Μοντέλα αεριοστροβίλων διδύμων ατράκτων σε ανοιχτό και συνδυασμένο κύκλο

Κούβδος, Ιάσων; Kouvdos, Iason

dc.contributor.author	Κούβδος, Ιάσων	el
dc.contributor.author	Kouvdos, Iason	en
dc.date.accessioned	2016-05-18T06:35:38Z
dc.date.available	2016-05-18T06:35:38Z
dc.date.issued	2016-05-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42517
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5805
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Ευστάθεια συχνότητας	el
dc.subject	Προσομοίωση συστήματος	el
dc.subject	Ρύθμιση συχνότητας	el
dc.subject	Μοντέλα αεριοστροβίλων	el
dc.subject	Αεριοστρόβιλος διδύμων ατράκτων	el
dc.subject	Frequency stability	en
dc.subject	System simulation	en
dc.subject	Frequency control	en
dc.subject	Gas turbine models	en
dc.subject	Twin shaft gas turbine	en
dc.title	Μοντέλα αεριοστροβίλων διδύμων ατράκτων σε ανοιχτό και συνδυασμένο κύκλο	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-30
heal.abstract	Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκε υπολογιστική αναπαράσταση μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος, στις οποίες η γεννήτρια κινείται από αεριοστρόβιλο διδύμων ατράκτων με σκοπό την μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς της ταχύτητας περιστροφής της γεννήτριας, επομένως της ηλεκτρικής συχνότητας του συστήματος. Μελετήθηκε η συμπεριφορά της μονάδας εάν προστεθεί βρόχος ανάδρασης στο σήμα που καθορίζει την παροχή καυσίμου και το κατά πόσο μια τέτοια εφαρμογή επιτυγχάνει τον στόχο της επιτάχυνσης της απόκρισης του συστήματος σε βηματικές μεταβολές του φορτίου της γεννήτριας. Η διάταξη επανατροφοδότησης σήματος που εισάχθηκε στο μοντέλο ήταν ένα βαθμωτό κέρδος. Προσδιορίστηκε πως μια τέτοια διάταξη επιτυγχάνει όντως τον σκοπό της και η μεταβατική απόκριση του συστήματος βελτιώνεται χωρίς να χρειαστεί να εφαρμοστούν άλλες τεχνικές, όπως π.χ. αύξηση της ροπής αδράνειας των ατράκτων της αεριογόνου ή/και του στροβίλου ισχύος και της γεννήτριας, όπως επιλέχθηκε σε προηγούμενη εργασία. Μελετήθηκε η συμπεριφορά του συστήματος εάν δεν υπάρχει σε αυτό διάταξη ελέγχου και ρύθμισης των στροφών της αεριογόνου. Ο έλεγχος επιτυγχάνεται με κατάλληλη ρύθμιση του ανοίγματος των οδηγών πτερυγίων εισόδου στο συμπιεστή και προσδιορίστηκε, θεωρητικά και μέσω προσομοιώσεων, πως ακόμη και χωρίς έλεγχο αέρα / στροφών αεριογόνου το σύστημα είναι συνολικά ευσταθές. Διαπιστώθηκε πως η μεταβατική απόκριση δεν παρουσιάζει σημαντική επιδείνωση στην περίπτωση που η αεριογόνος αφεθεί σε διάταξη αυτορρύθμισης στροφών αλλά και το γεγονός πως η ρύθμιση των πτερυγίων ελέγχου του αέρα εισόδου επιδρά μόνο στην ταχύτητα της αεριογόνου και όχι στην παροχή αέρα, η οποία καθορίζεται από το επίπεδο ισχύος της αεριογόνου. Χρησιμοποιήθηκε μια περισσότερο λεπτομερής θερμοδυναμική εξίσωση στην περιγραφή του θαλάμου καύσης, λεπτομερέστερη χρήση των μηχανικών βαθμών απόδοσης συμπιεστή και στροβίλων όπως και πραγματικά δεδομένα οριακών θερμοκρασιών και ροπών αδράνειας στροβιλομηχανών και γεννητριών τα οποία αντλήθηκαν από τη βιομηχανία. Το μοντέλο που προέκυψε ρυθμίστηκε κατάλληλα ώστε να προκύψουν αποδεκτές αποκρίσεις. Φάνηκε πως ένα πραγματικό σύστημα μπορεί με τις διατάξεις που περιγράφθηκαν να ρυθμιστεί κατάλληλα ώστε να έχει αποδεκτή μεταβατική απόκριση. Τα μοντέλα οικοδομήθηκαν στο περιβάλλον Simulink, το οποίο είναι ένα γραφικό περιβάλλον που ανήκει στη γλώσσα προγραμματισμού Matlab και ενδείκνυται για την αναπαράσταση και μελέτη δυναμικών συστημάτων. Επί αυτών των μοντέλων χρησιμοποιήθηκαν τα σχετικά εργαλεία / συναρτήσεις ανάλυσης δυναμικών συστημάτων που παρέχει η Matlab. Προέκυψαν οι πίνακες ιδιοτιμών, συντελεστών συμμετοχής και ιδιοδιανυσμάτων που περιγράφουν τα μοντέλα (σε ένα συγκεκριμένο σημείο λειτουργίας, καθώς προκύπτουν από την γραμμικοποίησή του). Η χρησιμότητα των μαθηματικών αυτών εργαλείων επαληθεύτηκε μέσω των αποκρίσεων που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις. Τέλος οικοδομήθηκε