KR100218603B1 - 증기 터어빈의 지지 장치 - Google Patents

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KR100218603B1 KR1019910018749A KR910018749A KR100218603B1 KR 100218603 B1 KR100218603 B1 KR 100218603B1 KR 1019910018749 A KR1019910018749 A KR 1019910018749A KR 910018749 A KR910018749 A KR 910018749A KR 100218603 B1 KR100218603 B1 KR 100218603B1
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Abstract

기초물(12)위에 장착되는 스테이터 조립체(16)를 포함하는 증기 터어빈(10)용 지지장치에 있어서, 상기 기초물(12)은 복수개의 소포트 타워(26)를 가지며, 상기 서포트 타워는 상기 터어빈으로부터 인접하여 돌출되며, 상기 스테이터 조립체(16)는 공동부(46)를 규정하는 복수개의 서포트 포오(28)를 가지며, 상기 공동부는 상기 기초물(12)로부터 돌출되는 상기 서포트 타워(26)를 수용시킨다. 이러한 장치에 있어서, 지지점은 가능한 한 터어빈의 중심에 인접하도록 위치되어 터어빈 하우징의 험핑을 감소시킨다.

Description

증기 터어빈의 지지장치
제1도는 본 발명에 의한 HP-IP 증기 터어빈의 개략도.
제2도는 본 발명에 따라 구성되고 터어빈의 조정기 일단부에 배치된 지지다리/지지탑 조립체중 한 조립체의 확대도.
제3도는 지지탑을 생략한 상태에서 제2도에 도시된 지지다리를 나타낸 단면도().
제4도는 제3도의 4-4선을 따라 절단한 단면도.
제5도는 제2도에 도시된 지지탑의 확대 측면도.
제6도는 제5도에 도시된 지지탑의 평면도.
제7도는 제6도의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 증기 터어빈 12 : 기대
14 : 회전자 조립체 16 : 고정자 조립체
18 : 외부 실린더 20 : 커버 절반부
22 : 베이스 절반부 24 : 접합부
26 : 지지탑 28 : 지지다리
40, 42 : 제1 및 제2 측벽 44 : 상부벽
46, 82 : 공동 48, 54 : 절연 차폐물(절연체)
본 발명은 터어빈에 관한 것으로, 특히 효율 및 신뢰성을 최대화하기 위한 고압 및 중압 증기 터어빈의 지지 구조체에 관한 것이다.
터어빈에 증기를 공급하면, 전형적으로 증기와 그 증기에 접촉하는 터어빈 구성요소사이에 열전달이 이루어진다. 대부분의 터어빈 구성요소는 높은 열전도성 재료로 형성되므로, 주로 불균일한 열전달로 인해 각종 구성요소에 열왜곡(thermal distortion)이 발생한다. 이러한 열왜곡은 두 가지 유형, 즉 전달된 열의 방출시에 복원가능한 탄성 열왜곡과 왜곡된 상태로 영구히 남아 있게 되는 소송 열왜곡이 있다.
탄성 열왜곡의 한가지 형태는 고압(HP) 증기 텅어빈, 증압(IP) 증기 터어빈 및 조합형(HP-IP)증기 터어빈의 작동정지에 따른 과도상태에서 발생할 수 있다. 특히, 작동정지시의 과도상태중에 시일의 마찰(seal rub)이 이러한 터어빈들에서 발생할 수 있다. HP, IP 및 HP-IP 증기 터어빈에 정통한 당업자는 작동정지시의 과도상태중에 비교적 큰 온도차가 외부 실린더(원통체)의 커버와 베이스 구성요소 사이에서 발생할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 온도차는 대략 70℃(120℉)에 도달될 수 있다. 일반적으로, 커버는 베이스 보다 더 고온이므로 외부 실린더는 동그렇게 구부러지며, 즉 중심부에서 상승하게 되고 지지다리(support paws)에서 피봇운동(선회)을 하게 된다. 내부의 정지부품, 즉 내부 실린더 및 링은 외부 실린더에 부착되므로, 이들의 내부 실린더 및 링은 외부 실린더에 대해 상당히 이동된다. 로터(회전자)(rotor)는 외부 실린더로부터 독립되어 지지되므로 정상적인 형태를 유지한다. 그 결과, 회전부와 정지부간의 시일 간극은 베이스에서 폐쇄되고 커버에서는 개방된다. 이러한 현상은 터어빈 험핑(turbine humping)이라고 부른다. 험핑이 심한 경우 바람직하지 않은 마찰이 발생한다.
