KR20080008976A - 증기 터빈 작동 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20080008976A
KR20080008976A KR1020070072174A KR20070072174A KR20080008976A KR 20080008976 A KR20080008976 A KR 20080008976A KR 1020070072174 A KR1020070072174 A KR 1020070072174A KR 20070072174 A KR20070072174 A KR 20070072174A KR 20080008976 A KR20080008976 A KR 20080008976A
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chamber
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레이몬드 빌리 윌리엄스
윙밍 올리버 초우
로버트 알랜 세론
케네스 존 홀트그렌
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

케이싱 드레인 시스템과 함께 사용하기 위한 드레인 퍼지 시스템(100)이 제공된다. 드레인 퍼지 시스템(100)은 퍼지 챔버 격벽(116)에 의해 형성되는 퍼지 챔버(112)를 포함하며, 상기 퍼지 챔버는 드레인 구멍(124)을 포함하는 퍼지 챔버 드레인부(120)에 의해 추가로 형성되고, 퍼지 챔버 격벽은 케이싱(22)의 외측면(122)에 결합되고, 상기 외측면은 상기 외측면을 관통하는 드레인 오리피스(108)를 포함하고, 상기 퍼지 챔버 격벽은 드레인 오리피스를 둘러싸며, 퍼지 유체의 공급원은 퍼지 챔버와 유체 연통하며, 퍼지 공급원의 공급원은 퍼지 유체의 유동을 퍼지 챔버에 공급하도록 구성된다.

Description

증기 터빈 작동 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR OPERATING STEAM TURBINES}
본 발명은 일반적으로 증기 터빈에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 증기 터빈용 드레인 퍼지 시스템에 관한 것이다.
적어도 일부의 공지된 증기 터빈은 접합부에서 함께 형성되는 상측 절반부 및 하측 절반부를 구비하는 케이싱을 포함한다. 결합된 절반부는 터빈의 회전 부재를 둘러싸는 케이싱을 구성한다. 작동 중에, 응축된 물은 하측 절반부에 수집될 수도 있다. 물은 하측 절반부에 형성된 드레인 오리피스를 사용하여 제거된다. 하측 절반부에 수집된 수분은 드레인 오리피스로 이동된다. 연장된 작동 기간 중안, 드레인 오리피스가 먼지, 스케일 또는 화학적 증착물로 막힐 수 있다. 막힌 오리피스로 인해 증기 경로 내에 과도한 수분이 남아 있게 된다. 과도한 수분은 증기 경로 내의 구성요소의 부식을 증가시키게 된다.
일부 공지된 증기 터빈에 있어서, 드레인 오리피스에 수집된 증착물은 증기 터빈을 정지시키고 분해함으로써 드레인 오리피스로부터 제거된다. 따라서, 드레인 오리피스는 주요 유지보수를 위한 정지 동안에만 세정을 위해 접근 가능하다.
일측면에서, 케이싱용 드레인 퍼지 시스템이 제공된다. 퍼지 시스템은 퍼지 챔버를 포함한다. 퍼지 챔버는 퍼지 챔버 격벽에 의해 형성된다. 퍼지 챔버는 또한 드레인 구멍을 포함하는 퍼지 챔버 드레인부에 의해 형성된다. 퍼지 챔버 격벽은 케이싱의 외측면에 결합된다. 외측면은 상기 외측면을 관통하는 적어도 하나의 드레인 오리피스를 포함한다. 퍼지 챔버 격벽은 드레인 오리피스를 둘러싼다. 퍼지 시스템은 퍼지 챔버와 유체 연통하는 퍼지 유체 공급원을 포함한다. 퍼지 유체 공급원은 퍼지 챔버에 퍼지 유체의 유동을 공급하도록 구성된다.
