압축기 쉘의 방사소음에 관한 연구

채승훈 전남대학교 대학원 2006 국내석사

The noise level of refrigerating units is becoming more important to the manufacturer and the user of the product. Invariably, the compressor is a significant contributor to the overall noise level. Especially a major portion of the noise radiated by the vibration of the compressor shell.This paper presents an approach to relate the dynamic characteristics of the compressor shell with the noise radiation properties and the methods of redesigning the compressor shell to reduce the noise radiation.To relate the dynamic characteristics of the compressor shell with the noise radiation properties, the vibration and radiated sound were measured with the running compressor. Based on the results of these tests correlations between the shell vibration characteristics and the noise radiation properties are identified It was found that the vibration on the compressor shell and the noise radiated from the compressor were strongly correlated in certain frequency bands. Hence a simple stationary test(modal test) will allow one to predict the noise radiation properties of the compressor shell.Finite element analysis method was used to redesign the compressor shell to lower the noise radiation and analyse the dynamic characteristics of redesigned shell. 냉장고로부터 발생되는 소음은 제품의 제작자와 사용자 모두에게 중요하게 인식되고 있다. 콤프레서의 소음은 냉장고로부터 발생되는 전체소음에 대한 기여가 크며, 특히 가정용 냉장고에 사용되는 소형의 밀봉콤프레서로부터 방사되는 소음은 상당한 부분이 콤프레서 쉘의 진동에 의하여 방사되는 소음이다.본 연구에서는 콤프레서 쉘의 동특성과 콤프레서로부터 방사되는 소음사이의 상관관계를 규명하고자 하였으며, 콤프레서 쉘의 재설계를 통하여 콤프레서 쉘로부터 방사되는 소음을 저감시키고자 하였다.콤프레서 쉘의 동특성과 방사되는 소음사이의 상관관계를 알아보기 위하여 콤프레서를 구동하지 않은 상태에서 콤프레서 쉘의 주파수 응답함수를 측정하고, 콤프레서 구동시에 진동과 방사되는 소음을 측정하였다. 이들 실험결과로부터 쉘의 동특성과 방사소음 사이의 상관관계를 해석할 수 있었으며, 이로부터 특정주파수 대역에서는 콤프레서 쉘의 진동과 방사되는 소음사이에 강한 상관관계가 존재함을 알았다. 이를 통하여 콤프레서가 구동되지 않은 상태에서의 간단한 진동실험만을 통해서도 콤프레서 쉘로부터 방사되는 소음의 특성의 예측이 가능함을 알았다.또한 유한요소해석법을 이용하여 콤프레서 쉘의 동특성 개선을 위한 수치해석을 수행하였다.

Compressor Load Sharing과 Anti-surge 제어의 동적 모사

조근영 포항공과대학교 엔지니어링대학원 2016 국내석사

Compressor system은 oil and gas industry에서 널리 사용되고 있다. 그리고 비용이나 프로젝트 스케줄, 장비의 복잡성 그리고 안전측면에서 가장 중요한 장비 중 하나이다. 대표적으로 offshore에서 생산된 natural gas를 pipeline을 통해서 육지로 이송시키거나 gas injection등과 같이 gas를 고압으로 만드는데 사용된다. 보통 reservoir 에서 올라오는 oil and gas는 그 자체로도 고압이지만, separation, heat exchanger 등의 공정을 거치면서 압력이 떨어지므로 이송을 위해서 이를 재가압 해주어야 한다. 주로 offshore의 export에 필요한 압력은 상당히 고압이기 때문에 여러 단계의 compressor를 거쳐 단계적으로 원하는 압력으로 가압 시켜준다. Gas의 처리량이 크거나 공정의 operation의 유연성 등을 위해 parallel로 설치되기도 한다. Front End Engineering and Design (FEED)은 project 진행 과정 중에 process conceptual design과 feasibility study이후의 단계로, 프로세스 엔지니어가 기술적인 문제들을 발견해내고 해결하는 등의 engineering investigation이 수행된다. 또한 이 단계에 수행되는 control system의 설계는 plant의 최적화된 운전과 전체 life cycle 동안 process에 생길 수 있는 외란(disturbance)을 처리할 수 있는 충분한 설계여유를 가지도록 해야 한다. 특히 compressor system과 같은 turbo machinery는 효율성을 극대화한 control scheme이 필요하고, 다양한raw material 조성이나 operating condition에서도 운전 가능한 디자인이 요구된다. 특히 최근 oil and gas industry에서는 operation의 유연성, 자동화, 효율성 극대화 등이 요구되고 있다. Dynamic simulation은 다른 어떤 방법보다 확실하게 이런 요구를 만족시켜 줄 수 있는 해결책이다. Dynamic study를 통해 프로세스 엔지니어는 좀 더 개선되고 효율적인 디자인을 할 수 있고, 프로젝트의 cycle time과 비용을 줄일 수 있을 뿐 아니라, process 전체의 통찰력을 가질 수 있다. Dynamic modeling은 process plant의 설계, 운전뿐 아니라 기존 plant의 문제 해결에도 필수적이다. Steady state modeling을 가지고도 충분히 다양한 scenario에 대한 simulation이 가능하지만 충분한 정확성을 얻기 어렵기 때문이다. 다음과 같은 다양한 변화에 대한 system의 동적인 반응을 확인하기 위해 dynamic modeling이 사용된다. • Plant startup and shutdown • Plant upset and pressure relief • What-If study • Process 최적화 이 논문은 ASPEN HYSYS Dynamic을 사용해 전형적인 3 train의 parallel compressor system을 모델링 하였다. 모델링은 compressor system의 제어에 가장 핵심이라고 할 수 있는 anti-surge control 과 load sharing control을 검증하기 위해 구성되었다. Compressor control 관련 기존 concept 들과 개선된 모델을 만들어 이를 정상, 비정상 scenario들을 통해 비교 분석한다. 이를 통해 각 모델이 갖고 있는 장단점을 정리하고, 추후 oil & gas platform, FPSO project 진행 시 수행될 dynamic study와 compressor 업체 위주로 진행되는 compressor control 관련 설계 참여시 참고 자료로 활용하기 위함이다. HYSYS Dynamics TM version V8.6을 사용해 3 train parallel gas compressor system을 구성 하고, 기존의 compressor control concept와 비교 분석을 통해 제안한 제어모델의 유효성, 타당성을 평가한다. 플랜트의 separation, flare, utility system등 다른 system의 모델링은 포함하지 않는다. Compressor systems are widely used in different applications ranging from refrigeration cycles to industrial chemical manufacturing. Centrifugal compressors are the most widely used type for oil and gas industry. One such application is the transport of natural gas in pipelines from offshore oilrigs to the mainland. This is done by compressor systems in which several compressor stages can be linked together, also including heat exchangers, separators and anti-surge equipment. Surge is an inherent phenomenon in a centrifugal compressor, defined as reversal of fluid flow which can possibly damage the machine. Surge is a highly undesirable flow phenomena related to compressor performance in which the compressor can be damaged. Therefore, anti-surge control is very important for safety of the compressor and it can keep the compressor always running in the safe area right to the surge line. Load sharing is another challenge for compressor to overcome. The aim of the load sharing optimization is to operate these units in an energy efficient way while continuously satisfying the varying demand of gas flow. As the gas demand changes start-up and shut-down of compressor units might be required and the impact of these switching events on the expected lifetime of the compressors also needs to be taken into consideration. Process Dynamic Modelling and simulation is a technology that enables process design engineers to develop transient models of plants that respond to disturbances with respect to time. This can also be tailored to various applications throughout the project life cycle. Additionally, during early design stages of process plant control systems, these modelling methods can be used to ensure sufficient margins exist to handle process disturbances and assess a plant's optimal operation. This helps to avoid, or at least minimize, costly rework later In this paper, dynamic simulation of the centrifugal compressor is carried out in HYSYS. Conventional PID and modified load sharing control concept are implemented to check their performance. Modified control prove to be superior to earlier control in protecting the compressor in severe surge case and load sharing situation. Start-up and shut down surge was prevented by fully opening the anti-surge control valve. Dynamic simulation results for surge phenomenon and load sharing control occurring in a centrifugal compressor in various conditions such as throughput reduction, discharge valve failure, start-up and emergency shutdown of the unit are presented and their control strategies are discussed.

