KR101951751B1 - 압력감지센서가 구비된 이중연료관을 이용하여 연소기제어 가능한 가스터빈 및 압력감지센서를 이용한 연소기 제어방법. - Google Patents

압력감지센서가 구비된 이중연료관을 이용하여 연소기제어 가능한 가스터빈 및 압력감지센서를 이용한 연소기 제어방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 압력감지센서가 구비된 이중연료관을 이용하여 연소기구동의 제어가 가능한 가스터빈으로서, 더욱 상세하게는, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 운전 시 연료배관으로부터의 연료 누설에 대해, 가스 누설탐지센서 이외에도 직접적으로 가스누설을 감지하여 위험을 방지할 수 있는 압력감지센서가 구비된 이중연료관을 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.
본 발명의 압력감지센서가 구비된 이중연료관을 이용하여 연소기제어 가능한 가스터빈은 가스터빈 연소기에 가스 또는 연료를 공급하는 배관을 이중 배관으로 적용하여, 배관 파손 등에 따른 누설 가스 압력을 직접 측정함으로써, 연료 누설을 직접적으로 감지하여 가스터빈의 연소기를 보호할 수 있는 방안을 마련하였다. 이로써, 종래의 가스탐지기를 활용하여 누설가스를 탐지하는 방안보다 정확하며 민감하게 누출가스 또는 유출가스에 반응하여 연소기를 제어할 수 있는 효과가 존재한다.

Description

압력감지센서가 구비된 이중연료관을 이용하여 연소기제어 가능한 가스터빈 및 압력감지센서를 이용한 연소기 제어방법.{A gas turbine combustor control is possible by using a dual fuel tube containing the sensor and Burner control method using a pressure sensor.}
본 발명은 압력감지센서가 구비된 이중연료관을 이용하여 연소기제어 가능한 가스터빈으로서, 더욱 상세하게는, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 운전 시 연료배관으로부터의 연료 누설에 대해, 가스 누설탐지센서 이외에도 직접적으로 가스누설을 감지하여 위험을 방지할 수 있는 압력감지센서가 구비된 이중연료관을 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.
가스터빈 발전기는 일반적으로, 압축기, 연소기, 터빈을 포함한 구성으로 마련된다.
이 경우, 압축기는 연료의 연소에 필요한 공기를 공급하되, 고압의 출력을 가지고 터빈 블레이드를 구동시킬 수 있도록, 공급하는 공기를 다단의 압축블레이드를 통해 압축하게 된다.
상기의 압축된 공기는, 복수개의 연소기로 분배되어 공급되며, 연소기로 공급되는 연료와 혼합되어, 연소기 내부에서 연소하게 된다.
이 경우, 복수개의 연소기 각각에는 연료관이 연결되어, 연료저장부로부터 연료를 복수개의 연소기 각각에 공급하게 된다.
이러한 복수개의 연소기 각각에 공급되는 연료는 인화성이 매우 높은 물질인것이 일반적인 경우로서, 상기의 연료의 공급되는 경로의 관리 및 연료의 취급에는 각별한 주의를 요한다 할 것이다.
특히, 복수개의 연소기 각각에 연료를 공급하는 연료관에 있어서, 상기 연료관의 부식 또는 파손에 의해 연료가 유출될 경우, 규모가 상당한 사고로 이어질 가능성이 매우 높으므로, 주의하여야 한다.
또한, 상기 연료관에는 육안으로 확인이 가능한 정도의 부식 또는 파손 등을 제외한 미세한 크랙 등이 형성될 수 있으며, 상기의 미세한 크랙 등으로부터 인화성 높은 연료들이 유출될 수 있다.
종래에는 상기의 부식, 파손 및 크랙 등으로부터 유출되어 나오는 가스 또는 연료를 가스탐지기를 이용함으로써, 상기 가스탐지기가 가스 또는 연료를 인식하기 위한 충분한 양의 가스 또는 연료가 유출되어야 한다는 문제점이 존재하였다.
