KR101410391B1 - 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합화력발전소의 터빈장치에 설치된 베어링에 범프 포일을 대향되도록 이중 구조로 적용하고 베어링 측으로 관통된 하나 이상의 이동 경로로 외부의 공기와 냉각 유체를 유입시킴으로써 베어링의 냉각 성능을 향상시킨다.
본 발명은 베어링에 볼록 형태의 범프 포일을 볼록 부분이 대향되도록 형성하고 이로 인하여 서로 미끄럼 접촉하여 마찰되는 지점이 늘어나 댐핑 효과가 증가되며 이중 구조의 범프 포일에 의해서 베어링을 지지하여 발생된 힘을 흡수 및 완충하는 효과가 있다.

Description

화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치{Steam Turbine Power Plant for Thermal Power Generation}
본 발명은 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 복합화력발전소의 터빈장치에서 터빈 임펠러의 고속 회전시 베어링에 전달되는 열을 효과적으로 냉각시켜 터빈장치의 성능과 수명이 단축되는 것을 방지하는 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치에 관한 것이다.
복합화력발전소는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료의 연소에 의한 열에너지를 가스터빈(10)에서 회전력으로 변환시키고 이러한 회전력으로 발전기(20)를 구동시켜 전력을 생산하고 가스터빈(10)에서 배출되는 고온의 배기가스를 회수하여 배열회수보일러(HRSG, Heat Recovery Steam Generator)(30)에서 증기를 발생시키며 보일러에서 발생된 증기를 이용하여 증기터빈(40)과 발전기(50)를 구동시켜 전력을 생산한다.
터빈은 유체가 가지는 에너지를 기계적인 일로 전환시키는 회전형 장치를 나타내고, 증기터빈(40)은 상대적으로 고압 고온의 증기를 터빈 내부로 분사하여 터빈 블레이드(Blade)에 전달되는 증기와 에너지를 기계적인 일로 전환하고 상대적으로 저온, 저압의 증기를 배출하는 장치를 나타낸다.
복합화력발전소의 터빈장치는 압축기에서 압축되고 연소기에서 연소 과정을 거쳐 생성된 고온 고압의 작동유체가 팽창되어 출력을 발생시킴으로써 열에너지를 회전에너지를 변환시켜 압축기를 구동하며 압축기의 구동에 의하여 압축된 고압의 가스를 다시 연소기로 보내는 동작을 반복적으로 수행하는 브레이튼 사이클(Brayton Cycle)을 따라 구동된다.
한편, 연소기를 거친 고온 고압의 작동유체는 터빈 임펠러를 고속 회전시키면서 터빈 임펠러의 온도를 상승시킨다.
이러한 열은 터빈 임펠러의 회전축 상에 에어 포일 베어링에 전달되어 베어링의 성능과 수명이 단축되는 등 전체적인 터빈장치의 결합 발생 요인으로 작용된다.
대한민국 공개특허번호 제10-2004-0100580호(공개일: 2004년 12월 02일), 발명의 명칭: "복합화력발전소의 기동시간 단축을 위한 증기터빈 봉입증기 공급 방법 및 장치"
이와 같은 종래기술의 문제점과 필요성을 해결하기 위하여, 본 발명은 복합화력발전소의 터빈장치에서 터빈 임펠러의 고속 회전시 베어링에 전달되는 열을 냉각시키기 위해서 베어링 측으로 관통된 하나 이상의 이동 경로로 외부의 공기와 냉각 유체를 유입시켜 터빈장치의 성능과 수명이 단축되는 것을 방지하는 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치는,
연료의 연소에 의한 열에너지를 가스터빈에서 회전력으로 변환시키고 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하고 상기 가스터빈에서 배출되는 고온의 배기가스를 회수하여 배열회수보일러에서 증기를 발생시키며 보일러에서 발생된 증기를 이용하여 증기터빈과 발전기를 구동시켜 전력을 생산하는 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치에 있어서,
