KR101466457B1

KR101466457B1 - 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 조정 방법

Info

Publication number: KR101466457B1
Application number: KR1020127031324A
Authority: KR
Inventors: 다카시 마루야마; 아사하루 마츠오
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2014-11-28
Also published as: CN102906373A; WO2012002051A1; JP5517785B2; US20120017592A1; JP2012012970A; EP2589747A1; KR20130004403A; EP2589747B1; EP2589747A4; CN102906373B

Abstract

적어도 고압 익렬, 중압 익렬 및 복수의 더미부가 공통의 회전축에 설치된 증기 터빈이며, 중압실로의 증기의 유입의 유무를 검지하는 검지 수단과, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지했을 때, 상기 복수의 더미부 중, 편측이 상기 중압실의 일부에 연통한 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차를 감소시키는 감압 수단과, 상기 검지 수단의 검지 결과에 의거하여 상기 감압 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한다.

Description

증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 조정 방법{VAPOUR TURBINE AND VAPOUR TURBINE THRUST ADJUSTMENT METHOD}

본 발명은 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 조정 방법에 관한 것이며, 특히 적어도 고압실 익렬, 중압실 익렬 및 복수의 더미부가 공통의 회전축에 설치된 증기 터빈의 회전축에 발생하는 스러스트력을, 밸런스시키는 것이 가능한 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 조정 방법에 관한 것이다.

증기 터빈에는, 회전축에 발생하는 스러스트력을 받기 위해서 스러스트 베어링이 설치되어 있다. 스러스트 베어링의 부하 능력에는 한계가 있기 때문에, 어떠한 운전 상태이어도 회전축에 발생하는 스러스트력은 베어링의 부하 능력을 초과하지 않도록, 스러스트 밸런스를 고려한 설계를 행할 필요가 있다.

그로 인해, 익렬과 같은 회전축에 더미부(더미 피스톤)를 장착, 상기 더미부에 의해 반스러스트 방향으로 작용하는 힘을 발생시켜, 회전축 전체적으로 축 방향으로 작용하는 힘을 밸런스시킴으로써, 어떠한 운전 상태이어도 스러스트 베어링이 베어링의 부하 능력 범위 내로 들어가도록 하고 있다.

도 13은 종래의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태를 도시하는 개략도이다.

도 13에 도시한 증기 터빈(1)은 회전축(10)을 둘러싸서 차실(도시하지 않음)이 형성되고, 상기 차실에는 고압 주증기(22), 재열 증기(24) 및 저압 주증기(26) 각각의 도입부(도시하지 않음)를 구비하고 있다.

또한, 회전축(10)에는, 고압 주증기(22)가 공급되는 고압 익렬(2), 재열 증기(24)가 공급되는 중압 익렬(4), 저압 주증기(26)가 공급되는 저압 익렬(6)이 순서대로 설치되어 있고, 중압 익렬(4)과 저압 익렬(6)은 증기의 입구측이 동일 방향이며, 고압 익렬(2)의 증기 입구측과 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 고압 익렬(2)의 증기 입구측과 중압 익렬(4)의 증기 입구측 사이에는, 고압 더미부(12)가 설치되어 있고, 고압 익렬(2)의 증기 출구측에는 순서대로 중압 더미부(14)와 저압 더미부(16)가 설치되어 있다. 또한, 중압 더미부(14)의 출구측과, 중압 익렬(4)의 후반부를 연통하는 스러스트 밸런스 관(30)이 설치되어 있다.

이상 구성의 증기 터빈(1)에 있어서, 도시하지 않은 보일러 등으로부터의 고압 주증기(22)는 고압 익렬(2)에 들어가서, 회전축(1)에 회전력을 부여하면서, 점차 온도·압력을 저하시켜 간다. 그리고, 고압 익렬(2)에서 일을 종료한 증기는 저온 재열 증기(28)로 되어서 증기 터빈(1) 외부로 배출된다. 증기 터빈(1)으로부터 배출된 저온 재열 증기는 증기 터빈 외부에서 재열 보일러(도시하지 않음)에 의해 재가열되어서 재열 증기(24)로 된다.

상기 재열 보일러에서 가열된 중압의 재열 증기(24)는, 중압 익렬(4)을 통과해서 회전축(10)에 회전력을 부여하면서, 점차 온도·압력을 저하시켜 간다. 또한, 저압 주증기(26)는, 저압 익렬(6)을 통과해서 회전축(10)에 회전력을 부여하면서, 점차 온도·압력을 저하시켜 간다.

또한, 고압 주증기(22)의 일부는 고압(HP) 더미부(12)를 흐르고, 고압 익렬(2)에서 일을 해서 온도·압력이 내려간 저온 재열 증기(28)의 일부는 중압(IP) 더미부(14) 및 저압(LP) 더미부(16)를 흐른다.

이 때, 각각의 익렬 및 더미부에서 회전축(1)에 발생하는 스러스트력을 ① 내지 ⑥으로 나타내는 동시에, 각 익렬(더미부) 사이의 압력값의 일 예를 도 13에 도시하고 있다. ① 내지 ⑥은 각각 저압 더미부(16), 중압 더미부(14), 고압 익렬(2), 고압 더미부(12), 중압 익렬(4), 저압 익렬(6)에서 발생하는 스러스트력을 도시하고 있다. 익렬에서 발생하는 스러스트력은 회전축에 설치된 익렬에 작용하는 가스력에 의거하여 산출할 수 있다. 또한, 더미부에 발생하는 스러스트력은 더미부 전후의 차압과 단면적에 의해 산출할 수 있다.

