KR101895165B1 - 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법 - Google Patents

증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증기터빈에 사용되는 제어밸브에서 증기량 손실 및 외부누설을 방지하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법은 밸브 시트부가 형성된 밸브 바디와, 밸브 시트부에서 작동하여 유로를 개폐 또는 조절하는 밸브 부재가 결합된 밸브 스템과, 상기 밸브 바디에 고정되고 그 중심부에 상기 밸브 스템이 왕복 이동하는 왕복 이동 통로가 형성된 밸브 본넷, 상기 왕복 이동 통로에 구비되어 상기 밸브 스템과 상기 밸브 본넷 사이를 통한 증기 누설을 방지하는 환형의 복수의 패킹이 적층된 패킹체와, 상기 패킹체를 가압하고 그 가압력을 조절하는 패킹 가압 조절부를 포함하는 장치 및 이에 따른 증기누설방지 방법이다.

Description

증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법{Steam leak-off apparatus and method of control valve for steam turbine}
본 발명은 증기터빈에 사용되는 제어밸브에서 증기량 손실 및 외부누설을 방지하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 증기터빈에서는 고압 터빈(High Pressure Turbine)을 구동시키고 나온 증기가 재열기(Reheater)를 통하여 재가열된 다음, 다시 중압 터빈(Intermediate Pressure Turbine)으로 보내지고, 중압 터빈을 구동시키고 나온 증기가 저압 터빈(Low Pressure Turbine)으로 보내져 저압 터빈을 구동시킨다.
증기터빈의 각 터빈에 증기가 출입하는 배관에는 증기를 단속하거나 증기량을 조절하는 제어밸브가 설치된다. 증기터빈 제어밸브의 일예로 중압 터빈 제어밸브는 밸브 하우징의 일측에는 재열기로부터 증기가 유입되는 통로인 유입구가 형성되고, 밸브 하우징의 타측에는 중압 터빈 본체로 공급하기 위한 토출구가 형성된 형태를 가지며, 유입구측에는 정지밸브(Stop Valve)가 설치되고, 토출구측에는 차단밸브(Intercept Valve)가 설치된 구조이다.
종래 증기터빈 제어밸브에서 정지밸브는 2단에 걸친 리크 오프(leak off) 배관을 통해, 차단밸브는 3단에 걸친 리크-오프(leak-off) 배관을 통해 유동시킴에 따라 밸브 스템을 통해 외부로 증기가 누설되는 것을 방지한다. 이러한 종래 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법에 의하면, 주 증기가 지속적으로 리크-오프 배관을 통해 유동하므로 터빈으로 유입되는 증기량 감소로 인해 효율이 저하하게 되며, 터빈의 운전조건에 따라 완전히 리크-오프(leak-off) 되지 못한 일부 증기가 밸브 스템을 통해 외부로 누설하게 된다.
한국등록실용신안 제20-0399629호 (명칭: 중압 터빈 제어밸브 구조)
본 발명의 목적은 증기터빈에 사용되는 제어밸브에서 증기량 손실 및 외부누설을 방지하고 밀봉압력을 용이하게 조절하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치는 밸브 바디, 밸브 스템, 밸브 본넷, 패킹체 및 패킹 가압 조절부를 포함한다. 밸브 바디에는 밸브 시트부가 형성된다. 밸브 스템에는 밸브 시트부에서 작동하여 유로를 개폐 또는 조절하는 밸브 부재가 결합된다. 밸브 본넷에는 밸브 바디에 고정되고 그 중심부에 밸브 스템이 왕복 이동하는 왕복 이동 통로가 형성된다. 패킹체는 왕복 이동 통로에 구비되어 밸브 스템과 밸브 본넷 사이를 통한 증기 누설을 방지하는 환형의 복수의 패킹이 적층되어 이루어진다. 패킹 가압 조절부는 패킹체를 가압하고 그 가압력을 조절한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 왕복 이동 통로에는 밸브 본넷에 고정되어 패킹체를 수용하여 홀딩하는 패킹 홀더가 구비될 수 있다. 패킹 홀더의 내부에는 패킹체를 받치며 밸브 스템과 패킹 홀더 사이로 누설되는 증기의 압력을 강하시키는 부시가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 경사면으로 될 수 있다. 경사면은 단면으로 보았을 때 내주연측이 높고 외주연측이 낮은 경사를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 중간이 꺽인 경사면으로 될 수 있다. 꺽인 경사면은 단면으로 보았을 때 내주연측과 외주연측이 낮고 내주연과 외주연의 중간측이 높은 경사를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 중간이 굴곡된 경사면으로 될 수 있다. 