KR102071453B1 - Turbo generator having decrease mean of axial load - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기에 관한 것으로, 구체적으로는 고압유체로 터빈을 구동하는 터보발전기의 로터에 과다한 축하중이 인가될 시 상기 고압유체의 유량을 조절하여 축하중을 저감시킬 수 있는 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기에 관한 것이다.
본 발명은 고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 터보발전기에 있어서, 상기 터보발전기에 구비되는 로터축의 외주면에 비접촉식으로 결합되되, 외부 전원으로부터 공급받는 전류에 의해 구동되는 스러스트 자기베어링; 상기 로터축을 지지하는 스러스트 자기베어링의 축하중을 감지하여 상기 터보발전기 입, 출구부 고압유체에 의한 배압을 조절하는 축하중 저감수단을 포함한다.The present invention relates to a turbogenerator having a reduction means during the celebration, and more particularly, when the excessive celebration is applied to the rotor of the turbogenerator that drives the turbine by the high pressure fluid, the celebration of the celebration is reduced by adjusting the flow rate of the high pressure fluid. It relates to a turbogenerator having a celebration reduction means that can be made.
The present invention relates to a turbogenerator for generating power by driving a turbine with a high pressure fluid, the thrust magnetic bearing being coupled to the outer circumferential surface of the rotor shaft provided in the turbogenerator in a non-contact manner and driven by a current supplied from an external power source; And a axial reduction means for sensing axial load of the thrust magnetic bearing supporting the rotor shaft to adjust the back pressure by the high pressure fluid of the turbo generator inlet and outlet.

Description

축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기{Turbo generator having decrease mean of axial load}Turbo generator having decrease means of axial load

본 발명은 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기에 관한 것으로, 구체적으로는 고압유체로 터빈을 구동하는 터보발전기의 로터에 과다한 축하중이 인가될 시 상기 고압유체의 유량을 조절하여 축하중을 저감시킬 수 있는 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a turbogenerator having a reduction means during the celebration, and more particularly, when the excessive celebration is applied to the rotor of the turbogenerator that drives the turbine with the high pressure fluid, the celebration of the celebration is reduced by adjusting the flow rate of the high pressure fluid. It relates to a turbogenerator having a celebration reduction means that can be made.

일반적으로 터보발전기는 고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 시스템이며 고압유체가 흐르는 경로인 입구부 조건(압력, 유량)에 따라 로터 축하중이 결정된다.In general, a turbogenerator is a system for generating a turbine by driving a high pressure fluid. The rotor axial load is determined by an inlet condition (pressure and flow rate), which is a path through which the high pressure fluid flows.

따라서 상기한 터보발전기의 경우, 공정상 조건에 따라 과다한 축하중이 걸려 로터의 안정성이 저해되는 경우가 발생되고 있으며, 이를 위해 로터의 안정성을 개선하는 동시에 과다한 발전 손실 최소화 하는 방법이 필요한 실정이다.Accordingly, in the case of the turbogenerator, excessive congratulations occur depending on the process conditions, and thus the stability of the rotor is impaired. For this purpose, a method of improving the stability of the rotor and minimizing excessive power loss is required.

등록특허 10-1101344호Patent Registration 10-1101344

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 고압유체로 터빈을 구동하는 터보발전기의 로터에 과다한 축하중이 인가될 시 상기 고압유체의 유량을 조절하여 축하중을 저감시킬 수 있는 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been invented to solve the above problems, the object of which is to reduce the celebratory by adjusting the flow rate of the high-pressure fluid when excessive axial load is applied to the rotor of the turbogenerator driving the turbine with a high-pressure fluid It is an object of the present invention to provide a turbogenerator equipped with a reduction means in the celebration.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 터보발전기에 있어서, 상기 터보발전기에 구비되는 로터축의 외주면에 비접촉식으로 결합되되, 외부 전원으로부터 공급받는 전류에 의해 구동되는 스러스트 자기베어링; 상기 로터축을 지지하는 스러스트 자기베어링의 축하중을 감지하여 상기 터보발전기 입, 출구부 고압유체에 의한 배압을 조절하는 축하중 저감수단을 포함한다.The present invention for achieving the above technical problem is a turbogenerator for generating power by driving a turbine with a high-pressure fluid, the non-contact coupled to the outer peripheral surface of the rotor shaft provided in the turbogenerator is driven by a current supplied from an external power source Thrust magnetic bearing; And a axial reduction means for sensing axial load of the thrust magnetic bearing supporting the rotor shaft to adjust the back pressure by the high pressure fluid of the turbo generator inlet and outlet.

