KR101318487B1 - 증기 터빈 발전 설비의 냉각 방법 및 장치 - Google Patents

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

단일 케이싱내에 고압 터빈부 (31a) 및 중간압 터빈부 (32a) 가 수용되는 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈 (40) 에 있어서, 더미 링 (10) 은 고압 터빈부 (31a) 와 저압 터빈부 (32a) 를 분할하고, 냉각 증기 공급로 (101) 와 냉각 증기 배출로 (103) 는 더미 링 (10) 내에 반경방향으로 형성된다. 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 를 통과하는 증기의 온도 이상의 온도를 가진 고압 터빈부 (31a) 의 추출 증기 또는 배출 증기 (s1) 는 냉각 증기 공급로 (101) 에 공급된다. 냉각 증기 (s1) 는 간극 (721, 723) 전체에 걸쳐 공급되어, 더미 링 (10) 과 터빈 로터 (7) 의 냉각 효율을 향상시킨다. 그 후, 냉각 증기 (s1) 는 냉각 증기 배출로 (103) 를 통하여 후속의 증기 터빈에 증기를 공급하는 배출 증기관 (44) 으로 배출된다.

Description

증기 터빈 발전 설비의 냉각 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR COOLING STEAM TURBINE GENERATING EQUIPMENT}
본 발명은, 더미 시일부 및 이 더미 시일부의 내측에 배치되는 로터축의 냉각 효과를 향상시킨 증기 터빈 발전 설비의 냉각 방법 및 장치에 관한 것이다. 증기 터빈 발전 설비에는, 다수의 터빈부가 더미 시일부에 의해 서로 격리되고 또한 단일 케이싱에 수용되는 대향류 단일 케이싱 증기 터빈이 제공된다.
보다 더 에너지 절약과 환경 보전 (CO2 의 저감) 의 요구에 대응하여, 증기 터빈 발전 플랜트의 대용량화 및 열효율 향상을 요구하고 있다. 열효율은 작동 증기의 온도와 압력을 상승시킴으로써 향상된다. 터빈 로터의 회전은 높은 응력을 발생시킨다. 그리하여, 터빈 로터는 고온 및 높은 응력을 견디어야 한다. 더 높은 온도의 작동 증기를 사용하면서, 터빈 로터의 냉각 기술이 중요한 과제가 된다.
증기 터빈 발전 플랜트의 용량을 증가시키는 추세에 따라서, 단일 케이싱 증기 터빈 발전 플랜트에서 직렬식 (tandem copound) 증기 터빈 발전 플랜트로 변화 추세에 있다. 이러한 직렬식 증기 터빈 발전 플랜트에서, 고압 터빈, 중간압 터빈, 저압 터빈 등은 개별 케이싱에 개별적으로 수용되고, 터빈 및 발전기의 각각의 축은 동축으로 연결된다.
이러한 유형의 발전 플랜트는 보일러에 적어도 1 단의 재가열기를 구비한다. 이러한 재가열기는, 증기 터빈 각각으로부터 배출된 배기 증기를 재가열하여 저압측의 증기 터빈에 재가열된 증기를 공급한다. 다수 단의 증기 터빈의 로터축은 발전기의 축에 동축으로 연결되어, 로터축의 진동에 대한 안정성을 보장해준다.
반대로, 직렬식의 증기 터빈 발전 플랜트는, 단일의 케이싱내의 증기 터빈의 상이한 압력 단을 수용하는 구조물을 채택한다. 케이싱의 개수를 저감함으로써, 전체 로터의 축 길이는 단축되고 또한 발전 플랜트는 축소될 수 있다. 예를 들어, 대향류 단일 케이싱 터빈에서, 고압 터빈과 중간압 터빈은 단일 케이싱내에 수용되고, 이러한 터빈들 사이에 더미 시일부를 개재시킨다. 더미 시일부에 걸쳐 증기 공급로가 제공되어, 터빈 각각에 작동 증기를 공급한다. 각각의 작동 증기는 케이싱내에서 대향류로서 각각의 블레이드 캐스캐이드로 흐르게 된다.
상기 구조를 가진 증기 터빈 발전 플랜트의 일예는 도 12 에 도시되어 있다. 도 12 에서는, 2 단 재가열 시스템을 채택하고 또한 고중간압 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈을 구비한 통상적인 증기 터빈 발전 플랜트를 나타낸다. 이하, 초고압/매우 고압을 "VHP" 라고 하고, 고중간압을 "HIP" 라고 하며, 저압을 "LP" 라고 한다.
도 12 에서는 또한 보일러 (2) 내의 과열기 (21) 를 도시한다. 과열기 (21) 는 증기를 생성한다. 이 증기는 VHP 터빈 (1) 에 공급되어 이 VHP 터빈 (1) 을 구동시킨다. VHP 터빈 (1) 의 배기 증기는, 보일러내에 형성된 제 1 단 재가열기 (22) 에 의해 재가열되어 HP 증기를 생성시킨다. HP 증기는, 고중간압 대향류 단일 케이싱 유형의 HIP 터빈의 HP 터빈부 (31) 에 공급되어 HP 터빈부 (31) 를 구동시킨다.
HP 터빈부 (31) 로부터의 배기 증기는, 보일러 (2) 내에 형성된 제 2 단 재가열기에 의해 재가열되어 IP 증기를 생성시킨다. IP 증기는, HIP 터빈 (3) 의 IP 터빈부 (32) 에 도입되어 IP 터빈부 (32) 를 구동시킨다. IP 터빈부 (32) 로부터의 배기 증기는, 크로스오버관 (321) 을 통하여 LP 터빈 (4) 에 도입되어 이 LP 터빈 (4) 을 구동시킨다. LP 터빈 (4) 으로부터의 배기 증기는 응축기 (5) 에 의해 응축되고, 보일러 급수 펌프 (6) 에 의해 가압된 후, 보일러 (2) 의 과열기 (21) 에 의해 재가열되어 VHP 증기를 발생시킨다. VHP 증기는 VHP 터빈 (1) 으로 순환된다.
JP 2000-274208 (특허문헌 1) 에는, 2 단 재가열기를 가진 보일러를 구비한 직렬식 증기 터빈 발전 플랜트에서 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈이 개시되어 있다. 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈에서, VHP 터빈, HP 터빈, 또는 HP 터빈과 IP 터빈은 단일 케이싱에 수용된다.
단일 케이싱 증기 터빈 등의 증기 터빈 및 고중간압 대향류 단일 케이싱 터빈에 있어서, HP 터빈부와 IP 터빈부를 분리시키는 더미 시일부와 로터축과의 사이의 간극에, 사용되지 않는 고온 증기가 유입된다. 이로써, 더미 시일부와 로터축이 고온 분위기에 노출된다. 그리하여, 이 영역을 냉각시키는 냉각 방법이 중요한 문제가 되었다.
예를 들어, 특허문헌 2 의 도 2 ~ 도 5 및 특허문헌 3 의 도 2 에 개시된 단일 케이싱 증기 터빈에 있어서, 증기는 HP 터빈부에 공급되고 제 1 단 정익 블레이드에서 제 1 단 정익 블레이드 출구까지 통과한다. 제 1 단 정익 블레이드 출구를 나오는 증기는, 더미 시일부와 로터축과의 간극을 통하여 IP 터빈부에 도입된다. 더미 시일부 및 로터축의 고온 영역은 냉각된다. 이하, 이러한 냉각 방법을 도 13 을 참조하여 설명한다.
도 13 은, 도 12 의 증기 터빈 발전 플랜트의 HIP 터빈 (3) 에서 작동 증기의 공급부 근방의 단면도이다. 도 13 에서 HP 증기 및 IP 증기를 위한 입구 근방의 HIP 터빈 (3) 에서, 터빈 로터 (7) 의 외주측에는, HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71), HP 더미부 (외주부) (72), IP 더미부 (73) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 가 형성된다. HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 는 소정의 간격으로 배치되는 HP 로터 블레이드부 (71a) 를 구비한다. HP 로터 블레이드 (71a) 사이에는 HP 블레이드 링 (8) 의 HP 정익 블레이드 (8a) 가 배치된다. HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 의 최상류부에는 HP 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 가 배치된다.
IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 는 소정의 간격으로 배열되는 IP 로터 블레이드 (74a) 를 구비한다. IP 로터 블레이드 (74a) 사이에는 IP 블레이드 링 (9) 의 IP 정익 블레이드 (9a) 가 배치된다. IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 의 최상류부에는 IP 제 1 단 정익 블레이드 (9a1) 가 배치된다. HP 블레이드 링 (8) 및 IP 블레이드 링 (9) 사이에는, HP 터빈부 (31) 및 IP 터빈부 (32) 를 시일하기 위한 더미 링 (10) 이 형성된다. 또한, 블레이드 링 (8, 9), 더미 링 (10), 및 터빈 로터 (7) 근방의 위치에는, 이러한 부분으로의 증기 누설을 억제하기 위한 시일 핀부 (11) 가 형성된다.
더미 링 (10) 및 터빈 로터 (7) 은, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 의 출구 (T) 로부터의 증기 일부가 IP 터빈부 (32) 의 입구까지 흐름으로써 냉각된다. 특히, HP 터빈의 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 의 출구 (T) 로부터의 증기 일부는, HP 더미 링 (72a) 과 로터의 HP 더미부 사이를 HP 더미 증기 (72c) 로서 흐른다. 그 후, HP 더미 증기 (72c) 는 IP 더미 링 (73a) 과 로터의 IP 더미부 (73b) 사이에서 HP 더미 증기 (73c) 로서 흐른다. IP 더미 증기는 IP 더미 링 (73a) 의 내부면 및 로터 (7) 의 IP 입구를 냉각시킨다.
더미 링 (10) 에 반경방향으로 증기 배출로 (10a) 가 배치된다. HP 더미 증기 (72c) 는, 스러스트 밸런스에 의해, 증기 배출로 (10a) 를 통하여 화살표 (72d) 로 나타내는 방향으로 HP 터빈부 (31) 의 배기 증기관 (비도시) 까지 유도된다.
이러한 구조에서, HP 터빈부 (31) 의 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 의 출구 (T) 에서의 증기 온도는, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 의 입구 및 IP 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드 (9a1) 의 입구에서의 증기 온도보다 낮게 되어, HIP 터빈 (3) 의 HP 증기 및 IP 증기의 입구부 근방의 영역을 냉각시킬 수 있다.
HP 터빈부 (31) 및 IP 터빈부 (32) 가 상이한 케이싱에 수용되는 VHP-HP-IP-LP 구조를 가진다. 이러한 구조에서, HP 터빈과 IP 터빈의 입구부는, 제 1 단 정익 블레이드의 출구 각각으로부터의 증기에 의해 각각 냉각된다.
하지만, 종래의 증기 터빈 발전 플랜트에서, 증기는 HP 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 를 통하여 팽창한 후 냉각 증기로서 사용된다. 온도가 하강하더라도, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 로부터의 증기는, HP 터빈 (31) 안으로 흐르는 작동 증기에 대하여 큰 냉각 효과를 갖지 않는다.
HP 터빈부 (31) 의 제 1 단 정익 블레이드의 출구 (T) 에서의 증기 온도가, IP 터빈부 (32) 의 제 1 단 정익 블레이드 (9a1) 의 출구에서의 증기 온도 이상인 경우에, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 로부터의 증기는 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 의 냉각 증기로서 사용될 수 없다. HP 터빈부 (31) 의 제 1 단 정익 블레이드의 출구에서의 증기는, HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 에 사용되기 전의 증기이고, 그리하여 냉각 증기로서의 증기는 열효율 면에서 쓸모없다.
