KR101878241B1 - 고압력비 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진 - Google Patents
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Abstract
전력 생산을 위한 공업용 가스 터빈 엔진은 고압력 스풀 및 저압력 스풀을 포함하고, 상기 저압력 스풀이 완전히 중지되는 경우, 풀 출력 모드로부터 제로 출력 모드로 작동할 수 있고, 상기 저압력 스풀은 고전기 수요에서 작동되어 고압력 스플의 고압력 컴프레서로 압축 공기를 공급하고, 상기 터빈 배기는 열 회수 증기 발전기에서 생성된 증기로부터 제 2 발전기를 구동하도록 사용된다. 상기 파워 플랜트는 높은 동력 출력이 요구되는 경우 용이하게 재개시하기 위해서 파워 플랜트의 미사용부를 고온으로 유지하면서, 최대 부하의 25%에서 작동할 수 있다.
Description
일반적으로, 본 발명은 공업용 가스 터빈 엔진에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 고압 스풀과는 별도로 작동될 수 있는 저압 스풀을 지닌 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진에 관한 것이다.
대형 프레임 대용량(large frame heavy duty) 공업용 가스 터빈(IGT; Industrial Gas Turbine) 엔진 등의 가스 터빈 엔진에 있어서, 연소기에서 발생된 고온 가스류가 터빈을 통과하여 기계적인 일을 행한다. 상기 터빈은 점진적으로 감소되는 온도에 있어서, 상기 고온 가스류와 반응하는 1개 이상의 열 또는 단의 스테이터 베인 또는 로터 블레이드를 포함한다. 따라서, 상기 터빈 및 엔진의 효율성은 상기 터빈으로 보다 고온의 가스류를 통과시킴으로써 향상될 수 있다. 그러나, 상기 터빈 입구 온도는 터빈, 특히 제 1 단 베인과 블레이드의 물성, 및 이들 제 1 단 에어포일의 냉각 성능의 양으로 제한된다.
전력 생산에 사용되는 공업용 가스 터빈 엔진에 있어서, 낮은 전기 수요의 기간 동안에는 상기 엔진의 출력이 감소된다. 낮은 전력 수요의 기간 동안에, 종래의 파워 플랜트는 최대 부하의 40%∼50%의 낮은 출력 모드를 갖는다. 이들 낮은 출력 모드에서 엔진 효율성은 매우 낮고, 따라서 엔진이 보다 높은 효율성으로 전속력으로 작동할 때보다 전기 요금이 높다.
현재, 사용되는 공업용 및 선박용 가스 터빈 엔진이 도 12-15에 나타내어진다. 이들 설계는 이들이 작동하도록 하는 낮은 극한 전력을 제한(턴다운비라 함)하는 저 NOx 연소기를 구비하는 경우, 부분 부하시에 높은 CO(일산화탄소) 방출 또는 낮은 부분 부하 부품 효울성 또는 높은 사이클 압력비에 대해 낮은 부품(컴프레서 및 터빈) 성능을 포함한 수개의 주요 쟁점이 문제가 되고 있다.
도 12는 컴프레서 끝에 직동 발전기(3)를 갖는 터빈(2)과 연결된 컴프레서(1)를 지닌 싱글 샤프트 IGT 엔진을 나타낸다. 도 13은 발전기(3)를 직접 구동하는 분리된 출력 터빈(4) 및 고스풀 샤프트를 갖는 듀얼 샤프트 IGT 엔진을 나타낸다. 도 14는 고압 스풀이 저압 스풀 주위를 회전하는 동심 스풀을 갖는 듀얼 샤프트 아에로 유도 가스 터빈 엔진을 나타내고, 여기서, 분리된 저압 샤프트는 발전기(3)를 직접 구동한다. 도 15는 고압 스풀 내의 저압 스풀 회전 및 발전기(3)를 직접 구동하는 분리된 출력 터빈(4)을 갖는 3개의 샤프트 IGT 엔진을 나타낸다.
도 12의 IGT 엔진의 형태가 가장 일반적인 발전 형태이고, 고압력비로 높은 부품 효율성을 달성하기 위해 비최적 샤프트 속도로 제한된다. 유동에 있어서, 높은 선단 속도 유도 마하수 손실로 인한 입구 및 출구 직경을 제한하는 선단 속도 및 AN2(최종단 블레이드 응력)에 의해 구조적으로 질량 유동 입구 및 출구 용량이 제한된다. 따라서, 소정의 로터 속도를 위해서는 높은 마하수 손실로 인하여 컴프레서와 터빈 부품 효율성이 저하하기 전에 상기 터빈에 대한 유동 용량 및 출구 직경, 및 상기 컴프레서에 대한 상응하는 유동 용량 및 최대 입구 직경이 있다.
싱글 샤프트에 고압력비로 고정된 최대 입구 유동이 존재하기 때문에, 상기 로터 블레이드는 상기 컴프레서 유동 통로의 고압력 영역에 있어서 매우 작게 되어 개시된다. 비교적 높은 반경에 있어서, 작은 블레이드 높이는 간극 및 누설 영향으로 인하여 큰 손실을 제공한다. 고압력비 항공 엔진은 분리된 고압력 및 저압력 샤프트의 도입에 의해 이러한 한계를 극복한다. 상기 고압력 샤프트는 단계마다 합리적인 일을 계속 수행하면서 보다 작은 반경을 감안하여 보다 빠른 속도로 회동한다. 이에 대한 예는 도 14에 나타내어지고, 이것은 통상의 전력 생산에 사용되는 아에로 유도 가스 터빈 엔진이다. 고압력 스풀의 속도는 고압력 샤프트(15)의 내부 직경(ID) 내에 저속 샤프트(6)를 가짐으로써 계속해서 제한된다. 이것은 고압력 샤프트 유동 통로를 실행되는 것과는 달리 보다 큰 반경이 되게 함으로써, 고압력 스풀의 효율성을 감소시키는 보다 작은 반경의 블레이드를 생성하는 고압력 로터의 속도를 감소시킨다. 도 13의 방식은 전체 컴프레서가 하나의 샤프트 상에 있기 때문에 도 12와 같이 고압력비로 높은 부품 효율성을 달성하는데 있어서 동일하게 제한된다.
턴다운비는 가스 터빈 엔진이 전체 100% 부하 출력으로 나누어 작동(또한, 오염 한계 이하로 CO 배출을 달성)될 수 있는, 가장 낮은 출력 부하의 비율이다. 현재, 가스 터빈은 대략 40%의 턴다운비를 갖는다. 경우에 따라서, 30%를 달성할 수도 있다. 낮은 부분 부하 조작은 낮은 연소기 출구 온도 및 낮은 입구 질량 유동의 조합을 요구한다. 낮은 CO 배출은 연소 공정을 완료하도록 충분히 높은 연소기 온도를 요구한다. 연소 온도는 CO 배출을 제어하도록 유지되어야 하기 때문에, 출력을 저감하는 최선의 방법은 입구 질량 유동을 저감하는 것이다. 통상의 싱글 샤프트 가스 터빈 엔진은 복수단의 컴프레서 가변 가이드 베인을 사용하여 입구 질량 유동을 저감한다. 상기 컴프레서 유동 저감에 대한 제한은 도 12에 나타낸 바와 같은 싱글 샤프트 불변 로터 속도 컴프레서에 대해서 대략 50%이다. 도 14의 방식은 저압력 컴프레서가 발전기의 일정 속도를 실행하기 때문에, 유동 입구 질량 유동 감소에 있어서, 도 12 방식과 동일하게 제한된다.
