KR101834095B1 - 두 개의 증기 공급부를 구비한 증기 터빈의 작동 방법 - Google Patents

두 개의 증기 공급부를 구비한 증기 터빈의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증기 터빈 배열체 및 증기 터빈(2) 작동 방법에 관한 것이며, 제1 증기 공급부(5) 내의 제1 밸브(3)를 통해 그리고 제2 증기 공급부(6) 내의 제2 밸브(4)를 통해 증기가 증기 터빈 내로 공급되며, 밸브들이 서로에 대해 비대칭으로 조절됨으로써, 허용되지 않은 진동의 발생 시에, 진동이 가속도 센서를 이용하여 측정되어, 소망하는 전체 질량 유량이 설정되도록, 하나의 밸브는 폐쇄 방향으로 조정되고, 다른 밸브는 개방 방향으로 조정된다.

Description

두 개의 증기 공급부를 구비한 증기 터빈의 작동 방법{METHOD FOR OPERATING A STEAM TURBINE WITH TWO STEAM SUPPLY LINES}
본 발명은 증기 터빈에 연결된 제1 증기 공급부 및 제2 증기 공급부, 그리고 제1 증기 공급부 내에 배열된 제1 밸브 및 제2 증기 공급부 내에 배열된 제2 밸브를 포함하는 증기 터빈의 작동 방법에 관한 것이다.
증기 발전소에서, 공급 라인을 통해 증기 터빈으로 안내되는 증기는 증기 발생기 내에서 생성된다. 공급 라인은 증기 공급부 내로 합류된다. 증기 관류량을 조절하는 밸브가 증기 공급부 내에 설치된다. 이로써, 증기 터빈 라인의 조절을 위해, 하나 이상의 밸브가 증기 터빈 상류에 설치된다. 증기 터빈의 다양한 작동 모드가 가능하다. 이렇게, 증기 터빈이 전부하로 작동되는 것이 가능하다. 증기 터빈이 부분 부하로 작동되는 다른 가능성도 있다. 이는, 증기 발생기 내에서 생성된 전체 질량 유량이 밸브를 통해 증기 터빈 내로 유동하지 않는 것을 의미한다.
이러한 부분 부하 작동 시에, 밸브가 약간 폐쇄 방향으로 조정됨으로써, 최대 가능한 전체 질량 유량의 단지 일부분만이 증기 터빈 내로 유동할 수 있다. 그러나 이러한 부분 부하 작동 시에 밸브가 진동하는 경향이 있다. 그 이유는, 부분 부하로의 스로틀링에 의해 밸브 내의 유동 상태가 변경될 수 있고, 경우에 따라 밸브 및 라인으로 구성된 전체 구조의 여기를 야기할 수도 있다. 이는 임계적인 것으로 간주되는데, 그 이유는 일시적으로 변경되고 경우에 따라 주기적으로 반복되는 부하에 의해 구성 부품이 강하게 응력을 받기 때문인데, 이는 경우에 따라 구성 부품의 균열을 야기할 수도 있으며, 이는 방지되어야 한다.
또한, 경우에 따라서, 전체적으로 밸브의 손상을 야기하는 허용되지 않은 높은 과도력(transient forces)이 밸브 디스크 상에서 발생할 수도 있다.
부분 부하 작동 시에 진동 경향이 있는 밸브의 문제는, 이러한 유형의 밸브가 새롭게 개발되거나 또는 다른 밸브가 장착됨으로써 억제될 수도 있는데, 그러나 이는, 정지 상태 및 재료 비용을 야기한다.
본 발명의 과제는 진동을 방지할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 진동을 야기하지 않는 밸브를 갖는 증기 터빈 배열체를 제공하는 것이다.