굴곡된 경사면은 단면으로 보았을 때 내주연측과 외주연측이 낮고 내주연과 외주연의 중간측이 높은 경사를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체는 중간에 구비된 복수의 중간패킹과, 중간패킹의 상단에 구비된 상부패킹과, 상기 중간패킹의 하단에 구비된 하부패킹을 포함하고, 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 경사면으로 되고, 중간패킹의 최상단의 패킹의 상측의 경사면과 상부패킹의 하측의 경사면 사이 간격은 내주연측에서 외주연측으로 갈수록 벌어지고, 중간패킹의 최하단의 패킹의 하측의 경사면과 하부패킹의 상측의 경사면 사이 간격은 외주연측에서 내주연측으로 갈수록 벌어지게 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체는 중간에 구비된 복수의 중간패킹과, 중간패킹의 상단에 구비된 상부패킹과, 중간패킹의 하단에 구비된 하부패킹을 포함하고, 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 중간이 꺽인 경사면으로 되고, 패킹체의 패킹의 꺽인 경사면 사이 간격은 내주연측 및 외주연측에서 중간측으로 갈수록 벌어지게 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체는 중간에 구비된 복수의 중간패킹과, 중간패킹의 상단에 구비된 상부패킹과, 중간패킹의 하단에 구비된 하부패킹을 포함하고, 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 중간이 굴곡된 굴곡 경사면으로 되고, 패킹체의 패킹의 굴곡 경사면 사이 간격은 내주연측 및 외주연측에서 중간측으로 갈수록 벌어지게 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체는 중간에 구비된 복수의 중간패킹과, 중간패킹의 상단에 구비된 상부패킹과, 중간패킹의 하단에 구비된 하부패킹을 포함하고, 상부패킹의 상면과 하부패킹의 저면에는 패킹 가압 조절부에 의해 패킹체가 용이하게 가압되게 하고 패킹체의 손상을 방지하는 금속캡이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹 가압 조절부는 패킹체에 접촉하여 가압력을 전달하는 슬리브와, 슬리브의 상측에 구비되어 가압력을 균등하게 하는 가압판과, 상기 가압판에 가해지는 가압력을 조절하는 텐션볼트 및 탄성 스프링을 구비할 수 있다. 밸브 스템과 슬리브 사이에는 보조 부시가 끼워질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 방법은 밸브 시트부가 형성된 밸브 바디와, 밸브 시트부에서 작동하여 유로를 개폐 또는 조절하는 밸브 부재가 결합된 밸브 스템과, 밸브 바디에 고정되고 그 중심부에 밸브 스템이 왕복 이동하는 왕복 이동 통로가 형성된 밸브 본넷을 포함하는 제어밸브의 증기누설방지 장치에서, 밸브 스템 간의 간격을 통한 증기 누설을 방지하는 환형의 복수의 패킹이 적층된 패킹체를 왕복 이동 통로에 설치하고, 패킹 가압 조절부를 통해 패킹체를 가압하는 가압력을 조절하면서 제어밸브의 밸브 스템과 밸브 본넷 사이로 증기가 누설되는 것을 방지하는 방법이다.
본 발명에 따르면 증기터빈에 사용되는 제어밸브에서 증기량 손실 및 외부누설을 방지하고 밀봉압력을 용이하게 조절한다. 또한 본 발명은 밸브 리크-오프(leak-off) 배관이 불필요하여 재료비와 설치비가 절감되며 패킹체의 탈장착이 용이하다. 또한 본 발명은 장기간 운전으로 패킹의 압축률이 변화되더라도 패킹 가압 조절부를 통해 일정한 압축률을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기누설방지 장치를 구비하는 증기터빈의 제어밸브를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치를 나타내는 상세도이다.
도 3a은 도 2의 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치에서 패킹체를 나타내는 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 패킹체의 패킹을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치에서 패킹 홀더를 위주로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치에서 부시의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 금속캡의 다른 예를 나타내는 일부 절단 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8의 패킹체가 가압될 때 가압력의 작용을 나타내는 작용 상태도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합하는 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기누설방지 장치를 구비하는 증기터빈의 제어밸브를 나타내는 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 증기터빈의 제어밸브(100)는 열교환기(과열기 또는 재열기)에서 증기가 유입되는 유입구측에 설치된 정지밸브(110, Stop Valve)와, 터빈 본체로 증기를 공급하기 위한 토출구측에 설치된 차단밸브(120, Intercept Valve)를 구비한다. 정지밸브(110, Stop Valve)와 차단밸브(120, Intercept Valve)는 밸브 바디(111, 121), 밸브 스템(112, 122), 밸브 본넷(113, 123) 및 조절하우징(114, 124)를 포함한다.