일 실시예에 있어서, 상기 축하중 저감수단은, 상기 로터축을 지지하는 스러스트 자기베어링의 축하중을 감지하여, 설정값 이상이 되면 이를 감지하여 처리하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 의해 개폐되되, 터보발전기의 입구측과 출구측을 연결하는 배관 중에 설치되어 상기 고압유체의 유량을 조절하는 밸브를 포함한다.In one embodiment, the reduction means of the celebration, the control unit for detecting the celebration of the thrust magnetic bearing for supporting the rotor shaft, if the set value is more than the control unit for processing; It is opened and closed by the control of the control unit, and installed in the pipe connecting the inlet side and the outlet side of the turbogenerator includes a valve for adjusting the flow rate of the high pressure fluid.

본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기에 의하면, 첫째, 로터축에 스러스트 자기베어링이 결합되어 실시간으로 로터축의 축하중을 정량적으로 측정할 수 있어 터보발전기의 내구성이 높아지는 효과가 있다.According to the turbogenerator provided with the reduction means of the celebration of the present invention, first, the thrust magnetic bearing is coupled to the rotor shaft to quantitatively measure the celebration of the rotor shaft in real time, thereby increasing the durability of the turbogenerator.

둘째, 로터축에 가해지는 과다한 축하중을 고압유체의 흐름으로 제어하게 되어 효과적으로 터보발전기를 운용할 수 있게 된다.Second, the excessive celebration of the rotor shaft is controlled by the flow of high-pressure fluid, which can effectively operate the turbogenerator.

셋째, 정량적으로 측정된 로터 축하중에 따라 밸브 개도량이 조절 가능하고, 그로 인하여 효과적인 발전을 할 수 있게 된다.Third, the valve opening amount can be adjusted in accordance with the rotor shaft measured quantitatively, thereby enabling effective power generation.

도 1은 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 개략적인 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 구동관계를 나타낸 블록도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic view of a turbogenerator having a reduction means during celebration of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing the driving relationship of the turbogenerator provided with a reduction means during celebration of the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings and the like may be exaggerated to emphasize a more clear description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes indicated by the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention are omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기를 상세히 설명한다.Hereinafter, by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a turbogenerator provided with a reduction means during celebration of the present invention.

도 1은 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 개략적인 모습을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 구동관계를 나타낸 블록도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic view of a turbogenerator provided with a reduction means in the celebration of the present invention, Figure 2 is a block diagram showing the driving relationship of the turbogenerator with a reduction means in the celebration of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기는, 고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 터보발전기(10) 로터축(30)의 외주면에 비접촉식으로 결합되는 스러스트 자기베어링(20)이 결합된다. 1 and 2, the turbogenerator provided with the reduction means during the celebration of the present invention, the thrust coupled to the outer circumferential surface of the rotor shaft 30 of the turbogenerator 10 to generate power by driving the turbine with a high-pressure fluid Magnetic bearing 20 is coupled.

상기 스러스트 자기베어링(20)은, 위치센서(21), 자기베어링 제어기(22) 및 파워엠프(23)가 서로 연결되는 폐루프 시스템으로 구성되며, 상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 실시간으로 측정하게 된다. The thrust magnetic bearing 20 is composed of a closed loop system in which the position sensor 21, the magnetic bearing controller 22, and the power amplifier 23 are connected to each other, and the thrust magnetic bearing supporting the rotor shaft 30. The celebration of 20 will be measured in real time.

