KR101187915B1

KR101187915B1 - Gas turbine system

Info

Publication number: KR101187915B1
Application number: KR1020100128615A
Authority: KR
Inventors: 안철주; 김원중; 신종섭
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-10-04
Also published as: KR20120067161A

Abstract

본 발명은 가스 터빈 시스템에 관련된 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 시스템은, 제1압축부 및 상기 제1압축부와 다른 방식의 제2압축부를 구비하며 다단으로 이루어지는 압축 유니트와, 상기 압축 유니트에 의해 압축된 기체와 연료를 반응시켜 연소시키는 연소부와, 상기 연소부에서 발생하는 연소 가스에 의해서 회전되는 터빈부와, 상기 터빈부의 회전력의 일부를 상기 압축 유니트에 전달하는 회전력 전달수단과, 상기 터빈부의 회전력의 다른 일부를 전달받아 구동되는 제1장치를 구비하며, 상기 압축 유니트는 상기 터빈부 또는 상기 제1장치 중 적어도 하나로부터 분리 가능하게 배치된다. The present invention relates to a gas turbine system, and a gas turbine system according to an embodiment of the present invention includes a first compression unit and a second compression unit having a second compression unit different from the first compression unit, and having a multistage compression unit; A combustion unit for reacting and combusting the gas compressed by the compression unit and fuel, a turbine unit rotated by the combustion gas generated in the combustion unit, and a rotational force transmission for transmitting a part of the rotational force of the turbine unit to the compression unit. Means, and a first device driven by receiving another part of the rotational force of the turbine unit, wherein the compression unit is detachably disposed from at least one of the turbine unit and the first device.

Description

Gas turbine system

본 발명은 가스 터빈 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a gas turbine system.

가스 터빈은 브레이튼 사이클(Brayton cycle)을 이용하는 장치로서, 연소 가스의 흐름으로부터 터빈의 회전력을 얻는다. A gas turbine is a device that uses a Brayton cycle, and obtains the rotational force of the turbine from the flow of combustion gas.

이러한 가스 터빈은 기존의 왕복동 방식의 내연기관에 비해서 중량 대비 출력이 높고, 대기 오염 물질의 배출량도 적어서 고출력 청정 엔진으로 각광받고 있다. These gas turbines are spotlighted as high power clean engines because they have a higher power-to-weight ratio and lower emissions of air pollutants than conventional reciprocating internal combustion engines.

일반적으로 가스 터빈은 흡입 공기를 압축하는 압축기, 연료와 압축 공기를 혼합하여 연소시키는 연소부, 고압의 연소 가스로부터 회전력을 얻어 회전되는 터빈을 구비한다. Generally, a gas turbine includes a compressor that compresses intake air, a combustion unit that mixes and combusts fuel and compressed air, and a turbine that rotates by obtaining rotational force from a high-pressure combustion gas.

가스 터빈은 터빈의 회전력을 차량 또는 선박을 추진력으로 사용하는 엔진 시스템에 채용될 수도 있고, 터빈의 회전력을 발전기의 구동에 사용하는 발전 시스템에 채용될 수도 있다. The gas turbine may be employed in an engine system using the rotational force of the turbine as a driving force for a vehicle or a ship, or may be employed in a power generation system using the rotational force of the turbine for driving a generator.

가스 터빈은 공기를 압축하기 위해서 축류식 압축기 또는 원심식 압축기를 사용할 수 있다. Gas turbines may use axial or centrifugal compressors to compress air.

가스 터빈이 축류식 압축기를 사용하는 경우, 원심식 압축기를 사용하는 경우에 비해서, 동일 유량에 대해서 그 직경을 작게 할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 축류식 압축기는 다단으로 구성할 경우 회전축이 과도하게 길어져 회전축의 비틀림 또는 진동의 증가 등이 문제될 수 있으며, 인터쿨러를 적용하기 어렵다는 문제가 있다. When the gas turbine uses an axial compressor, there is an advantage that the diameter can be reduced for the same flow rate as compared with the case of using the centrifugal compressor. However, when the axial compressor is configured in multiple stages, the rotation shaft is excessively long, which may cause problems such as torsion or increase in vibration of the rotation shaft, and it is difficult to apply an intercooler.

한편, 가스 터빈이 원심식 압축기를 사용하는 경우, 원심식 압축기를 다단으로 구성하고 인터쿨러를 적용함으로써 공기의 압축 효율을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 그런데, 이러한 가스 터빈은 용량 및 출력이 커질수록, 원심식 압축기의 유량을 증가시키기 위해서 원심식 압축기의 직경이 함께 커져 설치가 곤란하고 제조 단가가 매우 증가하는 문제가 있다. 특히 대용량의 가스 터빈의 경우에는 이러한 문제가 심각하게 대두될 수 있다. On the other hand, when the gas turbine uses a centrifugal compressor, the compression efficiency of the air can be effectively increased by configuring the centrifugal compressor in multiple stages and applying an intercooler. However, such a gas turbine has a problem in that as the capacity and output increase, the diameter of the centrifugal compressor increases in order to increase the flow rate of the centrifugal compressor, which makes it difficult to install and increases the manufacturing cost. Especially in the case of large gas turbines, this problem can be serious.

