در حال بررسی...در بخش قبل به معرفی اصول کلی سیستم کنترلی توربین گاز پرداخته شد. همانطور که بیان شد، حلقه‌های سیستم کنترلی شامل سیستم گاورنر، سیستم‌های سوخت‌رسانی، سیستم توربین و سیستم کنترل دریچه هوا می‌باشد. در این قسمت، به معرفی بخش‌های سیتم سوخت‌رسانی گاز، مایع، سیستم کنترل دریچه هوا و سیستم توربین خواهیم پرداخت.
سیستم سوخت‌رسانی گاز
قسمت اصلی سوخت‌رسانی این سیستم، شیر کنترل گاز است که باید متناسب با فرمان سوخت گاز، باز یا بسته شود که این کار با یک حلقه کنترلی ساده صورت می‌گیرد. موقعیت واقعی شیر کنترل گاز با سیگنال فرمان مقایسه و سیگنال‌های خطای تقویت‌شده، باعث باز یا بسته شدن شیر می‌شود تا خطا (تقریبا) صفر گردد. موقعیت شیر با ترانسفورمر خطی دیفرانسیل اندازه‌گیری می‌شود که در واقع یک ترانسفورماتور است که هسته آن به موقعیت شیر متصل است و ولتاژ خارجی متناسب با تغییر موقعیت شیر گاز تغییر می‌نماید. با توجه به توضیحات بالا، بلوک دیاگرام شکل ۱ برای حلقه کنترلی شیر کنترل گاز پیشنهاد می‌گردد.
شکل ۱ بلوک دیاگرام شیر کنترل گاز
از آنجا که میزان فلوی گاز متناسب با حاصل‌ضرب موقعیت شیر کنترل گاز و فشار گاز است، حلقه کنترلی دیگری برای کنترل فشار گاز با شیر کنترلی دیگر به نام شیر کنترلی تناسبی – توقفی وجود دارد. برای کنترل فشار، ابتدا فشار گاز دلخواه که متناسب با دور روتور است، با فشار گاز اندازه‌گیری‌شده مقایسه می‌گردد. این سیگنال خطا، پس از عبور از یک کنترل‌کننده تناسبی انتگرالی، سیگنال موقعیت شیر دلخواه را تولید می‌کند. این سیگنال نیز با موقعیت شیر اندازه‌گیری شده مقایسه و سیگنال خطا باعث باز یا بسته شدن موقعیت شیر تناسبی- توقفی می‌شود.
این شیر را از آن جهت تناسبی- توقفی می‌نامند که متناسب با مقدار فشار دلخواه باز یا بسته و در صورت صدور فرمان تریپ، یکباره بسته می‌شود. با توجه به توضیحات بالا، بلوک دیاگرام شکل ۲ برای سیستم کنترل فشار گاز پیشنهاد می‌شود. در این بلوک دیاگرام، اثر موقعیت شیر کنترل گاز روی تغییرات فشار گاز نیز در نظر گرفته شده‌است. میزان فلوی گاز متناسب با حاصل‌ضرب موقعیت شیر کنترل گاز و فشار گاز است؛ لذا برای کل سیستم سوخت‌رسانی گاز، بلوک دیاگرام شکل ۳ بدست می‌آید.
شکل۲ بلوک دیاگرام مربوط به شیر تناسبی – توقفی
شکل ۳ بلوک دیاگرام سیستم سوخت‌رسانی گاز
سیستم سوخت‌رسانی مایع
سیستم کنترل سوخت‌رسانی مایع کمی با سیستم سوخت‌رسانی گاز متفاوت است. سیگنال فرمان سوخت مایع با مقدار فلوی مایع اندازه‌گیری‌شده مقایسه می‌شود و پس از عبور از یک کنترل‌کننده تناسبی، انتگرال سیگنال موقعیت شیر دلخواه را می‌سازد. این سیگنال نیز در یک مقایسه‌کننده با موقعیت شیر اندازه‌گیری‌شده مقایسه و سیگنال خطا باعث باز یا بسته شدن شیر کنترل سوخت مایع می‌شود. با توجه به توضیحات بالا، بلوک دیاگرام شکل ۴ برای سیستم سوخت‌رسانی مایع پیشنهاد می‌شود.
شکل ۴ بلوک دیاگرام سیستم سوخت‌رسانی مایع
سیستم کنترل موقعیت دریچه هوا (IGV)
سیگنال فرمان موقعیت دریچه هوا، که گارونر تولید می‌کند، بعد از عبور از یک مبدل دیجیتال به آنالوگ وارد یک مقایسه‌کننده و با موقعیت دریچه اندازه‌گیری‌شده مقایسه می‌شود. سیگنال خطا با یک شیر هیدرولیکی باعث باز یا بسته شدن دریچه می‌شود (شکل۵).
شکل ۵ بلوک دیاگرام سیستم کنترل دریچه هوا (IGV)
سیستم توربین (کمپرسور-محفظه احتراق و توربین)
نحوه مدلسازی قسمت‌های مختلف یک سیستم توربین بطور کامل آمده‌است. بر این اساس، شکل‌های بلوک دیاگرام ۶،۷،۸ پیشنهاد می‌گردد.
شکل ۶ بلوک دیاگرام فشار خروجی کمپرسور
شکل ۷ بلوک دیاگرام درجه حرارت اگزوز
شکل ۸ بلوک دیاگرام توان مکانیکی و دور روتور
در ادامه این قسمت، به اختصار، بلوک دیاگرام‌های شکل‌های فوق بررسی می‌شوند. فشار خروجی کمپرسور متناسب با دور روتور و همچنین موقعیت دریچه است و یک ثابت زمانی کوچک نیز برای کمپرسور در نظر می‌گیرند. برای محفظه احتراق، توربین و اگزوز ( اگر دقت بالایی مدنظر باشد) یک تاخیر بسیار کوچک (حدود ۰۱/۰ ثانیه) در نظر گرفته می‌شود، ولی در اکثر مطالعات از آن صرف‌نظر می‌گردد. دینامیک قابل ذکر در این قسمت، دینامیک پوسته و ترموکوپل است که باید با هم به صورت یک بلوک در نظر گرفته شوند (زیرا متغیر بین دو بلوک قابل اندازه‌گیری نیست) و مهم‌تر از آن بلوک دیاگرام مربوط به دینامیک محور توربین است.
از آنجا که رابطه بین درجه حرارت اگزوز و دور روتور با میزان فلوی گاز و یا مایع در نقاط کاری مختلف (در حالت مانا) خطی نیست، لزوم ارائه یک بلوک غیرخطی مشهود می‌گردد. البته اگر هدف مدلسازی توربین فقط در حوالی نقطه کار باشد، می‌توان از این بلوک صرف‌نظر نمود. در قسمت بعد به معرفی سیستم گاورنر توربین گاز، حالت‌های مختلف کنترل و منطق کنترل آن خواهیم پرداخت.
منبع:
دکتر مهدی کراری، زمستان ۱۳۹۲، «دینامیک و کنترل سیستم های قدرت» ، پلی تکنیک تهران
اصول کنترل توربین گاز (بخش اول)
اصول کنترل توربین گاز (بخش سوم)
خیلی عالی و مفید
منتظر بخش های بعدی هم هستیم