종래에 터어빈 섬핑을 방지하기 위한 하나의 해결방법은 온도차를 감소하기 위해서 가열 블랭킷(heating blankets)을 사용하는 것이 었다. 그러나, 불행히도 이러한 방법은 비용이 너무 많이 들게 된다.
본 발명의 개발단계에 있어서 터어빈의 험핑 현상에 대한 조사가 이루 어 졌다. 그 결과, 어떤 유형의 HP-IP 터어빈에 있어서는 험핑의 33∼50%가 지지다리로 인해 발생된다는 것을 발견하였다. 지지다리는 외부 실린더를 기대 구조체상에 지지하기 위해 대체로 외부 실린더의 단부에 일체로 형성된 연장부 또는 돌출부이다. 터어빈이 험핑되는 경우, 지지다리는 피봇점으로 작용한다. 지지다리의 길이가 클수록 피봇운동은 커진다. 또한, 지지다리는 그이 길이방향 따라 대략 85℃(150℉)의 온도 구배를 갖는다는 것을 발견하였다. 이러한 온도 구배는 전체적인 험핑에 대해 2차적인 영향을 제공한다.
현재 사용되는 약간의 증기 터어빈은 외부 실린더의 커버 부분으로부터 직선으로 돌출하고 또 일반적으로 그 길이가 짧은 커버 지지다리를 구비한 것으로 되어 있다. 불행히도, 커버 지지다리는 두 가지 문제점이 있다. 첫째로, 이러한 지지다리를 채용하고 있는 터어빈의 조립 및 분해가 복작하며, 그에 따라 비용이 많이 들게 된다. 둘째로, 수평 접합부의 볼트체결에 의해 터어빈의 중량에 의한 하중 뿐만 아니라 통상적으로 지지되어 있는 하중을 지지해야 한다.
증기 터어빈에서 발생할 수 있는 탄성 열왜곡의 다른 형태는 외부 실린더의 열팽창 및 수축으로 인해 발생하며, 이것은 열 변위라고 부른다. 지지면 및 수평 접합면이 소정의 거리로 분리되어 있는 증기 터어빈에서 열 변위의 발생중에 고정자 조립체의 부분은 회전자 조립체에 대해 변위되어, 터어빈의 작동효율에 영향을 주며, 또한 이 변위에 의해 마찰을 발생시킨다.
따라서, 가열 블랭킷을 사용하지 않고도 험핑을 방지하며 커버 지지다리의 결점을 제거하고, 도 열 변위를 최소화할 수 있는 증기 터어빈을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 주 목적은 효율 및 정렬 상태가 작동정지시의 과도상태중에 비교적 안정성 있게 유지되는 증기 터어빈을 제공하는 데 있다.
이러한 목적에 비추어, 본 발명은 기대에 장착된 고정자 조립체와 상기 고정자 조립체에 의해 둘러싸인 회전자 조립체를 포함하고, 상기 회전자 조립체와 상기 고정자 조립체사이의 팽창 경로를 통과하는 증기 상기 회전자 조립체의 회전을 제공하며, 또 상기 고정자 조립체의 주변에 배치되고 그 고정자 조립체를 수용하는 외부 실린더를 포함하되, 상기 외부 실린더는 접합부를 따라서 커버 절반부(a cover half)와 베이스 절반부(a vase half) 로 분할되어 있는 증기 터어빈용 지지장치에 있어서, 상기 기대는 그 기대로부터 돌출하고 상기 터어빈에 인접하여 있는 복수개의 지지탑(a plurality of support towers)을 가지며; 상기 베이스 절반부는 공동(covities)을 규정하는 복수개의 지지다리(a plurality of support paws)를 가지며, 상기 공동은 상기 기대로부터 돌출하는 상기 지지탑을 수용하는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치에 있다.
