KR101980789B1 - Apparatus for supplying compressed air and gas turbine comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 다단(Multi-stage)으로 이루어진 압축기로부터 추기된 압축공기를 다단으로 이루어진 터빈으로 공급하는 장치로서, 상기 터빈에 설치되어 상기 터빈의 물성치를 측정하는 측정부; 상기 압축기의 복수개의 단과 상기 터빈의 하나의 단이 연통되도록 연결하여, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 터빈으로 공급하는 공급부; 및 상기 터빈의 물성치에 대한 정보를 상기 측정부로부터 전달받아, 상기 터빈으로 공급되는 압축공기의 물성치를 조절하도록 상기 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 압축공기 공급장치 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공한다.
본 발명에 따른 압축공기 공급장치 및 이를 포함하는 가스터빈에 의하면, 터빈의 현재 물성치를 측정하여 산출된 최적의 물성치를 지닌 압축공기가 터빈으로 공급되도록 함으로써, 터빈의 팁 클리어런스와 터빈 블레이드의 표면 온도를 최적의 상태로 유지할 수 있다.The present invention relates to an apparatus for supplying compressed air added from a multi-stage compressor to a multi-stage turbine, comprising: a measuring unit installed in the turbine and measuring a property of the turbine; A supply unit connecting the plurality of stages of the compressor and the one end of the turbine so as to communicate with each other and supplying the compressed air supplied from the compressor to the turbine; And a controller for receiving the information about the physical property of the turbine from the measuring unit and controlling the supply unit to adjust the physical properties of the compressed air supplied to the turbine, and a gas turbine including the compressed air supply apparatus .
According to the compressed air supply apparatus and the gas turbine including the compressed air supply apparatus according to the present invention, the present property of the turbine is measured and compressed air having the optimum physical property value is supplied to the turbine. Thus, the tip clearance of the turbine and the surface temperature Can be maintained in an optimal state.
Description
본 발명은 압축공기 공급장치 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 압축기로부터 추기된 압축공기를 터빈으로 공급하는 압축공기 공급장치 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다.The present invention relates to a compressed air supply apparatus and a gas turbine including the compressed air supply apparatus, and more particularly, to a compressed air supply apparatus for supplying compressed air added from a compressor to a turbine and a gas turbine including the compressed air supply apparatus.
가스터빈은 크게 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 상기 압축기는 공기를 도입하는 공기 도입구가 구비되고, 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과, 압축기 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축 공기에 대하여 연료를 공급하고 버너로 점화함으로써 고온고압의 연소 가스가 생성된다.Gas turbines consist of compressors, combustors and turbines. The compressor is provided with an air inlet for introducing air, and a plurality of compressor vanes and compressor blades are alternately arranged in the compressor casing. The combustor supplies fuel to the compressed air compressed in the compressor and ignites it with a burner, so that combustion gas of high temperature and high pressure is generated.
터빈은 터빈 케이싱 내에 복수의 터빈 베인과, 터빈 블레이드가 교대로 배치되어 있다. 이러한 터빈 케이싱과 터빈 블레이드 사이에는, 팁 클리어런스(Tip clearance)로 정의되는 간격이 형성된다. 또한, 가스터빈에는 압축기와 연소기와 터빈 및 배기실의 중심부를 관통하도록 타이로드가 배치되어 있다. 상기 타이로드는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다. 그리고 상기 타이로드에 복수의 디스크가 고정되어, 각각의 블레이드가 연결되는 동시에, 배기실측의 단부에 발전기 등의 구동축이 연결된다.The turbine has a plurality of turbine vanes and turbine blades disposed alternately in the turbine casing. Between the turbine casing and the turbine blade, a gap defined by a tip clearance is formed. Further, a tie rod is disposed in the gas turbine so as to pass through the center of the compressor, the combustor, the turbine and the exhaust chamber. Both ends of the tie rod are rotatably supported by bearings. A plurality of disks are fixed to the tie rods so that respective blades are connected and a drive shaft such as a generator is connected to an end of the exhaust chamber side.
이러한 가스터빈은 4행정 기관의 피스톤과 같은 왕복운동 기구가 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진폭이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능한 장점이 있다.Since these gas turbines have no reciprocating mechanism such as piston of 4-stroke engine, there is no mutual friction part like piston-cylinder, consumption of lubricating oil is extremely small, amplitude characteristic which is characteristic of reciprocating machine is greatly reduced, There are advantages.
가스터빈의 작동에 대해서 간략하게 설명하면, 압축기에서 압축된 공기가 연료와 혼합되어 연소됨으로써 고온의 연소 가스가 만들어지고, 이렇게 만들어진 연소 가스는 터빈 측으로 분사된다. 분사된 연소 가스가 상기 터빈 베인 및 터빈 블레이드를 통과하면서 회전력을 생성시키고, 이에 상기 로터가 회전하게 된다.Briefly describing the operation of the gas turbine, the compressed air in the compressor is mixed with the fuel and burned to produce a high-temperature combustion gas, and the combustion gas thus produced is injected toward the turbine. The injected combustion gas passes through the turbine vane and the turbine blades to generate a rotational force, which causes the rotor to rotate.
이때, 터빈을 통과하는 연소가스는 1700℃에 달할 정도의 고온이다. 이러한 연소가스는 터빈 블레이드의 표면과 터빈 케이싱의 내벽에 직접 접촉하며, 만약 터빈 블레이드와 케이싱을 적절하게 냉각시키지 않는 경우, 터빈 블레이드와 케이싱이 열 손상을 입게 되는 문제가 발생한다. 따라서 이를 방지하기 위하여, 일반적으로 가스터빈은 상대적으로 저온에 해당하는 압축기의 압축공기를 추기하여 터빈으로 공급하도록 설계된다.At this time, the combustion gas passing through the turbine is high enough to reach 1700 ° C. These combustion gases directly contact the surface of the turbine blades and the inner wall of the turbine casing, and if the turbine blades and casing are not properly cooled, the turbine blades and the casing are subject to thermal damage. Therefore, in order to prevent this, the gas turbine is generally designed to supply the compressed air of the compressor, which corresponds to a relatively low temperature, to the turbine.
이러한 가스터빈의 압축공기를 공급하는 기술과 관련된 것으로서 대한민국 등록실용신안 제20-0174662호에서는 가스터빈에 관해 개시하고 있다.The present invention relates to a technology for supplying compressed air to such a gas turbine, and Korean Utility Model Registration No. 20-0174662 discloses a gas turbine.
