KR100354353B1 - 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조 - Google Patents

증기 터빈 내부의 누출 저감 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 케이싱 내부에 고압, 중간압, 및 저압 터빈부를 구비하는 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조에 관한 것으로, 고압측으로부터 중간압측으로의 증기 누출물이 회수되어 효율적으로 사용된다. 고압, 중간압, 및 저압 터빈부는 외부 케이싱 내부에 있는 회전자를 따라서 배치된다. 고압 증기 주입구로부터의 고압 증기는 더미링에 일체적으로 형성된 노즐 챔버를 통과하여, 고압 터빈부로 유동하여 일을 한다. 한편, 고압 증기의 일부는 더미링의 밀봉부로부터 중간압 터빈부측으로 누출하려 한다. 그러나, 누출 증기는 외부 파이프의 지점 (X) 으로부터 고압측에 있는 지점 (Y) 으로 유동하여 회수된다. 지점 (X) 은 지점 (Y) 보다 다소 높은 압력으로 설정되며, 압력차는 압력 조절 밸브에 의해서 조절된다. 따라서, 누출하는 고압 증기는 회수되어 효율적으로 사용되고, 이에 의해서 성능 저하가 방지된다.

Description

증기 터빈 내부의 누출 저감 구조 {LEAK REDUCING STRUCTURE IN A STEAM TURBINE}
본 발명은 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 단일 케이싱 타입의 증기 터빈에서, 고압 증기가 더미링 (dummy ring) 의 밀봉부를 통과하여 중간압 터빈측으로 누출하여 성능이 저하되는 문제점을 방지하는, 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조에 관한 것이다.
도 3 은 단일 케이싱 타입의 종래의 증기 터빈의 내부를 도시하는 단면도이다. 도 3 에서, 도면부호 1 은 회전자를, 도면부호 2 는 터빈 전체를 덮고 있는 외부 케이싱을, 도면부호 3 은 고정측에 있는 고정자 블레이드와 회전자 (1) 에 고정된 회전자 블레이드가 다단계 형태로 배치되는 고압 터빈부를, 도면부호 4 는 고정자 블레이드 및 회전자 블레이드가 동일한 방식의 다단계 형태로 배치되는 중간압 터빈부를, 도면부호 5 는 유사한 저압 터빈부를 지시한다. 고압, 중간압 및 저압 터빈부 (3, 4 및 5) 는 단일 외부 케이싱 (2) 내에 회전자의 축방향으로 배치된다.
고압 증기 주입구 (6) 는 고압 터빈부 (3) 에 고압 증기를 공급하며, 고압 증기 배출구 (7) 는 고압 터빈부 (3) 에서 일을 한 증기가 외부로 배출되게 한다.또한, 중간압 증기 주입구 (8) 는 중간압 터빈부 (4) 에 중간압 증기를 공급하며, 저압 증기 주입구 (9) 는 저압 터빈부 (5) 에 저압 증기를 공급한다. 고압 증기용 노즐 챔버 (13) 는 더미링 (10) 에 일체적으로 합체된다. 밀봉을 제공하기 위하여 더미링 (10) 이 고압 터빈부 (3) 와 중간압 터빈부 (4) 사이에 배치된다. 중간압 터빈부 (4) 및 저압 터빈부 (5) 에서 일을 한 증기는 배출 챔버 (11) 로 배출된다.
전기한 구성의 증기 터빈에서, 고압 증기 (30) 는 고압 증기 주입구 (6) 를 통하여 고압 터빈부 (3) 내부로 유동하고, 고압 터빈부 (3) 에서 일을 한 후 고압 증기 배출구 (7) 를 통하여 배출된다. 또한, 중간압 증기 (32) 는 중간압 증기 주입구 (8) 를 통하여 중간압 터빈부 (4) 내부로 유동하여 중간압 터빈부 (4) 에서 일을 한다. 그후, 증기는 추가로 저압 터빈부 (5) 내부로 유동한다. 저압 증기 (33) 는 저압 증기 주입구 (9) 를 통하여 저압 터빈부 (5) 내부로 유동한다. 저압 터빈부 (5) 에서는, 중간압 터빈 (4) 으로부터 유동하는 증기와 저압 증기 주입구 (9) 를 통하여 유동하는 증기가 혼합되어 일을 하고, 배출 챔버 (11) 로 배출된다.
