KR0179991B1 - 스팀 터어빈의 효율을 개선하기 위해 밸브루프를 줄이기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스팀 터빈의 효율을 개선하기 위해 밸브 루프를 줄이는 방법

제1도는 스팀 터빈을 조절하는 종래 방법에서의 일련의 스팀 유량 대 가열비 곡선의 특성을 나타내는 그래프.

제2도는 스팀 터빈을 조절하는 다른 종래 방법의 곡선 특성을 나타내는 그래프.

제3도는 제2도의 방법을 위해 부하의 함수로써 교축 압력을 나타내는 그래프.

제4도는 제2도의 방법의 효율 개선의 계산치를 나타내는 도면.

제5도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 시스템의 한 형태를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

54 : 보일러 58 : 제1 과열기

62 : 마무리(최종) 과열기 64 : 보일러 제어기

68 : 재열기 72 : 응축기

76 : 전기 발생기(발전기) 80 : 터빈 제어기

본 발명은 스팀 터빈에 관한 것으로서, 특히 부분 아크 유입형 스팀 터빈(partial-arc admission steam turbine)의 효율을 개선하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

많은 다단(multi-stage) 스팀 터빈 시스템의 동력 출력(power output)은 고압 터빈 유입구에서 스팀의 압력을 줄이기 위하여 스팀 발생기로부터 나온 스팀의 주유동(main flow)을 교축시킴으로써 제어된다. 이러한 교축 방법을 이용하는 스팀 터빈은 종종 풀(full) 아크 터빈이라 하는데, 이는 모든 스팀 유입 노즐 챔버가 모든 부하 조건에서 작동하기 때문이다. 풀 아크 터빈은 보통 효율을 최대로 하기 위해, 정격 부하(rated load)에서의 정확한 스팀 조건을 받아 들이도록 설계된다. 모든 유입 노즐을 통해 스팀이 유입하게 하므로써, 풀 아크 터빈에서 유입단(inlet stage), 즉 제1 제어단의 전후 압력비는 스팀의 유입 압력과는 관계 없이 거의 일정하게 유지된다. 그 결과, 제어단 전후의 기계적인 동력 발생 효율은 최적화될 수 있다. 그러나, 풀 아크 터빈에서 동력이 감소됨에 따라, 스팀 발생기와 터빈 출력부 사이의 스팀 작동 사이클의 이상 효율이 전체적으로 감소하는데, 그 이유는 교축 작용에 의해 작동 수행에 이용가능한 에너지가 감소하기 때문이다. 일반적으로, 터빈의 전체 효율(overall turbine efficiency), 즉 실효율(actual efficiency)은 터빈의 기계적 효율 및 이상 효율의 적(積, product)이다.

교축법에 의한 것보다 한층 더 효율적인 터빈 출력의 제어는 터빈 입구로 들어가는 스팀을 독립적으로, 그리고 개별적으로 제어가능한 유입 아크로 분할하는 방식으로 행해진다. 부분 아크 유입법이라 알려진 이와 같은 방식에서, 사용 상태에 있는 제1단 노즐의 수는 부하 변동에 응답하여 변한다. 부분 아크 유입 터빈은 풀 아크 터빈보다 더 선호되었는데, 이는 유입 부분 전체를 교축하기 보다는 최소한의 교축으로 스팀을 개개의 노즐을 통해 순차적으로 유입시킴으로써 비교적 큰 이상 효율을 얻을 수 있기 때문이다. 이러한 큰 이상 효율에 의한 이점은 풀 아크 터빈의 제어단 전후에서 얻을 수 있는 최적의 기계적 효율보다도 한층 더 유리하다는 것이다. 그러나, 종래의 부분 아크 유입 시스템은 제어단 전후의 작업 출력의 효율을 제한한다는 단점을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 제한은 불가피한 기계적 제약, 예를 들면 스팀이 유입하지 않는 노즐 블레이드 그룹을 회전 블레이드가 통과할 때 생기는 바람에 의한 손실(windage) 및 난류의 불가피한 효과로 인해 생긴다. 또한, 부분 아크 유입 시스템에서, 노즐 블레이드 그룹 전후의 압력 강하(따라서, 압력비)는 스팀이 최대 수의 밸브 챔버를 통해 순차적으로 유입됨에 따라 변하는데, 최소 밸브점(개방 상태에 있는 조절기 또는 제어 밸브의 최소 예상수)에서 압력 강하가 가장 크고, 전체 유입시에 압력 강하가 가장 작다. 제어단 전후의 압력차에 역비례하는 열역학적 효율은 최소의 밸브점에서 가장 낮고 전체 유입시에 가장 높다. 따라서, 풀 아크 터빈 뿐만 아니라 부분 아크 터빈에서의 제어단 효율은 동력 출력이 정격 부하 이하로 떨어지면 감소한다. 그러나, 가변 압력이 부분 아크 터빈의 노즐 전후에서 떨어진다고 가정하면 부분 아크 유입 시스템에서 발견된 어떤 설계상의 특징을 개선하므로써 터빈의 전체 효율을 증가시킬 수 있다고 여겨진다. 제어단은 대부분의 압력 강하가 고정 노즐의 전후에서 일어나는 충동단(impulse stage)이기 때문에, 노즐 효율을 1% 높이면 회전 블레이드의 효율이 1% 증가함에 따라 제어단의 효율은 4배가 된다. 제어단 노즐의 성능을 적절히 개선하는 터빈 구조는 부분 아크 터빈의 실효율을 상당히 개선할 것이다. 정격 부하 상태에서는, 부분 아크 터빈의 실효율이 0.25%만 증가하더라도 상당히 큰 에너지를 절약할 수 있게 된다.

