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研究生: 王君豪
Chun-Hao Wang
論文名稱: 微型渦輪機發電系統之性能研究
Performance Investigation of a Microturbine Generator Set
指導教授: 蔣小偉
Hsiao-Wei Chiang
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 微型渦輪機微型渦輪機發電系統氣渦輪引擎再生式氣渦輪引擎
外文關鍵詞: Microturbine, Microturbine Generator Set, Gas Turbine, Regenerative Gas Turbine
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  • 本研究係針對150 kW微型渦輪機(Microturbine)發電系統,建立其性能測試與分析之能量,俾提供國人未來自行開發微型渦輪引擎及其控制系統之參數設計依據。本研究主要完成了一套完整微型氣渦輪引擎之測試分析能量,包括實驗建置、性能測試、以及分析模型比對驗證。
    實驗設備架設方面,將各類量測元件:熱電偶、壓力傳感器、渦輪流量計、光學轉速計等安裝於引擎上欲量測物理量之適當位置,並利用PC數據擷取系統將裝載於引擎上各量測元件測得之燃燒室出口溫度、排氣溫度、壓縮機進口壓力、壓縮機出口壓力、燃油流量、壓縮機轉速、輸出軸轉速等訊號予以同步擷取記錄。
    性能測試方面,使用150 kW負載箱代替實際供電負載輸出,量測並記錄微型渦輪機發電系統從零負載、部分負載、至150 kW全載,各狀態下其引擎各性能參數之變化,建立引擎性能基線(Baseline),包括轉速、溫度、壓力、燃油消耗、發電量等。
    最後進一步以數值分析軟體GasTurb,來探討引擎在設計點與非設計點下之性能曲線,包括馬力(發電功率)與熱效率曲線、馬力(發電功率)與油耗曲線,以及再生系統效率等性能,並與實驗數據作一比對驗證,完成引擎達最大馬力時,使用再生系統下之熱效率為28%,無再生系統之情況下之熱效率僅達14%。分析模型之建立將可助於未來Microturbine之開發設計及性能分析預測工作。


    An investigation was conducted to perform study of a 150 kW microturbine generator set with twin rotating disk regenerators including testing and analyses. As a result of that, we can establish the basis for future microturbine generator engine heat energy and thermal efficiency regenerative system design guidelines.
    Using the PC-based data acquisition system, the engine speed, turbine inlet temperature, exhaust temperature, compressor inlet and discharge pressure, and fuel flow rate were measured. The generator set was tested by using load bank to establish the baseline performance including temperature, pressure, horsepower, fuel consumption, and speed.
    A software program (GasTurb) was used to predict the performance of the microturbine generator set at different operating conditions in order to compare with the test results. With the above testing and analysis, we will be able to find out the performance of the 150 kW gas turbine engine including thermal efficiency vs. horsepower, fuel consumption vs. horsepower, and the regenerative performance. A thermal efficiency of 28% was predicted at full load with regeneration as compared to the no regeneration case, only 14% thermal efficiency.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 符號說明 XI 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 3 1.3 研究目的 7 第二章 研究方法 9 2.1 RGT-3600微型氣渦輪引擎 10 2.1.1 空氣系統 11 2.1.2 再生系統 11 2.1.3 燃油供應系統 13 2.1.4 潤滑油系統 13 2.1.5 啟動-點火系統 13 2.1.6 轉子-軸承系統 14 2.1.7 控制系統 14 2.2 RGT-3600微型渦輪機發電系統 17 2.3 量測系統 17 2.3.1 量測設備 18 2.3.2 數據擷取系統 19 2.4 軟體分析 21 2.4.1 GasTurb商用套裝軟體介紹 21 2.4.2 GasTurb理論數學模式 22 第三章 結果 25 3.1 RGT-3600微型渦輪機發電系統操作程序 25 3.2 量測系統數據擷取 25 3.3 無負載測試 25 3.3.1 怠速運轉(IDLE Mode)測試 25 3.3.2 發電運轉(RUN Mode)測試 26 3.3.3 無負載測試實驗結果 26 3.4 負載測試 28 3.4.1 負載測試程序 28 3.4.2 負載測試實驗結果 28 3.5 分析模型建立 29 第四章 結論與建議 31 4.1 實驗建置 31 4.2 性能測試 31 4.3 分析模型比對驗證 32 4.4 建議 33 參考文獻 35 附錄 73

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