전기한 구성을 갖는 터빈에서, 회전자 (1) 는 고압 터빈부 (3), 중간압 터빈부 (4), 및 저압 터빈부 (5) 내에서 전기한 바와 같이 회전되고, 이에 의해 회전자 (1) 에 연결된 제너레이터 (도시 안됨) 가 회전된다. 고압 터빈부 (3) 와 중간압 터빈부 (4) 사이에는, 밀봉을 제공하기 위해 더미링 (10) 이 배치된다. 따라서, 고압 증기의 일부가 더미링 (10) 의 밀봉부를 통과하고, 누출물 (34) 로서 중간압 터빈부 (4) 측으로 누출되어, 성능을 저하시킨다.
전기한 바와 같이, 단일 케이싱 내부에 고압, 중간압 및 저압 터빈부를 포함하는 증기 터빈에서는, 밀봉을 제공하기 위한 더미링 (10) 이 고압 터빈부 (3) 와 중간압 터빈부 (4) 사이에 제공되며, 고압 증기 터빈부 (3) 로부터의 고압 증기의 일부가 더미링 (10) 의 밀봉부를 통과하여 중간압 터빈부 (4) 측으로 누출된다. 따라서, 누출량이 크면, 성능에 악영향을 주어, 고압 증기 터빈부 (3) 의 성능을 저하시킬 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 증기 터빈의 고압 터빈부와 중간압 터빈부 사이의 밀봉을 제공하기 위한 더미링으로부터 중간압측으로의 고압 증기의 누출을 방지하기 위하여 조치가 취해지며, 누출 증기가 회수되어 상류측에서 일을 하게 되고, 이에 의해서 증기 터빈에서의 성능 저하가 방지될 수 있는 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조를 제공하는데 있다.
전기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 다음의 수단을 제공한다.
증기 터빈 내부의 누출 저감 구조에서, 고압, 중간압, 및 저압 터빈부가 단일 케이싱 내부에 회전자의 축방향으로 배치되고, 더미링이 밀봉을 제공하기 위해서 고압 터빈부와 중간압 터빈부 사이에서 회전자 둘레에 배치되며, 더미링과 회전자 표면 사이의 밀봉부는 파이프에 의해서 고압 터빈부의 증기 통로의 중간 지점과 연이어 통하게 되고, 고압 터빈부로부터 더미링의 밀봉부를 통과하여 중간압 터빈부측으로 누출하는 증기가 고압 터빈부측으로 회수된다.
전기한 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조에서, 고압 증기가 고압 터빈부 내부에 유입되고, 증기 통로를 통과하여 회전자를 구동시켜 일을 하고, 배출측에 있는 구멍을 통하여 배출된다. 고압 증기의 일부는 회전자 측부에 있는 더미링과 밀봉부 사이에 있는 갭을 통과하고 중간압 터빈측으로 누출하려 한다. 파이프가 더미링의 밀봉부의 중간부에 연결되고, 그 파이프는 고압 터빈부의 증기 통로의 중간부에 있는 지점에 연결되며, 그곳에서의 압력이 더미링측에서의 압력보다 낮게 되어 누출 증기는 고압 터빈부의 증기 통로에 회수된다. 회수된 증기는 고압 터빈부의 증기와 혼합되고, 일을 한 후에, 고압 터빈부의 배출구를 통하여 배출된다. 따라서, 고압 터빈부의 성능 저하가 방지된다.
본 발명에 따른 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조는, 고압, 중간압, 및 저압 터빈부가 단일 케이싱 내부에 회전자의 축방향으로 배치되고, 밀봉을 제공하기 위해서 더미링이 고압 터빈부와 중간압 터빈부 사이에서 회전자 둘레에 배치되며, 더미링과 회전자 표면 사이의 밀봉부가 파이프에 의해서 고압 터빈부의 증기 통로의 중간 지점과 연이어 통하며, 고압 터빈부로부터 더미링의 밀봉부를 통과하여 중간압 터빈부측으로 누출하는 증기가 고압 터빈부측에 회수되는 구성으로 한다. 이러한 구성에 의해서, 고압 터빈부로부터 더미링의 밀봉부를 통과하여 중간압 터빈부로 누출하려 하는 증기의 대부분이 회수되고, 고압 터빈부측으로 유동하는 증기와 혼합되어 고압 터빈부측에서 일을 한다. 따라서, 고압 터빈부의 성능 저하가 방지된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 A 부위의 확대 상세도이다.
