KR100319707B1 - 플랜지 냉각 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 증기 터빈 케이싱의 플랜지 냉각 구조체는 볼트로 결합된 플랜지를 효율적으로 냉각시켜 볼트의 조이는 힘의 감소에 의해 발생되는 증기의 누출을 방지한다. 상측 케이싱(10)과 하측 케이싱(11)은 증기 터빈을 기밀식으로 밀봉하기 위해 볼트로 고정되고 결합된 플랜지(12, 13)에서 함께 결합된다. 파이프(20)는 플랜지(12, 13)의 외주에 접촉하도록 고정되고, 측면 단열재(15a)는 바깥쪽으로부터 거기에 끼워진다. 각 파이프(20)가 각 볼트에 대응하게 배치되거나, 또는 다수의 파이프가 각 볼트(14)에 대응하게 배치된다. 플랜지(12, 13)는 내부 고온 증기에 의해 가열되고, 주위 공기(30)는 자연 대류로 인하여 그의 하단부로부터 파이프(20)내로 도입되어 플랜지(12, 13) 및 볼트(14)를 냉각시킨다. 따라서, 볼트의 조이는 힘의 감소와 증기 누출이 거의 발생되지 않는다.

Description

플랜지 냉각 구조체{COOLING ARCHITECTURE FOR FLANGES OF A STEAM TURBINE CASING}

본 발명은 플랜지를 고정시키기 위한 볼트의 조이는 힘의 강하에 의해 야기되는 증기의 누출을 방지할 수 있는 가스 터빈 케이싱의 플랜지 냉각 구조체에 관한 것이다.

도 4는 종래의 증기 터빈의 케이싱의 일부분을 도시한 단면도로서, 참조 번호(10)은 상측 케이싱을 나타내고, 참조 번호(11)은 하측 케이싱을 나타낸다. 증기 터빈은 외부로의 증기의 누출을 방지하기 위해 이러한 2개의 케이싱으로 기밀 밀봉되어 있다. 참조 번호 (12, 13)는 상측 케이싱(10) 및 하측 케이싱(11)의 플랜지를 나타낸다. 2개의 플랜지(12, 13)는 함께 결합되고 그리고 터빈의 축을 따라 사전설정된 간격마다 배열된 볼트(14)로 고정되어 상측 케이싱(10)과 하측 케이싱(11)을 함께 결합시킨다. 참조 번호(15)는 도시된 바와 같이 플랜지(12, 13)의 표면, 볼트(14)의 상부와 상측 및 하측 케이싱(10, 11)의 표면을 덮는 단열재(heat insulator)를 나타낸다.

전술한 바와 같이 구성된 증기 터빈의 케이싱에 있어서, 고온의 증기가 내측 증기 터빈을 통해 흐르기 때문에, 케이싱은 고온 증기로 가열되고, 플랜지(12, 13) 또한 가열되고 또 열 변형된다. 볼트(14)는 열변형을 받으면 열적으로 신장되고 그리고 전술한 사이클의 반복 후에는 조이는 힘을 점차 감소시킨다. 조이는 힘이 강하함에 따라, 플랜지(12, 13) 사이의 결합면을 통해 증기가 누출된다. 증기의온도가 높기 때문에, 증기의 누출은 위험하다. 그밖에, 다량의 증기의 누출은 증기 터빈의 성능에 영향을 미친다.

증기의 누출을 방지하기 위해서, 도 5에 도시된 냉각 구조체가 지금까지 사용되어 왔다. 도 5에 있어서, 참조번호(10 내지 15)는 도 4에 도시된 것과 동일한 요소를 나타낸다. 그러나, 이 경우에 볼트(14)와 볼트 근처의 플랜지(12, 13)가 열변형되는 것을 방지하기 위해 구멍(25)이 수직 방향으로 형성되어 플랜지(12, 13)와 볼트(14) 근처의 단열재(15)를 관통한다. 구멍(25)의 외주는 증기에 의해 고온으로 가열되기 때문에, 주변 공기(30)의 자연 대류 유동이 발생되어 볼트(14) 주변의 플랜지의 부분을 자연적으로 냉각시킨다.

전술한 바와 같은 증기 터빈의 종래의 케이싱에 있어서, 상기 케이싱은 고온 증기로 인해 고온으로 지나치게 가열되며, 플랜지 고정용 볼트는 열변형되어 조이는 힘을 점차 감소시키고, 플랜지의 결합면을 통해 증기가 누출될 수도 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 구멍(25)이 볼트(14) 주변의 플랜지(12, 13)에 그리고 단열재(15)에 형성되어 공기의 자연 대류에 기초하여 볼트(14)와 볼트 주변의 플랜지(12, 13)를 냉각시킨다.

그러나, 전술한 종래의 방법, 다시 말해서 플랜지(12, 13)의 관통에 따르면, 구멍은 플랜지(12, 13)를 관통해야할 뿐만 아니라, 구멍을 관통시키는데는 힘든 작업이 필요하다. 그밖에, 상기 구멍이 단열재의 먼지로 막히고, 공기가 종종 충분한 정도로 자연 대류방식으로 운반되지 않으며, 소정의 대책이 수립되어야 한다.