이러한 종래의 가스터빈은 압축기로부터 추기된 압축공기를 터빈으로 공급하기 위하여 압축공기 공급장치를 구비한다. 이때 상기 압축공기 공급장치는, 단순히 압축기와 터빈을 연통하여 압축기로부터 터빈으로 압축공기가 공급되도록 하는 통로의 역할만을 수행할 뿐, 터빈의 현재 상태를 피드백하여 최적의 물성치를 지닌 압축공기가 터빈으로 공급될 수 있도록 설계되지는 않는다는 한계가 존재한다. 따라서 상기 종래의 가스터빈은, 터빈을 이루는 구성요소들이 과도하게 냉각되거나 반대로 충분히 냉각되지 않게 되어 가스터빈 전체의 효율이 감소되는 문제가 있다.Such a conventional gas turbine has a compressed air supply for supplying compressed air added from the compressor to the turbine. At this time, the compressed air supply device merely serves as a passage through which the compressed air is supplied from the compressor to the turbine by simply connecting the compressor and the turbine, and the compressed air having the optimum physical property is fed back to the turbine There is a limitation that it is not designed to be supplied. Therefore, the conventional gas turbine has a problem that the components constituting the turbine are excessively cooled or, conversely, not sufficiently cooled, and the efficiency of the entire gas turbine is reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 터빈의 현재 상태에 적합한 최적의 물성치를 지닌 압축공기가 터빈으로 공급될 수 있도록 개선된 구조를 갖는 압축공기 공급장치 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는 데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a compressed air supply apparatus having an improved structure for supplying compressed air having an optimum physical property suitable for a current state of a turbine to a turbine, The purpose of this paper is to provide
본 발명의 일 측면에 따른 압축공기 공급장치는, 다단(Multi-stage)으로 이루어진 압축기로부터 추기된 압축공기를 다단으로 이루어진 터빈으로 공급하는 장치로서, 상기 터빈에 설치되어 상기 터빈의 물성치를 측정하는 측정부; 상기 압축기의 복수개의 단과 상기 터빈의 하나의 단이 연통되도록 연결하여, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 터빈으로 공급하는 공급부; 및 상기 터빈의 물성치에 대한 정보를 상기 측정부로부터 전달받아, 상기 터빈으로 공급되는 압축공기의 물성치를 조절하도록 상기 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다.A compressed air supply apparatus according to an aspect of the present invention is an apparatus for supplying compressed air added from a multi-stage compressor to a multi-stage turbine, wherein the compressed air supply apparatus is installed in the turbine and measures the physical properties of the turbine Measuring unit; A supply unit connecting the plurality of stages of the compressor and the one end of the turbine so as to communicate with each other and supplying the compressed air supplied from the compressor to the turbine; And a control unit for receiving the information about the physical property of the turbine from the measuring unit and controlling the supply unit to adjust the physical properties of the compressed air supplied to the turbine.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 공기를 흡입하여 압축시키며 다단(Multi-stage)으로 이루어진 압축기; 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합시켜 연소시키는 연소기; 상기 연소기로부터 공급받은 연소가스를 내부로 통과시켜 전력 생성을 위한 동력을 발생시키며 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기에 의해 냉각되는 다단으로 이루어진 터빈; 및 상기 압축기로부터 추기된 압축공기를 상기 터빈으로 공급하는 압축공기 공급장치를 포함하되, 상기 압축공기 공급장치는, 상기 터빈에 설치되어 상기 터빈의 물성치를 측정하는 측정부와, 상기 압축기의 복수개의 단과 상기 터빈의 하나의 단이 연통되도록 연결하여, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 터빈으로 공급하는 공급부와, 상기 터빈의 물성치에 대한 정보를 상기 측정부로부터 전달받아, 상기 터빈으로 공급되는 압축공기의 물성치를 조절하도록 상기 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 가스터빈이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a compressor comprising: a multi-stage compressor which sucks and compresses air; A combustor which mixes compressed air supplied from the compressor with fuel and burns the compressed air; A turbine including a multi-stage turbine, which is cooled by compressed air supplied from the compressor, through a combustion gas supplied from the combustor to generate power for generating electric power; And a compressed air supply device for supplying the compressed air added from the compressor to the turbine, wherein the compressed air supply device comprises: a measuring part installed in the turbine and measuring a property of the turbine; And a controller for controlling the compressor to supply compressed air supplied from the compressor to the turbine, and a control unit for receiving information on the physical property of the turbine from the measuring unit, And a control section for controlling the supply section so as to adjust the property of the gas turbine.
상기 공급부는, 상기 압축기의 전단부(Front-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 후단부(Rear-stage)에 배치된 하나의 단을 연통하는 전단공급부와, 상기 압축기의 후단부에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 후단공급부와, 상기 압축기의 중간단부(Middle-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 중간공급부를 포함할 수 있다.The supply unit may include a front end supply unit communicating a plurality of stages disposed at a front stage of the compressor and one stage disposed at a rear stage of the turbine, A plurality of stages arranged at a middle stage of the compressor and one stage disposed at an intermediate end of the turbine, And an intermediate supply portion that communicates with each other.
상기 전단공급부, 후단공급부 및 중간공급부는, 각각 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 포함하며, 상기 복수개의 전단유로는 일단이 상기 압축기의 전단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 후단부에 배치된 하나의 단에 결합되며, 상기 복수개의 후단유로는 일단이 상기 압축기의 후단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단에 결합되며, 상기 복수개의 중간유로는 일단이 상기 압축기의 중간단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단에 결합될 수 있다.Wherein the front end supply unit, the rear end supply unit, and the intermediate supply unit each include a plurality of front end flow paths, rear end flow paths, and intermediate flow paths, and the plurality of front end flow paths include a plurality of front ends connected to the front end of the compressor, Respectively, and the other end is coupled to one end disposed at the rear end of the turbine, and the plurality of rear end flow paths are coupled to a plurality of ends, one end of which is coupled to the rear end of the compressor, And the other end is coupled to one end disposed at a front end portion of the turbine, the plurality of intermediate flow paths being respectively coupled to a plurality of stages arranged at one end to be adjacent to each other at an intermediate end portion of the compressor, And may be coupled to one end disposed at an intermediate end of the turbine.
상기 공급부는 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로에 각각 설치되어 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 선택적으로 개폐하는 복수개의 밸브를 더 포함할 수 있다.The supply unit may further include a plurality of valves respectively installed in the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path to selectively open and close the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path.
상기 공급부는 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로에 설치되어 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 통해 유동하는 압축공기를 선택적으로 가열 혹은 냉각시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.The supply unit may further include a heat exchanger installed on the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path to selectively heat or cool the compressed air flowing through the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path.
상기 압축공기 공급장치는 상기 공급부에 설치되어 상기 공급부를 통해 유동하는 압축공기의 압력, 온도 및 유량을 측정하며, 측정된 압축공기의 압력, 온도 및 유량에 대한 정보를 상기 제어부로 전달하는 보조측정수단을 더 포함할 수 있다.The compressed air supply device measures the pressure, temperature, and flow rate of the compressed air that is installed in the supply unit and flows through the supply unit, and transmits an auxiliary measurement And may further comprise means.
상기 측정부는 상기 터빈의 각 단에 배치된 터빈 블레이드의 표면 온도를 측정하며, 상기 제어부는, 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우 상기 밸브의 개방량을 증가시키고 상기 열교환기로부터 압축공기로 전달되는 냉방부하를 증가시키며, 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우 상기 밸브의 개방량을 감소시키고 상기 열교환기로부터 압축공기로 전달되는 냉방부하를 감소시키도록 작동할 수 있다.Wherein the measurement unit measures a surface temperature of a turbine blade disposed at each end of the turbine and the control unit increases the opening amount of the valve when the surface temperature of the turbine blade is greater than an upper limit value of a predetermined reference range, When the surface temperature of the turbine blade is lower than a lower limit value of the predetermined reference range, the opening amount of the valve is decreased and the cooling load transferred from the heat exchanger to the compressed air is decreased Lt; / RTI >
상기 측정부는 상기 터빈의 각 단에 배치된 터빈 블레이드의 표면 온도를 측정하며, 상기 제어부는, 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우 상기 터빈의 각 단에 연결된 유로를 유동하는 압축공기의 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량을 증가시키고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량은 감소시키며, 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우 상기 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량을 감소시키고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량은 증가시키도록 작동할 수 있다.Wherein the measurement unit measures a surface temperature of a turbine blade disposed at each end of the turbine, and when the surface temperature of the turbine blade is greater than an upper limit value of a predetermined reference range, The amount of opening of the valve of the flow passage through which the compressed air having the temperature greater than the average temperature is decreased is decreased, and the surface temperature of the turbine blade Is less than the lower limit value of the predetermined reference range, the opening amount of the valve of the flow passage in which the compressed air having the temperature smaller than the average temperature flows is decreased and the opening amount of the valve in the flow passage in which the compressed air having the temperature higher than the average temperature flows is increased .
상기 측정부는 상기 터빈의 각 단에 배치된 터빈 블레이드와 터빈 케이싱 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 측정하며, 상기 제어부는, 상기 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우 상기 터빈의 각 단에 연결된 유로를 유동하는 압축공기의 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로는 상기 터빈 케이싱으로 연통되고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로에 설치된 상기 밸브는 잠그며, 상기 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우 상기 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로에 설치된 밸브는 잠그고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로는 상기 터빈 케이싱으로 연통되도록 상기 공급부를 제어할 수 있다.Wherein the measuring unit measures a tip clearance formed between a turbine blade disposed at each end of the turbine and the turbine casing and the control unit controls the tip clearance to be connected to each end of the turbine when the tip clearance is greater than an upper limit value of a predetermined reference range The flow path through which the compressed air having a temperature lower than the average temperature of the compressed air flowing in the flow path communicates with the turbine casing and the valve provided in the flow path through which compressed air having a temperature greater than the average temperature flows is locked, When the temperature of the compressed air is lower than the lower limit of the set reference range, the valve installed in the flow path through which the compressed air flows at a temperature lower than the average temperature is locked, and the flow path through which compressed air having a temperature higher than the average temperature flows is communicated with the turbine casing have.
본 발명에 따른 압축공기 공급장치 및 이를 포함하는 가스터빈에 의하면, 터빈의 현재 물성치를 측정하여 산출된 최적의 물성치를 지닌 압축공기가 터빈으로 공급되도록 함으로써, 터빈의 팁 클리어런스와 터빈 블레이드의 표면 온도를 최적의 상태로 유지할 수 있다.According to the compressed air supply apparatus and the gas turbine including the compressed air supply apparatus according to the present invention, the present property of the turbine is measured and compressed air having the optimum physical property value is supplied to the turbine. Thus, the tip clearance of the turbine and the surface temperature Can be maintained in an optimal state.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 가스터빈의 제1실시예에 따른 동작을 구현하는 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 가스터빈의 제2실시예에 따른 동작을 구현하는 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 가스터빈의 제3실시예에 따른 동작을 구현하는 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a gas turbine to which an embodiment of the present invention is applied.
