KR101953963B1 - 가스터빈 - Google Patents

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Abstract

가스터빈이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈은 가스터빈의 압축기와 터빈 사이에 위치된 연소기 유닛; 상기 압축기에서 압축 공기가 공급되고, 발전 플랜트로부터 냉각수를 공급받아 상기 압축 공기와 열교환이 이루어진 냉각 공기를 분출하는 냉각 공기 분출부; 및 상기 냉각 공기 분출부에서 분출된 냉각 공기를 상기 터빈과 상기 연소기 유닛으로 공급하기 위한 공급부를 포함한다.

Description

가스터빈{Gas turbine}
본 발명은 발전 플랜트에서 생성되는 냉각수와 압축기에서 인출된 압축 공기와 열교환을 통해 냉각된 냉각 공기를 터빈의 냉각을 위해 공급하여 터빈의 냉각 효율성을 향상시킨 가스터빈에 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.
이와 같이 구성된 가스터빈은 압축기 스테이지가 다수개로 구성되는데, 터빈으로 일부의 압축 공기를 추기시켜 공급하고, 일부는 연소기로 공급하는 시스템을 갖추고 있다.
도 1은 종래의 가스터빈 중 터빈으로 공급되는 냉각 공기를 공급하기 위한 쿨링 장치를 간략히 도시한 도면이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 종래에는 이를 위해 쿨러(6)와 부스터 컴프레셔(Booster compressor)(7)를 구비하여 압축 공기를 터빈(20)과 연소기(8)로 공급하고 있으나 상기 쿨러(6)와 부스터 컴프레셔(7)의 가동으로 인한 전력 소모와 효율이 기대치만큼 유지되지 않아 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.
대한민국공개특허 제10-2016-0128375호
본 발명의 실시 예들은 터빈과 연소기 유닛으로 공급되는 냉각 공기의 온도와 유량을 감소시켜 공급하는 경우에도 안정적인 냉각을 실시할 수 있는 가스터빈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가스터빈의 압축기와 터빈 사이에 위치된 연소기 유닛; 상기 압축기에서 압축 공기가 공급되고, 발전 플랜트로부터 냉각수를 공급받아 상기 압축 공기와 열교환이 이루어진 냉각 공기를 분출하는 냉각 공기 분출부; 및 상기 냉각 공기 분출부에서 분출된 냉각 공기를 상기 터빈과 상기 연소기 유닛으로 공급하기 위한 공급부를 포함하되, 상기 냉각 공기 분출부는, 외형을 이루는 바디의 내측으로 연장되고 상기 냉각수가 유입되는 공간을 제공하며 상기 바디의 내측에 소정의 크기로 이루어진 냉각 챔버가 형성되고, 상기 냉각 챔버에는 압축 공기와의 접촉 면적이 증가되도록 형성된 딤플(dimple)(D)을 포함한다.
그리고 상기 냉각 챔버는 노즐 형태로 연장되고, 상기 냉각 챔버의 연장된 단부는 바디의 입구에 개구된 바디 입구부의 전단까지 연장되며, 상기 냉각 공기 분출부는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기가 유입되는 유입구가 상기 냉각 챔버와 직각으로 배치된다.
상기 연소기 유닛은 상기 가스터빈의 외형을 이루는 하우징 유닛의 외측 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 단위 연소기를 포함하고, 상기 냉각 공기 분출부에서 분출된 냉각 공기가 상기 단위 연소기로 각각 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 공기 분출부는 상기 단위 연소기에 각각 냉각 공기를 개별 공급하기 위해 상기 단위 연소기와 대응되는 개수로 이루어진다.
상기 냉각 공기 분출부는 상기 발전 플랜트에 구비된 워터 펌프 유닛으로부터 가압된 냉각수를 공급받는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 공기 분출부는 상기 냉각 챔버의 전방으로 이격되어 마주보며 위치되고 상기 냉각 챔버를 경유한 냉각 공기가 분출되는 유출구를 포함한다.
