KR101921410B1 - 가스터빈의 서지 마진 제어 방법 및 가스터빈의 추기 장치 - Google Patents

가스터빈의 서지 마진 제어 방법 및 가스터빈의 추기 장치 Download PDF

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Abstract

가스터빈의 서지 마진 제어 방법 및 가스터빈의 추기 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 서지 마진 제어 방법 및 가스터빈의 추기 장치는 가스터빈에서 압축기 유닛의 안정적인 작동을 도모하여 가스터빈의 효율 향상과 진동 소음을 최소화 하고자 한다.

Description

가스터빈의 서지 마진 제어 방법 및 가스터빈의 추기 장치{Method for controlling surge margin of gas turbine and extraction device for gas turbine}
본 발명은 다수개의 압축기 스테이지가 구비된 가스터빈에서 서지로 인한 진동 소음 및 유동 불안전성을 최소화하여 안정적인 압축기 유닛의 구동을 위한 가스터빈의 서지 마진 제어 방법 및 가스터빈의 추기 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스터빈이나 증기터빈을 비롯하여 터빈을 구비한 기관 내지 장치를 터보머신(Turbo machine)이라 한다. 상기 터보머신은 유체의 열에너지를 기계적 에너지인 회전력으로 변환하는 동력발생장치로 유체에 의해 축회전하는 회전체 및 상기 회전체를 지지하고 감싸는 고정체를 포함하고 있다.
일 예로 가스터빈은 크게 연소가스를 생성하기 위한 연소기와, 상기 연소기로부터 토출되는 연소가스에 의해 구동하는 터빈 및 연소기로 고압의 공기를 공급하는 압축기를 포함한다.
상기 압축기는 회전될 경우 외부 공기를 흡입, 압축하여 연소기로 압축 공기를 공급하고, 상기 연소기에서 압축 공기에 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온, 고압의 연소 가스를 생성한 후 터빈으로 공급된다.
그리고 상기 연소기로부터 토출된 고온, 고압의 연소가스가 터빈의 회전익을 구동시켜 터빈의 로터를 회전시키게 된다.
상기 터빈에는 고정익과 회전익과 같은 터빈 디스크 유닛이 상기 로터의 축방향을 따라 교대로 다단으로 구비되어 있다.
상기 가스터빈은 시동이 이루어질 때 압축기를 구성하는 다수개의 압축기 스테이지에서 다단으로 압축이 이루어지는데, 이 경우 상기 압축기 스테이지를 구성하는 초기 압축기 중에 어느 하나에서 압력비가 비 정상적인 상태가 유지될 경우 서지로 인한 충격과 이상음이 발생될 수 있다.
상기 서지는 압축기 블레이드가 설치된 각도와 압축 공기가 상기 압축기 블레이드를 향해 공급되는 공급 각도 차이로 인해 발생된다.
종래에도 압축기 스테이지에서 발생되는 서지를 지연시키기 위한 노력이 다양하게 시도되고 있으나 상기 압축기 스테이지의 전체에서 압력을 기준으로 제어가 이루어지는 경우가 대부분이라서 효율적인 제어가 이루어지지 못하고 있다.
미국등록특허 US 9,027,354
본 발명의 실시 예들은 가스터빈에 구비된 압축기 스테이지에서 초기 압축기 스테이지에 대한 추기 제어를 실시하여 서지로 인한 진동 소음 및 충격 발생을 억제하고, 압축기 유닛의 안정적인 작동을 도모하여 가스터빈의 효율 향상을 도모하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 압축기 유닛 내부에 다수개가 배치된 다단 축류 압축기의 시동 구간에서 압축기 유닛의 안전성을 확보하기 위해 가스터빈의 압축기 유닛에 구비된 복수개의 압축기 스테이지 중에서 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지의 회전수와 개별 압력비를 판단하는 단계; 및 상기 초기 압축기 스테이지에서 서지 마진이 기준을 만족시키지 못할 경우 상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계는 최초 압축이 이루어지는 제1 압축기에서 추기가 이루어지는 제1 추기 단계와, 상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계는 제1추기 단계가 이후에 서지 마진이 안정화되지 않을 경우 상기 제1 압축기의 다음 스테이지에 이웃하여 위치된 압축기 스테이지에서 추가로 추기가 이루어지는 제2 추기 단계와, 상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계는 제1,2 추기 단계가 이후에 서지 마진이 안정화되지 않을 경우 다음 압축기 스테이지에서 추가로 추기가 이루어지는 제3 추기 단계를 더 포함하고, 상기 제1 내지 제3 추기 단계는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 시간에 따라 비례 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 추기 단계는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 상기 서지 마진의 상태에 따라 증가 또는 감소되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 제2 추기 단계는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 상기 서지 마진의 상태에 따라 증가 또는 감소되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 제3 추기 단계는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 상기 서지 마진의 상태에 따라 증가 또는 감소되는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 제3 추기 단계 이후에 서지 마진이 안정화되지 않을 경우에는 가스터빈의 작동을 중지하는 단계를 포함한다.
