Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers (한국추진공학회지)

The Korean Society of Propulsion Engineers (한국추진공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Numerical Study on Sealing Effectiveness Changes with Increased Turbine Rotor Rim Seal Thickness

가스터빈 회전부 림 씰 두께 증가에 따른 씰링 효율 변화에 대한 수치해석 연구

  • Yoon, Taedoo (Department of Mechanical Engineering, Yonsei University) ;
  • Choi, Seungyeong (Department of Mechanical Engineering, Yonsei University) ;
  • Kim, Taehyun (Department of Mechanical Engineering, Yonsei University) ;
  • Park, Hee Seung (Department of Mechanical Engineering, Yonsei University) ;
  • Cho, Hyung Hee (Department of Mechanical Engineering, Yonsei University)
  • Received : 2021.12.17
  • Accepted : 2022.01.26
  • Published : 2022.02.28
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

One of the main goal of gas turbine rim seal research is to prevent thermal damage at rotor-stator disk by preventing hot gas of main flow in turbine passage. To increase sealing performance, several studies related to the improvement of rim seal configuration have been conducted. In addition, research based on actual operating condition is needed in order to apply effective turbine rim seal configuration. In this study, numerical simulation was conducted with variation of rotor rim seal thickness. Radial and axial expansion cases were tested numerically in this study. As a result, the cases showed different pressure distribution, sealing performance and flow characteristics according to the amount of secondary flow.

가스터빈 림 씰 연구의 주요 목표 중 하나는 고온의 주 유동 유입을 차단하여 디스크 내부의 열 손상을 방지하는 것이다. 이를 위해 지금까지 림 씰의 형상에 대한 연구와 함께 이를 개선하기 위한 연구도 수행되었다. 또한, 실제 터빈에 림 씰 형상을 적용하기 위해서는 터빈 작동 시에 발생할 수 있는 다양한 상황에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 수치해석을 통해 회전부 림 씰 위치의 두께가 변화하는 상황에 대해 연구하였다. 연구는 반지름 방향으로 로터 림 씰이 상향된 경우와 림 씰 내부 방향으로 로터 디스크가 확장된 상황을 모사하여 진행하였다. 그 결과, 유입되는 이차유동의 양에 따라 각 경우에서 서로 다른 내부 압력과 씰링 성능 및 유동이 발생함을 확인하였다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 2019년도 정부(산업통상자원부)의 재원으로 한국에너지기술평가원의 지원을 받아 수행된 연구이며(20193310100030), 2020년도 산업통상부의 재원으로 수행한 한국에너지기술평가원(KETEP) 인력양성사업(No. 20204030200110)의 일환으로 수행되었습니다. 또한, 한화에어로스페이스의 지원을 받아 수행되었으며 이에 감사드립니다.

References

  1. Owen, J. Michael. "Prediction of Ingestion Through Turbine Rim Seals-Part 1: Rotationally-Induced Ingress," Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. Florida, U.S.A., pp. 1071-1082, June 2009.
  2. Owen, J. Michael. "Prediction of Ingestion Through Turbine Rim Seals-Part 2: Externally-Induced and Combined Ingress," Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, Florida, U.S.A., pp. 1083-1093, June 2009.
  3. Hualca, F.P., Horwood, J.T., Sangan, C.M., Lock, G.D. and Scobie, J.A., "The effect of vanes and blades on ingress in gas turbines," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 58653, pp. V05BT15A0082020, 2019.
  4. Savov, Svilen S., Nicholas R. Atkins and Sumiu Uchida, "Comparison of single and double lip rim seal geometry," Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, Seoul, Korea, pp. V05AT15A003, June 2016.
  5. Scobie, J.A., Teuber, R., Li, Y.S., Sangan, C.M., Wilson, M. and Lock, G.D., "Design of an improved turbine rim-seal," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 138, No. 2, 022503, 2016. https://doi.org/10.1115/1.4031241
  6. Patinios, M., Scobie, J.A., Sangan, C.M. and Lock, G.D., "Performance of Rim-Seals in Upstream and Downstream Cavities over a Range of Flow Coefficients," International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power, Vol. 2, No. 4, 21, 2017. https://doi.org/10.3390/ijtpp2040021
  7. Choi, S.M., Choi, S. and Cho, H.H., "Effect of Various Coolant Mass Flow Rates on Sealing Effectiveness of Turbine Blade Rim Seal at First Stage Gas Turbine Experimental Facility," Energies, Vol. 13, No. 16, 4105, 2020. https://doi.org/10.3390/en13164105
  8. Choi, S., Bang, M., Choi, S.M., Cho, M.H., Moon, H.K. and Cho, H.H., "Unsteady hot gas ingestion through the double rim-seals of an axial gas turbine," International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 207, 106664, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2021.106664