KR20100004611U - 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

이 고안은, 주증기의 흐름에 의해 발생되는 회전력으로 밸브 스템이 회전되도록 하여 비틀림 및 전단 응력을 최소화시킴으로써 밸브 스템의 지름이 가늘어도 충분히 견딜 수가 있도록 하며, 밸브 스템의 소구경화 및 경량화를 통해 제작비용의 감소, 밸브 구동용 유압장치의 소형화, 분해조립 및 정비의 편이성을 줄 수 있는, 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치에 관한 것으로서,

피스톤에 연결되어 있는 구동축인 피스톤 로드와, 상기한 피스톤 로드와 나사로 연결되어 있는 플랜지와, 상기한 플랜지의 하부에 결합되는 상부 커플링, 중간 커플링, 하부 커플링과, 상부 커플링, 중간 커플링, 하부 커플링과 상하방향으로 결합되며 수평방향으로는 구속되지 않는 슬리브와, 상기한 슬리브와 고정연결되어 있는 피동축인 밸브 스템과, 상기한 슬리브와 밸브 스템이 분리되지 않도록 고정하는 로크너트와, 상기한 로크 너트와 슬리브를 고정하기 위한 세트스크류와, 상기한 밸브 스템의 하부에 연결되어 몸체에 형성되어 있는 스팀 입구와 스팀 출구를 연결 또는 차단하는 시트와 플러그를 포함하여 이루어진다.

피스톤, 피스톤 로드, 플랜지, 커플링, 세트 스크류, 플러그

Description

증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치{main steam control valve for steam turbine}

이 고안은 밸브 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 주증기의 흐름에 의해 발생되는 회전력으로 밸브 스템이 회전되도록 하여 비틀림 및 전단 응력을 최소화시킴으로써 밸브 스템의 지름이 가늘어도 충분히 견딜 수가 있도록 하며, 밸브 스템의 소구경화 및 경량화를 통해 제작비용의 감소, 밸브 구동용 유압장치의 소형화, 분해조립 및 정비의 편이성을 줄 수 있는, 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치에 관한 것이다.

증기터빈은 보일러에서 발생시킨 고온고압의 증기를 노즐 또는 고정된 날개로부터 분출, 팽창시켜 나온 고속의 증기류를 회전하는 터빈 날개에 부딪쳐서 그 충동작용 또는 반동작용에 의하여 축을 회전시키는 구조로 이루어진다. 따라서 증기터빈은 증기가 가지는 열에너지를 속도에너지로 바꾸기 위한 노즐과 속도에너지를 기계적 일로 바꾸기 위한 터빈 날개를 바탕으로 하여 구성되어 있다.

증기터빈의 주증기 조절밸브 장치는, 구동축인 액츄에이터 피스톤 로드와 피동축인 밸브 스템이 허브와 핀으로 연결되어 밸드개도 조절을 위한 상하 구동력을 전달함으로써 증기터빈을 구동시켜주는 주증기의 양을 조절하도록 되어 있다.

그러나, 이러한 종래의 증기터빈의 주증기 조절밸브 장치는 540℃, 250kg/㎠의 고온 고압의 증기가 시트와 플러그의 사이를 통과할 때 스팀 입구로 수평방향으로 들어와 하부 수직방향의 스팀 출구로 90도 방향전환이 이루어지면서 시트, 밸브, 너트의 주변에 소용돌이 현상이 발생되어 회전력이 발생하게 되는데, 이 회전력이 밸브 스템에 전달되어 밸브 스템에 상당한 비틀림 및 전단 응력을 주게 되어 편마모를 발생시키게 됨에 따라 밸브 스템의 수명이 상대적으로 짧아 지게 되는 문제점이 있다.

상기한 주증기의 비틀림 및 전단 응력에 견딜 수 있도록 하기 위해서는 밸브 스템의 구경을 상대적으로 두껍게 형성시키는 방법이 모색될 수 있으나, 이와 같은 밸브 스템의 대구경화 및 중량증가는 제작비용의 증가, 밸브 구동용 유압장치의 대량화, 분해조립 및 정비의 어려움 등을 유발시키는 문제점이 있다.

본 고안의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주증기의 흐름에 의해 발생되는 회전력으로 밸브 스템이 회전되도록 하여 비틀림 및 전단 응력을 최소화시킴으로써 밸브 스템의 지름이 가늘어도 충분히 견딜 수가 있도록 하는, 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 밸브 스템의 소구경화 및 경량화를 통해 제작비용의 감소, 밸브 구동용 유압장치의 소형화, 분해조립 및 정비의 편이성을 줄 수 있는, 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 고안의 구성은, 피스톤에 연결되어 있는 구동축인 피스톤 로드와, 상기한 피스톤 로드와 나사로 연결되어 있는 플랜지와, 상기한 플랜지의 하부에 결합되는 상부 커플링, 중간 커플링, 하부 커플링과, 상기한 상부 커플링, 중간 커플링, 하부 커플링과 상하방향으로 결합되며 수평방향으로는 구속되지 않는 슬리브와, 상기한 슬리브와 고정연결되어 있는 피동축인 밸브 스템과, 상기한 슬리브와 밸브 스템이 분리되지 않도록 고정하는 로크너트와, 상기한 로크 너트와 슬리브를 고정하기 위한 세트스크류와, 상기한 밸브 스템의 하부에 연결되어 몸체에 형성되어 있는 스팀 입구와 스팀 출구를 연결 또는 차단하는 시트와 플러그를 포함하여 이루어진다.