본 실시 예에 의한 가스터빈의 추기 장치는 가스터빈의 압축기 유닛 내부에 다수개가 배치된 압축기 유닛에 구비된 복수개의 압축기 스테이지 중에서 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지에 대한 개별 회전수와 압력비를 감지하는 감지 센서 유닛; 상기 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지를 감싸는 압축기 하우징의 원주 방향에 일단이 연결되고 타단이 터빈으로 연장된 추기관; 상기 추기관에 구비된 밸브 유닛; 및 상기 밸브 유닛의 개도량을 상기 감지 센서 유닛에서 감지된 감지값에 따라 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 압축기 스테이지 중 초기 스테이지에서부터 이웃한 다음 압축기 스테이지 순서대로 밸브 유닛의 개도량을 순차적으로 제어한다.
상기 추기관은 압축기 스테이지에 각각 개별 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 추기관은 일단이 상기 압축기 하우징의 원주 방향에서 내측으로 삽입되고 복수 개가 등 간격으로 배치된 분기관; 상기 분기관이 상기 압축기 하우징의 외측으로 연장된 후에 모두 합류되어 단일관으로 형성된 메인관을 포함한다.
상기 분기관은 상기 압축기 하우징의 상하좌우 대칭으로 배치된다.
상기 분기관은 상기 메인관 보다 큰 직경으로 형성된다.
상기 밸브 유닛은 상기 압축기 스테이지에서 각각 연장된 분기관에 개별 장착된 것을 특징으로 한다.

본 실시 예에 의한 가스터빈의 추기 장치는 가스터빈의 압축기 유닛 내부에 다수개가 배치된 압축기 유닛에 구비된 복수개의 압축기 스테이지 중에서 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지에 대한 개별 회전수와 압력비를 감지하는 감지 센서 유닛; 상기 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지를 감싸는 압축기 하우징의 원주방향에 일단이 연결되고 타단이 터빈으로 연장된 추기관; 상기 추기관에 구비된 밸브 유닛; 및 상기 밸브 유닛의 개도량을 상기 감지 센서 유닛에서 감지된 감지값에 따라 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 압축기 스테이지 중 초기 스테이지는 정상이고, 상기 초기 스테이지와 이웃한 다음 압축기 스테이지가 비정상일 경우 상기 초기 스테이지와 다음 압축기 스테이지에 해당되는 밸브 유닛이 모두 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 실시 예들은 가스터빈의 초기 압축기 스테이지에서 회전수와 압력비를 실시간으로 감지하고 서지가 발생될 경우 추기량 제어를 통해 진동 및 소음을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 초기 압축기 스테이지에서 추기 제어를 순차적으로 실시하여 초기 압축기 스테이지의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 가스터빈의 효율 향상을 도모할 수 있고 가스터빈에 대한 점검 또는 수리를 위해 정지 후 시동이 이루어지는 경우에도 압축기 스테이지의 안정적인 작동을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 서지 마진 제어 방법을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 서지 마진 제어 방법에서 시간에 따른 서지 마진 상태를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 추기 장치에 따른 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 제어부 및 상기 제어부와 연계된 구성을 도시한 도면.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 추기 장치의 작동 상태도.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 서지 마진 제어 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 서지 마진 제어 방법을 도시한 순서도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스터빈의 서지 마진 제어 방법은 압축기 유닛 내부에 다수개가 배치된 다단 축류 압축기의 시동 구간에서 압축기 유닛의 안전성을 확보하기 위해 가스터빈의 압축기 유닛에 구비된 복수개의 압축기 스테이지 중에서 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지의 회전수와 개별 압력비를 판단하는 단계(ST100) 및 상기 초기 압축기 스테이지에서 서지 마진이 기준을 만족시키지 못할 경우 상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계(ST200)를 포함한다.