도 15의 방식은 IGT 엔진에 대한 현재 형태의 가장 효율적인 선택이지만, 고스풀 샤프트(5) 내에 저스풀 샤프트(6)가 회전하기 때문에 최적은 아니고, 따라서, 상기 고스풀 반경에서의 더욱 감소가 달성될 수 없다. 또한, 상기 저스풀 샤프트(6)의 속도가 감소되어 입구 질량 유동을 감소시키는 경우, HPT(High Pressure Turbine; 고압력 터빈)로부터 LPT(Low Pressure Turbine; 저압력 터빈)를 진입시키는 각도의 부정합 및 부분 부하시에 불충분한 터빈 성능을 야기하는 LPT를 퇴장시키고 PT(Power Turbine; 출력 터빈)를 진입시키는 유동 각도의 부정합이 있다.
2개의 스풀이 독립적으로 작동될 수 있어 엔진의 고효율성을 계속 유지하면서, 12% 정도로 낮은 턴다운비를 달성할 수 있는, 고압력 스풀 및 저압력 스풀을 갖는 전력 생산에 사용되는 형태의 공업용 가스 터빈 엔진이다. 발전기가 고압력 스풀과 직접 연결되고, 연속해서 일정한 속도로 작동된다. 저압력 스풀은 고압력 스풀로부터의 터빈 배기에 의해 구동되고, 가변성 입구 가이드 베인을 포함하여 저압력 스풀의 속도를 조절한다. 상기 저압력 스풀로부터 압축 공기는 상기 고압력 스풀의 컴프레서의 입구에 공급된다. 상기 고압력 스풀을 통과한 압축 공기의 온도를 저감시키기 위해서 중간 냉각기가 사용된다.
개별적으로 작동 가능한 스풀을 갖는 트윈 스플 IGT 엔진은 현재의 제한치 내의 배기 온도를 유지하면서, 상승된 터빈 입구 온도를 고려하여 40∼55의 고압력비로 컴프레서와 터빈의 높은 부품 효율성을 유지할 수 있다.
양 스풀로부터의 터빈 배기는 HRSG(heat recovery steam generator; 열회수 증기 발생기)를 향하게 하여 발전기를 구동시켜 파워 플랜트의 전체 효율성을 더욱 증가시키는 증기 터빈을 작동시키는데 사용되는 증기를 생성할 수 있다
다른 실시형태에 있어서, 상기 저압력 컴프레서로부터의 압축 공기의 일부가 추출되고, 부스트 컴프레서에 의해 더욱 압축된 후, 고압력 터빈 스테이터 베인을 위한 냉각 회로로 전달되고, 여기서, 가열된 냉각 공기는 연소기로 이어서, 방출된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 고압력 스풀로부터의 터빈 배기는 중간 압력 출력 터빈(IPPT; intermediate pressure power turbine)을 구동하는데 사용되고, 이것은 출력 샤프트에 의해 발전기, 기어박스, 컴프레서 또는 선박 추진기 등의 외부 부화와 연결된다. 상기 중간 압력 출력 터빈 샤프트는 저압력 스풀내를 통과함으로써 상기 저압력 스풀의 속도를 제어하고, 이렇게 하여 상기 저스풀 컴프레서로부터 고스풀 컴프레서로 공급된 압축 공기의 질량 유동량을 제어함으로써 상기 중간 압력 출력 터빈 샤프트의 속도를 조절할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 상기 부하는 고스풀과 연결되지 않고, 중간 압력 동력 터빈(IPPT)과 연결된다.
본 발명의 트윈 스풀 IGT 엔진의 설계에 대해서, 가스 터빈 복합 사이클 파워 플랜트가 67% 초과의 정미 열효율로 작동할 수 있고, 이것은 현재의 엔진 열효율을 현저하게 초과하는 것이다.
또한, 현재 전력 생산에 사용되는 IGT 엔진은 크기와 질량 유동 제한으로 인하여 대략 350MW의 동력 출력으로 제한된다. 본 발명의 트윈 스풀 설계에 의해서, 기존의 IGT 엔진은 기존의 최대 동력 출력을 두배에 가깝게 동작하도록 개선할 수 있다.
상기 트인 스풀 IGT 엔진의 또 다른 장점은 고스풀 컴프레서에 압축 공기를 공급할 수 있는 크기와 압력비를 변경한 본 발명의 저압력 스풀 설계를 포함함으로써 다양한 크기의 종래 싱글 스풀 IGT 엔진계가 개선될 수 있는 것이다.
터빈의 고온 부분을 냉각하는데 사용되는 냉각 공기가 연소기로 재도입되고, 이것은 디퓨저내의 경계층의 성장을 방지하기 위해서, 상기 연소기의 입구와 상기 컴프레서의 출구 사이에 위치된 디퓨저로 상기 냉각 공기가 방출된다. 상기 디퓨저의 일실시형태에 있어서, 상기 스테이터 베인으로부터의 냉각 공기는 상기 디퓨저의 외벽에 대해 상기 압축 공기 유동과 평행하게 방출되고, 상기 로터 블레이드로부터의 냉각 공기는 컴프레서 방출 공기의 유속 이상의 속도로 상기 디퓨저의 내벽에 대하여 상기 컴프레서 방출 공기와 평행하게 방출되어 경계층 성장이 제한된다.
본 발명 및 본 발명에 수반되는 장점과 특성을 더욱 완벽하게 이해하는 것은 첨부된 도면과 함께 고려되는 경우에 하기 상세한 설명을 참조로 더욱 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 터빈 에어포일 냉각에 의한 가스 터빈 엔진의 제 1 실시형태를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 단간 냉각을 갖는 터빈 에어포일 냉각에 의한 가스 터빈 엔진의 제 2 실시형태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 단간 냉각을 갖는 터빈 에어포일 냉각에 의한 가스 터빈 엔진의 제 3 실시형태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 증기 생산에 대한 HRSG와 관련된 단간 냉각을 갖는 터빈 에어포일 냉각에 의한 가스 터빈 엔진의 제 4 실시형태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 기계적으로 비결합된 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진의 제 1 실시형태에 의한 파워 플랜트의 다이어그램을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 기계적으로 비결합된 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진의 제 2 실시형태에 의한 파워 플랜트의 다이어그램을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 기계적으로 비결합된 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진의 제 3 실시형태에 의한 파워 플랜트의 다이어그램을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 기계적으로 비결합된 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진의 제 4 실시형태에 의한 가스 터빈 엔진의 다이어그램을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 기계적으로 비결합된 3개의 샤프트 공업용 가스 터빈 엔진을 갖는 파워 플랜트의 단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 가스 터빈 엔진의 컴프레서와 연소기 사이에 사용된 디퓨저의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 가스 터빈 엔진의 컴프레서와 연소기 사이에 사용된 디퓨저의 제 2 실시형태의 단면도이다.
