مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

آنالیز حساسیت اثر شرایط محیطی بر عملکرد دینامیکی سیستم سوخت‌رسانی میکروتوربین گازی مدل GTCP 85-180

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 پژوهشکده شهید ستاری، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران
2 گروه آیرودینامیک، دانشکده هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران
چکیده
سیستم سوخت‌رسانی یکی از اجزای مهم و پیچیده میکروتوربین گازی است. با توجه به اینکه شرایط محیطی کارکرد موتور مانند دمای محیط، رطوبت نسبی هوا و ارتفاع کارکرد از سطح دریا بسته به موقعیت جغرافیایی متفاوت است، عملکرد سیستم سوخت‌رسانی نیز دچار تغییر می‌شود. در مطالعه حاضر سیستم سوخت‌رسانی میکروتوربین گازی مدل GTCP۸۵-۱۸۰ موجود در ایران با استفاده از کنترلر پی‌آی‌دی مکانیکی مدل‌سازی شده است. سپس با زوج‌نیروکردن معادلات کنترل‌کننده و معادلات ترمودینامیک کلاسیک حاکم بر موتور، تاثیر شرایط محیطی مختلف بر راه‌اندازی و کارکرد نامی موتور مورد بررسی قرار گرفته است. بازه تغییرات شرایط محیطی متناسب با موقعیت جغرافیایی شهرهای ایران انتخاب شده است. با مقایسه نتایج حل عددی توسط کد نوشته‌شده در نرم‌افزار متلب با داده‌های تجربی، دقت حل عددی مورد تایید قرار گرفت. نتایج نشان داد که دمای محیط بیشترین تاثیر را بر عملکرد سیستم سوخت‌رسانی میکروتوربین می‌گذارد و موجب می‌شود که دمای گاز خروجی از توربین ۱۶/۳%، مصرف سوخت ۳/۷%، زمان راه‌اندازی موتور ۱۴/۷% و فشار سوخت انژکتور ۴/۷% تغییر کند. همچنین مقایسه نتایج حالت کارکرد نامی موتور با نتایج راه‌اندازی نشان داد که اثر پارامترهای محیطی بر عملکرد سیستم سوخت‌رسانی، در زمان راه‌اندازی موتور بیشتر است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Sensitivity Analysis Effect Environmental Conditions on Dynamic Operation of Fuel System on the GTCP85-180 Micro Gas Turbine

نویسندگان English

M. Sedighi 1
M. Aelaei 2
M. Aghnia 1
1 Sattari Research Center, Shahid Sattari University of Aeronautical Engineering, Tehran, Iran
2 Aerodynamic Department, Aerospace Faculty, Shahid Sattari University of Aeronautical Engineering, Tehran, Iran
چکیده English

Fuel system is one of the most important parts of the micro gas turbine. Due to the variation of environmental conditions such as temperature, relative humidity of air and height in different geographical locations, the operational features of the fuel system change. In this study, the fuel system of the GTCP85-180 gas turbine is modelled by applying PID mechanical controller. The governing equations of the controller is coupled with classical thermodynamic equations of the gas turbine and the effects of different environmental conditions on start-up and norminal operation of the motor are investigated. The range of variations of the environmental conditions is choosed by considering the geographical locations of Iran. The results of the numerical simulation were verified by comparing the numerical results obtained with written code in Matlab software with experimental measurements. The results showed that the environmental temperature has the strongest effect on the operational features of the fuel control system and causes 16.3% variation of exhaust gas temperature, 3.7% variation of fuel discharge, 14.7% variation of start-up time of the motor and 4.7% variation of fuel pressure in injectors. Also, the start-up operation of the motor showed more sensitivity to environmental conditions compared to normal operation of micro gas turbine.