상기 단위 압축기의 회전수와 개별 압력비를 판단하기 위해서는(ST100) 상기 압축기 유닛을 구성하는 단위 압축기별로 각각 개별 회전수와 압력비가 감지되어야 한다.
다단 압축기는 가스터빈의 축 방향을 따라 압축기 블레이드와 압축기 베인이 한 쌍으로 구성되고 이를 압축기 스테이지(stage)로 정의 한다. 상기 압축기 스테이지는 압축기 유닛 내부에 10단에서 20단 사이를 이루며 다수개가 배치된다.
압축기 유닛은 압축기 스테이지별로 입구 공기 압력과 출구 공기 압력의 비가 특정 압력으로 설계되고 특정 압축기 스테이지의 회전수 또는 압력비가 기 설정된 설계치와 상이할 경우 압축 공기에 의해 압축기 블레이드와의 충격 또는 유동 불안정으로 인한 압축기 유닛에서의 진동 소음으로 이어지는 서지 현상이 발생될 수 있다.
본 실시 예는 이러한 서지 현상을 최소화 하기 위해 압축기 유닛을 구성하는 다수개의 압축기 스테이지 중 초기 스테이지에 위치된 압축기 스테이지의 개별 회전수와 압력비를 각각 판단한다.
상기 압축기 스테이지의 개별 회전수는 알피엠 센서 또는 이와 유사한 기능을 하는 다른 센서가 사용될 수 있고, 상기 압력비는 압력센서에 의해 감지된다.
초기 스테이지에 위치된 압축기 스테이지에서 서지가 발생될 경우 상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어(ST200)한다. 본 실시 예는 일 예로 최초 압축이 이루어지는 제1 압축기의 회전수 또는 압력비에서 이상 유무가 발생될 경우 제1 추기 단계(ST210)가 실시된다.
상기 제1 추기 단계(ST210)는 터빈으로 공급되는 추기량이 상기 서지 마진의 상태에 따라 증가 또는 감소되는데, 일 예로 시간에 따른 서지 마진 상태를 도시한 그래프를 기준으로 설명한다.
전술한 제1 추기 단계(ST210)는 그래프에 도시된 A위치에서 유지되지 않고 시간이 경과됨에 따라 B위치로 궤적이 이동될 경우 초기 압축기 스테이지에서 서지가 발생된 것으로 판단한다.
이 경우 초기 압축기 스테이지에서 터빈으로 추기가 이루어질 경우 그래프의 B위치에서 A위치로 궤적이 이동되면서 서지 마진이 감소되므로 압축기 유닛의 진동 및 소음 발생이 감소하고 가스터빈의 출력 저하도 최소화 될 수 있다.
본 실시 예는 제1 추기(ST210)가 이루어지는 경우 추기량이 완전 개방 또는 완전 클로즈되지 않고 압축기 유닛의 안전성과 가스터빈의 효율을 고려하여 터빈으로 공급되는 추기량이 시간에 따라 비례 제어될 수 있다.
따라서 가스터빈이 작동 중에 초기 압축기 스테이지에 구비된 압축기 블레이드의 충격 발생이 감소하고 압축 공기의 유동 불안정성도 감소될 수 있다.
본 실시 예는 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계는 제1 추기가 이루어진 이후에(ST210) 서지 마진이 안정화되지 않을 경우 상기 제1 압축기의 다음 스테이지에 이웃하여 위치된 압축기 스테이지에서 추가로 추기가 이루어지는 제2 추기 단계(ST220)를 더 포함한다.