밸브 바디(111, 121)의 내부에는 밸브 시트부(111a, 121a)가 형성되다. 정지밸브(110)의 밸브 바디(111)와 차단밸브(120)의 밸브 바디(121)는 본 실시예에서 서로 분리되어 결합된 형태로 되어 있으나, 일체로 되어 있을 수도 있다.
밸브 스템(112, 122)에는 밸브 시트부(111a, 121a)에서 작동하여 유로를 개폐 또는 조절하는 밸브 부재(밸브 디스크)가 결합된다. 밸브 본넷(113, 123)은 밸브 바디(111, 121)에 고정되고, 밸브 본넷(113, 123)의 중심부에는 밸브 스템(112, 122)이 왕복 이동하는 왕복 이동 통로가 형성된다. 밸브 본넷(113, 123)의 상측에는 제어밸브(정지밸브 또는 차단밸브)를 조절하는 조절 하우징(114, 124)이 설치된다.
제어밸브(100)에서 운전 초기에 터빈 제어 밸브계통의 예열을 할 때에는 차단밸브(120, Intercept Valve)는 완전히 차단되어 터빈 본체로 증기의 유입을 막고, 단지 정지밸브(110, Stop Valve)의 바이패스 통로만을 열어 예열시킨다. 또한, 예를 들어 발전기의 부하가 갑자기 제거되는 사고로 인해 터빈에 속도 피크(Speed Peak, 터빈의 속도가 급격하게 빨라지는 현상)가 발생하는 경우와 같은 비상의 경우, 터빈 전체의 운전을 정지시키는 것과 때를 같이 하여, 정지밸브(110) 및 그의 바이패스 통로를 완전히 차단하고 차단밸브(120)도 완전히 차단하여 터빈으로 증기 유입을 방지함으로써 터빈의 터빈 블레이드의 손상을 방지하게 된다. 또한, 차단밸브(120)는 정상 운전 중에는 완전히 열려 있다가 발전기측의 부하가 감소되는 경우에 밸브 개도를 줄여 터빈으로 유입되는 증기의 양을 줄임으로써 터빈의 과속을 방지하며 터빈이 정격 속도에 이르면 다시 완전히 열리게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치를 나타내는 상세도로서, 도 1의 A부분 및 B부분의 확대 상세도이다.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치(1000)는 제어밸브(100)의 밸브 본넷(113, 123)에 설치되어 밸브 스템(112, 122)을 통한 증기의 외부 누설을 방지하며, 패킹체(1100), 패킹 홀더(1200), 부시(1300) 및 패킹 가압 조절부(1400)를 포함한다.
패킹체(1100)는 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 중간에 구비된 복수(본 실시예에서는 4개)의 중간패킹(1110)과, 중간패킹(1110)의 상단에 구비된 상부패킹(1120)과, 중간패킹의 하단에 구비된 하부패킹(1130)을 포함한다. 패킹체(1100)는 패킹 홀더(1200)의 내부에 수용되며, 밸브 본넷(113, 123)의 왕복 이동 통로에 구비되어 밸브 스템(112, 122)과 밸브 본넷(113, 123) 사이를 통한 증기 누설을 방지한다.
중간패킹(1110)과 상부패킹(1120) 및 하부패킹(1130)은 환형의 링형태로 일측이 비스듬하게 절취(1111, 1121, 1131)된 링형태를 이루고 있다. 중간패킹(1100)은 그라파이트(graphite) 편조 패킹(braid packing)이 몰드 성형 등에 의해 형성되고, 상부패킹(1120) 및 하부패킹(1130)은 인코넬 삽입 그라파이트(inconel insert graphite) 편조패킹(braid packing)이 몰드 성형에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 중간패킹(1100)과 상부패킹(1120) 및 하부패킹(1130)은 그라파이트 소재로 되어 있으므로 윤활성이 있으면서 고온에도 견딜 수 있다.
패킹 홀더(1200)는 도 4에 도시한 바와 같이, 몸체부(1210)와 플랜지부(1220)으로 이루어져, 몸체부(1210)는 밸브 본넷(113, 123)의 왕복 이동 통로의 상측에 끼워지고, 플랜지부(1220)는 가스켓(1230)을 매개로 고정 볼트(1240)에 의해 밸브 본넷(113, 123)에 고정된다. 몸체부(1210)의 내부 공간에는 밸브 스템(112, 122)의 외주면에 접하여 부시(1300)와 패킹체(1100)가 순차적으로 끼워지고, 패킹체(1100)의 상부에는 패킹 가압 조절부(1400)의 후술하는 슬리브가 끼워진다. 패킹 홀더(1200)는 패킹체(1100)를 수용하여 홀딩하며, 패킹체(1100)의 탈 장착을 용이하게 한다.
