KR20240068343A - 압축기 리그 시험장치 및 베어링 씰링 공기 공급 제어방법 - Google Patents

압축기 리그 시험장치 및 베어링 씰링 공기 공급 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 압축기 리그 시험장치는, 압축기, 연소기, 터빈을 포함하는 가스 터빈; 상기 가스 터빈에 의해 회전되는 압축기 리그; 상기 압축기 리그의 제1샤프트를 지지하는 복수의 베어링; 상기 가스 터빈의 압축기에서 토출되는 공기를 냉각하여 상기 터빈으로 공급하는 열교환기; 상기 복수의 베어링으로 샵 에어(Shop air)를 공급하는 유로에 구비되는 제1밸브; 상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 유로에서 바이패스되어 상기 복수의 베어링으로 저압 블리드 공기를 공급하는 바이패스유로에 구비되는 제2밸브; 및 상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 제3밸브를 포함한다.

Description

압축기 리그 시험장치 및 베어링 씰링 공기 공급 제어방법{Compressor rig test apparatus and controlling method for supplying seal air to bearings}
본 발명은 압축기 리그 시험장치 및 베어링 씰링 공기 공급 제어방법에 관한 것이다.
가스 터빈은 압축기와 연소기와 터빈으로 구성된다. 공기 흡입구로 흡입된 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온 고압의 압축 공기가 되며, 연소기에서 이 압축 공기에 연료를 공급해서 연소시키고 고온 고압의 연소 가스가 터빈을 구동하고 이 터빈에 연결된 발전기를 구동한다. 터빈은 차실 내에 복수의 고정날개 및 회전날개가 교대로 배치되어 있고, 연소 가스에 의해 회전날개를 구동함으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동한다. 그리고 터빈을 구동한 연소 가스는 디퓨저에 의해 정압으로 변환된 후 대기로 방출된다.
이와 같이 구성되는 터빈에서 복수의 회전날개가 고정되는 터빈 축은 입구 차실 측과 배기 차실 측에서 각각 베어링부에 의해 케이싱에 회전 가능하게 지지된다. 이 경우, 각 베어링부에는 윤활유가 공급됨과 동시에, 공급한 윤활유가 베어링부에서 유출되지 않도록 이 베어링부의 부근에 다단의 밀봉 링이 마련되어 있다. 그리고 압축기에서 추출한 씰링 공기(seal air)를 밀봉 링에 공급함으로써, 베어링부로부터의 윤활유의 누출을 억제함과 동시에, 베어링부로의 고온 가스의 침입을 억제하고 있다.
종래의 가스 터빈에서는 압축기에서 추출한 씰링 공기를 밀봉 링에 공급함으로써, 베어링부로부터의 윤활유의 누출을 억제함과 동시에, 베어링부로의 고온 가스의 침입을 억제하고 있다. 그런데 가스 터빈을 정지했을 때는 압축기도 정지하기 때문에, 압축기에서 씰링 공기를 위한 압축 공기를 추기할 수 없다. 따라서 밀봉 링에 씰링 공기를 공급하지 못하며, 주변의 고온 가스가 베어링부 내에 침입하거나 베어링부 내의 윤활유가 외부로 누설할 우려가 있고, 가스 터빈의 정지 후에는 베어링부의 윤활유가 가열되어 버린다. 그러면, 베어링부에 공급되어 있는 윤활유가 탄화되어 고형화하고 밀봉 링의 씰링면에 윤활유의 탄화물이 부착되어, 이 탄화물이 터빈 축과 접촉함으로써 진동이 발생할 우려가 있다.
또한, 터빈 냉각공기용 외부 열교환기를 갖는 가스 터빈을 활용하여 압축기 리그를 시험할 때, 입구 감압이 커질수록 베어링 씰링 공기 필요량은 통상적인 샵 에어(shop air) 공급 용량보다 더 증가하게 된다. 그래서, 별도의 씰링 공기 소스(source)를 확보하지 않으면, 저압 블리드 압력이 필요한 수준까지 확보되기 전까지는 메인 유로로의 누유 발생을 피할 수 없게 되어 압축기 리그 메인 유로 오염으로 이어질 수 있다.