도 13에 도시한 바와 같이, 각 더미부(12, 14, 16) 및 스러스트 밸런스 관(30)을 설치함으로써, 증기 압력에 의한 스러스트의 밸런스를 취할 수 있다. 즉, 고압실 익렬(2)의 스러스트는 고압 더미부(12)와, 중압실 익렬(4)의 스러스트는 중압 더미부(14)와, 저압실 익렬(6)의 스러스트는 저압 더미부(16)와 밸런스하고, 증기 터빈(1) 전체적으로 스러스트의 밸런스를 취하고 있다.

또한, 증기 터빈에 있어서는, 스러스트 베어링의 손상을 방지하기 위해서는, 통상 운전시에 추가해서, 고압 주증기가 정지했을 경우 및 재열 증기가 정지했을 경우의 어느 것에 대해서도 스러스트의 밸런스를 취할 필요가 있다.

우선, 도 13에 도시한 증기 터빈(1)에 있어서, 트러블이나 운전 조정 등에 의해 고압 주증기(22)를 정지했을 경우에 대해서 생각한다. 도 14는 종래의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 고압 주증기 정지 상태를 도시하는 개략도이다.

도 14에 있어서, 고압 주증기(22)를 정지하면, 고압 익렬(2)에 도입되는 증기가 없어지고, 고압 익렬(2)에 있어서의 차압이 0이 된다. 그로 인해, 도 14에 도시한 바와 같이 ③으로 나타낸 스러스트력도 0이 된다. 또한, 고압 더미부(12)에 있어서의 차압도 매우 작아져 ④로 나타낸 스러스트력도 0에 가까운 값이 된다. 그로 인해, 도 14에 도시한 바와 같이, 고압 주증기(22)의 정지 상태에 있어서도, 증기 터빈(1) 전체적으로는 스러스트 밸런스를 취하고 있다.

다음에, 도 13에 도시한 증기 터빈(1)에 있어서, 트러블이나 운전 조정 등에 의해 재열 증기(24) 및 저압 주증기(26)를 정지했을 경우에 대해서 생각한다. 도 15는 종래의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태를 도시하는 개략도이다.

도 15에 있어서, 재열 증기(24) 및 저압 증기(26)를 정지하면, 중압 익렬(4) 및 저압 익렬(6)에 도입되는 증기가 없어지고, 중압 익렬(4) 및 저압 익렬(6)의 전후의 압력은 모두 거의 진공으로 된다. 그리고, 중압 익렬(4)의 후반부와 스러스트 밸런스 관(30)에 의해 연통되어 있는 중압 더미부(14)와 저압 더미부(16) 사이의 압력도 거의 진공이 된다.

이 경우, LP계(저압 부분)에 대해서는 저압 익렬(6), 저압 더미부(16)와 함께 전후 차압이 거의 0이 되기 때문에 발생하는 스러스트력은 거의 0이 된다.

IP계(중압 부분)에 대해서는 중압 더미부(14)에서 발생하는 스러스트력(②)은 출구부의 압력이 거의 진공이 되는 만큼 증가하고, 중압 익렬(4)의 전후의 차압이 거의 0이 되므로 중압 익렬(4)에서 발생하는 스러스트력(⑤)은 거의 0이 되기 때문에, 중압 더미부측 방향(도 15에 있어서의 좌측 방향)에 걸리는 스러스트력이 증대한다.

또한, HP계(고압 부분)에 대해서는 고압 익렬(2)에서 발생하는 스러스트력(③)은 통상 운전시와 거의 같지만, 고압 더미부(12)에서 발생하는 스러스트력(②)은 고압 더미부(12) 출구부의 압력이 거의 진공이 되는 만큼 증가하기 때문에, 고압 더미부 방향(도 15에 있어서의 우측 방향)에 걸리는 스러스트력이 증대한다.

여기서, IP계에 의해 증대하는 스러스트력은, HP계에 의해 증대하는 스러스트력보다도 크기 때문에, 증기 터빈(1) 전체적으로는 도 15에 있어서의 좌측 방향의 스러스트력이 증대하고, 스러스트력의 밸런스를 취하지 않게 된다.

재열 증기를 정지했을 경우에 있어서도 스러스트력의 밸런스를 취하기 위해서는, 고압 더미부(12)를 크게 해서 도 15에 있어서의 우측 방향의 스러스트력을 증대시켜서 밸런스를 취하는 것이 고려되지만, 이 경우 통상 운전시에 스러스트력의 밸런스를 취하지 않게 되기 때문에 적당하지 않다.

따라서, 도 13 내지 도 15에 있어서, 중압 더미부(14)를 작게 하는 동시에, 저압 더미부(16)를 크게 함으로써, 통상시 운전시, 고압 주증기 정지시 및 재열 증기 정지시의 어느 것에 있어서도 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있다.