도 12는 컴프레서 단 상에 직동 발전기를 지닌 종래의 싱글 샤프트 스풀 IGT 엔진을 나타낸다.
도 13은 발전기를 직접 구동하는 고스풀 샤프트와 분리된 동작 터빈을 갖는 종래의 듀얼 샤프트 IGT 엔진을 나타낸다.
도 14는 고스풀이 저스풀 주위를 회전하는 동심 스풀을 갖는 종래의 듀얼 샤프트 아에로 가스 터빈 엔진을 나타내고, 여기서, 분리된 저압력 샤프트는 발전기를 직접 구동시킨다.
도 15는 발전기를 직접 구동하는 분리된 동력 터빈과 고압력 스풀 내에서 회전하는 저압력 스풀을 지닌 종래의 3개 샤프트 IGT 엔진을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 터빈 에어포일 냉각에 의한 가스 터빈 엔진의 제 1 실시형태를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 단간 냉각을 갖는 터빈 에어포일 냉각에 의한 가스 터빈 엔진의 제 2 실시형태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 단간 냉각을 갖는 터빈 에어포일 냉각에 의한 가스 터빈 엔진의 제 3 실시형태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 증기 생산에 대한 HRSG와 관련된 단간 냉각을 갖는 터빈 에어포일 냉각에 의한 가스 터빈 엔진의 제 4 실시형태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 기계적으로 비결합된 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진의 제 1 실시형태에 의한 파워 플랜트의 다이어그램을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 기계적으로 비결합된 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진의 제 2 실시형태에 의한 파워 플랜트의 다이어그램을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 기계적으로 비결합된 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진의 제 3 실시형태에 의한 파워 플랜트의 다이어그램을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 기계적으로 비결합된 트윈 스풀 공업용 가스 터빈 엔진의 제 4 실시형태에 의한 가스 터빈 엔진의 다이어그램을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 기계적으로 비결합된 3개의 샤프트 공업용 가스 터빈 엔진을 갖는 파워 플랜트의 단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 가스 터빈 엔진의 컴프레서와 연소기 사이에 사용된 디퓨저의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 가스 터빈 엔진의 컴프레서와 연소기 사이에 사용된 디퓨저의 제 2 실시형태의 단면도이다.
도 12는 컴프레서 단 상에 직동 발전기를 지닌 종래의 싱글 샤프트 스풀 IGT 엔진을 나타낸다.
도 13은 발전기를 직접 구동하는 고스풀 샤프트와 분리된 동작 터빈을 갖는 종래의 듀얼 샤프트 IGT 엔진을 나타낸다.
도 14는 고스풀이 저스풀 주위를 회전하는 동심 스풀을 갖는 종래의 듀얼 샤프트 아에로 가스 터빈 엔진을 나타내고, 여기서, 분리된 저압력 샤프트는 발전기를 직접 구동시킨다.
도 15는 발전기를 직접 구동하는 분리된 동력 터빈과 고압력 스풀 내에서 회전하는 저압력 스풀을 지닌 종래의 3개 샤프트 IGT 엔진을 나타낸다.
본 발명은 터빈 스테이터 베인의 냉각에 의한 가스 터빈 엔진이다. 도 1은 가스 터빈 엔진이 컴프레서(11), 연소기(12) 및 터빈을 갖는 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내고, 여기서, 상기 컴프레서(11) 및 상기 터빈(13)은 로터 샤프트로 함께 연결되어 있다. 상기 터빈(13)은 냉각되는 제 1 단의 스테이터 베인(16)을 갖는다. 상기 컴프레서(11)는 상기 연소기(12)에 있어서, 연료로 연소되는 공기를 압축하여 터빈(13)을 통과하는 고온 가스류를 생성한다. 제 2 컴프레서(14)는 모터(15)로 구동되어 상기 제 1 컴프레서(11) 보다 높은 압력으로 공기를 압축한다. 이어서, 더욱 압축된 공기는 냉각을 위해 터빈(13)의 스테이터 베인(16)을 통과하고, 이어서, 상기 가열된 냉각 공기가 상기 연소기(12)를 통과하여 제 1 컴프레서(11)로부터의 압축 공기와 연료가 결합된다.
제 2 컴프레서(14)는 상기 스테이터 베인(16)의 냉각을 위해 고압력 압축 공기를 생성한 후, 상기 연소기(12)로 방출시킬 수 있다. 상단(14)으로부터의 적절한 고압력 없이는, 상기 스테이터 베인으로부터 방출된 냉각 공기 압력은 연소기를 통과하기에 충분히 높은 압력이 아닐 수 있다.
도 2는 2단(14, 17) 컴프레서(즉, 복수단 축방향 유동 컴프레서)가 단간 쿨러(21)를 포함하여 압축 공기를 냉각해서 상기 2단 컴프레서(14, 17)의 성능을 향상시키는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타낸다. 이어서, 상기 2단 컴프레서(14, 17)와 단간 쿨러(21)로부터의 압축 공기는 상기 스테이터 베인(16)을 냉각시키는데 사용된 후, 이것은 상기 연소기(12)로 방출된다. 상기 단간 쿨러(21)를 지닌 2단 컴프레서(14, 17)는 제 1 컴프레서(11) 보다 높은 압력 냉각 공기를 생성시켜 상기 스테이터 베인(16)의 냉각 후에 충분한 압력을 잔존시켜서 상기 연소기(12)로 방출시킨다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내고, 이것은 상기 스테이터 베인(16)에 대한 냉각 공기가 제 1 컴프레서(11)의 후단(제 1 단 이후)으로부터 배출되고, 단간 쿨러(21)를 통과한 후 제 2 컴프레서(14)로 들어가 압력을 증가시킨다. 이어서, 제 2 컴프레서(14)로부터의 고압력 공기가 냉각을 위해 상기 스테이터 베인(16)을 통과한 후, 상기 연소기(12)로 방출된다.
제 3 실시형태에 있어서, 제 1 또는 주 컴프레서(11)는 연소기(12)에 대해 요구된 공기의 대략 80% 근방을 제공한다. 상기 제 2 컴프레서(14)는 연소기(12)에 대해 나머지 20%를 생성한다. 하나의 공업용 가스 터빈 엔진 연구에 있어서, 제 1 또는 주 컴프레서(11)는 30의 압력비(즉, 출구 압력이 입구의 30배이다)를 갖는 반면에 제 2 컴프레서(14)는 40의 압력비(즉, 출구 압력이 입구의 40배이다)를 갖는다.
도 4는 터빈 냉각과 인터쿨러 열회수에 의한 본 발명의 다른 실시형태를 나타낸다. 상기 가스 터빈 엔진은 컴프레서(11), 연소기(12) 및 터빈(13)을 포함하고, 이것은 스테이터 베인(16) 등의 터빈 에어포일이 냉각된다. 연료가 상기 연소기(12)로 도입되어 상기 터빈(13)을 통과하는 고온 가스 증기를 생성한다. 2차의 유동 외부 압축이 모터(31)에 의해 구동되는 제 1 및 제 2 컴프레서(32, 34)에서 발생된다. 인터쿨러/저압력 증기 발생기(33)는 2개의 컴프레서(32 및 34) 사이(또는 1개 컴프레서의 단 사이)에 위치되어 압축 공기를 냉각시킨다. 모터(31)는 상기 터빈 에어포일(16)의 냉각에 사용되는 공기를 압축하는 2개의 컴프레서(또는 단)(32 및 34)를 구동한다.