2 is a flow chart illustrating an algorithm for implementing an operation according to a first embodiment of the gas turbine shown in FIG.
3 is a flow chart illustrating an algorithm for implementing an operation according to a second embodiment of the gas turbine shown in FIG.
4 is a flow chart illustrating an algorithm for implementing an operation according to a third embodiment of the gas turbine shown in FIG.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Therefore, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
이하, 본 발명에 따른 압축공기 공급장치 및 이를 포함하는 가스터빈의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of a compressed air supply apparatus and a gas turbine including the compressed air supply apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스터빈(1)의 일 예가 도시되어 있다. 상기 가스터빈(1)은 하우징을 구비하고 있고, 상기 하우징의 후측에는 터빈(4)을 통과한 연소가스가 배출되는 디퓨저가 구비되어 있다. 그리고 상기 디퓨저의 앞쪽으로 압축된 공기를 공급받아 연소시키는 연소기(3)가 배치된다. 여기서, 압축기(2)는 압축기(2)의 내부에서 유동하는 압축공기의 유동방향을 기준으로 하여, 상류 측을 전단(Front-stage)라고 하고, 하류 측을 후단(Rear-stage)이라고 정의할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터빈(4)도 터빈(4)의 내부에서 유동하는 연소가스의 유동방향을 기준으로 하여, 상류 측을 전단이라 하고, 하류 측을 후단이라고 정의할 수 있다.1, an example of a
이러한 압축공기 또는 연소가스의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 하우징의 상류 측에 압축기(2)가 위치하고, 하류 측에 터빈(4)이 배치된다. 이때, 상기 하우징은 압축기 케이싱과 터빈 케이싱을 포함한다. 상기 압축기 케이싱은 압축기 베인과 압축기 로터를 내부에 수용하며, 상기 터빈 케이싱은 터빈 베인과 터빈 로터를 내부에 수용한다. 그리고 상기 압축기와 상기 터빈의 사이에는 터빈에서 발생된 회전토크를 상기 압축기로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치되어 있다.With reference to the flow direction of the compressed air or the combustion gas, the
상기 압축기 로터는, 압축기 디스크, 압축기 블레이드를 포함한다. 상기 압축기 케이싱의 내부에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 디스크가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결되어 있다.The compressor rotor includes a compressor disk, a compressor blade. A plurality of (for example, 14) compressor discs are provided in the compressor casing, and each of the compressor discs is fastened so as not to be axially spaced by the tie rods.
구체적으로, 상기 각각의 압축기 디스크는 대략 중앙을 상기 타이로드가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 여기서, 이웃한 각각의 압축기 디스크는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 상대 회전이 불가능하도록 배치된다.Specifically, each of the compressor discs is arranged substantially in the center along the axial direction with the tie rods penetrating. Here, each of the neighboring compressor discs is disposed such that opposed surfaces thereof are pressed by the tie rods, and relative rotation is not possible.
상기 압축기 디스크의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 압축기 디스크의 사이에는 상기 압축기 케이싱에 고정되어 배치되는 복수개의 압축기 베인이 위치한다. 상기 압축기 베인은 상기 압축기 디스크와는 달리 회전하지 않도록 고정되며, 압축기 블레이드를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드로 압축공기를 안내하는 역할을 하게 된다. 이때, 고정체에 해당하는 상기 압축기 케이싱과 압축기 베인은, 회전체에 해당하는 상기 압축기 로터와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.A plurality of compressor blades are radially coupled to the outer circumferential surface of the compressor disk. A plurality of compressor vanes fixedly disposed in the compressor casing are positioned between the respective compressor disks. The compressor vane is fixed so as not to rotate unlike the compressor disk, and aligns the flow of the compressed air passing through the compressor blades, thereby guiding the compressed air to the compressor blades located on the downstream side. At this time, the compressor casing and the compressor vane corresponding to the fixed body may be defined as a comprehensive name of a compressor stator in order to distinguish the compressor rotor corresponding to the rotating body.
상기 타이로드는 상기 복수개의 압축기 디스크 및 터빈 디스크들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있으며, 일측 단부는 최상류측에 위치한 압축기 디스크 내에 체결되고, 타측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다. The tie rod is arranged to pass through the center of the plurality of compressor discs and turbine discs. One end of the tie rod is fastened in the compressor disk located on the most upstream side and the other end is fastened by a fixing nut.
상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.The shape of the tie rods may be variously structured depending on the gas turbine, and therefore is not necessarily limited to the shape shown in Fig. That is, as shown in the figure, one tie rod may pass through the center portion of the compressor disk and the turbine disk, or may have a configuration in which a plurality of tie rods are arranged circumferentially, or may be used in combination.
도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Desworler)가 설치될 수 있다.Although not shown, a compressor of a gas turbine may be equipped with a despooler which acts as a guide pin to increase the flow angle of the fluid entering the combustor inlet after increasing the pressure of the fluid to the design flow angle.
상기 연소기(3)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.The
가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기(3)는 셀 형태로 형성되는 연소기 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료분사노즐 등을 포함하는 버너(Burner)와, 연소실을 형성하는 라이너(Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션피스(Transition piece)를 포함하여 구성된다. A plurality of combustors (3) constituting a combustion system of a gas turbine may be arranged in a combustor casing formed in a cell shape and include a burner including a fuel injection nozzle and the like, a liner forming a combustion chamber, And a transition piece as a connection part between the combustor and the turbine.
구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 화염통과, 화염통을 감싸면서 환형공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다. 또한 라이너의 전단에는 연료노즐이 결합되며, 측벽에는 점화플러그가 결합된다.Specifically, the liner provides a combustion space in which the fuel injected by the fuel nozzle is mixed with the compressed air of the compressor and burned. Such a liner may include a flame passage providing a combustion space in which fuel mixed with air is combusted, and a flow sleeve forming an annular space surrounding the flame tube. A fuel nozzle is coupled to the front end of the liner, and a spark plug is coupled to the side wall.
한편 라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 이러한 트랜지션피스는, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 외벽부가 압축기로부터 공급되는 압축공기에 의해 냉각된다.On the other hand, a transition piece is connected to the rear end of the liner so that the combustion gas burned by the spark plug can be sent to the turbine side. This transition piece is cooled by compressed air supplied from the compressor through the outer wall portion so as to prevent breakage by the high temperature of the combustion gas.
이를 위해 상기 트랜지션피스에는 공기를 내부로 분사시킬 수 있도록 냉각을 위한 홀(Hole)들이 마련되며, 압축공기는 홀들을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킨 후 라이너 측으로 유동된다.To this end, the transition piece is provided with holes for cooling so as to inject air into the inside thereof, and the compressed air flows to the liner side after cooling the body inside the holes through the holes.
상기 라이너의 환형공간에는 전술한 트랜지션피스를 냉각시킨 압축공기가 유동되며, 라이너의 외벽에는 플로우 슬리브의 외부에서 압축공기가 플로우 슬리브에 마련되는 냉각 홀들을 통해 압축공기로 제공되어 충돌할 수 있다.The compressed air that has cooled the transition piece flows through the annular space of the liner. Compressed air may be supplied to the outer wall of the liner from the outside of the flow sleeve through the cooling holes provided in the flow sleeve to collide with the compressed air.
한편, 상기 연소기에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈으로 공급된다. 공급된 고온 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈 블레이드에 충동, 반동력을 주어 회전토크가 야기되고, 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 동력은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.On the other hand, the high-temperature and high-pressure combustion gases from the combustor are supplied to the turbines described above. The supplied high-temperature and high-pressure combustion gas expands and gives a reaction force to the turbine blades to induce a rotational torque, and the rotational torque thus obtained is transmitted to the compressor through the torque tube described above. The power exceeding the power required for driving the compressor Generator and so on.
