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2-spool 선박용 가스터빈 엔진의 동적 시뮬레이션 수학모델 개발
차승우,기자영,손나영,김동진,심재순,김명환,박상균 한국마린엔지니어링학회 2019 한국마린엔지니어링학회지 Vol.43 No.9
In this study, a dynamic behavior simulation mathematical model of 2-spool marine gas turbine engine is developed. Specifically, we develop an engine performance model using data provided by an engine manufacturer for ease of integration with other component performance models of ship propulsion systems and for fast calculation processing speed. SIMULINK is used for dynamic behavior modeling, and performance data and steady-state convergence interval data are compared to verify the mathematical model. In addition, performance analysis of the transient mode, which increases from engine stop to maximum output, is performed and compared with manufacturer data. A simulation of the engine behaviors in terms of acceleration, deceleration, and stopping to stop, idling, and maximum output is performed using the verified model. 본 연구에서는 2-Spool 선박용 가스터빈 엔진의 동적거동 모사 수학 모델을 개발하였다. 선박 추진시스템의 다른구성품 성능 모델과의 통합의 용이함, 빠른 계산처리 속도를 위해 엔진 제작사로부터 제공받은 데이터를 이용하여 엔진성능 모델을 개발하였다. 동적 거동 모델링에는 SIMULINK를 사용하였으며, 수학적 모델의 검증을 위해 정상상태 수렴구간에서의 성능데이터와 제작사 제공 데이터를 비교하였다. 또한 엔진의 정지 상태에서 최대 출력까지 증가하는 천이모드의 성능해석을 수행하여 제작사 데이터와 비교하였다. 검증된 모델을 이용하여 정지, 공회전까지의 가속, 최대 출력까지의 가속, 감속 및 정지의 동작 거동 시뮬레이션을 수행하였다.
발전용 가스터빈 동적 거동 시뮬레이션 Tool 개발 및 해석
김정호,김동섭,Kim, Jeong Ho,Kim, Tong Seop 한국플랜트학회 2017 플랜트 저널 Vol.13 No.4
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.