상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일부 측면은, 압축기가 높은 압축 효율을 유지하면서도, 전체적인 크기, 중량 및 제조 단가의 과도한 상승이 없이 대용량화가 가능한 가스 터빈 시스템을 제공함에 목적이 있다. In order to solve the above problems, some aspects of the present invention is to provide a gas turbine system capable of large capacity without excessively increasing the overall size, weight and manufacturing cost, while maintaining a high compression efficiency.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 가스 터빈 시스템은, 제1압축부 및 상기 제1압축부와 다른 방식의 제2압축부를 구비하며 다단으로 이루어지는 압축 유니트와, 상기 압축 유니트에 의해 압축된 기체와 연료를 반응시켜 연소시키는 연소부와, 상기 연소부에서 발생하는 연소 가스에 의해서 회전되는 터빈부와, 상기 터빈부의 회전력의 일부를 상기 압축 유니트에 전달하는 회전력 전달수단과, 상기 터빈부의 회전력의 다른 일부를 전달받아 구동되는 제1장치를 구비하며, 상기 압축 유니트는 상기 터빈부 또는 상기 제1장치 중 적어도 하나로부터 분리 가능하게 배치된다. In order to achieve the above object, a gas turbine system according to an aspect of the present invention includes a first compression unit and a second compression unit different from the first compression unit, and a multistage compression unit and the compression unit. A combustion unit for reacting and combusting the compressed gas and the fuel by combustion, a turbine unit rotated by combustion gas generated in the combustion unit, rotational force transmission means for transmitting a part of the rotational force of the turbine unit to the compression unit, and And a first device driven by receiving another portion of the rotational force of the turbine unit, wherein the compression unit is disposed to be detachable from at least one of the turbine unit and the first device.

또한 상기 제1압축부는 출류식 압축기이며, 상기 제2압축부는 원심식 압축기일 수 있다. The first compression unit may be an outlet type compressor, and the second compression unit may be a centrifugal compressor.

또한 상기 제1압축부는, 상기 압축 유니트의 최선단에 위치할 수 있다. 이 경우, 제2압축부는 복수 개로 이루어지며, 상기 제1압축부의 후단에 다단으로 연결될 수도 있다. The first compression unit may be located at the top of the compression unit. In this case, the second compression unit may be formed in plural, and may be connected to the rear end of the first compression unit in multiple stages.

또한 상기의 가스 터빈 시스템은, 상기 제1압축부와 상기 제2압축부 사이를 지나는 기체를 냉각시키는 제1인터쿨러를 더 구비할 수 있다. The gas turbine system may further include a first intercooler configured to cool a gas passing between the first compression unit and the second compression unit.

또한 상기 제2압축부는, 다단으로 연결된 복수 개로 이루어지며, 상기 가스 터빈 시스템은 각 제2압축부 사이를 지나는 기체를 냉각시키는 제2인터쿨러를 더 구비할 수 있다. The second compression unit may include a plurality of stages connected in multiple stages, and the gas turbine system may further include a second intercooler configured to cool the gas passing between the second compression units.

또한 상기의 가스 터빈 시스템은, 상기 터빈부에서 배출되는 연소 가스의 열로 상기 압축 유니트에서 압축된 유체를 가열하는 재열기를 더 구비할 수도 있다. In addition, the gas turbine system may further include a reheater for heating the fluid compressed in the compression unit with the heat of the combustion gas discharged from the turbine unit.

또한 상기의 가스 터빈 시스템은, 상기 압축 유니트에서 압축된 기체의 수분을 부가하여 상기 재열기로 유입시키는 증습기를 더 구비할 수 있다. In addition, the gas turbine system may further include a humidifier for adding moisture of the gas compressed in the compression unit to the reheater.

또한 상기 회전력 전달수단은, 상기 터빈부의 회전축과, 상기 제1압축부의 회전축과, 상기 제2압축부의 회전축과, 상기 터빈부의 회전축, 상기 제1압축부의 회전축 및 상기 제2압축부의 회전축이 함께 회전되도록 이들을 서로 연결시키는 기어 시스템을 구비할 수 있다. In addition, the rotational force transmission means, the rotary shaft of the turbine unit, the rotary shaft of the first compression unit, the rotary shaft of the second compression unit, the rotary shaft of the turbine unit, the rotary shaft of the first compression unit and the rotary shaft of the second compression unit rotate together. It may be provided with a gear system that connects them to each other.

또한 상기 기어 시스템은, 일측이 상기 제1압축부의 회전축 및 상기 제2압축부의 회전축과 기어 결합되며 타측이 상기 터빈부의 회전축에 기어 결합되는 샤프트를 구비할 수 있다. The gear system may include a shaft having one side gear-coupled with the rotation shaft of the first compression unit and the rotation shaft of the second compression unit, and the other side gear-coupled with the rotation shaft of the turbine unit.

또한 상기 터빈부는, 다단으로 연결된 복수 개로 이루어질 수 있다. In addition, the turbine unit may be formed of a plurality of connected in multiple stages.

한편, 제1장치는 발전기일 수 있으며, 이 경우 상기 발전기는, 상기 터빈부의 회전축에 기어 결합된 회전자를 구비할 수 있다. On the other hand, the first device may be a generator, in this case, the generator may include a rotor gear coupled to the rotating shaft of the turbine portion.