상기 터빈(4)은 기본적으로는 압축기의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈에도 압축기의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터가 구비된다. 따라서 상기 터빈 로터 역시, 터빈 디스크와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드를 포함한다. 상기 터빈 블레이드의 사이에도 상기 터빈 케이싱에 고정되는 복수개의 터빈 베인이 구비되어, 터빈 블레이드를 통과한 연소가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다. 이때, 고정체에 해당하는 상기 터빈 케이싱과 터빈 베인 역시, 회전체에 해당하는 상기 터빈 로터와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.The
다시 도 1을 참조하면, 상기 가스터빈(1)은, 상기 압축기(2)로부터 압축공기를 추기하여 이를 상기 터빈(4)으로 공급하는 압축공기 공급장치(10;이하 공급장치라 한다)를 더 포함한다. 그리고 상기 공급장치(10)는, 측정부(11), 제어부(12) 및 공급부(100)를 포함한다.1, the
상기 측정부(11)는, 상기 터빈(4)에 설치되며, 상기 터빈(4)에서 나타날 수 있는 모든 물성치를 측정한다. 이때, 상기 터빈(4)의 물성치에는, 터빈 블레이드의 표면온도, 터빈 케이싱의 내벽온도, 터빈 케이싱의 내벽과 터빈 블레이드의 단부 사이에 형성되는 팁 클리어런스(Tip clearance) 등이 있을 수 있다. 상기 측정부(11)는, 이렇게 측정된 터빈(4)의 물성치에 관한 정보를 상기 제어부(12)로 전달한다.The measuring
상기 제어부(12)는, 상기 측정부(11)로부터 전달받은 상기 터빈(4)의 물성치에 대한 정보에 기초하여, 상기 공급부(100)를 제어한다. 이에 따라 상기 제어부(12)는, 상기 터빈(4)으로 공급되는 압축공기의 물성치가 조절될 수 있도록 한다. 이때, 상기 압축공기의 물성치에는, 압축공기의 유량, 온도, 압력 등이 있을 수 있다.The
상기 공급부(100)는, 상기 압축기(2)의 복수개의 단(Stage)과 상기 터빈(4)의 하나의 단이 연통되도록 상기 압축기(2)와 터빈(4)을 연결한다. 그리고 상기 공급부(100)는, 상기 압축기(2)로부터 추기된 압축공기를 상기 터빈(4)으로 공급한다. 이때, 상기 압축기(2)로부터 추기된 압축공기는, 도 1에 도시된 유동방향(D)을 따라 상기 공급부(100)를 통해 상기 터빈(4)으로 공급된다.The
상기 압축기(2)로부터 추기된 압축공기는 상기 터빈(4)을 구성하는 터빈 블레이드, 터빈 베인, 터빈 케이싱, 씰링하우징 등을 냉각시키기 위해 상기 터빈(4)으로 공급된다. 이때, 상기 터빈(4)을 냉각하여 얻고자 하는 목적은 여러 가지가 있을 수 있다. 그 목적이란, 터빈 블레이드의 단부와 터빈 케이싱 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 조절하고자 하는 것일 수도 있고, 터빈 블레이드의 표면이나 터빈 케이싱의 내벽이 열 손상을 입는 것을 방지하기 위함일 수도 있다. 이에 대해서는 뒤에서 자세히 설명하도록 한다.The compressed air added from the
상기 공급부(100)는, 전단공급부(110), 후단공급부(120) 및 중간공급부(130)를 포함할 수 있다. 상기 전단공급부(110)는, 상기 압축기(2)의 전단부(Front-stage)에 배치된 복수개의 단과, 상기 터빈(4)의 후단부(Rear-stage)에 배치된 하나의 단을 연통한다. 상기 후단공급부(120)는, 상기 압축기(2)의 후단부에 배치된 복수개의 단과, 상기 터빈(4)의 전단부에 배치된 하나의 단을 연통한다. 상기 중간공급부(130)는, 상기 압축기(2)의 중간단부(Middle-stage)에 배치된 복수개의 단과, 상기 터빈(4)의 중간단부에 배치된 하나의 단을 연통한다.The
즉, 상기 압축기(2)의 전단부로부터 추기되는 압축공기는, 상기 전단공급부(110)를 통해 상기 터빈(4)의 후단부에 공급되고, 상기 압축기(2)의 후단부로부터 추기되는 압축공기는, 상기 후단공급부(120)를 통해 상기 터빈(4)의 전단부로 공급되며, 상기 압축기(2)의 중간단부로부터 추기되는 압축공기는, 상기 중간공급부(130)를 통해 상기 터빈(4)의 중간단부로 공급되는 것이다.That is, the compressed air added from the front end of the
상기 압축기(2)의 내부를 통과하는 압축공기는, 상기 압축기(2)를 통과할수록 압축되는 정도가 증가한다. 따라서 상기 압축기(2)의 단수가 증가할수록 상기 압축기(2) 내부의 압축공기의 압력과 온도는 증가한다. 반대로 상기 터빈(4)의 내부를 통과하는 연소가스는, 상기 터빈(4)을 통과할수록 터빈 블레이드로 전달하게 되는 에너지의 양이 점점 증가한다. 따라서 상기 터빈(4)의 단수가 증가할수록 상기 터빈(4) 내부의 연소가스의 압력과 온도는 감소한다.The degree of compression of the compressed air passing through the inside of the compressor (2) increases as it passes through the compressor (2). Accordingly, as the number of stages of the compressor (2) increases, the pressure and the temperature of the compressed air in the compressor (2) increase. Conversely, as the combustion gas passing through the inside of the
따라서 상기 압축기(2)의 저온 저압의 단부(Stage-part)로부터 추기된 압축공기는 상기 터빈(4)의 저온 저압의 단부로 공급되도록 하고, 반대로 상기 압축기(2)의 고온 고압의 단부로부터 추기된 압축공기는 상기 터빈(4)의 고온 고압의 단부로 공급될 수 있도록 하기 위하여, 상기 전단공급부(110)는 상기 압축기(2)의 전단부와 터빈(4)의 후단부를 연결하고, 상기 후단공급부(120)는 상기 압축기(2)의 후단부와 터빈(4)의 전단부를 연결하며, 상기 중간공급부(130)는 상기 압축기(2)와 터빈(4)의 중간단부를 연결하도록 설치되는 것이다.Accordingly, the compressed air added from the low-temperature and low-pressure end of the
이 경우, 상기 터빈(4)의 각 단의 온도 및 압력에 적합한 적절한 온도와 압력을 지니는 압축공기가 상기 터빈(4)의 각 단으로 공급됨으로써, 압축공기의 냉각효율을 향상시킬 수 있으며, 가스터빈(1) 전체의 구동효율을 향상시킬 수 있다.In this case, compressed air having an appropriate temperature and pressure suitable for the temperatures and pressures of the respective ends of the
이때, 상기 전단공급부(110), 후단공급부(120) 및 중간공급부(130)는, 각각 일단은 상기 압축기(2)의 다단과 연결되고, 타단은 상기 터빈(4)의 하나의 단과 연결된다. 더욱 상세하게는, 상기 전단공급부(110), 후단공급부(120) 및 중간공급부(130)는, 각각 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)를 포함할 수 있다.One end of the
상기 복수개의 전단유로(111)는, 일단이 상기 압축기(2)의 전단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈(4)의 후단부에 배치된 하나의 단에 결합되며, 상기 복수개의 후단유로(121)는 일단이 상기 압축기(2)의 후단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈(4)의 전단부에 배치된 하나의 단에 결합되며, 상기 복수개의 중간유로(131)는 일단이 상기 압축기(2)의 중간단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈(4)의 중간단부에 배치된 하나의 단에 결합될 수 있다.The plurality of front
이 경우, 상기 압축기(2)의 서로 인접하는 복수개의 단 중, 상기 터빈(4)의 하나의 단을 냉각시키는데 있어서 최적의 온도와 압력을 지니는 하나의 단 혹은 다수개의 단을 선택하여, 해당 압축기(4)의 단으로부터 추기된 압축공기를 상기 터빈(4)으로 공급할 수 있다. 이에 따라 상기 공급장치(10)는, 상기 터빈(4)의 블레이드, 케이싱, 베인 등을 최적의 온도로 냉각시킬 수 있다.In this case, one or a plurality of stages having the optimum temperature and pressure for cooling one end of the
한편, 도 1에서는, 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)가 각각 3개씩 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)는 각각 다양한 개수로 구비될 수 있다고 할 것이다.1, three of the plurality of front
또한, 도 1에서는, 상기 중간공급부(130)가 상기 전단공급부(110)와 후단공급부(120)의 가운데에 베치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다. 상기 중간공급부(130)는, 상기 전단공급부(110) 또는 후단공급부(120) 중 어느 하나에 치우치도록 설치될 수도 있고, 상기 전단공급부(110)와 후단공급부(120) 사이에 배치된 압축기(2)와 터빈(4)의 단을 모두 채우도록 설치될 수도 있다고 할 것이다.1, the
상기 공급장치(10)는 보조측정수단(13)을 더 포함할 수 있다. 상기 보조측정수단(13)은, 상기 공급부(100)에 설치되어 상기 공급부(100)를 통해 유동하는 압축공기의 압력, 온도, 유량 등을 측정한다. 그리고 상기 보조측정수단(13)은, 측정된 압축공기의 상기 물성치에 대한 정보를 상기 제어부(12)로 전달한다. 이와 같이 상기 제어부(12)로 전달된 상기 압축공기의 압력, 온도, 유량에 관한 물성치는, 후술하는 밸브(140)와 열교환기(150)를 제어하기 위한 상기 제어부(12)의 판단의 기초가 된다.The
한편, 도 1에서는 상기 보조측정수단(13)이 상기 전단유로(111)상에 설치되는 한 개의 구성인 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다. 상기 보조측정수단(13)은, 한 개로 구비되어 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)의 외측에 설치될 수도 있고, 복수개가 구비되어 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)에 각각 설치될 수도 있다고 할 것이다.In FIG. 1, the
상기 공급부(100)는, 복수개의 밸브(140)와 열교환기(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 밸브(140)는, 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)에 각각 설치되어, 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)를 선택적으로 개폐한다. 즉, 상기 밸브(140)는, 상기 터빈(4)에 과도한 냉각부하가 가해지는 경우에는 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)를 폐쇄하도록 작동하고, 반대로 상기 터빈(4)이 충분히 냉각되지 않아 비교적 고온을 유지하는 경우에는 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)를 개방하도록 작동한다.The
한편, 도 1에서는 상기 밸브(140)가 전단유로(111)상에 한 개만 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 상기 밸브(140)는, 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131) 각각에 하나씩 설치되어 복수개가 구비될 수 있다고 할 것이다.1, only one