상기 증기터빈(100)은 길이 방향의 긴 축 형태로 원형의 터빈로터(110); 상기 터빈로터(110)의 외주면과 소정 간격 이격되어 상기 터빈로터(110)를 둘러싸여 외장의 역할을 하는 원통형의 스테이터부(160); 상기 터빈로터(110)의 일단부와 연결되고, 작동유체를 흡입하여 압축하는 압축부(120); 상기 압축부(120)로부터 압축된 상기 작동유체를 연소하는 연소부(130); 상기 터빈로터(110)의 타단부와 연결되고, 상기 연소부(130)로부터 연소된 작동유체를 공급받아 축일을 생성하여 상기 터빈로터(110)를 통하여 상기 압축부(120)에 전달하는 팽창부(140)로 이루어지고,
상기 팽창부(140)는 상기 작동유체를 팽창시키기 위하여 형성되는 터빈 블레이드(142)와, 상기 터빈로터(110)와 축 연결되는 구동축(143)과, 상기 구동축(143)의 외주면으로부터 돌출되게 형성되는 돌기부(144)로 구성되는 터빈 임펠러(141)와, 내면이 상기 돌기부(144)의 단부에 접촉되게 체결되고 상기 구동축(143)으로부터 이격되는 슬리브(146)와, 상기 슬리브(146)를 지지하며 상기 팽창부(140)의 원활한 회전을 유도하는 팽창부측 베어링(150)으로 구성되는 회전유도부(145)를 포함하며, 상기 팽창부측 베어링(150)은 외부 하우징을 형성하고 일측면이 관통되어 냉각 유체가 유입되는 냉각 유체 주입구(170)를 형성하며 내측면 일측에 온도를 측정하는 온도센서(400)가 형성된 원형의 베어링하우징(152)과, 상기 베어링하우징(152)의 내측면에 형성되어 일방향의 면에 일정한 간격마다 형성되어 상기 구동축(143)의 중심을 향해 반원형 볼록 형태의 주름이 원주 방향에 따라 형성되는 제1 범프(154a)와, 상기 제1 범프(154a)의 사이를 연결하는 제1 지지부(154b)를 포함한 제1 범프 포일(154)과, 상기 제1 범프(154a)와 대향되게 배치되어 상기 구동축(143)의 외부 방향을 향해 반원형 볼록 형태의 주름이 원주 방향에 따라 일정 간격 마다 형성되는 제2 범프(156a)가 상기 제1 범프(154a)와 일정한 간격 떨어져 있는 완충공간(190)을 형성하고 상기 제2 범프(156b)의 사이를 연결하는 제2 지지부(156b)를 포함한 제2 범프 포일(156)과, 상기 제2 범프 포일(156)의 내측면에 상기 슬리브(146)로부터 일정한 간격이 이격되어 공간을 형성하도록 상기 슬리브(146)의 주위를 감싸고 일정한 간격마다 이격되어 개방된 탑포일통로부(180)를 형성한 탑포일(158)을 형성하며,
상기 스테이터부(160)는 하단 일측 내측으로 송풍팬(200)을 설치하고 상기 송풍팬(200)과 연결되도록 내측으로 관통되어 외부의 공기가 유입되는 경로인 공기 유입구(210)를 형성하며, 상기 공기 유입구(210)를 상기 슬리브(146)의 외부면과 상기 탑포일(158)의 내측면 사이의 이격 공간(192)으로 연통되며, 상기 냉각 유체 주입구(170)와 연통되어 냉각 유체가 유입되도록 하단 일측 내측으로 관통된 유체이동로(320)를 형성하며,
상기 유체이동로(320)는 냉각 유체를 공급하는 공급부(310)와 연결되고, 상기 송풍팬(200), 상기 온도센서(400)와 상기 공급부(310)가 전기적으로 연결되며 상기 온도센서(400)에서 측정되는 온도를 피드백 받아 측정 온도가 기설정된 제1 온도 범위를 벗어난 경우, 상기 공급부(310)를 구동하여 냉각 유체를 상기 유체이동로(320)를 통해 상기 냉각 유체 주입구(170)로 유입되고, 측정 온도가 기설정된 제2 온도 범위를 벗어난 경우, 송풍팬(200)을 구동하여 외부의 공기를 공기 유입구(210)를 통해 슬리브(146)의 외부면과 탑포일(158)의 내측면 사이의 이격 공간(192)으로 유입된다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 화력발전소 특히, 복합화력발전소의 터빈장치에서 터빈 임펠러의 고속 회전시 베어링에 전달되는 열을 냉각시켜 터빈장치의 성능과 수명이 단축되는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명은 화력발전소 특히, 복합화력발전소의 터빈장치에서 설치된 베어링에 범프 포일을 대향되도록 이중 구조로 적용하여 서로 미끄럼 접촉하여 마찰되는 지점이 늘어나도록 하므로 댐핑 효과가 증가되며 이중 구조의 범프 포일에 의해서 베어링을 지지하여 발생된 힘을 흡수 및 완충시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치의 증기터빈을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치의 증기터빈을 나타낸 단면도이다.