상기 냉각 공기 분출부는 상기 냉각 챔버에서 외측으로 연장된 바디 중 직경이 감소되다가 확장되는 직경 변화부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 공급부는 상기 냉각 공기 분출부에 일단이 연결되고, 타단이 상기 압축기와 터빈 사이의 영역으로 연장된 메인 공급관; 상기 메인 공급관에 일단이 연통되게 연결되고 타단이 상기 터빈과 연장된 제1 분기관; 상기 메인 공급관에 일단이 연통되게 연결되고 타단이 상기 연소기 유닛을 향해 연장된 제2 분기관을 포함한다.
상기 제1 분기관은 상기 가스터빈을 구성하는 다수개의 단위 터빈 중 터빈 샤프트의 선단부에 위치된 단위 터빈으로 상기 냉각 공기가 각각 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 압축기와 상기 냉각 공기 분출부 사이를 연결하는 압축 공기 공급관이 구비되고, 상기 압축 공기 공급관에 제1 조절 밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 공기 분출부로 공급되는 냉각수량과 상기 제1 조절 밸브의 개도량을 제어하기 위해 제어부가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 분기관에는 상기 메인 공급관에서 공급된 냉각 공기의 개도량을 조절하기 위해 구비된 제2 조절 밸브; 상기 제2 분기관에는 상기 메인 공급관에서 공급된 냉각 공기의 개도량을 조절하기 위해 제3 조절 밸브가 구비된다.
상기 가스터빈으로 연장된 상기 제1 분기관은 상기 단위 터빈을 구성하는 터빈 블레이드의 탄젠셜 방향(Tangential direction)으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 분기관은 상기 단위 터빈의 정면에서 바라볼 때 상하 방향으로 대칭되게 배치되거나 또는 좌우 방향으로 대칭되게 배치되는 방향 중 어느 한 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 냉각 챔버로 공급되는 냉각수량을 제어하여 상기 압축 공기 공급관으로 공급되는 냉각 공기의 온도를 설정 온도 이하로 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 압축기에서 상기 터빈으로 공급되는 블리드 에어(Bleed air)량을 상기 터빈의 내부 온도에 따라 가변 시켜 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들은 터빈과 연소기 유닛에 대한 냉각을 최소한의 구성품들을 이용하여 안정적으로 실시할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 발전소에서 발생되는 충분한 냉각수를 이용하여 압축 공기와 열교환을 통해 냉각된 냉각 공기를 이용하여 터빈과 연소기 유닛에 대한 냉각을 실시할 수 있고 냉각을 위한 쿨링 소스를 용이하게 공급할 수 있어 폐열 회수 활용을 통한 냉각 효율 향상을 도모할 수 이다.
본 발명의 실시 예들은 터빈으로 공급되는 블리드 에어량을 감소시키고 온도는 기존 대비 하강시켜 공급할 수 있어 상기 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 가스터빈 중 터빈으로 공급되는 냉각 공기를 공급하기 위한 쿨링 장치를 간략히 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 연소기 유닛에 구비된 단위 연소기의 배치 상태를 간략히 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 제어부와 상기 제어부와 연계된 제1 내지 제3 조절 밸브를 도시한 도면.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 터빈으로 냉각 공기가 공급되도록 제1 분기관이 배치된 실시 예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스터빈의 작동 상태도.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스터빈을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 연소기 유닛에 구비된 단위 연소기의 배치 상태를 간략히 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 제어부와 상기 제어부와 연계된 제1 내지 제3 조절 밸브를 도시한 도면이다.
첨부된 도2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 의한 가스터빈은 냉각 공기 중에 일부는 상기 터빈(20)으로 직접 공급하고, 나머지 일부는 연소기 유닛(30)으로 공급하여 상기 터빈(20)의 냉각 효율을 향상시키고자 한다.
본 실시 예는 가스터빈의 압축기(10)와 터빈(20) 사이에 위치된 연소기 유닛(30)과, 상기 압축기(10) 압축 공기가 공급되고, 발전 플랜트(40)로부터 냉각수를 공급받아 상기 압축 공기와 열교환이 이루어진 냉각 공기를 분출하는 냉각 공기 분출부(100) 및 상기 냉각 공기 분출부(100)에서 분출된 냉각 공기를 상기 터빈(20)과 상기 연소기 유닛(30)으로 공급하기 위한 공급부(200)를 포함한다.