상기 열교환기(150)는, 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)에 설치되어, 상기 복수개의 전단유로(111), 후단유로(121) 및 중간유로(131)를 통해 유동하는 압축공기를 선택적으로 가열 혹은 냉각시킨다. 즉, 상기 열교환기(150)는, 상기 터빈(4)으로 공급되는 압축공기의 온도가 기준보다 높은 경우에는 압축공기를 냉각시키고, 상기 터빈(4)으로 공급되는 압축공기의 온도가 기준보다 낮은 경우에는 압축공기를 가열시키는 것이다.The
이하부터는, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 압축공기 공급장치(10) 및 이를 포함하는 가스터빈(1)의 작동에 관해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the compressed
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 공급장치(10)는, 터빈 블레이드의 표면온도가 최적으로 유지될 수 있도록 작동한다. 이를 위하여 상기 공급장치(10)는 여러 단계의 과정을 수행한다. 우선 상기 제어부(12)는 복수개의 터빈(4) 단 중 하나를 선택한다. 그리고 상기 측정부(11)는 해당하는 터빈(4) 단에 배치된 터빈 블레이드의 표면 온도를 측정한다.Referring to Fig. 2, the
상기 제어부(12)는 측정된 터빈 블레이드의 표면온도에 관한 정보를 상기 측정부(11)로부터 전달받는다. 그리고 상기 제어부(12)는, 해당하는 단의 터빈 블레이드의 표면온도가, 기 설정된 기준범위 내에 속하는지 여부를 판단한다. 이때, 상기 기준범위는, 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 열 손상을 입게 되는 시점의 온도가 상기 기준범위의 상한값이 되고, 상기 터빈 블레이드를 통과하는 연소가스가 상기 터빈 블레이드의 표면에 의해 과도하게 냉각되어 가스터빈의 효율이 감소되는 시점의 온도가 상기 기준범위의 하한값이 되도록 설정될 수 있다.The
만약, 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우, 상기 제어부(12)는, 현재 터빈 블레이드가 더 냉각되어야 하는 상태에 놓인 것으로 판단한다. 따라서 상기 제어부(12)는, 해당하는 터빈(4) 단에 연결된 유로(111,121,131)에 설치된 상기 밸브(140)의 개방량을 증가시켜 상기 터빈(4)으로 공급되는 압축공기의 양을 증가시키고, 상기 열교환기(150)를 제어하여 상기 열교환기(150)로부터 압축공기로 전달되는 냉방부하를 증가시키도록 작동한다. If the surface temperature of the turbine blade is greater than the upper limit of the predetermined reference range, the
하지만 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우, 상기 제어부(12)는, 현재 터빈 블레이드가 과도하게 냉각된 상태인 것으로 판단한다. 따라서 상기 제어부(12)는, 해당하는 터빈(4) 단에 연결된 유로(111,121,131)에 설치된 상기 밸브(140)의 개방량을 감소시켜 상기 터빈(4)으로 공급되는 압축공기의 양을 감소시키고, 상기 열교환기(150)를 제어하여 상기 열교환기(150)로부터 압축공기로 전달되는 냉방부하를 감소시키도록 작동한다.However, when the surface temperature of the turbine blades is smaller than the lower limit of the predetermined reference range, the
터빈 블레이드의 표면온도가 기준범위에 속하는 경우, 상기 제어부(12)는 다시 터빈 블레이드의 표면온도를 측정하게 된다. 터빈 블레이드의 표면온도는, 가스터빈(1)의 작동 중에 일정하게 유지되지 않으며, 기존에 측정했던 터빈 블레이드의 표면온도에 대하여 상기 판단과정을 수행하는 중에, 변하게 되기 때문이다. 따라서 상기 제어부(12)는 변화된 터빈 블레이드의 표면온도를 기준으로 하여, 다시 상기와 같은 과정을 반복하게 된다.When the surface temperature of the turbine blade falls within the reference range, the
한편, 이상에서 설명된 본 발명의 제1실시예에 따른 공급장치(10)의 작동과정은, 하나의 터빈(4) 단에 대하여 수행되는 것으로 설명되었으나, 이는 상기와 같은 공급장치(10)의 작동과정이 각 터빈(4)의 단별로 독립되어 실시된다는 의미이며, 선택되지 않은 다른 터빈(4) 단에 대해서는 상기 과정을 수행하지 않는다는 의미는 아니라고 할 것이다.Although the operation of the
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 공급장치(10) 역시, 터빈 블레이드의 표면온도가 최적으로 유지될 수 있도록 작동한다. 우선 상기 제어부(12)는 복수개의 터빈(4) 단 중 하나를 선택한다. 그리고 상기 측정부(11)는 해당하는 터빈(4) 단에 배치된 터빈 블레이드의 표면 온도를 측정한다. 상기 제어부(12)는 측정된 터빈 블레이드의 표면온도에 관한 정보를 상기 측정부(11)로부터 전달받아, 해당하는 단의 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위 내에 속하는지 여부를 판단한다.Referring to Fig. 3, the
만약, 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우, 상기 제어부(12)는 현재 터빈 블레이드가 더 냉각되어야 하는 상태에 놓인 것으로 판단하고 다음과 같은 과정을 수행한다. 우선 상기 제어부(12)는 상기 보조측정수단(13)으로부터 전달받은 압축공기의 온도값에 기초하여, 해당하는 터빈(4) 단에 연결된 복수개의 유로(111,121,131)를 따라 흐르는 압축공기의 평균온도를 산출한다. 그리고 상기 제어부(12)는 각 유로(111,121,131)를 따라 흐르는 압축공기의 온도가 상기 압축공기의 평균온도보다 큰지를 각각 판단한다. 만약 상기 평균온도보다 큰 온도를 지닌 압축공기가 흐르는 유로가 존재하는 경우, 상기 제어부(12)는 해당 유로에 설치된 밸브(140)의 개방량이 감소되도록 제어한다. 하지만 상기 평균온도보다 작은 온도를 지닌 압축공기가 흐르는 유로가 존재하는 경우, 상기 제어부(12)는 해당 유로에 설치된 밸브(140)의 개방량이 증가되도록 제어한다. 이에 따라 상기 제어부(12)는, 전체적으로 낮은 온도의 압축공기가 터빈 블레이드로 공급되도록 하여, 터빈 블레이드의 온도가 낮아질 수 있도록 한다.If the surface temperature of the turbine blades is greater than the upper limit of the predetermined reference range, the
반대로 상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우, 상기 제어부(12)는 현재 터빈 블레이드가 과도하게 냉각된 상태인 것으로 판단하고 다음과 같은 과정을 수행한다. 우선 상기 제어부(12)는 상기 보조측정수단(13)으로부터 전달받은 압축공기의 온도값에 기초하여, 해당하는 터빈(4) 단에 연결된 복수개의 유로(111,121,131)를 따라 흐르는 압축공기의 평균온도를 산출한다. 그리고 상기 제어부(12)는 각 유로(111,121,131)를 따라 흐르는 압축공기의 온도가 상기 압축공기의 평균온도보다 큰지를 각각 판단한다. 만약 상기 평균온도보다 큰 온도를 지닌 압축공기가 흐르는 유로가 존재하는 경우, 상기 제어부(12)는 해당 유로에 설치된 밸브(140)의 개방량이 증가되도록 제어한다. 하지만 상기 평균온도보다 작은 온도를 지닌 압축공기가 흐르는 유로가 존재하는 경우, 상기 제어부(12)는 해당 유로에 설치된 밸브(140)의 개방량이 감소되도록 제어한다. 이에 따라 상기 제어부(12)는, 전체적으로 높은 온도의 압축공기가 터빈 블레이드로 공급되도록 하여, 터빈 블레이드의 온도가 높아질 수 있도록 한다.On the contrary, when the surface temperature of the turbine blade is smaller than the lower limit value of the predetermined reference range, the
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 공급장치(10)는, 터빈 블레이드의 단부와 터빈 케이싱의 내벽 사이에 형성되는 팁 클리어런스(Tip clearance)가 최적으로 유지될 수 있도록 작동한다. 우선 상기 제어부(12)는 복수개의 터빈(4) 단 중 하나를 선택한다. 그리고 상기 측정부(11)는 해당하는 터빈(4) 단의 팁 클리어런스를 측정한다. 상기 제어부(12)는 측정된 팁 클리어런스에 관한 정보를 상기 측정부(11)로부터 전달받아, 해당하는 단의 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위 내에 속하는지 여부를 판단한다.Referring to Fig. 4, the
이때, 상기 기준범위는, 상기 터빈 블레이드의 단부와 터빈 케이싱의 내벽 사이로 누출되는 연소가스에 의해 가스터빈(1)의 전체 효율이 감소하게 되는 시점의 팁 클리어런스가 상기 기준범위의 상한값이 되고, 상기 터빈 블레이드의 단부와 터빈 케이싱의 내벽이 매우 근접하여, 이들 사이에 접촉이 발생될 개연성이 높은 시점의 팁 클리어런스를 상기 기준범위의 하한값이 되도록 설정될 수 있다.At this time, the tip clearance at the time when the total efficiency of the
만약, 상기 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우, 상기 제어부(12)는 현재 터빈 블레이드의 단부가 터빈 케이싱의 내벽으로부터 과도하게 이격된 상태인 것으로 판단하고 다음과 같은 과정을 수행한다. 우선 상기 제어부(12)는 상기 보조측정수단(13)으로부터 전달받은 압축공기의 온도값에 기초하여, 해당하는 터빈(4) 단에 연결된 복수개의 유로(111,121,131)를 따라 흐르는 압축공기의 평균온도를 산출한다. 그리고 상기 제어부(12)는 각 유로(111,121,131)를 따라 흐르는 압축공기의 온도가 상기 압축공기의 평균온도보다 큰지를 각각 판단한다. 만약 상기 평균온도보다 큰 온도를 지닌 압축공기가 흐르는 유로가 존재하는 경우, 상기 제어부(12)는 해당 유로를 따라 유동하는 압축공기가 터빈(4)으로 공급되지 않도록, 해당 유로에 설치된 밸브(140)를 잠그어 해당 유로를 폐쇄시킨다. 하지만 상기 평균온도보다 작은 온도를 지닌 압축공기가 흐르는 유로가 존재하는 경우, 상기 제어부(12)는 해당 유로가 터빈 케이싱으로 연통되도록 하여, 해당 유로를 따라 유동하는 압축공기가 터빈 케이싱으로 공급될 수 있도록 한다. 이에 따라 상기 제어부(12)는, 터빈 케이싱이 터빈 블레이드보다 열팽창을 상대적으로 덜 하도록 하여, 터빈 블레이드의 단부와 터빈 케이싱의 내벽이 보다 더 가까워지도록 할 수 있고, 결과적으로 팁 클리어런스가 감소되도록 할 수 있다.If the tip clearance is larger than the upper limit value of the predetermined reference range, the
반대로 상기 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우, 상기 제어부(12)는 현재 터빈 블레이드의 단부가 터빈 케이싱의 내벽으로 과도하게 접근된 상태인 것으로 판단하고 다음과 같은 과정을 수행한다. 우선 상기 제어부(12)는 상기 보조측정수단(13)으로부터 전달받은 압축공기의 온도값에 기초하여, 해당하는 터빈(4) 단에 연결된 복수개의 유로(111,121,131)를 따라 흐르는 압축공기의 평균온도를 산출한다. 그리고 상기 제어부(12)는 각 유로(111,121,131)를 따라 흐르는 압축공기의 온도가 상기 압축공기의 평균온도보다 큰지를 각각 판단한다. 만약 상기 평균온도보다 큰 온도를 지닌 압축공기가 흐르는 유로가 존재하는 경우, 상기 제어부(12)는 해당 유로가 터빈 케이싱으로 연통되도록 하여, 해당 유로를 따라 유동하는 압축공기가 터빈 케이싱으로 공급될 수 있도록 한다. 하지만 상기 평균온도보다 작은 온도를 지닌 압축공기가 흐르는 유로가 존재하는 경우, 상기 제어부(12)는 해당 유로를 따라 유동하는 압축공기가 터빈(4)으로 공급되지 않도록, 해당 유로에 설치된 밸브(140)를 잠그어 해당 유로를 폐쇄시킨다. 이에 따라 상기 제어부(12)는, 터빈 케이싱이 터빈 블레이드보다 열팽창을 상대적으로 더 하도록 하여, 터빈 블레이드의 단부와 터빈 케이싱의 내벽이 보다 더 멀어지도록 할 수 있고, 결과적으로 팁 클리어런스가 증가되도록 할 수 있다.On the contrary, if the tip clearance is smaller than the lower limit value of the predetermined reference range, the
