International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.352-359
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2010
In recent years, the market has shown increasing interest in pump-turbines. The prompt availability of pumped storage plants and the benefits to the power system achieved by peak lopping, providing reserve capacity, and rapid response in frequency control are providing a growing advantage. In this context, there is a need to develop pumpturbines that can reliably withstand dynamic operation modes, fast changes of discharge rate by adjusting the variable diffuser vanes, as well as fast changes from pumping to turbine operation. In the first part of the present study, various flow patterns linked to operation of a pump-turbine system are discussed. In this context, pump and turbine modes are presented separately and different load cases are shown in each operating mode. In order to create modern, competitive pump-turbine designs, this study further explains what design challenges should be considered in defining the geometry of a pump-turbine impeller. The second part of the paper describes an innovative, staggered approach to impeller development, applied to a low head pump-turbine project. The first level of the process consists of optimization strategies based on evolutionary algorithms together with 3D in-viscid flow analysis. In the next stage, the hydraulic behavior of both pump mode and turbine mode is evaluated by solving the full 3D Navier-Stokes equations in combination with a robust turbulence model. Finally, the progress in hydraulic design is demonstrated by model test results that show a significant improvement in hydraulic performance compared to an existing reference design.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.3
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pp.334-340
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2011
Turbo-pumps have weak points, such as the pumping operation is unstable on the positive slope of the head curve and/or the cavitation occurs at the low suction head. To improve simultaneously both weak points, the first author invented the unique pumping unit composed of the tandem impellers and the peculiar motor with the double rotational armatures. The front and the rear impellers are driven by the inner and the outer armatures of the motor, respectively. Both impeller speeds are automatically and smartly adjusted in response to the pumping discharge, while the rotational torques between both impellers/armatures are counter-balanced. Such speeds contribute to suppress successfully not only the unstable operation at the low discharge but also the cavitation at the high discharge, as verified with the axial flow type pumping unit in the previous paper. Continuously, this paper investigates experimentally the effects of the tandem impeller profiles on the pump performances and the rotational speeds against the discharge, using the impellers whose loads are low and/or high at the normal discharge. The worthy remarks are that (a) the unstable operation is suppressed as expected and the shut off power is scarcely large in the smart control, (b) the blade profile contributes to determine the discharge giving the maximum/minimum rotational speed where the reverse flow may incipiently appears at the front impeller inlet, (c) the tandem impeller profiles scarcely affect the rotational speeds, while the loads of the front and the rear impellers are same, but (d) the impeller with the low load must run faster and the impeller with the high load must run slower at the same discharge to take the same rotational torque, and (e) the reverse flow at the inlet and the swirling velocity component at the outlet of the front impeller with the high load require making the rotational speed of the rear impeller with low load fairly faster at the lower discharge.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.2
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pp.217-222
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2011
The rotordynamic fluid forces acting on a closed type impeller in whirling motion were measured and the influence of the clearance geometry on the stability of the impeller was examined. At small positive whirling speed, the rotordynamic forces acted as destabilizing forces for all casings. A small clearance between the shroud of the impeller and the casing caused large fluid force, but did not change the destabilizing region. Radial grooves in the clearance were effective for reducing the fluid forces and destabilizing region due to the reduction of the circumferential velocity without the deterioration of the pump performance. A rotating phenomenon like a rotating stall of the impeller occurred at low flow rate and the resonance between it and the whirling motion led to a sudden increase in force at the whirling speed ratio of 0.7.