일본 특허공보 제5523990호(2014.04.18. 등록)
본 발명은 터빈 냉각공기용 외부 열교환기를 갖는 가스 터빈을 활용하여 압축기 리그를 시험할 때, 압축기 풀 매핑(full mapping)을 위해 입구 감압 조건 운전 중 메인 유로로의 누유 발생을 방지할 수 있도록 전단 베어링 씰링 공기를 운전 상태별로 공급 소스를 다변화하여 공급함으로써 효과적인 베어링 씰링 제어를 구현하는 압축기 리그 시험장치 및 베어링 씰링 공기 공급 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압축기 리그 시험장치는, 압축기, 연소기, 터빈을 포함하는 가스 터빈; 상기 가스 터빈에 의해 회전되는 압축기 리그; 상기 압축기 리그의 제1샤프트를 지지하는 복수의 베어링; 상기 가스 터빈의 압축기에서 토출되는 공기를 냉각하여 상기 터빈으로 공급하는 열교환기; 상기 복수의 베어링으로 샵 에어(Shop air)를 공급하는 유로에 구비되는 제1밸브; 상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 유로에서 바이패스되어 상기 복수의 베어링으로 저압 블리드 공기를 공급하는 바이패스유로에 구비되는 제2밸브; 및 상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 제3밸브를 포함한다.
상기 압축기 리그 시험장치는 상기 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 기동시와 정지중에, 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하고, 가속중에는 상기 열교환기 후단 공기를 씰링 공기로서 상기 복수의 베어링으로 공급하며, 부하 운전중에는 저압 블리드 공기를 씰링 공기로서 상기 복수의 베어링으로 공급하도록 제어할 수 있다.
상기 압축기 리그의 제1샤프트는 상기 가스 터빈의 제2샤프트와 커플링에 의해 결합될 수 있다.
상기 복수의 베어링은 상기 제1샤프트의 일단부에 설치되는 쓰러스트 베어링과, 상기 압축기 리그의 전단에서 상기 제1샤프트에 설치되는 프런트 베어링과, 상기 압축기 리그의 후단에서 상기 제1샤프트에 설치되는 리어 베어링을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 기동시와 정지중에, 상기 제1밸브를 개방하여 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 공급하고, 가속중에는 상기 제3밸브를 개방하여 상기 열교환기 후단 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하며, 부하 운전중에는 제2밸브를 개방하여 저압 블리드 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하도록 제어할 수 있다.
상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 저압 블리드 유로에 구비되는 저압 블리드오프밸브와, 상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 중압 블리드 유로에 구비되는 중압 블리드오프밸브와, 상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 중압 블리드 유로에 구비되는 중압 블리드오프밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 압축기 리그 시험장치는 상기 열교환기 후단에 설치되어 열교환기에 의해 냉각된 공기의 압력을 측정하는 냉각공기 압력센서와, 상기 압축기 리그의 저압 유로에 설치되어 저압 유로의 공기 압력을 측정하는 저압 압력센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 가속중에, 상기 냉각공기 압력센서에 의해 측정되는 열교환기 토출 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 상기 제3밸브를 개방하여 상기 열교환기 후단 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하고, 부하 운전중에, 상기 저압 압력센서에 의해 측정되는 저압 블리드 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 상기 제2밸브를 개방하여 저압 블리드 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법은, 압축기, 연소기, 터빈을 포함하는 가스 터빈과, 상기 가스 터빈에 의해 회전되는 압축기 리그와, 상기 압축기 리그의 제1샤프트를 지지하는 복수의 베어링과, 상기 가스 터빈의 압축기에서 토출되는 공기를 냉각하여 상기 터빈으로 공급하는 열교환기를 포함하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법으로서, 상기 가스 터빈의 기동시에, 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하는 단계; 상기 가스 터빈의 가속중에, 상기 열교환기 후단 공기를 씰링 공기로서 상기 복수의 베어링으로 공급하는 단계; 상기 가스 터빈의 부하 운전중에, 저압 블리드 공기를 씰링 공기로서 상기 복수의 베어링으로 공급하도록 제어하는 단계; 및 상기 가스 터빈의 정지중에, 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하는 단계를 포함한다.
