KR100762029B1 - 워터 분사 시스템용 제어 시스템 및 워터 분사 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 높은 주위 공기 온도에서 작동하는 동안에 가스 터빈(10)의 동력 출력을 증강시키는 동시에 가스 터빈 작동 매개변수를 측정함으로써 가스 터빈에 수용되는 한계내의 입구 공기내의 워터 함유량을 유지하기 위해 가스 터빈 공기 입구 시스템(60)에 설치되는 워터 과포화 시스템(26, 54, 66, 68, 82)을 위한 워터 분사 제어 시스템(42, 52, 62)에 관한 것이다. 제어 시스템은 주위 공기의 습도 또는 이슬점 온도, 주위 공기의 건구 온도, 압축기 입구 공기 유동 및 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 작동을 나타내는 가스 터빈 매개변수에 의거하여 과포화 시스템에 공급되는 워터를 개시, 정지, 조정 및 제한한다.

Description

워터 분사 시스템용 제어 시스템 및 워터 분사 시스템{CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR GAS TURBINE INLET-AIR WATER-SATURATION AND SUPERSATURATION SYSTEM}
도 1은 워터 분사 시스템 및 이와 관련된 제어 시스템을 구비하는 가스 터빈 시스템의 제 1 실시예의 개략도,
도 2는 워터 분사 시스템 및 이와 관련된 제어 시스템을 구비하는 가스 터빈 시스템의 제 2 실시예의 개략도,
도 3은 워터 분사 시스템 및 이와 관련된 제어 시스템을 구비하는 가스 터빈 시스템의 제 3 실시예의 개략도,
도 4는 워터 분사 시스템 및 이와 관련된 제어 시스템을 구비하는 가스 터빈 시스템의 제 4 실시예의 개략도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 가스 터빈 12 : 압축기
14 : 연소부 16 : 터빈
20 : 공기 입구 후드 22 : 입구 안내 베인(IGV)
24 : 공기 덕트
26, 54, 66, 68, 82 : 워터 과포화 시스템
28, 58 : 매니폴드 32 : 공기 여과기
34 : 입구 공기 스쿠프 35 : 워터 분사 시스템 노즐
36 : 워터 펌프 40 : 컴퓨터 시스템
42, 52, 62 : 워터 분사 제어 시스템
44, 46, 70, 72 : 유동 센서(FT)
47 : 워터 밸브 48 : 주위 공기 압력 센서(PT)
54 : 증발 냉각기 52 : 습구 온도 센서(TE)
56 : 건구 온도 센서(TE) 60 : 가스 터빈 공기 입구 시스템
74 : 워터 공급 배관
본 발명은 가스 터빈 제어 시스템 분야에 관한 것이며, 특히 가스 터빈에 진입하는 공기 스트림을 물로 포화 및/또는 과포화시키는 워터 분사 시스템(water injection system)에 관한 것이다.
가스 터빈 입구에서의 워터에 물 공기의 포화 및 과포화는 일반적으로 터빈 전력 출력을 증가시킨다. 입구 공기내로의 물의 분사는 가스 터빈을 높은 주위 공기 건구 온도의 상태내에서 작동시킬 때 종종 실행된다. 공기/물 혼합물이 압축기에 진입할 때 단지 물로 포화되지 않으면, 물은 대체로 압축기 입구 공기 내로 분사될 때, 공기/물 혼합물이 압축기 입구로 진입하기 전에 증발한다.
기존의 워터 분사 시스템은 가스 터빈 전력 출력을 증대시키기 위해서 압축기 입구 공기를 포화 또는 과포화한다. 매니폴드와 분무 노즐의 어레이를 통해 물을 분사함으로서 가스 터빈 압축기에 공급되는 입구 공기를 냉각시키는 기계식 워터 분사 시스템을 이용 가능하다. 물의 증발에 의해, 바람직하게 압축기의 입구 안내 베인(inlet guide vanes; IGV)에 진입하는 공기가 냉각된다. 일반적으로, 최저 작동 유체의 입구 온도는 입구 공기를 물로 포화 또는 과포화시킴으로써 달성된다. 따라서, 워터 분사 시스템을 구비하는 가스 터빈에서 전력 출력이 증가될 수 있다. 기존의 시스템은 워터/공기 혼합물이 압축기에 진입할 때 충분히 증발되는 것을 보장하지 않는다.
압축기 입구에서의 공기/물 혼합물의 과포화는 압축기로 진입할 때의 포화되지 않은 입구 공기내에 물을 공급한다. 과포화는 가스 터빈 전력 출력을 증가시키기 위해 유용한 적어도 2개의 유익한 기능을 수행하며, 상기 기능은 하기의 항목을 포함한다.
1. 분사된 물(압축기에 진입할 때 증발되지 않음)은 작동 유체(물/공기 혼합물)가 압축기를 통해 유동할 때 최종적으로 증발한다. 압축기 내의 증발에 의해 압축기를 통과하는 작동 유체가 냉각된다. 압축기(중간 냉각)내의 작동 유체의 냉각은 그 압축에 필요한 전력을 감소시킨다. 가스 터빈의 정미(net) 전력 출력은 전체 가스 터빈 전력 출력에서 압축기 전력 입력 요구를 뺀 것이다. 압축기가 필요로 하는 전력의 모든 감소는 가스 터빈 전력 출력에서의 정미 증가를 발생시킨다. 이 정미 전력 출력의 이득은 압축 전력 입력에서의 감소분과 실질적으로 일치한다.
2. 작동 유체의 질량 유동은 과포화에 의해 증가된다. 압축기는 가스 터빈의 연소기에 일정량의 작동 유체를 공급한다. 작동 유체의 질량은, 압축기에 진입하는 공기/물 혼합물을 과포화시킴으로써 증가될 수 있다. 액체 워터 미스트의 비체적(specific volume)은 공기의 비체적의 대략 1/800이다. 역으로, 과포화된 워터 미스트의 질량 유동은 포화된 공기/물 작동 유체 혼합물의 질량 유동보다 매우 크다. 터빈 전력 출력은 작동 유체의 질량 유동에 정비례한다. 그 높은 질량으로 인하여, 과포화된 작동 유체에 부가된 워터는 가스 터빈 전력 출력을 증가시킨다. 따라서, 작동 유체를 물로 과포화시킴으로써 유체의 질량 유량 및 터빈의 전력 출력이 증가한다.
가스 터빈의 전력 출력은 높은 주위 공기 건구 온도에서 작동하는 경우에, 압축기의 입구 덕트내로 유동하는 공기내로 미세한 분무된 워터를 분사함으로써 증가될 수 있으며, 압축기 입구 공기는 압축기에 진입할 때 과포화된다. 종래의 과포화 워터 분사 시스템은 덕트내의 한 세트의 매니폴드 및 노즐로 구성되거나 또는 매니폴드 및 노즐의 2개의 분사 부분으로 분리된다. 가스 터빈 발전 증대는 분사 시스템이 공기를 물로 포화시키는 상류와, 압축기 입구에서 또는 인접해서 위치된 제 2 하류 부분의 2개의 부분으로 분리됨에 의해서 최대화될 수 있다.