또한, 기타의 기술로서, 특허문헌 1에는 증기 터빈에 발생하는 스러스트력을 베어링 메탈 온도 등에 의거해 계측하고, 그 결과에 의거해서 더미부에 작용하는 스러스트력을 전기 제어를 사용해서 조정하고, 증기 터빈 전체의 스러스트력의 밸런스를 취하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제평8-189302호 공보

그러나, 도 13 내지 도 15를 사용해서 설명한 종래의 기술에 있어서는, 통상 운전시, 고압 주증기 정지시에 추가해서, 재열 증기 정지시에 있어서도 스러스트의 밸런스를 취하기 위해서는, 전술한 바와 같이, 중압 더미부(14)를 작게 하고, 저압 더미부(16)를 크게 할 필요가 있다. 저압 더미부(16)를 크게 했을 경우, 그 외주부에 위치하는 케이싱이 커지기 때문에, 필연적으로 증기 터빈(1) 전체가 대형화되어서 비용 상승의 원인이 되는 것에 추가해서, 저압 더미부(16)의 직경이 커지면 거기에서 그라운드로 누출되는 증기량이 증가하고, 증기 터빈(1)의 성능이 저하될 가능성이 있다. 특히 최근, 저압실 익렬의 장대화가 진행되고, 그것에 수반하여 저압 더미부가 커지는 경향에 있어, 스러스트력의 밸런스를 취하기 위해서 저압 더미부를 크게 하는 것은 적당하지 않다.

또한, 특허문헌 1에 개시된 기술과 같이, 전기 제어를 사용해서 스러스트력의 밸런스를 취하는 기술에서는, 전기 계통의 신뢰성이 문제가 되는 경우도 상정된다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 저압 더미부를 대형화하지 않고, 게다가 복잡한 전기 제어를 사용하지 않고, 증기 터빈의 운전 범위 전체 영역에 있어서, 터빈의 회전축에 작용하는 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있는 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 조정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 증기 터빈의 발명으로서, 적어도 고압 익렬, 중압 익렬 및 복수의 더미부가 공통의 회전축에 설치된 증기 터빈에 있어서, 중압실로의 증기의 유입의 유무를 검지하는 검지 수단과, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지했을 때, 상기 복수의 더미부 중, 편측이 상기 중압실의 일부에 연통한 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차를 감소시키는 감압 수단과, 상기 검지 수단의 검지 결과에 의거하여 상기 감압 수단을 작동시키는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 중압실로의 상기의 유입이 정지했을 경우에 중압 더미부가 발생하는 스러스트력을 없앨 수 있기 때문에, 종래에는 중압 더미부가 발생하는 스러스트력을 밸런스시키기 위해서 필요했던 저압 더미부의 직경의 확대가 불필요하게 되기 때문에, 저압 더미부의 직경을 작게 할 수 있고, 게다가 복잡한 전기 제어를 사용하지 않고, 증기 터빈의 운전 범위 전체 영역에 있어서, 터빈의 회전축에 작용하는 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있다.

또한, 상기 감압 수단은, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측을 연결하는 제1 관로와, 상기 제1 관로에 배치되어 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차를 조절하는 제1 밸브를 포함하면 좋다.

이에 의해, 간단한 기구로 터빈의 회전축에 작용하는 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있다.

또한, 상기 감압 수단의 상기 편측 및 상기 중압실의 출구를 연결하는 제3 관로와, 상기 제3 관로에 배치된 제3 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지하고 있지 않음에도 불구하고 상기 제1 밸브가 개방했을 경우, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측에 압력차가 발생하도록 상기 제3 밸브를 개방하면 좋다.

이에 의해, 상기 제1 밸브의 고장시에 있어서도, 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있고, 증기 터빈의 신뢰성이 향상된다.

또한, 상기 감압 수단은, 상기 중압실의 상기 일부 및 상기 압력 조절 대상 더미부의 상기 편측을 연결하는 제2 관로와, 상기 제2 관로에 배치되어 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차를 조절하는 제2 밸브를 포함하고, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지했을 때, 상기 제2 밸브를 폐쇄할 수 있으면 좋다.

상기 제2 관로는, 종래의 증기 터빈에도 설치되어 있을 경우가 많다. 그로 인해, 기설된 종래의 증기 터빈을 개조할 때에 배관을 신설하지 않고, 기설된 상기 제2 관로에 상기 제2 밸브를 설치하는 것 만으로 감압 수단을 설치할 수 있고, 개조가 간단하다.

또한, 상기 제2 밸브를 바이패스하는 바이패스 관로를 배치하는 동시에, 상기 바이패스 관로에 오리피스를 설치하면 좋다.

이에 의해, 스러스트 밸런스의 간단하고 적절하게 유지할 수 있다.

또한, 상기 감압 수단의 상기 편측 및 상기 중압실의 출구를 연결하는 제3 관로와, 상기 제3 관로에 배치된 제3 밸브를 더 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지하고 있지 않음에도 불구하고 상기 제2 밸브가 폐쇄되었을 경우, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측에 압력차가 발생하도록 상기 제3 밸브를 개방하면 된다.

