Μελέτη μετατροπής κινητήρα ελικοπτέρου σε αεριοστρόβιλο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας

Τσιόκας, Στέργιος; Tsiokas, Stergios

dc.contributor.author	Τσιόκας, Στέργιος	el
dc.contributor.author	Tsiokas, Stergios	en
dc.date.accessioned	2014-10-23T07:40:55Z
dc.date.available	2014-10-23T07:40:55Z
dc.date.issued	2014-10-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/39356
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5177
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Αεριοστρόβιλος ισχύος	el
dc.subject	Ηλεκτροπαραγωγή	el
dc.subject	Ανακόμιση	el
dc.subject	Συνδυασμένος κύκλος	el
dc.subject	PROOSIS	en
dc.subject	Combined cycle	el
dc.subject	Turboshaft	el
dc.subject	Modeling	el
dc.subject	T53	en
dc.title	Μελέτη μετατροπής κινητήρα ελικοπτέρου σε αεριοστρόβιλο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας	el
dc.title	Study on conversion of helicopter engine to gas turbine for electricity production	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Mechanical Engineering and Technology	en
heal.classificationURI	http://skos.um.es/unesco6/3313
heal.classificationURI	http://localhost:8080/healp/data/11/14/11
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/childrensSubjects/sj96005954
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh99003655
heal.classificationURI	http://lod.nal.usda.gov/44784
heal.classificationURI	http://lod.nal.usda.gov/146322
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-10-10
heal.abstract	Η παρούσα εργασία σκοπό έχει την μελέτη μετατροπής του κινητήρα Τ53-L-13B σε βιομηχανικό αεριοστρόβιλο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η εκπόνησή της γίνεται μετά από πρόταση της Διεύθυνσης Τεχνικού Σώματος του Γενικού Επιτελείου Στρατού (ΓΕΣ/ΔΤΧ). Αρχικά παρουσιάζεται ο κινητήρας που μελετάται και γίνεται ένας προκαταρκτικός υπολογισμός με χρήση των θερμοδυναμικών εξισώσεων για το σημείο σχεδίασης. Στη συνέχεια δημιουργείται το ακριβές υπολογιστικό μοντέλο που προσομοιώνει τη λειτουργία του κινητήρα με τη χρήση του προγράμματος PROOSIS. Η υλοποίηση του μοντέλου γίνεται με τη χρήση δεδομένων για τον κινητήρα από την ανοιχτή βιβλιογραφία και από δεδομένα του δοκιμαστηρίου κινητήρων της Ελληνικής Αεροπορικής Βιομηχανίας (ΕΑΒ). Η δημιουργία του μοντέλου ξεκινάει με την κατασκευή του σχηματικού διαγράμματος και με την επιλογή των παραμέτρων για λειτουργία στο σημείο σχεδίασης ώστε να προκύψουν οι συντελεστές κλίμακας των χαρτών για τις συνιστώσες της μηχανής. Ακολουθεί η προσομοίωση της λειτουργίας της μηχανής για τα εκτός σχεδίασης σημεία. Το μοντέλο αξιολογείται σύμφωνα με τις αποκλίσεις που προκύπτουν από τα δεδομένα του δοκιμαστηρίου για διάφορα σημεία λειτουργίας. Για την ελαχιστοποίηση των αποκλίσεων εφαρμόζεται μέθοδος βελτιστοποίησης επιλεγμένων παραμέτρων. Το αρχικό μοντέλο βελτιώνεται με προσθήκη δεύτερης συνιστώσας συμπιεστή ώστε να διακρίνεται ο αξονικός συμπιεστής από τον ακτινικό. Η εκτίμηση των επί μέρους λόγων πίεσης γίνεται με βάση μονοδιάστατους υπολογισμούς. Επιπλέον γίνεται επιλογή συγκεκριμένων χαρτών με βάση το λόγο πίεσης και τη θέση της κάθε συνιστώσας στη μηχανή, ώστε να επιτυγχάνεται η καλύτερη δυνατή προσομοίωση. Στο νέο βελτιωμένο μοντέλο που προκύπτει εφαρμόζονται η αντίστοιχη διαδικασία με αυτήν του πρώτου. Το μοντέλο αφού αξιολογηθεί συγκρίνεται με το προηγούμενο. Το τελικό μοντέλο είναι αυτό που απεικονίζει ιδανικά τη λειτουργία του πραγματικού κινητήρα. Στο σημείο αυτό γίνονται οι υπολογισμοί και η περιγραφή που αφορούν στη σύνδεση του κινητήρα με τη γεννήτρια και το δίκτυο. Η γεννήτρια συνδέεται με τον κινητήρα μέσω κατάλληλα διαστασιολογημένου μειωτήρα στροφών και με το δίκτυο μέσω του απαραίτητου ηλεκτρολογικού εξοπλισμού. Μετά την υλοποίηση του μοντέλου του κινητήρα και λαμβανομένης υπόψη της παλαιότητας της τεχνολογίας του, επιδιώκεται η βελτίωσή του με την εφαρμογή ανακόμισης των καυσαερίων. Κατασκευάζεται νέο σχηματικό διάγραμμα και το νέο μοντέλο δοκιμάζεται για λειτουργία σε συνθήκες περιβάλλοντος διαστήματος ενός ημερολογιακού έτους ώστε να συγκριθεί η λειτουργία του με αυτήν του μοντέλου χωρίς ανακόμιση. Ως διαφορετικός τρόπος της βελτίωσης του βαθμού απόδοσης, δεδομένου ότι η θερμοκρασία εξόδου των καυσαερίων είναι αρκετά υψηλή, εξετάζεται η λειτουργία του κινητήρα σε συνδυασμένο κύκλο νερού – υδρατμού. Κατασκευάζεται το κατάλληλο σχηματικό διάγραμμα και αφού γίνει η σχεδίαση του συνδυασμένου κύκλου στο επιλεγμένο σημείο σχεδίασης, κατασκευάζεται νέο σχηματικό διάγραμμα στο οποίο προσομοιώνεται η λειτουργία εκτός σημείου σχεδίασης. Το μοντέλο δοκιμάζεται και αυτό όπως τα προηγούμενα για λειτουργία σε διάστημα ενός ημερολογιακού έτους ώστε να γίνουν οι ανάλογες συγκρίσεις. Από τους υπολογισμούς προκύπτει σημαντική αύξηση του βαθμού απόδοσης και στις δύο περιπτώσεις εκμετάλλευσης της θερμότητας των καυσαερίων, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο υπόψη κινητήρας προσφέρεται για τέτοιου είδους βελτίωση. Τέλος γίνεται μια οικονομοτεχνική αξιολόγηση της υλοποίησης του απλού κύκλου χωρίς ανακόμιση θερμότητας καυσαερίων. Με βάση διάφορα σενάρια λειτουργίας και αρχικού κόστους υπολογίζεται το οριακό κόστος της κιλοβατώρας για δεκαετή απόσβεση της επένδυσης. Προκύπτει το συμπέρασμα ότι η εκτίμηση της αποδοτικότητας της επένδυσης επηρεάζεται σημαντικά από τον προορισμό και τρόπο χρησιμοποίησης του συγκροτήματος.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis is to study the conversion of the Τ53-L-13B engine to gas turbine for Electricity Production. The study is carried out after proposition by the Quartermaster Corps administration of the Hellenic Army General Staff. Initially, the gas turbine is presented and a preparatory calculation is held on the design point using the thermodynamic equations. Then an exact calculation model is created with the use of PROOSIS software. The model is implemented using open source data as well as data from the Hellenic Aerospace Industry. The modeling procedure starts with the construction of the schematic diagram and the selection of the parameters’ values which lead to the map scaling factors of the gas turbine’s components on the design point. The off design point simulation comes following. The model is being evaluated according to the declination from the testing data in multiple operation points. This declination is minimized through an optimization method. A second compressor component is added to improve the initial model. The two components now represent the axial and centrifugal compressors. The pressure ratio of each compressor is estimated by monodimensional calculation. Furthermore new component maps are selected according to the pressure ratio and according to each component’s positioning in the machine. The new improved model follows the same procedure as the first one. After the new model’s evaluation the two models are being compared. The final model is the one that best represents the real gas turbine’s operation. At this point come the calculations and the description concerning the engine’s connection with the generator and the network. The generator is connected with the engine and the network through appropriate gears and electrical equipment. After the model’s implementation and taking under consideration the engine’s technology age, an efficiency improvement is attempted through the application of a heat exchanger. A new schematic is constructed and the new model’s operation is tested for one year time interval according to the appropriate meteorological data. The new model is compared with the previous. Given the high temperature exhaust gas, a different way to improve the efficiency is the engine’s operation into a Combined Cycle. The appropriate schematic diagram for the combined cycle’s operation is constructed. Then follows the construction of the final schematic diagram, which simulates the off design points’ operation. This model is also tested for one year time interval. The models are compared to each other. Both ways of heat recovery come with a meaningful increase of the efficiency, leading to the conclusion that the studied gas turbine is suitable for such improvements. Finally, a feasibility study is held in order to ascertain the potential benefits of the simple cycle’s operation. The marginal cost in € per kWh is calculated for ten years payback period, depending on various operation and initial cost scenarios. It is concluded that the unit’s utilization purpose affects significantly the investment’s efficiency.	en
heal.advisorName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	130 σ.
heal.fullTextAvailability	true