International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.1
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pp.54-62
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2017
The Savonius wind turbine has a lower performance than other types of wind turbines which may attract more study focus on this turbine. This study aimed to improve wind turbine performance by combining a conventional blade with an elliptical blade into a combined blade rotor. The analysis was performed on three blade models in computational fluid dynamics (CFD) using ANSYS_Fluent Release 14.5. Then the results were verified experimentally using an open wind tunnel system. The results of the numerical simulation were similar to the experimental and showed that the combined blade rotor has better dragging flow and overlap flow than the conventional and elliptical blade. Experimental verification showed that the combined blade was to increase the maximum coefficient of power ($Cp_{max.}$) by 11% of the conventional blade and to 5.5% of the elliptical blade.
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.
Baldassarre, Alessandro;Ceruti, Alessandro;Valyou, Daniel N.;Marzocca, Pier
Wind and Structures
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v.28
no.5
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pp.271-284
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2019
This paper describes the application of a novel virtual prototyping methodology to wind turbine blade design. Numeric modelling data and experimental data about turbine blade geometry and structural/dynamical behaviour are combined to obtain an affordable digital twin model useful in reducing the undesirable uncertainties during the entire turbine lifecycle. Moreover, this model can be used to track and predict blade structural changes, due for example to structural damage, and to assess its remaining life. A new interactive and recursive process is proposed. It includes CAD geometry generation and finite element analyses, combined with experimental data gathered from the structural testing of a new generation wind turbine blade. The goal of the research is to show how the unique features of a complex wind turbine blade are considered in the virtual model updating process, fully exploiting the computational capabilities available to the designer in modern engineering. A composite Sandia National Laboratories Blade System Design Study (BSDS) turbine blade is used to exemplify the proposed process. Static, modal and fatigue experimental testing are conducted at Clarkson University Blade Test Facility. A digital model was created and updated to conform to all the information available from experimental testing. When an updated virtual digital model is available the performance of the blade during operation can be assessed with higher confidence.
This study simulated the operation of a steam injected gas turbine combined heat and power (CHP) system. A full off-design analysis was carried out to examine the change in the turbine blade temperature caused by steam injection. The prediction of turbine blade temperature was performed for the operating modes suggested in the previous study where the limitation of compressor surge margin reduction was analyzed in the steam injected gas turbine. It was found that both the fully injected and partially injected operations suggested in the previous study would cause the blade temperature to exceed that of the pure CHP operation and the under-firing operation would provide too low blade temperature. An optimal operation was proposed where both the turbine inlet temperature and the injection amount were modulated to keep both the reference turbine blade temperature and the minimum compressor surge margin. The modulation was intended to maintain a stable compressor operation and turbine life. It was shown that the optimal operation would provide a larger power output than the under-firing operation and a higher efficiency than the original partially injected operation.
Journal of the Korean Society of Mechanical Technology
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v.20
no.6
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pp.844-851
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2018
In this study, the regression equation was suggested to predict of the shot ball velocity according to blade shapes based on discrete element (DE) analysis. First, the flat type blade DE model was used in the analysis, the validity of the DE model was verified by giving that the velocity of the shot ball almost equal to the theoretical one. Next, the DE analyses for curved and combined blade models was accomplished, and their analytical velocities of shot ball were compared with the theoretical one. The velocity of combined blade model was greatest. From this, the regression equation for velocity of shot ball according to the blade shape based on the DE analysis was derived. Additionally, the wind speed measurement experiment was carried out, and the experimental result and analytical one were the same. Ultimately, it was confirmed that the prediction method of the velocity of shot ball based on DE analysis was effective.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.12
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pp.107-112
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2010
A gas turbine consists of an upstream compressor and a downstream turbine with a combustion chamber, and also the compressor and the turbine are generally coupled using a single shaft. Large scale gas turbine compressor is designed as multi-stage axial flow and the blade is fan-type which is thick and wide. Recently radial cracking happens occasionally at the compressor blade tip of large scale gas turbine. So, FEM was performed on the compressor blade and vibration modes and dynamic stresses were analyzed. According to the analysis, 9th natural frequency mode of the blade, which is 2 strip mode, is near the vane passing frequency by the vane located at the upstream of the blade.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.1
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pp.1-12
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2009
Surrogate modeling is applied to a compressor blade shape optimization to modify its stacking line and thickness to enhance adiabatic efficiency and total pressure ratio. Six design variables are defined by parametric curves and three objectives; efficiency, total pressure and a combined objective of efficiency and total pressure are considered to enhance the performance of compressor blade. Latin hypercube sampling of design of experiments is used to generate 55 designs within design space constituted by the lower and upper limits of variables. Optimum designs are found by formulating a PRESS (predicted error sum of squares) based averaging (PBA) surrogate model with the help of a gradient based optimization algorithm. The optimum designs using the current variables show that, to optimize the performance of turbomachinery blade, the adiabatic efficiency objective is improved substantially while total pressure ratio objective is increased a very small amount. The multi-objective optimization shows that the efficiency can be increased with the less compensation of total pressure reduction or both objectives can be increased simultaneously.
This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
This study analyzed the influence of firing biogas on the performance and operation of a gas/steam turbine combined system. A reference gas/steam turbine combined system, designed with biogas fuel(57% volumetric methane) was set up and off-design simulation was made to investigate operating characteristics when a couple of operating schemes to mitigate turbine blade overheating were applied. Performance at base-load operation using each scheme was compared and part load operation using the variable inlet guide vane was analysed. Also, differences in operating characteristics and performance caused by changes in the methane content of biogas and ambient temperature were examined.
Yang Choongmo;Baek Jehyun;Saito Shigeru;Aoyama Takashi
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2003.10a
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pp.172-174
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2003
Nnumerical investigations of the tip vortical characteristics were conducted with lateral tip blowing to reduce Blade-Vortex Interaction (BVI) noise. The predictions of BVI noise were performed using a combined method of an unsteady Euler code with an aeroacoustic code based on Ffowcs- Williams and Hawkings formulation. A moving overlapped grid system with three types of grids (blade grid, inner and outer background grid) was used to simulate BVI of helicopter with two OLS-airfoil blades in forward/ descending flight condition. The calculated waveform of BVI noise, which is characterized by the distinct peaks caused during blade vortex interaction, clearly shows the effect of lateral blowing at tip to reduce BVI noise
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[게시일 2004년 10월 1일]
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