부분 아크 터빈의 슬라이딩 또는 가변 교축 압력 작동은 터빈 효율을 개선하며, 저사이클 피로를 감소시킨다. 통상의 과정에서는, 부분 아크 유입 터빈에 대하여 슬라이딩 압력 작동을 제어 밸브의 절반이 개방되고 나머지 절반이 완전히 닫혀지는 즉, 최대 유입이 실질상 100%인 터빈에 대하여 50%의 제1단 유입량에 대응하는 수치 아래의 유량에서 시작한다. 만일, 슬라이딩 압력이 (제1단 유입량의 값보다 큰) 유량에서 개시되면, 성능이 떨어진다. 그러나, 8개의 밸브를 갖는 터빈에서, 75% 유입량으로부터 슬라이딩 압력 작동을 하면 일정한 교축 압력 작동이 발생하는 6번째 밸브 상의 밸브 루프(밸브 교축) 중 상당 부분이 제거된다. 비슷한 상황이 62.5% 유입량에서도 생기는데, 즉 5번째 밸브 상의 밸브 루프 중 상당 부분이 제거된다. 이처럼, 밸브 루프를 제거하면 터빈의 가열비 및 터빈의 효율이 개선된다.

제1도는 8개의 제어 밸브를 갖는 부분 아크 스팀 터빈에서 슬라이딩 압력 제어 효과를 도시한다. 가로축은 스탭 유량값을, 세로축은 가열비를 나타낸다. 라인(10)은 교축 제어 상태에서의 일정 압력을 나타내고, 라인(12)은 풀 아크 유입 터빈 상의 슬라이딩 압력을 나타낸다. 라인(14)은 순차적인 밸브 제어(부분 아크 유입) 상태에서의 일정 압력을 나타내고, 점선(16,18,20,22)은 밸브 루프를 나타낸다. 밸브 루프는 일련의 제어 밸브 또는 조절 밸브 각각을 점진적으로 교축시킴으로써 생긴다. 75% 유입량으로부터의 슬라이딩 압력 작동은 라인(24)으로 지시된다. 밸브 루프(20)의 대부분은 라인(24)을 따라 슬라이딩 압력에 의해 제거되지만, 가열비(효율의 역수)는 62.5%의 유입점 이하로 반비례로 증가한다는 것에 유의하여야 한다. 62.5%의 유입량으로부터의 슬라이딩 압력을 나타내는 라인(26)은 어느 정도의 개선을 제공하지만, 밸브 루프(16, 18, 20)에 영향을 주지 않는다. 유사하게, 50% 우입량으로부터의 슬라이딩 압력 작동을 나타내는 라인(28)은 아래쪽에서는 도와주지만, 밸브 루프(16-22)에는 영향을 주지 않으며, 이 밸브 루프 각각은 라인(14)의 이상적인 곡선으로부터 가열비는 높고 효율은 낮음을 나타낸다.