이러한 과제는, 증기 터빈에 연결된 제1 증기 공급부 및 제2 증기 공급부, 그리고 제1 증기 공급부 내에 배열된 제1 밸브 및 제2 증기 공급부 내에 배열된 제2 밸브를 포함하는 증기 터빈에서, 제1 밸브 및/또는 제2 밸브의 진동 발생 시에, 제1 밸브가 폐쇄 방향으로 조정되고, 제2 밸브가 개방 방향으로 조정되는 증기 터빈 작동 방법에 의해 해결된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 하나 이상의 밸브를 포함하는 증기 발전소에서, 허용되지 않은 밸브 진동이 발생할 경우에, 밸브들이 비대칭으로 작동되도록 밸브들을 구동하는 것이 제안된다. 밸브 진동은 기계적 진동을 의미한다. 이러한 기계적 진동은 밸브 및 라인으로 구성된 구조와 관련된다. 본 발명에 따르면, 이는, 개별 밸브의 임계적인 작동 상태가 감지되는 것으로 나타난다. 증기 터빈 내로의 질량 유량이 일정하게 수행되도록, 임계적인 작동 상태에 있지 않은 제2 밸브가 제1 밸브의 임계적 작동 상태에 적응된다. 이는, 밸브 개구들이 서로에 대해 대향하여 형성되는 것을 의미한다. 예를 들어, 임계적 작동 상태에 있는 제1 밸브가 폐쇄 방향으로 조정되는 경우, 임계 상태에 있지 않은 제2 밸브는, 증기 터빈 내로 유입되는 전체 질량 유량이 변하지 않도록 개방 방향으로 조정된다.
제1 밸브 및 제2 밸브를 통한 질량 유량은 밸브 개구들에 의해 조절된다. 밸브의 폐쇄 방향으로의 조정은, 질량 유량이 감소되고 밸브 개구가 축소되는 것을 의미한다. 밸브의 개방 방향으로의 조정은, 질량 유량이 증가되고 밸브 개구가 확대되는 것을 의미한다. 이에 의해, 제1 밸브의 임계적인 작동 상태가 빠르게 극복되고, 그럼에도 불구하고 일정한 질량 유량 변동이 제공될 수 있다.
종속 청구항에 바람직한 개선예가 명시된다.
바람직한 제1 개선예에서, 허용되지 않은 밸브 진동의 검출을 위해 제1 가속도 센서가 제1 밸브 내에 그리고 제2 가속도 센서가 제2 밸브 내에 배열된다.
따라서, 임계적 작동 상태의 검출을 위해, 물리적 변수가 결정되는데, 이는 가속도 센서에 의해 수행된다. 이는, 밸브 바디의 위치가 결정될 수 있고, 이러한 데이터로부터 경우에 따른 임계적 작동 상태가 진단될 수 있는 것을 의미한다. 이러한 임계적 작동 상태가 존재하는 경우, 제2 밸브 내에 존재하는 가속도 센서를 통해 제2 밸브의 작동 상태가 검사되고, 밸브 바디들이 서로에 대해 비대칭으로 작동되는 본 발명에 따른 대응 조치가 취해진다. 즉, 두 개의 밸브들이 비대칭으로 조절됨으로써, 진동 발생 시에, 소망하는 전체 질량 유량을 설정하는 동시에 개별 밸브의 위험한 작동 영역 내에 가급적 짧게 유지시킬 목적으로, 하나의 밸브가 폐쇄 방향으로 조정되고, 다른 밸브가 개방 방향으로 조정된다.
바람직하게는, 이러한 본 발명에 따른 방법은 현존 증기 발전소에 후속적으로 구현될 수 있다. 밸브 제어의 프로그래밍이 가능하며, 이는 적은 비용을 유도한다. 이에 의해 바람직하게는, 정지 상태가 전반적으로 방지된다.
마찬가지로, 바람직하게는, 본 발명은 증기 발전소 내에의 증기 터빈 설치 이후에 또는 증기 발전소의 업그레이드 시에 구현될 수 있다. 그 이유는, 밸브 진동의 상태 모니터링(active monitoring) 및 적응식 방지 전략에 의해 밸브 내의 손상이 전반적으로 방지될 수 있기 때문이다.
