A gas turbine engine plays an important role as a prime mover that is used in the marine transportation field as well as the space/aviation and power plant fields. However, it has a complicated structure and there is a time delay element in the combustion process. Therefore, an elaborate mathematical model needs to be developed to control a gas turbine engine. In this study, a modeling technique for a gas generator, a PLA actuator, and a metering valve, which are major components of a gas turbine engine, is explained. In addition, sub-models are obtained at several operating points in a steady state based on the trial running data of a gas turbine engine, and a method for controlling the engine speed is proposed by designing an NPID controller for each sub-model. The proposed NPID controller uses three kinds of gains that are implemented with a nonlinear function. The parameters of the NPID controller are tuned using real-coded genetic algorithms in terms of minimizing the objective function. The validity of the proposed method is examined by applying to a gas turbine engine and by conducting a simulation.
This study analyzes the design and part load performance of a power generation system combining a micro gas turbine (MGT) and an organic Rankine cycle (ORC). Design performances of cycles adopting several different organic fluids are analyzed and compared with performance of the steam based cycle. All of the organic fluids recover greater MGT exhaust heat than the steam cycle (much lower stack temperature), but their bottoming cycle efficiencies are lower. R123 provides higher combined cycle efficiency than steam does. The efficiencies of the combined cycle with organic fluids are maximized when the turbine exhaust heat of the MGT is fully recovered at the MGT recuperator, whereas the efficiency of the combined cycle with steam shows an almost reverse trend. Since organic fluids have much higher density than steam, they allow more compact systems. The efficiency of the combined cycle, based on a MGT with 30 percent efficiency, can reach almost 40 percent. hlso, the part load operation of the combined system is analyzed. Two representative power control methods are considered and their performances are compared. The variable speed control of the MGT exhibits far better combined cycle part load efficiency than the fuel only control despite slightly lower bottoming cycle performance.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.1127-1134
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2017
Gas turbine engine control was originated from a single hydro-mechanical governor for fuel metering and changed to 1970s' DEEC and then today's centralized FADEC. In order to attain the goal of improvement of control performance, application of PHM technology, and reduction of system weight, it is necessary to make a transition to distributed engine control. This paper describes the concept and roadmap of distributed control, collaborative efforts of government and industry for successful development of the system, and technical challenges for the system.
The High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) possesses inherent safety features and is recognized as a representative advanced nuclear system for the future. Based on the success of the HTR-10, the long-time operation test and safety demonstration tests were carried out. The long-time operation test verifies that the operation procedure and control method are appropriate for the HTR-10 and the safety demonstration test shows that the HTR-10 possesses inherent safety features with a great margin. Meanwhile, two new projects have been recently launched to further develop HTGR technology. One is a prototype modular plant, denoted as HTR-PM, to demonstrate the commercial capability of the HTGR power plant. The HTR-PM is designed as $2{\times}250$ MWt, pebble bed core with a steam turbine generator that serves as an energy conversion system. The other is a gas turbine generator system coupled with the HTR-10, denoted as HTR-10GT, built to demonstrate the feasibility of the HTGR gas turbine technology. The gas turbine generator system is designed in a single shaft configuration supported by active magnetic bearings (AMB). The HTR-10GT project is now in the stage of engineering design and component fabrication. R&D on the helium turbocompressor, a key component, and the key technology of AMB are in progress.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.22
no.3
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pp.156-164
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2010
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 not only the advantages of the transfer matrix method but also well established classic control theories. The approach is applied to a gas turbine combustion system, which shows the validity and effectiveness of the approach.
Combustion instability is a major issue in design of co-generation 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 co-generation 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 not only the advantages of the transfer matrix method but also well established classic control theories. The approach is applied to a simple co-generation gas turbine combustion system, which shows the validity and effectiveness of the approach.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.3
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pp.331-336
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2011
The three-dimensional complex curvature of the airfoil complicates the manufacture and repair of gas-turbine components. As a result of the developments in computer technology since the early 1990s, CNC-based technologies for machine tools and related programs have been increasingly applied in the gas turbine industry. In particular, fiveaxis simultaneous machines with adaptive functions have proven its excellent flexibility and productivity due to the capability in determining the 3D data from the unknown curvature. A well-organized robot system with eight-axis simultaneous control can lead to powerful standardization and high productivity. We summarize and review CNC technologies and their applications in the gas turbine industry, with a discussion of the manufacture and repair of gas turbine parts.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.66
no.2
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pp.69-75
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2017
The gas turbine static starter rotates the stationary synchronous machine by the interaction of the rotor and the stator. The detection from the initial position of the rotor has been an important issue to drive with optimum torque. Previously, the gas turbine starter was used by attaching the encoder to the synchronous machine, but the position and velocity of the rotor have been estimated by sensor-less method until recently due to the difficulty in attaching and detaching and damage caused by the shaft voltage noise. In this paper, Rotor initial(stationary state) position estimation, forced commutation control(speed less than 10%), and natural commutation control(speed more than 10%) method using magnetic flux with integrated terminal voltage were presented and the sensor-less speed control performance was verified. As a result of making and evaluating the 29 kVA synchronous machine and the starting device, the performance of each control mode was satisfactory. Furthermore, the applied technology is expected to be used for the development of the gas turbine starter of tens of MW class and the field application.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.14
no.2
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pp.26-30
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2000
In this paper, we obtain a mathematical model of a gas turbine control system from experimental data. The gas turbine in Gunsan power plant is selected as controlled system. The recursive least square algorithm is used to model the plant. For parameter estimation, plant is assumed as second order system and forgetting factor is 0.98 and the period of input and output signal period is 1sec. As a result, input and output characteristics of real system and modeling are identified.
PID controllers are widely used in the process industries such as power plants and chemical plants. Several methods for determining PID controller parameters have been suggested to improve tuning results by various performance criteria during the past years. These methods may not produces satisfactory closed loop response by the characteristics of controlled processes. In this paper, using a model of gas turbine system obtained by operating data of Gunsan C/C, we examines the performance of PI controllers determined by various performance criteria and suggests which tuning methods can be optimally used in gas turbine control system of Gunsan C/C.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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