발전용 가스터빈 동적 거동 시뮬레이션 Tool 개발 및 해석

Development of Transient Behavior Simulation Tool and Analysis of Gas Turbines

산업용 가스터빈의 동적 거동 해석을 위하여 시뮬레이션 Tool을 개발하였다. 시뮬레이션 Tool의 확장성을 향상시키기 위해 모든 가스 터빈 부품(압축기 및 연소기, 터빈, 덕트)을 모듈화하였다. 우리는 이 목적을 위해 객체 지향 프로그래밍을 사용했다. 질량 및 에너지 평형식은 다변수 뉴튼렙슨법을 사용하여 수치적인 해를 구했다. 가스터빈의 성능을 예측하기 위하여 압축기와 터빈의 성능선도를 사용하였다. 연소는 완전연소로 가정하였다. 가스터빈의 회전수와 터빈 배기 가스온도를 일정하게 유지하기 위해서 PID 제어를 사용하여 연료량과 압축기 입구 안내깃을 동시에 제어하였다. 가스터빈을 안정적으로 제어할 수 있었고 매우 빠른 부하 변화에도 대응이 가능함을 확인하였다.

A program for analyzing the transient behaviors of industrial gas turbines was developed. Each component (compressor, combustor, turbine and ducts)of gas turbine is modeled as a fully module to enhance the expandability of the program. We used object-oriented programing for this purpose. The mass and energy balance equations are solved numerically by Multivariable Newton Raphson method. The characteristic maps for the compressor and turbine were used for predicting the performance of a gas turbine engine. Combustion in the combustor is assumed to be complete combustion. PID control is used to maintain constant rotational speed and turbine exhaust temperature by the control of the fuel flow rate and the changing of the compressor inlet guide vane angle at the same time. It was confirmed that stable control of the gas turbine was possible, even for a rapid load change.