본 실시 예는 냉각 공기 중 터빈(20)으로 공급되는 블리드 에어(Bleed air)량을 최소화 하기 위해 상기 냉각 공기의 온도를 종래 온도 대비 절반 이하의 온도로 하강시켜 공급할 수 있다.
이 경우 터빈(20)으로 공급되는 블리드 에어량은 종래 대비하여 현저하게 감소시켜 공급할 수 있으며, 상기 터빈(20)은 기존에 공급되는 냉각 공기량 대비 감소된 냉각 공기량으로 냉각이 가능하여 냉각 효율이 향상될 수 있다.
본 실시 에에 의한 연소기 유닛(30)은 상기 가스터빈의 외형을 이루는 하우징 유닛(34)의 외측 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 단위 연소기(32)를 포함한다. 상기 단위 연소기(32)는 하우징 유닛(34)의 원주 방향을 따라서 다수개가 일정 간격으로 배치되고, 고온 고압의 가스와 연료가 혼합된 후에 연소가 이루어지는 공간을 제공한다.
상기 냉각 공기 분출부(100)는 상기 단위 연소기(32)에 각각 냉각 공기를 개별 공급하기 위해 상기 단위 연소기(32)와 대응되는 개수로 이루어진다. 이 경우 개별 단위 연소기(32)에서 고온의 압축 공기가 각각의 냉각 공기 분출부(100)로 개별 공급되는 경로가 형성된다.
냉각 공기 분출부(100)는 모두 동일한 구조로 구성되므로 본 실시 예 에서는 도면에 도시된 구성으로 한정하여 설명한다.
본 실시 예에 의한 냉각 공기 분출부(100)는 상기 발전 플랜트(40)에 구비된 워터 펌프 유닛(42)으로 부터 가압된 냉각수를 공급받는다. 상기 워터 펌프 유닛(42)은 다수개의 단위 연소기(32)와 대응되는 냉각 공기 분출부(100)로 냉각수를 공급할 때 상기 소정의 압력으로 냉각수를 가압하여 상기 냉각 공기 분출부(100)로 공급한다.
상기 발전 플랜트(40)는 전술한 바와 같이 일 예로 발전소에 구비된 워터 펌프 유닛(42)이 사용되고, 용량에 따라 상이할 수 있으나 상기 다수개의 냉각 공기 분출부(100)로 냉각수를 안정적으로 공급하기 위해 복수개가 구비된다.
본 실시 예에 의한 냉각 공기 분출부(100)는 외형을 이루는 바디(102)의 내측으로 연장되고 상기 냉각수가 유입되는 공간을 제공하며 상기 바디(102)의 내측에 소정의 크기로 이루어진 냉각 챔버(104)와, 상기 냉각 챔버(104)를 향해 개구되고 상기 압축기(10)에서 압축된 압축 공기가 유입되는 유입구(106)와, 상기 냉각 챔버(104)의 전방으로 이격되어 마주보며 위치되고 상기 냉각 챔버(104)를 경유한 냉각 공기가 분출되는 유출구(108)를 포함한다.
본 실시 예에 의한 냉각 공기 분출부(100)는 상기 냉각 챔버(104)에서 외측으로 연장된 바디(102) 중 직경이 감소되다가 확장되는 직경 변화부(109)가 형성된다.
상기 직경 변화부(109)는 압축 공기가 유입구(106)에서 유출구(108)를 향해 이동될 경우 상기 직경 변화부(109)를 경유하면서 유속과 압력이 변화된다.
일 예로 상기 압축 공기는 직경 변화부(109)를 경유할 경우 압력과 속도는 하강된다.
상기 냉각 공기 분출부(100)는 냉각 챔버(104)가 위치된 곳으로 압축기(10)에서 이동된 특정량의 압축 공기와 열교환이 이루어진다. 상기 압축 공기는 상기 냉각 챔버(104)로 이동되기 전에는 일 예로 400도에서 500도 전후의 고온이 유지되나, 상기 냉각 챔버(104)와 열교환이 이루어질 경우 200도 전후의 온도로 하강된다.
이 경우 상기 냉각 공기는 상기 냉각 챔버(104)와의 열교환 시간을 조정할 경우 특정 온도로 용이하게 조정할 수 있어 터빈(20)으로 공급되는 냉각 공기의 온도를 최적의 온도로 조절할 수 있다.
