KR20150023681A

KR20150023681A - 헤비듀티 가스 터빈을 구비하는 모듈화된 가스 터빈 플랜트

Info

Publication number: KR20150023681A
Application number: KR20157000460A
Authority: KR
Inventors: 마르코 지안코티; 스테파노 카베르니
Original assignee: 누보 피그노네 에스알엘
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2015-03-05
Also published as: CN104471302A; BR112014029526B8; EP2872815B1; AU2013273435A1; CN104471302B; CA2874948A1; AU2013273435B2; BR112014029526B1; EP2872815A1; RU2014147782A; US20150184591A1; RU2635756C2; AU2019204546B2; ITFI20120114A1; KR102293003B1; BR112014029526A2; AU2017202705A1; AU2019204546A1; US10151244B2; WO2013182697A1

Abstract

운송 가능한 가스 터빈 모듈이 개시되는데, 적어도 가스 터빈(27)과 이 가스 터빈(27)에 구동 연결된 로드(29)를 지지하는 베이스플레이트(25)를 구비한다. 모듈은 또한 이 가스 터빈(27)과 로드(29)를 둘러싸고 베이스플레이트(25)에 연결되는 구조체(33)를 더 구비한다. 베이스플레이트는 80MW 이상의 정격 출력을 가지는 헤비듀티 가스 터빈을 지지할 수 있도록 설계된다.

Description

헤비듀티 가스 터빈을 구비하는 모듈화된 가스 터빈 플랜트{MODULAR GAS TURBINE PLANT WITH A HEAVY DUTY GAS TURBINE}

여기 개시되는 본 발명의 실시예들은 가스 터빈 플랜트에 관한 것이다. 더 상세히는 본 발명의 일부 실시예들은 발전기를 포함한 로드를 회전 구동시키는 가스 터빈을 원동기로 구비하는 가스 터빈 전력 플랜트, 즉 가스 터빈 발전 플랜트에 관한 것이다.

가스 터빈은 발전이나 산업용 플랜트(plant)에서 발전기나 압축기(compressor) 등 다른 회전 기계(rotary machine)를 구동시키는 원동기(prime mover)로 널리 사용되고 있다. 해상(off-shore) 설치시에는 구조가 컴팩트하고 전체적인 크기가 작아 에어로데리버티브(aeroderivative)형 가스 터빈이 종종 사용된다. 이 에어로데리버티브형 가스 터빈은 보통 모듈화된다. 가스 터빈과 로드(load)가 공통의 프레임에 배치됨으로써 최종 목적지로 운송하기 전에 건립(erection) 및 시험장에서 시험되는 단일 유닛을 구성하게 된다. 시험이 완료면 공통의 프레임은 최종 목적지로 운송되어 스키드(skid) 상에 장착된다. 최종 목적지로의 선적과 설치에 앞서 회전기계의 완전한 조립과 시험이 가능하므로 이러한 종류의 모듈 구조는 특히 유용하다.

소위 헤비듀티(heavy duty) 가스 터빈으로 불리는 대형 가스 터빈은 일반적으로 크기가 크기 때문에 모듈화되지 않는다. 일반적으로 가스 터빈 플랜트의 여러 구성부들이 제조 현장으로부터 최종 목적지까지 별도로 운송된다. 최종 목적지의 현장에 기초를 건설한 뒤, 개별 기계들이 이 기초 상에 장착된다. 가스 터빈, 발전기 및 스타터(starter) 등 여러 가지 플랜트 구성부의 반경방향 크기(radial dimensions)들이 다르기 때문에, 기초는 때로 서로 다른 다양한 레벨(level)의 기계 지지면들을 가지도록 설계된다. 그 다음 회전 기계들이 정렬되어 기계적으로 연결되고 조정되어야 한다. 이 전체 과정은 매우 많은 시간을 소모한다.

도 1은 종래기술에 의한 공지의 가스 터빈 발전 플랜트를 개략적으로 도시하고 있다. 전체적으로 참조번호 1로 지시된 플랜트는 가스 터빈(2), 발전기(3), 그리고 스타터를 포함하는 보조 설비 유닛(4)을 구비한다. 흡기 시스템(air intake system; 6)이 보조 설비 유닛(4) 상에 설치되어 흡기 덕트(7)를 통해 가스 터빈(2)에 연결된다. 공통의 기초(8)가 제공되는데, 각 개별적인 회전 기계는 그 위에 별도로 설치된다.

본 발명의 한 실시예에 의하면 운송 가능한 가스 터빈 모듈이 제공되는데, 이 가스 터빈 모듈은 적어도 가스 터빈과 이 가스 터빈에 구동 연결된 로드(load)를 지지하는 베이스플레이트(baseplate)와, 가스 터빈과 로드를 둘러싸 베이스플레이트에 연결되는 구조체를 구비하는데, 가스 터빈은 80MW 이상, 예를 들어 80MW 내지 150MW, 바람직하기로 100MW 이상, 바람직하기로 100MW 내지 150MW 범위의 정격 출력(rated power)을 가지는 헤비듀티 가스 터빈이다.

로드는 일반적으로 적어도 하나의 회전 기계를 구비하는데, 예를 들어 LNG 용례의 경우 냉매 압축기 같은 압축기이다. 바람직한 한 실시예에서 가스 터빈은 발전기를 구동한다. 가스 터빈과 발전기 유닛은 통상 GTG 모듈, 즉 가스 터빈 발전기 모듈로 불린다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 운송 가능한 가스 터빈 모듈이 제공되는데, 이 가스 터빈 모듈은 적어도 가스 터빈과 이 가스 터빈에 구동 연결되는 예를 들어 발전기 등의 로드를 지지하는 베이스플레이트와, 이 가스 터빈과 로드를 둘러싸 베이스플레이트에 연결되는 구조체를 구비하고, 베이스플레이트가 가스 터빈의 회전축의 방향과 평행하게 연장되는 복수의 종빔(longitudinal beam)과, 회전축에 직교하게 연장되는 복수의 횡빔(transverse beam)들을 구비하여, 이 종빔과 횡빔들이 가스 터빈과 로드가 얹혀지는 주 격자 구조(primary lattice structure)를 형성한다.

바람직하기로 베이스플레이트는 예를 들어 금속 빔이 용접된 일체형(one-piece) 격자 구조로 구성된 운송 가능한 구조체가다.

본 발명의 바람직한 실시예들에서, 가스 터빈과 발전기는 지지부재들을 삽입하여 베이스플레이트 상에 장착된다. 예를 들어, 가스 터빈은 터빈의 케이싱(casing)과 모듈의 주 베이스플레이트 사이에 삽입되는 터빈 베이스플레이트 상에 위치할 수 있다. 발전기는 발전기 지지구조 상에 배치될 수 있다. 가스 터빈이나 발전기 중의 하나 또는 둘 모두에는 가스 터빈이나 발전기 중의 하나 또는 둘 모두의 경사를 조정하도록 설치 및 구성된 경사 조정 부재(inclination adjusting members)가 구비될 수 있다. 이 경사 조정 부재는 가스 터빈의 케이싱 및/또는 발전기의 케이싱 하부에 위치하는 구면 와셔(spherical washers)를 포함할 수 있다. 경사 조정 부재를 사용하면 최종 목적지의 설치 현장으로 운송된 후 장치를 재정렬시킬 수 있게 된다. 헤비듀티 가스 터빈과, 발전기, 부속 설비와 이들을 둘러싸는 구조체를 수납하는데 필요한 금속제의 대형 베이스플레이트는 조립 및 검사장에서 기초로부터의 제거, 운송, 최종 목적지에서 기초 위에 배치 등의 과정에서 변형을 겪게 된다. 경사 조정 부재는 회전축들이 동심이 되도록 장치를 재정렬시킬 수 있는 가능성을 제공한다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예들에서, 가스 터빈과 로드는 한 쌍의 종빔들 상에 위치한다. 가스 터빈과 로드가 얹혀지는 한 쌍의 종빔들은 베이스플레이트 또는 그 일부를 형성하는 격자 구조의 중간에 위치하는데, 적어도 하나의 외측(external) 종빔이 가스 터빈과 로드를 지지하는 한 쌍의 종빔의 양측에 배치된다. 이에 따라 가스 터빈과 예를 들어 발전기와 터빈 스타터 등의 로드를 포함하는 주 장치를 보조 설비들과 함께 수납할 수 있으며, 건립 및 시험장의 기초로부터 리프팅되어 예를 들어 선박 등으로 운송되고, 최종 목적지에서 예를 들어 강화 콘크리트 기초 등의 기초에 최종적으로 정착(anchoring)될 수 있는 격자 구조의 베이스플레이트가 구현된다.

