KR102437241B1 - 터빈, 대응 증기 터빈 및 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 터빈(10)을 제공한다. 터빈(10)은 로터(55), 케이싱(200) 및 로터(55)와 케이싱(25) 사이에 위치된 글랜드 시일 시스템(100)을 포함한다. 글랜드 시일 시스템(100)은 케이싱(25)을 중심으로 위치된 배면측 시일(200)을 포함한다.

Description

터빈, 대응 증기 터빈 및 작동 방법
본 출원 및 결과적인 특허는 일반적으로 회전 기계에 사용하기 위한 시일에 관한 것이며, 보다 상세하게 증기 터빈 등의 글랜드 시스템용의 배면측 시일에 관한 것이다.
일반적으로 설명하면, 증기 터빈 등은, 증기 유입구, 터빈 섹션 및 증기 유출구를 포함하는 규정된 증기 경로를 구비할 수 있다. 고압의 영역으로부터 저압의 영역까지의 증기 경로를 빠져나가거나 또는 증기 경로로 들어가는 증기 유출은 증기 터빈의 작동 효율에 부정적인 영향을 준다. 예를 들어, 회전 샤프트와 원주로 둘러싸는 터빈 케이싱 사이에서의 증기 터빈 내의 증기 경로 유출은 증기 터빈의 전체적인 효율을 저하시킬 수 있다.
증기 터빈 내의 샤프트 및 피스톤 시일들은 전형적으로 래비린스 타입일 수 있다. 케이싱 측에서의 밀봉 치형부 또는 스트립은 가요성 세그먼트 상에 위치되어, 손상을 야기시킴이 없이 예를 들어 시동 또는 셧다운 동안에 로터와의 접촉을 수용한다. 이러한 누출은 전형적으로 글랜드 밀봉 시스템에 의해 방지되거나 느려질 수 있다.
독일 특허공보 제848504호
따라서, 본 출원 및 결과적인 특허는 터빈을 제공한다.
터빈은 로터, 케이싱 및 로터와 케이싱 사이에 위치된 글랜드 시일 시스템을 포함한다. 글랜드 시일 시스템은 케이싱을 중심으로 위치된 배면측 시일을 포함한다.
본 출원 및 결과적인 특허는 또한 터빈을 작동시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 래비린스 시일을 케이싱과 로터 사이에 위치시키는 단계와, 배면측 시일을 래비린스 시일과 케이싱의 캐비티 사이에 위치시키는 단계와, 로터를 회전시키는 단계와, 캐비티를 통한 증기 유출 경로를 배면측 시일로 차단하는 단계를 포함한다.
본 출원 및 결과적인 특허는 또한 증기 터빈을 제공한다. 증기 터빈은 로터와, 캐비티를 포함하는 케이싱과, 로터와 케이싱의 캐비티 사이에 위치된 래비린스 시일과, 래비린스 시일과 케이싱의 캐비티 사이에 위치된 배면측 시일을 포함한다.
본 출원 및 결과적인 특허의 이들 및 다른 특징부 및 구현예는 몇몇 도면과 관련하여 취한 하기의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 당 업자들은 잘 이해할 것이다.
도 1은 예시적인 증기 터빈의 개략도이다.
도 2는 도 1의 증기 터빈의 글랜드 시일 시스템의 횡단면도이다.
도 3은 글랜드 시일 시스템 내의, 본 발명에 언급될 수 있는 배면측 시일의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 언급될 수 있는 배면측 시일의 변형 실시예의 개략도이다.
이제 도면을 참조하면, 유사한 도면부호는 몇몇 도면에서 유사한 구성요소를 가리키며, 도 1은 증기 터빈(10)의 일 예의 개략도이다. 개략적으로 설명하면, 증기 터빈(10)은 고압 섹션(15)과, 중압 섹션(20)을 포함한다. 또한, 다른 섹션 내의 다른 압력이 본 발명에 이용될 수 있다. 외부 쉘 또는 케이싱(25)은 상부 반부 섹션(30)과 하부 반부 섹션(35)으로 축방향으로 분할된다. 케이싱(25)의 중앙 섹션(40)은 고압 증기 유입구(45)와, 중압 증기 유입구(50)를 포함한다. 케이싱(25) 내에서, 고압 섹션(15) 및 중압 섹션(20)은 로터(55)를 중심으로 배치될 수 있다. 로터(55)는 다수의 베어링(60)에 의해 지지될 수 있다. 증기 시일 유닛(65)은 베어링(60)의 각각의 내부에 위치될 수 있다. 환형 섹션 분할기(70)는 중앙 섹션(40)으로부터 반경방향 내향으로 로터를 향해 연장될 수 있다. 분할기(70)는 다수의 패킹 케이싱(75)을 포함할 수 있다. 다른 부품 및 다른 구성이 사용될 수 있다.
