KR101521955B1 - 가스터빈용 인클로저 모듈 및 이를 포함하는 가스터빈 발전 플랜트 - Google Patents

가스터빈용 인클로저 모듈 및 이를 포함하는 가스터빈 발전 플랜트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정비 효율성을 개선할 수 있는 가스터빈용 인클로저 모듈 및 가스터빈 발전 플랜트에 관한 것으로, 본 발명의 가스터빈 발전 플랜트는, 가스터빈(100)과; 상기 가스터빈이 수납되는 인클로저(200)와; 상기 인클로저 상부에서 서로 다른 높이에 위치하여 중첩되는 회동 반경을 갖고 회동 가능한 회동암과, 상기 회동암이 마련되어 상기 인클로저의 양 측부에 각각 설치되는 크레인(300A)(300B);을 포함한다.

Description

가스터빈용 인클로저 모듈 및 이를 포함하는 가스터빈 발전 플랜트{Gas turbine enclosure module and Gas turbine power generating plant having the same}
본 발명은 정비 효율성을 개선할 수 있는 가스터빈용 인클로저 모듈 및 가스터빈 발전 플랜트에 관한 것이다.
가스터빈 발전은 가스터빈을 원동기로 사용하여 발전하는 방식으로써, 가스터빈은 고온, 고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관이다.
일반적으로 가스터빈은 압축기, 연소기, 터빈으로 구성되며, 전단의 압축기에서 공기의 압축이 이루어지고 압축된 공기는 연소실에서 분사되는 연료와 혼합되어 연소가 이루어지며, 이때 발생된 고온, 고압의 연소가스는 터빈에 분사하여 팽창이 이루어져 터빈을 회전시키게 된다. 한편 터빈에서 팽창되어 발생된 연소가스 발전기와 연결되는 샤프트에 회전 구동하여 전력을 생산한다.
발전 플랜트의 가스터빈은 다수의 보조시스템과 연결되며, 예를 들어 가스터빈의 다양한 운전 파라미터를 모니터하고 가스터빈을 운전하기 위한 유체와 전력을 공급할 수 있는 보조시스템이 연결된다.
이러한 가스터빈 발전 플랜트는 안정적인 전력공급을 위하여 정기적으로 점검과 정비를 필요로 하며, 예를 들어 복합화력발전소에 설치되는 가스터빈은 운전시간이 약 12,500시간에서는 B급 OH 또는 고온부품 교체정비가 이루어지며, 약 50,000시간에서는 A급 또는 주정비를 수행하도록 되어 있다. 주정비에서는 연소기 교체정비와 고온부품 교체정비가 이루어지며, 공기 압축기의 분해정비를 수행하게 된다.
통상적으로 연소기 교체정비에 4일이 소요되며, 고온부품 교체정비에 약 28일, 주정비에 약 42일 정도의 정비기간이 소요된다.
이러한 가스터빈의 정비 주기는 신뢰성을 확보하기 위하여 주기적으로 부품들이 손상되기 전에 교체가 이루어지는 운영방식을 채택하고 있으며, 정기적인 정비 이외에도 외부로부터 유입되는 이물질 또는 가스터빈의 하드웨어에서 탈락되는 이물질(Domestic Object Damage; DOD)에 의한 균열이나 손상에 의해서도 정비가 이루어질 수 있다.
예를 들어 가스터빈의 회전축에 장착되는 회전날개의 손상이 발생된 경우에는 고온부품 교체정비에 필요한 분해, 조립과정을 필요로 하여 최소 23일 정도 소요된다.
한편 가스터빈의 대수리 또는 정비 시에 중량물의 이동은 가스터빈이 설치되는 건물 내의 천정 크레인이 사용되고 있으며, 천정 크레인은 큰 중량물의 이동에는 효과적이지만 동시에 다수의 중량물 이동이 불가하여 수리시간의 지연이 발생하는 문제점이 있다.
특히 발전 플랜트는 정지 기간을 단축하는 것은 매우 중요하며, 따라서 가스터빈의 정비 또는 수리시간의 지연이 발생될 수 있는 요소를 제거하거나 이를 단축하는 것은 발전 플랜트의 운영에 매우 중요한 관심 사항이라 할 수 있다.
