This paper describes the development of a gas turbine engine simulator in detail. The simulator presented in this paper has a mathematical engine model based on a target gas turbine engine performance data and is developed for generating a gas turbine engine sensor signals between the hardwares and softwares of a gas turbine engine control system using Data Acquisition systems(DAS) and 1553B communication, a aeronautic standard communication specification. In addition, this paper proves the excellent performance of this simulator by showing the results of a gas turbine engine field test and simulation.
The thermo-acoustic instability in the combustion process of a gas turbine is caused by the interaction of the heat release mechanism and the pressure perturbation. These acoustic vibrations cause fatigue failure of the combustor and decrease the combustion efficiency. This study is to develop a segmented dynamic thermo-acoustic model to understand combustion instability of gas turbine. Therefore, this study required a dynamic analysis rather than static analysis, and developed a segmented model that can analyze the performance of the system over time using the Matlab/Simulink. The developed model can confirm the thermo-acoustic combustion instability and exhaust gas concentration in the combustion chamber according to the equivalent ratio change, and confirm the thermo-acoustic combustion instability for the inlet temperature and the load changes. As a result, segmented dynamic thermo-acoustic model has been developed to analyze combustion instability under the operating condition.
A performance analysis of the regenerative gas turbine system with afterfogging is carried out. Because of the high temperature at the outlet of air compressor, afterfogging has a potential of improved recuperation of exhaust heat than inlet fogging. Thermodynamic analysis model of the gas turbine system is developed by using an ideal gas assumption. Using the model, the effects of pressure ratio, water injection ratio, and ambient temperature are investigated parametrically on thermal efficiency and specific power of the cycle. The dependency of pressure ratio giving peak thermal efficiency is also investigated. The results of numerical computation for the typical cases show that the regenerative gas turbine system with afterfogging can make a notable enhancement of thermal efficiency and specific power. In addition, the peak thermal efficiency is shown to decrease almost linearly with ambient temperature.
선진국에서는 가스터빈엔진을 개발하여 항공기, 대형선박, 유도무기용으로 많이 사용한다. 국내에서도 엔진부품 생산단계를 넘어 소형 가스터빈엔진을 개발하고 있으나, 가스터빈엔진에서 가장 중요한 핵심기술인 엔진제어 관련기술은 선진국에서 기술이전을 기피하고 있다. 본 논문은 가스터빈엔진 시뮬레이터 개발에 대한 연구이다. 논문에서 제시하는 시뮬레이터는 가스터빈엔진의 성능데이터를 기반으로 한 엔진 수학적 모델을 통하여 엔진 시뮬레이터를 개발함으로서 가스터빈엔진 제어알고리즘 개발을 쉽게 할 수 있도록 하고, 엔진제어기 의 기능도 검증 할 수 있도록 한다. 본 시뮬레이터에는 엔진센서 신호변환 보드를 설계하여 시뮬레이션 할 때 엔진모델 센서신호가 실제 센서와 같은 신호가 생성되도록 하였다. 가스터빈엔진에 대한 실제 엔진시험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 시뮬레이터의 성능을 입증하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제15권2호
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pp.123-137
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2014
The aviation gas turbine is composed of many expensive and highly precise parts and operated in high pressure and temperature gas. When breakdown or performance deterioration occurs due to the hostile environment and component degradation, it severely influences the aircraft operation. Recently to minimize this problem the third generation of predictive maintenance known as condition based maintenance has been developed. This method not only monitors the engine condition and diagnoses the engine faults but also gives proper maintenance advice. Therefore it can maximize the availability and minimize the maintenance cost. The advanced gas turbine health monitoring method is classified into model based diagnosis (such as observers, parity equations, parameter estimation and Gas Path Analysis (GPA)) and soft computing diagnosis (such as expert system, fuzzy logic, Neural Networks (NNs) and Genetic Algorithms (GA)). The overview shows an introduction, advantages, and disadvantages of each advanced engine health monitoring method. In addition, some practical gas turbine health monitoring application examples using the GPA methods and the artificial intelligent methods including fuzzy logic, NNs and GA developed by the author are presented.
The combined cycle plant is an integration of gas turbine and steam turbine, combining the advantages of both cycles. It recovers the heat energy from gas turbine exhaust to use it to generate steam. The heat recovery steam generator plays a crucial role in combined cycle plants, providing the link between the gas turbine and the steam turbine. Simulation of the performance of the HRSG is required to study its effect on the entire cycle and system. Computational fluid dynamics has potential to become a useful to validate the performance of the HRSG. In this study a solver has been implemented in the open source code, OpenFOAM, for combustion simulation in the heat recovery steam generator. The solver is based on the steady laminar flamelet model to simulate detailed chemical reaction mechanism. Thereafter, the solver is used for simulation of HRSG system. Three cases with varying fuel injections and gas turbine exhaust gas flow rates were simulated and the results were compared with measurements at the system outlet. Predicted temperature and emissions and those from measurements showed the same trend and in quantitative agreement.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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제17권4호
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pp.141-148
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2009
Afterfogging of the regenerative gas turbine system has an advantage over inlet fogging in that the high outlet temperature of air compressor makes the injection of more water and the recuperation of more exhaust heat possible. This study investigates the effects of turbine inlet temperature (TIT) on the performance of regenerative gas turbine system with afterfogging through a thermodynamic analysis model. For the standard ambient conditions and the water injection ratios up to 5%, the variation of system performance including the thermal efficiency is numerically analyzed with respect to the variations of TIT and pressure ratio. It is also analyzed how the maximum thermal efficiency, net specific work, and pressure ratio itself change with TIT at the peak points of thermal efficiency curve. All of these are found to increase almost linearly with the increases of both TIT and water injection ratio.
초음속 충동형 터빈의 성능에 관해 시험적 방법으로 고찰하였다. 초음속 충동형 터빈은 고온, 고압의 연소가스로 구동되나, 연구원 내의 시험장치 한계 및 위험성으로 인해 고압의 공기를 이용하여 상사점에 대한 성능 시험을 수행하여 실매질 시험시의 터빈 성능을 예측하였다. 실제 연소가스로 구동되는 노즐 면적을 가지는 본품용 터빈 시험기를 공기로 구동시킬 경우 상사 조건을 정확히 맞추기는 어렵다. 그러므로 두 가지 상사 조건 시험을 통해 실제 설계점은 두 가지 상사점 사이에 존재하며 이 설계점은 공기의 물성치에 맞게 계산된 노즐 면적을 가지는 시험용 터빈 시험기를 통해 예측된 상사점과 비슷한 구간에 있음을 나타내었다.
IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) power plant are becoming more attractive because of fuel flexibility and low emission. In this study, performances are evaluated when the low caloric value syngas fuels producted in gasification process is used a gas turbine originally designed naturel gas fuel. Using GateCycle computational thermal analysis model, performances of GE 7FA gas turbine are predicted for using four types of syngas. Also, off design performance is presented for firing syngas fuel in the gas turbine.
Recently, various methods have been developed to improve the performance of gas turbines for combined cycle power plants. This paper especially focused on the gas turbine with a reheat process. The purpose of this study is to analyze performance characteristics of a reheat-cycle gas turbine on both a design point and off-design operations. Results of the parametric study of this model show how operating and design parameters influence on the performance of the gas turbine. Moreover, possibilities for the analysis of off-design performance based on a self-generated compressor performance characteristic map are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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