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.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제11권3호
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pp.132-139
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2003
The effects of casing shapes on the performance and the interaction between an impeller and a casing in a small-sized centrifugal compressor are investigated. Especially, numerical analyses are conducted for the centrifugal compressor with both a circular casing and a volute one. The optimum design for each element (i.e., impeller, diffuser and casing) is important to develop an efficient and compact compressor using alternative refrigerant as working fluids. Typical rotating speed of the compressor is in the range of 40,000∼45,000 rpm. The impeller has backswept blades due to tip clearance and a vane diffuser has wedge type. In order to predict the flow pattern inside an entire impeller, vaneless diffuser and casing, calculations with multiple frames of reference method between the rotating and stationery parts of the domain are carried out. For computations of compressible turbulent flow fields, the continuity and time-averaged Navier-Stokes equations are employed. To evaluate the performance of two types of casings, the static pressure recovery and loss coefficients are obtained for various flow rates. Also, static pressure distributions around casings are studied for different casing shapes, which are very important to predict the distribution of radial load. The static pressure around the casing and pressure difference between the inlet and outlet of the compressor are measured for the circular casing.
The vaneless diffusers are widely used in industrial centrifugal compressors which are required to operate within a wide flow range. When very high pressure gases are handled by centrifugal compressor. rotating stall is a serious problem because of the occurance of large aerodynamic exciting forces. Rotating stall mostly often occurs in the impellers but it can occur in vaneless diffusers as well. In this experimental study, the rotating stall in vaneless diffuser with radial type centrifugal impeller was measured by changing the flow rate with I-type, X-type hotwire. As the result, it was cleared which type of rotating stall of the impeller stall would occur and how many stall cells would appear relating with the flow rate. As the flow rate reduced, the propagation speed of rotating stall was reduced. But the stall cell number unchanged with respect to the flow rate.
Centrifugal pumps are typically used in many slurry industries to transport solid materials. Solid particles in the slurry frequently shock the walls inside the pump, significantly abrading the flow path. Wear damage causes replacement of the pump components, which wastes manpower and time. Therefore, previous studies have been conducted on factors to improve efficiency and life time. This study identifies trends in pumps supplying lime to desulfurized devices from thermal power plants. The shear stress transport(SST) model is used to determine the erosion trend of the centrifugal pump that transfers lime slurry. The purpose of this study is to identify efficiency and erosion trends by selecting three of the various impeller design elements. The three impeller blade design variables mentioned above represent the inlet draft angle and blade angle of leading edge(L.E) and trailing edge(T.E). The maximum value of the erosion density rate tends to be similar to the Input power.
The present study has been conducted to design the high efficiency centrifugal compressor for a R134a turbo-chiller. The centrifugal compressor consists of an impeller with splitters, two vaneless diffusers, a low-solidity vaned diffuser and a volute. A cycle analysis program for a turbo-chiller was developed to obtain compressor design parameters and requirements. We have designed the high efficiency centrifugal compressor by applying the repeated design procedure including a meanline design, a 3D geometry generation and fluid dynamic loading calculations.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권1호
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pp.209-216
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2011
The flow upstream of a centrifugal pump impeller has been investigated by both experimental test and numerical simulation. For experimental study, the flow field at four sections in the pump suction is measured by using PIV method. For calculation, the three dimensional turbulent flow for the full flow passage of the pump is simulated based on RANS equations combined with RNG k-$\varepsilon$ turbulence model. From those results, it is noted that at both design lo ad and quarter load condition, the pre-swirl flow whose direction is the same as the impeller rotation exists at all four sections in suction pipe of the pump, and at each section, the pre-swirl velocity becomes obviously larger at higher rotational speed. It is also indicated that at quarter load condition, the low pressure region at suction surface of the vane is large because of the unfavorable flow upstream of the pump impeller.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권2호
