KR20150079980A - 산업용 가스 터빈을 위한 모듈형 드롭-인 전이부 조립체 및 설치 방법 - Google Patents

산업용 가스 터빈을 위한 모듈형 드롭-인 전이부 조립체 및 설치 방법 Download PDF

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글랜 이. 센스위치
조세 엘. 알론소
다니엘 이. 포드
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

산업용 가스 터빈 접근 포트 내로 삽입 전 및 삽입 후 조립 및 기능 사양들에 부합하는 내부 구성요소들을 가지는 사전 조립된 모듈형 드롭-인 전이부가 개시된다. 전이부 조립체는 전이부 조립체의 설치 동안 다른 터빈 구성요소들과 부주의하게 충돌하지 않는 경우 연소기 케이스 내로 삽입 후 상기 사양들과 부합되어 유지된다. 부주의한 충돌은 연소기 케이스 근처에 연소기 서비스 구역을 가짐으로써 회피되어, 각각의 전이부 및/또는 연소기 조립체의 다른 터빈 시스템 구성요소들과 접촉하지 않으면서 이의 대응하는 삽입 경로를 따라 대응하는 접근 포트 내로 미끄럼 가능한 삽입을 가능하게 한다. 바람직하게는 자동 제어 하에서 연소기 서비스 구역 내의 다축 모션 전이부 취급 공구(THT)는 전이부에 커플링되고 삽입 경로를 다른 정밀한 정렬을 용이하게 한다. 자동 제어는 일련의 저장된 사전-결정된 조작 단계들을 실행함으로써 지속적이고 반복적인 전이부 설치 및 제거를 용이하게 한다.

Description

산업용 가스 터빈을 위한 모듈형 드롭-인 전이부 조립체 및 설치 방법 {MODULAR DROP-IN TRANSITION ASSEMBLY FOR INDUSTRIAL GAS TURBINE AND METHOD FOR INSTALLATION}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 발명의 명칭이 "산업용 가스 터빈을 위한 모듈형 드롭-인(modular drop-in) 연소기 조립체 및 설치 방법"이고 2012년 11월 7일에 출원되고 일련 번호 13/670,741호가 할당된 동시 계류 중인 미국 특허 출원의 일부 연속 출원이며 이의 전체 내용은 참조에 의해 본원에 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 산업용 가스 터빈들을 위한 연소기들 및 전이부(transition)들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업용 가스 터빈 내로 설치하기 전에 조립 및 기능 사양들과 부합되게 사전 조립된(preassembled) 모듈형 드롭-인 연소기들 및 전이부들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 산업용 가스 터빈 내로 전이부들을 설치하는 방법에 관한 것이다.
공지된 산업용 가스 터빈들은 연소기 케이스에 있는 접근 포트에 플랜지 연결된 교체 가능한 연소기들을 이용한다. 공지된 연소기 설계들에서, 일반적으로 고리형 연소기 바스킷은 각각의 접근 포트, 연소기 바스킷 및 전이부 개구의 중심선과 동축인 삽입 경로를 따라 연소기 전이부의 대응하는 입구 단부 내로 중첩되는 방식으로 삽입되는 연소기 플랜지 말단에 개방된 선단 부분을 갖는다. 전이부는 각각의 접근 포트의 중심선과 또한 동축인 삽입 경로를 따라 연소기 앞에 삽입된다. 공지된 입구 지지부는 전이부 입구 포트 및 접근 포트의 상대적 방위를 고정한다. 그 후 연소기는 전이부 개구 내로 삽입된다. 전이부 및 연소기 삽입은 종종 연소기 케이스 내의 전이부 및 연소기의 공통 동축 정렬 경로를 따라 이들 둘다의 수동 정렬(human alignment)과 함께, 전이부와 연소기의 중량을 지탱하기 위해 크레인 및/또는 블록 및 태클 기어(tackle gear)로 순차적으로 수행된다. 각각의 연소기 및 전이부의 길이들은 조립체들의 외주변들과 연소기 케이스 내부 또는 외부에 있는 다른 터빈 구성요소들 사이의 이들 각각의 반경 방향 간격보다 매우 더 크다. 전이부 및 연소기 조립체들의 바람직한 삽입 경로들로부터 전이부 또는 연소기 조립체들의 작은 요잉 편차(yaw deviation)는 조립체와 다른 터빈 구성요소들 사이의 부주의한 충돌 접촉을 초래할 수 있으며, 이는 아미도 정렬 및 기능 사양들에 부합하지 않는 오정렬을 초래할 것이다.
공지된 터빈 설계들에서, 완전히 조립된 연소기 또는 전이부 조립체와 연소기 케이스 외부에 있는 다른 터빈 구성요소들 사이의 간격이 불충분하여, 완전 조립된 연소기를 정렬시켜 삽입하는 것이 불가능하게 된다. 1200 pound(545 kg) 초과의 완전 조립된 연소기 중량은 설치 동안, 특히 정렬이 주로 사람 조작자에 의해 수행되는 경우, 정밀한 연소기 정렬을 더 복잡하게 만든다. 유사하게, 완전 조립된 전이부는 242 pound(110 kg)을 초과의 중량을 가지며 전형적으로 대략 5:1의 길이 대 반경 방향 간격 비율로 조작하는데 상당한 어려움을 가진다. 비교적 길고 얇은 전이부 조립체는 전이부 조립체의 정렬 경로로부터 단지 약간의 요잉 편차를 가지고 연소기 케이스 내에 완전히 삽입되어야 한다. 예를 들면, 전이부 조립체 출구 단부를 연소기 접근 포트 내로의 초기 삽입 동안 출구 단부 외주변과 접근 포트 내경 사이에 단지 대략 0.6 인치(16 mm)의 총 최소 반경 방향 간격이 있다.
