이와 같은 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 발전용 가스터빈의 튜닝데이터 무선계측 시스템을 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발전용 가스터빈의 튜닝데이터 무선계측 시스템은 압축기, 연소기 및 터빈으로 이루어진 가스 터빈에 있어서, 상기 가스 터빈에서 튜닝 데이터를 측정하기 위한 다수개의 센서(11); 상기 센서(11)와 무선 데이터 스캔모듈(20)을 연결시키는 센서 케이블(12); 상기 센서 케이블(12)에 의해 다수개의 상기 센서(11)와 연결되어 다수개의 상기 센서(11)로부터 나온 신호값을 모듈 별로 디지털 신호로 변환하여 측정하고 무선신호로 전송하는 무선데이터 스캔모듈(20) 및; 상기 무선데이터 스캔모듈(20)의 데이터를 무선 수신기(40)를 통해서 수신하고 튜닝에 필요한 물리적 값으로 연산하여 화면에 디스플레이하고 네트워크망(70)을 통해 DB(60)에 저장시키는 무선분석장치(50)로 이루어진다.
또한, 무선분석장치(50)를 통해 분석된 데이터는 네트워크망(70)을 통해서 원격지의 클라이언트 컴퓨터를 통해 튜닝 데이터를 감시할 수 있는 부가기능도 제공한다.
도 2는 도 1에서 무선데이터 스캔모듈을 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 도 1에서 무선데이터 스캔모듈(20)은 상기 센서(11)로부터 측정된 신호값이 입력되는 센서입력부(21); 상기 센서 입력부(21) 외에 가스터빈 튜닝에 필요한 신호를 더 측정할 수 있는 채널을 16개 단위로 추가할 수 있는 채널 확장슬롯(22); 상기 센서입력부(21)를 통해 입력된 측정 신호값을 토대로 자 동 계측하는 지능형 자동계측기(23); 상기 센서입력부(21), 채널 확장슬롯(22), 상기 지능형 자동계측기(23)가 장착되는 회로보드(24); 상기 센서입력부(21), 채널 확장슬롯(22), 상기 지능형 자동계측기(23), 회로보드(24)에 별도로 전력을 공급하는 전원(25) 및; 상기 지능형 자동계측기(23)에서 자동으로 계측된 튜닝 데이터를 실시간으로 상기 무선분석장치(50)로 전송할 수 있는 엑세스 포인트(30)를 포함하여 이루어진다.
즉, 무선데이터 스캔모듈(20)은 센서 입력부(21), 지능형 자동계측기(23) 등의 부품들을 회로보드(24) 위에 슬롯 형태로 장착할 수 있으며, 아날로그 신호를 입력할 수 있는 기본 16개 채널로 구성되어 있고, 자체 시그널 컨디셔닝(signal conditioning) 기능을 갖추고 있다. 채널확장을 위한 채널확장슬롯(22)이 별도 구비되어 튜닝에 필요한 신호를 측정할 수 있는 채널을 16개 단위로 추가할 수 있다.
무선데이터 스캔모듈(20)은 별도의 전원(25)을 갖추고 있어서 필요한 위치에 독립된 모듈로 설치하여 사용할 수 있다.
한편, 무선데이터 스캔모듈(20)의 핵심 부품인 지능형 자동계측기(23)에는 기본적으로 128MB DRAM 메모리와 128MB 비휘발성 저장메모리를 갖고 있어서 측정 센서의 종류와 특성에 맞추어 미리 프로그램된 실시간 데이터 측정 프로그램이 자체 구동된다.
상기 지능형 자동계측기(23)에서 구동되는 데이터 측정 프로그램은 튜닝 데이터의 측정 방법과 수집 간격, 수집시간 등을 지능적으로 조절하며, 측정된 튜닝 데이터를 실시간으로 무선 송신장치인 엑세스 포인트(30)를 통하여 튜닝데이터 무 선분석장치(50)로 전송한다. 이러한 일련의 데이터 수집과정은 지능형 자동계측기(23)의 메모리에 미리 임베디드(embedded)된 데이터 측정프로그램에 의해서 자체적으로 이루어진다.
특히 본 발명의 지능형 자동 계측기(23)에는 각각의 자체 IP가 할당되어 무선 데이터스캔 모듈(20)별로 LAN망을 통해서 접속하여 필요한 모듈별 데이터를 각각 수집할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 엑세스 포인트(30)는 지능형 자동계측기(23)에 TCP/IP 통신선으로 직접 연결되어 측정되는 튜닝 데이터를 데이터 무선분석장치(50)의 무선수신기(40)로 전송하는 역할을 한다. 여기서 무선데이터 스캔모듈에서 측정된 튜닝 데이터를 무선으로 전송하기 위해 설치된 엑세스 포인트(30)와 데이터 무선분석장치(40)에서 튜닝데이터를 수신하기 위한 무선수신기(40)와의 실시간의 효과적인 통신을 위하여 54 Mbps 이상의 빠른 무선통신 속도를 갖는다.
이와 같이 하여, 각종 센서들(11)로부터 센서 인터페이스(21), 지능형 자동계측기(23) 및 엑세스 포인트(30)로 이루어지게 되는 것이다.