또한 중앙의 빔이 주 기계를 지지하도록 배치된 몇 개의 평행한 종빔들을 사용하면 모듈의 리프팅과 운송을 위해 모듈 밑에 리프팅 및 이동 트레일러가 위치할 충분한 공간이 확보된다.

횡빔들과 종빔들은 회전 기계들이 얹혀질 베이스플레이트의 상부 평면을 획정한다. 바람직하기로 중간 지지 및 연결 구조 또는 부재들이 베이스플레이트의 상부 평면과 각 회전기계 사이에 배치된다. 이들 구조 또는 부재들의 높이는 기계들이 동축(coaxial)으로 배치되도록 하는 높이다.

본 발명의 바람직한 실시예들에서, 회전 기계가 얹히게 될 횡빔과 적어도 한 쌍의 종빔들은 거의 같은 높이를 가져 모듈을 기초 상에 안착시킬 면을 구성하는 베이스플레이트의 하부 평면을 획정한다. 측부 종빔, 즉 베이스플레이트의 측부에 배치된 빔들은 베이스플레이트의 전체적 원가와 중량을 절감하도록 축소된 높이를 가진다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 베이스플레이트는 베이스플레이트 섹션(baseplate section)들로 분할되는데, 이 베이스플레이트 섹션들은 가스 터빈의 회전축에 평행한 방향으로 정렬되고 서로 연결되어 견고한 베이스플레이트 구조를 형성한다. 이러한 섹션들을 인접한 섹션과 예를 들어 용접 등의 방법으로 연결함으로써 큰 종방향 크기를 가지는 견고한 모듈이 구현된다.

베이스플레이트의 주 격자 구조의 횡빔들은 베이스플레이트의 폭에 대응하는 길이를 가진다. 역으로, 각 종빔은 바람직하기로 베이스플레이트의 종방향, 즉 가스 터빈과 로드의 회전축에 평행하게 정렬된 복수의 종빔 부분 또는 섹션들로 형성된다. 각 종빔 섹션들은 단속적으로 배열된 횡빔의 첫 번째 빔에서 두 번째 빔으로 연장된다. 각 종빔의 종빔 섹션들은 중간의 횡빔에 용접됨으로써 서로 연결될 수 있다.

베이스플레이트의 주 격자 구조는 대략 직사각형의 메시(meshes)를 가질 수 있다. 베이스플레이트의 주 격자 구조의 적어도 일부 메시에 부 격자 구조(secondary lattice structure)가 제공될 수 있다. 이 부 격자 구조는 주 격자 구조의 횡빔들에 평행하게 연장되는 횡 부빔(transverse secondary beams) 및/또는 주 격자 구조의 종빔에 평행하게 연장되는 종 부빔(longitudinal secondary beams)으로 형성될 수 있다.

주 격자 구조의 적어도 일부 메시에 브레이싱(bracing)이 배치될 수 있다. 이 브레이싱은 주 격자 구조가 형성하는 상부 평면에 평행한 평면 내에 배치될 수 있다. 바람직하기로 브레이싱은 종빔과 횡빔 모두에 대해 경사를 가진다.

본 발명의 일부 실시예에서, 주 격자 구조를 형성하는 종빔과 횡빔들은 상부 및 하부 플랜지(flange)에 용접되는 중앙 웹(central web)을 구비한다.

가스 터빈은 프레임 또는 터빈 베이스플레이트에 구속될 수 있는데, 이는 다시 가스 터빈 모듈의 주 베이스플레이트에 구속된다. 본 발명의 일부 실시예에서, 터빈 베이스플레이트는 복수의 발(feet)을 통해 모듈의 베이스플레이트에 연결된다. 바람직하기로 발은 위에서 말한 한 쌍의 종빔들에 또한 연결된다. 구면 와셔나 다른 정렬 조정 부재가 터빈 베이스플레이트와 발 사이에 구비되어 모듈의 베이스플레이트에 대한 가스 터빈의 경사를 조정하게 된다. 일부 실시예에서는, 가스 터빈 밑에 가스 터빈이 얹혀지는 한 쌍의 종빔을 보조적 횡방향 연결 빔이 구비될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 로드는 회전 기계들을 지지하는 한 쌍의 중간 종빔 상의 지지부(supports) 상에 얹혀진다. 일부 실시예에서, 로드 지지부는 모듈 베이스플레이트의 주 격자 구조의 횡빔에 평행하게 연장된다. 구면 와셔나 다른 정렬 조정 부재가 로드와 지지부 사이에 구비된다.

다른 특징에 의하면, 본 발명은 육상(on-shore) 가스 터빈 플랜트, 특히 위에서 설명한 가스 터빈과 기초를 구비하는 가스 터빈 발전 플랜트를 개시한다. 기초는 가스 터빈 모듈을 지지하는 평면을 가진다. 지지 평면은 불연속적이며 기초는 모듈 베이스플레이트의 종빔에 평행하게 연장되는 인접 대좌(plinths)들 사이에 채널(channel), 즉 빈 공간을 가진다. 이 채널은 리프팅 및 이동 트레일러의 진입에 바람직하게 배치 및 구성되어 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 기초는 외측벽 또는 대좌 열(plinth row)과 적어도 하나의 중간 벽 또는 대좌 열을 가진다. 가스 터빈과 예를 들어 발전기 등의 로드가 모듈 베이스플레이트의 한 쌍의 인접 종빔 상에 지지되었을 때, 이 한 쌍의 종빔들은 내부벽 또는 대좌 열 상에 안착되도록 구성 및 배치된다. 모듈 베이스플레이트의 횡빔은 내부벽 또는 대좌, 그리고 외측벽 또는 대좌 열 상에 안착된다. 회전 기계들이 얹혀지는 중앙의 한 쌍의 종빔 외측으로 연장되는 추가적인 외측 종빔들이 외측벽 또는 외측 대좌 상에 배치될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 대좌 또는 벽들은 그 내부에서 발판(sole plate)이 그라우팅(grouting)되는 리세스(recess)를 가진다. 발판은 베이스플레이트의 안착면을 형성하는데, 특히 베이스플레이트의 주 격자 구조를 형성하는 횡빔과 종빔들의 안착면을 형성한다. 기초에 대한 베이스플레이트의 수직 정착(vertical anchoring)은 기초에 그라우팅되며 베이스플레이트에 연결되도록 구성된 스터드 볼트(stud bolts)에 의해 이뤄진다. 기초에 대한 베이스플레이트의 수평 정착 역시 준비된다. 수평 정착은 전단키(shear keys)에 이뤄질 수 있다. 전단키는 또한 베이스플레이트의 열팽창을 제어하기 위해 배치된다. 본 발명의 일부 실시예에서, 전단키는 베이스플레이트의 한 방향으로의 수평 이동을 고정하는데 사용되면서 예를 들어 열팽창 등 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로의 제한된 수평이동을 허용한다. 일부 실시예에서, 제1 세트의 전단키가 종방향, 즉 직사각형 베이스플레이트의 장변 방향으로 베이스플레이트에 설치된 회전 기계들의 회전축에 평행한 방향을 따라 정렬된다. 제1 세트의 전단키는 베이스플레이트의 중심선 부근의 중간 위치, 즉 회전 기계들이 얹혀지는 영역 밑에 위치할 수 있다. 횡방향, 즉 가스 터빈과 로드의 회전축에 직교하며 직사각형 베이스플레이트의 단변 방향에 평행한 방향으로 정렬된 제2 세트의 전단키들이 구비될 수 있다. 바람직하기로 제1 및 제2 세트의 전단키들의 종방향 정렬과 횡방향 정렬은 대략 가스 터빈 밑에 위치하는 베이스플레이트의 중앙 영역에서 교차한다.