상기 제2 추기 단계(ST220)는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 상기 서지 마진의 상태에 따라 증가 또는 감소되는데, 전술한 제1 압축기에서 발생된 서지 마진은 최초 제1 추기가 이루어진 이후에(ST210) 안정화되는 것이 바람직하다.
만약에 제1 추기 이후에(ST210) 안정화되지 않고 회전수 또는 압력비가 계속해서 증가될 경우 그래프의 B위치에서 C위치로 궤적이 이동되면서 서지 마진이 증가된다.
이 경우 C위치에서 추기량이 완전 개방 또는 완전 클로즈되지 않고 압축기 유닛의 안전성과 가스터빈의 효율을 고려하여 터빈으로 공급되는 추기량이 시간에 따라 비례 제어될 수 있다.
따라서 가스터빈이 작동 중에 초기 압축기 스테이지에 구비된 압축기 블레이드의 충격 발생이 감소하고 압축 공기의 유동 불안정성도 감소될 수 있으며 압축기 유닛의 진동 및 소음 발생이 감소하고 가스터빈의 출력 저하도 최소화 될 수 있다.
본 실시 예는 압축기 유닛에서의 서지 마진에 따라 제1 추기(ST210)와 제2 추기(ST220)가 순차적으로 이루어지고, 만약 제1,2 추기 이후에도 압축기 유닛에서 서지 마진이 기준을 만족하지 않을 경우 다음 압축기 스테이지에서 추가로 추기가 이루어지는 제3 추기 단계(ST230)가 실시된다.
상기 제3 추기 단계(ST230)는 제1,2 추기 이후에(ST210, ST220) 안정화되지 않고 회전수 또는 압력비가 계속해서 증가될 경우 그래프의 C위치에서 D위치로 궤적이 이동되면서 서지 마진이 증가된다.
이 경우 D위치에서 추기량이 완전 개방 또는 완전 클로즈되지 않고 압축기 유닛의 안전성과 가스터빈의 효율을 고려하여 터빈으로 공급되는 추기량이 시간에 따라 비례 제어될 수 있다.
따라서 가스터빈이 작동 중에 초기 압축기 스테이지에 구비된 압축기 블레이드의 충격 발생이 감소하고 압축 공기의 유동 불안정성도 감소될 수 있으며 압축기 유닛의 진동 및 소음 발생이 감소하고 가스터빈의 출력 저하도 최소화 될 수 있다.
만약 제3 추기 단계(ST230) 이후에 서지 마진이 안정화될 경우에는(ST250) 가스 터빈이 정상적으로 작동되는 것으로 판단(ST260)한다.
만약 제3 추기 단계(ST230) 이후에 서지 마진이 안정화되지 않을 경우에는 가스터빈의 작동을 중지하여 압축기 유닛의 고장 또는 오작동을 예방할 수 있다(ST270).
본 실시 예는 제1 추기 이후에 서지 마진이 지속될 경우 제2 추기가 실시되고, 이후에도 서지 마진이 지속될 경우 제3 추기를 통해 압축기 유닛의 안정적인 작동을 도모할 수 있다.
이 경우 제1 내지 제3 추기는 순차적으로 실시되므로 가스 터빈의 안정적인 작동과 효율 향상을 동시에 도모할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 추기 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스터빈의 추기 장치는 가스터빈의 압축기 유닛(10) 내부에 다수개가 배치된 압축기 스테이지(11, 12, 13) 중에서 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지(11, 12, 13)에 대한 개별 회전수와 압력비를 감지하는 감지 센서 유닛(100)과, 상기 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지(11, 12, 13)를 감싸는 압축기 하우징(20)의 원주 방향에 일단이 연결되고 타단이 터빈으로 연장된 추기관(200)과, 상기 추기관(200)에 구비된 밸브 유닛(300) 및 상기 밸브 유닛(300)의 개도량을 상기 감지 센서 유닛(100)에서 감지된 감지값에 따라 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
상기 감지 센서 유닛(100)은 압축기 스테이지(11, 12, 13)의 개별 회전수를 알피엠 센서 또는 이와 유사한 기능을 하는 다른 센서가 사용될 수 있고, 상기 압력비는 압력센서에 의해 감지된다.