본 발명의 일 측면에 따른 가스 터빈 시스템에 의하면, 압축기가 높은 압축 효율을 유지하면서도, 전체적인 크기, 중량 및 제조 단가의 과도한 상승이 없이 대용량화가 가능하다. According to the gas turbine system according to an aspect of the present invention, while the compressor maintains a high compression efficiency, it is possible to increase the capacity without excessive increase in the overall size, weight and manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 가스 터빈 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가스 터빈 시스템의 개략적인 구성도이다. 1 is a schematic perspective view of a gas turbine system according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are schematic configuration diagrams of the gas turbine system of FIG. 1.
4 is a schematic structural diagram of a gas turbine system according to another embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 시스템에 대해서 설명한다. 도면에 있어서 동일한 부재번호를 가지는 구성은 실질적으로 동일한 구성임을 의미한다. Hereinafter, a gas turbine system according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, a configuration having the same member number means substantially the same configuration.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 터빈 시스템의 개략적인 사시도이며, 도 2 및 도 3은 도 1의 가스 터빈 시스템의 개략적인 구성도이다. 1 is a schematic perspective view of a gas turbine system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are schematic configuration diagrams of the gas turbine system of FIG. 1.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)은, 압축 유니트(100), 제1인터쿨러(210), 제2인터쿨러(220), 증습기(700), 연소부(300), 터빈부(400), 재열기(500), 회전력 전달 수단 및 제1장치를 구비한다. 1 to 3, the gas turbine system 1 according to the present embodiment includes a compression unit 100, a first intercooler 210, a second intercooler 220, a humidifier 700, and a combustion unit. 300, a turbine unit 400, a reheater 500, a rotation force transmitting means, and a first device.

압축 유니트(100)는 공기(A)를 흡입하여 압축하기 위한 것으로, 제1압축부(110)와 제2압축부(122,124)를 구비한다. The compression unit 100 suctions and compresses air A, and includes a first compression unit 110 and second compression units 122 and 124.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1압축부(110)는 축류식 압축기(axial flow compressor)이다. 축류식 압축기는 유입된 유체를 회전축과 나란한 방향으로 이동시키면서 압축하는 장치로써, 원심식 압축기(centrifugal compressor)와 비교할 때 동일 유량에 대해서 작은 직경을 가질 수 있다. 1 and 2, the first compression unit 110 is an axial flow compressor. The axial compressor is a device that compresses the introduced fluid while moving in a direction parallel to the rotating shaft, and may have a small diameter for the same flow rate when compared to a centrifugal compressor.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제2압축부(122,124)는 제1압축부와는 다른 방식으로 유체를 압축시키는 원심식 압축기이며, 복수 개로 이루어진다. 원심식 압축기는 임펠러의 회전력에 의한 원심력으로 유체에 압력을 가하는 압축기로써, 단당 압력비가 높고, 구조가 간단하여 제조 단가가 낮으며, 인터쿨러의 적용이 비교적 용이한 장점을 가진다. 본 실시예에서 제2압축부(122,124)는 제1압축부(110)에서 유출된 압축 공기(AC1)를 재압축시키는 제1원심식 압축기(122)와, 제1원심식 압축기(122)에서 유출된 압축 공기(AC2)를 재압축시키는 제2원심식 압축기(124)를 구비함으로써, 다단으로 구성된다.2 and 3, the second compression units 122 and 124 are centrifugal compressors that compress the fluid in a manner different from that of the first compression unit, and include a plurality of compressors. The centrifugal compressor is a compressor that pressurizes a fluid by centrifugal force by the rotational force of the impeller, and has a high pressure-per-unit ratio, a simple structure, low manufacturing cost, and an easy application of an intercooler. In the present exemplary embodiment, the second compression units 122 and 124 may include the first centrifugal compressor 122 for recompressing the compressed air AC1 discharged from the first compression unit 110 and the first centrifugal compressor 122. By providing the 2nd centrifugal compressor 124 which recompresses outflow compressed air AC2, it is comprised by multistage.

제1원심식 압축기(122)와 제2원심식 압축기(124)는, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 회전축(123)의 양측에 결합되어 함께 구동될 수도 있다. As shown in FIG. 3, the first centrifugal compressor 122 and the second centrifugal compressor 124 may be coupled to both sides of one rotation shaft 123 to be driven together.

제1인터쿨러(210)는 제1압축부(110)에서 유출되어 제1원심식 압축기(122)로 유입되는 압축 공기(AC1)를 냉각시키는 역할을 한다. 제1압축부(110)로 유입된 공기(A)는 압축되면서 온도가 상승하게 되는데, 이러한 온도 상승은 압축 공기(AC1)의 체적 팽창을 유발하므로 압축 효율을 저하시킬 수 있다. 제1인터쿨러(210)는 압축 기체(AC1)를 냉각시켜 줌으로써 압축 효율이 저하되는 것을 효과적으로 억제해준다. 제1인터쿨러(210)는 공냉식으로 구성될 수도 있고 수냉식으로 구성될 수도 있다. The first intercooler 210 serves to cool the compressed air AC1 flowing out of the first compression unit 110 and introduced into the first centrifugal compressor 122. As the air A introduced into the first compression unit 110 is compressed, the temperature is increased. This temperature rise may cause a volume expansion of the compressed air AC1, thereby reducing the compression efficiency. The first intercooler 210 effectively suppresses a decrease in compression efficiency by cooling the compressed gas AC1. The first intercooler 210 may be air-cooled or water-cooled.

