Ứng dụng logic mờ thiết kế bộ điều khiển tốc độ tuabin khí

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


NGUYỄN PHẠM CÔNG ĐỨC

ỨNG DỤNG LOGIC MỜ THIẾT KẾ
BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TUABIN KHÍ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 60.52.02.16

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng – Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. Nguyễn Hoàng Mai

Phản biện 1: PGS. TS. Lê Tiến Dũng
Phản biện 2: TS. Hà Xuân Vinh

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa họp tại
Trường Đại học Bách khoa vào ngày 19 tháng 5 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học
Bách khoa
 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Động cơ tua bin khí với khối lượng và kích thước nhỏ gọn so
với các loại động cơ cùng công suất khác, có tính cơ động cao, công
suất lớn hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các trạm phát điện
tĩnh và trên các phương tiện giao thông vận tải. Từ khi xuất hiện cho
đến nay, động cơ tua bin khí đã khẳng định được tính ưu việt của
mình và là loại động cơ không thể thay thế trong ngành hàng không
và trong lĩnh vực tàu thủy.
Các hệ thống khai thác nhiệt năng như diesel, tua bin hơi
(steam turbine), tua bin khí (Gas turbine)... thì tuabin khí là loại thiết
bị vận hành có hiệu suất cao nhất. Đồng thời cấu trúc hệ thống nhỏ
gọn và thường được dùng cho những thiết bị di động như máy bay,
tàu thủy. Ngày nay nhiều ứng dụng tại chỗ cũng dùng tuabin khí như
nhà máy nhiệt điện tuabin khí, thiết bị quay cao tốc...
2. Tính cấp thiết của đề tài
Đặc điểm cơ bản của tuabin khí là cấu tạo đơn giản, ít hỏng
hóc và tuổi thọ lớn. Nhược điểm của chúng là đặc tính điều khiển
phức tạp, độ phi tuyến cao và khó biến đổi thông số trực tiếp. Từ đó
tác giả đã chọn hướng nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho tổ hợp
tua bin khí với mục đích xây dựng cấu trúc không quá phức tạp,
nhưng đảm bảo được tính đáp ứng nhanh và khả năng kháng nhiễu
tốt, các thay đổi tham số hệ thống, đề tài “Ứng dụng logic mờ thiết
kế bộ điều khiển tốc độ tua bin khí” được thực hiện nhằm nâng cao

chất lượng động học của bộ điều khiển tua bin khí.
3. Mục tiêu của đề tài
- Mô hình hóa hệ thống tua bin khí và xây dựng hệ thống trên
Matlab.


2
- Nghiên cứu về lý thuyết điều khiển PID và mờ để thiết kế bộ điều
khiển cho tổ hợp tua bin khí và kiểm tra hoạt động của hệ thống.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu: Là hệ thống tua bin khí.
* Phạm vi nghiên cứu: Động học, nguyên lý làm việc và ứng
dụng logic mờ điều khiển tốc độ tua bin khí.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của tua bin khí và
các yếu tố khác liên quan đến sự làm việc của tua bin khí.
- Nghiên cứu về lý thuyết mờ ứng dụng trong phi tuyến.
- Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển tua bin khí
- Mô phỏng kiểm chứng thuật toán điều khiển.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
* Ý nghĩa khoa học: Đề tài đã nghiên cứu về mô hình tuabin
khí, ứng dụng logic mờ cho bộ điều khiển tua bin khí, có so sánh
chất lượng động học để đánh giá tốt hơn so với nhiều phương pháp
PID kinh điển.
* Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài này hoàn thành sẽ là một tài liệu
quan trọng nhằm phục vụ bộ điều khiển hiện nay trong các tua bin
khí để nâng cao về chất lượng và sự ổn định của các hệ thống này.
7. Cấu trúc luận văn
Ngoài chương mở đầu và kết luận trong luận văn còn có các
phần và chương kế tiếp như sau:

