KR102669750B1 - 기계적 구동 응용의 가스 터빈 및 이의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

펌프, 압축기 등과 같은 부하를 구동하기 위한 구동 시스템이 개시된다. 구동 시스템은, 에너지의 피크가 필요한 경우, 전력망으로 전달되는 전력을 최대화하기 위해, 부하를 배제할 수 있도록 작동 가능한 2개의 클러치를 포함한다. 부하를 구동하기 위한 구동 시스템을 작동시키기 위한 방법이 또한 개시된다.

Description

기계적 구동 응용의 가스 터빈 및 이의 작동 방법

본 개시는, 최대 동력 발생 모드가 요구될 때 효율을 증가시킬 수 있는 기계적 구동 응용에서 사용되는 가스 터빈 시스템에 대한 개선에 관한 것이다. 특히, 그러나 배타적이지는 않게, 본 개시는 부하를 구동하기 위한 하이브리드 가스 터빈 시스템, 예를 들어, 액화 천연 가스 시설의 냉매 유체용 압축기, 파이프라인 운송에서 가스를 압축하기 위한 압축기, 펌프 또는 임의의 다른 회전 기계에 관한 것이다.

본 개시는 또한 가스 터빈 시스템을 작동시키기 위한 방법에 대한 개선에 관한 것이다.

액화 천연 가스(LNG)는 천연 가스가 액체가 될 때까지 캐스케이드 배열에서 하나 이상의 냉각 사이클을 사용하여 냉각되는 액화 공정으로부터 생성된다. 천연 가스는 종종, 특히 파이프라인 운송이 가능하지 않을 때, 저장 또는 운송 목적으로 액화된다.

천연 가스의 냉각은 폐쇄형 또는 개방형 냉각 사이클을 사용하여 수행된다. 냉매는 압축기 또는 압축기들 내에서 처리되고, 응축되고 팽창된다. 팽창된 냉각 냉매는 열 교환기에서 유동하는 천연 가스로부터 열을 제거하는 데 사용된다.

가능하거나 경제적으로 실현 가능한 경우, 파이프라인 운송이 일반적으로 가스를 운송하는데 사용된다. 파이프라인에서 가스 압력을 유지하기 위해, 하나 이상의 압축기가 파이프라인을 따라 배열된다.

LNG의 냉매 압축기, 파이프라인 응용을 위한 압축기 또는 오일 및 가스 산업의 응용을 위한 다른 회전 장비는 종종 가스 터빈에 의해 구동된다. 가스 터빈 동력 가용성은 주변 조건, 즉 공기 온도뿐만 아니라 다른 특정 인자에 의존한다. 터빈 동력 가용성은 주변 온도에 반비례한다. 이는 매일의 또는 계절적 온도 변동 때문에 전력 가용성 변동을 야기한다.

전기 기계, 또는 보다 구체적으로는 전기 모터/발생기가, 하나 이상의 압축기 또는 펌프와 같은, 부하를 구동하기 위해 가스 터빈과 조합되어 연관되는 소위 하이브리드 가스 터빈이 시장에서 이용 가능하다. 초기에, 전기 모터/발생기는 부하에 대한 기계적 동력을 보충하여, 터빈의 동력 이용가능성이 감소할 때, 부하 샤프트 상의 전체 기계적 동력을 일정하게 위지하기 위해, 및/또는 부하를 구동하는 데 사용되는 전체 기계적 동력을 증가시키기 위해 사용되었다. 전기 모터/발생기의 이러한 기능은 헬퍼 듀티로 지칭된다. 다른 전기 모터 또는 대안적으로 공압 모터/발생기는 일반적으로 스타터 모터로도 사용되어 가스 터빈을 0으로부터 정격 속도로 가속시킨다.

대신, 과도한 기계적 동력이 터빈에 의해 발생될 때, 예를 들어, 주변 온도가 설계 온도 아래로 떨어지고 결과적으로 터빈의 동력 가용성이 증가하거나 압축기에 필요한 기계적 부하가 떨어지는 경우, 가스 터빈에 의해 발생된 과도한 기계적 동력은, 전기 헬퍼 모터/발생기를 발생기로 사용하여, 전력으로 변환된다.

오늘날, 필요한 경우에, 예를 들어 전력망에서의 소비 피크의 경우에, 전력을 공급할 수 있는 시스템에 대한 수요가 증가하고 있다.