따라서, 본 발명은 간단한 공정으로 공기의 자연 대류를 발생시키기 위해 플랜지를 관통하지 않고 단열재를 관통하여 구멍을 형성하는 것에 의해서 공기의 자연 대류에 기초하여 증기 터빈 케이싱의 플랜지를 신뢰할만하게 냉각시키는 냉각 구조체를 제공한다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 전술한 문제점을 해결하기 위해서, 증기 터빈을 기밀식으로 감싸기 위해 증기 터빈의 상측 및 하측 케이싱상에 형성되고, 볼트로 함께 고정되며, 또 상측 및 하측 케이싱과 볼트를 포함하는 단열재로 피복되어 있는 플랜지 냉각 구조체가 제공되는바, 공기를 도입하기 위한 파이프는 플랜지의 외부 표면과 상기 외부 표면을 덮기 위한 단열재 사이에서 볼트 근처의 접촉면에 배치되고 그리고 단열재의 외부면을 지나 상하로 연장된다.

본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 증기 터빈을 기밀식으로 감싸기 위해 터빈의 상측 및 하측 케이싱상에 형성되고, 볼트로 함께 고정되며, 그리고 상측 및 하측 케이싱과 볼트를 포함하는 단열재로 피복되는 플랜지 냉각 구조체가 제공되는 바, 공기를 도입하기 위한 홈이 플랜지의 외부면을 감싸는 단열재를 통해 형성되어 볼트 근처의 플랜지의 외부면에 접촉한다.

본 발명의 플랜지 냉각 구조체에 있어서, 파이프가 단열재내에 배열되어 플랜지와 접촉한다. 플랜지는 고온 증기에 의해 고온으로 가열된다. 플랜지를 고정시키는 볼트가 열변형됨에 따라, 볼트의 조이는 힘은 감소된다. 그러나, 플랜지는 주위 공기의 온도 보다 높은 온도로 가열된다. 따라서, 공기가 파이프의 하단부로부터 파이프 내로 도입되고 그리고 자연적 대류의 힘에 의해 상단부로부터 외부로 흐른다. 자연 대류로 인하여, 플랜지는 냉각되고 볼트는 열변형되지 않으며 조이는 힘을 감소시키지 않는다. 따라서, 조이는 힘이 감소되지 않기 때문에, 2개의 플랜지 사이에 갭이 발생되지 않으며, 증기가 누출되지 않는다. 파이프의 수는 필요한 경우에 보다 신뢰할만한 냉각 효과를 얻기 위해 축방향을 따라 감소될 수 있다.

제 2 실시예의 냉각 구조체에 따르면, 볼트 근처의 플랜지의 외부면을 덮는 단열재를 통해 홈이 형성되어 파이프를 제공하는 대신 플랜지의 외부면과 접촉한다. 따라서, 파이프는 필요하지 않으며, 종래 기술의 것과는 달리 강성 부재인 플랜지내에 구멍을 관통시킬 필요가 없다. 따라서, 공기가 제 1 실시예에서와 동일한 방식으로 홈내에 도입되며, 플랜지와 볼트는 자연 대류에 의해 냉각되고, 냉각 구조체는 보다 용이하게 제조된다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 실시예를 통하여 구체적으로 설명할 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 증기 터빈의 플랜지 냉각 구조체를 도시하는 단면도,

도 2는 도 1의 A-A선을 따라 도시한 단면도로서, 도 2a는 하나의 볼트에 하나의 파이프가 제공된 실시예를 도시하며, 도 2b는 하나의 볼트에 대해 3개의 파이프가 제공된 실시예를 도시함,

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 증기 터빈 케이싱의 플랜지 냉각 구조체를 도시하는 사시도,

도 4는 종래의 증기 터빈 케이싱의 플랜지 부분의 단면도,

도 5는 증기 터빈 케이싱의 종래의 플랜지용 냉각 구조체를 도시하는 사시도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 11 : 케이싱 12, 13 : 플랜지

14 : 볼트 15 : 단열재

20 : 파이프 25 : 구멍

도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 증기 터빈 케이싱의 플랜지 냉각 구조체를 도시하는 단면도로서, 참조 번호(10 - 15)는 종래 기술의 것과 동일한 요소를 나타내므로, 그에 관한 설명은 반복하지 않는다. 본 발명은 파이프(20)와 측면 단열재(15a)를 특징으로 하며, 이들에 대해 상세히 설명할 것이다.

도 1에 있어서, 파이프(20)는 볼트(14) 근처의 플랜지(12, 13)의 외주 단부면에 접촉한 상태로 장착되고, 단열재(15a)는 플랜지(12, 13)의 외주 단부면을 덮기 위해 고정된다. 파이프(20)는 그의 상단부 및 하단부가 단열재(15)를 지나 충분히 돌출되도록 하는 길이를 갖는다.