상기 압축기 리그 시험장치는 상기 복수의 베어링으로 샵 에어(Shop air)를 공급하는 유로에 구비되는 제1밸브와, 상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 유로에서 바이패스되어 상기 복수의 베어링으로 저압 블리드 공기를 공급하는 바이패스유로에 구비되는 제2밸브와, 상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 제3밸브를 포함할 수 있다.
상기 복수의 베어링은 상기 제1샤프트의 일단부에 설치되는 쓰러스트 베어링과, 상기 압축기 리그의 전단에서 상기 제1샤프트에 설치되는 프런트 베어링과, 상기 압축기 리그의 후단에서 상기 제1샤프트에 설치되는 리어 베어링을 포함할 수 있다.
상기 가스 터빈의 기동시와 정지중에, 상기 제1밸브를 개방하여 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 공급하고, 상기 가스 터빈의 가속중에는, 상기 제3밸브를 개방하여 상기 열교환기 후단 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하며, 상기 가스 터빈의 부하 운전중에는, 제2밸브를 개방하여 저압 블리드 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
상기 가스 터빈의 가속중에, 상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 유량조절밸브에 의해 유량을 조절할 수 있다.
상기 압축기 리그 시험장치는 상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 저압 블리드 유로에 구비되는 저압 블리드오프밸브와, 상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 중압 블리드 유로에 구비되는 중압 블리드오프밸브와, 상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 중압 블리드 유로에 구비되는 중압 블리드오프밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 압축기 리그 시험장치는 상기 열교환기 후단에 설치되어 열교환기에 의해 냉각된 공기의 압력을 측정하는 냉각공기 압력센서와, 상기 압축기 리그의 저압 유로에 설치되어 저압 유로의 공기 압력을 측정하는 저압 압력센서를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 터빈의 가속중에, 상기 냉각공기 압력센서에 의해 측정되는 열교환기 토출 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 상기 제3밸브를 개방하여 상기 열교환기 후단 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하고, 상기 가스 터빈의 부하 운전중에, 상기 저압 압력센서에 의해 측정되는 저압 블리드 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 상기 제2밸브를 개방하여 저압 블리드 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
상기한 본 발명의 압축기 리그 시험장치 및 베어링 씰링 공기 공급 제어방법에 의하면, 터빈 냉각공기용 외부 열교환기를 갖는 가스 터빈을 활용하여 압축기 리그를 시험할 때, 압축기 풀 매핑(full mapping)을 위해 입구 감압 조건 운전 중 메인 유로로의 누유 발생을 방지할 수 있도록 전단 베어링 씰링 공기를 운전 상태별로 공급 소스를 다변화하여 공급함으로써 효과적인 베어링 씰링 제어를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 리그 시험장치의 시스템 구성도이다.
도 2는 제어부 관련 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 리그 시험장치의 시스템 구성도이고, 도 2는 제어부 관련 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 리그 시험장치(100)는, 압축기(121), 연소기(123), 터빈(125)을 포함하는 가스 터빈(120), 가스 터빈에 의해 회전되는 압축기 리그(110), 압축기 리그의 제1샤프트(141)를 지지하는 복수의 베어링, 가스 터빈의 압축기(121)에서 토출되는 공기를 냉각하여 터빈(125)으로 공급하는 열교환기(130), 압축기 리그에서 복수의 베어링으로 샵 에어(Shop air)를 공급하는 유로에 구비되는 제1밸브(171), 압축기 리그(110)에서 배기 스택(190)으로 연결되는 유로에서 바이패스되어 복수의 베어링으로 저압 블리드 공기를 공급하는 바이패스유로에 구비되는 제2밸브(172), 및 열교환기(130)에서 냉각된 공기를 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 제3밸브(173)를 포함한다.
가스 터빈(120)은 압축기(121), 연소기(123), 터빈(125)을 포함한다. 압축기(121)는 방사상으로 설치된 다수의 블레이드와 다수의 베인을 구비한다. 압축기(121)는 블레이드를 회전시키며, 블레이드의 회전에 의해 공기가 압축되면서 이동한다. 블레이드의 크기 및 설치 각도는 설치 위치에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 압축기(121)는 터빈(125)과 제2샤프트(142)에 의해 연결되어, 터빈(125)에서 발생되는 동력의 일부를 전달받아 블레이드의 회전에 이용할 수 있다.