따라서 상기 터빈(20)은 블리드 에어량을 기존 대비 절반 이하로 감소시켜 공급하는 경우에도 냉각 효율은 기존보다 우수해 질 수 있어 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이와 같이 냉각 공기는 터빈(20)으로 공급되는 기존의 블리드 에어의 온도에 비해 현저하게 하강된 후에 상기 터빈(20)으로 공급되므로 기존에 공급되는 블리드 에어의 공급량 보다도 상대적으로 적은 량을 공급하고도 터빈(20)에 대한 냉각 효과는 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 상기 냉각 공기 분출부(100)에 대한 구성만으로 터빈(20)으로 공급되는 냉각 공기의 온도를 하강시킬 수 있으므로 상기 냉각 공기의 압력을 추가로 상승하기 위한 부스터 압축기(미도시)와 같은 추가 구성을 구비하지 않고서도 터빈(20)의 안정적인 냉각을 도모할 수 있다.
본 실시 예는 냉각 공기 분출부(100)의 내측으로 냉각 챔버(104)가 소정의 크기로 형성되고, 냉각수가 공급되도록 도면에 도시된 단면 형태를 갖는 크기 또는 크기가 증가된 형태로 구성될 수 있다. 상기 냉각 챔버(104)는 냉각수가 유입된 후에 압축 공기와 혼합되지 않고 열교환만 이루어지는 구성으로 복수개로 구성되는 것도 가능할 수 있다.
냉각 챔버(104)는 압축 공기와의 접촉 면적이 증가되도록 내주면에 딤플(dimple)(D)이 다수개가 형성되어 있어 다량의 압축 공기와의 접촉 면적이 내주면 전체에서 증가된다. 상기 냉각 챔버(104)는 접촉 면적이 증가될수록 냉각 공기와 접촉 면적이 전 영역에서 증가되고 균일하게 이루어질 수 있어 상기 냉각 챔버(104)와의 열교환 효율이 향상된다.
상기 압축기(10)와 상기 냉각 공기 분출부(100) 사이를 연결하는 압축 공기 공급관(2)이 구비되고, 상기 압축 공기 공급관(2)에 제1 조절 밸브(3)가 구비된다. 상기 압축 공기 공급관(2)은 상기 냉각 공기 분출부(100)로 압축 공기가 안정적으로 이동되도록 연장된 경로가 복잡하지 않고 단순화된 것이 유리하다.
또한 상기 압축 공기 공급관(2)은 상기 냉각 공기 분출부(100)를 향해 직관으로 연장되는 것이 유리하나, 최대한 곡관으로 연장되지 않거나 적어도 1개 정도만 상기 직관에 곡관이 연결되는 것이 상기 압축 공기의 압력 강하 및 압력 손실을 최소화 하는데 유리해진다.
상기 압축 공기 공급관(2)에는 상기 냉각 공기 분출부(100)로 공급되는 압축 공기량을 조절하는 제1 조절 밸브(3)가 구비된다. 상기 제1 조절 밸브(3)는 개도량을 조절하는 마이컴이 구비되어 있어 상기 냉각 공기 분출부(100)로 공급되는 압축 공기량이 제어된다.
상기 유입구(106)는 상기 냉각 챔버(104)와 마주보는 위치에 개구되므로 다량의 압축 공기가 상기 냉각 챔버(104)를 향해 안정적으로 이동될 수 있어 상기 압축 공기가 상기 냉각 챔버(104)가 위치된 영역에서 불필요하게 와류가 발생되지 않고 공급된다.
본 실시 예에 의한 공급부(200)는 상기 냉각 공기 분출부(100)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 압축기(10)와 터빈(20) 사이의 영역으로 연장된 메인 공급관(210)과, 상기 메인 공급관(210)에 일단이 연통되게 연결되고 타단이 상기 터빈(20)과 연장된 제1 분기관(220)과, 상기 메인 공급관(210)에 일단이 연통되게 연결되고 타단이 상기 연소기 유닛(30)을 향해 연장된 제2 분기관(230)을 포함한다.
상기 메인 공급관(210)은 상기 유출구(108)와 연결된 직경이 유사 또는 동일하게 유지되고, 가스터빈의 외측 레이 아웃에 따라 특정 길이로 연장된다.