다중 컴프레서 연동운전 시스템 개발

김중석 강원대학교 대학원 2013 국내석사

에어컴프레서는 대기 중의 공기를 고압으로 압축하는 장치로서 전기 동력과 더불어 산업용 동력원으로 널리 사용되고 있다. 컴프레서가 공기를 압축하여 토출하면 이를 리저버 탱크에 저장하며 파이프배관을 통해 소비처로 전송하는데, 일반적으로 다수의 컴프레서들을 연결하여 한 조의 압축공기 공급시스템을 구축한 후 각 컴프레서의 역할을 기저부하, 첨두부하 및 대기 등으로 구분하여 압축공기의 소모량 변화에 따라서 컴프레서들이 순차적으로 압축공기를 생산-중단 하도록 작동상태를 조절하여 운영한다. 다수의 컴프레서들을 한 조로 운영하면서 에너지 효율을 극대화 시키고 압축공기 생산압력을 소비량 변화에 무관하게 일정한 압력으로 유지하기 위해서 컴프레서의 기저, 첨두부하 역할을 호스트 컴퓨터에서 지정하여 운영하는 연동운전방법을 널리 사용하고 있다. 그러나 대부분의 연동운전 방식은 컴프레서와 호스트 컴퓨터 사이의 통신을 기반으로 하고 있어 통신 문제가 발생하면 전체시스템이 영향을 받는 심각한 문제를 가지고 있다. 한 조를 이루고 있으며 각 컴프레서들이 각자 독립적인 제어보드를 가지고 동일한 시간마다 서로 역할을 바꾸며 동일한 작동 알고리즘으로 운영된다면 호스트 컴퓨터나 통신선 없이도 각 컴프레서들이 개별적으로 주어진 알고리즘에 따라서 일정 시간마다 기저부하-첨두부하-대기의 역할을 바꾸어 작동할 수 있다. 본 논문에서는 현재시간을 이용해서 절대시간 환산 알고리즘을 탑재한 연동운전제어기를 개발하여 그 실용성을 실험적으로 검증하였으며 각 컴프레서의 작동 상태와 압력, 온도, 전류 정보를 RS485 통신 기반의 G.U.I. 모니터링 하여 원격 감시 하며, 데이터베이스를 구축하여 이력관리를 자동화함으로써 효율적인 이력 관리가 이루어지게 하였다. Air compressor, an equipment compressing air by high pressure, is widely used as the electronic power source and power source for industry. If the compressor compresses and discharges air, it is stored in reserver tank and transferred to consuming place through the plumbing pipe. Generally, lots of compressors are connected and one provision system of compressed air is established. And then, roles of each compressor are divided into base-load, peak-load, waiting, etc. According to the changes of compressed air's consumption, operation situation is controlled and operated so that compressors can produce and stop compressed air in order. While operating lots of compressors in a lump, energy efficiency is maximized. To maintain production pressure of compressed air under a certain pressure regardless of the changes of consumption, interlock operating system that base of compressor and roles of peak load are nominated and operated by host computer is widely used. But, most of interlock operating systems are based on the communication between compressor and host computer, so it has a serious problem that the whole system is influenced if there is any problem in communication. They are one group and each compressor can be operated by changing the roles of base load-peak load-waiting every certain time according to the given algorithm of each compressor without host computer or communication line if each compressor is operated under the same operating algorithm by changing roles mutually with independent control board every same time. This thesis developed interlock operating controller installed by absolute-time conversion algorithm with current time, verified the practicability experimentally, did remote observation through the G.U.I monitoring based on RS485 communication for each compressor's operating situation, pressure, temperature and current, established database by remote observation, automatized history management so as to manage history efficiently.

A Study on the Modeling of an Electric Driven Compressors using Carbon Dioxide Refrigerant for Eco-Friendly Vehicles : 친환경차량용 이산화탄소 냉매를 이용한 전동식 압축기의 모델링에 대한 연구

