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문형욱 (국민대학교) 김태호 (국민대학교)
저널정보
한국유체기계학회 한국유체기계학회 논문집 한국유체기계학회 논문집 제23권 제4호(통권 제121호)
발행연도
2020.8
수록면
12 - 24 (13page)
DOI
10.5293/kfma.2020.23.4.012

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In recent years, turbomachinery pursue high speed operations in compact volume to achieve high specific power. An impeller operating at high rotating speeds increases the compression ratio and results in significant axial thrust forces which must be balanced with balance piston or thrust bearing. A leakage flow flowing through Labyrinth seals located in the gap between the rotor and stator parts also influences the magnitude of the thrust forces. This study develops a predictive model of an impeller coupled with a labyrinth seal to predict the resulted axial thrust force. Firstly, a comparison between the predicted cavity pressure and leakage to the published test data validates the bulk-flow model of the labyrinth seal used in the paper. Then the coupled model of the impeller to the labyrinth seal is verified by comparison of the predicted pressure distributions and leakage flow rates to those from CFD analyses using the k-ε turbulence model. Additionally, the study reports the effects of the labyrinth seal design, operating speed, and lubricant type on the axial thrust force and the leakage flow rate. The results show that the labyrinth seal decreases the leakage flow rate but increases the axial force, implying the need of trade-off between the impeller axial force and leakage flow rate. As the gap between the impeller and casing wall decreases, both the impeller axial force and leakage flow rate decrease. The impeller axial force and the leakage flow rate predicted using refrigerant gas are smaller and less sensitive to the change of the labyrinth seal design when compared to those predicted using air.
#Impeller(임펠러) #Thrust force(추력) #Labyrinth seal(래버린스 실) #Leakage(누설) #Cavity pressure(캐비티 압력)

목차

ABSTRACT
1. 서론
2. 래버린스 실이 조합된 임펠러의 추력 개요
3. 임펠러의 추력 및 압력 분포 해석 모델
4. 래버린스 실의 누설 유량 해석
5. 래버린스 실을 갖는 임펠러 후면 압력 해석
6. 래버린스 실을 갖는 임펠러의 추력 예측
7. 결론
References

참고문헌 (29)

참고문헌 신청
Wellborn, S. R. / 1999 / The Influence of Shrouded Stator Cavity Flows on Multistage Compressor Performance / ASME J. Turbomach. 212:496~498 google schola Misho, B. / 2009 / Influence of Labyrinth Seal Leakage on Centrifugal Compressor Performance / ASME Turbo expo :1283~1293 google schola Choi, C. H. / 2009 / Effects of Floating-Ring Seal Clearance on the Pump Performance for Turbopumps / J. Propul. Power 25(1):1 google schola Muller, H. K. / 2019 / Fluid Sealing Technology: Principles and Applications / Talor & Francis google schola San Andrés, L. / 2015 / An All-Metal Compliant Seal Versus a Labyrinth Seal: A Comparison of Gas Leakage at High Temperatures / J. ENG. Gas Turbines Power 137(5):052504 google schola

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