또 다른 관점에 의하면, 본 발명은 예를 들어 80MW 이상의 정격 출력을 갖고 로드, 특히 전기 발전기를 구동하는 헤비듀티 가스 터빈을 포함하는 육상 가스 터빈 플랜트의 조립 방법에도 관련되는데, 이 방법은

건립(erection) 및 시험장에 제1 기초를 마련하는 단계와,

베이스플레이트를 제조하는 단계와,

베이스플레이트를 제1 기초에 정착시는 단계로서, 제1 기초는 제1 패턴(pattern)에 따라 배치된 정착 영역(anchoring area)을 갖는 베이스플레이트 안착면을 형성하는 것인 베이스 플레이트를 제1 기초에 정착시키는 단계와,

베이스플레이트 상에 가스 터빈과, 로드와, 보조 설비와 이들 가스 터빈과 로드와 보조 설비를 둘러싸며 바람직하기로 가스 터빈 패키지(package)를 포함하는 구조체를 조립하여 모듈을 형성하는 단계와,

가스 터빈과 로드를 시험하는 단계와,

제1 기초로부터 모듈을 분리하는 단계와,

이 모듈을 최종 목적지로 운송하는 단계와,

모듈을 제2 기초에 정착시키는 단계로서, 제2 기초가 베이스플레이트를 제2 기초에 정착시키도록 제1 패턴에 적어도 부분적으로 상응하는 제2 패턴에 따라 배치된 제2 정착 영역을 갖는 베이스플레이트 안착면을 형성하는 것인, 모듈을 제2 기초에 정착시키는 단계를 포함한다.

가스 터빈 플랜트의 시험은 예를 들어 무부하 최고 속도에서 또는 최고 부하 최고 속도에서 수행될 수 있다.

최종 목적지로 운송하여 모듈을 제2 기초 상에 정착시키고 나면 회전 기계들, 즉 가스 터빈과 로드는 그 회전축들이 거의 동축, 즉 상호간의 경사가 허용오차 범위 내에 들도록 조정될 수 있다. 위에 설명한 구면 와셔나 다른 경사 조정 부재를 사용하여 가스 터빈과 로드 중의 하나 또는 나머지나 필요하다면 양자 모두의 경사가 조정될 수 있다. 건립 및 시험장에서 기초로부터 분리하는 동안 또는 운송하는 동안 또는 최종 목적지에서 제2 기초에 정착하는 동안 발생될 수 있는 변형은 이와 같이 고려되어 상쇄될 수 있다.

헤비듀티 가스 터빈을 모듈화(modulization)하면 플랜트의 설치 및 운전 개시(start-up)에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 헤비듀티 가스 터빈과 이 가스 터빈으로 구동되는 로드, 그리고 시동 모터 등의 보조 설비, 윤활 시스템, 전체적 배선 및 전기 설비, 센서와 프루브(probes), 제어 유닛, 연료 시스템, 냉각 장치, 모듈에 구비되는 다른 설비들은 건립 및 시험장에서 완전히 시험될 수 있다. 그러면 모듈은 최종 목적지에서의 운전 개시 전에 약간의 조정만을 필요로 하게 된다.

헤비듀티 가스 터빈과 관련 로드 및 설비들의 모듈화는 이와 같이 시간과 인력의 상당한 절감을 달성할 수 있게 해준다.

이상의 간략한 설명은 본 발명의 여러 가지 실시예들의 특징들을 제시했는데, 이는 후술될 상세한 설명을 더 잘 이해되게 하기 위해서인 동시에 본 발명이 종래기술에 대한 기여를 더 명확하게 하기 위해서이다. 물론 이하에 상세히 설명될 본 발명의 다른 특징들도 있을 것이며 이들은 첨부된 청구범위로 제시될 것이다. 이 점에 있어서, 본 발명의 몇 가지 실시예들을 상세히 설명하기 전에 명확히 할 것은 본 발명이 다음 설명과 도면에 기재될 구성부들의 구조나 배치의 상세에 의해 제한되지 않는다는 것이다. 본 발명은 다른 실시예들도 가능하고 다양한 방식으로 구현 및 실행될 수 있을 것이다. 또한 여기 채택된 어법이나 용어들은 설명의 목적이며 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 될 것이다.

이와 같이, 당업계에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 기초하는 개념을 이해하여, 본 발명의 몇 가지 목적을 수행할 수 있는 다른 구조, 방법 및/또는 시스템을 설계하는데 쉽게 기초로 사용할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 개념과 관점을 벗어나지 않는 한 이와 같은 등가의 구성들은 본 발명의 청구범위에 포함되는 것으로 간주되어야 할 것이다.

본 발명의 개시된 실시예들과 이로부터 쉽게 얻을 수 있는 부수적 이점들에 대한 더 완전한 이해는 첨부된 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명을 참조하면 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 가스 터빈 발전 플랜트의 개략적 측면도,
도 2는 모듈형 가스 터빈 발전 플랜트를 보이는 사시도,
도 3은 도 2의 모듈에서 가스 터빈과 발전기가 장착된 상태의 베이스플레이트를 보이는 사시도,
도 4는 도 3의 베이스플레이트에 대한 평면도,
도 5는 베이스플레이트의 주요 구성부에 대한 개략 평면도,
도 6는 베이스플레이트의 저면 사시도,
도 7은 도 4의 VII-VII선을 따라 취한 단면도,
도 8은 도 4의 VIII-VIII선을 따라 취한 단면도,
도 9는 베이스플레이트가 기초 상에 안착되는 발판과 하부 발판의 상세를 보이는 측면도,
도 10은 도 9의 X-X선을 따라 취한 단면도,
도 11은 도 10에서 XI로 지시된 부분의 확대도,
도 12는 베이스플레이트를 기초에 정착시키는 스터드 볼트 구성의 수직면을 따라 취한 단면도,
도 13은 발전기를 지지하는 구면 와셔 구조의 터빈 축에 평행한 수직면을 따라 취한 단면도,
도 14는 도 13의 XIV-XIV 선을 따라 취한 단면도,
도 15는 베이스플레이트 상의 가스 터빈의 지지부를 보이는 측면도,
도 16은 베이스플레이트를 기초에 횡방향으로 정착시키는 데 사용되는 전단키의 측면도,
도 17은 도 16의 XVIII-XVIII선을 따라 취한 단면도이다.

본 발명의 예시적 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다. 다른 도면들에서 동일한 참조번호는 동일하거나 유사한 부재들을 나타낸다. 또한 도면들은 반드시 축척대로 그린 것은 아니다. 뿐만 아니라 이하의 상세한 설명들은 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 그 대신 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.

명세서 전체에서 "하나의 실시예" 또는 "실시예" 또는 "일부 실시예들"이라는 용어는 개시된 주제의 적어도 하나의 실시예에 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성을 의미한다. 이에 따라 "하나의 실시예에서" 또는 "실시예에서" 또는 "일부 실시예들에서"라는 문구가 명세서의 여러 곳에서 나타나더라도 반드시 동일한 실시예(들)를 지칭하는 것은 아니다. 또한 특정한 특징, 구조, 특성들은 하나 또는 복수의 실시예에서 어떤 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 의한 가스 터빈 발전 플랜트의 사시도를 도시하고 있다. 도 3은 사시도, 도 4는 평면도로 베이스플레이트와 그 위에 배치된 주 회전 기계들을 도시하고 있다. 가스 터빈 발전 플랜트는 모듈로 설계되는데, 도 2 및 3에서 참조번호 21로 지시되어 기초(23) 상에 위치한다. 이 플랜트는 가스 터빈(27), 발전기(29), 발전기(29)의 대향측에서 가스 터빈에 연결되는 가스 터빈 스타터(도시 안 됨) 등의 보조 유닛들을 지지하는 베이스플레이트(25)를 구비한다.