제어 수단을 구비하는 분무화된 워터 스프레이식 포화 시스템(fogger)은 미국 특허 제 5,463,873 호에 개시되어 있다. 가스 터빈의 압축기 입구로 공급되는 공기를 과포화시키기 위한 종래의 시스템은 일반적으로 공기 흡입 덕트내에 위치된 분무화된 스프레이 노즐의 단일 격자로 구성된다. 이들 대표적인 시스템은 전형은 미국 특허 제 5,867,977 호 및 미국 특허 제 5,930,990 호에 개시되어 있다. "워터 분사를 구비하는 가스 터빈"이라는 명칭의 유럽 특허 공개 제 0 781 903 A2 호에 가스 터빈의 압축기 입구로 공급되는 공기를 과포화시키기 위한 시스템이 개시되어 있으며, 상기 시스템은 분리된 포화 및 과포화 시스템을 포함한다. 분리된 워터 분사/냉각 시스템은 워터 분사 시스템을 2개 세트의 매니폴드 및 노즐로 분리한다. 매니폴드 및 노즐의 제 1 분사 시스템은 입구 공기를 "포화시키기" 위해 충분히 분무화된 워터와, 압축기의 IGV에 진입하기 전의 공기내에서 워터를 완전히 증발할 수 있도록 충분한 잔류 시간을 제공한다. 제 1 분사 시스템으로부터의 물로 포화된 공기는 공기를 과포화하기 위해 부가적인 워터를 분사하는 매니폴드 및 노즐의 자체 세트를 구비하는 제 2 분사 시스템에 진입한다.
압축기로 진입하는 공기/물 혼합물의 과포화의 잠재적인 위험은 물방울이 압축기에 손상을 입힐 수 있다는 것이다. 물방울은 유체내의 미세한 워터 미스트 또는 과포화된 공기/물 혼합물내로 주입된 초과 워터 미스트로부터 결집될 수 있다. 미스트내의 큰 물방울은 압축기 블레이드 및 스테이터에 강하게 충돌하고 부식시킬 수 있다. 블레이드 부식은 압축기의 작동 유체내의 큰 물방울에 의해 발생될 수 있다. 가스 터빈용 워터 분사 시스템을 작동 시킬 필요가 있다. 제어 시스템은 워터 분사로 인한 발전 증가의 최대화와, 블레이드 부식 및 과도한 워터 분사의 다른 유해한 효과를 회피할 필요성이 있다.
본 출원인은 가스 터빈용의 포화 및 포화/과포화 워터 분사 시스템용 제어 시스템용의 신규한 제어 시스템을 발명했다. 제어 시스템은 워터 분사 시스템의 포화 및/또는 과포화에 의해서 압축기내로 공급되는 입구 공기내로의 분사된 워터의 양을 조정한다. 제어 시스템은 발전 증대를 최적화하며, 일정한 가스 터빈 제한에 따르도록 워터 분사를 제한한다. 또한, 이 제어 시스템은 워터의 분사를 조정하며, 전력 증대를 극대화하고 압축기 블레이드 부식의 가능성을 최소화한다.
특히, 제어 시스템은 압축기 공기내로 분사된 워터의 양을 개시, 정지 및 조절/조정한다. 이들 시스템은 가스 터빈의 전력 출력을 극대화하며, 압축기 블레이드의 부식을 최소화하며, 발전 증대 시스템의 작동을 적합하고 유리한 상태로 제한한다. 워터 분사 격자(예를 들면, 매니폴드 및 분무 노즐)가 분리될 때, 각 격자로의 워터 분사는 제어되어 격자로부터 배출될 때의 공기는 포화상태로 되거나 포화상태에 근접하며, 다음에 공기의 유동 및 다른 가스 터빈 매개변수에 의해 지시된 바와 같은 한계내에서 과포화된 부분으로의 물의 유동을 조절한다.
분리된 분사 시스템의 각 부분에 의해서 주입된 물을 개별적으로 제어하는 것은 하기된 항목을 포함하는 몇가지 장점을 제공한다.
(ⅰ) 분사된 물이 압축기 입구에서 공기/물 혼합물을 완전히 포화시키는 것을 보장한다. 제 1 분사 격자를 사용하여 공기를 포화시킴으로써, 제 1 격자에 의해서 공기/물 혼합물 온도를 공기/물 혼합물의 건구 온도에 근접하거나 동일해지도록 감소시킬 수 있다. 온도는 제 1 시스템에 의해 부가된 워터의 증발에 의해서 감소된다.
(ⅱ) 압축기에 진입 및 통과하는 작동 유체(공기/물 혼합물) 온도의 감소에 따라 가스 터빈의 전력 출력이 증가한다. 전력 출력은 (1) 상기 유체의 밀도의 증가에 의해 야기된 가스 터빈을 통과하는 작동 유체의 사이클 질량 유동에서의 증가와, (2) 압축기 입구 온도에서의 증가로 인한 사이클 온도 비율(압축기 입구 온도에 대한 점화 온도의 비율)에서의 증가 때문에 증가한다.
통합 시스템의 포화 및 과포화 부분에 대해 워터 미스트 분사 시스템을 분리하고, 각 시스템에 대한 물의 유량을 개별적으로 조정하여 시스템이 다양한 주위 공기 습도 상태에 대응하도록 함과 아울러, 공기/물 혼합물의 조성을 유지하여 가스 터빈 전력 출력을 최적화하는 동시에 충분한 한계내에서의 과포화 시스템의 작동을 유지하여 압축기 블레이드의 부식을 방지한다. 주위 공기 습도가 낮다면, 상당한 양의 워터가 포화 부분내의 공기내로 분사될 수 있는 한편 최대량의 워터가 과포화 부분내에 안전하게 계속 분사될 수 있다.
주위 공기가 이미 포화되었다면, 워터는 포화된 시스템내에서 증발될 수 없다. 포화된 주위 공기 상태에서, 제어 시스템은 분사 시스템의 포화 부분내로 워터를 분사하지 않는다. 주위 공기가 물로 포화되었을 때 워터는 포화 시스템으로 분사될 수 없음에도 불구하고, 워터는 과포화 부분에 의해 계속 분사될 수 있다. 따라서 워터 분사는 높은 습도 상태에서도 가스 터빈 전력 출력의 증대를 수행할 수 있다.