완전히 조립된 연소기 설치 간격의 부족 및 연소기 중량에 의해 악화되는 정렬 복잡성들을 고려해 볼 때, 공지된 산업적 해법은 연소기의 초기 조립, 서비스 및 현장 유지 보수 그리고 삽입 동안 연소기 케이스 접근 포트 내 제 위치에 연소기 하위(sub) 구성요소들을 조립하는 것이다. 완전한 연소기를 제조하기 위한 연소기 접근 포트 내의 하위 구성요소들의 조립 및 그 이후 정렬/성능 사양들과의 부합에 대한 검사는 공장 또는 인증된 서비스 설비 작업대에서의 조립 및 검사보다 상당히 더 느리다. 제어된 환경에서 공장 및/또는 서비스 센터에서의 사전 조립은 또한 더 넓은 범위의 수리 서비스들을 수행하여야 하는 몇몇의 현장 요원보다 많은 실제 조립 경험 및 기술을 가질 수 있는 조립 전용 전문가들에 의해 수행될 수 있다. 불행하게도 완전 조립된 유닛들에 대해 불충분한 설치 간격이 있는 경우 또는 설비의 요구된 정밀 정렬이 정밀한 정렬 고정물의 부족 또는 구성요소들의 총 중량에 의해 현장에서 신뢰성있게 또는 지속적으로 달성될 수 없는 경우, 연소기 내 드롭(drop)의 사전 조립은 실현 가능하지 않다.
전이부 설치의 공지된 도전들에 대해, 전이부 입구 마우스(mouth) 및 출구 마우스 모두는 접근 포트를 통하여 막힌 공동(blind cavity) 내로 삽입되는 축방향으로 비교적 긴 관형 구조물의 정밀한 반경 방향 정렬을 동시에 요구한다. 연소기 바스킷 출구 마우스로의 전이부 입구의 적절한 동축 정렬을 위해 요구되는 작은 허용오차들은 삽입/정렬 경로를 따른 연소기 케이스 접근 포트와 전이부 입구 마우스의 비교적 정밀한 동축 정렬을 요구한다. 부가적으로, 삽입 경로를 따른 가스 터빈 섹션 입구 정면으로의 전이부 조립체 출구 마우스의 정밀한 정렬이 요구된다. 전이부 출구는 전이부 출구/터빈 섹션 입구 경계부에서 공기 누출의 제거에 필요한 전이부 밀봉 부재들과 정합되어야 한다.
연소기 케이스 외부에 충분한 외부 간격을 갖는 산업용 가스 터빈들에 대한 요구가 있으며, 이는 연소기 케이스의 내부 또는 외부의 다른 터빈 구성요소들과의 부주의한 전이부 접촉/충돌(전이부 또는 다른 접촉된 구성요소들을 손상시킬 수 있음)에 대한 과도한 위험 없이 설치 경로를 따라 연소기 케이스 접근 포트들 내로 사전 조립된 전이부들의 직접적인 정렬 및 설치를 용이하게 한다.
반복 가능한 조작 단계들에 의해, 바람직하게는 자동 제어 하에서 무거운 사전 조립된 비교적 긴 전이부들의 정렬 및 삽입을 용이하게 하는 전이부 취급 공구 및 전이부 설치 방법에 대한 요구가 또한 있다. 이상적으로 이 같은 전이부 취급 공구는 필요에 따른 사용을 위해 연소기 케이스 접근 포트들 근처에 영구적으로 설치된 채로 남아 있을 수 있거나 수리 요원에 의해 다양한 작업 장소들로 용이하게 운반되어 재조립될 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전이부를 손상시킬 수 있는 연소기 케이스 내부 또는 외부에서 다른 터빈 구성요소들과 부주의한 전이부 접촉/충돌의 과도한 위험 없이 설치 경로를 따라 연소기 케이스 접근 포트 내로 사전 조립된 전이부들의 직접적인 정렬 및 설치를 용이하게 하는, 연소기 케이스 외부에 충분한 외부 간격을 구비한 산업용 가스 터빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반복 가능한 조작 단계들에 의해서, 바람직하게는 자동 제어 하에서, 무거운 사전 조립된 전이부들의 정렬 및 삽입을 용이하게 하는 전이부 취급 공구 및 전이부 설치 방법을 제공하는 것이다. 부가적으로, 전이부 취급 공구가 필요에 따른 사용을 위해 연소기 케이스 접근 포트들 근처에 설치되거나 수리 요원에 의해 다양한 작업 장소들로 용이하게 운반되어 이 장소들에서 재조립된 상태로 영구적으로 유지되는 것이 바람직하다.
이러한 및 다른 목적들은 산업용 가스 터빈 접근 포트 내로의 삽입 전 및 삽입 후 조립 및 기능 사양들과 부합하는 내부 구성요소들을 가지는 사전 조립된 모듈형 드롭-인 전이부 조립체에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 전이부 조립체는 이의 설치 동안 다른 터빈 구성요소들과 부주의하게 충돌하지 않는 경우 연소기 케이스 내로 삽입 후 조립 및 기능 사양들과의 부합이 유지된다. 부주의한 충돌은 연소기 케이스 근처에 연소기 서비스 구역(combustor service zone)을 가짐으로써 회피되어, 다른 터빈 시스템 구성요소들과 접촉하지 않으면서 각각의 연소기 및/또는 전이부 조립체의 대응하는 삽입 경로를 따라 이 조립체의 대응하는 접근 포트 내로 각각의 연소기 및/또는 전이부 조립체의 미끄럼 가능한 삽입을 가능하게 한다. 바람직하게는 자동 제어 하에서 연소기 서비스 구역 내의 다축 모션 전이부 취급 공구(multi-axis motion transition handling tool; THT)는 각각의 전이부에 커플링되어 삽입 경로를 따른 정밀한 정렬을 용이하게 한다. 자동 제어는 일련의 저장된 사전 결정된 조작 단계들을 실행함으로써 지속적이고 반복적인 연소기 및/또는 전이부 설치를 용이하게 한다.
