The turbine system composed of a nozzle and a rotor is used to drive turbopumps while gas passes through the nozzle, potential energy is converted to kinematic energy, which forces the rotor blades to spin. In this study, an aerodynamic design of a turbine system is investigated using compressible fluid dynamic theories with some pre-determined design requirements (i.e.,pressure ratio, rotational speed, required power etc.) obtained from a liquid rocket engine (L.R.E.) system design. For simplicity of a turbine system, impulse-type rotor blades for open type L.R.E. have been chosen. Usually, the open-type turbine system requires low mass flow rate compared to the close-type system. In this study, a partial admission nozzle is adopted to maximize the efficiency of the close-type turbine system. A design methodology of the a turbine system has been introduced. Especially, a partial admission nozzle has been designed by means of simple empirical correlations between efficiency and configuration of the nozzle. Finally, a turbine system design for a 10 ton thrust level of L.R.E is presented.
In this study, an in-house program to analyze the performance degradation for gas turbines is developed using MATLAB and is validated using commercial software. This program consists of design and off-design calculations. The results of design calculation is used for reference values of off-design calculation. The off-design calculation is composed of measured and expected performance analyses, and turbine inlet temperature correction. In general, performance degradation is analyzed by comparing the results of measured and expected performance analysis. However, if gas turbine performance degrades, turbine inlet temperature might increase due to the general control logic to comply with the power demand. Therefore, it is required to consider the deviation of turbine inlet temperature from the normal value in the performance diagnosis to analyze the performance degradation exactly. In this study, a special effort is given to the correction of turbine inlet temperature. The accuracy of the developed program is confirmed by comparison with commercial software, and its capability of performance diagnosis using the turbine inlet temperature correction is demonstrated.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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1994.11a
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pp.51-58
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1994
가스터빈 발전은 연료를 연소하여 연소가스로 직접 터빈을 회전시켜 터빈에 연결된 발전기에 의해 발전하는 방식으로 연료로는 중유, 원유, 경유, 가스등을 사용한다. 주요설비는 공기압축기, 연소기, 터빈 및 발전기로 구성되며 이중 고온부는 연소기와 터빈이다. 가스터빈의 효율은 터빈입구온도(TIT : TBN INLET TEMP)에 의존하는데 현재까지 약 1,30$0^{\circ}C$ 급의 가스터빈이 운전중이며 앞으로 1,50$0^{\circ}C$ 급의 고효율 가스터빈에 도전하고 있으며 연소가스의 고온화는 고온부의 재료개발, 냉각기술, 코팅기법의 향상과 더불어 이루어질 수 있다. 가스터빈의 고온부 부품인 연소기, 터빈의 동익(Moving blade) 및 정익(Fixed blade) 재료로 초내열합금이 계속 개발중이며 또한 각 부품에 대한 공기냉각기술, 코팅재료 및 기법도 개발중이다. 그러나 현재 국내에서 가동중인 가스터빈은 빈번한 기동정지로 열 사이클에 의한 부품의 손상이 심각한 실정이므로 고효율 가스터빈 개발과 이에 대한 정비기술 개발이 병행하여야만 안정된 전기공급을 이룰 수 있다는 차원에서 가스터빈은 고온부품의 정비기술에 대한 그 현황과 전망에 대해 살펴보고자 한다.
In this study, we investigate the non-reacting and reacting performance of single nozzle for post H class gas turbine by using commercial CFD tool, CONVERGE, based on adaptive mesh refinement. By varying swirl number and mixing length of base nozzle design. Through the numerical analysis, basic phenomena can be well described with respect to fuel concentration for non-reacting flow, temperature distribution, velocity vector and combustion outlet temperature distribution for reacting flow. However, there are rooms for improvements in model accuracy by comparing test results. Comparison between numerical analysis are planning for further study.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.21
no.4
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pp.1-11
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2017
TPTF (Turbopump Real Propellant Test Facility) at Naro Space Center has used alcohol burner system to simulate the gas flow of gas generator of liquid rocket engine. During the test at TPTF, the temperature and pressure at turbine inlet were smoothly increased while those of the gas generator of engine were constant. Present research developed a simulation code for the burner and the piping system and applied to the system. The calculation results were in good agreement with the test, and confirmed quantitatively that the non-steadiness is due to the heat transfer of the pipe. While the insulation of the pipe is ineffective, the length has a large impact on the turbine inlet condition. The present research clarified the empirically estimation of test condition, and can be applied to determination of the following test conditions.
In this study, we investigated the operation data of combined heat and power in accordance with the change of the inlet guide vane with partial load. The partial load 80% could close the inlet guide vane up to 24%, and the exhaust gas temperature could be increased by 52℃. The partial load 90% could close the inlet guide vane up to 12%, and the exhaust gas temperature could be increased by 23℃. At 80% of partial load with the thermal load tracking mode, the output could be increased up to 5.68 MW, the combined cycle efficiency increased by 0.73%, and the combined heat and power efficiency increased by 1.81%. At 90% of the partial load, the output could be increased up to 2.55 MW, the combined cycle efficiency increased by 0.32%, and the combined heat and power efficiency increased by 0.72%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.2
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pp.103-109
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2013
In this study, we performed a numerical study of hydrogen/air combustion in the combustion chamber of an ultra micro gas turbine. The supply flow rate and equivalence ratio are used as variables, and the commercial computational fluid dynamic program (STAR-CCM) is used for the numerical study of the combustion. The flow rate significantly affects the flame position, flame temperature, and pressure ratio between the inlet and the outlet. The flame position is close to the outlet in the combustion chamber, and the flame temperature and pressure ratio monotonously increases with the supply flow rate. The change in the equivalence ratio does not affect the flame position. The maximum flame temperature occurs under stoichiometric conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.11
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pp.1023-1029
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2013
The integration between a gas turbine and an air separation unit (ASU) is important in IGCC plants. The portion of ASU air extracted from the gas turbine and the degree of nitrogen supply from the ASU to the gas turbine side are important operating parameters. Their effect on the gas turbine performance and operability should be considered in a wide ambient temperature range. In this study, appropriate nitrogen dilution rate and turbine inlet temperature that satisfy the two limitations of turbine blade temperature and maximum allowable power output were predicted. The air integration was set at zero. The simulation showed that the power output increases and turbine blade temperature decreases as the nitrogen dilution increases. The maximum allowable power output can be obtained under medium and low ambient temperature ranges. Under a high ambient temperature range, the achievable power is less than the maximum power.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.3
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pp.207-214
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2015
The preliminary design of a radial inflow turbine using R134a as the working fluid at 5 kW of power for application to ocean thermal energy conversion (OTEC) is performed to obtain the trends for the efficiency and geometrical dimensions of the turbine. Using input conditions that included a turbine inlet temperature of $25^{\circ}C$, an outlet static pressure of 4.9 bar, and a mass flow rate of 1.16 kg/s, the results of a mean flow analysis show the major dimensions of the turbine, along with an angular velocity of 12,820 rpm. Based on these results, a three-dimensional turbine model is constructed for a computational fluid dynamics (CFD) analysis. The flow characteristics inside the turbine, including the volute and nozzle, are investigated using the CFD software ANSYS CFX. For a pertinent number of nozzle guide vanes, ranging from 10 to 15, the turbine efficiency was higher than 80%, with the highest efficiency shown by a nozzle with 15 guide vanes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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