바람직한 개선예에서, 사전 설정된 전체 증기 질량 유량이 증기 터빈 내로 도달되도록, 제1 밸브 및 제2 밸브가 폐쇄 방향 및 개방 방향으로 조정된다.
이로써, 증기 터빈이 바람직하지 못한 밸브 진동에도 불구하고 바람직한 출력 범위 내에서 작동될 수 있다.
바람직한 개선예에서, 본 발명은 두 개 이상의 밸브를 구비한 증기 발전소에 적용 가능하다. 따라서, 본 발명은 예를 들어, 세 개, 네 개 또는 그 이상의 밸브를 구비한 증기 발전소에 적용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 밸브들은 서로에 대해 비대칭으로 작동된다.
또한, 상기 과제는, 증기 터빈과, 제1 증기 공급부와, 제2 증기 공급부를 구비한 증기 터빈 배열체에서, 제1 밸브는 제1 증기 공급부 내에 그리고 제2 밸브는 제2 증기 공급부 내에 배열되며, 제1 가속도 센서는 제1 밸브 내에 그리고 제2 가속도 센서는 제2 밸브 내에 배열됨으로써 해결된다. 가속도 센서들에 의해 밸브에 대한 힘이 결정된다. 이에 의해, 진동이 검출될 수 있다.
본 발명이 실시예를 참조로 상세히 설명된다.
도면에 도시된 실시예는 개략적으로 본 발명을 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 증기 발전소의 개략적인 개관도를 도시한다.
도 2는 질량 유량의 그래프를 도시한다.
도 1은 증기 터빈(2)과, 제1 밸브(3)와, 제2 밸브(4)를 포함하는 증기 발전소(1)의 일부분을 도시한다. 증기 터빈(2)은 상세히 도시되지 않은 가이드 블레이드 및 로터 블레이드를 구비하여 구성되며, 제1 증기 공급부(5) 및 제2 증기 공급부(6)를 통해 상세히 도시되지 않은 증기 발생기로부터 증기를 공급 받는다.
제1 밸브(3)가 제1 증기 공급부(5) 내에 배열된다. 제2 밸브(4)가 제2 증기 공급부(6) 내에 배열된다. 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)는, 밸브 디스크에 대해 운동 가능하게 구성되고 상세히 도시되지 않은 밸브 바디를 포함한다. 밸브 디스크 쪽으로의 밸브 바디의 운동은 밸브의 폐쇄 방향으로의 조정을 유도한다. 밸브 디스크로부터 멀리 향한 밸브 바디의 운동은 밸브의 개방 방향으로의 조정을 유도한다. 개방 방향으로 조정되는 밸브는 밸브를 통한 증기 질량 유량의 증가를 유도한다. 밸브 디스크 쪽으로의 밸브 바디의 운동은 증기 질량 유량의 감소를 유도한다.
제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)가 구조적으로 동일하게 구성될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)는 서로 상이하게 구성될 수 있다. 증기 터빈(2)은 도 1에 도시된 실시예에서 복류로 구성된다. 대안적인 실시예에서, 증기 터빈(2)은 단류로 구성될 수 있다.
증기 터빈(2)은 이하와 같이 작동된다.
제1 밸브(3) 내에 배열된 제1 가속도 센서(도시되지 않음)가 밸브 바디의 운동을 검출한다. 마찬가지로, 제2 가속도 센서(도시되지 않음)가 제2 밸브(4) 내에 배열되고 밸브 바디의 운동의 검출을 위해 구성된다. 제1 가속도 센서 또는 제2 가속도 센서가 허용되지 않은 밸브 진동을 검출할 경우에, 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)가 서로에 대해 비대칭으로 작동된다. 이는, 이러한 경우에, 제1 밸브(3)를 폐쇄 방향으로 조정하고 제2 밸브(4)를 개방 방향으로 조정하도록 유도하는 조절이 취해지는 것을 의미한다. 이 경우에, 조절은 제1 밸브(3) 또는 제2 밸브(4)가 서로에 대해 반대 개념으로 질량 유량을 조절하도록 구성된다. 이는, 예를 들어 제1 밸브(3)의 폐쇄 방향으로의 조정이 제2 밸브(4)의 개방 방향으로의 조정을 유도하거나 또는 그 반대로 유도하는 것을 의미한다.