또 다른 측면에서, 드레인 퍼지 시스템의 작동 방법이 제공된다. 이 방법은 드레인 오리피스와 유체 연통하여 퍼지 챔버 내로 드레인 오리피스로부터의 드레인 유동을 수용하는 단계와, 구멍을 통해 퍼지 챔버를 배수하는 단계와, 퍼지 챔버에 퍼지 유체의 유동을 제공하는 단계와, 상기 구멍과 퍼지 유체의 유동에 의해 결정되는 배압을 사용하여 드레인 오리피스 내의 역류를 발생시키는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에서, 증기 터빈이 제공된다. 증기 터빈은 케이싱 및 상기 케 이싱을 배수하는 드레인 오리피스를 세정하도록 구성된 드레인 퍼지 시스템을 포함한다. 퍼지 시스템은 케이싱에 결합되고 상기 드레인 오리피스를 둘러싸는 퍼지 챔버를 포함한다. 퍼지 챔버는 격벽과 상기 격벽에 결합된 퍼지 챔버 드레인부를 포함한다. 퍼지 챔버 드레인부는 드레인 구멍을 포함한다. 또한, 퍼지 시스템은 퍼지 챔버와 유체 연통하는 퍼지 유체 공급원을 포함한다. 퍼지 유체 공급원은 퍼지 챔버에 퍼지 유체의 유동을 제공하도록 구성된다.
본 발명의 드레인 퍼지 시스템은 비용 효율적이고, 드레인 오리피스가 침전물로 막히는 것을 방지하기 위해 증기 터빈 내의 드레인 오리피스를 세정하는 고 효율적인 방법을 제공한다. 또한, 드레인 오리피스에 수집된 침전물은 증기 터빈을 정지하지 않고 제거될 수 있으며, 침전물 없는 드레인 오리피스는 드레인 오리피스가 수분을 지속적으로 유동시켜, 증기 내의 과도한 수분에 의해 유발되는 증기 경로 요소에 대한 부식 손상을 제거할 수 있다.
도 1은 전형적인 대향 유동(opposed-flow) 증기 터빈(10)의 개략도이다. 터빈(10)은 제 1 및 제 2 저압(LP)부(12, 14)를 포함한다. 당해 기술분야에 공지된 바와 같이, 터빈부(12, 14) 각각은 복수의 스테이지의 격막(도 1에 도시되지 않음)을 포함한다. 회전축(16)은 상기 부분(12, 14)을 통해 연장한다. LP부(12, 14) 각각은 노즐(18, 20)을 포함한다. 단일 외측 셀 또는 케이싱(12)은 수평면을 따라 그리고, 축선 방향으로 상측 및 하측 절반부(24, 26)로 각각 분리되며, 양쪽의 LP(12, 14)에 걸친다. 상기 셀(22)의 중앙부(28)는 저압 증기 입구(30)를 포함한다. 외측 셀 또는 케이싱(22) 내부에서 LP(12, 14)는 저널 베어링(32, 34)에 의해 지지되는 단일 베어링 스팬으로 배열된다. 유동 분리기(40)는 제 1 및 제 2 터빈부(12, 14) 사이에서 연장된다.
비록, 도 1이 대향 유동 저압 터빈을 개시하고 있지만, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 본 발명은 저압 터빈에 사용하는데에 한정되지 않으며, 제한적이지 않게 중압 터빈(IP) 또는 고압 터빈(HP)을 포함하는 소정의 터빈에 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
작동 동안, 저압 증기 입구(30)는 예를 들어, 교차 파이프(도시되지 않음)를 통해 고압 터빈 또는 중압 터빈과 같은 공급원으로부터 저압/중온 증기(50)를 수용한다. 증기(50)는 입구(30)를 통해 흐르고, 유동 분리기(40)는 상기 증기 유동을 2개의 대향 유동 경로(52, 54)로 나눈다. 보다 구체적으로, 증기(50)는 LP부(12, 14)를 통해 이동되며, 증기로부터 일이 추출되어 회전축(16)을 회전시킨다. 증기는 LP부(12, 14)를 빠져 나가 예를 들어, 응축기로 이동된다. 작동 동안, 케이싱 드레인(들)(108)은 케이싱(22)의 내측으로부터 응축된 수분 제거를 용이하게 한다. 시간이 경과하여, 케이싱 드레인(108)은 예를 들어, 케이싱 드레인 내에 수집되는 침전물에 의해 막힐 수도 있으며, 이로 인해, 수분이 케이싱(22)의 내측으로부터 제거되는 것이 저해된다. 전형적인 실시예에서, 터빈(10)은 막힌 또는 부분적으로 막힌 케이싱 드레인을 용이하게 세정하는 드레인 퍼지 시스템(100)을 포함한다.