상기 가스 터빈(13) 배기는 열회수 증기 발생기(HRSG)(40)의 증기를 생성하는데 사용된다. 상기 HRSG(40)는 고압력 터빈(36)으로 전달되어 제 1 발전기(35)를 구동하는 고압력(HP) 증기(42)를 생성한다. 또한, 상기 HRSG(40)는 제 2 발전기(38)를 구동하는 저압력(LP) 터빈(37)으로 유동하는 HP 터빈 배기로부터의 LP 증기와 결합되는 저압력(LP) 증기(43)를 생성한다. 스택(41)이 상기 HRSG(40)에 사용된 후의 터빈 배기를 방출한다. 응축기(39)는 LP 터빈(37)으로부터 방출된 증기를 물로 응축시킨 후, HRSG(40) 또는 인터쿨러(33)로 유동시킨다. 상기 인터쿨러(33)로 유동하는 물은 저압력(LP) 증기를 생성하는 부스트 컴프레서(32)로부터 방출된 압축 공기를 냉각시키는데 사용된 후, HRSG(40)로부터 LP 증기와 함께 LP 터빈(37)의 입구로 유동한다. 그 결과, 제 2 컴프레서(34)로부터의 압축 공기는 인터쿨러를 사용하지 않고 보다 낮은 온도가 되어 상기 터빈 에어포일(16)의 냉각이 개선된다. 이어서, 상기 터빈 호일(16)로부터의 냉각 공기는 연소기(12)로 방출되어 연료로 연소되고 터빈(13)에 대하여 고온 가스 증기를 생성한다.
도 5의 실시형태는 고압력 스풀이 함께 동작될 수 있는 비동심 스풀을 갖거나 또는 전력 부하에 따르는 저압력 스풀을 갖지 않는 고압력비의 플렉시블한 공업용 가스 터빈 엔진이다. 도 5는 발전기(55)와 로터 샤프트로 연결된 고압력 컴프레서(51), 연소기(53) 및 고압력 가스 터빈(52)을 지닌 주 가스 터빈 엔진을 포함하는 파워 플랜트를 나타낸다. 상기 주 엔진(51, 52, 53) 및 발전기(55)는 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 상기 입구 공기를 상기 고압력 컴프레서(51)에 공급하는 임의의 방법에 있어서, 상기 주 고압 압력 컴프레서(51)의 입구는 밸브(57)를 통해 부스트 컴프레서(56)와 연결된다. 상기 고압력 컴프레서(51) 및 상기 고압력 터빈(52)은 고압력 스풀의 일부이다.
저압력 가스 터빈(61)은 베어링에 의해 지지되는 로터 샤프트에 의해 저압력 컴프레서(62)와 연결된다. 상기 저압력 컴프레서(62)는 압축 공기 유동을 조절하는 것을 고려한 가변성 스테이터 베인 및 입구 가이드 베인을 포함한다. 저압력 가스 터빈(61) 및 저압력 컴프레서(62)는 저압력 스풀을 형성하고 주 엔진 또는 고압력 스풀(51 및 52)과 비동심이다(독립적으로 동작될 수 있다). 동일하게, 상기 고압력 컴프레서는 유동 매칭과 속도 제어를 고려한 가변성 스테이터 베인을 더 포함할 수 있다. 따라서, 저압력 스풀(61 및 62)은 정지되어 작동될 수 없지만, 주 엔진 또는 고압력 스풀(51 및 52)은 작동되어 발전기(55)를 구동시킨다. 상기 저압력 컴프레서(62)의 출구는 상기 고압력 컴프레서(51)의 입구와 라인(67)에 의해 연결되어 있다. 인터쿨러(65)는 상기 저압력 컴프레서(62)의 출구와 상기 고압력 컴프레서(51)의 입구 사이에 사용되어 압축 공기를 냉각시킬 수 있다. 또한, 벨브(66)는 상기 저압력 컴프레서(62)로부터 고압력 컴프레서(52)로의 압축 공기용의 라인(67)에 사용될 수 있다. 도 5는 후단의 고압 컴프레서(51)로 점선으로 이루어진 입구를 나타내지만, 제 1 단 컴프레서 블레이드로부터 상류에 위치될 수 있다.
이하, 본 발명의 트윈 스풀 터보차저가 장착된 공업용 가스 터빈 엔진의 주요 장점을 기재한다(도 5에 나타내는 하나의 실시형태에 참조). 종래 기술의 대형 프레임의 강력한 공업용 가스 터빈 엔진은 발전기에 직접 연결된 로터 샤프트에 의한 싱글 스풀만을 사용한다. 상기 설계는 기어박스를 필요로 하지 않고 발전기에 다량의 출력 전달을 가능하게 한다. 이 요인으로 인하여, 상기 가스 터빈은 로컬의 전력 그리드의 동기화 속도와 동등한 매우 특정한 로터 속도로 작동되어야 한다. 상기 가스 터빈의 부품을 모듈러 시스템으로 분리함으로써, 통합 시스템 내에서 각각 개별적으로 최대 성능을 제공하도록 최적화시킬 수 있다. 또한, 현저한 동력 출력 및 조작성 향상이 실현될 수 있다.
상기 가스 터빈의 효율은 주로 총압력비의 함수인 것으로 알려져 있다. 동일(동기) 속도로 조작되면서 상기 컴프레서의 저압력 및 고압력 영역에서 최적의 효율이 동시에 달성될 수 없기 때문에, 기존의 IGT는 달성될 수 있는 최대 컴프레서 압력비를 제한하지만, 상기 저압력 및 고압력 컴프레서를 각각 그들의 최적 로터 속도로 조작하도록 하는 방식은 현재의 총 압력비 배리어를 붕괴되도록 할 수 있다. 또한, 저압력 및 고압력 시스템을 분리하는 것은 부품 효율과 성능 매칭을 개선시킬 수 있다. 예를 들면, 기존의 IGT의 회전하는 블레이드 선단과 외부 정지 슈라우드 또는 링 단편 간의 간극은 저압력 시스템에 있어서의 부품의 크기로 인하여 비교적 커야한다. 본 발명에 있어서, 상기 고압력 시스템의 간극은 감소되어 효율과 성능을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 트윈 스풀 터보차저가 장착된 IGT는 턴다운 또는 부분 출력에서 보다 효율적으로 전달될 수 있고, 엔진의 응답성이 향상될 수 있도록 더욱 조작성이 양호한 시스템을 가능하게 한다. 또한, 상기 설계는 시판의 종래 기술의 IGT 보다 턴다운의 레벨이 큰 것을 고려한다.