베이스플레이트(25)는 또한 주변 구조체(surrounding structure; 33)를 지지하는데, 그 내부에는 가스 터빈 열(gas turbine train), 흡기 유닛, 필터, 소음기, 연료 공급 및 제어 시스템, 윤활 시스템 등 장치들의 이동을 위한 크레인 같은 보조 장치, 기구, 설비들이 위치한다. 이들 설비들은 당업계에 통상의 지식을 가진 자에게 공지의 것이므로 더 상세한 설명은 하지 않는다. 가스 터빈 패키지(34) 역시 구조체(33) 내에 수납된다.

베이스플레이트(25)는 제조공장에서 생산되어 건립 및 시험 현장으로 운송되고, 여기서 전체 기계, 보조 장비와 주변 구조체(33)와 완전히 조립된다. 그 결과 전체 플랜트가 완전히 모듈화될 수 있다. 건립 및 시험이 완료되면 모듈은 최종 목적지로 운송되어 최종 목적지에 제공된 기초에 간단히 정착됨으로써 플랜트를 운전 개시하는데 소요되는 인력과 시간을 최소화할 수 있다.

일부 실시예들에서, 가스 터빈(27)은 80MW 이상, 예를 들어 80MW 내지 150MW의 정격 출력을 가지는 헤비듀티 가스 터빈이다. 헤비듀티 가스 터빈(27)의 적절한 예는 GEEPE(프랑스 벨포르)에서 생산되는 MS9001E 가스 터빈이다. 헤비듀티 가스 터빈의 다른 적절한 예는 미국의 GE 에너지에서 60Hz 시장을 위해 특별히 개발된 MS7001EA이다. 이들 헤비듀티 가스 터빈은 80 내지 140MW 범위의 기계적 동력을 제공하도록 설계되었다. 베이스플레이트(25)는 고중량의 회전 기계(가스 터빈(27)과 발전기(29))뿐 아니라 주변 구조와 시험과 운송 목적으로 분해될 필요없이 거기에 조립되어 시험 및 운송되는 나머지 설비들을 지지할 수 있도록 특별히 설계된다. 이하 도 2 내지 8을 참조하여 이 베이스플레이트(25)의 주된 특징들을 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 바람직하기로 연소 가스 배기 설비는 주 모듈(21)의 측방에 위치한다. 그러면 모듈(21)의 전체적 크기와 그 바닥 면적, 즉 베이스플레이트(25)의 크기도 축소된다.

본 발명의 일부 예시적 실시예에 의하면, 베이스플레이트(25)는 복합적인 격자 구조(lattice structure)를 가지는데, 주(primary) 격자 구조와 부(secondary) 격자 구조를 포함한다. 모듈화된 가스 터빈 발전 플랜트의 주요 특성들을 더 잘 이해시키기 위해, 주 격자 구조의 주요 구성부가 도 5에 도시되어 있는데, 여기에는 부 격자 구조의 부재들이 도시되지 않았다. 베이스플레이트(25)의 전체 구조는 도 3, 4 그리고 6에 도시되어 있는데, 도 6은 베이스플레이트의 밑에서 본 사시도이다.

본 발명의 일부 실시예에서, 베이스플레이트(25)의 주 격자 구조는 베이스플레이트(25)의 종방향 연장 방향을 따라 일체로 조립되는 복수의 베이스플레이트 섹션(25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F)들을 포함한다. 종방향 연장 방향은 베이스플레이트(25) 상에 배치된 동축의 회전 기계들, 즉 가스 터빈(27)과 발전기(29)의 회전축에 평행하다. 각 섹션(25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F)들은 횡방향, 즉 가스 터빈과 발전기의 축에 직교하는 방향으로 베이스플레이트(25)의 전폭에 걸쳐 연장되는 두 횡빔(transverse beam; 41)을 구비한다. 각 한 쌍의 횡빔(41) 사이에는 복수의 종빔 부분(longitudinal beam portion;43)들이 구비된다. 도시된 예시적 실시예에서는, 각 한 쌍의 횡빔(41) 사이에 4개의 종빔 부분(43)이 배치되어 있다. 이들 4개의 종빔 부분은 참조번호 43A, 43B, 43C 및 43D로 지시되어 있다. 여러 개의 베이스플레이트 섹션(25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F)들을 조립 및 용접함으로써 베이스플레이트의 제1단부로부터 제2단부까지 연장되는 4개의 종빔들을 가지는 베이스플레이트(25)의 주 격자 구조가 구성된다. 결과적인 종빔들은 각각 참조번호 45A, 45B, 45C 및 45D로 지시되었다.

횡빔(41)과 종빔 부분(43)은 바람직하기로 H형 또는 I형 빔이다. 종빔 부분(43)과 횡빔(41)은 크기가 크기 때문에 열간압연으로 제조되지 않고 중앙의 웹(web)에 두 대향하는 플랜지(flange)를 용접함으로써 구성된다.

중간의 종빔 부분(43B, 43C)과 횡빔(41)은 동일한 수직 크기를 가져 상부 평면과 하부 평면을 형성한다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 일부 베이스플레이트 섹션(25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F)들의 종빔 부분(43A, 43D)은 도 3에 잘 도시된 바와 같이 더 낮은 수직 크기를 가진다. 더 상세히는, 도시된 예시적 실시예에서 베이스플레이트(25)는 6개의 섹션(25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F)을 구비하는데, 처음 네 섹션(25A, 25B, 25C, 25D)들이 더 작은 종빔 부분(43A, 43D)을 가진다. 도시되지 않은 다른 실시예에서는 모든 베이스플레이트 섹션(25A-25F)들의 모든 측방의 종빔 부분(43A, 43D)들이 축소된 수직크기를 가질 수 있다. 측방의 종빔 부분(43A, 43D)은 그 상부 플랜지가 공통의 상부 평면 상에 위치하도록 구성된다.

베이스플레이트(25)와 여기 얹혀지는 회전 기계들의 평면도에서 쉽게 알 수 있듯이, 중간 종빔(45B, 45C)들은 회전 기계들이 이 종빔(45B, 45C)들 상에 지지될 수 있는 거리로 서로 인접하여 배치된다.

더 구체적으로, 가스 터빈(27)은 가스 터빈 프레임 또는 가스 터빈 베이스플레이트(47) 상에 지지되고 이는 다시 발(49)을 사이에 끼워 두 중간 종빔(45B, 45C) 상에 장착된다. 일측에서 발(49)과 가스 터빈 베이스플레이트(47), 타측에서 베이스플레이트(25)와의 연결은 용접으로 이뤄질 수 있다. 이와 같은 구성으로 가스 터빈의 중량은 직접적으로 중간 종빔(45B, 45C)에 의해 지지된다. 일부 구성에서는, 보조적인 횡방향 보강빔(48)이 가스 터빈 베이스플레이트(47) 하부에 위치하여 가스 터빈 베이스플레이트(47)와 모듈 베이스플레이트(25) 사이에 횡방향 및/또는 종방향 구속을 형성하는 견고한 기반을 제공한다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 발전기(29)는 횡방향의 두 박스형 지지부(51) 상에 장착된다. 바람직한 실시예들에서, 두 박스형 지지부는 두 중간 종빔(45B, 45C)의 거리를 가로질러 연장되고 예를 들어 용접 등의 방법으로 거기에 정착된다. 도시된 실시예에서, 두 박스형 지지부의 종방향, 즉 가스 터빈 축과 평행한 방향의 거리는 각 베이스플레이트 섹션(25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F)들의 폭에 대응하여 박스형 지지부(51)가 발전기의 중량을 횡빔(41)에 부분적으로 전달하게 된다.

