KR101889543B1 - 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

개시되는 발명은 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템에 관한 것으로서, 가스 터빈의 압축기에서 만들어진 압축 공기를 터빈으로 공급하며, 상기 터빈으로 유입되기 전의 상류 지점에 오리피스가 구비되는 제1 유로;와, 상기 오리피스의 상류 지점에서 분기되어 배기측으로 연장되는 제2 유로;와, 상기 제2 유로 상에 설치되어 상기 제1 유로에서 분기된 압축 공기의 흐름을 제어하는 제1 밸브;와, 상기 오리피스의 하류와 상기 제1 밸브의 하류를 연결하는 제3 유로; 및 상기 제3 유로 상에 설치되어 상기 터빈 내부 핫 가스의 흐름을 제어하는 제2 밸브;를 포함한다.

Description

블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템{Hot gas flow system for blade tip clearance control}

본 발명은 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템에 관한 것으로서, 종래기술과 같이 외부장치가 만든 과열증기를 공급받지 않고도 가스 터빈의 잔존 열을 활용하여 터빈의 케이싱을 가열하고, 이를 통해 블레이드 팁의 간극을 적합하게 제어할 수 있는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템에 관한 것이다.

터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충돌력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치로서 증기를 이용하면 증기 터빈, 연소가스를 이용하면 가스 터빈이라고 한다.

가스 터빈의 열 사이클은 브레이튼 사이클(Brayton cycle)이며, 압축기와 연소기, 터빈으로 구성된다. 가스 터빈의 작동원리는 먼저 대기의 공기를 흡입하여 압축기로 압축한 후 연소기로 보내 고온, 고압의 연소가스를 만들어서 터빈을 동작시키고, 배기가스를 대기중으로 방출한다. 즉, 압축, 가열, 팽창, 방열의 4 과정으로 이루어지는 것이다.

가스 터빈의 압축기는 대기로부터 공기를 흡입하여 연소기에 연소용 공기를 공급하는 역할을 하며, 단열압축 과정을 거치므로 공기의 압력과 공기온도가 올라가게 된다.

연소기에서는 유입된 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소가스를 만들어 내며, 효율을 올리기 위해 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열 한도까지 연소가스 온도를 높이게 된다.

가스 터빈에서는 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈의 회전날개에 충돌, 반동력을 주어 기계적인 에너지로 변환시킨다. 터빈에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기를 구동하여 전력을 생산하는데 이용된다.

가스 터빈은 주요 구성부품에 왕복운동이 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며, 왕복운동 기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.

여기서, 터빈은 연소기에서 만든 고온·고압의 연소가스를 받아들여 이를 로터의 회전운동으로 변환시킨다. 이를 위해 터빈에는 고속으로 회전하는 로터 축이 베어링에 의해 지지되어 있으며, 로터 축에는 복수 개의 로터 디스크가 삽입되어 결합된다. 각각의 로터 디스크의 원주방향 외주면 상에는 복수 개의 블레이드가 배치되는데, 터빈으로 유입된 연소가스는 개개의 로터 디스크가 형성하는 블레이드 단(段)을 연속적으로 지나가면서 로터 축을 회전시킨다.

터빈 안에서, 로터는 터빈 케이싱에 둘러싸여 있어 블레이드의 팁과 터빈 케이싱 사이에는 미세한 간극이 형성되는데, 이 간극의 크기는 터빈의 성능에 큰 영향을 미친다. 이 간극은 연소가스가 블레이드에 에너지를 전달하지 못하고 그냥 지나가는 영역이기 때문에, 대체적으로 보아 이 블레이드의 팁 간극이 작을수록 터빈의 효율이 향상된다. 그렇지만 이 간극이 너무 작으면 블레이드 팁과 케이싱의 내면이 충돌하여 손상과 파손이 생기기 때문에 적절한 수준으로 관리되어야 한다.

그런데, 로터의 블레이드 팁 간극은 설계될 때 가스 터빈이 정격속도로 정상 운전되는 경우를 기준으로 하기 때문에, 가스 터빈의 온도가 이보다 상당히 낮을 때에는 설계치보다 블레이드 팁 간극이 작아진다. 특히, 가스 터빈을 정지시켰다가 기동하는 순간에 간극이 제일 작기 때문에 안전을 위해 미리 블레이드 팁 간극을 키워놓는 것이 좋다.

