KR100354355B1 - 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압과 중간압의 증기터빈의 가요성 유입관에 관한 것이고, 그 목적은 이중구조에 의해서 재가열 증기 유입관을 증기냉각시킴으로써 일체형 구조인 케이싱의 온도 상승을 방지하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 가요성 유입관은 하기에 기술된 바와 같이 구성된다. 케이싱 (11) 은 상기 케이싱 (11) 과 일체형으로 구성된 주증기 유입관 (14) 과 재가열 증기 유입관 (1) 이 구비되어 있다. 주증기 (30) 는 유입관 (14) 을 통하여 고압 터빈부 (17) 내로 흘러 들어가고, 재가열 증기 (31) 는 유입관 (1) 을 통하여 중간압 터빈부 (19) 내로 흘러 들어감으로써 회전자 (12) 가 구동된다. 이중관 부분 (2) 은 유입관 (1) 에 제공되어 환형 홈 (3) 을 형성한다. 확장 직경부분 (4) 은 이중관 부분 (2) 의 하단부에 제공되고, 확장 직경부분 (4) 과 열차폐부 (21) 에 고정된 플랜지 (5) 사이에서는 수직 슬라이딩이동이 이루어질 수 있으므로 열적 신장이 흡수된다. 저온 증기는 구멍을 통하여 케이싱내 공간 (23) 으로부터 환형 홈 (3) 내로 흘러 들어가 환형 홈 (3) 에서 순환하여 중간압 터빈부 (19) 의 증기통로로 흘러 나감으로써 환형 홈 (3) 의 내부가 냉각되어 케이싱 (11) 의 온도상승이 방지될 수 있다.

Description

고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관 {FLEXIBLE INLET TUBE FOR A HIGH AND INTERMEDIATE PRESSURE STEAM TURBINE}

본 발명은 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 재가열 증기의 유입관이 이중관의 가요성 구조를 갖고, 또한 증기에 의해서 냉각되어 케이싱에 대한 열적 효과를 방지하는 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관에 관한 것이다.

도 3 은 본 발명과 관련된 고압과 중간압 증기터빈의 증기 유입부분의 단면도이다. 도 3 에서, 도면부호 11 은 터빈 전체를 덮는 케이싱을 나타내고 도면부호 12 는 회전자를 나타낸다. 케이싱 (11) 의 양단부는 밀봉부 (13) 에 의해서 밀봉된다. 도면부호 14 는 주증기 유입관을 나타낸다. 주증기 유입관 (14) 의 선단부분 (14a) 은 용접부 (22) 에 의해서 설치되고, 그 기초부분은 케이싱 (11) 에 고정되거나, 거기에 일체형으로 형성된다. 주증기 유입관 (14) 은 케이싱 (11) 내로 주증기를 도입한다. 도면부호 15 는 재가열 증기 유입관을 나타낸다. 재가열 증기 유입관 (15) 은 케이싱 (11) 과 일체형으로 형성되어 케이싱 (11) 내로 재가열 증기를 도입한다.

도면부호 16 은 고압 터빈 정지부를 나타내고, 도면부호 17 은 고압 터빈부를 나타낸다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 고압 터빈부 (17) 에서 회전자 (12) 에 설치된 회전자 블레이드와, 고압 터빈 정지부 (16) 에 고정된 고정자 블레이드는 다단으로 배열되어 증기통로를 형성한다. 도면부호 18 은 중간압 터빈 정지부를 나타내고, 도면부호 19 는 중간압 터빈부를 나타낸다. 중간압 터빈부 (19) 에서, 고압 터빈부 (17) 에서와 같이 회전자 (12) 에 설치된 회전자 블레이드와, 중간압 터빈 정지부 (18) 에 고정된 고정자 블레이드도 다단으로 배열되어 증기통로를 형성한다. 밀봉 링 (20) 은 회전자 (12) 주위를 밀봉시킴으로써 터빈부를 고압 터빈부 (17) 와 중간압 터빈부 (19) 로 분할한다. 열차폐부 (21) 는 케이싱 (11) 의 재가열 증기 유입관 (15) 의 기초부분이 중간압 터빈부 (19) 의 증기통로내로 흐르는 증기로부터의 열에 의해서 가열되는 것을 방지한다. 또한, 개구부 (24) 를 구비한 열차폐부 (21) 는 증기통로내로 재가열 증기 (31) 를 도입한다. 도면부호 23 은 케이싱 (11) 과 고압 터빈 정지부 (16) 사이에 제공된 공간을 나타내고, 도면부호 25 는 주증기 유입관 (14) 을 통하여 도입된 주증기 (30) 의 노즐챔버를 나타낸다.