또한, 과제를 해결하기 위한 증기 터빈의 스러스트 조정 방법의 발명으로서, 적어도 고압 익렬, 중압 익렬 및 복수의 더미부가 공통의 회전축에 설치된 증기 터빈의 스러스트 조정 방법에 있어서, 중압실로의 증기의 유입이 정지했을 때, 상기 복수의 더미부 중 편측이 상기 중압실의 일부에 연통한 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차는 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측을 연결하는 제1 관로에 배치된 제1 밸브에 의해 감압 가능하면 좋다.

또한, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지하고 있지 않음에도 불구하고 상기 제1 밸브가 개방되었을 경우, 상기 편측 및 상기 중압실의 출구를 연결하는 제3 관로에 배치된 제3 밸브를, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측에 압력차가 발생하도록 개방하면 된다.

또한, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차는, 상기 중압실의 상기 일부 및 상기 압력 조절 대상 더미부의 상기 편측을 연결하는 제2 관로에 배치된 제2 밸브에 의해 감압 가능하면 좋다.

또한, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지하고 있지 않음에도 불구하고 상기 제2 밸브가 폐쇄했을 경우, 상기 편측 및 상기 중압실의 출구를 연결하는 제3 관로에 배치된 제3 밸브를, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측에 압력차가 발생하도록 개방하면 된다.

본 발명에 따르면, 저압 더미부를 대형화하지 않고, 게다가 복잡한 전기 제어를 사용하지 않고, 증기 터빈의 운전 범위 전체 영역에 있어서, 터빈의 회전축에 작용하는 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있는 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 조정 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 단차실 재열 증기 터빈의 구성을 도시하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 고압 주증기 정지 상태를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태에 있어서, 밸브가 이상 동작했을 경우의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태에 있어서, 밸브가 이상 동작해 대처를 실시한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태에 있어서, 다른 밸브가 이상 동작했을 경우의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태에 있어서, 다른 밸브가 이상 동작해 대처를 실시한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태에 있어서, 밸브가 정상으로 동작하지 않았을 경우의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태에 있어서, 밸브가 이상 동작해 대처를 실시한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 11은 실시형태 2에 있어서의 조정용 더미부를 설치한 고중압 증기 터빈을 도시하는 개략도이다.
도 12는 실시형태 3에 있어서의 조정용 더미부를 설치한 고중압 증기 터빈을 도시하는 개략도이다.
도 13은 종래의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태를 도시하는 개략도이다.
도 14는 종래의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 고압 주증기 정지 상태를 도시하는 개략도이다.
도 15는 종래의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태를 도시하는 개략도이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 적합한 실시예를 예시적으로 상세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특히 특정적인 기재가 없는 한은 본 발명의 범위를 그것에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

실시예

(실시형태 1)

도 1은 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 단차실 재열 증기 터빈의 구성을 도시하는 구성도이다. 도 1에 도시한 증기 터빈(1)은, 회전축(10)을 둘러싸서 저압 차실(32) 및 고중압 차실(34)이 형성되어 있다. 고중압 차실(34)에는 고압 증기(22)를 도입하는 고압 증기 도입부(23)와, 재열 증기(24)를 도입하는 재열 증기 도입부(25)를 구비하고 있다. 또한, 저압 차실(32)에는 저압 증기(26)를 도입하는 저압 증기 도입부(27)를 구비하고 있다.

또한, 회전축(10)에는, 고압 증기 도입부(23)로부터 고압 증기(22)가 공급되는 고압 익렬(2), 재열 증기 도입부(25)로부터 재열 증기(24)가 공급되는 중압 익렬(4), 저압 증기 도입부(27)로부터 저압 증기(26)가 공급되는 저압 익렬(6)이 순서대로 설치되어 있고, 중압 익렬(4)과 저압 익렬(6)은 증기의 입구측이 동일 방향이며, 고압 익렬(2)의 증기 입구측과 대향하도록 배치되고 있다. 또한, 고압 익렬(2)의 증기 입구측과 중압 익렬(4)의 증기 입구측 사이에는, 고압 더미부(12)가 설치되어 있고, 고압 익렬(2)의 증기 출구측에는, 순서대로 중압 더미부(14)와 저압 더미부(16)가 설치되어 있다. 또한, 중압 더미부(14)의 출구측과, 중압 익렬(4)의 일부를 연통하는 스러스트 밸런스 관(30)이 설치되어 있다.

도 2는 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태를 도시하는 개략도이다. 도 2에 있어서, 도 1 및 종래 기술의 도 13 내지 도 15와 동일한 부호는 동일 부품을 나타내 그 설명은 생략한다. 여기서, 통상 상태라 함은 고압 증기(22), 재열 증기(24), 저압 증기(26)의 모두 증기 터빈에 도입되어 있는 운전 상태를 말한다.

종래의 도 13과, 본 발명의 실시형태 1의 도 2의 차이는, 본 발명에 있어서는 중압 더미부(14)의 직경을 종래보다도 크게 하는 동시에, 저압 더미부(16)의 직경을 종래보다도 작게 하고 있다. 이에 의해, 저압 더미부(16)가 커지고, 증기 터빈(1) 전체가 언밸런스해지는 것을 방지하고 있다.

또한, 중압 더미부(14)의 입구측과 출구측을 연통하는 관로(42)와, 관로(42)상에 밸브(43)가 설치되어 있다. 또한, 밸브(43)보다도 중압 더미부(14)의 출구측에서 관로(42)에 접속되고, 중압실 익렬(4)의 출구측을 연통하는 관로(44)와, 관로(44)상에 밸브(45)가 설치되어 있다. 또한, 스러스트 밸런스 관(30)상에는 밸브(41)가 설치되어 있다.

