KR101239792B1 - 증기 터빈, 및 증기 터빈의 작동 방법 - Google Patents

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
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Abstract

외부 하우징(2) 및 내부 하우징(3)을 포함하는 증기 터빈(1)이 공개된다. 외부 하우징(2) 및 내부 하우징(3)에는 신선한 증기 공급 덕트(10)가 제공된다. 수 개의 임펠러 블레이드(7) 및 트러스트 보상 피스톤(4)을 포함하는 회전자(5)는 내부 하우징(3) 내에 회전가능하게 장착된다. 상기 내부 하우징(3)은 수 개의 가이드 블레이드(8)를 구비하며, 수 개의 가이드 블레이드는 각각 일련의 임펠러 블레이드(7) 및 일련의 가이드 블레이드(8)를 포함하는 수 개의 블레이드 단을 포함하는 유동 덕트(9)가 유동(11)의 특정 방향을 따라 형성되도록 배치된다. 내부 하우징(3)은 공급 덕트(16)를 더 구비하며 공급 덕트는 내부 하우징(3)과 외부 하우징(2) 사이에 위치하는 공간(15)과, 그리고 내부 하우징(3)과 회전자(5)의 트러스트 보상 피스톤(4) 사이에 위치하는 트러스트 보상 피스톤의 대기챔버(12) 사이를 소통하는 파이프로서 구성된다.

Description

증기 터빈, 및 증기 터빈의 작동 방법 {STEAM TURBINE, AND METHOD FOR THE OPERATION OF A STEAM TURBINE}
본 발명은 외부 케이싱 및 내부 케이싱을 구비한 증기 터빈에 관한 것으로, 외부 케이싱 및 내부 케이싱은 생 증기 공급 덕트를 가지며, 트러스트 밸런스 피스톤을 가지며 복수의 회전자 블레이드를 가지는 회전자가 내부 케이싱 내부에 회전가능하게 장착되는 방식으로 설치되며, 내부 케이싱은 복수의 고정자 블레이드를 가지며, 이 고정자 블레이드는 각각의 경우 일 열의 회전자 블레이드 및 일 열의 고정자 블레이드를 가지는 복수의 블레이드 단으로 유동 통로가 유동 방향을 따라 형성되는 방식으로 배열된다.
더욱이, 본 발명은 외부 케이싱 및 내부 케이싱을 구비한 증기 터빈의 제조 방법에 관한 것으로, 외부 케이싱 및 내부 케이싱은 생 증기 공급 덕트를 가지며, 트러스트 밸런스 피스톤을 가지고 복수의 회전자 블레이드를 가지는 회전자는 내부 케이싱 내부에 회전가능하게 장착되는 방식으로 설치되고, 복수의 고정자 블레이드는 각각의 경우 일 열의 회전자 블레이드 및 일 열의 고정자 블레이드를 가지는 복수의 블레이드 단으로 유동 통로가 유동 방향을 따라 형성되는 방식으로 내부 케이싱에 배열되며, 작동하는 동안 유동 통로를 통하여 증기가 유동한다.
각각의 터빈 또는 터빈 섹션은 증기의 형태로 작동 매체에 의해 관통 유동하도록 하기 위한 본 출원의 내용 내의 증기 터빈인 것으로 이해되어야 한다. 이에 비해, 가스 터빈은 작동 매체로서 가스 및/또는 공기에 의해 관통 유동하도록 하지만, 작동 매체는 증기 터빈 내의 증기와 완전히 상이한 온도 및 압력 상태로 처리된다. 가스 터빈과 반대로, 증기 터빈에서, 예를 들면 최고 온도에서 터빈 섹션에서의 유동하는 작동 매체는 동시에 최고 압력을 가진다. 유동 통로로 개방되는 개방 냉각 시스템은 터빈 섹션으로의 냉각 매체에 대한 외부 공급이 없어도 가스 터빈 내에서 실현된다. 증기 터빈에 대해, 냉각 매체의 외부 공급이 제공되어야 한다. 단지 상기 이유 때문에 가스 터빈에 대한 종래 기술이 본 출원의 주요 구성으로의 접근을 위해 이용되었다.
