KR102565764B1 - 터빈 바이패스 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈 바이패스 밸브에 관한 것으로, 밸브 바디( )부에 형성된 증기 유입관 내부에 고온, 고압 상태의 증기를 1차 상쇄시킬 수 있게 작용되는 제1 메쉬관(205)을 설치하고, 밸브 바디(201) 내부에 장치되는 2단층으로 구성된 케이지관(206) 및 스템(301)과 연결 결합 상태에 있는 플러그(300)와 플러그와 밀봉 작용을 하는 시트링(207), 밸브 내부로부터 수평면 기준 방향으로 각각 장치되어 있는 상태에서, 증기 유로 구멍이 다수 천공, 형성된, 원통 형상의 디퓨져관(209) 사이에 제2 메쉬관(208)을 끼워 결착, 주요 밸브 조립부를 완성하게 하여, 고온 및 고압 상태에서 공급되는 증기 압력을 적정한 수치로 변화시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한 바이패스 밸브에 관한 것이다.

Description

터빈 바이패스 밸브 {Turbine bypass valve}

본 발명은 발전소에 적용되는 증기터빈의 바이패스 밸브에 관한 것으로, 증기터빈의 자체 비상 상태로 인해 정지되는 경우 보일러의 운전을 지속시켜 주기 위한 수단으로, 증기터빈에 유입되는 고온, 고압 상태의 과열증기를 신속하게 바이패스 밸브를 통해 증기를 배출시켜 주게 하는 밸브에 관한 것이다.

따라서, 증기터빈 바이패스 밸브에 고온. 고압 상태의 증기가 유입 통과되는 환경이 조성되어질 때, 무엇보다도 먼저 밸브 내부에 장치된 트림 부속 장치물들이 고속으로 통과되는 고온의 증기 및 고압상태의 증기에 의해 압력 스트레스 영향에 노출되고, 그렇게 노출된 주요 부품들의 표면 요부에는 점진적 크릭상태가 발생하게 됨으로서, 동시에 주변의 고정 장치물들과 함께 표면층이 손상되거나 파손을 입게 된 경우가 많았으며, 그러한 요인에 의해서 증기터빈의 지속적인 운전 과정 중, 막대한 지장을 초래하게 된 사건 사고가 자주 발생하게 된 원인이 제공되기도 하였다,

또한, 상기된 문제점을 방지하고자 당 업계에서는 많은 노력과 별도 연구가 필요하게 된 바 많았으며, 그러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로서, 바이패스 밸브에 유입, 유통되는 고압, 고온상태의 증기를 감온, 감압된 상태에서 증기를 안전하게 배출시킬 수 있도록 구성된, 증기터빈 바이패스 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 터빈 밸브는 목적에 따라 여러 종류로 구별되어 사용하는데, 발전소 비상 운전 시, 발생한 고온, 고압의 증기를 터빈에 유입하거나 통과시키지 않고 바이패스 밸브를 통해 배출시킴으로서 독립적으로 보일러 운전이 가능할 수 있게 긴급상황에서 요구되는 기능이 장치되는 것을, 우선적으로 해결되어야 할 사항으로 지적되고 있다.

좀 더 상세하게는, 증기터빈 라인에서는 보일러로부터의 500~600℃의 증기가 밸브장치를 통하여 증기터빈에 이송되고, 터빈에서 목적을 달성한 이후의 증기는 복수기(復水器)에서 물로 복원되며, 급수펌프에 의해 다시 보일러에 공급되는 순서로 순환하게 된다.

즉, 증기 발생기에서 생성된 고온, 고압의 증기는 증기 라인에 배속된, 신속 차단밸브 및 제어밸브가 배열된 곳에 공급이 되고, 제어밸브는 급속 차단밸브가 개방된 경우에만 증기라인을 통한 증기 공급을 제어할 목적으로 기동력을 수행하게 되며, 신속 차단밸브는 운전 장애가 발생할 경우를 대비하여 유체 차단을 위해 신속하게 자동 대응하게 된다.

