KR102525617B1 - 발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치 - Google Patents

발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치 Download PDF

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Abstract

발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치가 개시된다. 발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치는, 고압 터빈과 저압 터빈의 사이에 설치되고, 출구측에 제1 출구 증기 라인에 연결된 밸런스 피스톤과, 고압 터빈의 출구측에 연결되는 배기 증기 라인과, 고압 터빈의 추기 증기가 배출되는 제1 추기 증기 라인과, 저압 터빈의 추기 증기가 배출되는 제2 추기 증기 라인과, 배기 증기 라인과 제2 추기 증기 라인의 사이를 연결하고 제1 추기 증기 라인이 연결되는 제1 추력 제어 라인과, 제1 추력 제어 라인에 설치되며 배기 증기 라인이 연결된 제1 위치와 제1 출구 증기 라인이 연결된 제2 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인을 개폐하도록 설치되는 제1 개폐 밸브와, 일단은 제1 개폐 밸브와 제2 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인에 연결되고 타단은 제1 추기 증기 라인에 연결되며 제2 개폐 밸브가 설치된 제2 추력 제어 라인과, 제2 위치와 제2 추기 증기 라인이 연결된 제3 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인을 개폐하도록 설치되는 제3 개폐 밸브와, 제1 개폐 밸브와 제2 개폐 밸브 및 제3 개폐 밸브를 개폐제어하는 제어부를 포함한다.