워터 분사 시스템을 위한 제어는 얼음이 압축기내에 형성되게 하는 워터 분사를 회피시킨다. 가스 터빈 압축기에 진입하는 물로 포화된 공기의 건구 온도는 압축기 IGV 또는 제 1 스테이지 로터 블레이드상에서 워터가 결빙할 잠재적 가능성이 있는 온도보다 높게 유지되어야 한다. 이 온도는 공기/물 혼합물이 입구 와류부 및 압축기 IGV를 통해 가속됨에 따른 워터/공기 혼합물내의 워터의 결빙을 회피하기 위한 워터의 빙점 이상으로 충분히 높게 유지되어야만 한다. 압축기 IGV 또는 회전 블레이드상에 얼음이 형성된다면 공기 유동은 감소되며, 전력 출력은 감소된다. 또한, 얼음이 IGV 또는 제 1 스테이지 로터 블레이드를 정체시키고 곧이어 정지시킨다면, 얼음은 하류 스테이지에 대해 상당한 기계적 손상을 야기시킬 수 있다. 워터 분사 시스템에 대한 제어는 압축기 내에서 워터의 결빙이 야기될 때의 조건 동안에 포화 및 과포화 시스템의 작동을 배제할 수 있다.
가스 터빈 입구 공기의 포화는 가스 터빈이 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 작동할 때에 가스 터빈이 그 내부에 합체된 가스 터빈(또는 조합된 스트림 및 가스 터빈 발전 시스템)의 열효율을 대체로 증가시킬 것이다. 작동자가 전력 출력을 최대 전력 출력보다 낮은 부하에서 설정할 때, 희망 지점이 최대 효율 지점이 되는 그 희망 지점과 다른 지점에서 가스 터빈이 작동될 것이기 때문에 열효율은 시스템을 작동시킴으로써 감소된다. 낮은 부하에서의 가스 터빈 입구 공기의 과포화는 낮은 부하에서 가스 터빈 또는 조합된 사이클 시스템의 열효율을 유사하게 감소시킬 것이다. 따라서, 제어 시스템은 가스 터빈이 그 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 작동을 제외하고는 포화 시스템 및/또는 과포화 시스템의 작동을 배제할 수 있다.
개시된 공기 워터 분사 제어 시스템의 일 실시예는 높은 주위 공기 온도에서의 작동 동안에 가스 터빈 전력 출력을 증가시키기 위해 가스 터빈 공기 흡입 시스템내에 설치된 워터 과포화 시스템에 대한 것이며, 동시에 측정된 가스 터빈 작동 매개변수에 의해서 지시된 바와 같이 가스 터빈에 허용가능한 한계내에서 흡입 공기내의 함량을 유지하는 것에 대한 것이다. 분사 시스템의 기계적 구성 부분은 가스 터빈 공기 흡입구 덕트내에 또는 가스 터빈 압축기 입구 후드내에 설치된 매니폴드 및 분무 노즐과, 워터의 제어된 유동을 각 매니폴드로 이송하기 위한 보조 시스템으로 구성된 분무된 워터 분무식 과포화 시스템을 포함하며, 상기 보조 시스템은 워터 저장 탱크, 워터 펌프, 배관 제어 밸브 및 유동 센서로 구성되어 있다. 워터 분사 제어 시스템은 주위 공기 습도 및 건구 온도, 주위 공기 건구 온도, 압축기 입구에서의 공기 유동 및 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 작동을 나타내는 가스 터빈 매개변수에 의거하여 과포화 시스템에 공급되는 워터를 개시, 정지, 조정 및 제한한다.
워터 분사 제어 시스템의 다른 실시예는 가스 터빈 압축기에 진입하는 공기를 냉각시키기 위해 가스 터빈 공기 흡입 시스템내에 설치된 분무화된 워터 스프레이식 증발 냉각기에 대한 것이며, 상기 냉각기는 상기 가스 터빈 압축기가 높은 주위 공기 온도에서 작동하는 동안에 가스 터빈 전력 출력을 증대시킨다. 냉각기내의 기계적 구성 부분은 가스 터빈 압축기로 진입하기 전에 흡입 공기내로 분사된 워터의 증발를 가능하게 하기 위한 낮은 공기 속도 및 충분한 잔류 시간을 갖는 위치에서의 공기 흡입 시스템내에 설치된 다중 매니폴드 및 노즐로 구성된 분무화 워터 스프레이식 증발 냉각기와, 제어된 물의 유동을 각 매니폴드로 이송하기 위한 보조 시스템을 포함하며, 상기 보조 시스템은 워터 저장 탱크, 워터 펌프, 배관, 제어 밸브 및 각 매니폴드용 공기 유동 센서로 구성된다. 워터 분사 제어 시스템은 주위 공기의 습도 또는 습구 온도, 주위 공기의 건구 온도, 증발 냉각기의 공기 하류의 건구 온도, 압축기 입구에서의 공기 유동 및 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 작동을 나타내는 가스 터빈 작동 매개변수에 의거하여 증발 냉각기로 제공되는 워터를 개시, 정지, 조정한다.
워터 분사 제어 시스템의 다른 실시예는 높은 주위 공기 온도에서 작동중인 가스 터빈 전력 출력 및 효율을 증대시키기 위해 가스 터빈 공기 흡입 시스템내에 설치된 분리된 2-스테이지 워터 포화 및 과포화 시스템에 대한 것이며, 동시에 측정된 가스 터빈 작동 매개변수에 의거하여 가스 터빈에 대해 허용 가능한 한계내에서 흡입 공기내의 워터의 함량을 유지한다. 분리된 분사 시스템의 기계적 구성 부분은 큰 유동 면적을 갖는 공기 흡입 덕트의 부분내에 설치되어 공기 속도가 낮은 다중 매니폴더 및 노즐을 구비하는 분무화된 워터 스프레이식 포화 부분과, 포화 부분의 공기 흡입 덕트 하류내에 또는 직접적으로 압축기 블레이드 경로내로 유동하는 분무를 갖는 가스 터빈 압축기 입구 후드내에 설치된 다중 매니폴드 및 노즐을 구비하는 분무화된 워터 스프레이식 과포화 부분과, 제어된 물의 유동을 각각 포화부분 및 과 포화 부분으로 운송하기 위한 보조 시스템을 포함하며, 상기 보조 시스템은 워터 저장 탱크, 워터 펌프, 배관, 제어 밸브 및 유동 센서로 구성된다. 워터 분사 제어 시스템은 주위 공기 습도 또는 습구 온도, 주위 공기 건구 온도, 공기 압축기 입구 공기 유동, 포화 부분의 공기/물 혼합물 하류의 건구 온도, 각 매니폴드로의 워터 유동 및 높은 출력을 나타내는 가스 터빈 작동 매개변수에 의거하여 포화 부분 및 과포화 부분에 제공된 물을 개시, 정지 및 조정한다.