도시된 실시예에서 중간 종빔(45B, 45C)들은 베이스플레이트(25)의 중심선에 대해 대칭이 아니라 종빔(45D)보다 종빔(45A)에 더 근접한다. 다른 실시예들에서는 종빔(45A-45D)들이 베이스플레이트(250의 중심선에 대칭으로 배치될 수도 있다.

기계를 둘러싸는 주변 구조(33)의 기둥(uprights; 65)이 베이스플레이트(25)의 종방향측단을 따라 종빔(43A-43D)과 횡빔(41)이 서로 연결되는 교점(node)에서 베이스플레이트(25)에 용접된다. 주변 구조(33)의 배치에 대해서는 상세히 설명하지 않는다. 주변 구조체(33)는 거기에 수납되는 설비의 종류와 그 배치에 따라 달리 설계될 수 있다.

도 5에서 잘 알 수 있듯이, 종빔(45A-45D)들과 횡빔(41)으로 형성되는 주 격자 구조의 직사각형 메시(meshes)의 일부에는 도 4에 도시되었지만 도 5의 개략 평면도에는 생략된 보조적인 보강판(57)을 통해 서로 및/또는 횡빔(41)과 종빔(45A-45D)으로 형성되는 주 격자 구조에 용접되는 브레이싱(bracing; 53, 55)들이 구비된다. 브레이싱(53, 55)은 수평면에서 전체 베이스플레이트(25)의 강성을 보강(stiffen)한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 베이스플레이트(25)의 장변 중의 하나와 단변의 양측을 따라 횡빔(41)과 종빔(45)이 형성하는 주 격자 구조의 각 직사각형 메시에 경사진 브레이싱(53, 55)이 구비된다. 도시된 실시예에서, 브레이싱들은 회전 기계(27, 29)를 지지하는 중간 종빔 중의 하나와 인접한 측방 종빔, 즉 외측 종빔(45A) 사이의 주 격자 구조의 직사각형 메시 내에 배치되어 있다.

주 격자 구조의 각 메시 내에 부빔(secondary beam)들이 배열되어 부(secondary) 격자 구조를 형성한다. 부빔들은 참조번호 61, 63으로 지시되었는데, 부빔(61)은 횡빔(41)에 평행하게 연장되고, 부빔(63)은 종빔(45A-45D)에 평행하게 연장된다. 부빔(61, 63)과 이에 의해 형성되는 부 격자 구조에 대해서는 상세히 설명하지 않기로 한다. 그 구성은 주변 구조체(33) 내에 수납되는 다양한 설비들의 배치에 따라 달라진다. 부빔(61, 63)에 의해 형성되는 부 격자 구조는 보조 설비들의 바닥 패널(floor panel)들을 위한 안착 구조를 형성한다.

횡빔(41)과 중간 종빔(45B, 45C) 중의 적어도 어느 하나는 기초(23) 상에 안착될 하부 평면을 형성하게 된다. 기초는 일반적으로 성형 보강 콘크리트의 지하 블록과 일부 지상 연장부로 형성된다. 도 3, 7 그리고 8에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 기초는 베이스플레이트(25)가 얹혀질 수평 평면(F)을 형성한다. 이 수평 평면(F)은 불연속적이다. 더 구체적으로 평면(F)은 두 빈 공간에 의해 단절되는데, 이하에서는 이를 종방향 채널(channel)(71, 73)로 호칭하기로 한다. 종방향 채널(71)은 저면(71B)과 측면(71S)을 가진다. 종방향 채널(73)은 저면(73B)과 측면(73S)을 가진다. 두 채널(71, 73)은 기초(23)를 형성하는 보강 콘크리트 블록을 두 측벽 또는 측부 대좌(plinths)(23A)와 한 중앙 벽 또는 중앙 대좌(23B)로 분할하고, 성형 보강 콘크리트 블록의 지상 연장부를 형성한다. 측벽 또는 지하 블록의 연장부(23A)는 두 대좌 열(row)로 대체되거나 형성될 수 있다.

각 측빔(41)의 하부 플랜지가 측벽(23A, 23B)의 상면에 안착되어 각 횡빔(41)이 기초(23)상에 안착되는 세 영역을 형성한다. 두 중간 종빔(45B, 45C)의 하부 플랜지들이 적어도 가스 터빈(27) 및/또는 발전기(29)가 배치된 영역에서 베이스플레이트(25)의 종방향 연장을 따라 중간벽(23B)의 상면과 접촉한다. 뒤에서 설명하겠지만 모듈은 기초에 직접 접촉하지 않고 발판(sole plate)과 기초(23)의 보강 콘크리트 구조에 그라우팅되는 스터드 볼트에 의해 기초 위에 지지된다.

특히 도 7과 8에 도시된 바와 같이, 채널(71, 73)은 모듈(21)의 베이스플레이트(25) 하부에 리프팅 및 이동 트레일러(81)를 진입시키기 위해 사용된다. 이 트레일러는 각각의 바퀴(83)와 예를 들어 도시되지 않은 유압식 또는 기계식 잭(jack)으로 구동되는 수직 이동 가능한 리프팅 플레이트를 구비한다. 이미 언급한 바와 같이, 베이스플레이트(25)와 모듈(21)의 구조는 전체 가스 터빈 발전 플랜트가 최종 목적지로 운송되기 전에 건립 및 시험장에서 건립 및 시험될 수 있는 구성이다. 거의 유사한 기초(23)가 모듈화된 가스 터빈 발전 플랜트의 건립 및 시험장과 최종 목적지에 구비된다. 이와 같이 완전한 모듈이 기초(23)에 적절히 정착된 베이스플레이트(25)와 함께 건립 및 시험장에서 조립된 후, 이 플랜트는 달성 가능한 최선의 정적 및 동적 모두의 "가동중(in-service)" 거동을 표현 및 대표하는 구성으로 예를 들어 최고속도, 무부하 조건 등으로 시험될 수 있다. 기계의 각 구성부는 적절히 조정 및 튜닝된다 시험이 완료되고 나면, 베이스플레이트(25)는 기초(23)로부터 간단히 분리되어 그 위에 장착된 기계, 설비, 주변 구조체(33)와 함께 리프팅되어 최종 목적지로 운송하기 위해 트레일러(81)를 사용하여 예를 들어 선박 등으로 이송된다.

선박 상에서, 모듈은 건립 및 시험장과 최종 목적지 모두에서 사용되는 것과 동일한 종류의 트레일러에 구동되어 최종 목적지에 구비된 것과 유사한 구성을 가지는 임시 기초 상에 얹혀진다.

여기서, 건립 및 시험장에서 사용된 것과 동일한 트레일러(81) 또는 최종 목적지에 구비된 것과 유사한 트레일러가 선박에서 모듈을 리프팅하여 기초(23) 상으로 이송시키는데 사용될 것이다. 건립 및 시험장과 최종 목적지의 두 현장의 기초가 거의 동일하므로 모듈은 약간의 복원과 점검만으로 운전개시가 준비될 수 있다.

이상에서 설명한 베이스플레이트(25)의 구조와 기초(23)의 구조는 채널(71, 73)과 함께 헤비듀티 가스 터빈과 관련 발전기를 포함하는 전체 모듈을 지지하고 베이스플레이트의 무시할만한 휨 변형으로 모듈을 운송할 수 있게 하도록 특별히 설계되어, 최종 목적지에 재배치되어 기초(23)에 적절히 정착되고나면 플랜트가 거의 운전개시 준비가 될 수 있다.

이와 같은 목적으로 개발된 특히 효과적인 정착 구조를 도 9 내지 11을 참조하여 이하에 설명하기로 한다.

