Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
TEST TURBINE INSTRUMENTATION FOR CAVITY PURGE INVESTIGATIONS
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Energiteknik, Kraft- och värmeteknologi. (Turbomachinery Group)
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Energiteknik, Kraft- och värmeteknologi.ORCID-id: 0000-0002-1033-9601
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Energiteknik, Kraft- och värmeteknologi.
2014 (Engelska)Ingår i: The XXII Symposium on Measuring Techniques in Turbomachinery, Lyon, 4-5 September 2014, 2014Konferensbidrag, Publicerat paper (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

The upstream wheelspace of the KTH Test Turbine has been instrumented with the aim of investigating cavity flow phenomena, as well as cavity-main annulus interaction. Measurements include static pressure, unsteady pressure and temperature.The stage used is of high pressure steam turbine design. The trials include investigating the design point and also a high pressure, high speed operating point, assimilating gas turbine operation. At each point, varying amounts of purge flow are superposed and the influences on the measurements studied.Initial results show considerable dependence of both operating

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
2014.
Nyckelord [en]
Turbomachinery, Turbine, Intrumentation, Pressure, Temperature, Unsteady pressure, Measurement, Cavity flows, Cavity purge
Nationell ämneskategori
Energiteknik Strömningsmekanik och akustik Rymd- och flygteknik
Forskningsämne
Energiteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-181479OAI: oai:DiVA.org:kth-181479DiVA, id: diva2:899523
Konferens
The XXII Symposium on Measuring Techniques in Turbomachinery,Lyon, 4-5 September 2014
Forskningsfinansiär
Energimyndigheten
Anmärkning

QC 20160308

Tillgänglig från: 2016-02-02 Skapad: 2016-02-02 Senast uppdaterad: 2017-11-29Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Cavity Purge Flows in High Pressure Turbines
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Cavity Purge Flows in High Pressure Turbines
2017 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Turbomachinery forms the principal prime mover in the energy and aviation industries. Due to its size, improvements to this fleet of machines have the potential of significant impact on global emissions. Due to high gas temperatures in stationary gas turbines and jet engines, areas of flow mixing and cooling are identified to benefit from continued research. Here, sensitive areas are cooled through cold air injection, but with the cost of power to compress the coolant to appropriate pressure. Further, the injection itself reduces output due to mixing losses.A turbine testing facility is center to the study, allowing measurement of cooling impact on a rotating low degree of reaction high pressure axial turbine. General performance, flow details, and cooling performance is quantified by output torque, pneumatic probes, and gas concentration measurement respectively. The methodology of simultaneously investigating the beneficial cooling and the detrimental mixing is aimed at the cavity purge flow, used to purge the wheelspace upstream of the rotor from hot main flow gas.Results show the tradeoff between turbine efficiency and cooling performance, with an efficiency penalty of 1.2 %-points for each percentage point of massflow ratio of purge. The simultaneous cooling effectiveness increase is about 40 %-points, and local impact on flow parameters downstream of the rotor is of the order of 2° altered turning and a Mach number delta of 0.01. It has also been showed that flow bypassing the rotor blading may be beneficial for cooling downstream.The results may be used to design turbines with less cooling. Detrimental effects of the remaining cooling may be minimized with the flow field knowledge. Stage performance is then optimized aerodynamically, mixing losses are reduced, and the cycle output is maximized due to the reduced compression work. The combination may be used to provide a significant benefit to the turbomachinery industry and reduced associated emissions.

Abstract [sv]

Strömningsmaskinen i dess olika variationer bildar den främsta drivmotorn inom kraftproduktion och flygindustrin. En förbättring av denna väldiga maskinpark har potentialen till betydande inverkan på globala utsläpp. Områden som identifierats kunna dra nytta av vidare forskning är ombandningsprocesser och kylning. Dessa områden är inneboende i stationära gasturbiner och jetmotorer på grund av de heta gaser som används. Kylning uppnås genom injektion av kall luft i kritiska områden och försäkrar därmed säker drift. Kylningen kommer dock till en kostnad. På cykelnivå krävs arbete för att komprimera flödet till korrekt tryck. Dessutom medför injektionen i sig förluster som kan härledas till omblandningsprocessen.