압축기(121)에서 압축된 공기는 연소기(123)로 이동한다. 연소기(123)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버와 연료 노즐 모듈을 포함한다.
터빈(125)은 기본적으로는 압축기(121)의 구조와 유사하다. 즉, 터빈(125)에도 압축기의 압축기 로터 디스크와 유사한 복수의 터빈 로터 디스크가 구비된다. 터빈 로터 디스크 역시, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드를 포함한다. 터빈 블레이드 역시 도브테일 등의 방식으로 터빈 로터 디스크에 결합될 수 있다. 아울러, 터빈 로터 디스크의 블레이드의 사이에도 하우징에 고정되는 터빈 베인이 구비되어, 블레이드를 통과한 연소 가스의 흐름 방향을 가이드하게 된다.
압축기 리그(110, Compressor rig)는 가스 터빈(120)과 샤프트(140)에 의해 연결되어 가스 터빈(120)에 의해 회전하면서 외부 공기를 압축할 수 있다. 그래서, 압축기 리그(110)는 가스 터빈(120)에 대해 부하로서 작용하므로, 부하 압축기라고도 할 수 있다.
압축기 리그(110)도 제1샤프트(141)에 다단으로 장착된 다수의 블레이드와 다수의 베인을 구비한다. 그래서, 압축기 리그(110)로 유입되는 외부 공기는 다수의 블레이드를 지나면서 상대적으로 저압에서 고압으로 압축될 수 있다.
압축기 리그(110)의 제1샤프트(141)와 가스 터빈(120)의 제2샤프트(142)는 커플링(150)에 의해 결합되어 샤프트(140)를 구성할 수 있다.
압축기 리그(110)의 제1샤프트(141)를 지지하는 복수의 베어링은 제1샤프트(141)의 일단부에 설치되는 쓰러스트 베어링(161)과, 압축기 리그(110)의 전단에서 제1샤프트(141)에 설치되는 프런트 베어링(163)과, 압축기 리그(110)의 후단에서 제1샤프트(141)에 설치되는 리어 베어링(165)을 포함할 수 있다.
복수의 베어링은 샤프트를 지지하는 베어링에 윤활을 위한 오일을 분사하되, 메인 유로로의 압력이 오일의 압력보다 낮아서 중간의 캐비티에 씰링 공기를 공급하여 차단하는 구조로 구성될 수 있다.
쓰러스트 베어링(161, Thrust bearing)은 제1샤프트(141)의 일단부에서 제1샤프트(141)를 축방향으로 지지할 수 있다.
프런트 베어링(163, Front bearing)과 리어 베어링(165, Rear bearing)은 압축기 리그(110)의 전단 및 후단에서 제1샤프트(141)를 회전가능하게 지지할 수 있다.
쓰러스트 베어링(161), 프런트 베어링(163), 리어 베어링(165)에는 샵 에어(Shop air)가 공급되는 유로가 각각 또는 병렬적으로 분기되어 연결될 수 있다. 샵 에어 공급 유로에는 제1밸브(171)가 설치되어 그 유로를 개폐할 수 있다.
압축기 리그(110)에는 배기 스택(190)으로 저압 블리드 유로와, 중압 블리드 유로와, 고압 블리드 유로가 순차적으로 연결될 수 있다. 저압 블리드 유로에는 저압 블리드오프밸브(177)가 구비되고, 중압 블리드 유로에는 중압 블리드오프밸브(178)가 구비되며, 고압 블리드 유로에는 고압 블리드오프밸브(179)가 구비될 수 있다.
저압 블리드 유로에서 바이패스되어 복수의 베어링으로 저압 블리드 공기를 공급하는 바이패스유로가 샵 에어 공급 유로에 연결되고, 이 바이패스유로에 제2밸브(172)가 구비될 수 있다. 제2밸브(172)는 바이패스유로를 개폐하여, 압축기 리그(110)에서 압축된 저압 블리드 공기를 복수의 베어링으로 공급하는 것을 제어할 수 있다.