제2인터쿨러(220)는 제1원심식 압축기(122)에서 유출되어 제2원심식 압축기(124)로 유입되는 압축 공기(AC2)를 냉각시키는 역할을 한다. 제2인터쿨러(220)도 제1인터쿨러(210)와 마찬가지로 압축 효율이 저하되는 것을 효과적으로 억제해준다. The second intercooler 220 serves to cool the compressed air AC2 flowing out of the first centrifugal compressor 122 and flowing into the second centrifugal compressor 124. Like the first intercooler 210, the second intercooler 220 also effectively suppresses a decrease in compression efficiency.

증습기(700)는 압축 유니트(100)에서 압축된 공기(AC3)가 재열기(500)로 유입되기 전에 그 압축 공기(AC3)에 수분을 부가하는 역할을 한다. 압축 공기(AC3)에 수분이 부가되면, 재열기(500)에서 압축 공기(AC3)와 배기 연소 가스(CG) 사이의 열교환이 더욱 효과적으로 이루어진다. 또한 압축 공기에 수분이 부가됨으로써, 압축 공기(AC3)의 질량 증가에 따른 터빈부(400)의 출력 향상 및 효율 향상의 효과를 도모할 수도 있다.The humidifier 700 serves to add moisture to the compressed air AC3 before the air AC3 compressed in the compression unit 100 flows into the reheater 500. When moisture is added to the compressed air AC3, heat exchange between the compressed air AC3 and the exhaust combustion gas CG is more effectively performed in the reheater 500. In addition, by adding moisture to the compressed air, it is possible to achieve the effect of improving the output of the turbine unit 400 and the efficiency by the increase in the mass of the compressed air AC3.

연소부(300)는 압축 유니트(100)에서 압축된 압축 공기(AC3)와 연료(F)를 혼합하여 연소시키는 역할을 한다. 연료(F)가 연소되면 고온, 고압의 연소 가스(CG)가 형성된다. 연소부(300)는 이러한 연소 가스(CG)를 터빈부(400)의 내부로 분사한다. Combustion unit 300 serves to mix and burn the compressed air (AC3) and the fuel (F) compressed in the compression unit 100. When the fuel F is burned, a combustion gas CG of high temperature and high pressure is formed. The combustion unit 300 injects the combustion gas CG into the turbine unit 400.

터빈부(400)는 연소부(300)에서 형성된 고온, 고압의 연소 가스(CG)의 흐름을 회전력으로 변환하는 역할을 한다. 즉, 연소 가스(CG)가 터빈 블레이드를 지나가면 터빈부(400)의 회전축(401)이 회전된다. 터빈부(400)의 회전력의 일부는 압축 유니트(100)를 구동하는데 사용되며, 다른 일부는 제1장치를 구동시키는 데 사용된다. 터빈 블레이드를 통과한 연소 가스(CG)는 재열기(500)를 지나 배기 덕트(450)으로 배출된다. Turbine unit 400 serves to convert the flow of the high-temperature, high-pressure combustion gas (CG) formed in the combustion unit 300 into a rotational force. That is, when the combustion gas CG passes through the turbine blade, the rotation shaft 401 of the turbine unit 400 rotates. Part of the rotational force of the turbine portion 400 is used to drive the compression unit 100, and the other part is used to drive the first device. The combustion gas CG passing through the turbine blade is discharged to the exhaust duct 450 via the reheater 500.

재열기(500)는 터빈부(400)에서 배출된 고온의 연소 가스(CG)와, 증습기(700)를 지난 압축 공기(AC3) 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 역할을 한다. 즉, 재열기(500)에 의해서, 터빈부(400)에서 배출된 연소 가스(CG)의 온도는 하강하게 되고, 증습기(700)를 지난 압축 공기(AC3)의 온도를 상승하게 된다. 이처럼, 증습기(700)는 터빈부(400)를 통과한 연소 가스(CG)의 열 에너지 중 일부를 터빈부(400)의 동력으로 회수하는 역할을 함으로써 터빈부(400)의 출력을 더욱 증가시킬 수 있다. 재열기(500)는 복수의 덕트를 구비하되, 그 덕트의 내부로는 증습기(700)를 지난 압축 공기(AC3)를 통과시키고, 그 덕트의 외부로는 터빈부(400)에서 배출된 연소 가스(CG)가 지나가도록 함으로써, 그 덕트를 통해서 열교환이 이루어지도록 구성될 수 있다. 재열기(500)는 터빈부에서 배출되는 연소 가스(CG)의 조건, 설치장소, 용도에 따라 채널형(Channel Type), 방사형(Radiation Type), 연통 튜브식(Flue Tube Type)등 다양한 형태가 사용될 수 있다. The reheater 500 serves to exchange heat between the hot combustion gas CG discharged from the turbine unit 400 and the compressed air AC3 passing through the humidifier 700. That is, by the reheater 500, the temperature of the combustion gas CG discharged from the turbine unit 400 is lowered, and the temperature of the compressed air AC3 passing through the humidifier 700 is increased. As such, the humidifier 700 further increases the output of the turbine unit 400 by recovering a portion of the thermal energy of the combustion gas CG passing through the turbine unit 400 as the power of the turbine unit 400. You can. The reheater 500 is provided with a plurality of ducts, the inside of the duct passes through the compressed air (AC3) passing through the humidifier 700, the combustion is discharged from the turbine unit 400 to the outside of the duct By allowing gas CG to pass through, heat exchange can occur through the duct. The reheater 500 may be used in various forms, such as channel type, radial type, and communication tube type, depending on the condition of the combustion gas (CG) discharged from the turbine part, the installation location, and the use. Can be.