Donglim,Nam 연세대학교 일반대학원 2016 국내박사

In this study, an attempt is made to construct performance analysis models for both fixed swash plate type and scroll type electric driven compressor using CO2 refrigerant for eco-friendly vehicles. The main purpose of this study is to develop a design tool for the design of a compressor with better performance through the parametric analysis on design factors which influence the performance according to the compression method. The concept design of both the fixed swash plate type electric driven compressor and the scroll type electric driven compressor was carried out, and the performance analysis models for each proved by the experimental results were proposed. Using the performance analysis model, the performance of the fixed swash plate type electric driven compressor was compared for the stroke to bore ratio(SBR) to select the most appropriate value, which is crucial in determining the performance, input power, and compressor size. In addition, the compressor efficiency characteristics were compared according to the valve port size ratio for this case. For the CO2 scroll type electric driven compressor, the most important variable affecting the performance is the leakage as it is a high-pressure refrigerant. The efficiency characteristics were compared using the constructed performance analysis model. The important procedures and results from the present study are summarized as follows: For the case of the fixed swash plate type electric driven compressor, the concept design model is presented, and a geometry and kinematics model, a compression model, a valve dynamic model, and a leakage model are constructed for performance analysis of a concept design model. In order to analyze the dynamic behavior a dynamic model for calculating the friction loss of the driving component is constructed. The performance analysis model was constructed considering the characteristics of high pressure refrigerant CO2, and the heat transfer coefficient according to the compression process applied. For dynamic behavior analysis, the dynamic model was constructed to calculate the friction loss of each driving component. To predict the power consumption more accurately, the efficiency equation through the dynamo evaluation of the electric components(motor and inverter) is presented. A prototype of a fixed swash plate type electric driven compressor for CO2 refrigerant was fabricated with an evaluation system. The performance test results of the prototype and the performance analysis results of the prototype were compared with each other, and it was found that the results were within 5% of all performance indicators. Based on this verification performance analysis model was used to analyze the performance of the fixed swash plate type electric driven compressor according to the stroke and bore ratio and it was confirmed that the performance of SBR 1.5 ~ 2 was high. As a result of analyzing the influence of SBR on the capacity of CO2 compressor applicable to environmentally friendly vehicles, optimum performance results were predicted in SBR 1.5 ~ 2 at all capacities. The effect of R134a refrigerant compressor on SBR was also compared. In addition, performance changes of R134a refrigerant and CO2 refrigerant compressor according to valve port size ratio were compared. The isentropic efficiency changes according to the valve port size ratio were compared. Using the performance analysis model, the performance of the fixed swash plate type electric driven compressor was compared with that of the stroke to bore ratio, which determines the performance, input power, and compressor size. This was compared with R134a and CO2 and the most appropriate stroke to bore ratio section was selected. In addition, the analysis on the ratio of the valve port size, which affects the compressor efficiency characteristics, showed a significant effect on the isentropic efficiency as compared with the R134a refrigerant compressor. For the scroll type electric driven compressor case, an algebraic spiral curve is selected as the scroll curve according to the application of CO2 refrigerant as a high-pressure refrigerant. For the performance analysis of concept design model of scroll type electric driven compressor using algebraic spiral curve, a scroll geometry model, contact and area calculation, a compression model, and a leakage model were constructed, and a dynamic model was constructed for dynamic behavior analysis. The performance analysis model of scroll type electric driven compressor using algebraic spiral curve is described in detail. The formula for the algebraic spiral curve for the scroll design and the method for determining the constant a at the design time are expressed by the formula for the compressor design variables and the relation to the two contact points of the chambers generated from the algebraic spiral scrolls is clearly shown. A prototype of scroll type electric driven compressor for R134a refrigerant was fabricated and evaluated, and compared with the performance analysis results. The accuracy was confirmed to be within 5% of all performance indicators. Based on the proved performance analysis model with R134a, performance analysis for CO2 refrigerant was performed according to the axial leakage gap and the radial leakage gap which have a large effect on the performance. As the leakage gap increases, the performance deterioration has been confirmed. This is because the pressure in the compression chamber is high, and therefore, the leakage effect is large. As performance analysis results of R134a and CO2 scroll type electric driven compressor on the axial leakage gap and the radial leakage gap, the performance degradation due to the leakage gap was small in the R134a refrigerant case. However, in the case of CO2 refrigerant, the performance deterioration due to the leakage gap occurred as mentioned above. This is because the leakage amount caused by the leakage gap is large due to a higher pressure difference between the compression chambers for the CO2 refrigerant than that of R134a. 본 연구는, 친환경 차량용 CO2 냉매를 적용한 전동식 압축기의 실제 설계에 있어서, CO2 냉매의 특성을 이해하고, 압축 방식에 따른 성능 해석 모델을 구성하고, 성능에 영향을 미치는 설계 인자에 대한 parameter 연구 결과를 제시함으로써 보다 나은 성능의 압축기를 설계할 수 있도록 설계 자료를 제공하는데 주 목적을 두었다. 이에 따라 고정 사판식 전동 압축기와 스크롤 전동 압축기에 대한 개념 설계를 진행하였다. 성능해석 모델을 구성하였고, 압축기 설계를 위한 상수와 설계 변수에 대하여 수식적으로 일반화 하였다. 또한 개념 설계된 Prototype 압축기를 제작하고 평가하여, 실험 결과에 의해 검증된 성능 해석 모델을 제안하였다. 검증된 성능해석 모델을 이용하여 고정 사판식 압축기 성능에 큰 영향을 미치는 설계 인자인 stroke to bore ratio에 대하여 비교하였고, 성능과 소요 동력을 고려하여 최적의 구간을 선정하였다. 또한 밸브 포트 크기의 비율에 따른 압축기 효율 특성을 비교하였다. 스크롤 압축기의 경우 성능에 가장 크게 영향을 미치는 누설 간극에 대하여 비교하였다. 본 연구의 중요한 절차와 결과는 다음과 같이 요약된다. 고정 사판식 전동 압축기의 연구 결과, 고정 사판식 전동압축기의 개념 설계 모델을 제시하고, 개념 설계 모델의 성능해석을 위한 geometry and kinematics model, compression model, valve dynamic model, leakage model을 구성하였다. 성능해석 모델은 고압냉매인 CO2의 특성을 고려하여 구성하였으며, 압축 과정에 따른 열전달 계수를 적용하였다. 그리고 동적 거동 해석을 위해 각 구동부품의 마찰손실을 계산하는 다이나믹 모델을 구성하였다. 특히 보다 정확한 소요동력을 예측하기 위하여 전장부(모터와 인버터)의 다이나모 평가를 통한 효율 방정식을 제시하였다. 제작된 시작품의 평가 결과와 시작품 사양에 대한 성능해석 결과를 비교하였고, 비교 결과 모든 성능 지표에서 5%이내의 정확한 결과를 얻었다. 이것으로 성능해석 모델의 정확성을 검증하였으며 이를 이용하여 고정 사판식 압축기의 성능에 영향을 미치는 스트로크와 보어의 비에 따른 성능해석을 하였고, 그 결과 SBR 1.5~2 구간에서 높은 성능을 보임을 확인하였다. 이것은 R134a 및 CO2와 비교되었으며 가장 적절한 SBR 구간이 선정되었다. 또한, 압축기 효율 특성은 밸브 포트 크기 비율에 따라 비교하였다. 스크롤 전동압축기의 연구 결과, 스크롤 방식 전동 압축기에 대한 개념 설계 모델을 제시하였고, 고압 냉매인 CO2 냉매 적용에 따라 스크롤의 곡선은 대수 나선 곡선을 선정하였다. 대수나선 곡선에 대한 연구 결과들이 부족하고 산재되어 있어, 본 연구에서는 대수나선 곡선을 이용한 스크롤 압축기의 성능 해석 모델을 상세히 기술하였다. 성능해석을 위해 scroll geometry model, 접점 과 면적 계산, compression model, leakage model을 구성하였으며, 동적 거동 해석을 위해 Dynamic model을 구성하였다. 이를 위해 스크롤 설계를 위한 대수 나선 곡선의 수식과 설계 시 결정해야 하는 상수 a 의 결정 방법에 대하여, 압축기 설계 변수에 대한 식으로 일반화 하였으며, 대수 나선 스크롤에서 생성되는 압축 챔버의 두 접점에 관계를 일반화 하였다. R134a 냉매용 시작품을 제작하고 평가하였고, 성능해석 결과와 비교하였으며, 비교 결과 모든 성능 지표에서 5% 이내의 정확성을 확인하였다. CO2 스크롤 모터 압축기의 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 변수는 누설 간극이다. 검증된 성능해석 모델을 이용하여 성능에 큰 영향을 미치는 축 방향 누설 간극과 반경 방향 누설 간극에 따른 성능해석을 실시하였다. 누설 간극의 증가에 따라 큰 성능저하를 확인하였다. 축 방향 누설 간극과 반경 방향 누설 간극에 대하여 R134a 및 CO2 스크롤 전동 압축기의 성능 분석 결과, R134a 냉매의 경우 누설 간극으로 인한 성능 저하가 적었다. 그러나 CO2 냉매의 경우 누설 간극으로 인한 성능 악화가 위에서 언급 한 것처럼 크게 발생했다. 이것은 R134a보다 CO2 냉매 압축 실의 압력 차가 높기 때문에 누설 간극으로 인한 누설량이 크기 때문이다.