세 벽(23A, 23B)의 상면에 발판이 위치하여 베이스플레이트(25)의 베어링면(bearing surfaces)을 형성하는 복수의 리세스가 구비된다. 이 리세스는 베이스플레이트(25)의 격자 구조에 따라 배치된다. 예를 들어, 리세스는 종빔(45A-45D)을 따라, 특히 중간 종빔(45B, 45C)을 따라, 그리고 횡빔(41)을 따라 위치하여, 바람직하기로는 두 빔들이 서로 교차하는 교차점들에 위치한다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서 리세스와 발판들은 가스 터빈(27) 하부에 배열된 보조 횡빔(48) 밑에도 배치된다.

예시적인 리세스와 관련 발판 구성이 도 9 내지 11에 도시되어 있다. 참조번호 85로 지시된 리세스에는 하부 발판(sub-sole plate; 87)과 발판(sole plate; 89)이 배치되어 그라우팅된다. 하부 발판(87)에는 수평조절나사(leveling screw; 91)가 구비된다. 모듈(21)을 기초(23) 상에 얹기 전에, 하부 발판(87)과 대응 발판(89)이 각 리세스(85)에 위치하여 발판의 상면이 수평이 되도록 조정된다. 그 다음 발판과 하부 발판 배열(87, 89)은 정확한 위치에 유지되도록 그라우팅된다. 그러면 모듈(21)이 트레일러(81)에 의해 기초(23) 위로 이송되어 하강됨으로써 발판(89) 상에 안착된다. 베이스플레이트(25)의 제조 허용오차에 의해 베이스플레이트(25)와 각 발판 사이에 발생될 수 있는 갭(gap)은 쐐기(shims; 도시 안 됨)로 충전된다.

각 발판(87)에 근접하여, 스터드 볼트(93)가 기초의 강화 콘크리트 블록에 형성된 구멍(95)에 그라우팅된다. 베이스플레이트(25)는 너트(97)로 스터드 볼트(93)에 연결되고, 홀(98)을 통해 연장되는 스터드 볼트(93)는 예를 들어 횡빔(41) 또는 종빔(45A-45D)의 하부 플랜지(99) 등 베이스플레이트(25) 내로 제공된다. 이와 같이 스터드 볼트(93)는 베이스플레이트(25)를 기초(23)에 수직 정착시킨다.

일반적으로 스터드 볼트(93)는 수평 전단력을 지탱하도록 설계되지 않으므로 베이스플레이트(25)를 기초(23)에 수평 정착시키기에는 부적합하다. 도시된 실시예에서는 전단키(shear key)가 베이스플레이트(25)의 바닥에 추가적으로 구비되어 베이스플레이트(25)를 기초(23)에 수평 정착시키게 된다. 바람직하기로 전단키의 구조와 배치는 베이스플레이트(25)의 열팽창을 제어하도록 구성된다. 실제 관찰에 의하면, 기초(23)와 베이스플레이트(25)의 열구배(thermal gradients)에 기인하여 베이스플레이트는 종방향과 횡방향 모두로 열팽창할 수 있고, 이 열팽창은 베이스플레이트(25)가 정착되는 기초(23)의 대응 열팽창과 다르다.

도 6에 도시된 베이스플레이트(25)의 저면 사시도에 전단키의 일반적 구성이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 제1 세트의 전단키(94)가 베이스플레이트(25)의 종방향, 즉 직사각형 베이스플레이트(25)의 장변에 평행하며 가스 터빈(27)과 발전기(29)의 회전축에 평행한 방향으로 정렬되어 있다. 바람직하기로 제1 세트의 전단키(94)는 두 번째 종빔(45B)과 세 번째 종빔(45C) 사이에 위치한다. 바람직하기로 전단키(94)는 두 종빔의 중앙에 위치하는 대신 두 평행한 종빔(45B, 45C) 중의 어느 하나 또는 나머지에 근접하도록 배치된다. 제2 세트의 전단키(96)가 베이스플레이트(25)의 단변에 평행하여 가스 터빈(25)과 발전기(29)의 회전축에 대해 90ㅀ를 향하는 횡방향의 선을 따라 정렬된다. 도 6에 도시된 실시예에서, 두 세트의 전단키들의 두 정렬 방향은 가스 터빈 하부에서 서로 교차한다. 바람직하기로 전단키들은 서로 동일하다. 이들은 베이스플레이트(25)를 형성하는 빔들에 연결되는 방식에 따라 베이스플레이트(25)의 두 수평방향 모두의 이동을 차단하거나 다른 방향으로는 베이스플레이트(25)를 고정하면서 한 방향으로의 베이스플레이트(25)의 자유도(degree of freedom)를 허용할 수 있다.

이하에 도 16 및 17에 도시된 베이스플레이트(25)와 전단키(94) 중의 하나의 연결을 설명하기로 한다. 다른 전단키(96)도 거의 동일한 방식으로 베이스플레이트(25)에 연결된다.

도시된 실시예에서, 전단키(94)는 기초(23)에 형성된 시트(seat; 94B)에 그라우팅되는 수직으로 배열된 I형빔(94A)을 구비한다. 전단키(94)는 또한 I형빔(94B)의 한 플랜지와 연결판(94D)에 용접되는 연결 슬래브(connection slab; 94C)를 더 구비한다. 연결판(94D)은 정착 플랜지(94E)에 고정되는데, 이는 다시 베이스플레이트(25)의 주 격자 구조를 형성하는 빔 중의 하나, 예를 들어 종빔(45B)에 용접된다. 볼트-너트 구조(94G)가 연결판(94D)과 정착 플랜지(94E)를 고정한다. 기초(23)에 그라우팅된 I형빔(94A)에 대해 종빔(45B)이 예를 들어 열팽창에 기인하여 횡방향 이동을 할 수 있도록, 정착 플랜지(94D)에는 종빔(45B)과 평행한 방향으로 연장되며 볼트-너트 구조(94G)가 관통될 수 있는 슬롯(slots)이 구비된다. 이와 같은 구성에 의해 종빔(45B)은 전단키(94)에 대해 화살표(f45)를 따라 변위(displacement)가 가능하게 된다.

이러한 구성은 전단키(94)가 이 전단키(94)의 정렬 방향에 평행하게, 즉 가스 터빈(27)과 발전기(29)의 회전축에 평행하게 베이스플레이트(25)의 제어된 변위가 가능하도록 하는 것이다. 역으로 전단키(94)는 단면 방향, 즉 가스 터빈(27)과 발전기(29)의 회전축과 90ㅀ를 가지는 방향으로 베이스플레이트(25)의 제어된 변위가 가능하도록 한다. 베이스플레이트(25)의 두 세트의 전단키가 교차하는 영역, 즉 가스 터빈(27) 하부의 영역은 기초(23)에 거의 고정된다.

이에 따라 모듈은 베이스플레이트(25)의 중심은 거의 고정된 상태를 유지하면서 기초(23)에 대해 종방향과 횡방향 모두로 열팽창할 수 있다.

열팽창과 이에 따른 베이스플레이트(25)의 수평변위에 기인하여 스터드 볼트(93)에 휨 응력이 발생되지 않도록 스터드 볼트(93)가 관통되는 구멍(98)의 크기가 스터드 볼트보다 크거나 및/또는 슬롯이 구비된다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 베이스플레이트(25)의 용접된 강철 구조와 그 크기 때문에 회전 기계의 베어링면들의 편평도(planarity)가 바람직한 수준에 도달할 수 없도록 하는 제조 허용오차를 가지게 된다. 이를 위해 베이스플레이트(25)가 건립 및 시험장에 고정되면 이들 평면들이 기계적 가공될 수 있다.

회전 기계 열(train)을 구성하는 회전 기계들의 축의 정렬은 시험과 기초 상에 모듈이 설치되고 난 후의 작동 양자 모두를 위한 최초 기동에 앞서 실제로 완료되어야 한다. 부적절한 정렬은 진동과 최악의 경우 베어링의 조기 파손을 야기할 수 있다. 냉간 정렬(cold alignment)은 구동 및 피구동 설비 간에 정확한 오프셋(offset)을 줌으로써 동작 설비의 열적 변형(thermal growth)을 보상한다. 이 오프셋은 설비가 정상적인 작동 조건에서 점차 정렬 상태로 되게 해준다.