본 발명의 실시예들은 전이부 조립체를 손상시키거나 이와 달리 변경시킬 수 있는 다른 터빈 구성요소들과의 충돌없이, 연소기 접근 포트를 통과하는 삽입 경로에 따른 미끄럼 가능한 삽입에 의해 산업용 가스 터빈 내에 사전 조립된 전이부 조립체를 설치하기 위한 방법을 특징으로 한다. 사전 조립된 전이부 조립체는 드롭-인 유닛으로서 설치 전에 검사될 수 있고 조립 및 기능 사양들과 부합하는 것으로 사전 인증될 수 있다. 전이부 조립체는 전동식(powered) 다축 전이부 취급 공구(THT)에 의해 삽입될 수 있는데, 이 공구의 조작은 바람직하게는 자동 제어 하에서 예측가능하게 반복될 수 있는 정렬 조작 모션을 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은 또한 삽입 경로를 따라서 접근 포트와 동축으로 정렬되는 산업용 가스 터빈 연소기 케이스 접근 포트 내에 삽입 경로를 따라서 미끄럼 가능하게 삽입되도록 구성된 사전 조립된 모듈형 드롭-인 전이부 조립체를 특징으로 한다. 전이부 조립체는 또한 전이부 취급 공구에 커플링되도록 구성된다. 전이부 조립체가 삽입 동안 다른 터빈 구성요소들과 충돌하지 않는 한, 전이부 조립체가 산업용 가스 터빈 접근 포트 내로의 삽입 전 그리고 삽입 후 조립 및 기능 사양들과 부합하는 내부 구성요소들을 갖는다. 드롭-인의, 사용 준비된 전이부 조립체는 조립 및 기능 사양들과 부합하는 것으로서 "재 인증"될 수 있어, 현장 설치 검사 절차가 반복될 필요가 없다.
본 발명의 실시예들은 또한 압축기, 연소기 및 터빈 섹션을 갖는 가스 터빈을 포함하는 산업용 가스 터빈 시스템을 특징으로 한다. 연소기 섹션은 원형 어레이로 정렬되는 각각의 대응하는 복수의 쌍들의 연소기 접근 포트들 및 이의 각각의 접근 포트와 동축으로 정렬되는 연소기 케이스 내의 각각의 대응하는 전이부 조립체 삽입 경로들을 형성하는 연소기 케이스를 갖는다. 터빈 시스템은 복수의 사전 조립된 모듈형 드롭-인 전이부 조립체들의 삽입 경로를 따라 상기 조립체들의 접근 포트 내로 미끄럼 가능하게 삽입하도록 구성된 삽입 경로들 및 대응하는 쌍들의 연소기 접근 포트들 각각에 대응하는 복수의 사전 조립된 모듈형 드롭-인 전이부 조립체들을 갖는다. 터빈 시스템은 연소기 케이스 근처에 연소기 서비스 구역을 가져서, 다른 터빈 시스템 구성요소들과 접촉하지 않고 각각의 전이부 조립체의 대응하는 삽입 경로를 따라 이 조립체의 대응하는 접근 포트 내로 각각의 전이부 조립체의 미끄럼 가능한 삽입을 가능하게 한다. 터빈 시스템은 바람직하게는 연소기 서비스 구역으로 지향되고 각각의 전이부 조립체의 각각의 삽입 경로를 따라 연소기 케이스 내로 이 조립체의 삽입을 위해, 각각의 개별적인 전이부 조립체에 커플링되도록 구성된, 전동식 다축 모션 전이부 취급 공구(THT)를 갖는다. 제어기는 바람직하게는 일련의 사전 결정된 연소기 삽입 조작 단계들에서 THT에 커플링되어 THT의 운동을 제어한다. THT의 실시예는 연소기 케이스에 대한 수직 높이를 선택적으로 변화시키기 위해, 수직 지지 컬럼 및 수직 지지 컬럼에 커플링되는 리프팅 플랫폼을 갖는다. 전이부 정렬 플랫폼은 연소기 케이스에 대해 횡방향, 축방향 및 회전 위치들을 선택적으로 변화시키기 위해 리프팅 플랫폼에 커플링된다. 전이부 그리퍼는 전이부 조립체에 커플링하기 위해, 전이부 정렬 플랫폼에 커플링된다.
본 발명의 목적들 및 특징들은 당업자에 의한 임의의 조합 또는 하위 조합적으로 또는 개별적으로 적용될 수 있다.
본 발명의 사상들은 첨부 도면들과 함께 아래의 상세한 설명을 고려함으로써 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 산업용 가스 터빈 시스템의 일 실시예의 사시도를 도시하며,
도 2는 도 1의 가스 터빈의 연소기 케이스 접근 포트에 설치된 본 발명의 사전 조립된 연소기 조립체의 일 실시예의 사시도를 도시하며,
도 3은 도 2의 사전 조립된 연소기 조립체의 측면도를 도시하며,
도 4는 도 1의 가스 터빈의 연소기 케이스 내에 설치된 도 2 및 도 3의 사전 조립된 연소기 조립체의 부분 절개도를 도시하며,
도 5는 본 발명의 산업용 가스 터빈 연소기 케이스 및 접근 포트들 및 연소기 서비스 구역의 일 실시예의 사시도를 도시하며,
도 6은 도 1의 가스 터빈 및 연소기 서비스 구역 내에 위치된 본 발명의 연소기 취급 공구(CHT)의 일 실시예의 수직 지지 컬럼들의 단부도를 도시하며,
도 7은 본 발명의 연소기 취급 공구(CHT)의 일 실시예의 사시도이며,
도 8은 도 7의 CHT의 연소기 정렬 플랫폼의 일 실시예의 정면도이며,
도 9는 도 7의 연소기 정렬 플랫폼 및 연소기 플랜지 그리퍼(flanger gripper)의 일 실시예의 사시도이며,
도 10은 도 1의 산업용 가스 터빈의 연소기 서비스 구역 내에 본 발명의 사전 조립된 연소기를 설치하는 도 7의 CHT의 정면도이며,
도 11은 본 발명의 전이부 취급 공구(THT)의 일 실시예의 사시도이며,
도 12는 도 11의 THT의 전이부 정렬 플랫폼의 일 실시예의 정면도이며,
도 13은 도 11의 THT의 전이부 정렬 플랫폼 및 전이부 플랜지 그리퍼의 일 실시예의 사시도이며,
도 14는 도 11의 THT의 전이부 플랜지 그리퍼의 축방향 사시도이며,
도 15는 도 1의 산업용 가스 터빈의 연소기 서비스 구역에 전이부를 설치하는 도 11의 THT의 측면도이다.