따라서 상기 스러스트 베어링(20)은 로터의 축방향 하중을 지지함과 동시에 축하중을 실시간으로 모니터링 하는 두 가지 역할을 하게 된다.Therefore, the thrust bearing 20 serves to support the axial load of the rotor and at the same time monitor the axial load in real time.

상기 스러스트 자기베어링(20)은 공지의 스러스트 자기베어링(20)에 관한 것으로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The thrust magnetic bearing 20 relates to a known thrust magnetic bearing 20 and a detailed description thereof will be omitted.

한편, 상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 감지하여 상기 터보발전기(10) 내부를 흐르는 고압유체의 유량을 제어하는 축하중 저감수단(40)이 구비된다. On the other hand, during the celebration of the thrust magnetic bearing 20 for supporting the rotor shaft 30 is provided with a reduction means 40 to control the flow rate of the high-pressure fluid flowing through the turbo generator 10.

상기 축하중 저감수단(40)은, 상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 감지하여, 설정값 이상이 되면 이를 감지하여 처리하는 제어부(41)와, 상기 제어부(41)의 제어에 의해 개폐되되, 터보발전기(10)의 입구측 고압유체를 출구측으로 흐르도록 하는 밸브(42)로 구성된다.
The reduction means 40 of the celebration, the controller 41 for detecting the celebration of the thrust magnetic bearing 20 for supporting the rotor shaft 30, and detects and processes the thrust magnetic bearing 20 when the set value or more, and the control unit; The valve 42 is opened and closed under the control of 41 and allows the inlet high pressure fluid of the turbogenerator 10 to flow to the outlet side.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 작동상태에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, the operating state of the turbogenerator provided with the reduction means for celebration of the present invention configured as described above will be described.

상기 터보발전기(10)에 결합된 로터의 축(30)은 고압유체에 의해 회전하며, 축하중을 받게 된다.The shaft 30 of the rotor coupled to the turbogenerator 10 is rotated by a high pressure fluid, and receives a celebration.

이와 같은 상황을 로터축(30)의 외측에 결합되는 스러스트 자기베어링(20)의 위치센서(21)가 상기 로터축(30)의 위치를 감지하게 되며, 상기 스러스트 자기베어링(20)은 파워엠프를 통하여 공급받은 전류에 의한 자기력으로 로터축(30)을 지지하게 된다. 이때 상기 로터축(30)을 지지하는 상기 스러스트 자기베어링(20)의 축하중이 설정값 이상이 되면, 즉, 로터축(30)의 하중이 최대 하중 이상이 되면, 상기 스러스트 자기베어링(20)의 자기베어링 제어기(22)가 그 신호를 제어부(41)로 보내고, 상기 제어부(41)는 밸브(42)의 개도를 조절하여 고압유체의 흐름양을 조절하게 된다.In this situation, the position sensor 21 of the thrust magnetic bearing 20 coupled to the outside of the rotor shaft 30 detects the position of the rotor shaft 30, and the thrust magnetic bearing 20 is a power amplifier. The rotor shaft 30 is supported by the magnetic force by the current supplied through the. At this time, when the celebration of the thrust magnetic bearing 20 supporting the rotor shaft 30 is equal to or greater than a set value, that is, when the load of the rotor shaft 30 becomes equal to or greater than the maximum load, the thrust magnetic bearing 20 The magnetic bearing controller 22 sends the signal to the control unit 41, and the control unit 41 adjusts the flow amount of the high pressure fluid by adjusting the opening degree of the valve 42.

예를 들어 로터축(30)에 설정값 이상의 축하중이 감지될 경우 그 차이에 따라 상기 밸브(42)의 개도량을 조절하여 터보발전기(10)의 터빈 입구부의 고압유체가 터빈 출구부로 배출될 수 있도록 하여 터빈 입, 출구부 배압을 조절함으로서 로터축(30)의 축하중을 저감시키게 된다.For example, if the rotor shaft 30 detects the axial load more than a set value, the high-pressure fluid of the turbine inlet of the turbo generator 10 is discharged to the turbine outlet by adjusting the opening amount of the valve 42 according to the difference. By adjusting the turbine inlet and outlet back pressure to reduce the axial load of the rotor shaft (30).