또한, 가스 터빈(120)의 압축기(121)에서 압축된 공기를 냉각하여 터빈(125) 내부로 공급하는 외부 열교환기(130)가 구비될 수 있다. 열교환기(130)는 압축 공기를 물 또는 공기와 열교환시켜 냉각할 수 있다.
제3밸브(173)는 열교환기(130)에서 냉각된 공기의 유로에서 복수의 베어링으로 연결되는 우회 유로에 구비될 수 있다. 제3밸브(173)는 우회 유로를 개폐하여 냉각 공기를 복수의 베어링으로 공급하는 것을 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 압축기 리그 시험장치(100)는 제1밸브(171), 제2밸브(172) 및 제3밸브(173)를 제어하는 제어부(200)를 더 포함할 수 있다.
제어부(200)는 기동시와 정지중에, 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하고, 가속중에는 열교환기 후단 공기를 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급하며, 부하 운전중에는 저압 블리드 공기를 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(200)는 기동시와 정지중에, 제1밸브(171)를 개방하여 복수의 베어링으로 샵 에어를 공급하고, 가속중에는 제3밸브(173)를 개방하여 열교환기 후단 공기를 복수의 베어링으로 공급하며, 부하 운전중에는 제2밸브(172)를 개방하여 저압 블리드 공기를 복수의 베어링으로 공급하도록 제어할 수 있다.
가스 터빈(200)의 기동시와 정지중에는 압축기(121)에서 압축되는 공기가 없고, 열교환기(130)에서 냉각된 압축 냉각 공기도 없을 수 있다. 그래서, 제1밸브(171)를 개방하고 제2밸브(172) 및 제3밸브(173)를 폐쇄함으로써 복수의 베어링으로 샵 에어를 공급할 수 있다.
가스 터빈(200)의 가속중에는 제3밸브(173)를 개방하여 열교환기(130) 후단 공기를 복수의 베어링으로 공급할 수 있다. 이때, 열교환기(130) 후단 냉각 공기의 압력이 씰링 공기로 사용할 수 있는 수준으로 커지게 되면, 제1밸브(171)와 제2밸브(172)를 닫고, 제3밸브(173)를 개방함으로써, 압축 냉각 공기를 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
열교환기(130)에서 냉각된 공기를 복수의 베어링으로 공급하는 냉각 공기 유로에 구비되는 하나 이상의 유량조절밸브(175)를 더 포함할 수 있다. 냉각 공기 유로는 분기되어 쓰러스트 베어링(161)과 프런트 베어링(163)으로 씰링 공기로서 냉각 공기를 공급할 수 있고, 리어 베어링(165)으로도 냉각 공기를 공급할 수 있다. 유량조절밸브(175)는 쓰러스트 베어링(161)과 프런트 베어링(163)으로 연결되는 냉각 공기 유로와, 리어 베어링(165)으로 연결되는 냉각 공기 유로에 하나씩 구비될 수 있다. 유량조절밸브(175)는 각 베어링으로 공급되는 냉각 공기의 유량을 조절하여 적정량의 냉각 공기만을 씰링 공기로서 공급할 수 있다.
압축기 리그 시험장치(100)는 열교환기(130) 후단에 설치되어 열교환기에 의해 냉각된 공기의 압력을 측정하는 냉각공기 압력센서(183)와, 압축기 리그(110)의 저압 유로에 설치되어 저압 유로의 공기 압력을 측정하는 저압 압력센서(181)를 더 포함할 수 있다.
저압 압력센서(181)는 압축기 리그(110)의 저압 블리드 유로에 설치되어 저압 블리드 공기의 압력을 측정할 수 있다. 저압 압력센서(181)는 압력 트랜스미터(Pressure Transmitter)로 구성될 수 있다.
냉각공기 압력센서(183)는 열교환기(130) 후단에 설치되어 압축기(121)에 의해 압축되고 열교환기(130)에 의해 냉각된 압축 냉각 공기의 압력을 측정할 수 있다. 냉각공기 압력센서(183)도 압력 트랜스미터(Pressure Transmitter)로 구성될 수 있다.