상술된 바와 같이 구성된 고압과 중간압 증기터빈에서, 주증기 유입관 (14) 을 통하여 케이싱 (11) 내로 도입되는 고압의 주증기 (30) 는 노즐챔버 (25) 의 노즐을 통하여 고압 터빈부 (17) 의 증기통로로 들어가서 회전자 블레이드와 고정자 블레이드 사이를 통과한 후 배기시스템 (도시 안됨) 으로 흘러 들어감으로써 회전자 (12) 가 구동된다. 게다가, 재가열 증기 유입관 (15) 을 통하여 케이싱 (11) 내로 도입되는 재가열 증기 (31) 는 열차폐부 (21) 의 개구부 (24) 를 통하여 중간압 터빈부 (19) 의 증기통로로 들어가 회전자 블레이드와 고정자 블레이드 사이를 통과한 후 배기시스템으로 흘러 들어감으로써 회전자 (12) 가 구동된다.

케이싱 (11) 과 일체형으로 구성되고 열차폐부 (21) 가 구비된 상기 재가열 증기 유입관 (15) 의 경우에, 상기 관 측벽은 도입된 재가열 증기 (31) 에 의해서 가열되므로 유입관 (15) 의 기초부분의 온도, 다시 말해서 관 기초부의 온도가 증가되고, 이 관 기초부와 일체형으로 구성된 케이싱 (11) 도 또한 이러한 온도증가에 의해서 가열된다. 그러므로, 고온에서 열적 스트레스를 견딜 수 있는 고강도재료가 사용된다.

상술된 바와 같이, 본 발명과 관련된 고압과 중간압 증기터빈에서, 재가열 증기 유입관 (15) 은 케이싱 (11) 과 일체형으로 구성되어 있기 때문에 재가열 증기 (31) 는 재가열 증기 유입관 (15) 의 관 기초부를 통하여 일체형으로 구성된 케이싱 (11) 을 직접 가열한다. 그러므로, 재가열 증기 (31) 의 온도가 상승하면 관 기초부의 온도도 증가하므로 케이싱 (11) 은 높은 열적 스트레스를 받게 된다. 이러한 이유 때문에, 케이싱 (11) 재료로서 높은 강도를 갖고 다량의 크롬을 함유하는 12Cr재료가 사용되어야 하며, 이 재료는 고가이다.

본 발명의 목적은 고압과 중간압 증기터빈의 재가열 증기 유입관의 구조를 개선하여 열에 의해서 발생된 변형을 흡수할 수 있는 구조와, 유입관과 일체형으로 구성된 케이싱의 온도상승을 방지하도록 증기냉각가능한 구조를 갖고, 케이싱 재료로서 저렴한 저합금강과 같은 재료를 사용할 수 있는 가요성 유입관을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 수단 (1) 및 (2) 를 제공한다.

(1) 케이싱 안의 고압 터빈부 내로 주증기를 도입하는 주증기 유입관과, 케이싱 안의 중간압 터빈부 내로 재가열 증기를 도입하는 재가열 증기 유입관이 제공되고, 재가열 증기를 도입하는 개구부를 구비하면서 케이싱 안의 증기로부터 재가열 증기 유입관의 하단부에서 주위부분을 열차폐하는 열차폐부가 재가열 증기 유입관의 하단부에 제공된 고압과 중간압 증기터빈에 사용되는 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관에 있어서, 상기 가요성 유입관은 상기 재가열 증기 유입관이 재가열 증기 유입관의 내부관 주위에 환형 홈이 형성된 이중관으로서 구성되고, 한쪽 단부가 이중관의 내부관의 하단부와 미끄럼 이동가능하게 겹쳐지고 다른쪽 단부가 열차폐부의 개구부 둘레에 고정된 원통형 부재, 및 상기 원통형 부재와 상기 재가열 증기 유입관의 내부관의 하단부 사이에 끼워진 밀봉 링을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

(2) 상기 수단 (1) 의 발명에 있어서, 재가열 증기보다 온도가 낮은 증기가 재가열 증기 유입관의 환형 홈내로 도입되어 상기 환형 홈에서 순환된다.