이해를 용이하게 하도록, 가능한 한 도면들에 공통인 동일한 요소들을 표시하기 위해 동일한 도면부호들이 사용된다.
아래 설명을 고려한 후, 당업자는 본 발명의 교시가 산업용 가스 터빈 접근 포트 내로 삽입 전 및 삽입 후 조립 및 기능 사양들에 부합하는 내부 구성요소들을 갖는 사전 조립된 모듈형 드롭-인 연소기 및/또는 전이부에 용이하게 이용될 수 있다는 것을 확실히 인식할 것이다. 연소기 및/또는 전이부 조립체는 이중 어느 하나가 이의 설치 동안 다른 터빈 구성요소들과 부주의하게 충돌하지 않는 경우 연소기 케이스 내로 삽입 후 상기 사양들과 부합되게 유지된다. 부주의한 충돌은 연소기 케이스에 근접하여 연소기 서비스 구역을 가짐으로써 회피되어, 다른 터빈 시스템의 외부 또는 내부 구성요소들과 접촉하지 않으면서 이의 대응하는 삽입 경로를 따라 이의 대응하는 접근 포트 내로 각각의 연소기 및/또는 전이부 조립체의 미끄럼 가능한 삽입을 가능하게 한다. 바람직하게는 자동 제어 하에서 연소기 서비스 구역 내의 각각의 다축 모션 연소기 또는 전이부 취급 공구는 각각의 연소기 및/또는 전이부에 커플링되어 삽입 경로를 따른 정밀한 정렬을 용이하게 한다. 자동 제어는 일련의 저장된 사전 결정된 조작 단계를 실행함으로써 지속적이고 반복적인 연소기 설치 및 제거를 용이하게 한다.
도 1은 압축기 섹션(22), 연소기 섹션(24) 및 터빈 섹션(26)을 포함하는 본 발명의 산업용 가스 터빈(20)을 도시한다. 터빈(20)은 점선으로 도시된, 연소기 서비스 구역(28)을 가지며 이 서비스 구역에서 모든 배관, 배선 등이 연소기 케이스(30) 및 연소기 조립체(40)들로의 확실한 접근을 위해 제거가능하다. 연소기 서비스 구역은 또한 전이부 설치에 이용가능하다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 각각의 연소기 조립체(40)는 중간 스풀 피스(34) 및 패스너(36, 38)들의 원형 어레이들에 의해 연소기 케이스(30) 접근 포트(32)들에 커플링되는 장착 플랜지(42)를 갖는다. 장착 플랜지(42)는 또한 도 7 내지 도 10의 연소기 취급 공구(CHT)에 커플링하기 위한 나사형성 구멍(44)을 갖는다. 연소기 조립체(40)는 사전 조립되어 연소기 케이스(30)에 설치되기 전에 조립 및 기능 사양들과의 부합에 대한 검사를 받는다. 연소기 조립체(40)를 형성하는 사전 조립된 구성요소들은 공지된 작동 및 구성의 외부에 장착된 연료 주입기들 및 기기 장치(46)를 포함한다. 연소기 바스킷(48)은 일반적으로 고리형상의 중공형 구성이며, 선회기(49A) 뿐만 아니라 벤츄리(49B) 및 연소 노즐(49C)들을 수용한다. 연소기 장착 플랜지(42) 말단에 있는 연소기 바스킷(48)의 선단(48A)은 연소기 전이부(60)의 대응하는 입구 마우스 또는 단부와 미끄럼 가능하게 정합한다. 출구 단부(62) 말단의 전이부(60)는 연소 가스들을 터빈 섹션(26)을 향하여 지향한다. 전이부 입구 마우스는 공지된 구조의 입구 지지부에 의해 지지된다. 연소기 바스킷 선단(48A) 외 주변은 일반적으로 전이부(60) 내경과 부합한다. 연소기 바스킷 외 주변(48B)은 연소기 장착 플랜지(42)로부터 연소기 바스킷 선단(48A) 까지 적어도 24 인치(600 mm)의 대략적인 축방향 길이에 비해, 대응하는 접근 포트(32) 내 주변에 대략 1 인치(25 mm)의 비교적 조밀한 반경방향 간격을 갖는다. 반경방향 간격 대 축방향 길이의 연소기 조립체(40) 비율이 비교적 작을 때(적어도 대략적으로 0.04), 접근 포트(32)와 전이부(60) 내경들 사이의 축방향 중심선에 설정되는 이의 삽입 경로에 대해 연소기의 약간의 요잉 편차는 터빈(20) 내부 구성요소들과 부주의한 연소기 조립체 접촉을 유발할 수 있다. 이 같은 임의의 내부 접촉에 의해 연소기 조립체가 정렬 및/또는 기능 사양들로부터 벗어나는 것을 유발할 수 있는 연소기 조립체(40) 손상 또는 오정렬이 부주의하게 유발할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈(20)에서, 도 1 및 도 5 둘다에 도시된, 개방되고 복잡하지 않은 연소기 서비스 구역(28)은 삽입 경로를 따라 접근 포트(32) 내로 정렬되는 동안 연소기 조립체(40) 손상을 방지한다. 서비스 구역(28)에서 터빈 외부 구성요소들이 연소기 조립체 조정과 간섭하지 않는다. 그러나, 위에서 지적한 바와 같이, 연소기 케이스(30) 내로의 연소기 조립체(40) 삽입 동안 원하는 삽입 경로로부터의 요잉 오정렬 편차들이 손상을 일으킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 가스 터빈(20)과 관련되는 연소기 서비스 구역(28)에서 이의 대응하는 연소기 케이스 접근 포트(32) 내로의 비교적 무거운 연소기 조립체(40)의 적절한 정렬 및 삽입을 용이하게 하는 도 6 내지 도 10에 도시된, 연소기 취급 공구(CHT)(80)를 포함한다. CHT(80)는 연소기 케이스(30)의 우측 및 좌측 지지 컬럼(84) 상의 연소기 조립체들을 서비스하기 위한, 연소기 케이스(30)의 좌측 상의 연소기 조립체들을 서비스하기 위한, 강성 우측 지지 컬럼(82)을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 개별 경상(mirror image) 연소기 취급 공구들은 각각의 우측 및 좌측 지지 컬럼(82, 84)들의 전용이지만, 터빈(20)의 어느 한 측면 상에 사용하기 위한 CHT 구성요소들을 공유하는 것도 가능하다.