1. 미국 특허공개 US2009/0049842(공개일자 2009.02.26)
2. 미국 특허공개 US2012/0312707(공개일자 2012.12.13)
본 발명은 가스터빈 발전 플랜트에 있어서, 정비 효율성을 개선할 수 있는 가스터빈 발전 플랜트를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 가스터빈 발전 플랜트는, 가스터빈과; 상기 가스터빈이 수납되는 인클로저와; 상기 인클로저 상부에서 서로 다른 높이에 위치하여 중첩되는 회동 반경을 갖고 회동 가능한 회동암과, 상기 회동암이 마련되어 상기 인클로저의 양 측부에 각각 설치되는 크레인;을 포함한다.
다음으로 본 발명에 따른 가스터빈용 인클로저 모듈은, 가스터빈이 수납되는 인클로저와; 상기 인클로저의 양 측부에 각각 설치되어 상기 인클로저 상부에서 선회 가능한 회동암을 갖는 크레인;을 포함한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 크레인은, 상기 인클로저에 수직하게 고정되어 상기 회동암이 회동 가능하게 마련되는 마스트와; 상기 회동암을 따라서 이동 가능하게 마련되는 호이스트;를 더 포함한다.
보다 바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 회동암의 회전각을 제한하기 위한 회전각 제한수단을 더 포함할 수 있으며, 또한, 상기 마스트는 상기 인클로저의 상부에 설치되어 외기의 공급이 이루어지는 인렛 덕트를 지지하게 되는 지지구조물인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 두 회동암의 중첩되는 영역은 상기 인클로저 상부 중앙을 포함한다.
본 발명에 따른 가스터빈 발전 플랜트는 인클로저 양측에 독립적으로 운전이 가능한 한 쌍의 크레인이 마련됨으로써, 가스터빈의 정비 시에 부품의 이동에 따른 작업 시간을 단축하여 정비 효율성을 높일 수가 있다.
또한 본 발명은 인클로저 상부에 배치되는 인렛 덕트를 지지하는 지지구조물을 활용하여 서로 다른 높이에서 인클로저 상부를 선회하게 되는 한 쌍의 회동암을 갖는 크레인을 제공함으로써, 작업 효율성을 높이면서도 공간 활용도를 높이고 타 구조물과의 간섭에 의한 안전사고를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가스터빈 발전 플랜트를 보여주는 평면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 가스터빈 발전 플랜트의 정면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 발전 플랜트의 측면 구성도.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 가스터빈 발전 플랜트는, 가스터빈(100)과, 가스터빈(100)이 수납되는 인클로저 모듈을 포함하며, 인클로저 모듈은, 가스터빈(100)이 수납되는 인클로저(200), 인클로저(200)의 길이 방향으로 양 측벽에 각각 설치되어 인클로저(200) 상부에서 선회 가능한 회동암을 갖는 크레인(300A)(300B)을 포함한다.
인클로저(enclosure)(200)는 가스터빈(100)을 감싸도록 바깥에 설치되어 가스터빈(100)에서 발생되는 소음이 주변으로 확산되는 것을 방지한다.
인클로저(200)와 인접하여 가스터빈(100)과 샤프트에 연결되어 전력을 생산하기 위한 발전기(400)가 설치된다.
인클로저(200)는 인렛 덕트(510)와 아웃렛 덕트(520)가 마련되어 인렛 덕트(510)를 통해 외기의 공급이 이루어지며, 가스터빈(100)에서 발생된 연소가스는 아웃렛 덕트(520)를 통해 배기가 이루어진다.
인렛 덕트(510)를 통해 인클로저(200)로 유입되는 공기 흐름은 가스터빈(100)으로 외기를 공급하게 되는 1차 공기흐름과, 인클로저(200) 내에서 가스터빈(100)의 운전에 의해 발생되는 고온의 열을 냉각하여 인클로저(200) 내부의 온도 상승을 억제하기 위한 2차 공기흐름으로 구분될 수 있으며, 2차 공기흐름에 의해 발생된 열을 인클로저(200) 바깥으로 배출하기 위한 환풍 장치들이 설치될 수 있다.
인클로저(200)의 형태는 다양할 수 있으나, 본 실시예에서 인클로저(200)는 적어도 인클로저(200)의 길이 방향에 대해 양측에 수직 측벽(210)(220)을 갖는 것이 바람직하다.
