KR100891841B1 - 터빈 발전기의 윤활유 공급 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윤활유 순환로상에서 서로 다른 압력의 윤활유 충돌현상에 의한 맥동이 일어나지 않도록 하는 터빈 발전기의 윤활유 공급 제어 장치에 관한 것으로서, 오일펌프의 오일을 소정압력으로 순환시켜 터빈, 감속기, 발전기로 이루어진 발전설비에 윤활유를 공급함과 동시에 상기 터빈의 유입증기량을 제어하는 서보모터에 기기제어용오일을 공급하는 터빈 발전기에서의 윤할유 공급 제어 장치에 있어서, 전자클러치를 통해 주오일펌프를 발전기 구동축에 연결하고, 보조오일펌프의 토출측에서 주오일펌프의 토출측의 사이에 오일이 역류되는 것을 방지하도록 역류방지밸브를 설치한 후, 상기 주오일펌프 회전수검출센서와 발전기 회전수검출센서를 통해 각각의 회전수를 검추랗여 발전기와 주오일펌프의 회전수가 설정횟수이상을 유지하고, 압력검출기를 통해 서보모터 공급오일의 압력을 검출하여 상기 압력이 일정치 이상의 경우에만 상기 전자클러치를 체결시켜, 주오일펌프로 윤활유를 순환시키고, 상기 조건중 하나라도 만족하지 못하면 전자클러치를 분리시키고 보조오일펌프로 윤활유를 순환시키는 것이다.

터빈 발전기, 오일펌프, 전자클러치, 윤할유, 회전수,

Description

터빈 발전기의 윤활유 공급 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING LUBRICATING OIL TO TURBOGENERATOR}

도 1은 코크스 건식 소화 설비 및 그에 연결된 증기생산 및 발전기 설비를 도시한 구성도이다.

도 2는 도 1의 설비에서 터빈 발전기 및 윤활장치의 구조를 보인 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 터빈 발전기의 윤활유 공급 제어 장치가 적용된 설비 구조를 보인 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 터빈 발전기의 윤활유 공급 제어 장치에 있어서 전자클러치와 주 오일펌프 회전수 검출센서에 대한 취부도이다.

도 5는 발전설비에서 서보모터와 거버너밸브와 작동 관계를 보인 작동상관도이다.

도 6은 주오일펌프의 일부 구조를 보인 사시도이다.

도 7은 본 발명에 의한 장치에 구비된 전자클러치의 구체적인 구조를 보인 단면구성도이다.

도 8은 본 발명에 의한 오일펌프 기동장치의 동작플로우이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

7 : 오일저장탱크 30 : 전자클러치

40 : 서보모터 45 : 압력검출센서

50 : 증기터빈 52 : 감속기

53 : 거버너밸브 55 : 발전기 회전수 검출센서

60 : 발전기 70 : 보조오일펌프

73 : 역류방지밸브 90 : 주오일펌프

93 ; 주오일펌프 회전수 검출센서 100 : 제어장치

본 발명은 고압의 증기로 터빈을 돌려서 터빈의 회전력에 의해 전력을 생산하는 증기 터빈 발전설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 발전기에서 냉각효과와 마모방지의 윤활역할을 하며 동시에 터빈으로 유입되는 증기량을 제어하는 서보모터에 공급되는 오일이 맥동을 일으키지 않고 압력이 균일하게 공급되면서 순환이 되도록 하여 발전설비가 안정적으로 유지될 수 있도록 하는 터빈 발전기의 윤활유 공급 제어 장치에 관한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 건식소화설비는 코크스 오븐에서 원료탄을 건류하여 생산되는 코크스를 쿨링샤프트 본체(1)에 장입하고 질식소화 시키는 과정에서 열을 회수하여 보일러(4)에서 500℃ 100 기압 이상이 되는 고온, 고압의 증기를 생산하고, 상기와 같이 생산된 고온, 고압의 증기를 증기터빈(50)에 공급하여, 증기터빈(50)을 회전시킨다. 이때, 증기터빈(50)의 회전축에는 발전기(60)가 연결되어, 상기 증기터빈(50)의 회전되는 힘으로 발전기(60)가 전력을 생산한다.