또 다른 실시예에 있어서, 종래 기술 IGT의 동력 출력 및 질량 유동은 최후단 터빈 블레이드의 실현 가능한 크기로 제한된다. 최후단 터빈 블레이드의 길이는 그 회전 면적(A)과 로터 속도(N) 제곱의 곱으로 응력 제한된다. 통상, 이것은 터빈 AN2으로서 언급된다. 소정의 로터 속도에 대해서, 상기 터빈 유동량은 상기 블레이드의 회전 면적으로 제한될 수 있다. 상기 로터 속도가 감소되는 경우, 환형 면적이 증가되고, 이어서, 상기 터빈이 더욱 유동 통과하고, 더욱 출력이 생산될 수 있도록 설계될 수 있다. 이것은 3,000rpm으로 회전되는 50Hz 전력 시장에 대해 설계된 가스 터빈이 60Hz 시장(3,600rpm으로 회전)에 대해 설계된 등기 가스 터빈 보다 약 44% 큰 최대 동력 출력 용량으로 설계될 수 있는 이유의 본질이다. 상기 가스 터빈 엔진이 모듈러 부품으로 설계되는 경우, 저압력 컴프레서와 터빈을 포함하는 분리된 저압력 시스템은 저속도로 작동하여 현저하게 다량의 공기를 고압력(코어)의 가스 터빈으로 전달하도록 설계될 수 있다.
종래 기술의 IGT에 있어서, 압력비 및 터빈 입구 온도가 상승됨에 따라서, 결과적으로 크기 및 속도, AN2, 이전 단계의 터빈 블레이드에 대한 제한이 효율 하락을 야기하였다. 또한, 압력비가 상승함에 따라서, 보다 큰 손실을 야기하는 컴프레서의 후단부의 크기 감소로 인하여 컴프레서 효율이 저하되기 시작한다. 보다 높은 압력비에 있어서, 엔진 중심선으로부터 반경에 대하여 매우 작은 에어포일 높이가 요구된다. 이것은 에어포일 선단 간극 및 2차 유동 누설 손실을 높게 야기한다. 본 발명의 트윈 스풀 터보차저가 장착된 IGT는 종래 기술의 대형 IGT의 유동 크기를 2배만큼 증가시킴으로써 문제가 된 이들 종래 기술의 IGT를 해결한다. 통상, 상기 유동 크기 증가는 터빈 AN2 제한으로 인하여 불가능하였다. 본 발명의 해결책은 최후 단계의 터빈 블레이드를 고려하여 싱글 스풀에서 더블 스풀로 변경해서 통상의 범위내로 터빈을 유지하는 보다 낮은 RPM으로 설계하는 것이다. 듀얼 스풀 엔진의 종래의 설계는 발전기를 저스플 상에 위치시키고, 발전기의 속도를 고정하여 보다 높은 RPM 고스풀 엔진을 갖는다. 본 발명의 트윈 스풀 터보차저가 장착된 IGT에 대해서, 발전기는 고스풀 상에 위치되고, 가변성의 속도 저스풀을 갖는다. 이러한 설계는 다수의 장점을 제공한다. 상기 저스풀이 그리드 주파수로부터 제한되지 않기 때문에, 동기 보다 낮은 RPM이 상기 LPT를 AN2 범위내에서 작동하도록 선택될 수 있다. 다른 주요 장점은 고정된 저스풀 속도로 기기 상에 재현할 수 있는 것보다 엔진 공기 플로우 및 동력 출력의 매우 큰 감소를 고려하여 작동 동안에 상기 저스풀 RPM은 현저하게 낮을 수 있다는 것이다. 본 발명의 트윈 스풀 터보차저가 장착된 IGT는 40% 부하에서 작동하는 종래의 싱글 스풀 IGT 보다 높은 연소 방출 온도를 12% 부하에서 유지한다. 본 발명의 트윈 스풀 터보차저가 장착된 IGT에 있어서, 파워는 고압력 컴프레서 상의 입구 가이드 베인을 폐쇄함으로써 감소되었다. 저압력 및 고압력 컴프레서 공기역학 매칭은 유동 면적이 LPT에서 감소되는 가변성 LPT 베인을 사용함으로써 저스풀 RPM을 감소시켜 달성되었다.
종래의 싱글 스풀 IGT는 최대 출력의 대략 40-50%의 낮은 출력 설정을 달성할 수 있다. 본 발명의 트윈 스풀 터보차저가 장착된 IGT는 최대 출력의 약 12%의 낮은 파워 설정을 달성할 수 있다. 이 향상된 턴다운 성능은 가변성 발전원으로부터 전기 그리드에 부여되는 플렉시블성의 요건이 부여된 주요한 경쟁 우위를 제공한다.
도 5에 있어서, 스택(41)을 갖는 HRSG(Heat Recovery Steam Generator; 열회수 증기 발전기)(40)는 라인(64)을 통해서 가스 터빈(51 및 61)으로부터 배기 가스를 취하고, 제 2 발전기(38)를 구동하도록 연결된 고압력 증기 터빈(36) 및 저압력 증기 터빈(37)에 사용되는 증기를 생성하는데 사용된다. 최종적으로, 상기 배기는 스택(41)을 통해서 방출된다. 도 5의 점선은 저압력 가스 터빈(61)을 바이패스하는, 고압력 가스 터빈의 배기로부터 HRSG(40)로의 직접적인 연결을 나타낸다.
고전력 수요의 기간 동안에, 고압력 컴프레서(51)와 고압력 가스 터빈(52)을 지닌 주 엔진이 작동하여 전력 또는 저압력 가스 터빈(61)으로 들어가는 가스 터빈(52) 배기로 발전기(55)를 구동시켜 저압력 컴프레서(62)를 구동한다. 이어서, 상기 저압력 가스 터빈(61)으로부터의 배기는 HRSG(40)로 유동하여 증기를 생성해서 2개의 증기 터빈(36 및 37)을 구동시키고, 이것은 제 2 발전기(38)를 구동시킨다.
저전력 수요의 기간 동안에, 저압력 가스 터빈(61) 및 저압력 컴프레서(62)는 저속으로 작동하고, 상기 고압력 가스 터빈(52)으로부터 배기는 저압력 가스 터빈(61) 및 라인(64)을 통하여 HRSG(40)로 유동하여 제 2 발전기(38)를 구동시키는 2개의 증기 터빈(36) 및 (37)에 대한 증기를 생성하고, 따라서, 엔진이 고부하로 작동되는 경우, 용이하게 재개시하기 위해 HRSG의 일부분을 고온으로 유지한다. 상기 고압력 컴프레서(51)로의 유동은 최대 유동의 25%까지 감소된다. 따라서, 상기 주 엔진(51, 52, 53)은 매우 저출력 모드를 개시할 수 있다. 종래 기술의 파워 플랜트는 최대 부하의 40%∼50%의 저출력 모드를 갖는다(컴프레서의 입구 가이브 베인에 의해). 본 발명은 높은 동력 출력이 요구되는 경우, 용이한 재개시를 위해서, 상기 파워 플랜트의 높은 증기 온도를 일시적으로 고온으로 유지하면서(고온 가스 유동을 통과시킴으로써), 최대 부하의 25%까지 저하시킬 수 있다. 또한, 인터쿨러(65)는 저압력 압축 공기를 냉각시키기 위해서 물 분사를 포함할 수 있다.