작동 동안에, 고압 증기 유입구(45)는 증기 공급원으로부터 고압 및 고온의 증기를 수용한다. 증기가 고압 섹션(15)을 통해 송출되어, 로터(55)의 회전에 의해 증기로부터 일이 추출될 수 있다. 증기는 고압 섹션(15)을 빠져 나오고, 다음에 재가열을 위해 증기 공급원으로 리턴될 수 있다. 다음에, 재가열된 증기는 중압 섹션 유입구(50)로 재송출될 수 있다. 증기는 고압 섹션(15)에 들어가는 증기와 비교하여 감소된 압력이지만 고압 섹션(15)에 들어가는 증기의 온도와 대략 동일한 온도에서 중압 섹션(20)으로 리턴될 수 있다. 따라서, 고압 섹션(15) 내의 작동 압력은 중압 섹션(20) 내의 작동 압력보다 높을 수 있어서, 고압 섹션(15) 내의 증기는 고압 섹션(15)과 중압 섹션(20) 사이에서 나타날 수 있는 유출 경로를 통해서 중압 섹션(20)을 향해 유동하는 경향이 있다. 하나의 이러한 유출 경로는 로터(55) 샤프트를 중심으로 패킹 케이싱(75)을 통해 연장될 수 있다. 다른 유출은 증기 시일 유닛(65) 및 다른 곳에서 나타날 수 있다.
도 2는 본 발명에 사용될 수 있는 글랜드 시일 시스템(100)의 개략도이다. 글랜드 시일 시스템(100)은 유출 유동이 통과하는 것을 제한하는데 사용될 수 있다. 글랜드 시일 시스템(100)은 패킹 케이싱(75), 시일 유닛(65), 또는 그 이외를 중심으로 사용될 수 있다. 특히, 글랜드 시일 시스템(100)은 로터(55)와 케이싱(25) 사이에 위치될 수 있다. 글랜드 시일 시스템(100)은 축방향 시리즈의 원주방향 래비린스 시일(110)을 포함할 수 있다. 각각의 래비린스 시일(110)은 밀봉 링(120)을 포함할 수 있다. 밀봉 링(120)은 임의의 개수의 세그먼트로 연장될 수 있다. 다수의 래비린스 치형부(130)는 밀봉 링(120)으로부터 로터(55)를 향해서 연장될 수 있다. 밀봉 링(120)은 네크 링(neck ring)(140) 및 헤드 링(150)에 연결될 수 있다. 헤드 링(150)은 케이싱 캐비티(160) 내에 위치될 수 있다. 헤드 링(150)은 한쌍의 캐비티 숄더(170) 상에서 내부에 지지될 수 있다. 네크 링(140)은 캐비티 홈(180)을 통해 연장될 수 있다. 캐비티 홈(180)은 케이싱 캐비티(160)로 안내된다. 다른 부품 및 다른 구성이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 전체 유출의 상당한 부분은 래비린스 시일(110) 및 케이싱 캐비티(160)를 중심으로 발생된다. 도 3은 글랜드 시일 시스템(100) 내의, 본 발명에 언급될 수 있는 배면측 시일(200)의 사용을 도시하고 있다. 배면측 시일(200)은 케이싱 캐비티(160)의 배면측(210)(증기 유동 방향에 대해서)과 헤드 링(150) 사이에 위치될 수 있다. 배면측 시일(200)은 캐비티 숄더(170) 상에 위치될 수 있다. 각각의 배면측 시일(120)은 실질적인 "E" 또는 "W"형 형상에서 중간 정점(220) 및 한쌍의 대향 레그(230, 240)를 포함할 수 있다. 제 1 레그(230)는 케이싱 캐비티(160)의 배면측(210)에 대해서 상향 위치될 수 있으며, 제 2 레그(240)는 헤드 링(150)에 대해서 위치될 수 있다. 본 실시예에서, 배면측 시일(200)은 실질적으로 수직방향 구성부(250)를 구비할 수 있다. 다른 부품 및 다른 구성이 사용될 수 있다.