Description

발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치{THRUST CONTROL APPARATUS FOR BALANCE PISTON OF NUCLEAR POWER PLANT}
본 발명은 정상 운전 여부에 따라 밸런스 피스톤의 축추력의 가변이 가능한 발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 증기 터빈의 추력 베어링은, 터빈에 발생하는 추력을 흡수하기 위한 설비이며, 추력 베어링 패드와 축 사이에 유막이 형성되어 추력을 흡수한다.
단축류(Single Flow) 고압 터빈이 적용된 증기 터빈은, 비대칭 증기 유로에서 추력이 발생하고, 발생된 추력을 상쇄하기 위해 증기 유로의 바대 방향의 엔드 패킹(End Packing) 직영을 증가시킨 밸런스 피스톤(Balance Piston) 형상으로 증기 유로 반대 방향의 추력을 발생시켜 전체 추력을 감소시킨다.
정상 운전 중에는 한 방향으로 증기 터빈의 추력이 발생되고, 발생하는 방향의 추력 베어링 패드를 액티브 플레이트(Active plate), 반대 방향을 인액티브 플레이트(Inactive Plate)라고 한다. 그리고 비정상적 추력으로 인한 추력 베어링 패드 손상을 감시하기 위해 증기 터빈의 추력 베어링 마모 감지기가 설치된다.
한편, 비정상 추력 발생시에는 증기 터빈의 전체 추력은 운전 중에 임의로 변경이 불가능하며, 반대 방향으로 추력 방향을 변경할 수 없는 문제점이 있고, 추력 베어링의 액티브 플레이트의 손상이 감지되는 경우 터빈의 운전 정지가 발생될 수 있는 문제점이 있다.
공개특허공보 10-2016-0090408
본 발명의 일 실시예는, 추력 베어링의 액티브 플레이트의 손상이 감지 또는 비정상 추력 발생시에는 추력 방향의 가변이 가능한 발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는, 고압 터빈과 저압 터빈의 사이에 설치되고, 출구측에 제1 출구 증기 라인에 연결된 밸런스 피스톤과, 고압 터빈의 출구측에 연결되는 배기 증기 라인과, 고압 터빈의 추기 증기가 배출되는 제1 추기 증기 라인과, 저압 터빈의 추기 증기가 배출되는 제2 추기 증기 라인과, 배기 증기 라인과 제2 추기 증기 라인의 사이를 연결하고 제1 추기 증기 라인이 연결되는 제1 추력 제어 라인과, 제1 추력 제어 라인에 설치되며 배기 증기 라인이 연결된 제1 위치와 제1 출구 증기 라인이 연결된 제2 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인을 개폐하도록 설치되는 제1 개폐 밸브와, 일단은 제1 개폐 밸브와 제2 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인에 연결되고 타단은 제1 추기 증기 라인에 연결되며 제2 개폐 밸브가 설치된 제2 추력 제어 라인과, 제2 위치와 제2 추기 증기 라인이 연결된 제3 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인을 개폐하도록 설치되는 제3 개폐 밸브와, 제1 개폐 밸브와 제2 개폐 밸브 및 제3 개폐 밸브를 개폐제어하는 제어부를 포함한다.
제어부는, 밸런스 피스톤의 추력 정상 상태의 정상 운전시에는, 제2 개폐 밸브와 제3 개폐 밸브를 폐쇄 제어하고, 제1 개폐 밸브를 개방 제어할 수 있다.
제어부는, 밸런스 피스톤의 추력 비정상 상태로 추력 감소 운전시에는, 제1 개폐 밸브와 제3 개폐 밸브를 폐쇄 제어하고, 제2 개폐 밸브를 개방 제어할 수 있다.
제어부는, 밸런스 피스톤의 추력 비정상 상태로 추력 증가 운전시에는, 제1 개폐 밸브와 제2 개폐 밸브를 폐쇄 제어하고, 제3 개폐 밸브를 개방 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단축류(Single Flow) 고압 터빈이 적용된 발전소의 추력을 운전중에 제어부의 제어에 따라 적절하게 조정하는 것이 가능한 바, 비정상 추력 발생시에 추력의 감소 또는 추력 베어링 패드 마모시 추력의 방향을 반대로 변경하는 것도 가능하다. 따라서, 비정상 추력 또는 추력 베어링 패드의 마모 발생 시에는 발전소의 터빈이 비정상으로 정지되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 피스톤의 출구 증기 압력 조절을 통한 터빈 전체 추력의 조정 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소의 터빈 축추력 조정 장치가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전소의 터빈 축추력 조정 장치(100)는, 고압 터빈(11)과 저압 터빈(13)의 사이에 설치되고 출구측에 제1 출구 증기 라인(20)에 연결된 밸런스 피스톤(10)과, 고압 터빈(11)의 출구측에 연결되는 배기 증기 라인(30)과, 고압 터빈(11)의 추기 증기가 배출되는 제1 추기 증기 라인(40)과, 저압 터빈(13)의 추기 증기가 배출되는 제2 추기 증기 라인(50)과, 배기 증기 라인(30)과 제2 추기 증기 라인(50)의 사이를 연결하고 제1 추기 증기 라인(40)이 연결되는 제1 추력 제어 라인(60)과, 제1 추력 제어 라인(60)에 설치되며 배기 증기 라인(30)이 연결된 제1 위치와 제1 출구 증기 라인(20)이 연결된 제2 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인(60)을 개폐하도록 설치되는 제1 개폐 밸브(81)와, 일단은 제1 개폐 밸브(81)와 제2 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인(60)에 연결되고 타단은 제1 추기 증기 라인(40)에 연결되며 제2 개폐 밸브(83)가 설치된 제2 추력 제어 라인(70)과, 제2 위치와 제2 추기 증기 라인(50)이 연결된 제3 위치의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인(60)을 개폐하도록 설치되는 제3 개폐 밸브(85)와, 제1 개폐 밸브(81)와 제2 개폐 밸브(83) 및 제3 개폐 밸브(85)를 개폐 제어하는 제어부(90)를 포함한다.
밸런스 피스톤(10)은 고압 터빈(11)과 저압 터빈(13)의 사이 위치에 설치되는 것으로, 터빈의 구동을 위한 추력을 제공하도록 설치될 수 있다. 여기서 추력은 밸런스 피스톤(10)의 직경과, 입구 증기 압력 및 출구 증기 압력에 따라 결정될 수 있다. 본 실시예에서 밸런스 피스톤(10)의 출구 증기 압력의 조절을 통해 추력의 가변이 가능한 것으로, 이에 대해서 이하에서 구체적으로 설명한다.