상기 추기관(200)은 압축기 스테이지(11, 12, 13)에 각각 개별 결합되는데, 일 예로 일단이 상기 압축기 하우징(20)의 원주 방향에서 내측으로 삽입되고 복수 개가 등 간격으로 배치된 분기관(210)과, 상기 분기관(210)이 상기 압축기 하우징(20)의 외측으로 연장된 후에 모두 합류되어 단일관으로 형성된 메인관(220)을 포함한다.
상기 분기관(210)은 일 예로 압축기 하우징(20)이 원통 형태로 형성되는 경우 상하 위치에 서로 마주보며 각각 위치되거나, 상하좌우 대칭으로 위치될 수 있다.
상기 분기관(210)은 모두 동일 직경으로 형성되고, 상기 압축기 스테이지(11, 12, 13)의 내측과 연통된 상태로 결합된다. 상기 분기관(210)은 레이 아웃에 따라 상이할 수는 있으나 동일 길이로 상기 메인관(220)을 향해 연장된다.
상기 메인관(220)이 동일 직경으로 형성될 경우 밸브 유닛(300)의 개도량에 따라 각각의 분기관(210)을 통해 동일 유량의 압축 공기가 상기 메인관(220)을 경유하여 터빈으로 공급될 수 있다.
따라서 상기 분기관(210)이 서로 다른 위치에 위치된 경우에도 터빈(30)으로 공급되는 다량의 압축 공기를 안정적으로 공급할 수 있어 공급 안전성이 향상된다.
본 실시예에 의한 메인관(220)은 복수개의 분기관(210)이 합쳐져서 1개의 단일 배관으로 터빈을 향해 연장된다. 상기 메인관(220)은 밸브 유닛(300)을 구성하는 제1 밸브(310)가 구비되고 개도량이 제어부(400)에 의해 제어되도록 구성된다.
상기 분기관(210)은 상기 메인관(220) 보다 큰 직경으로 형성되므로 고압의 압축 공기가 상기 메인관(220)으로 안정적으로 이동될 수 있으며, 이동 도중 압력 강하로 인한 문제점 발생도 최소화 될 수 있다.
상기 분기관(210)은 압축기 스테이지(11, 12, 13)에 각각 구비되고 메인관(220)도 상기 압축기 스테이지(11, 12, 13)에서 각각 연장된 분기관(210)과 연결되도록 각각 구비된다.
상기 메인관(220)은 터빈으로 개별 공급되지 않고 단일 관으로 합쳐져서 공급되므로 밸브 유닛(300)의 개도 상태에 따라 터빈으로 공급되는 추기량이 제어된다.
본 실시 예에 의한 밸브 유닛(300)은 상기 압축기 스테이지(11, 12, 13)에서 각각 연장된 분기관에 개별 장착되는데, 제1 밸브(310)와 제2 밸브(320)와 제3 밸브(330)로 구성된다.
제1 내지 제3 밸브(310, 320, 330) 모두 제어부(400)에 의해 제어되며 개도량 제어를 통해 터빈으로 공급되는 추기량 제어가 안정적으로 이루어질 수 있다.
본 실시 예에 의한 제어부(400)는 상기 압축기 스테이지(11, 12, 13) 중 초기 스테이지에서부터 이웃한 다음 압축기 스테이지 순서대로 밸브 유닛(300)의 개도량을 순차적으로 제어한다. 즉 제어부(400)는 상기 압축기 스테이지(11)에 대한 제1 밸브(310)를 오픈 상태로 제어한 후에 이웃한 압축기 스테이지(12)에 대한 추기를 위해 제2 밸브(320)가 오픈되도록 제어할 수 있다.
그리고 이웃한 압축기 스테이지(13)에 대한 추기를 위해 제3 밸브(330)가 오픈되도록 제어하면 터빈(30)으로 압축 공기를 공급될 수 있다. 이 경우 고압의 압축 공기는 굵은 실선의 이동 경로를 따라 이동된다.