크레인(300A)(300B)은 인클로저(200)의 좌우측에 각각 수직 측벽(210)(220)에 지지되어 설치될 수 있으며, 바람직하게는 인클로저(200)를 중심으로 좌우 대칭된 위치에 설치될 수 있다.
인클로저(200)의 좌우측에 각각 설치되는 제1크레인(300A)과 제2크레인(300B)은 두 회동암의 회전 반경 일부가 서로 중첩되게 마련되며, 이때 중첩되는 영역은 인클로저 상부 중앙(예를 들어, 인클로저의 길이 방향 중앙선)일 수 있다. 따라서, 상대적으로 빈번하게 정비 작업이 이루어지는 인클로저 상부 중앙 영역에서 두 개의 크레인을 이용하여 작업이 가능하여 정비 효율성을 높일 수 있다. 한편, 두 회동암은 서로 다른 높이에 설치되어 상호 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
크레인(300A)(330B)의 설치 위치는 대략 가스터빈(100)의 압축기(101)와 인접하여 양측에 마련될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 가스터빈 발전 플랜트의 정면 구성도로써, 이해를 돕기 위하여 인클로저와 크레인만이 도시되어 있다.
도 2를 참고하면, 제1크레인(300A)은 인클로저(200) 바깥의 수직 측벽에 지지되어 설치되는 마스트(310)와, 마스트(310) 상단에 회동 가능하게 설치되는 회동암(320)과, 회동암(320)을 따라서 전후 이동이 가능하게 마련되는 호이스트(330)를 포함한다.
마스트(310) 상단에는 회동암(320)을 회전 구동하기 위한 구동부(311)가 마련될 수 있으며, 이러한 구동부는 회전 기어(slewing gear), 유성 기어 및 유압 모터에 의해 제공될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
회동암(320)은 마스트(310)에 회동 가능하게 마련되며, 호이스트(330)의 이동을 위한 가이드레일을 제공한다. 회동암(320)은 호이스트(330)의 인양하중을 고려하여 보강부재(321)가 추가될 수 있다.
바람직하게는, 크레인의 동작 반경 내에 위치하게 되는 발전설비와 회동암(320)이 충돌하는 것을 방지하도록 회동암(320)의 회전각을 제한하기 위한 회전각 제한수단을 더 포함할 수 있다. 이러한 회전각 제한수단으로는 회동암의 회전 반경 내에 위치하여 마스트 상단에 돌출되게 마련된 스톱퍼일 수 있으며, 회동암(320)은 스톱퍼의 위치에서 회전이 제한되도록 할 수 있다. 스톱퍼 이외에도 회전각 제한수단은 회동암을 회전 구동하게 되는 구동부의 회전 기어에 마련될 수 있으며, 그 형태는 다양하게 제공될 수 있을 것이다.
호이스트(330)는 전동기, 감속 장치, 및 와인딩 드럼이 일체로 통합되어 제공되어 회동암(320)을 따라서 스스로 주행이 이루어질 수 있다.
도시되지 않았으나 호이스트(330)는 중량물을 고정하도록 하단에 후크가 마련된 체인 또는 와이어가 마련되어 와인딩 드럼의 구동에 의해 중량물을 들어 올리거나 내릴 수 있다.
회동암(320)의 회전 구동과 호이스트(330)의 조작은 유선 콘트롤러(331) 또는 무선 타입의 콘트롤러(332)에 의해 이루어질 수 있으며, 마스트(310)에는 크레인의 전원 공급을 단속할 수 있는 메인 스위치박스(333)가 설치될 수 있다.
제2크레인(300B)은 회동암의 설치 높이를 제외하고는 제1크레인(330A)과 동일하게 제공될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 회동암은 마스트의 고정된 높이에 설치되는 것으로 예시하고 있으나, 별도의 구동부가 마련되어 회동암은 마스트를 따라서 높이 조절이 이루어질 수 있음을 이해하여야 할 것이며, 이때 두 회동암은 서로의 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 두 회동암에 근접센서와 같은 검출수단을 부가하여 회동암의 운전 시에 발생될 수 있는 충돌을 방지하도록 동작을 제한하거나 경고신호를 발생하여 운전자의 주의를 환기시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 가스터빈 발전 플랜트의 측면 구성도이다.
