This paper aims to develop a submerged propeller turbine for micro hydropower plant which allows to sustain high values of efficiency in a broad range of hydrological conditions (H=2~6 m, $Q=0.15{\sim}0.39m^3/s$). The two aspects to be considered in this development are mechanical simplicity and high-efficiency operation. Unlike conventional turbines that have spiral casing and gear box, this is directing driving and no spiral casing. A 10 kW class turbine which has the most high potential of the power generation has been developed. The most important element in the design of turbine is the runner blade. The initial blade is designed using inverse design method and then the runner geometry is modified by classical hydraulic method. The design process is carried out in two steps. First, the blade shape is fix and then other components of submerged propeller turbine are designed. Computational fluid dynamics analyses based on the Navier-Stokes equations have been used to obtain overall performance data for the blade and the full turbine, respectively. The results generated by performance parameters(head, guide vane opening angle and rotational speed) variations are theoretically analysed. The evaluation criteria for the blade and the turbine performances are the pressure distribution and flow's behavior on the runner blades and turbine. The results of simulation reveals an efficiency of 91.5% and power generation of 10.5kW at the best efficiency point at the head of 4m and a discharge of $0.3m^3/s$.
This paper presents a review study for energy-efficient gas turbines (GTs) with cycles which contributes significantly towards sustainable usage. Nonetheless, these progressive engines, operative at turbine inlet temperatures as high as $1600^{\circ}C$, require the employment of highly creep resistant materials for use in hotter section components of gas turbines like combustion chamber and blades. However, the gas turbine obtain its driving power by utilizing the energy of treated gases and air which is at piercing temperature and pushing by expanding through the several rings of steady and vibratory blades. Since the turbine blades works at very high temperature and pressure, high stress concentration are observed on the blades. With the increasing demand of service, to provide adequate efficiency and power within the optimized level, turbine blades are to be made of those materials which can withstand high thermal and working load condition for longer cycle time. This paper depicts the recent developments in the field of implementing the best suited materials for the GTs, selection of proper Thermal Barrier Coating (TBC), fracture analysis and experiments on failed or used turbine blades and several other designing and operating factors which are effecting the blade life and efficiency. It is revealed that Nickel based Superalloys were promising, Cast Iron with Zirconium and Pt-Al coatings are used as best TBC material, material defects are the foremost and prominent reason for blade failure.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.2
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pp.386-391
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2021
Turbocharging is becoming a key technology for both diesel and gasoline engines. Regarding gasoline engines, turbocharging can help reduce carbon dioxide (CO2) emissions when used in conjunction with other technologies. This paper presents measurements of the turbine efficiency of pulsating flow in a twin-scroll turbocharger for gasoline engines. A cold gas test bench with a pulse generator was manufactured. The turbine efficiencies were calculated using the measured data of the instantaneous pressure and temperature of the inlet and exit of the turbine. The measurements were carried out at turbine speeds from 60,000 to 100,000 rpm under a pulsating flow of 25.0 Hz and 33.0 Hz. The turbine efficiencies ranged from 0.517 to 0.544. At the pulse frequency, 33.3 Hz, the variations in efficiency were 7.7% and 2.6% at turbine speeds of 60,000 rpm and 100,000 rpm, respectively. The turbine efficiency of the pulsating flow compared to those of steady flow was 7.0% and 3.0% lower at a turbine speed of 60,000 rpm and 100,000 rpm, respectively. The pulsating flow deteriorated the turbine efficiency, but the effects of pulsating flow decreased with increasing turbine speed.
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.
Shin, Hyun Dong;Kang, Do Won;Kim, Tong Seop;Choi, Mun-Kyoung;Park, Pil Je
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.15
no.6
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pp.39-45
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2012
This paper describes the outcome of the design of a 200 kW class micro gas turbine and the sensitivity of its performance (efficiency and power) to the variations in major design parameters. The reference design parameters were set up based on the best available component technologies. The resulting net electricity generation efficiency of the micro gas turbine package was found to be competitive to those of other systems in the market. The sensitivities of power and efficiency to the variations in compressor and turbine efficiencies, pressure ratio, turbine inlet temperature, recuperator effectiveness, secondary air ratio, pressure loss ratios of both the cold and hot sides of the recuperator were estimated. Based on the sensitivity data, a simplified method to predict the variation in system performance responding to the combinations of small changes in all design parameters were set up and validated.
This study aims to analyse the influence of steam injection on the performance of hybrid systems combining a solid oxide fuel cell and a gas turbine. The steam is generated by recovering heat from the exhaust gas. Two system configurations, with difference being the operating pressure of the SOFC, are examined and effects of steam injection on performances of the two systems are compared. Two representative gas turbine pressure ratios are simulated and a wide range of both the fuel cell temperature and the turbine inlet temperature is examined. Without steam injection, the pressurized system generally exhibits better system efficiency than the ambient pressure system. Steam injection increases system power capacity for all design cases. However, its effect on system efficiency varies much depending on design conditions. The pressurized system hardly takes advantage of the steam injection in terms of the system efficiency. On the other hand, steam injection contributes to the efficiency improvement of the ambient pressure system in some design conditions. A higher pressure ratio provides a better chance of efficiency increase due to steam injection.
The recent results of the engine development performed in this you on Turbogreen 1200, the first industrial gas turbine engine developed in Korea, are presented. In order to improve the engine performance and structural stability from the first prototype engine, several variants of the engine and major components such as combustor and rotor assembly have been developed and tested. This paper shows these results especially focused on the engine test and performance analysis, in which test system, instrumentation and data processing are discussed as well. The engine performance and its trend give relatively good coincidence with the design ones. At design power of 1.2MW, the thermal efficiency of the engine is estimated over $25\%$ which is below the design target of $27.2\%$. This gap of efficiency is caused mainly by large tip clearance between turbine blades and casing. Considering high design efficiency superior to those of other competitive engines in this power class, Turbogreen 1200 would have a strong competition in its performance if the design efficiency is achieved by further developments such as tip clearance control, which are very possible and natural in final mass production of the developed gas turbine engine.
The Francis type hydro turbine with vertical axis has been designed and analized for hydraulic performance verification. The guide vane angle of turbine casing were designed to be varied according to the condition of head and flowrate. When the changes in flowrate and output were comparatively large, the efficiency drop were small, so the efficiency characteristics and stability of the entire operating condition were maintained in good condition. These results showed that the developed hydro turbine in this study will be suitable for small hydro power stations with medium and high head such as agricultural reservoirs and large dam.
Kim, Young-Joon;Kim, Sang-Gyun;Lee, Dong-Keun;Park, Ju-Young
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.660-663
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2009
Currently in Korea, the lack of facilities and technical criteria for the performance test of small hydropower degrades the efficiency of the domestic small hydropower turbine, and makes it difficult to objectively evaluate the performance of hydro turbine. Therefore Korean institute of water and environment in K-water planned making a basis of performance test of small hydropower by using our flowmeter calibration system the largest one in Korea. We planned the maximum measurable power of hydro turbine will be 200 kW in our system. Improving the efficiency of small hydropower system can achieve the additional development benefit about 1.5 billion won per year.
The Francis type hydro turbine with vertical axis has been designed and analized for hydraulic performance verification. The guide vane angle of turbine casing were designed to be varied according to the condition of head and flowrate. When the changes in flowrate and output were comparatively large, the efficiency drop were small, so the efficiency characteristics and stability of the entire operating condition were maintained in good condition. These results showed that the developed hydro turbine in this study will be suitable for small hydro power stations with medium and high head such as agricultural reservoirs and large dam.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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