그리고
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치의 증기터빈의 하단을 절단하여 위에서 본 모습을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
종래의 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치는 복합화력발전소의 터빈장치에서 터빈 임펠러의 고속 회전시 베어링에 전달되는 열로 인해 터빈장치의 성능과 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
이하 본 발명의 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치는 복합화력발전소의 터빈장치에서 터빈 임펠러의 베어링 측으로 관통된 하나 이상의 이동 경로로 외부의 공기와 냉각 유체를 유입시킴으로써 베어링의 냉각 성능을 향상시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치의 증기터빈을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치의 증기터빈을 나타낸 단면도이다.
증기터빈(100)은 터빈로터(110)와 압축부(120)와 연소부(130)와 팽창부(140)와 스테이터부(160)를 포함한다.
터빈로터(110)는 양단부에 각각 압축부(120)와 팽창부(140)가 물리적으로 축 체결되어 팽창부(140)에서 생성되는 축일을 압축부(120)에 전달하기 위한 것으로서, 긴 축의 형태로 마련된다. 여기서 축일은 축의 회전력이 포함될 수 있다.
압축부(120)는 후술하는 팽창부(140)로부터 생성된 축일을 터빈로터(110)로부터 제공받아 회전하고 작동유체를 흡입하여 압축하기 위한 것으로 일반적인 압축 임펠러의 형태로 마련된다.
압축부측 베어링(121)이 압축부(120)의 회전축을 지지하며, 압축부측 베어링(121)은 에어 포일 베어링이 이용된다.
한편, 레이디얼 방향을 지지하기 위한 압축부측 베어링(121)외에 터빈로터(110)에 의하여 발생하는 축추력(Thrust Force)을 지지하기 위한 스러스트 베어링(미도시)이 터빈로터(110) 상의 일영역에 구비되는 것이 바람직하다.
연소부(130)는 일단부가 압축부(120)와 연결되고 타단부는 팽창부(140)와 연결되어, 압축부(120)로부터 고압으로 압축된 작동유체를 고온으로 가열하기 위한 장치이다.
팽창부(140)는 연소부(130)로부터 고온 고압의 작동유체를 제공받아 회전함으로써 축일을 생성하여 압축부(120)를 강제 회전시키기 위한 것으로 터빈 임펠러(141)와 회전유도부(145)를 포함한다.
터빈 임펠러(141)는 고온 고압의 작동유체에 의하여 회전하는 터빈 블레이드(142)가 부착되고, 반대편 단부에는 구동축(143)이 형성됨으로써 구동로터의 단부와 물리적으로 체결된다.
한편, 구동축(143)의 외주면에는 길이방향을 따라서 형성되는 띠(stripe)형상의 돌기부(144)가 돌출 형성되며, 이러한 돌기부(144)는 구동축(143)의 외주면을 따라서 방사방향으로 소정 간격 이격되어 복수개가 마련된다.
돌기부(144)의 외면이 후술하는 회전유도부(145)의 슬리브(146)의 내주면과 밀착하며 결합되고 구동축(143)의 회전방향으로 따라 이격 형성되는 복수개 돌기부(144)의 외면을 연속적으로 연결하는 가상의 면이 실린더 형상을 나타내는 것이 바람직하다.
회전유도부(145)는 터빈로터(110)를 포함한 팽창부(140)의 원활한 회전을 유도하기 위한 부재로 슬리브(146)와 팽창부측 베어링(150)을 포함한다.
슬리브(146)는 소정의 두께를 가지고 내주면에 공간이 형성되고 종단면이 링 형상인 실린더 형의 부재로 구동축(143) 상에 장착된다.