블레이드 팁 간극을 미리 키워놓는 방법 중의 하나는 가스 터빈의 기동 전에 터빈 케이싱을 가열하여 열 팽창을 시키는 것이다. 종래에는 이를 위해 별도의 증기 발생기, 예를 들면 배열 회수 보일러(HRSG, Heat Recovery Steam Generator) 등을 이용하여 만들어진 증기(특히, 과열증기)로 케이싱을 가열하였다.

그러나, 항상 증기가 준비되어 있지 않은 이상 증기를 만들기 위한 시간이 필요하기 때문에 급속기동 시에는 문제가 있으며, 증기 공급과 관련된 장치와 배관, 유로 등이 필요하기 때문에 시스템이 복잡해진다. 또한, 증기를 사용하기 때문에, 비록 과열증기를 사용하는 경우라 하더라도 수분에 의한 부식의 위험이 상존한다.

일본특허공보 제5955176호 (2016.07.20 발행)

본 발명은 위와 같은 종래와 같이 증기를 이용하여 터빈 케이싱을 가열할 때의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 외부장치가 만든 과열증기를 공급받지 않고도 가스 터빈의 잔존 열을 활용하여 터빈의 케이싱을 가열하고, 이를 통해 블레이드 팁의 간극을 적합하게 제어할 수 있는 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템은, 가스 터빈의 압축기에서 만들어진 압축 공기를 터빈으로 공급하며, 상기 터빈으로 유입되기 전의 상류 지점에 오리피스가 구비되는 제1 유로;와, 상기 오리피스의 상류 지점에서 분기되어 배기측으로 연장되는 제2 유로;와, 상기 제2 유로 상에 설치되어 상기 제1 유로에서 분기된 압축 공기의 흐름을 제어하는 제1 밸브;와, 상기 오리피스의 하류와 상기 제1 밸브의 하류를 연결하는 제3 유로; 및 상기 제3 유로 상에 설치되어 상기 터빈 내부 핫 가스의 흐름을 제어하는 제2 밸브;를 포함하는 공기 회로를 구비한다.

여기서, 상기 가스 터빈의 기동시와 정지시에는 상기 제1 밸브는 개방하는 한편 상기 제2 밸브는 폐쇄하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 중의 일부를 상기 제2 유로를 통해 바이패스되도록 제어한다.

이때, 상기 제2 유로를 통해 배기측으로 유출되는 바이패스의 양은 상기 제1 밸브의 개도량으로 조절될 수 있다.

그리고, 상기 가스 터빈이 정격회전수로 운전되기 이전의 일정 기간 동안에는 상기 제1 밸브 및 제2 밸브를 모두 개방하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 전부를 상기 제2 유로를 통해 바이패스시키는 동시에 상기 터빈 내부의 핫 가스는 상기 제3 유로를 통해 상기 제2 유로로 흐르도록 제어한다.

여기서, 상기 제1 밸브는 상기 압축 공기가 상기 오리피스의 유동 저항에 의해 상기 제1 유로로 흐르지 않고 상기 제2 유로로 흐를 수 있을 정도로 개방된다.

그리고, 상기 가스 터빈이 정상운전되는 동안에는 상기 제1 밸브 및 제2 밸브를 모두 폐쇄하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 전부가 상기 제1 유로를 통해 상기 터빈에 공급되도록 제어한다.

이러한 상기 공기 회로는 하나의 가스 터빈에 복수 개가 구비될 수 있으며, 이런 경우 상기 각 공기 유로는 서로 병렬적으로 배치된다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템은 가스 터빈의 운전 상태에 따라 냉각용 압축 가스나 터빈 내부의 핫 가스를 이용하여 블레이드 팁 간극을 효과적으로 제어하는 것이 가능하다.

특히, 본 발명은 별도의 장치가 필요한 증기를 이용하지 않고 아직 완전히 식지 않은 가스 터빈 내부의 열을 적극적으로 이용하여 터빈 케이싱을 가열하여 블레이드 팁 간극을 제어할 수 있기 때문에 종래에 비해 시스템이 간단해지며, 증기 이용에 따른 부식의 위험도 현저히 낮출 수 있다.