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 압축공기 공급장치(10) 및 이를 포함하는 가스터빈(1)에 의하면, 터빈(4)의 현재 물성치를 측정하여 산출된 최적의 물성치를 지닌 압축공기가 터빈(4)으로 공급되도록 함으로써, 터빈(4)의 팁 클리어런스와 터빈 블레이드의 표면 온도를 최적의 상태로 유지할 수 있다.As described above, according to the compressed
1 : 가스터빈 10 : 압축공기 공급장치
11 : 측정부 12 : 제어부
100 : 공급부1: gas turbine 10: compressed air supply device
11: measuring section 12:
100:
Claims (18)
상기 터빈에 설치되어 상기 터빈의 물성치를 측정하는 측정부;
상기 압축기의 복수개의 단과 상기 터빈의 하나의 단이 연통되도록 연결하여, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 터빈으로 공급하는 공급부; 및
상기 터빈의 물성치에 대한 정보를 상기 측정부로부터 전달받아, 상기 터빈으로 공급되는 압축공기의 물성치를 조절하도록 상기 공급부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 공급부는,
상기 압축기의 전단부(Front-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 후단부(Rear-stage)에 배치된 하나의 단을 연통하는 전단공급부와,
상기 압축기의 후단부에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 후단공급부와,
상기 압축기의 중간단부(Middle-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 중간공급부를 포함하며,
상기 전단공급부, 후단공급부 및 중간공급부는, 각각 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 포함하며,
상기 복수개의 전단유로는 일단이 상기 압축기의 전단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 후단부에 배치된 하나의 단에 결합되며,
상기 복수개의 후단유로는 일단이 상기 압축기의 후단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단에 결합되며,
상기 복수개의 중간유로는 일단이 상기 압축기의 중간단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단에 결합되고,
상기 공급부는 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로에 각각 설치되어 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 선택적으로 개폐하는 복수개의 밸브를 더 포함하며,
상기 공급부에 설치되어 상기 공급부를 통해 유동하는 압축공기의 압력, 온도 및 유량을 측정하며, 측정된 압축공기의 압력, 온도 및 유량에 대한 정보를 상기 제어부로 전달하는 보조측정수단을 더 포함하고,
상기 측정부는 상기 터빈의 각 단에 배치된 터빈 블레이드와 터빈 케이싱 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 측정하며,
상기 제어부는,
상기 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우 상기 터빈의 각 단에 연결된 유로를 유동하는 압축공기의 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로는 상기 터빈 케이싱으로 연통되고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로에 설치된 상기 밸브는 잠그며,
상기 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우 상기 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로에 설치된 밸브는 잠그고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로는 상기 터빈 케이싱으로 연통되도록 상기 공급부를 제어하는 가스터빈용 압축공기 공급장치.An apparatus for supplying compressed air added from a multi-stage compressor to a multi-stage turbine,
A measuring unit installed on the turbine and measuring a physical property of the turbine;
A supply unit connecting the plurality of stages of the compressor and the one end of the turbine so as to communicate with each other and supplying the compressed air supplied from the compressor to the turbine; And
And a control unit for receiving the information about the physical property of the turbine from the measuring unit and controlling the supply unit to adjust the physical properties of the compressed air supplied to the turbine,
Wherein the supply unit includes:
A front end supply unit which connects a plurality of stages arranged at a front stage of the compressor and one stage arranged at a rear stage of the turbine,
A rear end supply part communicating a plurality of stages disposed at a rear end of the compressor and one end disposed at a front end of the turbine,
And an intermediate supply unit that connects a plurality of stages disposed at an intermediate stage of the compressor with one stage disposed at an intermediate stage of the turbine,
Wherein the front end supply portion, the rear end supply portion, and the intermediate supply portion each include a plurality of front end flow paths, rear end flow paths, and intermediate flow paths,
Wherein the plurality of the front end flow paths are coupled to a plurality of stages, one end of which is coupled to the front end of the compressor and are adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end disposed at the rear end of the turbine,
Wherein the plurality of rear end flow paths are coupled to a plurality of ends of the plurality of rear end flow paths, one end of which is coupled to the rear end of the compressor and adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end of the turbine,
Wherein the plurality of intermediate flow paths are coupled to a plurality of stages, one end of which is coupled to the intermediate end of the compressor and are adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end disposed at the middle end of the turbine,
Wherein the supply unit further includes a plurality of valves respectively installed in the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path to selectively open and close the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path,
And an auxiliary measuring unit installed in the supply unit to measure pressure, temperature and flow rate of the compressed air flowing through the supply unit, and to transmit information on the measured pressure, temperature and flow rate of the compressed air to the controller,
Wherein the measuring unit measures a tip clearance formed between the turbine blade disposed at each end of the turbine and the turbine casing,
Wherein,
Wherein when the tip clearance is larger than an upper limit value of a predetermined reference range, a flow path through which compressed air having a temperature smaller than an average temperature of the compressed air flowing through the flow path connected to each end of the turbine flows is communicated with the turbine casing, The valve installed in the flow passage through which compressed air flows at a predetermined temperature,
When the tip clearance is smaller than a lower limit value of a predetermined reference range, a valve installed in a flow path through which compressed air flows at a temperature lower than the average temperature is closed, and a flow path through which compressed air having a temperature greater than the average temperature flows is communicated with the turbine casing A compressed air supply device for a gas turbine that controls a supply portion.
