한국해군 함정의 심장 'LM2500가스터빈 엔진'

 

한국해군과 세계의 해군은 수많은 함정을 보유, 운영하고있다.

이 함정들의 심장으로 많은 엔진이 사용되는데 그 중에 가장 많이 사용되고 있는 엔진이 바로 LM2500이다.

이 엔진은 GE사에서 항공기엔진(전투기엔진과 동일)을 수정하여 만든엔진이다. (현재 약 61%의 함정이 이 엔진을 사용하고 있다.)

LM2500의 힘은 기본형이 약 3만4000만력이고 한 단계 진화된 엔진(LM2500+)의 힘은 약 4만1000마력이다. 이보다 한단계더 진화된 엔진인 LM2500+4는 약 4만8000마력을 낼수 있다.

 

 

 

 

GE 가스터빈 엔진의 베스트셀러, LM2500

 

GE의 가스 터빈 엔진 중에는 베스트셀러 모델을 꼽는다면 LM2500을 들 수 있다. LM2500의 가장 큰 특징은 신뢰성와 효율성으로, 현재 세계 33개국의 해군에서 1,300대가 넘는 LM2500엔진을 운용하고 있다. 민간에서는 퀸 메리2호(Queen MaryⅡ) 같은 초대형 크루즈 선박이나 프란체스코호 같은 초고속 페리에서 이 엔진을 사용한다.

퀸 메리 2호

프란체스코 호

LM2500 가스 터빈 엔진은 한국과도 인연이 깊다. 대한민국 해군 최초의 이지스 구축함 세종대왕함에도 LM2500 엔진이 탑재되어 있는 것이다. 해군 기동전단의 핵심 전력인 이지스 구축함은, 이지스(Aegis) 전투체계를 탑재하여 육해공을 아우르는 작전이 가능한 구축함을 말한다. 이들은 적의 핵심 표적을 정밀하게 타격하고, 적들의 항공기 및 미사일을 원거리에서 탐지하여 요격하는 임무를 가지고 있다. 이런 작전능력 덕분에 항공기에 대한 방어와 엄호가 가능하며 또 우리 측의 전술 항공기를 통제하는 능력으로 항공작전 지휘소의 역할도 담당한다. 이지스 구축함의 이런 막중한 역할에서 심장 역할을 해주고 있는 것이 바로 GE의 LM2500가스 터빈 엔진이다.

세종대왕함

LM2500엔진의 탐구

전쟁의 바다와 평화의 바다, 양쪽을 모두 책임지고 있는 GE의 LM2500 가스 터빈 엔진은 함정용으로 사용하는 엔진이지만, 재미있게도 GE의 항공기 엔진인 GE CF6-6을 개조하여 만들었다. 항공기의 가스터빈엔진 기술을 함정에도 사용할 수 있겠다는 생각의 전환이 만든 절묘한 기술 반전의 집약체인 것이다. LM2500엔진은 다양한 버전이 있지만, 현재 운용되는 버전은 33,600마력 (25.1 MW)의 출력을 낸다. 특히 LM2500엔진은 30개국 이상에서 해군함정에 장착하여 사용하는 탁월한 범용성을 자랑한다. 이엔진은 가스 발전기, 파워 터빈, 연료 및 윤활유 펌프, 연료제어 및 속도제어 시스템, 흡배기 섹션 등으로 구성되었다.

LM2500 가스 터빈 엔진에서는 4개의 주요 부품이 큰 힘을 발휘한다. 첫 번째는 초당 60킬로그램이 넘는 공기를 흡입하고 18:1로 압축하는 압축기이다. 두 번째는 연료 노즐이 장착된 연소실로, 공기와 연료를 연소시켜 엄청난 에너지를 만든다. 세 번째는 고압 터빈으로, 압축기와 축으로 연결되어 압축기를 구동하며, 기어박스를 구동한다. 마지막의 저압 터빈은 에너지가 충만한 배기 가스의 흐름으로 작동한다.

LM2500 엔진에는 총 3가지 버전이 있다. 1970년대 처음 등장한 LM2500은 33,600축마력을 낼 수 있었다. 1990년대에 업그레이드된 3세대 LM2500+ 엔진은 40,500축마력을, 2005년 등장한 4세대 LM2500+G4 엔진은 47,370축마력을 발휘한다. 이들 엔진의 연료 소비율(SFC)은 각각 227 g/kW-hr, 215 g/kW-hr, 214 g/kW-hr이다. LM2500에서 LM2500+ 엔진의 출력이 20% 상승했고, 4세대 LM2500+G4 엔진은 70년대의 버전과 대비 출력이 17% 상승했음에도, 연료 소비는 계속 감소해온 것이다. 신기술의 발달이 낳은 경제성이다.