그러나 상기와 같은 증기의 높은 온도 및 높은 압력을 받게된 밸브는, 밸브 내부에 장치된 스템과 본넷 사이에 포화된 증기의 압력으로 인해 증기가 더욱 팽창되어 일부분 밸브 기능을 약화시키는 결과를 낳기도 하며, 그와 동시에 터빈라인에 따라 공급되는 증기 압력이 높아질수록, 터빈의 블레이드 온도가 허용치 값을 초과하여 상승하게 되고, 아울러 블레이드와 정지부 사이에 미세 접촉에 의한 사고가 일어나 비상 운전 정지 상태를 초래하는 경우가 발생하게 된다.

이때, 보일러의 운전을 지속시켜 위한 수단으로서 증기터빈에 유입되는 증기를 바이패스 밸브를 통해 고압의 증기를 유출시켜 기동 라인을 멈추지 않토록 작용하게 되는데, 이는 발전소 비상 운전 시, 보일러에서 발생한 증기를 터빈에 직접 통과시키지 않고 밸브를 통해 바이패스 시킴으로써 보일러를 터빈 상태와 관계없이 유체의 재순환 과정에 의해 주어진 환경에서 지속적인 운전을 수행할 수 있게 된다.

상기된 바와 같은 작용 과정을 수반한 종래의 바이패스 밸브에 있어, 도 1의 구성을 보면 수직축 방향으로 밸브 바디(1) 중심부에 스템(5)과 함께 연결된, 긴 공간부로 형성되어 있는 플러그(3)와 시트링(4)이 구성되어 있고, 플러그 및 시트링의 상,하 여 닫힘 작용에 따라 유입된 증기가 통과 되도록 구멍이 천공되어 있는 케이지관(6)과 상기 케이지관으로부터 유입된 증기가 일시적 가둠 상태에서 유출되게 한 디퓨져(7)가 설치되고, 디퓨져(7)가 수용 장치된 증기유출 배출관(9)에는 유동성 증기를 냉각시켜 주기 위한 다수개의 냉각 분무기(11)들이 장치 구성되어 있다.

상기 조립된 상태의 밸브는 상, 하부 작동 구간으로 스템(5)이 동작을 하게 되고, 그와 같이 스템에 연결 장치된 플러그(3)는 밀폐력을 갖는 시트링(6)과의 밀착 여부에 따라 닫힘과 열림이 이루어지며, 상기 장치된 케이지(3)의 천공된 구멍 사이로 고압의 증기가 침투 통과하게 되고, 증기의 흐름 작용을 둔화시키는 디퓨저(7)의 미세 홀(8)을 통과해 흐른 뒤 배출구(11)를 통해 증기는 바이패스되어 빠져나가게 구성되어 있다.

상기와 같은 종래의 밸브는 고온, 고압 상태의 주증기가 공급되어질 때 무엇보다도 온도를 좀 더 약화시켜 주거나 고압 상태의 증기압을 감압시킬 수 있는 방법을 제시하고 있으나 오히려 밸브 본넷부에 삽입 장치되는 스템과 패킹씰 사이의 밀착력이 미비하게 작용하여, 조립된 상태의 틈새 사이로 증기가 새어 나오는 경우가 다분히 발생되기도 하였다.

이는 고온, 고압증기에 취약한 재질을 선택하여 사용하게 된 원인도 있지만, 무엇보다도 밸브 자체가 축방향으로 조립된 상태에서 작용되기 때문에 밸브 내부로 투입된 고압 증기의 특성상, 밸브 상층부 공간 내부에 진입한 고온성 증기가 자체 팽창력에 의해 더욱 확산되는 작용에 의해 밸브의 스템과 패킹씰 사이로 증기 누출이 증대되어 빠져나가는 것으로 판단되며, 또한 케이지관의 재료 선택에 있어서도, 경도가 낮은 스텔라이트(Stellite) 코팅재를 사용함으로 인해, 유속 압력과 유체산화성 발발현에 의한 증기 유출구멍들이 침식되거나 마모되는 현상이 발생하기도 하였다.
발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0059933호(2018.06.05. 공개, 발명의 명칭: 증기 밸브 및 증기 터빈 시스템)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선시키기 위하여 안출된 것으로, 먼저 밸브 바디 부분에 형성된 증기 유입관 내부에 고온, 고압 상태의 증기를 1차 상쇄시킬 수 있도록 작용되는 제1 메쉬관을 설치 고정하고 이후, 밸브 바디 내부에 장치되는 2단 복층으로 구성된 케이지관 및 별도 스템과 연결 결합되어지는 플러그, 또한 플러그와 밀봉 작용력을 갖는 시트링 등을 밸브 내부로부터 수평면 기준 방향으로 각각 장치하고, 증기 유로 구멍이 다수 청공된 상태의 원통 형상의 디퓨져관(diffuser duct) 사이에 제2의 메쉬관을 끼워 주요 밸브 조립부를 완성한다.