제2도 내지 제4도는 종래의 제어 방법을 사용하는 한 실시예의 스팀 터빈 작동을 나타낸다. 제2도는 2535 psia의 일정 압력 작동 상태에서의 전밸브점의 궤적인 라인(30)을 나타낸다. 밸브점들은 50%, 75%, 87.5% 및 100% 유입량의 상태에 있고, 밸르 루프들은 라인(32,34,36)으로 표시된다. 슬라이딩 압력은 라인(38,40,42)으로 표시된다. 상기 예시적인 터빈 시스템에 대하여, 100%의 유입량, 약 806MW에서 시작하는 경우, 8개의 제어 밸브 모두를 완전 개방 상태로 유지하고, 스팀 발생 보일러를 제어하므로써 교축 압력을 변화시키면 부하는 초기에 감소한다. 라인(38)에서 교축 압력이 밸브 루프(32)와의 교차점에 이르게 되면, 그 교축압은 8번째 제어 밸브를 닫은 상태에서 2535 psia로 증가된다. 터빈이 87.5%의 유입량에서 운전되는 점에서 밸브가 완전히 닫힐 때까지 2535 psia의 교축 압력을 유지하면서 제어 밸브는 부하가 더욱 감소됨에 따라 계속 닫혀 있을 것이다. 부하를 더욱 감소시키기 위해, 밸브 위치를 다시 정위치에 유지시키고, 7개의 밸브를 완전히 개방하며, 교축 압력이 7번째 밸브에 대한 슬라이딩 압력 라인(40) 및 밸브 루프(34)와의 교차점에 이를 때까지 교축 압력을 다시 감소시킨다. 부하를 상기 지점 아래로 감소시키기 위해, 압력을 2535 psia까지 증가시키고, 7번째 밸브가 완전히 닫혀질 때까지 7번째 밸브를 점진적으로 폐쇄한다(밸브 루프의 라이딩 다운(riding down)). 유입량은 이제 75%이다. 부하를 더욱 줄이기 위하여, 교축 압력 라인(42)이 5번째, 6번째 밸브가 일정한 교축 압력 작동 상태에서 동시에 동작하는 밸브 루프(36)와의 교차점에 이를 때까지, 6개의 밸브를 완전히 개방하고 2개의 밸브를 완전히 닫은 상태에서 압력을 다시 감소시킨다. 다음에 임의의 원하는 수의 밸브에 대해 교축 압력을 증가시키고, 밸브들을 폐쇄하는 작동을 반복한다. 교축 압력의 변화는 제3도에 도시된다. 라인(46)의 경사부(44)는 밸브가 일정한 위치에 있는 상태에서의 슬라이딩 압력 영역과 관계된다. 수직부(48)는 밸브에 대해 교축이 행해지지 않은 경우의 슬라이딩 압력 종결과 관계되고, 최상점은 밸브 교축을 행한 경우의 최대 압력 작동 상태와 관계된다. 수평부(50)는 일정 압력에서 부하를 감소시키면서 밸브 루프를 라이딩 다운하는 것과 관계된다. 제4도는 부하의 함수로서 가열비의 개선을 도시한다. 라인(52)은 일정 압력에서의 밸브 루프 성능과, 밸브 점들간의 압력을 변화시킨 경우의 성능과의 차이를 도시한다.

제2도 및 제4도에 도시된 성능의 개선은 교축 압력이 감소함에 따라 보일러 공급 펌프 방출이 감소된다는 가정에 기초한 것이다. 만일 방출이 비례적으로 줄어들지 않게 되면, 방출 압력을 유지하기 위해 요구되는 에너지가 큰 상태로 남아 있기 때문에 성능은 감소된다. 종래의 시스템에서, 압력을 줄이기 위하여 공급 펌프-공급 펌프 구동 시스템으로 신호가 보내진다. 그러나, 실제로 펌프 속도의 일정한 조절을 필요 없게 하고, 제어의 불안정성 및 헌팅(hunting) 현상이 생기지 않도록 하기 위하여 공급 펌프 다음에 압력 조절기가 배치되는데, 이렇게 하는 이유는 요구되는 흐름에서의 교란으로 인해 보일러로의 유입 수압이 약간 변하기 때문이다. 다음에 조절기는 다소간의 교축을 행하고, 이 교축에 의해 펌프 방출 압력이 변하게 되며, 따라서 펌프가 운반하는 유량이 변한다. 펌프 속도는 조절 밸브의 원하는 개방 범위에 걸쳐 일정하게 유지된다. 밸브 개방도가 이 제한을 벗어나면, 펌프 속도는 조절되어 밸브는 원하는 평균 위치로 개방된다. 그 결과, 펌프 배출 압력은 최소의 허용값(교축압+시스템 헤드 손실)과 같지 않아서 개선된 성능은 제2도 및 제4도에 도시된 것 만큼 크지 않다. 또한, 좀 더 빠른 부하 응답을 이루기 위하여, 조절 밸브는 보통 약간의 압력 강하 상태로 작동되어 부하 요구가 급등한 경우에, 그 밸브는 재빨리 개방되어 유량을 증가시킬 수 있다. 펌프와 그 구동의 응답은 조절 밸브의 응답보다 느리다.