이때, 상기 증기터빈 및 발전기의 각 부품을 냉각시키면서 회전시의 마찰을 줄여 마모를 방지하도록 오일을 공급한다.

이러한, 오일은 도 2에 도시된 바와 같이 공급제어되는데, 그 구체적인 동작은 다음과 같다.

도 2에서, 증기터빈(50)와 발전기(60)에 공급되는 윤활유는 하나의 윤할유 공급장치를 통해 제공되는데, 상기 윤할유공급장치는 별도의 동력원없이 발전기(60)의 축과 동일한 축선상에 설치된 감속기(52)의 축에 주오일펌프(90)를 설치하고, 상기 주오일펌프(90)에서 필요한 압력을 윤활유라인(81~84)에 가압하여 윤할유가 오일탱크(7) →터빈(50) 및 발전기(60) →오일탱크(7)로 순환되도록 구성된다.

이때, 상기 윤활유의 압력은 전적으로 발전기(60)의 회전수에 의해 결정되며, 상기 발전기(60)의 회전수가 소정치(예를 들어, 분당 1710 회전수) 이상이 되어야만 규정된 압력(10 Kg/Cm2 이상)으로 가압이 가능한다.

상기와 같이 가압되어 공급되는 윤활유는 다음과 같은 2가지 목적을 동시에 달성하기 위해 사용하게 된다

우선, 500℃ 100기압 이상 되는 고온 고압의 증기를 이용하여 발전하고 저압증기를 생산하는 설비인 증기터빈(50)은 분당 8000회의 회전을 하게 되며, 변속기(52)가 이를 감속하여 발전기(60)에 분당 1800 회전으로 전달한다. 이러한 발전기(60)의 회전수를 검출하는 회전수검출센서(55)는 도 4에 보인 바와 같이, 터 빈(50)의 축에 설치되어 있어서, 터빈(50)의 분당 회전수를 검출하여 제어장치(10)로 공급한다. 상기 제어장치(10)는 입력된 신호를 연산하여 터빈(50)의 분당회전수를 인식한다. 이에, 터빈(50)이 분당 8000 회전수로 회전하는 것이 검출되면, 이를 발전기(60)의 회전수가 분당 1800 회전수라고 인식을 하게 된다. 즉, 터빈(50)의 회전수를 분당 8000 회전수로 유지시켜 발전기(60)가 분당 1800회전수만큼 회전하도록 제어한다.

이러한 과정에서, 증기의 고온과 마찰에 의해, 설비의 부품들, 즉 기어와 축 및 베어링에 마모가 발생할 수 있는데, 윤할유는 이러한 부품의 마모를 방지하면서, 과열된 설비를 냉각시켜, 장치를 보호한다.

다음으로, 증기터빈(50)으로 유입되는 증기량을 일정하게 유지해야만 터빈(50)의 회전수가 일정하게 되며, 발전기(60)의 회전수 및 생산되는 전력의 주파수와 전압이 일정하게 된다. 이를 위해 종래의 발전설비에서는 서보모터(40)를 구비하고, 이를 통해 상기 증기터빈(50)으로 유입되는 증기량의 변화에 따라서 거버너밸브(53)의 개도를 변화시켜 터빈(50)으로 유입되는 증기량을 가감하여, 궁극적으로 터빈(50)의 회전수를 일정하게 제어한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 거버너 밸브(53)는 상기 서보모터(40)의 동작에 의해 개도율이 조정되는데, 상기 서보모터(40)는 균일한 압력의 오일이 공급되어야만 피스톤(42)이 상하로 이동하면서 정밀하게 제어되고 제어상태에 따라 서보모터(40)의 피스톤(42)이 상하로 움직이고 지렛대(44)의 끝에 부착된 거버너밸브(53)의 개도가 결정되며, 결국 이러한 작용은 터빈(50)의 회전수를 제어하게되고 터빈(50)의 회전수에 의해 윤활유의 압력이 변하게 되는 상호연관작용을 한다.

