KR100858785B1 - 선박의 추진 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스팀터빈 추진 시스템에 관한 것으로, 메인 보일러에서 스팀을 발생시켜서 스팀 공급라인을 통해 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈으로 차례로 공급하여 상기 스팀터빈을 구동시키는 스팀터빈 추진 시스템으로서, 상기 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈의 사이에 중간압 스팀터빈을 설치하고, 상기 중간압 스팀터빈으로 공급되는 스팀은 상기 고압 스팀터빈을 구동시키고 난 후의 스팀을 재열한 스팀인 것을 특징으로 한다.
Figure R1020070051526
리히터, 중간압 스팀터빈, 재열용 스팀 회수 라인, 재열 스팀 공급 라인

Description

선박의 추진 시스템 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SHIP PROPULSION}
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스팀터빈 추진 시스템의 개략도이다.
도 2는 종래의 스팀터빈 추진 시스템과 본 발명에 따른 스팀터빈 추진 시스템의 열 사이클을 도시한 선도이다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 스팀터빈 추진 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 스팀터빈 추진 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 스팀터빈 추진 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 스팀터빈 추진 시스템의 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
1 : 메인 보일러 3 : 리히터
11 : 고압 스팀터빈 13 : 저압 스팀터빈
15 : 중간압 스팀터빈 L1 : 스팀 공급라인
L21 : 재열용 스팀 회수 라인 L22 : 재열 스팀 공급 라인
본 발명은 선박의 추진 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LNG 운반선에서 스팀터빈으로부터 배출되는 스팀을 재열하여 이용함으로써 효율을 증대시키도록 구성된 스팀터빈 추진 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 함)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.
천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. LNG 운반선의 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.
그래서, LNG 운반선에서는 LNG 저장 탱크 내에서 발생되는 증발가스를 처리하기 위해 이 증발가스를 포집하여 메인 보일러에서 연소시켜 스팀터빈을 구동시키는 스팀터빈 추진 시스템을 사용하곤 했었다. 그러나, 이러한 스팀터빈 추진 시스템은 증발가스의 처리가 가능한 점 외에 저렴한 유지보수 비용, 저진동, 저소음, 저렴한 윤활유 비용 등의 장점이 있지만, 보일러와 스팀터빈 등을 이용하는 그 특 성상 효율이 디젤 엔진 추진 시스템 등 다른 시스템에 비해 낮은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LNG 운반선에서 스팀터빈으로부터 배출되는 스팀을 재열하여 이용함으로써 효율을 증대시키도록 구성된 스팀터빈 추진 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 스팀터빈 추진 시스템은, 메인 보일러에서 스팀을 발생시켜서 스팀 공급라인을 통해 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈으로 차례로 공급하여 상기 스팀터빈을 구동시키는 스팀터빈 추진 시스템으로서, 상기 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈의 사이에 중간압 스팀터빈을 설치하고, 상기 중간압 스팀터빈으로 공급되는 스팀은 상기 고압 스팀터빈을 구동시키고 난 후의 스팀을 재열한 스팀인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스팀터빈 추진 방법은, 메인 보일러에서 스팀을 발생시켜서 스팀 공급라인을 통해 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈으로 차례로 공급하여 상기 스팀터빈을 구동시키는 스팀터빈 추진 방법으로서, 상기 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈의 사이에 중간압 스팀터빈을 설치하여, 상기 고압 스팀터빈을 구동시키고 난 후의 스팀을 바로 상기 저압 스팀터빈으로 보내지 않고 빼내어서 재열한 후 상기 중간압 스팀터빈으로 보내어서 상기 중간압 스팀터빈을 구동시킨 다음 상기 저압 스팀터빈을 구동시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스팀터빈 추진 시스템의 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스팀터빈 추진 시스템은 메인 보일러(1)에서 스팀을 발생시켜서 스팀 공급라인(L1)을 통해 고압 스팀터빈(11)과 저압 스팀터빈(13)으로 차례로 공급하여 이들 스팀터빈(11, 13)을 구동시키는 것이다.