도 1은 종래기술에 따라 과열증기를 터빈에 공급하여 케이싱의 온도를 올리는 구성을 간략히 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 가스 터빈의 기동시와 정지시의 핫 가스 공급 시스템의 공기 흐름을 도시한 도면.
도 4는 가스 터빈이 정격회전수로 운전되기 이전의 일정 기간 동안 터빈의 케이싱 온도를 올리기 위한 핫 가스 공급 시스템의 공기 흐름을 도시한 도면.
도 5는 가스 터빈이 정상운전되는 동안의 핫 가스 공급 시스템의 공기 흐름을 도시한 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되어 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 종래기술에 따라 과열증기를 터빈(4)에 공급하여 케이싱의 온도를 올리는 구성을 간략히 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 가스 터빈(1)과는 별도로 설치된 증기 발생장치(미도시)로부터 고온의 과열증기가 터빈(4)의 케이싱 안으로 공급된다. 가스 터빈(1)의 운전은 정지되어 있거나 아직 연소기(3)는 작동하지 않는 시동 전의 상태이며, 과열증기의 공급에 따라 터빈(4)의 케이싱 온도는 상승한다. 온도 상승에 따라 터빈(4) 케이싱은 열 팽창을 하게 되고, 따라서 블레이드 팁 간극이 늘어나 가스 터빈(1)의 정상적인 운전이 가능한 상태로 전환된다.

그러나, 이러한 종래기술은 항상 증기가 준비되어 있지 않은 이상 증기를 만들기 위한 시간이 필요하기 때문에 급속기동 시에는 문제가 있으며, 증기 공급과 관련된 장치와 배관, 유로 등이 필요하기 때문에 시스템이 복잡해진다. 또한, 증기를 사용하기 때문에, 비록 과열증기를 사용하는 경우라 하더라도 수분에 의한 터빈(4)의 부식 위험이 존재한다.

본 발명의 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템(10)(이하, 간략히 '핫 가스 공급 시스템'이라 함)은 증기를 사용하지 않고도 터빈(4)의 케이싱을 가열할 수 있는 방안을 제시한다.

본 발명의 핫 가스 공급 시스템(10)은 그 명칭에서 짐작할 수 있듯이, 외부에서 만들어지고 공급되는 증기를 이용하지 않고 아직 완전히 식지 않은 가스 터빈(1) 내부의 열을 적극적으로 이용하여 터빈(4) 케이싱을 가열하는 구성을 가지고 있다. 따라서, 본 발명은 가스 터빈(1)의 상태가 상온으로 완전히 냉각된 경우에는 사용할 수 없기는 하지만, 가스 터빈(1)을 장시간 정지시켜 놓은 일부 경우를 제외하고는 광범위하게 적용될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 핫 가스 공급 시스템(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 보여준다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 핫 가스 공급 시스템(10)은 제1 내지 제3 유로(110, 120, 130)와 제1 및 제2 밸브(122, 132)로 이루어지는 간단한 구조로 이루어진다. 특히, 외부로부터 증기를 공급받기 위한 구성이 없기 때문에 종래에 비해 시스템의 구성을 단순화시킬 수 있는 이점이 있다.

제1 유로(110)는 가스 터빈(1)의 압축기(2)에서 만들어진 냉각용 압축 공기를 터빈(4)으로 공급하기 위한 유로이다. 그리고, 제1 유로(110) 상에는 터빈(4)으로 유입되기 전의 상류 지점에 오리피스(112)가 구비된다. 따라서, 압축 공기가 흐를 때 오리피스(112) 전후로 압력차가 발생하며, 오리피스(112)는 공기 흐름에 대한 장애물로 작용한다.

여기서, 본 발명을 설명함에 있어 상류와 하류라는 용어는 압축 공기가 흘러가는 방향을 기준으로 하며, 따라서 압축기(2) 쪽이 상류이고 그 반대쪽이 하류이다. 주의할 점은 후술할 가스 터빈(1) 내부의 핫 가스는 압축 공기와는 반대 방향의 흐름을 형성하는데, 이때에도 상류와 하류의 상대적 방향은 핫 가스의 흐름을 기준으로 하지 않고 압축 공기의 흐름을 계속 기준으로 삼음으로써 이해의 혼동을 피하기로 한다.

제2 유로(120)는 제1 유로(110)에 구비된 오리피스(112)의 상류 지점에서 분기되어 배기측으로 연장되는 유로이다. 오리피스(112)의 상류에 분기 지점이 위치하기 때문에 분기 지점에서 제2 유로(120)에 작용하는 압축 공기의 압력은 제1 유로(110)와 거의 동일하다.

