KR101025772B1 - The control method for staring the gas turbine engine - Google Patents

The control method for staring the gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
KR101025772B1
KR101025772B1 KR1020040049726A KR20040049726A KR101025772B1 KR 101025772 B1 KR101025772 B1 KR 101025772B1 KR 1020040049726 A KR1020040049726 A KR 1020040049726A KR 20040049726 A KR20040049726 A KR 20040049726A KR 101025772 B1 KR101025772 B1 KR 101025772B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas turbine
turbine engine
electric motor
rpm
driving
Prior art date
Application number
KR1020040049726A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20060000762A (en
Inventor
이정훈
Original Assignee
삼성테크윈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성테크윈 주식회사 filed Critical 삼성테크윈 주식회사
Priority to KR1020040049726A priority Critical patent/KR101025772B1/en
Publication of KR20060000762A publication Critical patent/KR20060000762A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101025772B1 publication Critical patent/KR101025772B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/26Starting; Ignition
    • F02C7/268Starting drives for the rotor, acting directly on the rotor of the gas turbine to be started
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D19/00Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02Controlling, e.g. stopping or starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/85Starting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

본 발명은 기동 시 전기 모터 및 연료 분사량에 의하여 가스터빈 엔진을 제어할 때, 전기 모터를 스텝 제어함으로써, 전기 모터에 의한 출력과 연료 분사에 의한 출력이 항상 동일한 방향으로 회전축을 구동하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스 터빈 엔진의 회전축에 결합되어 있는 전기 모터를 이용하여 상기 가스터빈 엔진을 기동하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법에 있어서, (a) 상기 전기 모터를 구동함으로써, 상기 회전축의 RPM(revolutions per minute)을 제1RPM까지 증가시키는 단계와, (b) 상기 전기 모터를 스텝(step) 제어하여 구동함과 동시에, 상기 가스터빈 엔진의 연소기에 연료를 분사하여 상기 가스터빈 엔진을 구동함으로써, 상기 회전축의 RPM을 제2RPM까지 증가시키는 단계와, 그리고 (c) 상기 전기 모터에 의한 구동을 차단하고, 상기 연료 분사에 의한 상기 가스터빈 엔진의 구동만으로 상기 회전축의 RPM을 증가시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법을 제공한다.According to the present invention, when the gas turbine engine is controlled by the electric motor and the fuel injection amount during starting, the gas turbine engine is driven by stepping the electric motor so that the output by the electric motor and the output by fuel injection always drive the rotating shaft in the same direction. An object of the present invention is to provide a start control method of the gas turbine engine. (A) increasing the revolutions per minute (RPM) of the rotating shaft to a first RPM by driving the electric motor; and (b) driving the electric motor step by step and simultaneously driving the electric motor. Injecting fuel into the combustor of the gas turbine engine to drive the gas turbine engine, thereby increasing the RPM of the rotary shaft to the second RPM And (c) interrupting the drive by the electric motor and increasing the RPM of the rotary shaft only by driving the gas turbine engine by the fuel injection. Provide a method.

Description

가스터빈 엔진의 기동 제어방법{The control method for staring the gas turbine engine}The control method for staring the gas turbine engine}

도 1은 일반적인 가스터빈 엔진의 개략적인 구성도이고,1 is a schematic configuration diagram of a general gas turbine engine,

도 2는 도 1의 가스터빈 엔진의 각 위치에서의 상태점을 나타내는 온도-엔트로피 선도이고,FIG. 2 is a temperature-entropy diagram showing the state points at each position of the gas turbine engine of FIG. 1,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 엔진의 기동 제어 단계를 보여주는 흐름도이고,3 is a flowchart showing a start control step of a gas turbine engine according to an embodiment of the present invention;

도 4는 도 3의 가스터빈 엔진의 기동 제어방법에 의한 회전축의 상대 RPM 변화를 도시한 그래프이다.4 is a graph illustrating a change in relative RPM of a rotating shaft by the start control method of the gas turbine engine of FIG. 3.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 압축기 20 : 터빈10 compressor 20 turbine

30 : 전기 모터 40 : 연소기30: electric motor 40: combustor

50 : 회전축 60 : 연료량 제어 수단50: rotation axis 60: fuel amount control means

70 : 제어부 80 : 회전수 감지부70: control unit 80: rotation speed detection unit

100 : 가스터빈 엔진100: gas turbine engine

본 발명은 가스터빈 엔진의 기동 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전기 모터를 이용하여 기동되는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a start control method for a gas turbine engine, and more particularly, to a start control method for a gas turbine engine started using an electric motor.