도 3에 예시된 것과 같이, 본 발명의 가스터빈 발전 플랜트에서 마스트(310)는 인클로저(200) 상부에 설치되어 외기의 공급이 이루어지는 인렛 덕트(510)를 지지하게 되는 지지구조물(500)인 것을 특징으로 한다.
도면부호 511은 인렛 덕트(510) 전단에 마련되어 유입되는 공기를 여과 처리하기 위한 인렛 필터이다.
인렛 덕트(510)와 인렛 필터(511)는 가스터빈 발전 플랜트에서 상당히 큰 공간을 차지하게 되는 설비로써, 인클로저(200) 상부에 배치되어 지지구조물(500)에 의해 지지된다.
본 발명은 이러한 지지구조물(500)을 활용하여 별도의 마스트를 설치하는 것이 아니라 인렛 덕트용 지지구조물(500) 중의 일부를 크레인의 마스트(310)로 사용하여 회동암(320)의 설치가 이루어질 수 있다. 지지구조물(500)은 H빔 구조물에 의해 제공될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성된 본 발명의 가스터빈 발전 플랜트는 인클로저 양측에 독립적으로 운전이 가능한 제1크레인(300A)과 제2크레인(300B)이 마련됨으로써, 가스터빈의 정비 시에 부품의 이동에 따른 작업 시간을 줄일 수 있다.
특히 본 발명은 인클로저 상부에 배치되는 인렛 덕트를 지지하는 지지구조물을 활용하여 서로 다른 높이에서 인클로저 상부를 선회하게 되는 한 쌍의 회동암을 갖는 크레인을 제공함으로써, 작업 효율성을 높이면서도 공간 활용도를 높이고 타 구조물과의 간섭에 의한 안전사고를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
100 : 가스터빈 200 : 인클로저
300A : 제1크레인 300B: 제2크레인
310 : 마스트 320 : 회동암
321 : 보강부재 330 : 호이스트
311 : 구동부 400 : 발전기
500 : 지지구조물 510 : 인렛 덕트
511 : 인렛 필터 520 : 아웃렛 덕트

Claims (10)

  1. 가스터빈과;
    상기 가스터빈이 수납되는 인클로저와;
    상기 인클로저 상부에서 서로 다른 높이에 위치하여 중첩되는 회동 반경을 갖고 회동 가능한 회동암이 마련되어 상기 인클로저의 양 측부에 각각 설치되는 한 쌍의 크레인;을 포함하는 가스터빈 발전 플랜트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 크레인은,
    상기 인클로저에 수직하게 고정되어 상기 회동암이 회동 가능하게 마련되는 마스트와;
    상기 회동암을 따라서 이동 가능하게 마련되는 호이스트;를 더 포함하는 가스터빈 발전 플랜트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회동암의 회전각을 제한하기 위한 회전각 제한수단을 더 포함하는 가스터빈 발전 플랜트.
  4. 제2항에 있어서, 상기 마스트는 상기 인클로저의 상부에 설치되어 외기의 공급이 이루어지는 인렛 덕트를 지지하게 되는 지지구조물인 것을 특징으로 하는 가스터빈 발전 플랜트.
  5. 제1항에 있어서, 두 회동암의 중첩되는 영역은 상기 인클로저 상부 중앙을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 발전 플랜트.
  6. 가스터빈이 수납되는 인클로저와;
    상기 인클로저의 양 측부에 각각 설치되어 상기 인클로저 상부에서 선회 가능한 회동암을 갖는 한 쌍의 크레인;을 포함하는 가스터빈용 인클로저 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 크레인의 각 회동암은 서로 다른 높이에 위치하여 중첩되는 회동 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 가스터빈용 인클로저 모듈.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 크레인은,
    상기 인클로저에 수직하게 고정되어 상기 회동암이 회동 가능하게 마련되는 마스트와;
    상기 회동암을 따라서 이동 가능하게 마련되는 호이스트;를 더 포함하는 가스터빈용 인클로저 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 회동암의 회전각을 제한하기 위한 회전각 제한수단을 더 포함하는 가스터빈용 인클로저 모듈.
  10. 제8항에 있어서, 상기 마스트는 상기 인클로저의 상부에 설치되어 외기의 공급이 이루어지는 인렛 덕트를 지지하게 되는 지지구조물인 것을 특징으로 하는 가스터빈용 인클로저 모듈.
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