도 2는 증기 터빈(10)을 구비하여 사용될 수도 있는 전형적인 드레인 퍼지 시스템(100)의 개략도이다. 케이싱(22)은 적어도 하나의 드레인 오리피스(108)를 포함한다. 드레인 오리피스(108)는 케이싱(22)을 통해 연장하고, 작동 동안 케이싱(22) 내에 수집된 수분의 드레인 케이싱(22)에 구성된다. 드레인 퍼지 시스템(100)은, 퍼지 챔버(112)가 드레인 오리피스(108)와 유체 연통하도록 적어도 하나의 퍼지 챔버(112)를 포함한다. 전형적인 실시예에 있어서, 케이싱(22)은 복수의 드레인 오리피스(108)를 포함한다. 상기 복수의 드레인 오리피스(108) 중 적어도 일부는 각각의 퍼지 챔버(112)를 포함한다. 퍼지 챔버(112)는 퍼지 챔버 격벽(116) 및 상기 격벽(116)에 결합되는 퍼지 챔버 드레인부(120)에 의해 형성된다. 격벽(116)은 케이싱(22)의 외측면(122)에 결합되고, 드레인 오리피스(108)를 둘러싼다. 전형적인 실시예에 있어서, 격벽(116)은 원통형 형상이며, 티-배관(tee-piping) 연결부(126)를 포함한다. 대안예에서, 격벽(116)은 직사각형, 각추형상, 반구형 또는 그 외 다른 형상으로 형성된다. 이와 달리, 연결부(126)는 티-배관 연결부가 아니며, 또 다른 적합한 연결부이다. 추가로, 드레인부(120)는 드레인 구멍(124)을 포함한다. 구멍(124)은 직경(125)을 포함한다. 전형적인 실시예에서, 드레인 구멍(124)은 정밀 천공된다.
또한, 드레인 퍼지 시스템(100)은 퍼지 챔버(112)와 유체 연통하는 퍼지 유체 공급원(128)을 포함한다. 예를 들어, 퍼지 유체 공급원은 고압 증기 또는 압축 공기이다. 퍼지 유체는 증기 배관 매니폴드(130)를 통해 세정 유체 공급원(128)으 로부터 유동하여, 퍼지 챔버(112)에 퍼지 유체의 유동을 공급한다. 전형적인 실시예에 있어서, 증기 배관 매니폴드(130)는 퍼지 유체 공급원으로부터 배출 케이싱(129)을 통해 퍼지 챔버(112)로 연장한다. 전형적인 실시예에서, 배출 케이싱(129)은 탄소강으로 제조된다. 이와 달리, 배출 케이싱(129)은 다른 적합한 재료로 제조된다. 대안적인 실시예에서, 터빈(10)은 배출 케이싱(129)을 포함하지 않는다. 전형적인 실시예에서, 퍼지 유체 공급원(128)은 각 퍼지 챔버(112)의 적어도 일부와 유체 연통한다. 보다 구체적으로, 증기 배관 매니폴드(130)는 별도의 각각의 퍼지 챔버(112)에 연결되는 별도의 파이프(131)를 포함한다. 전형적인 실시예에서, 증기 배관 매니폴드(130)는 병렬 배관 배열이다. 이와 달리, 증기 배관 매니폴드(130)는 배관 배열을 사용하며, 퍼지 챔버(112)는 직렬로 유동 연결로 함께 결합된다. 퍼지 챔버(112)가 직렬로 유동 연결될 때, 증기 배관 매니폴드(130)는 퍼지 챔버(112)로의 퍼지 유체 유동을 균등하게 하기 용이하고, 헤드 손실을 감소시키도록 다양한 파이프 크기를 요구할 수도 있다. 전형적인 실시예에서, 증기 배관 매니폴드(130)는 각각의 퍼지챔버(112)로 동시에 퍼지 유체를 공급하도록 크기가 정해진다. 이와 달리, 증기 배관 매니폴드(130)는 퍼지 유체를 각각의 퍼지 챔버(112)에 각각 공급하도록 크기가 정해진다. 퍼지 유체가 각각의 퍼지 챔버(112)에 동시에 공급될 때, 증기 배관 매니폴드(130)는 퍼지 챔버(112)가 퍼지 챔버(112)로의 증가된 퍼지 유체 유동으로 인해 헤드 손실을 고려하기 용이하도록 각각 공급될 때보다 큰 직경으로 크기가 정해진다.