통상적으로, 가스터빈 엔진은 이상적인 기본 열역학적 사이클인 브레이튼 사이클(Brayton Cycle)에 의해서 작동하는 장치로서, 가스 상태의 작동 유체를 압축 및 팽창하는 과정에서 동력을 연속적으로 얻어내는 엔진이다. 이러한 가스터빈 엔진은 윤활유의 소비량이 매우 적으며, 고속 운전이 가능하면서도 엔진 구조의 소형화, 집약화를 이룰 수 있다는 장점 때문에 항공기의 동력기계로서 아주 적합하며, 선박, 산업용으로도 그 응용 분야가 증가하고 있다.Typically, a gas turbine engine is a device operated by the Brayton Cycle, which is an ideal basic thermodynamic cycle, which continuously obtains power in the process of compressing and expanding a gaseous working fluid. These gas turbine engines consume very little lubricating oil, and because they can operate at high speeds, they can be miniaturized and concentrated. have.

그런데, 가스터빈 엔진은 크게 압축기, 연소기, 및 터빈을 구비한다. 가스터빈 엔진은 특성상 저 회전수에서는 터빈에서 발생되는 축일이 압축기에서 요구되는 축일보다 작기 때문에, 시동과 같이 저 회전수에서의 구동될 경우, 별도의 전기 모터가 설치되어야 한다.By the way, a gas turbine engine is largely equipped with a compressor, a combustor, and a turbine. Since gas turbine engines are characterized by the shaft work generated at the turbine at a lower speed than the shaft work required at the compressor, a separate electric motor must be installed when driven at a low speed such as starting.

일반적인 가스터빈 엔진의 기동 제어방법은 크게 3단계로 나뉜다. 첫 번째 단계에서는, 가스터빈 엔진의 회전축에 맞물려 있는 전기 모터에 전력을 인가하여, 회전축의 RPM을 증가시킨다. 만일 회전수가 목표값으로 증가할 경우, 두 번째 단계의 제어가 시작된다. 두 번째 단계에서, 가스터빈 엔진의 연소기로 연료가 분사되고, 이러한 연료 분사에 의하여 가스터빈 엔진의 자체 출력이 발생된다. 다만, 전기 모터의 구동은 계속된다. 전기 모터 및 가스터빈 엔진의 동시 구동에 의하여 PRM이 다른 목표값에 도달되면, 세 번째 단계가 시작되는데, 여기서는 전기 모터에 인가되는 전력이 차단되고, 가스터빈 엔진의 연소기에 투입되는 연료량이 증가되어 회전축의 RPM이 또 다른 목표값까지 증가된다.The start control method of a general gas turbine engine is largely divided into three stages. In the first stage, electric power is applied to the electric motor which is engaged with the rotary shaft of the gas turbine engine, thereby increasing the RPM of the rotary shaft. If the rotation speed increases to the target value, control of the second stage is started. In the second stage, fuel is injected into the combustor of the gas turbine engine, and the fuel injection generates its own output. However, the drive of the electric motor continues. When the PRM reaches a different target value by simultaneous operation of the electric motor and the gas turbine engine, the third stage begins, where the power applied to the electric motor is cut off and the amount of fuel injected into the combustor of the gas turbine engine is increased. The RPM of the rotating shaft is increased to another target value.

상기 두 번째 단계에서, 전기 모터는 회전축의 RPM이 일정한 증가율을 가지도록 제어된다. 또한, 가스터빈 엔진에 분사되는 연료는 회전축의 RPM이 일정한 증가율을 가지도록 제어되거나, 기 설정된 스케줄에 따라 유량이 분사되도록 제어된다.In the second step, the electric motor is controlled such that the RPM of the rotating shaft has a constant rate of increase. In addition, the fuel injected into the gas turbine engine is controlled such that the RPM of the rotating shaft has a constant increase rate, or the flow rate is injected according to a preset schedule.

그런데, 회전축의 RPM이 일정한 증가율을 가지도록 연료 분사량이 제어될 경우, 전기 모터와 연료 제어가 서로 상이한 증가율을 가지도록 설정될 가능성이 있다. 이 경우, 회전축을 구동하는 전기 모터와 가스터빈 엔진 중에서, RPM 증가율이 낮도록 설정된 일방이 타방의 저항으로서 작용하는 문제점이 있다.By the way, when the fuel injection amount is controlled such that the RPM of the rotating shaft has a constant increase rate, there is a possibility that the electric motor and the fuel control are set to have different increase rates. In this case, there is a problem that, among the electric motor and the gas turbine engine driving the rotating shaft, one set such that the RPM increase rate is low acts as the other resistance.

