본 기술은 연소부 내부의 동압센서로 연소 동압을 측정하고, 동압신호의 주파수 크기 중간값(스펙트럴 센트로이드)과 분산 정도(스펙트럴 스프레드)를 기초로 연소불안정 판별기준값을 계산해 연소 상태를 판정한 뒤 연소부 운전을 제어하는 가스터빈 연소불안정 진단 시스템 및 방법입니다.
가스터빈 연소기는 연소 온도가 1500℃ 수준까지 오르고 불안정 연소에 따른 압력 변동과 화염 위치 변동으로 국부 응력 집중과 열사이클 변동이 생겨 균열이 발생하는 문제가 있었습니다. 균열이나 파손이 생기면 발전 효율이 떨어지고 파손편이 터빈 날개를 손상시킬 수 있으나, 배기 온도 분포나 표면 온도를 이용한 기존 감시 방식은 연소불안정을 실시간으로 정확히 판단하기 어려운 한계가 존재했습니다.
본 기술은 민감도 분석으로 판별값 계산에 쓸 동압신호의 시간 주기를 정하고, 안정 연소와 불안정 연소 시 스펙트럴 센트로이드·스프레드 평균값의 산술 평균을 판별기준값으로 삼아 판별값이 이보다 작으면 불안정 연소로 판단합니다. 불안정 상태에서는 공진주파수에 에너지가 몰려 두 지표가 작아지는 특성을 이용하므로 연소 상태를 실시간으로 명확하게 구분할 수 있습니다. 발전용 가스터빈, 복합화력 발전소 상태감시 시스템, 항공·선박용 가스터빈 엔진 진단에 적용될 수 있어 연소기 균열과 터빈 날개 손상을 미리 막고 신속한 운전 조치를 가능하게 합니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 발전용 가스터빈의 열-음향 연소불안정성 정밀진단 기반기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.
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