밸브 개구의 이러한 비대칭 조절은, 제1 밸브(3)를 통한 질량 유량 및 제2 밸브(4)를 통한 질량 유량에 의해 형성된 소망하는 전제 질량 유량이 진동의 발생 시에 가급적 변경되지 않는다.
도 2는 Y-축 상의 질량 유량 및 X-축 상의 시간을 도시한다. 실선으로 표시된 시간(t0)에서 제2 밸브(4)에서 밸브 진동이 검출된다. 중간 선(9)은 제2 밸브(4)를 통한 질량 유량을 도시한다. 시점(t0)까지 제2 밸브(4)를 통한 증기 질량 유량의 진행은 일정하다. 시점(t0)에서, 제2 밸브(4)의 폐쇄 방향으로의 조정을 유도하는 밸브 진동이 검출된다. 본 발명에 따르면, 하부 선(10)에 의해 표시된 바와 같이 제1 밸브(3)를 통한 증기 질량 유량이 조절된다. 이는, 시점(t0)에서 제1 밸브(3)가 개방 방향으로 조정됨으로써, 증기 질량 유량이 증가되는 것을 의미한다. 이는, 시점(t2)까지의 비율이 반전되는 시점(t1)까지 수행된다. 즉, 제1 밸브(3)가 폐쇄 방향으로 조정됨으로써, 하부 선(10)에 의해 도시된 증기 질량 유량이 감소되고, 제2 밸브(4)가 개방 방향으로 조정됨으로써, 중간 선(9)에 의해 도시된 증기 질량 유량이 증가된다. 시점(t2)에서, 밸브 진동이 소멸됨으로써, 시점(t2)으로부터, 중간 선(9) 및 하부 선(10)에 의해 도시된 증기 질량 유량의 진행이 다시 일정하게 진행된다.
상부 선(11)은 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)를 통해 유동하는 증기 질량 유량의 합을 도시한다. 상부 선(11)에 의해 도시된 증기 질량 유량이 시점(t0)에서뿐만 아니라 시점(t1) 또는 시점(t2)에서도 절곡을 나타내지 않는 것을 볼 수 있다. 이로써, 전체 질량 유량이 일정하게 증기 터빈(2) 내로 유동할 수 있다.

Claims (5)

  1. 증기 터빈(2)에 연결된 제1 증기 공급부(5) 및 제2 증기 공급부(6), 그리고 제1 증기 공급부(5) 내에 배열된 제1 밸브(3) 및 제2 증기 공급부(6) 내에 배열된 제2 밸브(4)를 포함하는 증기 터빈(2)의 작동 방법에 있어서,
    제1 밸브(3) 및/또는 제2 밸브(4)의 진동 발생 시에, 제1 시점에서, 제1 밸브(3)는 폐쇄 방향으로 조정되고, 제2 밸브(4)는 개방 방향으로 조정되며,
    제1 시점 이후의 제2 시점에서, 제1 밸브(3)는 개방 방향으로 조정되고, 제2 밸브(4)는 폐쇄 방향으로 조정되는 증기 터빈 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 허용되지 않은 밸브 진동의 검출을 위해, 제1 가속도 센서가 제1 밸브(3) 내에 그리고 제2 가속도 센서가 제2 밸브(4) 내에 배열되는 증기 터빈 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사전 설정된 전체 증기 질량 유량이 증기 터빈(2) 내로 도달되도록, 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)가 폐쇄 방향 및 개방 방향으로 조정되는 증기 터빈 작동 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 비대칭으로 작동되는 제3 밸브, 제4 밸브, 및 추가의 밸브를 구비하는 증기 터빈 작동 방법.
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