또한, 가스터빈 엔진에 연료가 기 설정된 스케줄에 따라 유량이 분사되도록 제어될 경우에도, 가스터빈 엔진에 연료 유량이 과도하게 분사되면 문제가 발생된다. 즉, 전기 모터가 일정한 회전수 증가율을 갖도록 제어되기 때문에, 가스터빈 엔진에서 발생되는 과도한 출력을 억제하기 위하여, 전기 모터가 반대 방향의 구동력을 갖는 출력을 발생시켜야 하기 때문이다. 따라서, 불필요한 전력이 소모되는 문제점이 발생된다.In addition, even when fuel is injected into the gas turbine engine according to a predetermined schedule, a problem occurs when the fuel flow rate is excessively injected into the gas turbine engine. That is, since the electric motor is controlled to have a constant speed increase rate, in order to suppress excessive output generated in the gas turbine engine, the electric motor must generate an output having a driving force in the opposite direction. Therefore, a problem of unnecessary power consumption occurs.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기동 시 전기 모터 및 연료 분사량에 의하여 가스터빈 엔진을 제어할 때, 전기 모터를 스텝 제어함으로써, 전기 모터에 의한 출력과 연료 분사에 의한 출력이 항상 동일한 방향으로 회전축을 구동하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention, when controlling the gas turbine engine by the electric motor and the fuel injection amount at the start, by step-controlling the electric motor, the output by the electric motor and the output by the fuel injection is always the same An object of the present invention is to provide a start control method for a gas turbine engine that drives a rotating shaft in a direction.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가스 터빈 엔진의 회전축에 결합되어 있는 전기 모터를 이용하여 상기 가스터빈 엔진을 기동하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법에 있어서, (a) 상기 전기 모터를 구동함으로써, 상기 회전축의 RPM(revolutions per minute)을 제1RPM까지 증가시키는 단계와, (b) 상기 전기 모터를 스텝(step) 제어하여 구동함과 동시에, 상기 가스터빈 엔진의 연소기에 연료를 분사하여 상기 가스터빈 엔진을 구동함으로써, 상기 회전축의 RPM을 제2RPM까지 증가시키는 단계와, 그리고 (c) 상기 전기 모터에 의한 구동을 차단하고, 상기 연료 분사에 의한 상기 가스터빈 엔진의 구동만으로 상기 회전축의 RPM을 증가시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법을 제공한다.In order to achieve the above objects and other objects, the present invention provides a gas turbine engine start control method for starting the gas turbine engine by using an electric motor coupled to the rotary shaft of the gas turbine engine, (a) By driving the electric motor, increasing the revolutions per minute (RPM) of the rotary shaft to a first RPM, (b) step-drive the electric motor to drive, and at the same time to the combustor of the gas turbine engine Injecting fuel to drive the gas turbine engine, thereby increasing the RPM of the rotary shaft to a second RPM, and (c) interrupting the drive by the electric motor and driving the gas turbine engine by the fuel injection. It provides a start control method for a gas turbine engine, characterized in that it comprises the step of increasing the RPM of the rotary shaft only.

상기 (a)단계에서, 상기 회전축의 RPM이 기 설정된 증가율을 갖도록 전기 모터를 제어하는 것이 바람직하다.In the step (a), it is preferable to control the electric motor so that the RPM of the rotating shaft has a preset increase rate.

상기 (b)단계에서, 상기 전기 모터에 인가되는 전류의 크기가 소정의 값 이하로 유지하는 것이 바람직하다.In the step (b), it is preferable that the magnitude of the current applied to the electric motor is kept below a predetermined value.

또한 상기 (b)단계에서, 상기 회전축의 RPM이 소정의 시간 이내로 상기 제2RPM에 도달하도록 연료 분사량을 제어하는 것이 바람직하다.In addition, in the step (b), it is preferable to control the fuel injection amount so that the RPM of the rotating shaft reaches the second RPM within a predetermined time.

또한 상기 (c)단계에서, 상기 회전축의 RPM이 기 설정된 증가율을 갖도록 연료 분사량을 제어하는 것이 바람직하다. In addition, in the step (c), it is preferable to control the fuel injection amount so that the RPM of the rotating shaft has a preset increase rate.                     

이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 가스터빈 엔진의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 가스터빈 엔진의 각 위치에서의 상태점을 나타내는 온도-엔트로피 선도이다.1 is a schematic configuration diagram of a general gas turbine engine, and FIG. 2 is a temperature-entropy diagram showing a state point at each position of the gas turbine engine of FIG. 1.

도 1을 참조하면 가스터빈 엔진(100)은 공기를 압축하는 압축기(10)와, 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소하는 연소기(40)와, 연소 후의 연소가스가 팽창하는 터빈(20)을 구비한다.Referring to FIG. 1, a gas turbine engine 100 includes a compressor 10 for compressing air, a combustor 40 for mixing compressed air with fuel, and a turbine 20 for expanding combustion gas after combustion. Equipped.