따라서, 이에 미세한 가스 또는 연료의 유출만을 가지고 가스 또는 연료의 유출여부를 판단할 수 있는 구조 및 시스템이 필요하며, 이와 같은 가스 유출여부 판단 장치가 마련되어, 상기 가스 또는 연료의 유출이 확인되는 경우, 상기 가스터빈의 연소기를 즉각적으로 제어할 수 있는 장치 및 시스템을 포함하는 가스터빈이 요구된다.
KR 2012-0100676
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 상기 가스터빈에 마련되는 연소기로 가스 또는 연료를 공급하는 연료공급관의 구조에 있어서, 상기 연료공급관을 이중연료관으로 구성하며, 상기 이중연료관의 외관 또는 내관에 압력감지센서를 구비하여 종래기술에 비해 정확하고 신속한 가스 또는 연료의 유출 또는 누설을 감지하여 이를 적극적으로 가스터빈 연소기 제어에 활용할 수 있는 압력감지센서가 구비된 이중연료관을 포함하는 가스터빈을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라, 내부에 압축기, 연소기 및 터빈을 포함하는 가스터빈, 상기 연소기로 연료를 공급하며, 외관(外管) 및 상기 외관보다 작은 직경을 가지며 상기 외관의 내부에 마련되어 상기 외관과 동일한 중심축을 가지는 내관(內管)으로 구성된 이중연료관 및 상기 이중연료관 내 압력을 측정하는 압력 감지 센서를 포함하는 연소기제어가 가능한 가스터빈이 제공될 수 있다.
또한, 상기 압력 감지 센서는, 복수개로, 상기 외관 또는 상기 내관에 일정한 간격을 가지고 배열되는 것이 가능하다.
마찬가지로, 상기 압력 감지 센서는, 상기 내관의 내측 또는 외측에 일정한 간격을 가지고 배열되는 것이 가능하며, 상기 압력 감지 센서는, 상기 외관의 내측 또는 외측에 일정한 간격을 가지고 배열되는 것 역시 가능하다.
추가적으로, 상기 압력 감지 센서는, 외관의 내측 또는 외측 및 상기 내관의 내측 또는 외측에 일정한 간격을 가지고 배열되는 것이 가능하다.
또한, 상기 가스터빈은 상기 압력 감지 센서에 의해 측정된 상기 이중연료관 내 압력이 소정의 조건을 충족하는 것으로 판단되는 경우, 경고음을 발생하는 경고음 발생장치 및 경고등을 점등하는 경고등 점등장치를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다.
이와 더불어, 상기 압력 감지 센서에 의해 측정된 상기 이중연료관 내 압력이 소정의 조건을 충족하는 것으로 판단되는 경우, 상기 연소기의 구동을 정지시키는 제어를 수행하는 연소기 제어부를 포함하는 것이 가능하다.
또한, 상기와 같은 장치가 마련된 경우뿐만 아니라, 이와 동일한 원리를 활용한 가스터빈 연소기 제어방법이 마련될 수 있다.
구체적으로는, 이중연료관의 외관 또는 내관에 일정한 간격을 가지고 배열되는 복수개의 압력 감지 센서가 압력을 측정하는 측정단계, 상기 측정단계에서 측정된 압력값이 일정 압력값을 초과할 경우, 가스터빈 내 연소기 제어부에 신호를 전달하는 전달단계 및 상기 신호를 전달받은 연소기 제어부가 연소기의 가동을 중단 또는 재개하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 제어방법이 가능하다.
또한, 상기 전달단계는, 경고음 발생장치 및 경고등 점등장치에 신호를 전달하는 경보신호전달단계를 포함하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 압력감지센서가 구비된 이중연료관을 이용하여 연소기제어 가능한 가스터빈은 가스터빈 연소기에 가스 또는 연료를 공급하는 배관을 이중 배관으로 적용하여, 배관 파손 등에 따른 누설 가스 압력을 직접 측정함으로써, 연료 누설을 직접적으로 감지하여 가스터빈의 연소기를 보호할 수 있는 방안을 마련하였다. 이로써, 종래의 가스탐지기를 활용하여 누설가스를 탐지하는 방안보다 정확하며 민감하게 누출가스 또는 유출가스에 반응하여 연소기를 제어할 수 있는 효과가 존재한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 가스터빈의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 압력감지센서가 마련된 이중연료관의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 압력감지센서가 마련된 이중연료관의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 복수개의 압력감지센서가 마련된 이중연료관의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 외관 및 내관의 내측면에 압력감지센서가 마련된 이중연료관의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 경고음 발생장치 및 경고등 점등장치가 마련된 가스터빈의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 가스터빈의 연소기를 제어하는 각 단계가 도시된 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 가스터빈의 연소기를 제어하는 각 단계가 도시된 개략도이다.