이를 위해, 트레인 구성 시스템으로도 불리는 상술된 시스템 구성이 사용된다. 보다 구체적으로, 시스템은 일반적으로, 상기한 바와 같이, 가스 터빈, 부하(예컨대, 압축기, 펌프 등), 샤프트를 통해 부하에 연결되는 전기 모터/발생기, 및 가스 터빈과 부하 사이에 개재된 자기 동기화 클러치를 포함한다. 또한, 전기 모터/발생기는 전력망에 연결된다. 따라서, 전기 모터/발생기는, 전력망으로부터 전력을 흡수하여 부하를 구동(또는 구동에 기여)하도록 모터로서 작동하거나, 전력망에 초과 전력을 공급하는 발생기로서 작동할 수 있다.

하이브리드 가스 터빈 시스템은 4개의 모드, 즉 헬퍼 모드, 발생기 모드, 최대 전기 모드, 및 최대 가스 터빈 모드(최대 동력 발생 모드로도 지칭됨)로 작동될 수 있다.

헬퍼 모드에서, 가스 터빈 및 전기 모터/발생기 둘 모두는 부하에 공급한다. 이 경우, 클러치는 연결되고, 전기 모터/발생기는 전력망으로부터 에너지를 흡수하여 모터로서 작동하고, 가스 터빈은 부하에도 에너지를 공급한다. 따라서, 부하에 의해 수신된 동력은 가스 터빈에 의해 그리고 전기 모터/발생기에 의해 발생되는 동력의 합이다.

발생기 모드에서, 클러치는 연결되고, 가스 터빈은 부하에 에너지를 공급하고, 전기 모터/발생기는 발생기로서 작동하여, 가능한 과잉 에너지를 전력망에 공급한다. 이러한 작동 모드에서, 가스 터빈에 의해 발생된 동력은 실제로 분할되어, 부하에 공급하고 전력망에 에너지를 도입한다.

최대 전기 모드에서, 클러치는 분리되어, 즉, 개방되어, 차단될 수도 있는 가스 터빈이 전혀 작동하지 않을 수 있도록 하는 반면, 전기 모터/발생기는 부하를 구동하여 전력망으로부터 에너지를 흡수하여, 전기 모터/발생기가 모터로서 작동하도록 한다. 이러한 구성에서, 클러치는 트레인 시스템을 제로 배출 실행에서 변환하기 위해 사용된다.

마지막으로, 최대 동력 발생 모드, 즉, 제4 작동 모드에서, 클러치는 연결되고, 부하(예컨대 압축기 또는 펌프)는, 속도가 최소 작동 속도로 유지되기 때문에, 최소 토크를 흡수하고, 전기 모터/발생기는 발생기로서 작동하고, 가스 터빈은 동력을 발생시킨다. 이 작동 모드는 일반적으로 전력망에 의해 요청된 전력 흡수 피크가 존재할 때마다 작동되므로, 터빈에 의해 발생된 동력은 전기 에너지로 변환되어 전력망에 주입되어야 한다.

이러한 전력 수요가 높은 경우, 최대 에너지 공급이 필요하다. 따라서, 전기 기계에 의해 발생된 동력을 증가시킬 필요가 있다. 이 상황에서, 높은 에너지 수요로 인해, 전력망의 저항 토크가 증가한다는 점을 감안하면, 가스 터빈은 필연적으로 최대 동력-저속 모드에서 작동한다. 이는 분당 가스 터빈의 회전수가 상당히 낮다는 것을 의미하며, 특히, 다음의 수학식이 성립한다

여기서, 는 전기 모터에 의해 흡수되는 동력이고,c는 저항 토크이고,n은 전기 모터/발생기의 회전수이다.

그러나, 압축기 또는 펌프와 같은 부하는 가스 터빈으로부터 동력을 흡수하여, 발생기로서 작동하는 동안, 전기 모터/발생기가 흡수하는 동력을 감소시킨다.

특히, 예를 들어, 압축기(또는 심지어 펌프 등과 같은 임의의 기계적 부하)가, 주로 안정성/작동성 이유로, 회전수 n의 임계값 미만으로 회전할 수 없는 것으로 간주된다. 따라서, 발생된 동력의 일부는 불가피하게 손실된다.