압축기(10)는 입구 덕트(미도시)로부터 유입되는 제 1점의 상태의 공기를 압축하는 기능을 수행한다. 압축에 의하여 공기의 온도 및 압력이 상승된다. 만일, 압축기(10)의 등엔트로피 효율이 1이면, 압축기 출구에서 공기의 상태는 제 2s점이 된다. 하지만, 압축기(10)에서의 열손실, 비가역성 등에 의하여, 압축된 공기는 엔트로피가 제 2s점 보다 증가된 제 2점의 상태가 된다. 압축기는 압축 방법에 따라 왕복동식, 회전식, 원심식 등으로 분류된다.The compressor 10 performs a function of compressing air in a state of a first point flowing from an inlet duct (not shown). The compression raises the temperature and pressure of the air. If the isotropic efficiency of the compressor 10 is 1, the state of air at the compressor outlet is the second s point. However, due to heat loss, irreversibility, etc. in the compressor 10, the compressed air is in a state of the second point where the entropy is increased from the second point. Compressors are classified into reciprocating, rotary, centrifugal, and the like according to the compression method.

압축기(10)에 의하여 고압의 상태가 된 공기는 연소기(40)에서 연료와 혼합되어 연소된다. 연소에 의하여 발생된 연소가스는 제 3점의 상태를 가지는 고온 고압의 상태가 된다. 연소기(40)에서의 연소과정은 일반적으로 등압 과정으로 가정된다.The air, which has become high pressure by the compressor 10, is mixed with fuel in the combustor 40 and combusted. The combustion gas generated by the combustion becomes a state of high temperature and high pressure having a state of the third point. The combustion process in the combustor 40 is generally assumed to be an isostatic process.

연소기로부터 배출된 연소 가스는 터빈(20)으로 유입된다. 만일 터빈(120)의 효율이 1이면, 점 4s의 상태로 유출되지만, 터빈의 비가역성 및 열전달 등으로 인하여 제 4점의 상태가 된다. 이 때 터빈에서 발생되는 출력의 일부는 압축기를 구동하는데 이용된다. Combustion gas discharged from the combustor flows into the turbine 20. If the efficiency of the turbine 120 is 1, it flows out in the state of point 4s, but becomes the state of the fourth point due to irreversibility of the turbine, heat transfer, and the like. At this time, part of the output generated from the turbine is used to drive the compressor.                     

도 1에 도시된 바와 같이, 터빈(20)과 압축기(10)가 동축(50)으로 연결되어 있다. 터빈(20)과 압축기(10)는 회전 운동을 하는 회전기기로서, 각각 독립적인 회전축을 가질 수 있으나, 구조를 단순화하고 터빈(20)에서 발생되는 출력을 압축기(10)에 그대로 전달할 수 있도록, 서로 동축(180)으로 연결되어 있다.As shown in FIG. 1, the turbine 20 and the compressor 10 are connected by a coaxial 50. Turbine 20 and the compressor 10 as a rotary device for a rotary motion, each may have an independent axis of rotation, but to simplify the structure and to transmit the output from the turbine 20 to the compressor 10 as it is, It is connected to each other coaxial 180.

또한, 터빈(120)과 압축기(110)를 연결하는 회전축(50) 상에는 전기 모터(30)가 설치되어 있다. 전기 모터(30)는 가스터빈 엔진(100)의 기동을 위해 배치된다. 특히, 전기 모터(30)는 가스터빈 엔진(100)의 기동의 초기 단계에서 이용된다.In addition, the electric motor 30 is provided on the rotation shaft 50 connecting the turbine 120 and the compressor 110. The electric motor 30 is arranged for starting the gas turbine engine 100. In particular, the electric motor 30 is used in the initial stage of starting of the gas turbine engine 100.

가스터빈 엔진(100)은 운전 제어를 위하여 제어부(70)를 구비한다. 제어부(70)는 다양한 지점들로부터 온도, 압력, 출력 등의 입력 신호를 받아, 다양한 구동부들에 구동 신호를 출력한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 엔진의 제어방법에 이용되는 제어 신호의 흐름이 점선으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 기동 시 제어부(70)는 RPM(revolutions per minute) 감지부(80)로부터 회전축(50)의 RPM 신호를 입력받으며, 연료량 제어 수단(60) 및 전기 모터(30)에 구동 신호를 출력한다. 연료량 제어 수단(60) 및 전기 모터(30)는 상기 구동 신호에 따라 각각 연료 분사량과 전기 모터의 출력을 제어한다.The gas turbine engine 100 includes a controller 70 for driving control. The controller 70 receives input signals such as temperature, pressure, and output from various points, and outputs driving signals to the various drives. 1 shows a flow of control signals used in a control method of a gas turbine engine according to an embodiment of the present invention with a dotted line. As shown in the drawing, the controller 70 receives an RPM signal of the rotation shaft 50 from the revolutions per minute (RPM) sensor 80, and drives signals to the fuel amount control means 60 and the electric motor 30. Outputs The fuel amount control means 60 and the electric motor 30 control the fuel injection amount and the output of the electric motor, respectively, in accordance with the drive signal.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 엔진(100)의 기동 제어 단계를 보여주는 흐름도이다. 도 4는 도 3의 기동 제어방법에 의하여 제어되는 가스터빈 엔진의 시간에 따른 회전축의 상대 RPM을 나타내는 그래프이다. 여기에서 가로축은 시간이며, 세로축은 정격 RPM에 대한 RPM의 비(ratio)를 백분율로 나타낸 상대 RPM이다.3 is a flowchart illustrating a start control step of the gas turbine engine 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. 4 is a graph showing a relative RPM of a rotating shaft with time of a gas turbine engine controlled by the start control method of FIG. 3. Where the horizontal axis is time and the vertical axis is relative RPM, expressed as a percentage, of the ratio of RPM to rated RPM.