따라서, 이에 의하면 슬리브(146)는 구동축(143) 상의 돌기부(144)와 밀착하며 열박음 됨으로써, 구동축(143)의 외주면과 열교환 하는 면적을 최소화하는 동시에 열박음을 통하여 체결력을 향상시킬 수 있다.
팽창부측 베어링(150)은 터빈 임펠러(141)의 고속 회전시에 마찰력을 저감시키고, 구동축(143)을 지지하여 일정한 위치에서 고정되도록 함으로써 원활한 회전을 유도하기 위한 부재이다. 본 실시예에서의 팽창부측 베어링(150)으로는 고속의 회전에 적합한 에어 포일 베어링(air foil bearing)이 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치의 도 2와 도 3에 도시된 증기터빈 하단 부분을 절단하여 위에서 본 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예의 팽창부측 베어링(150)은 슬리브(146)의 면으로부터 외부 방향으로 일정한 간격이 이격되어 슬리브(146)의 주위를 감싼다.
팽창부측 베어링(150)은 외부 하우징을 형성하는 원형의 베어링하우징(152)이 설치되고, 베어링하우징(152)의 내측면에 제1 범프 포일(Bump Foil)(154)이 설치되며, 제1 범프 포일(154)과 일정 공간을 이격하여 제1 범프 포일(154)과 대향되도록 제2 범프 포일(156)이 설치된다.
제2 범프 포일(156)의 내측면에는 슬리브(146)로부터 미세하게 일정 간격이 이격되어 공간을 형성하도록 슬리브(146)의 주위를 감싸는 탑포일(158)을 설치한다.
탑포일(158)은 슬리브(146)에 일정한 간격으로 이격되어 설치되고 그 이격 공간(192)에 공기가 유동하여 공기 윤활막을 형성한다.
제1 범프 포일(154)와 제2 범프 포일(156)은 일방향의 면에 일정한 간격으로 반원형 볼록 형태의 주름이 원주 방향에 따라 형성되고 구동축(143)의 축 하중을 지지하는 역할을 한다.
제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)은 구동축(143)이 회전하다가 정지하여 탑포일(158) 및 범프 포일(154, 156)에 축 하중이 가해지는 경우 축 하중에 의한 집중 하중 및 단기 하중을 감쇠시킨다.
제1 범프 포일(154)은 탄성 구조를 형성하는 복수개의 제1 범프(154a)와 복수개의 제1 범프(154a)의 사이를 연결하는 제1 지지부(154b)를 포함하고, 제2 범프 포일(156)은 탄성 구조를 형성하는 복수개의 제2 범프(156a)와 복수개의 제2 범프(156a)의 사이를 연결하는 제2 지지부(156b)를 포함한다.
제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)은 복수개의 제1 범프(154a)와 복수개의 제2 범프(156a)가 대향되도록 하고 그 사이의 공간이 일정 거리 이격되어 베어링하우징(152)의 내측면과 탑포일(158)의 외측면에 설치된다.
제1 범프 포일(154)와 제2 범프 포일(156)의 사이의 공간에는 고압 저온의 작동유체가 유동한다.
제1 범프(154a)는 반원형의 단면을 가지며, 제1 범프(154a)의 단면은 구동축(143)의 중심을 향해 볼록한 형상을 구비한다. 또한, 제1 범프(154a)는 제2 범프 포일(156)의 제2 범프(156a)와 대향되게 배치된다.
제1 지지부(154b)는 베어링하우징(152)의 내측면에 형성되고 베어링하우징(152)의 내측면에 접촉되어 내측면을 지지한다.
제1 범프(154a)는 탄성체 역할을 하면서 동시에 축 하중을 지지하는 역할을 하고, 제1 지지부(154b)는 감쇠 역할과 축 하중을 지지하는 역할을 한다.
제2 범프(156a)는 반원형의 단면을 가지며, 제2 범프(156a)의 단면은 구동축(143)의 외부 방향을 향해 볼록한 형상을 구비한다. 또한, 제2 범프(156a)는 제1 범프 포일(154)의 제1 범프(154a)와 대향되게 배치된다.
제2 지지부(156b)는 탑포일(158)의 외측면에 형성되고 탑포일(158)의 외측면에 접촉되어 탑포일(158)을 지지한다.
제2 범프(156a)는 탄성체 역할을 하면서 동시에 축 하중을 지지하는 역할을 하고, 제2 지지부(156b)는 감쇠 역할과 축 하중을 지지하는 역할을 한다.