본 발명의 스팀터빈 추진 시스템은 기존의 스팀터빈 추진 시스템에 리히터(3, reheater)와, 중간압 스팀터빈(15)과, 재열용 스팀 회수 라인(L21)과, 재열 스팀 공급 라인(L22)을 더 포함한다.
리히터(3)는 메인 보일러(1)의 내부 또는 외부에 추가 설치된다. 메인 보일러(1)에는 연료로서 증발가스 또는 중유가 공급되거나 증발가스와 중유가 동시에 공급된다.
중간압 스팀터빈(15)은 고압 스팀터빈(11)과 저압 스팀터빈(13)의 사이에 설치된다. 고압 스팀터빈(11)과 저압 스팀터빈(13)의 회전축은 추진용 감속 기어(21)에 연결되어 있다. 중간압 스팀터빈(15)은 그 회전축이 고압 스팀터빈(11)의 회전축과 동축으로 추진용 감속 기어(21)에 연결되는 것이 바람직하다.
재열용 스팀 회수 라인(L21)은 고압 스팀터빈(11)의 후단으로부터 리히터(3)의 전단까지 연결된다.
재열 스팀 공급 라인(L22)은 리히터(3)의 후단으로부터 중간압 스팀터빈(15)의 전단까지 연결된다.
이렇게 구성된 본 발명의 스팀 추진 시스템은, 고압 스팀터빈(11)을 구동시키고 난 후의 스팀을 바로 저압 스팀터빈(13)으로 보내지 않고 빼내어서 리히터(3)에서 재열한 후 중간압 스팀터빈(15)으로 보내어서 중간압 스팀터빈(15)을 구동시킨 다음 저압 스팀터빈(13)을 구동시키게 되므로, 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 스팀 추진 시스템에 비하여 전체 추진 효율이 증대된다.
또한, 추진용 감속 기어(21)의 후단에는 프로펠러(23)가 연결되어 있다.
저압 스팀터빈(13)의 후단에는 메인 응축용 스팀 회수 라인(L3)에 의해 메인 응축기(31)가 연결되어 있고, 메인 응축기(31)의 후단에는 메인 응축수 회수 라인(L4)이 메인 보일러(1)까지 연결되어 있고, 메인 응축수 회수 라인(L4)의 도중에는 메인 급수 펌프(41)가 설치되어 있다. 이에 의해, 저압 스팀터빈(13)을 구동시키고 난 후의 스팀은 응축되어 메인 보일러(1)로 회수된다. 응축수 회수 라인은 메인 보일러에 물을 공급한다는 의미에서 급수 라인이라고도 할 수 있다.
메인 급수 펌프(41)가 스팀터빈에 의해 구동되는 형태인 경우에는 스팀 공급라인(L1)의 도중에서 펌프 구동용 스팀 공급 라인(L11)을 분기시켜 메인 급수 펌프(41)에 연결함으로써 메인 급수 펌프(41)를 구동시킨다. 만약, 메인 급수 펌프(41)가 전기 모터에 의해 구동되는 형태인 경우에는 펌프 구동용 스팀 공급 라인(L11)이 필요 없다.
또한, 메인 보일러(1)에서 발생된 스팀의 일부를 터보 제너레이터용 스팀터빈(51)을 구동시키는 데에 사용할 수도 있다. 이를 위해, 메인 보일러(1)와 고압 스팀터빈(11) 사이의 스팀 공급 라인(L1)의 도중에는 터보 제너레이터용 스팀터 빈(51)에 스팀을 공급하기 위한 터보 제너레이터용 스팀 공급 라인(L12)이 분기될 수도 있다. 이 경우, 터보 제너레이터용 스팀터빈(51)의 후단에는 제1 서브 응축용 스팀 회수 라인(L31)이 메인 응축기(31)의 전단까지 연결된다.
