KR20110047318A - 터빈의 열응력 감시 방법 및 장치 - Google Patents

터빈의 열응력 감시 방법 및 장치 Download PDF

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KR20110047318A
KR20110047318A KR1020090103901A KR20090103901A KR20110047318A KR 20110047318 A KR20110047318 A KR 20110047318A KR 1020090103901 A KR1020090103901 A KR 1020090103901A KR 20090103901 A KR20090103901 A KR 20090103901A KR 20110047318 A KR20110047318 A KR 20110047318A
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송기욱
구재량
김범신
최우성
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한국전력공사
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Abstract

발전소 등의 증기터빈에서 과다한 열응력 발생으로 인한 터빈의 파손 또는 수명단축을 방지하기 위하여 실시간으로 터빈로터(turbine rotor)에 발생하는 열응력(thermal stress)을 감시하는 터빈의 열응력 감시 방법 및 장치가 제안된다. 제안된 터빈의 열응력 감시 방법은 증기배관에서 터빈입구에 있는 제어밸브를 공급증기가 통과하기 전 부분에 설치된 센서로부터 실시간으로 공급증기의 온도 및 압력을 측정하는 증기온도및압력측정단계, 공급증기의 온도 및 압력을 기초로 터빈으로 유입되는 유입증기의 온도를 산출하는 유입증기온도산출단계, 유입증기의 열이 터빈로터(turbine rotor)로 전달되어 변화하는 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공(bore)온도를 실시간으로 산출하는 터빈로터온도산출단계 및 유입증기의 온도, 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공온도를 기초로 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 산출하는 터빈로터열응력산출단계를 포함한다.
증기터빈, 열응력, 실시간 감시, 터빈로터, 컨벌루션 적분