즉, 서보모터(40)의 개도에 따라서 거버너 밸브(53)의 개도가 결정되고 거버너 밸브(53)의 개도에 따라서 증기터빈(50)으로 유입되는 고압증기(8)의 양이 조절되면서 증기터빈(50)의 회전수가 일정하게 되고 윤활유의 압력이 균일하게 되며 주파수와 전압이 일정하게 발전이 되는 것이다

현재 설치된 윤활유공급장치는 증기터빈(50)이 정지된 상태에서 최초로 기동을 실시할 때 윤활작용을 하거나 서보모터(40)를 제어하는 2가지 목적을 위해 오일을 동시에 공급하는데, 이때, 공급되는 오일에 맥동현상이 발생하여 윤활작용부분으로 오일이 정상적으로 공급되지 않아서 설비가 손상되거나 서보모터(40)를 제대로 제어하지 못하며 압력이 제어되지 못하므로 윤활부분이나 서보모터(40)의 기밀부분을 손상시켜서 외부로 오일이 새어 나와서 서보모터(40)가 제어되지 못하는 문제점이 있다

종래의 윤활유공급장치는 도 2와 같이 하나로 구성되어 윤활부분과 서보모터(40)의 장치로 윤할유를 동시에 공급을 하게 되는데, 증기터빈(50)이 정상적으로 운전되면 발전기(60)의 축과 동일한 축상에 설치된 감속기(52)의 축에 설치 된 주 오일펌프(90)가 증기터빈(50)의 회전력에 의해 오일탱크(7)의 오일을 펌핑하여, 필요한 압력을 발생시켜서 설비에 및 서보모터(40)에 공급한 다음, 다시 오일탱크(7)로 포집되는 순환장치로 구성되어 있다.

그리고, 증기터빈(50)이 정지된 상태에서 최초로 기동을 할 때에도 윤활유와 서보모터(40) 제어오일은 일정한 압력을 유지하면서 연속으로 공급되어야 하는데, 이때는 발전기(60)의 축과 동일한 축상에 설치된 감속기(52)가 회전을 하지 않으므로 주 오일펌프(90)가 작동하지 않아서 윤활유를 가압할 수 없다. 따라서, 보조오일 펌프(70)를 기동하여 가압을 하다가 발전기기(60)의 분당회전수가 1710에 도달하면 주 오일펌프(90)의 토출압력이 규정압력에 도달하게 되므로, 보조오일펌프(70)는 정지시키고 주 오일펌프(90)는 동작시켜 윤할유를 순환시킨다.

그런데, 보조오일펌프(70)가 기동이 되면, 가압된 오일의 대부분이 증기터빈(50)과, 발전기(60) 공급용 윤활유 배관(84)측으로 먼저 공급되어 윤활작용을 하고, 일부가 서보모터(40) 배관(83)측으로 공급되어 서보모터(40)를 제어하는 작용을 해야 하는데, 보조오일펌프(70)에서 가압된 오일의 일부가 기어펌프인 주 오일펌프(90)의 토출측(82)으로 흐르게 되고 도 6과 같이 구성되는 정지된 상태의 주 오일펌프(90)의 기어(91)와 케이싱(99) 사이의 틈으로 통과하여 오일탱크(7)로 흐르게 되므로, 윤활유 배관측(84)으로 흐르는 오일의 압력이 그만큼 하락하게 되는데 이는 연속적으로 발생하는 것이 아니라 병목현상을 보이면서 발생하므로 가압된 윤활유에 맥동현상이 발생한다.

