In the present study, optimization of throttle margin for high pressure turbine to be retrofitted or partially modified for power uprating or life extension in nuclear power plant, has been performed to increase the electrical output. Throttle margin for high pressure turbine is required to maintain all the time the rated power by opening more of governor valves whenever inlet pressure is decreased due to the tube plugging of steam generator. If throttle margin of high pressure turbine is too much compared to remaining lifetime, loss of electrical output due to pressure drop of governor valves is inevitable. On the contrary, if it is too little, the rated power operation can not be accomplished when inlet pressure of high pressure turbine is dropped after many years operation. So, throttle margin for high pressure turbine in nuclear power plant is compromised considering for the degradation of steam generator, governor valve capacity, manufacturing tolerance of high pressure turbine, future plan of power uprating, and remaining lifetime of power plant.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제6권3호
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pp.160-169
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2013
Two-stage turbocharging is an important way to raise engine power density, to realize energy saving and emission reducing. At present, turbine matching of two-stage turbocharger is based on MAP of turbine. The matching method does not take the effect of turbines' interaction into consideration, assuming that flow at high pressure turbine outlet and low pressure turbine inlet is uniform. Actually, there is swirl flow at outlet of high pressure turbine, and the swirl flow will influence performance of low pressure turbine which influencing performance of engine further. Three-dimension models of turbines with two-stage turbocharger were built in this paper. Based on the turbine models, mechanism of swirl flow at high pressure turbine outlet influencing low pressure turbine performance was studied and a two-stage radial counter-rotation turbine system was raised. Mechanisms of the influence of counter-rotation turbine system acting on low-pressure turbine were studied using simulation method. The research result proved that in condition of small turbine flow rate corresponding to engine low-speed working condition, counter-rotation turbine system can effectively decrease the influence of swirl flow at high pressure turbine outlet imposing on low pressure turbine and increases efficiency of the low-pressure turbine, furthermore increases the low-speed performance of the engine.
In this paper, three-dimensional multiblade row unsteady Navier-Stokes simulations at a hot streak temperature ratio of 2.0 have been performed to reveal the effects of rotor tip clearance on the inlet hot streak migration characteristics in low pressure stage of a Vaneless Counter-Rotating Turbine. The hot streak is circular in shape with a diameter equal to 25% of the high pressure turbine stator span. The hot streak center is located at 50% of the span and the leading edge of the high pressure turbine stator. The tip clearance size studied in this paper is 2.0mm(2.59% high pressure turbine rotor height, and 2.09% low pressure turbine rotor height). The numerical results show that the hot streak is not mixed out by the time it reaches the exit of high pressure turbine rotor. The separation of colder and hotter fluid is observed at the inlet of low pressure turbine rotor. Most of hotter fluid migrates towards the rotor pressure surface, and only little hotter fluid migrates to the rotor suction surface when it convects into the low pressure turbine rotor. And the hotter fluid migrated to the tip region of the high pressure turbine rotor impinges on the leading edge of the low pressure turbine rotor after it goes through the high pressure turbine rotor. The migration of the hotter fluid directly results in very high heat load at the leading edge of the low pressure turbine rotor. The migration characteristics of the hot streak in the low pressure turbine rotor are dominated by the combined effects of secondary flow and leakage flow at the tip clearance. The leakage flow trends to drive the hotter fluid towards the blade tip on the pressure surface and to the hub on the suction surface, even partial hotter fluid near the pressure surface is also driven to the rotor suction surface through the tip clearance. Compared with the case without rotor tip clearance, the heat load of the low pressure turbine rotor is intensified due to the effects of the leakage flow. And the numerical results also indicate that the leakage flow effect trends to increase the low pressure turbine rotor outlet temperature at the tip region.
In real design of the high & interim pressure turbine casing, it is one of the important things to figure out its thermal strain exactly. In this paper, with the establishment of the new concept for the heat transfer coefficient of steam that is one of the factors in analysis of the thermal stress for turbine casing, an analysis was done for one of the high & interim pressure turbine casings in operating domestically. The sensitivity analysis of the heat transfer coefficient of steam to the thermal strain of the turbine casing was done with a 2-D simple model. The analysis was also done with switching of the material properties of the turbine casing and resulted in that the thermal strain of the turbine casing was not so sensitive to the heat transfer coefficient of steam. On the basis of this, 3-D analysis of the thermal strain for the high and interim pressure turbine casing was done.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권2호
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pp.284-290
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2006
For the case of high head and critical low flow rate range of micro hydropower resources, it requires very low specific speed turbines which are lower than conventional impulse turbine's specific speed. In order to satisfy the request for very low specific speed turbine with high efficiency, a new positive displacement turbine is developed. The performance characteristics of the new turbine is tested and compared with a conventional impulse turbine, which is used for automatic water faucet system. The purpose of present study is to develop an high performance turbine that can be used to extract micro hydropower potential of a water supply system. The test results show that the positive displacement turbine is much more efficient than the conventional turbine and it can sustain high efficiency under the wide range of operating conditions. The pressure pulsations at the inlet and outlet of the positive displacement turbine can be considerably minimized by using simple pressure damper.