워터 분사 제어 시스템의 다른 실시예는 가스 터빈 전력 출력 및 효율을 최적화하는 높은 주위 공기 온도에서의 작동 동안에 전력 출력을 증대시키며, 동시에 측정된 가스 터빈 작동 매개변수에 의거하여 가스 터빈에 허용 가능한 한계내에서 흡입 공기내의 워터 함량을 유지하기 위해 매개물식 증발 냉각기의 가스 터빈 공기 흡입 시스템 하류내에 설치된 워터 과포화 시스템에 대한 것이다. 과포화 시스템의 기계적 구성 부분은 속도가 낮은 큰 유동 면적을 갖는 공기 흡입 덕트의 부분내에 설치된 매개물식 포화 부분과, 직접적으로 압축기 블레이드 경로내로의 분무 유동을 갖는 가스 터빈의 압축기 입구 후드내에 설치된 분무화된 워터 스프레이식 과포화 부분과, 제어된 대량의 물을 과포화 부분으로 이송하기 위한 것으로서, 워터 저장 탱크 워터 펌프, 배관, 제어 밸브, 유동 센서로 구성된 부가적인 시스템과, 워터 섬프, 재순환 펌프, 블로우 다운 밸브, 포터블 워터 조성 밸브, 배관 등으로 구성된 매개물식 포화 부분용 부가적인 워터 시스템을 포함한다. 매개물식 증발 냉각기에 대해서는, 제어 시스템이 주위 공기의 건구 온도, 주위 공기의 습도 및 건구 온도 및 최대치에서 또는 최대치 근방에서의 작동을 나타내는 가스 터빈 매개변수에 의거하여 매개물식 증발 냉각기용 순환 펌프를 시동 및 정지시킨다. 과포하 시스템에 대해서는, 제어 시스템이 주위 공기 건구 온도, 증발 냉각기의 워터/공기 혼합 하류의 건구 온도, 압축기 입구에서의 공기 유동, 각 매니폴드로의 워터 유동 및 최대치에서 또는 최대치의 근방에서의 전력 출력을 나타내는 가스 터빈 작동 매개변수에 의거하여 과포하 부분내의 각 매니폴드에 제공되는 워터를 개시, 정지, 조정 및 제한한다.
이것들은, 이 발명의 다른 목적 및 장점뿐만 아니라, 첨부 도면과 조합되어 획득된 발명의 현재의 예시적인 실시예의 보다 상세한 설명을 수반하는 면밀한 연구에 의해 보다 완전히 이해되고 인식될 것이다.
도 1은 과포화 워터 시스템을 구비하는 가스 터빈 공기 흡입 시스템의 제 1 실시예의 도면이다. 가스 터빈(10)은 압축기(12) 연소부(14), 터빈(16) 및 터빈 배기 시스템을 포함한다. 가스 터빈의 작동 유체는 압축기로 진입하는 공기/물 혼합물로서, 연소부내의 연료와 혼합되어 고온 가스로 전화되며, 배기 가스로서 배출된다. 가스 터빈의 출력은 발전기(18) 또는 다른 발전 부하에 결합될 수 있다.
공기/물 혼합물은 공기 덕트(24) 및 공기 입구 후드(20)를 통과하여 압축기로 진입하며, 압축기의 IGV(22)를 통해 통과한다. 압축기 내에서, 혼합물은 일반적으로 스테이터의 캐스케이드 및 회전식 압축기 블레이드를 포함하고, 원심 분리식 압축기 스테이지를 포함할 수 있는 연속된 압축기 스테이지를 통해 통과함에 따라 점진적으로 압축된다. 공기 입구 후드(20)로의 입구는 워터 분사 분무 노즐과, 워터 공급 파이프로부터 노즐로 워터를 분배하는 매니폴드(28)의 단일 스테이지를 포함하는 워터 분사 시스템(25)에 연결된다. 공기는 공기 필터(32)와 입구 공기 스쿠프(34)를 포함하는 공기 덕트(24)로부터 분사 시스템으로 진입한다. 주위 공기는 스쿠프에 진입하며, 여과되고 워터 분사 시스템으로 이송된다. 워터 분사 시스템 노즐(35)은 분무화된 워터 미스트를 공기 덕트(24)를 통해 유동하는 공기내로 분사하며, 워터는 워터/공기 혼합물이 압축기에 진입하기 전에 증발한다. 노즐용 워터는 워터 배관을 통해 매니폴드로 연결된 펌프(36)와 워터 탱크(38)에 의해 공급된다. 워터는 물로 공기 스트림을 과포화하기 위해 공기내로 분사된다. 공기/물 혼합물은 가스 터빈으로 통과하며, IGV로 진입하며, 혼합물이 가스 터빈의 작동 유체가 된다.
제너럴 일렉트릭 마크 브이(General Electric Mark V)(등록 상표)와 같은 종래의 가스 터빈 제어 시스템(40)은 가스 터빈(10)의 작동을 조절한다. 워터 분사 시스템용 제어 시스템(42)은 가스 터빈 제어 시스템과 결합된다. 이들 제어 시스템은 단일 컴퓨터 시스템에 일체 결합될 수 있다. 제어 시스템은 센서의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 센서, 압축기 입구에서의 압력 및 작동 유체 압력(정적 및 동적 압력)을 검출하는 센서(FT)(44), 압축기 입구에서와 가스 터빈내의 다른 위치에서의 온도를 측정하는 압축기 및 터빈내의 온도 센서와 같은 가스 터빈의 상태 및 작동을 관찰하는 다양한 센서의 입력 신호를 수신한다.
다른 센서들로는 매니폴드로 유동하는 그리고 워터 분사 시스템(26)의 노즐을 통과하는 워터의 양(속도)을 측정하는 워터 유동 센서(FT)(46)를 포함할 수 있다. 이들 워터 유동 센서는 워터 분사 제어기(42)로 피드백 신호를 제공하며, 제어기는 의도된 유동 속도에 대해 비교한다. 제어기는 워터 밸브(48)를 작동시킴으로써 실제 워터의 유동 속도를 의도된 속도와 일치시키며, 이에 의해 압축기에 진입하는 공기내로 분사된 워터의 양이 조절된다. 또한, 센서는 주위 공기 압력 센서(PT)(48)에 의한 주위 공기 압력, 건구 온도 센서(TE)(50) 및 습구 온도 센서(TE)(52)에 의한 주변 온도와 같은 순환 상태를 관찰한다. 센서 신호는 전선, 무선 링크 및 다른 통신 경로와 같은 종래의 수단을 통해 제어기에 전송된다.
워터 분사 제어 시스템(42)은 흡입 공기의 워터의 포화 또는 과포화를 제어함으로써 가스 터빈 발전 증대를 최적화하며, 가스 터빈에 허용가능한 작동 한계내에서 워터 분사 시스템을 유지한다. 예를 들면, 제어기(42)는 가스 터빈이 최대 속도, 최대 부하(full-speed, full-load; FSFL) 상태가 된 후에 워터 분사를 개시할 수 있다. 제어기는 분사 시스템의 작동을 통제하는 연산을 실행한다. 제어 시스템은 가스 터빈으로부터의 센서 입력, 다양한 압력 및 온도 센서, 공기 및 워터 유동 센서를 수납하는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 컴퓨터내의 프로세서는 센서 입력을 평가하며, 워터 분사 시스템의 포화 및/또는 과포화 매니폴드/노즐로의 적합한 워터 유동 속도를 결정한다. 프로세서는 센서 측정치 및 가스 터빈 작동 매개변수로부터의 저장된 데이터를 검색하고, 워터 분사 시스템 제어에 유용한 출력을 발생시키기 위해 이 데이터를 사용하는 연산을 검색하기 위해 컴퓨터 기억 장치에 접근한다. 컴퓨터는 워터 밸브(47) 및/또는 워터 펌프(36)에 제어 신호를 발신하여 희망 워터 유동 속도를 야기시킨다. 제어 시스템(42)은 가스 터빈 작동 매개변수 및 주위 공기 상태에 응답한다. 제어 시스템은 가스 터빈 제어 시스템용 컴퓨터 시스템(40)과 일체식으로 결합되거나 컴퓨터 시스템내로 통합된다. 시스템은 워터 스프레이식 증발 냉각기(공기 포화 시스템), 단일 워터 분사 격자식 과포화 시스템, 2-스테이지 과포화 시스템 및 다른 워터 분사 시스템을 제어하기에 적절하다.
