Evaluating an optimum seal design to minimize leakage is concerned in the aspect of flow control. Flow is characterized into five categories according to its leakage path. Effect of geometry and leakage path are evaluated according to variation of sealing geometry. To simulate an oil jet or oil mist type high speed spindle lubrication, the working fluid is regarded as two phases that are mixed flow of oil phase and air phase. Both of the turbulence and the compressible flow model were introduced in CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis. This offers a methodological way of enhancement seal design for high speed spindle.
A damper floating ring seal with round hole pattern surfaces is suggested for better leakage control. The flat plate test of the round hole pattern surfaces has been performed to yield an empirical friction factor model. The exact predictions of the lockup position of the damper floating ring, the leakage performance, and the rotordynamic coefficients of the seal are necessary to evaluate the rotordynamic performance of the turbo pump unit. The governing equations including the empirical friction factor model for round hole pattern surfaces are solved by the Fast Fourier Transform method. The lockup position, leakage flow rate, and rotordynamic coefficients are evaluated according to the geometric parameters of the damper floating ring seal. Theoretical results show that the damper floating ring seals yield less leakage and better rotordynamic stability than the floating ring seal with a smooth surface.
Measurements of the leakage flow in the shrouded cavity were performed in axial compressor cascades at $Re=2.6{\times}10^5$. This paper describes the effects of the leakage flow tangential velocity on kinematics of the leakage flow in the shrouded cavity and consequent overall loss and exit flow turning at stator blade row downstream. Flow data and flow visualization images consistently indicate that leakage flow circumferentially migrates 2, 4 and 5 blade passages in the direction of rotation for ${\upsilon}_y/c=0.09$, 0.35 and 0.45, respectively where ${\upsilon}_y$ is the leakage tangential velocity and c is the mainstream velocity. The leakage flow contracts to a jet across the seal-tooth resulting in an increase in the leakage axial velocity-doubling the leakage axial velocity in upstream cavity compared to that in the downstream cavity. Consequently, two flow regions are distinguished before and after the seal-tooth. As increasing the leakage tangential velocity, the overall loss downstream of stator blade row decreases and the exit flow turning in the range of span. from the hub endwall to 15% increases while the decreases in the flow turning from 15% to 30% span is observed.
In present 3D CFD study, the method for determining leakage and rotordynamic coefficients of a plain-gas seal is suggested by using the relative coordinate system for steady-state simulation. In order to find the effect of pre-swirl speed at seal inlet, pre-swirl velocity is included as a parameter. Present analysis is verified by comparison with results acquired from Bulk-flow analysis code and published experimental results. The results of 3D CFD rotordynamic coefficients of direct stiffness(K) and cross-coupled stiffness(k) show improvements in prediction. As pre-swirl speed at seal inlet increases, k also increases to destabilize system. However, pre-swirl speed at seal inlet does not show sensitivity to the leakage and rotordynamic coefficients of K and damping(C).
The labyrinth seal is one of the widely used non-contact type mechanical seal. Current work was emphasized on the investigation of the air jet effect on the labyrinth seal. To improve the sealing capability of conventional labyrinth seal, air jet was injected against through the leakage flow. In this study, both of the numerical analysis by CFD (Computational Fluid Dynamics) and the experimental measurement were carried out. Both of the turbulence aad the compressible flow model were introduced in CFD analysis. The sealing effect of the leakage clearance and the air jet magnitude were studied in the experiment. The reason of the enhanced sealing was explained as a reduction of effective clearance by jetting air. As a result, the air jet could reduce the effective clearance with a wide range of leakage clearance.
The governing equations are derived for the analysis of a stepped labyrinth gas seal generally used in high performance compressors, gas turbines, and steam turbines. The bulk-flow is assumed for a single cavity control volume set up in a stepped labyrinth cavity and the flow is assumed to be completely turbulent in the circumferential direction. The Moodys wall-friction-factor model is used for the calculation of wall shear stresses in the single cavity control volume. For the reaction force developed by the stepped labyrinth gas seal, linearized zeroth-order and first-order perturbation equations are developed for small motion about a centered position. Integration of the resultant first-order pressure distribution along and around the seal defines the rotordynamic coefficients of the stepped labyrinth gas seal. The resulting leakage and rotordynamic characteristics of the stepped labyrinth gas seal are presented and compared with Scharrers theoretical analysis using Blasius wall-friction-factor model. The present analysis shows a good qualitative agreement of leakage characteristics with Scharrers analysis, but underpredicts by about 20%. For the rotordynamic coefficients, the present analysis generally yields smaller predictied values compared with Scharrers analysis.
