gages are bonded on both bearing housing adjusting bolts and pipe stoppers which. installed in the x-direction of left-side main steam piping near the turbine inlet in order to monitor closely the effect of turbine under thermal deformation of turbine casing and main steam piping during plant full load. Also in situ load of constant support hangers in main steam piping system is measured by strain gages and its results are used to rebalance the hanger rod load. Consequently, the experimental stress analysis by using strain gages turns out to be very useful tool to diagnose the trouble and failures of not only to stationary components but to rotating machinery in power plants.
In this paper, the weight reduction design of the yaw gearbox for wind turbine was performed through the finite element analysis method, and the stability was checked by performing the critical speed analysis. The weight reduction product can improve engine efficiency, save parts materials, and earn economic benefits. The yaw gearbox is lightweighted with the goal of achieving a safety rate of 1.3 or higher for wind turbine as indicated by IEC61400-1. In order to reduce the weight of the carrier, a topology optimization method was performed. The safety factor was verified by performing finite element analysis on the carrier. In addition, the housing and carrier were modeled using the finite element method, and the gear train was modeled using MASTA. For the yaw gearbox, the housing and carrier FE model and the gear train model were connected by the partial structural synthesis method to perform the rotational vibration analysis. Vibration excitation sources are mass unbalance and gear mesh frrequemcy, and as a result of the critical speed analysis, it was found that there was no resonance within the operating speed range.
The wind turbine gearbox is important rotating part to transmit torque from turbine blade to generator. Generally, gear shaft which rotates causes vibration by influence of stiffness and mass with gear shaft. Root cause of this vibration source is well known to gear transmission error that is decided from gear tooth property. Transmission error excites a gear, and makes excitation force that is vibrated shaft. This vibration of shaft is transmitted to gearbox housing through gearbox bearing. If the resonance about which the natural frequency of the gearbox accords with shaft exciting frequency occurs, a wind turbine can lead to failure. The gearbox for wind turbine should be considered influence of vibration as well as the fatigue life and its performance by such reason. The cause to vibration should be closely examined to reduce influence of such vibration. In this paper, the cause of the vibration which occurs by a gearbox is closely examined and the method which can reduce the vibration which occurred is shown. It is compared with vibration test outcome of a 3MW gearbox for verification of the method shown by this paper.
Prasad, Deepak;Zullah, Mohammed Asid;Choi, Young-Do;Lee, Young-Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.630-631
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2009
Recent developments such as concern over global warming, depletion of fossil fuels and increase in energy demands by the increasing world population has eventually lead to mass production of electricity using renewable sources. Apart from wind and solar, ocean holds tremendous amount of untapped energy in forms such as geothermal vents, tides and waves. The current study looks at generating power using waves and the focus is on the primary energy conversion (first stage conversion) of incoming waves for two different models. Observation of flow characteristics, pressure and the velocity in the augmentation channel as well as the front guide nozzle are presented in the paper. A numerical wave tank was utilized to generate waves of desired properties and later the turbine section was integrated. The augmentation channel consisted of a front nozzle, rear nozzle and an internal fluid region representing the turbine housing. The analysis was performed using the commercial CFD code.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.9
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pp.895-902
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2015
In this paper, finite element analysis of a cycloidal pitch reducer for a 2 MW-class wind turbine is reviewed. The system is composed of one cycloid set, one spur gear set, an input shaft, an output shaft, and a housing. The system was also evaluated for stability by analyzing spur gear strength according to ISO 6336. An analysis of the natural vibration characteristics of the 2 MW-class wind turbine cycloid pitch reducer was performed with attention to critical speed with input mass unbalance, output mass unbalance, spur gear transmission error, cycloid gear transmission error, and excitation frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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