도 7의 사시도에 도시된 바와 같이, 우측 컬럼(82)에 대한 CHT(80)가 도시된다. 경상은 좌측 컬럼에 부착될 수 있다. 우측 지지 컬럼(82)은 기초 장착 판(83)에 의해 터빈(20) 패드 플로어 구조물들에 선택적으로 또는 영구적으로 커플링된다. 현장 서비스에 대해 CHT(80) 및 이의 지지 컬럼(82)을 설비마다 이동시키는 것이 가능하지만 하나 이상의 CHT가 설비에 영구적으로 남겨 두는 것이 바람직하다. 모터식 또는 유압식 크레인 드라이브(86)는 컬럼(82)에 부착되어 다축 CHT(80)를 이동시키기 위한 동력을 제공한다. 크레인 드라이브(86)는 제어기(87)의 제어 하에 있다. 대안적으로, CHT(80)의 모션의 각각의 범위 또는 모션 범위들의 클러스터(cluster)들은 제어기(87) 또는 복수의 상호-통신 제어기들의 제어하에서 개별 드라이브들에 의해 구동될 수 있다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 리프팅 플랫폼(88)은 Z-축선(도시됨)으로 CHT 수직 승강 모션을 제공한다. 연소기 정렬 플랫폼(90)은 제 1 슬라이더(92), 제 2 슬라이더(94), 및 제 3 슬라이더(96)에 의해 우-좌측(Y 축선) 총 모션을 제공한다. 연소기 케이스 접근 포트(32) 내로의 연소기 조립체(40)의 삽입을 위한 전-후방(X 축선) 총 모션은 제 4 및 제 5 슬라이더(106, 108)들에 의해 용이하게 된다. 예를 들면, 삽입 경로(I)를 따라 접근 포트(32) 및 전이부(60) 내에서 최종 연소기 조립체(40)를 동심으로 센터링하기 위해, 미세 연소기 조립체(40) 이동을 위한 미세한 병진 운동 모션은 Z 축선에서 슬라이더(110) 및 Y 축선에서 슬라이더(112)에 의해 제공된다. CHT(80)는 또한 3개의 좌표 축선에 중심으로 한 회전 운동을 용이하게 한다. 터릿 어셈블리(100)는 Z 축선을 중심으로 한 팬 또는 스위프 회전을 제공하고, 터릿 조립체(104)는 Y 축선을 중심으로 한 기울기 또는 경사/편위 회전을 제공하며, 허브(114)는 (예를 들면 패스너(38)들의 후속하는 삽입을 위해 연소기 허브(42) 볼트 패턴과 스풀 피스(34)의 볼트 패턴을 정렬하기 위해) X 축선을 중심으로 한 회전을 제공한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 허브(114)는 나사 형성 패스너들을 구비한 연소기 장착 플랜지(42) 내의 구멍(44)으로 커플링되는 복수의 그리퍼(120)들을 유지한다. 예로서 장착 플랜지(42), 정합 키들/키웨이(keyway)들, 또는 핀/구멍들, 등에서 유압 -기계식 또는 전자-기계식 그리퍼 클로(claw)들 및 정합 구조물을 포함하는, 다른 타입들의 공지된 기계적 커플링 장치들은 장착 플랜지(42) 내의 나사 형성 패스너들 및 구멍(44)들을 대체할 수 있다. 도 10에서, CHT(80)는 연소기 조립체(40)를 연소기 접근 포트(32A) 내로 삽입하고 있다, 즉 연소기 케이스(30) 내에서 대략적으로 1시 반경 방향 위치로 지향된다(또한 도 5 참조). CHT(80)는 연소기 바스킷(48) 또는 다른 연소기 조립체 구성요소들이 연소기 케이스(30) 내의 다른 터빈 구성요소들과 부주의하게 충돌하지 않으면서 삽입 경로(I)와 연소기 조립체(40)를 동심으로 정렬하는데, 이 삽입 경로는 접근 포트(32A) 및 대기하는 대응 전이부(60) 내로 연소기 조립체를 삽입하는 것이 필요하다.