본 실시 예에 의한 제어부(400)는 상기 압축기 스테이지(11, 12, 13) 중 초기 스테이지(11)는 정상이고, 상기 초기 스테이지(11)와 이웃한 다음 압축기 스테이지(12)가 비정상일 경우 상기 초기 스테이지(11)와 다음 압축기 스테이지(12)에 해당되는 제1,2 밸브 유닛(310, 320)이 모두 개방되도록 제어할 수 있다.
이 경우 추기된 공기는 굵은 실선으로 도시된 이동 경로를 따라 터빈(30)으로 공급되므로 서지로 인한 진동 및 소음이 방소되고 가스 터빈의 안정적인 작동이 유지된다.
이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 압축기 유닛
11, 12, 13 : 압축기 스테이지
20 : 압축기 하우징
100 : 감지 센서 유닛
200 : 추기관
210 : 분기관
220 : 메인관
300 : 밸브 유닛
400 : 제어부

Claims (16)

  1. 압축기 유닛 내부에 다수개가 배치된 다단 축류 압축기의 시동 구간에서 압축기 유닛의 안전성을 확보하기 위해 가스터빈의 압축기 유닛에 구비된 복수개의 압축기 스테이지 중에서 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지의 회전수와 개별 압력비를 판단하는 단계; 및
    상기 초기 압축기 스테이지에서 서지 마진이 기준을 만족시키지 못할 경우 상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계는 최초 압축이 이루어지는 제1 압축기에서 추기가 이루어지는 제1 추기 단계와,
    상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계는 제1추기 단계가 이후에 서지 마진이 안정화되지 않을 경우 상기 제1 압축기의 다음 스테이지에 이웃하여 위치된 압축기 스테이지에서 추가로 추기가 이루어지는 제2 추기 단계와,
    상기 압축기 스테이지별로 터빈으로 압축 공기를 추기시켜 서지 마진을 제어하는 단계는 제1,2 추기 단계가 이후에 서지 마진이 안정화되지 않을 경우 다음 압축기 스테이지에서 추가로 추기가 이루어지는 제3 추기 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 추기 단계는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 시간에 따라 비례 제어되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 서지 마진 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 추기 단계는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 상기 서지 마진의 상태에 따라 증가 또는 감소되는 가스터빈의 서지 마진 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 추기 단계는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 상기 서지 마진의 상태에 따라 증가 또는 감소되는 가스터빈의 서지 마진 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 추기 단계는 상기 터빈으로 공급되는 추기량이 상기 서지 마진의 상태에 따라 증가 또는 감소되는 가스터빈의 서지 마진 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제3 추기 단계 이후에 서지 마진이 확보되지 않을 경우에는 가스터빈의 작동을 중지하는 단계를 포함하는 가스터빈의 서지 마진 제어 방법.
  9. 가스터빈의 압축기 유닛 내부에 다수개가 배치된 압축기 유닛에 구비된 복수개의 압축기 스테이지 중에서 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지에 대한 개별 회전수와 압력비를 감지하는 감지 센서 유닛;
    상기 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지를 감싸는 압축기 하우징의 원주 방향에 일단이 연결되고 타단이 터빈으로 연장된 추기관;
    상기 추기관에 구비된 밸브 유닛; 및
    상기 밸브 유닛의 개도량을 상기 감지 센서 유닛에서 감지된 감지값에 따라 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 압축기 스테이지 중 초기 스테이지에서부터 이웃한 다음 압축기 스테이지 순서대로 밸브 유닛의 개도량을 순차적으로 제어하는 가스터빈의 추기 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 추기관은 압축기 스테이지에 각각 개별 결합된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 추기 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 추기관은 일단이 상기 압축기 하우징의 원주 방향에서 내측으로 삽입되고 복수 개가 등 간격으로 배치된 분기관;
    상기 분기관이 상기 압축기 하우징의 외측으로 연장된 후에 모두 합류되어 단일관으로 형성된 메인관을 포함하는 가스터빈의 추기 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 분기관은 상기 압축기 하우징의 상하좌우 대칭으로 배치된 가스터빈의 추기 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 분기관은 상기 메인관 보다 큰 직경으로 형성된 가스터빈의 추기 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛은 상기 압축기 스테이지에서 각각 연장된 분기관에 개별 장착된 것을 특징으로 하는 가스터빈의 추기 장치.