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pp.286-293
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2012
본 연구에서는 설계유량 $16m^3/h$에서 설계효율 90%와 설계양정 20m의 성능을 보이며, 3,500rpm 고정회전수로 작동하는 원심펌프 임펠러를 대상으로 단상류 유동해석을 수행하였다. 임펠러는 A.J. Stepanoff 경험식에 근거로 설계되었다. 단상류 해석의 경우, 설계유량에서 88.8%와 19.4m의 효율과 양정 결과를 보여주었고, 그 결과는 설계값과 상당히 일치하였다. 다상류 해석은 다양한 NPSH 조건하에서 수행되었으며, NPSH가 8.79m 일 때, 블레이드 부압면 근처에서 캐비테이션개시가 관찰되었다. 본 연구에서 설계된 임펠러의 필요흡입헤드는 대략 6.5m이며, 이 값 이상의 입구압력조건하에서 원심펌프는 작동되어야 할 것으로 판단된다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.71-84
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2020
In order to improve the performance of marine centrifugal pump, a centrifugal pump whose specific speed is 66.7 was selected for the research. Outlet diameter D2, outlet width b2, blade outlet angle β2, blade wrap φ and blade number z of the impeller were chosen as the variables. The maximum weighted average efficiency and the minimum vibration intensity at the base were calculated as objectives. Based on the Latin Hypercube method, the impeller was numerically optimized. The numerical results show that after optimization, the amplitudes of pressure fluctuation on the main frequency at different monitoring points decrease in varying degrees. The radial force on impeller decreases obviously under off-design flow rates and is more symmetrical during the operation of the pump. The variation of the axial force is relatively small, which has no obvious relationship with the rotating angle of the impeller. The energy performance and vibration experiment was performed for verifying. The test results show that the weighted average efficiency under 0.8Qd, 1.0Qd and 1.2Qd increases by 4.3% after optimization. The maximal vibration intensity at M1-M4 on the pump base reduced from 0.36 mm/s to 0.25 mm/s, decreasing by 30.5%. In addition, the vibration velocities of bracket in pump side and outlet flange also have significant reductions.
Internal flow measurement of very low specific-speed semi-open impellers has been carried out by PIV in order to understand better the internal flow patterns that are responsible fur the unique performance of these centrifugal pumps operating in the range of very low specific speed. Two types of impellers, one equipped with six radial blades (Impeller A) and the other with four conventional backward-swept blades (Impeller B), are tested in a centrifugal pump operating at a non-dimensional specific-speed of $n_s=0.24$. Complex flow patterns captured by PIV are discussed in conjunction with the overall pump performance measured separately. It is revealed that Impeller A achieves higher effective head than Impeller B even though the flow patterns in Impeller A are more complex, exhibiting secondary flows and reverse flows in the impeller passage. It is shown that both the localized strong outward flow at the pressure side of each blade outlet and the strong outward through-flow along the suction side of each blade are responsible for the better head performance of Impeller A.
The aeroacoustic characteristics and noise reduction method of a centrifugal fan for a bagless vacuum cleaner were studied. The major noise source of vacuum cleaner is the centrifugal fan. The impeller of the fan rotates over 30000 rpm and generates very high-level piercing noise. It was found that the dominant noise source of the fan is generated from the aerodynamic interaction between the highly rotating impeller and stationary diffuser. In order to reduce the high tonal sound generated from the aerodynamic interaction between the impeller and diffuser, tapered impeller was carefully designed and tested. The trailing edge of the tapered impeller was inclined and this reduces the flow interactions between the rotating impeller and the stationary diffuser because of some phase shift. The static efficiency of the new impeller is slightly lower than the conventional one. The overall SPL is reduced about 3.6 dBA. The SPL of blade passing frequency(BPF) is reduced about 6 dBA and the $2^{nd}$ BPF is reduced about 20 dBA. The vacuum cleaner with the tapered impeller has lower noise level than that of the previous impeller and the strong tonal sound was dramatically reduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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