As the need for clean coal technology has grown, so has the global research and development efforts into integrated gasification combined cycle (IGCC) plants. An IGCC plant couples a gas turbine to a gasification block. Various technical and economic problems exist in designing such a system. One such problem is the difficulty in realizing economies of scale because the single-train flow capacity of commercial IGCC synthetic gas turbine plants is limited; the capacity does not exceed a net power rating of 300 MW. To address this problem, this study modeled and simulated a synthetic gas turbine with the goal of evaluating the feasibility of a 500 MW or larger IGCC plant. First, a gas turbine with the best output and efficiency was chosen for use with natural gas. The turbine was modeled using GateCycle (a simulation tool), and the integrity of the model validated by comparing the result to the design value. Next, off-design modeling was carried out for a gas turbine with synthetic gas based on its on-design model, and the result was compared with the study result of the gas turbine manufacturer. The simulation confirmed that it is possible to create a large capacity IGCC plant by undertaking the remodeling of a gas turbine designed to use natural gas into one suitable for synthetic gas.
본 연구에서는 항공용 가스터빈의 연소실에서의 연소불안정 해석을 위한 고유값 도출을 목적으로 하는 1D 네트워크 모델을 개발하였다. 모델은 면적 변화가 있는 음향 네트워크 요소들 사이의 각종 지배 방정식을 통하여 개발되었고, 이를 이용하여 현재 개발 중인 복잡한 유로 형상을 갖는 실제 항공용 가스터빈 연소기에서의 음향장 해석에 적용되었다. 본 모델을 통하여 도출된 음향장 해석 결과는 3차원 유한요소해석 기반의 헬름홀츠 솔버의 계산 결과와 비교하였다.
The results of stand and field testing of a combustion chamber for a heavy-duty 150 MW gas turbine are discussed. The model represented one of 14 identical segments of a tubular multican combustor constructed 1:1 scale. The model experiments were executed at a lower pressure than that in a real gas turbine. Combustion efficiency, pressure loss factor, pattern factor, liner wall temperature, flame radiation, fluctuating pressure and NOx emission were measured at partial and full loads for both model and on-site testing. The comparison of these items in the stand and field test results led to has the development of a method of calculation and the improvement of gas turbine combustors.
상세 화학반응 모델을 이용하여 3차원 터빈 배기가스 유동을 2차원 축대칭 유동으로 가정하여 해석하였다. GRI의 35 화학종 217 단계의 상세 모델과 메탄 반응만을 간략화 시킨 11화학종 15단계 모델을 적용하여 비교하였다. 메탄 화학반응을 적용한 결과 저부에서 터빈 배기가스의 이차 연소가 나타났고 터빈 배기 노즐이 없는 경우에 비하여 온도가 600K 정도 더 높게 나타났다. 실제 3차원 문제에서는 국부적인 온도는 더 높을 수 있음을 의미한다. 화학 반응 모델에 따라 저부에서의 연소 영역과 화학종 분포도 약간 다르지만 저부에서의 이차 연소는 모두 포착하였다. 다만 간략화된 모델인 경우 엔진 플룸의 구조에 약간의 영향을 주는 것을 관측된다.
In this paper it is intended to set-up a sound model of the 60,000rpm 100kW prototype APU gas turbine rotor-bearing system, and particularly to investigate the influences of the tie shaft on the rotordynamic characteristics of the entire APU gas turbine rotor-bearing system, employing the dual shaft model. Firstly, a mock-up APU rotor has been constructed to test and verify the model. Analytical natural frequency results have agreed with the corresponding modal test ones to within 5% difference. Then, the rotordynamic characteristics of the prototype APU rotorbearing system have been investigated. Natural vibration and unbalance response analyses results have shown that the inner tie shaft resonance can cause high enough vibration of the outer main rotor shaft. This could be a concern as the rotor journals operate on very thin air film at high speed. It is concluded as a conservative design practice that the inner tie shaft should be explicitly modeled in the rotordynamic analysis of the APU rotor-bearing system.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권1호
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pp.21-32
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2013
Marine transportation industry is undergoing a number of problems. Some of these problems are associated with conventional marine fuel-oils. Many researchers have showed that fuel-oil is considered as the main component that causes both environmental and economic problems, especially with the continuous rising of fuel cost. This paper investigates the capability of using natural gas and hydrogen as alternative fuel instead of diesel oil for marine gas turbine, the effect of the alternative fuel on gas turbine thermodynamic performance and the employed mathematical model. The results showed that since the natural gas is categorized as hydrocarbon fuel, the thermodynamic performance of the gas turbine cycle using the natural gas was found to be close to the diesel case performance. The gas turbine thermal efficiency was found to be 1% less in the case of hydrogen compared to the original case of diesel.
In this paper we obtain a discrete mathmatical model of a Gas turbine control system from experimental data. we find appropriate input signal and parameter estimation algorithm for identification of the gas turbine control system. Under these conditions experimental data are collected from real system and parameters are estimated by the recursive least square algorithm. The computer simulation results show that the proposed experimental procedure is appropriate for the identification of the gas turbine control system. The model validation is excuted by real data from the Gunsan Gas Turbine Power Plant.
Combustion instability is a major issue in design of gas turbine combustors for efficient operation with low emissions. Combustion instability is induced by the interaction of the unsteady heat release of the combustion process and the change in the acoustic pressure in the combustion chamber. In an effort to develop a technique to predict self-excited combustion instability of gas turbine combustors, a new stability analysis method based on the transfer matrix method is developed. The method views the combustion system as a one-dimensional acoustic system with a side branch and describes the heat source as the input to the system. This approach makes it possible to use the advantages of not only the transfer matrix method but also well-established classic control theories. The approach is applied to a simple gas turbine combustion system to demonstrate the validity and effectiveness of the approach.
The results of stand and field testing of a combustion chamber for a heavy-duty 150 MW gas turbine are discussed. The model represented one of 14 identical segments of a tubular multican combustor constructed in the scale 1:1. The model experiments were executed at a pressure smaller than in the real gas turbine. The combustion efficiency, pressure loss factor, pattern factor, liner wall temperature, flame radiation, fluctuating pressure, and NOx emission were measured at partial and full load for both model and on-site testing. The comparison of these items of information, received on similar modes in the stand and field tests, has allowed the development of a method of calculation and the improvement of gas turbine combustors.
The development of numerical mathematical model to calculate both the static and dynamic characteristics of a multi-shaft gas turbine consisting of a single combustion chamber, including advanced cycle components such as intercooler and regenerator is presented in this paper. The numerical mathematical model is based on the simplified assumptions that quasi-static characteristic of turbo-machine and injector is used, total pressure loss and heat transfer relation for static calculation neglecting fuel transport time delay can be employed. The supercharger power has a cubical relation to its rotating velocity. The accuracy of each calculation is confirmed by monitoring mass and energy balances with comparative calculations for different time steps of integration. The features of the studied gas turbine scheme are the starting device with compressed air volumes and injector's supercharging the air directly ahead of the combustion chamber.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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