A combined cycle, 'HYBRID', is emerging as a new power generation technology that is particularly suitable for the distributed power generation system, with high energy efficiency and low pollutant emission. Currently micro gas turbines and fuel cells are attracting a lot of attention to meet the future needs in the distributed power generation market. This hybrid system may have every advantages of both systems because a gas turbine is synergistically combined with a fuel cell into a unique combined cycle. The hybrid system is believed to become a leading runner in the distributed power generation market. This paper introduces a current plan associated with the development of the hybrid system which consists of a micro gas turbine and a solid-oxide fuel cell(SOFC).
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제1권1호
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pp.76-85
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2008
In order to extract micro hydropower in the very low specific speed range, a Positive Displacement Turbine (PDT) was proposed and steady performance was determined experimentally. However, the suppression of large pressure pulsation is inevitable for practical application of PDT. The objective of the present study is to reveal the mechanism and the characteristics of pressure pulsation in PDT by use of CFD and to suppress the pressure pulsation. Unsteady CFD analysis has revealed that large pressure pulsation is caused by large variation of rotational speed of the following rotor, while the driving rotor, which is output rotor, keeps constant speed. Here is newly proposed a 4-lobe helical type rotor which can reduce the pressure pulsation drastically and the performance prediction of new PDT is determined.
This paper presents the simulator for dynamic modeling of a MT(micro turbine) during start-up period. The simulator is implemented by modeling a dynamic power of main components of a MT including compressor, combustor and turbine. A modeling for a MT under steady state operation can be accurately built from thermodynamics analysis. But dynamic modeling during start-up period is very difficult because efficiency of main components is very low and the designed value has big error and nonlinear characteristics during start-up. In this paper, new method without using thermodynamics analysis during start-up is proposed for the simulator. The power models of main components are derived from analysis of the experimental operation data by test motoring using a electric starter under constant power output. The simulator is developed using MATLAB/Simulink. For constant power output control, sensorless vector inverter is designed and algorithms for starting from stall and method for controling a output power are proposed. The performance of developed simulator is verified by comparing experimental and simulation start-up results.
To develop an engineering-model of hydrogen-fueled ultra-micro combustor for Ultra Micro Gas Turbine(UMGT), we reviewed and summarized the problems in downsizing combustors, and determined a suitable burning method. The key issue to actualize practical ultra-micro combustors is reducing heat loss from the combustor to compressor and turbine. The reduction of heat loss was discussed from 3 different viewpoints; heat-insulation material, high-space-heating-rate combustion, and combustor-insolated gas turbine structure. Use of heat-insulation material induced the heat loss reduction to the surroundings. The heat loss ratio decreased substantially in reverse proportion to space heating rate, leading the idea that it could be reduced by burning at a high space heating rate. By settling the combustor insolated from the compressor and turbine, the heat transfer from the combustor to the compressor and turbine becomes smaller. For a selection of the suitable burning method, comparison between 2 burning methods, flat-flame and swirling-flamer types, was conducted. Synthetically the flat-flame burning method was confirmed to be more suitable for ultra-micro combustors than latter one. Base on them, an engineering-model of hydrogen-fueled flat-flame ultra-micro combustor was developed. To obtain high overall heat-insulation, heat-resistant and strength, the engineering-model combustor had triple layer structure with an advanced ceramic, a heat insulation material and a stainless steel. To simplify heat transfer issue in the combustor, it was isolated from the other components. Furthermore it was designed by considering structure, size, material, velocity, pressure loss and prevention of flashback.
The micro grid considered in this paper consists of a diesel generator, a photovoltaic array, a wind turbine, a fuel cell, and a energy storage system. This paper explains and simulates the micro grid components in terms of accuracy and efficiency of having a system model based on the costs of fuel as well as operation and maintenance. For operational efficiency, the objective function in a diesel generator consists of the fuel cost function similar to the cost functions used for the conventional fossil-fuel generating plants. The wind turbine generator is modeled by the characteristics of variable output. The optimization is aimed at minimizing the cost function of the system while constraining it to meet the customer demand and safety of micro grid. The operating cost in fuel-cell system includes the fuel costs and the efficiency for fuel to generate electric power. To develop the overall system model gives a possibility to minimize of the total cost of micro grid. The application of optimal operation can save the interruption costs as well as the operating costs, and improve reliability index in micro grid.