특허문헌 2 의 도 1 에 도시된 단일 케이싱 증기에서, HP 터빈부로부터의 배기 증기는 냉각 증기로서 배관 (105) 을 통하여 IP 블레이드 캐스캐이드부에 부분적으로 공급된다.
특허문헌 3 의 도 1 에 도시된 단일 케이싱 증기에서, HP 터빈부로부터의 배기 증기는 냉각 증기로서 스러스트 밸런스 관 (106) 을 통하여 IP 터빈부의 입구 (44) 에 공급된다.
특허문헌 4 에 개시된 고중간압 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈에 있어서, HP 터빈부의 제 1 단 로터 블레이드로부터의 증기는 케이싱의 외부에서 저온 증기와 열교환시킴으로써 냉각되는 열교환기 (16) 에 공급된다. 냉각된 증기는, HP 터빈부와 IP 터빈부를 서로 격리시키는 더미 시일부와 로터축과의 사이의 간극에 냉각 증기로서 공급된다.
특허문헌 2 의 도 1 및 특허문헌 3 의 도 1 에 도시된 단일 케이싱 유형의 증기 터빈의 종래의 냉각 장치는, 주로 중간압 터빈부의 입구부를 냉각시킨다. 이러한 냉각 장치는, 고압 터빈부와 중간압 터빈부를 분리하는 더미 시일부 및 그 더미 시일부의 내부측의 로터축을 냉각시키는 것으로 의도되지 않는다.
특히, 이러한 냉각 장치에서, 고압측 터빈부의 배기 증기의 압력은, 고압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드를 통하여 더미 시일부와 로터축 사이의 간극안으로 흐르는 작동 증기의 온도보다 낮게 설정되어, 배기 증기는 중간압 터빈부 쪽으로 흐르게 된다.
그리하여, 냉각 증기로서 공급될 고압 터빈부의 배기 증기와 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 증기는 하나로 합류되고 또한 중간압 터빈부 쪽으로 흘러 중간압 터빈부를 냉각시킨다. 따라서, 더미 시일부와 로터축 사이의 간극을, 제 1 단 정익 블레이드의 출구 증기의 온도 이하까지 냉각시킬 수 없다.
특허문헌 4 에 개시된 냉각 장치에 있어서, 열교환기는 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드를 통과하지만 많이 작동하지 않는 고온 증기를 냉각시키고, 열교환기에 의해 냉각된 증기는 고압 터빈부와 저압 터빈부를 나누는 더미 시일부에 공급된다. 이는, 열효율 면에서 불충분하고 또한 추가의 설비를 필요로 하기 때문에 비용이 높다.
고온 증기는 터빈 로터의 주위에서 순환하고, 또한 터빈 로터의 회전은 높은 응력을 발생시킨다. 그리하여, 터빈 로터는 고온 및 높은 응력을 견딜 수 있는 재료로 제조되어야 한다. 터빈 로터는 고온을 받는 영역에서 Ni 계 합금으로 제조된다. 하지만, Ni 계 합금은, 값비싸고 또한 제조가능한 크기에 대하여 제한된다. 그리하여, 필수 부분에 대해서만 Ni 계 합금을 사용하고, 다른 부분에 대해서는 12Cr 강, CrMoV 강 등의 내열성을 갖는 강을 사용하며 또한 필요한 영역과는 별도로 제조된다.
상이한 재료로 된 부분은 용접 등에 의해 연결되고, 이 연결 부분은 나머지 부분보다 강도가 낮다. 용접부가 증기 터빈부 각각을 나누는 더미 시일부의 내부측에 배치되는 경우에, 이 용접부는 종종 충분히 냉각된다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 제 2000-274208 호 특허문헌 2 : 일본 공개실용신안공보 평1-113101 호 특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 평9-125909 호 특허문헌 4 : 일본 공개특허공보 평11-141302 호
본 발명의 목적은, 이러한 종래 기술의 문제점를 감안하여, 다수의 증기 터빈이 단일 케이싱내에 수용되고 또한 더미 시일부가 이러한 터빈부 각각을 분리하는 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈을 구비한 증기 터빈 발전 설비에서, 더미 시일부 및 그 더미 시일부의 내부측에 배치되는 로터축의 냉각 효율을 향상시키는 냉각 장치를 달성하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 양태는, 저압 터빈보다 고압측에 배열되고 또한 다수의 터빈부를 단일 케이싱에 수용하여 더미 시일부가 상기 다수의 터빈부를 서로 격리시키는, 대향류 단일 케이싱 증기 터빈을 구비한 증기 터빈 발전 설비를 냉각시키는 방법이다. 상기 냉각 상기 방법은, 증기 터빈 발전 설비에서 발생하고, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 온도보다 낮은 온도를 가지며, 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 압력 이상의 압력을 가진 냉각 증기를, 상기 더미 시일부에 형성된 냉각 증기 공급로에 공급하는 단계와, 상기 냉각 증기 공급로를 통하여 상기 더미 시일부와 로터축 사이에 형성되는 간극에 상기 냉각 증기를 도입하여, 상기 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기에 대항하여 상기 간극에서 냉각 증기를 흐르게 함으로써, 상기 더미 시일부 및 이 더미 시일부 내측에 배열되는 로터축을 냉각하는 단계를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
냉각 방법에 있어서, 증기 터빈 발전 설비에서 발생된 냉각 증기는, 냉각 증기 공급로를 통하여 더미 시일부와 로터축 사이에 형성된 간극에 공급된다. 이러한 냉각 증기는, 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과하게 된다. 이렇게 함으로써, 종래의 냉각 방법에 비하여 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킨다. 또한, 냉각 증기의 압력을 상기 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 압력 이상으로 설정함으로써, 냉각 증기는 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기에 대항하여 간극내에 퍼질 수 있고, 그럼으로써 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 더 증가시킬 수 있다.
이러한 방식으로, 더미 시일부 및 터빈 로터의 온도 상승을 방지할 수 있고 또한 이러한 더미 시일부 및 터빈 로터의 관리를 유지하면서 이에 사용될 재료를 선택하는 자유를 증가시킬 수 있다. 특히, Ni 계 합금 등으로 제조되고 또한 고온 영역에 사용되는 터빈 로터의 Ni 계 합금 부분의 크기를 줄일 수 있어, 터빈 로터의 제조를 용이하게 한다.
본 발명의 양태에 있어서, 냉각 증기로서 증기 터빈 발전 설비에서 발생되는 다른 유형의 증기를 사용할 수 있고, 그럼으로써 확실하게 냉각 효과를 얻을 수 있다.
냉각 방법은, 상기 더미 시일부 및 로터축을 냉각하는 단계 이후에, 더미 시일부에 형성된 냉각 증기 배출로를 통하여 후속의 증기 터빈에 증기를 공급하도록 냉각 증기를 배출하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈은, 고압측 터빈부와 저압측 터빈부를 포함한다. 상기 고압측 터빈부와 저압측 터빈부는 상이한 압력의 작동 증기를 가진다. 이렇게 함으로써, 더미 시일부와 로터축을 냉각시킨 후에 간극에 냉각 증기가 체류하는 것을 방지하고 또한 냉각 증기의 교체를 원활하게 함으로써, 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다. 더미 시일부 및 로터축을 냉각시킨 냉각 증기는 냉각 증기 배출로로부터 배출된다. 따라서, 터빈부가 상이한 작동 증기의 압력을 가지더라도, 터빈 로터의 스러스트 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 냉각 방법에 있어서, 상기 냉각 증기 공급로는 냉각 증기 배출로보다 상기 저압측 터빈부에 더 근접한 측의 간극으로 개방할 수 있고, 상기 냉각 증기는 저압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기에 대항하여 상기 간극에서 흐른 후, 냉각 증기를 상기 고압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터 분기하는 증기와 함께 냉각 증기 배출로를 통하여 배출된다.
전술한 바와 같이, 냉각 증기는 간극에서 흐른 후, 고압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터 분기되는 증기와 함께 냉각 증기 배출로를 통하여 배출된다. 그리하여, 냉각 증기는 간극에 걸쳐서 신속하게 퍼질 수 있으므로, 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 로터축이 상이한 재료로 만들어지는 분할 부재를 연결함으로써 형성되고 또한 로터축을 형성하도록 상기 분할 부재를 연결하는 연결 부분이 상기 간극에 대면하여 형성되는 경우에, 본 발명의 냉각 방법에 따른 낮은 고온 강도를 가진 연결 부분의 냉각 효과를 개선시킬 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 냉각 방법을 달성하기 위해 직접 사용될 수 있는 냉각 장치로서, 본 발명의 다른 양태는, 저압 터빈보다 고압측에 배열되고 또한 다수의 터빈부를 단일 케이싱에 수용하여 더미 시일부가 상기 다수의 터빈부를 서로 격리시키는, 대향류 단일 케이싱 증기 터빈을 구비한 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치이다. 상기 냉각 장치는, 상기 더미 시일부에 형성되고 또한 상기 더미 시일부와 이 더미 시일부의 내측에 배열되는 로터축 사이의 간극으로 개방하는 냉각 증기 공급로와; 상기 냉각 증기 공급로에 연결되어, 증기 터빈 발전 설비에서 발생하고, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 온도보다 낮은 온도를 가지며, 출구에서의 작동 증기의 압력 이상의 압력을 가진 냉각 증기를, 상기 냉각 증기 공급로에 공급하는 냉각 증기관을 포함할 수 있고, 이에 한정되지 않는다. 상기 냉각 증기는 상기 냉각 증기 공급로를 통하여 더미 시일부와 로터축 사이의 간극안으로 흘러 상기 더미 시일부와 로터축을 냉각시킨다.
냉각 장치에 있어서, 증기 터빈 발전 설비에서 발생되는 냉각 증기는, 상기 냉각 증기 공급로를 통하여 더미 시일부와 로터축 사이에 형성된 간극에 공급된다. 냉각 증기는, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과한 작동 증기의 온도보다 낮은 온도를 가진다. 이렇게 함으로써, 종래의 냉각 장치에 비하여 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 단 정익 블레이드를 통과한 작동 증기의 압력 이상으로 냉각 증기의 압력을 설정함으로써, 냉각 증기는 제 1 단 정익 블레이드를 통과한 작동 증기에 대항하여 간극내에서 퍼질 수 있으므로, 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 더 증가시킬 수 있다.
이러한 방식으로, 더미 시일부 및 터빈 로터의 온도 상승을 방지하고 또한 이러한 더미 시일부 및 터빈 로터를 보전하면서 이러한 부분에 사용되는 재료를 선택하는 자유를 증가시킬 수 있다. 특히, Ni 계 합금 등으로 형성되고 또한 고온 영역에 사용되는 터빈 로터의 Ni 계 합금부의 크기를 줄일 수 있으므로, 터빈 로터의 제조를 용이하게 해준다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 증기 터빈 발전 설비에서 발생되는 다른 유형의 증기는 냉각 증기로서 사용될 수 있으므로, 확실하게 냉각 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 양태의 냉각 장치에 있어서, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈이, 작동 증기의 압력이 상이한 고압측 터빈부와 저압측 터빈부를 포함하는 경우에, 냉각 증기 배출로는 상기 더미 시일부에 형성되고 상기 간극으로 개방될 수 있고, 배출 증기는 상기 냉각 증기 배출로에 연결되어 상기 냉각 증기 배출로부터의 증기를 후속의 증기 터빈에 공급될 수 있으며, 냉각 증기는 상기 간극에 도입되어 상기 더미 시일부 및 로터축을 냉각시킨 후, 상기 냉각 증기 배출로로부터 후속의 증기 터빈에 증기를 공급하는 배기 증기관으로 배출될 수 있다.