배면측 시일(200)은, 중간 정점(220)에서 가요성을 제공하지만 레그를 가로지르는 압력차에 견디도록 레그(230, 240)에 대해 상당한 강성을 갖게 하는 재료로 제조될 수 있다. 배면측 시일(200)은 높은 주기적인 편향을 위해 설계될 수 있다. 배면측 시일(200)은 약 1300℉(704℃)까지의 온도 및 높은 스프링 백 능력을 갖는 약 10,000OSI까지의 압력에 견딜 수 있다. 배면측 시일(200)은 도금 및/또는 코팅을 갖거나 갖지 않는 상이한 타입의 초합금으로 제조될 수 있다. 배면측 시일(200)은 약 Ra 0.8 또는 그 이외의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 적합한 배면측 시일(200)의 예는 미국 워싱턴주의 스포캔에 소재하는 "Jetseal, Inc."에 의해 제공되는 "E-SEAL"이 있다. 다른 타입의 배면측 시일(200)이 사용될 수 있다. 따라서, 배면측 시일(200)은 래비린스 시일(110)의 헤드 링(150)을 제 위치에 유지하여 양호한 밀봉을 제공한다.
따라서, 배면측 시일(200)을 갖는 글랜드 시일 시스템(100)은 케이싱 캐비티(160)를 통해 양호한 밀봉을 제공한다. 배면측 시일(200)은 내부의 갭을 밀봉하며, 온도 및 압력에 견디며, 전체적인 가요성을 유지한다. 관통되는 누출을 감소시켜 전체적인 플랜트 사이클 효율을 향상시킨다. 글랜드 시일 시스템(100)은 본래의 기구 또는 개장의 일부분일 수 있다.
도 4는 배면측 시일(200)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 본 예에서, 배면측 시일(200)은 실질적으로 수평의 구성부(260)를 가질 수 있다. 배면측 시일(200)은 상술한 바와 같이 케이싱 캐비티(160)의 배면측(210)을 중심으로 위치되거나, 배면측 시일(200)은 헤드 링(150) 또는 그 이외의 시일 슬롯(270) 내에 위치될 수 있다. 또한, 수평의 구성부(260)는 케이싱 캐비티(160)를 통한 양호한 밀봉을 제공한다. 다른 부품 및 다른 구성이 사용될 수 있다.
상술한 것은 단지 본 출원 및 결과적인 특허의 특정 실시예에 관련된 것을 이해해야 한다. 하기의 특허청구범위 및 그 등가물에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 일반적인 정신 및 영역을 벗어남이 없이 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 많은 수정 및 변경이 이뤄질 수 있다. 본 발명의 다양한 태양 및 실시예는 하기의 많은 조항에 의해 규정될 수 있다.
1. 터빈에 있어서,
로터;
케이싱; 및
상기 로터와 상기 케이싱 사이에 위치된 글랜드 시일 시스템(gland seal system)을 포함하며,
상기 글랜드 시일 시스템은 상기 케이싱을 중심으로 위치된 배면측 시일(backside seal)을 포함한다.
2. 조항 1에 있어서, 상기 글랜드 시일 시스템은 래비린스 시일을 포함한다.
3. 조항 2에 있어서, 래비린스 시일은 상기 로터를 향하는 복수의 밀봉 치형부를 포함한다.
4. 조항 2에 있어서, 상기 래비린스 시일은 밀봉 링, 네크 링(neck ring) 및 헤드 링을 포함한다.
5. 조항 4에 있어서, 상기 케이싱은 케이싱 캐비티를 포함하며, 상기 헤드 링은 케이싱 캐비티 내에 위치된다.
6. 조항 5에 있어서, 상기 케이싱 캐비티는 숄더를 포함하며, 상기 헤드 링은 숄더 상에 위치된다.