앞에서 지적된 바와 같이, CHT(80) 모션은 프로그램 가능한 로직 제어기 또는 프로세서 및 저장된 명령 세트에 접근하는 작동 시스템을 이용하는 개인용 컴퓨터일 수 있는 제어기(87)에 의해 제어된다. 제어기(87)는 바람직하게는 연소기 조립체(40)들을 CHT의 범위 내에서 각각의 개별 터빈 접근 포트(32)과 정렬하여 삽입하기 위해 요구된 CHT(80) 모션 명령들의 세트를 저장한다. 예를 들면, 도 10에서, CHT(80)는 모든 연소기 조립체(40)를 터빈(20)의 우측 상의 접근 포트들 내로 삽입할 수 있으며, 좌측 지지 컬럼(84)에 커플링된 경상 CHT는 연소기 조립체(40)를 터빈(20)의 좌측 상의 접근 포트(32) 내로 삽입한다. 제어기(87)에 저장된 모션 명령 세트들은 가상 및/또는 실제 CHT(80) 다축 조작으로부터 유도된다. 연소기 케이스 접근 포트(32)들 내에 연소기 조립체(40)들을 성공적으로 정렬하고 설치하고/빼내는 모션 명령 세트는 제어기(87)에 저장되고 다른 제어기들로 다운로드될 수 있다. 필요하다면, 개별 모션 명령 세트들은 상이한 가스 터빈 설치들에서 요구된 정렬 편차들에 부합하도록 수정될 수 있다. 제어기(87)는 연소기 조립체 설치의 원격 모니터링을 위해 그리고 업데이트된 또는 새로운 모션 명령 세트들의 수용을 위해 발전소 근거리 통신망 또는 인터넷과 같은 통신망(87A)으로 유선 또는 무선 통신될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도 11 내지 도 15에 도시된, 전이부 취급 공구(THT)(150)를 포함하며 이 THT는 가스 터빈(20)과 관련되는 연소기 서비스 구역(28) 내의 비교적 무겁고 길고 얇은 전이부 조립체(60)를 이의 대응하는 연소기 케이스 접근 포트(32)로의 적절한 정렬 및 삽입을 용이하게 한다. THT(150) 및 CHT(80)는 연소기 케이스(30)의 우측 상의 전이부 및/또는 연소기 조립체들을 서비스하기 위해 동일한 우측 지지 컬럼(82) 및 연소기 케이스(30)의 좌측 상의 전이부 및/또는 연소기 조립체들을 서비스하기 위해 좌측 지지 컬럼(84)을 공유한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 별개의 경상 연소기 및/또는 전이부 취급 공구들은 각각의 우측 및 좌측 지지 컬럼(82, 84)에 전용이지만, 터빈(20)의 어느 한 측 상에서의 사용을 위해 THT 또는 CHT 구성요소들을 공유하는 것도 가능하다.
도 11의 사시도에 도시된 바와 같이, 우측 컬럼(82)에 대한 THT(150)가 도시된다. 경상이 좌측 컬럼에 부착될 수 있다. 우측 지지 컬럼(82)은 기초 장착판(83)에 의해 터빈(20) 패드 플로어 구조물에 선택적으로 또는 영구적으로 커플링될 수 있다. THT(150) 및 이의 지지 컬럼(82)을 현장 서비스를 위해 설비마다 이동하는 것이 가능하지만, 설비에 하나 이상의 THT를 영구적으로 남겨 두는 것이 바람직하다. 모터 구동식 또는 유압식 크레인 드라이브(86)는 컬럼(82)에 부착되어 다축 THT(150)를 이동시키기 위한 동력을 제공한다. 크레인 드라이브(86)는 제어기(87)의 제어 하에 있다. 대안적으로, THT(150)의 모션의 각각의 범위 또는 모션 범위들의 클러스터들은 제어기(87)의 제어 하에서 개별 드라이브들 또는 복수의 상호-통신 제어기들에 의해 구동될 수 있다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 리프팅 플랫폼(88)은 Z 축선(도시됨)으로 THT 수직 승강 모션을 제공한다. 연소기/전이부 정렬 플랫폼(90)은 제 1 슬라이더(92), 제 2 슬라이더(94), 및 제 3 슬라이더(96)에 의한 좌-우(Y 축선) 총 모션을 제공한다. 연소기 케이스 접근 포트(32) 내로의 전이부 조립체(60)의 삽입을 위한 전-후(X 축선) 총 모션은 제 1 및 제 2 THT 슬라이더(152, 154)들에 의해 용이하게 된다. 예를 들면 다른 터빈 외부 구성요소들 또는 THT의 자체 컴포너트와의 전이부 접촉을 회피하기 위해 연소기 서비스 구역(28) 내의 최종 전이부 조립체(60) 운동을 위한 미세 병진 운동 모션은 Z 축선 내의 제 3 THT 슬라이더(156), Y 축선 내의 제 4 THT 슬라이더(158), 및 X 축선 내의 제 5 THT 슬라이더(160)에 의해 제공된다. THT(150)는 또한 3개의 좌표 축선들을 중심으로 한 회전 운동을 용이하게 한다. 터릿 조립체(100)는 Z 축선을 중심으로 한 팬 또는 스위프 회전을 제공하며, 터릿 조립체(104)는 Y 축선을 중심으로 한 기울기 또는 경사/편위 회전을 제공하며, THT 허브(162)는 X 축선을 중심으로 한 회전을 제공한다. 전이부 조립체(60)가 연소기 케이스(30) 내로의 최종 삽입을 위해 접근 포트(32)와 대략적으로 위치 정렬되면, 제 6 및 제 7 THT 슬라이더(164, 166)들이 삽입 경로(I)를 따라 접근 포트(32) 내에 전이 조립체(60)를 동심으로 정렬하고 센터링하는 동안, THT 허브(162)가 접근 포트(32)에 대해 전이부(60)의 회전 정렬을 용이하게 한다. 연소기 케이스(30) 내로의 전이부 조립체(60)의 최종 삽입은 이제 THT 슬라이더들 및/또는 회전 축선들 중 하나 또는 둘 이상의 병진 운동에 의해 완료될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 회전 허브(162)/THT 제 6 및 제 7 슬라이더(164, 166)들은 전이부(60)의 입구 마우스 단부에 있는 반경 방향 플랜지에 커플링되는 전이부 그리퍼(170)를 보유한다. 전이부 그리퍼(170)는 전이부(60) 입구 방사상 플랜지에 맞닿아 축방향으로 접하는 받침판(172)을 갖는다. 외부 클로(173)는 전이부 입구 플랜지가 내부 그리퍼 클로(174, 176)들과 동심의 반경 방향 정렬을 억제한다. 내부 그리퍼 클로(174, 176)들은 전이부(60) 입구 플랜지의 내경과의 맞물림을 위한 플랜지형 립을 갖는다. 그리퍼 클로(174)들은 고정되는 반면, 그리퍼 클로(176)는 전이부(60) 입구 플랜지와의 맞물림을 위해 공지된 유압, 공기압 또는 모터식 기구(도시 안됨)의 제어 하에서 반경 방향으로 왕복 운동한다. 예를 들면 전이부(60) 입구 플랜지에 있는 나사 형성 패스너들 및 통공(44)들을 포함하고 키들/키웨이들 또는 핀들/구멍들 등과 정합하는 다른 타입의 공지된 기계적 커플링 장치들이 그리퍼 클로(173, 174, 176)들을 대체할 수 있다. 도 15에서, THT(150)는 연소기 케이스(30) 내의 대락적으로 1시 반경 방향 위치(또한 도 5 참조)로 지향되는 연소기 접근 포트(32A) 내로 전이부 조립체(60)를 삽입하고 있다. THT(150)는 전이부 조립체(60)를 삽입 경로(I')와 동심으로 정렬하는데, 이는 연소기 케이스(30) 내의 다른 터빈 구성요소들과 전이부 조립체의 부주의한 충돌 없이, 접근 포트(32A) 내로의 삽입을 용이하게 한다.