이렇게 함으로써, 더미 시일부와 로터축을 냉각시킨 후에 간극내에 냉각 증기가 체류하는 것을 방지하고 또한 냉각 증기의 교체를 원활하게 하여, 그러므로 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다. 더미 시일부와 로터축을 냉각시킨 냉각 증기는 냉각 증기 배출로로부터 배출된다. 그리하여, 터빈부가 작동 증기의 상이한 압력을 가지더라도, 터빈 로터의 스러스트 밸런스를 유지할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 냉각 장치에 있어서, 상기 냉각 증기 공급로는 상기 냉각 증기 배출로보다 상기 저압측 터빈부에 더 근접한 측의 간극으로 개방되고, 상기 냉각 증기는, 상기 저압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기에 대항하여 상기 간극에서 흐른 후, 상기 고압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구에서 분기하여 상기 고압측 터빈부 측의 간극안으로 흐르는 증기와 함께 냉각 증기 배출로를 통하여 배출되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 냉각 증기는, 간극내에서 흐른 후, 고압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터 분기하는 증기와 함께 냉각 증기 배출로를 통하여 배출된다. 그리하여, 냉각 증기는 간극에 걸쳐서 신속하게 퍼질 수 있으므로,냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
냉각 장치에 있어서, 초고압 터빈이 제공되는 것이 또한 바람직하고, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 고압측 터빈부가 고압 터빈이며, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 저압측 터빈부가 저압 터빈이고, 상기 초고압 터빈의 배기 증기의 일부 또는 추출 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급된다.
초고압 터빈에서 작동된 배기 증기 또는 추출 증기는, 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로 사용되는 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구 증기보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다. 그리하여, 이러한 배기 증기 또는 추출 증기를 냉각 증기로서 사용함으로써, 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
냉각 장치에 있어서, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 고압측 터빈부의 배기 증기의 일부 또는 추출 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되는 것이 바람직하다. 고압측 터빈부의 배기 증기 또는 추출 증기는, 고압측 터빈부를 통과한 증기이고 또한 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로서 사용되는 고압 터빈의 제 1 단 정익 블레이드의 출구 증기의 온도보다 훨씬 낮은 온도를 가진다.
따라서, 배기 증기 또는 추출 증기를 냉각 증기로서 사용함으로써, 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
냉각 장치는, 증기를 과열시키도록 보일러내에 과열기를 더 포함할 수 있다. 상기 과열기로부터 추출된 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급된다.
보일러의 과열기로부터 추출된 추출 증기는, 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로서 사용되는 고압 터빈의 제 1 단 정익 블레이드의 출구 증기의 온도보다 훨씬 낮은 온도를 가진다.
따라서, 배기 증기 또는 추출 증기를 냉각 증기로서 사용함으로써, 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
냉각 장치는 보일러에 제공되어 증기 터빈으로부터의 배기 증기를 재가열하는 재가열기를 더 포함할 수 있고, 상기 재가열기로부터 추출된 재가열 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급될 수 있다.
보일러의 과열기로부터 추출된 추출 증기는, 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로서 사용되는 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구 증기의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다.
따라서, 배기 증기 또는 추출 증기를 냉각 증기로서 사용함으로써, 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
냉각 장치는, 고온 고압측의 제 1 고압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 고압 터빈부로 이루어지는 고압 터빈, 고온 고압측의 제 1 중간압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 중간압 터빈부로 이루어지는 중간압 터빈, 및 증기를 과열시키는 과열기를 구비한 보일러를 포함할 수 있다. 상기 제 1 고압 터빈부와 상기 제 1 중간압 터빈부는 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈으로서 구성될 수 있고, 상기 냉각 증기 공급로는 더미 시일부에 형성되며, 상기 과열기로부터 추출된 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급될 수 있다.
이러한 구성에 있어서, 과열기의 추출 증기는, 제 1 중간압 터빈부와 제 1 고압 터빈부로 나누는 로터축 및 더미 시일부를 냉각시키는 냉각 증기로서 사용된다. 추출 증기는, 과열기에 의해 가열되고 또한 과열기의 도중에 추출되며 제 1 중간 터빈부의 입구부에서 작동 증기의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다. 과열기의 추출 증기는, 보일러에서 설정 온도까지 가열되기 전에 추출된다. 추출 증기는, 종래의 냉각 방법의 경우에서와 같이 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드를 통과한 증기의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다. 추출 증기를 냉각 증기로서 사용함으로써, 충분한 냉각 효과를 얻을 수 있다.
냉각 장치는, 고압 터빈, 고온 고압측의 제 1 중간압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 중간압 터빈부로 이루어지는 중간압 터빈, 및 증기를 과열시키는 과열기를 구비한 보일러를 더 포함할 수 있다. 상기 고압 터빈과 상기 제 2 중간압 터빈부는 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈으로 구성될 수 있고, 상기 냉각 증기 공급로는 상기 더미 시일부에 형성된다. 상기 과열기로부터 추출된 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급될 수 있다.
이러한 구성에서, 과열기의 추출 증기는 고압 터빈 또는 제 2 중간압 터빈부를 나누는 더미 시일부와 이 더미 시일부의 내측에 배열된 로터축을 냉각시키는 냉각 증기로서 사용된다. 과열기의 추출 증기는 고압 터빈부 또는 제 2 중간압 터빈부의 입구에서의 작동 증기의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다. 그리하여, 종래의 경우에 비하여 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다. 추출 증기는 보일러에서 설정 온도까지 가열되기 전에 추출된다. 추출 증기는 종래의 냉각 방법의 경우에서와 같이 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 증기의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다.
냉각 장치는, 고온 고압측의 제 1 고압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 고압 터빈부로 이루어지는 고압 터빈과; 고온 고압측의 제 1 중간압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 중간압 터빈부로 이루어지는 중간압 터빈을 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 고압 터빈부와 상기 제 1 중간압 터빈부는 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈으로 구성하고, 상기 냉각 증기 공급로는 상기 더미 시일부에 형성된다. 상기 냉각 증기 배출로는, 더미 시일부에 형성되고 또한 상기 제 1 고압 터빈부의 배기 증기관에 연결될 수 있다. 상기 제 1 고압 터빈부의 블레이드 캐스캐이드 사이로부터 추출된 증기는 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되고, 상기 제 1 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기는 냉각 증기로서 상기 간극에 공급되며, 이러한 냉각 증기 둘 다는 합류하여 상기 냉각 증기 배출로를 통하여 상기 배기 증기관으로부터 배출된다.
이러한 구성에서, 제 1 고압 터빈부의 추출 증기는 더미 시일부 및 로터축을 냉각시키도록 냉각 증기로서 사용된다. 제 1 고압 터빈부의 추출 증기는 제 1 고압 터빈부의 입구부에서의 작동 증기의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다. 제 1 고압 터빈부의 추출 증기는, 터빈 로터에서 작동된 증기이다. 냉각 증기로서 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 증기를 사용하는 종래의 냉각 방법에 비하여, 제 1 단 고압 터빈의 추출 증기의 온도는 훨씬 더 낮다. 따라서, 종래의 경우보다 더 효과적으로 더미 시일부 및 로터축을 냉각시킬 수 있다.
제 1 고압 터빈부의 추출 증기에 의한 냉각 효과 이외에, 제 1 고압 터빈부의 작동 증기 입구부는 제 1 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 증기에 의해 냉각된다. 그 결과, 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 더 향상시킬 수 있다.
더미 시일부 및 로터축을 냉각시킨 추출 증기 및 제 1 단 정익 블레이드를 통과한 증기는 합류하여 냉각 증기 배출로를 통하여 배출된다. 그럼으로써, 더미 시일부와 로터축을 냉각시킨 후에 간극에서 냉각 증기가 체류하는 것을 방지하고, 또한 냉각 효과를 유지하면서 터빈 로터의 스러스트 밸런스를 양호하게 유지할 수 있다.
상기 구성 이외에, 냉각 장치는 상기 제 1 고압 터빈부의 블레이드 캐스캐이드 사이로부터 추출된 추출 증기를 냉각하는 냉각 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 추출 증기는 상기 냉각 유닛에 의해 냉각된 후, 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급된다.
상기 냉각 유닛은, 예를 들어, 추출 증기가 흐르는 핀형 배관 또는 나선형 배관을 포함할 수 있다. 추출 증기를 냉각시키도록 상기 배관에 냉각 공기를 보내도록 팬을 조합하여 사용할 수 있다. 대안으로, 냉각 유닛은, 추출 증기가 일방의 공간으로 도입되고 또한 냉각수가 타방의 공간으로 도입되어 추출 증기를 냉각시키는 이중 배관 구조를 가질 수 있다. 이는, 냉각 효과를 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 양태에 따른 냉각 방법에 의하여, 저압 터빈보다 고압측에 배열되고 또한 다수의 터빈부를 단일 케이싱에 수용하여 더미 시일부가 상기 다수의 터빈부를 서로 격리시키는, 대향류 단일 케이싱 증기 터빈을 구비한 증기 터빈 발전 설비를 냉각시키는 방법으로서, 상기 방법은, 증기 터빈 발전 설비에서 발생하고, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 온도보다 낮은 온도를 가지며, 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 압력 이상의 압력을 가진 냉각 증기를, 상기 더미 시일부에 형성된 냉각 증기 공급로에 공급하는 단계와, 상기 냉각 증기 공급로를 통하여 상기 더미 시일부와 로터축 사이에 형성되는 간극에 상기 냉각 증기를 도입하여, 상기 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기에 대항하여 상기 간극에서 냉각 증기를 흐르게 함으로써, 상기 더미 시일부 및 이 더미 시일부 내측에 배열되는 로터축을 냉각하는 단계를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 이렇게 함으로써, 많은 설비를 필요로 하지 않고, 또한 상기 더미 시일부 및 로터축의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
이로써, 더미 시일부나 터빈 로터의 보전 효과를 높일 수 있고 또한 이들 부재에 사용되는 재료 선택의 자유를 증가시킬 수가 있다. 특히, 고온 영역에 사용되는 Ni 계 합금 등으로 만들어지는 터빈 로터의 부품 크기를 저감시킬 수 있으므로, 터빈 로터의 제조를 용이하게 한다.
상기 더미 시일부 및 로터축을 냉각시킴으로써, 더미 시일부 및 로터축 주변의 회전부 또는 정지부에 용접 구조를 사용하는 경우에, 모재보다 강도가 낮아지는 것으로 예상되는 용접부에 강도를 제공할 수 있다. 이렇게 함으로써, 용접부의 강도 설계시 더 많은 자유를 제공해준다.