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 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 압력감지센서(143)가 구비된 이중연료관(140)을 이용하여 연소기제어 가능한 가스터빈(100)으로서, 더욱 상세하게는, 가스를 연료로 사용하는 가스터빈 운전 시 연료배관으로부터의 연료 누설에 대해, 가스 누설탐지센서 이외에도 직접적으로 가스누설을 감지하여 위험을 방지할 수 있는 압력감지센서(143)가 구비된 이중연료관(140)을 포함하는 가스터빈(100)에 관한 것이다.
이를 위해, 내부에 압축기(110), 연소기(120) 및 터빈(130)를 포함하는 가스터빈(100), 상기 연소기(120)로 연료를 공급하며, 외관(外管, 141) 및 상기 외관(141)보다 작은 직경을 가지며 상기 외관(141)의 내부에 마련되어 상기 외관(141)과 동일한 중심축을 가지는 내관(內管, 142)으로 구성된 이중연료관(140) 및 상기 이중연료관(140)에 마련되어 상기 이중연료관 내 압력을 측정하는 압력 감지 센서(143)를 포함하는 연소기제어가 가능한 가스터빈(100)이 제공될 수 있다.
도 1을 참고하면, 일반적인 가스터빈(100)의 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 구체적으로는, 좌측에는 공기를 흡입하여 압축하는 공정이 진행되는 압축기(110)가 도시되어 있으며, 상기 압축기(110)를 통과한 공기는, 복수개의 연소기(120)로 분배되어 각 연소기(120) 내부로 인입되게 된다.
상기 연소기(120)에서는 압축기(110)로부터 공급받은 고압의 공기와 연료관으로부터 공급받은 연료를 혼합하여, 점화하여 연소를 진행하게 된다.
이러한 고압의 출력유체는 터빈(130)의 터빈블레이드를 구동시키게 되어, 전력을 생산하게 된다.
이 경우, 상기 연소기(120)로 연료 또는 가스를 공급하는 연료관은 일반적으로 단일관의 형상으로 구비되며, 상기의 단일관의 형상으로 연료관을 구성할 경우, 상기 연료관의 주변에 가스탐지기를 위치시킴으로써, 상기 가스탐지기가 가스를 인식할만큼의 단일관 형상 연료관의 파손에 따른 연료가 유출되어야 한다는 단점이 존재하였다.
따라서, 본 발명에서는, 단일관형상의 연료관이 아닌, 이중관 형상의 연료관을 구성하여, 이중연료관(140)의 구성 중, 내관(142)이 파손될 경우, 내관(142)과 외관(141) 사이에 마련된 공간의 압력의 변화 및 내관(142) 내측의 압력변화를 감지하여, 연료 또는 가스의 유출이 매우 적은 상황에서도 유출된 상황을 순간적으로 인식할 수 있다는 장점이 존재한다.
또한, 상기의 압력값의 변화를 곧바로 가스터빈 연소기 제어부(121)과 연결하여, 별도의 프로세스를 거치지 않고, 압력변화에 따른 연소기(120)의 구동제어가 가능하도록 하였다.
구체적으로는, 압력을 감지한 수치가, 연료 또는 가스가 누출되고 있다는 수치로 감지될 경우에는, 연소기 제어부(121)를 통해, 연소기(120)의 구동을 중단시켜, 누출된 연료 또는 가스로 인한 추가적인 피해를 방지할 수 있다.
또한, 상기 압력 감지 센서(143)는, 복수개로, 상기 외관(141) 또는 상기 내관(142)에 일정한 간격을 가지고 배열되는 것이 가능하며, 상기 압력 감지 센서(143)는, 상기 내관(142)의 내측 또는 외측에 일정한 간격을 가지고 배열되는 것이 가능하다.