전출력과 가장 낮은 출력 수요 간의 부분 출력 조건에서, 중간 로터 속도로 상기 저압력 컴프레서(62) 및 저압력 터빈(61)을 작동시킬 필요가 있다. 엔진을 제어하는 수단은 저압력 컴프레서(62) 및 고압력 컴프레서(51)의 조작을 안정하게 확보하면서 완전히 정지하지 않고 저스풀 로터 속도를 감소시키기 위해서 필요하다. 안전한 제어 전략없이, 상기 컴프레서의 부분 출력 공기 역학의 미스매칭은 컴프레서 스톨(stall) 및/또는 서지(surge)를 야기할 수 있고, 이것은 안전성 및 내구성 우려를 회피하는 것이다. 공기 역학적으로 컴프레서를 정확하게 매칭하면서, 낮은 로터 속도를 제어하는 통상의 방법은 가변성 저압력 터빈 베인(63)에 의한 것이다. 부분 출력 조건에서 가변성 저압력 터빈 베인(63)을 폐쇄하는 것은 저압력 터빈(61)의 유동 면적 및 유동 용량을 저감시키고, 이어서 이것은 저압력 스풀(61, 62)의 회전 속도의 감소를 야기한다. 상기 로터 속도의 감소는 저압력 컴프레서(62)를 통해 공기 유동을 감소시키고, 이것은 부분 출력으로 고압력 컴프레서(51)에 더욱 양호한 공기 역학의 매칭을 제공한다.
도 6의 실시형태는 고압력 터빈(52)의 스테이터 베인(76)에 사용된 후, 고스풀의 연소기(53)로 방출되는 냉각 공기의 첨가를 제외하고는 도 5의 것과 동일하다. 본 발명(도 6)의 전기 에너지 생산 파워 플랜트의 전체 효율성을 증가시키기 위해서, 저압력 컴프레서(62)로부터 방출된 압축 공기의 일부는 인터쿨러(71)를 통과하고, 모터(73)에 의해 구동되는 컴프레서(72)를 통과하고, 라인(75)을 통과한 후, 고속도 스풀의 고압력 가스 터빈(52)의 스테이터 베인(76)을 냉각시키는데 사용될 수 있다. 이어서, 상기 냉각 공기는 라인(77)을 통과하고, 연소기(53)의 입구로 방출되고, 연료에 의한 연소를 위해 고압력 컴프레서(51)로부터 압축 공기와 결합되어 2개의 가스 터빈(52 및 61)을 구동하는데 사용되는 고온의 가스 유동을 생성한다. 상기 컴프레서(72)에 의해 생성된 압축량은 스테이터 베인(76)을 냉각하는 것으로부터의 압력 손실을 극복하고, 충분한 과압을 유지하여 연소기(53)로 유동되는데 충분하다. 상기 인터쿨러(71)를 통과하지 않는 LPC(62) 유동은 고압력 컴프레서(51) 입구로 통로를 따라서 임의의 인터쿨러(65)를 통과한다.
도 7의 실시형태는 고압력 터빈(52)의 스테이터 베인(76)과 고압력 컴프레서(51)에 들어가는 압축 공기를 냉각시키는데 사용되는 하나의 인터쿨러(65)만을 제외하고는 도 6의 실시형태와 동일하다. 모터(73)에 의해 구동되는 부스트 컴프레서(72)가 사용되어 저압력 컴프레서(62)의 압력을 충분히 높게 상승시켜 충분한 압력으로 스테이터 베인(76)을 통과해서 상기 연소기(53)로 유동한다.
도 6 및 도 7의 가스 터빈 엔진 실시형태에 있어서, 고압력 터빈의 스테이터 베인을 냉각시키는데 사용되는 압축 공기가 연소기(53)로 주입된다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 디퓨저(101)(예를 들면, 도 10 및 11에 나타냄)가 고압력 컴프레서(51)의 출구 및 연소기(53)의 입구 사이에 위치되어 압축 공기 유동을 확산시킨다. 확산된 공기 유동의 경계층 유동을 제어하기 위해서, 고압력 터빈(52)의 로터 블레이드(105) 및 스테이터 베인(104)으로부터의 냉각 공기가 디퓨저로 방출되어 연소기(53)로 들어가기 전에 고압력 컴프레서(81)로부터의 압축 공기와 합쳐진다. 도 10의 실시형태에 있어서, 스테이터 베인(76)으로부터의 냉각 공기는 상기 디퓨저(101)를 둘러싸는 외부 플레넘(102)으로 방출되어 냉각 공기 유동을 상기 컴프레서(81)로부터의 방출된 압축 공기(106)와 평행한 방향으로 향하게 한다. 동일한 방법으로, 상기 로터 블레이드로부터 냉각 공기는 내부 플레넘(103)으로 방출되고, 상기 냉각 공기는 컴프레서로부터 방출된 냉각 공기(106)와 평행하게 유동한다. 상기 2개의 플레넘(102 및 103)으로부터의 냉각 공기는 경계층이 형성되는 것을 방지하기 위해서, 컴프레서로부터의 압축 공기(106)의 유속과 동등 또는 그 이상의 속도로 가속된다.
도 11은 디퓨저(101)의 제 2 실시형태를 나타내고, 여기서, 스테이터 베인과 로터 블레이드로부터의 냉각 공기 유동은 필름 냉각 홀(108)의 배치를 통해 디퓨저(101)로 방출된다.
도 8은 본 발명의 트윈 스풀 터보차저가 장착된 IGT의 단면 방식을 나타낸다. 가변 영역 노즐을 지닌 저압력 터빈(61)은 고압력 터빈(52)으로부터 출구 바로 뒤의 유동 케이스 내에 위치되어 고압력 터빈으로부터의 유동이 손실없이 저압력 터빈으로 직접 유동한다. 상기 LTP(61)로부터 상기 LPC(62)로의 로터 샤프트는 상기 터빈 고온 가스에 대한 배기 및 상기 LPC(62)로의 공기에 대한 입구를 형성한 케이스를 통과한다. 상기 LPC(62)는 라인(67)에 의해 HPC(51)의 입구와 연결된다. 상기 고스풀(HPC(51) 및 HPT(52)을 지님)은 발전기(55)를 직접 구동한다.
도 9는 파워 플랜트가 부하(85)를 구동시키는데 사용될 수 있는 본 발명의 실시형태를 나타내고, 여기서, 상기 부하는 선박용 나선 프로펠러 또는 컴프레서 또는 발전기일 수 있다. 도 9의 파워 플랜트는 HPT로부터의 배기에 의해 구동되어 프리 샤프트(FS)에 의해 상기 부하(85)를 구동시키는 중간 압력 출력 터빈(IPPT)을 제외하고는 상술의 실시형태에 있어서의 것과 동일한 고스풀 및 저스풀을 포함한다. 고압 컴프레서(81)는 중간에 위치된 연소기(83)로 로터를 통해 고압 터빈(82)에 회전 가능하게 연결되어 고스풀을 형성한다. 저압 터빈(91)은 저압 컴프레서(92)와 회전 가능하게 연결되어 저스풀을 형성한다. 상기 LPT는 가변성 입구 가이드 베인 또는 노즐(93)을 포함한다. 또한, 고압 컴프레서(81)는 복수의 가변성 스테이터 베인(VSV)을 갖는다. 중간 압력 출력 터빈(IPPT)(84)은 상기 HPT(82)로부터 직하류에 위치되고, 상기 저스풀의 로터축의 내부를 통과하는 프리 샤프트(FS)를 통해 부하(85)와 회전 가능하게 연결된다. 압축 공기 라인(67)은 LPC(92)의 출구를 HPC(81)의 입구와 연결하고, 인터쿨러(65)를 포함할 수 있다. 저스풀(91, 92)이 적어지면, 부스트 컴프레서(56)가 사용되어 저압력 압축 공기를 HPC(81)로 공급한다. 임의의 HRSG(40)가 상기 LPT(91) 배기와 연결되어 상기 터빈 배기를 증기로 변환하고, 상기 고압력 증기 터빈(36) 및 저압력 증기 터빈(37)을 구동시키고, 이 양자는 발전기(38)를 구동시킨다. 상기 파워 터빈(84) 및 HPT(82)는 도 8의 LPT(61) 및 HPT(52)와 같이 서로 가까운 케이스 내에 위치되어 있다. 상기 엔진이 선박을 추진하는데 사용되는 경우, 상기 HRSG는 필요하지 않을 수도 있다.
