Bauteil 40: Gasturbine (komplett)

In diesem Thema

Bauteil 40: Gasturbine (Makro, einfache Kennlinien oder Vorgabematrizen)

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Lufteinlass
2	Abgasaustritt
3	Brennstoffeintritt
4	Einspritzung Wasser/Dampf Eintritt
5	Generatorleistung

Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Bauteil 40 berechnet nicht die einzelnen Komponenten einer Gasturbine, sondern verwendet Kennfelder, die vom Hersteller der Anlage bereitgestellt werden müssen. Dadurch ist sichergestellt, dass die Simulation ausschließlich mit Herstellerangaben durchgeführt wird, so dass Aussagen insbesondere für Garantiebedingungen möglich sind.

Es wurde die Möglichkeit implementiert, statt der Kennfelder Vorgabematrizen zu verwenden. Die Umschaltung erfolgt über einen Schalter FOFFD

Die Zusammensetzung des Rauchgases kann, wenn sie bekannt ist, vorgegeben werden. Wenn keine Herstellerangaben vorliegen, ermittelt das Programm eine Zusammensetzung aufgrund einer Verbrennungsrechnung.

Um die Energiebilanz zu prüfen, wird ein Kontrollraum um die Gasturbine gelegt. Bei einer Abweichung größer 5% wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Der Heizwert des Brennstoffs muss empirisch ermittelt oder der Brennstoffmassenstrom angepasst werden.

Die Kontrolle der Energiebilanz ist ein hilfreiches Instrument, um sicherzustellen, dass die Sicherheitszuschläge nicht zu groß gewählt werden.

Hinweis: Für zahlreiche Gasturbinen stehen in der Gasturbinen-Makrobibliothek fertig vorkonfigurierte Makros bereit, die direkt in die Schaltung eingebaut werden können. Diese Makros verwenden in der Regel allerdings nicht das Bauteil 40, sondern sind aus Einzelkomponenten zusammengestellt.

Da bei diesem Bauteil die relevanten Größen nicht durch physikalische Gesetzmäßigkeiten, sondern über Kennlinien vorgegeben werden, kann es je nach Vorgabe der Kennlinie zu Energiebilanzverletzungen kommen. Diese werden - je nach Stärke der Verletzung - als Warnung oder als Fehler gemeldet.
Die Meldeschwelle war fest (Warnschwelle 2.5 %, Fehlerschwelle 5 %). Die Fehlerschwelle kann vom Anwender als Vorgabewert TOL (Release 8) eingegeben werden. Eine Warnung erfolgt beim halben Wert der Fehlerschwelle.

Die NOX-Konzentration am Austritt kann über eine Kernelexpression vorgegeben werden. Dies wird über den Flag FNOCON gesteuert:

Bei einem Wert von 0 wird der Vorgabewert NOCON verwendet,
bei einem Wert von 1 wird die Kernelexpression ENOCON zur Berechnung herangezogen.

Das Flag FCON steuert, ob die Konzentration als Molanteil oder als normierter Massenanteil (mg/Nm³) gegeben wird.

Vorgabe von Spannung und Frequenz, Stromtyp im Bauteil:

Es gibt die Möglichkeit Spannung (VOLT), Frequenz (FREQ) und Stromtyp (NPHAS) als Vorgabewert im Bauteil vorzugeben.
Über die Schalter FVOLT und FFREQ wird eingestellt, ob die Vorgabe durch die neuen Vorgabewerte VOLT bzw. FREQ erfolgen soll (0) oder als Messwerte (Spannung und Frequenz)
auf die Elektroleitung (-1) gesetzt werden.