부하의 올바른 작동에 필요한 최소 작동 속도의 문제는 일반적으로 2개의 주요 양태로 인한 것이다. 제1 양태는 유체동역학적 특성을 갖는 반면, 다른 양태는 회전체동역학적 특성을 갖는다. 제1 양태에 관해서는, 압축기에 대한 서지 또는 초킹 또는 펌프에 대한 캐비테이션으로 간주될 수 있다. 회전체동역학적 문제와 관련하여, 일반적으로 특정 회전 임계치 미만에서는 압축기 터빈 샤프트에 대한 임계 속도가 있을 수 있으며, 이는 샤프트를 실질적으로 진동하게 하여 다양한 작동 문제 또는 심지어 샤프트 파괴를 유발한다.

즉, 상술된 구성에 따른 종래 기술에 따른 하이브리드 가스 터빈 시스템은 최대 동력 발생 모드 동안 동력 손실을 가지는데, 압축기/펌프가 항상 회전 모드에 있고, 최대 재활용 조건에 있더라도, (손실로 간주되는) 흡수된 동력은 가스 터빈에 의해 발생된 동력의 수 퍼센트 포인트(약 7~12%)의 크기 정도이기 때문이다.

따라서, 필요한 경우에 부하에 전달되는 동력을 최대화할 수 있는 개선된 하이브리드 가스 터빈 시스템이 현장에서 환영될 수 있다. 보다 구체적으로, 최대 동력 발생 모드가 요구될 때 증가된 효율을 갖는, 하이브리드 가스 터빈을 포함하는 트레인 시스템이 환영될 것이다.

일 양태에서, 본원에 개시된 주제는 펌프, 압축기 등과 같은 부하를 구동하기 위한 구동 시스템에 관한 것이다. 상기 구동 시스템은 동력을 발생시키기 위한 가스 터빈, 및 전력망에 연결 가능한 가변 주파수 구동 전기 모터(VFD 전기 모터)와 같은 전기 모터/발생기를 포함한다. 상기 전기 모터/발생기는 전력망에서 전력을 흡수하는 모터로 작동하고, 전력망에 전력을 주입하는 발생기로 작동할 수 있다.

상기 구동 시스템은 또한, 가스 터빈을 분리하기 위해, 가스 터빈과 VFD 전기 모터 사이에 연결된 제1 자기 동기화 클러치 또는 오버러닝 클러치, 및 부하를 분리하기 위해, 부하와 VFD 전기 모터 사이에 연결된 제2 자기 동기화 클러치 또는 오버러닝 클러치를 포함한다.

다른 양태에서, 본원에 개시된 주제는 상기 제1 및 제2 자기 동기화 클러치가 작업자에 의해 수동으로 또는 액추에이터에 의해 자동으로 작동되는 구동 시스템에 관한 것이다.

다른 양태에서, 부하를 구동하기 위한 구동 시스템을 작동시키는 방법이 본원에 개시되며, 상기 방법은, 제1 분리 장치를 폐쇄하는 단계; 제2 분리 장치를 개방하는 단계; 전기 모터/발생기를 발생기로서 작동시키는 단계를 포함하며; 구동 시스템을 최대 가스 터빈 모드로 작동하기 위해, 부하는 차단되고 가스 터빈에서 발생된 전력은 전력망으로 전달될 수 있다.

첨부된 도면과 관련하여 고려될 때, 다음의 상세한 설명을 참조하여 동일한 것이 더 잘 이해됨에 따라, 본 발명의 개시된 실시예 및 이에 수반되는 많은 이점에 대한 보다 완전한 이해가 용이하게 얻어질 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 구동 시스템 배열의 방식을 도시한다.
도 2는 본 개시에 따른 구동 시스템을 작동시키기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.

때때로, 전력망에 스트레스를 유발하는 소비 피크가 존재한다. 추가 에너지를 공급하기 위해, 펌프 또는 압축기와 같은 기계적 부하를 구동하기 위해 사용되는 가스 터빈이 사용된다. 가스 터빈에 의해 발생된 기계적 에너지는 전기 모터/발생기 장치에 의해 전기 에너지로 변환된다. 가스 터빈으로부터 전력망으로의 에너지 전달의 효율을 최적화하기 위해, 분리 장치의 제공과 함께 새로운 레이아웃이 사용된다. 이러한 방식으로, 부하를 기계적으로 배제하고 가스 터빈으로부터 치합 해제하여, 가스 터빈의 모든 에너지가 모터/발생기 장치에 의해 전력망으로 주입될 수 있도록 할 수 있다.

