بهينه‌سازي يك توربين گاز دومحوره صنعتي به منظور بهبود انعطاف پذيري در عملكرد

دكتري

در اين تحقيق يك روش نوين جهت تعيين مقدار پارامترهاي طراحي در يك توربين گاز دومحوره صنعتي در دماهاي مختلف محيط ارائه شد. توان خروجي موتور به عنوان تابع هدف در بهينه‌سازي موتور با استفاده از الگوريتم ژنتيك انتخاب شد. پارامترهاي طراحي عبارتند از زاويه پره¬هاي راهنماي ورودي كمپرسور، دماي خروجي توربين و زاويه پره¬هاي نازل ورودي توربين توان. قيد‌هاي مورد استفاده در بهينه‌سازي عبارتند از حاشيه سرج كمپرسور و همچنين عمر پره‌هاي توربين (پره‌هاي متحرك طبقه اول توربين). تخمين عمر پره‌هاي توربين در حين بهينه‌سازي با استفاده از يك الگوريتم شبكه عصبي آموزش داده شده انجام گرفت. نتايج شبيه‌سازي موتور با استفاده از روش كنترلي بهينه TIN نشان مي¬دهد كه اين روش در بازه دماي محيطي 25 تا 45 درجه سلسيوس منجر به افزايش توان توليدي موتور از 3 تا 3/4 درصد و افزايش راندمان حرارتي موتور از 09/0 تا 34/0 درصد نسبت به مود كنترلي موجود موتور كه كنترل بر اساس دماي خروجي موتور است، خواهد شد. ضمن اينكه مود كنترلي بهينه TIN حاشيه سرج كمپرسور را حفظ كرده و همچنين قيد عمر پره توربين در محدوده 40000 ساعت را نيز حفظ مي‌كند. در بخش دوم اين تحقيق تاثير تغيير هندسه توربين توان بر شرايط گذراي سريع يك توربين گاز دو محوره صنعتي بررسي شد. ابتدا مدل ديناميكي موتور با استفاده از منحني¬هاي مشخصه تك تك اجزاء موتور ارتفاء داده شد و نتايج حاصل از مدل با اطلاعات ارائه شده توسط سازنده موتور در شرايط گذرا صحت آزمايي گرديد. سپس تاثير افزايش شيب تزريق سوخت بر پارامترهاي عملكردي موتور از قبيل سرج كمپرسور و خاموشي شعله در محفظه بررسي شد. نتايج نشان داد كه در شرايط افزايش بار، افزايش شيب تزريق سوخت موجب حركت نقطه عملكرد موتور به سمت خط سرج كمپرسور شده و در شرايط كاهش بار، افزايش شيب سوخت موجب كاهش نسبت سوخت به هوا و خاموشي شعله مي¬گردد. نهايتا با استفاده از تغيير هندسه توربين توان، چالش¬هاي سرج كمپرسور و خاموشي شعله در شرايط گذراي سريع تا حدودي رفع گرديد. به عنوان مثال در افزايش بار با شيب سوخت 0084/0 كيلوگرم بر مجذور ثانيه (سه برابر شيب سوخت نرمال موتور مورد مطالعه است) و دماي محيط 40 درجه سلسيوس حداقل مقدار حاشيه سرج كمپرسور، در اثر باز كردن NGV به اندازه 2 درجه، حدود 6/13 درصد افزايش يافت و در كاهش بار سريع بار با شيب سوخت 0.0084 كيلوگرم بر ثانيه از طريق بستن زاويه NGV به اندازه 3 درجه، متوسط حاشيه پايداري شعله در بازه دماي محيط 15 تا 40 درجه سلسيوس، به مقدار 6/4 درصد افزايش يافت كه اين به معني عملكرد ايمن‌تر توربين گاز به لحاظ سرج كمپرسور و پايداري احتراق است.

195391

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر سپهر صنايع