A dynamic model of turbo compressor having helical gear pairs is developed. The model accounts for the shaft and bearing flexibilities, gyroscopic effects and the force couplings among the transverse, torsion. and axial motions due to gearings. For the mode analysis of turbo compressor, a transfer matrix method is used. The excitation sources caused by the mass unbalances of the rotors and misalignment of the shafts, the transmitted errors of the gearings. and the vane passing frequencies of the Impeller are studied qualitatively. By introducing the perturbation method, the generated forcing frequencies are defined and devided into three groups. With the field data, two critical speeds are analytically found and the corresponding modal characteristics are examined.
A numerical study based on the three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver is carried out to analyze the flowfield through a single stage transonic compressor. Explicit fout-step Runge-Kutta scheme with spatially variable time step and implicit residual smoothing is used. The governing equations we discretized with explcit finite difference method. Mired-out average method is used at the interface between rotor and stator. And, an artificial dissipation model is used to assure the stability of solution. The results with k-w turbulence model were compared to the results with Baldwin-Lomax model, and physical phenomena of transonic compressor are presented. The two turbulence models give the results that show reasonably good agreements with experimental data.
The performance of gas turbines decreases as their operating hours increase. Compressor fouling is the main reason for this time-dependent performance degradation. Airborne particles adhere to the blade surface and results in the change in the blade shape. It is difficult to exactly analyze the mechanism of the compressor fouling because the growing process of the fouling is very slow and the dimension of the fouled depth is very small compared with blade dimensions. In this study, an analytic method to predict the motion of particles and their deposition inside axial flow compressors is proposed. The analytic model takes into account the blade shape and the flow within the blade passage. Comparison of simulation result with field data shows the feasibility of the model. Influence of the particle distribution on the compressor fouling is also examined.
A numerical study based on the three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver is carried out to analyze the flowfield through a single stage transonic compressor. Explicit four-step Runge-Kutta scheme with spatially variable time step and implicit residual smoothing is used. The governing equations are discretized with exploit finite difference method. Mixed-out average method is used at the interface between rotor and stator. And, an artificial dissipation model is used to assure the stability of solution. The results with k-$\omega$ turbulence model were compared to the results with Baldwin-Lomax model, and physical phenomena of transonic compressor are presented. The two turbulence models give the results that show reasonably good agreements with experimental data.
In this study, the axial-compressor design and performance/flow analysis program is developed. A mean-line analysis was used to determine optimum arrangement of overall geometry and its off-design performance is predicted by stage-stacking method. Three dimensional blade shape is generated using radial equilibrium equation and vortex methods. Various blade shape is generated and their performance is compared. Finally the quasi-three dimensional flow analysis is applied to investigate the detailed flow phenomena.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.3
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pp.963-969
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1991
본 연구에서는 누설와류는 유동에 영향을 미치며 에너지 손실로 된다. 누설 와류에 의한 손실은 다른 원인에 의한 손실에 비교하여 그 비중이 크다. 따라서 누 설와류 특성을 이해하기 위해 설계영각(.alpha.=10.7˚)에서 절현비를 t/C=0.90와 2.71로 바꾸고, 또 절현비가 설계절현비 t/C=0.90일 경우에 영각을 설계 영각 .alpha.=10.7˚와 실 속점의 영각 .alpha.=18.9˚사이에서 바꾸어 회전익 후방의 회전유동장을 측정하여 누설와 류의 거동을 연구하였다.
Kim, Woo-Young;Kim, Hyun-Jin;Kim, Young-Min;Lee, Sang-Tae
Proceedings of the SAREK Conference
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2007.11a
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pp.397-403
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2007
In this paper, conceptual design of scroll expander-compressor for Stirling engine utilizing solar energy as heat source has been carried out. Orbiting scroll member was designed to have a double-sided structure to reduce the overall scroll size and to cancel out the axial forces on the orbiting scroll base plate. Diameter of designed scroll base plate was about 251 mm for the expander, and it was about 218 mm for the compressor. With operating condition such as temperature range of $400^{\circ}C/20^{\circ}C$, pressure range of 6 MPa/2 MPa, and shaft speed of 2700 rpm, the shaft output of the designed scroll expander was calculated to be 49.8 kW, while input power for the scroll compressor was 38.6 kW, yielding 11.2 kW for the output power of the Stirling engine. Overall efficiencies of the scroll expander and compressor were 93.73% and 92.87%, respectively.
This paper introduces conceptual design of scroll expander-compressor unit for fuel cell. Since air discharged out of the fuel cell stack after reaction has still high pressure energy, some power can be extracted out of it by directing it to pass through an expanding device so that the extracted power can be used to drive an auxiliary compressor. For this purpose, a scroll type expander coupled to a scroll type compressor was designed: orbiting scroll of the expander and that of the compressor were made to share three of common drive pins installed in the mid frame plate, and central cavity in the mid-plate was used as a back pressure chamber to provide axial compliance for both orbiting scrolls. Performance analysis for the expander showed that the shaft power of the expander could reduce the auxiliary power consumption in the fuel cell by about one third at the scroll clearance of $10{\mu}m$.
An interactive mode of grid generation system has been developed for a Navier-Stokes design procedure of axial flow compressors. The present grid generator adopts the multiblock H-grid structure, which simplifies the creation of computational grids about complex turbomachinery geometries and facilitate the manipulation of multiple grid blocks for multirow flow fields. The numerical algorithm adopts the combination of the algebraic and elliptic method to create the internal grids efficiently and quickly. The system consists of four separated modules, which are linked together with a common graphical user interface. The system input is made of the results of the preliminary design. The final grids generated from each module of the system are used as the preprocessor for the performance prediction of the two-or three-dimensional flow simulation inside the blade passage. Application to the blade design of the LP compressor was demonstrated to be very reliable and practical in support of design activities. This customized system are coupled strongly with the design procedure of the turbomachinery cascades using the Navier-Stokes technique.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.4
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pp.160-173
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2014
Surge phenomena in multi-stage axial flow compressors were studied with attention to the frequency behaviors. A new parameter "volume-modified reduced surge frequency" was introduced, which took into consideration the essential surge process, i.e., emptying and filling of the working gas in the delivery plenum. The behaviors of the relative surge frequencies at the stall stagnation boundaries, compared with the corresponding duct resonance frequencies, have demonstrated the existence of two types of surges; i.e., a near-resonant surge and a subharmonic surge. The former, which has fundamentally a near-resonance frequency, occurs predominantly at the stall stagnation boundary for the short -and-fat plenum delivery flow-path and the long-and-narrow delivery duct flow-path, and possibly in the intermediate conditions. The latter, which has a subharmonic frequency of the fundamental near-resonant one and occurs mainly in the intermediate zone, is considered to be caused by the reduced frequency restricted to a limited range. In relation with those dimensionless frequencies at the stall stagnation boundary, the surge frequency behaviors in more general situations away from the boundaries could be estimated, though very roughly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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