이상적인 최대 부하(열간) 정렬은 모든 구동 열(train) 구성부들이 중심선, 즉 여러 회전 기계들(가스 터빈, 발전기, 스타터)의 회전축에 정확하게 일치하는 것이다. 각 구동 열 구성부들의 냉간 중심선에 위치시키는 것은 최대 부하 온도에서 각 구동 열 구성부들이 이상적인 위치로 이동하도록 의도한 것이다.

이에 부가하여, 베이스플레이트(25)의 구조는 높은 강성을 가지지만 여기에 얹히는 회전 기계들의 중량과 이에 가해질 수 있는 환경적 부하(environmental loads)들은 제조 현장이나 건립 및 시험장에서 모듈(21)을 최종 목적지로 운송하는 동안 베이스플레이트(25)에 어떤 변형이 발생되거나 더 가능성이 높기로는 구동에서 피구동 설비 간에 상대적 위치의 사소한 변화가 발생될 수 있는데, 그러면 최종 목적지에서 설치후 회전 기계들을 재정렬시켜야 한다.

이를 위해, 본 발명의 일부 바람직한 실시예에서는 적어도 하나의 회전기계, 바람직하기로는 가스 터빈과 발전기 모두를 구면 와셔(spherical washer)를 개재한 상태로 베이스플레이트(25)에 장착한다. 도 13 및 14는 발전기(29) 밑에 위치하는 구면 와셔 구성을 도시한다. 일부 실시예에서 발전기의 케이싱(casing)은 두 박스형 지지부(51) 상에 장착되는데, 두 박스형 지지부(51)의 양단에는 네 세트의 구면 와셔가 끼워진다. 각 구면 와셔 세트(101)는 예를 들어 세 구면 와셔(103)를 구비한다. 구면 와셔는 예를 들어 관련 박스형 지지부(51)의 일체형 일부를 형성하는 저판(51A)과 상부 발전기 지지판(105) 사이에 끼워진다. 바람직한 실시예에서, 저판(51A)은 그 상면에 형성된 얕은 채널(107)을 가진다. 각 세트의 세 구면 와셔(103)는 얕은 채널(107)에 위치하여 거기서 일부가 돌출한다. 각 구면 와셔(103)는 평면상에서 보아 둥글거나 바람직하기로 정사각형 또는 직사각형이며, 두 구성부(103A, 103B)를 구비한다. 한 구성부(103A)가 얕은 채널(107)의 바닥에 접촉하는 반면 다른 구성부(103B)는 상부 발전기 지지판(105)과 접촉한다.

두 구성부(103A, 103B)는 각각 서로 접촉하는 오목과 볼록의 구면(spherical surfaces)을 구비한다. 이에 따라 박스형 지지부(51)에 대한 상부 지지면(103B)의 경사로 각 구면 와셔(103)의 각각을 서로 독립적으로 조정할 수 있다. 그러면 각 발전기 지지면(105)이 정확히 위치하게 되어 그 위에 안착되는 발전기(29)가 가스 터빈과 동축이 될 것이다. 예를 들어 건립 및 시험장에서 최종 목적지로 운송하는 도중 발생된 베이스플레이트(25)의 다른 변형에 기인하는 등의 발전기와 가스 터빈 간에 발생될 수 있는 정렬불량은 간단히 전면(full face) 쐐기를 구면 와셔와 발전기 케이싱 사이에 끼움으로써 상쇄할 수 있어 실패 없이 원하는 편평도에 도달할 수 있다.

유사한 구면 와셔 구성이 가스 터빈(27)과 베이스플레이트(25) 사이에 구비될 수 있다. 도 15에 가스 터빈 베이스플레이트(47)와 발(49) 사이에 끼워진 구면 와셔(111)가 개략적으로 도시되어 있다. 구면 와셔(111)는 가스 터빈 베이스플레이트(47)의 경사를 조정할 수 있도록 설계 및 배치되어 가스 터빈(27)이 발전기(29)와 동축을 이루도록 한다.

이상에서 설명한 모듈화된 구조, 특히 베이스플레이트(25)의 구조는 기초(23)의 구조와 함께 헤비듀티 터빈과 특히 발전기 등의 로드의 주 프레임을 포함하는 가스 터빈 발전 플랜트가 제조장이나 건립 및 시험장에서 조립되어 무부하 최고속도 또는 최고 부하 최고속도로 시험된 후 하나의 모듈로 해상 및 또는 육상으로 최종 목적지로 운송될 수 있도록 한다. 이를 위해 건립 및 시험장이나 제조 현장에 제1 기초(23)가 건설된다. 베이스플레이트(25)는 조립되어 스터드 볼트(93)에 의해 제1 기초(23)에 정착되고, 회전 기계들과 보조 장치 및 설비들을 포함하고, 가스 터빈 패키지를 둘러싸는 주변 구조체(33)를 포함하는 전체 모듈이 여기서 장착된다. 장치들은 축방향으로 정렬되고 튜닝되어 시험된다.

모듈이 완전히 시험되고 나면 스터드 볼트(13)(도 13)에서 너트를 제거함으로써 제1 기초(23)로부터 분리된다. 모듈을 제1 기초(23)에서 리프팅시켜 최종 목적지로의 예를 들어 해상 운송을 위해 선박으로 이송시키는데 트레일러(81)가 사용된다. 거기서 다시 트레일러(81)에 의해 리프팅되어 건립 및 시험장 또는 현장에서 모듈을 건립 및 시험한 기초(23)와 동일하거나 유사한 제2 기초 상으로 이송된다. 두 기초(23)가 반드시 동일할 필요는 없다. 두 기초가 모듈의 동일한 동적 및 정적 거동을 보장하는데 충분히 유사하면 된다. 특히 두 기초(23)는 트레일러(81)가 진출입할 채널들과 주 종빔(45A-45D)과 횡빔(41)이 안착되어 상술한 발판과 스터드 볼트를 통해 이 빔들을 기초에 정착시킬 안착면들을 반드시 가져야 한다.

그러므로 상술한 구조는 헤비듀티 가스 터빈이 모듈화되어 운송될 수 있도록 함으로써 최종 목적지에서의 조립과 운전개시를 위한 시간과 경비를 절감할 수 있게 한다.

이상에 설명된 본 발명의 주제에 대해 개시된 실시예들이 특히 몇 개의 예시적 실시예들에 관련하여 도시되고 상세히 설명되었으나, 당업계에 통상의 지식을 가진 자라면 여기에 기재된 새로운 가르침, 원리, 개념과 첨부된 청구범위에 인용된 주제의 이점들을 서 본 발명을 실질적으로 벗어나지 않고도 여러 가지 변형과 변경, 생략이 가능할 것이다. 그러므로 개시된 신기술의 적절한 범위는 이와 같은 모든 변형, 변경, 생략 등을 포괄하는 첨부된 청구범위의 최광의의 해석으로만 결정될 것이다. 또한 순서, 과정이나 방법들에 있어서, 단계들은 본 발명의 다른 실시예들에 의해 달리 구성되거나 재배열될수 있다.