부시(1300)는 패킹 홀더(1200)의 내부에서 패킹체(1100)을 받치며 밸브 스템(112, 122)과 패킹 홀더(1200) 사이로 누설되는 증기의 압력을 강하시키는 역할을 한다. 도 5는 부시의 다른 예를 나타내며, 도 5의 실시예의 부시(2300)는 도시한 바와 같이 내주면과 외주면에 링형태의 복수의 시일부재(2310, 2320)가 간격을 두고 끼워진 구조로서 누설 증기의 압력을 강하시키는 한편 밸브 스템(112, 122)과 밸브 홀더(1210) 사이를 통한 증기 누설을 적절하게 방지한다.
패킹 가압 조절부(1400)은 슬리브(1410), 가압판(1420), 텐션볼트(1430) 및 탄성 스프링(1440)을 포함한다. 슬리브(1410)는 패킹체(1100)의 상면에 접촉하여 가압력을 전달하며, 가압판(1420)은 슬리브(1410)의 상측에 구비되어 가압력을 균등하게 하고, 텐션볼트(1430) 및 탄성 스프링(1440)은 가압판(1420)에 가해지는 가압력을 조절한다. 탄성 스프링(1440)은 코일 스프링이나 복수의 접시형의 판 스프링 등 다양한 형태의 스프링이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 두 개의 접시형 판 스프링이 마주보게 접한 네 쌍의 접시형 판 스프링(1441)으로 되어 있다.
밸브 스템(112, 122)과 슬리브(1410) 사이에는 보조 부시(1450)가 끼워질 수 있다. 텐션볼트(1430)는 패킹 홀더(1200)의 상면에 고정되어 상측으로 돌출한 복수의 스터드 볼트 형태이며, 텐션볼트(1430)는 밸브 본넷(113, 123)의 상면에 고정되어 상측으로 돌출될 수도 있다. 텐션볼트(1430)에는 가압판(1420) 및 탄성 스프링(1440)이 순차적으로 끼워져 너트(1460)에 의해 슬리브(1410)를 가압하여 패킹체(1100)을 누르는 가압력을 조절하게 되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치(1000)에서, 밸브 본넷(113, 123)에 형성된 왕복 이동 통로를 통해 왕복 이동 운동을 하는 밸브 스템(112, 122)의 틈새로 유동하는 증기는 패킹체(1100)에 의해 완벽히 밀봉되어 누설이 방지되므로 별도의 밸브 리크-오프(leak-off) 배관이 불필요하게 된다. 따라서 리크-오프 배관을 통한 증기량 손실이 방지되어 터빈의 효율 손실을 줄이게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치(1000)를 설치한 경우에는 리크-오프 배관을 설치한 경우에 비해 증기 유량 손실이 0.244% 감소되었다(9154 lb/hr). 이는 550 MW 터빈의 경우에 1 유니트(unit) 당 1340 KW의 출력 상승에 해당한다. 또한, 리크-오프 배관 및 이 배관의 유량 측정장치를 설치하지 않아도 되므로, 자재 및 설치 제작비의 감소로 재료비 및 설치비가 절감된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치에 의하면, 장기간 운전으로 패킹의 압축률이 변화하게 되면 패킹 가압 조절부(1400)을 통해 가압력을 조절할 수 있으므로 항상 일정한 압축률을 유지할 수 있어 증기를 완벽하게 밀봉할 수 있게 되며, 패킹 홀더(1200)의 내부에 패킹체(1100)를 설치함으로써 패킹체의 탈장착이 용이하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 6에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설 방지 장치의 패킹체(2100)은 중간에 구비된 복수(본 실시예에서는 4개)의 중간패킹(2110)과, 중간패킹(2110)의 상단에 구비된 상부패킹(2120)과, 중간패킹(2110)의 하단에 구비된 하부패킹(2130)을 포함하며, 상부패킹(2120)의 상면과 하부패킹(2130)의 저면에는 패킹 가압 조절부(1400 : 도 2에 도시)에 의해 패킹체(2100)가 용이하게 가압되게 하고 패킹체(2100)의 손상을 방지하는 ㄷ단면형의 금속캡(2140)이 구비된다.
금속캡(2140)은 패킹 가압 조절부(1400)으로부터 밸브 스템(112, 122)의 축방향으로 가해지는 압력을 좀 더 원활하게 전달할 수 있게 하면서 외부 공기와의 접촉을 차단하여 산화를 방지하고 압력에 의해 상부패킹(2120)이 손상되는 것을 방지하거나 하부패킹(2130)의 처짐현상을 방지한다. 상부패킹(2120) 및 하부패킹(2130)의 양측면에는 금속캡(2140)이 걸리는 리세스부가 형성되어, 금속캡(2140)은 상부패킹(2120) 및 하부패킹(2130)을 감싸게 된다.