보다 구체적으로, 일 양태에 따르면, 본 발명의 주제는 가스 터빈 및 전기 모터/발생기를 포함하는 기계적 구동 응용에 사용되는 하이브리드 가스 터빈 구동 시스템에 관한 것이다. 상기 구동 시스템은 통상적인 모드에서, 즉 헬퍼 모드, 발생기 모드, 최대 전기 모드, 및 최대 동력 발생 모드로 작동할 수 있으므로, 임의의 작동 또는 필요성에서 유연하다. 상기 시스템의 레이아웃은, 시스템이 최대 동력 발생 모드에서 작동할 때, 가스 터빈이 구동하도록 조정된 부하가 동력 발생 회로로부터 제외될 수 있도록 하여, 부하가 가스 터빈에 의해 발생된 전력의 일부를 흡수하는 것을 방지하여, 필요에 따라 부하에 전송되는 동력을 최대화한다.

상기 부하 배제는, 필요에 따라, 선택적으로 개방 또는 폐쇄될 수 있는 장치를 분리함으로써 달성된다. 이 솔루션을 사용하면 최대 동력 발생 모드에서 가스 터빈을 가동하고 기계적으로 구동되는 장비(부하)를 분리할 수 있다. 이러한 방식으로, 가스 터빈의 모든 동력은 전력으로 이동한다. 이는 기계적으로 구동되는 장비(예컨대, 펌프 또는 원심 압축기)가 항상 연결된 상태를 유지하는 것을 방지하여, 최대 동력 발생 모드가 필요할 때에도 후자가 동력을 흡수하는 것을 방지한다.

높은 전력 수요가 요구되는 경우, (부하에 연결되는) 분리 장치가 개방되어, 가스 터빈 및 전기 모터/발생기가 최대 전력을 발생시키고 전력망으로 전달하여 에너지를 공급하고 요청된 에너지의 피크에 대처할 수 있도록 한다.

이제 도면을 참조하면, 도 1은 본원에 개시된 주제의 일 실시예를 도시한다. 가스 터빈(2), 제1 분리 장치(3), 전기 모터/발생기(4), 제2 분리 장치(5), 및 부하(6)를 포함하는 기계적 구동 시스템(1)이 특별히 예시되어 있다.

예를 들어, 헤비듀티 또는 항공 파생 가스 터빈인 가스 터빈(2)은 가스 발생기(21) 및 동력 터빈 또는 저압 터빈(22)을 포함한다. 가스 발생기(21)는 또한 가스 발생기 압축기(211) 및 고압 터빈(212)을 포함한다. 가스 발생기 압축기(211)는 연소기(213)에 전달되는, 환경으로부터의 공기를 압축한다. 연소기(213)에서 연료가 공기 유동에 첨가되고, 연료/공기 혼합물이 형성되고 점화된다. 연소기에서 발생된 연소 가스는 고압 터빈(212)에 전달되고 부분적으로 그 안에서 팽창하여 기계적 동력을 발생시킨다. 고압 터빈(212)에 의해 발생된 기계적 동력은 가스 발생기 압축기(213)를 구동하는 데 사용된다. 부분적으로 팽창된 연소 가스는 동력 터빈(22)을 통해 유동하며, 연소 가스는 추가적인 기계적 동력을 발생시키기 위해 더 팽창된다. 동력 터빈(22)은 일반적으로 동력 터빈 샤프트(도면에 미도시) 상의 동력 터빈 회전자(도면에 미도시)를 포함한다.

가스 터빈(2), 또는 보다 구체적으로, 동력 터빈(22)은 결합 샤프트(23)를 통해 제1 분리 장치(3)에 연결되며, 이는 차례로 전기 모터/발생기(4)에 연결된다.

전기 모터/발생기(4)는 가변 주파수 구동 전기 모터(VFD 전기 모터로도 알려짐)이다. 이러한 종류의 전기 모터/발생기(4)는 배출의 감소, 현저한 유연성 및 작동 신뢰성 뿐만 아니라 감소된 유지보수 비용을 달성할 수 있는 기술에 기초한다.