Claims

가스 터빈과 이 가스 터빈에 구동 연결되는 로드(load)를 적어도 지지하는 베이스플레이트와, 상기 가스 터빈과 상기 로드를 둘러싸고 상기 베이스플레이트에 연결되는 구조체를 포함하는, 운송 가능한 가스 터빈 모듈로서:
상기 가스 터빈은 80MW 이상의 정격 출력을 갖는 헤비듀티 가스 터빈이며,
상기 베이스플레이트는 상기 가스 터빈의 회전축과 평행하게 연장되는 복수의 종빔과, 상기 회전축에 횡방향으로 연장되는 복수의 횡빔을 포함하며, 상기 종빔과 상기 횡빔은 상기 가스 터빈과 상기 로드가 얹혀지는 주 격자 구조(primary lattice structure)를 형성하며,
상기 가스 터빈과 상기 로드는 한 쌍의 종빔 상에 얹혀지며,
상기 가스 터빈은 터빈 베이스플레이트에 구속되고, 이 터빈 베이스플레이트는 한 쌍의 종빔들에 구속되는 복수의 발(feet)을 통해 상기 가스 터빈 모듈의 상기 베이스플레이트에 구속되는 것인 가스 터빈 모듈.
제1항에 있어서, 상기 로드는 발전기를 포함하는 것인 가스 터빈 모듈.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 터빈과 상기 로드가 얹혀지는 상기 한 쌍의 종빔은 주 격자 구조의 중간에 위치하며, 상기 가스 터빈과 상기 로드를 지지하는 상기 한 쌍의 종빔 양측에 각각 적어도 하나의 외측 종빔이 배치되는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 횡빔과 상기 종빔은 상기 베이스플레이트의 상부 평면을 획정하는 것인 가스 터빈 모듈,
제4항에 있어서, 상기 횡빔과 적어도 상기 한 쌍의 종빔은 실질적으로 동일한 높이를 갖고 상기 베이스플레이트의 하부 평면을 획정하며, 이 하부 평면은 기초에 대한 상기 가스 터빈 모듈의 안착면을 형성하는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스플레이트는 베이스플레이트 섹션들로 분할되며, 이들 베이스플레이트 섹션들은 가스 터빈의 회전축에 평행한 방향으로 정렬되고 서로 연결되어, 견고한 베이스플레이트 구조를 형성하는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 각 횡빔은 상기 베이스플레이트의 폭에 대응하는 길이를 가지며, 각 종빔은 상기 가스 터빈의 회전축 방향으로 정렬되는 복수의 종빔 부분으로 형성되며, 각 종빔 부분은 인접한 횡빔들 중의 하나에서 다른 하나로 연장되고 각 종빔의 종빔 부분들은 중간 횡빔에 대한 용접에 의해 서로 연결되는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 격자 구조는 대략 직사각형 메시를 가지며, 이 메시의 적어도 일부에 부 격자 구조(secondary lattice structure)가 구비되며, 이 부 격자 구조는 상기 주 격자 구조의 횡빔에 평행하게 연장되는 부(secondary) 횡빔과, 상기 주 격자 구조의 종빔에 평행하게 연장되는 부 종빔들로 형성되는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 격자 구조가 대략 직사각형의 메시를 가지고, 이 메시의 적어도 일부에 브레이싱(bracing)이 배치되고, 이 브레이싱은 베이스플레이트와 평행한 평면에 위치하고 종빔과 횡빔 모두에 대해 경사를 갖는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 격자 구조를 형성하는 상기 횡빔과 상기 종빔은 상부 및 하부 플랜지에 용접되는 중앙 웹을 포함하는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 터빈 베이스플레이트와 상기 발 사이에 상기 가스 터빈 모듈의 상기 베이스플레이트에 대해 가스 터빈의 경사를 조정하는 구면 와셔를 포함하는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 터빈의 아래에는 상기 가스 터빈이 얹혀지는 상기 한 쌍의 종빔을 횡방향으로 연결하는 보조적 횡방향 연결 빔들이 마련되는 것인 가스 터빈 모듈.
선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로드가 한 쌍의 중간 종빔에 구속되는 지지부 상에 얹혀지고, 이 지지부는 횡빔에 평행하게 연장되는 것인 가스 터빈 모듈.
제13항에 있어서, 상기 로드와 상기 지지부 사이에 구면 와셔가 마련되는 것인 가스 터빈 모듈.
육상 가스 터빈 플랜트로서:
80MW 이상의 정격 출력을 가지는 헤비듀티 가스 터빈과, 이 가스 터빈에 구동 연결되는 로드를 적어도 지지하는 베이스플레이트와, 상기 가스 터빈과 상기 로드를 둘러싸고 상기 베이스플레이트에 연결되는 구조체로 이루어지는 가스 터빈 모듈과,
상기 가스 터빈 모듈을 위한 불연속한 지지 평면과, 종빔에 평행하게 연장하고 리프팅 및 이송 트레일러의 진입을 위해 배치 및 구성된 채널을 구비하는 기초
를 포함하는 육상 가스 터빈 플랜트.
제15항에 있어서, 상기 기초는 외측벽 또는 대좌 열(plinth row)들과 적어도 하나의 중간 벽 또는 대좌 열을 구비하며, 상기 가스 터빈과 상기 로드가 얹혀지는 한 쌍의 종빔이 내부벽에 안착되며, 횡빔이 내벽과 외측벽 또는 대좌 열에 안착되는 것인 육상 가스 터빈 플랜트.
제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽들은 그 내에 그라우팅(grouting)되는 발판(sole plate)을 수납하는 리세스를 포함하며, 상기 발판이 상기 횡빔과 종빔들의 안착면을 형성하는 육상 가스 터빈 플랜트.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기초는 그 내에 그라우팅되어 상기 베이스플레이트와 연결되도록 배치되는 스터드 볼트를 포함하는 것인 육상 가스 터빈 플랜트.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스터드 볼트가 상기 발판 주위에 배치되는 것인 육상 가스 터빈 플랜트.
제15항 내지 제19항 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 항에 있어서, 상기 베이스플레이트는 이 베이스플레이트를 수평방향으로 상기 기초에 정착시키는 전단키(shear key)를 포함하는 것인 육상 가스 터빈 플랜트.
제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제1의 수평 방향으로 상기 베이스플레이트의 수평 변위를 방지하고 제2방향으로의 수평변위는 허용하는 제1 세트의 전단키와, 제2 방향으로의 수평 변위는 방지하고 제1 방향으로의 수평 변위는 허용하는 제2 세트의 전단키를 포함하는 것인 육상 가스 터빈 플랜트.
제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교하며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 중의 어느 하나는 상기 가스 터빈의 축선에 평행한 것인 육상 가스 터빈 플랜트.
80MW 이상의 로드를 구동하는 헤비듀티 육상 가스 터빈 플랜트를 조립하는 방법으로서:
건립 및 시험장에서 제1 기초를 마련하는 단계;
베이스플레이트를 제조하는 단계;
상기 제1 기초에 상기 베이스플레이트를 정착(anchoring)시키는 단계로서, 상기 제1 기초는 이 제1 기초에 상기 베이스플레이트를 정착시키기 위해 제1 패턴에 따라 배치된 정착 영역을 갖는 베이스 플레이트 안착면을 형성하는 것인, 상기 베이스플레이트를 상기 제1 기초에 정착하는 단계와,
상기 베이스플레이트 상에 가스 터빈, 상기 로드, 보조 설비, 및 상기 가스 터빈을 둘러싸고 가스 터빈 패키지를 포함하는 구조체를 조립하여, 모듈을 형성하는 단계와,
상기 가스 터빈과 상기 로드를 시험하는 단계와,
상기 모듈을 제1 기초에서 분리하는 단계와,
상기 모듈을 최종 목적지로 운송하는 단계와,
상기 모듈을 제2 기초에 정착시키는 단계로서, 상기 제2 기초는 상기 베이스플레이트를 제2 기초에 정착시키도록 상기 제1 패턴에 적어도 부분적으로 상응하는 제2 패턴에 따라 배치된 제2 정착 영역을 갖는 베이스플레이트 안착면을 형성하는 것인 상기 모듈을 제2 기초에 정착시키는 단계
를 포함하며, 상기 제1 기초와 상기 제2 기초는 리프팅 및 이동 트레일러가 진입할 수 있는 빈 공간을 갖는 것인 육상 가스 터빈 플랜트 조립 방법.
제23항에 있어서, 상기 가스 터빈과 상기 로드는 무부하 최고 속도로 시험되는 것인 육상 가스 터빈 플랜트 조립 방법.
제23항 또는 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 터빈과 상기 로드는 최고 부하 최고 속도로 시험되는 것인 육상 가스 터빈 플랜트 조립 방법.