도 3 은 단일 케이싱 타입의 종래 증기 터빈의 단면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 회전자 2 : 외부 케이싱
3 : 고압 터빈부 4 : 중간압 터빈부
5 : 저압 터빈부 6 : 고압 증기 주입구
7 : 고압 증기 배출구 8 : 중간압 증기 주입구
9 : 저압 증기 주입구 10 : 더미링 (dummy ring)
11 : 배출 챔버 12 : 노즐
13 : 고압 증기용 노즐 챔버 14 : 더미링의 밀봉부
15 : 증기 통로 16 : 회전자 블레이드
17 : 고정자 블레이드 18 : 스페이스
19 : 갭 20 : 외부 파이프
21 : 압력 조절 밸브 22, 23 : 홀
30 : 고압 증기 33 : 저압 증기
34 : 누출물
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조를 도시하는 단면도이며, 도 2 는 도 1 의 A 부위의 확대 상세도이다. 도 1 에서, 참조 부호 (1 내지 11, 13, 및 30 내지 33) 는 도 3 에 도시된 종래예와 동일하여 그것들의 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 특징부는 참조 부호 (20, 21) 로 지시된 부위이므로 그 부위에 대한 상세한 설명을 하기한다.
도 1 에서, 참조 부호 (20) 는 외부 파이프를 지시하며, 참조 부호 (21) 는 파이프 (20) 의 중간 위치에 제공된 압력 조절 밸브를 지시한다. 파이프 (20) 의 일 단부는 더미링 (10) 의 밀봉부의 지점 (X) 과 연이어 통하며, 타단부는 고압 터빈부 (3) 의 증기 통로의 지점 (Y) 과 연이어 통한다.
전기한 외부 파이프 (20) 를 제공함으로써, 고압 터빈부 (3) 로부터 더미링 (10) 의 밀봉부를 통과하여 중간압 터빈부 (4) 측으로 누출하려 하는 증기는 고압 터빈부 (3) 의 증기 통로의 중간 위치로 유동하게 되고 고압 터빈부 (3) 에서 일을 하도록 회수된다. 이에 의해서, 누출량이 감소되고, 고압 터빈부 (3) 의 성능 저하가 방지된다.
도 2 는 도 1 에 있는 부위 (A) 의 확대 상세도이다. 이 도면에서, 고압 터빈부 (3) 에는 증기 통로 (15), 회전자 블레이드 (16) 및 고정자 블레이드 (17) 가 다단계 (multi-stage) 형태로 배치된다. 더미링 (10) 에는 그곳에 일체적으로 제공된 노즐 챔버 (13) 와 노즐 (12) 이 제공된다. 더미링 (10) 의 밀봉부(14) 는 고압 터빈부 (3) 와 중간압 터빈부 (4) 사이에 밀봉을 제공한다.
고압 증기 (30) 는 고압 증기 주입구 (6) 를 통하여 외부 케이싱 (2) 에 들어가서, 더미링 (10) 에 일체적으로 형성된 노즐 챔버 (13) 내부로 유동하고, 노즐 (12) 을 통하여 고압 터빈부 (3) 의 증기 통로 (15) 로 배출된다. 고압 증기 (30) 는 다단계 형태로 배치된 고정자 블레이드 (17) 와 회전자 블레이드 (16) 사이로 유동하여 일을 하고, 도 1 에 도시된 고압 증기 배출구 (7) 를 통하여 배출된다.