상기 메인 공급관(210)과 제1 분기관(220)과 제2 분기관(230) 모두 외부와의 열손실이 최소화 되도록 외측에 단열재(미도시)가 밀착되어 구비되므로 터빈(20) 또는 연소기 유닛(30)으로 공급되는 냉각 공기의 열손실은 최소화 될 수 있다.
상기 제1 분기관(220)은 상기 가스터빈을 구성하는 다수개의 단위 터빈 중 터빈 샤프트의 선단부에 위치된 단위 터빈(미도시)으로 상기 냉각 공기가 각각 공급된다. 상기 터빈(20)은 도면 기준으로 내부를 기준으로 좌측에서 우측을 향해 다수개의 단위 터빈이 구비된다.
상기 단위 터빈은 각각 회전수가 상이하고 내부 온도 또한 상이하므로 냉각을 위해 냉각 공기 분출부(100)를 경유한 냉각 공기를 공급하여 냉각을 실시하는 것이 냉각 효율 안전성 측면에서 유리할 수 있다.
본 발명은 상기 냉각 공기 분출부(100)에서 분출된 냉각 공기가 상기 단위 터빈으로 각각 공급되는데, 일 예로 단위 터빈이 n개로 구성될 경우 상기 단위 터빈으로 연장된 제1 분기관(220)은 상기 단위 터빈의 개수와 대응되게 분기된다.
이 경우 다수개의 단위 터빈으로 냉각 공기가 각각 공급될 수 있어 각각의 터빈 스테이지 별로 냉각 효율이 안정적으로 유지된다.
상기 제2 분기관(230)은 냉각 공기 분출부(100)에서 분출된 냉각 공기가 다수개의 단위 연소기(32)를 향해 개별 공급되기 위해 개별적으로 연장된다.
상기 제1 분기관(220)과 제2 분기관(230)은 냉각 공기가 서로 혼합되지 않고 독립적인 레이 아웃으로 배치되므로 냉각 공기의 혼합이 발생되지 않는다.
본 발명은 냉각 공기 분출부(100)로 공급되는 냉각수량과 상기 제1 조절 밸브(3)의 개도량을 제어하기 위해 제어부(300)가 구비된다. 상기 제어부(300)는 제1 조절 밸브(3)에 구비된 마이컴(미도시)이 오작동하거나 고장날 경우를 대비해서 상기 냉각 공기 분출부(100)로 공급되는 압축 공기량을 제어하기 위해 구비된다.
본 실시 예는 제1 분기관(220)에 상기 메인 공급관(210)에서 공급된 냉각 공기의 개도량을 조절하기 위해 제2 조절 밸브(4)가 구비된다. 상기 제2 조절 밸브(4)는 터빈(20)으로 공급되는 냉각 공기량을 감소시키거나 차단해야 될 경우 자동으로 개폐량이 제어될 수 있어 터빈(20)을 안정적으로 보호할 수 있다.
본 실시 예에 의한 제2 분기관(230)에는 상기 메인 공급관(210)에서 공급된 냉각 공기의 개도량을 조절하기 위해 제3 조절 밸브(5)가 구비된다. 상기 제3 조절 밸브(5)는 전술한 제2 조절 밸브(4)와 동일한 구성으로 이루어지고, 상기 단위 연소기(32)로 공급되는 냉각 공기량을 조절하기 위해 구비된다.
제2,3 조절 밸브(4, 5)는 냉각 공기의 안정적인 공급을 위해 구비되고, 상기 제2,3 조절 밸브(4, 5)가 작동 중 오작동 하거나 고장 날 경우 전술한 제어부(300)에 의해 작동 상태가 제어되도록 구성된다.
첨부된 도 5 내지 도 6을 참조하면, 가스터빈으로 연장된 상기 제1 분기관(220)은 상기 단위 터빈을 구성하는 터빈 블레이드의 탄젠셜 방향(Tangential direction)으로 공급될 수 있다.
상기 단위 터빈은 회전이 이루어질 때 냉각 공기가 어느 방향에서 공급되는 것이 가장 유리한지 시뮬레이션을 실시하면 상기 터빈 블레이드의 회전 방향을 기준으로 상기 터빈 블레이드의 탄젠셜 방향에서 공급되는 것이 와류 발생을 최소화 하면서도 상기 터빈 블레이드의 냉각을 안정적으로 도모하는데 유리해진다.