LM2500 엔진이 선박에 장착되려면 잠시도 멈추지 않고 흔들리는 바다 위에서 견고하게 위치를 잡고 충격을 차단해야 하기 때문에 인클로저(Enclosure)가 필요하다. 인클로저는 충격, 소음, 방열 기능과 더불어 베이스 역할을 충실히 수행한다. 또한 극한의 운행 환경에서 센서를 보호하고 화재 발생도 감지하며 소화 기능까지 갖추었다. 이런 형태의 모듈은 충격 마운트가 포함되면 22톤, 충격 마운트를 제외하면 20.6톤의 무게이며 외관 사이즈는 전장 8.23 x 전폭 2.74 x 전고 3.05미터이다. 다재다능한 성능에 대비할 때 무게와 크기가 최소 규모라서, 공간 효율성이 좋고 연비도 좋아 해양 엔진으로 각광을 받고 있다.

설치가 용이한 LM 2500 엔진은 압축기 케이스, 블레이드, 날개 깃(Vane), 연료 노즐 등의 부품에서 유지 보수성을 고려한 설계를 적용하여 부품 교체로 인한 다운타임을 최소로 줄였다. 물론 애초 해양 환경에 강한 재료를 사용하여 내구성을 높였음은 말할 필요도 없다.

LM2500 엔진은 최근에 선박뿐만 아니라 해양 플랜트 분야에서도 사용되고 있다. FPSO 즉 부유식 원유 생산 저장 하역설비(Floating Production Storage Offloading) 버전으로 개량된 LM2500 엔진 역시 관련 업계에서 좋은 평가를 받으며 운용 중이다.

환경까지 생각한 바다의 엔진

선박에서 쓰이던 기존의 디젤 엔진은, 기능은 차치하고 환경에 미치는 부정적인 영향 때문에 차츰 대체 기종을 필요로 하고 있는 상황이다. 환경 규제가 강화되면서 기존의 디젤 엔진은 유해 배출 가스 절감 장치를 추가로 설치 해야 한다. GE는 LM2500엔진 패밀리가 천연 가스를 연료로 사용할 수 있도록 개발했고, 디젤 엔진과 LM2500 가스 터빈을 복합적으로 사용할 수 있도록 다양한 옵션을 제공한다. 실제로 퀸 메리2호의 경우도 4개의 디젤 엔진과 2개의 LM2500 가스 터빈 엔진을 복합적으로 구동하여 환경 부담을 줄이고 있다. 최근에는 경제성과 친환경성을 더욱 만족시키기 위해 가스터빈, 전기 그리고 스팀의 파워가 복합된 COGES(Combined Gas Turbine, Electric & Stream) 시스템으로 나아가고 있다.

LM 2500 엔진을 채택한 우루과이의 초고속 카페리 선박인 프란체스코 호는 부에노스 아이레스와 몬테비데오 간의 항로를 운항한다. 프란체스코가 투입되기 전 여객선들의 이 항로 평균 주파 시간은 3~4시간이었다. 하지만 2012년 11월 진수식을 끝낸 프란체스코 호는 항로의 주파 시간을 2시간 12분으로 단축시켰다. 이 선박은 비단 이 속도나 용적으로도 유명할 뿐 아니라 액화천연가스를 주연료로 하는 친환경성도 화제가 되고 있다. 마찬가지로 LM2500 엔진을 채택한 퀸 메리 2호는 세계에서 가장 호화스럽고 규모가 크며 속도가 빠른 크루즈 선박으로 유명하다. 2014년 현재 운항 10주년을 맞은 퀸 메리 2호는 지난 10년 간 지구에서 달을 3회나 왕복한 만큼의 거리를 항해했다. 즉 그만큼의 세월과 기록만큼 LM 2500 엔진의 내구성과 안정성도 보증을 받은 것이다.

 

 

KDX-3 한국형 구축함 사업

세종대왕급 구축함은 대한민국 해군이 도입한 기념비적인 첫 번째 이지스 구축함이다. KDX 계획의 마지막으로 2007년 5월 25일 1번 함인 DDG-991 세종대왕이 진수되었고 2008년 12월 22일 취역하였다. 2번 함은 DDG-992 율곡이이로 2010년 9월 진수, 2011년 6월 실전 투입되었다. 3번 함은 DDG-993 서애류성룡으로 2011년 3월 진수하였다. 이로써 더 이상 실험적인 의미의 KDX-3은 사용되지 않고 KD-3으로 불리게 된다. 이들 구축함은 일찍부터 우리나라 해군이 사랑했던 GE LM2500 가스터빈 엔진을 사용했다.

 

출처 : http://www.gereports.kr/ge-lm2500-marine-gas-turbine-engine-from-ge-aviation/

http://www.gereports.kr/ge-aviation-technology-and-korea/