7. 조항 6에 있어서, 상기 배면측 시일은 상기 숄더 상에 위치된다.
8. 조항 5에 있어서, 상기 케이싱 캐비티는 배면측을 포함하며, 상기 배면측 시일은 상기 배면측과 상기 헤드 링 사이에 위치된다.
9. 조항 4에 있어서, 상기 케이싱은 캐비티 홈을 포함하며, 상기 네크 링은 캐비티 홈 내에 위치된다.
10. 조항 1에 있어서, 상기 배면측 시일은 실질적인 "W" 형상을 포함한다.
11. 조항 1에 있어서, 상기 배면측 시일은 중간 정점, 제 1 레그 및 제 2 레그를 포함한다.
12. 조항 11에 있어서, 상기 중간 정점은 가요성의 중간 정점을 포함하며, 상기 제 1 레그는 강성의 제 1 레그를 포함하며, 상기 제 2 레그는 강성의 제 2 레그를 포함한다.
13. 조항 1에 있어서, 상기 배면측 시일은 초합금을 포함한다.
14. 조항 1에 있어서, 상기 터빈은 증기 터빈을 포함한다.
15. 터빈을 작동시키는 방법에 있어서,
래비린스 시일을 케이싱과 로터 사이에 위치시키는 것;
배면측 시일을 상기 래비린스 시일과 상기 케이싱의 캐비티 사이에 위치시키는 것;
상기 로터를 회전시키는 것; 및
상기 캐비티를 통한 증기 유출 경로를 상기 배면측 시일로 차단하는 것을 포함한다.
16. 증기 터빈에 있어서,
로터;
캐비티를 포함하는 케이싱;
상기 로터와 상기 케이싱의 캐비티 사이에 위치된 래비린스 시일; 및
상기 래비린스 시일과 상기 케이싱의 캐비티 사이에 위치된 배면측 시일을 포함한다.
17. 조항 16에 있어서, 상기 래비린스 시일은 밀봉 링, 네크 링 및 헤드 링을 포함한다.
18. 조항 17에 있어서, 상기 헤드 링은 상기 케이싱의 캐비티 내에 위치된다.
19. 조항 16에 있어서, 상기 캐비티는 숄더를 포함하며, 상기 배면측 시일은 숄더 상에 위치된다.
20. 조항 16에 있어서, 상기 배면측 시일은 실질적인 "W" 형상을 포함한다.

Claims (15)

  1. 터빈(10)에 있어서,
    회전축을 중심으로 회전하는 로터(55)로서, 상기 회전축은 상기 회전축을 따르는 축방향과 상기 회전축에 수직하는 반경방향을 규정하는, 상기 로터(55);
    케이싱 캐비티(160)을 포함하는 케이싱(25); 및
    상기 로터(55)와 상기 케이싱(25) 사이에 위치된 글랜드 시일 시스템(gland seal system)(100)을 포함하며,
    상기 글랜드 시일 시스템(100)은 상기 케이싱(25)을 중심으로 위치된 배면측 시일(backside seal)(200)을 포함하고 또한 헤드 링(150)을 포함하는 래비린스 시일(110)을 포함하고,
    상기 케이싱 캐비티(160)는 배면측과 전면측의 반경방향-배향된 벽들을 갖는 전면측 및 배면측을 포함하고, 한 쌍의 대향하는 전면측과 배면측의 캐비티 숄더들(170)에 의해 한정되며,
    상기 케이싱 캐비티 내에 위치된 헤드 링(150)은, 상기 케이싱 캐비티(160)의 배면측의 또는 전면측의 반경방향-배향된 벽과 접촉하지 않고, 전면측과 배면측의 축방향-배향된 캐비티 숄더 면들에 얹혀 있고,
    상기 배면측 시일(200)은 상기 배면측의 축방향-배향된 캐비티 숄더 면과 접촉하고 또한 상기 케이싱 캐비티(160)의 배면측의 반경방향-배향된 벽과 상기 헤드 링(150) 모두와 접촉하여 위치된
    터빈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 래비린스 시일(110)은 상기 로터(55)를 향하는 복수의 밀봉 치형부(130)를 더 포함하는
    터빈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 래비린스 시일(110)은 밀봉 링(120) 및 네크 링(neck ring)(140)을 더 포함하는
    터빈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 케이싱(25)은 캐비티 홈(180)을 포함하며, 상기 네크 링(140)은 캐비티 홈 내에 위치되는
    터빈.