이후 상기 로터축(30)의 축하중이 설정값 이하로 줄어들 경우 상기 밸브(42)를 닫아 축하중을 기존과 같이 유지시키는 것이다. Since the rotor shaft 30 is reduced to below the set value, the valve 42 is closed to maintain the shaft in the same manner as before.

따라서 상기 밸브(42)의 개도량을 미세하게 조절함으로서 효과적으로 로터축(30)의 축하중을 조절할 수 있어 터보발전기의 효율적인 운용이 가능하게 된다.Therefore, by finely adjusting the opening amount of the valve 42, it is possible to effectively adjust the axial load of the rotor shaft 30, which enables efficient operation of the turbogenerator.

상기한 설명에서는 터보발전기를 대상으로 설명되었지만, 유체 및 로터가 구비되는 회전기기에 모두 적용될 수 있게 된다.In the above description, but described with respect to the turbogenerator, it can be applied to both the rotary machine equipped with the fluid and the rotor.

이상에서 설명된 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiment of the turbogenerator provided with the reduction means in the celebration of the present invention described above is merely exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and equivalent other embodiments You can see that it is possible. Therefore, it will be understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the above detailed description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 터보발전기 20 : 베어링
30 : 로터축 40 : 축하중 저감수단
41 : 제어부 42 : 밸브10: turbo generator 20: bearing
30: rotor shaft 40: reduction means during celebration
41: control unit 42: valve

Claims (2)

고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 터보발전기(10)에 있어서,
상기 터보발전기(10)에 구비되는 로터축(30)의 외주면에 비접촉식으로 결합되되, 외부 전원으로부터 공급받는 전류에 의해 구동되며 상기 로터축(30)의 축방향 하중을 지지하는 동시에 축하중을 실시간으로 모니터링하는 스러스트 자기베어링(20);
상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 감지하여 상기 터보발전기(10) 입, 출구부 고압유체에 의한 배압을 조절하는 축하중 저감수단(40)을 포함하고,
상기 축하중 저감수단(40)은, 상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 감지하여, 설정값 이상이 되면 이를 감지하여 처리하는 제어부(41); 및 상기 제어부(41)의 제어에 의해 개폐되되, 터보발전기(10)의 입구측과 출구측을 연결하는 배관 중에 설치되어 상기 고압유체의 유량을 조절하는 밸브(42)를 포함하며, 상기 밸브(42)의 개도량을 조절하여 상기 터보발전기(10)의 입구부의 고압유체가 출구부로 배출되어 상기 배압을 조절함으로써 상기 로터축(30)의 축하중을 저감시키는 것을 특징으로 하는 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기.
In the turbogenerator 10 for generating power by driving a turbine with a high pressure fluid,
It is coupled to the outer circumferential surface of the rotor shaft 30 provided in the turbogenerator 10 in a non-contact manner, driven by a current supplied from an external power source to support the axial load of the rotor shaft 30 and at the same time during celebration Thrust magnetic bearing 20 to monitor with;
It includes a reduction reduction means 40 for sensing the celebration of the thrust magnetic bearing 20 for supporting the rotor shaft 30 to adjust the back pressure by the high pressure fluid inlet and outlet of the turbogenerator 10,
The reduction means 40 of the celebration, the control unit 41 for sensing the celebration of the thrust magnetic bearing 20 for supporting the rotor shaft 30, and detects and processes when it is above a set value; And a valve 42 which is opened and closed by the control of the controller 41 and is installed in a pipe connecting the inlet and outlet of the turbo generator 10 to adjust the flow rate of the high pressure fluid. The high-pressure fluid of the inlet portion of the turbogenerator 10 is discharged to the outlet portion by adjusting the opening amount of the turbo generator 10 to adjust the back pressure to reduce the axial load of the rotor shaft 30. Turbo generator provided.
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