본 발명의 목적은 전술한 많은 단점들을 해결하는 부분 아크 스팀 터빈 작동 방법을 제공하며, 가변 압력 작동이 불가능하고 또는 보일러 시스템에서 가변 압력으로 작동시키는 것이 바람직하지 않은 터빈 시스템에서 부하 응답을 한층 더 신속하게 할 수 있고, 가열비에 대한 이점을 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 방법은 효율을 보다 상승시키기 위하여 슬라이딩 압력과 밸브 교축을 조합하여 이용하는 장치에서 설명한다. 특히 보일러 및 거의 일정한 압력에서 작동하는 제1 과열기가 제공되는 스팀 터빈 시스템과 관련하여 설명한다. 분할 밸브는 제1 과열기를 마무리(최종) 과열기에 연결한다. 분할 밸브를 교축하기 위해 제어 시스템이 분할 밸브에 연결되어 최종 과열기 및 터빈은 보일러 및 제1 과열기를 일정한 압력 작동 상태에서 유지하면서 슬라이딩 압력으로 작동될 수 있다. 상기 시스템은 분할 밸브를 변화시켜 가변 압력이 계산된 밸브 루프값과 교차할 때까지 밸브 루프의 크기를 감소시킴으로써 작동된다. 다음에, 압력은 그 보통의 작동값으로 증가되고, 관련 부분 아크 제어 밸브는 폐쇄된다. 이후, 분할 밸브는 가변 압력과 계산된 밸브 루프 압력이 교차할 때까지 분할 밸브를 작동시키고, 이 시점에서 압력은 다시 증가되고 관련 제어 밸브는 교축되어 폐쇄된다.