도 9의 트윈 스풀 IGT 엔진은 또 다른 신규한 방식을 나타내고, 이것은 도 5~7의 실시형태와 다수의 동일한 특성을 갖는다. 그러나, 상기 기계 부하 또는 발전기 부하 속도는 부하와 연결된 저압력 샤프트를 통해 가스 터빈 고압력 샤프트 속도를 별도로 작동하도록 한다. 통상, 상기 별도의 부하 샤프트 속도 특성은 기계 부하에 대해 매우 중요하다. 상기 FS는 개선된 부분 부하 성능 및 12% 부하로의 낮은 턴다운에 대해 자유롭게 느려진다. 여기서, 상기 FS는 HP 샤프트에 비해 큰 반경과 저속으로 실행되기 때문에 상기 저압력 샤프트는 FS의 ID를 통과한다. 따라서, 상기 방식에 있어서, 상기 HP 샤프트 속도는 고속으로 유지될 수 있다.
필요에 따라서, 도 9의 파워 플랜트는 LPC(92)로부터 HPC(82)로의 전체 유동을 중간 냉각하거나; HPC(82)의 스테이터 베인을 냉각하는데 사용되는 압축 공기만을 중간 냉각하거나; 스테이터 베인의 냉각을 위해 사용되는 냉각 공기만을 중간 냉각하고, 분리된 부스트 컴프레서에 의해 냉각 공기를 과가압하는 것을 포함한다. 모든 방식에 있어서, 가변 형상 HPC(81)가 사용되어 가변성 LPT 베인(93)과 함께 속도를 제어한다.
본 발명이 상술한 것과 특정한 것으로 제한되지 않음이 당업자들에게 있어서 명백할 것이다. 또한, 상술의 것과 반하는 것으로 언급이 행해지지 않는 한, 수반되는 도면의 전체는 실제 크기가 아님에 유의한다. 본 발명의 범위와 정신을 벗어남이 없이 상술의 것을 고려하여 각종 변경 및 변형이 가능하고, 이들은 하기 청구항에 의해서만 한정된다.
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- 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진으로서,
고압력 터빈에 의해 구동되는 고압력 컴프레서를 갖는 고압력 스풀과,
상기 고압력 컴프레서와 상기 고압력 터빈 사이에서 작동 가능한 연소기와,
로컬 영역 전력 그리드와 동기 조작시 상기 고압력 스풀과 직접 연결되는 발전기와,
저압력 터빈에 의해 구동되는 저압력 컴프레서를 갖는 저압력 스풀과,
상기 고압력 컴프레서 상의 제 1 열의 가변성 입구 가이드 베인과,
상기 저압력 터빈 상의 제 2 열의 가변성 입구 가이드 베인과,
상기 저압력 컴프레서 상의 제 3 열의 가변성 입구 가이드 베인을 포함하고,
상기 고압력 스풀 및 상기 저압력 스풀은 독립적으로 회전 가능하고, 상기 저압력 컴프레서는 상기 고압력 컴프레서와 연결되어 상기 저압력 컴프레서로부터 고압력 컴프레서로 압축 공기를 공급하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 17 항에 있어서,
상기 저압력 컴프레서로부터 상기 고압력 컴프레서까지 압축 공기를 냉각하는 인터쿨러를 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 17 항에 있어서,
상기 저압력 컴프레서와 연결된 부스트 컴프레서와,
상기 연소기의 입구와 연결되어 있는 고압력 터빈 에어포일의 에어포일 냉각 회로와,
냉각 공기가 상기 에어포일 냉각 회로를 통해 유동한 후, 상기 연소기로 유동하도록 더욱 압축되는 상기 저압력 컴프레서로부터의 압축 공기를 더 포함하고,
상기 부스트 컴프레서는 상기 고압력 터빈의 상기 에어포일 냉각 회로와 연결되어 있는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 19 항에 있어서,
상기 저압력 컴프레서와 상기 부스트 컴프레서 사이에 위치되어 상기 압축 공기의 냉각을 행하는 인터쿨러를 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 17 항에 있어서,
상기 공업용 가스 터빈 엔진의 배기와 연결된 열회수 증기 발생기와,
상기 열회수 증기 발생기와 연결된 제 2 발전기를 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 19 항에 있어서,
상기 고압력 컴프레서의 출구측 상에 디퓨저를 더 포함하고,
상기 디퓨저는 상기 고압력 컴프레서로부터의 압축 공기용 입구 및 터빈 에어포일 냉각 회로로부터의 냉각 공기용 입구를 갖고, 상기 냉각 공기는 상기 고압력 컴프레서로부터의 압축 공기와 평행하게 주입되는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진으로서,
고압력 터빈에 의해 구동되는 고압력 컴프레서를 갖는 고압력 스풀과,
상기 고압력 컴프레서와 상기 고압력 터빈 사이에서 조작 가능한 연소기와,
로컬 영역 전력 그리드와 동기 조작시 상기 고압력 스풀과 직접 연결되는 발전기와,
저압력 터빈에 의해 구동되는 저압력 컴프레서를 갖는 저압력 스풀과,
상기 저압력 터빈 상의 일련의 가변성 입구 가이드 베인과,
상기 저압력 컴프레서로부터의 압축 공기를 냉각하는 인터쿨러를 포함하고,
상기 고압력 스풀 및 상기 저압력 스풀은 독립적으로 회전 가능하고, 상기 저압력 컴프레서는 상기 고압력 컴프레서와 연결되어 상기 고압력 컴프레서로 압축 공기를 공급하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 23 항에 있어서,
상기 저압력 컴프레서와 부스트 컴프레서 사이에 위치되어 상기 압축 공기의 냉각을 행하는 인터쿨러를 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 23 항에 있어서,
상기 저압력 터빈 상의 제 2 열의 가변성 입구 가이드 베인과,
상기 고압력 컴프레서 상의 제 3 열의 가변성 입구 가이드 베인을 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 23 항에 있어서,
상기 저압력 컴프레서와 연결된 부스트 컴프레서와,
냉각 공기가 터빈 에어포일 냉각 회로를 통해 유동한 후, 상기 연소기로 유동하도록 더욱 압축되는 상기 저압력 컴프레서로부터의 압축 공기를 더 포함하고,
상기 부스트 컴프레서는 상기 고압력 터빈의 터빈 에어포일 냉각 회로와 연결되어 있고, 고압력 터빈 에어포일의 터빈 에어포일 냉각 회로는 상기 연소기의 입구와 연결되어 있는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 23 항에 있어서,
상기 공업용 가스 터빈 엔진의 배기와 연결된 열회수 증기 발생기와,
상기 열회수 증기 발생기와 연결된 제 2 발전기를 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 26 항에 있어서,
상기 고압력 컴프레서의 출구측 상에 디퓨저를 더 포함하고,