본 발명의 다른 양태에 따른 냉각 장치에 의하여, 저압 터빈보다 고압측에 배열되고 또한 다수의 터빈부를 단일 케이싱에 수용하여 더미 시일부가 상기 다수의 터빈부를 서로 격리시키는, 대향류 단일 케이싱 증기 터빈을 구비한 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치로서, 상기 냉각 장치는, 상기 더미 시일부에 형성되고 또한 상기 더미 시일부와 이 더미 시일부의 내측에 배열되는 로터축 사이의 간극으로 개방하는 냉각 증기 공급로와, 상기 냉각 증기 공급로에 연결되어, 증기 터빈 발전 설비에서 발생하고, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 온도보다 낮은 온도를 가지며, 출구에서의 작동 증기의 압력 이상의 압력을 가진 냉각 증기를, 상기 냉각 증기 공급로에 공급하는 냉각 증기관을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 상기 냉각 증기는 상기 냉각 증기 공급로를 통하여 더미 시일부와 로터축 사이의 간극안으로 흘러 상기 더미 시일부와 로터축을 냉각시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명의 양태에 따른 냉각 방법과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 1 은, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 1 바람직한 실시형태를 나타내는 계통도,
도 2 는, 도 1 의 HIP 터빈 (3) 의 작동 증기 입구부의 구조를 나타내는 단면도,
도 3a 는, 제 1 바람직한 실시형태의 변형예로서, 3 단 재가열 발전 플랜트의 실시예를 나타내는 도면,
도 3b 는, 제 1 바람직한 실시형태의 변형예로서, 4 단 재가열 발전 플랜트의 실시예를 나타내는 도면,
도 4 는, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 2 바람직한 실시형태를 나타내는 계통도,
도 5 는, 도 4 의 HP 터빈 (131) 의 작동 증기 입구부의 구조를 나타내는 단면도,
도 6 은, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 3 바람직한 실시형태를 나타내는 계통도,
도 7 은, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 4 바람직한 실시형태를 나타내는 계통도,
도 8 은, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 5 바람직한 실시형태를 나타내는 계통도,
도 9 는, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 6 바람직한 실시형태를 나타내는 계통도,
도 10 은, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 7 바람직한 실시형태를 나타내는 계통도,
도 11 은, 도 10 의 HIP1 터빈 (40) 의 작동 증기 입구부의 구조를 나타내는 단면도,
도 12 는, 종래 기술의 증기 터빈 발전 플랜트를 나타내는 계통도, 및
도 13 은, 도 12 의 HIP 터빈 (3) 의 증기 입구부의 구조를 나타내는 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 하지만, 특히 특정하지 않으면, 치수, 재료, 형상, 그 상대 위치 등은 설명을 위해서이고 본 발명의 범위를 한정하려는 취지가 아니다.
(제 1 바람직한 실시형태)
도 1 및 도 2 는, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 1 바람직한 실시형태를 나타낸다. 도 1 에서는, VHP 터빈 (1) 과, 과열기 (21), 제 1 단 재가열기 (22) 및 제 2 단 재가열기 (23) 를 구비한 2 단 재가열 보일러 (2) 와, HIP 대향류 단일 케이싱 형태의 증기 터빈 (3) 과, LP 터빈 (4) 을 포함하는 증기 터빈 발전 플랜트를 도시한다 (VHP-HIP-LP 형상).
고중간압 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈 (3) 은, 터빈 로터의 축에 단단히 설치되고 또한 단일 케이싱내에 수용되는 HP 터빈부 (31) 와 IP 터빈부 (32) 를 구비한다. 고중간압 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈 (3) 을 이하 HIP 터빈 (3) 이라고 한다.
보일러 (2) 의 과열기 (21) 에서 생성된 VHP 증기 (예를 들어, 700℃) 가 증기관 (211) 을 통하여 VHP 터빈 (1) 에 도입되어 VHP 터빈 (1) 을 구동시킨다. VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (예를 들어, 500℃) 의 일부는, 배기 증기관 (104) 을 통하여 보일러 (2) 의 제 1 단 재가열기 (22) 에 보내져서 재가열되어 HP증기 (예를 들어, 720℃) 를 생성한다. VHP 터빈 (1) 의 배기 증기의 나머지부는 증기 연통관 (100) 을 통하여 HIP 터빈 (3) 에 공급된다.
다음으로, 보일러 (2) 에서 생성된 HP 증기는, 증기관 (221) 을 통하여 HP 터빈부 (31) 에 도입되어 이 HP 터빈부 (31) 를 구동시킨다. HP 터빈부 (31) 의 배기 증기는, 배기 증기관 (311) 을 통하여 보일러 (2) 의 제 2 단 재가열기 (23) 에 보내져서 IP 증기 (예를 들어, 720℃) 를 생성한다. IP 증기는 증기관 (231) 을 통하여 IP 터빈부 (32) 에 도입되어 이 IP 터빈부 (32) 를 구동시킨다. IP 터빈부 (32) 의 배기 증기는, 크로스오버관 (321) 을 통하여 LP 터빈에 도입되어 이 LP 터빈 (4) 을 구동시킨다. LP 터빈 (4) 의 배기 증기는 응축기 (5) 에 의해 응축되어, 보일러 급수 펌프 (6) 에 의해 응축관 (601) 을 통하여 보일러 (2) 의 과열기 (21) 에 복귀된 후, 과열기 (21) 에 의해 과열되어 다시 VHP 증기를 생성시킨다. 이 VHP 증기는 VHP 터빈 (1) 으로 순환된다.
도 2 는, HIP 터빈 (3) 의 작동 증기 입구부 근방의 구조를 나타낸다. HP 증기 및 IP 증기의 입구부 근방의 HIP 터빈 (3) 에 있어서, 터빈 로터 (7) 의 외주면에, HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71), HP 더미부 (72), IP 더미부 (73) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 가 형성된다. HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 는 소정의 간격으로 배치된 HP 로터 블레이드 (71a) 를 구비한다. HP 로터 블레이드 (71a) 사이에는 HP 블레이드 링 (8) 의 HP 정익 블레이드 (8a) 가 배치된다. HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 의 최상류부에는, HP 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 가 배치된다.
IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 는 소정의 간격으로 배치된 IP 로터 블레이드 (74a) 를 구비한다. IP 로터 블레이드 (74a) 사이에는 IP 블레이드 링 (9) 의 IP 정익 블레이드 (9a) 가 배치된다. IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 의 최상류부에는 IP 제 1 단 정익 블레이드 (9a1) 가 배치된다. HP 블레이드 링 (8) 과 IP 블레이드 링 (9) 사이에는, HP 터빈부 (31) 및 IP 터빈부 (32) 를 시일하는 더미 링 (10) 이 형성된다. 또한, 블레이드 링 (8, 9), 더미 링 (10) 및 터빈 로터 (7) 에 대향하도록 상기 위치에, 상기 부분에 증기의 누설을 억제하도록 시일 핀부 (11) 가 형성된다. 시일 핀부 (11) 는 래비린스 시일 (labyrinth seal) 일 수 있다.
제 1 바람직한 실시형태에서, HP 터빈부 (31) 에 더 근접한 반경방향으로 더미 링 (10) 에 냉각 증기 공급로 (101) 가 형성된다. 냉각 증기 공급로 (101) 는 증기 연통관 (100) 에 연결된다. VHP 터빈 (1) 으로부터의 배기 증기 (s1) 는 냉각 증기 연통관 (100) 을 통하여 냉각 증기로서 냉각 증기 공급로 (101) 에 공급된다. 배기 증기 (s1) 의 압력은, HP 배출 증기 또는 IP 배출 증기의 압력이상으로 설정된다. HP 배출 증기는, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 를 통과하는 HP 증기이고, IP 배출 증기는 제 1 단 정익 블레이드 (9a1) 를 통과하는 IP 증기이다. 배기 증기 (s1) 의 온도, HP 배출 증기 및 IP 배출 증기의 온도보다 낮게 설정된다.
냉각 증기 공급로 (101) 는, 터빈 로터 (7) 의 외주면 (72) 에 개방하고, 그리하여 배기 증기 (s1) 는 터빈 로터 (7) 의 외주면 (72) 에 도달한다. 배기 증기 (s1) 는, 터빈 로터 (7) 의 축방향 양측으로 분기하여 더미 링 (10) 과 터빈 로터 (7) 사이의 간극 (720, 721) 안으로 흐른다. 배기 증기 (s1) 는 간극 (720, 721) 을 통하여 HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 쪽으로 흐른다. 이러한 방식으로, 배기 증기 (s1) 는, HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 에 도달한다.
냉각 증기 공급로 (101) 보다 IP 터빈부 (32) 에 더 근접한 측의 더미 링에서 반경방향으로 냉각 증기 배출로가 형성된다. 냉각 증기 배출로 (103) 의 일단부는, 배기 증기관 (102) 을 통하여 냉각 배기 증기 배출관 (311) 에 연결되고, 타단부는 간극 (721) 으로 개방된다.
바람직한 실시형태에서, 도 2 에 도시된 바와 같이, HP 터빈부 (31) 의 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 로부터의 HP 배출 증기의 압력, VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (s1) 의 압력, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 를 통과하여 냉각 증기 배출로 (103) 에 도달하는 HP 증기인 배기 증기 (s2) 의 압력, 및 IP 터빈부 (32) 의 제 1 단 정익 블레이드 (9a1) 으로부터의 IP 배출 증기의 압력을 각각 P0, P1, P2, 및 P3 라고 한다. 각각의 압력은 다음의 식 (1) 으로 나타나는 관계를 만족한다.
P1 ≥ P0 > P2 > P3 (1)
배기 증기 (s1) 는, 간극 (720) 안으로 흐르는 HP 배기 증기의 압력 및 간극 (721) 안으로 흐르는 IP 배기 증기의 압력 이상의 압력을 가진다. 그리하여, 배기 증기 (s1) 는 간극 (720, 721) 전체에 퍼질 수 있다. 이러한 방식으로, 배기 증기 (s1) 는, 간극 (720, 721) 에 대향하는 더미 링 (10) 및 터빈 로터 (7) 의 HP 더미부 (72) 를 냉각시킨다.
냉각 증기 (s1) 의 일부는, 스러스트 밸런스에 의해, 배기 증기 (s2) 로서 냉각 증기 배출로 (103) 로 안내된다. 배기 증기 (s2) 는 냉각 증기 배출로 (103) 에 연결되는 배기 증기관 (102) 으로부터 배기 증기관 (311) 에 배출된다. HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 각각은, 배기 증기 (s1) 가 흐르는 냉각 구멍 (71a2, 74a2) 을 가진다. 냉각 구멍 (71a2, 74a2) 각각은 제 1 로터 블레이드 (71a1, 74a1) 의 블레이드 홈의 저부 등에 형성된다. 그리하여, 배기 증기 (s1) 의 일부는, HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 의 캐스캐이드 각각에 도달할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, IP 터빈부 (32) 의 입구에서의 작동 증기의 온도 (예를 들어, 720℃) 보다 훨씬 낮은 온도를 가진 VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (s1) (예를 들어, 500℃) 의 일부는, 냉각 증기 공급로 (101) 로부터 더미 링 (10) 및 로터 (7) 의 더미부 (72) 사이의 간극 (720) 안으로 흐른다. 배기 증기 (s1) 의 일부는 HIP 터빈 (3) 의 작동 증기 입구부 근방까지 흐르고, 그리하여 간극 (720) 에 대면하는 더미 링 (10) 및 터빈 로터 (7) 의 더미부 (72) 를, 종래보다 더 효과적으로 냉각할 수 있다. 이는, VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (s1) 는, VHP 터빈 (1) 에서 작동된 증기이며, 또한 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로서 사용되는 HP 터빈부 (31) 의 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 로부터의 배출 증기보다 훨씬 더 낮은 온도를 가지기 때문이다.
더미 링 (10) 및 터빈 로터 (7) 의 더미부 (72) 의 보전 효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 부분에 사용되는 재료 선택의 자유를 증가시킬 수 있다. 특히, Ni 계 합금 등으로 이루어지고 또한 고온 영역에 사용되는 터빈 로터 (7) 의 Ni 계 합금부의 크기를 줄임으로써, 터빈 로터 (7) 의 제조를 용이하게 한다.
더미 링 (10) 및 터빈 로터 (7) 의 HP 더미부 (72) 를 냉각함으로써, 이러한 더미 링 (10) 및 더미부 (72) 주변의 회전부 또는 정지부에 용접 구조를 사용하는 경우에 모재보다 강도가 낮아지는 것으로 예상되는 용접부에 강도를 제공할 수 있다. 이는, 용접부의 강도 설계시 더 많은 자유를 제공해준다.