Mở đầu
Chƣơng 1: Tổng quan về bộ điều khiển tua bin khí
Chƣơng 2: Mô hình hóa tổ hợp tuabin khí
Chƣơng 3: Thiết kế bô điều khiển mờ điều khiển tốc độ tua bin khí
Chƣơng 4: Kết quả mô phỏng và nhận xét


3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN TUABIN KHÍ
1.1. Giới thiệu chung
1.2. Cấu tạo Tuabin khí
1.2.1 . Khối nén khí
1.2.2 . Buồng đốt
1.2.3 . Tuabin
1.2.4 . Hệ thống thấp áp – cao áp
1.3. Các phƣơng pháp điều khiển Tua bin khí hiện nay
1.3.1. Các nghiên cứu trong nước
1.3.2. Các nghiên cứu nước ngoài
CHƢƠNG 2
MÔ HÌNH HÓA TỔ HỢP TUA BIN KHÍ
2.1. Nguyên lý hoạt động của tua bin khí
Như ở hình 1, không khí sạch (thuật ngữ chuyên môn gọi là
khí khô – dry air) theo đường 1 vào máy nén , được máy nén tăng áp
và theo đường 2 để đi vào buồng đốt, tại đây nhiên liệu được phun
vào và đốt cháy khí tạo áp suất cao, sau đó nhờ hệ thống nén để đẩy
khí cao áp đi vào đường ống 3 để đến được tua bin, làm quay tua bin.
Khí xả được đưa ra đường ống 4. Tua bin quay sẽ quay trực tiếp hoặc
qua hộp giảm tốc để nối với tải phía sau.
Việc điều khiển chiều quay của tua bin được thực hiện qua van

đảo chiều. Trong đó hệ thống van hai hướng sẽ được điều khiển
thông qua cơ cấu thủy lực để thay đổi chiều luồng khí cao áp đi vào
tua bin. Kết quả làm tua bin đổi chiều quay. Tuy nhiên do tốc độ
quay của tua bin rất lớn nên việc đảo chiều phải được thực hiện theo
đặc tính hãm qua điểm zero để giảm tối đa mômen ngược trên trục
quay.


4

Hình 2.1: Bộ điều khiển tua bin khí
2.2. Mô hình toán học của hệ thống tua-bin khí (GT- Gas
Turbine)
+Chu trình Brayton thực tế

Hình 2.3: Chu kỳ Brayton thực tế
Thực tế, khi làm việc, do ma sát nhiệt, truyền nhiệt qua vách
ngăn đường ống... nên sẽ có tổn thất áp suất từ đầu đến cuối quá
trình. Do đó chu trình Brayton thực tế sẽ khác một chút so với chu
trình lý tưởng.
Hiệu suất của các bước trong quá trình:
ŋcomp =
ŋturb =

=
=

(2.9)
(2.10)

5
+ Mô hình toán học của hệ thống
Xét một cấu trúc nghiên cứu cụ thể của GT như hình 2.6.

Hình 2.6: Mô hình HDGT (Heavy Duty Gas Turbine) của Rowen
Dựa Mô hình của một hệ HDGT (Heavy Duty Gas Turbine) ta
có mô hình khối của hệ như hình 2.7.

Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống tuabin khí
-Đường ống vào: inlet
-Máy nén : compressor
-Buồng đốt : combustor
-Tuabin: turbine
-Ống phản lực: jet pipe
-Ống xả: nozzle
-Rotor
Trên hình 2.7 mô tả cấu trúc toán học của một hệ HDGT do


6
tác giả Rowen đề xuất

Hình 2.8: Mô hình toán học của một hệ HDGT
(Heavy Duty Gas Turbine)
Dựa vào chu trình Brayton thực tế ở hình 2.3. Ta có hiệu
suất của các bước trong quá trình:
Hiệu suất của máy nén: ŋcomp =

=

Hiệu suất của tuabin : ŋturb =
(

( )

(

( )

)

)

=
(

)

(

)

(2.32)
(2.33)
(2.34)
(2.35)