또한, 제어 장치(52)가 설치되어 있고, 제어 장치(52)는 재열 증기 도입구(25)에 설치된 압력계(54)의 검지값을 판독하는 동시에, 상기 검지값에 의거하여 밸브(41, 42, 43)의 개폐를 제어하는 것이다. 통상 운전시, 즉 재열 증기(24)가 증기 터빈(1)에 도입되어, 압력계(54)가 재열 증기(24)가 통상 도시되는 범위의 압력을 검지하고 있을 경우에는, 제어 장치(52)에 의해 도 2에 도시한 바와 같이 밸브(41)를 개방으로 하고, 밸브(43 및 45)를 폐쇄로 한다. 또한, 이후에 있어서 밸브(41, 43, 45)는 개방 상태를 흑색으로 하고, 폐쇄 상태를 백색으로 표시하는 것으로 한다.

또한, 도 2에 있어서 단위(k)로 나타내는 수치는, 당해부에 있어서의 예시적인 압력이며, 단위는 kgf/㎠이며, 도 3 내지 도 10 및 도 13 내지 도 15에 대해서도 동일하다.

도 2에 도시한 바와 같이, 각 더미부(12, 14, 16) 및 스러스트 밸런스 관(30)을 설치함으로써, 통상 상태에 있어서는, 증기 압력에 의한 스러스트의 밸런스를 취하고 있다.

다음에, 도 2에 도시한 증기 터빈(1)에 있어서, 고압 주증기(22)를 정지했을 경우에 대해서 생각한다. 도 3은 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 고압 주증기 정지 상태를 도시하는 개략도이다. 또한, 도 3 이후에 있어서는, 제어 장치(52)의 도시를 생략한다.

도 3에 있어서, 고압 주증기(22)를 정지하면, 고압 익렬(2)에 도입되는 증기가 없어지고, 고압 익렬(2)에 있어서의 차압이 0이 된다. 그로 인해, 도 14에 도시한 바와 같이 ③으로 나타낸 스러스트력도 0이 된다. 또한, 고압 더미부(12)에 있어서의 차압도 매우 작아져 ④로 나타낸 스러스트력도 0에 가까운 값이 된다. 그로 인해, 도 3에 도시한 바와 같이, 고압 주증기(22)의 정지 상태에 있어서도, 증기 터빈(1) 전체적으로는 스러스트 밸런스를 취하고 있다.

다음에, 도 2에 도시한 증기 터빈(1)에 있어서, 재열 증기(24) 및 저압 주증기(26)를 정지했을 경우에 대해서 생각한다. 도 4는 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태를 도시하는 개략도이다.

도 4에 있어서, 재열 증기(24) 및 저압 증기(26)를 정지하면, 중압실 익렬(4) 및 저압실 익렬(6)에 도입되는 증기가 없어지고, 중압실 익렬(4) 및 저압실 익렬(6)의 전후의 압력은 모두 대략 진공이 된다. HP계(고압 부분)에 대해서는 고압 익렬(2)에서 발생하는 스러스트력(③)은 통상 운전시와 거의 동일하지만, 고압 더미부(12)에서 발생하는 스러스트력(②)은 고압 더미부(12) 출구부의 압력이 거의 진공이 되는 만큼 증가하기 때문에, 고압 더미부 방향(도 4에 있어서의 우측 방향)에 걸리는 스러스트력이 증대한다.

그리고, 제어 장치(52)(도 4에는 도시하지 않음)는, 압력계(54)(도 4에는 도시하지 않음)의 검지값으로부터 재열 증기(24)가 도입되지 않는다고 판단하면, 밸브(43)를 개방한다. 이에 의해, 중압 더미부(14)의 전후는 연통되어서 차압이 거의 0으로 된다. 즉, 종래 기술과 비교했을 경우, 종래 기술에 있어서 재열 증기(24)가 도입되지 않을 경우에 도면의 좌측 방향의 과대한 스러스트력이 발생하는 원인이었던 중압 더미부(14)의 스러스트력 발생을 멈출 수 있다.

그리고, 상기 HP계로 증대하는 스러스트력 만큼에 대략 상당하는 만큼 저압 더미부(16)에서 저압 더미부측 방향(도 4에 있어서의 좌측 방향)의 스러스트력이 생기도록 설계한 직경의 저압 더미부(16)에서 발생하는 스러스트력에 의해 증기 터빈(1) 전체적으로 스러스트력은 밸런스된다.

또한, 미리 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태에 있어서, 밸브(41, 43)를 개방으로 했을 경우에 스러스트력이 밸런스하는 것 같은 직경에 저압 더미부(16)의 직경을 설계해 두고, 통상 운전시 및 고압 주증기 정지 상태시의 스러스트력의 밸런스가 맞도록 중압 더미부(14)의 직경을 설계해 둔다. 이 경우, 상기한 바와 같이 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태에 있어서 중압 더미부(14)의 스러스트력 발생을 멈출 수 있기 때문에, 증기 터빈 전체가 언밸런스해지는 것을 방지하기 위해서 종래와 같이 저압 더미부(16)의 직경을 크게 할 필요가 없다. 따라서, 저압 더미부(16)의 직경을 작게 함으로써 그라운드로의 증기의 누출을 감소시킬 수 있고, 증기 터빈의 성능을 향상시킬 수 있다.