회전력 전달 수단은 터빈부(400)의 회전력의 일부를 압축 유니트(100) 및 제1장치로 전달하는 역할을 한다. 본 실시예에서 회전력 전달 수단은 기어 시스템(800)으로 구성되며, 기어 시스템(800)은 제1기어 박스(810), 제2기어 박스(830) 및 이들을 연결하는 샤프트(820)를 구비한다. The rotational force transmission means serves to transmit a part of the rotational force of the turbine unit 400 to the compression unit 100 and the first device. In this embodiment, the rotational force transmission means is composed of a gear system 800, the gear system 800 has a first gear box 810, a second gear box 830 and a shaft 820 connecting them.

제1기어 박스(810)는 제1기어(812)와, 제1기어(812)에 기어 결합된 제2 및 제3기어(814,816)를 구비한다. 제1기어(812)는 샤프트(820)의 일측에 연결되며, 제2기어(814)는 제1압축부(110)의 회전축(111)과 연결되며, 제3기어(816)는 제1 및 제2원심식 압축기(122,124)의 회전축(123)에 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1기어(812)는 불 기어(bull gear)이며, 제2 및 제3기어(814,816)는 피니언 기어(pinion gear)일 수도 있다. The first gear box 810 includes a first gear 812 and second and third gears 814 and 816 geared to the first gear 812. The first gear 812 is connected to one side of the shaft 820, the second gear 814 is connected to the rotation shaft 111 of the first compression unit 110, the third gear 816 is the first and It is connected to the rotary shaft 123 of the second centrifugal compressor (122,124). As shown in FIG. 3, the first gear 812 is a bull gear, and the second and third gears 814 and 816 may be pinion gears.

제2기어 박스(830)는 제4기어(832), 제5기어(834) 및 제6기어(835)를 구비한다. 제4기어(832)는 샤프트(820)의 타측에 연결됨과 동시에 제1장치에 연결되며, 제5기어(834)는 제4기어(832)와 제6기어(835)를 기어 결합시키며, 제6기어(835)는 터빈부(400)의 회전축(401)에 연결된다. 제4 내지 제6기어(832,834,836)의 기어 비를 조절하면, 제4 내지 제6기어(832,834,836)의 상대 회전수를 조절할 수 있다.The second gear box 830 includes a fourth gear 832, a fifth gear 834, and a sixth gear 835. The fourth gear 832 is connected to the other side of the shaft 820 and at the same time connected to the first device, the fifth gear 834 gear-couples the fourth gear 832 and the sixth gear 835, The six gears 835 are connected to the rotation shaft 401 of the turbine unit 400. By adjusting the gear ratio of the fourth to sixth gears 832, 834, 836, the relative rotational speed of the fourth to sixth gears 832, 834, 836 can be adjusted.

샤프트(820)는 제1기어 박스(810)의 제1기어(812)에 연결되고, 타측이 제2기어 박스(830)의 제4기어(832)에 연결되어 있다. 즉, 샤프트(820)는 일측이 제1 내지 제3기어(812,814,816)에 의해 제1압축부(110) 및 제2압축부(122,124)와 기어 결합되고, 타측이 제4 내지 제6기어(835)에 의해서 터빈부(400)의 회전축(401)과 기어 결합됨으로써, 터빈부(400)의 회전축(401)과 제1압축부(110) 및 제2압축부(122,124)의 회전축(111,123)이 함께 회전되도록 한다. The shaft 820 is connected to the first gear 812 of the first gear box 810, and the other side is connected to the fourth gear 832 of the second gear box 830. That is, one side of the shaft 820 is gear-coupled with the first compression unit 110 and the second compression unit 122, 124 by the first to third gears (812,814,816), the other side of the fourth to sixth gear 835 By gear coupling with the rotary shaft 401 of the turbine unit 400, the rotary shaft 401 of the turbine unit 400 and the rotary shafts 111, 123 of the first compression unit 110 and the second compression unit 122, 124 are Let it rotate together.

제1장치는 터빈부(400)의 회전력 중 압축 유니트(100)를 구동에 사용된 일부를 제외한 다른 일부를 이용하여 구동되는 장치로, 터빈부(400)의 회전력을 전달받아 작동되는 것이면 어떠한 것이든 가능하다. 예를 들어 제1장치는 터빈부(400)의 회전력을 이용하여 추진력을 발생시키는 차량, 선박이 될 수도 있고, 터빈부(400)의 회전력을 전기적 에너지로 변환시키는 발전기(600)일 수도 있다. The first device is a device that is driven by using a part other than the part used to drive the compression unit 100 among the rotational force of the turbine unit 400, and what is operating if it is operated by receiving the rotational force of the turbine unit 400 Anything is possible. For example, the first device may be a vehicle or a ship that generates propulsion force using the rotational force of the turbine unit 400, or may be a generator 600 that converts the rotational force of the turbine unit 400 into electrical energy.