Sử dụng công thức (2.32) và (2.34), nhiệt độ ra của buồng đốt
được tính bằng công thức:

T2 = T1 (

)

(2.36)

Và với công thức (2.33) và (2.35, nhiệt độ ra của tua bin được
tính như sau:


7
T4 = T3 (

(

)

)

(2.37)

Một quá trình khác ảnh hưởng đến hoạt động của HDGT là
quá trình diễn ra trong buồng đốt, tức là giao đoạn 2-3 trong hình 2.2
Khi đó áp suất trong buồng đốt không đổi
sẽ cho ta các biểu thức sau
̇

̇

(2.38)

̇ (kg/s) là tỷ lệ luồng khí vào. Nhiệt được tạo

Trong đó

thành bằng cách chiết suất năng lượng từ nhiên liệu như sau:
̇
Ở đây ̇

̇

(2 39)

(kJ/s) tỷ lệ hấp thụ nhiệt trong lò đốt,

suất của buồng đốt,

̇

(kg/s) tỷ lệ luồng nhiên liệu và

là hiệu
(kJ/kg) là

lượng calorific thấp hay là lượng nhiệt thấp của nhiên liệu khi sử
dụng. Hiệu suất của buồng đốt là lượng nhiên liệu được bơm vào
buồng đốt và bị đốt cháy hoàn toàn. Đối với các thiết kế hiện đại,
hiệu suất của lò đốt rất cao và gần như là 100%. Sử dụng công thức
(2.38) và (2.39) sự gia tăng nhiệt độ trong lò đốt có thể được tính
như sau:
T3 = T2 +

̇

= T2 + To
̇

̇
̇

(2.40)

Ở đây To là ký hiệu của sự gia tăng nhiệt. Trên thực tế,
nhiệt độ và tỷ lệ áp suất bên trong cũng như phản ứng tổng thể của
quá trình HDGT thay đổi theo tốc độ của tua bin. Quá trình này là
phi tuyến nên làm phức tạp thêm cho mô hình. Tuy nhiên, theo mô
hình của Rowen, các quá trình này được giả thiết đối với tốc độ bằng
cách áp dụng giới hạn tốc độ 95% đến 107% tốc độ định mức xem ở
hình 2.7. Lúc này công suất đầu ra của tuabin sẽ là:
̇

-

(2.41)

Phương trình trên (2.41) được viết dưới dạng khối như sau:


8
̇

ở tốc độ định mức

Trong đó:
A=
B=

̇

(

,
̇

(

)

- (2.42)

)

(2.43)

Ở tốc độ định mức, nhiệt độ khí xả được tính bằng cách thay
thế công thức (2.40) và ( 2.41) vào trong công thức (2.37), vì thế
̇
D=

̇
̇

*

ở tốc độ định mức
(

)

+

(2.44)

Ở đây D là hệ số khối nhiệt độ xả và TR là nhiệt độ xả định
mức trong mô hình HDGT. Bây giờ chúng ta xác định các hệ số của
hệ thống van nhiên liệu. Trong mô hình HDGT tỷ lệ lưu lượng dòng
nhiên liệu định mức tương ứng với tốc độ của tuabin.

Hình 2.9. Bộ định vị van nhiên liệu
Bộ định vị van nhiên liệu sẽ điều khiển bộ truyền động van
đến vị trí van tương ứng so với điểm đặt. Trong hình 2.9, ta có thể
thấy bộ định vị van kết nối với bộ truyền động van và hệ thống van.
Ở thực tế mô hình HDGT có thể hoạt động với nhiên liệu
lỏng và khí, các mô hình hệ thống nhiên liệu chủ yếu là hai hệ thống
khác nhau với các khối tương tự. Trong các HDGT lớn hơn, cả hai