다음에 밸브(41, 43, 45)를 설치함으로써 일어날 가능성이 있는 이상 상태에 대한 대응에 대해서 설명한다.

우선, 밸브(43)의 이상시에 대해서 설명한다.

도 5는 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태에 있어서, 밸브(43)가 이상 동작했을 경우의 상태를 도시하는 개략도이다.

도 5에 있어서, 밸브(43)가 고장 등의 원인에 의해 이상 동작을 해서 개방이 되면, 중압 더미부(14)의 전후는 연통되어서 중압 더미부(14) 출구측의 압력이 상승하고, 중압 더미부(14)의 전후 차압은 거의 0이 되고, 중압 더미부(14)에 의해 발생하는 스러스트력이 거의 0이 되어서 스러스트력의 밸런스를 취하지 않게 된다.

이 경우, 스러스트 밸런스 관(30)에 설치한 압력계(56)의 검지값이 상승한다. 상기 검지값이 규정 이상으로 상승하면 제어 장치(52)(도 5에는 도시하지 않음)에 의해 밸브(43) 또는 밸브(41)가 이상 동작을 하고 있다고 판단한다.

제어 장치(52)에 의해 밸브(43) 또는 밸브(41)가 이상 동작을 했다고 판단하면, 제어 장치(52)는 밸브(45)를 개방으로 한다.

도 6은 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태에 있어서, 밸브(43)가 이상 동작 대처를 실시한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.

제어 장치(52)에 의해 밸브(45)를 개방으로 하면, 관로(44)에 의해 중압 더미부(14)의 출구측과 중압실 익렬(4)의 출구측이 연통되고, 중압 더미부(14)의 출구측의 증기의 일부가 중압실 익렬(4)의 출구측으로 흘러서 중압 더미부(14)의 출구측이 감압되고, 다시 중압 더미부(14)의 전후 차압을 할 수 있어서 스러스트력도 발생하고, 증기 터빈(1) 전체의 스러스트력의 밸런스를 취하게 된다. 또한, 관로(44) 및 밸브(45)는, 밸브(43)의 이상 개방시에, 밸브(45)를 개방함으로써 의해 밸브(43)를 통과하는 증기량과 거의 동일 양의 증기가 관로(44)를 흐르도록 미리 설계해 둘 필요가 있다.

이상과 같이, 밸브(43)에 이상이 발생해도 스러스트력의 밸런스를 계속해서 유지할 수 있고, 간단한 설비로 증기 터빈의 신뢰성을 높일 수 있다.

다음에, 밸브(41)의 이상시에 대해서 설명한다.

도 7은 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태에 있어서, 밸브(41)가 이상 동작했을 경우의 상태를 도시하는 개략도이다.

도 7에 있어서, 밸브(41)가 고장 등의 원인에 의해 이상 동작을 해서 폐쇄가 되면, 중압 더미부(14) 출구측의 증기가 스러스트 밸런스 관(30)을 통해서 중압 익렬(4)로 이동할 수 없게 된다. 한편으로, 중압 더미부(14)의 전후의 차압에 의해, 중압 더미부(14) 외주부에 설치되어 있는 래비린스 시일로부터 증기가 중압 더미부(14) 출구측으로 누출되어 오기 때문에, 중압 더미부(14)의 전후 차압은 거의 0이 되고, 중압 더미부(14)에 의해 발생하는 스러스트력이 거의 0이 되어서 스러스트력의 밸런스를 취하지 않게 된다.

이 경우, 스러스트 밸런스 관(30)에 설치된 압력계(56)의 검지값이 상승한다. 상기 검지값이 규정 이상으로 상승하면 제어 장치(52)(도 5에는 도시하지 않음)에 의해 밸브(43) 또는 밸브(41)가 이상 동작을 했다고 판단한다.

제어 장치(52)에 의해 밸브(43) 또는 밸브(41)가 이상으로 되었다고 판단하면, 제어 장치(52)는 밸브(45)를 개방으로 한다.

도 8은, 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 통상 운전 상태에 있어서, 밸브(41)가 이상 동작 대처를 실시한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.

제어 장치(52)에 의해 밸브(45)를 개방으로 하면, 관로(44)에 의해 중압 더미부(14)의 출구측과 중압실 익렬(4)의 출구측으로 연통되어, 중압 더미부(14)의 출구측의 증기의 일부가 중압 익렬(4)의 출구측에 흘러서 중압 더미부(14)의 출구측이 감압되고, 다시 중압 더미부(14)의 전후 차압이 가능해서 스러스트력도 발생하고, 증기 터빈(1) 전체의 스러스트력의 밸런스를 취하게 된다.

이상과 같이, 밸브(41)에 이상이 발생해도 스러스트력의 밸런스를 계속해서 유지할 수 있고, 간단한 설비로 증기 터빈의 신뢰성을 높일 수 있다.

다음에, 재열 증기 및 저압 주증기 정지시에 있어서의 밸브(41)의 이상시에 대해서 설명한다.