본 실시예에서는 제1장치가 발전기(600)인 것을 예로 들어 설명한다. In the present embodiment, a description will be given taking the example that the first device is the generator 600.

발전기(600)는 코일(620)과 그 코일(620) 내부에 배치된 회전자(610)를 구비한다. The generator 600 includes a coil 620 and a rotor 610 disposed inside the coil 620.

회전자(610)는 자력을 가지는 물질, 예컨대 영구자석을 구비하며, 코일(620)의 내부에 회전가능하게 배치된다. 회전자(610)는 제4기어(832)에 연결된 발전기(600)의 회전축(611)에 결합되어 제4기어(832)와 함께 회전된다. 따라서 회전자(610)는 제4 내지 제6기어(832,834,835)에 의해서 터빈부(400)의 회전축(401)과 기어 결합됨으로써 터빈부(400)의 회전력을 전달받는다. 코일(620)의 내부에서 회전자(610)가 회전함에 따라서 코일(620) 내부에는 자기장의 변화가 발생하므로 전자기 유도법칙에 의해서 전력이 발생한다. The rotor 610 is provided with a magnetic material, such as a permanent magnet, and is rotatably disposed in the coil 620. The rotor 610 is coupled to the rotation shaft 611 of the generator 600 connected to the fourth gear 832 and rotates together with the fourth gear 832. Accordingly, the rotor 610 is gear-coupled with the rotation shaft 401 of the turbine unit 400 by the fourth to sixth gears 832, 834, and 835 to receive the rotational force of the turbine unit 400. As the rotor 610 rotates in the coil 620, a change in a magnetic field occurs in the coil 620, and thus power is generated by an electromagnetic induction law.

발전기(600)의 회전축(611)은 터빈부(400)의 회전축(401)에 기어 결합되어 있으므로, 발전기(600)와 터빈부(400)은 용이하게 분리가 가능하다. 결과적으로 압축 유니트(100), 터빈부(400), 발전기(600)는 각각 분리 및 교체가 가능하다. 따라서, 본 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)은 설치 및 유지 보수 측면에서 우월한 효과를 가진다. Since the rotary shaft 611 of the generator 600 is gear-coupled to the rotary shaft 401 of the turbine unit 400, the generator 600 and the turbine unit 400 can be easily separated. As a result, the compression unit 100, the turbine unit 400, and the generator 600 can be separated and replaced, respectively. Therefore, the gas turbine system 1 according to the present embodiment has a superior effect in terms of installation and maintenance.

한편, 본 실시예에서 발전기(600)의 회전축은 제4기어(832)에 결합되는 것으로 설명하였으나, 이와는 달리 제4기어(832)와는 별도의 다른 기어에 결합될 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the rotation shaft of the generator 600 is described as being coupled to the fourth gear 832. Alternatively, the rotation shaft of the generator 600 may be coupled to another gear separate from the fourth gear 832.

이상에서 설명한 가스 터빈 시스템(1)에 따르면, 압축 유니트(100)가 공기(A)를 다단의 압축기(110,122,124)를 이용하여 단계적으로 압축하며, 각 압축기(110,122,124)를 통과한 압축 공기(AC1,AC2,AC3)를 제1 및 제2인터쿨러(210,220)를 이용하여 냉각함으로써, 공기(A)의 압축 효율을 효과적으로 높일 수 있다. According to the gas turbine system 1 described above, the compression unit 100 compresses air A step by step using the compressors 110, 122, and 124, and the compressed air AC1, which has passed through the compressors 110, 122, and 124, respectively. By cooling the AC2 and AC3 using the first and second intercoolers 210 and 220, the compression efficiency of the air A can be effectively increased.

또한 본 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)은, 원심식 압축기만을 다단으로 구비한 종래의 가스 터빈과는 달리, 축류식 제1압축부(110)와 원심식 제2압축부(122,124)를 혼합하여 구비한 압축 유니트(100)를 구비함으로써 압축 효율을 유지하면서도 그 크기 및 중량의 증가가 효과적으로 억제될 수 있다. In addition, the gas turbine system 1 according to the present exemplary embodiment, unlike the conventional gas turbine having only a centrifugal compressor in multiple stages, uses the axial flow type first compression unit 110 and the centrifugal second compression units 122 and 124. By providing the compression unit 100 provided with mixing, the increase in size and weight can be effectively suppressed while maintaining the compression efficiency.

한편, 원심식 압축기만을 다단으로 구비한 종래의 가스 터빈의 경우, 최전단의 원심식 압축기는 압축되지 않은 큰 체적의 공기를 흡입하여 압축해야 하므로 그 직경이 후단의 원심식 압축기보다 더 클 것이 요구되는데, 본 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)의 압축 유니트(100)는, 최전단에 축류식 제1압축부(110)를 배치함으로써, 더욱 효과적으로 가스 터빈 시스템(1)의 부피 및 중량을 감소시킬 수 있다. On the other hand, in the case of a conventional gas turbine having only a centrifugal compressor in multiple stages, the front end centrifugal compressor needs to suck and compress a large volume of uncompressed air, so that its diameter is larger than that of the latter centrifugal compressor. In the compression unit 100 of the gas turbine system 1 according to the present embodiment, the volume and weight of the gas turbine system 1 can be more effectively controlled by arranging the axial flow type first compression unit 110 at the foremost end. Can be reduced.