배기 증기 (s1) 의 일부는, 냉각 증기 공급로 (101) 보다 IP 터빈부 (32) 에 더 근접한 간극 (721) 안으로 흘려, 이 간극 (721) 에 대면하는 더미 링 (10) 및 IP 더미부 (73) 를 냉각시킬 수 있다. 또한, 배기 증기 (s1) 의 일부는, 냉각 구멍 (71a2, 74a2) 을 통하여 HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 의 블레이드 캐스캐이드 각각에 도달하여, 이러한 HP 블레이드 캐스캐이드부 (71) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 를 냉각할 수 있다. 이는, 블레이드 캐스캐이드에 재료의 선택, 강도 설계 및 재료 설계의 면에서 보다 더 자유를 주어, 실제의 터빈 설계를 용이하게 한다.
예를 들어, 도 2 에서는, 터빈 로터 (7) 가 용접에 의해 용접부 (w) 에서 상이한 재료로 제조되는 분할 부재를 연결함으로써 형성되는 경우를 나타낸다. 예를 들어, HP 터빈부 (31) 측의 분할 부재는 Ni 계 합금으로 제조되고, IP 터빈부 (32) 측의 분할 부재는 Ni 계 합금 또는 12Cr 강으로 제조된다. 이 경우에, 냉각 증기 공급로 (101) 는 용접부 (w) 근방의 간극으로 개방되어 배기 증기 (s1) 를 공급함으로써, 다른 부위보다 강도가 낮은 용접부를 충분히 냉각시킬 수 있다. 그리하여, 용접부 (w) 의 강도는 유지될 수 있다.
상기 제 1 바람직한 실시형태에서, 하나의 VHP 터빈 (1) 을 사용하는 예가 설명된다. 하지만, 다수의 VHP 터빈이 직렬로 연결되는 3 단 이상의 재가열 시스템을 가진 증기 터빈 발전 플랜트에 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 3a 에서는 직렬로 연결된 2 개의 VHP 터빈 (1a, 1b) 을 도시한다. 이 대표적인 경우에 있어서, 냉각 증기는 제 1 단 VHP 터빈 (VHP1) (1a) 으로부터 증기 연통관 (100) 을 통하여 HIP 터빈 (3) 에 공급된다. 대안으로, 냉각 증기는 제 2 단 VHP 터빈 (VHP2) (1b) 으로부터 증기 연통관 (100) 을 통하여 HIP 터빈 (3) 에 공급될 수 있다.
도 3b 에서는 직렬로 연결된 3 개의 VHP 터빈을 나타낸다. 이러한 대표적인 경우에 있어서, 제 1 단 VHP 터빈 (VHP1) (1a) 및 제 3 단 VHP 터빈 (VHP3) (1c) 으로부터의 냉각 증기는 증기 연통관 (100a , 100c) 을 통하여 HIP 터빈 (3) 에 공급된다.
1 개 이상의 VHP 터빈을 제공함으로써, 어떤 VHP 터빈이 냉각 증기로서 사용될 배기 증기를 얻는지를 임의로 선택하여, 설계의 자유를 증가시킨다. 다단 VHP 터빈이 있을 때, 터빈 블레이드 캐스캐이드상의 작동 증기 압력은 하류측 쪽으로 감소한다. 여기에서는 모든 VHP 터빈을 편의상 VHP 터빈으로 기재한다.
(제 2 바람직한 실시형태)
도 4 및 도 5 에서는, 본 발명이 적용가능한 증기 터빈 발전 플랜트의 제 2 바람직한 실시형태를 나타낸다. 바람직한 실시형태의 증기 터빈 발전 설비는, VHP 터빈 (1), 대향류를 형성하도록 단일 케이싱내에 2 개의 HP 터빈부 (31a0, 31b0) 를 가진 HP 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈 (131) (이하, HP 터빈 (131) 이라고 함), 대향류를 형성하도록 단일 케이싱내에 2 개의 IP 터빈부 (32a, 32b) 가진 IP 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈 (132) (이하, IP 터빈 (132) 이라고 함) 및 2 개의 LP 터빈 (4a, 4b) 을 포함한다 (VHP-HP-IP-LP).
보일러 (2) 의 과열기 (21) 에서 생성된 VHP 증기 (예를 들어, 700℃) 는 VHP 터빈 (1) 에 작동 증기로서 공급되어 VHP 터빈 (1) 을 구동시킨다. VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (예를 들어, 500℃) 는, 배기 증기관 (104) 을 통하여 보일러 (2) 에 복귀되어 제 1 단 재가열기 (22) 에 의해 재가열된다. 제 1 단 재가열기 (22) 에 의해 재가열된 HP 증기 (예를 들어, 720℃) 는, HP 터빈 (131) 의 고압 터빈부 (31a0, 31b0) 에 각각 작동 증기로서 공급되고 또한 고압 터빈부 (31a0, 31b0) 를 구동시킨다. 고압 터빈부 (31a0, 31b0) 의 배기 증기 (예를 들어, 500℃) 는, 배기 증기관 (311) 을 통하여 보일러 (2) 로 복귀되고 제 2 단 재가열기 (23) 에 의해 재가열된다.
제 2 단 재가열기 (23) 에 의해 재가열된 IP 증기 (예를 들어, 720℃) 는, IP 터빈 (132) 의 IP 터빈부 (32a0, 32b0) 에 각각 작동 증기로서 공급되고 이러한 IP 터빈부 (32a0, 32b0) 를 구동시킨다. IP 터빈부 (32a0, 32b0) 의 배기 증기는, 배기 증기관 (321) 을 통하여 LP 터빈 (4a, 4b) 에 각각 작동 증기로서 공급되고 이러한 LP 터빈 (4a, 4b) 을 구동시킨다.
바람직한 실시형태에서, VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (예를 들어, 500℃) 의 일부는, 증기 연통관 (100) 을 통하여 냉각 증기로서 HP 터빈 (131) 에 공급되어 HP 터빈 (131) 의 고온 증기 (작동 증기) 입구부 근방을 냉각시킨다. HP 터빈 (131) 의 배기 증기의 일부는, 증기 연통관 (110) 을 통하여 냉각 증기로서 IP 터빈 (132) 에 공급되어, IP 터빈 (132) 의 작동 증기 입구부 근방을 냉각시킨다.
도 5 는, 도 4 의 HP 터빈 (131) 의 작동 증기 입구부의 구조를 나타낸다. 도 5 에 도시된 바와 같이, HP 터빈 (131) 은, 터빈 로터 (7) 주변에 실질적으로 대칭으로 배열된 HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 를 가진다. HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 는 동일한 간격으로 배치된 HP 로터 블레이드 (71a, 71b) 를 가진다. HP 로터 블레이드 (71a, 71b) 사이에는, HP 블레이드 링 (8a0, 8b0) 의 HP 정익 블레이드 (8a, 8b) 가 배치된다.
HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 의 최상류부에는, HP 제 1 단 정익 블레이드 (8a1, 8b1) 가 배치된다. 좌우의 HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 사이에는, HP 터빈부 (31a0, 31b0) 의 HP 증기 입구부 사이를 시일하기 위한 더미 링 (10) 이 형성된다. 또한, HP 블레이드 링 (8a0, 8b0) 근방의 위치에 시일 핀부 (11) 가 형성되고, 더미 링 (10) 은 이러한 부분으로의 증기 누설을 억제하도록 터빈 로터 (7) 에 인접하게 있다.
바람직한 실시형태에서, HP 입구부 쌍의 사이에 반경방향으로 더미 링 (10) 에는 냉각 증기 공급로 (101) 가 형성된다. 이 냉각 증기 공급로 (101) 에는 VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (s1) 가 냉각 증기로서 도입된다. 이 냉각 증기 공급로 (101) 는, 터빈 로터 (7) 의 외주면 (72) 에 도달하고 또한 터빈 로터 (7) 와 더미 링 (10) 사이에 대칭으로 배열되는 간극 (720a, 720b) 과 연통한다. 냉각 증기 공급로 (101) 에 도입된 배기 증기 (s1) 는, 간극 (720a, 720b) 에서 양측의 HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 를 향하여 흐른다.
HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 및 제 1 단 로터 블레이드 (71a1, 71b1) 의 블레이드 홈의 저부 등에는, 냉각 증기 (s1) 가 흐르는 냉각 구멍 (71a2, 71b2) 이 형성된다. 바람직한 실시형태에서, IP 터빈 (132) 의 증기 입구부는 도 5 의 HP 터빈 (131) 과 동일한 구조를 가진다. 그러므로, IP 터빈 (132) 의 작동 증기 입구부는 여기에서 더 설명하지 않는다.
바람직한 실시형태에서, 냉각 증기 공급로 (101) 에 도입되는 VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (s1) 는, HP 터빈 (131) 의 입구에서의 HP 증기의 온도보다 충분히 낮을 뿐만 아니라 제 1 단 정익 블레이드 (8a1, 8b1) 를 통하여 간극 (720a, 720b) 으로 흐르는 HP 증기의 온도보다 낮은 온도 (예를 들어, 500℃) 를 가진다. 배기 증기 (s1) 의 압력은, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1, 8b1) 를 통하여 간극 (720a, 720b) 으로 흐르는 우회 증기의 압력보다 높게 설정된다.
도 5 에 도시된 바와 같이, VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (s1) 의 압력, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1, 8b1) 로부터의 HP 배출 증기 (우회 증기) 의 압력을, 각각 P1 및 P0 라고 한다. 압력 각각은 다음의 식 (2) 에 나타낸 관계를 만족한다.
P1 ≥ P0 (2)
그리하여, 배기 증기 (s1) 는, 상기 우회 증기에 대하여 간극 (720a, 720b) 에 걸쳐 모두 분포될 수 있다. 이에 의해, 더미 링 (10) 및 이 더미 링 내측의 터빈 로터 (7) 를 종래보다 더 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
이는, VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 (s1) 가 VHP 터빈 (1) 에서 작동되는 증기이고 또한 온도는 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로서 사용되는 HP 터빈부 (31a0, 31b0) 의 제 1 단 정익 블레이드의 증기 온도보다 훨씬 더 낮기 때문이다.
배기 증기 (s1) 는, HP 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 에 형성된 냉각 구멍 (71a2, 71b2) 을 통하여 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 안으로 흐르고, 그리하여 HP 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 도 냉각시킬 수 있다.
바람직한 실시형태에서, IP 터빈 (132) 의 IP 증기 입구부는 HP 터빈 (131) 의 HP 증기 입구부와 동일한 구조를 가진다. IP 터빈 (132) 의 입구에서의 IP증기의 온도보다 훨씬 낮은 온도를 가진 HP 터빈 (131) 의 배기 증기 (예를 들어, 500℃) 는 증기 연통관 (110) 을 통하여 IP 터빈 (132) 의 IP 증기 입구부에 냉각 증기로서 공급된다. 그리하여, IP 터빈 (132) 의 작동 증기 입구부 근방을 종래의 냉각 방법보다 더 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
HP 터빈 (131) 의 배기 증기는, HP 터빈부 (31a0, 31b0) 에서 작동되는 증기이고, 온도는 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로서 사용되는 IP 터빈부 (32a0, 32b0) 의 제 1 단 정익 블레이드 (비도시) 의 증기 온도보다 훨씬 낮다. 그리하여, 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
바람직한 실시형태에서는, HP 터빈 (131) 및 IP 터빈 (132) 의 각각의 압력과 온도 조건에 적절한 냉각 증기를 사용한다. 그리하여, HP 터빈 (131) 및 IP 터빈 (132) 각각의 고온 증기의 입구부를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
이로써, HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71a0, 71b0) 및 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (비도시) 에, 재료의 선택, 강도 설계 및 재료 설계 면에서 보다 더 자유를 주어, 실제의 터빈 설계가 용이하게 된다.