증기 터빈은 상기 경우와 같이 통상적으로 복수의 블레이드를 포함하는 회전가능하게 장착되고 케이싱 또는 케이싱 셀 내부에 설치되는 회전자를 포함한다. 관통 유동 동안, 회전자, 블레이드를 경유한 가열 및 가압된 증기에 대해, 케이싱 셀에 의해 형성되는 유동 통로의 내부 공간의 노출은 증기에 의한 회전으로 설정된다. 회전자의 블레이드는 또한 회전자 블레이드로서 지칭된다. 더욱이, 정지 고정자 블레이드는 통상적으로 내부 케이싱에 매달려서, 고정자 블레이드가 몸체의 축방향 길이를 따라 회전자 블레이드의 내부공간으로 도달한다. 고정자 블레이드는 통상적으로 증기 터빈 케이싱의 내측부를 따라 제 1 지점에 장착된다. 이 경우, 증기 터빈 케이싱의 내측부 상의 내측 주변부를 따라 배치되는 복수의 고정자 블레이드를 포함하는 고정자 블레이드 열의 부분이다. 이 경우, 각각의 고정자 블레이드는 블레이드 날개로 반지름 방향 내측으로 뾰족하게 된다. 축방향 크기를 따라 언급되는 제 1 지점에서 고정자 블레이드 열은 또한 고정자 블레이드 연속부 또는 고정자 블레이드 링으로서 지칭된다. 복수의 고정자 블레이드 열은 통상적으로 하나 다음에 다른 하나가 연결된다. 축방향 크기를 따른 제 2 지점에서, 제 1 지점 뒤에, 추가의 제 2 블레이드는 증기 터빈 케이싱의 내측부를 따라 대응되게 장착된다. 한 쌍의 하나의 고정자 블레이드 열 및 하나의 회전자 블레이드 열은 또한 블레이드 단(blade stage)으로서 지칭된다.
이러한 증기 터빈의 케이싱 셀은 복수의 케이싱 세그먼트로 형성될 수 있다. 특히 증기 터빈, 또는 증기 터빈의 종방향을 따라 증기의 형태로 작동 매체에 대한 관통 유동 노출을 위해 제공되는 유동 통로의 형태로 내부 공간을 가지는 터빈 섹션의 고정 케이싱 부품은 증기 터빈의 케이싱 셀로 이해된다. 증기 터빈의 타입에 따라, 이는 내부 케이싱 및/또는 고정자 블레이드 캐리어일 수 있다. 그러나, 내부 케이싱 또는 내부 블레이드 캐리어를 갖지 않는 터빈 케이싱도 제공될 수 있다.
효율의 이유로, 소위 "높은 증기 매개변수(high steam parameter)", 따라서 특히 높은 증기 압력 및/또는 높은 증기 온도에 대한, 이러한 증기 터빈의 설계가 설계가능하다. 그러나, 특히 온도 증가는 재료 공학에 명확하게 매우 가능하다. 이 경우 증기 터빈의 안전한 작동을 가능하게 하기 위해, 특히 고온에서 조차, 부품의 개별 부분의 냉각이 바람직할 수 있다. 부품의 개별 부분은 특히 온도에 대한 내성으로 제한된다. 효과적인 냉각 없이, 상당한 고가의 재료(예를 들면, 니켈 기재 합금)가 증가되는 온도의 경우 필요하다.
지금까지 공지된 냉각 방법에서, 특히, 증기 터빈 케이싱 또는 회전자 형태의 증기 터빈 몸체에 대해, 능동 냉각 및 수동 냉각 사이에서 구별된다. 능동 냉각에서, 냉각은 증기 터빈 몸체로 개별적으로, 즉 작동 매체에 부가하여, 공급되는 냉각 매체에 의해 영향을 받는다. 대비하면, 수동 냉각은 단순히 작동 매체의 적절한 안내 또는 적용에 의해 발생한다. 지금까지, 증기 터빈 몸체는 수동적으로 냉각되는 것이 바람직하였다.
이러한 방식으로, 예를 들면, DE 34 21 067 C2로부터, 증기 터빈의 내부 케이싱 둘레로 이미 팽창된 증기를 냉각 순환시키는 것이 공개되어 있다. 그러나, 이는 내부 케이싱 벽에 걸친 온도 차이가 매우 크게 제한되어야 하는 단점을 가지며, 이는 그렇지 않은 경우 너무 큰 온도 차이로 내부 케이싱이 매우 심하게 열적으로 변형되기 때문이다. 내부 케이싱 둘레의 유동의 순환 동안, 사실 열 방출이 일어나지만, 열 방출이 열 공급 지점으로부터 상대적으로 멀리 이격하여 발생한다. 열 공급부의 가까운 근접부에서의 열 방출은 지금까지의 적절한 측정에 효과가 없다. 작동 매체의 팽창의 적절한 설계에 의한, 추가의 수동 냉각은 소위 대각 단(diagonal stage)에서 달성될 수 있다. 그러나, 이에 의해, 단지 케이싱에 대한 매우 제한된 냉각 작용이 달성될 수 있다.
