Μοντελοποίηση αεριοστροβίλου  LM2500  για χρήση ναυτικής  πρόωσης  και  παραγωγής  ηλεκτρικής  ενέργειας

Παπαστελιανού, Αναστασία; Papastelianou, Anastasia

dc.contributor.author	Παπαστελιανού, Αναστασία	el
dc.contributor.author	Papastelianou, Anastasia	en
dc.date.accessioned	2015-05-20T07:35:31Z
dc.date.available	2015-05-20T07:35:31Z
dc.date.issued	2015-05-20
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40784
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.10326
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μοντελοποίηση	el
dc.subject	Modelling	en
dc.subject	Αεριοστρόβιλοι	el
dc.subject	Ναυτική πρόωση	el
dc.subject	Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας	el
dc.subject	Επιδόσεις	el
dc.subject	Gas turbines	en
dc.subject	LM2500	en
dc.subject	General electric	en
dc.subject	Power	en
dc.subject	Performance	en
dc.subject	Navy	en
dc.subject	Marine	en
dc.title	Μοντελοποίηση αεριοστροβίλου LM2500 για χρήση ναυτικής πρόωσης και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας	el
dc.title	Modelling of LM2500 gas generator for marine and electrical power generation applications	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Mechanical engineer - aeronautical	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-12-23
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας μελέτης αποτελεί ένας από τους πιο εμπορικούς αεριοστρόβιλους, ο LM2500 της General Electric, κυρίαρχη επιλογή στο πολεμικό ναυτικό και με επιπλέον χρήση στις βιομηχανικές μονάδες παραγωγής ενέργειας. Η ευρέως διαδεδομένη χρήση του, τόσο σε διεθνές όσο και εθνικό επίπεδο καθιστά αναγκαία την ύπαρξη υπολογιστικών μοντέλων που θα αναπαράγουν πιστά τη λειτουργία ενός πραγματικού κινητήρα. Η χρήση αυτών έχει πολλαπλά οφέλη και κύριο σκοπό την ελάττωση του κόστους και χρόνου στη διαχείριση και παρακολούθηση λειτουργίας των μηχανών. Έτσι, στη παρούσα διπλωματική εργασία δημιουργούνται δύο υπολογιστικά μοντέλα που προσομοιώνουν, αφενός, τη χρήση του αεριοστροβίλου στη ναυτιλία και , αφετέρου, τη χρήση του στο βιομηχανικό τομέα ως μέσο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Για το σκοπό αυτό, αρχικά, συγκεντρωθηκε όλη η διαθέσιμη πληροφορία, προερχόμενη από την ανοιχτή βιβλιογραφία, σχετικά με τον κινητήρα LM2500 και τις εκδόσεις του. Στο ίδιο σημείο γίνεται εκτενέστερη αναφορά στις επιδόσεις των εκδόσεων, στις εφαρμογές τους σε διεθνές αλλά και εγχώριο επίπεδο. Η επιλογή των μοντέλων των κινητήρων που μοντελοποιούνται βασίστηκε στην ύπαρξη του αεροστροβίλου σε ελληνικές εφαρμογές. Έτσι, επιλέχθηκε η έκδοση LM2500-30, όπως συναντάτε σε ελληνικές φρεγάτες, καθώς και η LM2500+, όπως συναντάτε σε ελληνικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και μοντελοποιήθηκαν στο υπολογιστικό περιβάλλον του Proosis. Για τη μοντελοποίηση του κινητήρα ναυτικής προώσεως LM2500-30 συλλέχθηκαν δεδομένα από εγχειρίδιο που παρείχε ο κατασκευαστής. Απαραίτητο βήμα πριν την έναρξη κάθε μοντελοποίησης είναι η συλλογή, αξιολόγηση και επεξεργασία των διαθέσιμων δεδομένων. Για το λόγο αυτό, δημιουργήθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο στο υπολογιστικό πρόγραμμα Proosis το οποίο μέσω θερμικών ισοζυγίων υπολόγιζε σημαντικές παραμέτρους που χρησιμοποιήθηκαν για τη μοντελοποίηση του αεριοστροβίλου. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε περιγραφή της μοντελοποίησης στο υπολογιστικό πρόγραμμα Proosis. Αρχικό βήμα της μοντελοποίησης, ήταν η δημιουργία της σχηματικής διάταξης του κινητήρα καθώς και δύο νέες συνιστώσες για την μοντελοποίηση των αγωγών εισόδου και εξόδου. Δεύτερο βήμα ήταν η επιλογή δεδομένων και χαρτών για τα χαρακτηριστικά κάθε συνιστώσας. Στο τρίτο βήμα πραγματοποιείται η επιλογή του σημείου σχεδίασης και η ανάλυση σε αυτό. Από την διαδικασία αυτή προέκυψαν οι συντελεστές κλίμακας των χαρτών λειτουργίας καθώς και μεγέθη, απαραίτητα για την προσομοίωση του μοντέλου σε σημεία εκτός του σημείου σχεδίασης. Στο επόμενο βήμα, μελετήθηκαν οι επιδόσεις των σημείων εκτός του σημείου σχεδίασης όπου δημιουργήθηκε η γραμμής λειτουργίας. Οι αποκλίσεις των σημείων αυτών από τα αντίστοιχα δεδομένα του εγχειριδίου ήταν μη-ικανοποιητικές. Προς ελαχιστοποίηση αυτών, πραγματοποιήθηκε μια σειρά βελτιώσεων. Πρώτη βελτίωση ήταν η αλλαγή του χάρτη λειτουργίας του στροβίλου ισχύος. Η δεύτερη πραγματοποιήθηκε με την εύρεση της βέλτιστης θέσης του σημείου σχεδίασης, πάνω στους χάρτες των συνιστωσών. Ύστερα από προσομοίωση όλων των διαθέσιμων σημείων του εγχειριδίου, προστέθηκε μια ακόμη βελτίωση μέσω της τοπικής προσαρμογής του χάρτη του στροβίλου ισχύος, σε σημεία όπου το μοντέλου ήταν μη-ικανοποιητικό. Επιπλέον, έγινε μία επισκόπηση της διαδικασίας της καθολικής προσαρμογής των χαρτών χάριν πληρότητας. Κατά την ολοκλήρωση του μοντέλου LM2500-30, ακολουθεί προσομοίωση των δεδομένων του εγχειριδίου και γίνεται γραφική αναπαράσταση των διορθωμένων μεγεθών. Για τη μοντελοποίηση του κινητήρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας LM2500+, συλλέχθηκαν, αρχικά, δεδομένα μετρήσεων από πραγματικό κινητήρα ΑΗΣ Κρήτης. Σαν πρώτο βήμα της μοντελοποίησης, δημιουργήθηκε