가스터빈 엔진(100)의 기동 제어방법은 전기 모터(30)를 구동함으로써, 회전축(50)의 RPM(revolutions per minute)을 제1RPM까지 증가시키는 단계와, 전기 모터(30)를 스텝(step) 제어하여 구동함과 동시에, 가스터빈 엔진(100)의 연소기(40)에 연료를 분사하여 가스터빈 엔진(100)을 구동함으로써, 회전축(50)의 RPM을 제2RPM까지 증가시키는 단계와, 그리고 전기 모터(30)에 의한 구동을 차단하고, 상기 연료 분사에 의한 가스터빈 엔진(100)의 구동만으로 회전축(50)의 RPM을 증가시키는 단계를 구비한다. 이하에서 상기의 단계를 상세히 설명하도록 한다.The start control method of the gas turbine engine 100 includes driving the electric motor 30 to increase revolutions per minute (RPM) of the rotation shaft 50 to the first RPM, and stepping the electric motor 30. Driving the gas turbine engine 100 by injecting fuel into the combustor 40 of the gas turbine engine 100 while controlling and driving the motor, thereby increasing the RPM of the rotating shaft 50 to a second RPM; and Blocking the drive by the motor 30, and increasing the RPM of the rotary shaft 50 only by driving the gas turbine engine 100 by the fuel injection. Hereinafter, the above steps will be described in detail.

제어부(70)는 정지된 상태의 가스터빈 엔진(100)을 전기 모터(30)를 이용하여 구동한다(S10 단계). 전기 모터(30)를 다양한 방법으로 제어할 수 있으나, 회전축(50)의 RPM 증가율이 일정하도록 제어하는 것이 바람직하다.The controller 70 drives the gas turbine engine 100 in the stopped state using the electric motor 30 (step S10). The electric motor 30 may be controlled in various ways, but it is preferable to control the RPM increase rate of the rotation shaft 50 to be constant.

이 때 제어부(70)는 연료량 제어 수단(60)으로 하여금, 가스터빈 엔진(100)의 연소기(60)에는 연료를 분사하지 않게 한다. 따라서, 회전축의 RPM 변화는 전기 모터(30)의 출력에 전적으로 의존하게 된다. 만일, RPM의 증가율을 크게 하고자 하면, 전기 모터(30)의 출력을 크게 유지하고, RPM의 증가율을 작게 하고자 하면, 전기 모터(30)의 출력을 작게 유지한다. 본 실시예에서는, 회전축(50)의 RPM이 기 설정된 증가율을 갖도록 전기 모터(30)를 제어한다. 따라서, RPM이 약 15초까지는 대략 일정한 값의 증가율을 가진다. 이러한 전기 모터(30)의 구동에 의하여, 회전축(50)의 RPM이 제1RPM인 정격 회전수의 17 %에 도달할 때까지 가속된다(S20단계). At this time, the controller 70 causes the fuel amount control means 60 not to inject fuel into the combustor 60 of the gas turbine engine 100. Thus, the RPM change of the rotational shaft depends entirely on the output of the electric motor 30. If the increase rate of the RPM is to be increased, the output of the electric motor 30 is kept large, and if the increase rate of the RPM is to be reduced, the output of the electric motor 30 is kept small. In this embodiment, the electric motor 30 is controlled such that the RPM of the rotation shaft 50 has a preset increase rate. Thus, the RPM has a constant increase in value up to about 15 seconds. By the driving of the electric motor 30, the RPM of the rotating shaft 50 is accelerated until it reaches 17% of the rated rotation speed which is the first RPM (step S20).                     