제2 범프(156a)는 구동축(143)의 회전이 정지할 때 탑포일(158)을 통하여 전달받은 구동축(143)의 하중을 제1 범프(154a)로 전달한다.
베어링하우징(152)은 일측면이 관통되어 냉각 유체 주입구(170)를 형성하고, 냉각 유체 주입구(170)를 통해 유입되는 냉각 유체가 제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)의 완충공간(190)으로 흘러 들어간다.
터빈 임펠러(141)과 구동축(143)의 고속 회전으로 온도가 상승하면, 이러한 온도 상승은 팽창부측 베어링(150)의 온도가 상승하게 된다.
완충공간(190)으로 유입된 냉각 유체는 제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156), 베어링하우징(152)의 온도를 효과적으로 냉각시킨다.
제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)은 서로 미끄럼 접촉하여 마찰되는 지점이 늘어나 댐핑 효과가 증가되고 구동축(143)으로부터 힘이 가해질 때 지지 작용을 하여 발생된 힘을 흡수 및 완충하는 기능을 한다.
제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)은 범프 포일(154, 156)이 두 겹으로 구성되어 범프의 강성이 증가되고 감쇠 능력이 향상되며 지지 하중이 분산된다.
범프 포일(154, 156)은 2중 범프 포일로 구성되어 탄성 성능이 향상되고 이중 탄성 구조로 인해 빈번한 집중 하중 및 단기 하중이 가해져도 탄성 성능이 저하되지 않으며 하중을 분산시켜 마모 현상을 감소시킴으로써 팽창부측 베어링(150)의 수명을 향상시킨다.
완충공간(190)으로 유입된 냉각 유체는 팽창부측 베어링(150)의 냉각 기능 이외에 제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)의 사이에서 윤활막 역할을 하여 진동을 크게 감소시키고 제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)의 접촉으로 인한 마찰 현상을 감소시킨다.
스테이터부(160)는 터빈로터(110)를 둘러싸며 고정되어 외장의 역할을 수행한다. 스테이터부(160)는 내면이 터빈로터(110)의 외주면과 소정 간격 이격되도록 배치된다.
스테이터부(160)는 하단 일측 내측으로 송풍팬(200)이 설치되고, 송풍팬(200)으로부터 외부의 공기가 유입되는 경로인 공기 유입구(210)가 뚫려 있다.
공기 유입구(210)는 슬리브(146)의 외부면과 탑포일(158)의 내측면 사이의 이격 공간(192)으로 연통되어 있다.
스테이터부(160)는 하단 일측 내측으로 관통되어 냉각 유체가 유입되는 유체이동로(320)를 형성한다.
유체이동로(320)를 냉각 유체를 공급하는 외부의 공급부(310)와 연결되고, 공급부(310)에서 냉각 유체의 이동을 제어하는 제어부(300)와 전기적으로 연결되어 있다.
베어링하우징(152)의 내측면에는 팽창부측 베어링(150)의 표면이나 온도를 측정하기 위한 온도센서(400)가 설치된다.
온도센서(400)와 송풍팬(200)은 제어 신호를 송수신하여 콘트롤하는 제어부(300)와 전기적으로 연결되어 있다.
베어링하우징(152)의 냉각 유체 주입구(170)는 유체이동로(320)와 연통되어 있다.
제어부(300)는 공급부(310)를 제어하여 냉각 유체를 유체이동로(320)를 통해 냉각 유체 주입구(170)로 유입되도록 하고 제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)의 완충공간(190)으로 흘러 들어가도록 한다.
탑포일(158)은 일정한 간격마다 이격되어 개방된 탑포일통로부(180)를 형성한다.
송풍팬(200)으로부터 유입된 냉각 공기는 공기 유입구(210)를 통과하여 슬리브(146)의 외부면과 탑포일(158)의 내측면 사이의 이격 공간(192)으로 유입되고 탑포일(158)의 탑포일통로부(180)로 유입되어 탑포일(158)과, 제2 범프 포일(156) 및 제1 범프 포일(154)을 냉각시킨다.
제어부(300)는 온도센서(400)에서 측정되는 온도를 피드백 받아 송풍팬(200)과 공급부(310)를 제어하여 송풍팬(200) 또는 공급부(310)를 구동하며 송풍팬(200)과 공급부(310)를 동시에 구동할 수도 있다.