Effect of wet compression on the aerodynamic performance of the centrifugal compressor

Kim, Sungyeon Sungkyunkwan University 2022 국내석사

습식 압축기술은 가스터빈의 출력 향상을 위해 압축기 입구에 액적을 분무하는 기술이다. 이 기술은 액적이 가지고 있는 잠열 크기만큼 압축기 내부 온도를 감소시켜 압축기 성능 및 효율을 개선시킨다. 또한 설계점을 포함한 다양한 운전 조건영역에서 적용이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 습식 압축은 액적 거동 때문에 압축기 내부 유동이 변화하게 되어 성능에 영향을 미치므로 습식 압축을 압축기에 적용하기 위한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 원심 압축기에 습식 압축기술을 적용하여 다양한 운전 조건에서의 공력성능을 분석하였다. 특히, 수치해석을 이용하여 습식 압축기술이 적용된 원심압축기의 유동과 액적 거동을 계산하였다. 유동해석은 RANS 방정식을 이용하였으며 액적에 대한 해석은 입자수송방정식을 사용하였다. 해석결과를 이용하여 기존 공기압축 결과와 비교하였으며 효율 및 성능 개선 여부를 고찰하였다. 결과적으로 습식 압축기술을 적용한 원심압축기가 기존 원심압축기보다 출구 온도가 감소하였으며, 압력비와 효율이 증가함을 알 수 있었다. 또한, 설계점에서 압축기 성능은 액적의 지름에 따라 변했는데, 이는 내부 유동이 변화하여 성능에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 습식 압축기술이 원심압축기의 성능 및 효율 상승에 영향을 주는 것을 확인하였다. Wet compression technology improves the gas turbine output by spraying droplets into the compressor. This technology reduces the temperature inside the compressor by the amount of latent heat of the droplet. Furthermore, it can be applied in various operating conditions, including design points. However, wet compression changes the flow inside the compressor due to the droplet motion, which affects the performance; thus, research is needed to apply it to the compressor. Therefore, the aerodynamic performance of various operating conditions was analyzed by applying wet compression technology to the centrifugal compressor. In this study, numerical analysis is used to calculate the flow and droplet motion of the compressor with wet compression technology. Droplet and flow analysis using the RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) equation and particle transport equation. The analysis results were compared with the air compression results, and the efficiency and performance enhancement were considered. As a result, the centrifugal compressor applied with wet compression technology showed lower exit temperature and increased pressure ratio than the conventional centrifugal compressor. In addition, the compressor performance varied by droplet diameter, and the internal flow changed according to the droplet size. These results confirmed that wet compression technology improves the performance and efficiency of the centrifugal compressor.