제어부(200)는 가스 터빈(120)의 가속중에, 냉각공기 압력센서(183)에 의해 측정되는 열교환기(130) 토출 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 제3밸브(173)를 개방하여 열교환기(130) 후단 공기를 복수의 베어링으로 공급하고, 가스 터빈(120)의 부하 운전중에, 저압 압력센서(181)에 의해 측정되는 저압 블리드 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 제2밸브(172)를 개방하여 저압 블리드 공기를 복수의 베어링으로 공급하도록 제어할 수 있다.
압축기 리그 시험장치(100) 시스템의 기동 초기에는 베어링 씰링을 위한 메인 유로와 베어링 사이의 압력차가 작기 때문에, 적은 양의 샵 에어를 공급해도 베어링을 씰링하기에 충분할 수 있다.
그런데, 압축기 리그 시험장치(100) 시스템의 가속중에는 많은 양의 씰링 공기가 필요하다. 이때, 부하 압축기(110)의 메인 유로는 대기압보다 낮은 감압 상태가 되기 때문에, 충분한 씰링 공기를 공급할 수 없다. 그래서, 가스 터빈(120)의 외부 열교환기(130)의 후단 토출 공기의 압력이 소정 압력 이상이 될 때 제3밸브(173)를 개방하여 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
그리고, 압축기 리그 시험장치(100) 시스템의 부하 운전중에는 부하 압축기(110)에서 토출되는 공기가 충분한 압력과 유량을 만족하기 때문에, 저압 블리드 유로의 공기 압력이 소정 압력 이상이 될 때 제2밸브(172)를 개방하여 저압 블리드 공기를 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
다음으로, 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법을 설명한다.
압축기 리그 시험장치(100)는 상기한 바와 같이, 압축기(121), 연소기(123), 터빈(125)을 포함하는 가스 터빈(120)과, 가스 터빈에 의해 회전되는 압축기 리그(110)와, 압축기 리그의 제1샤프트(141)를 지지하는 복수의 베어링과, 가스 터빈(120)의 압축기(121)에서 토출되는 공기를 냉각하여 터빈(125)으로 공급하는 열교환기(130)를 포함한다.
압축기 리그 시험장치(100)의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법은, 가스 터빈(120)의 기동시에, 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하는 단계, 가스 터빈(120)의 가속중에, 열교환기(130) 후단 공기를 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급하는 단계, 가스 터빈(120)의 부하 운전중에, 저압 블리드 공기를 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급하도록 제어하는 단계, 및 가스 터빈(120)의 정지중에, 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
압축기 리그 시험장치(100)는 복수의 베어링으로 샵 에어(Shop air)를 공급하는 유로에 구비되는 제1밸브(171)와, 압축기 리그(110)에서 배기 스택(190)으로 연결되는 유로에서 바이패스되어 복수의 베어링으로 저압 블리드 공기를 공급하는 바이패스유로에 구비되는 제2밸브(172)와, 열교환기(130)에서 냉각된 공기를 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 제3밸브(173)를 포함할 수 있다.
복수의 베어링은 제1샤프트(141)의 일단부에 설치되는 쓰러스트 베어링(161)과, 압축기 리그의 전단에서 제1샤프트에 설치되는 프런트 베어링(163)과, 압축기 리그의 후단에서 제1샤프트에 설치되는 리어 베어링(165)을 포함할 수 있다.
가스 터빈(120)의 기동시와 정지중에, 제1밸브(171)를 개방하여 복수의 베어링으로 샵 에어를 공급하고, 가스 터빈(120)의 가속중에는, 제3밸브(173)를 개방하여 열교환기(130) 후단 공기를 복수의 베어링으로 공급하며, 가스 터빈(120)의 부하 운전중에는, 제2밸브(172)를 개방하여 저압 블리드 공기를 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
압축기 리그 시험장치(100)는 열교환기(130) 후단에 설치되어 열교환기에 의해 냉각된 공기의 압력을 측정하는 냉각공기 압력센서(183)와, 압축기 리그(110)의 저압 유로에 설치되어 저압 유로의 공기 압력을 측정하는 저압 압력센서(181)를 더 포함할 수 있다.