또한, 밸브내어 유입된 고온의 증기가 외부이송 배관을 통해 배출되어지는 배출관 외주변 위치에 냉각 분무기를 수 개 설치하여 고온 및 고압 상태로 공급되는 증기 압력을 좀 더 적정한 수치로 변화시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한 바이패스 밸브에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 방법으로서, 바이패스 밸브 장치는 바디 및 본넷, 유입구 관내 선단부 위치에 제1 메쉬관이 설치되어 있는 것과,

밸브 중심부에는 스리브형의 케이지관 및 스템과 일치 결합되는 플러그 및 플러그 요부와 밀착력을 갖는 시트링과, 상기 시트링과 디퓨져관(diffuser duct)의 공간 사이에 제2의 메쉬관을 고정 배치하고, 상기 밸브 스템부에는, 스템과 패킹씰이 본넷을 모체로하여 삽입 작동되는 밸브에 있어서,

상기 구비된 밸브 부속품 중, 제1, 제2 메쉬관은 주물 가공이나, 또는 스테인레스 와이어 망상형 구조로 이루어질 수 있으며, 유통되는 증기 압력에 견딜 수 있는 재질을 선택하여 고온, 고압 증기에 대한 저항력을 갖출 수 있게 구성한다.

또한, 메쉬관을 통과한 증기가 다음 단계로 진입 통과되는 원통 형상으로 구비된 케이지관 구조는, 주요부가 원형의 2단 복층 형상으로 구성되어 있고, 내, 외관 표면 둘레에 유체 진입 통과 홀이 청공되어 유입되는 증기의 열기와 압력을 좀 더 떨어뜨리고자 하는 수단으로 사용될 수 있게 구성된다.

또한, 케이지관 공간 내부에는 밀폐 작용을 하는 시트링과 플러그가 조립 되어지며, 다음 조립과정 순서에 놓이게 된 시트링과 디퓨저관 사이에 제2 메쉬관을 조합하여 구성한다.

상기 디퓨져관의 벽체 주변에 형성된 다수의 유로 홀은 고온, 고압성을 갖은 증기에 대한 열기 압력을 다소 낮추어 공급되는 수단에 의한 목적으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 바이패스 밸브는 비상시에 발전소 터빈을 보호하기 위한 수단으로 사용되는 밸브로서, 밸브내 장치되는 부품을 개선 조립하여 고온, 고압 상태에서 보일러로부터 제공되는 고온, 고압의 유동 증기를 자체적으로 증기를 감온, 감압시켜 높은 압력과 높은 온도로 배출되려는 현상을 억제시켜 밸브에 대한 파손을 미연에 방지하고자 한 발명에 관한 것이다.

도 1은 종래 바이패스 밸브의 측면부 단면도.
도 2는 종래 바이패스 밸브의 배출구 저면도.
도 3은 본 발명 터빈 바이패스 밸브가 열린 상태를 나타낸 측면부 단면도.
도 4의 본 발명 터빈 바이패스 밸브가 닫혀있는 상태를 나타낸 측면부 단면도.
도 5는 본 발명 바이패스 밸브의 정면도.

본 발명은 상기된 바와 같은 터빈 바이페스 밸브에 대하여 첨부 도면을 참조하여 실시예를 들어 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 실시예는 그 실시 가능 상태가 제한된다고 볼 수 없고 다만, 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 사상을 이해하는 당 업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 이용하여 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함된다고 할 것이다.