9
hệ thống nhiên liệu đều được cung cấp thông tin phản hồi vòng bên
trong để phản hồi vị trí hiện tại của van và loại bỏ sai số giữa điểm
đặt và tín hiệu vị trí van. Do đó, sẽ có một hằng thời gian sẽ xuất

hiện, đó là b trong khối định vị van của mô hình HDGT. Giá trị
thông số nhiễu của vòng phản hồi Kf = 0 và thời gian trễ c = 0 trong
mô hình được chọn theo thông số của nhà sản xuất. Tuy nhiên vẫn có
một hằng số thời gian trễ từ các ống dẫn nhiên liệu đến buồng đốt.
Độ trễ này được tính bằng biểu thức sau:
( )|

(2.45)

Như vậy chương 2 đã trình bày cơ bản mô hình toán học của
hệ tuabin khí trong các ứng dụng thực tế. Đối với các nhà máy điện,
người ta dùng hệ chu trình kết hợp để tận dụng hiệu suất đuôi hơi,
còn trong các hệ chuyển động như máy bay, tàu thủy thì người ta
dùng hệ hở vì hạn chế của không gian bố trí thiết bị và trọng lượng.
Do đó mô hình dùng để trình bày trong đề tài để xây dựng bộ
điều khiển tốc độ tuabin khí sẽ là mô hình HDGT của Rowen.
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI PID
CHO HỆ THỐNG TUABIN KHÍ
3.1. Logic mờ và điều khiển mờ
3.1.1. Khái quát về lý thuyết điều khiển mờ
3.1.2. Định nghĩa tập mờ
3.1.3. Biến mờ, hàm biến mờ, biến ngôn ngữ
3.1.4. Suy luận mờ và luật hợp thành
3.1.5. Hệ điều khiển mờ lai (F-PID)
Qua nghiên cứu ta thấy rằng bộ điều khiển mờ có tính phi
tuyến mạnh, khả năng chống nhiễu cao, nó rất phù hợp với hệ có
tính phi tuyến, phụ thuộc thời gian, có tham số rải và thời gian trễ

10
lớn. Hiện nay việc thiết kế bộ điều khiển mờ còn phụ thuộc rất
nhiều vào kinh nghiệm vận hành hệ thống và kiến thức chuyên
gia mà chưa có được phương pháp chuẩn hoá đề thiết kế bộ điều
khiển mờ.
3.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ lai PID cho hệ thống tuabin khí
3.2.1. Xây dựng cấu trúc bộ điều khiển
Khi thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống tuyến tính, ta
thấy rằng chất lượng điều khiển của hệ thống phụ thuộc vào các
thông số điều khiển của bộ điều khiển PID, cụ thể là các thông số KP,
KI, KD. Nhưng các hệ số của bộ điều khiển PID này chỉ được tính
toán cho một chế độ làm việc cụ thể của hệ thống, nhưng khi hệ
thống hoạt động thì các thông số của hệ thống có thể bị thay đổi
điển hình là điện trở phần ứng, momen quán tính,…do nhiều yếu
tố, trong đó yếu tố nhiệt độ và nhiễu là lớn nhất. Khi đó bộ điều
khiển PID sẽ không đáp ứng tốt như ban đầu, thậm chí có thể không
còn đáp ứng được hệ thống. Do vậy trong quá trình vận hành chúng
ta cần phải chỉnh định các hệ số này cho phù hợp với thực tế để
phát huy tốt hiệu quả của bộ điều khiển.
Có nhiều phương pháp để chỉnh định các thông số của bộ
điều khiển PID như dùng mạng anfis, mạng nơron, phương pháp
trượt, mờ, mờ trượt,…Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng
phương pháp điều khiển mờ vì tính tường minh, đơn giản và dễ kiểm
nghiệm kết quả.
Như vậy chúng ta sẽ thiết kế bộ điều khiển mờ để chỉ định
các thông số của bộ điều khiển PID trong quá trình hoạt động. Ta
xây dựng cấu trúc điều khiển của bộ điều khiển mờ lai PID này
như sau: Đầu tiên chúng ta sử dụng bộ điều khiển PID để điều
khiển ở vòng trong cho mạch vòng điều chỉnh tốc độ hệ truyền động
điện một chiều, sau đó dùng bộ điều khiển mờ ở vòng ngoài để tự

11
động chỉnh định các thông số KP, KI, KD của bộ điều khiển PID với
các tham số KP, KI, KD được lấy từ kết quả thực nghiệm trên mô hình
hóa dựa vào thuật toán Nichols Ziegler.

