Park, Jong-Hwoo;Chung, Kyung-Nam;Kim, Yang-Ik;Cho, Seoung-Hee
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2006.08a
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pp.275-278
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2006
A steam turbine is one of propulsion systems of a LNG carrier, which consists of high pressure (HP) and low pressure (LP) turbines. In order to obtain high power, each one has the form of a multi-stage turbine. Especially, the first stage of a HP turbine is Curtis stage and uses partial admission considering the turbine efficiency. The performance of a HP turbine can be predicted by a mean-line analysis method, because the relatively large value of hub-tip ratio makes the three-dimensional losses small. In this study, a performance analysis method is developed for a multi-stage HP turbine using Chen's loss model developed for the transonic steam turbines. To consider the feature of partial admission, different partial admission models are reviewed, This analysis method can be used in partial load conditions as well as full load condition. The calculation results are also compared with the CFD results about some simple cases to check the accuracy of the program. Performance of two HP turbine models are calculated, and the calculation results are compared with the designed data. The comparison shows the qualitative performance analysis result.
An estimation methodology of the mass and energy (M/E) release due to the main steam line break (MSLB) has been developed with the RETRAN-3D code. In the case of equipment qualification (EQ), the over-estimated temperature would exceed the design limits of some cables or valves. In order to have a more flexible EQ profiles from the MSLB M/E release, the methodology with the best-estimated code was used. The major conditions affecting the MSLB M/E were found to be the initial SG level, heat transfer between primary and secondary sides, power level, operable protection system, main or auxiliary feedwater availability, and break conditions. The RETRAN-3D models were developed for the Kori unit 1 (KRN-1) which is typical two loop Westinghouse (WH) designed plant. Particularly, a detailed model of the steam generators was developed to estimate a more realistic two-phase heat transfer effect of the steam flow. After the modeling, the methodology has been developed through the sensitivity analyses. The M/E release data generated from the analyses have been used as the input to the inside containment pressure and temperature (P/T) analysis. According to the results at the point of view containment P/T, the Kori unit 1 can have more margin of 5∼15 ㎪ in pressure and 8∼15$^{\circ}C$ in temperature.
The last stage blade of the low pressure steam turbine remarkably affects turbine plant performance and availability Turbine manufacturers are continuously developing the low pressure last stage blades using the latest technology in order to achieve higher reliability and improved efficiency. They tend to lengthen the last stage blade and apply shrouds at the blades to enhance turbine efficiency. The long blades increase the blade tip circumferential speed and water droplet erosion at shroud is anticipated. Parts of integral shrouds of the last stage 40 inch blades were cracked and liberated recently in a combined cycle power plant. In order to analyze the root cause of the last stage blades shroud cracks, we investigated operational history, heat balance diagram, damaged blades shape, fractured surface of damaged blades, microstructure examination and design data, etc. Root causes were analyzed as the improper material and design of the blade. Notches induced by erosion and blade shroud were failed eventually by high cycle fatigue. This paper describes the root cause analysis and countermeasures for the steam turbine last stage blade shroud cracks of the combined cycle power plant.
Kim, Woo-Gon;Ryu, Woo-Seog;Lee, Ho-Jin;Kim, Sung-Chung
Proceedings of the KSME Conference
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2000.04a
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pp.25-30
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2000
Residual stresses induced in U-bending and tube-to-tubesheet joining processes of PWR's steam generator row-1 tube were measured by X-ray method and Hole-Drilling Method(HDM). The stresses resulting from the Internal pressure and the temperature gradient in the steam generator were also estimated theoretically. In U-bent lesions, the residual stresses at extrados were induced with compressive stress(-), and its maximum value reached -319 MPa in axial direction at ${\psi}=0^{\circ}$ in position. Maximum tensile residual stress of 170MPa was found to be at the flank side at Position of${\psi}=90^{\circ}$, i.e., at apex region. In tube-to-tubesheet fouling methods, the residual stresses induced by the explosive joint method were found to be lower than that by the mechanical roll method. The gradient of residual stress along the expanded tube was highest at the. transition region, and the residual stress in circumferential direction was found to be higher than the residual stress in axial direction. Hoop stress due to an internal pressure between primary and secondary side was analyzed to be 76 MPa and thermal stress was 45 MPa.
Ha, Tae-Woong;Lee, Yong-Bok;Kim, Seung-Jong;Kim, Chang-Ho
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.7
no.6
s.27
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pp.45-54
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2004
Governing equations and numerical solution methods are derived for the analysis of a combination-type-staggered-labyrinth seal used in high performance steam turbines. A bulk flow is assumed for each combination-type-staggered-labyrinth cavity. Axial flow through a throttling labyrinth strip is determined by Neumann's leakage equation and circumferential flow is assumed to be completely turbulent in the labyrinth cavity. Moody's wall-friction-factor formula is used for the calculation of wall shear stresses. For the reaction force developed by the seal, linearized zeroth-order and first-order perturbation equations are developed for small motion near the centered position. Integration of the resultant first-order pressure distribution along and around the seal defines the rotordynamic coefficients of the combination-type-staggered-labyrinth seal. Theoretical results of leakage and rotordynamic characteristics for the IP4-stage seal of USC (ultra super critical) steam turbine are shown with the effect of sump pressure, the number of throttling labyrinth strip, and rotor speed.
