가스터빈 성능해석 프로그램 개발 및 200kW급 마이크로 가스터빈의 운전특성 분석 :

김정호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김정호 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 김동섭

발행연도: 2014

저작권: 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (6)

2018

과도상태 운전 해석이 가능한 가스터빈 성능 시뮬레이션 프로그램 개발

김정호 기계공학과 2018.01 학위논문

2015

마이크로 가스터빈 설계 및 운전 성능 분석 : 제1부 - 성능해석 프로그램

김정호 , 강도원 , 김동섭 한국유체기계학회 논문집 2015.08 학술저널

2014

가스터빈 성능해석 프로그램 개발 및 200kW급 마이크로 가스터빈의 운전특성 분석

김정호 일반 2014.01 학위논문

2013

마이크로 가스터빈 성능 예측 프로그램 개발

김정호 , 김민재 , 강도원 외 2명 대한기계학회 춘추학술대회 2013.12 학술대회자료

200㎾ 급 마이크로 가스터빈의 운전특성 분석

김정호 , 강도원 , 김동섭 대한기계학회 논문집 B권 2013.11 학술저널

200kW급 마이크로 가스터빈의 운전특성 분석

김정호 , 강도원 , 김동섭 대한기계학회 춘추학술대회 2013.05 학술대회자료

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세계적으로 발전시장에 이슈가 되고 있는 것은 온실 가스에 의한 온실 효과와 중앙 집중식 발전의 문제점을 생각할 수 있다. 중앙 집중식 발전의 경우 전력공급의 문제와 자연재해 발생 시 문제점이 많다는 지적이 나오고 있다. 따라서 세계적으로 분산발전에 집중하기 시작했다. 분산발전 중에서 특히 친환경적이며 운전 신뢰성과 유지보수성이 좋은 마이크로 가스터빈이 주목을 받고 있다.
본 연구에서 가스터빈의 정상상태를 예측하는 개발 프로그램은 매틀랩을 이용하여 제작하였다. 프로그램은 설계점 해석과 탈설계 해석으로 구성되어 있으며 프로그램 내부은 전체적으로 모듈화가 되어있다. 각 구성품(압축기, 연소기, 터빈, 재생기, 덕트)의 성능해석은 질량 보존식과 에너지 보존식을 이용하여 별도의 계산 모듈에서 계산된다. 압축기와 터빈의 탈설계 해석은 각각의 성능선도를 사용한다. 마이크로 가스터빈의 탈설계 해석은 개발 프로그램에 의해 해석된다. 해석된 결과는 상용프로그램과 검증작업을 통하여 프로그램의 유효성은 확인되었다.
개발 프로그램으로 현재 개발 중인 200kW급 마이크로 가스터빈의 운전 특성을 모사하였다. 세부적인 성능 데이터를 이용하여 부분부하 제어방식(터빈 입구온도 제어방식(constant TIT control)과 터빈 출구온도 제어방식(constant TET control))과 외기온도에 따른 성능 및 작동특성을 분석하였다. 넓은 운전 범위에 대하여 압축기 서지마진과 터빈 입출구 온도 같은 작동 파라미터의 민감도를 단위 연료량 변화에 따라 예측하였다. 정상상태 계산으로 부분부하 변동 시 최대서지마진의 감소에 대한 정보를 민감도 분석을 통해 알 수 있다.

Recently, the issues in power generation market are the greenhouse effect due to greenhouse gases and centralized concentration power generation. The case of center concentration power generation, pointed out that there are many problems to natural disasters and problems of the power supply is out. For this reason, Many people began to focus on decentralized power generation worldwide. Since Reliability of operation and maintenance are highly, micro gas turbine has attracted attention.
In this study, an in-house program to predict steady state operation of micro gas turbines is constructed using Matlab Simulink. The program consists of two parts: design and off-design simulations. The program is fully modular in its structure. Performance of each component (compressor, combustor, turbine, recuperative heat exchanger and pipe elements) is calculated in a separate calculation module using mass and energy balances as well as models for off-design characteristics. The off-design modules of compressor and turbine use performance maps, which are program inputs. The off-design operation of a micro gas turbine which is being developed is predicted by the program. The prediction results are compared with those by commercial software, and the validity of the program is confirmed.
The operation of a 200 kW class micro gas turbine that is currently under development simulates by using in-house program. The performance and operating characteristics depending on the load control scheme (constant turbine inlet temperature versus constant turbine exit temperature) and ambient condition were investigated using detailed component performance data. The sensitivities of operating parameters, such as the compressor surge margin and flow path temperatures, according to unit fuel flow change were predicted for a wide load range. The sensitivity analysis showed that the steady state calculation provided useful information about the maximum surge margin reduction during load change.

#가스터빈 #성능해석 프로그램 #마이크로 가스터빈

제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 및 연구동향 1
1.2 연구 목적 2
제 2 장 시스템 모델링 4
2.1 개요 4
2.2 물성치 모사 7
2.3 구성부 설계 9
2.3.1 입력조건 9
2.3.2 입구조건 및 압력강하 10
2.3.3 압축기 12
2.3.4 연소기 13
2.3.5 터빈 16
2.3.6 재생기 18
2.4 구성부 탈설계 21
2.4.1 압력강하 22
2.4.2 압축기 23
2.4.3 연소기 및 터빈 26
2.4.4 재생기 28
2.4.5 탈설계 해석을 위한 가스터빈 매칭 29
제 3 장 프로그램 구조 30
제 4 장 프로그램 검증 32
4.1 단순 사이클 34
4.2 재생 사이클 37
4.3 재생기 탈설계 적용에 따른 분석 42
제 5 장 마이크로 가스터빈의 운전특성 분석 45
5.1 부분부하 운전방법에 따른 성능분석 45
5.2 외기온에 따른 성능분석 49
5.3 연료량 변화에 따른 운전성능 민감도해석 51
5.3.1 민감도 계산 51
5.3.2 주요 파라미터에 대한 민감도 분석 52
5.4 압축기 맵의 형상변화에 따른 성능 비교분석 58
5.4.1 설계점 성능 비교분석 58
5.4.2 부분부하 성능 비교분석 62
제 6 장 결론 64
참고문헌 66

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