상기 터빈에 설치되어 상기 터빈의 물성치를 측정하는 측정부;
상기 압축기의 복수개의 단과 상기 터빈의 하나의 단이 연통되도록 연결하여, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 터빈으로 공급하는 공급부; 및
상기 터빈의 물성치에 대한 정보를 상기 측정부로부터 전달받아, 상기 터빈으로 공급되는 압축공기의 물성치를 조절하도록 상기 공급부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 공급부는,
상기 압축기의 전단부(Front-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 후단부(Rear-stage)에 배치된 하나의 단을 연통하는 전단공급부와,
상기 압축기의 후단부에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 후단공급부와,
상기 압축기의 중간단부(Middle-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 중간공급부를 포함하며,
상기 전단공급부, 후단공급부 및 중간공급부는, 각각 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 포함하며,
상기 복수개의 전단유로는 일단이 상기 압축기의 전단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 후단부에 배치된 하나의 단에 결합되며,
상기 복수개의 후단유로는 일단이 상기 압축기의 후단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단에 결합되며,
상기 복수개의 중간유로는 일단이 상기 압축기의 중간단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단에 결합되고,
상기 공급부는 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로에 각각 설치되어 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 선택적으로 개폐하는 복수개의 밸브를 더 포함하며,
상기 공급부에 설치되어 상기 공급부를 통해 유동하는 압축공기의 압력, 온도 및 유량을 측정하며, 측정된 압축공기의 압력, 온도 및 유량에 대한 정보를 상기 제어부로 전달하는 보조측정수단을 더 포함하고,
상기 측정부는 상기 터빈의 각 단에 배치된 터빈 블레이드의 표면 온도를 측정하며,
상기 제어부는,
상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우 상기 터빈의 각 단에 연결된 유로를 유동하는 압축공기의 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량을 증가시키고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량은 감소시키며,
상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우 상기 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량을 감소시키고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량은 증가시키도록 작동하는 가스터빈용 압축공기 공급장치.An apparatus for supplying compressed air added from a multi-stage compressor to a multi-stage turbine,
A measuring unit installed on the turbine and measuring a physical property of the turbine;
A supply unit connecting the plurality of stages of the compressor and the one end of the turbine so as to communicate with each other and supplying the compressed air supplied from the compressor to the turbine; And
And a control unit for receiving the information about the physical property of the turbine from the measuring unit and controlling the supply unit to adjust the physical properties of the compressed air supplied to the turbine,
Wherein the supply unit includes:
A front end supply unit which connects a plurality of stages arranged at a front stage of the compressor and one stage arranged at a rear stage of the turbine,
A rear end supply part communicating a plurality of stages disposed at a rear end of the compressor and one end disposed at a front end of the turbine,
And an intermediate supply unit that connects a plurality of stages disposed at an intermediate stage of the compressor with one stage disposed at an intermediate stage of the turbine,
Wherein the front end supply portion, the rear end supply portion, and the intermediate supply portion each include a plurality of front end flow paths, rear end flow paths, and intermediate flow paths,
Wherein the plurality of the front end flow paths are coupled to a plurality of stages, one end of which is coupled to the front end of the compressor and are adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end disposed at the rear end of the turbine,
Wherein the plurality of rear end flow paths are coupled to a plurality of ends of the plurality of rear end flow paths, one end of which is coupled to the rear end of the compressor and adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end of the turbine,
Wherein the plurality of intermediate flow paths are coupled to a plurality of stages, one end of which is coupled to the intermediate end of the compressor and are adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end disposed at the middle end of the turbine,
Wherein the supply unit further includes a plurality of valves respectively installed in the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path to selectively open and close the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path,
And an auxiliary measuring unit installed in the supply unit to measure pressure, temperature and flow rate of the compressed air flowing through the supply unit, and to transmit information on the measured pressure, temperature and flow rate of the compressed air to the controller,
Wherein the measuring unit measures a surface temperature of a turbine blade disposed at each end of the turbine,
Wherein,
Wherein when the surface temperature of the turbine blades is greater than an upper limit value of a predetermined reference range, an opening amount of a valve of a flow passage through which compressed air having a temperature lower than an average temperature of compressed air flowing through a flow path connected to each end of the turbine flows, The opening amount of the valve of the flow passage through which compressed air having a temperature higher than the average temperature flows is reduced,
When the surface temperature of the turbine blade is lower than a lower limit value of a predetermined reference range, the amount of opening of the valve in the flow path through which the compressed air flows is lower than the average temperature, Of the compressed air supply system.