본 발명의 수단 (1) 에 있어서, 재가열 증기 유입관은 이중관으로서 구성되어 그 안에 환형 홈을 구비하고 있다. 또한, 이중관의 내부관의 하단부는 열차폐부에 고정된 원통형 부재와 겹쳐지고 밀봉 링이 그 사이에 끼워짐으로써 수직 슬라이딩이동이 이루어질 수 있어, 유입관내로 흐르는 재가열 증기가 환형 홈내로 흐르는 것이 방지될 수 있다. 유입관내로 흐르는 재가열 증기는 이중관구조의 내부를 통하여 통과하고 그 둘레는 환형 홈에 의해서 분리되므로 둘레벽면으로부터 케이싱벽으로 열이 전달되는 것이 방지된다. 또한, 이중관 부분의 열적 신장이 가열에 의해서 전개되더라도 이중관 부분은 밀봉 링에 의해서 원통형 부재에 대하여 미끄럼이동가능하므로 열적 신장이 용이하게 흡수될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 수단 (1) 의 가요성 유입관에 있어서, 재가열 증기에 의해서 발생된 케이싱 측의 온도상승은 환형 홈에 의해서 주위로 덜 전달되고 열적 신장이 흡수된다. 그러므로, 케이싱 재료로서, 2(1/2)Cr강과 같은 저렴한 재료가 고강도를 갖는 고가의 12Cr재료 대신에 사용될 수 있다.

본 발명의 수단 (2) 에 있어서, 예를 들면, 케이싱 안의 공간과, 환형 홈의 한쪽 단부가 서로 연통하게 되어 재가열 증기보다 온도가 낮은 증기가 환형 홈내로 흐르게 되므로 환형 홈에서 증기가 순환하게 되고, 환형 홈을 폐쇄하는 열차폐부에 구멍이 형성되어, 예를 들면, 환형 홈과 내부 증기통로가 연통하게 되고 증기가 흘러 나가게 함으로써 환형 홈이 냉각될 수 있다. 그러므로, 상기 수단 (1) 의 냉각효과가 더욱 확실하게 나타난다.

케이싱 안의 고압 터빈부 내로 주증기를 도입하는 주증기 유입관과, 케이싱 안의 중간압 터빈부 내로 재가열 증기를 도입하는 재가열 증기 유입관이 제공되고, 재가열 증기를 도입하는 개구부를 구비하면서 케이싱 안의 증기로부터 재가열 증기 유입관의 하단부에서 주위부분을 열차폐하는 열차폐부가 재가열 증기 유입관의 하단부에 제공된 고압과 중간압 증기터빈에 사용되는 본 발명의 수단 (1) 에 따른 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관에 있어서, 상기 가요성 유입관은 상기 재가열 증기 유입관이 재가열 증기 유입관의 내부관 주위에 환형 홈이 형성된 이중관으로서 구성되고, 한쪽 단부가 이중관의 내부관의 하단부와 미끄럼 이동가능하게 겹쳐지고 다른쪽 단부가 열차폐부의 개구부 둘레에 고정된 원통형 부재, 및 상기 원통형 부재와 상기 재가열 증기 유입관의 내부관의 하단부 사이에 끼워진 밀봉 링을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 이런 구조에 의하면, 유입관 내로 흐르는 재가열 증기는 이중관구조를 갖는 유입관의 내부를 통과하고, 그 둘레는 환형 홈에 의해서 분리되므로 케이싱 벽으로 열이 덜 전달된다. 그러므로, 이중관 부분의 열적 신장이 가열에 의해서 전개되더라도 열적 신장의 변화가 밀봉 링에 의해서 원통형 부재와 이중관 부분 사이에서 이루어진 슬라이딩이동에 의해서 용이하게 흡수될 수 있다. 이런 이유 때문에, 케이싱 재료로서, 크롬을 덜 함유하는 저렴한 재료가 고강도 재료인 다량의 크롬을 함유하는 종래 사용된 재료 대신에 사용될 수 있다.

본 발명의 상기 수단 (2) 에 따르면, 상기 수단 (1) 의 발명에 있어서, 재가열 증기보다 온도가 낮은 증기가 재가열 증기 유입관의 환형 홈내로 도입되어 상기 환형 홈에서 순환된다. 이런 구조에 의하면, 재가열 증기보다 온도가 낮은 증기가 환형 홈에서 순환하기 때문에 환형 홈의 내부가 냉각된다. 그러므로, 상기 수단 (1) 의 냉각효과가 더욱 확실하게 나타난다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관 부근을 도시하는 단면도;

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관의 냉각구조를 도시하는 단면도; 및

도 3 은 본 발명과 관련된 고압과 중간압 증기터빈의 유입관 부근을 도시하는 단면도.