그리고, 제2 유로(120) 상에는 제1 밸브(122)가 배치된다. 제1 밸브(122)는 압축 공기의 일부가 제2 유로(120)를 통해 바이패스가 되는 것을 제어하는 밸브이다. 즉, 제1 밸브(122)가 폐쇄되어 있으면 압축 공기는 제1 유로(110)로만 흐르게 되지만, 제1 밸브(122)가 개방되면 제1 유로(110)를 흐르는 압축 공기의 일부는 제2 유로(120)로 우회하여 배기측으로 배출된다.

이러한 제1 유로(110)와 제2 유로(120)를 연결하는 것이 제3 유로(130)인데, 제3 유로(130)는 제1 유로(110) 상의 오리피스(112)의 하류 지점과 제2 유로(120) 상의 제1 밸브(122)의 하류 지점을 연결한다. 이러한 제3 유로(130)의 배치가 본 발명에서 중요한데, 이에 대해서는 가스 터빈(1)의 운전 상태에 따라 달라지는 본 발명의 운전 방식을 하나씩 설명하는 부분에서 상세히 설명하기로 한다.

마지막으로 제3 유로(130) 상에는 제2 밸브(132)가 배치되는데, 제2 밸브(132)의 개방에 의해 터빈(4) 내부에 핫 가스 흐름이 발생하게 된다.

여기서, 위와 같은 일련의 유로와 밸브의 구성은 공기 회로(100)라 부를 수 있는데, 이러한 하나의 공기 회로(100)는 가스 터빈(1)에 하나 이상 구비될 수 있다. 도 2는 총 3개의 공기 회로(100)가 마련되는 실시형태를 도시하는데, 압축기(2)의 서로 다른 세 개의 지점에서 나온 압축 공기는 각각의 독립된 공기 회로(100)를 지나가 터빈(4)의 서로 다른 세 개의 지점으로 공급된다. 또한, 터빈(4) 내부의 핫 가스도 터빈(4)의 각 지점으로부터 터빈(4)의 케이싱을 항해 흘러나가게 된다. 다시 말한다면, 복수 개의 공기 유로는 가스 터빈(1)에 대해 서로 병렬적으로 배치되는 것이다.

복수 개의 공기 회로(100)가 구비되는 경우 각 공기 회로(100)의 구성은 위에서 설명한 구성과 모두 동일하다. 따라서, 도 3 내지 도 5에서는 이해의 편의를 돕고자 하나의 공기 회로(100)만 도시하고 있으며, 이를 참조하여 가스 터빈(1)의 운전 상태에 따라 달라지는 본 발명에 따른 핫 가스 공급 시스템(10)의 운전 방식을 하나씩 설명하기로 한다.

도 3은 가스 터빈(1)의 기동시와 정지시의 핫 가스 공급 시스템(10)의 공기 흐름을 도시한 도면이다. 가스 터빈(1)의 기동시와 정지시에는 제1 밸브(122)는 개방하는 한편 제2 밸브(132)는 폐쇄한다. 제1 밸브(122)와 제2 밸브(132)를 이와 같이 제어하면, 압축기(2)에서 만들어진 압축 공기는 제1 유로(110)와 제2 유로(120)의 양쪽으로 흐르게 된다. 즉, 압축기(2)에서 만들어진 압축 공기 중의 일부는 제2 유로(120)를 통해 바이패스되어 그냥 배기측으로 빠져나간다. 물론 제2 유로(120)를 통해 배기측으로 유출되는 바이패스의 양은 제1 밸브(122)의 개도량으로 조절할 수 있다.

이와 같이 제어하는 이유는 가스 터빈(1)의 기동시와 정지시에는 압축기(2)에 과도한 압력이 걸리는 서지(surge) 현상이 발생할 수 있기 때문에 압축 공기의 일부를 그대로 배기시키는 것이 서지 방지에 유용하기 때문이다. 압축기(2)에 서지 현상이 발생하면 진동과 소음이 커지게 되고, 이에 따라 블레이드 팁이 터빈(4) 케이싱에 접촉 내지는 충돌할 위험이 생긴다.

그리고, 도 4는 가스 터빈(1)이 정격회전수로 운전되기 이전의 일정 기간 동안 터빈(4)의 케이싱 온도를 올리기 위해 터빈(4) 내부 정체되어 있는 핫 가스에 유동을 발생시키는 경우의 공기 흐름을 도시한 도면이다.