Experimental study on the flow field inside the nozzle for radial turbine was performed. At design point, the pressure is high and the Mach number is low at the pressure side of the nozzle inlet semi-vaneless space as the flow turns through the nozzle vanes. As the flow accelerates through the nozzle passage to the throat the pressure level at the pressure and suction sides becomes similar. The flow continued accelerating from the throat to the inlet of turbine wheel and the pressure field became uniform in the circumferential direction in the vaneless space. In high expansion ratio condition, strong favorable pressure gradient band region occurred just after the throat in the semi-vaneless space in the circumferential direction and the pressure became uniform in the circumferential direction after this band. In low expansion ratio condition, core flow acceleration is dominant after the throat and this non-uniform pressure field reached to the inlet of turbine wheel.
Power plant industry has been developed at high-capacity, high-technology, and innovation. Steam turbine became the most useful equipment that dominate more than 50% of all the world electricity production. And developed new materials of the turbine blade and extended length of the turbine last blade brought reform in steam turbine performance upgrade. In this paper, when do partial load driving in high-capacity steam turbine, optimum driving method found whether there is something. In operating steam turbine, there is a lot of loss from secondary wake and throttle of the 1st stage nozzle by the biggest leading factor that load fluctuation affects in high-pressure steam turbine performance. Effect of internal efficiency by 1 stage nozzle is the biggest here, but here fluid flow and flow analysis were not yet examined closely definitely. So, Analyzed design data and acceptance performance test result to applying subcritical pressure drum type 560 MW, supercritical-pressure once through type 500 MW, and 800 MW steam turbines actually. In conclusion, at partial load driving, partial arc admission(PAA) is more efficient than full arc admission(FAA) efficiency. This is judged by because increase being proportional with gross energy of stream that is pressure - available energy if pressure of stream that is flowed in to the turbine increases, available energy becomes maximum and turbine efficiency improves. Therefore, turbine performance is that preview that first stage performance fell if decline is serious in partial load because first stage performance changes according to load.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제3권1호
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pp.25-29
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2016
This paper highlights the performance of an impulse turbine which is a part of turbopump in a liquid rocket first stage engine. The turbopump, currently under development at Korea Aerospace Research Institute, has an impulse type turbine with 12 nozzles and a single rotor. The impulse turbine can archive high specific power with the low gas flow rates. The supersonic impulse turbine with a single rotor can make a simple structure. High-pressure gases are converted into the dynamic energy with flows through the 12 nozzles and drive the rotor to make the power for the pumps. The turbine test was performed in the high-pressured turbine test facility with air gas instead of burned gas. A hydraulic dynamometer was used to absorb the power from the turbine and control the rotational speed and torque. The test points were at several pressure ratios with 7 different rotational speeds. Results showed the efficiency was highest at the design pressure ratio. The efficiency was insensitive to the pressure ratio variation than the rotational speed. It was a typical characteristic in an impulse turbine.
International Journal of Advanced Culture Technology
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제3권2호
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pp.58-66
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2015
This paper aims to compare the use of Centrifugal Turbine and Tesla Turbine in an application of Organic Rankine Cycle (ORC) Machine using Isopentane as working fluid expanding. The working fluid has boiling point below boiling water and works in low-temperature sources between $80-120^{\circ}C$ which can be produced from waste heat, solar-thermal energy and geothermal energy etc. The experiment on ORC machine reveals that the suitability of high pressure pump for working fluid has result on the efficiency of work. In addition, Thermodynamics theory on P-h diagram also presented the effect of heat sources' temperature and flow rate on any work. Thus, the study and design on ORC machine has to concern mainly on pressure pump, flow rate and optimized temperature. Result experiment and calculate ORC Machine using centrifugal Turbine efficiency better than Tesla turbine 30% but Tesla Turbine is cheaper and easily structure. Further study on the machine can be developed throughout the county due to its low cost and efficiency.
Turbine inlet temperature is steadily increasing to achieve high specific thrust and efficiency of gas turbine engines. Turbine cooling technology is essential to increase turbine inlet temperature. For this study, a small or medium sized aircraft engine of 10,000 lbf class with the turbine inlet temperature of $1,400^{\circ}C$, the engine overall pressure ratio of 32.2, and the bypass ratio of 5 was set as the baseline model and its performance analysis was performed at the design point. The engine has the performance of 10,013 lbf thrust and the specific fuel consumption of 0.362 lbm/hr/lbf. The thrust and the specific fuel consumption of the baseline model were compared with those of similar class engines. Based on these results, the turbine design requirements were assigned. In addition, the parametric analysis of the engine, related to aerodynamic and cooling design of the high pressure turbine, was performed. Based on the baseline model engine, the influence of turbine inlet temperature, cooling flow ratio, and high pressure turbine efficiency variations on the engine performance was analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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