기동 후 약 15초 내지 17초 사이에는, 회전축(50)의 RPM이 일정하게 유지되도록 전기 모터(30)를 제어한다. 이 시간 구간은 연소기(40)의 점화 대기 시간으로서, 가스터빈 엔진(100)의 기동 스케줄에 따라 생략 가능하다. Between about 15 and 17 seconds after starting, the electric motor 30 is controlled so that the RPM of the rotating shaft 50 is kept constant. This time period is an ignition waiting time of the combustor 40 and can be omitted according to the start schedule of the gas turbine engine 100.

그 후에 전기 모터(30)에는 스텝 제어 신호가 입력된다(S31 단계). 여기에서 스텝 제어는 목표 RPM과 현재 RPM과의 차를 입력변수로 하여, 전기 모터(30)의 출력을 변화시키는 것이다. 따라서, 그 차이가 클 경우 출력의 크기가 크도록 제어하며, 차이가 작을 경우 출력이 감소된다. 그런데, 처음에는 목표 회전수와 현재 회전수의 차가 크기 때문에, 전기 모터에 지나치게 큰 전류가 유입될 위험이 존재하게 된다. 따라서, 전류 리미트(미도시)가 설치되어, 전기 모터(30)로 유입되는 전류의 크기가 소정의 값 이하로 유지되도록 제어한다. 다만, 기동시간을 단축하기 위하여 전기 모터(30)의 출력이 최대 출력에 가깝게 유지되는 것이 바람직하다.Thereafter, a step control signal is input to the electric motor 30 (step S31). Here, the step control is to change the output of the electric motor 30 using the difference between the target RPM and the current RPM as an input variable. Therefore, when the difference is large, the output size is controlled to be large, and when the difference is small, the output is reduced. However, since the difference between the target rotational speed and the current rotational speed is large at first, there is a risk that an excessively large current flows into the electric motor. Therefore, a current limit (not shown) is provided to control the magnitude of the current flowing into the electric motor 30 to be maintained below a predetermined value. However, in order to shorten the starting time, it is preferable that the output of the electric motor 30 is maintained close to the maximum output.

전기 모터(30)를 구동함과 동시에, 제어부(70)는 연료량 제어 수단(60)으로 하여금 연소기(40)로 연료를 분사시키도록 한다(S32 단계). 따라서, 연소기(40)로 유입된 연료가 압축기(10)로 유입된 공기와 혼합되어 연소된다. 상기 연소가스는 터빈(20)을 구동하여 가스터빈 엔진(10) 자체의 출력을 발생시킨다. 여기에서 가스터빈 엔진의 순 출력(net power)은 터빈(20)에서 발생되는 출력에서 압축기(10) 소요 출력을 차감한 값이다. 그런데, 전기 모터(30)의 출력이 상대적으로 크기 때문에, 가스터빈 엔진(100)의 순 출력은 전기 모터(30)의 출력의 보조적인 기능을 수행한다. At the same time as driving the electric motor 30, the control unit 70 causes the fuel amount control means 60 to inject fuel into the combustor 40 (step S32). Therefore, the fuel introduced into the combustor 40 is mixed with the air introduced into the compressor 10 and combusted. The combustion gas drives the turbine 20 to generate the output of the gas turbine engine 10 itself. Here, the net power of the gas turbine engine is a value obtained by subtracting the required output of the compressor 10 from the output generated from the turbine 20. However, since the output of the electric motor 30 is relatively large, the net output of the gas turbine engine 100 performs an auxiliary function of the output of the electric motor 30.                     

회전축(50)의 RPM 증가율은 전기 모터(30)의 출력과 가스터빈 엔진(100)의 순 출력의 합에 의하여 결정된다. 본 실시예에서는, 연소기(40)로 분사되는 연료량을 피드백 제어하지 않으며, 기 설정된 연료량 스케줄에 따라 연료를 분사한다. 이 때 소정의 시간 이내에 제2RPM에 도달하도록 연료 분사 스케줄을 설정하는 것이 바람직하다.The RPM increase rate of the rotation shaft 50 is determined by the sum of the output of the electric motor 30 and the net output of the gas turbine engine 100. In this embodiment, the amount of fuel injected into the combustor 40 is not feedback controlled, and fuel is injected according to a preset fuel amount schedule. At this time, it is preferable to set the fuel injection schedule to reach the second RPM within a predetermined time.

전기 모터(30)의 출력과 가스터빈 엔진(100)의 순 출력에 의하여 회전축(50)의 RPM이 증가되며, 회전축(50)의 RPM이 제2RPM인 정격 회전수의 50 %에 도달할 때까지 가속된다(S40단계).RPM of the rotating shaft 50 is increased by the output of the electric motor 30 and the net output of the gas turbine engine 100, and until the RPM of the rotating shaft 50 reaches 50% of the rated rotation speed of the second RPM. Accelerated (step S40).