"도면의 주요부분에 대한 부호의 설명"

1 : 유입관 2 : 이중관 부분

3 : 환형 홈 4 : 확장 직경부분

5 : 플랜지 6 : 밀봉 링

11 : 주위 케이싱 21 : 열차폐부

23 : 케이싱내 공간 31 : 재가열 증기

본 발명의 실시예는 이제 첨부도면을 참고로 하여 상세하게 설명될 것이다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관의 단면도이다. 도 1 에서, 도면부호 11 내지 14, 16 내지 25, 30 및 31 로 표시된 구성요소는 도 3 에서 도시된 구성요소와 동일한 것이므로 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략되고 이들 도면부호는 이 실시예에서 사용된다. 도면부호 1 내지 8 로 표시된 본 발명의 특징적인 구성부분이 상세하게 설명될 것이다.

도 1 에서, 도면부호 1 은 재가열 증기 유입관을 나타내며, 이 관은 케이싱(11) 과 일체형으로 구성된다. 도면부호 2 는 상기 유입관 (1) 에 형성된 이중관 부분을 나타내며, 이 부분은 유입관 (1) 의 내부 둘레면과 이중관 부분 (2) 사이에 소정의 여유를 갖는 환형 홈 (3) 을 형성한다. 도면부호 4 는 이중관 부분 (2) 의 하단부에서의 확장 직경부분을 나타낸다. 용접 또는 다른 수단에 의해서 열차폐부 (21) 에 고정된 원통형 플랜지 (5) 는 이중관 부분 (2) 의 확장 직경부분 (4) 의 내부 직경부분과 맞물리며, 소정의 틈새가 이들 사이에 유지된다.

확장 직경부분 (4) 과 열차폐부 (21) 에 제공된 플랜지 (5) 사이의 맞물림부분의 틈새에 끼워진 밀봉 링 (6) 은 이들간을 밀봉시켜 열적 신장이 재가열 증기 유입관 (1) 과 열차폐부 (21) 의 플랜지 (5) 로 전개될 때 수직 슬라이딩이동을 가능하게 한다.

상술된 바와 같이 구성된 재가열 증기 유입관 (1) 에서, 재가열 증기 (31) 는 이중관 부분 (2) 의 내부를 통과하고, 캐비티가 환형 홈 (3) 에 의해서 이중관 부분 (2) 주위에 형성되므로 이중관 부분 (2) 이 주위 케이싱 (11) 과 일체형인 벽면으로부터 분리되기 때문에 열이 덜 전달된다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 이 구조는 재가열 증기 (31) 보다 온도가 낮은 증기가 이중관 부분 (2) 의 환형 홈 (3) 내로 도입되므로 이중관 부분 (2) 의 환형 홈 (3) 이 증기의 순환에 의해서 냉각되게 한다.

또한, 이 구조는 이중관 부분 (2) 이 재가열 증기 (31) 에 의해서 가열되고 열적 신장이 전개되더라도 수직 슬라이딩이동이 밀봉 링 (6) 에 의해서 이중관 부분 (2) 의 하단부에서의 확장 직경부분 (4) 과 열차폐부 (21) 의 플랜지 (5) 사이에서 발생함으로써 열적 신장이 흡수되게 한다.

도 2 는 재가열 증기 유입관 (1) 의 냉각구조를 도시하는 재가열 증기 유입관 (1) 의 확대도이다. 이 도면에서, 케이싱내 공간 (23) 은 고압 터빈 정지부 (16) 와 케이싱 (11) 사이에 형성되고, 저온 저압의 증기 (32) 는 이하에서 설명되는 바와 같이 이 공간 (23) 내로 도입된다.

재가열 증기 유입관 (1) 의 기초부분에 끼워진 고압 터빈 정지부 (16) 의 장착 플랜지 (16a) 는 구멍 (7) 이 형성되어 있으므로 공간 (23) 과 재가열 증기 유입관 (1) 의 환형 홈 (3) 은 서로 연통하게 된다. 환형 홈 (3) 은 또한 열차폐부 (21) 에 형성된 구멍 (8) 에 의해서 중간압 터빈부 (19) 의 증기통로와 연통하게 된다.

상술된 재가열 증기 유입관 (1) 에서, 약 600℃ 의 고온인 재가열 증기 (31) 는 재가열 증기 유입관 (1) 내로 도입된다. 그러나, 이중관 부분 (2) 은 환형 홈 (3) 에 의해서 케이싱 (11) 과 일체형으로 구성된 유입관 (1) 의 둘레벽면으로부터 분리되므로 주위로 열이 덜 전달된다. 유입관 (1) 내로 흐르는 약 600℃ 의 고온 증기는 플랜지 (5) 를 통과하여 열차폐부 (21) 의 개구부 (24) 를 통하여 중간압 터빈부 (19) 의 증기통로내로 도입됨으로써 증기가 중간압 터빈부 (19) 에서 작동한다.