바람직한 유형의 지지다리, 즉 베이스 절반부에 접속된 최소의 축방향 길이를 갖는 지지다리를 설치하고, 또 베이스 절반부를 접합부와 실질적으로 동일 평면에 있는 평면상에 지지하는 것에 의해 여러 가지 이점이 달성된다. 그에 따라, 터어빈의 험핑은 최소로 감소된다. 더욱이, 커버 절반부는 베이스 절반부에 대해 어떠한 추가 지지부재를 설치하지 않고도 분리될 수 있으므로 터어빈 분해의 복잡성도 최소로 감소된다. 또한, 열 변위로 인한 오정열도 최소화된다.
본 발명은 첨부 도면에 예시적으로 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확해 질 것이다.
제1도에 도시된 바와같이 증기 터어빈(10)은 기대(12)상에 장착되며, 또 스테이터(고정자) 조립체(stator assembly)(16)내에 배치되는 로터(회전자) 조립체(rotor assembly)(14)를 포함한다. 외부 실린더(outer cylinder)(18)는 고정자 조립체(16)를 둘러싸며 그 고정자 조립체에 부착된다. 외부실린더(18)는 수평 접합부(24)를 따랄서 커버 절반부(20)와 베이스 절반부(22)로 분할된다.
복수개의 지지탑(support towers)이 기대(12)에 설치되고, 또 복수개의 지지다리(support paws)(28)(두개만이 도시되어 있음)가 베이스 절반부(22)에 부착되고 지지탑(26)상에 장착된다. 또한, 증기 터어빈(10)은 다수의 증기 입구 및 출구를 포함한다. 입구(27)는 고압 증기용 입구이다. 출구(30)는 중압 증기용 배출구이며, 입구(32)는 중압 재열 증기용 입구이다.
제2도 및 제3도를 참조하면, 지지다리(28)는 측벽(40),(42)을 구비 하고 중공형으로 구성되어 있으며, 상기 측벽(40),(42)은 베이스 절반부(22)의 일단부로부터 연장되어 있다. 측벽은 베이스 절반부(22)상에 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 상부벽(44)은 측벽(40),(42)사이에 연장되어, 측벽(40),(42) 및 상부벽(44)이 지지탑(26)의 일부를 수용하는 공동(cavity)(46)을 형성하도록 되어 있다. 약간의 간극이 측벽(40),(42)과 지지탑(26)(제2도)사이에 존재한다. 제4도를 참조하면, 지지다리(28)는 커버 절반부(20)와 지지다리(28)사이에 위치된 절연 차폐물(48)을 구비하는 것으로 도시되어 있으며, 상기 절연 차폐물은 지지다리(28)와 커버 절반부(20)간의 열전달을 차단시킨다. 제2도, 제3도 및 제4도로부터 알 수 있는 바와같이, 측벽(40),(42)은 베이스 절반부(22)로부터 소정의 짧은 거리로 연장되어 있다. 측벽(40),(42)의 연장 방향은 대체로 회전자 조립체(14)의 회전 축선과 대체로 평행하다. 측벽(40),(42)이 베이스 절반부(22)로부터 연장되는 거리는 측벽(40),(42)이베이스 절반부(22)를 따라서 부착되는 거리보다 작다. 실예로서, 제2도에는 베이스 절반부(22)로부터 측벽(40),(42)의 연장을 표시하는 거리(A)가 되시되어 있고, 또한 베이스 절반부(22)에 대한 측벽(40),(42)의 부착길이르 나타내는 길이(B)가 도시되어 있다. 거리(A)는 거리(B)보다 작은 것이 바람직하다. 제2도 및 제3도로부터 알 수 있는 바와같이, 측벽(40),(42)은 수평 접합부(24)를 지나서 연장된다. 제3도에 특히 도시된 바와같이, 상부벽(44)에는 접합부(24)와 동일 평면상에 있는 것이 바람직한 하부면(50)이 규정되어 있다. 제4도에 도시된 바와같이, 지지다리(28)는 슬롯(52)을 가지며, 이 슬롯(52)은 공기가 지지다리(28)의 외측으로부터 공동(46)내로 통과하는 것을 허용한다.