Vorgabewerte

LOAD	Lastfaktor (1.0=Volllast)
FOFFD	Schalter für die Definition des Teillastverhaltens Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: durch Kennlinien =1: durch Matrizen
FVOLT	Schalter für die Methode zur Vorgabe der Spannung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: durch Vorgabewert VOLT =-1: Spannung von außen auf Elektroausgang gegeben
VOLT	Spannung (auf Elektroleitung)
FFREQ	Schalter für die Methode zur Vorgabe der Frequenz Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Vorgabewert FREQ verwenden =-1: Frequenz von außen auf Elektroausgang gegeben
FREQ	Generatorfrequenz
NPHAS	Stromtyp Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Gleichstrom =1: 1-Phasen-Wechselstrom =3: 3-Phasen-Wechselstrom
FANA	Schalter für die Vorgabe der Abgasanalyse Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Abgasanteile werden berechnet (d.h, die Abgaszusammensetzung wird mittels einer Verbrennungsrechnung aus den bekannten Luft-, Wasser- und Brennstoffmassenströmen berechnet.) =1: Abgasanteile von außen gegeben (Eingabe mit Bauteil 33 (Pastille), wenn der Hersteller die Zusammensetzung zur Verfügung stellt)
TOL	Genauigkeit der Energiebilanz
FADAPT	Schalter für Anpassungspolynom / Anpassungsfunktion Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: nicht verwendet und nicht ausgewertet =1: Korrektur Rauchgastemperatur [T2 = Kennlinienfaktor Polynom] =2: Korrektur Rauchgasstrom [M2 = Kennlinienfaktor Polynom] =3: Korrektur Brennstoffstrom [M3 = Kennlinienfaktor Polynom] =4: Korrektur [M4 = Kennlinienfaktor Polynom] =5: Korrektur [Q5 = Kennlinie Faktor Polynom] =6: Ersatzkennlinie [T2 = Polynom] =7: Ersatzkennlinie [M2 = Polynom] =8: Ersatzkennlinie [M3 = Polynom] =9: Ersatzkennlinie [M4 = Polynom] =10: Ersatzkennlinie [Q5 = Polynom] =1000: nicht verwendet, aber ADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit) = -1: Korrektur Rauchgastemperatur [T2 = Kennlinienfaktor Funktion] = -2: Korrektur Rauchgasstrom [M2 = Kennlinienfaktor * Funktion] = -3: Korrektur Brennstoffstrom [M3 = Kennlinienfaktor * Funktion] = -4: Korrektur [M4 = Kennlinienfaktor * Funktion] = -5: Korrektur [Q5 = Kennlinie Faktor * Funktion] = -6: Ersatzkennlinie [T2 = Funktion] = -7: Ersatzkennlinie [M2 = Funktion] = -8: Ersatzkennlinie [M3 = Funktion] = -9: Ersatzkennlinie [M4 = Funktion] = -10: Ersatzkennlinie [Q5 = Funktion] = -1000: nicht verwendet, aber EADAPT ausgewertet als RADAPT (Reduzierung der Rechenzeit)
EADAPT	Anpassungsfunktion: function evalexpr:REAL; begin evalexpr:=1.0; end;
FCON	Schalter zur Interpretation von Konzentrationsangabe NOCON Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: NOCON ist der Molanteil (bezogen auf Referenz O2-Konzentration) =2: NOCON ist der normierte Gewichtsanteil (bezogen auf Referenz O2-Konzentration) Der Unterschied zwischen FCON=1 und FCON=2 besteht darin, dass man bei FCON=2 so etwas wie eine "Dichte" für den Schadstoffanteil vorgibt, also Masse Schadstoff pro Volumen Rauchgas (daher auch die Einheit mg/Nm³). Wenn man diese Dichte durch die Dichte des reinen Schadstoffs teilt, kommt man auf den entsprechenden Molanteil. Bei der Implementierung wird auf diese Weise der Fall FCON=2 auf den Fall FCON=1 zurückgeführt, wobei eine konstante Dichte von 2.05204 kg/m³ für NOx verwendet wird (unabhängig von NOSPL).
FNOCON	Schalter zur Berechnung der NOx-Konzentration im Abgas Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Aus Vorgabewert NOCON =1: Aus Funktion ENOCON
NOCON	NOx-Konzentration im Abgas (im Verhältnis zur Referenz-Sauerstoffkonzentration) Hinweis: Um den in NOCON eingetragenen Wert auf der Abgasleitung zu reproduzieren, muss man die Referenz-Sauerstoffkonzentration in den Modelleinstellungen auf den Sauerstoff-Molanteil in der Abgasleitung ändern und die Eigenschaften im Wertekreuz auf "Anzeige der Mol" umstellen. NOCON ist dann die Summe aus XNO2 und XNO. Da die Berechnung iterativ erfolgt, wird der Wert allerdings nur näherungsweise erreicht.
ENOCON	Funktion für NOx-Konzentration im Abgas function evalexpr:REAL; // result must be in m³/m³ if FCON=1, in mg/Nm³ if FCON=2 begin evalexpr:=0.0; end;
NOSPL	Aufteilung von NO und NO2 im NOX. Einzutragen ist der Molanteil NO-Split (NO/(NO + NO2) (Molaranteil))
CALT	Barometrischer Höhenfaktor (z.B. für M2 = M20*CALT verwendet, siehe unten)

Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.

Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte

Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen

Kennlinien

Kennlinie 1,2,3,4: T2-Kennlinie: T2=f(T1,Last)

     X-Achse      1         T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

     Y-Achse      1          T2(Last)                     1. Punkt
                        2          T2(Last)                     2. Punkt
                        .
                        N         T2(Last)                     letzter Punkt

Kennlinie 5,6,7,8: M2-Kennlinie Anschluss: M2=f(T1,Last)

      X-Achse     1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

     Y-Achse      1          M2(Last)                    1. Punkt
                        2          M2(Last)                    2. Punkt
                        .
                        N         M2(Last)                    letzter Punkt

Kennlinie 9,10,11,12: M3-Kennlinie Anschluss: M3=f(T1,Last)

      X-Achse     1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

     Y-Achse      1          M3(Last)                    1. Punkt
                        2          M3(Last)                    2. Punkt
                        .
                        N         M3(Last)                    letzter Punkt

Kennlinie 13,14,15,16: M4-Kennlinie Anschluss: M4=f(T1,Last)

    X-Achse       1          T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

     Y-Achse      1          M4(Last)                    1. Punkt
                        2          M4(Last)                    2. Punkt
                        .
                        N         M4(Last)                    letzter Punkt

Kennlinie 17,18,19,20: Q5-Kennlinie Anschluss: Q5=f(T1,Last)

      X-Achse     1        T1                               1. Punkt
                        2          T1                               2. Punkt
                        .
                      N         T1                               letzter Punkt

     Y-Achse      1          M5(Last)                    1. Punkt
                        2          M5(Last)                    2. Punkt
                        .
                        N         M5(Last)                    letzter Punkt

Vorgabematrizen

X: T1 : Lufteintrittstemperatur; Y: Lastfaktor

Matrix 1 MXT2 : (Abgastemperatur) T2= f (T1, Lastfaktor)

Matrix 2 MXM2 : (Abgasmassenstrom) M2= f (T1, Lastfaktor)

Matrix 3 MXM3 : (Brennstoffmassenstrom) M3= f (T1, Lastfaktor)

Matrix 4 MXM4 : (Einspritzmassenstrom Wasser/Dampf Eintritt) M4= f (T1, Lastfaktor)

Matrix 5 MXQ5: (Generatorleistung) Q5 = f (T1, Lastfaktor)

Verwendete Physik

Gleichungen

Alle Betriebsfälle

Vorgegeben durch Start- und Grenzwerte:

alle Drücke
Zusammensetzung vom Massenstrom
Zusammensetzung von Massenstrom 2 wird berechnet
- wenn FANA = 0 aus der Bilanz der Massenströme
- wenn FANA = 1 Eingabe als Grenzwert

M20 aus Abgasmassenstrom-Kennlinie
M2 = M20*CALT

M30 aus Brennstoffkennlinie
M3 = M30*CALT
M40 aus Einspritzmassenstrom-Kennlinie
M4 = M40*CALT
M1 = M2 - M3 - M4
T2 aus Abgastemperatur-Kennlinie
H2 = f(T2)
T1 = T0
H1 = f(T1)
Q50 aus Generatorleistungs-Kennlinie
Q5 = Q50*CALT

Bilanzprüfung:
QGIV= M1*H1 + M3*(H3+NCV3) + M4*(H4-HVAP),
wobei HVAP=2500.0
QDEL = M5*H5 + M2*H2
Qdif= |QGIV-QDEL| / QGIV
wenn 0.050 < Qdif                  , dann Fehlermeldung
wenn 0.025 < Qdif <= 0.050, dann Warnung
               wenn Qdif <= 0.025, dann Bilanz ok

Bauteilform

Form 1

Beispiel

Klicken Sie hier >> Bauteil 40 Demo << um ein Beispiel zu laden.

Siehe auch

Turbinen

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