따라서, 본 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)은 종래의 가스 터빈에 비해서 작은 크기 및 작은 중량으로도 대용량 및 고출력을 실현할 수 있다. 결과적으로 본 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)은 종래의 가스 터빈에 비해서, 제조 단가 및 설치 공간의 확보의 측면에서 매우 유리하며, 대용량 및 고출력의 가스 터빈 시스템에 적합하다. Therefore, the gas turbine system 1 according to the present embodiment can realize a large capacity and a high output even with a smaller size and a smaller weight than the conventional gas turbine. As a result, the gas turbine system 1 according to the present embodiment is very advantageous in terms of manufacturing cost and securing installation space, compared to the conventional gas turbine, and is suitable for a large capacity and high output gas turbine system.

또한 본 실시예에서는 제1압축부(110)의 회전축(111) 및 제2압축부(122,124)의 회전축(123)과, 터빈부(400)의 회전축(401)을 샤프트(820)로 연결함으로써, 제1압축부(110)와 제2압축부(122,124)는 터빈부(400)로부터 이격되게 배치될 수 있다. 또한 제1압축부(110) 및 제2압축부(122,124)의 회전축(111,123)은 터빈부(400)의 회전축(401)에 기어 결합되어 있으므로 터빈부(400)로부터 분리가 가능하다. 이와 같이 제1압축부(110) 및 제2압축부(122,124)는 터빈부(400)로부터 이격되고, 제1압축부(110) 및 제2압축부(122,124)는 터빈부(401)로부터 분리가 가능하므로, 제1압축부(110) 및 제2압축부(122,124)는 터빈부(401)와 독립적으로 교체 또는 수리될 수 있다. In the present embodiment, by connecting the rotary shaft 111 of the first compression unit 110 and the rotary shaft 123 of the second compression units 122 and 124 and the rotary shaft 401 of the turbine unit 400 by the shaft 820. The first and second compression units 110 and 122 and 124 may be spaced apart from the turbine unit 400. In addition, since the rotation shafts 111 and 123 of the first compression unit 110 and the second compression units 122 and 124 are gear-coupled to the rotation shaft 401 of the turbine unit 400, the turbine unit 400 may be separated from the turbine unit 400. As such, the first compression unit 110 and the second compression units 122 and 124 are spaced apart from the turbine unit 400, and the first compression unit 110 and the second compression units 122 and 124 are separated from the turbine unit 401. As such, the first compression unit 110 and the second compression units 122 and 124 may be replaced or repaired independently of the turbine unit 401.

한편, 상술한 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)은 하나의 제1압축부(110)와 두 개의 제2압축부(122,124)를 구비하는 것으로 설명하였으나, 이와는 달리 하나의 제1압축부(110)와 하나의 제2압축부(120)만을 구비할 수도 있고, 하나 이상의 제1압축부(110)와 세 개 이상의 제2압축부(120)를 구비할 수도 있다. 또한 상술한 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)은 하나의 터빈부(400)를 구비하는 것으로 설명하였으나, 이와는 달리 다단의 터빈부를 구비할 수도 있다. Meanwhile, the gas turbine system 1 according to the above-described embodiment has been described as having one first compression unit 110 and two second compression units 122 and 124. Only one 110 and one second compression unit 120 may be provided, or one or more first compression units 110 and three or more second compression units 120 may be provided. In addition, the gas turbine system 1 according to the above-described embodiment has been described as having one turbine unit 400, but alternatively, a multi-stage turbine unit may be provided.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(2)은 축류식의 제1압축부(110) 하나와 이에 순차적으로 연결되는 3개의 원심식 제2압축부(122,124,126)를 구비할 수도 있다. 이 경우 각 제2압축부(122,124)에서 유출되는 압축 공기를 냉각시키기 위해서 복수의 제2인터쿨러(220)를 구비할 수도 있다. 또한 본 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(2)은 다단의 터빈부(410,420)를 구비할 수도 있다. That is, as shown in Figure 4, the gas turbine system 2 according to another embodiment of the present invention is one of the first compression unit 110 of the axial flow type and three centrifugal second compression unit sequentially connected thereto And (122, 124, 126). In this case, a plurality of second intercoolers 220 may be provided to cool the compressed air flowing out of each of the second compression units 122 and 124. In addition, the gas turbine system 2 according to the present embodiment may include a plurality of turbine units 410 and 420.

또한, 상술한 실시예에 따른 가스 터빈 시스템(1)은 축류식의 제1압축부(110)가 압축 유니트(100)의 최선단에 위치하는 하는 것으로 설명하였으나, 축류식의 제1압축부(110)와 원심식의 제2압축부(120)의 배치 순서는 유량, 압축비, 압축효율 등을 고려하여 적절히 재배치될 수 있다. 예를 들어, 원심식의 제2압축부(120)를 압축 유니트(100)의 최선단에 위치시킬 수도 있고, 원심식의 제2압축부(120)의 후단에 축류식의 제1압축부(110)를 다단 연결시킬 수도 있으며, 축류식의 제1압축부(110)와 원심식의 제2압축부(120)를 교번되게 배치할 수도 있다. In addition, the gas turbine system 1 according to the above-described embodiment has been described that the axial flow type first compression unit 110 is positioned at the top of the compression unit 100, but the axial flow type first compression unit ( The arrangement order of the 110 and the second compression unit 120 of the centrifugal type may be rearranged in consideration of the flow rate, the compression ratio, the compression efficiency, and the like. For example, the second compression unit 120 of the centrifugal type may be positioned at the top end of the compression unit 100, and the first compression unit of the axial flow type may be located at the rear end of the second compression unit 120 of the centrifugal type. 110 may be connected in multiple stages, and the axial first compression unit 110 and the centrifugal second compression unit 120 may be alternately arranged.

