مدل‌سازي عملكرد ديناميكي توربين گاز صنعتي توسط رهيافت باندگراف

دكترا تخصصي

چكيده توربين گاز از توانايي قابل توجهي در توليد توان الكتريكي و نيروي محرك مكانيكي دركاربردهاي زميني و توليد نيروي پيشرانش در كاربردهاي هوايي برخوردار است. در اين ميان، مدل‌سازي توسط رهيافت باندگراف، كه بر اساس انتقال انرژي بين اجزا سيستم عمل مي‌كند، مي تواند به عنوان يكي از روش ها براي مدلسازي توربين گاز مورد ارزيابي قرار گيرد. در اين رساله، مدل‌سازي عملكرد ديناميكي توربين گاز صنعتي و سيستم‌هاي مرتبط با آن توسط رهيافت باندگراف انجام شده است. براي اين منظور، در گام نخست با به‌كارگيري رهيافت باندگراف، مدل اجزاي مولفه اي توربين گاز تهيه گرديده است. در گام دوم، مدل باندگراف، با در نظر گرفتن دو زير سيستم توربين گاز شامل سيستم استارتر الكتريكي و سيستم كلاچ براي توربين گاز صنعتي ، توسعه داده شده است و توانايي رهيافت باندگراف در مدل‌سازي سيستم‌هاي جديد مرتبط با توربين گاز ارزيابي گرديده است. در گام سوم، مدلسازي يك توربين گاز هوايي شامل موتور توربوجت و سيستم استارت آن و همچنين كاربرد آن در پرنده جت كواد توسعه يافته و صحت سنجي شده است. در بخش صحت سنجي نتايج حالت گذرا، نتايج شبيه‌سازي مدل باندگراف توربين گاز صنعتي با مدل نرم افزار GSP ، به ازاي يك پروفيل بارگذاري مشخص، مقايسه شده است. در اين ارزيابي ، عملكرد مدل‌هاي باندگراف و GSP در تخمين پارامترهاي EGT, NGG, CAMF با يكديگر مقايسه گرديد. ماكزيمم درصد خطاي اين پارامترها 17/2 درصد و مربوط به EGT مي‌باشد. اين موضوع بيانگر دقت خوب نتايج شبيه‌سازي‌هاي صورت گرفته در حالت گذرا است. نتايج مدل‌سازي حالت پاياي توربين گاز صنعتي نيز با نتايج تست تجربي توربين گاز صحت سنجي شده است. به منظور ارزيابي نتايج شبيه‌سازي ، پروفيل بارگذاري توربين در شرايط دمايي مختلف كه توسط شركت سازنده توربين تعيين شده، در مدل به كار گرفته شد. مدل باندگراف با خطاي ميانگين ٪74/. دقت رضايت‌بخشي در تخمين دبي جرمي خروجي از توربين گاز دارد. خطاي ميانگين تخمين بازدهي حرارتي توربين در بازه بارگذاري (۵۰-۱۰۰٪) نيز حدود ٪25/2 است. همچنين در بخش موتور هوايي، نتايج شبيه‌سازي مدل باندگراف موتور هوايي (توربوجت) و سيستم استارتر الكتريكي آن با نتايج تست تجربي موتور مقايسه شده است. بدين منظور، بستر تست تجربي يك موتور توربوجت كوچك فراهم گرديده است. در ادامه سيستم مانيتورينگ، جهت داده برداري از موتور توسعه داده شده و داده هاي تجربي ذخيره گرديده است. در نهايت، نتايج شبيه سازي حالت پايا و گذراي موتور با نتايج تست تجربي صحت سنجي شده است. اين مقايسه بيانگر دقت قابل قبول رفتار مدل در تخمين پارامترهاي RPM و EGT مي باشد. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد روش باندگراف مي‌تواند براي ايجاد و توسعه كتابخانه‌اي از مدل‌هاي انعطاف‌پذير از اجزاي مولفه اي و سيستم هاي توربين گاز در فازهاي مختلف عملكردي مورد استفاده قرار گيرد. كلمات كليدي: توربين گاز صنعتي، رهيافت باندگراف، مدل‌سازي ماژولار ، موتور هوايي(موتور توربوجت)، سيستم استارتر الكتريكي، سيستم جت كواد، سيستم كلاچ.

192483

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي - ديناميك، ارتعاشات و كنترل

دكتر مرتضي منتظري قهجاورستاني