Present paper describes on/off design performance of a 50KW turbogenerator gas turbine engine for hybrid vehicle application. For optimum design point selection, relevant parameter study is carried out. The turbogenerator gas turbine engine for a hybrid vehicle is expected to be designed for maximum fuel economy, ultra low emissions, and very low cost. Compressor, combustor, turbine, and permanent-magnet generator will be mounted on a single high speed (82,000 rpm) shaft that will be supported on air bearings. As the generator is built into the shaft, gearbox and other moving parts become unnecessary and thus will increase the system's reliability and reduce the manufacturing cost. The engine has a radial compressor and turbine with design point pressure ratio of 4.0. This pressure ratio was set based on calculation of specific fuel consumption and specific power variation with pressure ratio. For the given turbine inlet temperature, a rather conservative value of $1100^\circK$ was selected. Designed mass flow rate was 0.5 kg/sec. Parametric study of the cycle indicates that specific work and efficiency increase at a given pressure ratio and turbine inlet temperature. Off design analysis shows that the gas turbine system reaches self operating condition at N/$N_{DP}$ = 0.53. Bleeding air for turbine stator cooling is omitted considering low TIT and for a simple geometric structure. Various engine performance simulations including, ambient temperature influence, surging at part load condition. Transient analysis were performed to secure the optimum engine operating characteristics. Surge margin throughout the performance analysis were maintained to be over 80% approximately. Validation of present results are yet to be seen as the performance tests are scheduled by the end of 1998 for comparison.
PARK, SANG-HYOUN;KIM, CHUL-MIN;SON, SUNG-HYO;JANG, SE-JIN;KIM, JAE-DONG;BANG, WAN-KEUN;LEE, SANG-YONG
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.29
no.1
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pp.11-18
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2018
A high efficiency integrated reforming system for improving the efficiency of the 5 kW PEMFC system used as the back up power of building was studied. The separated reforming system consisted of three parts - A steam reformer with two stage concentric circular shape, a heat exchanger type steam generator and a CO shift reactor. Temperature and steam carbon ratio (SCR) were control variables during operation. The operating conditions were optimized based on the thermal efficiency of the steam reformer as reformate gas composition changes at different temperature. In experiments, water was fully vaporized in the steam generator up to SCR 3.5 and the maximum thermal efficiency was achieved at the operating temperature around $700^{\circ}C$ in the steam reforming reactor. With the results of the separated reforming system research, we improved the shape of high efficiency integrated reformer. The performance evaluation of the integrated reformer was based on optimized operating conditions in SCR 3.5. As a result, the developed integrated reforming system maintained an efficiency of 76% and constant performance over 3,000 hours.
Thermodynamic equations for the electric power and temperature in a turbo expander generator (TEG) using pressure energy in a natural gas line are derived. From the equations, it was shown that dominant factor is not the pressure difference but the pressure ratio. The high energy level in the inlet of TEG can be made from nearly no expense of electric energy input, which means TEG can be treated as one of newly available clean energy source. If a post heating method is chosen to heat up expanded natural gas, the usage of cold energy is possible without a refrigeration cycle. The combined TEG and refrigeration system enhances economic benefit much more.
Seo, Dong-Joo;Chue, Kuck-Tack;Jung, Un-Ho;Park, Sang-Ho;Yoon, Wang-Lai
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.720-722
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2009
This work is mainly focused at developing the hydrogen production unit with the capacity of 20 $Nm^3/h$ of high purity hydrogen. At present steam reforming of natural gas is the preferable method to produce hydrogen at the point of production cost. The developed hydrogen production unit composed of natural gas reformer and pressure swing adsorption system. To improve the thermal efficiency of steam reforming reactor, the internal heat recuperating structure was adopted. The heat contained in reformed gas which comes out of the catalytic beds recovered by reaction feed stream. These features of design reduce the fuel consumption into burner and the heat duty of external heat exchangers, such as feed pre-heater and steam generator. The production rate of natural gas reformer was 41.7 $Nm^3/h$ as a dryreformate basis. The composition of PSA feed gas was $H_2$ 78.26%, $CO_2$ 18.49%, CO 1.43% and $CH_4$ 1.85%. The integrated production unit can produce 21.1 $Nm^3/h$ of high-purity hydrogen (99.997%). The hydrogen production efficiency of the developed unit was more than 58% as an LHV basis.