In this study, the effects of the various parameters of spinning and drawing processes on the properties of polyester full drawn yarn (FDY) prepared by steam processing during high-speed spinning were investigated using several techniques. The wet shrinkage ratio of the FDY was able to be manipulated by controlling the temperature and draw ratio. The FDY made using the steam high speed spinning technique exhibited identical properties (such as tenacity, elongation, and wet shrinkage ratio) to that of regular FDY, made using the spin-draw process. FDY prepared using the steam process during high-speed spinning showed excellent dyeability. The dye pick-up of the polyester yarn spun at high-speed spinning was found to be improved when dyed under an atmospheric pressure of $100^{\circ}C$. This result was the same as regular FDY dyed under a high pressure of $130^{\circ}C$.
We develop a heat exchanger modules for a multi-burner boiler. The heat exchanger module is kind of a heat recovery steam generator (HRSG). This heat recovery system has 4 heat exchanger modules. The 1st module consists of 27 bare tubes due to high temperature exhaust gas and the others consist of 27 finned tubes. The maximum steam pressure of each module is 1 MPa and tested steam pressure is 0.7 MPa. In order to test these heat exchanger modules, we make a 0.5t/h flue tube boiler (LNG, $40\;Nm^3/h$). We tested the heat exchanger module with changing the position of each heat exchanger module. We measured the inlet and outlet temperature of each heat exchanger module and calculated the heat exchange rate. The results show that if module C is placed at second stage (the 1st stage is always module O, bare tube module), there is no need to attach an additional heat exchanger module. In this case the exit temperature of module C is low enough to enter an economizer which is more effective in heat recovery than a heat exchanger module.
A simple model to analyze non-linear density-wave instability in a sodium-cooled helically coiled steam generator is developed. The model is formulated with three regions with moving boundaries. The homogeneous equilibrium flow model is used for the two-phase region and the shell-side energy conservation is also considered for the heat flux variation in each region. The proposed model is applied to the analysis of two-phase instability in a JAEA (Japan Atomic Energy Agency) 50MWt No.2 steam generator. The steady state results show that the proposed model accurately predicts the six cases of operating temperatures on the primary and secondary sides. The sizes of three regions, the secondary side pressure drop according to the flow rate, and the temperature variation in the vertical direction are also predicted well. The temporal variations of the inlet flow rate according to the throttling coefficient, the boiling and superheating boundaries and the pressure drop in the two-phase and superheating regions are obtained from the unsteady analysis.
Operating characteristics of a triple pressure reheat HRSG are analyzed using a commercial software package (Gate Cycle by GE Enter Software). The calculation routine determines all the design parameters including configuration and area of each heat exchanger. The off-design calculation part has the capability of simulating the effect of any operating parameters such as power load, process requirements, and operating mode, etc., on the transient performance of the plant. The arrangement of high-temperature and intermediate-temperature components of the HRSG is changed, and its effect on the steam turbine performance and HRSG characteristics is examined. It is shown that there could be a significant difference in HRSG sizes even though thermal performance is not in great deviation. From the viewpoint of both economics and steam turbine performance, it should be carefully reviewed whether the optimum design point could exist. Off-design performance could be one of the main factors in arranging components of the HRSG because power plants operate at various off-design conditions such as ambient temperature and gas turbine load, etc. It is shown that different heat exchanger configurations lead to different performances with ambient temperature, even though they have almost the same performances at design points.
There has been a growing interest in the recent time for the development of solar power tower plants, which are mainly used for utility scale power generation. Combined heat and power (CHP) is an efficient and clean approach to generate electric power and useful thermal energy from a single heat source. The waste heat from the topping Brayton cycle is utilized in the bottoming HRSG cycle for driving steam turbine and also to produce process steam so that efficiency of the cycle is increased. A thermal storage system is likely to add greater reliability to such plants, providing power even during non-peak sunshine hours. This paper presents a conceptual configuration of a solar power tower combined heat and power plant with a topping air Brayton cycle. A simple downstream Rankine cycle with a heat recovery steam generator (HRSG) and a process heater have been considered for integration with the solar Brayton cycle. The conventional GT combustion chamber is replaced with a solar receiver. The combined cycle has been analyzed using energy as well as exergy methods for a range of pressure ratio across the GT block. From the thermodynamic analysis, it is found that such an integrated system would give a maximum total power (2.37 MW) at a much lower pressure ratio (5) with an overall efficiency exceeding 27%. The solar receiver and heliostats are the main components responsible for exergy destruction. However, exergetic performance of the components is found to improve at higher pressure ratio of the GT block.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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