증기 터빈 케이싱 내부의 개별 부품의 능동 냉각이 미국 특허 6 102 654호에 설명되어 있으며, 냉각은 고온 작동 매체의 유동 영역으로 제한된다. 냉각 매체의 일부는 작동 매체에 부가된다. 이 경우, 냉각은 냉각되는 부품의 유동 세척에 의해 달성된다.
WO 97/49901 및 WO 97/49900으로부터, 중앙 챔버로부터 공급되는 회전자 내의 개별 방사형 통로에 의한 매체로, 개별 회전자 섹션의 차폐를 위해, 개별 고정자 블레이드 링을 선택적으로 방출하는 것이 공개되어 있다. 이를 위해, 매체는 통로를 경유하여 작동 매체로 추가되어 고정자 블레이드 링이 선택적으로 유동 세척된다. 이를 위해 제공되는 회전자의 중앙 중공 보어에서, 그러나, 증가된 원심력 응력이 고려되며, 이 증가된 원심력 응력은 설계 및 작동에서 상당한 단점을 나타낸다.
증기 시스템의 다른 영역으로부터의 냉각 매체의 추출 및 안내, 및 작동 매체의 유동 영역 내의 냉각 매체의 공급을 위한 가능성은 EP 1 154 123호에 기재되어 있다.
화석 연료로 현 세대에서 지금까지 통상적인 것보다 더 높은 효율을 달성하기 위해, 높은 증기 매개 변수, 즉 터빈 내에서의 더 높은 압력 및 온도의 이용이 요구된다. 작동 매체로서 증기를 구비한, 높은 온도 증기 터빈의 경우, 부분적으로 500℃ 이상, 특히 540℃ 이상의 부분 온도가 제공된다. 높은 온도 증기 터빈에 대한 이 같은 증기 매개 변수는 잡지 브이지비 파워 플랜트 테크놀러지(VGB Power Plant Technology) 73호(1993년) 제 5판 내의 에이치. 지. 네프트(H. G. Neft) 및 지. 프란콘빌(G. Franconville)에 의한 논문 "높은 유동 매개변수 및 긴 단부 플레이드를 위한 새로운 증기 터빈 개념(New Steam Turbine Concepts for Higher Inlet Parameters and Longer End Blades)"에서 상세하게 공개된다. 상기 논문의 공개 내용은 높은 온도 증기 터빈의 상이한 실시예들을 공개하도록 본 출원의 상세한 설명에서 도입된다. 높은 온도 증기 터빈을 위한 높은 증기 매개변수의 예는 논문의 도 13에서 특히 참조된다. 참조되는 논문에서, 제 1 고정자 블레이드 열을 통한 냉각 증기 공급 및 냉각 증기 전달이 높은 온도 증기 터빈 케이싱의 냉각을 개선하기 위해 제안된다. 이에 의해, 능동 냉각이 실제로 이용가능하다. 그러나, 이는 작동 매체의 주 유동 영역으로 제한되어 여전히 개선할 가치가 있다.
지금까지 증기 터빈 케이싱에 대해 공지된 모든 냉각 방법은, 이들이 원리적으로 능동 냉각 방법인 한, 소정의 경우, 냉각되는 개별 터빈 섹션의 집중된 유동 세척을 제공하며, 제 1 고정자 블레이드 링을 포함하는 소정의 경우, 작동 매체의 유동 영역으로 제한된다. 높은 증기 매개변수를 구비한 종래의 증기 터빈의 로딩 동안, 이는 전체 터빈에 작용하고 상술되는 케이싱의 통상적인 냉각에 의해 단지 부득이하게 감소될 수 있는 증가 열적 로딩을 초래할 수 있다. 높은 효율을 달성하기 위해, 원리적으로 높은 증기 매개변수로 작동하는 증기 터빈은 특히 케이싱 및/또는 회전자의 개선된 냉각을 요구하여, 충분한 조치로 증기 터빈의 높은 열적 로딩을 완화하도록 한다. 이 경우, 지금까지의 통상적인 터빈 재료의 이용 동안 증가된 증기 매개변수의 결과로서, 예를 들면, "네프트(Neft)" 논문에 따라, 증기 터빈 몸체의 응력 증가가 증기 터빈의 불리한 열적 로딩을 초래하는 문제점이 있다. 결론적으로, 증기 터빈의 제조는 더 이상 가능하지 않다.