상기 터빈(20)은 외측을 감싸는 터빈 하우징(미도시)이 원통 형태로 형성되므로 상기 터빈 블레이드의 외주면과 최대한 밀착된 상태로 상기 냉각 공기가 상기 터빈 하우징의 내측에서 이동되는 것이 바람직 할 수 있다.
본 발명은 위와 같이 터빈 블레이드에 대해 탄젠셜 방향으로 공급될 수 있어 다수개의 단위 터빈에 대한 냉각을 효율적으로 도모할 수 있어 고온의 열응력으로 인한 열 변형을 최소화 하고 안정적인 냉각을 통해 터빈(20)의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 제1 분기관(220)은 상기 단위 터빈(20)의 정면에서 바라볼 때 상하 방향으로 대칭되게 배치되거나 또는 좌우 방향으로 대칭되게 배치되는 방향 중 어느 한 방향으로 배치될 수 있다.
예를 들어 제1 분기관(220)은 단위 터빈(20)의 정면 중 상하 방향으로 마주보며 대칭으로 배치될 수 있으며 이 경우 냉각 공기는 도면의 화살표 방향으로 공급된다. 상기 제1 분기관(220)이 이와 같이 배치될 경우 단위 터빈의 회전은 안정적으로 유지하고 냉각 효율도 동시에 유지할 수 있어 쿨링 효율이 향상된다.
도면으로는 미 도시하였으나 상기 제1 분기관(220)은 단위 터빈(20)의 정면 중 좌우 방향으로 대칭되게 설치되는 것도 가능하며 이 경우 위치만 상이하고 냉각 공기에 의한 작용, 효과는 동일할 수 있다.
첨부된 도 4 또는 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 의한 제어부(300)는 상기 냉각 챔버(104)로 공급되는 냉각수량을 제어하여 상기 압축 공기 공급관(2)으로 공급되는 냉각 공기의 온도를 설정 온도 이하로 유지할 수 있다.
본 실시 예에 의한 제어부(300)는 냉각수량 제어를 통해 냉각 챔버(104)와 열교환이 이루어진 이후의 냉각 공기의 온도를 설정 온도로 용이하게 제어할 수 있어 터빈(20) 또는 연소기 유닛(30)의 냉각 효율이 향상될 수 있다.
본 실시 예에 의한 제어부(300)는 상기 압축기(10)에서 상기 터빈(20)으로 공급되는 블리드 에어(Bleed air)량을 상기 터빈(20)의 내부 온도에 따라 가변 시켜 공급한다.
예를 들면 상기 제어부(300)는 상기 터빈(20)의 내부 온도가 설정 온도 이상으로 상승할 경우에는 상기 터빈(20)으로 공급되는 블리드 에어량이 증가되도록 제어하여 상기 터빈(20)의 안정적인 냉각을 도모한다.
냉각 공기 분출부(100)에서 분출된 냉각 공기는 도 7의 실선으로 도시된 바와 같이 메인 공급관(210)에서 제1 분기관(210)과 제2 분기관(220)을 경유하여 일부는 터빈(20)으로 공급되고 일부는 연소기 유닛(30)으로 공급된다.
상기 냉각 공기 분출부(100)에서 열교환된 냉각 공기는 터빈(20)으로 공급될 경우 상기 터빈(20)을 항시 일정 온도 범위 구간에서 안정적인 냉각이 이루어지도록 유도할 수 있어 상기 터빈(20)의 냉각 효율이 향상된다.
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.