상기 압축공기 공급장치는,
상기 터빈에 설치되어 상기 터빈의 물성치를 측정하는 측정부와,
상기 압축기의 복수개의 단과 상기 터빈의 하나의 단이 연통되도록 연결하여, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 터빈으로 공급하는 공급부와,
상기 터빈의 물성치에 대한 정보를 상기 측정부로부터 전달받아, 상기 터빈으로 공급되는 압축공기의 물성치를 조절하도록 상기 공급부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 공급부는,
상기 압축기의 전단부(Front-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 후단부(Rear-stage)에 배치된 하나의 단을 연통하는 전단공급부와,
상기 압축기의 후단부에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 후단공급부와,
상기 압축기의 중간단부(Middle-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 중간공급부를 포함하며,
상기 전단공급부, 후단공급부 및 중간공급부는, 각각 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 포함하며,
상기 복수개의 전단유로는 일단이 상기 압축기의 전단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 후단부에 배치된 하나의 단에 결합되며,
상기 복수개의 후단유로는 일단이 상기 압축기의 후단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단에 결합되며,
상기 복수개의 중간유로는 일단이 상기 압축기의 중간단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단에 결합되고,
상기 공급부는 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로에 각각 설치되어 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 선택적으로 개폐하는 복수개의 밸브를 더 포함하며,
상기 공급부에 설치되어 상기 공급부를 통해 유동하는 압축공기의 압력, 온도 및 유량을 측정하며, 측정된 압축공기의 압력, 온도 및 유량에 대한 정보를 상기 제어부로 전달하는 보조측정수단을 더 포함하고,
상기 측정부는 상기 터빈의 각 단에 배치된 터빈 블레이드와 터빈 케이싱 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 측정하며,
상기 제어부는,
상기 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우 상기 터빈의 각 단에 연결된 유로를 유동하는 압축공기의 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로는 상기 터빈 케이싱으로 연통되고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로에 설치된 상기 밸브는 잠그며,
상기 팁 클리어런스가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우 상기 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로에 설치된 밸브는 잠그고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로는 상기 터빈 케이싱으로 연통되도록 상기 공급부를 제어하는 가스터빈.A multi-stage compressor which sucks and compresses air; A combustor which mixes compressed air supplied from the compressor with fuel and burns the compressed air; A turbine including a multi-stage turbine, which is cooled by compressed air supplied from the compressor, through a combustion gas supplied from the combustor to generate power for generating electric power; And a compressed air supply device for supplying the compressed air added from the compressor to the turbine,
Wherein the compressed air supply device comprises:
A measuring unit installed in the turbine and measuring a physical property of the turbine,
A supply unit connecting the plurality of stages of the compressor and one end of the turbine so as to communicate with each other and supplying the compressed air supplied from the compressor to the turbine,
And a control unit for receiving the information about the physical property of the turbine from the measuring unit and controlling the supply unit to adjust the physical properties of the compressed air supplied to the turbine,
Wherein the supply unit includes:
A front end supply unit which connects a plurality of stages arranged at a front stage of the compressor and one stage arranged at a rear stage of the turbine,
A rear end supply part communicating a plurality of stages disposed at a rear end of the compressor and one end disposed at a front end of the turbine,
And an intermediate supply unit that connects a plurality of stages disposed at an intermediate stage of the compressor with one stage disposed at an intermediate stage of the turbine,
Wherein the front end supply portion, the rear end supply portion, and the intermediate supply portion each include a plurality of front end flow paths, rear end flow paths, and intermediate flow paths,
Wherein the plurality of the front end flow paths are coupled to a plurality of stages, one end of which is coupled to the front end of the compressor and are adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end disposed at the rear end of the turbine,
Wherein the plurality of rear end flow paths are coupled to a plurality of ends of the plurality of rear end flow paths, one end of which is coupled to the rear end of the compressor and adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end of the turbine,
Wherein the plurality of intermediate flow paths are coupled to a plurality of stages, one end of which is coupled to the intermediate end of the compressor and are adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end disposed at the middle end of the turbine,
Wherein the supply unit further includes a plurality of valves respectively installed in the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path to selectively open and close the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path,
And an auxiliary measuring unit installed in the supply unit to measure pressure, temperature and flow rate of the compressed air flowing through the supply unit, and to transmit information on the measured pressure, temperature and flow rate of the compressed air to the controller,
Wherein the measuring unit measures a tip clearance formed between the turbine blade disposed at each end of the turbine and the turbine casing,
Wherein,
Wherein when the tip clearance is larger than an upper limit value of a predetermined reference range, a flow path through which compressed air having a temperature smaller than an average temperature of the compressed air flowing through the flow path connected to each end of the turbine flows is communicated with the turbine casing, The valve installed in the flow passage through which compressed air flows at a predetermined temperature,
When the tip clearance is smaller than a lower limit value of a predetermined reference range, a valve installed in a flow path through which compressed air flows at a temperature lower than the average temperature is closed, and a flow path through which compressed air having a temperature greater than the average temperature flows is communicated with the turbine casing A gas turbine for controlling a feed section.
상기 압축공기 공급장치는,
상기 터빈에 설치되어 상기 터빈의 물성치를 측정하는 측정부와,
상기 압축기의 복수개의 단과 상기 터빈의 하나의 단이 연통되도록 연결하여, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 터빈으로 공급하는 공급부와,
상기 터빈의 물성치에 대한 정보를 상기 측정부로부터 전달받아, 상기 터빈으로 공급되는 압축공기의 물성치를 조절하도록 상기 공급부를 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 공급부는,
상기 압축기의 전단부(Front-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 후단부(Rear-stage)에 배치된 하나의 단을 연통하는 전단공급부와,
상기 압축기의 후단부에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 후단공급부와,
상기 압축기의 중간단부(Middle-stage)에 배치된 복수개의 단과 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단을 연통하는 중간공급부를 포함하며,
상기 전단공급부, 후단공급부 및 중간공급부는, 각각 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 포함하며,
상기 복수개의 전단유로는 일단이 상기 압축기의 전단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 후단부에 배치된 하나의 단에 결합되며,
상기 복수개의 후단유로는 일단이 상기 압축기의 후단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 전단부에 배치된 하나의 단에 결합되며,
상기 복수개의 중간유로는 일단이 상기 압축기의 중간단부에 결합되되 서로 인접하도록 배치된 복수개의 단에 각각 결합되고, 타단이 상기 터빈의 중간단부에 배치된 하나의 단에 결합되고,
상기 공급부는 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로에 각각 설치되어 상기 복수개의 전단유로, 후단유로 및 중간유로를 선택적으로 개폐하는 복수개의 밸브를 더 포함하며,
상기 공급부에 설치되어 상기 공급부를 통해 유동하는 압축공기의 압력, 온도 및 유량을 측정하며, 측정된 압축공기의 압력, 온도 및 유량에 대한 정보를 상기 제어부로 전달하는 보조측정수단을 더 포함하고,
상기 측정부는 상기 터빈의 각 단에 배치된 터빈 블레이드의 표면 온도를 측정하며,
상기 제어부는,
상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 상한값보다 큰 경우 상기 터빈의 각 단에 연결된 유로를 유동하는 압축공기의 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량을 증가시키고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량은 감소시키며,
상기 터빈 블레이드의 표면온도가 기 설정된 기준범위의 하한값보다 작은 경우 상기 평균온도보다 작은 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량을 감소시키고 상기 평균온도보다 큰 온도의 압축공기가 흐르는 유로의 밸브의 개방량은 증가시키도록 작동하는 가스터빈용 압축공기 공급장치.A multi-stage compressor which sucks and compresses air; A combustor which mixes compressed air supplied from the compressor with fuel and burns the compressed air; A turbine including a multi-stage turbine, which is cooled by compressed air supplied from the compressor, through a combustion gas supplied from the combustor to generate power for generating electric power; And a compressed air supply device for supplying the compressed air added from the compressor to the turbine,
Wherein the compressed air supply device comprises:
A measuring unit installed in the turbine and measuring a physical property of the turbine,
A supply unit connecting the plurality of stages of the compressor and one end of the turbine so as to communicate with each other and supplying the compressed air supplied from the compressor to the turbine,
And a control unit for receiving the information about the physical property of the turbine from the measuring unit and controlling the supply unit to adjust the physical properties of the compressed air supplied to the turbine,
Wherein the supply unit includes:
A front end supply unit which connects a plurality of stages arranged at a front stage of the compressor and one stage arranged at a rear stage of the turbine,
A rear end supply part communicating a plurality of stages disposed at a rear end of the compressor and one end disposed at a front end of the turbine,
And an intermediate supply unit that connects a plurality of stages disposed at an intermediate stage of the compressor with one stage disposed at an intermediate stage of the turbine,
Wherein the front end supply portion, the rear end supply portion, and the intermediate supply portion each include a plurality of front end flow paths, rear end flow paths, and intermediate flow paths,
Wherein the plurality of the front end flow paths are coupled to a plurality of stages, one end of which is coupled to the front end of the compressor and are adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end disposed at the rear end of the turbine,
Wherein the plurality of rear end flow paths are coupled to a plurality of ends of the plurality of rear end flow paths, one end of which is coupled to the rear end of the compressor and adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end of the turbine,
Wherein the plurality of intermediate flow paths are coupled to a plurality of stages, one end of which is coupled to the intermediate end of the compressor and are adjacent to each other, and the other end of which is coupled to one end disposed at the middle end of the turbine,
Wherein the supply unit further includes a plurality of valves respectively installed in the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path to selectively open and close the plurality of the front end flow path, the rear end flow path and the intermediate flow path,
And an auxiliary measuring unit installed in the supply unit to measure pressure, temperature and flow rate of the compressed air flowing through the supply unit, and to transmit information on the measured pressure, temperature and flow rate of the compressed air to the controller,
Wherein the measuring unit measures a surface temperature of a turbine blade disposed at each end of the turbine,
Wherein,
Wherein when the surface temperature of the turbine blades is greater than an upper limit value of a predetermined reference range, an opening amount of a valve of a flow passage through which compressed air having a temperature lower than an average temperature of compressed air flowing through a flow path connected to each end of the turbine flows, The opening amount of the valve of the flow passage through which compressed air having a temperature higher than the average temperature flows is reduced,
When the surface temperature of the turbine blade is lower than a lower limit value of a predetermined reference range, the amount of opening of the valve in the flow path through which the compressed air flows is lower than the average temperature, Of the compressed air supply system.
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| KR1020170138412A KR101980789B1 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Apparatus for supplying compressed air and gas turbine comprising the same |
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Patent Citations (2)
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