KR102117428B1 - 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템 및 방법 - Google Patents

연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템을 제공한다. 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템은 복수개의 캔(Can)들을 포함하는 연소기, 상기 연소기로부터 유입된 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키는 터빈, 상기 터빈을 통과한 상기 연소가스를 배출하는 디퓨저, 상기 디퓨저에 배치되어 상기 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정하는 센서 및 상기 센서로부터 측정된 데이터를 기반으로 상기 복수개의 캔들에 주입되는 연료를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템 및 방법{System and method for burning temperature deviation reduction between cans of combustor}
본 발명은 연소기를 구성하는 캔들 각각의 온도를 유추하여 캔들 간의 연소온도 편차를 감소시키기 위한 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가스 터빈은 압축기, 연소기 및 터빈으로 구성되어 있다. 압축기는 유입된 공기를 압축시킴으로써 고온·고압의 압축 공기를 배출한다. 연소기는 압축 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시키는 것에 의해 고온·고압의 연소 가스를 배출한다. 터빈은 연소기에 의해 제공된 연소 가스에 의해 터빈 블레이드가 구동됨으로써, 발전기에 연결된 로터(회전축)를 회전 구동한다. 터빈을 구동한 연소 가스는 배기실에서 배기 가스로서 대기로 방출된다.
연소기는 복수개의 캔들을 포함한다. 캔들 각각은 압축 공기를 제공받고, 제공받은 압축 공기와 연료를 이용하여 연소가스를 생성한다. 다만, 캔들 간의 연소온도가 서로 상이한 경우가 빈번하고, 캔들 간의 연소온도의 편차가 큰 경우 가스터빈의 효율이 떨어지는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 캔들 각각의 연소온도는 고온이므로 캔들 내부의 온도를 직접적으로 측정하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 복수개의 캔들 간의 연소온도 편차를 감소시키기 위해 캔들의 온도를 유추하고 유추한 온도를 기초로 캔들에 제공되는 연료를 제어하는 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템을 제공한다. 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템은 복수개의 캔(Can)들을 포함하는 연소기, 상기 연소기로부터 유입된 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키는 터빈, 상기 터빈을 통과한 상기 연소가스를 배출하는 디퓨저, 상기 디퓨저에 배치되어 상기 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정하는 센서 및 상기 센서로부터 측정된 데이터를 기반으로 상기 복수개의 캔들에 주입되는 연료를 제어하는 제어부를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 센서는 상기 복수개의 캔들의 개수 이상으로 상기 디퓨저에 배치되고, 복수개의 상기 센서들 각각은 상기 복수개의 캔들 각각에서 배출된 상기 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정한다.
일 예에 의하여, 상기 캔들 중 어느 하나의 캔에서 배출된 연소가스는 상기 센서들 중 적어도 하나의 센서를 향해 유동하고, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 어느 하나의 캔 이외의 캔에서 배출된 연소가스에 의해 영향을 받지 않는다.
일 예에 의하여, 상기 캔들 각각에 연료를 공급하는 연료 탱크, 상기 연료 탱크와 상기 캔들 각각을 연결하는 복수개의 연료 라인들 및 상기 연료 라인들 상에 배치되는 복수개의 연료 밸브들을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 연료 밸브들 각각의 개폐 정도를 제어한다.
일 예에 의하여, 상기 제어부는 상기 센서가 측정한 데이터를 기초로 상기 캔들의 온도를 추정하고, 상기 제어부는 상기 연료 밸브들 각각을 제어하여 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 공급하는 연료의 양을 증가시키고, 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 공급하는 연료의 양을 감소시킨다.
일 예에 의하여, 상기 제어부는 상기 센서가 측정한 데이터를 기초로 상기 캔들의 온도를 추정하고, 상기 제어부는 상기 연료 탱크를 제어하여 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 기설정된 연료 온도값보다 온도가 높은 연료를 제공하고, 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 기설정된 연료 온도값보다 온도가 낮은 연료를 제공한다.
일 예에 의하여, 상기 연료 탱크는 상기 연료 라인들 별로 제공하는 연료의 온도를 조절한다.
일 예에 의하여, 상기 제어부는 가스터빈의 부하 조건에 따라 복수개로 배치되는 상기 센서들과 상기 센서들 각각이 측정하는 연소가스를 배출하는 상기 캔들을 매칭한 테이블을 포함하고, 상기 제어부는 상기 테이블에 기초하여 상기 센서들과 상기 캔들을 매칭하여 상기 캔들의 온도를 추정한다.
일 예에 의하여, 상기 디퓨저는 상기 터빈을 감싸는 배기실 내에 배치되고, 상기 디퓨저는 가스터빈의 로터를 감싸는 내부 디퓨저 및 상기 내부 디퓨저를 감싸는 외부 디퓨저는 포함하고, 상기 센서는 상기 내부 디퓨저 및 상기 외부 디퓨저 중 적어도 어느 하나에 배치된다.
일 예에 의하여, 상기 센서는 상기 디퓨저와 접촉하여 디퓨저의 온도를 측정하는 열전대 센서이다.
일 예에 의하여, 상기 센서는 상기 연소가스의 발열량을 측정하는 가스센서이다.
일 예에 의하여, 상기 제어부는 복수개로 배치된 상기 센서들 각각이 측정한 상기 연소가스의 발열량을 기초로 연료의 단위시간당 방출되는 에너지를 정의하기 위한 변수인 웨버지수를 계산하고, 상기 웨버지수를 기초로 상기 캔들 각각의 온도를 유추한다.
본 발명의 실시예에 따른 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법을 제공한다. 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법은 센서들이 상기 캔들 각각에서 배출되는 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정하는 단계, 가스터빈의 부하 조건에 따라 터빈의 끝단과 연결되는 디퓨저에 배치되는 상기 센서들과 상기 캔들을 매칭시키는 단계, 상기 센서들 각각이 측정한 데이터를 기초로 상기 캔들 각각의 온도를 유추하는 단계, 상기 캔들 각각의 온도에 기초하여 상기 캔들 각각에 제공하는 연료를 제어하는 단계를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 센서들과 상기 캔들을 매칭시키는 단계는 상기 가스터빈의 부하 조건에 따라 상기 캔들 중 어느 하나의 캔이 배출하는 연소가스가 상기 센서들 중 어느 센서에 도달하는지 특정하고, 상기 가스터빈의 부하 조건에 따라 상기 캔들과 상기 센서들을 매칭시킨다.
일 예에 의하여, 상기 센서들 각각이 측정한 데이터를 기초로 상기 캔들 각각의 온도를 유추하는 단계는 상기 센서들이 측정한 상기 디퓨저의 온도 또는 상기 연소가스의 발열량을 기초로 상기 연소가스의 온도를 유추하고, 상기 연소가스의 온도를 통해 상기 센서들과 매칭되는 상기 캔들 각각의 온도를 유추한다.
일 예에 의하여, 상기 캔들 각각의 온도에 기초하여 상기 캔들 각각에 제공하는 연료를 제어하는 단계는 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 공급하는 연료의 양을 증가시키고, 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 공급하는 연료의 양을 감소시킨다.
일 예에 의하여, 상기 캔들 각각의 온도에 기초하여 상기 캔들 각각에 제공하는 연료를 제어하는 단계는 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 기설정된 연료 온도값보다 온도가 높은 연료를 제공하고, 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 기설정된 연료 온도값보다 온도가 낮은 연료를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고온의 연소가스의 온도를 디퓨저의 온도 및 연소가스의 발열량을 통해 유추할 수 있고, 이를 통해 캔들의 연소온도를 유추할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 캔들의 온도에 따라 캔들에 공급하는 연료의 온도 또는 연료의 양을 조절하여 캔들 간의 연소온도 편차를 감소시킬 수 있다. 캔들 간의 온도 편차가 감소됨에 따라 가스터빈의 운전 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연소기를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기실을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기실을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함되는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가스터빈의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 가스 터빈(1)은 케이싱(100), 압축기(200), 연소기(300) 및 터빈(400)을 포함할 수 있다. 케이싱(100)은 압축기(200), 연소기(300) 및 터빈(400)을 둘러싸는 구성일 수 있다. 압축기(200)는 공기를 흡입하여 고압으로 압축하고, 압축된 공기를 연소기(300)로 공급하는 역할을 할 수 있다. 연소기(300)는 압축된 공기와 연료를 혼합하여 이를 연소시키는 역할을 할 수 있고, 연소로 인해 발생하는 고압의 연소가스를 터빈(400)에 공급할 수 있다. 터빈(400)은 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산할 수 있다.
케이싱(100)은 압축기(200)가 수용되는 압축기 케이싱(102), 연소기(300)가 수용되는 연소기 케이싱(103) 및 터빈(400)이 수용되는 터빈 케이싱(104)을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 압축기 케이싱, 연소기 케이싱 및 터빈 케이싱이 일체로 형성될 수도 있다. 압축기 케이싱(102), 연소기 케이싱(103) 및 터빈 케이싱(104)은 유체 흐름 방향 상류 측으로부터 하류 측으로 순차적으로 배열될 수 있다.
케이싱(100)의 내부에는 로터(중심축; 50)가 회전 가능하게 구비되며, 발전을 위해 로터(50)에는 발전기(미도시)가 연동되고, 케이싱(100)의 하류 측에는 터빈(400)을 통과한 연소 가스를 배출하는 디퓨저(미도시)가 구비될 수 있다. 디퓨저(미도시)는 배기실(450) 내에 배치될 수 있다.
로터(50)는 압축기 로터 디스크(52), 토크 튜브(53) 및 터빈 로터 디스크(54)를 포함할 수 있다. 로터 디스크(52)는 압축기 케이싱(102)에 수용될 수 있고, 터빈 로터 디스크(54)는 터빈 케이싱(104)에 수용될 수 있다. 토크 튜브(53)는 연소키 케이싱(103)에 수용되어 압축기 로터 디스크(52)와 터빈 로터 디스크(54)를 연결할 수 있다. 압축기 로터 디스크(52), 토크 튜브(53) 및 터빈 로터 디스크(54)는 타이 로드(55)와 고정 너트(56)에 의해 체결될 수 있다.
압축기 로터 디스크(52)는 복수(예를 들어 14매)로 형성되고, 복수의 압축기 로터 디스크들(52)은 로터(50)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 압축기 로터 디스크(52)는 다단으로 형성될 수 있다. 압축기 로터 디스크(52) 각각은 대략 원판형으로 형성될 수 있다. 압축기 로터 디스크(52)의 외주부에는 후술할 압축기 블레이드(220)와 결합되는 압축기 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.
터빈 로터 디스크(54)는 압축기 로터 디스크(52)와 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 터빈 로터 디스크(54)는 복수로 형성되고, 복수의 터빈 로터 디스크들(54)은 로터(50)의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 즉, 터빈 로터 디스크(54)는 다단으로 형성될 수 있다. 터빈 로터 디스크(54) 각각은 대략 원판형으로 형성될 수 있다. 터빈 로터 디스크(54)의 외주부에는 후술할 터빈 블레이드(420)와 결합되는 터빈 블레이드 결합 슬롯이 형성될 수 있다.
토크 튜브(53)는 터빈 로터 디스크(54)의 회전력을 압축기 로터 디스크(52)로 전달하는 토크 전달 부재이다. 토크 튜브(53)의 일단부는 복수의 압축기 로터 디스크들(52) 중 공기의 유동 방향 상 최하류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(52)와 체결되고, 토크 튜브(53)의 타단부는 복수의 터빈 로터 디스크들(54) 중 연소 가스의 유동 방향 상 최상류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54)와 체결될 수 있다. 토크 튜브(53)의 일단부와 타단부 각각에는 돌기가 형성되고, 압축기 로터 디스크(52)와 터빈 로터 디스크(54) 각각에는 돌기와 치합되는 홈이 형성되어, 토크 튜브(53)가 압축기 로터 디스크(52) 및 터빈 로터 디스크(54)에 대해 상대 회전이 방지될 수 있다.
또한, 토크 튜브(53)는 압축기(200)로부터 공급되는 공기가 토크 튜브(53)를 통과하여 터빈(400)으로 유동 가능하도록, 중공형의 실린더 형태로 형성될 수 있다. 토크 튜브(53)는 장기간 지속적으로 운전되는 가스 터빈의 특성상 변형 및 뒤틀림 등에 강하게 형성되고, 용이한 유지 보수를 위해 조립 및 해체가 용이하게 형성될 수 있다.
타이 로드(55)는 복수의 압축기 로터 디스크들(52), 토크 튜브(53) 및 복수의 터빈 로터 디스크들(54)을 관통하도록 형성될 수 있다. 타이 로드(55)의 일단부는 복수의 압축기 로터 디스크들(52) 중 공기의 유동 방향으로 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(52) 내에 체결될 수 있다. 타이 로드(55)의 타단부는 복수의 터빈 로터 디스크들(54) 중 연소 가스의 유동 방향으로 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54)를 기준으로 압축기(200)의 반대측으로 돌출될 수 있다. 타이 로드(55)의 타단부는 고정 너트(56)와 체결될 수 있다.
고정 너트(56)는 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54)를 압축기(200) 측으로 가압할 수 있다. 고정 너트(56)에 의해 최상류 단에 위치되는 압축기 로터 디스크(52)와 최하류 단에 위치되는 터빈 로터 디스크(54) 사이 간격이 감소됨에 따라, 복수의 압축기 로터 디스크들(52), 토크 튜브(53) 및 복수의 터빈 로터 디스크들(54)이 로터(50)의 축 방향으로 압축될 수 있다. 이에 따라, 복수의 압축기 로터 디스크들(52), 토크 튜브(53) 및 복수의 터빈 로터 디스크들(54)의 축 방향 이동 및 상대 회전이 방지될 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우 하나의 타이 로드가 복수의 압축기 로터 디스크, 토크 튜브 및 복수의 터빈 로터 디스크의 중심부를 관통하도록 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 압축기 측과 터빈 측에 각각 별도의 타이 로드가 구비될 수도 있고, 복수의 타이 로드가 원주 방향을 따라 방사상으로 배치될 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다. 이러한 구성에 따른 로터(50)는 양단부가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 발전기의 구동축에 연결될 수 있다.
압축기(200)는 로터(50)와 함께 회전되는 압축기 블레이드(220) 및 압축기 블레이드(220)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 케이싱(100)에 고정 설치되는 압축기 베인(240)을 포함할 수 있다.
압축기 블레이드(220)는 복수로 형성되고, 복수의 압축기 블레이드들(220)은 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성되고, 복수의 압축기 블레이드들(220)은 각 단마다 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 압축기 블레이드(220)의 루트부(222)는 압축기 로터 디스크(52)의 압축기 블레이드 결합 슬롯에 결합되며, 루트부(222)는 압축기 블레이드(220)가 압축기 블레이드 결합 슬롯으로부터 로터(50)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 압축기 블레이드 결합 슬롯은 압축기 블레이드의 루트부(222)에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.
본 실시 예의 경우, 압축기 블레이드 루트부(222)와 압축기 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 압축기 블레이드를 압축기 로터 디스크(52)에 체결할 수 있다.
압축기 로터 디스크(52)와 압축기 블레이드(220)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우에는, 압축기 블레이드 루트부(222)가 전술한 바와 같이 압축기 블레이드 결합 슬롯에 로터(50)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성되고 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 압축기 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 압축기 블레이드 결합 슬롯들은 압축기 로터 디스크(52)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.
압축기 베인(240)은 복수로 형성되고, 복수의 압축기 베인들(240)은 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 압축기 베인들(240)과 압축기 블레이드들(220)는 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.
또한, 복수의 압축기 베인(240)은 각 단마다 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.
연소기(300)는 압축기(200)로부터 유입되는 공기를 연료와 혼합 및 연소시켜 높은 에너지의 고온 고압 연소 가스를 만들어 낼 수 있다. 구체적으로, 연소기(300)는 복수의 캔(Can)들로 구성되고, 복수의 캔들은 연소기 케이싱(103)에 로터(50)의 회전 방향을 따라 배열될 수 있다.
또한, 캔들 각각은 압축기(200)에서 압축된 공기가 유입되는 라이너, 라이너에 유입되는 공기에 연료를 분사하고 연소시키는 버너 및 버너에서 생성되는 연소 가스를 터빈(400)으로 안내하는 트랜지션 피스를 포함할 수 있다.
라이너는 연소실을 형성하는 화염통 및 화염통을 감싸면서 환형 공간을 형성하는 플로우 슬리브를 포함할 수 있다.
버너는 연소실로 유입되는 공기에 연료를 분사하도록 라이너의 전단 측에 형성되는 연료 분사 노즐 및 소실에서 혼합된 공기와 연료가 착화되도록 라이너의 벽부에 형성되는 점화 플러그를 포함할 수 있다.
트랜지션 피스는 외벽부가 압축기(200)로부터 공급되는 공기에 의해 냉각되도록 형성될 수 있다. 트랜지션 피스의 외벽부는 공급되는 냉각 공기에 의해 연소 가스의 높은 온도에 의해 손상되지 않을 수 있다. 즉, 트랜지션 피스에는 공기를 내부로 분사하기 위한 냉각 홀이 형성되고, 공기가 그 냉각 홀을 통해 내부에 있는 본체를 냉각시킬 수 있다.
한편, 트랜지션 피스를 냉각시킨 공기는 라이너의 환형 공간으로 유동될 수 있다. 플로우 슬리브에 형성된 냉각 홀을 통해 냉각 공기는 라이너의 외벽을 냉각시킬 수 있다.
여기서, 별도로 도시하지는 않았으나, 압축기(200)와 연소기(300) 사이에는 연소기(300)로 유입되는 공기의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위해 안내깃 역할을 하는 디스월러(desworler)가 형성될 수 있다.
터빈(400)은 압축기(200)와 유사하게 형성될 수 있다. 터빈(400)은 로터(50)와 함께 회전되는 터빈 블레이드(420) 및 터빈 블레이드(420)로 유입되는 공기의 흐름을 정렬하도록 케이싱(100)에 고정 설치되는 터빈 베인(440)을 포함할 수 있다.
터빈 블레이드(420)는 복수로 형성되고, 복수의 터빈 블레이드들(420)은 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성된다. 본 일 실시 예에서는 터빈 블레이드(420)가 4단으로 구성되며, 로터(50)의 축 방향을 따라 상류 측에서 하류 측으로 가면서 차례로 1단 터빈 블레이드(424), 2단 터빈 블레이드(425), 3단 터빈 블레이드(426) 및 4단 터빈 블레이드(427)가 배치되고 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 4단 미만 또는 초과의 터빈 블레이드가 배치될 수 있음은 물론이다. 또한, 복수의 터빈 블레이드들(420)은 각 단마다 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.
터빈 블레이드(420)의 루트부(422)는 터빈 로터 디스크(54)의 터빈 블레이드 결합 슬롯에 결합되며, 루트부(422)는 터빈 블레이드(420)가 그 터빈 블레이드 결합 슬롯으로부터 로터(50)의 회전 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지하도록, 전나무(fir-tree) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 터빈 블레이드 결합 슬롯은 마찬가지로, 터빈 블레이드의 루트부(422)에 대응되도록 전나무 형태로 형성될 수 있다.
본 실시 예의 경우, 터빈 블레이드 루트부(422)와 터빈 블레이드 결합 슬롯은 전나무 형태로 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니고 도브 테일 형태 등으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 형태 외의 다른 체결장치, 예를 들어 키 또는 볼트 등의 고정구를 이용하여 터빈 블레이드(420)를 터빈 로터 디스크(54)에 체결할 수 있다.
여기서, 터빈 로터 디스크(54)와 터빈 블레이드(420)는 통상적으로 탄젠셜 타입(tangential type) 또는 액셜 타입(axial type)으로 결합되는데, 본 실시예의 경우에는, 터빈 블레이드 루트부(422)는 전술한 바와 같이 터빈 블레이드 결합 슬롯에 로터(50)의 축 방향을 따라 삽입되는 소위 액셜 타입 형태로 형성되고 있다. 이에 따라, 본 실시 예에 따른 터빈 블레이드 결합 슬롯은 복수로 형성되고, 복수의 터빈 블레이드 결합 슬롯들은 터빈 로터 디스크(54)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배열될 수 있다.
터빈 베인(440)은 복수로 형성되고, 복수의 터빈 베인들(440)은 로터(50)의 축 방향을 따라 복수 단으로 형성될 수 있다. 여기서, 터빈 베인들(440)과 터빈 블레이드들(420)은 공기 유동 방향을 따라 서로 번갈아 배열될 수 있다.
본 일 실시 예에서는, 터빈 블레이드(420)가 4단으로 구성되고 있으므로 터빈 베인(440) 또한 4단으로 구성되며, 로터(50)의 축 방향을 따라 상류 측에서 하류 측으로 가면서 차례로 1단 터빈 베인(444), 2단 터빈 베인(445), 3단 터빈 베인(446) 및 4단 터빈 베인(447)이 각 단의 터빈 블레이드의 전단(상류 측)에 배치되고 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 4단 미만 또는 초과의 터빈 베인이 배치될 수 있음은 물론이다. 복수의 터빈 베인들(440)은 각 단마다 로터(50)의 회전 방향을 따라 방사상으로 형성될 수 있다.
여기서, 터빈(400)은 압축기(200)와 달리 고온 고압의 연소 가스와 접촉하므로, 열화 등의 손상을 방지하기 위한 냉각 수단을 필요로 한다. 본 실시 예에 따른 가스 터빈(1)은 외부 냉각시스템을 포함하여 압축기(200)의 일부 개소에서 압축된 공기를 케이싱(100)의 외부로 추기하여 터빈(400)으로 공급할 수 있다.
가스 터빈(1)은 케이싱(100)으로 유입되는 공기가 압축기(200)에 의해 압축되고, 압축기(200)에 의해 압축된 공기가 연소기(300)에 의해 연료와 혼합된 뒤 연소되어 연소 가스가 되고, 연소기(300)에서 생성된 연소 가스가 터빈(400)으로 유입된다. 터빈(400)으로 유입된 연소 가스는 터빈 블레이드(420)를 통해 로터(50)를 회전시킨 후 디퓨저를 통해 대기로 배출되며, 연소 가스에 의해 회전되는 로터(50)가 압축기(200) 및 발전기를 구동할 수 있다. 즉, 터빈(400)에서 얻은 기계적 에너지 중 일부는 압축기(200)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되고, 나머지는 발전기로 전력을 생산하는데 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템은 압축기(200), 연소기(300), 연료 탱크(305), 터빈(400), 배기실(450) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다.
압축기(200)는 공기를 흡입하여 고압으로 압축하고, 압축된 공기를 연소기(300)로 공급하는 역할을 할 수 있다. 연소기(300)는 압축된 공기와 연료를 혼합하여 이를 연소시키는 역할을 할 수 있고, 연소로 인해 발생하는 고압의 연소가스를 터빈(400)에 공급할 수 있다. 터빈(400)은 고온, 고압의 연소가스를 이용하여 복수의 터빈 블레이드를 회전시키며 전력을 생산할 수 있다. 터빈(400)에서 배출되는 연소가스는 배기실(450)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 연소가스는 배기실(450) 내부에 배치된 디퓨저(미도시)에 의해 배출되는 속도가 감소될 수 있다. 배기실(450)은 터빈(400)의 하류측과 연결될 수 있다.
연료 탱크(305)는 연소기(300)에 연료를 제공할 수 있다. 연료 탱크(305)와 연소기(300)는 연료 라인(310)에 의해 연결될 수 있고, 연료 라인(310) 상에는 연료 밸브(330)가 제공될 수 있다. 연소기(300)는 복수개의 캔들을 포함하고, 연료 라인(310) 및 연료 밸브(330)는 캔들의 개수만큼 제공될 수 있다. 연료 탱크(305)는 연료 라인들(310) 별로 제공하는 연료의 온도를 조절할 수 있고, 연료 밸브(330)는 연소기(300)에 제공하는 연료의 양을 조절할 수 있다.
배기실(450)에는 센서(457)가 제공될 수 있다. 센서(457)는 배기실(450) 내부의 디퓨저(미도시)에 배치될 수 있다. 센서(457)는 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정할 수 있다. 구체적으로, 센서(457)는 터빈(400)에서 배출되는 연소가스의 발열량 또는 디퓨저(미도시)의 온도를 측정할 수 있다. 즉, 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터는 디퓨저(미도시)의 온도 및 연소가스의 발열량을 포함할 수 있다. 일 예로, 센서(457)는 디퓨저(미도시)와 접촉하여 디퓨저(미도시)을 온도를 측정하는 열전대 센서일 수 있다. 열전대 센서는 열전대의 열기전력을 이용한 온도계일 수 있고, 2종의 금속선 양단을 접합하여 한쪽 접점을 정온으로 유지하여 다른 쪽 접점의 온도가 변화함에 따라 발생하는 열기전력의 값에서 온도를 구할 수 있다. 연소가스에 의해 온도가 상승하는 디퓨저(미도시)의 온도를 이용하여 연소가스의 온도가 추정될 수 있다. 다른 예로, 센서(457)는 연소가스의 발열량을 측정하는 가스센서일 수 있다. 연소가스의 발열량을 이용하여 연소가스의 온도가 추정될 수 있다.
제어부(500)는 센서(457)로부터 측정된 디퓨저(미도시)의 온도 및 연소가스의 발열량을 통해 캔들 각각의 온도를 추정할 수 있다. 이 때, 제어부(500)는 테이블(550)에 저장된 캔들과 복수개의 센서들(457) 간의 매칭 데이터를 이용할 수 있다. 테이블(550)은 가스터빈의 부하 조건에 따라 복수개의 캔들 중 어느 하나의 캔이 배출하는 연소가스가 센서들(457) 중 어느 센서에 도달하는지에 대한 데이터를 저장하고 있을 수 있다. 가스터빈의 부하 조건에 따라 센서들(457) 각각에 영향을 주는 연소가스를 배출하는 캔이 어떤 캔인지가 변동될 수 있다. 테이블(550)은 다양한 가스터빈의 부하 조건 별로 캔들과 센서들(457)을 매칭한 데이터를 저장하고 있을 수 있다. 따라서, 제어부(500)는 가스터빈의 부하 조건을 고려하여 테이블(550)에서 캔들과 센서들(457) 간의 매칭 데이터를 획득할 수 있고, 매칭 데이터와 센서들(457)이 획득한 데이터를 기반으로 캔들 각각의 온도를 유추할 수 있다. 일 예로, 제어부(500)는 어느 하나의 센서(457)가 측정한 디퓨저(미도시)의 온도를 기초로 연소가스의 온도를 추정할 수 있고, 추정된 연소가스의 온도를 기초로 상기 어느 하나의 센서(457)와 매칭되는 캔의 온도를 추정할 수 있다. 다른 예로, 제어부(500)는 어느 하나의 센서(457)가 측정한 연소가스의 발열량을 기초로 연료의 단위시간당 방출되는 에너지를 정의하기 위한 변수인 웨버지수를 계산할 수 있다. 제어부(500)는 웨버지수를 기초로 연소가스의 온도를 추정할 수 있고, 추정된 연소가스의 온도를 기초로 상기 어느 하나의 센서(457)와 매칭되는 캔의 온도를 추정할 수 있다.
제어부(500)는 센서(457)로부터 측정된 데이터를 기반으로 캔들 각각의 온도를 추정하고, 캔들 각각의 온도에 따라 복수개의 캔들에 주입되는 연료를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 연료 탱크(305)를 제어하여 캔들 각각에 주입되는 연료의 온도를 제어할 수 있고, 연료 밸브(330)를 제어하여 캔들 각각에 주입되는 연료의 양을 제어할 수 있다. 제어부(457)는 복수개의 연료 밸브들(330) 각각을 제어하여 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 공급하는 연료의 양을 증가시키고, 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 공급하는 연료의 양을 감소시킬 수 있다. 기준 온도는 연소과정에서 연소기(300)를 구성하는 캔이 유지하는 연소온도를 의미할 수 있다. 일반적으로, 캔들 간의 온도 편차는 최대 55도까지 허용될 수 있다. 캔들 간의 온도 편차가 클수록 가스터빈의 효율은 떨어지게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템은 연소과정에서 캔들 간의 온도 편차가 나는 것을 감소시킬 수 있고, 캔들 간의 온도 편차가 감소됨에 따라 가스터빈의 운전 효율이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연소기를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기실을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 연료 탱크(305)는 복수개의 연료 라인들(310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 310f, 310g, 310h)을 통해 연소기(300)를 구성하는 복수개의 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h)에 연료를 제공할 수 있다. 연료 라인들(310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 310f, 310g, 310h) 각각에는 복수개의 연료 밸브들(330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h)이 배치될 수 있다.
연소기(300)는 제1 캔(300a), 제2 캔(300b), 제3 캔(300c), 제4 캔(300d), 제5 캔(300e), 제6 캔(300f), 제7 캔(300g) 및 제8 캔(300h)를 포함할 수 있다. 제1 캔(300a)은 제1 연료 라인(310a)과 연결될 수 있고, 제1 연료 라인(310a) 상에는 제1 연료 밸브(330a)가 배치될 수 있다. 제2 캔(300b)은 제2 연료 라인(310b)과 연결될 수 있고, 제2 연료 라인(310b) 상에는 제2 연료 밸브(330b)가 배치될 수 있다. 제3 캔(300c)은 제3 연료 라인(310c)과 연결될 수 있고, 제3 연료 라인(310c) 상에는 제3 연료 밸브(330c)가 배치될 수 있다. 제4 캔(300d)은 제4 연료 라인(310d)과 연결될 수 있고, 제4 연료 라인(310d) 상에는 제4 연료 밸브(330d)가 배치될 수 있다. 제5 캔(300e)은 제5 연료 라인(310e)과 연결될 수 있고, 제5 연료 라인(310e) 상에는 제5 연료 밸브(330e)가 배치될 수 있다. 제6 캔(300f)은 제6 연료 라인(310f)과 연결될 수 있고, 제6 연료 라인(310f) 상에는 제6 연료 밸브(330f)가 배치될 수 있다. 제7 캔(300g)은 제7 연료 라인(310g)과 연결될 수 있고, 제7 연료 라인(310g) 상에는 제7 연료 밸브(330g)가 배치될 수 있다. 제8 캔(300h)은 제8 연료 라인(310h)과 연결될 수 있고, 제8 연료 라인(310h) 상에는 제8 연료 밸브(330h)가 배치될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 터빈(400)으로 유입된 연소가스는 배기실(450)로 유입될 수 있다. 배기실(450)은 터빈의 하류측과 연결되는 케이싱의 일부를 의미할 수 있다. 배기실(450)은 외형을 이루는 차실벽(451), 차실벽(451) 내주면을 따라 배치되는 외부 디퓨저(453) 및 외부 디퓨저(453)의 내주면을 따라 배치되어 로터(55)를 감싸는 내부 디퓨저(455)를 포함할 수 있다. 외부 디퓨저(453)는 차실벽(451)의 직경 방향 내부에서 차실벽(451)의 내주면을 따라 마련되어 있으며, 로터(55) 주위를 감싸는 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 내부 디퓨저(455)는 외부 디퓨저(453)의 직경 방향 내부에서 외부 디퓨저(453)의 내주면을 따라 마련되어 있으며, 로터(55) 주위를 감싸는 원통 형상으로 이루어질 수 있다.
내부 디퓨저(455) 상에는 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)이 배치될 수 있다. 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)은 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)은 제1 센서(457a), 제2 센서(457b), 제3 센서(457c), 제4 센서(457d), 제5 센서(457e), 제6 센서(457f), 제7 센서(457g) 및 제8 센서(457h)를 포함할 수 있다. 일 예로, 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)은 연소가스에 의해 온도가 상승된 내부 디퓨저(455)의 온도를 측정할 수 있다. 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h) 각각은 서로 이격되어 배치되고 내부 디퓨저(455)는 접촉하는 연소가스에 따라 그 온도가 달라질 수 있으므로, 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h) 각각이 측정하는 내부 디퓨저(455)의 온도는 서로 다를 수 있다. 다른 예로, 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)은 연소가스의 발열량을 측정할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 가스터빈의 부하 조건에 따라 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h)과 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)과의 매칭 관계가 달라질 수 있다. 가스터빈의 부하 조건이 변경됨에 따라 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h) 각각에서 배출되는 연소가스는 다른 회전성분을 가지고 유동할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 캔들의 개수와 센서들의 개수가 동일하지만, 센서들의 개수는 캔들의 개수와 동일하거나 많을 수 있다.
일 예로, 가스터빈의 부하 조건이 제1 조건일 때, 제1 캔(300a)에서 배출된 연소가스는 제1 센서(457a)로 유동할 수 있고, 제2 캔(300b)에서 배출된 연소가스는 제2 센서(457b)로 유동할 수 있고, 제3 캔(300c)에서 배출된 연소가스는 제3 센서(457c)로 유동할 수 있고, 제4 캔(300d)에서 배출된 연소가스는 제4 센서(457d)로 유동할 수 있고, 제5 캔(300e)에서 배출된 연소가스는 제5 센서(457e)로 유동할 수 있고, 제6 캔(300f)에서 배출된 연소가스는 제6 센서(457f)로 유동할 수 있고, 제7 캔(300g)에서 배출된 연소가스는 제7 센서(457g)로 유동할 수 있고, 제8 캔(300h)에서 배출된 연소가스는 제8 센서(457h)로 유동할 수 있다. 이 때, 제1 센서(457a)는 제1 캔(300a) 이외의 캔에서 배출된 연소가스에 의해 영향을 받지 않을 수 있다. 즉, 제1 센서(457)는 제1 캔(300a)에서 배출된 연소가스에 의해 온도가 상승된 내부 디퓨저(455)의 온도를 측정하거나, 제1 캔(300a)에서 배출된 연소가스의 발열량을 측정할 수 있다. 결론적으로, 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h) 중 어느 하나의 캔에서 배출된 연소가스는 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h) 중 적어도 하나의 센서를 향해 유동하고, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 어느 하나의 캔 이외의 캔에서 배출된 연소가스에 의해 영향을 받지 않을 수 있다. 제어부(500)는 제1 센서(457a)가 측정한 데이터를 기반으로 제1 캔(300a)에 공급되는 연료의 온도 및 연료의 양을 제어할 수 있다. 제어부(500)는 제1 캔(300a)의 온도가 캔의 기준 온도보다 큰 경우, 연료 탱크(305)를 제어하여 제1 캔(300a)에 제공하는 연료의 온도를 낮추거나 제1 연료 밸브(330a)를 제어하여 제1 캔(300a)에 제공하는 연료의 양을 감소시킬 수 있다. 제어부(500)는 제2 센서(457b), 제3 센서(457c), 제 4 센서(457d), 제5 센서(457e), 제6 센서(457f), 제7 센서(457g) 및 제8 센서(457h) 각각이 측정한 데이터를 기반으로 제2 캔(300b), 제3 캔(300c), 제4 캔(300d), 제5 캔(300e), 제6 캔(300f), 제7 캔(300g) 및 제8 캔(300h) 각각에 공급되는 연료의 온도 및 연료의 양을 제어할 수 있다. 제어부(500)는 유추된 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h)의 온도에 따라 연료 탱크(305) 및 연료 밸브(330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h)를 제어하여 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h) 간의 온도 편차를 감소시킬 수 있다.