더욱이, 제1 서브 응축용 스팀 회수 라인(L31)의 도중에는 제2 서브 응축용 스팀 회수 라인(L32)이 분기되고, 제2 서브 응축용 스팀 회수 라인(L32)에는 서브 응축기(33)가 연결될 수도 있다. 이 경우, 서브 응축기(33)의 후단은 서브 응축수 회수 라인(L41)에 의해 메인 응축수 회수 라인(L4)의 도중에 연결된다.
터보 제너레이터용 스팀터빈(51)에 의해 구동되는 터보 제너레이터(52)는 배전반(5)에 연결되며, 이 배전반(5)에는 디젤 엔진(53)에 의해 구동되는 디젤 엔진 피구동 제너레이터(54)가 터보 제너레이터(52)와 함께 설치될 수도 있다.
메인 급수 펌프(41)의 후단의 메인 응축수 회수 라인(L4)의 도중에는 급수 히터(61)가 설치될 수도 있다. 메인 응축기(31) 및 서브 응축기(33)에서 응축된 응축수는 급수 히터(61)에 의해 예열된 다음 메인 보일러(1)로 회수된다.
도 3에 예시된 바와 같이, 추진용 감속 기어(21)와 프로펠러(23) 사이에는 샤프트 제너레이터(25)가 설치될 수도 있다.
또한, 도 4에 예시된 바와 같이, 추진용 감속 기어(21)에는, 제너레이터용 감속기어를 구비한 제너레이터(26a)와, 클러치(26b)와, 백업 스팀터빈(26c)으로 이루어진 제1 동력인출장치(26)가 연결될 수도 있다.
또한, 도 5에 예시된 바와 같이, 추진용 감속 기어(21)에는, 제너레이터용 감속기어를 구비한 제너레이터(27a)와, 클러치(27b)로 이루어진 제2 동력인출장 치(27)가 연결될 수도 있다.
또한, 도 6에 예시된 바와 같이, 고압 스팀터빈(11)에는, 제너레이터용 감속기어를 구비한 제너레이터(28a)와, 클러치(28b)와, 백업 스팀터빈(28c)으로 이루어진 동력인출장치(28)가 연결될 수도 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 메인 응축기(31)와 메인 급수 펌프(41) 사이의 메인 응축수 회수 라인(L4)에는 메인 응축기용 응축수 펌프, 터보 제너레이터용 응축수 펌프, 조수기, 오일 쿨러, 저압 스팀 제너레이터 드레인 시스템, 글랜드(Gland) 응축기, 급수 드레인 탱크, 드레인 펌프, 탈기기, 저압 스팀 급수 히터 등의 부가적인 기계 장치가 설치될 수도 있다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 스팀터빈 추진 시스템 및 방법에 의하면, 고압 스팀터빈을 구동시키고 난 후의 스팀을 바로 저압 스팀터빈으로 보내지 않고 빼내어서 리히터에서 재열한 후 중간압 스팀터빈으로 보내어서 중간압 스팀터빈을 구동시킨 다음 저압 스팀터빈을 구동시키게 되므로 전체 추진 효율이 증대되는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 메인 보일러에서 스팀을 발생시켜서 스팀 공급라인을 통해 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈으로 차례로 공급하여 상기 스팀터빈들을 구동시키는 스팀터빈 추진 시스템으로서,
    상기 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈의 사이에 중간압 스팀터빈을 설치하고,
    상기 중간압 스팀터빈으로 공급되는 스팀은 상기 고압 스팀터빈을 구동시키고 난 후의 스팀을 재열한 스팀이고,
    여기에서, 상기 고압 스팀터빈과 상기 저압 스팀터빈의 회전축은 추진용 감속 기어에 연결되고,
    상기 중간압 스팀터빈의 회전축은 상기 고압 스팀터빈의 회전축과 동축으로 상기 추진용 감속 기어에 연결되고,
    상기 추진용 감속 기어의 후단에는 프로펠러가 연결되고,
    상기 추진용 감속 기어에는, 제너레이터용 감속기어를 구비한 제너레이터와, 클러치와, 백업 스팀터빈으로 이루어진 동력인출장치가 연결된 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 보일러에 추가 설치된 리히터와,