추가로, 드레인 퍼지 시스템(100)은 세정을 초기화하고, 챔버(112)를 세정하 기 위해 퍼지 유체 공급원(128)으로부터 유동을 조절하도록 구성된 밸브(132)를 포함한다. 전형적인 실시예에서, 밸브(132)는 수동-작동되는 밸브이다. 이와 달리, 밸브(132)는 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니나, 솔레노이드, 공압 구동부 및/또는 전기 액추에이터와 같은 밸브 구동부로 전달되는 신호를 통해 작동되는 파워 밸브이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 밸브(132)는 터빈 제어기 또는 플랜트 분배식 제어 시스템으로부터 세정을 개시하기 위한 신호를 수용하는 파워 밸브이다.
일 실시예에서, 드레인 퍼지 시스템(100)은 드레인 구멍(124) 유동을 검지하도록 구성된 센서(136)를 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 센서(136)는 퍼지 챔버(112) 내의 퍼지 유체 유동의 레벨을 모니터하는 레벨 센서이다. 이와 달리, 드레인 퍼지 시스템(100)은 센서(136)를 포함하지 않는다.
일반적으로, 증기 터빈(100)의 작동 동안, 퍼지 챔버(112)는 드레인 오리피스(108)로부터 드레인 유동을 수용하고, 구멍(124)을 통해 배수된다. 증기 터빈(10)의 작동 동안, 밸브(132)는 드레인 퍼지 시스템(100)의 세정을 초기화하기 위해 자동 또는 수동으로 개방된다. 밸브(132)가 개방될 때, 퍼지 유체는 증기 배관 매니폴드(130)를 통해 유동한다. 그 후, 퍼지 유체는 개별 파이프(131) 내로 유동하여, 각각의 퍼지 챔버(112)로 유동한다.
퍼지 유체가 퍼지 챔버(112)로 유동된 후에, 드레인 구멍(124)은 드레인 오리피스(108)를 통해 퍼지 유체의 역류를 촉진하기에 충분한 퍼지 챔버(112) 내의 배압을 유지한다. 드레인 오리피스(108)를 통한 역류는 증기 터빈(10)의 작동 동안 드레인 오리피스(108)에 수집되는 드레인(108)으로부터의 부스러기 및 침전물을 세정한다. 드레인 오리피스(108)로부터의 침전물을 세정함으로써, 과도한 수분이 증기 경로 내에 남아 있는 것을 방지한다.
전술한 드레인 퍼지 시스템은 비용 효율적이고, 드레인 오리피스가 침전물로 막히는 것을 방지하기 위해 증기 터빈 내의 드레인 오리피스를 세정하는 고 효율적인 방법이다. 드레인 오리피스에 수집된 침전물은 증기 터빈을 정지시키지 않고 제거될 수 있다. 침전물 없는 드레인 오리피스는 드레인 오리피스가 수분을 지속적으로 유동시켜, 증기 내의 과도한 수분에 의해 유발되는 증기 경로 요소에 대한 부식 손상을 제거할 수 있다.
