This study presents the measurement techniques on the periodic fluctuating flow such as the discharge flow of a centrifugal impeller in an unstable operating region. During rotating stall, the flow at the exit of a centrifugal compressor impeller fluctuates periodically with a lower frequency than that of the blade passing. To observe the blade-to-blade flow characteristics during the rotating stall, the phases of all the sampled data sets should be adjusted to those of the reference signals with two processes, in these processes, DPLEAT (Double Phase-Locked Ensemble Averaging Technique) can be used. From these measurements and data processing techniques, the characteristics illustrated a blade-to-blade flow with high frequency, but also a periodic rotating stall flow with a low frequency at the centrifugal impeller exit which was clearly observed.
Park, Jun-Young;Park, Moo-Ryong;Hwang, Soon-Chan;Ahn, Kook-Young
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.13
no.4
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pp.5-10
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2010
This study is concerned with effects of impeller blade thickness on performance of a turbo blower. This turbo blower is developed as an air supply system in 250 kW MCFC system. The turbo blower consists of an impeller, two vaneless diffusers, a vaned diffuser and a volute. The three dimensional, steady state numerical analysis is simultaneously conducted for the impeller, diffuser and volute to investigate the performance of total system. To consider the non-uniform condition in volute inlet due to volute tongue, full diffuser passages are included in the calculation. The results of numerical analysis are validated with experimental results of thin blade thickness. Total pressure ratio, efficiency, slip factor and blade loading are compared in two cases. The slip factor is different in two cases and the comparison of two cases shows a good performance in thin blade thickness in all aspects.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.6
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pp.60-68
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2004
This paper presents a method fur impeller modeling and 5-axis machining by the reverse engineering. The impeller is composed of pressure surface, suction surface and leading edge, and so on. The surfaces can be modeled by using the characteristic curves such as hub curves, shroud curves and fillet curves. The characteristic curves are extracted from the scanned data and the inspection is performed between the surfaces generated by using the characteristic curves and the scanned data. Then, An impeller is machined by 5-axis mainlining and post-processing with inverse kinematic solution.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.7
s.238
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pp.773-783
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2005
Internal flow measurement of very low specific-speed semi-open impellers has been carried out by PIV in order to understand better the internal flow patterns that are responsible fur the unique performance of these centrifugal pumps operating in the range of very low specific speed. Two types of impellers, one equipped with six radial blades (Impeller A) and the other with four conventional backward-swept blades (Impeller B), are tested in a centrifugal pump operating at a non-dimensional specific-speed of $n_s=0.24$. Complex flow patterns captured by PIV are discussed in conjunction with the overall pump performance measured separately. It is revealed that Impeller A achieves higher effective head than Impeller B even though the flow patterns in Impeller A are more complex, exhibiting secondary flows and reverse flows in the impeller passage. It is shown that both the localized strong outward flow at the pressure side of each blade outlet and the strong outward through-flow along the suction side of each blade are responsible for the better head performance of Impeller A.
Kim, Yeon-Whan;Kim, Kye-Yean;Bae, Chun-Hee;Lee, Young-Shin
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.9
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pp.937-942
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2008
This paper presents a case history on failures of impeller and shaft due to pressure pulsation at single stage feed water pumps in 700 MW nuclear power plant during commissioning operation. The pumps had been service and had run for approximately $40{\sim}50$ hours. For the most part, the failures of impeller occurred with the presence of a number of fatigue cracks. All cracks were associated with the deleterious surface layer of impeller by visual and metallurgical examination. On-site testing and analytical approach was performed on the systems to diagnose the problem and develop a solution to reduce the effect of exciting sources. A major concern at high-energy centrifugal pump is the pressure pulsation created from trailing edge of the Impeller blade, flow separation and recirculation at centrifugal pumps of partial load. Pressure pulsation due to the interaction generating between impeller and casing coincided with natural frequencies of the impeller and shaft system during 1ow load operation. It was identified that dynamic stress exceeding the fatigue strength of the material at the thin shroud section due to the hydraulic instability at running condition below BEP.