효과적인 냉각은 증기 터빈 부품, 특히 높은 온도 범위에서 작동되는 증기 터빈에 대해 바람직하다.
본 발명은 이로부터 시작하여, 본 발명의 목적은 증기 터빈 및 증기 터빈의 제조 방법에서 증기 터빈 자체가 고온 범위 내에서 특히 효과적으로 냉각되도록 하는 것이다.
증기 터빈에 대해, 본 발명의 목적은 외부 케이싱 및 내부 케이싱을 구비하는 증기 터빈에 의해 달성되며, 이 증기 터빈은 외부 케이싱 및 내부 케이싱은 생 증기 공급 덕트를 가지며, 트러스트 밸런스 피스톤을 가지고, 복수의 회전자 블레이드를 포함하는 회전자가 상기 내부 케이싱 내부에 회전가능하게 장착되는 방식으로 설치되며, 내부 케이싱은 복수의 고정자 블레이드를 가지며, 복수의 고정자 블레이드는 각각의 경우 일 열의 회전자 블레이드와 일 열의 고정자 블레이드를 가지는 복수의 블레이드 단으로, 유동 통로가 유동 방향을 따라 형성되는 방식으로 배치되며, 내부 케이싱은 회전자의 트러스트 밸런스 피스톤과 내부 케이싱 사이의 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버와 블레이드 단의 하류부의 유동 통로 사이의 소통 파이프로서 형성되는 연결부를 가지며, 내부 케이싱은 회전자와 내부 케이싱 사이의 밀봉 챔버와, 유동 통로 내의 블레이드 단의 하류부에 위치하는 유입 챔버 사이의 소통 파이프로서 형성되는 크로스-복귀 통로를 가지며, 크로스-복귀 통로는 유동 방향에 대해 기본적으로 수직하게, 편향 후 유동 방향에 대해 기본적으로 평행하게, 그리고 제 2 편향 후 상기 유동방향에 대해 기본적으로 수직하게 연장한다.
유용한 개선예에서, 연결부는 내부 케이싱과 외부 케이싱 사이의 챔버와 블레이드 단의 하류부의 유동 통로 사이의 소통 통로로서 형성되는 복귀 통로를 포함한다. 또한, 유용한 개선예에서, 연결부는 내부 케이싱과 외부 케이싱 사이의 챔버와, 내부 케이싱과 회전자의 트러스트 밸런스 피스톤 사이의 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버 사이의 소통 통로로서 형성되는 공급 통로를 포함한다.
본 발명은 유동 매체, 이 경우 증기가 소정의 개수의 터빈 단 다음에 추출될 수 있으며, 이러한 팽창 및 냉각된 증기는 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버로 지향될 수 있다는 것을 기초로 한다. 본 발명은 최고 증기 매개변수를 위해 설계되는 증기 터빈에 대해, 회전자를 고온에 대해 설계하고 또한 고온 및 고압에 대해 볼트결합된 연결부 및 외부 케이싱 또는 내부 케이싱과 같은 케이싱 부분을 설계하는 것이 중요하다.
내부 케이싱과 외부 케이싱 사이의 냉각 및 팽창되는 증기의 복귀에 의해, 내부 케이싱의 외측부, 볼트결합된 연결부, 및 외부 케이싱의 내측부는 저온을 경험한다. 다른 재료, 및 적용가능한 경우, 더욱 비용 효과적인 재료가 외부 케이싱 및 내부 케이싱, 및 또한 볼트결합된 연결부를 위해 이용될 수 있다. 또한 외부 케이싱이 더 얇게 구성될 수 있다. 이 경우 복귀 통로 및 공급 통로는 증기가 항상 유동 통로로부터 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버로 유입되는 방식으로 형성된다.
유용한 개선예에서, 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버는 트러스트 밸런스 피스톤과 내부 케이싱 사이에 축 방향으로 위치한다. 따라서, 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버로 유입되는 증기는 한편으로 트러스트 보상을 위한 힘의 발휘 기능을 충족하며, 다른 한편으로 특히 고압 터빈 섹션에서 특히 열적으로 로딩되는 트러스트 밸런스 피스톤의 냉각 기능을 충족한다.