HP 터빈 (131) 및 IP 터빈 (132) 의 작동 증기 입구부를 냉각시킴으로써, 입구부 및 그 주변에서 회전부 또는 정지부에 용접 구조를 사용하는 경우에 모재보다 더 강도가 낮아지는 것으로 예상되는 용접부에 강도를 제공할 수 있다. 이는 용접부의 강도 설계시 보다 더 자유를 주게 된다. 이러한 점에 있어서도, 실제의 터빈 설계에 대해서 유리하다.
바람직한 실시형태에서, HP 터빈 (131) 및 IP 터빈 (132) 각각을 냉각하는 구조를 설명한다. 하지만, 필요에 따라 HP 터빈 (131) 및 IP 터빈 (132) 중 하나를 냉각시킬 수 있다.
(제 3 바람직한 실시형태)
본 발명을 증기 터빈 발전 플랜트에 적용한 제 3 바람직한 실시형태를 도 6 을 참조하여 설명한다. 제 1 바람직한 실시형태에서 VHP 터빈 (1) 의 배기 증기 대신에, VHP 터빈 (1) 의 중간단으로부터 추출된 추출 증기는 HIP 터빈 (3) 에 공급되고 도 6 에 도시된 바와 같이 제 3 바람직한 실시형태에서 냉각 증기로서 사용된다. 특히, 증기 연통관 (120) 은 VHP 터빈 (1) 의 중간단의 블레이드 캐스캐이드부 및 HIP 터빈의 냉각 증기 공급로 (101) 를 연결한다. 증기 연통관 (120) 은, VHP 터빈 (1) 의 중간단의 블레이드 캐스캐이드부의 추출 증기를 HIP 터빈 (3) 의 냉각 증기 공급로 (101) 에 공급한다.
그 밖의 구조는 상기 제 1 바람직한 실시형태와 유사하고, 그리하여, 제 1 바람직한 실시형태와 동일한 구조는 추가로 설명하지 않는다. 상기 추출 증기의 압력을 P1 이라고 하면, 추출 증기의 압력 (P1) 은 상기 식 (1) 을 만족한다.
VHP 터빈 (1) 으로부터 냉각 증기로서 HIP 터빈 (3) 에 공급되는 추출 증기는, HP 터빈부 (31) 의 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 또는 IP 터빈부 (32) 의 제 1 단 정익 블레이드 (9a1) 를 통하여 우회되는 증기보다 저온이며, 또한 이 우회 증기의 압력 이상의 압력을 가진다. 그리하여, 추출 증기는 더미 링 (10) 과 터빈 로터 (7) 의 HP 더미부 (72) 사이의 간극 (720, 721) 에 걸쳐서 퍼질 수 있고, 그럼으로써 더미 링 (10) 및 HP 더미부 (72) 의 냉각 효과를 향상시킨다.
증기를 추출하기 위해서 VHP 터빈 (1) 의 블레이드 캐스캐이드내의 위치를 임의로 선택함으로써, HIP 터빈 (3) 의 작동 증기 입구부를 냉각시키는 최적의 압력 및 온도를 가진 냉각 증기에 의해, HIP 터빈 (3) 의 작동 증기 입구부를 최적의 온도로 냉각시킬 수 있다.
(제 4 바람직한 실시형태)
도 7 에서는, 본 발명을 증기 터빈 발전 플랜트에 적용한 제 4 바람직한 실시형태를 나타낸다. 상기 제 1 바람직한 실시형태에서, HIP 터빈 (3) 의 냉각 증기로서 VHP 터빈 (1) 의 배기 증기의 일부를 사용하였다. 반대로, 제 3 바람직한 실시형태에서, VHP 증기를 생성하도록 가열되는 공정에서의 증기의 일부는 보일러 (2) 의 과열기 (21) 로부터 추출되어, 증기 연통관을 통하여 HIP 터빈의 작동 증기 입구부에 냉각 증기로서 공급된다. 그 밖의 구조는, 제 1 바람직한 실시형태와 동일하고, 그리하여 추가로 설명하지 않는다.
바람직한 실시형태에서, 펌프 (6) 로부터 보일러 (2) 에 공급되는 최종 급수를 과열시켜 VHP 증기를 생성하는 공정에서, 과열기 (21) 의 도중에 분기되는 보일러 추출 증기는 냉각 증기로서 HIP 터빈 (3) 에 공급된다. 이 보일러 추출 증기는, 과열기 (21) 내에서 충분히 과열된 온도 및 HIP 터빈 (3) 의 HP 터빈부 (31) 및 IP 터빈부 (32) 의 입구에서의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도 (예를 들어, 600℃) 를 갖는다. 특히, 추출 증기는 온도가 완전히 상승되지 않은 영역으로부터 추출되는 증기이다. 이 추출 증기는 HIP 터빈 (3) 에 공급된다. 보일러 추출 증기의 압력을 P1 이라고 했을 때, 이 추출 증기의 압력 (P1) 은, 상기 식 (1) 을 만족한다.
바람직한 실시형태에서, 과열기로부터의 보일러 추출 증기는 HP 터빈부 (31) 의 입구에서의 작동 증기의 온도보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다. 보일러 추출 증기는, HIP 터빈 (3) 의 HP 터빈부 (31) 또는 IP 터빈부 (32) 의 고온 증기의 입구부를 냉각시키도록 냉각 증기로서 사용된다. 그리하여, 종래의 경우에 비하여 HIP 터빈 (3) 의 고온 증기의 입구부 근방에서의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다. 이는, 과열기 (21) 로부터의 추출 증기가 보일러 (2) 의 설정 온도까지 완전히 가열되기 전의 증기이고 또한 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로서 사용되는 HP 터빈부 (31) 의 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 의 출구에서의 증기보다 훨씬 더 낮은 온도를 갖기 때문이다.
바람직한 실시형태의 변형예로서 과열기 (21) 로부터의 추출 증기를 냉각 증기로서 사용하는 대신에, 보일러 (2) 의 제 1 단 재가열기 (22) 또는 제 2 단 재가열기 (23) 의 추출 증기를 냉각 증기로서 사용할 수 있다.
(제 5 바람직한 실시형태)
도 8 은, 본 발명을 증기 터빈 발전 플랜트에 적용한 제 5 바람직한 실시형태를 나타낸다. 도 8 에서는, 과열기 (21) 와 재가열기 (22) 를 가진 보일러 (2), 2 개로 분할된 HP 터빈, 2 개로 분할된 IP 터빈, 및 1 개의 LP 터빈 (4) 을 도시한다 (HP1-IP1-HP2-IP2-LP).
상기 HP 터빈은, 고온 및 고압측의 제 1 HP 터빈부 (HP1 터빈부) (31a) 와 저온 및 저압측의 제 2 HP 터빈부 (HP2 터빈부) (31b) 로 분할된다. 상기 IP 터빈은, 고온 및 고압측의 제 1 IP 터빈부 (IP1 터빈부) (32a) 와 저온 및 저압측의 제 2 IP 터빈부 (IP2 터빈부) (32b) 로 분할된다. HP1 터빈부 (31a) 와 IP1 터빈부 (32a) 는 터빈 로터에 단단히 설치되어 단일 케이싱내에 수용되어 고중간압 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈 (40) (이하, HIP1 터빈 (40) 이라고 함) 을 구성한다.
HP2 터빈부 (31b) 와 IP2 터빈부 (32b) 는 터빈 로터에 단단히 설치되어 단일 케이싱내에 수용되어 고중간압 대향류 단일 케이싱의 증기 터빈 (42) (이하, H2P2 터빈 (42) 이라고 함) 을 구성한다. HIP1 터빈 (40), H2P2 터빈 (42) 및 LP 터빈 (4) 은 터빈 로터에 동축으로 연결된다.
바람직한 실시형태에서, 보일러 (2) 의 과열기 (21) 에서 생성된 HP 증기 (예를 들어, 650℃) 는, 증기관 (212) 을 통하여 HP1 터빈부 (31a) 에 도입되어 이 HP1 터빈부 (31a) 를 구동시킨다. HP1 터빈부 (31a) 의 배기 증기 (650℃ 미만) 는, HP 연통관 (44) 을 통하여 HP2 터빈부 (31b) 에 도입되어 이 HP2 터빈부 (31b) 를 구동시킨다. HP2 터빈부 (31b) 의 배기 증기는, 배기 증기관 (312) 을 통하여 재가열기 (22) 에 도입되어 재가열기 (22) 에서 재가열되어 IP 증기 (예를 들어, 650℃) 를 생성시킨다. 그 후, 이 IP 증기는, 증기관 (222) 을 통하여 IP1 터빈부 (32a) 에 도입되어 이 IP1 터빈부 (32a) 를 구동시킨다.
IP1 터빈부 (32a) 의 배기 증기 (650℃ 미만) 는, IP 연통관 (46) 을 통하여 IP2 터빈부 (32b) 에 도입되어 이 IP2 터빈부 (32b) 를 구동시킨다. 다음으로, IP2 터빈부 (32b) 의 배기 증기는, 크로스오버관 (321) 을 통하여 LP 터빈 (4) 에 도입되어 이 LP 터빈 (4) 을 구동시킨다. LP 터빈 (4) 의 배기 증기는 응축기 (5) 에 의해 응축되어, 보일러 급수 펌프 (6) 에 의해 가압된 후, HP 증기로서 HIP1 터빈 (40) 으로 다시 순환된다.
보일러 (2) 에서 HP 증기를 생성하도록 펌프 (6) 로부터 공급되는 최종 급수를 가열하는 공정에서, 과열기 (21) 의 도중에 분기되는 보일러 추출 증기는, 냉각 증기로서 HIP1 터빈 (40) 의 작동 증기 입구부에 공급된다. 이 보일러 추출 증기는, 과열기 (21) 내에서 충분한 과열된 온도 또한 HP1 터빈부 (31a) 및 IP1 터빈부 (32a) 의 입구에서의 온도보다 훨씬 낮은 온도 (예를 들어, 600℃) 를 갖는다. 특히, 이 추출 증기는 온도가 완전히 상승되지 않은 영역으로부터 추출된 증기이다. 이 추출 증기는 HIP1 터빈 (40) 에 공급된다. 이 추출 증기의 온도 조건 및 압력 조건은 상기 제 4 바람직한 실시형태와 동일하다.
HIP1 터빈의 작동 증기 입구부 근방의 구조는, 도 2 에 도시한 제 1 바람직한 실시형태와 동일하고 그리하여 추가로 설명하지 않는다.
제 5 바람직한 실시형태에서, 과열기 (21) 로부터의 보일러 추출 증기는 HP1 터빈부 (31a) 및 IP1 터빈부 (32a) 의 입구부에서의 작동 증기 온도보다 훨씬 낮은 온도를 가진다. 보일러 추출 증기는 HP1 터빈부 (31a) 및 IP1 터빈부 (32a) 의 고온 증기의 입구부를 냉각시키도록 냉각 가스로서 사용된다. 그리하여, 종래의 경우에 비하여 입구 근방에서의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다. 이는, 과열기 (21) 로부터의 추출 증기가 보일러 (2) 에 의해 설정 온도까지 완전히 가열되기 전의 증기이며 또한 종래의 냉각 방법에서 냉각 증기로서 사용되는 HP1 터빈부 (31a) 의 제 1 단 정익 블레이드의 출구에서의 증기보다 훨씬 더 낮은 온도를 가진다.