The leakage characteristic is an important factor in power plant. However, most of power plant have efficiency problem which is occurred leaking between high pressure steam turbine axle and stator. The labyrinth seal which is used between the main turbine axle and stator in the power plant. Because it is able to be non-contact seal and it is minimize clearance to decrease the leakage. But its actual system is too huge to experiment. Therefore, most steam turbine seal performance tests were conducted by air similarity test. This paper described a test facility and program for air similarity test of high pressure steam turbine seal. A test facility has been designed and built to evaluate leakage verification of labyrinth seal. The test facility consist of air compressor, anti-swirl labyrinth seal for 1/3 air similarity model, pressure transducer, air flow measure system, instrumentation and auxiliary system. For evaluation of steam turbine seal performance, the air similarity test of labyrinth seal leakage verification was conducted and we compared experiment data and analysis result.
The mechanical face seal has been tested in Korea Aerospace Research Institute (KARl) for turbopump applications. In the turbopump under current development, the mechanical face seal is installed between fuel pump and turbine to prevent a mixture of fuel and combustion gas. Generally the mechanical face seal in turbopump is exposed to severe environment because of great rotational speed, high temperature of combustion gas and high level of pressure difference. Thus a series of tests were performed to guarantee the reliability of mechanical face seal by means of simulating the practical operating conditions. The tests were conducted up to 20,000 rpm with pressure difference of 800 kPa and temperature of 620 K In addition several carbon materials for mechanical face seal were conducted to the tests to compare the life time. During the tests, the performance against leakage was monitored and the carbon wear was also measured to estimate the life of a mechanical face seal The results show that the leakage flow rates of mechanical face seal is ignorable compared to an overall flow rate of fuel pump. The carbon material which has the finest wear resistance was found during the tests. Lastly no critical failure of mechanical face seal was found during the tests and the reliability of mechanical face seal for turbopump was successfully proved.
Yubin Kim;Kihwan Kim;Seungcheol Ryu;Hojun Cha;Seokho Kim
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
/
제26권1호
/
pp.25-30
/
2024
High-temperature superconducting rotors offer advantages in terms of output-to-weight ratio and efficiency compared to conventional phase conduction motors or generators. The rotor can be cooled by conduction cooling, which attaches a cryocooler, and by refrigerant circulation, which uses circulating liquid or gas neon, helium and hydrogen. Recent work has focused on environmental issues and on high-temperature superconducting motors cooled with liquid hydrogen that can be combined with fuel cells. However, to ensure smooth supply and return of the cryogenic cooling fluid, a cryogenic rotational coupling between the rotating and stationary parts is necessary. Additionally, the development of a sealing structure to minimize fluid leakage applicable to the coupling is essential. This study describes the design and performance evaluation of a non-contact sealing method, specifically a labyrinth seal, which avoids power loss and heat load caused by friction in contact sealing structures. The seal design incorporates a spiral flow path to reduce leakage using centrifugal force, and computational fluid dynamics (CFD) simulations were conducted to analyze the flow path and rotational speed. A performance evaluation device was configured and employed to evaluate the designed seal. The results of this study will be used to develop a cryogenic rotational coupling with supply and return flow paths for cryogenic applications.
Basic equations and its solution procedure are derived for the analysis of an annular pump seal in which the rotor has a large static displacement from the centered position. The Bulk-flow is assumed for a control volume set in the seal clearance and the flow is assumed to be completely turbulent in axial and circumferential direction. Moody's wall-friction-factor formula is used for the calculation of wall shear stresses in the control volume. For the reaction force developed by the seal, linearized zeroth-order and first-order perturbation equations are developed for small motion about an eccentric position. Flow variables are expanded by using Fourier series for the solution procedure. Integration of the resultant first-order pressure distribution along and around the seal defines the 12 elements of rotordynamic coefficients of the eccentric annular pump seal. The results of leakage and rotordynamic coefficients are presented and compared with the Marquette's experimental results and the San Andres' theoretical analysis.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.