압축부(120)에 의하여 압축된 작동유체는 연소부(130)로 유입되고, 작동유체는 소정의 연료와 함께 연소되며, 연소열을 공급받는 작동유체는 가열되어 온도가 올라가게 된다.
연소부(130)로부터 배출되는 고온의 작동유체는 팽창부(140)로 제공되며, 고온의 작동유체는 구동축(143)을 중심으로 터빈 블레이드(142)를 회전시키며 팽창한다. 또한, 구동축(143)을 중심으로 외주면에 배치되는 팽창부측 베어링(150)은 팽창부(140)의 고속 회전을 원활하게 한다.
이러한 작동유체에 의하여 팽창부(140)는 축일을 발생시킨다. 팽창부(140)에서 발생되는 축일은 터빈로터(110)와 물리적으로 연결되는 압축부(120)에 제공되고, 이러한 축일은 압축부(120)의 지속적인 회전력을 제공한다.
한편, 터빈 블레이드(142)는 연소부(130)에서 연소열에 의하여 가열된 고온의 작동유체와의 열전달을 통하여 온도가 상승하며, 터빈 블레이드(142)와 열전달이 일어나도록 배치되는 회전유도부(145)의 온도도 급격히 상승하게 된다.
이하에서는 팽창부측 베어링(150)의 온도를 적정수준 이하로 낮추는 방법에 대하여 설명한다.
제어부(300)는 온도센서(400)에서 측정되는 온도를 피드백 받고 측정 온도가 기설정된 제1 온도 범위를 벗어난 경우, 공급부(310)를 구동하여 냉각 유체를 유체이동로(320)를 통해 베어링하우징(152)의 냉각 유체 주입구(170)로 유입하여 제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156)의 완충공간(190)으로 흘러 들어간다.
완충공간(190)으로 유입된 냉각 유체는 제1 범프 포일(154)과 제2 범프 포일(156), 베어링하우징(152)의 온도를 냉각시킨다.
이어서, 제어부(300)는 측정 온도가 기설정된 제2 온도 범위를 벗어난 경우, 송풍팬(200)을 구동하여 외부의 공기를 공기 유입구(210)를 통해 슬리브(146)의 외부면과 탑포일(158)의 내측면 사이의 이격 공간(192)으로 유입되고 탑포일(158)의 탑포일통로부(180)로 유입되어 탑포일(158)과, 제2 범프 포일(156) 및 제1 범프 포일(154)을 냉각시킨다.
다른 실시예로서, 제어부(300)는 공급부(310)와 송풍팬(200)을 제어하여 냉각 유체의 공급과 외부의 공기를 동시에 공급할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 먼저, 제어부(300)는 송풍팬(200)을 구동하여 외부의 공기를 팽창부측 베어링(150)으로 공급하고, 공급부(310)를 구동하여 냉각 유체를 팽창부측 베어링(150)으로 공급한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 증기터빈 110: 터빈로터
120: 압축부 121: 압축부측 베어링
130: 연소부 140: 팽창부
141: 터빈 임펠러 142: 터빈 블레이드
143: 구동축 144: 돌기부
145: 회전유도부 146: 슬리브
150: 팽창부측 베어링 152: 베어링하우징
154: 제1 범프 포일 156: 제2 범프 포일
158: 탑포일 160: 스테이터부
170: 냉각 유체 주입구 180: 탑포일통로부
190: 완충공간 200: 송풍팬
210: 공기 유입구 300: 제어부
310: 공급부 320: 유체이동로
400: 온도센서

Claims (1)

  1. 연료의 연소에 의한 열에너지를 가스터빈에서 회전력으로 변환시키고 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하고 상기 가스터빈에서 배출되는 고온의 배기가스를 회수하여 배열회수보일러에서 증기를 발생시키며 보일러에서 발생된 증기를 이용하여 증기터빈과 발전기를 구동시켜 전력을 생산하는 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치에 있어서,