상기 디퓨저는 상기 고압력 컴프레서로부터의 압축 공기용 입구 및 상기 터빈 에어포일 냉각 회로로부터의 냉각 공기용 입구를 갖고, 상기 냉각 공기는 상기 고압력 컴프레서로부터의 압축 공기와 평행하게 주입되는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진으로서,
고압력 터빈에 의해 구동되는 고압력 컴프레서를 갖는 고압력 스풀과,
상기 고압력 터빈으로부터 직하류와 연결되고, 중간 로터 샤프트에 의해 동기화 조작 발전기와 연결되는 중간 압력 터빈과,
저압력 터빈에 의해 구동되는 저압력 컴프레서를 갖는 저압력 스풀과,
상기 고압력 컴프레서의 입구와 연결되어 상기 고압력 컴프레서로 압축 공기를 공급하는 저압력 컴프레서의 출구와,
상기 저압력 컴프레서로부터 상기 고압력 컴프레서까지의 압축 공기를 냉각하는 인터쿨러와,
상기 저압력 터빈에 있어서의 일련의 가변성 입구 가이드 베인을 포함하고,
상기 저압력 터빈은 상기 중간 압력 터빈으로부터의 배기에 의해 구동되고, 상기 고압력 스풀 및 상기 저압력 스풀은 독립적으로 회전 가능하고, 상기 중간 로터 샤프트는 상기 저압력 스풀과 동축이고, 저압력 스풀내에서 회전하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 29 항에 있어서,
상기 고압력 컴프레서에 있어서의 제 2 열의 가변성 입구 가이드 베인; 및
상기 저압력 컴프레서에 있어서의 제 3 열의 가변성 입구 가이드 베인을 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 29 항에 있어서,
상기 인터쿨러의 출구와 연결된 부스트 컴프레서와,
상기 고압력 터빈의 터빈 에어포일 냉각 회로와 연결된 부스트 컴프레서의 출구를 더 포함하고,
상기 고압력 터빈의 터빈 에어포일 냉각 회로는 연소기의 입구와 연결되어 있고, 냉각 공기는 상기 터빈 에어포일 냉각 회로를 통해 유동한 후, 상기 연소기로 유동하도록 상기 저압력 컴프레서로부터의 압축 공기가 더욱 압축되는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 31 항에 있어서,
상기 저압력 컴프레서와 상기 부스트 컴프레서 사이에 위치되어 상기 압축 공기의 냉각을 행하는 인터쿨러를 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 29 항에 있어서,
상기 공업용 가스 터빈 엔진의 배기와 연결된 열회수 증기 발생기; 및
상기 열회수 증기 발생기와 연결된 제 2 발전기를 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 31 항에 있어서,
상기 고압력 컴프레서의 출구측 상에 디퓨저를 더 포함하고,
상기 디퓨저는 상기 고압력 컴프레서로부터의 압축 공기용 입구 및 상기 터빈 에어포일 냉각 회로로부터의 냉각 공기용 입구를 갖고, 냉각 공기는 상기 고압력 컴프레서로부터의 압축 공기와 평행하게 주입되는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 삭제
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- 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진으로서,
고압력 터빈에 의해 구동되는 고압력 컴프레서를 갖는 고압력 스풀과,
상기 고압력 컴프레서와 상기 고압력 터빈 사이에서 조작 가능한 연소기와,
로컬 영역 전력 그리드와 동기 조작시 상기 고압력 스풀과 직접 연결되는 발전기와,
저압력 터빈에 의해 구동되는 저압력 컴프레서를 갖는 저압력 스풀과,
상기 저압력 터빈에 있어서의 일련의 가변성 입구 가이드 베인과,
상기 고압력 컴프레서와 상기 저압력 컴프레서를 유동적으로 연결하여 상기 저압력 컴프레서로부터 상기 고압력 컴프레서로 압축 공기를 공급하는 압축 공기 라인과,
인터쿨러 하류의 압축 공기 라인과 연결되고, 상기 고압력 터빈의 일련의 스테이터 베인을 관통하는 스테이터 베인 냉각 회로와,
상기 인터쿨러 하류의 압축 공기 라인과 연결되고, 상기 고압력 터빈의 일련의 로터 블레이드를 관통하는 로터 블레이드 냉각 회로와,
상기 저압력 컴프레서 및 상기 스테이터 베인 냉각 회로 및 상기 로터 블레이드 냉각 회로 사이에 위치된 부스트 컴프레서와,
상기 고압력 컴프레서의 출구와 상기 연소기의 입구 사이에 위치된 디퓨저를 포함하고,
상기 고압력 스풀과 상기 저압력 스풀은 독립적으로 회전 가능하고,
상기 디퓨저는 상기 고압력 컴프레서의 출구로부터 압축 공기 통로에 의해 구분된 내부 플레넘 및 외부 플레넘을 갖고, 상기 스테이터 베인 냉각 회로는 상기 외부 플레넘으로 방출하고, 상기 로터 블레이드 냉각 회로는 상기 내부 플레넘으로 방출하고, 상기 내부 플레넘 및 상기 외부 플레넘으로부터의 냉각 공기는 상기 고압력 컴프레서로부터의 냉각 공기와 실질적으로 평행하게 상기 연소기로 유동하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 37 항에 있어서,
상기 고압력 컴프레서에 있어서의 제 2 열의 가변성 입구 가이드 베인과,
상기 저압력 컴프레서에 있어서의 제 3 열의 가변성 입구 가이드 베인을 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 37 항에 있어서,
상기 저압력 컴프레서와 상기 부스트 컴프레서 사이에 위치되어 상기 압축 공기를 냉각하는 인터쿨러를 더 포함하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진으로서,
고압력 터빈에 의해 구동되는 고압력 컴프레서를 갖는 메인 스풀과,
상기 고압력 컴프레서와 저압력 터빈 사이에서 조작 가능한 연소기와,
상기 메인 스풀과 직접 연결되고, 로컬 영역 전력 그리드와 동기 조작되도록 구성되는 발전기와,
상기 저압력 터빈에 의해 구동되는 저압력 컴프레서를 갖는 터보차저 스풀과,
상기 고압력 컴프레서 상의 제 1 열의 가변성 입구 가이드 베인과,
상기 저압력 터빈 상의 제 2 열의 가변성 입구 가이드 베인과,
상기 저압력 컴프레서 상의 제 3 열의 가변성 입구 가이드 베인을 포함하고,
상기 저압력 컴프레서는 상기 고압력 컴프레서와 연결되어 상기 고압력 컴프레서에 압축 공기를 공급하는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진. - 제 40 항에 있어서,
상기 메인 스풀 및 상기 터보차저 스풀은 서로 독립적인 속도로 조작할 수 있는 전력 생산용의 대형 프레임 대용량 공업용 가스 터빈 엔진.
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