마찬가지로, 상기 압력 감지 센서(143)는, 상기 외관(141)의 내측 또는 외측에 일정한 간격을 가지고 배열되는 것이 가능하며, 상기 압력 감지 센서(143)는, 외관(141)의 내측 또는 외측 및 상기 내관(142)의 내측 또는 외측에 일정한 간격을 가지고 배열되는 것이 가능하다.
구체적으로, 도 2 내지 도 5를 참고하면, 상기 압력감지센서(143)는 외관(141)의 외측면에 마련되어서 상기 외관(141)과 내관(142) 사이에 마련되는 공간의 압력을 측정하는 방식의 구성이 가능하다.
압력감지센서(143)는 반드시 형상이 직육면체형상일 필요는 없으며, 도면은 상기 압력감지센서(143)의 개략적인 형상을 도시하였다.
또한, 상기와 같이 압력감지센서(143)가 외관(141)의 외측면에 마련되어서 상기 외관(141)과 내관(142) 사이에 마련되는 공간의 압력을 측정하는 경우를 포함해서, 복수개의 압력감지센서(143)는 일반적으로 외관(141) 또는 내관(142)의 일측면에 위치하며, 일정한 간격으로 배열되는 것이 바람직하다.
도 5를 참고하면, 내관(142)의 내측면 및 외관(141)의 내측면에 각각 압력감지센서(143)가 마련될 수 있으며, 이 경우, 외관(141)은 파손이 없고, 내관(142)만 파손이 발생한다면, 내관(142)과 외관(141) 사이 공간의 압력이 높게 감지될 것이다. 또한, 이 경우, 연료가 공급되고 있던 통로의 압력 또한 변화가 존재하므로, 이에 대한 감지가 압력변화의 가능하다.
또한, 내관(142)과 외관(141) 사이의 압력값을 특정값으로 설정해 놓은 후에, 내관(142)의 파손 없이 외관(141)만의 파손이 발생한다면, 내관(142)과 외관(141)사이 공간의 압력이 통상의 대기압과 동일해질 것이므로, 이에 대한 압력변화의 감지가 가능하다.
마찬가지로, 동일한 방식으로, 내관(142) 및 외관(141)이 동시에 파손된 경우 역시, 내관(142)과 외관(141) 사이 공간의 압력이 통상의 대기압과 동일해질 것이므로, 압력변화의 감지가 가능하다. 또한, 이 경우, 연료가 공급되고 있던 통로의 압력 또한 변화가 존재하므로, 이에 대한 압력변화의 감지가 가능하다.
또한, 상기 압력 감지 센서(143)에 의해 측정된 상기 이중연료관 내 압력이 소정의 조건을 충족하는 것으로 판단되는 경우, 경고음을 발생하는 경고음 발생장치(150) 및 경고등을 점등하는 경고등 점등장치(160)를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기제어가 가능한 가스터빈(100)이 마련될 수 있다.
이와 더불어, 상기 압력 감지 센서(143)에 의해 측정된 상기 이중연료관 내 압력이 소정의 조건을 충족하는 것으로 판단되는 경우, 상기 연소기(120)의 구동을 정지시키는 제어를 수행하는 연소기 제어부(121)를 포함하는 것이 가능하다.
구체적으로는, 도 1 및 도 6을 참고하면, 도 1에는 연소기(120)의 외부 일측면에 연소기 제어부(121)가 마련된 것을 확인할 수 있다.
상기 연소기 제어부(121)는 상기 압력감지센서(143)로부터 일정지점의 측정 압력값이 변화되었음을 전달받고, 그로부터 연료관의 파손 및 연료 또는 가스의 유출이 진행된다고 판단할 경우, 가스터빈(100)의 연소기(120) 구동을 정지시켜, 연료 또는 가스의 유출로 인한 다른 피해가 없도록 가스터빈의 연소기(120)를 제어한다.
또한, 도 6에서는 상기 압력 감지 센서(143)에 의해 측정된 압력값을 전달받아 상기 측정된 압력값이 일정 압력값을 벗어난 경우 경고음을 재생하는 경고음 발생장치(150) 및 상기 압력 감지 센서(143)에 의해 측정된 압력값을 전달받아 상기 측정된 압력값이 일정 압력값을 벗어난 경우 경고등을 점등하는 경고등 점등장치(160)가 도시되어 있다.