2: 압축 공기 공급관
3 : 제1 조절 밸브
4 : 제2 조절 밸브
5 : 제3 조절 밸브
10 : 압축기
20 : 터빈
30 : 연소기 유닛
32 : 단위 연소기
34 : 하우징 유닛
40 : 발전 플랜트
42 : 워터 펌프 유닛
100 : 냉각 공기 분출부
102 : 바디
104 : 냉각 챔버
106 : 유입구
108 : 유출구
109 : 직경 변화부
200 : 공급부
210 : 메인 공급관
220 : 제1 분기관
230 : 제2 분기관
300 : 제어부

Claims (15)

  1. 가스터빈의 압축기와 터빈 사이에 위치된 연소기 유닛;
    상기 압축기에서 압축 공기가 공급되고, 발전 플랜트로부터 냉각수를 공급받아 상기 압축 공기와 열교환이 이루어진 냉각 공기를 분출하는 냉각 공기 분출부; 및
    상기 냉각 공기 분출부에서 분출된 냉각 공기를 상기 터빈과 상기 연소기 유닛으로 공급하기 위한 공급부를 포함하되,
    상기 냉각 공기 분출부는, 외형을 이루는 바디의 내측으로 연장되고 상기 냉각수가 유입되는 공간을 제공하며 상기 바디의 내측에 소정의 크기로 이루어진 냉각 챔버가 형성되고,
    상기 냉각 챔버에는 압축 공기와의 접촉 면적이 증가되도록 형성된 딤플(dimple)(D)을 포함하며,
    상기 냉각 챔버는 노즐 형태로 연장되고, 상기 냉각 챔버의 연장된 단부는 바디의 입구에 개구된 바디 입구부의 전단까지 연장되며,
    상기 냉각 공기 분출부는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기가 유입되는 유입구가 상기 냉각 챔버와 직각으로 배치된 가스터빈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연소기 유닛은 상기 가스터빈의 외형을 이루는 하우징 유닛의 외측 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 단위 연소기를 포함하고,
    상기 냉각 공기 분출부에서 분출된 냉각 공기가 상기 단위 연소기로 각각 공급되는 가스터빈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 분출부는 상기 단위 연소기에 각각 냉각 공기를 개별 공급하기 위해 상기 단위 연소기와 대응되는 개수로 이루어진 가스터빈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 분출부는 상기 발전 플랜트에 구비된 워터 펌프 유닛으로부터 가압된 냉각수를 공급받는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 분출부는 상기 냉각 챔버의 전방으로 이격되어 마주보며 위치되고 상기 냉각 챔버를 경유한 냉각 공기가 분출되는 유출구;
    를 포함하는 가스터빈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 분출부는 상기 냉각 챔버에서 외측으로 연장된 바디 중 직경이 감소되다가 확장되는 직경 변화부가 형성된 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 공급부는,
    상기 냉각 공기 분출부에 일단이 연결되고, 타단이 상기 압축기와 터빈 사이의 영역으로 연장된 메인 공급관;
    상기 메인 공급관에 일단이 연통되게 연결되고 타단이 상기 터빈과 연장된 제1 분기관;
    상기 메인 공급관에 일단이 연통되게 연결되고 타단이 상기 연소기 유닛을 향해 연장된 제2 분기관;
    을 포함하는 가스터빈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 분기관은 상기 가스터빈을 구성하는 다수개의 단위 터빈 중 터빈 샤프트의 선단부에 위치된 단위 터빈으로 상기 냉각 공기가 각각 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 압축기와 상기 냉각 공기 분출부 사이를 연결하는 압축 공기 공급관이 구비되고, 상기 압축 공기 공급관에 제1 조절 밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 분출부로 공급되는 냉각수량과 상기 제1 조절 밸브의 개도량을 제어하기 위해 제어부가 구비된 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 분기관에는 상기 메인 공급관에서 공급된 냉각 공기의 개도량을 조절하기 위해 구비된 제2 조절 밸브;
    상기 제2 분기관에는 상기 메인 공급관에서 공급된 냉각 공기의 개도량을 조절하기 위해 제3 조절 밸브가 구비된 가스터빈.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 가스터빈으로 연장된 상기 제1 분기관은 상기 단위 터빈을 구성하는 터빈 블레이드의 탄젠셜 방향(Tangential direction)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 분기관은 상기 단위 터빈의 정면에서 바라볼 때 상하 방향으로 대칭되게 배치되거나 또는 좌우 방향으로 대칭되게 배치되는 방향 중 어느 한 방향으로 배치되는 가스터빈.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉각 챔버로 공급되는 냉각수량을 제어하여 상기 압축 공기 공급관으로 공급되는 냉각 공기의 온도를 설정 온도 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압축기에서 상기 터빈으로 공급되는 블리드 에어(Bleed air)량을 상기 터빈의 내부 온도에 따라 가변 시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
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