밸런스 피스톤(10)의 출구측에는 제1 출구 증기 라인(20)이 연결되며, 제1 출구 증기 라인(20)은 후술하는 제1 추력 제어 라인(60)에 연결될 수 있다.
한편, 고압 터빈(11)에는 출구측에 배기 증기 라인(30)이 연결되며, 후술하는 제1 추력 제어 라인(60)에 연결될 수 있다.
이러한 고압 터빈(11)에는 추기 증기가 배출되는 제1 추기 증기 라인(40)이 설치되며, 제1 추기 증기 라인(40)은 제1 추력 제어 라인(60)에 선택적으로 연결되도록 설치될 수 있다.
저압 터빈(13)은 밸런스 피스톤(10)을 사이에 두고 고압 터빈(11)이 설치된 위치의 대향하는 측에 설치될 수 있다.
이러한 저압 터빈(13)에는 추기 증기가 배출되는 제2 추기 증기 라인(50)이 설치될 수 있다.
한편, 전술한 제1 출구 증기 라인(20)과 배기 증기 라인(30)과 제1 추기 증기 라인(40)과 제2 추기 증기 라인(50)에는, 추력 제어를 위한 제1 추력 제어 라인(60)과 제2 추력 제어 라인(70)이 설치될 수 있다.
제1 추력 제어 라인(60)은, 배기 증기 라인(30)과 제2 추기 증기 라인(50)의 사이를 연결하도록 설치될 수 있다. 이러한 제1 추력 제어 라인(60)에는 배기 증기 라인(30)과 제2 추기 증기 라인(50)이 각각 연결된 위치의 사이 위치에 제2 추력 제어 라인(70)이 분기된 상태로 연결되도록 설치될 수 있다.
제1 추력 제어 라인(60)이 설치되는 것은 터빈의 작동 상태에 따라 전체 추력을 적절하게 조절하도록 터빈이 출구 증기 압력을 적절하게 가변 조절하기 위함이다.
제2 추력 제어 라인(70)은 일단은 제1 추력 제어 라인(60)에 분기된 상태로 연결되고 타단은 제1 추기 증기 라인(40)에 연결되도록 설치될 수 있다.
한편, 제1 추력 제어 라인(60)과 제2 추력 제어 라인(70)에는 제1 개폐 밸브(81)와 제2 개폐 밸브(83) 및 제3 개폐 밸브(85)가 설치되는 바, 증기 터빈의 추력의 정상 또는 비정상 상태에서 제어부(90)의 제어 작동에 의해 적절하게 개폐될 수 있다.
제1 개폐 밸브(81)는, 제1 추력 제어 라인(60)에 설치되며, 배기 증기 라인(30)이 연결된 제1 위치(A)와 제1 출구 증기 라인(20)이 연결된 제2 위치(B)의 사이 위치에서 제1 추력 제어 라인(60)을 개폐하도록 설치될 수 있다.
그리고, 제2 개폐 밸브(83)는, 제2 추력 제어 라인(70)에 설치되어 제어부(90)의 제어 작동에 따라 적절하게 개폐 작동될 수 있다.
한편, 제3 개폐 밸브(85)는, 제1 출구 증기 라인(20)과 제1 추력 제어 라인(60)이 연결된 제2 위치(B)와, 제2 추기 증기 라인(50)이 연결된 제3 위치(C)의 사이 위치에서 제어부(90)의 제어 작동에 따라 개폐 작동되어 제1 추력 제어 라인(60)을 개폐하도록 설치될 수 있다.
제어부(90)는 전술한 바와 같이 제1 개폐 밸브(81)와 제2 개폐 밸브(83) 및 제3 개폐 밸브(85)를 개폐 제어하도록 설치되는 것으로 추력의 정상 상태와, 추력의 감소 상태와, 추력의 증가 상태를 구분하여, 제1 내지 제3 개폐 밸브(85)를 적절하게 개폐 제어할 수 있다. 이에 대해 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 단축류(Single Flow) 고압 터빈이 적용된 발전소의 정상 추력 상태에서는, 제어부(90)는, 제2 개폐 밸브(83)와 제3 개폐 밸브(85)를 폐쇄 제어하고, 제1 개폐 밸브(81)를 개방 제어할 수 있다.
따라서, 발전소의 추력 발생 상태는, 밸런스 피스톤(10)의 직경과 입출구의 증기 압력차의 곱에 의해 고압 터빈(11)의 증기 유로의 반대 방향으로 추력이 발생되면서 고압 터빈(11)의 증기 유로에 의한 비대칭 추력이 상쇄될 수 있다.
그리고, 단축류(Single Flow) 고압 터빈이 적용된 발전소의 추력 비정상 상태로 추력 감소 운전 상태에서 제어부(90)는, 제1 개폐 밸브(81)와 제3 개폐 밸브(85)를 폐쇄 제어하고, 제2 개폐 밸브(83)를 개방 제어할 수 있다.
다음, 단축류(Single Flow) 고압 터빈이 적용된 발전소의 추력 비정상 상태로 추력 증가 운전 상태에서 제어부(90), 제1 개폐 밸브(81)와 제2 개폐 밸브(83)를 폐쇄 제어하고, 제3 개폐 밸브(85)를 개방 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런스 피스톤의 출구 증기 압력 조절을 통한 터빈 전체 추력의 조정 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 개폐 밸브(83)와 제3 개폐 밸브(85)를 폐쇄 제어하고, 제1 개폐 밸브(81)를 개방 제어한 정상 운전 상태(a)에는, 전체 추력이 고압 터빈(11) 방향을 향하면서 정상 상태를 확인할 수 있다.
그리고, 제1 개폐 밸브(81)와 제3 개폐 밸브(85)를 폐쇄 제어하고, 제2 개폐 밸브(83)를 개방 제어한 추력 감소 운전 상태(b)에서는, 전체 추력이 정상 운전 상태(a)는 밸런스 피스톤의 추력이 감소이며 전체 추력은 고압 터빈(11) 방향으로 정상 운전 상태(a) 보다 증가됨을 확인할 수 있다.
이어서, 제1 개폐 밸브(81)와 제2 개폐 밸브(83)를 폐쇄 제어하고, 제3 개폐 밸브(85)를 개방 제어한 추력 감소 운전 상태(c)에서는 저압 터빈 방향의 역방향으로 추력이 더욱 증가하여, 전체 추력은 저압 터빈(13) 방향으로 조정된 상태를 확인할 수 있다. 여기서 추력 방향이 변경되는 바, 기존의 액티브 플레이트(active plate)로 사용한 추력 베어링 패드의 반대 방향의 패드를 액티브 플레이트(active plate)로 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예는, 단축류(Single Flow) 고압 터빈(11)이 적용된 발전소의 추력을 운전중에 제어부(90)의 제어에 따라 적절하게 조정하는 것이 가능한 바, 비정상 추력 발생시에 추력의 감소 또는 추력 베어링 패드 마모시 추력의 방향을 반대로 변경하는 것도 가능하다.
따라서, 비정상 추력 또는 추력 베어링 패드의 마모 발생 시에는 발전소의 터빈이 비정상으로 정지되는 것을 방지할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10...밸런스 피스톤 11...고압 터빈
13...저압 터빈 20...제1 출구 증기 라인
30...배기 증기 라인 40...제1 추기 증기 라인
50...제2 추기 증기 라인 60...제1 추력 제어 라인
70...제2 추력 제어 라인 81...제1 개폐 밸브
83...제2 개폐 밸브 85...제3 개폐 밸브
90...제어부