VFD 전기 모터(4)는 전력망(N)에 연결되어, 전력망(N)에 전력을 주입하는 방식으로, 발생기와 같이 작동하거나, 전력망(N)에 의해 공급되는 방식으로, 모터로서 작동한다. VFD 전기 모터(4)의 사용은, 예를 들어 파이프라인 등에서 프로세스를 충족시키기 위해, 회전수를 변경할 필요가 있는 기계적 부하의 속도를 따를 수 있기 때문에 편리하며, 최종 압력이, 상기한 바와 같이, 예를 들어 압축기 또는 펌프일 수 있는 속도 부하에 의존하기 때문이다.

전력망(N)은, 예를 들어, 태양 또는 풍력 에너지 발생기 플랜트와 같은 재생 가능한 전력 생산 플랜트에 연결될 수 있다.

일부 실시예에서, 또한, 발생기로서 또는 전기 모터로서 작동할 수 있는 다른 유형의 전기 모터/발생기가 설치될 수 있다.

여전히 도 1을 참조하면, 제2 분리 장치(5)는 VFD 전기 모터(4)와 구동 시스템(1)에 연결된 부하(6) 사이에 개재되고, 이하에서 더 잘 설명되는 바와 같이, 특정 작동 구성을 위해 부하(6)로부터 시스템(1)의 전체 동력 발생 부분을 분리하기 위해 작동된다.

제1 분리 장치(3)는 VFD 전기 모터(4)를 통해 가스 터빈(2)으로부터 부하(6)에 전달되는 토크를 가역적으로 분리할 수 있다. 대신에, 제2 분리 장치(5)는 부하(6)로부터 VFD 전기 모터(4)를 가역적으로 분리하기 위해 작동된다.

일 실시예로서, 제1 분리 장치(3)는 전력 터빈 샤프트(23)와 VFD 전기 모터(4) 사이에 배열된다. 분리 장치(3)는 2개의 작동 모드, 즉, 가스 터빈(2)으로부터의 동력(토크)이 전기 모터/발생기(4)에 전달되는 연력 작동 모드, 및 가스 터빈(2)이 VFD 전기 모터(4)로부터 분리되는 분리 작동 모드를 갖는다.

마찬가지로, 상기한 바와 같이, VFD 전기 모터(4)와 부하(6) 사이에 배열되는 제2 연결 장치(5)는 2개의 작동 모드, 즉, VFD 전기 모터(4)로부터의 동력(토크)이 부하(6)에 전달되는 연결 작동 모드, 및 가스 터빈(2) 및 VFD 전기 모터(4)로부터의 동력(토크)이 전달될 수 없는 분리 작동 모드를 갖는다.

제1(3) 및/또는 제2(5) 분리 장치는 작업자에 의해 수동으로, 또는 액추에이터에 의해 또는 자기 동기화 클러치로 자동으로 작동될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 제1(3) 및 제2(5) 분리 장치 모두는 자기 동기화 클러치이다.

또한, 일반적으로, 자기 동기화 클러치 또는 오버러닝 유형의 클러치에는, 활성화될 때 치합되거나 치합 해제된 위치에서 클러치를 잠금하는 기능을 갖는, 내부 잠금 및 외부 잠금 장치로 알려진 장치가 장착된다.

특히 제2 분리 장치(5)를 참조하면, 문제가 되는 기술 분야에서 주로 사용되기 때문에, 일반적으로 자기 동기화 클러치이다. 이러한 특정 종류의 클러치에 대해, 전기 모터/발생기(4), 즉 VFD 전기 모터와 부하(6) 사이의 치합 해제는 2개의 작동 모드에 의해 실현될 수 있다. 사전에, 클러치의 두 부분 사이의 치합은 후킹 연결 메커니즘에 의해 연결될 수 있는 적절하게 형상화된 치형 기어에 의해 실현된다는 점을 고려해야 한다. 따라서, 자기 동기화 클러치를 치합 해제하기 전에, 기계적 부품 사이의 안전한 분리가 수행되어야 한다. 제1 분리 모드는, 상술된 기계적 부품의 기계적 치합 해제를 보장하기 위해, VFD 전기 모터(4)가 클러치의 부품 중 하나가 다른 부품에 대해 통상적으로 절반/전체 회전 동안 역회전하도록 작동되는 것을 제공한다. 이러한 역회전 기능은 이러한 특정 기능을 위해 전기 기계에 에너지를 공급함으로써 얻어질 수 있다.

대안으로서, 부하(6)에는 부하(6)의 구동 샤프트(62)를 역회전시켜, 제2 분리 장치(5)를 치합 해제하도록 작동 가능한 회전 기어 장치(61)가 장착될 수 있다.