  15. 삭제
  16. 가스터빈의 압축기 유닛 내부에 다수개가 배치된 압축기 유닛에 구비된 복수개의 압축기 스테이지 중에서 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지에 대한 개별 회전수와 압력비를 감지하는 감지 센서 유닛;
    상기 초기 스테이지에 위치된 복수개의 압축기 스테이지를 감싸는 압축기 하우징의 원주방향에 일단이 연결되고 타단이 터빈으로 연장된 추기관;
    상기 추기관에 구비된 밸브 유닛; 및
    상기 밸브 유닛의 개도량을 상기 감지 센서 유닛에서 감지된 감지값에 따라 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 압축기 스테이지 중 초기 스테이지는 정상이고, 상기 초기 스테이지와 이웃한 다음 압축기 스테이지가 비정상일 경우 상기 초기 스테이지와 다음 압축기 스테이지에 해당되는 밸브 유닛이 모두 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 추기 장치.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109184913B (zh) * 2018-10-08 2019-12-20 南京航空航天大学 基于稳定性估计与预测的航空发动机气动稳定性主动复合控制方法
CN109611370A (zh) * 2018-12-29 2019-04-12 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 氦气压气机喘振裕度的调控装置以及基于该调控装置的调控方法
EP3751117A1 (en) 2019-06-12 2020-12-16 Rolls-Royce plc Increasing surge margin and compression efficiency via shaft power transfer
CN110672198B (zh) * 2019-08-26 2021-08-17 华电电力科学研究院有限公司 一种锅炉烟风系统振动故障诊断方法
CN111594321B (zh) * 2020-06-01 2021-09-03 杭州汽轮机股份有限公司 燃气轮机防喘退喘流量调节系统及防喘退喘流量调节方法
CN112065592B (zh) * 2020-08-13 2021-12-28 中国航发沈阳发动机研究所 一种未充分暖机条件下避免发动机喘振的加速控制方法
CN115263452A (zh) * 2022-08-17 2022-11-01 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种紧凑型透平气缸

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4220631B2 (ja) * 1999-09-22 2009-02-04 三菱重工業株式会社 ガスタービン圧縮機のサージング検出方法及び装置
JP2011058494A (ja) * 2009-09-08 2011-03-24 Rolls Royce Plc サージマージン制御

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5261228A (en) * 1992-06-25 1993-11-16 General Electric Company Apparatus for bleeding air
US5599161A (en) * 1995-11-03 1997-02-04 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for antisurge control of multistage compressors with sidestreams
US6059522A (en) * 1996-04-17 2000-05-09 United Technologies Corporation Compressor stall diagnostics and avoidance
JPH11210699A (ja) * 1998-01-30 1999-08-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 軸流圧縮機における可変静翼角の設定方法
AU1328201A (en) * 1999-10-12 2001-04-23 Alm Development, Inc. Gas turbine engine
JP3469178B2 (ja) 2000-08-18 2003-11-25 三菱重工業株式会社 圧縮機の最適負荷制御システム
US8973373B2 (en) * 2011-10-31 2015-03-10 General Electric Company Active clearance control system and method for gas turbine
US9027354B2 (en) 2012-07-30 2015-05-12 General Elecric Company System and method for recirculating and recovering energy from compressor discharge bleed air
CN103174678B (zh) * 2013-03-26 2015-09-30 哈尔滨工程大学 多通道的离心压气机引气再循环结构
US9617914B2 (en) 2013-06-28 2017-04-11 General Electric Company Systems and methods for monitoring gas turbine systems having exhaust gas recirculation
GB201410180D0 (en) * 2014-06-09 2014-07-23 Rolls Royce Plc Method and apparatus for controlling a compressor of a gas turbine engine
JP6483510B2 (ja) * 2015-04-14 2019-03-13 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービンの製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4220631B2 (ja) * 1999-09-22 2009-02-04 三菱重工業株式会社 ガスタービン圧縮機のサージング検出方法及び装置
JP2011058494A (ja) * 2009-09-08 2011-03-24 Rolls Royce Plc サージマージン制御

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