A tidal current turbine is designed and analyzed numerically by using blade element momentum theory. The rated power has a limitation because the diameter of the tidal current turbine cannot exceed the depth of sea water. This study investigates a horizontal axis tidal-current turbine with a rated power of 500 kW. NACA-6 series laminar foil shape is used for basic airfoil along the blade span. The distributions of chord length and twist angle along the blade span are obtained from the hydrodynamic optimization procedure. Prandtl's tip loss correction and angle of attack correction considering the three-dimensional effect are applied for this study. The power coefficient curve shows maximum peak at the rated tip speed ratio of 6.0, and the maximum torque coefficient is developed at the tip speed ratio of 4. The drag coefficient reaches about 0.85 at the design tip speed ratio.
This paper presents a design of vertical axis Darrieus wind turbine combine with Savonius for wind-power generating system to be adapted for variable wind speed. The wind turbine consists of two troposkien- and four Savonius-blades. Darrieus turbine is designed with diameter 9.4[m], chord length 380[mm], tip speed ratio 5. Savonius turbine is designed with diameter 1.8[m], height 2[m], tip speed ratio 0.95. The design of turbine is laid for the main data of rated wind speed 10[m/s], turbine speed 101.4[rpm]. The generating power is estimated to maximum power 20[kW], and this is converted to commercial power line by means of three phase synchronous generator-inverter system. Generating system is designed for operation on VSVF(variable speed variable frequency) condition and constant voltage system.
In this paper, the design of Centrifugal Compressor which is used in sizes 50 horse power has 8 pressure ratio and numerical analysis of the flow within compressor varying tip clearance length are performed. To get high pressure ratio with low power the exit height of impellers is low but compressor has very high speed of revolution. So compressor has high specific speed although mass flow rate is very small. The shape of impellers at the first stage is carried out. Flow and performance characteristics of impellers has been analyzed by using a commercial CFD program, $Fine^{TM}$/turbo. The result shows that loss coefficient is affected by tip clearance length and compressor has proper tip clearance length. It is possible to decrease loss by selecting apt tip clearance length.
The characteristics of the circular arc shaped multi-blade windmil are investigatedl. The prototypical windmill was tested in the laboratory at wind tunnel speeds of 5.5, 9.4m/s. and the model windmill was also tested in the laboratory, The power and torque coefficients were studied as functions of the blade section, the aspect ratio for blade diameter and windmill radius(M = 0.3, 0.5, 0.7), the number of blades and finally the tip-speed ratio. The analysis of the experimental results for the model windmill showed that there is the highest revolutions per minute(R.P.M) at the circular arc shaped multi-blade windmill having the blade number 10, aspect ratio(M = 0.7). and the results for the prototypical windmill showed that the power coefficient increased to a maximum value and then decreased again with an increase in the tip speed ratio, while the torque coefficient decreased directly with an increase in the tip speed ratio Finally, the experimental results were compared with the Savonius blade. the maximum power coefficient for the arc shaped blade was greater than for the Savonius blade and occured at a lower tip speed ratio.
The experimental study on the effect of axial clearance between the tip of impeller blades and stationary shroud has been performed. The investigated compressor, which is a part of a small auxiliary power unit engine, consists of a curved inlet, a centrifugal impeller, a channel diffuser and a plenum chamber. It was designed for a total pressure ratio of 4.3 and an efficiency of $77\%$ at design speed of 60,000 rpm. The experiments are carried out in an open-loop centrifugal compressor test rig driven by a turbine. For the four different clearance ratios Cr(clearance/impeller tip width) of 6.25, 10.93, 15.60 and 20.30 percent, the overall performance data are obtained at $97\%,\;90\%$ and $80\%$ of the design speed. The results show the overall pressure ratio decrease of $7.7\%$ and the efficiency loss of $8.7\%$ across the variation of clearance ratio near the design speed. It also indicates that the influence of tip clearance became weaker as the flow rate is reduced and the stable operating range is not significantly influenced by the change of clearance ratio.