Syftet med detta arbete är att samtidigt undersöka de fördelaktiga kylegenskaperna som nackdelarna med inblandning för att på så sätt bestämma den uppoffring som måste göras för en viss kylning. Alla förbättringar tros dock inte behöva föregås av en uppoffring. Om påverkan av kylningen på huvudflödet är välförstådd kan designen justeras för att ta hänsyn till denna förändring och minimera inverkan. Denna metodologi riktar sig mot ett särskilt kylflöde, kavitetsrensningsflödet, som har till uppgift att avlägsna het luft från den kavitet som uppkommer uppströms rotorskivan i ett högtrycksturbinsteg.

Studien kretsar kring en turbinprovanläggning som möjliggör detaljerade strömningsmätningar i ett roterande turbinsteg under inverkan av kavitetsrensningsflödet. Högtrycksturbinsteget som används för undersökningen är av låg reaktionsgrad. Här kvantifieras generell prestanda genom mätning av vridmomentet på utgående axel. Flödesfältet kvantifieras med pneumatiska sonder, och kylningsprestandan predikteras genom gaskoncentrationsmätningar.

Resultaten visar avvägningen och sambandet mellan turbinverkningsgrad och kylning i kavitet samt huvudkanal. Flödet mäts i detalj, och de effekter som kan förväntas uppkomma då ett turbinsteg utsätts för en viss mängd av kylflödet kvantifieras. De kvantitativa resultaten för det undersökta steget visar på en förlust i verkningsgrad på 1.2 procentenheter för varje procentenhet av kavitetsrensningsflödet i termer om massflödesförhållande. Samtidigt ses kyleffektiviteten öka med 40 procentenheter. Den lokala inverkan på flödesfältet nedströms rotorn för det undersökta steget är 2° i flödesvinken och en ändring på 0.01 i Machnummer för varje procentenhet av kylflödet. Dessa ändringar ses i form av ökad omlänkning och reducerad hastighet nära hubben, och vice versa omkring halva spännvidden. Inverkan av aktuell driftpunkt understryks genom arbetet. Det har också visats att ett läckage som kringgår rotorbladen i vissa kan fall ge fördelaktig kylning i områden nedströms.

Denna kombinerade kunskap kan användas för design av turbiner med så låg mängd kylning som möjligt samtidigt som säker drift bibehålls. Den negativa inverkan av den återstående kylningen kan minimeras genom kunskapen om hur flödesfältet påverkas. Genom detta optimeras stegverkningsgraden aerodynamiskt, omblandningsförluster minimeras, och cykeleffekten maximeras genom det minskade kompressionsarbetet till följd av de reducerade kylmängderna. Kombinationen kan ge en betydande förbättring för turbinindustrin och minskade utsläpp.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2017. s. 62
Serie
TRITA-KRV ; Report 17/07
Nyckelord
turbomachinery; axial turbine; cavity purge; purge flow; wheelspace; rim seal; spanwise transport; radial transport; effectiveness; cooling; efficiency, strömningsmaskiner; axialturbin; kavitetsrensningsflöde; kavitetsflöde; tätkant; spännviddsvis transport; radiell transport; effektivitet; kylning; verkningsgrad
Nationell ämneskategori
Rymd- och flygteknik Energiteknik Strömningsmekanik och akustik
Forskningsämne
Energiteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-218468 (URN)978-91-7729-626-3 (ISBN)
Disputation
2018-02-15, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Energimyndigheten, P30419-2
Anmärkning

QC 20171129

Tillgänglig från: 2017-11-29 Skapad: 2017-11-28 Senast uppdaterad: 2018-02-21Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(1279 kB)107 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 1279 kBChecksumma SHA-512
5b766fb18e16ca1421c8bc7e35607d74fd65e8ac74a45b299be56dcafff52ee89a649c0df009e9214b44d609e244bcce39592c69399fb6a268188523b1b4c4d5
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Övriga länkar

Symposium website

Personposter BETA

Fridh, Jens

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Dahlqvist, JohanFridh, JensFransson, Torsten H
Av organisationen
Kraft- och värmeteknologi
EnergiteknikStrömningsmekanik och akustikRymd- och flygteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 107 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

urn-nbn

Altmetricpoäng

urn-nbn
Totalt: 412 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf