KR102817098B1 - Compressor rig test apparatus and controlling method for supplying seal air to bearings - Google Patents
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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.The compressor rig test device of the present invention comprises: a gas turbine including a compressor, a combustor, and a turbine; a compressor rig rotated by the gas turbine; a plurality of bearings supporting a first shaft of the compressor rig; a heat exchanger cooling air discharged from a compressor of the gas turbine and supplying the cooled air to the turbine; a first valve provided in a passage supplying shop air to the plurality of bearings; a second valve provided in a bypass passage supplying low-pressure bleed air to the plurality of bearings by bypassing a passage connected to an exhaust stack in the compressor rig; and a third valve provided in a passage supplying air cooled in the heat exchanger to the plurality of bearings.
Description
본 발명은 압축기 리그 시험장치 및 베어링 씰링 공기 공급 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a compressor rig test device and a bearing sealing air supply control method.
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.The gas turbine consists of a compressor, a combustor, and a turbine. The air sucked in through the air intake is compressed by the compressor to become high-temperature and high-pressure compressed air, and the combustor supplies fuel to this compressed air and combusts it, and the high-temperature and high-pressure combustion gas drives the turbine and drives the generator connected to the turbine. The turbine has a plurality of fixed blades and rotating blades alternately arranged inside the cabin, and the rotating blades are driven by the combustion gas to rotate and drive the output shaft connected to the generator. The combustion gas that drives the turbine is then converted to static pressure by the diffuser and released into the atmosphere.
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.In a turbine configured as described above, a turbine shaft to which a plurality of rotating blades are fixed is rotatably supported on a casing by bearing sections on the inlet chamber side and the exhaust chamber side, respectively. In this case, lubricating oil is supplied to each bearing section, and multi-stage sealing rings are provided near the bearing section to prevent the supplied lubricating oil from leaking out of the bearing section. In addition, by supplying sealing air extracted from the compressor to the sealing rings, leakage of lubricating oil from the bearing section is suppressed, and intrusion of high-temperature gas into the bearing section is suppressed.
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.In a conventional gas turbine, by supplying sealing air extracted from the compressor to the sealing ring, the leakage of lubricating oil from the bearing part is suppressed, and at the same time, the intrusion of high-temperature gas into the bearing part is suppressed. However, when the gas turbine is stopped, the compressor also stops, so compressed air for sealing air cannot be extracted from the compressor. Therefore, the sealing air cannot be supplied to the sealing ring, and there is a concern that the surrounding high-temperature gas may intrude into the bearing part or the lubricating oil inside the bearing part may leak to the outside, and after the gas turbine is stopped, the lubricating oil in the bearing part is heated. Then, the lubricating oil supplied to the bearing part is carbonized and solidified, and the carbide of the lubricating oil is attached to the sealing surface of the sealing ring, and there is a concern that vibration may occur when this carbide comes into contact with the turbine shaft.
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.Also, when testing compressor rigs utilizing gas turbines with external heat exchangers for turbine cooling air, as the inlet pressure drop increases, the bearing sealing air requirement increases beyond the normal shop air supply capacity. Therefore, without securing a separate sealing air source, leakage into the main flow path becomes unavoidable until the low pressure bleed pressure is secured to the required level, which may lead to compressor rig main flow contamination.
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.The present invention aims to provide a compressor rig test device and a bearing sealing air supply control method that implement effective bearing sealing control by supplying front-end bearing sealing air by diversifying the supply source according to the operating state so as to prevent leakage into the main passage during operation under an inlet reduced pressure condition for compressor full mapping when testing a compressor rig using a gas turbine having an external heat exchanger for turbine cooling air.
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.To achieve the above object, the compressor rig test device of the present invention comprises: a gas turbine including a compressor, a combustor, and a turbine; a compressor rig rotated by the gas turbine; a plurality of bearings supporting a first shaft of the compressor rig; a heat exchanger cooling air discharged from a compressor of the gas turbine and supplying the cooled air to the turbine; a first valve provided in a passage supplying shop air to the plurality of bearings; a second valve provided in a bypass passage supplying low-pressure bleed air to the plurality of bearings by bypassing a passage connected to an exhaust stack in the compressor rig; and a third valve provided in a passage supplying air cooled in the heat exchanger to the plurality of bearings.
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.The above compressor rig test device further includes a control unit that controls the first valve, the second valve, and the third valve, and the control unit can control the supply of shop air as sealing air to the plurality of bearings during startup and stop, the supply of air after the heat exchanger as sealing air to the plurality of bearings during acceleration, and the supply of low-pressure bleed air as sealing air to the plurality of bearings during load operation.
상기 압축기 리그의 제1샤프트는 상기 가스 터빈의 제2샤프트와 커플링에 의해 결합될 수 있다.The first shaft of the above compressor rig can be coupled to the second shaft of the gas turbine by a coupling.
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.The above plurality of bearings may include a thrust bearing installed at one end of the first shaft, a front bearing installed at the front end of the compressor rig on the first shaft, and a rear bearing installed at the rear end of the compressor rig on the first shaft.
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.The above control unit can be controlled to open the first valve during startup and stop to supply shop air to the plurality of bearings, open the third valve during acceleration to supply air from the rear end of the heat exchanger to the plurality of bearings, and open the second valve during load operation to supply low-pressure bleed air to the plurality of bearings.
상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.The method may further include a flow control valve provided in a path for supplying cooled air from the above heat exchanger to the plurality of bearings.
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 고압 블리드 유로에 구비되는 고압 블리드오프밸브를 더 포함할 수 있다.The compressor rig may further include a low-pressure bleed-off valve provided in a low-pressure bleed path connected to an exhaust stack from the compressor rig, a medium-pressure bleed-off valve provided in a medium-pressure bleed path connected to an exhaust stack from the compressor rig, and a high-pressure bleed-off valve provided in a high-pressure bleed path connected to an exhaust stack from the compressor rig.
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.The above compressor rig test device may further include a cooling air pressure sensor installed at the rear end of the heat exchanger to measure the pressure of air cooled by the heat exchanger, and a low-pressure pressure sensor installed in a low-pressure passage of the compressor rig to measure the air pressure of the low-pressure passage.
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.The above control unit can control the third valve to be opened to supply the rear end air of the heat exchanger to the plurality of bearings when the pressure of the heat exchanger discharge air measured by the cooling air pressure sensor is equal to or higher than a predetermined pressure during acceleration, and the second valve to be opened to supply the low-pressure bleed air to the plurality of bearings when the pressure of the low-pressure bleed air measured by the low-pressure pressure sensor is equal to or higher than a predetermined pressure during load operation.
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.The present invention relates to a bearing sealing air supply control method for a compressor rig test device, comprising: a gas turbine including a compressor, a combustor, and a turbine; a compressor rig rotated by the gas turbine; a plurality of bearings supporting a first shaft of the compressor rig; and a heat exchanger cooling air discharged from a compressor of the gas turbine and supplying it to the turbine, the method comprising: a step of supplying shop air as sealing air to the plurality of bearings when the gas turbine is started; a step of supplying air at the rear end of the heat exchanger as sealing air to the plurality of bearings during acceleration of the gas turbine; a step of controlling low-pressure bleed air to be supplied as sealing air to the plurality of bearings during load operation of the gas turbine; and a step of supplying shop air as sealing air to the plurality of bearings when the gas turbine is stopped.
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.The above compressor rig test device may include a first valve provided in a path for supplying shop air to the plurality of bearings, a second valve provided in a bypass path for supplying low-pressure bleed air to the plurality of bearings by bypassing a path connected to an exhaust stack in the compressor rig, and a third valve provided in a path for supplying air cooled in the heat exchanger to the plurality of bearings.
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.The above plurality of bearings may include a thrust bearing installed at one end of the first shaft, a front bearing installed at the front end of the compressor rig on the first shaft, and a rear bearing installed at the rear end of the compressor rig on the first shaft.
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.During startup and stop of the gas turbine, the first valve can be opened to supply shop air to the plurality of bearings, during acceleration of the gas turbine, the third valve can be opened to supply air after the heat exchanger to the plurality of bearings, and during load operation of the gas turbine, the second valve can be opened to supply low-pressure bleed air to the plurality of bearings.
상기 가스 터빈의 가속중에, 상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 유량조절밸브에 의해 유량을 조절할 수 있다.During acceleration of the above gas turbine, the flow rate can be controlled by a flow rate control valve provided in a path that supplies air cooled in the heat exchanger to the plurality of bearings.
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 고압 블리드 유로에 구비되는 고압 블리드오프밸브를 더 포함할 수 있다.The above compressor rig test device may further include a low-pressure bleed-off valve provided in a low-pressure bleed path connected from the compressor rig to the exhaust stack, a medium-pressure bleed-off valve provided in a medium-pressure bleed path connected from the compressor rig to the exhaust stack, and a high-pressure bleed-off valve provided in a high-pressure bleed path connected from the compressor rig to the exhaust stack.
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.The above compressor rig test device may further include a cooling air pressure sensor installed at the rear end of the heat exchanger to measure the pressure of air cooled by the heat exchanger, and a low-pressure pressure sensor installed in a low-pressure passage of the compressor rig to measure the air pressure of the low-pressure passage.
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.During acceleration of the gas turbine, when the pressure of the heat exchanger discharge air measured by the cooling air pressure sensor is equal to or higher than a predetermined pressure, the third valve may be opened to supply the rear end air of the heat exchanger to the plurality of bearings, and during load operation of the gas turbine, when the pressure of the low-pressure bleed air measured by the low-pressure pressure sensor is equal to or higher than a predetermined pressure, the second valve may be opened to supply the low-pressure bleed air to the plurality of bearings.
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.According to the compressor rig test device and bearing sealing air supply control method of the present invention described above, when testing a compressor rig using a gas turbine having an external heat exchanger for turbine cooling air, it is possible to prevent leakage into the main passage during operation under inlet pressure reduction conditions for compressor full mapping by supplying the front-end bearing sealing air by diversifying the supply source according to the operating state, thereby implementing effective bearing sealing control.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 리그 시험장치의 시스템 구성도이다.
도 2는 제어부 관련 구성을 나타내는 도면이다.Figure 1 is a system configuration diagram of a compressor rig test device according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a drawing showing the configuration related to the control unit.
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.The present invention can be modified in various ways and has various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
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.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, it should be understood that the terms "comprise" or "have" and the like are intended to specify that a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification is present, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. At this time, it should be noted that the same components in the attached drawings are indicated by the same symbols as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the attached drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기 리그 시험장치의 시스템 구성도이고, 도 2는 제어부 관련 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a system configuration diagram of a compressor rig test device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a configuration related to a control unit.
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.As illustrated in FIG. 1, a compressor rig test device (100) according to one embodiment of the present invention includes a gas turbine (120) including a compressor (121), a combustor (123), and a turbine (125), a compressor rig (110) rotated by the gas turbine, a plurality of bearings supporting a first shaft (141) of the compressor rig, a heat exchanger (130) cooling air discharged from the compressor (121) of the gas turbine and supplying it to the turbine (125), a first valve (171) provided in a passage supplying shop air from the compressor rig to the plurality of bearings, a second valve (172) provided in a bypass passage supplying low-pressure bleed air to the plurality of bearings by bypassing a passage connecting the compressor rig (110) to the exhaust stack (190), and a third valve (173) provided in a passage supplying air cooled in the heat exchanger (130) to the plurality of bearings.
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.A gas turbine (120) includes a compressor (121), a combustor (123), and a turbine (125). The compressor (121) has a plurality of blades and a plurality of vanes that are installed radially. The compressor (121) rotates the blades, and air moves while being compressed by the rotation of the blades. The size and installation angle of the blades may vary depending on the installation location. In one embodiment, the compressor (121) is connected to the turbine (125) by a second shaft (142), and may receive a portion of the power generated in the turbine (125) and use it to rotate the blades.
압축기(121)에서 압축된 공기는 연소기(123)로 이동한다. 연소기(123)는 환형으로 배치되는 복수의 연소 챔버와 연료 노즐 모듈을 포함한다.The compressed air from the compressor (121) moves to the combustor (123). The combustor (123) includes a plurality of combustion chambers and fuel nozzle modules arranged in an annular shape.
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.The turbine (125) is basically similar in structure to the compressor (121). That is, the turbine (125) is also provided with a plurality of turbine rotor disks similar to the compressor rotor disks of the compressor. The turbine rotor disk also includes a plurality of turbine blades that are arranged radially. The turbine blades can also be connected to the turbine rotor disk in a dovetail or the like manner. In addition, a turbine vane fixed to the housing is also provided between the blades of the turbine rotor disk to guide the flow direction of combustion gas passing through the blades.
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.The compressor rig (110) is connected to the gas turbine (120) by a shaft (140) and can compress outside air while rotating by the gas turbine (120). Therefore, the compressor rig (110) acts as a load for the gas turbine (120), and can also be called a load compressor.
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.The compressor rig (110) also has a plurality of blades and a plurality of vanes mounted in multiple stages on the first shaft (141). Therefore, the outside air flowing into the compressor rig (110) can be compressed from a relatively low pressure to a high pressure as it passes through the plurality of blades.
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.The first shaft (141) of the compressor rig (110) and the second shaft (142) of the gas turbine (120) can be combined by a coupling (150) to form a shaft (140).
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.A plurality of bearings supporting the first shaft (141) of the compressor rig (110) may include a thrust bearing (161) installed at one end of the first shaft (141), a front bearing (163) installed at the first shaft (141) at the front end of the compressor rig (110), and a rear bearing (165) installed at the first shaft (141) at the rear end of the compressor rig (110).
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.A plurality of bearings may be configured to spray oil for lubrication on the bearings supporting the shaft, but the pressure in the main path may be lower than the pressure of the oil, so that sealing air is supplied to the cavity in the middle to block it.
쓰러스트 베어링(161, Thrust bearing)은 제1샤프트(141)의 일단부에서 제1샤프트(141)를 축방향으로 지지할 수 있다.A thrust bearing (161) can axially support the first shaft (141) at one end of the first shaft (141).
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.The front bearing (163, Front bearing) and the rear bearing (165, Rear bearing) can rotatably support the first shaft (141) at the front and rear ends of the compressor rig (110).
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.Shop air supply paths may be branched and connected to the thrust bearing (161), front bearing (163), and rear bearing (165) individually or in parallel. A first valve (171) may be installed in the shop air supply path to open and close the path.
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.In the compressor rig (110), a low-pressure bleed path, a medium-pressure bleed path, and a high-pressure bleed path can be sequentially connected to the exhaust stack (190). The low-pressure bleed path can be equipped with a low-pressure bleed-off valve (177), the medium-pressure bleed path can be equipped with a medium-pressure bleed-off valve (178), and the high-pressure bleed path can be equipped with a high-pressure bleed-off valve (179).
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.A bypass path for supplying low-pressure bleed air to a plurality of bearings by bypassing the low-pressure bleed path is connected to the shop air supply path, and a second valve (172) may be provided in this bypass path. The second valve (172) can control the supply of low-pressure bleed air compressed in the compressor rig (110) to the plurality of bearings by opening and closing the bypass path.
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.Additionally, an external heat exchanger (130) may be provided to cool the compressed air from the compressor (121) of the gas turbine (120) and supply it to the inside of the turbine (125). The heat exchanger (130) may cool the compressed air by exchanging heat with water or air.
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.The third valve (173) may be provided in a bypass passage connecting the cooled air passage from the heat exchanger (130) to a plurality of bearings. The third valve (173) may control the supply of cooled air to the plurality of bearings by opening and closing the bypass passage.
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.As illustrated in FIG. 2, the compressor rig test device (100) may further include a control unit (200) that controls the first valve (171), the second valve (172), and the third valve (173).
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.The control unit (200) can control the supply of shop air as sealing air to multiple bearings during startup and stop, the supply of air from the rear end of the heat exchanger as sealing air to multiple bearings during acceleration, and the supply of low-pressure bleed air as sealing air to multiple bearings during load operation.
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.Specifically, the control unit (200) can control the opening of the first valve (171) during startup and stop to supply shop air to a plurality of bearings, the opening of the third valve (173) during acceleration to supply air at the rear end of the heat exchanger to a plurality of bearings, and the opening of the second valve (172) during load operation to supply low-pressure bleed air to a plurality of bearings.
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.During the start-up and stop of the gas turbine (200), there may be no air compressed by the compressor (121) and no compressed cooling air cooled by the heat exchanger (130). Therefore, shop air can be supplied to multiple bearings by opening the first valve (171) and closing the second valve (172) and the third valve (173).
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.During acceleration of the gas turbine (200), the third valve (173) can be opened to supply the air at the rear end of the heat exchanger (130) to multiple bearings. At this time, when the pressure of the cooling air at the rear end of the heat exchanger (130) increases to a level that can be used as sealing air, the first valve (171) and the second valve (172) are closed, and the third valve (173) is opened, so that the compressed cooling air can be supplied as sealing air to multiple bearings.
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.The heat exchanger (130) may further include one or more flow rate control valves (175) provided in a cooling air path that supplies cooled air to a plurality of bearings. The cooling air path may be branched to supply cooling air as sealing air to the thrust bearing (161) and the front bearing (163), and may also supply cooling air to the rear bearing (165). The flow rate control valves (175) may be provided in each cooling air path connected to the thrust bearing (161) and the front bearing (163), and in each cooling air path connected to the rear bearing (165). The flow rate control valves (175) may control the flow rate of cooling air supplied to each bearing, so that only an appropriate amount of cooling air can be supplied as sealing air.
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.The compressor rig test device (100) may further include a cooling air pressure sensor (183) installed at the rear end of the heat exchanger (130) to measure the pressure of air cooled by the heat exchanger, and a low-pressure pressure sensor (181) installed in the low-pressure passage of the compressor rig (110) to measure the air pressure of the low-pressure passage.
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.A low pressure pressure sensor (181) can be installed in the low pressure bleed path of the compressor rig (110) to measure the pressure of the low pressure bleed air. The low pressure pressure sensor (181) can be configured as a pressure transmitter.
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.The cooling air pressure sensor (183) is installed at the rear end of the heat exchanger (130) and can measure the pressure of compressed cooling air compressed by the compressor (121) and cooled by the heat exchanger (130). The cooling air pressure sensor (183) can also be configured as a pressure transmitter.
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.The control unit (200) can control the gas turbine (120) to open the third valve (173) to supply the rear end air of the heat exchanger (130) to a plurality of bearings when the pressure of the discharge air of the heat exchanger (130) measured by the cooling air pressure sensor (183) is higher than a predetermined pressure during acceleration of the gas turbine (120), and to open the second valve (172) to supply the low-pressure bleed air to a plurality of bearings when the pressure of the low-pressure bleed air measured by the low-pressure pressure sensor (181) is higher than a predetermined pressure during load operation of the gas turbine (120).
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.At the initial start-up of the compressor rig test device (100) system, the pressure difference between the main flow path for bearing sealing and the bearing is small, so even if a small amount of shop air is supplied, it may be sufficient to seal the bearing.
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.However, a large amount of sealing air is required during acceleration of the compressor rig test device (100) system. At this time, since the main duct of the load compressor (110) is in a reduced pressure state lower than the atmospheric pressure, sufficient sealing air cannot be supplied. Therefore, when the pressure of the discharge air at the rear end of the external heat exchanger (130) of the gas turbine (120) becomes higher than a predetermined pressure, the third valve (173) can be opened to supply sealing air to multiple bearings.
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.And, during the load operation of the compressor rig test device (100) system, since the air discharged from the load compressor (110) satisfies sufficient pressure and flow rate, when the air pressure of the low-pressure bleed path becomes higher than a predetermined pressure, the second valve (172) can be opened to supply the low-pressure bleed air as sealing air to multiple bearings.
다음으로, 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법을 설명한다.Next, a method for controlling the bearing sealing air supply of a compressor rig test device is described.
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.The compressor rig test device (100) includes, as described above, a gas turbine (120) including a compressor (121), a combustor (123), and a turbine (125), a compressor rig (110) rotated by the gas turbine, a plurality of bearings supporting a first shaft (141) of the compressor rig, and a heat exchanger (130) for cooling air discharged from the compressor (121) of the gas turbine (120) and supplying it to the turbine (125).
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.A method for controlling the bearing sealing air supply of a compressor rig test device (100) may include a step of supplying shop air as sealing air to a plurality of bearings when the gas turbine (120) is started, a step of supplying air from the rear end of a heat exchanger (130) as sealing air to a plurality of bearings during acceleration of the gas turbine (120), a step of controlling the supply of low-pressure bleed air as sealing air to a plurality of bearings during load operation of the gas turbine (120), and a step of supplying shop air as sealing air to a plurality of bearings during stop of the gas turbine (120).
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.The compressor rig test device (100) may include a first valve (171) provided in a path for supplying shop air to a plurality of bearings, a second valve (172) provided in a bypass path for supplying low-pressure bleed air to a plurality of bearings by bypassing a path connected from the compressor rig (110) to the exhaust stack (190), and a third valve (173) provided in a path for supplying air cooled in a heat exchanger (130) to a plurality of bearings.
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.The plurality of bearings may include a thrust bearing (161) installed at one end of the first shaft (141), a front bearing (163) installed at the first shaft at the front end of the compressor rig, and a rear bearing (165) installed at the first shaft at the rear end of the compressor rig.
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.During the start-up and stop of the gas turbine (120), the first valve (171) can be opened to supply shop air to multiple bearings, during the acceleration of the gas turbine (120), the third valve (173) can be opened to supply air at the rear end of the heat exchanger (130) to multiple bearings, and during the load operation of the gas turbine (120), the second valve (172) can be opened to supply low-pressure bleed air to multiple bearings.
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.The compressor rig test device (100) may further include a cooling air pressure sensor (183) installed at the rear end of the heat exchanger (130) to measure the pressure of air cooled by the heat exchanger, and a low-pressure pressure sensor (181) installed in the low-pressure passage of the compressor rig (110) to measure the air pressure of the low-pressure passage.
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.During acceleration of the gas turbine (120), when the pressure of the discharge air of the heat exchanger (130) measured by the cooling air pressure sensor (183) is equal to or higher than a predetermined pressure, the third valve (173) is opened to supply the air at the rear end of the heat exchanger (130) to multiple bearings, and during load operation of the gas turbine (120), when the pressure of the low-pressure bleed air measured by the low-pressure pressure sensor (181) is equal to or higher than a predetermined pressure, the second valve (172) is opened to supply the low-pressure bleed air to multiple bearings.
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.At the initial start-up of the compressor rig test device (100) system, the pressure difference between the main flow path for bearing sealing and the bearing is small, so even if a small amount of shop air is supplied, it may be sufficient to seal the bearing.
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.However, a large amount of sealing air is required during acceleration of the compressor rig test device (100) system. At this time, since the main duct of the load compressor (110) is in a reduced pressure state lower than the atmospheric pressure, sufficient sealing air cannot be supplied. Therefore, when the pressure of the discharge air at the rear end of the external heat exchanger (130) of the gas turbine (120) becomes higher than a predetermined pressure, the third valve (173) can be opened to supply sealing air to multiple bearings.
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.And, during the load operation of the compressor rig test device (100) system, since the air discharged from the load compressor (110) satisfies sufficient pressure and flow rate, when the air pressure of the low-pressure bleed path becomes higher than a predetermined pressure, the second valve (172) can be opened to supply the low-pressure bleed air as sealing air to multiple bearings.
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.According to the compressor rig test device of the present invention, when conducting an overall performance mapping test through inlet pressure reduction during a compressor rig test using a gas turbine as a drive device, leakage into the main flow path can be reliably prevented.
또한, 전체 운전 영역에서 운전 조건별로 적합한 씰링 공기 소스를 활용함에 따라 충분한 압력 및 유량으로 씰링 공기를 공급할 수 있다.In addition, sealing air can be supplied at sufficient pressure and flow rate by utilizing a sealing air source suitable for each operating condition throughout the entire operating range.
또한, 과도한 입구 감압 조건에서도 압축기 리그 상태를 누유에 의한 오염 없이 깨끗하게 유지할 수 있다.In addition, the compressor rig state can be kept clean without contamination by leakage even under excessive inlet depressurization conditions.
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.Above, one embodiment of the present invention has been described, but it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes to the present invention can be made by adding, changing, deleting or adding components, without departing from the spirit of the present invention as described in the claims, and this is also included within the scope of the present invention.
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
172: 제2밸브
173: 제3밸브
175: 유량조절밸브
177: 저압 블리드오프밸브
178: 중압 블리드오프밸브
179: 고압 블리드오프밸브
181: 저압 압력센서
183: 냉각공기 압력센서
190: 배기 스택
200: 제어부100: Compressor Rig Tester
110: Compressor League
120: Gas turbine
121: Compressor
123: Combustor
125: Turbine
130: Heat exchanger
140: Shaft
141: 1st shaft
142: 2nd shaft
150: Coupling
161: Thrust bearing
163: Front bearing
165: Rear bearing
171: First valve
172: 2nd valve
173: 3rd valve
175: Flow control valve
177: Low pressure bleed-off valve
178: Medium pressure bleed-off valve
179: High pressure bleed-off valve
181: Low pressure pressure sensor
183: Cooling air pressure sensor
190: Exhaust stack
200: Control Unit
Claims (17)
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;
상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 제3밸브; 및
상기 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 제어하는 제어부를 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.Gas turbine including compressor, combustor and turbine;
A compressor rig rotated by the above gas turbine;
A plurality of bearings supporting the first shaft of the above compressor rig;
A heat exchanger that cools the air discharged from the compressor of the gas turbine and supplies it to the turbine;
A first valve provided in a path for supplying shop air to the above-mentioned plurality of bearings;
A second valve provided in a bypass passage for supplying low-pressure bleed air to the plurality of bearings by bypassing the passage connecting the exhaust stack in the above compressor league;
A third valve provided in a path for supplying air cooled in the above heat exchanger to the plurality of bearings; and
Including a control unit that controls the first valve, the second valve, and the third valve,
The above control unit supplies shop air as sealing air to the plurality of bearings during operation and stop.
During acceleration, the air behind the heat exchanger is supplied as sealing air to the plurality of bearings.
A compressor rig test device characterized in that it controls to supply low-pressure bleed air as sealing air to the plurality of bearings during load operation.
상기 압축기 리그의 제1샤프트는 상기 가스 터빈의 제2샤프트와 커플링에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.In the first paragraph,
A compressor rig test device, characterized in that the first shaft of the compressor rig is coupled to the second shaft of the gas turbine by a coupling.
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.In the third paragraph,
The above multiple bearings
A thrust bearing installed at one end of the first shaft,
A front bearing installed on the first shaft at the front end of the above compressor rig,
A compressor rig test device characterized by including a rear bearing installed on the first shaft at the rear end of the compressor rig.
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.In the first paragraph,
The above control unit
During start-up and stop, the first valve is opened to supply shop air to the plurality of bearings,
During acceleration, the third valve is opened to supply air from the rear of the heat exchanger to the plurality of bearings.
A compressor rig test device characterized in that the second valve is controlled to open during load operation to supply low-pressure bleed air to the plurality of bearings.
상기 열교환기에서 냉각된 공기를 상기 복수의 베어링으로 공급하는 유로에 구비되는 유량조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.In the first paragraph,
A compressor rig test device further comprising a flow rate control valve provided in a path for supplying air cooled in the heat exchanger to the plurality of bearings.
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 고압 블리드 유로에 구비되는 고압 블리드오프밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치.In the first paragraph,
A low pressure bleed-off valve provided in a low pressure bleed path connected to the exhaust stack in the above compressor rig,
A medium-pressure bleed-off valve provided in a medium-pressure bleed path connected to the exhaust stack in the above compressor rig,
A compressor rig test device further comprising a high pressure bleed-off valve provided in a high pressure bleed path connected to an exhaust stack in the compressor rig.
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.In the first paragraph,
The above compressor rig test device is
A cooling air pressure sensor installed at the rear end of the heat exchanger to measure the pressure of air cooled by the heat exchanger,
A compressor rig test device characterized in that it further includes a low-pressure pressure sensor installed in the low-pressure path of the compressor rig to measure the air pressure of the low-pressure path.
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.In Article 8,
The above control unit
During acceleration, when the pressure of the heat exchanger discharge air measured by the cooling air pressure sensor is higher than a predetermined pressure, the third valve is opened to supply the air at the rear end of the heat exchanger to the plurality of bearings.
A compressor rig test device characterized in that, during load operation, when the pressure of the low-pressure bleed air measured by the low-pressure pressure sensor is higher than a predetermined pressure, the second valve is controlled to open and supply the low-pressure bleed air to the plurality of bearings.
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.A method for controlling bearing sealing air supply of a compressor rig test device, comprising: a gas turbine including a compressor, a combustor, and a turbine; a compressor rig rotated by the gas turbine; a plurality of bearings supporting a first shaft of the compressor rig; and a heat exchanger for cooling air discharged from a compressor of the gas turbine and supplying it to the turbine.
A step of supplying shop air as sealing air to the plurality of bearings during starting of the gas turbine;
A step of supplying the air after the heat exchanger as sealing air to the plurality of bearings during acceleration of the gas turbine;
A step of controlling the supply of low-pressure bleed air as sealing air to the plurality of bearings during the load operation of the gas turbine; and
A method for controlling the supply of bearing sealing air to a compressor rig test device, characterized in that it includes a step of supplying shop air as sealing air to the plurality of bearings while the gas turbine is stopped.
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.In Article 10,
The above compressor rig test device is
A first valve provided in a path for supplying shop air to the above-mentioned plurality of bearings,
A second valve provided in a bypass path that supplies low-pressure bleed air to the plurality of bearings by bypassing the path connected to the exhaust stack in the above compressor league,
A method for controlling the supply of bearing sealing air to a compressor rig test device, characterized in that it includes a third valve provided in a path for supplying air cooled in the heat exchanger to the plurality of bearings.
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.In Article 11,
The above multiple bearings
A thrust bearing installed at one end of the first shaft,
A front bearing installed on the first shaft at the front end of the above compressor rig,
A method for controlling bearing sealing air supply of a compressor rig test device, characterized in that it includes a rear bearing installed on the first shaft at the rear end of the compressor rig.
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.In Article 11,
During the start and stop of the above gas turbine, the first valve is opened to supply shop air to the plurality of bearings,
During acceleration of the above gas turbine, the third valve is opened to supply air from the rear end of the heat exchanger to the plurality of bearings.
A method for controlling the supply of bearing sealing air to a compressor rig test device, characterized in that during the load operation of the gas turbine, the second valve is opened to supply low-pressure bleed air to the plurality of bearings.
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.In Article 11,
A method for controlling the supply of air for bearing sealing of a compressor rig test device, characterized in that the flow rate is controlled by a flow rate control valve provided in a path for supplying air cooled in the heat exchanger to the plurality of bearings during acceleration of the gas turbine.
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 고압 블리드 유로에 구비되는 고압 블리드오프밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기 리그 시험장치의 베어링 씰링 공기 공급 제어방법.In Article 11,
The above compressor rig test device is
A low pressure bleed-off valve provided in a low pressure bleed path connected to the exhaust stack in the above compressor rig,
A medium-pressure bleed-off valve provided in a medium-pressure bleed path connected to the exhaust stack in the above compressor rig,
A method for controlling the supply of bearing sealing air to a compressor rig test device, characterized in that it further includes a high pressure bleed-off valve provided in a high pressure bleed path connected to an exhaust stack in the compressor rig.
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.In Article 11,
The above compressor rig test device is
A cooling air pressure sensor installed at the rear end of the heat exchanger to measure the pressure of air cooled by the heat exchanger,
A method for controlling the bearing sealing air supply of a compressor rig test device, characterized in that it further includes a low-pressure pressure sensor installed in the low-pressure path of the compressor rig to measure the air pressure of the low-pressure path.
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.In Article 16,
During acceleration of the gas turbine, when the pressure of the heat exchanger discharge air measured by the cooling air pressure sensor is higher than a predetermined pressure, the third valve is opened to supply the air at the rear end of the heat exchanger to the plurality of bearings.
A bearing sealing air supply control method of a compressor rig test device, characterized in that when the pressure of the low-pressure bleed air measured by the low-pressure pressure sensor is higher than a predetermined pressure during the load operation of the gas turbine, the second valve is opened to supply the low-pressure bleed air to the plurality of bearings.
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| KR1020220149651A Active KR102817098B1 (en) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | Compressor rig test apparatus and controlling method for supplying seal air to bearings |
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| KR (1) | KR102817098B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011047404A (en) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | General Electric Co <Ge> | Mechanical power transmission system for testing full-scale compressor rig and gas turbine |
| US20130192248A1 (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-01 | William K. Ackermann | Gas turbine engine buffer system |
| US20140209124A1 (en) * | 2013-01-31 | 2014-07-31 | Solar Turbines Incorporated | Gas turbine offline compressor wash with buffer air from combustor |
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2022
- 2022-11-10 KR KR1020220149651A patent/KR102817098B1/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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Legal Events
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