αναπαράσταση μονάδας συνδυασμένου κύκλου, στην οποία τα καυσαέρια του αεριοστροβίλου οδηγούν έναν ατμοπαραγωγό, ο ατμός του οποίου κινεί έναν ατμοστρόβιλο. Αποδείχτηκε πως η συνήθης απαίτηση των μονάδων συνδυασμένου κύκλου για σταθερή θερμοκρασία των καυσαερίων εξόδου του αεριοστροβίλου, τα οποία παρέχουν την θερμική ισχύ στον ατμοπαραγωγό δεν μπορεί να ικανοποιηθεί σε διατάξεις με αεριοστρόβιλο διδύμων ατράκτων. Σε αυτή την αναπαράσταση χρησιμοποιήθηκαν επίσης στοιχεία από την βιομηχανία. Συγκρίνοντας τα μοντέλα συνδυασμένου κύκλου με αεριοστρόβιλο είτε απλής είτε διδύμων ατράκτων φάνηκε πως μια διάταξη διδύμων ατράκτων αποκρίνεται πιο γρήγορα αλλά εμφανίζει μεγαλύτερες ταλαντώσεις και μεγαλύτερη μεταβατική βύθιση ηλεκτρικής συχνότητας απ' ότι μια διάταξη απλής ατράκτου.	el
heal.abstract	In this thesis a computational model of power generating units, in which the generator is driven by a twin-shaft gas-turbine was developed in order to examine the transient behavior of the rotating speed of the generator, therefore the electrical frequency of the system. The behavior of the unit was examined with a feedback added in this fuel delivery module in order to show whether such an application achieves the goal of speeding up the system response to step changes in the electrical load. The feedback introduced consisted of a scalar gain. It was determined that such a device actually achieves its purpose and the transient response of the system is improved without having to apply other techniques, such as increasing the moment of inertia of the shafts of the higpressure and / or the low-pressure turbine and generator. The behavior of the system was studied with and without controller and speed regulator of the gas generator. Control is achieved by appropriate adjustment of the opening of the air inlet guide vanes in the compressor. It was determined theoretically as well as through simulations that even without air control the system is globally stable, though less effective. It was found that the air control cannot affect the air flow but only the rotating speed of the gas generator. It was found that the transient response does not present any significant deterioration when the gas generator is allowed to self-regulate its rotational speed. A more detailed thermodynamic equation was introduced to describe the combustion chamber, along with more detailed use of efficiencies. Furthermore, real temperature limit and moment of inertia data are utilized from sources within the turbomachinery and generator industry and the model were adjusted appropriately to provide acceptable responses. It was shown that a real system can be configured to have acceptable transient responses. The models were built using Simulink, a graphical interface of the programming language Matlab, appropriate for the study of dynamic systems. Eigenvalues tables, participation factors and eigenvectors describing models (in a particular operating point, due to the linearisation) were calculated. The usefulness of these mathematical tools was verified through the responses generated by extensive simulations. Finally, a model was created which contained a combined cycle unit, in which the exhaust gases drive a steam generator and the steam in turn drives a steam turbine. It was proved that the normal requirement for stable exhaust-gas temperature of the single-shaft combined cycle power plants could not be satisfied in twin shaft set-ups. Also in this representation industry data was used. Comparing the results of the twin-shaft combined cycle model and the results of a suitable adjusted single-shaft combined cycle model, it appeared that a twin-shaft set-up can have faster response, though with larger oscillations amplitude and higher transient electrical frequency drop.	en
heal.advisorName	Βουρνάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	226 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true