Experimental study about the axial compressor stability enhancement

임형수 서울대학교 대학원 2012 국내박사

본 논문에는 서울대학교에 있는 다단 축류압축기(이하, 서울대 압축기)에서 발생할 수 있는 스톨을 지연시킴으로써, 압축기 운전 영역을 증가시키기 위한 연구 결과가 있다. 운전영역 개선을 위한 방법은 능동제어(active control)와 수동제어(passive control)로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 능동제어의 일환으로 공기 인젝션(air injection) 방식이 수행되었으며, 수동제어로는 케이싱 트리트먼트(casing treatment)를 수행하였는데, 각각의 제어를 통해 서울대 압축기의 운전영역을 개선 할 수 있었다. 연구를 수행하면서, 기존의 선행연구에서 제시되지 않았던 새로운 사항들을 확인할 수 있었다. 공기 인젝션 연구에서는 인젝션 유량을 절감하기 위한 새로운 인젝션 방안을 제시하였다. 그리고 케이싱 트리트먼트 연구에서는 특정한 형상의 케이싱을 선구신호가 다른 압축기에 적용하였을 때, 운전영역 개선 효과에 차이가 있는지, 있다면 어떠한 차이인지를 밝힐 수 있었다. 능동제어는 축류압축기의 운전상태를 실시간으로 판단하여 압축기에 불안정성이 나타날 때 작동하는 방법이다. 대표적인 방법으로 공기 인젝션이 있으며, Day (1993), Weigl (1998), Suder (2000), Strazisar (2004)를 중심으로 인젝션 성능을 높이기 위한 연구가 수행되었다. 공기 인젝션에서 가장 중요한 것은 운전영역 개선이며, 이에 영향을 미치는 인자는 노즐 유량, 노즐 형상, 노즐 배치, 노즐 수 등 다양하다. 공기 인젝션에서 중요한 다른 인자는 인젝션 유량일 것이다. 운전 영역을 넓히는데 있어서, 기존의 인젝션 유량보다 적은양의 인젝션 유량을 사용한다면 운전자에게 이득일 것이다. 왜냐하면 인젝션 유량은 일반적으로 고압의 공기이며, 이러한 고압 공기를 만드는데 비용이 많이 들기 때문이다. 하지만 인젝션 유량을 절감하기 위한 방안에 대한 연구는 기존에 이루어 지지 않았으며, 본 연구를 통해 인젝션 유량 절감에 대한 실험적 연구가 진행되었다. 이 과정에서 기존의 1단 인젝션(1-step injection)대비 새롭게 시도된 다단 인젝션(multi-step injection)과 연속 인젝션(continuous injection)을 통해 인젝션 유량을 각각 10.6%, 18.6% 저감할 수 있었다. 그리고 시스템 고유 특성인 ‘최소 인젝션 요구량’에 가깝게 인젝션 유량을 조절하는 것이 중요함을 알 수 있었다. 수동제어는 압축기에 기구적인 장치의 설치만으로 운전영역이 개선된다. 장치의 설치만으로 제어 효과가 나타나기 때문에 운전자에게는 편리하지만 항상 작동 유체에 노출되기 때문에 효율이 낮다는 단점이 있다. 대표적인 방법은 케이싱 안쪽 면에 여러 모양의 홈을 가공한 케이싱 트리트먼트가 있다. 1960년대부터 현재까지 연구가 진행되었으며, Koch (1960), Moore (1971), Prince (1974), Fujita (1984), Xingen (2006), Muller (2007)등이 케이싱 트리트먼트를 통해 많은 연구 성과를 남겼다. 모든 압축기는 고유의 스톨 선구신호 특성이 있다. 하지만 케이싱 트리트먼트의 효과가 압축기 스톨 선구신호 특성에 따라 다르다는 연구는 Houghton (2010)가 그루부 케이싱(groove casing)을 이용하여 처음으로 소개하였다. 케이싱 트리트먼트를 여러 선구신호 특성을 갖는 압축기에 적용할 때, 안정성 개선의 효과가 다르다는 것은 압축기 설계에 있어 상당히 중요한 정보이다. 하지만 이에 대한 연구 결과가 미약한 실정이다. 본 연구에서는 서울대 압축기를 이용하여 축방향 슬롯 케이싱 (axial skewed slot casing)을 선구신호가 다른 압축기에 적용하여 운전영역 개선의 차이를 확인하였다. 이를 위해 기존 4단 축류압축기를 1단으로 개조하였다. 그리고 입구 날개각 (Inlet guide vane)의 날개 각도를 조정하여 스톨 선구 신호로 스파이크 (spike, 입구 날개각 32°)와 모드 (mode, 입구 날개각 8°)가 발생하도록 하였다. 각각의 스톨 선구 신호를 갖는 압축기에 축방향 슬롯 케이싱을 적용하였을 때, 스파이크 발단 압축기에서는 8%의 운전영역이 개선되었지만 모드 발단 압축기에서는 운전영역이 개선되지 않았다는 결과를 얻었다. 원인 분석을 위해 열선과 고속응답압력 변환기를 이용하여 동익 하단의 속도장과 슬롯 내부의 압력장 및 유속을 측정하였다. 기존의 압축기 안정성 개선 원인을 분석하는 방법으로 동익 하단의 속도장을 분석하였을 때, 스파이크 발단 압축기와 모드 발단 압축기 모두 케이싱 근처의 속도가 증가하였기 때문에 두 압축기의 운전영역 개선의 차이를 구분할 수 없었다. 즉, 동익의 반경방향으로 90% 지점에서 피치방향 면적 평균한 값이 슬롯 케이싱을 적용하였을 때 기존보다 각각 42%, 20% 증가하였다. 이 값은 슬롯에 의한 결과이며, 이 값의 차이에 대한 원인을 알기 위해 슬롯 내부 벽면에서 압력장을 측정하였다. 슬롯 내부의 벽 압력장에서는 팁 누설 와동의 강도차가 두 압축기 사이에 존재하였다. 즉 스파이크 발단 압축기에서는 스톨 근처에서 팁 누설 와동의 강도가 8%인 반면(여기서, 팁 누설 와동 강도는 동익 1개 구간의 면적 대비 대기압 보다 낮은 정압력이 차지하는 면적비 임), 모드 발생 압축기에서는 그 강도가 23%로 존재하였다. 이것은 슬롯에서 발생하는 흡입(bleed)과 인젝션(injection)의 활동이 스파이크 발단 압축기가 모드 발단 압축기보다 크다는 것을 의미한다. 그리고 슬롯에서의 순환 강도를 예측하기 위해 슬롯 상/하부의 벽 압력차와 슬롯 내부의 유속을 측정하여 두 압축기에서의 차이를 확인하였다. 결과적으로 스파이크 발단 압축기의 슬롯 상/하부 벽 압력차와 슬롯 내부의 유속이 모드 발단 압축기보다 각각 26% 와 12% 높은 결과를 얻었다. 모드 발단 압축기 기준으로, 슬롯 내부의 흡입과 인젝션의 강도가 스파이크 발단 압축기에서 크게 나타났기 때문에 두 압축기의 운전영역 차이의 원인을 알 수 있었다. 인젝션 실험을 통해 압축기의 운전 영역 개선을 위해서는 인젝션 강도가 최소 요구량(threshold)을 만족해야 한다는 것을 알았다. 슬롯 케이싱에서도 슬롯을 통해 흡입과 인젝션 작용이 발생하는데, 이 크기가 압축기 특성인 최소 요구량을 만족시켜야 운전 영역 개선이 나타난다. 모드 발단 압축기에서 운전 영역 개선이 0 인 이유는 슬롯에 의한 흡입과 인젝션 작용이 최소 요구량을 만족시키지 못하였기 때문이다. 본 연구는 서울대 압축기의 운전 영역을 개선시키기 위해 능동 제어의 대표적 방식인 인젝션과 수동제어의 대표적 방식인 케이싱 트리트먼트 방식을 각각 적용하여 그 영향을 실험적으로 확인하였다. 각각의 연구를 통해 공기 인젝션 연구에서는 인젝션 유량을 줄이기 위한 새로운 방안을 소개하고, 케이싱 트리트먼트 연구에서는 슬롯 케이싱이 스파이크 발단 압축기와 모드 발단 압축기의 운전영역 개선에 미치는 영향을 분석하였다. In this research, the operation range extension of axial compressor was verified experimentally with Seoul National University compressor (SNU compressor). The method of active control and passive control were executed. As an active control, the tip injection was performed, and as a passive control, the casing treatment was performed. With these control methods, the operation range of SNU compressor was successfully extended. In this research, to enhance the compressor stability, new issues about air injection and casing treatment were investigated, and could get novel results. In air injection, new injection scheme to reduce the injection flow rate was introduced. In casing treatment, new relation which