첨부된 도1의 종래의 밸브는 먼저 설명되었듯이 상,하 축방향으로 고정 설치하여 사용되는 밸브로서 그 구성은 밸브 바디(1) 및 본넷(2)이 구성된 상태인 것에 원형의 단층관으로 형성된 케이지관(3)과 시트링(4)이 결합 구성되어 있고, 시트링(4)과 함께 연결된 상태의 디퓨져관(7)이 장치되어 있다.

상기 케이지관(3)의 내부로는 증기 밀폐 작용과 관련된 상,하부로 작동되는 장공의 플러그(5)가 스템(6)과 함께 장치 구성되고 유동성 증기가 입, 배출이 가능하도록 구비된 유입구(9) 및 배출구(10)가 밸브 바디(1)부에 각각 직각을 이루어 형성되어 있다.

상기 케이지관(3)은 증기 유입구(9)로부터 유입되는 고온성 증기에 대한 압력을 낮추기 위한 수단으로 이용되며, 상기 디퓨져관(7) 또한 같은 목적으로 장치하여 사용된 바 있다.

그러나 그 작용 효과는 미미한 효과만 제공되었을 뿐, 오히려 밸브 자체의 고장률이 증대됨으로 인해 터빈 브레이드에 좋지않은 회전 장애를 일으키게 하는 결과를 낳기도 하였다.

본 발명 케이지관은 부분 복층 구조로서 이중관으로 구성되어 있으며, 본 발명은 이와 같은 치수와 모양에 제한되어 있지 않으며, 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 형상과 치수를 갖는 변형의 예를 포함하는 것임을 본 발명에 속하는 업자라면 용이하게 이해할 것이다.

도 3은 본 발명 바이패스 밸브의 상세 측면부 단면도로서, 수평 형상으로 조립 상태가 이루어지는 밸브 바디(201)부 이면에 증기 유입구(203) 및 배출구(204)가 형성되어 있으며, 상기 유입구(203) 선단부 내측관에, 일차적으로 유입되는 고압의 증 기 흐름을 간접 상쇄시는 작용을 하는 제1 메쉬관(205)을 선단부내에 배치하고, 배치된 선단관 내부를 거쳐 유입되는 증기가 연속 저지된 압력으로 통과될 수 있게 작용하는, 관형상으로 형성된 케이지관(206)과, 상기 케이지관(206)과 함께 접속, 결합되는 시트링(207) 및 돌출 경면 표면적이 천공된 홀(306)로 이루어진 제2 메쉬관(208)과 함께 디퓨져관(209)을 포함한 조립체를 구성되게 한다.

또한, 상기 케이지관(206)과 시트링(207)이 조립된 상태의 빈 공간부 내에, 시트링(207)과 연계하여 밀폐 작용을 하게 되는 플러그(300)를 피스톤원리로 좌,우 동작을 하는 스템(301)에 체결 완성시킨 후, 상기 케이지관(206) 내부 공간에 수용하나, 수용된 플러그(300)와 스템(301)은 본넷(202)의 내부와 외부 사이에 내설 장치된 패킹씰(302) 구멍에 스템봉이 끼워짐으로 인해 조립 완성이 이루어지게 된다.

또한, 상기 플러그(300)에 있어서, 플러그(300) 및 스템(301)과의 사이에 장치되는 부속품 구성은 스템(301)과 일체형으로 형성된 가변 플러그(303) 외관 주변에 탄성 스프링(304)을 끼워놓은 상태의 조립부에 볼트를 조여 고정판(305)이 고정되게 하고, 이는 스템(301)과 플러그(300) 사이의 충격 완화를 해소시켜주는 방법이 제공된다.