(제 6 바람직한 실시형태)
도 9 에서는, 본 발명을 증기 터빈 발전 플랜트에 적용한 제 6 바람직한 실시형태를 나타낸다. 상기 제 5 바람직한 실시형태에서, HP 터빈 (31) 은 다수의 터빈부로 분할된다. 반대로, 제 6 바람직한 실시형태에서, IP 터빈은 고온 고압측의 IP1 터빈과 저온 저압측의 IP2 터빈 (32b) 으로 분할된다. 또한, HP 터빈 (31) 과 IP2 터빈부 (32b) 은 터빈 로터에 단단히 설치되고 단일 케이싱내에 수용되어, 고중간압 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈 (HIP 터빈) (41) 을 구성한다 (IP1-HP-IP2-LP). IP1 터빈 (32a), HIP 터빈 (41), 및 LP 터빈 (4) 은, 단일 터빈 로터에 동축으로 연결된다.
제 6 바람직한 실시형태에서, 보일러 (2) 의 과열기 (21) 에서 생성된 HP 증기 (예를 들어, 650℃) 는, HIP 터빈 (41) 의 HP 터빈부 (31) 에 도입되어 이 HP 터빈부 (31) 를 구동시킨다. HP 터빈부 (31) 의 배기 증기는, 보일러의 재가열기 (22) 를 통과하여 IP 증기 (예를 들어, 650℃) 를 생성시킨다. 그 후, IP 증기는 IP1 터빈 (32a) 에 도입되어 이 IP1 터빈 (32a) 을 구동시킨다. IP1 터빈 (32a) 의 배기 증기 (600℃ 미만) 는, IP 연통관 (46) 을 통하여 IP2 터빈부 (32b) 에 도입되어 이 IP2 터빈부 (32b) 를 구동시킨다.
그 후, IP2 터빈부 (32b) 의 배기 증기는, 크로스오버관 (321) 을 통하여 LP 터빈 (4) 에 도입되어 이 LP 터빈 (4) 을 구동시킨다. LP 터빈 (4) 의 배기 증기는 응축기 (5) 에 의해 응축되고, 보일러 급수 펌프 (6) 에 의해 가압된 후, 보일러 (2) 로 복귀하여, HP 증기를 다시 생성시킨다. 그 후, HP 증기는 HP 터빈부 (31) 로 순환된다. 또한, 펌프 (6) 로부터 보일러 (2) 에 공급되는 최종 급수를 과열하여 HP 증기를 생성시키는 공정에서, 과열기 (21) 의 도중에 분기되는 보일러 추출 증기는, 냉각 증기로서 HIP 터빈 (41) 의 작동 증기 입구부에 공급된다.
이 보일러 추출 증기는, 과열기 (21) 내에서 충분히 과열된 온도 또한 HP 터빈부 (31) 및 IP2 터빈 (32b) 의 입구에서의 증기 온도보다 낮은 온도 (예를 들어, 600℃) 를 갖는다. 특히, 이 추출 증기는 온도가 완전히 상승되지 않는 영역으로부터 추출되는 증기이다. 이 추출 증기는 HIP 터빈 (41) 에 공급된다. 이 보일러 추출 증기의 온도 조건 및 압력 조건은 상기 제 5 바람직한 실시형태와 동일하다.
HIP 터빈 (41) 의 작동 증기 입구부의 구조는, 보일러 추출 증기가 VHP 배기 증기 대신에 냉각 증기로서 공급된다는 점을 제외하고, 도 2 에 도시한 제 1 바람직한 실시형태의 HIP 터빈 (3) 과 동일하다. 그리하여, 작동 증기 입구부는 여기에서 자세히 추가로 설명하지 않는다.
제 6 바람직한 실시형태에서, 보일러 (2) 의 과열기 (21) 로부터 추출되는 보일러 추출 증기는, HP 터빈부 (31) 및 IP2 터빈부 (32b) 의 입구부에서의 작동 증기의 온도보다 훨씬 낮은 온도를 가지며, 보일러 추출 증기는 HIP 터빈 (41) 의 작동 증기 입구부를 냉각시키도록 냉각 증기로서 사용된다. 그리하여, 종래의 경우에 비하여, HIP 터빈 (41) 의 작동 증기 입구부의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
(제 7 바람직한 실시형태)
도 10 에서는, 본 발명을 증기 터빈 발전 플랜트에 적용한 제 7 바람직한 실시형태를 나타낸다. 상기 제 5 바람직한 실시형태의 경우에서와 같이 HIP 터빈 (40) 으로의 냉각 증기로서 과열기 (21) 로부터의 추출 증기를 사용하는 대신에, 제 7 바람직한 실시형태에서, HP1 터빈부 (31a) 의 블레이드 캐스캐이드들 사이에서 추출되는 추출 증기가 냉각 증기로서 사용된다. 그 밖의 구조는 제 5 바람직한 실시형태와 유사하고, 그리하여 추가로 설명하지 않는다.
도 10 에서, HP1 터빈부 (31a) 의 추출 증기는, 증기 연통관 (724) 을 통하여 HIP1 터빈 (40) 의 작동 증기 입구부에 공급된다.
도 11 에서는, HIP1 터빈 (40) 의 작동 증기 입구부의 구조를 나타낸다. 이러한 구조는, 냉각 증기가 증기 입구부에 공급된 후 제 1 바람직한 실시형태와 상이한 배출 경로를 통하여 배출된다는 점을 제외하고, 일반적으로, 도 2 에 도시한 제 1 바람직한 실시형태의 작동 증기 입구부와 동일하다. 제 1 바람직한 실시형태와 동일한 그 밖의 구조는 여기에서 설명하지 않는다.
제 7 바람직한 실시형태에서, IP1 터빈부 (32a) 에 더 근접한 측의 반경방향으로 더미 링 (10) 에 냉각 증기 공급로 (101) 가 형성된다. 이 냉각 증기 공급로 (101) 는, 더미 링 (10) 과 터빈 로터 (7) 의 HP 더미부 (72) 및 IP 더미부 (73) 사이에 형성된 간극 (721, 723) 으로 개방된다. HIP1 터빈 (40) 의 HP1 터빈부 (31a) 의 블레이드 캐스캐이드 및 냉각 증기 공급로 (101) 는 증기 연통관 (724) 에 의해 연결된다. 블레이드 캐스캐이드들 사이로부터 추출된 추출 증기 (s1) 는, 냉각 증기로서 증기 연통관 (724) 을 통하여 냉각 증기 공급로 (101) 에 도입된다.
냉각 증기 공급로 (101) 보다 HP1 터빈부 (31a) 에 더 근접한 측에서 반경방향으로 더미 링에서 냉각 증기 배출로 (103) 가 형성된다. 이 냉각 증기 배출로 (103) 는, 터빈 로터 (7) 의 HP 더미부 (72) 와 더미 링 사이에 형성된 간극 (720, 721) 으로 개방된다. 냉각 증기 배출로 (103) 는 배기 증기관에 연결되고 또한 HP1 터빈부 (31a) 의 배기 증기를 배기 증기관 (44) 을 통하여 HIP2 터빈 (42) 의 HP2 터빈부 (31b) 에 작동 증기로서 공급한다.
HP1 터빈부 (31a) 의 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 의 출구 (T) 로부터의 HP 배출 증기의 일부는, HP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (71) 로부터 축방향 반대측에, HP 더미 링 (72a) 과 터빈 로터 (7) 사이의 간극 (720) 안으로 흐른다. 한편, HP1 터빈부 (31a) 의 블레이드 캐스캐이드 사이로부터 추출된 추출 증기 (s1) 는, 냉각 증기 공급로 (101) 를 통하여 더미 링 (10) 내측의 간극 (721) 안으로 흐른다. 그 후, 추출 증기 (s1) 의 일부는 간극 (723) 을 통하여 IP 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 쪽으로 흐르는 반면, 추출 증기 (s1) 의 나머지는, 간극 (721) 을 통하여 역방향, 즉 HP1 터빈부 (31a) 측 쪽으로 흐른다.
HP1 터빈부 (31a) 쪽으로 분기되는 추출 증기 (s1) 와, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 의 출구 (T) 로부터 분기하여 간극 (720) 을 통과하는 증기는, 합류하여, 냉각 증기 배출로 (103) 를 통하여 배출된다. 배기 증기 (s2) 는, 냉각 증기 배출로 (103) 를 통과한 후, 배기 증기관 (44) 을 통하여 HP2 터빈부 (31b) 에 작동 증기로서 공급된다. 냉각 증기 배출로 (103) 를 통과하는 배기 증기 (s2) 는, 터빈 로터 (7) 에 부하를 가하는 추진력과 균형을 이룰 수 있다.
HP1 터빈부 (31a) 의 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 의 출구 (T) 로부터 분기 하는 모든 증기는, 간극 (720) 을 통과하고 또한 IP1 터빈 블레이드 캐스캐이드부 (74) 로 흐르지 않고 냉각 증기 배출로 (103) 를 통하여 배기 증기관 (44) 으로 유도된다. HP1 터빈부 (31a) 의 추출 증기 (s1) 는, 압력이 HP1 터빈부 (32a) 의 배기 증기의 압력과 동일하거나 더 큰 위치에서 블레이드 캐스캐이드 사이로부터 추출될 수 있다.
도 11 에 도시된 바와 같이, HP1 터빈부 (31a) 의 입구부에 공급되는 작동 증기의 압력, HP 추출 증기 (s1) 의 압력, 제 1 단 정익 블레이드 (8a1) 를 통하여 냉각 증기 배출로 (103) 에 도달한 작동 증기인 배기 증기 (s2) 의 압력, 및 IP1 터빈부 (32a) 의 제 1 단 정익 블레이드의 출구에서의 증기압을 각각 P0, P1, P2, 및 P3 라고 한다. 압력 각각은 이하의 식 (3) 에 나타낸 관계를 만족한다.
P0 > P1 ≥ P2 > P3 (3)
추출 증기 (s1) 의 압력 (P1) 이 배기 증기 (s2) 의 압력 (P2) 또는 IP 제 1 단 정익 블레이드의 출구에서의 압력 (P3) 보다 높으면, 추출 증기 (s1) 는 제 1 단 정익 블레이드 (8a1, 9a1) 각각으로부터의 HP 증기 및 IP 증기의 배출 증기에 대하여 간극 (721, 723) 에 퍼질 수 있다. 추출 증기 (s1) 는, HP1 터빈 (32a) 에서 부분적으로 작동하는 증기이고, 또한 종래의 냉각 방법의 경우에서와 같이 냉각 증기로서 사용될 HP1 터빈부 (31a) 의 제 1 단 정익 블레이드로부터의 배출 증기의 온도보다 훨씬 낮은 온도를 가진다. 그리하여, 더미 링 (10) 및 이 더미 링 (10) 의 내측에 배치되는 터빈 로터 (7) 의 외주면 (72) 의 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
바람직한 실시형태에 의하면, HP1 터빈부 (31a) 의 추출 증기 (s1) 의 온도는, HP1 터빈부 (31a) 의 입구부 및 IP1 터빈부 (32a) 의 입구부에서의 작동 증기의 온도보다 훨씬 더 낮고, 이 추출 증기 (s1) 는 냉각 증기 공급로 (101) 를 통하여 로터 (7) 의 외주면 (72) 과 더미 링 (10) 사이의 간극 (721, 723) 에 걸쳐서 도입될 수 있다. 그리하여, 종래의 냉각 방법에 비하여 고온을 받게 되는 HIP1 터빈 (40) 의 작동 증기 입구부의 온도를 저감시킬 수 있다.
특히, 작동 증기 입구부 및 그 주변에서 회전부 또는 정지부에 용접 구조를 사용하는 경우에, 강도가 모재의 강도보다 낮아지는 것으로 예상되는 용접부에 강도를 제공할 수 있다. 이러한 점으로부터, 실제의 터빈 설계가 용이하게 된다.