유용한 개선예에서, 복귀 통로 및 공급 통로는 내부 케이싱 내에서 유동 방향에 대해 기본적으로 수직하게 형성되고, 챔버는 공급 통로로 복귀 통로를 연결하기 위해 내부 케이싱과 외부 케이싱 사이에 형성된다. 이 경우, 내부 케이싱과 외부 케이싱 사이의 챔버가 복귀 통로를 공급 통로로 연결하기 위해 형성된다. 제조 공학 양상은 이러난 배열의 전방에 있다. 더욱이, 터빈 축선에 대한 케이싱 축선의 수직 정렬 변화가 회피되며, 이는 내부 및 외부 케이싱 사이의 집중된 강제 유동 세척에 의해, 자연적인 대류와 관련되는 케이싱 상의 온도 층의 제어되지 않은 형성이 회피되기 때문이다.
증기 터빈으로 유입되는 생 증기는 대부분이 유동 통로를 통하여 유동한다. 생 증기의 더 작은 부분은 유동 통로를 통하지 않고 회전자와 내부 케이싱 사이에 위치하는 밀봉 챔버를 통하여 유동한다. 증기의 이러한 부분은 또한 누출 증기로서 지칭되며 증기 터빈의 효율의 손실을 초래한다. 대략적으로 생 증기 온도 및 생 증기 압력을 가지는 이러한 누출 시스템은 밀봉 챔버 내의 내부 케이싱과 회전자를 심하게 열적으로 로딩한다. 이러한 고온 밀봉 증기는 고압에서 크로스-복귀 통로를 통하여 밀봉 챔버로부터 내부 케이싱을 통하여 다시 블레이드 단의 하류부의 유동 통로 지향되고, 후속적으로 팽창된다.
따라서, 크로스-복귀 통로는 제조 공학과 관련하여 특히 간단히 형성될 수 있으며, 이는 자본 지출 비용을 상당히 낮춘다.
추가의 유용한 개선예에서, 외부 케이싱 및 내부 케이싱을 통하여 형성되고 유입 챔버를 통하여 형성되는 오버로드 유입구를 포함한다. 증기 터빈의 작동 동안, 결과적으로 더 큰 동력을 달성하기 위하여 부가 증기가 오버로드 유입구를 통하여 증기 터빈으로 일시적으로 안내하는 것이 매우 관습적이다. 오버로드 유입구 처럼, 유입 챔버 내로 형성되는 크로스-복귀 통로에 의해, 증기가 부가적으로 전달되어 함께 증기 터빈의 효율 증가를 초래한다.
복귀 통로는 복귀 블레이드 단의 하류부의 유동 통로로 연결되고, 크로스-복귀 통로는 크로스-복귀 블레이드 단의 하류부의 유동 통로로 연결되고, 유동 통로의 유동 방향의 크로스-복귀 블레이드 단은 복귀 블레이드 단의 하류부에 위치한다.
복귀 블레이드 단은 4번째 블레이드 단이며, 크로스-복귀 블레이드 단은 5번째 블레이드 단이다. 증기 터빈의 실시예에 따라, 또 다른 블레이드 단도 가능하다.
방법에 관련된 목적은 외부 케이싱 및 내부 케이싱을 구비하는 증기 터빈의 작동 방법에 의해 달성되며, 이 방법은 외부 케이싱 및 내부 케이싱은 생 증기 공급 덕트를 가지며, 트러스트 밸런스 피스톤을 가지며 복수의 회전자 블레이드를 포함하는 회전자는 내부 케이싱 내부에 회전가능하게 장착되는 방식으로 설치되며, 복수의 고정자 블레이드는, 각각의 경우 일 열의 회전자 블레이드와 일 열의 고정자 블레이드를 가지는 복수의 블레이드 단으로 유동 통로가 유동 방향을 따라 형성되는 방식으로, 내부 케이싱 상에 배치되고, 작동 중 유동 통로를 통하여 증기가 유동하며, 블레이드 단의 하류부의 증기는 연결부를 통하여 회전자의 트러스트 밸런스 피스톤과 내부 케이싱 사이에 위치하는 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버로 유동한다.
또 다른 개선예에서, 블레이드 단의 하류부의 증기는 내부 케이싱 내에 위치하는 복귀 통로를 통하여 내부 케이싱과 외부 케이싱 사이의 챔버로 유동하고, 챔버로부터 내부 케이싱에 위치하는 공급 통로를 통하여 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버 내로 유입되며, 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버는 회전자의 트러스트 밸런스 피스톤과 내부 케이싱 사이에 위치한다.
상기 방법에 관련된 장점은 증기 터빈에 관련되는 상술된 장점에 따른다.
트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버 내의 증기에 의해 트러스트가 보상되는 것이 특히 유용하다.