가스 터빈(120)의 가속중에, 냉각공기 압력센서(183)에 의해 측정되는 열교환기(130) 토출 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 제3밸브(173)를 개방하여 열교환기(130) 후단 공기를 복수의 베어링으로 공급하고, 가스 터빈(120)의 부하 운전중에, 저압 압력센서(181)에 의해 측정되는 저압 블리드 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 제2밸브(172)를 개방하여 저압 블리드 공기를 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
압축기 리그 시험장치(100) 시스템의 기동 초기에는 베어링 씰링을 위한 메인 유로와 베어링 사이의 압력차가 작기 때문에, 적은 양의 샵 에어를 공급해도 베어링을 씰링하기에 충분할 수 있다.
그런데, 압축기 리그 시험장치(100) 시스템의 가속중에는 많은 양의 씰링 공기가 필요하다. 이때, 부하 압축기(110)의 메인 유로는 대기압보다 낮은 감압 상태가 되기 때문에, 충분한 씰링 공기를 공급할 수 없다. 그래서, 가스 터빈(120)의 외부 열교환기(130)의 후단 토출 공기의 압력이 소정 압력 이상이 될 때 제3밸브(173)를 개방하여 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
그리고, 압축기 리그 시험장치(100) 시스템의 부하 운전중에는 부하 압축기(110)에서 토출되는 공기가 충분한 압력과 유량을 만족하기 때문에, 저압 블리드 유로의 공기 압력이 소정 압력 이상이 될 때 제2밸브(172)를 개방하여 저압 블리드 공기를 씰링 공기로서 복수의 베어링으로 공급할 수 있다.
본 발명의 압축기 리그 시험장치에 의하면, 가스 터빈을 구동장치로 사용하는 압축기 리그 시험시 입구 감압을 통한 전체 성능 맵핑 시험을 할 때 메인 유로로의 누유를 확실히 방지할 수 있다.
또한, 전체 운전 영역에서 운전 조건별로 적합한 씰링 공기 소스를 활용함에 따라 충분한 압력 및 유량으로 씰링 공기를 공급할 수 있다.
또한, 과도한 입구 감압 조건에서도 압축기 리그 상태를 누유에 의한 오염 없이 깨끗하게 유지할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 압축기 리그 시험장치
110: 압축기 리그
120: 가스 터빈
121: 압축기
123: 연소기
125: 터빈
130: 열교환기
140: 샤프트
141: 제1샤프트
142: 제2샤프트
150: 커플링
161: 쓰러스트 베어링
163: 프런트 베어링
165: 리어 베어링
171: 제1밸브
173: 제2밸브
173: 제3밸브
175: 유량조절밸브
177: 저압 블리드오프밸브
178: 중압 블리드오프밸브
179: 고압 블리드오프밸브
181: 저압 압력센서
183: 냉각공기 압력센서
190: 배기 스택
200: 제어부

Claims (17)

  1. 압축기, 연소기, 터빈을 포함하는 가스 터빈;
    상기 가스 터빈에 의해 회전되는 압축기 리그;
    상기 압축기 리그의 제1샤프트를 지지하는 복수의 베어링;
    상기 가스 터빈의 압축기에서 토출되는 공기를 냉각하여 상기 터빈으로 공급하는 열교환기;
    상기 복수의 베어링으로 샵 에어(Shop air)를 공급하는 유로에 구비되는 제1밸브;
    상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 유로에서 바이패스되어 상기 복수의 베어링으로 저압 블리드 공기를 공급하는 바이패스유로에 구비되는 제2밸브; 및
    상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 제3밸브를 포함하는 압축기 리그 시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축기 리그 시험장치는 상기 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 기동시와 정지중에, 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하고,
    가속중에는 상기 열교환기 후단 공기를 씰링 공기로서 상기 복수의 베어링으로 공급하며,
    부하 운전중에는 저압 블리드 공기를 씰링 공기로서 상기 복수의 베어링으로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압축기 리그의 제1샤프트는 상기 가스 터빈의 제2샤프트와 커플링에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 베어링은
    상기 제1샤프트의 일단부에 설치되는 쓰러스트 베어링과,
    상기 압축기 리그의 전단에서 상기 제1샤프트에 설치되는 프런트 베어링과,
    상기 압축기 리그의 후단에서 상기 제1샤프트에 설치되는 리어 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    기동시와 정지중에, 상기 제1밸브를 개방하여 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 공급하고,
    가속중에는 상기 제3밸브를 개방하여 상기 열교환기 후단 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하며,
    부하 운전중에는 제2밸브를 개방하여 저압 블리드 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 유량조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 저압 블리드 유로에 구비되는 저압 블리드오프밸브와,
    상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 중압 블리드 유로에 구비되는 중압 블리드오프밸브와,
    상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 중압 블리드 유로에 구비되는 중압 블리드오프밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 압축기 리그 시험장치는
    상기 열교환기 후단에 설치되어 열교환기에 의해 냉각된 공기의 압력을 측정하는 냉각공기 압력센서와,
    상기 압축기 리그의 저압 유로에 설치되어 저압 유로의 공기 압력을 측정하는 저압 압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    가속중에, 상기 냉각공기 압력센서에 의해 측정되는 열교환기 토출 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 상기 제3밸브를 개방하여 상기 열교환기 후단 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하고,
    부하 운전중에, 상기 저압 압력센서에 의해 측정되는 저압 블리드 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 상기 제2밸브를 개방하여 저압 블리드 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.