또한, 터빈(50)으로 증기의 유입이 개시되면 주 오일펌프(90)는 점차로 회전수가 증가하므로 주 오일펌프(90)의 펌핑작용에 의해 윤활유의 가압작용이 일어나며 가압된 윤활유에 의해 보조오일펌프(70)에서 토출되는 윤활유는 점차로 저항을 크게받게 되므로 윤활유의 맥동현상이 심화된다.

이렇게, 윤활유가 배관내부에서 압력이 승,하강하는 맥동현상을 일으키면 오 일의 압력이 불균일하게 되어 서보모터(40)에 떨림현상이 발생하고, 그 제어를 받는 거버너밸브(53)가 미세한 상하운동을 일으켜서 정밀제어가 불가능해지고 증기터빈(50) 발전기(60)로 인입되는 고압증기(8)량의 제어가 불량해지면서 증기터빈(50)의 회전수를 정상적으로 제어할 수 없게 된다.

이러한 현상이 반복적으로 발생되면, 제어는 점점 어렵게 되어 터빈 발전기(60)의 속도를 정상적으로 증속할 수 없게 되며, 설비에 공급되는 윤활작용도 정상적으로 이루어지지 못하여, 증기터빈(50) 및 보일러(4) 등 설비의 수명단축은 물론 고온 고압의 증기 제어 불량이 발생하여, 안정조업저해 및 설비사고의 우려가 상존하게 된다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 보조오일 펌프의 토출측에 역류방지밸브를 설치하여 맥동현상을 방지하고 발전기의 분당회전수를 체크하여 기준치이상에 이를때만 주오일펌프가 구동되도록 함으로서 서로 다른 압력의 윤활유 충돌현상에 의한 맥동이 일어나지 않도록 하는 터빈 발전기의 윤활유 공급 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명는 오일펌프의 오일을 소정압력으로 순환시켜 터빈, 감속기, 발전기로 이루어진 발전설비에 윤활유를 공급함과 동시에 상기 터빈의 유입증기량을 제어하는 서보모터에 기기제어용오일을 공급하는 터빈 발전기에서의 윤할유 공급 제어 장치에 있어서,

상기 발전기의 회전력에 의해 동작하여 오일탱크의 오일을 소정 압력으로 순환시키는 주오일펌프;

오일탱크의 하단부 설치되어 외부 전원에 의해 동작하여 오일탱크의 오일을 순환시키는 보조오일펌프;

보조오일펌프의 토출측에서 주오일펌프의 토출측으로 오일이 역류되는 것을 방지하도록 설치되는 역류방지밸브;

주오일펌프 구동축과 상기 발전기의 축을 체결/분리시키는 전자클러치;

주오일펌프의 종동축에 설치되어 주 오일펌프의 회전수를 검출하는 주오일펌프 회전수 검출센서;

서보모터 전단에 설치되어 서보모터로 공급되는 오일의 압력을 검출하는 압력검출기;

상기 발전기의 회전수를 검출하는 발전기 회전수 검출센서; 및

상기 주오일펌프 회전수검출센서와 발전기 회전수검출센서에서 검출된 발전기와 주오일펌프의 회전수가 설정횟수이상을 유지하고, 상기 압력검출기에서 검출된 서보모터 공급오일의 압력이 일정압력 이상의 경우에만 상기 전자클러치 체결과 함께 보조오일펌프를 정지시키고, 상기 조건중 하나라도 만족하지 못하면 전자클러치 분리와 함께 보조오일펌프를 동작시키는 제어장치;

로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대해 예를 들어 설 명한다.