생 증기 온도는 550℃ 내지 600℃인 것이 유용하고, 복귀 통로 내에서 유동하는 증기의 온도는 520℃ 내지 550℃이다. 또한, 오버로드 유입구로 유입되는 증기는 온도가 550℃ 내지 600℃ 인 것이 유용하다. 크로스-복귀 통로로 유입되는 증기는 온도가 540℃ 내지 560℃ 인 것이 유용하다.
본 발명은 전형적인 실시예의 개략적인 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 증기 터빈의 단면도이고,
도 2는 제 1 배열체를 구비한 증기 터빈의 부분 단면도이다.
종래 기술에 따른 증기 터빈(1)의 단면도가 도 1에 도시되어 있다. 증기 터빈(1)은 외부 케이싱(2) 및 내부 케이싱(3)을 가지고 있다. 내부 케이싱(3) 및 외부 케이싱(2)은 생 증기 공급 덕트(live steam feed duct)를 가지며 이는 상세하게 도시되어 있지 않다. 트러스트 밸런스 피스톤(thrust balance piston; 4)을 가지는 회전자(5)는 회전가능하게 장착되는 방식으로 내부 케이싱(3) 내부에 설치된다. 회전자는 통상적으로 회전 축선(6) 주위에 회전 대칭으로 형성된다. 회전자(5)는 복수의 회전자 블레이드(7)를 포함한다. 내부 케이싱(3)은 복수의 고정자 블레이드(8)를 가진다. 유동 통로(9)는 내부 케이싱(3)과 회전자(5) 사이에 형성된다. 유동 통로(9)는 각각의 경우 일 열의 고정자 블레이드(8) 및 일 열의 회전자 블레이드(7)로 형성된다.
생 증기는 생 증기 공급 덕트(10)를 통하여 유동 개구로 유입되고 유동 개구로부터 회전 축선(6)에 대해 기본적으로 평행하게 연장하는 유동 통로(9)를 통하여 유동 방향(11)으로 유동한다. 생 증기는 팽창하여 팽창하는 동안 냉각된다. 이러한 동안, 열 에너지는 회전 에너지로 변환한다. 회전자(5)는 회전 운동으로 설정되어 전기 에너지의 발생을 위한 발전기를 구동할 수 있다.
고정자 블레이트(8)와 회전자 블레이드(7)의 타입에 따라, 회전자(5)의 더 작거나 더 큰 트러스트는 유동 방향(11)으로 전개된다. 트러스트 밸런스 피스톤(4)은 통상적으로 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12)가 형성되는 방식으로 형성된다. 트러스트(13)에 반대로 작용하는 반력은 증기의 공급에 의해 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12)내로 전개된다.
증기 터빈(1)의 부분 섹션은 도 2에서 볼 수 있다. 작동 중, 증기는 상세하게 도시되지 않는 생 증기 공급 덕트(10)를 통하여 유입 개구 공간으로 유동한다. 생 증기 공급은 화살표 "13"에 의해 기호로 표시된다. 이 경우, 생 증기는 통상적으로 최고 600℃의 온도치 및 최고 258 바아의 압력을 가진다. 생 증기는 유동 통로(9)를 통하여 유동 방향(11)으로 유동한다. 블레이드 단의 하류부로, 증기는 유동 통로(9) 및 회전자(5)의 트러스트 밸런스 피스톤(4) 및 내부 케이싱(3) 사이의 소통 파이프로서 형성되는 연결부(14,15)를 통하여 유동한다.
증기는 특히 내부 케이싱(3) 및 외부 케이싱(2) 사이의 챔버(15)와 블레이드 단의 하류부의 유동 통로(9) 사이의 소통 파이프로서 형성되는 복귀 통로(14)를 통하여 내부 케이싱(3)과 외부 케이싱(2) 사이의 챔버(15)로 유동한다. 내부 케이싱(3)과 외부 케이싱(2) 사이의 챔버(15)에 존재하는 증기는 이제 약 532℃의 온도와 약 176 바아의 압력을 가진다. 증기는 내부 케이싱(3)과 외부 케이싱(2) 사이의 챔버(15)와 회전자(5)의 트러스트 밸런스 피스톤(4)과 내부 케이싱(3) 사이의 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12) 사이의 소통 파이프로서 형성되는 공급 통로(16)를 통하여 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12)로 유동한다.