또한, 제1(3) 및/또는 제2(5) 분리 장치는 작업자에 의해 또는 가스 터빈(2)을 특정 조건 하에서 전기 모터/발생기(4) 및 부하(6)로부터/에 분리/연결하도록 프로그래밍된 전자 제어기에 의해 자동으로 작동될 수 있다. 다른 실시예에서, 상술된 바와 같이, 제1(3) 및 제2(5) 분리 장치를 제어하기 위한 액추에이터는 작업자에 의해 수동으로 작동될 수 있다.

전기 작동식 클러치에 대한 대안으로서, 기계적 손실이 있을 수 있지만, 유압 클러치가 설치될 수 있다.

다른 실시예에서, 분리 장치(3 및 5)는 유압 토크 변환기를 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 분리 장치(3 및 5)는 오버러닝 클러치 또는 자기(magnetic) 유형일 수 있다.

부하(6) 또는 가스 터빈(2)과 같이 기계적으로 구동되는 부품을 기계적으로 분리할 수 있는 다른 분리 장치가 적용될 수 있다.

본 실시예의 부하(6)는 펌프이지만, 상술된 바와 같이, 압축기와 같은 상이한 부하가 적용될 수 있다.

구동 시스템(1)은 다음과 같이 작동한다.

상술된 바와 같이, 구동 시스템(1)은 상이한 모드에 따라 작동할 수 있고, 특히, 더 잘 후술되는 바와 같이, 4개의 모드가 이용 가능하다: 헬퍼 모드, 발생기 모드, 최대 전기 모드, 및 최대 동력 발생 모드.

특히, 도 1을 계속 참조할 뿐만 아니라 도 2도 참조하면, 기계적 구동 응용에 사용되는 구동 시스템(1)이 가정할 수 있는 여러 구성 또는 작동 단계를 도시하는 방법(200)이 도시되어 있다.

보다 구체적으로, 기계적 구동 시스템(1)이 헬퍼 모드(201)에서 작동하는 경우, 제1 분리 장치(3)는 폐쇄되고, 제2 분리 장치(5)는 폐쇄되고 VFD 전기 모터(4)는 모터로서 작동하는 것을 알 수 있다(202 단계 참조). 따라서, 이 경우, 부하(6)는 가스 터빈(2) 뿐만 아니라 전력망(N) 모두로부터 에너지를 받는다.

기계적 구동 시스템(1)이 발생기 모드(23)에서 작동하는 경우, 구동 시스템(1)의 구성은 제1 분리 장치(3)는 폐쇄되고, 제2 분리 장치(5)는 폐쇄되고, 전기 모터/발생기는 발생기로서 작동하도록 하는 것이다. 이러한 구성에서, 가스 터빈(2)에 의해 발생되는 전력의 일부는 부하(6)에 전달되고, 일부는 전력망(N)으로 전달된다.

최대 전기 모드에서, 도 2의 작동 방법(200)의 205 단계를 참조하면, 제1 분리 장치(3)는 개방되고, 제2 분리 장치(5)는 폐쇄되고, VFD 전기 모터(4)는 모터로서 작동한다. 이 경우, 통상적으로, 가스 터빈(2)은 기계적 구동 시스템(1)으로부터 분리되고, 부하(6)는 전력망(N)으로부터 파생된 전력에 의한 VFD 전기 모터(4)에 의해 구동된다(206 단계 참조).

마지막으로, 기계식 구동 시스템(1)이 최대 동력 발생 모드(최대 가스 터빈 모드)에서 작동하는 경우, 제1 분리 장치(3)는 폐쇄되고, 제2 분리 장치(5)는 개방되고 VFD 전기 모터(4)는 발생기로서 작동한다.

이러한 구성은, 예를 들어, 에너지의 피크가 요구되는 동안, 전력망(N)이 최대 전력을 필요로 할 때 사용된다. 이 경우, 제2 분리 장치(5)가 분리되거나 개방되고 제1 분리 장치(3)가 폐쇄되거나 연결되는 동안, 가스 터빈(2)은 발생기로서 작동하는 VFD 전기 모터(4)에 최대 동력을 전달하여, 가스 터빈(2)에 의해 생성된 동력을 전력망(N)으로 전달할 수 있다. (분리된) 제2 분리 장치(5)에 의해 실제로 제외되는 부하(6)에 구동 시스템(1)을 연결함으로써 어떠한 손실도 발생하지 않는다.