본 발명은 다양한 특정 실시예에 관해 설명되지만, 당업자들은 본 발명은 특허청구범위의 취지 및 범위 내의 변형예로 실행될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 전형적인 대향 유동 증기 터빈의 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 증기 터빈과 사용될 수 있는 전형적인 드레인 퍼지 시스템의 개략도.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
10: 증기 터빈 12: 저압부(LP)
14: 고압부 16: 회전자 축
18, 20: 노즐 22: 외측 셀 또는 케이싱
24: 하측 절반부 26: 절반부
28: 중앙부 30: 저압 증기 입구
32, 34: 저널 베어링 40: 유동 분리기
50: 증기 52, 54: 유동 경로
100: 드레인 퍼지 시스템 108: 드레인 오리피스
112: 퍼지 챔버 116: 격벽
120: 드레인부 122: 외측면
124: 드레인 구멍 125: 직경
126: 연결부 128: 유체 공급원
129: 배기 케이싱 130: 증기 배관 매니폴드
131: 개별 파이프 132: 밸브
136: 센서

Claims (10)

  1. 케이싱 드레인 시스템과 함께 사용되는 드레인 퍼지 시스템(100)에 있어서,
    퍼지 챔버 격벽(116)에 의해 형성되고, 또한 드레인 구멍(124)을 포함하는 퍼지 챔버 드레인부(120)에 의해 형성되는 퍼지 챔버(112)로서, 상기 퍼지 챔버 격벽은 케이싱(22)의 외측면(122)에 결합되고, 상기 외측면은 이 외측면을 관통하는 드레인 오리피스(108)를 포함하고, 상기 퍼지 챔버 격벽은 상기 드레인 오리피스를 둘러싸는, 상기 퍼지 챔버(112)와,
    상기 퍼지 챔버와 유체 연통하여, 상기 퍼지 챔버에 퍼지 유체의 유동을 공급하도록 구성되는 퍼지 유체의 공급원을 포함하는
    드레인 퍼지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 시스템은 상기 드레인 오리피스(108)를 통해 퍼지 유체의 역류를 발생시키도록 구성되는
    드레인 퍼지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 드레인 구멍(124)은 퍼지 유체의 역류를 상기 드레인 오리피스(108)에 통과시키기에 충분한 상기 퍼지 챔버(112) 내의 배압을 유지하는 크기의 직경을 갖 는
    드레인 퍼지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 시스템은 복수의 드레인 오리피스(108)를 포함하는
    드레인 퍼지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이싱(22)은 복수의 드레인 오리피스(108)를 포함하고, 상기 퍼지 시스템은 복수의 퍼지 챔버(112)를 포함하며, 상기 복수의 퍼지 챔버 각각은 상기 복수의 드레인 오리피스 중 적어도 하나에 유체 연통하여 결합되는
    드레인 퍼지 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 퍼지 유체의 공급원은 상기 복수의 퍼지 챔버(112) 중 적어도 하나와 유체 연통하여 결합되는
    드레인 퍼지 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 퍼지 유체의 공급원은 직렬 유동 배관 배열 및 병렬 유동 배관 배열 중 적어도 하나를 통해 상기 복수의 퍼지 챔버(112)와 유체 연통하는
    드레인 퍼지 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 퍼지 유체의 공급원은 실질적으로 동시에 상기 복수의 퍼지 챔버(112) 중 적어도 2개에 퍼지 유체를 공급하도록 구성되는
    드레인 퍼지 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 퍼지 유체의 공급원은 상기 복수의 퍼지 챔버 각각에 퍼지 유체를 공급하도록 구성되는
    드레인 퍼지 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지 유체 공급원으로부터 상기 퍼지 챔버(112)로의 퍼지 유체의 유동을 조절하도록 구성되는 밸브(132)를 더 포함하는
    드레인 퍼지 시스템.
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