상기 경고음 발생장치(150) 및 경고등 점등장치(160)의 형태 및 개수는 유동적일 수 있으며, 도 6에서는 개략적인 경고음 발생장치(150) 및 경고등 점등장치(160) 형태를 도시하였다.
상기의 경고음 발생장치(150) 및 경고등 점등장치(160)는 상기 압력감지센서(143)에서 압력차이가 감지되는 경우, 즉각적으로 경고음과 경고등을 가동하여 작업자에게 연료 또는 가스 유출이 의심되는 상황을 알릴 수 있다.
또한, 상기와 같은 장치가 마련된 경우뿐만 아니라, 이와 동일한 원리를 활용한 가스터빈 연소기 제어방법이 마련될 수 있다.
구체적으로는, 이중연료관(140)의 외관(141) 또는 내관(142)에 일정한 간격을 가지고 배열되는 복수개의 압력 감지 센서(143)가 압력을 측정하는 측정단계(200), 상기 측정단계(200)에서 측정된 압력값이 일정 압력값을 초과할 경우, 가스터빈 내 연소기 제어부(121)에 신호를 전달하는 전달단계(300) 및 상기 신호를 전달받은 연소기 제어부(121)가 연소기(120)의 가동을 중단 또는 재개하는 제어단계(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 제어방법이 가능하다.
또한, 상기 전달단계(400)는, 경고음 발생장치(150) 및 경고등 점등장치(160)에 신호를 전달하는 경보신호전달단계(310)를 포함하는 것이 가능하다.
상기의 측정단계(200), 전달단계(300) 및 제어단계(400)는 전자적신호로 전달이 되며, 이로써, 압력감지센서(143)가 압력값을 측정하는 시점과 연소기(120)의 제어가 진행하는 시점의 차이가 극히 적은 시간차이로 존재하게 된다.
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.
100 : 가스터빈
110 : 압축기
120 : 연소기
121 : 연소기제어부
130 : 터빈
140 : 이중연료관
141 : 외관
142 : 내관
143 : 압력감지센서
150 : 경고음 발생장치
160 : 경고등 점등장치
200 : 측정단계
300 : 전달단계
310 : 경보신호전달단계
400 : 제어단계

Claims (9)

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  8. 이중연료관(140)의 외관(141) 및 내관(142)의 내측에 각각 일정한 간격을 가지고 배열되는 복수 개의 압력 감지 센서(143)가 상기 외관(141)과 내관(142)의 파손에 따른 압력 변화를 각각 측정하는 측정단계(200);
    상기 측정단계(200)에서 측정된 상기 외관(141)과 내관(142) 사이의 압력값이 일정 압력값을 초과하거나, 또는 상기 외관(141)과 내관(142) 사이의 압력값이 대기압과 동일해지거나, 또는 상기 외관(141)과 내관(142) 사이의 압력값이 대기압과 동일해지면서 상기 내관(142) 내의 압력변화가 감지될 경우, 가스터빈 내 연소기 제어부(121)에 신호를 전달하는 전달단계(300);
    상기 신호를 전달받은 연소기 제어부(121)는,
    ⅰ) 상기 외관(141)과 내관(142) 사이의 압력값이 일정 압력값을 초과하는 경우에는 상기 내관(142)만이 파손된 것으로 판단하며,
    ⅱ) 상기 외관(141)과 내관(142) 사이의 압력값이 대기압과 동일해지는 경우에는 상기 외관(141)만이 파손된 것으로 판단하고,
    ⅲ) 상기 외관(141)과 내관(142) 사이의 압력값이 대기압과 동일해지면서 상기 내관(142) 내의 압력변화가 감지될 경우에는 상기 내관(142) 및 외관(141)이 모두 파괴된 것으로 판단하여, 연소기(120)의 가동을 중단 또는 재개하는 제어단계(400);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전달단계(300)는,
    경고음 발생장치(150) 및 경고등 점등장치(160)에 신호를 전달하는 경보신호전달단계(310);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 연소기 제어방법.
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