Μελέτη μετατροπής κινητήρα ελικοπτέρου σε αεριοστρόβιλο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας - Τσιόκας, Στέργιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών, 2014)
Η παρούσα εργασία σκοπό έχει την μελέτη μετατροπής του κινητήρα Τ53-L-13B σε βιομηχανικό αεριοστρόβιλο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η εκπόνησή της γίνεται μετά από πρόταση της Διεύθυνσης Τεχνικού Σώματος του Γενικού Επιτελείου Στρατού (ΓΕΣ/ΔΤΧ). Αρχικά παρουσιάζεται ο κινητήρας που μελετάται και γίνεται ένας προκαταρκτικός υπολογισμός με χρήση των θερμοδυναμικών εξισώσεων για το σημείο σχεδίασης. Στη συνέχεια δημιουργείται το ακριβές υπολογιστικό μοντέλο που προσομοιώνει τη λειτουργία του κινητήρα με τη χρήση του προγράμματος PROOSIS. Η υλοποίηση του μοντέλου γίνεται με τη χρήση δεδομένων για τον κινητήρα από την ανοιχτή βιβλιογραφία και από δεδομένα του δοκιμαστηρίου κινητήρων της Ελληνικής Αεροπορικής Βιομηχανίας (ΕΑΒ). Η δημιουργία του μοντέλου ξεκινάει με την κατασκευή του σχηματικού διαγράμματος και με την επιλογή των παραμέτρων για λειτουργία στο σημείο σχεδίασης ώστε να προκύψουν οι συντελεστές κλίμακας των χαρτών για τις συνιστώσες της μηχανής. Ακολουθεί η προσομοίωση της λειτουργίας της μηχανής για τα εκτός σχεδίασης σημεία. Το μοντέλο αξιολογείται σύμφωνα με τις αποκλίσεις που προκύπτουν από τα δεδομένα του δοκιμαστηρίου για διάφορα σημεία λειτουργίας. Για την ελαχιστοποίηση των αποκλίσεων εφαρμόζεται μέθοδος βελτιστοποίησης επιλεγμένων παραμέτρων. Το αρχικό μοντέλο βελτιώνεται με προσθήκη δεύτερης συνιστώσας συμπιεστή ώστε να διακρίνεται ο αξονικός συμπιεστής από τον ακτινικό. Η εκτίμηση των επί μέρους λόγων πίεσης γίνεται με βάση μονοδιάστατους υπολογισμούς. Επιπλέον γίνεται επιλογή συγκεκριμένων χαρτών με βάση το λόγο πίεσης και τη θέση της κάθε συνιστώσας στη μηχανή, ώστε να επιτυγχάνεται η καλύτερη δυνατή προσομοίωση. Στο νέο βελτιωμένο μοντέλο που προκύπτει εφαρμόζονται η αντίστοιχη διαδικασία με αυτήν του πρώτου. Το μοντέλο αφού αξιολογηθεί συγκρίνεται με το προηγούμενο. Το τελικό μοντέλο είναι αυτό που απεικονίζει ιδανικά τη λειτουργία του πραγματικού κινητήρα. Στο σημείο αυτό γίνονται οι υπολογισμοί και η περιγραφή που αφορούν στη σύνδεση του κινητήρα με τη γεννήτρια και το δίκτυο. Η γεννήτρια συνδέεται με τον κινητήρα μέσω κατάλληλα διαστασιολογημένου μειωτήρα στροφών και με το δίκτυο μέσω του απαραίτητου ηλεκτρολογικού εξοπλισμού. Μετά την υλοποίηση του μοντέλου του κινητήρα και λαμβανομένης υπόψη της παλαιότητας της τεχνολογίας του, επιδιώκεται η βελτίωσή του με την εφαρμογή ανακόμισης των καυσαερίων. Κατασκευάζεται νέο σχηματικό διάγραμμα και το νέο μοντέλο δοκιμάζεται για λειτουργία σε συνθήκες περιβάλλοντος διαστήματος ενός ημερολογιακού έτους ώστε να συγκριθεί η λειτουργία του με αυτήν του μοντέλου χωρίς ανακόμιση. Ως διαφορετικός τρόπος της βελτίωσης του βαθμού απόδοσης, δεδομένου ότι η θερμοκρασία εξόδου των καυσαερίων είναι αρκετά υψηλή, εξετάζεται η λειτουργία του κινητήρα σε συνδυασμένο κύκλο νερού – υδρατμού. Κατασκευάζεται το κατάλληλο σχηματικό διάγραμμα και αφού γίνει η σχεδίαση του συνδυασμένου κύκλου στο επιλεγμένο σημείο σχεδίασης, κατασκευάζεται νέο σχηματικό διάγραμμα στο οποίο προσομοιώνεται η λειτουργία εκτός σημείου σχεδίασης. Το μοντέλο δοκιμάζεται και αυτό όπως τα προηγούμενα για λειτουργία σε διάστημα ενός ημερολογιακού έτους ώστε να γίνουν οι ανάλογες συγκρίσεις. Από τους υπολογισμούς προκύπτει σημαντική αύξηση του βαθμού απόδοσης και στις δύο περιπτώσεις εκμετάλλευσης της θερμότητας των καυσαερίων, γεγονός που οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο υπόψη κινητήρας προσφέρεται για τέτοιου είδους βελτίωση. Τέλος γίνεται μια οικονομοτεχνική αξιολόγηση της υλοποίησης του απλού κύκλου χωρίς ανακόμιση θερμότητας καυσαερίων. Με βάση διάφορα σενάρια λειτουργίας και αρχικού κόστους υπολογίζεται το οριακό κόστος της κιλοβατώρας για δεκαετή απόσβεση της επένδυσης. Προκύπτει το συμπέρασμα ότι η εκτίμηση της αποδοτικότητας της επένδυσης επηρεάζεται σημαντικά από τον προορισμό και τρόπο χρησιμοποίησης του συγκροτήματος.