Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.380-384
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2004
A fuel spiking test was performed to measure the surge margin of the compressor in a gas turbine engine. During the test, fuel spiking signal was superimposed on the engine controller demand and the mixed signals were used to control a fuel line servo-valve. For the superimposition, a subsystem composed of a fuel controller and a function generator was used. During the fuel spiking test, the original scheduled fuel signals and the modified signals were compared to guarantee the consistency excluding the spiking signals. The spiking signals were carefully selected to maintain the engine speed constant. The fuel spiking effects were checked by three dynamic pressure sensors. Sensors were placed before the servo-valve, after the servo-valve, and after the compressor location, respectively. The modulations of the spiking signal duration and fuel flow rate were examined to make the- operating point approach the surge region. The real engine test was performed at the Altitude Engine Test Facility (AETF) in Korea Aerospace Research Institute (KARI). In the real engine test, fuel spiking signals with 25~50 ㎳ of spiking signal time and 17~46 % of base fuel flow rate condition were used. The dithering signal was 5~6 ㎃ at 490 Hz. The test results showed good agreement between the fuel spiking signals and the fuel line pressure signals. Also, the compressor discharge pressure signals showed fuel spiking effects and the changes of the operating point on the compressor characteristic map could be traced.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.11
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pp.3639-3648
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1996
The effect of 15% pinched diffuser in a centrifugal air compressor with a cascade airfoil diffuser on the aerodynamic performance is investigated using a numerical approach. The commercial CFD code for three-dimensional, turbulent, compressible flow fields is executed for various mass flow rates at a design speed which can be obtained as long as the calculation succeeds. The pinched diffuser is found to help improve the instability of flow within vaneless diffuser space, especially the reverse flow near shroud, and to change both stall/surge line and choking line to increase the surge margin. It is also found to generate more favorable increase of static pressure in diffuser region, and to increase the resulting pressure ratio and efficiency.
This study simulated the effect of steam injection on the performance and operation of a gas turbine combined heat and power (CHP) system. A commercial simple cycle gas turbine was analyzed. A full off-design analysis was carried out to investigate the variations in not only engine performance but also the operating characteristics of the compressor caused by steam injection. Variation in engine performance and operation characteristics according to various operation modes were examined. First, the impact of full steam injection was investigated. Then, operations aiming to guarantee a minimum compressor surge margin, such as under-firing and partial steam injection, were investigated. The former and latter were turned out to be relatively superior to each other in terms of power and efficiency, respectively.
This study analyzed the variations in the performance and operation of a 200 kW class micro gas turbine according to performance degradation of compressor and turbine. An in-house code, developed by the present authors and presented in the first part of these series of papers, were used for the analysis. The degradation of compressor and turbine were simulated by modifications in the their performance maps: mass flow rate, pressure ratio and efficiency were decreased from the reference values. Firstly, the variations in the operating conditions (air flow rate, pressure ratio) were predicted for the full load condition. Then, the same analysis were performed for a wide partial load operating range. The change in engine's performance (power output and efficiency) due to the component degradation was predicted. In addition, the change in the compressor surge margin, which is an important indicator for safe engine operation, was evaluated.
In this study, a parametric study on a cavity as casing treatment of a centrifugal compressor has been conducted using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model. Two kinds of cavity were applied at choke and surge conditions, respectively, in this work. Inlet and outlet port widths, angle of outlet port, and length of cavity were chosen as the geometric parameters and investigated to find their effects on the aerodynamic performances such as adiabatic efficiency at design mass flow rate and stall margin of the centrifugal compressor. It was found that the aerodynamic performances of the centrifugal compressor were affected considerably by the four geometric parameters. The adiabatic efficiency was hardly changed by the geometric parameters, excepts for the angle of outlet port. With an increase in the angle of outlet port, the adiabatic efficiency and the stall margin decreased. The stall margin was more sensitive to the outlet port width than to the other geometric parameters. And, with a decrease in the outlet port width, the stall margin increased by 2% compared to that of the reference.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.8
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pp.1123-1131
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2002
An experimental study on the performance and instability development characteristics of a centrifugal compressor equipped with a cambered variable diffuser has been performed with varying diffuser vane angles. The test was conducted at the design speed of 20,800 rpm and the 80% design speed of 16,640 rpm for 5 diffuser angles : 65$^{\circ}$, 70$^{\circ}$, 75$^{\circ}$, 77.5$^{\circ}$, 80$^{\circ}$ The steady performance test results showed that choking mass flow rate decreases and total pressure ratio increases with a narrowed surge margin as the diffuser vane angle increases. Unsteady pressures were measured using high-frequency pressure transducers at the inducer and the diffuser throat to investigate the instability phenomena such as rotating stall and surge inside the compressor. From the unsteady measurements, it is found that the transient process from rotating stall to surge was mainly affected by diffuser angles. The results of the present study can be applied to the instability control of the centrifugal compressors using a variable diffuser.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.2
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pp.18-24
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2004
A fuel spiking test was performed to measure the surge margin of the compressor in a gas turbine engine. During the test, fuel spiking signal is superposed on the engine controller demand signals and the combined signals are used to control a fuel control valve. For the superposition, a subsystem composed of a fuel controller and a function generator is used. The real engine test was performed at the Altitude Engine Test Facility (AETF) in Korea Aerospace Research Institute (KARI). In the preliminary test, the fuel spiking signals are in good agreement with the dynamic pressure at the fuel line and at the compressor discharge point. After the preliminary test, a fuel spiking test to measure the surge point at a specific engine speed was performed. The test results show that the fuel spiking test is very effective in the measurement of surge.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.6
no.2
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pp.83-94
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2003
Preliminary aerodynamic design of a compressor is carried out to meet the design requirements which are pressure ratio of 13, air mass flow rate of 4 ㎏/s and rotational speed of 45,000 rpm. The compressor type is chosen as an axial-centrifugal compressor from the design requirements which is suitable for a medium power class turboprop or turboshaft engine. Its overall isentropic efficiency is estimated to be 0.796 and its surge margin to be 20% exceeding the design requirement. This paper summarizes the aerodynamic design details including the design procedures and the results of the axial -centrifugal compressor.
This study analyzed the influence of firing biogas on the performance and operation of a gas turbine combined heat and power (CHP) system. A reference CHP system designed with natural gas fuel was set up and off-design simulation was made to investigate the impact of firing biogas in the system. Changes in critical operating parameters such as compressor surge margin and turbine blade temperature caused by firing biogas were examined, and a couple of operating schemes to mitigate their changes were simulated. Part load operation of the biogas-fired system was compared with that of natural-gas fired system, and it was found that as long as the two system produce the same electric power output, they exhibit nearly the same heat recovery.
This simulation method is developed by using GateCycle code for the performance evaluation of the gas turbine in IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) power plant that uses clean coal gas fuel derived from coal gasification and gas clean-up processes and it is integrated with ASU(Air Separation Unit). In the present simulation method, thermodynamic calculation procedure is incorporated with compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. With the clean coal gases produced through commercially available chemical processes, their compatibility as IGCC gas turbine fuel is investigated in the aspects the overall performance of the gas turbine system. The predictions by the present method show that the reduction of the air extraction from gas turbine to ASU results in a remarkable increase in the efficiency and net power of gas turbines, but it is accompanied with a shift of compressor operation point toward to surge limit. In addition, the present analysis results reveal the influence of compressor performance characteristics of gas turbine have to be carefully examined in designing the ASU integration process and evaluating the overall performance parameters of the gas turbine in IGCC Power plant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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