이러한 구성에서, 사실상, 제2 분리 장치(5)가 개방되어 있기 때문에, 부하, 즉 펌프(6)는 VFD 전기 모터(4)로부터 기계적으로 분리된다.

이해될 수 있는 바와 같이, 참조 번호(3 및 5)로 각각 표시된 2개의 분리 장치 또는 클러치는 부하(6) 선택/연결에서 완전한 유연성을 제공한다. 사실상, 기계적 구동 기능이 필요한 경우, 구동 샤프트가 회전할 때, 자기 동기화 클러치 유형은 치합할 것이지만, 대신 클러치 상의 잠금 장치에 에너지가 공급되기 때문에 치합하지 않을 것이다. 이러한 특정 조건은, 일반적으로 기계적 구동 부하(6) 또는 장비(펌프, 압축기, 등)로 인해, 임의의 기계적 손실 없이 순수 발생 모드에서 가스 터빈(2)을 작동시키는 것을 허용한다.

동일한 개념이 완전한 전기 모드에서 펌프(6)를 작동시키기 위해 제1 분리 장치(3)에 적용 가능하다.

상술된 바와 같이, 제2 분리 장치(5)를 치합 해제하기 위해서, 가스 터빈(2)이 제로 속도에 있을 때, 어떠한 액추에이터도 없이 치합 해제되도록 하기 위해, 전기 기계, 즉 VFD 전기 모터(4)는 약 1/2 또는 1~2회전의 역회전을 위해 에너지가 공급될 것이다. 대안으로서, 다른 실시예에서, 회전 기어 장치(61)는 제2 분리 장치(5)의 치합 해제를 달성하기 위해 역회전을 작동시킨다.

본 발명이 다양한 특정 실시예의 관점에서 설명되었지만, 청구범위의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 많은 수정, 변경 및 생략이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 게다가, 본원에 달리 명시되지 않는 한, 임의의 프로세스 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시예에 따라 변화되거나 재순서화될 수 있다.

본 발명의 실시예에 대한 언급이 상세히 이루어졌고, 그 실시예의 하나 이상의 예가 도면에 예시되어 있다. 각각의 예는 본 개시의 제한이 아닌, 본 개시의 설명으로서 제공된다. 실제로, 본 개시의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 본 개시에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 명세서 전체에 걸친 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예" 또는 "일부 실시예"에 대한 언급은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 개시된 요지의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 이에 따라, 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서의 문구 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 또는 "일부 실시예에서"의 출현은 반드시 동일한 실시예(들)를 언급하고 있는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

다양한 실시예의 요소를 소개할 때, 단수 표현("a", "an", "the") 및 "상기(said)"는 하나 이상의 요소가 있음을 의미하도록 의도된다. 용어 "포함하는", "포괄하는" 및 "갖는"은 포괄적인 것으로 의도되며, 열거된 요소 외에 추가적인 요소가 있을 수 있음을 의미한다.

Claims (15)