한편, 금속캡(2140)은 상부패킹(2120) 및 하부패킹(2130)의 폭보다 작은 폭으로 형성되고, 상부패킹(2120)의 상면 및 하부패킹(2130)의 저면에는 ㄷ단면형의 금속캡(2140)의 플랜지가 삽입되는 띠홈이 원주방향을 따라 형성되어, 금속캡(2140)의 플랜지가 끼워져 설치되는 형태로 되어 있을 수 있다. 또한 금속캡의 다른 예로서, 도 7에 도시한 바와 같이 ㄱ단면형의 금속캡(2140')으로 이루어져 구비될 수도 있다. 도 6의 실시예의 패킹체(2100)의 나머지 구성은 도 3의 실시예의 패킹체(1100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 8에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설 방지 장치의 패킹체(3100)은 중간에 구비된 복수(본 실시예에서는 4개)의 중간패킹(3110)과, 중간패킹(3110)의 상단에 구비된 상부패킹(3120)과, 중간패킹(3110)의 하단에 구비된 하부패킹(3130)을 포함하며, 상부패킹(3120)의 상면과 하부패킹(3130)의 저면에는 패킹 가압 조절부(1400 : 도 2에 도시)에 의해 패킹체(3100)가 용이하게 가압되게 하고 패킹체(3100)의 손상을 방지하는 ㄷ단면형의 금속캡(3140)이 구비된다.
패킹체(3100)의 각 패킹(중간패킹, 상부패킹 및 하부패킹)의 접촉면은 경사면으로 되어 있으며, 각 경사면은 단면으로 보았을 때 패킹의 내주연측이 높고 외주연측이 낮은 경사를 가지게 되어 있다. 도 8의 실시예의 패킹체(3100)의 나머지 구성은 도 6의 실시예의 패킹체(2100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 8의 실시예의 패킹체(3100)는 도 9에 도시한 바와 같이 패킹 가압 조절부(1400)의 슬리브(1410 : 도 2 참조)으로부터 가압되면, 그 수직방향의 압력(P0)이 경사면을 따라 횡방향의 압력(P1, P2)으로 용이하게 전달되어 각 패킹이 내주연측 및 외주연측으로 팽창되어 밸브 스템(112, 122) 및 패킹 홀더(1200)에 긴밀하게 접촉하게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 10에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설 방지 장치의 패킹체(4100)은 중간에 구비된 복수(본 실시예에서는 4개)의 중간패킹(4110)과, 중간패킹(4110)의 상단에 구비된 상부패킹(4120)과, 중간패킹(4110)의 하단에 구비된 하부패킹(4130)을 포함하며, 상부패킹(4120)의 상면과 하부패킹(4130)의 저면에는 패킹 가압 조절부(1400 : 도 2에 도시)에 의해 패킹체(4100)가 용이하게 가압되게 하고 패킹체(4100)의 손상을 방지하는 ㄷ단면형의 금속캡(4140)이 구비된다.
패킹체(4100)의 각 패킹(중간패킹, 상부패킹 및 하부패킹)의 접촉면은 경사면으로 되어 있고, 각 경사면은 단면으로 보았을 때 패킹의 내주연측이 높고 외주연측이 낮은 경사를 가지게 되어 있다. 그리고, 중간패킹(4110)의 최상단의 패킹의 상측의 경사면과 상부패킹(4120)의 하측의 경사면 사이 간격은 내주연측에서 외주연측으로 갈수록 벌어지고, 중간패킹(4110)의 최하단의 패킹의 하측의 경사면과 하부패킹(4130)의 상측의 경사면 사이 간격은 외주연측에서 내주연측으로 갈수록 벌어지게 되어 있다. 도 10의 실시예의 패킹체(4100)의 나머지 구성은 도 8의 실시예의 패킹체(3100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 10의 실시예의 패킹체(4100)는 중간패킹(4110)의 최상단의 패킹의 상측의 경사면과 상부패킹(4120)의 하측의 경사면 사이는 내주연측에서 외주연측으로 갈수록 벌어지는 간격이 형성되고, 중간패킹(4110)의 최하단의 패킹의 하측의 경사면과 하부패킹(4130)의 상측의 경사면 사이는 외주연측에서 내주연측으로 갈수록 벌어지는 간격이 형성되어 있으므로, 패킹의 가압에 따른 변형을 더욱 효과적으로 유도하여 각 패킹이 밸브 스템(112, 122) 및 패킹 홀더(1200)에 더욱 긴밀하게 접촉하게 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 11에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설 방지 장치의 패킹체(5100)은 중간에 구비된 복수(본 실시예에서는 4개)의 중간패킹(5110)과, 중간패킹(5110)의 상단에 구비된 상부패킹(5120)과, 중간패킹(5110)의 하단에 구비된 하부패킹(5130)을 포함하며, 상부패킹(5120)의 상면과 하부패킹(5130)의 저면에는 패킹 가압 조절부(1400 : 도 2에 도시)에 의해 패킹체(5100)가 용이하게 가압되게 하고 패킹체(5100)의 손상을 방지하는 ㄷ단면형의 금속캡(5140)이 구비된다.