The effects of finite gap at the tip of turbomachinery blades have long been topics of both theoretical and experimental research because tip clearance degrades turbomachinery performance. This paper presents an analytical study of radial flow redistribution in a high speed compressor stage with axisymmetric tip clearance. The flow is assumed to be inviscid and compressible. The stage is modeled as an actuator disc and the analysis is carried out in the meridional plane. Upon going through the stage, the radially uniform upstream flow splits into the tip clearance and passage flows. The tip clearance flow is modeled as a jet driven by blade loading, or pressure difference between the pressure and suction sides. The model takes into consideration the detached shocks which occur in the rotor passage at the design point. This shock model is used to calculate the density ratio across the stage. Thus, the model is capable of predicting the kinematic effects of tip clearance in the high speed compressor flow field.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제2권4호
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pp.478-485
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2013
This paper focuses on the design and control of a new concept for wind turbines with a planetary gearbox to realize a power split. This concept, where the generated wind power is split into two parts, is to increase the utilization of the wind power and may be particularly suitable for large scale off-shore wind turbines. In order to reduce the cost of the power electronic devices, a synchronous generator, which is driven by the planetary gear, is directly connected to the power grid without electronic converter. A servo drive, which functions as the control actuator, is connected to the power grid by a power electronic converter. With small scale power electronic device, the current harmonics can also be reduced. The speed of the main shaft is controlled to track the optimal tip speed ratio. Meanwhile the speed of the synchronous generator is controlled to stay at the synchronous speed. The minimum rated power of the servo motor and the converter, is studied and discussed in this paper. Different variants of the wind turbine with a planetary gear are also compared. The controller for optimal tip speed ratio and synchronous speed tracking is given.
As a first step for aerodynamic analysis of vertical axis wind turbine, dynamic stall characteristics of airfoil was investigated. Dynamic stall of wind turbine airfoil is caused by severe variation of angle of attack and relative velocity of flow around airfoil. Angle of attack and relative velocity can be expressed with tip speed ratio. Variation of angle of attack is strongly dependent on the tip speed ratio. For tip speed ratio, 1.4 and free stream velocity, 15m/s, dynamic stall characteristics of wind turbine airfoil is compared with those of oscillating airfoil having same angle of attack variation.
본 논문에서는 ANSYS 유동해석 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 5kW와 50kW 수직축 풍력터빈에 대해 연구였다. 5kW급 수직축 풍력터빈은 주 블레이드의 갯수와 보조 블레이드의 개수를 각각 30개로 하였고 주속비(TSR)를 0.2에서 06까지 변화를 주면서 전기적 특성을 분석하였다. 5kW급 수직축 풍력터빈의 전기적 특성을 기초로 하여 50kW급 수직축 풍력터빈을 설계 하였다. 5kW급 풍력발전은 주속비가 0.5일 때 9.5kW의 출력과 0.28의 효율이 최대로 나타났다. 출력전류(Ip)와 출력전압(Ep)을 계산한 결과, 주속비가 증가하면 출력전류(Ip)는 감소되고 출력전압(Ep)은 증가되는 것을 알 수가 있었다. 그리고 주속비를 변화주어도 5kW급 풍력발전은 5kW 이상 출력이 측정되었다. 주속비를 0.3부터 0.6까지 변화시켰을 때, 50kW급 풍력발전은 50kW 이상 출력되었다. 50kW급 풍력발전은 주속비가 0.4일 때, 출력은 58.37[kW]이고 효율은 0.318로 최대로 나타났으며, 제안한 50kW 풍력발전이 설계조건을 만족함을 확인하였다.
The flow and noise characteristics of wake behind wind-turbine blades have been investigated experimentally using a two-frame particle image velocimetry (PIV) technique. Experiments were carried out in a POSTECH subsonic large wind-tunnel ($1.8^W{\times}1.5^H{\times}4.3^L\;m^3$) with KBP-750D (3-blade type) wind-turbine model at a freestream velocity of $U_o\;=\;15\;m/s$ and a tip speed ratio $\lambda\;=\;6.14$ (2933 rpm). The wind-turbine blades are connected to an AC servo motor, brake, encoder and torque meter to control the rotational speed and to extract a synchronization signal for PIV measurements. The wake flow was measured at four azimuth angles ($\phi\;=\;0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $60^{\circ}$ and $90^{\circ}$) of the wind-turbine blade. The dominant flow structure of the wake is large-scale tip vortices. The turbulent statistics such as turbulent intensity are weakened as the flow goes downstream due to turbulent dissipation. The dominant peak frequency of the noise signal is identical to the rotation frequency of blades. The noise seems to be mainly induced by the tip vortices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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