کلیدواژه‌ها English

Micro Gas Turbine
Fuel System
Numerical simulation
Environmental parameters
PID
Staunton RH, Ozpineci B. Microturbine power conversion technology review. 2003;106617854. Available From: https://www.semanticscholar.org/paper/MICROTURBINE-POWER-CONVERSION-TECHNOLOGY-REVIEW-Staunton-Ozpineci/c6d88c1b8adc45ba1c2b9f3271a522dca08837f2#paper-header [Link]
Dietrich E. Gas turbine powerhouse: The development of the power generation gas turbine at BBC-ABB-Alstom. Walter de Gruyter. 2013. [Link]
Goldstein L, Hedman B, Knowles D, Freedman S, Woods R, Schweizer T. Gas-fired distributed energy resource technology characterizations. United States: National Renewable Energy Laboratory, Department of Energy Laboratory Operated by Midwest Research Institute-Battelle; 2003 Jan. Report No.: AS73.2002. Contract No.: DE-AC36-99-GO10337. [Link] [DOI:10.2172/15005819]
Harman RT. Gas turbine engineering. 1st edition. London: Macmillan Press Ltd.; 1981. [Link] [DOI:10.1007/978-1-349-16484-4_1]
Razak AMY. Industrial gas turbines: Performance and operability. Cambridge: Woodhead Publishing; 2007. [Link] [DOI:10.1201/9781439823996]
Walsh PP, Fletcher P. Gas turbine performance. Fairfield: Blackwell Science Ltd.; 1998. [Link]
Iliescu SS, Fagarasan I, Soare C, Popescu V. Gas turbine modelling for load-frequency Control. Scientific Bulletin, University Politehnica Bucharest, Series C: ElectricalEngineering. 2008;70(4):13-20. [Link]
Hajagos LM, Berube GR. Utility experience with gas turbinetesting and modeling. Power Engineering Society Winter Meeting, Conference Proceedings (Cat. No.01CH37194); 2001 Jan 28 - Feb 1; Columbus: IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers); 2002. [Link]
Montazeri GhM, Safari A. Design of gas turbine engine fuel control system using fuzzy logic. The 6th Iranian Aerospace Society Conference. Tehran: Iranian Aerospace Society; 2007. [Link]
Kim SY, Soudarev B. Transient analysis of a simple cycle gas turbine engine. KSAS International Journal. 2000;1(2):22-29. [Chines] [Link]
Perez-Blanco H, Henricks TB. A gas turbine dynamic model for simulation and control. Presented at the International Gas Turbine & Aeroengine Congress & Exhibition; Stockholm, Sweden: The American Society of Mechanical Engineers; 1998. [Link] [DOI:10.1115/98-GT-078]
Le Brun C, Godoy E, Beauvois D, Le Pache G, Noguera R. Modelling and analysis of a turbojet fuel system. International Journal of Computer Theory and Engineering. 2014;6(3):260-266. [Link] [DOI:10.7763/IJCTE.2014.V6.872]
Thirunavukarasu E. Modeling and simulation study of a dynamic gasturbine system in a virtual test bed environment [dissertation]. South Carolina: University of South Carolina; 2013. [Link]
Cohen H, Rogers GFC, Saravanamuttoo HIH. Gas turbine theory. Harlow: Longman Scientific & Technical; 1987. [Link]
Giampaolo T. Gas turbine handbook principles and practices. 3rd edition. Lilburn, Georgia: fairmont press; 2006. [Link]
Oyedepo SO, Kilanko O. Thermodynamic analysis of a gas turbine power plant modelled with an evaporative cooler. International Journal of Thermodynamics. 2014;17(1):14-20. [Link] [DOI:10.5541/ijot.480]
United States Department of the Interior Bureau of Reclamation. Mechanical governors for hydraulic units. Colorado, USA: Hydraulic Research and Technical Services Group; 2002. [Link]
Wylie EB, Streeter VL, Suo L. Fluid transient in systems. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall; 1993. [Link]
Chaudhry MH. Applied hydraulic transients. New York: Springer-Verlag; 1979. [Link]
IRIAF Technical Order. 2G-GTCP85-23, Maintenance Instruction Technical Manual, Series 197. Unknown city: IRIAF Technical Order; 1977. [Link]