도 3은 본 발명에 의한 윤활유 공급 제어 장치가 설치된 터빈 발전 및 윤할 설비를 보인 것으로서, 발전기(60)의 초기 기동단계에서는 보조펌프(70)를 통해, 발전기(60)의 동작중에는 발전기(60)의 회전축에 연결되어 발전기(60)의 회전력을 통해 동작하는 주오일펌프(90)에 의해 오일탱크(7)내의 오일을 소정압력으로 토출하여 터빈발전기(60)의 윤활용 및 터빈(50)으로 유입되는 증기량을 제어하는 서보모터(40)의 기기제어용으로 공급하는 윤활유공급장치에 있어서, 보조오일펌프(70)의 토출측에서 주오일펌프(90)의 토츨측에 연결된 윤활유 순환로에 설치되어 보조펌프(70)에 의해 가압된 오일이 주오일펌프(90)로 역류하는 것을 방지하는 역류방지밸브(73)와, 상기 발전기(60)의 감속기(52)와 주오일펌프(90) 사이에 설치되어 체결시 주오일펌프(90)를 감속기(50)의 발전기축에 연결하는 전자클러치(30)와, 상기 발전기(60)의 회전수를 검출하는 발전기 회전수검출센서(55)와, 상기 전자클러치(30)를 통해 발전기(60) 축에 연결되어 동작하는 주오일펌프(90)의 회전수를 검출하는 주오일펌프의 회전수검출센서(93)와, 거버너밸브(53)의 개도를 조절하는 서보모터(40)에 가해지는 오일의 유압을 검출하는 압력검출센서(45)와, 상기 발전설비의 초기기동시 보조오일펌프(70)를 동작시키고 발전기(60)가 구동되면 상기 발전기의 회전수검출센서(55)와 주오일펌프의 회전수검출센서(93)와 서보모터의 압력검출센서(45)의 검출값을 비교하여, 발전기의 회전수 및 주오일펌프의 회전수와 서보모터의 오일압력이 소정치 이상일때만 상기 전자클러치(30)를 체결시키고, 전자클러치(30) 체결시에는 보조오일펌프(70)를 정지시키는 제어장치(100)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 장치의 작용을 설명한다. 본발명은 도시된 바와 같이, 보조오일펌프(70)의 토출측에서 주 오일펌프(90)의 토출측(82)으로 가압된 오일이 역류하지 않도록 방지하는 역류방지 밸브(73)를 설치한다.

따라서, 증기터빈(50)이 정지된 상태에서 주 오일펌프(90)가 기동되지 않을때, 보조오일펌프(70)를 기동하면, 오일탱크(7)의 오일을 가압하여 토출시키고, 상기와 같이 토출된 오일은 상기 역류방지 밸브(73)에 의해 주 오일펌프(90)의 토출측(82)으로는 흐르지 않고, 서보모터(40)의 윤활유 인입배관(82)과 증기터빈 발전기의 윤활유 배관(84)으로만 흐르면서, 설비의 윤활작용과 서보모터(40)로의 유압공급작용하면서 순환하게 되다. 이때, 역류방지밸브(73)로 인하여 주오일펌프(90)측으로 누설되는 오일이 없어지므로, 오일의 압력이 하락하면서 발생되는 맥동현상이 방지되고, 그 결과 균일한 압력의 오일을 발전기 및 서보모터에 일정하게 공급할 수 있게 된다.

이때, 증기터빈 발전기(60)로 고압증기의 투입이 개시되면, 터빈 발전기(60)과 회전하게 되고, 상기 발전기(60)의 축과 동일한 축상에 설치된 감속기(52)의 축(54)에 연결된 주 오일펌프(90)가 함께 회전하여 윤할유의 가압 작용을 하게 된다.

상기 과정에서, 보조오일펌프(70)측에 설치한 역류방지밸브(73)의 이상 등으로 인하여 보조오일펌프(70)에서 가압되어 역류되는 윤활유와 충돌현상을 일으킬 수 있으므로, 주오일펌프(90)와 감속기(52) 사이에 전자클러치(30)를 구비시키고, 발전기 회전수검출센서(55)에 의해 검출된 발전기(60)의 속도가 소정값(예를 들어, 분당 1710 RPM) 이상이 되지 않으면, 상기 전자클러치(30)가 체결되지 않도록 한다.

