Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

The Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회)
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Coupled Thermal-Structural Analysis of the Combustor Assembly of 200kW Micro Gas Turbine Engine

200kW급 마이크로 가스터빈 연소기의 열-구조 연성 해석

  • Park, Sangjin (Department of Aerospace engineering, Sunchon National University) ;
  • Rhee, Huinam (School of Mechanical and Aerospace Engineering, Sunchon National University) ;
  • Lee, Sang Min (STX Heavy Industries Co., Ltd.)
  • 박상진 (순천대학교 대학원 우주항공공학과) ;
  • 이희남 (순천대학교 기계우주항공공학부) ;
  • 이상민 (STX 중공업 신사업팀)
  • Received : 2014.03.04
  • Accepted : 2014.07.10
  • Published : 2014.07.31
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Abstract

In this study, the thermal-structural behavior of the combustor assembly of 200 kW micro gas turbine system was performed. The typical combustor assembly consists of a Liner, Inner & Outer Case, Burner and Nozzle ring, etc. There are some gaps and friction elements between the components to compensate for the different thermal expansions of various components. Therefore, the developed finite element model includes nonlinear elements. The boundary support conditions of the combustor assembly significantly affect the stress distribution due to the high temperature gradient. This paper deals with parametric studies to quantitatively determine the effects of the variation of the support conditions on the stress distribution and deformation of various components of combustor assembly. These results may be useful for the design of the combustor assembly.

본 논문에서는 200 kW급 마이크로 가스 터빈 시스템의 연소기집합체의 열-구조 연성 해석을 수행하였다. 일반적인 연소기집합체는 라이너, 내외 케이스, 버너와 노즐링 등으로 구성되어 있으며, 본 연구에서 개발된 유한요소모델은 연소기집합체 내 다양한 부품들의 다른 열팽창을 보상하기 위해 부품간의 이격과 마찰 요소들이 존재하므로 비선형 간극 및 마찰 요소 등을 포함하고 있다. 본 연구를 통해 연소기집합체의 외부 경계지지조건이 높은 온도구배로 인한 응력 에 가장 큰 영향을 주는 인자라는 것을 밝혀냈으며, 과도한 응력이나 변형을 방지하기 위한 적절한 외부 경계지지조건을 찾기 위하여 외부 경계지역에 탄성 지지조건을 가상하여 적절한 경계조건을 도출하여 설계에 사용될 수 있도록 하였다.

Keywords

References

  1. P. E. Jang, "Concept of Micro Gas Turbine Generator and Cogeneration", Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, No 30(1), pp. 46-50, 2001.
  2. Korea Energy Management Corporation, "Guide book of Cogeneration", No 8, pp. 206-249, 2003.
  3. W. S. Sohn, K. S. Choi, H. S. Kim, J. O. Han, "Study of Performance Exhaust Gas Characteristics on 27kW Class Micro-GasTurbine Cogeneration System", Proceedings of Air-Conditioning and Refrigeration, pp. 179, 2004.