Hình 3.13. Sơ đồ hệ thống mô phỏng điều khiển bằng PID
Đặt Ki = Kd = 0. Tăng Kp = 165 đến khi hệ thống giao động
tuần hoàn. Ta có kết quả đầu ra của bộ điều khiển:

Hình 3.14. Kết quả mô phỏng khi sử dụng bộ điều khiển PID
Đặt giá trị Kp = Ku. Ta có chu kỳ giao động Tu = 4s.
Sử dụng Thuật toán Nichols – Ziegler với bộ điều khiển PID cổ điển:


12
Kp

Ki

Kd

33

0.018

44

Kết quả đầu ra của bộ điều khiển PID:

Hình 3.14. Kết quả mô phỏng khi sử dụng bộ điều khiển PID
Qua kết quả mô phỏng điều khiển trên ta thấy rằng với bộ điều
khiển PID thì thời gian quá độ là 22 giây. Về chỉ tiêu độ quá điều chỉnh,
khi sử dụng bộ điều khiển PID độ quá điều chỉnh lên đến 0.05% con số
này rất nhỏ, đây là một thông số tốt, làm cho quá trình mở máy hệ thống
truyền động điện an toàn. Về sai lệch tĩnh thì phương pháp điều khiển
PID không có, đáp ứng tốt với yêu cầu của hệ thống. Tuy nhiên khi tăng
tham số nhiễu lên thì bộ điều khiển dần mất ổn định.
Sau khi thiết kế bộ điều khiển PID, dựa vào các thông số KP,
KI, KD để xây dựng bộ điều khiển mờ. Đầu vào bộ điều khiển mờ
này là sai lệch (kí hiệu là e) của tốc độ đặt so với tốc độ thực tế của
hệ thống tuabin khí và đạo hàm sai lệch de/dt (kí hiệu là de).
Đầu ra của bộ điều khiển mờ là các hệ số KP, KI, KD. Để điều
khiển hệ thống đóng mở van nhiên liệu của buồng đốt tua bin khí.
3.2.2. Tính toán các thông số của bộ điều khiển mờ lai PID.
Mờ hóa
- Giá trị đặt [0÷1] tương đương với tỷ lệ đóng mở van nhiên
liệu [0÷100] (%)
Luật hợp thành


13
Với 5 tập mờ của mỗi đầu vào, ta xây dựng được 5 x 5 = 25
luật điều khiển.
- Luật hợp thành cho hệ số KI
Bảng 3.1. Bảng luật hợp thành của hệ số KP
KP (RẤT NHỎ, NHỎ, KHÔNG, LỚN, RẤT LỚN)
e/de

RN(RẤT NHỎ) N(NHỎ) K (KHÔNG) L(LỚN)

RL(RẤT LỚN)

RC (RẤT CHẬM)
C (CHẬM)
K (KHÔNG)

N
N
N

N
N
N

K
K
K

RL
RL
RL

RL
RL
RL

N (NHANH)
RN(RẤT NHANH)

RN
RN

RN
RN

K
K

L
L

L
L

- Luật hợp thành cho hệ số KI
Bảng 3.2 Bảng luật hợp thành của hệ số KI
KI (RẤT NHỎ, NHỎ, KHÔNG, LỚN, RẤT LỚN)
e/de
RC(RẤTCHẬM)

RN(RẤT NHỎ) N (NHỎ) K (KHÔNG) L (LỚN) RL(RẤT LỚN)
N
N
K
RL
RL

C (CHẬM)

N

N

K

RL

RL

K (KHÔNG)

N

N

K

RL

RL

N (NHANH)

RN

RN

K

L

L

RN(RẤT NHANH)