is about the operation range extension of axial skewed slot casing on spike onset compressor and mode onset compressor was verified. In active control, the condition of compressor stability is monitored in real time. The representative method of active control is air injection. To stabilize the axial compressor stability, Day (1993), Weigl (1998), Suder (2000), Strazisar (2004) investigated the method of air injection. The most important issue in air injection must be operation range extension, and the effective parameter are nozzle flow rate, nozzle shape, nozzle location and number of nozzle, etc. The second important issue in the air injection is saving the injection flow rate. It must be the benefit to the compressor operator, if the operation range of their compressor can be extended with less amount of injection flow. Because, in general, injection air is very high pressure air, and to make high pressure air, it cost a lot. Therefore, it must be an important issue that reducing the amount of injection air to extend the compressor operation range. However, this issue has not been investigated at all. The possibility of injection flow rate control was verified in this research. With multi-step injection and continuous injection, the amount of injection flow could be saved 10.6% and 18.6% respectively, based on 1-step injection. Also, it was verified that it is an important issue to control the injection flow rate as close as possible to the minimum required injection flow rate which is the compressor's own characteristic about air injection. In passive control, the operation range can be extended by installation of facility. This method is convenient for the operator because the effect of compressor stabilization can be simply acquired by the installation. The representative method of passive control is casing treatment. Every compressor has its own stall onset characteristics. However, to improve its operation range by casing treatment, no one has considered the prestall characteristics. Recently, Houghton (2010) investigated the relation between groove casing and types of prestall. He mentioned that the amount of the operation range extension in spike onset compressor was different when the groove casing applied to mode onset compressor. In this research, the activation of axial skewed slot casing was investigated for spike and mode onset compressor. For the test, SNU compressor was modified to 1-stage compressor, and the axial skewed slot casing was manufactured. By changing the IGV (Inlet Guide Vane) stagger angle, from 32° to 8°, the type of prestall could be changed. When the axial skewed casing was applied to spike onset compressor, the operation range was extended about 8%, but it was 0% in mode onset compressor. Hot-wire and fast response pressure transducer were used to analyze the reason of these differences. By analyzing the signal, it was verified that the pressure difference (ΔP) and the magnitude of flow velocity in slot were bigger at spike onset compressor than that of mode onset compressor as 26% and 12% respectively near stall. Therefore, the magnitude of bleed and injection in slot at spike onset compressor is bigger than that of mode onset compressor. Also, in this research, the types of prestall could be changed by IGV stagger angle. Different incoming flow and tip leakage flow structure could be expectable between spike and mode onset compressor. Because the contour level of static pressure distribution on slot bottom was significantly different. For these reasons, there was a difference in the operation range extension between spike onset compressor and mode onset compressor in axial skewed slot casing. In this research, to improve the operation range extension, active control; air injection and passive control; casing treatment has been performed with SNU compressor. In air injection, new injection scheme could be introduced to save the amount of the injection air. In casing treatment, the effect of axial skewed slot casing on the stability of spike and mode onset compressor was investigated. The measurement result could explain the difference of the operation range extension between spike and mode onset compressor about axial skewed slot casing.