이 고안의 구성은, 상기한 중간 커플링은 2분할로 만들어져 분해조립이 가능한 구조로 이루어지면 바람직하다.

이 고안의 구성은, 상기한 슬리브와 중간 커플링의 접촉면은 마찰력을 최소화하여 회전이 원활히 이루어지도록 질화처리를 하는 구조로 이루어지면 바람직하다.

이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 고안은, 주증기의 흐름에 의해 발생되는 회전력으로 밸브 스템이 회전되도록 하여 비틀림 및 전단 응력을 최소화시킴으로써 밸브 스템의 지름이 가늘어도 충분히 견딜 수가 있도록 하며, 밸브 스템 의 소구경화 및 경량화를 통해 제작비용의 감소, 밸브 구동용 유압장치의 소형화, 분해조립 및 정비의 편이성을 줄 수 있는, 효과를 갖는다.

이하, 이 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 고안의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 고안의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

도 1은 이 고안의 일실시예에 따른 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치의 설치 단면 구성도이고, 도 2는 이 고안의 일실시예에 따른 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치의 요부 확대 단면 구성도이다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 고안의 일실시예에 따른 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치의 구성은, 피스톤(10)에 연결되어 있는 구동축인 피스톤 로드(9)와, 상기한 피스톤 로드(9)와 나사로 연결되어 있는 플랜지(8)와, 상기한 플랜지(8)의 하부에 결합되는 상부 커플링(5), 중간 커플링(4), 하부 커플 링(3)과, 상기한 상부 커플링(5), 중간 커플링(4), 하부 커플링(3)과 상하방향으로 결합되며 수평방향으로는 구속되지 않는 슬리브(2)와, 상기한 슬리브(2)와 고정연결되어 있는 피동축인 밸브 스템(1)과, 상기한 슬리브(2)와 밸브 스템(1)이 분리되지 않도록 고정하는 로크너트(6)와, 상기한 로크 너트(6)와 슬리브(2)를 고정하기 위한 세트스크류(7)와, 상기한 밸브 스템(1)의 하부에 연결되어 몸체에 형성되어 있는 스팀 입구(17)와 스팀 출구(18)를 연결 또는 차단하는 시트(13)와 플러그(14)를 포함하여 이루어진다.

상기한 슬리브(2)와 밸브 스템(1)의 유격을 최소화하여 흔들림이 없는 구조로 이루어진다.

상기한 슬리브(2)의 상부에는 로크 너트(6)를 추가하여 슬리브(2)와 밸브 스템(1)이 분리되지 않는 구조로 이루어진다.

상기한 로크 너트(6)와 슬리브(2)는 세트 스크류(7)로 추가로 고정하여 흔들림이 없는 구조로 이루어진다.

상기한 슬리브(2)의 외경과 상기한 상부 커플링(5), 중간 커플링(4), 하부 커플링(3)의 내경은 유격에 따른 진동이 없이 회전되도록 적정한 공차를 갖는 구조로 이루어진다.

상기한 중간 커플링(4)은 2분할로 만들어져 분해조립이 가능한 구조로 이루어진다.

상기한 슬리브(2)와 중간 커플링(4)이 접촉면은 마찰력을 최소화하여 회전이 원활히 이루어지도록 질화처리를 하는 구조로 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 고안의 일실시예에 따른 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치의 작용은 다음과 같다.

피스톤(10)을 중심으로 상부 작동유 포트(11)와 하부 작동유 포트(12)가 설치되어 있는 서보 액츄에이터에 의해서 밸브 장치가 개방동작과 폐쇄동작을 하여 터빈에 필요한 주증량을 조절해주며, 국내 500MW급 화력 발전소의 경우 이러한 주증기 조절용 밸브 장치가 4개 설치되어 동시에 조절을 한다.

<개방동작>

하부 작동유 포트(12)로 140kg/㎠ 의 작동유가 공급되고 상부 작동유 포트(11)로 작동유가 배출되면 피스톤(10)의 하부로 공급된 작동유의 힘이 3개의 스프링(16a, 16b, 16c)의 탄성력을 이기게 되어 피스톤(10)이 상부로 움직이게 된다.