종래의 기술이 교축 압력을 줄이기 위하여 펌프 방출(실제에 있어서, 조절기의 배출구) 압력을 줄이는 반면에, 본 발명의 시스템은 슬라이딩 교축 압력으로 분할 밸브 상에 대해 교축을 행한다. 부하 응답은 보일러의 압력이 줄어들지 않기 때문에 우세하게 된다. 이 외에도, 본 발명은 상당한 신뢰도록 작동할 수 없는, 또는 참 슬라이딩 압력 모드에서 작동되는 경우 원하지 않는 온도 변화를 받을 수 있는 아임계(subcritical) 보일러 및 초임계(supercritical) 보일러에서 이용될 수 있다. 본 발명은 전기 발생기(발전기)와 구동 관계로 연결된 부분 아크 스팀 터빈을 포함하는 스팀 터빈 동력 발생 시스템을 포함한다. 소정의 압력 및 온도에서 스팀을 제공하기 위해 보일러 수단이 제공되며, 그 보일러 수단은 제1 과열기와, 직렬 연결된 스팀 압력 제어용 분할 밸브 및 최종 과열기를 포함한다. 또한, 그 시스템은 터빈의 각 부분 아크 유입부로의 스팀 유입을 제어하는 복수개의 제어 밸브와, 시스템에 대해 요구되는 부하에 응답하여 제어 밸브 및 분할 밸브의 작동을 제어하여 스팀 터빈으로의 원하는 스팀 공급 압력을 유지하는 마이크로컴퓨터 장착 제어 수단을 포함한다. 제어 수단은 분할 밸브의 작동과, 제어 밸브 각각의 순차적인 폐쇄 동작을 동시에 하도록 하기 위해 분할 밸브 및 제어 밸브에 제어 신호를 제공한다. 분할 밸브는 스팀 압력을 감소시켜 기존의 부분 스팀 유량에 대한 최적의 가열비에 따라서 스팀 유량을 감소시키도록 작동된다. 각각의 제어 밸브는 일정한 스팀 압력으로 부분 스팀 유입량을 변화시키도록 작동된다(이러한 변화에 의해 분할 밸브를 제어하여 슬라이딩 압력 작동하는 것 보다 가열비가 개선된다). 이 도시된 시스템에서, 개선된 방법은 부하 요구와 같은 터빈의 동력 출력을 얻는데 필요한 스팀 유량을 마이크로 프로세서의 제어 수단 또는 제어기에서 계산하므로써 부분 아크 스팀 터빈의 밸브 루프를 줄인다. 제어 수단은 조절기 또는 제어 밸브 중 하나를 점진적으로 닫음으로써 형성된 제1 감소 스팀 유량 밸브 루프와 분할 밸브를 점진적으로 닫음으로써 형성되는 대응 감소 스팀 유량과의 제1 교차점을 결정한다. 분할 밸브는 점차 폐쇄되어, 상기 제1 교차점이 모니터된 스팀 유량에 의해 표시된 점에 이를 때까지 교축 밸브에서의 스팀 압력을 감소시킨다. 분할 밸브는 완전히 개방되어 스팀 압력을 그 통상의 값으로 복귀시키는 동시에, 제어 밸브 중 하나를 폐쇄하므로써 스팀 유량은 제1 교차점의 값에서 유지된다. 다음에, 제어 밸브 중 다음 밸브는 그것이 완전히 닫혀질 때까지 제1 밸브 루프에 대응하여 점차 폐쇄된다. 제어 수단은 제어 밸브 중 하나가 폐쇄되는 것을 감지하고, 제어 밸브 중 다른 밸브를 폐쇄하므로써 형성된 제2 감소 스팀 유량 밸브 루프와 분할 밸브를 폐쇄하므로써 형성된 대응 감소 스팀 유량과의 제2 교차점을 결정한다. 분할 밸브는 점차 폐쇄되어, 제2 교차점에 이를 때까지 교축 밸브에서의 스팀 압력을 감소시키고, 그 후에 분할 밸브는 완전히 개방되어 스팀 압력을 그 통상의 값으로 복귀시키는 동시에, 제어 밸브 중 다른 밸브를 폐쇄하므로써 스팀 유량을 제2 교차점 값에서 유지한다. 다음에, 제어 밸브 중 다른 밸브는 점차 폐쇄되고, 복수개의 각 밸브 루프에 대해 분할 밸브를 폐쇄 및 개방하고, 이어서 제어 밸브를 폐쇄하는 단계는 최소의 아크 유입량이 달성될 때까지 반복된다. 최종 과열기는 감소된 압력에서 스팀 온도를 유지하도록 제어된다.

이하에서는 본 발명의 이해를 돕도록 첨부 도면과 함께 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명의 원리를 실현하는데 적합한 전형적인 스팀 터빈 동력 장치의 기능적 블록도(functional block diagram)를 개략적으로 도시한 것이다. 제5도에 도시한 장치에서, 핵연료 또는 화석 연료 등으로 사용할 수 있는 종래의 보일러(54)는 스팀을 발생시키는데, 이 스팀은 헤더(56), 제1 과열기(58), 분할 밸브(60), 마무리(최종) 과열기(62) 및 교축 밸브(61)를 통해 63으로 표시한 부분 아크 스팀 유입용 제어 밸브로 도입된다. 헤더(56)에서의 스팀 압력과 같은 여러 보일러 매개 변수를 제어하는데 사용되는 종래의 보일러 제어기(64)가 보일러(54)에 연결된다. 좀 더 상세히 설명하면, 헤더(56)에서의 스팀 압력은 보통 보일러 제어기(64) 내에 배치된 세트 포인트 제어기(도시 생략)에 의해 제어된다. 이러한 세트 포인트 제어기 장치는 당업자에게 공지되어 있으므로 본 실시예에서는 더 이상 상세한 설명은 하지 않는다. 스팀은 스팀 유입 밸브(63)의 위치(즉, 개방도)에 따라 스팀 터빈의 고압부(66)를 통해 조절된다. 보통 고압 터빈부(66)를 빠져나가는 스팀은 하나 이상의 저압 터빈부(70)에 공급되기 전에 종래의 재열기(68)에서 재열된다. 터빈 저압부(70)를 빠져나가는 스팀은 종래의 응축기(72)로 도입된다.