Optimal design method considering efficiency and noise for centrifugal compressors

하경구 서울대학교 대학원 2012 국내박사

The subject of this study is a centrifugal compressor for a fuel-cell vehicle. It makes compressed air and sends it to the fuel-cell stack. It is the only part of revolution in the system, and it consumes most of the system power. Therefore, it is important to achieve low noise level as well as high efficiency. These various design requirements lead to a complicated design space, making it difficult to design a suitable centrifugal compressor with the conventional method, which was formulated to provide highly efficient operation at the design point without considering the noise. Furthermore, compressor noise has been difficult to understand because of the lack of information. Especially in the early stage of design, it has been impossible to consider the noise of a compressor in spite of the necessity to do so. Therefore, this study was designed to describe the aero-acoustic characteristics of a centrifugal compressor experimentally and to find noise indicators, which make it possible to reflect the noise on the compressor design process, in the CFD simulation results. The operating line of this compressor is determined along the highest efficiency points. It is widely known that the blade tone noise is the main contributor during the design-point operation. The test results show the close relationship between the internal pressure signals and the outer microphone signals. These different signals have similar patterns and spectra along massflow rate and rotational speed. The dominant noise source is the tonal noise. But the broadband noise component due to the turbulent flow in the compressor increases during low flow rate operation. Computational simulations are carried out to describe these phenomena and to identify noise indicators. The pressure distribution (p'rms) obtained from CFD results may be indicative of the relative noise intensity of the compressor. p'rms values from CFD are proportional to the square of the RPM. The same can be said of experimental results. And p'rms have a similar trend with the external noise levels in normal operating conditions. With such information on noise, a design optimization process is performed using Kriging method with the simulated results obtained at sampled points. The objective function is based on the total to total stage efficiency of the compressors and the noise indicator, p'rms. The impeller exit radius, the impeller exit blade angle, and the flow coefficient are chosen as the design parameters. According to the optimization results, a good design point is suggested in the region of 54~64 millimeters in the case of r2. The final optimal design point is determined by a pattern search method. The optimal designed compressor shows good aerodynamic performance, and it is expected low noise level at the design point. The efficiency is increased by 5.2% and the circumferential pressure distribution is improved about 30%. The comparison between the optimal designed compressor and the existing centrifugal compressor are described in the latter part of this paper closely. 원심압축기는 임펠러, 디퓨저, 볼류트로 구성되어 있으며, 임펠러 입구와 출구의 반경 차이에 기인하는 원심력이 작용하기 때문에 비교적 작은 크기의 장치로도 큰 압력비를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 전통적으로 산업 현장이나 항공기, 연소기, 발전장치 등에서 각종 공정 가스나 공기의 가압 장치로 많이 사용되고 있으며 최근에는 가전, 자동차 등 새로운 분야에도 많이 적용되고 있다. 원심압축기가 사람들의 일상에 가깝게 사용되어짐에 따라 정숙함과 안락함이 매우 중요해졌다. 본 연구의 대상은 연료전지 차용 원심압축기로 공기를 압축해서 연료전지 스택으로 보내는 역할을 한다. 시스템 내에서 유일하게 회전구동하며 소음을 발생하는 장치이며, 연료전지 시스템 전력의 대부분을 소비한다. 때문에 이 원심압축기의 저소음, 고효율 설계가 매우 중요하다. 그러나 현재 원심압축기의 소음에 대한 일반적인 정보와 이해가 부족한 상황이며, 특히 현물이 없는 설계 초기 단계에서는 그 필요성에도 불구하고 원심압축기의 소음 특성을 파악해서 설계에 반영하기는 더욱 어렵다. 따라서 본 연구에서는 원심압축기의 공력학적 소음 특성을 압축기 내, 외부 마이크를 통해 실험적으로 살펴보고자 한다. 이후 정상상태 CFD 유동해석을 통해 소음의 크기를 상대적으로 가늠할 수 있는 소음 인자를 찾고, 이를 활용해 저소음, 고효율 최적설계를 수행하고자 한다. 물론 정상상태의 유동해석을 통해서 소음의 특성을 완전히 파악하고 소음 레벨을 정확히 예측하는 것은 매우 어려운 일이다. 하지만 적절한 설계점을 찾아야하는 제품 개발 초기단계에서는 간단한 정상상태 해석이 실험이나 비정상상태 해석보다 비용과 시간이 적게 드는 최선의 선택일 수밖에 없다. 그리고 만약 그 결과에서 소음 인자(Noise indicator)를 찾을 수 있다면, 초기 압축기 설계에 소음 특성을 쉽게 반영할 수 있을 것이다. 이러한 이유로 본 연구의 수치해석 방법론을 정상상태 해석으로 제한했다. 연료전지 차용 원심압축기의 운전점은 각 회전수 별 최고 효율점을 따라 결정된다. 이러한 설계 영역 운전에서는 일반적으로 날개의 톤 성분이 주 소음원으로 알려져 있다. 실험을 통해서 이것이 날개 통과 주파수와 밀접한 관련이 있으며, 임펠러 출구에서 날개의 로딩 분포에 의한 주기적 압력 불균일에 의해 발생함을 확인했다. 회전속도를 유지하며 유량을 줄이면 탈설계 영역에 접어들게 되는데, 이때 박리와 역류, 2차 유동에 기인하는 난류 광대역 소음의 영향이 점점 커진다. 특히 스톨영역 근처에서는 저주파수 광대역 소음의 급격한 증가가 관찰되었다. 소음 실험을 통해서 원심압축기 내부 유동과 외부 소음 사이의 밀접한 관련성 또한 확인했다. 회전수, 유량 별로 내, 외부의 소음 신호는 동일한 소음레벨의 변화 양상과 스펙트럼을 가지고 있었다. 이러한 특성을 바탕으로 내부 정상상태 유동해석을 통해 앞서 언급한 소음 인자를 찾을 수 있었다. 임펠러 출구 압력 분포의 루트 평균값 (p′rms)이 설계점에서 운전되는 원심압축기의 소음 특성과 밀접한 관련이 있으며, 결과적으로 이들이 소음의 정도를 가늠하게 하는 인자가 될 수 있음을 발견하였다. 설계점 운전에서 측정한 임펠러 출구의 p′rms 값은 회전수의 2승에 비례해서 증가하는 모노폴 소음의 특성을 보였는데, 정상상태 유동해석을 통해 예측한 p′rms 값도 회전수의 2승에 비례하는 경향을 보였다. 이후, 소음 인자와 Kriging 기법을 활용하여 저소음, 고효율 원심압축기 최적설계를 시도하였다. 본 연구에서 최적설계의 목적은 압축기의 초기 설계단계에서 소음특성을 반영하여 적절한 설계점을 결정하기 위함이며, 이를 위해서 소음인자와 압축기 전체 효율을 반영한 목적함수를 구성했다. 임펠러의 반경, 임펠러 출구 날개각, 출구 유량계수를 주요 설계변수로 선정하였으며, 실험계획법에 의해 13개의 설계점을 선정하였다. 이들 설계점에서 정상상태 유동해석을 수행하여 목적함수 값을 계산했고 이를 최적설계의 초기 입력값으로 활용했다. Kriging을 통해 재구성된 설계공간을 살펴보면, 임펠러 출구반경으로 54 ~ 64 ㎜ 의 값을 가지는 압축기들이 소음과 효율 면에서 좋은 성능을 보일 것으로 예측되었다. 주어진 목적함수를 최소로 만드는 최적 설계점은 패턴 검색법을 이용해서 찾았다. 결과적으로 원심압축기의 최적설계점은 임펠러 반경 58.3 ㎜, 출구날개각 50.5°, 유량계수 0.191로 결정되었으며, 43,420 RPM 설계점 운전에서 기존 압축기 대비 효율이 5.2%, 소음과 관련 있는 임펠러 출구 압력분포는 약 30 % 정도 개선될 것으로 예측되었다.

Numerical investigation on the inclined leading edge in diffuser vane of a transonic centrifugal compressor

Zamiri, Ali Graduate School, Korea University 2018 국내박사

The three dimensional, compressible, unsteady Navier-Stokes equations are solved to investigate the flow field of a centrifugal compressor with high compression ratio. Centrifugal compressors are used in a large number of various industrial applications such as automotive engines, power plants, petrochemical, aircraft gas turbines and etc. The growth of global air traffic and the increase in number of restrictions regarding the fuel consumption require to increase the stage loading and to reduce the centrifugal compressor size. Therefore, the improvements toward higher pressure ratio, higher efficiency and higher mass flow rate are demanded. The computational domain in the present study is composed of an inlet bell and impeller with splitter blades followed by a two-dimensional wedge vaned diffuser. The numerical method is validated by comparing the computational results with the experiments in terms of pressure ratio and compressor efficiency at different operating conditions. The transient simulations were verified by comparison of the velocity distribution with PIV data in normal flow condition before the onset of surge. The present study first focuses on the unsteady pressure fluctuations and entropy production within the impeller and diffuser passages at the compressor design point. It is shown that the interaction between the impeller and diffuser blades leads to unsteadiness at the interface region and a pulsating behavior within the diffuser passages. Pressure waves with different convective velocities, generated by the impeller-diffuser interaction and pseudo-periodic unsteady separation bubbles, are captured in time/space domain along the diffuser blade surfaces. Then, in order to reduce the impeller-diffuser interaction, the inclined leading edge in diffuser vane is proposed. Steady and transient simulations are conducted to investigate the influence of the inclined leading edge diffuser vanes on the flow field and radiated noise from a transonic centrifugal compressor. In the case of steady simulations, seven types of diffuser vane with various inclination angles of leading edge were numerically modeled to investigate the effects of the inclined leading edge on the diffuser pressure recovery and total pressure loss characteristics. The vaned diffuser with inclined leading edge reduces the interaction between the impeller discharge flow and diffuser leading edge, which leads to improve the pressure recovery characteristics within the diffuser passage. Detailed flow analysis inside the diffuser passage showed the pressure ratio and compressor efficiency have been improved by the inclined leading edges. The maximum diffuser pressure recovery coefficient, 0.7185, and compressor efficiency, 84.80%, were observed in the case of 30 degree inclination angle from hub-to-shroud. In the case of transient simulations, five different inclined leading edge diffuser vanes were numerically conducted. Since it is important to understand that the far-field acoustics are dominated by the internal pressure fluctuations inside the passages, the near-field pressure fluctuation spectra captured at the impeller-diffuser interface are evaluated to analyze the tonal BPF noise as the main noise source in the centrifugal compressors. It is shown that the inclined leading edges are very useful not only for improvement of the pressure recovery characteristics within the diffuser but also for the reduction of the interaction tonal BPF noise (around 7.6 dB SPL reduction). Furthermore, it was found that by using the inclined leading edge, the vortical structures and separations within the diffuser passages were reduced in size which may cause the attenuation of the broadband noise components and the overall sound pressure level.