이중관 부분 (2) 이 재가열 증기 (31) 에 의해서 가열되어 열적 신장에 의해서 변형되더라도 밀봉 링 (6) 에 의해서 확장 직경부분 (4) 과 열차폐부 (21) 의 플랜지 (5) 사이에서 수직 슬라이딩이동이 이루어질 수 있다. 그러므로, 이중관 부분 (2) 의 변형은 흡수되고 밀봉 링 (6) 은 재가열 증기가 환형 홈 (3) 내로 누출되는 것을 방지한다.

이에 반해서, 온도가 약 380℃ 이고 압력이 약 42kg/cm²인 저온 저압 증기 (32) 는 케이싱 (11) 과 고압 터빈 정지부 (16) 사이에 제공된 케이싱내 공간 (23) 내로 도입된다. 이 증기는 구멍 (7) 을 통하여 재가열 증기 유입관 (1) 의 환형 홈 (3) 내로 흘러 들어가, 환형 홈 (3) 에서 순환하여 구멍 (8) 을 통하여 중간압 터빈부 (19) 의 증기통로로 흘러 나간다. 따라서, 이 증기가 재가열 증기와 결합되어 이 증기가 작동하게 될 증기통로로 도입된다. 이런 증기의 순환은 유입관 (1) 의 둘레벽면과 이중관 부분 (2) 을 냉각시켜 재가열 증기로부터의 열이 주위로 덜 전달되게 한다.

상술된 바와 같이, 이 실시예의 가요성 유입관에 따르면, 이중관 부분 (2) 이 재가열 증기 유입관 (1) 에 제공되어 환형 홈 (3) 을 형성하고, 확장 직경부분 (4) 이 이중관 부분 (2) 의 하단부에 제공됨으로써 밀봉 링 (6) 에 의해서 확장 직경부분 (4) 과 열차폐부 (21) 에 제공된 플랜지 (5) 사이에서 수직 슬라이딩이동이 이루어져 열적 신장이 흡수되는 구조가 제공된다. 또한, 저온 증기가 환형 홈 (3) 에서 순환되어 환형 홈 (3) 의 내부를 냉각시키는 구조가 제공된다. 그러므로, 고온 재가열 증기에 의해서 발생된 일체형으로 구성된 케이싱 (11) 의 온도상승이 방지될 수 있다. 이런 이유 때문에, 케이싱 (11) 재료로서, 2(1/4) Cr Mo강과 같은 저렴한 재료가 고강도를 갖는 12Cr재료 대신에 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 가요성 유입관은 고압과 중간압 증기터빈의 재가열 증기 유입관의 구조를 제공하여 열에 의해서 발생된 변형을 흡수할 수 있고, 유입관과 일체형으로 구성된 케이싱의 온도상승을 방지하도록 증기냉각가능하고, 케이싱 재료로서 저렴한 저합금강과 같은 재료를 사용할 수 있다.

Claims (2)

1. 케이싱 안의 고압 터빈부 내로 주증기를 도입하는 주증기 유입관과, 케이싱 안의 중간압 터빈부 내로 재가열 증기를 도입하는 재가열 증기 유입관이 제공되고, 재가열 증기를 도입하는 개구부를 구비하면서 케이싱 안의 증기로부터 상기 재가열 증기 유입관의 하단부에서 주위부분을 열차폐하는 열차폐부가 상기 재가열 증기 유입관의 하단부에 제공된 고압과 중간압 증기터빈에 사용되는 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관에 있어서,

   상기 재가열 증기 유입관이 상기 재가열 증기 유입관의 내부관 주위에 환형 홈이 형성된 이중관으로서 구성되고,

   한쪽 단부가 상기 이중관의 내부관의 하단부와 미끄럼 이동가능하게 겹쳐지고 다른쪽 단부가 상기 열차폐부의 개구부 둘레에 고정된 원통형 부재, 및

   상기 원통형 부재와 상기 재가열 증기 유입관의 내부관의 하단부 사이에 끼워진 밀봉 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압과 중간압 증기터빈의 가요성 유입관.
2. 제 1 항에 있어서, 재가열 증기보다 온도가 낮은 증기가 상기 재가열 증기 유입관의 환형 홈내로 도입되어 상기 환형 홈에서 순환되는 것을 특징으로 하는 가요성 유입관.