1. 펌프, 압축기 등과 같은 부하를 구동하기 위한 구동 시스템으로서,
   동력을 발생시키도록 구성된 가스 터빈;
   전력망에 연결 가능하고, 전력망으로부터 전력을 흡수하는 모터로서 및 상기 전력망에 전력을 주입하는 발생기로서 작동 가능한 전기 모터/발생기;
   상기 가스 터빈과 상기 전기 모터/발생기 사이에 연결되어, 상기 가스 터빈을 분리하는 제1 분리 장치; 및
   상기 부하와 상기 전기 모터/발생기 사이에 연결되어, 상기 부하를 분리하는 제2 분리 장치를 포함하고,
   상기 제1 및 상기 제2 분리 장치에 의해 이루어지는 상기 분리 또는 연결은 작업자에 의해 수동으로 및/또는 액추에이터에 의해 자동으로 작동되고,
   상기 제1 및/또는 상기 제2 분리 장치 각각은 2개의 기계적 부품으로 이루어지고,
   상기 전기 모터/발생기는, 상기 기계적 부품의 기계적 분리를 보장하기 위해, 각각의 상기 제1 및/또는 상기 제2 분리 장치의 다른 부품에 대해 하나의 부품을 역회전시키기 위해 작동되는, 구동 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 분리 장치는 자기 동기화 클러치 또는 오버러닝 클러치인, 구동 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 분리 장치는 자기 동기화 클러치 또는 오버러닝 클러치인, 구동 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 부하는 구동 샤프트를 통해 상기 제2 분리 장치에 연결되고,
   상기 부하는, 상기 제2 분리 장치를 상기 부하로부터 분리하기 위해, 상기 부하를 상기 제2 분리 장치에 연결하는 상기 구동 샤프트를 역회전시키도록 작동 가능한 회전 기어 장치를 포함하는, 구동 시스템.
7. 제1항에 있어서, 가스 터빈은:
   가스 발생기 압축기 및
   고압 터빈, 및
   연소기를 포함하는 가스 발생기;
   동력 터빈 또는 저압 터빈; 및
   상기 동력 터빈 또는 저압 터빈을 상기 제1 분리 장치에 연결하는 결합 샤프트를 포함하는, 구동 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터/발생기는 가변 주파수 구동 전기 모터(VFD 전기 모터)인, 구동 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 가스 터빈은 헤비듀티 또는 항공 파생 가스 터빈인, 구동 시스템.
10. 부하를 구동하기 위한 구동 시스템을 작동시키는 방법에 있어서, 상기 구동 시스템은:
    동력 공급을 발생시키도록 구성된 가스 터빈;
    전력망에 연결 가능하고, 전력망으로부터 전력을 흡수하는 모터로서 및 상기 전력망에 전력을 주입하는 발생기로서 작동 가능한 전기 모터/발생기;
    상기 가스 터빈과 상기 전기 모터/발생기 사이에 연결된 제1 분리 장치; 및
    부하와 상기 전기 모터/발생기 사이에 연결된 제2 분리 장치를 포함하고;
    상기 방법은:
    상기 제1 분리 장치를 폐쇄하는 단계;
    상기 제2 분리 장치를 개방하는 단계;
    상기 전기 모터/발생기를 발생기로서 작동시키는 단계를 포함하되;
    상기 구동 시스템을 최대 가스 터빈 모드로 작동하기 위해, 상기 부하는 분리되고 상기 가스 터빈에 의해 발생된 전력은 전력망으로 전달될 수 있고,
    상기 제1 및/또는 상기 제2 분리 장치 각각은 2개의 기계적 부품으로 이루어지고,
    상기 전기 모터/발생기는, 상기 기계적 부품의 기계적 분리를 보장하기 위해, 각각의 상기 제1 및/또는 상기 제2 분리 장치의 다른 부품에 대해 하나의 부품을 역회전시키는, 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 분리 장치를 폐쇄하는 단계;
    상기 제2 분리 장치를 폐쇄하는 단계;
    상기 전기 모터/발생기를 모터로서 작동시키는 단계를 포함하되;
    상기 구동 시스템을 헬퍼로서 작동시키기 위해, 상기 부하는 상기 가스 터빈 및 상기 전력망 모두로부터 에너지를 받는, 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 분리 장치를 폐쇄하는 단계;
    상기 제2 분리 장치를 폐쇄하는 단계;
    상기 전기 모터/발생기를 발생기로서 작동시키는 단계를 포함하되;
    상기 구동 시스템을 발생기 모드로서 작동시키기 위해, 상기 가스 터빈에 의해 발생되는 동력의 해당 부분은 상기 부하에 전달되고, 일부가 상기 전력망으로 전달되는, 방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 분리 장치를 개방하는 단계;
    상기 제2 분리 장치를 폐쇄하는 단계;
    상기 전기 모터/발생기를 모터로서 작동시키는 단계를 포함하되;
    상기 구동 시스템을 최대 전기 모드로서 작동시키기 위해, 상기 가스 터빈은 기계적 상기 구동 시스템으로부터 분리되고, 상기 부하는 상기 전력망으로부터 파생된 상기 전력에 의한 상기 전기 모터/발생기에 의해 구동되는, 방법.
14. 삭제
15. 제10항에 있어서,
    상기 부하는 구동 샤프트를 통해 상기 제2 분리 장치에 연결되고, 상기 부하는 회전 기어 장치를 포함하고,
    상기 제2 분리 장치를 상기 부하로부터 분리하기 위해, 상기 회전 기어 장치는 상기 부하를 상기 제2 분리 장치에 연결하는 상기 구동 샤프트를 역회전시키는, 방법.

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