이와 같이 피스톤(10)이 상부로 움직이게 되면, 피스톤(10)에 연결된 피스톤 로드(9)가 상부로 움직이게 되고, 플랜지(8), 상부 커플링(5), 중간 커플링(4), 하부 커플링(3), 슬리브(2)에 의해서 피스톤 로드(9)과 연결되어 있는 밸브 스템(1)이 상부로 움직이게 된다.

밸브 스템(1)이 상부로 움직이게 되면, 너트(15)와 플러그(14)가 밸브 스템(1)에 의해 상부로 움직이게 됨으로써 시트(13)와 플러그(14)의 사이에 공간이 생기게 되면서 밸브가 개방된다.

이와 같이 밸브가 개방되면, 스팀 입구(17)측으로 들어 온 증기가 이 공간을 통하여 스팀 출구(18)측으로 나와 터빈에 공급된다.

<폐쇄동작>

하부 작동유 포트(12)를 통해서 피스톤(10)의 하부로 공급되던 작동유가 배유되고 상부 작동유 포트(11)를 통해서 피스톤(10)의 상부측으로 작동유가 공급되면, 이 유압과 스프링(16a, 16b, 16c)의 탄성력이 합해져 피스톤(10)이 하부측으로 움직이게 된다.

이와 같이 피스톤(10)이 하부로 움직이게 되면, 피스톤(10)에 연결된 피스톤 로드(9)가 하부로 움직이게 되고, 플랜지(8), 상부 커플링(5), 중간 커플링(4), 하부 커플링(3), 슬리브(2)에 의해서 피스톤 로드(9)과 연결되어 있는 밸브 스템(1)이 하부로 움직이게 된다.

밸브 스템(1)이 하부로 움직이게 되면, 너트(15)와 플러그(14)가 밸브 스템(1)에 의해 하부로 움직여 시트(13)와 플러그(14)의 사이의 공간을 줄임으로써 밸브가 서서히 차단된다.

이와 같이 밸브가 서서히 차단되면, 밸브를 통과하는 증기량이 서서히 줄어 들다가 최종적으로 차단된다.

한편, 540℃, 250kg/㎠의 고온 고압의 증기가 시트(13)와 플러그(14)의 사이의 공간을 통과할 때 수평방향으로 설치되어 있는 스팀 입구(17)로 들어와 하부 수직방향으로 설치되어 있는 스팀 출구(18)로 90도 방향전환이 이루어지면서 시트(13), 플러그(14), 너트(15)의 주변에 소용돌이 현상이 발생되어 회전력이 발생하게 되는데, 본 발명에서는 이렇게 발생되는 회전력으로 밸브 스템(1)이 회전되도록 하여 비틀림 및 전단 응력을 최소화시킴으로써 밸브 스템(1)의 지름이 가늘어도 충분히 견딜 수가 있다.

밸브 스템(1)으로 전달된 회전력은 슬리브(2)로는 전달되지만 상부 커플링(5), 중간 커플링(4), 하부 커플링(3)으로는 전달되지 않음으로써 피스톤 로드(9)에 전달되지 않는다. 즉, 피스톤 로드(9)와 밸브 스템(1)을 상하방향으로만 고정연결하고 원주방향으로는 구속하지 않아 회전력 발생시 밸브 스템(1)이 피스톤 로드(9)와 무관하게 자유롭게 회전되도록 함으로써 밸브 스템(1)에 작용하는 비틀림 및 전단 응력을 최소화시킨다.

도 1은 이 고안의 일실시예에 따른 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치의 설치 단면 구성도이다.

도 2는 이 고안의 일실시예에 따른 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치의 요부 확대 단면 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 밸브 스템 2 : 슬리브

3 : 하부 커플링 4 : 중간 커플링

5 : 상부 커플링 6 : 로크 너트

7 : 세트 스크류 8 : 플랜지

9 : 피스톤 로드 10 : 피스톤

Claims (3)

1. 피스톤에 연결되어 있는 구동축인 피스톤 로드와,

   상기한 피스톤 로드와 나사로 연결되어 있는 플랜지와,

   상기한 플랜지의 하부에 결합되는 상부 커플링, 중간 커플링, 하부 커플링과,

   상기한 상부 커플링, 중간 커플링, 하부 커플링과 상하방향으로 결합되며 수평방향으로는 구속되지 않는 슬리브와,

   상기한 슬리브와 고정연결되어 있는 피동축인 밸브 스템과, 상기한 슬리브와 밸브 스템이 분리되지 않도록 고정하는 로크너트와,

   상기한 로크 너트와 슬리브를 고정하기 위한 세트스크류와,

   상기한 밸브 스템의 하부에 연결되어 몸체에 형성되어 있는 스팀 입구와 스팀 출구를 연결 또는 차단하는 시트와 플러그를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기한 중간 커플링은 2분할로 만들어져 분해조립이 가능한 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기한 슬리브와 중간 커플링의 접촉면은 마찰력을 최소화하여 회전이 원활히 이루어지도록 질화처리를 하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기터빈의 회전형 주증기 밸브 장치.

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