무선데이터 스캔모듈에서는 연소튜닝에 필요한 각종 압력, 온도, 연료량, 공기량 등의 센서들의 아날로그 신호를 감지하여 센서 인터페이스(21)로 연결하여 지능형 자동계측기(20)에서 상기 센서들(11)의 진동신호를 입력받아 튜닝 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 수집하며, 엑세스 포인트(30)는 지능형 자동계측기(23)에서 TCP/IP 통신선을 통해 출력된 데이터 신호를 무선수신기(40)를 통해서 데이터 무선분석장치(50)로 전송한다. 데이터 무선분석장치(50)에서는 가스터빈의 튜닝에 필요한 중요 변수들인 냉각공기량의 측정 및 산정, 주요 운전변수 값 지시, 가스터빈의 안정운전조건 검증, 터빈입구온도(TIT) 및 주요 부위온도의 적정성 검증, 열정산(효율) 산정, 중요 운전변수들의 순시치 및 평균치 산정 등 튜닝 중요 변수들을 무선으로 신속히 계측하여 산정할 수 있다.
즉, 가스터빈의 특성에 따라서 튜닝에 필요한 통상적인 운전자료는 가스터빈 제어실의 DB(60)에 TCP/IP 통신을 통해 접속하여 취득할 수 있으며, 가스터빈의 튜닝 시에 필요한 추가데이터는 측정센서별로 무선데이터 스캔모듈(20)을 통해서 모듈별로 무선 계측하여 데이터 무선분석장치(50)에서 튜닝에 필요한 모든 데이터를 통합하여 분석한다.
도 3은 도 1의 센서 중에서 공기량 측정을 위한 차압측정 센서의 설치를 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, 가스터빈의 튜닝에 있어서 특히 중요한 변수인 가스터빈 각 위치별로 냉각공기량 측정을 위한 차압측정센서(120)와 온도측정 센서(도시하지 않음)들을 임시로 설치하여 모듈별로 측정한다.
도시된 바와 같이, 차압 측정을 위해서는 측정하는 차압측정센서(120)가 유동에 미치는 영향을 최소화하여 측정하기 위하여 미리 차압을 유량으로 환산하는 조정식을 알고 있는 특수한 봉 형상의 차압측정센서(120)를 가스터빈의 냉각공기유로(110)에 설치하여 고압단 파이프(121)와 저압단 파이프(122)의 차압을 측정하여 공기량을 환산하여 구한다.
상기 고압단 파이프(121)와 저압단 파이프(122)의 압력은 가는 동파이 프(124)를 통해서 차압 트랜스미터(130)로 전달되어 차압이 아날로그 신호로 바뀌어 센서케이블(12)을 통해 센서입력부(21)에 연결되어 측정된다.
상기 차압측정센서(120)는 튜닝기간에만 사용하므로 튜닝이 완료되어 통상적인 운전시에는 차압측정용 밸브(123)를 닫아둔다.
도 4는 도 1의 센서 중에서 압력측정을 위한 압력센서의 설치를 설명하기 위한 설명도이며, 부품들의 명칭은 도 3과 일치한다.
도 5은 본 발명에 따른 발전용 가스터빈의 튜닝데이터 무선계측 방법을 나타낸 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발전용 가스터빈의 튜닝데이터 무선계측 방법은, 가스 터빈(10)의 중요 부위에 설치된 다수개의 센서(11)로부터 아날로그로 값으로 입력되는 튜닝데이터를 무선데이터 스캔모듈(20)의 센서인터페이스(21)를 통해서 측정하고(ST1), 다시 상기 무선데이터 스캔모듈(20)에서 측정된 튜닝 데이터를 디지털 신호로 변환하여 모듈 별로 측정하고 무선신호로 무선분석장치(50)로 전송한다(ST2).
상기 무선분석장치(50)는 상기 무선 데이터 스캔모듈(20)로부터 전송받은 데이터를 물리적 값으로 연산하고 디스플레이하며 데이터는 네트워크망(70)을 통해서 DB(60)에 저장한다(ST3~ST4).
도 6은 도 5에서 튜닝데이터를 측정하는 다수개의 센서 중 차압센서를 통해서 튜닝에 중요한 변수인 냉각공기량 측정을 나타낸 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 튜닝데이터를 측정하는 다수개의 센서 중 차압센서를 통 해서 튜닝에 중요한 변수인 냉각공기량 측정은 다수개의 센서(11) 중 튜닝에 중요한 변수인 냉각공기량을 측정하는 차압측정센서(120)가 가스터빈(10)의 냉각공기유로(110)에 설치되어 고압단 파이프(121)와 저압단 파이프(122)의 차압을 측정하고 공기량을 환산하여 구하고(ST11), 상기 차압측정센서(120)를 통해 측정된 차압은 가는 동파이프(124)를 통해 차압 트랜스미터(130)로 전달되어 차압이 아날로그 신호로 바뀌어 센서 케이블(12)을 통해 상기 무선데이터 스캔모듈(20)로 전송하고 튜닝이 완료되어 통상적인 가스터빈 운전시에는 차압측정밸브(123)를 닫는다(ST12~ST13).
또한, 상기 무선데이터 스캔모듈(20)이 측정된 튜닝 데이터를 디지털 신호로 변환하여 모듈 별로 측정하는 것은, 상기 무선데이터 스캔모듈(20)의 지능형 자동계측기(23)의 메모리에 미리 임베디드(embedded)된 데이터 측정프로그램에 의해서 자체적으로 이루어지며, 상기 무선데이터 스캔모듈(20)에서 계측되는 튜닝 데이터의 측정방법과 수집간격, 수집시간 등을 조절한다.