패킹체(5100)의 각 패킹(중간패킹, 상부패킹 및 하부패킹)의 접촉면은 중간이 꺽인 경사면으로 되어 있고, 꺽인 경사면은 단면으로 보았을 때 패킹의 내주연측과 외주연측이 낮고 내주연과 외주연의 중간측이 높은 경사를 가지게 되어 있다. 도 11의 실시예의 패킹체(5100)의 나머지 구성은 도 8의 실시예의 패킹체(3100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 11의 실시예의 패킹체(5100)는 가압시에 단면의 중간에서 양측으로 경사면으로 따라 가압력이 전달되므로 각 패킹이 밸브 스템(112, 122) 및 패킹 홀더(1200)에 더욱 긴밀하게 접촉하게 한다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 12에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설 방지 장치의 패킹체(6100)은 중간에 구비된 복수(본 실시예에서는 4개)의 중간패킹(6110)과, 중간패킹(6110)의 상단에 구비된 상부패킹(6120)과, 중간패킹(6110)의 하단에 구비된 하부패킹(6130)을 포함하며, 상부패킹(6120)의 상면과 하부패킹(6130)의 저면에는 패킹 가압 조절부(1400 : 도 2에 도시)에 의해 패킹체(6100)가 용이하게 가압되게 하고 패킹체(6100)의 손상을 방지하는 ㄷ단면형의 금속캡(6140)이 구비된다.
패킹체(6100)의 각 패킹(중간패킹, 상부패킹 및 하부패킹)의 접촉면은 중간이 꺽인 경사면으로 되어 있고, 꺽인 경사면은 단면으로 보았을 때 패킹의 내주연측과 외주연측이 낮고 내주연과 외주연의 중간측이 높은 경사를 가지게 되어 있다. 또한, 중간패킹(6110)의 최상단의 패킹의 상측의 경사면과 상부패킹(6120)의 하측의 경사면 사이 간격은 내주연측 및 외주연측에서 중간측으로 갈수록 벌어지는 간격이 형성되고, 중간패킹(6110)의 최하단의 패킹의 하측의 경사면과 하부패킹(6130)의 상측의 경사면 사이는 외주연측 및 내주연측에서 중간측으로 갈수록 벌어지는 간격이 형성되어 있다. 도 12의 실시예의 패킹체(6100)의 나머지 구성은 도 11의 실시예의 패킹체(5100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 12의 실시예의 패킹체(6100)는 가압시에 단면의 중간에서 양측으로 경사면으로 따라 가압력이 전달되므로 각 패킹이 밸브 스템(112, 122) 및 패킹 홀더(1200)에 더욱 긴밀하게 접촉하게 되며, 경사면 사이의 벌어진 간격은 패킹의 가압에 따른 변형을 더욱 효과적으로 유도하여 각 패킹이 밸브 스템(112, 122) 및 패킹 홀더(1200)에 더욱 더 긴밀하게 접촉하게 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 13에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설 방지 장치의 패킹체(7100)는 중간에 구비된 복수(본 실시예에서는 4개)의 중간패킹(7110)과, 중간패킹(7110)의 상단에 구비된 상부패킹(7120)과, 중간패킹(7110)의 하단에 구비된 하부패킹(7130)을 포함하며, 상부패킹(7120)의 상면과 하부패킹(7130)의 저면에는 패킹 가압 조절부(1400 : 도 2에 도시)에 의해 패킹체(7100)가 용이하게 가압되게 하고 패킹체(7100)의 손상을 방지하는 ㄷ단면형의 금속캡(7140)이 구비된다.