  10. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배면측 시일(200)은 "W" 형상을 포함하는
    터빈.
  11. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배면측 시일(200)은 중간 정점(220), 제 1 레그(230) 및 제 2 레그(240)를 포함하는
    터빈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 중간 정점(220)은 가요성의 중간 정점을 포함하며, 상기 제 1 레그(230)는 강성의 제 1 레그를 포함하며, 상기 제 2 레그(240)는 강성의 제 2 레그를 포함하는
    터빈.
  13. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배면측 시일(200)은 초합금을 포함하는
    터빈.
  14. 증기 터빈에 있어서,
    회전축을 중심으로 회전하는 로터(55)로서, 상기 회전축은 상기 회전축을 따르는 축방향과 상기 회전축에 수직하는 반경방향을 규정하는, 상기 로터(55);
    케이싱 캐비티(160)를 포함하는 케이싱(25);
    상기 로터와 상기 케이싱의 캐비티 사이에 위치되고, 헤드 링(150)을 포함하는 래비린스 시일(110); 및
    상기 래비린스 시일과 상기 케이싱 캐비티 사이에 위치된 배면측 시일(200)을 포함하고,
    상기 케이싱 캐비티(160)는 배면측과 전면측의 반경방향-배향된 벽들을 갖는 전면측 및 배면측을 포함하고, 한 쌍의 대향하는 전면측과 배면측의 캐비티 숄더들(170)에 의해 한정되며,
    상기 케이싱 캐비티 내에 위치된 헤드 링(150)은, 상기 케이싱 캐비티(160)의 배면측의 또는 전면측의 반경방향-배향된 벽과 접촉하지 않고, 전면측과 배면측의 축방향-배향된 캐비티 숄더 면들에 얹혀 있고,
    상기 배면측 시일(200)은 상기 배면측의 축방향-배향된 캐비티 숄더 면과 접촉하고 또한 상기 케이싱 캐비티(160)의 배면측의 반경방향-배향된 벽과 상기 헤드 링(150) 모두와 접촉하여 위치된
    증기 터빈.
  15. 터빈(10)을 작동시키는 방법에 있어서,
    래비린스 시일(110)을 케이싱(25)과 로터(55) 사이에 위치시키는 것으로서, 상기 로터는 회전축을 중심으로 회전하고, 상기 회전축은 상기 회전축을 따르는 축방향과 상기 회전축에 수직하는 반경방향을 규정하며, 상기 래비린스 시일은 헤드 링(150)을 포함하고, 상기 케이싱은 케이싱 캐비티(160)를 포함하며, 상기 케이싱 캐비티는 배면측과 전면측의 반경방향-배향된 벽들을 갖는 전면측 및 배면측을 포함하고, 한 쌍의 대향하는 전면측과 배면측의 캐비티 숄더들(170)에 의해 한정되는, 상기 래비린스 시일(110)을 위치시키는 것;
    상기 헤드 링(150)이 상기 케이싱 캐비티(160)의 배면측의 또는 전면측의 반경방향-배향된 벽과 접촉하지 않고, 전면측과 배면측의 축방향-배향된 캐비티 숄더 면들에 얹히도록 상기 헤드 링(150)을 상기 케이싱 캐비티(160) 내에 위치시키는 것;
    배면측 시일(200)이 상기 배면측의 축방향-배향된 캐비티 숄더 면과 접촉하고 또한 상기 케이싱 캐비티(160)의 배면측의 반경방향-배향된 벽과 상기 헤드 링(150) 모두와 접촉하여 위치되도록 상기 배면측 시일(200)을 상기 래비린스 시일(110)과 상기 케이싱(25)의 캐비티(160) 사이에 위치시키는 것;
    상기 로터(55)를 회전시키는 것; 및
    상기 캐비티(160)를 통한 증기 유출 경로를 상기 배면측 시일(200)로 차단하는 것을 포함하는
    터빈 작동 방법.
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