제5도를 참조하면, 지지탑(26)이 분리된 상태로 도시되어 있다. 절연 차폐물(54)은 지지탑(26)의 상부면(56)에 부착되어 있고, 또 지지탑(26)의 일단부를 따라서 하방향으로 연장되어 있다. 그 도면으로부터 알 수 있는 바와같이, 지지탑(26)이 공동(46)내에 배치되는 경우, 절연 차폐물(54)은 지지탑(26)과 베이스 절반부(22)사이에 위치될 것이다. 절연 차폐물(54)은 베이스 절반부(22)와 지지탑(26)간의 열전달을 차단시킨다.
상부면(56)은 그의 내부에 형성된 슬롯(58)을 갖는다. 제3도를 참조하면, 지지다리(28)는 하부면(50)과 접촉하는 체결구(connector)(60)를 더 포함하는 것으로 도시되어 있다. 체결구(60)는 슬롯(58)내에 끼워 맞춤되도록 설계되어 잇다. 제3도 및 제5도로부터 알 수 있는 바와같이, 상부벽(44)은 그것을 관통하는 구멍(62)을 갖는다. 체결구(60)도 그것을 관통하는 구멍(64)을 갖는다. 또한, 지지탑(26)은 슬롯(58)내에 형성된 나사 구멍(66)을 갖는다. 볼트(8)는 구멍(62),(64)을 통과하여 나사구멍(66)과 결합된다. 볼트(68)와 구멍(62),(64)사이에 간극을 형성하여, 베이스 절반부(22) 및 증기 터어빈(10)의 열팽창에 의해 발생되는 이동을 가능하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 동일한 이유로, 볼트(68)와 상부벽(44)사이에도 간극이 제공되는 것이 바람직하다.
지지탑(26)은 암의의 공지 수단에 의해 지지패드(70)에 부착되는 것으로 도시되어 있으며, 상기 지지패드(70)는 볼트(72)의 사용과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 기대(12)에 미끄럼이동 가능하게 부착된다. 바람직한 실시예에 있어서, 볼트(72)는 지지패드(70)와 접촉상태로 하방으로 견고하게 체결되는 것이 아니라, 지지패드(70)로부터 작은 거리로 이격된 지점까지 체결된다. 이러한 거리 도는 간극은 제6도에 도시된 슬롯과 더불어, 지지패드(70) 및 지지탑(26)이 베이스 절반부(22)의 열팽창 및 열수축중에 기대(12)에 대해 이동 또는 미끄럼 이동되는 것을 가능하게 한다.
제6도를 참조하면, 지지탑(26)은 제1 및 제2 단부벽(74),(76)과 측벽(78),(80)을 포함한다. 지지탑(26)의 단부벽과 측벽은 공동(82)을 규정한다. 제7도에 도시된 바와같이, 단부벽(74),(76)은 그것을 관통하여 형성된 배기 통로(84),(86),(88)를 가지며, 이들의 통로는 공기가 지지탑(26)의 외측으로부터 공동(82)내로 통과하는 것을 가능하게 한다. 제6도에 도시된 바와같이 복수개의 박판(90),(92),(94)이 공동(82)내에 배치되며, 또 단부벽(74),(76)과 접촉하는 크기로 되어 있다. 박판(90),(92),(94)은 지지탑(26)의 열소산 표면적을 증가시킨다.