따라서, 상기 터빈(50)의 회전에 의하여 발전기(60)의 회전수가 상승되어, 설정값(분당 1710 RPM)이상이되면 제어장치(100)의 제어에 의해 전자클러치(30)가 체결되어, 주오일펌프(90)를 감속기(52)의 발전기축에 연결시킨다.

그리고, 보조오일펌프(70)가 정지되고, 주오일펌프(90)가 기동하여 소정 압력의 윤활유를 순환시킨다.

이때, 발전기(60)의 회전속도가 지속적으로 유지되지않고 일시적으로 상승되었다가 저하되는 현상이 발생되어도 이를 제어장치(100)에서 확인하여 전자클러치(30)를 분리시키므로, 맥동현상을 방지한다.

즉, 상기 제어장치(100)는 주 오일펌프에 설치된 회전수 검출센서(93)와 서보모터(40)에 설치된 압력감지센서(45)의 출력을 입력받아, 오일펌프의 회전수가 설정치이상이고, 서보모터(40)에 가해지는 오일의 압력이 설정치 이상일때에만 전자클러치(30)를 체결시키고, 한 조건이라도 만족하지 못하면 전자클러치(30)를 분리시킨다.

따라서, 항상 균일한 압력의 오일이 발전설비의 윤활용 및 서보모터의 기기제어용으로 공급되어, 설비의 동작을 안정화시킨다.

이와 같이 본 발명은 증기식 터빈 발전설비에서, 윤활유가 역류하거나 배관내부에서 충돌하는 것을 방지하고, 또한 발전기의 일시적인 속도와 오일 압력의 상승으로 인한 순간 오동작을 방지하여, 윤활유의 맥동현상을 방지할 수 있으며, 그 결과, 균일한 압력의 오일을 일정하게 발전설비의 윤활용 및 서보모터의 기기제어용으로 제공함으로서 전체 설비의 동작을 안정적으로 수행하도록 하여, 설비의 수명단축 및 사고 발생을 방지하는 우수한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 오일펌프의 오일을 소정압력으로 순환시켜 터빈, 감속기, 발전기로 이루어진 발전설비에 윤활유를 공급함과 동시에 상기 터빈의 유입증기량을 제어하는 서보모터에 기기제어용오일을 공급하는 터빈 발전기에서의 윤할유 공급 제어 장치에 있어서,

   상기 발전기의 회전력에 의해 동작하여 오일탱크의 오일을 소정 압력으로 순환시키는 주오일펌프;

   오일탱크의 하단부 설치되어 외부 전원에 의해 동작하여 오일탱크의 오일을 순환시키는 보조오일펌프;

   보조오일펌프의 토출측에서 주오일펌프의 토출측으로 오일이 역류되는 것을 방지하도록 설치되는 역류방지밸브;

   주오일펌프 구동축과 상기 발전기의 축을 체결/분리시키는 전자클러치;

   주오일펌프의 종동축에 설치되어 주 오일펌프의 회전수를 검출하는 주오일펌프 회전수 검출센서;

   서보모터 전단에 설치되어 서보모터로 공급되는 오일의 압력을 검출하는 압력검출기;

   상기 발전기의 회전수를 검출하는 발전기 회전수 검출센서; 및

   상기 주오일펌프 회전수검출센서와 발전기 회전수검출센서에서 검출된 발전기와 주오일펌프의 회전수가 설정횟수이상을 유지하고, 상기 압력검출기에서 검출된 서보모터 공급오일의 압력이 일정압력 이상의 경우에만 상기 전자클러치 체결과 함께 보조오일펌프를 정지시키고, 상기 조건중 하나라도 만족하지 못하면 전자클러치 분리와 함께 보조오일펌프를 동작시키는 제어장치;

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 터빈 발전기에서의 윤할유 공급 제어 장치.

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