앞에서 언급된 바와 같이, THT(150) 모션들은 제어기(87)에 의해 제어되는데, 이 제어기는 저장된 명령 세트에 접근하는 작동 시스템 및 프로세서를 이용하는 퍼스널 컴퓨터 또는 프로그램 가능한 로직 제어기일 수 있다. 제어기(87)는 바람직하게는 THT의 범위 내에서 각각의 개별 터빈 접근 포트(32)들 내에 있는 연소기 전이부 조립체(60)들을 정렬하여 삽입하기 위해 요구된 한 세트의 THT(150) 모션 명령들을 저장한다. 예를 들면, 도 15에서, THT(150)는 터빈(20)의 우측 상에 있는 접근 포트들 내로 하나 또는 둘 이상의 전이부 조립체(60)를 삽입할 수 있으며, 좌측 지지 컬럼(84)에 커플링되는 경상 THT는 하나 또는 둘 이상의 전이부 조립체(60)들을 터빈(20)의 좌측 상의 접근 포트(32) 내로 삽입한다. 제어기(87) 내에 저장된 모션 명령 세트들은 가상 및/또는 실제 THT(150) 다축 조작으로부터 유도된다. 연소기 케이스 접근 포트(32) 내에 하나 또는 둘 이상의 전이부 조립체(60)를 성공적으로 정렬 및 설치/철회하는 모션 명령 세트는 제어기(87) 내에 저장되고 다른 제어기들에 다운로딩될 수 있다. 필요한 경우, 개별 모션 명령 세트들은 상이한 가스 터빈 설치시 요구된 정렬 편차들에 순응하도록 수정될 수 있다. 제어기(87)는 연소기 조립체 설치의 원격 모니터링을 위해 그리고 업데이트된 또는 새로운 모션 명령 세트들의 수용을 위해 발전소 근거리 통신망 또는 인터넷과 같은 통신망(87A)과 유선 또는 무선 통신될 수 있다.
본 발명의 교시들을 포함하는 다양한 실시예들이 본원에서 상세하게 도시되고 설명되었지만, 당업자는 이러한 교시들을 여전히 포함하는 많은 다른 변형된 실시예들을 쉽게 창안할 수 있다. 본 발명은 상세한 설명에 기재되거나 도면들에 예시된 구성요소들의 배열 및 구성의 예시적인 실시예의 세부사항들에 대한 본 발명의 적용에 제한되지 않는다. 본 발명은 다양한 방식들로 실현되거나 실행될 수 있는 다른 실시예들을 가질 수 있다. 또한, 본원에 사용되는 어법 및 기술 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한으로서 간주하지 않아야 함이 이해되어야 한다. 본원에서의 "포함하는(including)", "포함하는(comprising)" 또는 "갖는(having)" 그리고 이들의 파생어들의 사용은 이들 이후에 열거되는 항목들 그리고 이들의 등가물들뿐만 아니라 부가적인 항목들을 포함하는 것을 의미한다. 달리 명시되거나 제한되지 않는다면, 용어들 "장착되는", "연결되는", "지지되는" 및 "커플링되는" 그리고 이들의 파생어들은 광의적으로 사용되며 직접 및 간접적인 장착들, 연결들, 지지들 및 커플링들을 포함한다. 또한, "연결되는"과 "커플링되는"은 물리적이거나 기계적인 연결들 또는 커플링들로 제한되지 않는다.

Claims (19)

  1. 산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체(transition assembly)를 설치하는 방법으로서,
    연소기 접근 포트 및 상기 접근 포트와 동축으로 정렬되는 전이부 삽입 경로를 가지는 연소기 케이스를 구비한 산업용 가스 터빈을 제공하는 단계;
    상기 연소기 접근 포트를 통하여 상기 연소기 케이스 내로 미끄럼 가능하게 삽입되도록 구성된 사전 조립된 모듈형 드롭-인 전이부 조립체(preassembled modular drop-in transition assembly)를 제공하는 단계; 및
    상기 전이부 조립체를 다른 커빈 구성요소들과 충돌시키지 않으면서 상기 삽입 경로를 따라 상기 접근 포트 내로 미끄럼 가능하게 삽입하는 단계를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체를 설치하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 삽입하는 단계 전에 조립 및 기능 사양들과의 부합에 관해 상기 전이부 조립체를 검사하는 단계 및 상기 삽입하는 단계 후 상기 조립 사양들을 유지하는 단계를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체를 설치하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전이부 조립체에 커플링되는 전동식 다축 모션 전이부 취급 공구에 의해 상기 삽입 단계를 수행하는 단계를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체를 설치하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    일련의 사전 결정된 전이부 삽입 조작 단계들을 가지는 제어기에 의해 상기 전이부 취급 공구를 자동적으로 제어하는 단계를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체를 설치하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전이부 취급 공구에 의해 상기 가스 터빈 내에 복수의 전이부 조립체들을 설치하는 단계를 포함하며, 각각의 개별적인 상기 전이부는 일련의 사전-결정된 전이부 삽입 조작 단계들을 가지는,
    산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체를 설치하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전이부 조립체에 커플링된 전동식 다축 모션 전이부 취급 공구에 의해 상기 삽입 단계를 수행하는 단계를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체를 설치하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    일련의 사전-결정된 전이부 삽입 조작 단계들을 가지는 제어기에 의해 상기 전이부 취급 공구를 자동적으로 제어하는 단계를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체를 설치하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전이부 취급 공구에 의해 상기 가스 터빈 내에 복수의 전이부 조립체를 설치하는 단계를 포함하며,
    각각의 개별적인 상기 전이부는 일련의 사전-결정된 전이부 삽입 조작 단계들을 가지는,
    산업용 가스 터빈 내에 전이부 조립체를 설치하는 방법.