워터 분사 제어 시스템(42)은 매니폴드 및 분무 노즐의 단일 세트에 의해 과포화 시스템내에 분사된 워터를 개시, 정지, 조정 및 제한한다. 제어 시스템은 압축기 공기 유동 센서(44)로부터의 입력 신호와, 센서(48)에 의해 측정된 바와 같은 과포화 시스템의 상류의 덕트에서 유동하는 주위 공기 또는 공기 유동의 건구 온도와, 센서(50) 및 각 매니폴드 워터 공급 라인내의 워터 유동 센서(46)에 의해 측정된 바와 같은 과포화 시스템의 상류의 덕트에서 유동하는 주위 공기 또는 공기의 습구 온도 또는 습도와, 가스 터빈이 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 작동되는 것을 나타내는 가스 터빈 매개변수(종래의 가스 터빈 작동 센서에 의해 측정된 바와 같은)로부터의 입력 신호에 의거하여 이들 기능을 수행한다.
워터 분사 시스템용 제어 시스템은 하기된 항목을 포함하는 특정 제어 기능을 수행한다.
1. 주위 공기 조건이 양호하고 가스 터빈이 최대 출력에서 또는 그 근방에서 작동할 때, 과포화 시스템 워터 펌프(36)를 시동하고 워터 정지 밸브(48)를 개방한다.
2. 매니폴드(35)로의 워터 유동을 조절함으로써 워터 분사 노즐에 의해 효과적인 워터 분무화를 달성하기 위한 워터 유동 범위가 양호해진다. 단일 워터 펌프(36) 및 제어 밸브(48)의 세트로부터의 워터 유동 피드백 신호는 각 매니폴드로의 워터 유동의 조절을 나타낸다. 또한, 변속 드라이브 및 각 매니폴드를 위한 적절한 제어를 포함하는 시스템이 사용될 수 있다. 변속 워터 펌프를 구비하는 시스템내에서 제어기(42)는 분사 매니폴드 및 노즐로의 수압 및 워터 유동을 조절하기 위해 밸브 위치 및 펌프 속도 양자를 조정할 수 있다.
3. 주위 공기의 건구 및 습구 온도, 과포화 시스템으로의 측정된 워터 유동, 가스 터빈 공기 흡기 또는 다른 유동 측정 시스템상의 유동 센서에 의해 감지된 압축기 공기 유동에 의해 결정된 바와 같은 주위 공기내의 물 비율의 근거하여 과포화 시스템의 하류의 공기/물 혼합물에 대한 워터 비율(WF) 설정점을 유지하기 위해 과포화 시스템으로의 총 워터 유동을 조정한다. 워터 유동을 결정하는 예시적인 연산은
WSS = WF1SS+ Wc 이며,
WSS는 과포화 시스템으로의 총 워터 유동이며, WF1SS는 워터 분사 시스템(26)으로의 워터 비율이며, W1C는 압축기 입구에서의 건조한 공기(워터 증기가 없는 공기)의 유동이다.
워터 비율을 결정하는 예시적인 연산은
WF1C = WFa + WFSS 이며,
WF1C는 압축기/IGV 입구에서의 워터 비율이며, WFa는 순환 공기[WFa = f(Tadb, Tawb)]의 워터 비율이며, Tawb는 건구 온도이며, "f"는 예를 들면 Tadb 및 Tawb와 같은 입력 매개변수와, 예를 들면 Wfa와 같은 출력 사이의 함수적인 관계를 나타낸다.
4. 압축기 블레이드의 부식 또는 다른 가스 터빈 한계를 최소화하기 위해서, 예를 들면 압축기 입구에서의 과포화 시스템의 공기/물 혼합물 하류내의 워터의 비율을 제한하는 것에 의거하여 과포화 시스템으로의 워터의 유동을 제한한다. 제어 시스템은 워터 유동이 한계값에 동일해 지거나 한계값을 초과할 것을 요구하는 경우의 워터 비율을 제한하도록 조절한다.
5. 예를 들면 습도가 매우 높아지거나 온도가 매우 낮아지는 것과 같이 주위 공기 상태가 워터 분사에 적합하지 않은 경우거나, 또는 가스 터빈 매개변수가 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 작동을 나타내지 않을 때, 매니폴드/노즐로의 워터 유동을 정지시킴으로써 분사 워터를 정지시킨다.
도 2는 분무화된 워터 스프레이식 포화 시스템(증발 냉각기)(54)내의 가스 터빈 흡입 공기내로의 워터 분사를 개시, 정지, 조정 및 제한하는 포화 워터 분사 제어 시스템(52)의 제 2 실시예를 도시한다. 제어 시스템은 주위 공기 건구 온도 센서(48), 주위 공기 온도 또는 습도 센서(50), 공기 덕트내에서 증발 냉각기와 약간의 거리를 두고 위치된 건구 온도 센서(56)[따라서 센서(56)를 거쳐 통과하기 전에 워터의 상당한 증발이 일어난다.), 압축기 공기 유동 센서(44) 및 각 매니폴드로의 워터 공급 라인내의 유동 센서(46)로부터의 입력 신호에 의거하여 이들 기능을 수행한다.
제어 시스템의 제 2 실시예를 구성하는 특정 제어 기능은 하기된 항목을 포함한다.
1. 주위 공기 상태가 양호하고 이 가스 터빈 매개변수가 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 가스 터빈을 나타낼 때, 증발 냉각기 워터 펌프(36)를 가동하고 워터 정지 밸브(48)를 개방한다. 양호한 주위 공기 상태는 일반적으로 건구 온도가 59℉(15℃)이며, 주위 공기내의 상대 습도가 10%보다 높다.
2. 매니폴드에 부착된 노즐에 의해 워터 분무의 효과적인 분쇄를 달성하기 위해 각 매니폴드(58)로의 워터 유동을 조정함으로써 유동 넓이는 양호해 진다. 매니폴드로의 워터 유동/압력은 밸브(특히 워터 펌프가 단일 속도 펌프가 되는)이거나 밸브(48) 또는 밸브(48)의 조합과 변속 워터 펌프에 의해 단독으로 제어될 수 있다.