상기와 같이 구성된 바이패스 밸브에 관하여, 좀 더 주요장치 구성물에 대한 작용을 설명하면, 먼저 케이지관(206)에 있어서, 1단의 형태의 일자형 관형 구조로 이루어져 있고, 일정 간격을 기준으로 하여 작용구조가 형성되는 기본관 단층관 위치에 조금 더 넓은 구경으로 제작된 복층 외관을 별도 준비하여, 2단 격층 모양으로 만들어 완성시키도록 된 케이지관(206)에 있어, 이중관 복층으로 형성된 표층면에 유동 증기가 유입 통과될 수 있는 다수개의 유출구 홀(306)을 구비하여 유입 통과되는 증기의 압력과 고열온도를 2차적 단계에서 좀 더 상쇄시킬 수 있는 작용을 할 수 있게 한다.

따라서 상기의 제1 메쉬관(205)과 제2 메쉬관(208)에 유입되는 고압증기에 대한 저항범위는, 상기 케이지관(206)의 저항범위에 버금가는 감온, 감압 효과를 나타내게 되며, 또한 제1 메쉬관(205) 및 제2 메쉬관(208)에 형성되어 있는 홀(306) 구성 모양은 여러 형태의 구조로 이루어지게 되며 금속성형 제작에 의하거나, 또는 특수 처리된 금속재 와이어(wire)로 형성된 메쉬망을 이용해 사용될 수도 있다.

한편, 디퓨져관(209)의 구성은 관의 일측 말단 관부가 곡부 형태로 막혀있는 모양으로 구성되어 있으며, 좀 더 많은 홀(306)이 천공되어 있는 상태에서 고압의 증기가 배출하게 되며, 또한 고압의 증기가 미쳐 빠져나가지 못한 상황에 의해 대기 포화 상태, 즉 포화압력(飽和壓力) 상태가 가끔식 발생하는 경우가 있고, 이러한 돌발 상태를 미리 대비하기 위한 방법의 하나로, 증기의 열기를 떨어뜨릴 수 있게 작용되는 냉각분무기(308)를 이용, 고온과 고압을 좀 더 감축시킨 상태에서 증기를 배출할 수 있는 바이패스 밸브가 제공된다.

201.....바디 302.....패킹씰
202.....본넷 303.....가변플러그
203.....유입구 304.....스프링
204.....배출구 305.....고정판
205.....제1 메쉬관 306.....홀(hole)
(mesh duct)
206.....케이지관 307....냉각수 주입구
207.....시트링 308.....냉각분무기
208.....제2 메쉬관 309......배관
209.....디퓨져관
(diffuser duct)
300.....플러그
301.....스템

Claims (1)

1. 밸브 바디(201)와 본넷(202)이 좌,우 수평방향으로 조립 구성된 유입구(203) 선단 내에 볼록 관형, 제1 메쉬관(205)이 형성되고, 밸브 중심부에 설치된 원형의 케이지관(206) 측면에 시트링(207)과 제2 메쉬관(208) 및 디퓨져관(209)을 연속 고정하고, 상기 케이지관(206) 내부에 플러그(300)와 체결 조립된 스템(301)을 삽입, 본넷(202)에 결합 장치되는 밸브에 있어서,
   상기 제1, 제2 메쉬관(205),(208)은 방사형상의 홀(306)들이 돌출된 관형상의 만곡된 표면부위에 천공되어 있는 것과,
   상기 케이지관(206)은 일정부위가 원형의 2단 복층 공간으로 구성된 내, 외관 표면 둘레에, 과열증기가 통과되는 홀(306)과,
   상기과열 증기의 밀도가 높아져 포화상태에서 유입된 증기를 분산 배출시키는 디퓨져관(209)과, 과열 포화 상태로 밀집된 증기를 좀 더 감압, 감온시켜 배출시킬 수 있는 냉각 분무기를 구비하여 작용되도록 하고,
   상기 과열증기는 상기 제1메쉬관(205), 상기 케이지관(206), 상기 제2메쉬관(208), 및 상기 디퓨져관(209) 순서로 흐르도록 구성되고,
   상기 제1메쉬관(205)은 상기 케이지관(206)보다 상류에 배치되고,
   상기 제2메쉬관(208)은 상기 케이지관(206)보다 하류에 배치되고, 상기 디퓨져관(209)보다 상류에 배치된 것을 특징으로 한 터빈 바이패스 밸브.