패킹체(7100)의 각 패킹(중간패킹, 상부패킹 및 하부패킹)의 접촉면은 중간이 굴곡된 경사면으로 되어 있고, 굴곡된 경사면은 단면으로 보았을 때 패킹의 내주연측과 외주연측이 낮고 내주연과 외주연의 중간측이 높은 경사를 가지게 되어 있다. 도 13의 실시예의 패킹체(7100)의 나머지 구성은 도 11의 실시예의 패킹체(5100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 13의 실시예의 패킹체(7100)는 가압시에 단면의 중간에서 양측으로 경사면으로 따라 가압력이 전달되므로 각 패킹이 밸브 스템(112, 122) 및 패킹 홀더(1200)에 더욱 긴밀하게 접촉하게 한다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치의 패킹체의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 14에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈 제어밸브의 증기누설 방지 장치의 패킹체(8100)은 중간에 구비된 복수(본 실시예에서는 4개)의 중간패킹(8110)과, 중간패킹(8110)의 상단에 구비된 상부패킹(8120)과, 중간패킹(8110)의 하단에 구비된 하부패킹(8130)을 포함하며, 상부패킹(8120)의 상면과 하부패킹(8130)의 저면에는 패킹 가압 조절부(1400 : 도 2에 도시)에 의해 패킹체(8100)가 용이하게 가압되게 하고 패킹체(8100)의 손상을 방지하는 ㄷ단면형의 금속캡(8140)이 구비된다.
패킹체(8100)의 각 패킹(중간패킹, 상부패킹 및 하부패킹)의 접촉면은 중간이 굴곡된 경사면으로 되어 있고, 굴곡된 경사면은 단면으로 보았을 때 패킹의 내주연측과 외주연측이 낮고 내주연과 외주연의 중간측이 높은 경사를 가지게 되어 있다. 또한, 중간패킹(8110)의 최상단의 패킹의 상측의 경사면과 상부패킹(8120)의 하측의 경사면 사이 간격은 내주연측 및 외주연측에서 중간측으로 갈수록 벌어지는 간격이 형성되고, 중간패킹(8110)의 최하단의 패킹의 하측의 경사면과 하부패킹(8130)의 상측의 경사면 사이는 외주연측 및 내주연측에서 중간측으로 갈수록 벌어지는 간격이 형성되어 있다. 도 14의 실시예의 패킹체(8100)의 나머지 구성은 도 12의 실시예의 패킹체(6100)와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 14의 실시예의 패킹체(8100)는 가압시에 단면의 중간에서 양측으로 경사면으로 따라 가압력이 전달되므로 각 패킹이 밸브 스템(112, 122) 및 패킹 홀더(1200)에 더욱 긴밀하게 접촉하게 되며, 경사면 사이의 벌어진 간격은 패킹의 가압에 따른 변형을 더욱 효과적으로 유도하여 각 패킹이 밸브 스템(112, 122) 및 패킹 홀더(1200)에 더욱 더 긴밀하게 접촉하게 한다.
본 발명의 실시예에 의한 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 방법은, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 밸브 시트부(111a, 121a)가 형성된 밸브 바디(111, 121)와, 밸브 시트부(111a, 121a)에서 작동하여 유로를 개폐 또는 조절하는 밸브 부재(밸브 디스크)가 결합된 밸브 스템(112, 122)과, 밸브 바디(111, 121)에 고정되고 그 중심부에 밸브 스템(112, 122)이 왕복 이동하는 왕복 이동 통로가 형성된 밸브 본넷(113, 123)을 포함하는 제어밸브의 증기누설방지 장치에서, 밸브 스템(112, 122) 간의 간격을 통한 증기 누설을 방지하는 환형의 복수의 패킹이 적층된 패킹체(1100)를 왕복 이동 통로에 설치하고, 패킹 가압 조절부(1400)를 통해 패킹체(1100)를 가압하는 가압력을 조절하면서 제어밸브의 밸브 스템(112, 122)과 밸브 본넷(113, 123) 사이로 증기가 누설되는 것을 방지하는 방법이다.