도 4의 상태에서, 제1 밸브(122) 및 제2 밸브(132)를 모두 개방되어 있으며, 이에 따라 압축기(2)에서 만들어진 압축 공기 전부는 제2 유로(120)를 통해 바이패스되는 동시에 터빈(4) 내부의 핫 가스는 오리피스(112) 하류에 연결된 제3 유로(130)를 통해 제2 유로(120)로 흐르는 유동이 발생한다.

전술한 바와 같이, 오리피스(112)는 공기 흐름에 대한 장애물로 작용하기 때문에 제1 밸브(122)가 충분히 넓게 열려 있으면 저항으로 작용하는 제1 유로(110)의 오리피스(112) 쪽이 아니라 배기측과 연결되어 유동에 장애가 거의 없는 제2 유로(120) 쪽으로 흐르게 된다.

또한, 터빈(4) 내부로 압축 공기가 들어오지 않으면서 터빈(4)은 회전하고 있기 때문에 터빈(4) 내부의 핫 가스는 어느 정도의 압력을 형성하게 된다. 이에 따라, 압축 공기가 흐르지 않는 제1 유로(110) 쪽으로 터빈(4) 내부의 핫 가스가 역류하는 현상이 발생하며, 오리피스(112)는 핫 가스의 흐름에도 장애물이 되기 때문에 핫 가스는 오리피스(112) 쪽이 아니라 제2 밸브(132)가 개방되어 배기측과 연통된 제3 유로(130) 쪽으로 흐르게 된다.

즉, 도 4의 상태에서는 터빈(4) 내부의 핫 가스가 터빈(4) 케이싱을 거쳐 배기측으로 빠져나가는 흐름이 만들어진다. 이와 같이, 뜨거운 가스가 터빈(4) 케이싱을 거쳐감에 따라 터빈(4) 케이싱은 가열되고, 이에 따라 마치 종래기술에서 증기를 공급했던 것처럼 블레이드 팁 간극이 늘어나 가스 터빈(1)의 정상적인 운전이 가능한 상태로 전환된다.

이와 같이, 본 발명의 핫 가스 공급 시스템(10)은 별도의 장치로 만들어지는 증기를 이용하지 않고 아직 완전히 식지 않은 가스 터빈(1) 내부의 열을 적극적으로 이용하여 터빈(4) 케이싱을 가열하여 블레이드 팁 간극을 제어할 수 있기 때문에 종래에 비해 시스템이 간단해지며, 증기 이용에 따른 부식의 위험도 현저히 낮출 수 있다.

마지막으로, 도 5는 가스 터빈(1)이 정상운전되는 동안의 핫 가스 공급 시스템(10)의 공기 흐름을 도시한 도면이다. 가스 터빈(1)이 정상운전되면 터빈(4) 내부는 연소가스로 인해 온도가 올라가 적절한 냉각이 요구된다.

따라서, 도 5의 상태에서 제1 밸브(122) 및 제2 밸브(132)를 모두 폐쇄되어 있으며, 이에 따라 압축기(2)에서 만들어진 압축 공기의 전부는 제1 유로(110)를 통해 터빈(4) 내부로 공급된다.

도 5의 상태로 운전되는 가스 터빈(1)을 정지시키려면 전술한 도 3의 상태로 제1 및 제2 밸브(122, 132)가 전환되며, 정지된 가스 터빈(1)을 기동시키는 경우에는 도 3 내지 도 5의 순서로 핫 가스 공급 시스템(10)이 다시 제어된다.

이와 같이, 본 발명의 핫 가스 공급 시스템(10)은 두 개의 밸브를 개방하고 폐쇄하는 간단한 제어를 통해 가스 터빈(1)의 각 운전 상태에 적합한 공기 흐름을 만들어낼 수 있다는 것에 장점이 있으며, 이러한 차갑고 뜨거운 각 공기의 흐름에 의해 블레이드 팁 간극이 효율적으로 제어된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 가스 터빈 2: 압축기
3: 연소기 4: 터빈
10: 핫 가스 공급 시스템
100: 공기 회로 110: 제1 유로
112: 오리피스 120: 제2 유로
122: 제1 밸브 130: 제3 유로
132: 제2 밸브

Claims (14)