특히, 상이한 재료로 된 다수의 분할 부재는 용접 등에 의해 함께 연결되어 터빈 로터 (7) 를 구성한다. 용접부 (w) 가 더미 링 (10) 의 내부측에 있는 경우에, 이 용접부 (w) 는 고온 분위기에 노출되어, 이 용접부 (w) 의 강도를 저감시킬 수 있다.
이에 대한 조치를 취하기 위해, 냉각 증기 공급로 (101) 로부터 냉각 증기 (s1) 를 간극 (721, 723) 에 도입하여, 용접부 (w) 의 냉각 효과를 향상시킨다. 이로써, 용접부 (w) 의 강도 저하를 방지할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, HP1 터빈부 (31a) 의 추출 증기 (s1) 는 냉각 증기로서 사용된다. 대안으로, HP1 터빈부 (31a) 의 배기 증기는 냉각 증기로서 사용될 수도 있다.
상기 제 7 바람직한 실시형태의 변형예로서, HP1 터빈부 (31a) 의 추출 증기 (s1) 는 도 11 에 나타내는 바와 같이 냉각기 (728) 에 도입될 수 있고 또한 냉각 증기 공급로 (101) 에 공급되기 전에 미리 냉각될 수 있다. 예를 들어, 추출 증기 (s1) 는 핀형 배관으로 구성된 열전달 배관, 열전달 면적이 증가된 나선형 배관 등을 통과하다. 더욱이, 팬이 조합되어 사용되어 냉각 공기를 열전달 배관에 전달함으로써, 추출 증기 (s1) 를 공랭시킨다.
대안으로, 열전달 배관이 이중 배관 구조를 가지면, 추출 증기 (s1) 는 일방의 통로로 공급되고, 냉각수는 타방의 통로로 공급되어 추출 증기 (s1) 를 수냉시킨다. 이러한 공정에서 회수되는 열은 다른 장치에 사용될 수 있다. 이로써, HIP1 터빈 (40) 의 작동 증기 입구부의 온도를 저온으로 확실하게 감소시킬 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 본원의 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 변경을 할 수 있음을 당업자에게 명백하다.
본 발명에 의하여, 증기 터빈 발전 설비에서, 작동 증기 압력이 상이한 다수의 증기 터빈을 단일 케이싱내에 수용하는 대향류 단일 케이싱 유형의 증기 터빈의 작동 증기 입구부 근방을 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 또한, 본 발명은, VHP-HIP-LP 및 VHP-HP-IP-LP 등의 구조를 가진 모든 재가열 터빈에 적용가능하다.

Claims (15)

  1. 저압 터빈보다 고압측에 배열되고 또한 다수의 터빈부를 단일 케이싱에 수용하여 더미 시일부가 상기 다수의 터빈부를 서로 격리시키는, 대향류 단일 케이싱 증기 터빈을 구비한 증기 터빈 발전 설비를 냉각시키는 방법으로서, 상기 방법은,
    증기 터빈 발전 설비에서 발생하고, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 온도보다 낮은 온도를 가지며, 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 압력 이상의 압력을 가진 냉각 증기를, 상기 더미 시일부에 형성된 냉각 증기 공급로에 공급하는 단계와,
    상기 냉각 증기 공급로를 통하여 상기 더미 시일부와 로터축 사이에 형성되는 간극에 상기 냉각 증기를 도입하여, 상기 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기에 대항하여 상기 간극에서 냉각 증기를 흐르게 함으로써, 상기 더미 시일부 및 이 더미 시일부 내측에 배열되는 로터축을 냉각하는 단계를 포함하고,
    상기 더미 시일부 및 로터축을 냉각하는 단계 이후에, 더미 시일부에 형성된 냉각 증기 배출로를 통하여 후속의 증기 터빈에 증기를 공급하도록 냉각 증기를 배출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈은, 작동 증기의 압력이 상이한 고압측 터빈부와 저압측 터빈부를 포함하고,
    상기 냉각 증기 공급로는 냉각 증기 배출로보다 상기 저압측 터빈부에 더 근접한 측의 간극으로 개방하고,
    상기 냉각 증기는 저압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기에 대항하여 상기 간극에서 흐른 후, 냉각 증기를 상기 고압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터 분기하는 증기와 함께 냉각 증기 배출로를 통하여 배출되는 증기 터빈 발전 설비의 냉각 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터축은 상이한 재료로 만들어지는 분할 부재를 연결함으로써 구성되고,
    로터축을 형성하도록 상기 분할 부재를 연결하는 연결 부분은 상기 간극에 대면하여 형성되고, 상기 연결 부분은 냉각 증기에 의해 냉각되는 증기 터빈 발전 설비의 냉각 방법.
  3. 저압 터빈보다 고압측에 배열되고 또한 다수의 터빈부를 단일 케이싱에 수용하여 더미 시일부가 상기 다수의 터빈부를 서로 격리시키는, 대향류 단일 케이싱 증기 터빈을 구비한 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치로서, 상기 냉각 장치는,
    상기 더미 시일부에 형성되고 또한 상기 더미 시일부와 이 더미 시일부의 내측에 배열되는 로터축 사이의 간극으로 개방하는 냉각 증기 공급로와,
    상기 냉각 증기 공급로에 연결되어, 증기 터빈 발전 설비에서 발생하고, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 온도보다 낮은 온도를 가지며, 출구에서의 작동 증기의 압력 이상의 압력을 가진 냉각 증기를, 상기 냉각 증기 공급로에 공급하는 냉각 증기관을 포함하고,
    상기 냉각 증기는 상기 냉각 증기 공급로를 통하여 더미 시일부와 로터축 사이의 간극안으로 흘러 상기 더미 시일부와 로터축을 냉각시키고,
    상기 더미 시일부에 형성되고 상기 간극으로 개방되는 냉각 증기 배출로와,
    상기 냉각 증기 배출로에 연결되어 상기 냉각 증기 배출로부터의 증기를 후속의 증기 터빈에 공급하는 배기 증기관을 더 포함하고,
    상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈은 작동 증기의 압력이 상이한 고압측 터빈부와 저압측 터빈부를 포함하며,
    상기 냉각 증기는, 상기 간극에 도입되어 상기 더미 시일부 및 로터축을 냉각시킨 후, 상기 냉각 증기 배출로로부터 후속의 증기 터빈에 증기를 공급하는 배기 증기관으로 배출되고,
    상기 냉각 증기 공급로는 상기 냉각 증기 배출로보다 상기 저압측 터빈부에 더 근접한 측의 간극으로 개방되고,
    상기 냉각 증기는, 상기 저압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기에 대항하여 상기 간극에서 흐른 후, 상기 고압측 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구에서 분기하여 상기 고압측 터빈부 측의 간극안으로 흐르는 증기와 함께 냉각 증기 배출로로부터 배출되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
  4. 저압 터빈보다 고압측에 배열되고 또한 다수의 터빈부를 단일 케이싱에 수용하여 더미 시일부가 상기 다수의 터빈부를 서로 격리시키는, 대향류 단일 케이싱 증기 터빈을 구비한 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치로서, 상기 냉각 장치는,
    상기 더미 시일부에 형성되고 또한 상기 더미 시일부와 이 더미 시일부의 내측에 배열되는 로터축 사이의 간극으로 개방하는 냉각 증기 공급로와,
    상기 냉각 증기 공급로에 연결되어, 증기 터빈 발전 설비에서 발생하고, 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 다수의 터빈부 각각에 공급되고 또한 제 1 단 정익 블레이드를 통과하는 작동 증기의 온도보다 낮은 온도를 가지며, 출구에서의 작동 증기의 압력 이상의 압력을 가진 냉각 증기를, 상기 냉각 증기 공급로에 공급하는 냉각 증기관을 포함하고,
    상기 냉각 증기는 상기 냉각 증기 공급로를 통하여 더미 시일부와 로터축 사이의 간극안으로 흘러 상기 더미 시일부와 로터축을 냉각시키고,
    상기 더미 시일부에 형성되고 상기 간극으로 개방되는 냉각 증기 배출로와,
    상기 냉각 증기 배출로에 연결되어 상기 냉각 증기 배출로부터의 증기를 후속의 증기 터빈에 공급하는 배기 증기관을 더 포함하고,
    상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈은 작동 증기의 압력이 상이한 고압측 터빈부와 저압측 터빈부를 포함하며,
    상기 냉각 증기는, 상기 간극에 도입되어 상기 더미 시일부 및 로터축을 냉각시킨 후, 상기 냉각 증기 배출로로부터 후속의 증기 터빈에 증기를 공급하는 배기 증기관으로 배출되고,
    초고압 터빈을 더 포함하고,
    상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 고압측 터빈부가 고압 터빈이며,
    상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 저압측 터빈부가 저압 터빈이고,
    상기 초고압 터빈의 배기 증기의 일부 또는 추출 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈의 고압측 터빈부의 배기 증기의 일부 또는 추출 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    보일러에 제공되어 증기를 과열시키는 과열기를 더 포함하고,
    상기 과열기로부터 추출된 증기는 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    보일러에 제공되어 증기 터빈으로부터의 배기 증기를 재가열하는 재가열기를 더 포함하고,
    상기 재가열기로부터 추출된 재가열 증기는 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    고온 고압측의 제 1 고압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 고압 터빈부로 이루어지는 고압 터빈,
    고온 고압측의 제 1 중간압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 중간압 터빈부로 이루어지는 중간압 터빈, 및
    증기를 과열시키는 과열기를 구비한 보일러를 더 포함하고,
    상기 제 1 고압 터빈부와 상기 제 1 중간압 터빈부는 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈으로서 구성되고, 상기 냉각 증기 공급로는 더미 시일부에 형성되며,
    상기 과열기로부터 추출된 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    고압 터빈,
    고온 고압측의 제 1 중간압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 중간압 터빈부로 이루어지는 중간압 터빈, 및
    증기를 과열시키는 과열기를 구비한 보일러를 더 포함하고,
    상기 고압 터빈과 상기 제 2 중간압 터빈부는 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈으로 구성되고, 상기 냉각 증기 공급로는 상기 더미 시일부에 형성되며,
    상기 과열기로부터 추출된 증기는 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    고온 고압측의 제 1 고압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 고압 터빈부로 이루어지는 고압 터빈과,
    고온 고압측의 제 1 중간압 터빈부와 저온 저압측의 제 2 중간압 터빈부로 이루어지는 중간압 터빈을 더 포함하고,
    상기 제 1 고압 터빈부와 상기 제 1 중간압 터빈부를 상기 대향류 단일 케이싱 증기 터빈으로 구성하고, 상기 냉각 증기 공급로는 상기 더미 시일부에 형성되며,
    상기 냉각 증기 배출로는, 더미 시일부에 형성되고 또한 상기 제 1 고압 터빈부의 배기 증기관에 연결되며,
    상기 제 1 고압 터빈부의 블레이드 캐스캐이드 사이로부터 추출된 증기는 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되고, 상기 제 1 고압 터빈부의 제 1 단 정익 블레이드의 출구로부터의 증기는 냉각 증기로서 상기 간극에 공급되며, 이러한 냉각 증기 둘 다는 합류하여 상기 냉각 증기 배출로를 통하여 상기 배기 증기관으로부터 배출되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 고압 터빈부의 블레이드 캐스캐이드 사이로부터 추출된 추출 증기를 냉각하는 냉각 유닛을 더 포함하고,
    상기 추출 증기는 상기 냉각 유닛에 의해 냉각된 후, 상기 냉각 증기로서 상기 냉각 증기 공급로에 공급되는 증기 터빈 발전 설비용 냉각 장치.
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