도 9는, 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태에 있어서, 밸브(43)가 이상 동작했을 경우의 상태를 도시하는 개략도이다.

도 4을 사용해서 설명한 바와 같이, 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태에서는 밸브(43)를 개방할 필요가 있지만, 밸브(43)가 작동하지 않고 닫힌 상태의 경우를 도 9에서는 도시하고 있다.

도 9에 있어서, 밸브(43)가 닫혀 있으면 중압 더미부(14)의 전후가 연통되지 않게 되기 때문에, 중압 더미부(14)의 전후로 차압이 발생하고, 스러스트력이 발생한다. 상기 스러스트력에 의해 증기 터빈(1) 전체의 스러스트력에 언밸런스가 발생한다. 게다가, 상기 언밸런스는 본 발명에 있어서는 중압 더미부 직경이 큰 만큼 종래보다도 큰 것이 된다.

이 경우, 스러스트 밸런스 관(30)에 설치한 압력계(56)의 검지값이 강하한다. 상기 검지값이 규정 이하로 하강하면 제어 장치(52)(도 9에는 도시하지 않음)에 의해 밸브(43)가 정상으로 작동하지 않고 있다고 판단한다.

제어 장치(52)에 의해 밸브(43)가 정상으로 작동하지 않고 있다고 판단하면, 제어 장치(52)는 밸브(41)를 폐쇄한다.

도 10은, 본 발명의 스러스트 조정용 더미부를 설치한 증기 터빈의 재열 증기 및 저압 주증기 정지 상태에 있어서, 밸브(43)가 정상으로 작동하지 않고 대처를 실시한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.

밸브(41)를 닫음으로써, 중압 더미부(14) 리크에 의해, 중압 더미부(14) 전후의 차압이 거의 0이 되고, 중압 더미부(14)에서의 스러스트력이 거의 0이 된다.

이에 의해, 도 4에 도시한 바와 같이 밸브(43)에 이상이 발생하고 있지 않은 경우와 동일의 압력 밸런스로 되고, 스러스트력의 밸런스도 취해지도록 된다.

즉, 밸브(43)에 이상이 발생해도 스러스트력의 밸런스를 계속해서 유지할 수 있다.

(실시형태 2)

본 발명의 기술은 고중압 터빈에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

도 11은 실시형태 2에 있어서의 조정용 더미부를 설치한 고중압 증기 터빈을 도시하는 개략도이다.

도 11에 도시한 고중압 증기 터빈(101)은 회전축(도시하지 않음)을 둘러싸서 차실(도시하지 않음)이 형성되고, 상기 차실에는 고압 증기, 중압 증기 각각의 도입부(도시하지 않음)를 구비하고 있다.

또한, 상기 회전축에는, 고압 증기가 공급되는 고압실 익렬(102), 중압 증기가 공급되는 중압실 익렬(104)이 각각 증기의 입구가 대향되도록 설치되어 있다. 또한, 고압실 익렬(102)의 증기 입구측과 중압실 익렬(104)의 증기 입구측 사이에는, 제1 더미부(111) 및 제2 더미부(112)가 설치되어 있고, 고압실 익렬(2)의 증기 출구측에는, 제3 더미부(113)가 설치되어 있다. 또한, 제1 더미부(111)와 제2 더미부(112)의 사이에, 제3 더미부(113)의 전후의 각각을 연통하는 밸런스 관(121)과, 제3 더미부(113)의 출구와 중압실 익렬의 출구를 연통하는 밸런스 관(122)이 설치되어 있다. 밸런스 관(121)은 제3 더미부의 전후 사이에 밸브(141), 밸런스 관(122)에는 밸브(142)가 설치되어 있다.

이상의 고중압 증기 터빈에 있어서, 통상 운전시, 고압 증기 정지시(HP 폐쇄) 및 중압 증기 정지시(IP 폐쇄)의 상태에 있어서의 스러스트력의 밸런스를 도 11 내의 표에 정리했다. 또한, 도 11 내의 표에 있어서의 스러스트력의 값은 설계값을 상대적으로 나타낸 것이며, 절대적인 수치가 아니다.

도 11에 도시한 바와 같이, 통상 운전시, HP 폐쇄 시에 있어서는 스러스트력의 대략 밸런스를 취할 수 있다. 한편으로, IP 폐쇄에는 주로 제3 더미부(113)에 발생하는 스러스트력에 의해 전체적으로 우방향의 언밸런스가 발생하지만, 여기에서 밸브(141)(CV1)를 개방하는 것에 의해 제3 더미부(113)의 전후 차압을 감소시킴으로써 증기 터빈 전체의 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있다. 또한, IP 폐쇄 시에 있어서 밸브(141)를 개방하는 것 대신에, 밸브(142)를 적절하게 폐쇄하는 것에 의해도, 제3 더미부(113)의 리크에 의해 제3 더미부(113)의 차압을 감소시킬 수 있고, 마찬가지로 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있다.

(실시형태 3)

도 12는 실시형태 3에 있어서의 조정용 더미부를 설치한 고중압 증기 터빈을 도시하는 개략도이다.

도 12에 있어서 도 11과 동일한 부호는 동일 부품을 나타내고, 그 설명은 생략한다.