또한 본 실시예에서 기어 시스템(800)은 제1 내지 제6기어(812,814,816,832,834,836)을 구비하는 것으로 설명하였으나, 기어 시스템(800)은 이에 한정되지 않으며, 터빈부(400)의 회전력을 압축 유니트(100) 또는 발전기(600)로 전달할 수 있다면 어떠한 기어 시스템도 가능하다. In addition, in the present embodiment, the gear system 800 is described as having first to sixth gears 812, 814, 816, 832, 834, 836, but the gear system 800 is not limited thereto, and the rotational force of the turbine unit 400 may be adjusted to the compression unit 100. Or any gear system is possible if it can be delivered to generator 600.

뿐만 아니라 기어 시스템(800)은 변속 장치를 더 구비할 수도 있다. 예컨대 제2기어 박스(830)는 변속 기어를 포함하는 변속 장치일 수도 있다. 기어 시스템(800)이 변속 장치를 구비하는 경우, 터빈부(400)의 회전축(401), 제1압축부(110)의 회전축(111), 제2압축부(122,124)의 회전축(123) 및 발전기(600)의 회전축(611)의 회전수의 비 및 토크 비를 적절하게 조절할 수도 있다.In addition, the gear system 800 may further include a transmission. For example, the second gear box 830 may be a transmission including a transmission gear. When the gear system 800 includes a transmission device, the rotation shaft 401 of the turbine unit 400, the rotation shaft 111 of the first compression unit 110, the rotation shaft 123 of the second compression units 122 and 124, and The ratio of the rotation speed and the torque ratio of the rotation shaft 611 of the generator 600 may be appropriately adjusted.

이상, 본 발명의 일부 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다. As mentioned above, although some embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited thereto and may be embodied in various forms within the scope of the technical idea of the present invention.

1,2 ... 가스 터빈 시스템 100 ... 압축 유니트
110 ... 제1압축부 120 ... 제2압축부
210 ... 제1인터쿨러 220,230 ... 제2인터쿨러
300 ... 연소부 400 ... 터빈부
500 ... 재열기 600 ... 발전기
700 ... 증습기 800 ... 기어 시스템1,2 ... gas turbine systems 100 ... compression units
110 ... first compression unit 120 ... second compression unit
210 ... first intercooler 220,230 ... second intercooler
300 ... combustion section 400 ... turbine section
500 ... Reheater 600 ... Generator
700 ... vaporizer 800 ... gear system

Claims

A compression unit having a first compression unit and a second compression unit different from the first compression unit, and having a multistage;
A combustion unit which reacts and combusts the gas compressed by the compression unit with fuel;
A turbine unit rotated by the combustion gas generated in the combustion unit;
Rotational force transmission means for transmitting a portion of the rotational force of the turbine portion to the compression unit; And
And a first device driven by receiving another part of the rotational force of the turbine unit.
The compression unit,
A gas turbine system disposed detachably from at least one of the turbine portion or the first device.

The method of claim 1,
The first compression unit is an axial compressor,
The second compressor is a gas turbine system centrifugal compressor.

The method of claim 2,
The first compression unit,
Gas turbine system located at the top of the compression unit.

The method of claim 3,
The second compression unit,
The gas turbine system is composed of a plurality of, the first compression unit is connected to the rear end in multiple stages.

The method of claim 1,
And a first intercooler for cooling the gas passing between the first and second compression units.

The method of claim 5,
The first compression portion is disposed at the top end,
The second compression unit is made of a plurality of connected in multiple stages,
And a second intercooler for cooling the gas passing between the second compression units.

The method of claim 1,
And a reheater for heating the fluid compressed in the compression unit with the heat of the combustion gas discharged from the turbine unit.

The method of claim 7, wherein
And a humidifier for adding moisture of the gas compressed in the compression unit to the reheater.

The method of claim 1,
The rotational force transmission means,
A rotating shaft of the turbine portion,
A rotating shaft of the first compression unit;
A rotating shaft of the second compression unit;
And a gear system for connecting them to each other such that the rotary shaft of the turbine portion, the rotary shaft of the first compression portion, and the rotary shaft of the second compression portion are rotated together.

10. The method of claim 9,
The gear system,
A gas turbine system having one side gear-coupled with the rotation shaft of the first compression unit and the rotation shaft of the second compression unit, the other side is gear coupled to the rotation shaft of the turbine unit.

The method of claim 1,
The turbine unit,
Gas turbine system consisting of a plurality of stages connected in multiple stages.

The method of claim 1,
The first device comprises:
Gas turbine system that is a generator.

The method of claim 12,
The generator,
Gas turbine system having a rotor gear coupled to the rotary shaft of the turbine portion.