또한, 증기 통로 (15) 내부로 유동하는 고압 증기 (30) 의 일부는 더미링 (10) 의 고압 터빈부 측에 있는 측단부 (10a) 와 회전자 (1) 의 측부 사이의 갭 (19) 및 스페이스 (18) 를 통하여 유동하고, 밀봉부 (14) 로 부터 중간압 터빈부 (4) 측으로 누출물 (34) 로서 누출하려 한다. 그러나, 누출물 (34) 의 대부분의 증기는 밀봉부 (14) 의 지점 (X) 을 통하여 외부 파이프 (20) 내부로 유동하고, 압력 조절 밸브 (21) 를 통하여 고압 터빈부 (3) 의 증기 통로 (15) 의 지점 (Y) 으로 유동하여 회수된다. 회수된 증기는 고압 증기 (30) 와 혼합하고, 고압 터빈부 (3) 에서 일을 한다. 이를 위하여, 외부 케이싱 (2) 에는 밀봉부 (14) 의 지점 (X) 과 스페이스 (18) 사이에 연결을 제공하기 위하여 홀 (22) 이 형성되며, 지점 (Y) 과 증기 통로 (15) 사이의 연결을 제공하기 위하여 홀 (23) 이 형성된다.
전기한 고압 증기 (30) 는 노즐 챔버 (13) 에서 약 560 ℃ 의 온도를 갖고, 고압 터빈부 (3) 의 제 1 단계 회전자 블레이드 부근에서 약 500℃ 의 온도를 갖는다. 증기압은 노즐 챔버 (13) 에서 약 130 kg/㎠ 이고, 고압 터빈부 (3) 의 증기 통로 (15) 의 주입부에서 약 90 kg/㎠ 이며, 외부 파이프 (20) 의 연결부의 지점 (Y) 에서 약 60 kg/㎠ 이다.
한편, 더미링 (10) 의 스페이스 (18) 로부터 밀봉부 (14) 의 주입부 근처까지의 지점에서의 증기압은 약 90 kg/㎠ 이고, 밀봉부 (14) 의 단부 부위에서의 증기압은 30 kg/㎠ 이다. 외부 파이프 (20) 의 밀봉부 (14) 에서의 연결 지점 (X) 은 증기압이 약 60 kg/㎠ 이거나 다소 큰 위치에 설정된다.
외부 파이프 (20) 는 고압 터빈부 (3) 의 증기 통로 (15) 의 지점 (Y) 과 전기한 위치에서의 지점 (X) 에 연결된다. 지점 (X) 및 지점 (Y) 에서의 압력의 경우에, 지점 (X) 에서의 압력이 다소 높게 설정되며, 또한 압력차는 압력 조절 밸브 (21) 에 의해서 조절될 수 있다. 따라서, 더미링 (10) 의 밀봉부 (14) 에 유입하는 누출물 (34) 이 지점 (X) 으로 부터 지점 (Y) 로 유동하여서, 누출물 (34) 의 대부분은 중간압 터빈부 (4) 측으로 유동하지 않고, 일을 하도록 고압 터빈부 (3) 측으로 회수된다. 따라서, 고압 터빈부 (3) 의 성능 저하가 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조에 의해서, 누출하는 고압 증기가 회수된 후 효율적으로 사용됨으로써 증기 터빈의 성능 저하를 방지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 고압, 중간압, 및 저압 터빈부가 단일 케이싱 내부에 회전자의 축방향으로 배치되고, 밀봉을 제공하기 위하여 상기 고압 터빈부와 상기 중간압 터빈부 사이에서 회전자 둘레에 더미링이 배치되는 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조에 있어서,
    상기 더미링과 상기 회전자 표면 사이의 밀봉부는 파이프에 의해서 상기 고압 터빈부의 증기 통로의 중간 지점과 연이어 통하며, 상기 고압 터빈부로부터 상기 더미링의 밀봉부를 통과하여 상기 중간압 터빈부측으로 누출하는 증기는 상기 고압 터빈부측으로 회수되는 것을 특징으로 하는 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파이프의 연결 지점에서, 상기 더미링의 밀봉부에서의 연결지점이 상기 고압 터빈부의 증기 통로측에서의 연결 지점보다 다소 높은 압력을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 압력 조절 밸브가 상기 파이프의 중간 위치에 배치되어, 상기 더미링의 상기 밀봉부에서의 연결 지점과 상기 고압 터빈부의 상기 증기 통로측에서의 연결 지점 사이의 압력차가 상기 압력 조절 밸브에 의해서 조절되는 것을 특징으로 하는 증기 터빈 내부의 누출 저감 구조.
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