대부분의 경우에, 공통의 샤프트(74)는 스팀 터빈부(66,70)를 전기 발생기(발전기)(76)에 기계식으로 연결한다. 스팀이 터빈부(66,70)를 통해서 팽창할 때, 그 대부분의 에너지는 샤프트(74)를 회전시키기 위한 토오크로 변환된다. 장치의 시동 중에, 터빈부(66,70)를 통해 도입된 스팀은 조절되어 터빈 샤프트의 회전 속도를 라인 전압 또는 저조파(subharmonic)의 동기 속도(synchronous speed)로 합치시킨다. 전형적으로, 이것은 종래의 속도 픽업 변환기(77)에 의해 터빈 샤프트(74)의 속도를 검출하므로써 달성된다. 변환기(77)에 의해 발생된 신호(78)는 샤프트의 회전 속도를 나타내고, 종래의 터빈 제어기(80)로 전달된다. 차례로, 제어기(80)는 신호 라인(82)을 사용하여 스팀 유입 밸브의 개방도를 조절하며, 원하는 속도 요구 및 터빈 제어기(80)에 제공된 측정 속도 신호(78)에 따라 터빈부(66,70)를 통해 도입되는 스팀을 조절한다. 교축 밸브(61)는 터빈 시동시에 제어될 수 있어서, 터빈이 5% 부하의 초기 운전 상태가 될 때까지 제어 밸브(63)를 완전히 개방할 수 있다. 다음에, 시스템은 부분 아크 작동으로 전환되고, 교축 밸브(61)는 완전히 개방된다. 그러나, 교축 밸브(61)는 터빈을 긴급히 셧-다운(shut-down)하는데 사용되는 비상 밸브이다. 제어기(80)로부터의 라인(65)은 제어 신호를 밸브(61)에 제공한다.

전형적인 주 브레이커 유닛(84)이 발전기(76)와 전기 부하(86) 사이에 배치 되는데, 이는 본 발명의 설명상 벌크 송배전 계통으로 고려될 수 있다. 터빈 제어기(80)가 동기 상태의 존재를 확인하면, 주 브레이커(84)는 접속되어 전기 에너지를 전기 부하(86)에 제공한다. 장치의 실제 동력 출력은 예를 들면, 전기 에너지를 부하(86)에 제공하는 전기 동력 출력 라인에 연결된 와트 변환기 같은 종래의 동력 측정 변환기(88)에 의해 측정될 수 있다. 동력 장치의 실제 동력 출력을 나타내는 신호는 신호 라인(90)을 통해 터빈 제어기(80)에 제공된다. 일단 동기 상태가 되면, 제어기(80)는 종래식으로 스팀 유입 밸브(63)를 조절하여, 동력 장치의 원하는 전기 동력 발생에 합치되게 스팀을 터빈부(66,70)에 제공한다.

본 발명에 따라서, 최적의 터빈 효율 제어기(92)가 스팀 터빈 동력 장치의 일부로서 배치된다. 제어기(92)는 다음에 상세히 설명하는 바와 같이, 여러 터빈 매개 변수를 측정하므로써 원하는 동력 장치 출력에서의 열역학적 조건을 모니터하고, 이러한 정보를 이용하면, 제어기(92)에서 보일러 제어기(64)까지 연결된 신호 라인(94)을 매개로 보일러 스팀 압력을 조절할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 이러한 보일러 압력 조절은 통상 보일러 제어기(64)의 일부로 알려진 세트 포인트 제어기(도시 생략)의 세트 포인트를 변경시킴으로써 달성될 수 있다. 대부분의 세트 포인트 제어기의 경우처럼, 스팀 압력과 같은 피드백 측정 매개 변수는 세트 포인트와 거의 같도록 하고, 그 편차는 세트 포인트 출력/입력 이득 특성의 함수이다. 본 발명에 있어 중요한 것은 제어기(92)가 신호 라인(94)을 매개로 분할 밸브(60)의 개방도를 제어한다는 것이다. 밸브(60)는 종래의 전기기계식 스팀 제어 밸브일 수 있다. 밸브(60)를 제어하므로써, 제어기(92)는 교축 스팀 압력, 즉 제어 밸브(63)에서의 스팀 압력을 조절할 수 있다. 밸브(60)의 제어로 인해 시동시 조절을 위해 교축 밸브(61)를 사용할 필요가 없게 되고, 따라서 그 개폐에 따른 제어를 간단히 한다. 분할 밸브(60)를 이용하므로써 풀 아크 시동에서부터 부분 아크 작동으로의 이행이 보다 양호하게 되고, 터빈의 고압부(66)에 대해 보다 양호한 환경이 얻어진다.