절연 차폐물(48),(54)과, 슬롯(통기공)(52) 및 배기 통로(84),(86),(88)는 지지탑의 온도를 허용가능한 레벨까지 유지하는 작용을 하며, 그에 따라 지지탑(26)의 열팽창을 제어한다. 지지탑(26)의 열팽창의 최소화는, 지지탑의 일부가 공동(46)내에 끼워맞춤되는 이유 뿐만 아니라, 지지탑(26)이 팽창될 때 지지탑이 상승되어 즉 고정자 조립체(16)와 회전자 조립체(14)사이의 간극에 영향을 미칠수 있는 수직력을 터어빈에 제공하는 이유 때문에 중요한 것이다. 본 발명에 따른 장치에 의하면, 지지 구조체는 터어빈 하우징상에 형성된 지지포킷내로 연장되는 돌출부를 구비하여, 지지점이 가능한 하우징에 인접하도록 터어빈 하우징을 지지한다. 따라서, 하우징 벽의 온도차에 의한 하우징 중심의 상승(험핑)은 최소화된다. 또한, 지지가 수평 접합부(24)와 실질적으로 동일한 평면에서 이루어지므로, 열 변위는 최소화된다. 반경방향의 팽창은 수평 접합면과 지지면 사이 보다는 수평 접합부로부터 떨어진 곳에서 발생할 것이므로, 회전자 조립체에 대한 고정자 조립체의 부분의 변위를 방지하게 된다.

Claims (9)

  1. 기대(12)상에 장착된 고정자 조립체(16)와, 상기 고정자 조립체(16)에 의해 둘러 싸인 회전자 조립체(14)를 포함하고, 상기 회전자 조립체(14)와 상기 고정자 조립체(16)사이의 팽창 경로를 통과하는 증기는 상기 회전자 조립체(14)의 회전을 제공하며, 또 상기 고정자 조립체(16)의 주변에 배치되고 그 고정자 조립체(16)를 수용하는 외부 실린더(18)를 포함하되, 상기 외부 실린더(18)는 접합부(24)를 따라서 커버 절반부(a cover half)(20)와 베이스 절반부(a base half)(22)로 분할 되어 있는 증기 터어빈(10)용 지지장치에 있어서, 상기 기대(12)는 그 기대로부터 돌출하고 상기 터어빈(10)에 인접하여 있는 복수개의 지지탑(a plurality of support towers)(26)을 가지며; 상기 베이스 절반부(22)는 공동(cavities)(46)을 규정하는 복수개의 지지다리(a plurality of support paws)(28)를 가지며, 상기 공동(46)은 상기 기대(12)로부터 돌출하는 상기 지지탑(26)을 수용하는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 지지다리(28)는 그의 일단부를 따라서 상기 베이스 절반부(22)에 각기 부착된 제 및 제2 측벽(42),(44)과, 상기 측벽(40),(42)사이에 위치된 상부벽(44)을 구비하고, 상기 상부벽과 상기 제1 및 제2 측벽은 상기 공동(46)을 규정하며, 상기 상부벽은 상기 공동(46)내의 상기 지지탑(26)의 일부상에 배치되는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지지탑(26)과 상기 베이스 절반부(22)간의 열전달 및 상기 지지다리(28)와 상기 커버 절반부(20)간의 열전달을 차단하기 위한 절연체(54),(48)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지지탑(26)과 상기 베이스 절반부(22)간의 상기 절연체(54)는 상기 공동(46)내의 상기 지지탑(26) 주변에 연장되는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측벽(40),(42)은 그 측벽(40),(42)이 상기 베이스 절반부(22)로부터 돌출하는 거리(A)보다 큰 거리(B)로 연장되어 상기 베이스 절반부(22)에 부착되는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 상부벽(44)은 상기 상기 접합부(24)와 동일 평면에 있는 하부면(50)을 갖는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 지지다리(28)는 공기가 상기 지지다리(28)의 외측으로 부터 상기 공동(46)내로 통과하는 것을 허용하도록 그 지지다리를 관통하여 형성된 슬롯(52)을 갖는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 지지탑(26)은 공기가 상기 지지탑(26)을 통해 상기 지지다리(28)로 통과하는 것을 허용하도록 그 지지탑을 관통하여 형성된 배기 통로(84),(86),(88)를 갖는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 지지탑(26)은 그 지지탑(26)의 열소산 표면적을 증가시키기 위해 그의 공동(82)내에 배치된 복수개의 핀판(a plurality of fin plates)(90),(92),(94)을 구비하는 것을 특징으로 하는 증기 터어빈의 지지장치.
KR1019910018749A 1990-10-25 1991-10-24 증기 터어빈의 지지 장치 KR100218603B1 (ko)

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