도 2에 도시된 전형적인 실시예에서, 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12)는 트러스트 밸런스 피스톤(4)과 내부 케이싱(3) 사이의 축방향(17)으로 위치한다. 챔버 내로 유입되는 생 증기는 유동 방향(11)으로 대부분에 대해 유동 통로(9)로 유동한다. 더 작은 부분은 누출 증기로서 밀봉 챔버(18)로 유입된다. 이 경우, 누출 증기는 기본적으로 반대 방향(19)으로 유동한다. 누출 증기는 회전자(5)와 케이싱(3) 사이의 밀봉 챔버(18)와 유동 통로(9) 내의 블레이드 단의 하류부에 위치하는 유입 챔버(26) 사이의 소통 파이프로서 형성되는 크로스-복귀 통로(20)를 통하여 유동 통로(9)로 유동한다. 이 경우, 크로스-복귀 통로(20)는 밀봉 챔버(18)로부터 유동 방향(11)에 대해 기본적으로 수직하게, 편향(21) 후 유동 방향(11)에 대해 기본적으로 평행하게, 그리고 제 2 편향(22) 후 유동 방향(11)에 대해 기본적으로 수직하게 연장한다.
선택적인 일 실시예에서, 내부 케이싱 및 외부 케이싱은 상세하게 도시되지 않은 오버로드 유입구가 형성될 수 있다. 외부 증기는 오버로드 유입구로 유입되며 이 유동은 화살표 "23"으로 표시되어 있다.
전형적인 바람직한 일 실시예에서, 복귀 통로(14)는 복귀 블레이드 단(24)의 하류부의 유동 통로(9)로 연결되고, 크로스-복귀 통로(20)는 크로스-복귀 블레이드 단(25)의 하류부의 유동 통로(9)로 연결된다. 이 경우, 크로스-복귀 블레이드 단(25)은 복귀 블레이드 단(24)의 하류부의 유동 통로(9)의 유동 방향(11)으로 위치한다.
특히 바람직한 전형적인 일 실시예에서, 복귀 블레이드 단(24)은 4번째 블레이드 단이며 크로스-복귀 블레이드 단은 5번째 블레이드 단이다.

Claims (17)

  1. 외부 케이싱(2) 및 내부 케이싱(3)을 구비하는 증기 터빈(1)으로서,
    상기 외부 케이싱(2) 및 상기 내부 케이싱(3)은 생 증기 공급 덕트(10)를 가지며,
    트러스트 밸런스 피스톤(4)을 가지고 복수의 회전자 블레이드(7)를 포함하는 회전자(5)가 상기 내부 케이싱(3) 내부에 회전가능하게 장착되는 방식으로 설치되며,
    상기 내부 케이싱(3)은 복수의 고정자 블레이드(8)를 가지며, 복수의 블레이드 단이 각각의 경우 일 열의 회전자 블레이드(7)와 일 열의 고정자 블레이드(8)를 가지면서, 유동 통로(9)가 유동 방향(11)을 따라 형성되는 방식으로 상기 복수의 고정자 블레이드가 배치되며,
    상기 내부 케이싱(3)은 상기 회전자(5)의 상기 트러스트 밸런스 피스톤(4)과 상기 내부 케이싱(3) 사이의 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12)와 그리고 블레이드 단의 하류부의 유동 통로(9) 사이의 소통 파이프로서 형성되는 연결부(14, 15, 16)를 가지는, 증기 터빈에 있어서,
    상기 내부 케이싱(3)은 상기 회전자(5)와 상기 내부 케이싱(3) 사이의 밀봉 챔버(18)와, 그리고 상기 유동 통로(9) 내의 블레이드 단의 하류부에 위치하는 유입 챔버(26) 사이의 소통 파이프로서 형성되는 크로스-복귀 통로(cross-return passage; 20)를 가지고,
    상기 연결부(14, 15, 16)는 상기 내부 케이싱(3)과 상기 외부 케이싱(2) 사이의 챔버(15)와 그리고 상기 블레이드 단의 하류부의 유동 통로(9) 사이의 소통 통로로서 형성되는 복귀 통로(14)를 포함하며, 상기 연결부는 상기 내부 케이싱(3)과 상기 외부 케이싱(2) 사이의 챔버(15)와 그리고 상기 내부 케이싱(3)과 상기 회전자(5)의 트러스트 밸런스 피스톤(4) 사이의 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12) 사이의 소통 통로로서 형성되는 공급 통로(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12)는 상기 트러스트 밸런스 피스톤(4)과 상기 내부 케이싱(3) 사이에 축 방향(17)으로 위치하는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복귀 통로(14) 및 상기 공급 통로(16)는 상기 내부 케이싱(3) 내에서 상기 유동 방향(11)에 대해 기본적으로 수직하게 형성되고, 상기 챔버(15)는 상기 복귀 통로(14)를 상기 공급 통로(16)로 연결하기 위해 상기 내부 케이싱(3)과 상기 외부 케이싱(2) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 방향(11)에 대해 기본적으로 수직하게, 편향(21) 후 상기 유동 방향(11)에 대해 기본적으로 평행하게, 그리고 제 2 편향(22) 후 상기 유동방향(11)에 대해 기본적으로 수직하게 상기 크로스-복귀 통로(20)가 상기 밀봉 챔버(18)로부터 멀어지면서 연장하는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 케이싱(2) 및 상기 내부 케이싱(3)을 관통하여 형성되고 상기 유입 챔버(26)를 관통하여 형성되는 오버로드 유입구(overload inlet; 23)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈.