    상기 고압 스팀터빈의 후단으로부터 상기 리히터의 전단까지 연결된 재열용 스팀 회수 라인과,
    상기 리히터의 후단으로부터 상기 중간압 스팀터빈의 전단까지 연결된 재열 스팀 공급 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 추진용 감속 기어와 상기 프로펠러 사이에는 샤프트 제너레이터가 설치된 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 추진용 감속 기어에는, 제너레이터용 감속기어를 구비한 제너레이터와, 클러치로 이루어진 동력인출장치가 연결된 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 고압 스팀터빈에는, 제너레이터용 감속기어를 구비한 제너레이터와, 클러치와, 백업 스팀터빈으로 이루어진 동력인출장치가 연결된 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 저압 스팀터빈의 후단에는 메인 응축용 스팀 회수 라인에 의해 메인 응축기가 연결되고,
    상기 메인 응축기의 후단에는 메인 응축수 회수 라인이 상기 메인 보일러까지 연결되고,
    상기 메인 응축수 회수 라인의 도중에는 메인 급수 펌프가 설치된 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 메인 보일러와 상기 고압 스팀터빈 사이의 상기 스팀 공급 라인의 도중에는 터보 제너레이터용 스팀터빈에 스팀을 공급하기 위한 터보 제너레이터용 스팀 공급 라인이 분기되고,
    상기 터보 제너레이터용 스팀터빈의 후단에는 제1 서브 응축용 스팀 회수 라인이 상기 메인 응축기의 전단까지 연결되는 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 서브 응축용 스팀 회수 라인의 도중에는 제2 서브 응축용 스팀 회수 라인이 분기되고,
    상기 제2 서브 응축용 스팀 회수 라인에는 서브 응축기가 연결되고,
    상기 서브 응축기의 후단은 서브 응축수 회수 라인에 의해 상기 메인 응축수 회수 라인의 도중에 연결되는 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 메인 응축기의 후단에는 메인 응축수 회수 라인이 상기 메인 보일러까지 연결되고,
    상기 메인 급수 펌프의 후단의 상기 메인 응축수 회수 라인의 도중에는 급수 히터가 설치된 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 시스템.
  13. 메인 보일러에서 스팀을 발생시켜서 스팀 공급라인을 통해 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈으로 차례로 공급하여 상기 스팀터빈들을 구동시키는 스팀터빈 추진 방법으로서,
    상기 고압 스팀터빈과 저압 스팀터빈의 사이에 중간압 스팀터빈을 설치하여, 상기 고압 스팀터빈을 구동시키고 난 후의 스팀을 바로 상기 저압 스팀터빈으로 보내지 않고 빼내어서 재열한 후 상기 중간압 스팀터빈으로 보내어서 상기 중간압 스팀터빈을 구동시킨 다음 상기 저압 스팀터빈을 구동시키고,
    여기에서, 상기 메인 보일러에서 발생된 스팀의 일부를 터보 제너레이터용 스팀터빈에 공급하여 상기 터보 제너레이터용 스팀터빈을 구동시키는 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 고압 스팀터빈을 구동시키고 난 후의 스팀은 상기 메인 보일러에 추가 설치된 리히터에서 재열된후 상기 중간압 스팀터빈으로 공급되는 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 저압 스팀터빈을 구동시키고 난 후의 스팀을 응축시킨 후 상기 메인 보일러로 회수하되, 응축된 응축수를 예열시킨 다음 상기 메인 보일러로 회수하는 것을 특징으로 하는 스팀터빈 추진 방법.
  16. 삭제
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