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문제 정의
- 재열사이클 가스터빈은 기존의 단순사이클 가스터빈에 비하여 운전변수의 수가 대폭 증가하기 때문에 운전제어가 한층 복잡하고, 성능진단 또한 더 복잡하게 된다. 본 연구에서는 이와 같이 단순사이클에 비하여 복잡한 재열사이클 가스터빈에 대해서 임의의 운전상태를 분석할 수 있는 해석수단을 만들고, 측정되는 성능 파라미터들로부터 해석을 통해서 구성부 특성파라미터들 (압축기, 터빈의 효율, 유량함수 등)을 도출하는 것을 목적으로 한다. 이러한 성능분석 결과는 성능진단을 위한 구 성부 운전특성의 기초 자료로 활용 가능하다.
- 그러나 이 값이 알려져야만 해석을 이용한 정확한 운전해석이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 구성부 효율 등과 함께 입구 공기유량도 구하고자 하였다. 측정을 하지 않고도 공기유량을 추산할 수 있다면 매우 유용한 방법이 될 것이다.
- 물론 총 냉각 유량이 운전자료로부터 주어지면 이를 입력파라미터로 사용하면 되나, 저장된 운전자료 상에는 이 값이 존재하지 않는다. 따라서 총 냉각유량을 정하기 위한 적절한 가정이 필요한더], 본 연구에서는 두 가지 냉각 유량 관련 파라미터들을 사용하여 해석의 편의성을 높였다. 공급되는 냉각유량은 고압터빈에 들어가는 냉각유량 과 저압터빈에 들어가는 냉각 유량 두 줄기로 나뉘어지는데 이들 사이의 비와 총 냉각공기유량과 입구공기유량 (叫出诚의 비, 이 렇게 두 개의 비율을 다음과 같이 각각 «, 月로 정의하였다.
- 결과적으로 가스터빈 엔진 전체에 대한 해석을 통해서 얻어야할 남은 파라미터들은 터빈 효율 두 개와 입구공기유량 등 세 가지이다. 이를 구하기 위하여 본 연구에서는 측정된 파라미터들 중미 지수 개수와 동일한 세 개를 목표 파라미터로 생각하였다. 즉, 세 가지 미지수를 변화시키면서 시스템해석을 수행하여서 결과로 구한 세 개의 목표 파라미터 값들과 측정으로 주어진 값들 사이의 평균 오차가 최소가 될 때 해로서 선택하는 방법을 택하였다.
- 15℃ 조건에서 최대출력이 약 152MW 인데, 이는 일반적으로 알려진 본 기종의 애초 설계값인 약 165M*), W(7)보다 작은 것이다. 여러 가지 원인이 있겠으나 무엇보다도 출력에 가장 큰 영향을 미치는 터빈입구온도를 애초 설계값과 다르게 운전하는 것에 기인한다. 운전 자료 분석결과, 고압 터빈의 입구 온도가 당초 알려진 설계값에 비하여 다소 낮게 운전되는 것을 살필 수 있었으며, 이것이 출력이 낮아진 주원인으로 파악되었다.
- 본 연구에서는 복합화력발전용 재열사이클 가스터빈의 실제 측정 자료로부터 운전 상태를 파악해 낼 수 있는 구성부 특성파라미터를 도출하는 방법을 개발하고 넓은 운전 범위에서 그 값들을 구하였다.
가설 설정
- 압축기에서 각 단의 압력비는 동일하다고 가정하였으며, 압축기 효율은 다음과 같이 폴리 트로픽효율 (% c)을사용하였다.
- 위미한다. 저압터빈은 4단으로 이루어져 있으며, 각 단의 압력비는 동일하다고 가정하였고, 역시, 단 효율도 모두 동일하다고 가정하였다. 이들 모두다 다르다고 가정하면 해석을 위한 자유도가 너무 증가하여 (주어진 기지수의 개수보다 미지수의 개수가 과도하게 증가함) 유일한 해를 구하는 것이 사실상 불가능하기 때문이다.
- 따라서 냉각유량 공급에 대한 세부적인 가정이 필요하다. 냉각유량은 고온부일수록 상대적으로 많이 공급되는 것이 일반적이므로 이를 고려하여 각 단별 냉각 유량 분배를 가정하였다. 기존의 가스터빈들에 대한 단별 냉각유량 분배경향⑼을 고려하고, 다수의 선행 계산을 통하여 가장 안정적이고 합리적인 해석 결과를 제시하는 값으로서 1단부터 4단까지의 냉각 유량 분배비를 7:2:1:0으로 가정하였다.
- 냉각유량은 고온부일수록 상대적으로 많이 공급되는 것이 일반적이므로 이를 고려하여 각 단별 냉각 유량 분배를 가정하였다. 기존의 가스터빈들에 대한 단별 냉각유량 분배경향⑼을 고려하고, 다수의 선행 계산을 통하여 가장 안정적이고 합리적인 해석 결과를 제시하는 값으로서 1단부터 4단까지의 냉각 유량 분배비를 7:2:1:0으로 가정하였다. 또한 각 단에서정익 (노즐)과 동익 (로터)간의 냉각유량 분배는 1:1 로 동일하다고 가정하였다.
- 기존의 가스터빈들에 대한 단별 냉각유량 분배경향⑼을 고려하고, 다수의 선행 계산을 통하여 가장 안정적이고 합리적인 해석 결과를 제시하는 값으로서 1단부터 4단까지의 냉각 유량 분배비를 7:2:1:0으로 가정하였다. 또한 각 단에서정익 (노즐)과 동익 (로터)간의 냉각유량 분배는 1:1 로 동일하다고 가정하였다.
- 측정되지 않는 압력손실들은 합리적으로 가정하였다. 덕트에서의 압력손실은 1%로 연소기에서의 압력 손실은 3%, 연소기 효율은 99.
- 덕트에서의 압력손실은 1%로 연소기에서의 압력 손실은 3%, 연소기 효율은 99.5 %, 발전기 효율은 99%로 가정하였다.
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