    상기 증기터빈(100)은 길이 방향의 긴 축 형태로 원형의 터빈로터(110); 상기 터빈로터(110)의 외주면과 소정 간격 이격되어 상기 터빈로터(110)를 둘러싸여 외장의 역할을 하는 원통형의 스테이터부(160); 상기 터빈로터(110)의 일단부와 연결되고, 작동유체를 흡입하여 압축하는 압축부(120); 상기 압축부(120)로부터 압축된 상기 작동유체를 연소하는 연소부(130); 상기 터빈로터(110)의 타단부와 연결되고, 상기 연소부(130)로부터 연소된 작동유체를 공급받아 축일을 생성하여 상기 터빈로터(110)를 통하여 상기 압축부(120)에 전달하는 팽창부(140)로 이루어지고,
    상기 팽창부(140)는 상기 작동유체를 팽창시키기 위하여 형성되는 터빈 블레이드(142)와, 상기 터빈로터(110)와 축 연결되는 구동축(143)과, 상기 구동축(143)의 외주면으로부터 돌출되게 형성되는 돌기부(144)로 구성되는 터빈 임펠러(141)와, 내면이 상기 돌기부(144)의 단부에 접촉되게 체결되고 상기 구동축(143)으로부터 이격되는 슬리브(146)와, 상기 슬리브(146)를 지지하며 상기 팽창부(140)의 원활한 회전을 유도하는 팽창부측 베어링(150)으로 구성되는 회전유도부(145)를 포함하며, 상기 팽창부측 베어링(150)은 외부 하우징을 형성하고 일측면이 관통되어 냉각 유체가 유입되는 냉각 유체 주입구(170)를 형성하며 내측면 일측에 온도를 측정하는 온도센서(400)가 형성된 원형의 베어링하우징(152)과, 상기 베어링하우징(152)의 내측면에 형성되어 일방향의 면에 일정한 간격마다 형성되어 상기 구동축(143)의 중심을 향해 반원형 볼록 형태의 주름이 원주 방향에 따라 형성되는 제1 범프(154a)와, 상기 제1 범프(154a)의 사이를 연결하는 제1 지지부(154b)를 포함한 제1 범프 포일(154)과, 상기 제1 범프(154a)와 대향되게 배치되어 상기 구동축(143)의 외부 방향을 향해 반원형 볼록 형태의 주름이 원주 방향에 따라 일정 간격 마다 형성되는 제2 범프(156a)가 상기 제1 범프(154a)와 일정한 간격 떨어져 있는 완충공간(190)을 형성하고 상기 제2 범프(156b)의 사이를 연결하는 제2 지지부(156b)를 포함한 제2 범프 포일(156)과, 상기 제2 범프 포일(156)의 내측면에 상기 슬리브(146)로부터 일정한 간격이 이격되어 공간을 형성하도록 상기 슬리브(146)의 주위를 감싸고 일정한 간격마다 이격되어 개방된 탑포일통로부(180)를 형성한 탑포일(158)을 형성하며,
    상기 스테이터부(160)는 하단 일측 내측으로 송풍팬(200)을 설치하고 상기 송풍팬(200)과 연결되도록 내측으로 관통되어 외부의 공기가 유입되는 경로인 공기 유입구(210)를 형성하며, 상기 공기 유입구(210)를 상기 슬리브(146)의 외부면과 상기 탑포일(158)의 내측면 사이의 이격 공간(192)으로 연통되며, 상기 냉각 유체 주입구(170)와 연통되어 냉각 유체가 유입되도록 하단 일측 내측으로 관통된 유체이동로(320)를 형성하며,
    상기 유체이동로(320)는 냉각 유체를 공급하는 공급부(310)와 연결되고, 상기 송풍팬(200), 상기 온도센서(400)와 상기 공급부(310)가 전기적으로 연결되며 상기 온도센서(400)에서 측정되는 온도를 피드백 받아 측정 온도가 기설정된 제1 온도 범위를 벗어난 경우, 상기 공급부(310)를 구동하여 냉각 유체를 상기 유체이동로(320)를 통해 상기 냉각 유체 주입구(170)로 유입되고, 측정 온도가 기설정된 제2 온도 범위를 벗어난 경우, 송풍팬(200)을 구동하여 외부의 공기를 공기 유입구(210)를 통해 슬리브(146)의 외부면과 탑포일(158)의 내측면 사이의 이격 공간(192)으로 유입되는 화력발전용 증기터빈 발전 플랜트 장치.
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