3. 소정의 건구 온도를 증발 냉각기의 입구 공기/물 수송 하류(60)내의 건구 온도 센서(56)에 의해 측정된 바와 같이 유지하기 위해서 증발 냉각기(54)로의 총 워터 유동을 조절한다. 이 건구 온도 설정은 주위 공기 습구 온도에 주위 공기 습구 온도와 주위 공기 건구 온도 사이의 차이인 대략 5% 내지 10%의 비율을 더한 것과 같이 제어 시스템(52)에 의해 계산될 수 있다. 증발 냉각기로의 워터 유동의 피드백 제어를 위한 예시적인 연산은
WWeC = K1(T2ecdbsp - T2ecdb) 이며,
WWeC는 냉각기로의 워터 유동 속도이며, K1은 피드백 제어의 이득이며(그리고 각각의 분사 시스템 설계에 대해 결정되며), T2ecdbsp는 냉각기의 건구 온도 하류에 대한 설정점이며, T2ecdb는 냉각기의 실제 건구 온도[센서(56)] 하류이다. 따 라서, WWeC는 냉각기의 실제 건구 온도 하류와 설정점 건구 온도 사이의 차의 함수이다.
덕트(60)를 통해 유동하는 공기/물 혼합물내의 물로 인해 덕트 내의 건구 온도(56)는 종종 습윤된다. 습윤된 건구 온도 센서는 잠재적으로 부정확한 건구 온도 신호를 발생시킬 수 있다. 건구 온도 센서(56)가 증발 냉각기로부터 잔류된 유동성 워터에 의해 습윤된다면, 상기 건구 온도 센서는 습구 온도(건구 온도가 아닌)를 나타낼 것이다. 부정확한 습구 온도는 건구 온도 설정점 이하가 될 것이며, 따라서 제어기(42)는 정확하지 않은 건구 데이터에 대해 반응하며 불안정해진다. 대체로 습윤된 건구 센서로부터 초래되는 제어 불안정성을 방지하기 위해서, 제어 시스템(52)은 주위 공기 건구 및 주위 공기 습구 온도로부터 계산된 워터 유동 요구를 구비하는 피드포워드 시스템으로 전환된다. 이들 온도 측정에 의거하여, 제어기는 압축기 입구 유동이 증발 냉각기의 건구 온도 설정점 하류를 만족시키기에 적합한 유동이 되도록 조정한다. 피드포워드 제어를 위한 예시적인 연산은
Wsesep = K2 * W1c * (WFas - WFa) 이며,
Wsesep는 압축기로의 물 속도 유동에 대한 피드포워드 제어 계산 요구이며, K2는 증발 냉각기 효과이며, W1c는 압축기로의 공기/물 유동 속도[센서(44)]이며, WFas는 포화된 주위 공기 워터 비율[WFas = f(Tawb)]이며, WFa는 순환 공기[WFa = f(Tadb, Tawb)]의 물 비율이다.
4. 주위 공기 상태가 적합하지 않은 경우에나 또는 가스 터빈 매개변수가 최대 출력에서 EH는 그 근방에서의 작동을 나타내지 않을 때, 증발 냉각기로의 워터 유동을 정지시킨다. 증발 냉각기에 대한 양호한 주위 공기 상태는 주위 공기 건구 온도가 59℉(15℃) 이상이 되는 것을 포함할 수 있다.
도 3은 가스 터빈의 흡입 공기 스트림내로 분사되는 워터를 개시, 정지, 조절 및 제한하는 워터 분사 시스템 제어 시스템(62)의 제 3 실시예를 도시한다. 제어 시스템은 분무 스프레이 매니폴드 및 노즐(66, 68)의 2개의 세트를 구비하는 분리된 과포화 워터 분사 시스템(62)을 위한 것이다. 매니폴드 및 분무화 노즐(66)의 제 1 세트는 공기 스트림을 포화시키기 위해 충분한 워터를 분사한다. 매니폴드 및 노즐의 제 1 세트에 의한 워터 분사 후에, 매니폴드 및 분쇄 노즐(68)의 제 2 세트내로 물로 포화된 공기가 통과하기 전에 워터를 증발시키기 위해서 덕트(60)내의 공기/물 혼합물에 대해 충분한 잔류 시간이 있다. 매니폴드 및 노즐(68)의 제 2 세트는 공기를 과포화시킨다. 이 제어 시스템(62)은 과포화 주위 공기(48)의 건구 온도 센서, 주위 공기의 습구 온도 및 습도 센서(50), 압축기 공기 유동 센서(44), 물로 포화된 공기의 건구 온도 센서(56), 포화 및 과포화 부분내의 각 매니폴드로의 워터 공급 배관(74)내의 워터 유동 센서(70, 72)로부터 수신된 입력 신호와, 변이된 포화 및 과포화 시스템의 작동에 대해 최대 속도/최대 부하와 같은 양호한 작동 상태를 나타내는 가스 터빈 제어로부터의 신호에 의거하여 과포화 시스템을 조정한다.
포함하는 분리된 워터 분사 시스템을 위한 제어 시스템(62)에 의해 수행된 기능은 하기의 항목을 포함한다.
1. 주위 공기 이슬점 온도 또는 습도 센서(50), 주위 공기 건구 온도 센서(48), 가스 터빈 작동 매개변수가 포화 및 과포화 시스템의 작동에 대해 양호하게 나타나는 가스 터빈 제어로부터의 신호에 의거하여 워터 펌프(36)를 시동 및 정지한다.
2. 각 매니폴드(66, 68)로의 워터 유동을 조절함으로써 각 매니폴드/노즐 세트가 노즐에 의한 효과적인 워터 분무화를 달성하기 위해 양호한 유동 범위내에서 작동된다. 매니폴드로의 워터 유동의 조절은 각 매니폴드(특히 단일 속도 워터 펌프가 사용된)로의 워터 유동 밸브(76, 78)만을 제어함으로써 또는 변속 펌프가 있는 워터 유동 밸브 및 펌프(36)를 제어함으로써 수행될 수 있다.
3. 피드백 제어 신호에 의거한 분리된 워터 분사 시스템의 포화 부분(66)으로의 총 워터 유동을 제어하여 워터 포화 공기의 건구 온도 설정점으로 설정하며, 상기 설정점은 압축기 공기 유동 센서(44), 주위 공기의 이슬점 온도 또는 습도 센서(50) 및 주위 공기의 건구 온도 센서(48)로부터의 입력에 의거하여 유동적인 제어와 비교된다. 워터 포화 공기의 건구 온도 설정점은 측정된 이슬점 온도와, 이슬점 온도보다 예를 들면 5% 내지 10% 높은 일정한 오프셋으로부터 결정된다. 피드백 신호는 워터 포화 공기의 건구 온도 센서(48)에 의해 측정된 온도이다.
습구 온도 또는 건구 온도와 습구 온도 사이의 어떤 값을 나타내기 위해 워터 포화된 공기의 건구 온도 센서를 습윤하는 잠재적인 가능성이 존재한다. 따라서, 측정된 온도가 설정점 이하가 되면, 제어는 피드포워드 제어 모드로 전환된다. 피드포워드 제어 모드에서, 제어는 주위 공기의 건구 온도, 주위 공기 및 압축 공기 유동의 습구 온도에 의거하여 요구된 워터 유동을 계산한다.