다른 예로, 가스터빈의 부하 조건이 제2 조건일 때, 제1 캔(300a)에서 배출된 연소가스는 제1 센서(457a)외의 센서로 유동할 수 있다. 즉, 가스터빈의 부하 조건이 제1 조건일 때와 달리, 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h)과 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)의 매칭관계가 달라질 수 있다. 제어부(500)는 달라진 매칭 관계에 기초하여 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h)을 제어할 수 있다.
상술한 예와 달리, 캔들, 연료 라인들, 연료 밸브들 및 센서들의 개수는 특별히 한정되지 않을 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기실을 나타내는 도면이다. 설명의 간략을 위해 도 4와 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 2, 도 3 및 도 5를 참조할 때, 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)은 외부 디퓨저(453)의 내주면 상에 배치될 수 있다. 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)은 로터(55)를 기준으로 원주방향으로 배치되는 제1 센서(457a), 제2 센서(457b), 제3 센서(457c), 제4 센서(457d), 제5 센서(457e), 제6 센서(457f), 제7 센서(457g) 및 제8 센서(457h)를 포함할 수 있다. 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h)은 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h) 각각에서 배출된 연소가스에 의해 온도가 상승된 외부 디퓨저(453)의 온도를 측정하거나, 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h) 각각에서 배출된 연소가스의 발열량을 측정할 수 있다. 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h) 각각은 서로 이격되어 배치되고 외부 디퓨저(453)는 접촉하는 연소가스에 따라 그 온도가 달라질 수 있으므로, 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h) 각각이 측정하는 외부 디퓨저(453)의 온도는 서로 다를 수 있다.
제어부(500)는 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h) 각각이 측정한 외부 디퓨저(453)의 온도에 따라 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h) 각각의 온도를 유추할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 센서들(457a, 457b, 457c, 457d, 457e, 457f, 457g, 457h) 각각이 측정한 연소가스의 발열량에 따라 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h) 각각의 온도를 유추할 수 있다. 제어부(500)는 유추된 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h)의 온도에 따라 연료 탱크(305) 및 연료 밸브(330)를 제어하여 캔들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f, 300g, 300h) 간의 온도 편차를 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법은 연소기를 구성하는 복수개의 캔들 각각의 온도를 유추하여 캔들 각각에 제공하는 연료를 제어하고, 이를 통해 캔들 간의 연소온도 편차를 감소시킬 수 있다.
센서들은 캔들 각각에서 배출되는 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정할 수 있다. 여기서, 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터는 센서들이 부착된 디퓨저의 온도 및 연소가스의 발열량을 포함할 수 있다. 센서들 각각은 서로 이격되어 배치될 수 있고, 센서들은 서로 다른 캔들에서 배출된 연소가스에 대한 상태를 측정할 수 있다(S100).
제어부는 캔들과 캔들 각각이 배출하는 연소가스를 측정하는 센서들을 매칭시킬 수 있다. 가스터빈의 부하 조건에 따라 어느 하나의 캔에서 배출되는 연소가스가 유동하는 방향이 변경될 수 있다. 따라서, 가스터빈의 부하 조건에 따라 캔들과 센서들 간의 매칭 관계가 테이블에 미리 저장될 수 있다(S200).
제어부는 센서들 각각이 측정한 데이터를 기초로 센서들 각각과 매칭되는 캔들 각각의 온도를 유추할 수 있다. 제어부는 테이블에 저장된 캔들과 센서들 간의 매칭 관계를 기초로 센서들 각각이 측정한 데이터가 어떤 캔과 연관된 것인지를 파악할 수 있다. 제어부는 어느 하나의 센서가 측정한 디퓨저의 온도를 기초로 연소가스의 온도를 추정할 수 있고, 추정된 연소가스의 온도를 기초로 상기 어느 하나의 센서와 매칭되는 캔의 온도를 추정할 수 있다. 또한, 제어부는 어느 하나의 센서가 측정한 연소가스의 발열량을 기초로 연료의 단위시간당 방출되는 에너지를 정의하기 위한 변수인 웨버지수를 계산할 수 있다. 제어부는 웨버지수를 기초로 연소가스의 온도를 추정할 수 있고, 추정된 연소가스의 온도를 기초로 상기 어느 하나의 센서와 매칭되는 캔의 온도를 추정할 수 있다(S300).
제어부는 유추된 캔들 각각의 온도와 캔의 기준 온도를 비교할 수 있다. 복수개의 캔들은 각각 상이한 연소온도를 가질 수 있다. 제어부는 캔들 간의 연소온도 편차를 감소시키기 위해 캔들 각각의 온도가 기준 온도 이상인지 또는 이하인지 여부를 파악할 수 있다(S400).
제어부는 어느 하나의 캔의 온도가 캔의 기준 온도 이상인 경우, 캔에 제공되는 연료의 온도는 낮추거나 연료의 양을 감소시킬 수 있다. 제어부는 어느 하나의 캔의 온도가 캔의 기준 온도 이하인 경우, 캔에 제공되는 연료의 온도를 높이거나 연료의 양을 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 캔들 간의 연소온도 편차가 감소될 수 있고, 가스터빈의 효율이 증가될 수 있다(S500).
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (17)

  1. 복수개의 캔(Can)들을 포함하는 연소기;
    상기 연소기로부터 유입된 연소가스를 이용하여 터빈 블레이드를 회전시키는 터빈;
    상기 터빈을 통과한 상기 연소가스를 배출하는 디퓨저;
    상기 디퓨저에 배치되어 상기 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정하는 센서; 및
    상기 센서로부터 측정된 데이터를 기반으로 상기 복수개의 캔들에 주입되는 연료를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 센서들 각각이 측정한 데이터를 기초로 상기 센서들과 매칭되는 상기 캔들 각각의 온도를 유추하고,
    상기 제어부는 가스터빈의 부하 조건에 따라 복수개로 배치되는 상기 센서들과 상기 센서들 각각이 측정하는 연소가스를 배출하는 상기 캔들을 매칭한 테이블을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 테이블에 기초하여 상기 센서들과 상기 캔들을 매칭하여 상기 캔들의 온도를 추정하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 복수개의 캔들의 개수 이상으로 상기 디퓨저에 배치되고,
    복수개의 상기 센서들 각각은 상기 복수개의 캔들 각각에서 배출된 상기 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 캔들 중 어느 하나의 캔에서 배출된 연소가스는 상기 센서들 중 적어도 하나의 센서를 향해 유동하고,
    상기 적어도 하나의 센서는 상기 어느 하나의 캔 이외의 캔에서 배출된 연소가스에 의해 영향을 받지 않는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 캔들 각각에 연료를 공급하는 연료 탱크;
    상기 연료 탱크와 상기 캔들 각각을 연결하는 복수개의 연료 라인들; 및
    상기 연료 라인들 상에 배치되는 복수개의 연료 밸브들을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 연료 밸브들 각각의 개폐 정도를 제어하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서가 측정한 데이터를 기초로 상기 캔들의 온도를 추정하고,
    상기 제어부는 상기 연료 밸브들 각각을 제어하여 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 공급하는 연료의 양을 증가시키고, 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 공급하는 연료의 양을 감소시키는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서가 측정한 데이터를 기초로 상기 캔들의 온도를 추정하고,
    상기 제어부는 상기 연료 탱크를 제어하여 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 기설정된 연료 온도값보다 온도가 높은 연료를 제공하고, 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 기설정된 연료 온도값보다 온도가 낮은 연료를 제공하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 연료 탱크는 상기 연료 라인들 별로 제공하는 연료의 온도를 조절하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 디퓨저는 상기 터빈을 감싸는 배기실 내에 배치되고,
    상기 디퓨저는 가스터빈의 로터를 감싸는 내부 디퓨저 및 상기 내부 디퓨저를 감싸는 외부 디퓨저는 포함하고,
    상기 센서는 상기 내부 디퓨저 및 상기 외부 디퓨저 중 적어도 어느 하나에 배치되는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 디퓨저와 접촉하여 디퓨저의 온도를 측정하는 열전대 센서인,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 연소가스의 발열량을 측정하는 가스센서인,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    복수개로 배치된 상기 센서들 각각이 측정한 상기 연소가스의 발열량을 기초로 연료의 단위시간당 방출되는 에너지를 정의하기 위한 변수인 웨버지수를 계산하고,
    상기 웨버지수를 기초로 상기 캔들 각각의 온도를 유추하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 시스템.
  13. 연소기를 구성하는 복수개의 캔들 각각의 온도를 유추하기 위한 연소기의 캔 별 연소온도 편차 감소 방법에 있어서,
    센서들이 상기 캔들 각각에서 배출되는 연소가스의 온도를 추정할 수 있는 데이터를 측정하는 단계;
    가스터빈의 부하 조건에 따라 터빈의 끝단과 연결되는 디퓨저에 배치되는 상기 센서들과 상기 캔들을 매칭시키는 단계;
    상기 센서들 각각이 측정한 데이터를 기초로 상기 캔들 각각의 온도를 유추하는 단계;
    상기 캔들 각각의 온도에 기초하여 상기 캔들 각각에 제공하는 연료를 제어하는 단계를 포함하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센서들과 상기 캔들을 매칭시키는 단계는,
    상기 가스터빈의 부하 조건에 따라 상기 캔들 중 어느 하나의 캔이 배출하는 연소가스가 상기 센서들 중 어느 센서에 도달하는지 특정하고,
    상기 가스터빈의 부하 조건에 따라 상기 캔들과 상기 센서들을 매칭시키는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 센서들 각각이 측정한 데이터를 기초로 상기 캔들 각각의 온도를 유추하는 단계는,
    상기 센서들이 측정한 상기 디퓨저의 온도 또는 상기 연소가스의 발열량을 기초로 상기 연소가스의 온도를 유추하고,
    상기 연소가스의 온도를 통해 상기 센서들과 매칭되는 상기 캔들 각각의 온도를 유추하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 캔들 각각의 온도에 기초하여 상기 캔들 각각에 제공하는 연료를 제어하는 단계는,
    상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 공급하는 연료의 양을 증가시키고, 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 공급하는 연료의 양을 감소시키는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 캔들 각각의 온도에 기초하여 상기 캔들 각각에 제공하는 연료를 제어하는 단계는,
    상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 낮은 캔에는 기설정된 연료 온도값보다 온도가 높은 연료를 제공하고, 상기 캔들 중 기준 온도 대비 온도가 높은 캔에는 기설정된 연료 온도값보다 온도가 낮은 연료를 제공하는,
    연소기의 캔들 간의 연소온도 편차 감소 방법.
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