원심압축기 성능향상을 위한 유동해석기반 디퓨저의 최적 설계

오승규 안동대학교 일반대학원 2018 국내석사

The demand for compressors is projected to grow by 4.4% per year for five years until 2016 and steadily rise after 2016. In particular, centrifugal compressors are often used because they have a higher compression ratio and a simpler construction than the axial flow type. The turbo cetrifugal compressor is a machine that sucks fluid by impeller rotation and compresses and exhausts through diffuser and volute. In particular, it is important to design the diffuser to restore the kinetic energy generated by the impeller to the static pressure effectively, in view of improving the performance of the compressor. The turbo cetrifugal compressor considered in this paper has a slightly lower performance than the other. Therefore, the isentropic efficiency of the cetrifugal compressor is improved through the optimal design of the diffuser, which is relatively free to change the shape and affect the pressure recovery function of the cetrifugal compressor as well as the operating range of the actual compressor. The turbo cetrifugal compressor used in this study is a 160 hp cetrifugal compressor with a diameter of 300 mm. It consists of 7 blades, splits and 11 vanes. Inlet pressure is 140 kPa and rotation speed is 36,254 rpm. pressure ratio 2.1, and isentropic efficiency 75%. Stagger angle, R2 / R1, Vane angle, and vane number were selected as design variables considering the variables such as stall, area of diffuser outlet, and Vortex affecting diffuser performance. Finally, the design variables were selected as the stagger angle, R2 / R1, and the Vane angle through the sensitivity test. In this paper, we extract the sampling points using Optimal Space Filling Design which is mainly used in critical experiments such as computer simulation which is not suitable for the design of experiments, use the screening method of Global Optimization by making an approximate model using the Kriging method, We used the appropriate NLPQL method. Optimal data derived from the NLPQL method improved the performance improvement of isentropic efficiency of 0.574% and pressure recovery coefficient of 0.019, but increased pressure loss coefficient of 0.009. However, considering that it is a turbo centrifugal compressor that is in operation, it is considered that the performance improvement is considerable. When the performance of the initial model and the optimal model was confirmed, it was confirmed that the performance of Isentropic efficiency, Pressure recovery coefficeincy and Pressure loss coefficeincy were degraded and the global performance was improved. From the viewpoint of actual turbo centrifugal compressor operation, it is considered that the local performance deterioration of the turbo centrifugal compressor is negligible in that the operating region is selected considering the global operable region of the turbo centrifugal compressor.

상반각 정익이 천음속 축류압축기 성능 및 유동특성에 미치는 영향에 관한 연구

황동하 포항공과대학교 일반대학원 2016 국내박사

In a transonic axial compressor for gas turbines in in modern high-performance aircraft engines and in industrial applications a primary goal of the compressor design is to increase the pressure and the efficiency and to enlarge the operating range while reducing the number of blades and stages. To improve the performance of the state-of-the-art compressor, internal flow phenomena such as wake, separation, and tip leakage flow must be understood. In the stator of a transonic axial compressor the separation and the degraded flow from the rotor at a low mass flow rate result in non-uniform distribution of spanwise loading. One of the most important flow structures contributing to the flow blockage and loss is the three-dimensional flow separation at the endwall corner, namely corner-seperation. This corner-separation, which occurs frequently between the endwall and the blade suction surface, dominates the secondary flow in compressor passages. The separation region blocks the blade passage as mass flow rate decreases, lowering the static pressure rise capability of the compressor, reducing the mass flow rate, contributing to instability in compressors, and limiting the operating range. Therefore, suppression or delay of the corner-separation can effectively improve the performance of an axial compressor. Blade shape parameters, which form a three-dimensional stacking line, are generally introduced to reduce shock losses, corner separation in the blade hub, and tip clearance losses in transonic compressors. The suppressed separation with the geometry modification by the movements of stacking line normal to the blade chord, dihedral, can be drawn by the re-energized the boundary layer of the suction corner. Since the complex flow structures in the axial compressor including the corner-separation are a serious concern, the effect of dihedral stators especially on the spanwise redistribution of flow characteristics to improve the performance deserves attention and it can be a meaningful research area. In the present study, the effect of the dihedral stators on the performance, loss of corner-separation and transient characteristics of the transonic axial compressor has been investigated over the whole operating range. The numerical results under steady and unsteady calculations were examined and the accuracy of the numerical simulation was validated with the experimental measurements data. The effect of dihedral stators was investigated by comparing the reference stator geometry case and dihedral stator cases. It is also necessary to perform an unsteady calculation to investigate the internal flow of the multi-stage compressor passage because of the complex and transient natures. The steady calculation shows that the dihedral stators caused an additional loss inside the stator passage especially near the endwall where the dihedral is applied. The hub dihedral induces unexpected hub-corner-separation inside the stator passage so that the performance of the compressor drops significantly over the whole operating range. However, the hub dihedral suppresses and delays the shroud-corner-separation due to the spanwise flow redistribution and subsequently expands the operating range to a lower mass flow rate. As the dihedral geometrical variables (angle and depth) and blade surface area increase, the total pressure loss increases, but the stalled mass flow rate decreases. Because the loss core is placed at the mid-span in 70% design speed, the local diffusion factor only increase near the endwall and the performance curves are comparable to other dihedral case. As the steady calculation, the effect of dihedral stators on transient characteristics inside the stator passage differs depending on the dihedral position. The amplitude of the low frequency term corresponding to the shroud-corner-separation increased when the shroud dihedral was applied, however the hub dihedral alleviated the amplitude of the low frequency term and subsequently increases the overall operating range.