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[국내논문] 서지성능 향상을 위한 원심압축기의 Bleed Slot Casing의 설계변수에 대한 해석 및 시험 평가
Numerical and Experimental Study on the Surge Performance Improvement by the Bleed Slot Casing of a Centrifugal Compressor 원문보기

한국유체기계학회 논문집 = The KSFM journal of fluid machinery, v.18 no.2, 2015년, pp.22 - 28  

김홍원 ((주)현대중공업 엔진기계연구소 울산대학교 자동차선박대학원 기계자동차공학과) ,  정재훈 ((주)현대중공업 엔진기계연구소) ,  류승협 ((주)현대중공업 엔진기계연구소) ,  이근식 (울산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The primary design goal of a compressor is focused on improving efficiency. Secondary objective is to widen the operating range of compressor. This paper presents a numerical and experimental investigation of the influence of the bleed slot on the operating range for the 1.2 MW class centrifugal com...

주제어

#서지 마진   #블리드 슬롯 케이싱   #재순환   #서지특성  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 다양한 bleed slot 설계변수에 대해 수치해석적으로 검토하였다. 주요 변수로는 입구 케이싱의 경사각 유무, 상류 및 하류의 bleed slot위치, 하류 bleed slot 폭에 대해 TR향상에 대한 영향을 비교분석하였다.
  • 압축기 시스템에서 스톨 현상은 저유량 운전조건에서 압력 및 유량의 맥동을 유발하여 압축기의 운전범위를 제한하는 불안정 특성을 의미한다. 스톨 발생은 케이싱에서 발생할 수도 있으나 일반적으로 임펠러 입구 유동의 불안정성에 기인하는 임펠러 후단에 위치한 디퓨저 스톨에 의해 발생하므로 본 연구에서는 임펠러 상류, 즉 인듀서 부분에서 발생하는 스톨을 억제하고자 임펠러 입구 슈라우드 케이싱의 bleed slot 설계변수에 대한 최적화 설계 및 해석을 수행하였고 최적화된 형상에 대해 시험을 통해 타당성을 검증하였다.

가설 설정

  • 8은 모델링된 압축기 격자를 나타낸다. 모델링된 bleed slot케이싱의 내부 형상은 실제와 조금 다르다. 즉, 실제의 임펠러 안쪽 슈라우드 케이싱은 환형으로 구성되는데 재순환 공간을 만들려면 120도 간격으로 3개의 작은 rib가 설치되어 지지를 하고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
효율저하없이 설계요구사양인 고압력비와 TR을 달성하기 위하여 설계변수 4가지 설계변수는 무엇인가? 효율저하없이 설계요구사양인 고압력비와 TR을 달성하기 위하여 설계변수 4가지 설계변수(Upstream slot position, Inlet pipe slope, Downstream slot position and width) 에 대해 해석을 부분적 실험계획법에 따라 수행하였다. 설계 변수 A∼D에 대한 효율 민감도는 Fig.
효율의 저하없이 TR을 향상시키는 설계가 매우 중요한 이유는? 0을 가지는 형식에서는 효율향상 설계가 쉽지 않다. 또한 높은 압력비에서 운전된다는 것은 운전가능 범위(surge margin(서지 마진) 또는 turn down ratio, 이하 TR TR= (Qdesign-Qsurge)/Qdesign이며 동일한 압력을 가지는 체적유량으로 계산된다.)가 좁은 영역에서 운전됨을 의미한다. 그러 므로 효율의 저하없이 TR을 향상시키는 설계가 매우 중요하다.
압축기 시스템에서 스톨 현상이란? 압축기 시스템에서 스톨 현상은 저유량 운전조건에서 압력 및 유량의 맥동을 유발하여 압축기의 운전범위를 제한하는 불안정 특성을 의미한다. 스톨 발생은 케이싱에서 발생할 수도 있으나 일반적으로 임펠러 입구 유동의 불안정성에 기인하는 임펠러 후단에 위치한 디퓨저 스톨에 의해 발생하므로 본 연구에서는 임펠러 상류, 즉 인듀서 부분에서 발생하는 스톨을 억제하고자 임펠러 입구 슈라우드 케이싱의 bleed slot 설계변수에 대한 최적화 설계 및 해석을 수행하였고 최적화된 형상에 대해 시험을 통해 타당성을 검증하였다.
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참고문헌 (7)

  1. Sakaguchi, Daisaku, and Nagoshi., 2010, "Effect of Guide Vane in Ring Groove Arrangement for a Small Turbocharger," AIP Conference Proceedings, 1225, pp. 47-54. 

  2. Hunziker, R., Dickmann, H-P, and Emmrich, R., 2001, "Numerical and experimental investigation of a Centrifugal Compressor with an Inducer Casing Bleed System," IMechE 2001, A02901. 

  3. Park, C. Y., Choi, Y. S., Lee, K. Y. and Yoon, J. Y., 2011, "Numerical Investigation of Ring Groove Effect in a Centrifugal Compressor," Vol. 14, No. 2, KFMA. 

  4. Park, C. Y., Choi, Y. S., Lee, K. Y. and Yoon, J. Y., 2012, "Numerical Study on the Range Enhancement of a Centrifugal Compressor with a Ring Groove Effect," Vol. 26, No. 5, JMST. 

  5. Tamaki, H., Nakao, H. and Aizawa, T., 2003, "Experimental Study on Surge Inception in a Centrifugal Compressor," The 7th AICFM, No. 50021. 

  6. Tamaki, H., Unno, M., Kawakubo, T. and Hirata, Y., 2010, "Aerodynamic Design of Centrifugal Compressor for AT14 Turbocharger", Vol. 43, No. 2, IHI Engineering Review. 

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  7. ASME PTC 10-1997, "Performance Test Code on Compressors and Exhausters". 

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