도 12에 있어서는 도 11에 도시한 제2 더미부(112)를 제1 더미부(111)와 동일한 직경으로 해서 일체화한 제1 더미부(111')를 설치하고 있다. 또한, 밸런스 관(121)을 설치하지 않고 있다. 또한, 밸런스 관(122)에는, 밸브(142)를 바이패스하는 바이패스 배관(123)을 설치하고, 상기 바이패스 배관(123)에 오리피스(124)를 설치하고 있다.

이에 의해, IP 폐쇄시 이외는 실시형태 2와 마찬가지로 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있고, IP 폐쇄시에 있어서는 밸브(142)의 개방도를 조정함으로써 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있다.

이 경우에 있어서, 밸브(142)의 개방도를 미개방으로 할 필요가 있는 등, 밸브 개방도의 조정이 어려울 경우에는 밸브(142)를 폐쇄해서 오리피스를 사용하면 좋다. 이 경우, 오리피스(124)의 사이즈를 밸브(142)가 완전 폐쇄로 되었을 때에 제3 더미부(113) 이(裏)측압이 적절로 되도록 결정해 둔다.

즉, IP 폐쇄의 경우에는 밸브(142)가 폐쇄하고, 오리피스(124)를 통해서 증기가 흐르는 것에 의해 제3 더미부의 이측압이 적절하게 유지되어, 전체의 스러스트의 밸런스를 취하는 것으로 된다.

저압 더미부를 대형화하는 일이 없고, 게다가 복잡한 전기 제어를 사용하는 일이 없고, 증기 터빈의 운전 범위 전체 영역에 있어서, 터빈의 회전축에 작용하는 스러스트력의 밸런스를 취할 수 있는 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 조정 방법으로서 이용할 수 있다.

Claims

적어도 고압 익렬(2), 중압 익렬(4) 및 복수의 더미부(12, 14, 16)가 공통의 회전축(10)에 설치된 증기 터빈(1)이며,
중압실로의 증기의 유입의 유무를 검지하는 검지 수단(54)과,
상기 중압실로의 증기의 유입이 정지했을 때, 상기 복수의 더미부 중, 편측이 상기 중압실의 일부에 연통한 압력 조절 대상 더미부(14)의 양측의 압력차를 감소시키는 감압 수단과,
상기 검지 수단의 검지 결과에 의거하여 상기 감압 수단을 제어하는 제어 수단(56)을 구비하고,
상기 감압 수단은, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측을 연결하는 제1 관로(42)와, 상기 제1 관로에 배치되어 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차를 조절하는 제1 밸브(43)를 포함하고,
상기 감압 수단의 상기 편측 및 상기 중압실의 출구를 연결하는 제3 관로(44)와,
상기 제3 관로에 배치된 제3 밸브(45)를 더 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지하지 않고 있는데도 불구하고 상기 제1 밸브가 개방했을 경우, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측에 압력차가 발생하도록 상기 제3 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 감압 수단은, 상기 중압실의 상기 일부 및 상기 압력 조절 대상 더미부의 상기 편측을 연결하는 제2 관로(30)와, 상기 제2 관로에 배치되어 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차를 조절하는 제2 밸브(41)를 포함하고, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지했을 때, 상기 제2 밸브가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈.
제4항에 있어서, 상기 제2 밸브를 바이패스하는 바이패스 관로(123)를 배치하는 동시에, 상기 바이패스 관로에 오리피스(124)를 설치한 것을 특징으로 하는, 증기 터빈.
제4항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지하지 않고 있는데도 불구하고 상기 제2 밸브가 폐쇄했을 경우, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측에 압력차가 발생하도록 상기 제3 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈.
적어도 고압 익렬(2), 중압 익렬(4) 및 복수의 더미부(12, 14, 16)가 공통의 회전축(10)에 설치된 증기 터빈(1)의 스러스트 조정 방법이며,
중압실로의 증기의 유입이 정지했을 때, 상기 복수의 더미부 중 편측이 상기 중압실의 일부에 연통한 압력 조절 대상 더미부(14)의 양측의 압력차를 감소시키고,
상기 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차는, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측을 연결하는 제1 관로(42)에 배치된 제1 밸브(43)에 의해 감소 가능하고,
상기 중압실로의 증기의 유입이 정지하지 않고 있는데도 불구하고 상기 제1 밸브가 개방했을 경우, 상기 편측 및 상기 중압실의 출구를 연결하는 제3 관로(44)에 배치된 제3 밸브(45)를, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측에 압력차가 발생하도록 개방하는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 스러스트 조정 방법.
삭제
삭제
제7항에 있어서, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측의 압력차는, 상기 중압실의 상기 일부 및 상기 압력 조절 대상 더미부의 상기 편측을 연결하는 제2 관로(30)에 배치된 제2 밸브(41)에 의해 감소 가능한 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 스러스트 조정 방법.
제10항에 있어서, 상기 중압실로의 증기의 유입이 정지하지 않고 있는데도 불구하고 상기 제2 밸브가 폐쇄되었을 경우, 상기 편측 및 상기 중압실의 출구를 연결하는 제3 관로에 배치된 제3 밸브를, 상기 압력 조절 대상 더미부의 양측에 압력차가 발생하도록 개방하는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 스러스트 조정 방법.