교축 스팀 압력 및 온도와 같은 터빈 매개 변수는 각각 종래의 압력 변환기(96) 및 온도 변환기(98)에 의해 측정된다. 그 변환기(96,98)에 의해 각각 발생된 신호(100,102)는 최적의 터빈 효율 제어기(92)에 제공될 수 있다. 재열기(68)에서의 터빈 재열 스팀 온도와 같은 다른 매개 변수는 신호(106)를 발생시키는 종래의 온도 변환기(104)에 의해 측정되며, 그 신호(106)는 또한 사용을 위해 제어기(92)에 제공될 수 있다. 동력 측정 변환기(88)에 의해 발생된 라인(90) 상의 신호는 제어기(92)에 추가로 제공될 수 있다. 이 외에도, 중요한 터빈 매개 변수는 터빈부(66,70)를 통한 스팀 유량을 반영하는 매개 변수이다. 본 실시예의 목적을 위해서, 고압 터빈(68)의 충동실(impulse chamber)에서의 스팀 압력은 적절히 선택된다. 종래의 압력 변환기(108)는 충동실에 배치되어 충동실에서의 스팀 압력을 나타내는 신호(110)를 발생시키고, 그 신호를 제어기(92)에 제공한다.

터빈 효율 제어기(92)의 일실시예가 본원에서 참고로 인용하고 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제4,297,848호에 개시되어 있으며, 상기 특허에는 제어기(92)의 작동이 상세히 설명되어 있다.

상기 미합중국 특허 제4,297,848호에 개시된 바와 같이, 제어기(92,80)는 부하 요구에 응답하여 스팀 터빈 시스템을 최적으로 작동시키기 위해 교축 압력, 스팀 유량과 같은 적절한 세트 포인트를 계산하는 마이크로 컴퓨터 장착 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 증가된 부하 요구에 신속히 응답하는 능력을 갖고 있으면서 시스템 효율을 최적화하기 위하여, 밸브(63)에 가해진 교축 스팀 압력을 제어하는 것이 바람직하다. 제5도의 시스템은 종래의 시스템에서처럼 분할 밸브(60) 상류측의 보일러 압력을 변화시키지 않고 교축 스팀 압력을 조절하는 방식으로 분할 밸브(60) 및 최종 과열기(62)를 제어하므로써 상기 결과를 달성한다. 줄어든 부하 요구에 응답하여 작동하는 방법은 제어 밸브(63)를 통한 일정 압력에서의 스팀 유량이 감소된 압력에 의해 얻어지는 스팀 유량과 동일한 교차점을 계산하는 것이다. 이러한 값들은 터빈 압력 및 유량비로부터 쉽게 계산되기 때문에, 그 값들은 미리 얻어질 수 있고 마이크로 컴퓨터 제어기(92) 내의 적절한 룩-업(look-up) 테이블 메모리에 저장될 수 있다. 제2도와 관련하여 설명한 방식으로, 밸브를 순차적으로 폐쇄하므로써 형성된 복수개의 각 밸브 루프에 대해 그 값들을 계산한다. 다음에, 분할 밸브(60)는 점차 폐쇄되어 제1 교차점에 이를 때까지 유량을 감소시키기 시작한다. 다음에, 밸브(60)는 완전히 개방되어서, 압력은 그 보통의 작동값으로 다시 급격히 증가할 수 있고, 스팀 유량이 교차점 값에서 유지될 수 있는 정도로 제어 밸브(63)가 폐쇄된다. 다음에, 제어 밸브는 완전히 폐쇄될 때까지 제어된 속도로 점차 폐쇄된다. 다음에, 압력은 밸브 루프와의 제2 교차점에 이를 때까지 분할 밸브(60)를 사용하여 다시 감소되며 상기 단계들이 다시 반복된다. 이와 같이 제어 밸브(63)를 단계식으로 폐쇄하는 것과 함께 분할 밸브(60)의 사이클 동작을 상기와 같이 반복하므로써, 분할 밸브(60)의 상류측 보일러 압력을 줄이지 않으면서 최적 효율을 얻을 수 있다. 따라서, 그 시스템은 제3도의 양호한 특성의 한 형태로 수행되며, 정상의 작동 압력으로 회복하는데 연장된 시간을 필요로 하지 않는다.