회전축(50)의 RPM이 제2RPM에 도달하면, 회전축(50)을 구동하는 전기 모터(30)의 출력을 제거한다(S51 단계). 하지만 연소기(40)로의 연료 분사는 계속된다(S52 단계).When the RPM of the rotating shaft 50 reaches the second RPM, the output of the electric motor 30 driving the rotating shaft 50 is removed (step S51). However, fuel injection to the combustor 40 is continued (step S52).

이렇게 전기 모터(30)의 출력이 제거됨에도 불구하고, 회전축(50)의 RPM은 가속된다. 왜냐하면 상대적으로 RPM이 높은 상태에서는 연소기(40)로 유입되는 연료의 양과, 압축기(10)로부터 유입되는 공기의 양이 증가되어, 전체적으로 가스터빈 엔진(100)의 순 출력이 증가하기 때문이다. 따라서, 전기 모터(30)의 출력이 없더라도, 가스터빈 엔진(100) 자체의 출력으로 인하여 회전축(50)의 RPM을 증가시킬 수 있다. 이 때 가스터빈 엔진(100)에 분사되는 연료량을 다양한 방법으로 제어할 수 있으나, 바람직하게는 회전축(50)의 RPM 증가율이 일정하도록 제어하는 것이 바람직하다. 이러한 회전축의 RPM이 정격 회전수에 도달할 때, 가스터빈 엔진(100)의 기동 스케줄이 종료된다(S60 단계). Although the output of the electric motor 30 is thus removed, the RPM of the rotating shaft 50 is accelerated. This is because the amount of fuel flowing into the combustor 40 and the amount of air flowing from the compressor 10 are increased in the state where the RPM is relatively high, and the net output of the gas turbine engine 100 is increased as a whole. Therefore, even if there is no output of the electric motor 30, it is possible to increase the RPM of the rotary shaft 50 due to the output of the gas turbine engine 100 itself. In this case, the amount of fuel injected into the gas turbine engine 100 may be controlled in various ways, but preferably, the RPM increase rate of the rotation shaft 50 is controlled to be constant. When the RPM of the rotary shaft reaches the rated rotation speed, the start schedule of the gas turbine engine 100 is terminated (step S60).                     

앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.Like reference numerals in the drawings shown above indicate the same members.

본 발명에 따른 가스터빈 엔진의 기동 제어방법은 다음과 같은 효과를 가진다.The start control method of the gas turbine engine according to the present invention has the following effects.

첫째, 전기 모터 및 연료 분사에 의하여 가스터빈 엔진의 회전축이 가속될 때, 전기 모터가 스텝 제어되므로, 연료 분사에 의한 가스터빈 엔진의 출력이 전기 모터의 출력에 덧붙여지게 된다. 따라서, 전기 모터에 의한 구동력과 연료 분사에 의한 출력이 항상 동일한 방향으로 회전축을 구동하게 된다.First, when the rotary shaft of the gas turbine engine is accelerated by the electric motor and fuel injection, the electric motor is step controlled, so that the output of the gas turbine engine by fuel injection is added to the output of the electric motor. Therefore, the driving force by the electric motor and the output by fuel injection always drive the rotating shaft in the same direction.

둘째, 전기 모터 및 연료 분사에 의하여 가스터빈 엔진의 회전축이 가속될 때, 전기 모터의 출력을 최대 출력에 가깝게 유지할 경우, 회전축의 RPM 증가율이 최대화되어, 기동 시간이 감소된다.Second, when the rotation shaft of the gas turbine engine is accelerated by the electric motor and fuel injection, when the output of the electric motor is kept close to the maximum output, the RPM increase rate of the rotation shaft is maximized, and the starting time is reduced.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (5)