RN

RN

K

L

L

- Luật hợp thành cho hệ số KD
Bảng 3.3 Bảng luật hợp thành của hệ số KD
KD (RẤT NHỎ, NHỎ, KHÔNG, LỚN, RẤT LỚN)
e/de
RC(RẤTCHẬM)

RN (RẤT NHỎ) N (NHỎ)

K (KHÔNG) L (LỚN) RL(RẤT LỚN)

RL

RL

K

K

K

C (CHẬM)

L

L

K

K

K

K (KHÔNG)

L

L

K

N

K

N (NHANH)

K

K

K

N

K

RN(RẤT NHANH)

K

K

K

RN

K

Chọn luật hợp thành Sum-Prod
- Giải mờ
Giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm.

14
CHƢƠNG 4
MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
4.1. Sơ đồ hệ thống mô phòng bằng mờ PID
Trong luận văn này tác giả lấy thông số của Tuabin với công
suất 172 MW để mô phỏng. Đây là tuabin đơn hệ HDGT với khí
sạch làm nhiên liệu chính (áp suất bao quanh 1 atm, độ ẩm tương đối
60% và nhiệt độ 15o).Cần lưu ý rằng các tính toán sau đây, tổn thất
áp suất trong bộ lóc khí vào và quá trình đốt nhiên liệu được bỏ qua.
Bảng 4.1:Thông số định danh mô hình hệ HDGT
Tham số

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

PGn

MW

172.2

Công suất định mức
Tần số danh định
Tốc độ Tua bin

f

Hz

50

RPM

RPM

3000

̇

kg/s

537

Khí thải
Nhiệt độ khí thải

TR

Tỷ lệ áp suất

PR

522
-

15.4

Bảng 4.2:Các thông số tính toán hiệu suất của máy nén và tuabin khi
hoạt động
Tham số

Ký hiệu

Đơn vị

Giá trị

Công suất đầu ra

T3

MW

146.4

Nhiệt đồ đầu vào tua bin

T3

1100

Nhiệt độ khí thải

T4

532

Nhiệt độ môi trường xung quanh

T1

27.3

Khí thải

mn

kg/s

438.1

̇

kg/s

8.34

H

kJ/kg

43094

Nhiệt dung của khí trong quá trình nén

Cph

kJ/kgK

1.1569

Nhiệt dung của khí trong buồng đốt

Cpc

Lưu lượng nhiên liệu
Nhiệt trị thâp của nhiên liệu

kJ/kgK

1.0047

Tỷ số gia nhiệt quá trình nén

-

1.33

Tỷ số gia nhiệt buồng đốt

-

1.4


15
Hiệu suất của tuabin: Từ công thức (2.35) cùng với dữ liệu

trong các bảng I và II, ta tính được nhiệt độ ra tua bin T4s trong quá
trình đẳng nhiệt như sau:
(

xh(oc)

)

(

)

(

)

̇

T4s(oc)

(4.1)
(4.2)

Hiệu suất tua bin theo công thức (2.10) là:
ŋt

(4.3)

Hiệu suất của máy nén và nhiệt độ ra của máy nén trong quá
trình đẳng nhiệt được tính từ (2.34):

(

xc(oc)
T2s

)

(

)

(

)

(4.4)

̇

T1(oc) x xc(oc) = (27.3 +273) x 2.06 = 618.62 K =
(4.5)
Ở đây Nhiệt độ đầu ra của máy nén được tính từ công thức

(2.40): T2(oc)

T3(oc) – ŋcomb

̇

1100 – 0.99 x

(4.6)
̇

x

(4.7)

Hiệu suất đốt cháy của buồng đốt gần như tuyệt đối. Với
hiệu suất 0,99 được giả định cho hệ thống buồng đốt trong luận văn
này.
Theo (2.9) Ta có hiệu suất của máy nén là:
ŋc

(4.8)

Từ các thông số cho hoạt động định mức của tuabin ở Bảng
I. Ta có, xh và xc được tính như sau:
xh

15.4

(4.9)

xc

15.4

(4.10)