  10. 압축기, 연소기, 터빈을 포함하는 가스 터빈과, 상기 가스 터빈에 의해 회전되는 압축기 리그와, 상기 압축기 리그의 제1샤프트를 지지하는 복수의 베어링과, 상기 가스 터빈의 압축기에서 토출되는 공기를 냉각하여 상기 터빈으로 공급하는 열교환기를 포함하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법에 있어서,
    상기 가스 터빈의 기동시에, 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하는 단계;
    상기 가스 터빈의 가속중에, 상기 열교환기 후단 공기를 씰링 공기로서 상기 복수의 베어링으로 공급하는 단계;
    상기 가스 터빈의 부하 운전중에, 저압 블리드 공기를 씰링 공기로서 상기 복수의 베어링으로 공급하도록 제어하는 단계; 및
    상기 가스 터빈의 정지중에, 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 씰링 공기로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압축기 리그 시험장치는
    상기 복수의 베어링으로 샵 에어(Shop air)를 공급하는 유로에 구비되는 제1밸브와,
    상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 유로에서 바이패스되어 상기 복수의 베어링으로 저압 블리드 공기를 공급하는 바이패스유로에 구비되는 제2밸브와,
    상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 제3밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 베어링은
    상기 제1샤프트의 일단부에 설치되는 쓰러스트 베어링과,
    상기 압축기 리그의 전단에서 상기 제1샤프트에 설치되는 프런트 베어링과,
    상기 압축기 리그의 후단에서 상기 제1샤프트에 설치되는 리어 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가스 터빈의 기동시와 정지중에, 상기 제1밸브를 개방하여 상기 복수의 베어링으로 샵 에어를 공급하고,
    상기 가스 터빈의 가속중에는, 상기 제3밸브를 개방하여 상기 열교환기 후단 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하며,
    상기 가스 터빈의 부하 운전중에는, 제2밸브를 개방하여 저압 블리드 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 가스 터빈의 가속중에, 상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 유량조절밸브에 의해 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 압축기 리그 시험장치는
    상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 저압 블리드 유로에 구비되는 저압 블리드오프밸브와,
    상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 중압 블리드 유로에 구비되는 중압 블리드오프밸브와,
    상기 압축기 리그에서 배기 스택으로 연결되는 중압 블리드 유로에 구비되는 중압 블리드오프밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 압축기 리그 시험장치는
    상기 열교환기 후단에 설치되어 열교환기에 의해 냉각된 공기의 압력을 측정하는 냉각공기 압력센서와,
    상기 압축기 리그의 저압 유로에 설치되어 저압 유로의 공기 압력을 측정하는 저압 압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가스 터빈의 가속중에, 상기 냉각공기 압력센서에 의해 측정되는 열교환기 토출 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 상기 제3밸브를 개방하여 상기 열교환기 후단 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하고,
    상기 가스 터빈의 부하 운전중에, 상기 저압 압력센서에 의해 측정되는 저압 블리드 공기의 압력이 소정 압력 이상일 때, 상기 제2밸브를 개방하여 저압 블리드 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.
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