Claims (4)

1. 부분 아크 스팀 터빈으로의 스팀 유량을 제어하는 복수개의 제어 밸브를 구비하고, 상기 스팀은 보일러로부터 분할 밸브 및 제2 과열기를 통해 공급되며, 상기 분할 밸브는 상기 터빈의 부분 아크 작동을 선택적으로 가능하게 하고, 상기 터빈은 적어도 분할 밸브 및 제어 밸브에 연결된 마이크로 컴퓨터 장착 제어기에 의해 부하 요구에 응답하여 제어되는 부분 아크 스팀 터빈에서의 밸브 교축을 감소시키는 방법에 있어서, 상기 제어기에서 부하 요구와 일치하는 터빈의 동력 출력을 얻는데 필요한 스팀 유량을 계산하는 단계와, 상기 제어 밸브 중 하나의 밸브를 점차 폐쇄하여 형성된 제1 감소 스팀 유량 밸브 루프와, 상기 분할 밸브를 점차 폐쇄하여 생기는 대응 감소 스팀 유량과의 제1 교차점을 결정하는 단계와, 상기 분할 밸브를 점차 폐쇄하여, 상기 제1 교차점이 모니터된 스팀 유량에 의해 표시된 점에 이를 때까지 제어 밸브에서의 스팀 압력을 감소시키는 단계와, 상기 분할 밸브를 완전히 개방하여 스팀 압력을 그 통상의 값으로 복귀시키는 동시에, 제어 밸브 중 하나의 밸브를 폐쇄하여 스팀 유량을 상기 제1 교차점의 값에 유지하는 단계와, 상기 제1 밸브 루프에 대응하여, 제어 밸브 중 하나의 밸브가 완전히 폐쇄될 때까지 그 밸브를 점차 폐쇄하는 단계와, 상기 제어 밸브 중 하나의 밸브의 폐쇄를 감지하는 단계와, 상기 제어 밸브 중 다른 밸브를 폐쇄하여 형성된 제2 감소 스팀 유량 밸브 루프와, 상기 분할 밸브를 폐쇄하여 생기는 대응 감소 스팀 유량과의 제2 교차점을 결정하는 단계와, 상기 분할 밸브를 점차 폐쇄하여, 상기 제2 교차점에 이를 때까지 제어 밸브에서의 스팀 압력을 감소시키는 단계와, 상기 분할 밸브를 완전히 개방하여 스팀 압력을 그 통상의 값으로 복귀시키는 동시에, 상기 제어 밸브 중 다른 밸브를 폐쇄하여 스팀 유량을 상기 제2 교차점의 값에 유지하는 단계와, 상기 제어 밸브 중 다른 밸브가 완전히 폐쇄될 때까지 그 밸브를 점차 폐쇄하는 단계와, 상기 복수개의 밸브 루프 중 각 밸브 루프에 대해 분할 밸브를 폐쇄 및 개방하고, 이어서 제어 밸브를 폐쇄하는 단계를 반복 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부분 아크 스팀 터빈에서의 밸브 교축을 감소시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 감소된 압력에서 스팀 온도를 유지하기 위해 최종 과열기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 터빈 시동시에 제어 밸브를 완전히 개방하는 단계와, 분할 밸브를 제어하므로써 스팀 압력을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1 과열기(58)와 스팀 유량 및 압력을 제어하도록 직렬 연결된 분할 밸브(60) 및 최종 과열기(62)를 포함하고 미리 정해진 압력 및 온도에서 스팀을 공급하는 보일러 수단(54)과, 발전기를 구동하도록 연결된 부분 아크 터빈 스팀 터빈을 포함하며, 각 부분 아크로의 스팀 유입량을 제어하는 복수개의 제어 밸브(63)를 추가로 포함하는 스팀 터빈 동력 발생 시스템에 있어서, 상기 시스템에 대한 부하 요구에 응답하여 제어 밸브 및 분할 밸브의 작동을 제어하므로써 스팀 터빈을 일정 속도로 작동시키는 마이크로 컴퓨터 장착 제어 수단(80,92)이 장착되고, 상기 제어 수단은 상기 분할 밸브를 상기 각 제어 밸브의 순차적인 폐쇄와 동시에 작동시키기 위해 제어 신호를 상기 분할 밸브 및 제어 밸브에 제공하며, 상기 분할 밸브(60)는 스팀 압력을 감소시키도록 작동되어 기존 아크 스팀 유입량에 대한 최적의 가열비에 따라 스팀 유량을 감소시키고, 상기 각 제어 밸브는 일정한 스팀 압력으로 부분 유입량을 변화시키도록 작동되고, 이러한 변화에 의해 슬라이딩 압력 작동의 경우보다 양호한 가열비가 제공되는 것을 특징으로 하는 스팀 터빈 동력 발생 시스템.

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