Kim, Dong-Seop;Jo, Mun-Gi;Go, Sang-Geun;No, Seung-Tak
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.8
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pp.996-1008
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1997
This paper describes a methodology and results for the analysis of a small steam injected gas turbine cogeneration system. A performance analysis program for the gas turbine engine is utilized with modifications required for the model of steam injection and the heat recovery steam generator (HRSG). The object of simulation is a simple cycle gas turbine engine under development which adopts a centrifugal compressor. The analysis is based on the off-design operation of the gas turbine and the compressor performance map is utilized. Analyses are carried out with the injection ratio as the main parameter. The effect of steam injection on the power and efficiency of gas turbine and cogeneration capacity is investigated. Also presented is the variation in the main operating parameters inside the HRSG. Remarkable reduction in NOx generation by steam injection is confirmed. In addition, it is observed that for the 100% power operation the temperature of the cooled first nozzle blade decreases by 100.deg. C at full steam injection, which seems to have a favorable effect on the engine life time.
Kim, Young-Ro;Choi, Jae-Ok;Lee, Young-Sang;Kim, Jae-Chul;Park, Ki-Jun;Goo, Sun-Geun;Yoon, Jin-Yul
Proceedings of the KIEE Conference
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2004.07c
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pp.1975-1978
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2004
We developed internal and external type sensor to measure ultra-high frequency (UHF) partial discharge (PD) in 170 kV gas-insulated switchgears (GIS). We also manufactured a PD-generator to verify and measure the detection sensitivity of those sensors. We measured the output power of the UHF PD sensors induced by PDs of 5 pC using the PD-generator. We measured UHF propagation loss of an 170 kV GIS for optimal arrangement of the sensors. We used swept UHF signal from a network analyzer into the GIS to measure the loss of various components of the GIS.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.18
no.1
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pp.16-25
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2014
The system analysis and design program of the liquid rocket engine has been developed for preliminary conceptual design process. The program consists of modular programs analyzing the main thruster, the gas-generator, turbo-pumps, the turbine, pipes, valves and so on. Each module has been developed in order to estimate performance, weight, and shape parameters of the components. The results of them have been verified with experimental data or other programs.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.3
no.2
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pp.48-55
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1999
Performance analysis of a 50KW turbo-generator gas turbine engine with a recuperator was studied. Recuperated cycle has been employed to meet maximum fuel economy and ultra low emissions especially for military and vehicular engines. From thermodynamic stand point, it is known that recuperative cycle can contribute most to enhance thermal cycle efficiency for the Pressure ratios under 10 and of comparatively low turbine inlet temperature. Efficiency of a simple cycle with a recuperator increases relatively about 30% than without one at effectiveness of 0.5. Pressure losses in the heat exchanger less than 5.2% is considered in the design process. A tubular type heat exchanger is selected for this particular engine because it can provide simple construction as well as structural sturdiness and excellent leak tightness.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.5
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pp.491-496
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2008
New concept ramjet propulsion system with liquid bipropellant rocket using "Green Propellant" hydrogen peroxide for launch stage is proposed. In this novel concept, hydrogen peroxide gas generator produces hot oxygen at launch stage and kerosene injects to this jet in combustor. For basic study of this new concept ramjet system, investigation of auto-ignition characteristics and combustion of decomposed hydrogen peroxide and kerosene was conducted. In various test cases, auto-ignition and stable combustion was verified. The combustion temperature of 400°C and Fuel/Oxidizer mixture ratio of 0.6 were the limit of auto ignition. Through the experiment results, the possibility of novel concept combined propulsion system using hydrogen peroxide gas generator is ascertained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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