16
Từ công thức (2.42) và (2.43) có thể được sử dụng để tính
các thông số khối công suất cơ của tua bin trong hình 2.6 như sau:
A

(

{

x [1.0047 – 1.1569 x 0.89 x (

)]}

)

-0.158

(4.11)

Trong công thức (2.43) lưu lương nhiên liệu định mức là cân
thiết. Nó là cơ sở để tạo ra công suất định mức ở tốc độ định mức của
tuabin. Do đó, từ công thức (2.43)
̇

B

(

) = 0.1068 ̇

(4.12)

Và:
̇

=

̇
̇

(4.13)

 B= 1.1580
Và lưu lượng định mức cũng để xác định nhiệt độ xả tuabin.
Từ công thức (2.45) tham số nhiệt độ xả D được tính như sau:
[1- (

D

)

]=

(4.14)

Ở đây, ta chọn thông số khối momen tuabin khí C = 0.5 và
nhiệt độ khí thải E = 0.6 x TR = 313oC. Lượng nhiên liệu tiêu thụ khi
tua bin làm việc không tải và lượng nhiên liệu tối thiểu để duy trì quá
trình đốt trong buồng đốt được cho ở Bảng 4.3.

=
̇

= 0.24

(4.15)

Và
Min F =

= -0.13

(4.16)


17
Bảng 4.3:Lượng nhiên liệu tối thiểu để duy trì buồng đốt và hoạt
động không tải
Tham số

Đơn vị

Giá trị

Lƣu lƣợng nhiên liệu khi không tải

kg/s

~ 2.56

Lƣu lƣợng nhiên liệu tối thiểu để duy trì buồng đốt

kg/s

~ 1.5

Bảng 4.4:Dữ liệu để tính độ trễ hệ thống nhiên liệu
Tham số

Đơn vị

Giá trị

Nhiên liệu

Gas

Áp suất nhiên liệu
Nhiệt độ trung bình

atm

21

K

320

Bảng 4.5: Dữ liệu để tính độ trễ của khâu xả máy nén
Tham số

Đơn vị

Nhiên liệu

Giá trị
Gas

Nhiệt độ trung bình

K

~1050

Thể tích ổng xả

m3

~16

Hệ thống nhiên liệu: Hằng số thời gian trễ của hệ thống
nhiên liệu có thể bằng 0 nếu điều kiện nhiệt động lực học của hệ
thống nhiên liệu cho một điểm hoạt động điển hình được biết đến.
Khi vận hành với nhiên liệu khí, các phép đo gần đây về tính chất
nhiệt động học metan được sử dụng để tính các biến đổi mật độ do
sự thay đổi áp suất [12] [từ công thức (19) và Bảng IV]:
( )|

(

) (

)

|

= 0.78

(4.17)

Và sử dụng dữ liệu trong Bảng IV, ta sẽ có:
TFS =

x 0.17 m3 x 0.78

= 0.26 s (4.18)

Thời gian vận hành của bộ định vị van dựa vào thông số nhà
sản xuất. Ở đây thời gian định vị Van nhiên liệu b = 10 ms.
Độ trễ thời gian và độ trễ Xả: TTD=40 ms
Ngoài ra còn có một thời gian trễ ở khâu xả của máy nén. Sử
dụng các tính chất nhiệt động lực học và dữ liệu trong Bảng V, từ


18
công thức (2.45) được sử dụng để ước lượng hằng số thời gian trễ ở
khâu xả cảu máy nén như sau:
( )|

(

) (

)

|

= 0.36

(4.19)

Nhiệt độ trung bình 1050 K được giả định là ở đáy của lối
vào tuabin [xem Bảng 4.5]. Nhiệt độ trung bình ở khâu thải của khối
nén khí :
TCD =

x 16 m3 x 0.36

= 0.16s

(4.20)

Bảng giá trị các tham số được sử dụng cho mô hình HDGT
được thống kê như sau:
Bảng 4.6: Bảng giá trị các tham số được sử dụng cho mô hình
HDGT
Tham số