Claims (4)

  1. 고압 터빈과 저압 터빈의 사이에 설치되고, 출구측에 제1 출구 증기 라인에 연결된 밸런스 피스톤;
    상기 고압 터빈의 출구측에 연결되는 배기 증기 라인;
    상기 고압 터빈의 추기 증기가 배출되는 제1 추기 증기 라인;
    상기 저압 터빈의 추기 증기가 배출되는 제2 추기 증기 라인;
    상기 배기 증기 라인과 상기 제2 추기 증기 라인의 사이를 연결하고, 상기 제1 추기 증기 라인이 연결되는 제1 추력 제어 라인;
    상기 제1 추력 제어 라인에 설치되며, 상기 배기 증기 라인이 연결된 제1 위치와 상기 제1 출구 증기 라인이 연결된 제2 위치의 사이 위치에서 상기 제1 추력 제어 라인을 개폐하도록 설치되는 제1 개폐 밸브;
    일단은 상기 제1 개폐 밸브와 상기 제2 위치의 사이 위치에서 상기 제1 추력 제어 라인에 연결되고, 타단은 상기 제1 추기 증기 라인에 연결되며 제2 개폐 밸브가 설치된 제2 추력 제어 라인;
    상기 제2 위치와 상기 제2 추기 증기 라인이 연결된 제3 위치의 사이 위치에서, 상기 제1 추력 제어 라인을 개폐하도록 설치되는 제3 개폐 밸브; 및
    상기 제1 개폐 밸브와 상기 제2 개폐 밸브 및 상기 제3 개폐 밸브를 개폐제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 밸런스 피스톤의 추력 정상 상태의 정상 운전시에는,
    상기 제2 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 제1 개폐 밸브를 개방 제어하는, 발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸런스 피스톤의 추력 비정상 상태로 추력 감소 운전시에는,
    상기 제1 개폐 밸브와 상기 제3 개폐 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 제2 개폐 밸브를 개방 제어하는, 발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 밸런스 피스톤의 추력 비정상 상태로 추력 증가 운전시에는,
    상기 제1 개폐 밸브와 상기 제2 개폐 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 제3 개폐 밸브를 개방 제어하는, 발전소의 밸런스 피스톤 축추력 조정 장치.
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