شماره ركورد
21327
شماره راهنما(اين فيلد مربوط به كارشناس ميباشد لطفا آن را خالي بگذاريد)
21327
پديد آورنده
امين صالحي
عنوان
بكارگيري روش "حس بار" در طراحي واحد كنترل سوخت موتور توربوشفت
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مكانيك
سال تحصيل
92-93
تاريخ دفاع
1398/6/23
استاد راهنما
دكتر مرتضي منتظري
دانشكده
مكانيك
چكيده
مطالعه بر روي سيستمهاي كنترل سوخت موتورهاي توربين گازي از زمينههاي فعال تحقيقاتي در آزمايشگاه تحقيقاتي شبيهسازي و كنترل سيستمها در دانشگاه علم و صنعت ميباشد و در سالهاي اخير نيز طرح تحقيقاتي "طراحي و ساخت واحد كنترل سوخت مدرن براي يك موتور توربوشفت" در اين آزمايشگاه در حال انجام بوده است. در اين پروژه هدف جايگزيني سيستم كنترل فعلي اين موتور كه يك سيستم هيدرومكانيكي است با يك سيستم كنترل مدرن ميباشد. در سيستم كنترل فعلي محاسبات الگوريتم كنترلي توسط مكانيزمهاي مكانيكي و هيدروليكي انجام ميشود كه اين امر سبب پيچيدگي ساختاري سيستم كنترل، عدم امكان توسعه و نگهداري مشكل سيستم ميشود. با توجه به بررسيهاي انجامشده ساختاري جديد شامل يك واحد كنترل الكترونيكي (ECU) و يك واحد كنترل سوخت (FCU) شامل پمپ جابجايي متغير پيشنهاد گرديد. رساله¬ي حاضر در راستاي طراحي و ساخت واحد كنترل سوخت براي اين موتور تعريف و انجامشده است.
در سال¬هاي اخير ايده بكارگيري روش "حس بار" در هيدروليك صنعتي براي تنظيم دبي و فشار پمپهاي جابجايي متغير و افزايش راندمان آن مطرح شده است. در اين روش فشار خروجي سيال بهعنوان نماينده بار بهصورت هيدروليكي اندازهگيري شده و براي كنترل فيدبك پمپ جابجايي متغير مورداستفاده قرار ميگيرد. در اين رساله پيشنهاد شده است تا اين ايده در طراحي واحد كنترل سوخت موتور توربوشفت بكار گرفته شود و با انجام تستهاي تجربي مورد بررسي قرار گيرد. بدين منظور ابتدا دياگرام مدار واحد كنترل سوخت موتور بر اساس روش حس بار طراحي و ارائه شده است. آنگاه تجهيزات موردنياز آن خريداري و ساختهشده است. جهت بررسي عملكرد طرح پيشنهادي براي FCU يك بستر تست ايجاد شد و با استفاده از آن بكارگيري دو روش حس بار هيدرومكانيكي و حس بار الكتروهيدروليكي در طراحي واحد كنترل سوخت مورد ارزيابي قرار گرفته است. سيستم تست شامل مجموعه محرك پمپ، مخزن و لولهكشيهاي هيدروليك، سنسورهاي فشار و دبي، كارتهاي دادهبرداري جهت انتقال اطلاعات بين قسمتهاي نرمافزاري و سختافزاري، مدارات واسط جهت پردازش سيگنالها و كامپيوترهاي صنعتي و PC ميباشد.
جهت طراحي كنترلر فشار از روش شناسايي سيستم براي مدلسازي FCU و از روشهاي كنترل كلاسيك و فازي- عصبي-تطبيقي استفاده گرديده است. در ادامه از روش شبيهسازي سختافزار در حلقه جهت تست FCU استفادهشده است. اين روش امكان تست FCU در شرايط عملكردي نزديك به واقعيت را فراهم ميسازد. در پلتفرم سختافزار در حلقه FCU، مدل موتور توربوشفت و ECU بهصورت زمان واقعي در كامپيوتر شبيه¬سازي و اجرا مي¬شوند و نتايج حاصل از شبيهسازي به FCU منتقل و در انتها پاسخ FCU به قسمت شبيهسازي وارد ميشود و از اين طريق يك شبيهسازي كامل از سيستم كنترلي انجام ميگيرد. تست¬هاي انجامشده و مقايسه نتايج با نتايج بدست آمده از شبيهسازي نرمافزاري كه درواقع پاسخهاي مطلوب در طراحي ميباشند نشاندهنده عملكرد مناسب FCU طراحيشده ميباشد. در انتها نيز مصرف انرژي و تلفات FCU طراحيشده با شبيهسازي طرحهاي مرسوم از FCU مورد مقايسه قرار گرفت كه نتايج اين مقايسه حاكي از عملكرد مناسب FCU طراحيشده با تلفات بسيار كمتر نسبت به طرحهاي مشابه ميباشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1398/09/02
عنوان به انگليسي
Utilizing Load Sensing Method in Design of Fuel Control Unit of Turboshaft Engine
تاريخ بهره برداري
11/23/2019 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
امين صالحي
چكيده به لاتين
Investigation of fuel control systems of gas turbine engines is one of the research fields in Systems Simulation and Control laboratory in Iran University of Science and Technology (IUST) and in recent years, a research project entitled "Design and Implementation of a Modern Fuel Control System for a Turboshaft Gas Turbine Engine" has been conducted in this laboratory. In this project, the goal is replacement of current hydromechanical fuel control system by a modern one. In the current system, control algorithm is implemented via mechanical and haydraulic mechanisms which makes the control structure complicated and inhibits further developments. A new structure comprised of Electronic Control Unit (ECU) and Fuel Control Unit (FCU) including a variable displacement pump is suggested. Present dissertation is introduced and conducted in order to design and implementation of the FCU for the mentioned engine.
In the recent years, the load sensing (LS) approach is proposed in industrial hydraulics for adjusting the flow and pressure of variable displacement pumps with the aim of increasing the efficiency. In this method, pressure as the representative of the load is fed back to the pump controller through hydraulic signal. This study suggests utilizing of this method in FCU design and then evaluates the performance against experiments. To this end, firstly, the diagram of the FCU based on LS method is proposed and then the necessary equipments prepared and manufactured. After that, a test bench, including pump driver, tank, piping, pressure transducer, flowmeter, data acquisition, electronic interfaces for signal processing and industrial PC, is developed to evaluate the performance of the proposed FCU based on LS and ELS methods.
In order to design the pressure controller, both classic and intelligent (ANFIS) methods are used and also system identification method employed for modeling the FCU. In addition, the hardware-in-the-loop simulation is performed in order to test the FCU in near real conditions. In the HIL simulation platform, turboshaft engine and ECU are simulated in real-time environment and FCU is placed in the simulation loop as a hardware. Comparing the experiments with model-in-the-loop simulation results verifies the performance of the proposed FCU. Finally, the consumed and lost power of the FCU are compared to that of some conventional FCUs and a significant improvement is shown in terms of efficiency.