4. 주위 공기의 건구 온도 및 습구 온도, 포화 부분 또는 과포화 부분으로의 측정된 워터 유동, 가스 터빈 압축기 공기 입구 와류실상의 유동 센서 또는 다른 유동 계측 시스템에 의해 감지된 것과 같은 압축기 공기 유동으로부터 계산된 것과 같은 주위 공기 내의 워터 비율에 의거하여, 과포화 시스템의 공기/물 혼합 하류에 대해 워터 비율 설정점을 유지하기 위해 과포화 부분(68)으로의 총 워터 유동을 조절한다. 워터 비율을 결정하는 예시적인 연산은,
WFs = Ws/W1c 이며,
WFs는 포화 시스템(66)에 의해 제공된 워터 비율이며, Ws는 과포화 시스템으로의 워터 유동[센서(70)]이며, W1c는 압축기/IGV 입구에서의 건구 공기의 유동이다.
WFss = Wss/W1c 이며,
WFss는 과포화 시스템(68)에 의해 제공된 워터 비율이며, Wss는 과포화 시스템으로의 워터 유동[센서(72)]이다.
WF1c = WFa + WFs + WFss
5. 압축기 블레이드의 부식 또는 다른 가스 터빈 한계를 최소화하기 위해서 과포화 시스템의 공기/ 유동 혼합물 하류내의 워터 비율을 제한하는 것에 의거하여 과포화 부분(68)으로의 워터 유동을 제한한다. 신호는 제 4 항목 이상에서 사용된 것이며, 제어 시스템은 요구가 일치하거나 한계를 초과했을 때 제한된 워터 비율을 유지하기 위해서 과포화 부분(68)으로의 워터 유동을 감소시킨다.
6. 주위 공기 상태가 적합하지 않을 때나 또는 가스 터빈이 최대 전력 출력이거나 최대 전력 출력에 인접한 작동을 하지 않을 때 포화 부분(66)으로의 워터 유동을 정지시킨다. 흡입 공기내로 분사된 워터의 적합한 주위 공기 상태는 일반적으로 건구 온도가 59℉(15℃)이며, 상대 습도는 대략적으로 5%내지 10% 이상이다[습구 온도 또는 습도 센서(50)].
7. 최대 가스 터빈 효율을 달성하기 위해 포화 부분(66) 및 과포화 부분(68)의 작동은 통합된다. 워터 분사 제어 시스템(62)은 주위 공기의 상대 습도가 불량할 때 포화 부분(68)의 작동을 억제시킬 수 있으며[예를 들면, 건구 온도가 59℉(15℃)이하 이며, 상대 습도가 5%내지 10% 이하가 되는], 주위 공기의 건구 온도가 양호하다면, 주위 공기의 상대 습도가 일반적으로 59℉(15℃) 이상으로 높을 때 워터 제어는 계속 과포화 시스템(68)의 의해 조절된다.
부가적으로, 시스템의 워터 분사 작동이 개시되고 주위 공기가 과포화 부분(66)의 작동에 대해 양호할 때, 부분(66)은 가스 터빈 열효율이 개선시키기 때문에, 첫번째로 시동될 것이다. 과포화 부분(68)은 가스 터빈 열효율이 감소시킬 수 있기 때문에 가장 선호하지 않는 발전 증대 시스템이된다. 따라서, 과포화 부분은 포화 부분에 의한 워터 분사만을 사용하여 달성된 것 이상의 부가적인 가스 터빈 전력 출력이 요구될 때 개시될 수 있으며, 과포화 부분의 덕트(60) 하류내의 건구 온도[센서(56)]를 위한 설정점을 달성한다.
도 4는 매개물식 증발 냉각기(82)의 가스 터빈 흡입 공기 시스템 하류내에 설치된 분무화된 워터 스프레이 매니폴드 및 노즐(68)의 하나의 세트로 구성된 워터 과포화 시스템으로의 워터 유동을 시동, 정지, 조정/조절 및 제한하기 위한 워 터 분사 제어 시스템(80)의 제 4 실시예의 개략도를 제시한다. 제어 시스템(80)은 증발 냉각기(82)를 시동 및 정지시키며, 대체로 증발 냉각기가 작동된 후에 과포화 시스템(68)의 작동을 통합시킨다.
제어 시스템(80)에 의해 수행된 기능은 하기 항목을 포함한다.
1. 이슬점 온도 또는 습도 센서(50), 주위 공기(48)의 건구 온도 센서, 가스 터빈 작동 상태(예를 들면, 최대 속도/최대 부하 작동)가 증발 냉각기(82)의 작동에 대해 양호한 것을 나타내는 가스 터빈 제어기(40)로부터의 신호에 의거한 워터 재순환 펌프(84)의 시동 또는 정지에 의하여 증발 냉각기(82)를 시동 및 정지시킨다. 증발 냉각기의 작동에 대해 적합한 주위 공기 상태는 일반적으로 건구 온도가 59℉(15℃)이며, 상대 습도는 5%내지 10% 이상이다. 이 상태는 압축기로의 입구에서 공기의 상태내에 얼음이 형성되지 않도록 한다.
2. 적합한 워터 수준을 유지하기 위해 섬프(86)로의 워터 조성[워터 조성은 워터 분사 냉각기(80)에 의해 제어되는 워터 라인(88) 및 워터 밸브(90)를 통해 부가적인 워터를 부가함으로써 제어될 수 있다]의 제어와, 순환된 워터 불순물을 양호한 수준으로 유지하기 위한 섬프로부터의 블로우다운의 제어를 포함할 수 있는 증발 냉각기를 위한 전형적인 제어 기능을 수행한다.
3. 과포화 부분(68)내의 매니폴드로의 워터 유동을 조절함으로써 상기 매니폴드는 노즐에 의한 효과적인 분쇄를 수행하기 위해 양호한 유동 범위내에서 작동된다. 매니폴드(68)로의 워터 유동의 조절은 매니폴드(특히 단일 속도 워터 펌프가 사용되는)로의 워터 유동 밸브(78)만을 제어함으로써 또는 워터 유동 밸브 및 변속 펌프가 있는 펌프(36) 속도를 제어함으로써 수행될 수 있다.
4. 과포화 부분의 공기/물 혼합물 상류내의 계산된 워터 비율에 의거하여 과포화 시스템의 공기/물 혼합물 하류에 대한 워터 비율 설정점을 유지하기 위해서 증발 냉각기의 덕트 하류내의 주위 공기의 건구 온도 및 공기/물 혼합물의 건구 온도를 압축기에 진입하는 공기/물 혼합물의 유동에 의해 분리된 과포화 부분으로의 측정된 워터 유동과 플러스한 것에 의거하여 과포화 부분(68)으로의 총 워터 유동을 조절한다. 워터 유동을 조절하기 위한 예시적인 연산은
WF1c = WFa + WFss 이며,
냉각기가 작동하지 않을 때는
WF1c = WFazec + WFss 이며,
냉각기가 작동할 때는
WFazec = f(Tadb + Tzecdb) 이며,
Tzecdb는 냉각기의 건구 온도[센서(56)] 하류이다.