이와 같은 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 방법은 도 6 내지 도 14의 패킹체(2100, 3100, 4100, 5100, 6100, 7100, 8100)를 가진 증기터빈의 제어밸브의 증기누설방지 장치에 모두 적용될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 제어밸브 110: 정지밸브
120: 차단밸브 111, 121: 밸브 바디
112, 122: 밸브 스템 113, 123: 밸브 본넷
1000: 증기누설방지 장치
1100, 2100, 3100, 4100, 5100, 6100, 7100, 8100: 패킹체
1110: 중간패킹 1120: 상부패킹
1130: 하부패킹 1200: 패킹 홀더
1300: 부시 1400: 패킹 가압 조절부
1410: 슬리브 1420: 가압판
1430: 텐션볼트 1440: 탄성스프링

Claims (16)

  1. 밸브 시트부가 형성된 밸브 바디와, 상기 밸브 시트부에서 작동하여 유로를 개폐 또는 조절하는 밸브 부재가 결합된 밸브 스템과, 상기 밸브 바디에 고정되고 그 중심부에 상기 밸브 스템이 왕복 이동하는 왕복 이동 통로가 형성된 밸브 본넷을 포함하며,
    상기 왕복 이동 통로에 구비되어 상기 밸브 스템과 상기 밸브 본넷 사이를 통한 증기 누설을 방지하는 환형의 복수의 패킹이 적층된 패킹체와, 상기 패킹체를 가압하고 그 가압력을 조절하는 패킹 가압 조절부를 포함하며,
    상기 밸브 본넷의 왕복 이동 통로의 상측에 끼워지는 몸체부와, 상기 밸브 본넷에 고정되는 플랜지부로 이루어지며, 상기 패킹체를 수용하여 홀딩하며, 상기 패킹체의 탈 장착을 용이하게 하는 패킹 홀더를 포함하며,
    상기 패킹 홀더의 내부에는 상기 패킹체를 받치며 상기 밸브 스템과 상기 패킹 홀더 사이로 누설되는 증기의 압력을 강하시키는 부시가 구비되고,
    상기 부시의 내주면과 외주면에는 링형태의 복수의 시일부재가 간격을 두고 끼워져서 상기 밸브 스템과 상기 패킹 홀더 사이의 증기 누설을 방지하는 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 경사면으로 된 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 경사면은 단면으로 보았을 때 내주연측이 높고 외주연측이 낮은 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 중간이 꺽인 경사면으로 된 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 꺽인 경사면은 단면으로 보았을 때 내주연측과 외주연측이 낮고 내주연과 외주연의 중간측이 높은 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 중간이 굴곡된 굴곡 경사면으로 된 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 굴곡 경사면은 단면으로 보았을 때 내주연측과 외주연측이 낮고 내주연과 외주연의 중간측이 높은 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 패킹체는 중간에 구비된 복수의 중간패킹과, 상기 중간패킹의 상단에 구비된 상부패킹과, 상기 중간패킹의 하단에 구비된 하부패킹을 포함하고,
    상기 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 경사면으로 되고,
    상기 중간패킹의 최상단의 패킹의 상측의 경사면과 상기 상부패킹의 하측의 경사면 사이 간격은 내주연측에서 외주연측으로 갈수록 벌어지고,
    상기 중간패킹의 최하단의 패킹의 하측의 경사면과 상기 하부패킹의 상측의 경사면 사이 간격은 외주연측에서 내주연측으로 갈수록 벌어지게 된 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 패킹체는 중간에 구비된 복수의 중간패킹과, 상기 중간패킹의 상단에 구비된 상부패킹과, 상기 중간패킹의 하단에 구비된 하부패킹을 포함하고,
    상기 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 중간이 꺽인 경사면으로 되고,
    상기 패킹의 꺽인 경사면 사이 간격은 내주연측 및 외주연측에서 중간측으로 갈수록 벌어지게 된 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 패킹체는 중간에 구비된 복수의 중간패킹과, 상기 중간패킹의 상단에 구비된 상부패킹과, 상기 중간패킹의 하단에 구비된 하부패킹을 포함하고,
    상기 패킹체의 각 패킹의 접촉면은 중간이 굴곡된 굴곡 경사면으로 되고,
    상기 패킹의 굴곡 경사면 사이 간격은 내주연측 및 외주연측에서 중간측으로 갈수록 벌어지게 된 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부패킹의 상면과 상기 하부패킹의 저면에는 상기 패킹 가압 조절부에 의해 상기 패킹체가 용이하게 가압되게 하고 상기 패킹체의 손상을 방지하는 금속캡이 구비되는 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 패킹 가압 조절부는
    상기 패킹체에 접촉하여 가압력을 전달하는 슬리브와, 상기 슬리브의 상측에 구비되어 가압력을 균등하게 하는 가압판과, 상기 가압판에 가해지는 가압력을 조절하는 텐션볼트 및 탄성 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 밸브스템과 상기 슬리브 사이에는 보조 부시가 끼워지는 것을 특징으로 하는 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치.
  16. 삭제
KR1020170056056A 2017-05-02 2017-05-02 증기터빈 제어밸브의 증기누설방지 장치 및 방법 KR101895165B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6081403A (ja) * 1983-10-07 1985-05-09 Fuji Electric Co Ltd 蒸気タ−ビンの蒸気加減弁
JPH1113936A (ja) * 1997-06-25 1999-01-22 Kukil Co Ltd バルブパッキング組立体
KR200399629Y1 (ko) 2005-07-28 2005-10-27 두산중공업 주식회사 중압 터빈 제어밸브 구조
KR20120000326A (ko) * 2010-06-25 2012-01-02 (재)한국섬유기계연구소 밸브용 기밀유지 패킹

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