  7. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복귀 통로(14)는 복귀 블레이드 단(24)의 하류부의 유동 통로(9)로 연결되고, 상기 크로스-복귀 통로(20)는 크로스-복귀 블레이드 단(25)의 하류부의 유동 통로(9)로 연결되고, 상기 유동 통로(9)의 유동 방향(11)으로 상기 크로스-복귀 블레이드 단(25)은 상기 복귀 블레이드 단(24)의 하류부에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복귀 블레이드 단(24)은 4번째 블레이드 단이며, 상기 크로스-복귀 블레이드 단(25)은 5번째 블레이드 단인 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈.
  9. 외부 케이싱(2) 및 내부 케이싱(3)을 구비하는 증기 터빈(1)의 작동 방법으로서,
    상기 외부 케이싱(2) 및 상기 내부 케이싱(3)은 생 증기 공급 덕트(10)를 가지며,
    트러스트 밸런스 피스톤(4)을 가지며 복수의 회전자 블레이드(7)를 포함하는 회전자(5)가 상기 내부 케이싱(3) 내부에 회전가능하게 장착되는 방식으로 설치되며,
    복수의 블레이드 단이 각각의 경우 일 열의 회전자 블레이드(7)와 일 열의 고정자 블레이드(8)를 가지면서 유동 통로(9)가 유동 방향(11)을 따라 형성되는 방식으로, 복수의 고정자 블레이드(8)가 상기 내부 케이싱(3) 상에 배치되고, 작동 중 상기 유동 통로(9)를 통하여 증기가 유동하며,
    블레이드 단의 하류부의 증기가 연결부(14, 15, 16)를 통하여 상기 회전자(5)의 트러스트 밸런스 피스톤(4)과 상기 내부 케이싱(3) 사이에 위치하는 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12)로 유입되는, 증기 터빈의 작동 방법에 있어서,
    상기 회전자(5)와 상기 내부 케이싱(3) 사이에 위치하는 밀봉 챔버(18)에 존재하는 증기가 상기 블레이드 단의 하류부에 위치하는 유입 챔버(26) 내의 크로스-복귀 통로(20)를 통하여 유동하고,
    상기 블레이드 단의 하류부의 증기는 상기 내부 케이싱(3) 내에 위치하는 복귀 통로(14)를 통하여 상기 내부 케이싱(3)과 상기 외부 케이싱(2) 사이의 챔버(15)로 유입되고, 상기 챔버로부터 상기 내부 케이싱(3)에 위치하는 공급 통로(16)를 통하여 상기 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12)로 유입되며, 상기 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버는 상기 회전자(5)의 트러스트 밸런스 피스톤(4)과 상기 내부 케이싱(3) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈의 작동 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 트러스트 밸런스 피스톤 대기챔버(12) 내의 상기 증기에 의해 트러스트가 보상되는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈의 작동 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    오버로드 증기가 오버로드 유입구(23)를 통하여 상기 유입 챔버(26)로 유입되는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈의 작동 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 증기는 550℃ 내지 600℃의 생 증기 온도로 상기 생 증기 공급 덕트(10)로 유입되는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈의 작동 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 증기는 520℃ 내지 550℃의 온도로 상기 복귀 통로(14)로 유입되는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈의 작동 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 오버로드 증기는 550℃ 내지 600℃의 온도로 상기 오버로드 유입구(23)로 유입되는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈의 작동 방법.
  16. 제 9 항, 제11항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증기는 540℃ 내지 560℃의 온도로 상기 크로스-복귀 통로(20)로 유입되는 것을 특징으로 하는,
    증기 터빈의 작동 방법.
  17. 삭제
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