1. 가스 터빈의 압축기에서 만들어진 압축 공기를 터빈으로 공급하며, 상기 터빈으로 유입되기 전의 상류 지점에 오리피스가 구비되는 제1 유로;
   상기 오리피스의 상류 지점에서 분기되어 배기측으로 연장되는 제2 유로;
   상기 제2 유로 상에 설치되어 상기 제1 유로에서 분기된 압축 공기의 흐름을 제어하는 제1 밸브;
   상기 오리피스의 하류와 상기 제1 밸브의 하류를 연결하는 제3 유로; 및
   상기 제3 유로 상에 설치되어 상기 터빈 내부 핫 가스의 흐름을 제어하는 제2 밸브;를 포함하는 공기 회로를 구비하고,
   상기 오리피스는 상기 제2 유로로 흐르는 상기 압축 공기와 상기 제3 유로로 흐르는 상기 핫 가스에 대해 각각 유동 저항으로 작용하는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스 터빈의 기동시와 정지시에는 상기 제1 밸브는 개방하는 한편 상기 제2 밸브는 폐쇄하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 중의 일부를 상기 제2 유로를 통해 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 유로를 통해 배기측으로 유출되는 바이패스의 양은 상기 제1 밸브의 개도량으로 조절되는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가스 터빈이 정격회전수로 운전되기 이전의 일정 기간 동안 상기 제1 밸브 및 제2 밸브를 모두 개방하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 전부를 상기 제2 유로를 통해 바이패스시키는 동시에 상기 터빈 내부의 핫 가스는 상기 제3 유로를 통해 상기 제2 유로로 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 밸브는 상기 압축 공기가 상기 오리피스의 유동 저항에 의해 상기 제1 유로로 흐르지 않고 상기 제2 유로로 흐를 수 있을 정도로 개방되는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가스 터빈이 정상운전되는 동안에는 상기 제1 밸브 및 제2 밸브를 모두 폐쇄하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 전부를 상기 제1 유로를 통해 상기 터빈에 공급하는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공기 회로는 복수 개가 구비되고, 상기 각 공기 회로는 서로 병렬적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 시스템.
   
8. 가스 터빈의 압축기에서 만들어진 압축 공기를 터빈으로 공급하며, 상기 터빈으로 유입되기 전의 상류 지점에 오리피스가 구비되는 제1 유로;와, 상기 오리피스의 상류 지점에서 분기되어 배기측으로 연장되는 제2 유로;와, 상기 제2 유로 상에 설치되어 상기 제1 유로에서 분기된 압축 공기의 흐름을 제어하는 제1 밸브;와, 상기 오리피스의 하류와 상기 제1 밸브의 하류를 연결하는 제3 유로; 및 상기 제3 유로 상에 설치되어 상기 터빈 내부 핫 가스의 흐름을 제어하는 제2 밸브;를 포함하는 공기 회로를 구비하고,
   상기 오리피스는 상기 제2 유로로 흐르는 상기 압축 공기와 상기 제3 유로로 흐르는 상기 핫 가스에 대해 각각 유동 저항으로 작용하며,
   상기 제1 밸브와 제2 밸브의 개폐를 조합하여 상기 제1 유로 내지 제3 유로를 흐르는 상기 압축 공기 및 핫 가스의 흐름을 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 가스 터빈의 기동시와 정지시에는 상기 제1 밸브는 개방하는 한편 상기 제2 밸브는 폐쇄하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 중의 일부를 상기 제2 유로를 통해 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 유로를 통해 배기측으로 유출되는 바이패스의 양은 상기 제1 밸브의 개도량으로 조절되는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 방법.
11. 제8항에 있어서,
    상기 가스 터빈이 정격회전수로 운전되기 이전의 일정 기간 동안 상기 제1 밸브 및 제2 밸브를 모두 개방하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 전부를 상기 제2 유로를 통해 바이패스시키는 동시에 상기 터빈 내부의 핫 가스는 상기 제3 유로를 통해 상기 제2 유로로 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 상기 압축 공기가 상기 오리피스의 유동 저항에 의해 상기 제1 유로로 흐르지 않고 상기 제2 유로로 흐를 수 있을 정도로 개방되는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 방법.
13. 제8항에 있어서,
    상기 가스 터빈이 정상운전되는 동안에는 상기 제1 밸브 및 제2 밸브를 모두 폐쇄하고, 이에 따라 상기 압축기에서 만들어진 압축 공기 전부를 상기 제1 유로를 통해 상기 터빈에 공급하는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 방법.
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 회로는 복수 개가 구비되고, 상기 각 공기 회로는 서로 병렬적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 블레이드 팁 간극 제어를 위한 핫 가스 공급 방법.
    

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