도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 도시한 단면도로서, 볼트(14)는 플랜지(12, 13)의 길이 방향으로 사전설정된 피치를 유지한 상태로 배열되어 2개의 플랜지를 함께 고정시킨다. 도 2a에 있어서, 볼트(14)의 대향 위치에서 각 볼트(14) 마다 파이프(20)가 제공된다. 파이프 직경의 1/2인 직경을 갖는 반원형 홈(21)이 플랜지에 형성되어 파이프(20)를 플랜지(12, 13)의 외주 단부면에 고정시킨다면, 파이프(20)는 용접 등의 방법에 의해 홈(21)에 용이하게 고정될 수 있다.

도 2b는 3개의 파이프(20)가 각 볼트(14) 근처에 배열된 실시예를 도시한 것이다. 파이프의 수가 증가하더라도, 볼트(14) 근처의 플랜지(12, 13)는 효과적으로 냉각될 수 있다. 볼트의 수 이외의 구조는 도 2a의 것과 동일하다.

제 1 실시예에 따른 플랜지 냉각 구조체에 있어서, 플랜지는 고온 증기로 인해 약 400℃로 가열되고, 주변 공기(30)가 자연 대류로 인해 파이프(20)의 하단부로부터 파이프(20)내로 도입되고, 파이프(20)의 상단부로 상부로 흐른다. 자연 대류로 인하여, 볼트(14) 및 플랜지(12, 13)는 냉각되고 볼트(14)의 열변형이 완화되며, 그에 따라 볼트의 조이는 힘의 감소와 증기의 누출이 거의 발생되지 않는다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 증기 터빈 케이싱의 플랜지 냉각 구조체를 도시한 것으로서, 참조 번호(10-15)는 도 1에 도시된 제 1 실시예의 것과 동일한 요소를 나타낸다. 제 2 실시예에 있어서, 제 1 실시예의 파이프(20)를 배열하는 대신에 플랜지(12, 13)의 외주를 따라 단열재(15)상에 구멍(16)이 형성된다.

본 발명의 전술한 제 2 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 종래 기술과는 달리 강성 부재인 플랜지(12, 13)에 구멍을 형성할 필요는 없다. 더우기, 제 1 실시예로서 사용된 파이프(20)는 필요하지 않다. 구멍이 단열재(15)상에 간단하게 형성되어 공기의 자연 대류를 발생시킴에 따라, 가동성이 상당히 개선된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따르면, 파이프(20)가 볼트(14) 근처의 증기 터빈 케이싱의 플랜지(12, 13)에 부착되거나, 또는 구멍(16)이 볼트(14) 근처의 단열재(15)를 통해 관통되어 공기의 자연 대류에 의해 볼트(14)와 볼트 근처의 플랜지(12, 13)를 효율적으로 냉각시킨다. 따라서, 볼트(14)는 조이는 힘을 상실하지 않으며 증기의 누출이 발생되지 않는다.

제 1 냉각 구조체로 인하여, 공기의 자연발생적 대류가 발생되고, 볼트 및 볼트 근처의 플랜지는 공기에 의해 냉각된다. 조이는 힘은 볼트의 열 변형에 의해 감소되고 플랜지의 조이는 힘의 감소에 의해 야기되는 증기의 누출이 방지된다.

제 2 냉각 구조체는 종래 기술의 것과는 달리 강성 부재인 플랜지상에 직접 형성되는 구멍을 필요로 하지 않으며, 제 1 실시예에서와 같은 파이프를 필요로 하지 않는다. 제 1 실시예에서와 같이, 공기가 홈내로 도입되어 자연 대류의 결과로서 플랜지 및 볼트를 냉각시키기 때문에, 증기의 누출이 방지되고 그리고 가동성이 개선된다.

본 발명의 플랜지 냉각 구조체는 자연 대류에 의하여 냉각되어 볼트가 열변형되지 않고 조이는 힘이 감소되지 않으며, 그에 따라 2개의 플랜지 사이에 갭이 발생되지 않고 증기가 누출되지 않는다.

Claims (2)

1. 증기 터빈을 기밀식으로 감싸기 위해 증기 터빈 상측 및 하측 케이싱상에 형성되고, 볼트로 함께 고정되며, 상측 및 하측 케이싱과 볼트를 포함하는 단열재로 피복되어 있는 플랜지 냉각 구조체에 있어서,

   공기를 도입하기 위한 파이프가 플랜지의 외부 표면과 상기 플랜지의 외부 표면을 감싸기 위한 단열재 사이에서 볼트 근처의 접촉면에 배치되고 그리고 상기 단열재의 외부 표면을 지나 상하로 연장되어 있는

   플랜지 냉각 구조체.
2. 증기 터빈을 기밀식으로 감싸기 위해 증기 터빈 상측 및 하측 케이싱상에 형성되고, 볼트로 함께 고정되며, 상측 및 하측 케이싱과 볼트를 포함하는 단열재로 피복되어 있는 플랜지 냉각 구조체에 있어서,

   공기를 도입하기 위한 홈이 상기 플랜지의 외부 표면을 감싸는 단열재를 통해 형성되어 볼트 근처의 플랜지의 외부 표면에 접촉하는

   플랜지 냉각 구조체.