Kim, Taehyung;Jeong, Junhyeong;Cha, Joonmyung;Seok, Taehyeon;Lee, Sechang
Journal of Energy Engineering
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v.29
no.3
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pp.18-24
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2020
In this study, a lightweight wide impeller for large-area surface treatment was designed and structural stability was confirmed based on finite element(FE) analysis. A lightweight bracket FE model was established through topology optimization, and the optimal FE model was selected after structural analysis. The bending deformation FE analysis was performed, and bending deformation was included in the allowable deformation range. In addition, FE modal analysis was performed, and the range of safe speed(RPM) by rotation was suggested. Ultimately, it was confirmed that this analytical technique is effective for design the lightweight wide impeller.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.7
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pp.596-604
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2011
To improve the total efficiency of centrifugal compressor, it is necessary to reduce the disk friction loss, which is defined as the power loss. In this study, the disk friction loss due to the axial clearance and the surface roughness effect is analyzed and proposed the new empirical equation for the reduction of the disk friction loss. The rotating reference frame technique and the 2-equation k-${\omega}$ SST model using commercial CFD code FLUENT is used for the steady-state analysis of the centrifugal compressor impeller. According to CFD results, the disk friction loss of the impeller is more affected by the surface roughness than the change of the axial clearance. For the minimization of the disk friction loss on the centrifugal compressor impeller, the magnitude of the axial clearance should be designed to the same size compare with theoretical boundary layer thickness and the surface roughness should be minimized.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.6
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pp.357-363
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2016
In this study, we perform a series of aero-thermo-mechanical analyses to predict the running-tip clearance and the effects of impeller deformation on the performance using a centrifugal compressor. During operation, the impeller deformation due to a combination of the centrifugal force, aerodynamic pressure and the thermal load results in a non-uniform tip clearance profile. For the prediction, we employ the one-way fluid-structure interaction (FSI) method using CFX 14.5 and ANSYS. The predicted running tip clearance shows a non-uniform profile over the entire flow passage. In particular, a significant reduction of the tip clearance height occurred at the leading and trailing edges of the impeller. Because of the reduction of the tip clearance, the tip leakage flow decreased by 19.4%. In addition, the polytrophic efficiency under operating conditions increased by 0.72%. These findings confirm that the prediction of the running tip clearance and its impact on compressor performance is an important area that requires further investigation.
The hydraulic performance analysis of a pump system composed of an inducer and impeller for the application on turbopumps has been performed using three-dimensional Wavier-Stokes equations. A simple mixing-plane method and a full interaction method are used to simulate inducer/impeller interactions. The computations adopting two methods show almost similar results due to the weak interaction between the inducer and impeller since the inducer outlet blade angle is rather small. But, because the inducer and the impeller are closely spaced near the shroud region at the interface, flow angles at the impeller inlet show different results between two methods. Thus, the full interaction method predicted about $2\%$ higher pump performance than the mixing-plane method. And the effects of prewhirl at the impeller inlet are also investigated. As the inlet flow angle is increased, the head rise and the efficiency are decreased. The computational results are compared with experimental ones. The computational results at the design point show good agreements with experimental data. But the computation was found to under-predict the head rise at high mass flow rates compared to the experiment, further study must be followed in terms of the computation and experiment.
Propellent should be pressurized inside the turbopump to gain high thrust in a projectile. Turbopump is composed of an inducer, which prevents impeller performance deterioration, and an impeller. Several types of cavitation occur inside the inducer, numerous experiments and CFD simulations are conducted. Though, an inducer takes only small portion of total head of the pump and the following impeller determines whole turbopump performance. In addition, low inlet pressure makes the flow to be cavitated not only at the inducer, but also at the impeller in real cases. Therefore, flow through an inducer and an impeller should considered simultaneously. In this study, LOX pump composed of an inducer and an impeller is analyzed by using commercial CFD code ANSYS CFX 13.0. Non-cavitating flow with high inlet pressure and cavitating flow with low inlet pressure are both simulated and head, suction performances are shown. Evolution of the flow and the cavitation by reducing cavitation number and effect of cavitation on pump performance are studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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