5. 압력기 블레이드의 부식을 최소화하기 위한 과포화 시스템의 공기/물 혼합물 하류내의 워터 비율 최대값 발생 시점에 의거하여 과포화 부분(68)으로의 워터 유동을 제한한다. 사용된 신호는 제 4 항목 이상에서 사용된 신호이며, 제어 시스템은 워터 비율을 감소시키기 위하여 과포화 부분으로의 총 워터 유동을 조절한다.
6. 주위 공기 상태가 적합하지 않을 때나 또는 가스 터빈 매개변수가 최대 출력에서 또는 그 근방에서의 작동을 나타내지 않을 때 포화(증발 냉각기) 부분(82)으로의 워터 유동을 정지시킨다. 흡입 공기내로 워터를 분사하기 위한 적합한 주위 공기 상태는 일반적으로 건구 온도가 59℉(15℃) 이상이다.
7. 최대 가스 터빈 효율을 달성하기 위해서 매개물식 증발 냉각기(82)및 과포화 부분(68)의 작동을 통합한다. 주위 공기 상대 습도가 양호하지 않다면, 예를 들어 습도가 5% 내지 10% 이하[이상?]가 된다면, 냉각 시스템(80)은 매개물식 증발 냉각기의 작동을 방해할 수 있으며, 건구 온도가 59℉(15℃) 이하에서 주위 공기 온도가 충족될 경우에만 과포화에 의해 워터가 분사되도록 허용한다.
주위 공기 상태가 양호하고 흡입 공기로 워터를 부가하기 위한 시스템의 작동이 개시될 때, 매개물식 증발 냉각기는 가스 터빈 열효율을 개선하기 위해 첫번째로 기동될 것이다. 과포화 시스템(68)은 가스 터빈 열효율을 감소시키기 때문에 가장 바람직하지 않은 전력 증대 시스템이 되며, 증발 냉각기 작동에 의해 달성된 것 이상의 전력 출력이 요구된다면 과포화 시스템만이 개시될 것이다.
본 발명이 가장 실용적이고 바람직한 실시예로써 현재 인식되고 있는 것과 관련해 기술되었으나 본 발명은 상술한 실시예에 국한되지 않으며, 오히려 첨부된 특허 청구 범위의 사상 및 범위내에 포함되는 여러 변경 및 동등한 배열을 포함하고자 한다는 것은 이해될 것이다.
본 발명은 가스 터빈용 포화 및 포화/과포화 워터 분사 시스템용 제어 시스템인 참신한 제어 시스템으로서, 제어 시스템은 워터 분사 시스템의 포화 및/또는 과포화에 의해서 압축기내로 공급되는 입구 공기내로의 분사된 워터의 양을 조정한다. 또한, 제어 시스템은 발전 증대를 최적화하며, 확신하는 가스 터빈 한계에 대응하도록 워터 분사를 제한한다. 또한, 이 제어 시스템은 워터의 분사를 조정하며, 발전 증가를 극대화하고 압축기 블레이드 부식의 잠재적 가능성을 최소화한다.

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  8. 압축기, 연소부 및 터빈을 구비하는 가스 터빈의 워터 분사 시스템용 제어 시스템에 있어서,
    압축기의 공기 입구 덕트로의 입구에서, 덕트로 진입하는 공기의 워터 함유량을 나타내는 데이터를 생성하는 적어도 하나의 워터 함유량 센서와,
    소정의 한계내의 총 워터 비율에 근거하여 워터 분사 시스템에 의해 상기 입구 덕트를 통해 유동하는 공기 중으로 분사되는 워터의 속도를 결정하기 위한 연산을 실행하는 프로세서로서, 상기 총 워터 비율은 상기 워터 분사 시스템에 의해 압축기 입구 공기 흐름 중으로 분사되는 워터 비율과 상기 공기 입구 덕트로 진입하는 주위 공기의 워터 비율의 함수인, 상기 프로세서와,
    상기 워터 분사 시스템으로 유동하는 워터의 속도를 감지하는 워터 유동 속도 센서와,
    워터 함유량 및 워터 유동 속도를 나타내는 데이터와, 상기 프로세서에 의해 실행될 연산을 저장하는 데이터 및 프로그램 메모리로서, 상기 프로세서는 상기 워터 분사 시스템으로 유동하는 워터의 속도를 제어하기 위해 연산의 출력을 생성하는, 상기 데이터 및 프로그램 메모리를 포함하는
    워터 분사 시스템용 제어 시스템.
  9. 가스 터빈 공기 흡입구 시스템에서의 워터 분사 시스템용 제어 시스템에 있어서,
    상기 가스 터빈용 압축기의 상류의 공기 덕트내에 위치된 워터 분무화 노즐을 구비하는 분무화된 워터 분사 과포화 시스템과,
    상기 분무화 노즐에 제어된 워터의 유량을 분배하기 위한 워터 시스템을 포함하며,
    상기 제어 시스템은 소정의 총 워터 비율 한계내에서 상기 압축기로의 상기 입구 공기 유동의 총 워터 비율을 유지하도록 상기 노즐로 공급되는 워터를 조절하며, 상기 총 워터 비율은 상기 워터 분사 시스템에 의해 분사되는 워터 비율과 상기 공기 덕트로 진입하는 주위 공기의 워터 비율의 함수이며, 상기 주위 공기의 물 비율은 주위 공기 습도와 이슬점 온도로 구성되는 요인의 그룹중 적어도 하나의 요인으로부터 결정되는
    워터 분사 시스템용 제어 시스템.
  10. 가스 터빈의 압축기에 진입하는 입구 공기로 워터를 분사하기 위한 워터 분사 시스템에 있어서,
    상기 압축기의 공기 입구로 워터를 분무하기 위한 다수의 매니폴드 및 워터 노즐을 구비하며, 상기 공기 입구의 상류에 위치하는 증발 냉각기와,
    상기 증발 냉각기와 작동가능하게 연결되며, 소정의 총 워터 비율 한계내에서 상기 압축기로의 상기 입구 공기 유동의 총 워터 비율을 유지하기 위해 상기 증발 냉각기로 공급되는 워터를 조절하는 제어 시스템으로서, 상기 총 워터 비율은 상기 워터 분사 시스템에 의해 분사되는 워터 비율과 상기 공기 입구로 진입하는 주위 공기의 워터 비율의 함수이며, 주위 공기 유동의 상기 워터 비율은 주위 공기 유동의 습도와 주위 공기 유동의 이슬점 온도로 구성되는 요인의 그룹중 적어도 하나로부터 결정되는, 상기 제어 시스템을 포함하는
    워터 분사 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 워터 분사 시스템은 노즐로 워터를 분배하는 매니폴드를 포함하며, 상기 매니폴드는 워터 저장 탱크 및 워터 펌프로부터 워터를 공급받는
    워터 분사 시스템용 제어 시스템.
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