The purpose of the present experimental study is to apply multi-point simultaneous measurement by PIV(Particle Image Velocimetry) to high-speed flow region within a domestic boiler circulation pump. Two different kinds of flow rate($27{\ell}/min,\;19{\ell}/min$)are selected as experimental condition. A volute casing and Impeller made of transparent Polycarbonate were made for the easy access of the illumination laser via fiber optical line and cylinder lens assembly to the measuring region. A CCD camera is syncronized with AOM to acquire clear original particle images. Optimized cross correlation identification to obtain velocity vectors is implemented by direct calculation of correlation coefficients. The instantaneous and time-mean velocity distribution, velocity profile and kinetic energy are represented quantitatively at the full-scale region for the deeper understanding of the unsteady flow characteristics in a commercial circulation pump.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.3
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pp.94-100
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2014
In double-suction centrifugal pumps, it was found that cavitation instabilities occur with vibration and a periodic chugging noise. The present study attempts to identify cavitation instabilities in the double-suction centrifugal pump by the experiment and Computational Fluid Dynamics (CFD). Cavitation instabilities in the tested pump were classified into three types of instabilities. The first one, in a range of cavitation number higher than breakdown cavitation number, is cavitation surge with a violent pressure oscillation. The second one, in a range of cavitation number higher than the cavitation number of cavitation surge, is considered to be rotating cavitation and causes the pressure oscillation due to the interaction of rotating cavitation with the impeller. Last one, in a range of cavitation number higher than the cavitation number of rotating cavitation, is considered to be a surge type instability.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.2
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pp.107-118
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2016
This paper focuses on the single stage and multistage performance characteristics of centrifugal mixed flow submersible borewell pump. This study reveals that the performance of single stage pump is higher than that of multistage pumps. The head, input power and efficiency of single stage pump are higher than the per stage head, per stage input power and efficiency of multistage pumps. This study is divided into three parts. In the first part, five prototype pumps were made in single stage and multistage construction and the performance tests were conducted. In the second part, numerical validation has been done for different turbulence models and grid sizes. k-Omega SST model has been selected for the performance simulation and was validated with the performance of the test pump with static pressure tappings. In the third part, single and three stage pump performance were simulated numerically and compared with experimental results. The detailed analysis of pressure and velocity distributions reveals the difference in performance of single and three stage pump, due to non-uniform flow and difference in averaged flow velocities at the subsequent impeller inlets except the 1st stage impeller inlet.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.3
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pp.189-196
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2009
The effect of inlet and outlet blade angles on a micro regenerative pump head was examined in experiments. The pump head was little increased by changing the blade angles compared with the original pump with the inlet and outlet blade angles of 0 degree. The effect of the axial clearance between the impeller and the casing on the pump head was also examined. The head was increased largely by decreasing the axial clearance. The computation of the internal flow was performed to clarify the cause of the increase of the pump head due to the decrease of the clearance. The local flow rate in the casing decreased as the leakage flow rate through the axial clearance decreased due to the decrease of the clearance. It was found that the larger head in the smaller clearance was just caused by the smaller local flow rate in the casing. In the case of the smaller clearance, the smaller local flow rate caused the smaller circumferential velocity near the front and rear sides of the impeller. This caused the increase of the angular momentum in the casing and the head.
With the continuous performance improvement and commercialization of HTS wires, there have been many efforts to commercialize HTS power cables recently. Unlike conventional power cables, a cryogenic cooling system is required for a HTS power cable and a cryogenic pump is one of the essential components to circulate subcooled liquid nitrogen and cool the HTS power cable. Especially, the development of a reliable and high-efficiency cryogenic pump is an important issue for the commercialization of HTS power cables of several kilometers or more. In this study, we designed and fabricated a cryogenic pump for subcooled liquid nitrogen with a mass flow rate of 1.2 kg/s, a differential pressure of 5 bar, and evaluated the hydraulic performance of the pump. Impeller design was conducted to meet the target design performance with 1 D analysis model and CFD analysis. The pump performance parameters such as pressure heads, mass flow rates, and efficiencies in accordance with rotating speeds were assessed using a laboratory's performance evaluation system.
Kim, Kyeong-Soo;Jung, Kang-Hyun;Kim, Hae-Young;Kim, Nam-Hun;Cho, Je-Hyoung
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.3
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pp.248-254
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2015
There has been no previous study on technology development of large capacity drainage pump for rescue sinking ship in the country. The agricultural drainage pump was widely used for rescue sinking ship but this pump has several problems such as efficiency, low displacement and malfunction in winter. Therefore, this paper proposes to solve the problems for swiftly rescue sinking ship and develops the drainage pump system that has $20m^3/min$ mass flow rate specification at suction head 8 m. The centrifugal pump type the most commonly used in the field of naval architecture and ocean engineering was selected and designed based on the requirement specification. The blade design of impeller was derived from the Stepanoff coefficient and requirement specification and used computational fluid dynamics to review the target mass flow rate according to the impeller RPM at design operating conditions. We also performed structure analysis of the impeller to find structurally vulnerable points for the pump in service and completed the theoretical design of drainage pump system.
A LOX pump rotordynamic design was performed for a 75 ton thrust liquid rocket engine. Axial positions of an inducer, an impeller and bearings on a shaft are decided on the basis of the experience achieved by previously developed turbopump which has the similar layout. The result of pump hydraulic design was reflected in the present study to decide axial length of the inducer and impeller. A distance from the rear bearing to the impeller was considered as a design parameter for load distribution of the bearings. Asynchronous eigenvalue analysis was performed as a function of rotating speeds and bearing stiffness to investigate critical speed of the LOX pump. From the numerical analysis, it is found that the LOX pump with the proper bearing loads safely operates as a sub-critical rotor of which critical speed is high enough compared to the operating speed 11,000 rpm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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