  9. 접근 포트와 동축으로 정렬되는 삽입 경로를 따라 상기 접근 포트를 통과하는 가스 터빈 연소기 케이스 내로 미끄럼 가능하게 삽입되도록 구성된 사전 조립된 모듈형 드롭-인 전이부 조립체로서,
    상기 전이부 조립체는 전이부 취급 공구에 커플링되도록 구성된 입구 및 상기 연소기 케이스 내에 커플링되도록 구성된 출구를 가지며, 상기 전이부 조립체는 상기 전이부 조립체가 삽입 동안 다른 터빈 구성요소들과 충돌하지 않는 한, 산업용 가스 터빈 접근 포트 내로의 삽입 전 및 삽입 후 조립 및 기능 사양들과 부합되는 내부 구성요소들을 가지는,
    사전 조립된 모듈형 드립-인 전이부 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    삽입 경로를 따라 가스 터빈 연소기 접근 포트 내로 상기 전이부 조립체의 삽입을 위해 전이부 취급 공구에 커플링되도록 구성되는 장착 플랜지를 가지는,
    사전 조립된 모듈형 드립-인 전이부 조립체.
  11. 산업용 가스 터빈 시스템으로서,
    압축기 섹션, 연소기 섹션 및 터빈 섹션을 가지는 가스 터빈으로서,
    상기 연소기 섹션은 원형 어레이로 정렬되는 각각의 대응하는 복수 쌍들의 연소기 접근 포트들을 형성하는 연소기 케이스 및 그 각각의 접근 포트와 동축으로 정렬되는 연소기 케이스 내의 대응하는 각각의 전이부 조립체 삽입 경로들을 가지는, 가스 터빈;
    대응하는 쌍들의 연소기 접근 포트들 및 그 삽입 경로를 따라 그 접근 포트 내로 미끄럼 가능하게 삽입되도록 구성된 삽입 경로들에 대응하는 복수의 사전 조립된 모듈형 드롭-인 전이부 조립체; 및
    다른 터빈 시스템 구성요소들과 접촉하지 않으면서, 그 대응하는 삽입 경로를 따라 그 대응하는 접근 포트 내로 각각의 전이부 조립체가 미끄럼 가능하게 삽입되도록 하는, 상기 연소기 케이스에 근접한 연소기 서비스 구역을 포함하는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    각각의 전이부 조립체는 상기 전이부 조립체가 삽입 동안 다른 터빈 시스템 구성요소들과 충돌하지 않는 한, 산업용 가스 터빈 접근 포트 내로의 삽입 전 및 삽입 후 조립 및 기능 사양들과 부합하는 내부 구성요소들을 가지는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전이부 조립체의 각각의 삽입 경로를 따라 상기 연소기 케이스 내로 상기 전이부 조립체의 삽입을 위해 각각의 개별적인 전이부 조립체에 커플링되도록 구성된, 상기 연소기 서비스 구역으로 배향된 전동식 다축 모션 전이부 취급 공구를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전이부 취급 공구에 커플링되어 일련의 사전-결정된 전이부 조립체 삽입 조작 단계들로 상기 전이부 취급 공구의 운동을 제어하는 제어기를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전이부 취급 공구는:
    수직 지지 컬럼;
    상기 연소기 케이스에 대해 수직 고도를 선택적으로 변화시키기 위해, 상기 수직 지지 컬럼에 커플링되는 리프팅 플랫폼;
    상기 연소기 케이스에 대해 횡방향, 축방향 및 회전 위치들을 선택적으로 변화시키기 위해, 상기 리프팅 플랫폼에 커플링되는 연소기 정렬 플랫폼; 및
    상기 전이부에 커플링하기 위해, 상기 연소기 정렬 플랫폼에 커플링되는 전이부 그리퍼를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 전이부 조립체의 각각의 삽입 경로를 따라 상기 연소기 케이스 내로 상기 전이부 조립체의 삽입을 위해서, 각각의 개별적인 전이부 조립체에 커플링되도록 구성된, 상기 연소기 서비스 구역으로 배향된 전동식 다축 모션 전이부 취급 공구를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전이부 취급 공구에 커플링되어 일련의 사전-결정된 전이부 조립체 삽입 조작 단계들로 상기 전이부 취급 공구의 운동을 제어하는 제어기를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전이부 취급 공구는:
    수직 지지 컬럼;
    상기 연소기 케이스에 대해 수직 고도를 선택적으로 변화시키기 위해, 상기 수직 지지 컬럼에 커플링된 리프팅 플랫폼;
    상기 연소기 케이스에 대해 횡방향, 축방향 및 회전 위치들을 선택적으로 변화시키기 위해, 상기 리프팅 플랫폼에 커플링된 전이부 정렬 플랫폼; 및
    상기 전이부 조립체에 커플링하기 위해, 상기 전이부 정렬 플랫폼에 커플링된 전이부 그리퍼를 포함하는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전이부 조립체는 삽입 경로를 따라 가스 터빈 연소기 접근 포트 내로 상기 전이부 조립체의 삽입을 위해 상기 전이부 그리퍼에 커플링되도록 구성되는 장착 플랜지를 가지는,
    산업용 가스 터빈 시스템.
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