본 연구에서는 축류형 마이크로터빈의 단 수를 단 단에서부터 최대 6단까지 변경하면서 각 단에서의 공력특성을 측정하였다. 실험에 사용된 마이크로터빈은 터빈입구에서 유량계수가 2.0, 부하계수가 3.25이며 유로의 평균직경이 25.8mm인 소형 축류형 다단터빈이 적용되었다. 정익과 동익의 솔리디티는 0.67~0.75 범위의 값이 적용되었으며 입구에 일정한 질유량과 전압력으로 조정한 후에 터빈의 부하를 변경하면서 탈설계 영역에서의 공력특성을 측정하였다. 본 실험에서는 단 당 최대 2kW/kg/sec의 비출력이 얻어졌으나 단수의 증가에 따라 비출력의 증가폭은 다소 완화되었으며, 토오크의 경우는 단수가 증가되면서 낮은 회전수 영역에서는 토오크의 증가폭이 일정하나 높은 회전수영역에서는 토오크의 증가폭이 둔화되었다. 블레이드의 높이에 비하여 팁간격의 영향이 크므로 터빈의 효율은 낮으나 단 수의 증가에 따라 증가가 가능하다.
소형 가스터빈 엔진은 무인 항공기 및 소규모 비상 발전 시스템의 동력 기관으로서 각광받고 있으며, 중대형 가스터빈 엔진의 기초연구 및 가스터빈 교육용으로도 큰 의미를 가지고 있다. 현재 다수의 국내외 업체에서는 소형 가스터빈의 교육용 실험 장치를 제조 및 판매하고 있으나, 모두 운전 영역에서의 데이터 수집만이 가능하고 상용 ECU가 엔진을 제어하고 있기 때문에 소형 가스터빈의 열유체 역학적인 현상을 관측하는 것만이 가능하기 때문에 특정 목적에 따른 실험 변수의 제어를 통한 심화된 연구가 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 사용자의 활용도가 높은 LabVIEW 소프트웨어 및 하드웨어의 신호 수집, 제어 및 분석 체계를 이용하여 소형 가스터빈의 실험 변수 제어 및 데이터 수집, 분석이 하나의 통합된 시스템 내에서 수행될 수 있는 Intefrated Modifiable Test Rig의 설계 및 제작이 수행되었다.
가스터빈엔진의 탈설계점 운전 성능해석을 수행하기 위해서는 구성품의 성능 특성을 파악하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 가스터빈의 성능특성을 이해하기 위하여 마이크로 가스터빈엔진 성능시험 장치를 구축하였다. 구축된 마이크로 가스터빈 시험 장치를 이용하여 엔진의 회전수에 따른 유동장내의 온도와 압력 데이터를 수집하였으며, 수집된 실험 데이터를 이용하여 압축기 성능선도를 구성하였다. 터빈 출구부에서 배기가스를 포집하여 연소효율을 계산하였다. 구성된 압축기 성능선도와 연소효율을 GasTurb 성능해석 소프트웨어에 적용하여 지상 정지시의 탈설계점 성능해석을 수행하였고, 측정된 엔진성능데이터와 비교분석을 수행하였다.
Hyunduck Kwak;Lee, Yong-Bok;Kim, Chang-Ho;Gunhee Jang
한국윤활학회:학술대회논문집
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한국윤활학회 2000년도 제32회 추계학술대회 정기총회
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pp.243-249
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2000
In case of the limitation of Deep RIE fabrication for Micro Gas Turbine, bearing aspect ratio is limited in very small value. The characteristics such as pressure distribution load capacity and non-linearity of a short bearing of L/D=0.083 and a conventional bearing of L/D=1.0 with coupled boundary effects are investigated far Micro Gas Tlubine bearings. The coupled efffect was analyzed by mass conservation at coupled end area. The results, increasing load capacity and non-linearity due to the coupled effect of thrust and journal bearing, are obtained and the selection of journal bearing type is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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