μια νέα συνιστώσα θαλάμου καύσης που προσομοιώνει την δυνατότητα έγχυσης νερού/ατμού εντός αυτού. Στη συνέχεια, τα διαθέσιμα δεδομένα προσομοιώθηκαν στο μοντέλο που είχε ήδη κατασκευαστεί (LM2500-30), και αξιολογήθηκε η συμπεριφορά του. Καθώς απέκλινε σημαντικά από τα δεδομένα μετρήσεων, κρίθηκε απαραίτητη η δημιουργία νέου μοντέλου. Το μοντέλο αυτό, βασίστηκε στο προηγούμενο, έχοντας όμως αναβαθμίσεις και βελτιώσεις. Μια από αυτές είναι η δημιουργία νέου σημείου σχεδίασης και η προσαρμογή στις μετρήσεις . Ολοκληρώνοντας, συμπεραίνεται ότι δημιουργήθηκε αξιόπιστο μοντέλο Α/Σ LM2500 χρήσης ναυτικής προώσεως, με μέγιστη απόκλιση σε σημεία μέσης ισχύος της τάξης του 1,5%. Αξιόπιστα μοντελοποιήθηκε και ο Α/Σ LM2500+ παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με μέγιστες αποκλίσεις της τάξης του 1% σε σημεία κοντά στη μέγιστη ισχύ.	el
heal.abstract	The current diploma thesis is mainly concerned with a very popular gas generator, LM2500 of General Electric, which is used in naval and power planting applications. Its leading role in several applications globally, demands the existence of models which simulate accurately the gas generator performance. These models are beneficial while saving money and time of management and equipment performance monitoring. Thus, the main cause of this diploma thesis is to create two LM2500 gas generator models, one for marine application and the other one for power generation. In order to achieve that, firstly, all information for LM2500 gas generator models and its components, is being gathered available open sources. Further information are given for the model’s performance and applications. After seeing which applications are mainly used in Greece, modeling of LM2500-30 is chosen, as seen in greek navy ships, and LM2500+, as seen in greek power plants. The models were created using the object-oriented software PROOSIS. Modelling of LM2500-30 with use in marine applications, takes place in several steps. The procedure starts with collecting useful data regarding the engine configuration and performance. Thus, the manual of installation and data design has been chosen and its data have been selected carefully. In order to extract usefully modelling information of unknown parameters, they have been elaborated through a heat balancing method. In the next step of modeling procedure, the schematic of the engine is created. In order to achieve that, two new components are created, .representing the inlet and exit duct. Each component data are edited accordingly and the design point is chosen. The next step required a design point analysis which calculates the scaling factors for the operating maps and all necessary information for the off-design analysis. Then, the performance of the model is studied for the off-design part by simulating an operating line according to the manual’s data. The deviations from the desired line are noted. The evaluations of the deviations showed that several optimization steps had to be done, in order to create a satisfying model with minimum deviations. The first thing, was to change the selected operating map of the power turbine component. Then, the optimized place of the design point on the operating maps, was found. In the last step, a local map adaptation . The method of global map adaptation is also presented. As the modeling of LM2500-30 is completed, a simulation of all manual’s data takes place and the corrected performance parameters are figured. Modelling of LM2500+ used for power generation, begins with collecting data performance of a real gas generator installed in a power plant base in Crete, Greece. A vital part of the particular case is the creation of a new burner component which simulates the additional water or steam injection. Then, a simulation with the model LM2500-30 takes place, which showed that it was uncapable of representing the behavior of LM2500+. Thus, a new model for LM2500+ is created and it’s based on the last one. Some changes have been made, such as new design point was selected and a adaptation has been applied based on data measurements. Finally, it’s safe to claim that a reliable performance model have been made for LM2500-30 used in marine applications. Maximum deviation of 1,5% is noted to off-design points near the 50% of the maximum power. In addition, a reliable performance model have been made for LM2500+ used for power generation, with maximum deviation of 1% noted in points near its maximum performance.	en
heal.sponsor	Από τη θέση αυτή, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ.Αρετάκη Νίκο που μου ανέθεσε ένα τόσο ενδιαφέρον θέμα και η συμβολή του οποίου ήταν καθοριστική για την εκπόνηση της παρούσης εργασίας. Επίσης, θέλω να ευχαριστήσω τον κ. Α.Αλεξίου, Γ. Ρουμελιώτη, Χ.Καλαθάκη για τις πολύτιμες συμβουλές τους καθ' όλη την διάρκεια της μελέτης. Στην Οικογένεια , στους φίλους μου και στον Κωνσταντίνο.	el
heal.advisorName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	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	206 σ.
heal.fullTextAvailability	true