가스 터빈 엔진의 회전축에 결합되어 있는 전기 모터를 이용하여 상기 가스터빈 엔진을 기동하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법에 있어서,In the start control method of a gas turbine engine for starting the gas turbine engine by using an electric motor coupled to a rotary shaft of a gas turbine engine, (a) 상기 전기 모터를 구동함으로써, 상기 회전축의 RPM(revolutions per minute)을 제1RPM까지 증가시키는 단계;(a) increasing the revolutions per minute (RPM) of the rotary shaft to a first RPM by driving the electric motor; (b) 상기 전기 모터를 스텝(step) 제어하여 구동함과 동시에, 상기 가스터빈 엔진의 연소기에 연료를 분사하여 상기 가스터빈 엔진을 구동함으로써, 상기 회전축의 RPM을 제2RPM까지 증가시키는 단계;(b) increasing the RPM of the rotation shaft to a second RPM by driving the electric motor by controlling the electric motor step by step and injecting fuel into a combustor of the gas turbine engine to drive the gas turbine engine; (c) 상기 전기 모터에 의한 구동을 차단하고, 상기 연료 분사에 의한 상기 가스터빈 엔진의 구동만으로 상기 회전축의 RPM을 증가시키는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법.(c) blocking driving by the electric motor and increasing the RPM of the rotating shaft only by driving the gas turbine engine by the fuel injection; and controlling the start of the gas turbine engine. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서,The method of claim 1, wherein in step (a), 상기 회전축의 RPM이 기 설정된 증가율을 갖도록 전기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법.Starting control method for a gas turbine engine, characterized in that for controlling the electric motor so that the RPM of the rotating shaft has a predetermined increase rate. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계에서,The method of claim 1, wherein in step (b), 상기 전기 모터에 인가되는 전류의 크기가 소정의 값 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법.And a magnitude of a current applied to the electric motor is kept below a predetermined value. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계에서,The method of claim 1, wherein in step (b), 상기 회전축의 RPM이 소정의 시간 이내로 상기 제2RPM에 도달하도록 연료 분사량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법.And controlling the fuel injection amount such that the RPM of the rotary shaft reaches the second RPM within a predetermined time. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계에서,The method of claim 1, wherein in step (c), 상기 회전축의 RPM이 기 설정된 증가율을 갖도록 연료 분사량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 엔진의 기동 제어방법.Starting control method of a gas turbine engine, characterized in that for controlling the fuel injection amount so that the RPM of the rotating shaft has a predetermined increase rate.
KR1020040049726A 2004-06-29 2004-06-29 The control method for staring the gas turbine engine KR101025772B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040049726A KR101025772B1 (en) 2004-06-29 2004-06-29 The control method for staring the gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040049726A KR101025772B1 (en) 2004-06-29 2004-06-29 The control method for staring the gas turbine engine

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20-2004-0018441U Division KR200362485Y1 (en) 2004-06-29 2004-06-29 Continuity paper cutting type printer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060000762A KR20060000762A (en) 2006-01-06
KR101025772B1 true KR101025772B1 (en) 2011-04-04

Family

ID=37104013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040049726A KR101025772B1 (en) 2004-06-29 2004-06-29 The control method for staring the gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101025772B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06159098A (en) * 1992-11-25 1994-06-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Starting method for gas turbine
JPH10153102A (en) 1996-11-22 1998-06-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Starting method and starting control device for gas turbine generator
JP2003336505A (en) 2002-05-17 2003-11-28 Ebara Corp Method of starting gas turbine device, and gas turbine device
US20040099234A1 (en) 2002-11-26 2004-05-27 Goro Tamai Dual voltage tandem engine start system and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06159098A (en) * 1992-11-25 1994-06-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Starting method for gas turbine
JPH10153102A (en) 1996-11-22 1998-06-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Starting method and starting control device for gas turbine generator
JP2003336505A (en) 2002-05-17 2003-11-28 Ebara Corp Method of starting gas turbine device, and gas turbine device
US20040099234A1 (en) 2002-11-26 2004-05-27 Goro Tamai Dual voltage tandem engine start system and method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060000762A (en) 2006-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6003298A (en) Steam driven variable speed booster compressor for gas turbine
US4157011A (en) Gas turbine flywheel hybrid propulsion system
JP2010019165A (en) Twin-shaft gas turbine
JP6375585B2 (en) Combined cycle plant, control method thereof, and control device thereof
US20040237535A1 (en) Method of operating a gas turbine
CA2402932A1 (en) Gas turbine, driving method thereof and gas turbine combined electric power generation plant
US6105359A (en) Efficiency enhanced turbine engine
KR101025772B1 (en) The control method for staring the gas turbine engine
US5966927A (en) Efficiency enhanced turbine engine
JP2005188411A (en) Operation control method for two-axial gas turbine, two-axial gas turbine, and operation control device for two-axial gas turbine
KR101197498B1 (en) Method for operating a turbocompressor
KR101045920B1 (en) How reciprocating internal combustion engines work
KR101409578B1 (en) Steam driven compressor
US20150068213A1 (en) Method of cooling a gas turbine engine
RU2305789C2 (en) Gas-turbine plant
KR101091912B1 (en) Method to control starting gas turbine engine adopting current value of starting motor
KR20120113863A (en) Turbine increasing output power by water or steam injection
EP3396135B1 (en) Control apparatus and method of gas turbine system
JP2011038531A (en) Dual axis gas turbine, control device and control method therefor
JP2007146811A (en) Start control method for gas turbine engine
JPH1182170A (en) Jet engine and driving method thereof
JPH05171957A (en) Control device of gas turbine
RU2804671C2 (en) Gas turbine engine acceleration control method
RU2405959C1 (en) Method of gas generation for creation of thrust in air jet engine with multi-stage axial compressor and air jet engine
JPH0886227A (en) Starting method for combined shaft system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140227

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150227

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160229

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190227

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200225

Year of fee payment: 10