Description

터빈의 열응력 감시 방법 및 장치{Method and Apparatus for Monitoring the Thermal Stress in Turbine}
본 발명은 터빈의 열응력 감시 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 증기의 온도 및 압력으로부터 터빈로터의 온도 및 열응력을 산출하여 표시하는 터빈의 열응력 감시 방법 및 장치에 관한 것이다.
증기터빈은 고온고압의 증기에 의하여 고속회전하여 발전기에서 전기를 생산하는 설비로, 터빈의 로터는 증기의 힘으로 구동되어 전력을 생산하는 핵심설비로서 발전설비 중에서 가장 중요하고 높은 응력을 받는 설비이다.
특히 터빈입구의 증기온도가 540℃에 근접하는 고온에서 사용되는 터빈로터는 기동시 열응력에 의하여 발생되는 열피로(thermal fatigue) 및 정상운전시의 크리프(creep)에 의하여 손상된다.
열응력에 의한 피로 손상은 로터의 표면부위와 내부와의 온도차에 의해서 발생하는 열응력에 의한 손상을 말하며, 기동정지나 부하변동시 터빈로터에 과다한 열응력이 발생하여 파손되거나 사용수명이 단축되므로 상시적 감시가 요구된다.
이런 이유로 종래에도 터빈로터의 열응력 해석에 관한 많은 연구들이 수행되었으나 대부분 실시간 해석보다는 운전기록을 바탕으로 한 사후해석에 의한 손상평가가 주류를 이루고 있어 기동중 발생할 수 있는 손상에 대한 예방책으로는 미흡한 문제가 있다.
따라서, 터빈에 발생하는 예기치 못한 사고를 미연에 방지하고 보다 효율적으로 발전설비를 가동하기 위한 터빈의 열응력 감시 방법에 대한 기술개발이 요청된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 터빈의 증기온도 및 증기압력의 실시간 측정을 통하여 터빈로터에 작용하는 열응력을 실시간으로 산출하여 발전설비의 안정적인 운용이 가능하게 하는 터빈의 열응력 감시 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면 증기배관에서 터빈입구에 있는 제어밸브를 공급증기가 통과하기 전 부분에 설치된 센서로부터 실시간으로 공급증기의 온도 및 압력을 측정하는 증기온도및압력측정단계, 온도 및 압력을 기초로 터빈으로 유입되는 유입증기의 온도를 산출하는 유입증기온도산출단계, 유입증기의 열이 터빈로터(turbine rotor)로 전달되어 변화하는 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공(bore)온도를 실시간으로 산출하는 터빈로터온도산출단계 및 유입증기의 온도, 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공온도를 기초로 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 산출하는 터빈로터열응력산출단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 유입증기온도산출단계는 공급증기의 온도 및 압력의 관계 곡선을 기초로 제어밸브와 터빈노즐에서의 교축량을 이용하여 제어밸브를 통과한 후 터빈 내부에 유입되는 유입증기의 온도를 실시간으로 산출한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 터빈로터온도산출단계는 터빈로터 표면에서의 증기의 압력, 온도 및 증기특성에 따라 변화하는 열 전달율을 계산한 후 유입증기의 온도로부터 터빈로터표면온도를 산출하고 터빈로터 내부로 전달되는 열 전달량을 계산하여 터빈로터중심공온도를 산출한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 터빈로터온도산출단계는 터빈로터에 대하여 유한요소법(finite elements method)을 이용하여 터빈로터의 온도 그린함수(temperature Green's function)를 구하고 온도 그린함수와 유입증기의 온도를 컨벌루션 적분(convolution integral)하여 실시간으로 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공온도를 산출한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 터빈로터열응력산출단계는 터빈로터의 평균온도와 터빈로터표면온도의 차이 및 터빈로터의 평균온도와 터빈로터중심공온도의 차이를 이용하여 실시간으로 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 산출한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 터빈로터열응력산출단계는 터빈로터에 대하여 유한요소법을 이용하여 터빈로터의 응력 그린함수(stress Green's function)를 구하고 응력 그린함수와 유입증기의 온도를 컨벌루션 적분하여 실시간으로 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 산출한다.
본 발명은 증기배관에서 터빈입구에 있는 제어밸브를 공급증기가 통과하기 전 부분에 설치되어 실시간으로 공급증기의 온도 및 압력을 측정하는 센서, 공급증기의 온도 및 압력을 기초로 터빈으로 유입되는 유입증기의 온도를 산출하는 터빈유입증기온도산출모듈, 유입증기의 열이 터빈로터(turbine rotor)로 전달되어 변화 하는 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공(bore)온도를 실시간으로 산출하는 터빈로터온도산출모듈, 유입증기의 온도 및 터빈로터표면온도를 기초로 터빈로터표면열응력을 산출하는 터빈로터표면열응력산출모듈 및 유입증기의 온도, 터빈로터중심공온도를 기초로 터빈로터중심공열응력을 산출하는 터빈로터중심공열응력산출모듈을 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 공급증기의 온도 및 압력을 디지털 신호로 변환하여 전송하는 송신모듈 및 디지털 신호를 전송받는 수신모듈을 더 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 사용자가 실시간으로 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 볼 수 있도록 표시하는 표시모듈을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 터빈로터의 열응력을 실시간으로 감시함으로써, 플랜트 정지 손실 및 파급 고장을 사전에 예방하게 됨으로써, 발전손실 비용을 크게 절감하는 효과가 있다.
또한 향후 전력시장의 경쟁심화에 의해 발전소의 주말기동 정지와 같은 주기운전이 보편화 될 것으로 예측되며, 이에 따른 잦은 부하 변동운전으로 인하여 터빈로터에는 더욱 큰 열응력이 발생할 수 있으므로 본 발명의 활발한 적용이 기대될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈의 열응력 감시 방법의 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 터빈의 열응력 감시 방법은 증기배관에 설치된 센서로부터 실시간으로 공급증기의 온도 및 압력을 측정하는 증기온도및압력측정단계(S100), 공급증기의 온도 및 압력을 기초로 터빈으로 유입되는 유입증기의 온도를 산출하는 유입증기온도산출단계(S110), 유입증기의 열이 터빈로터로 전달되어 변화하는 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공(bore)온도를 실시간으로 산출하는 터빈로터온도산출단계(S120), 유입증기의 온도 및 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공온도를 기초로 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 산출하는 터빈로터열응력산출단계(S130)를 포함한다.
증기온도및압력측정단계(S100)는 센서(511)을 이용하여 제어밸브 통과전의 공급증기의 온도와 압력을 실시간으로 측정한다.
터빈에 공급되는 공급증기의 온도 및 압력을 측정하는 센서(511)는 터빈입구의 증기배관에서 공급증기가 제어밸브를 통과하기 전의 지점에 설치된다. 제어밸브를 걸쳐 터빈내부로 유입되는 유입증기는 제어밸브에서 교축되어 엔탈피(enthalpy)가 감소되고 온도와 압력이 변하여 직접적인 온도계측이 불가능하기 때문이다.
유입증기온도산출단계(S110)에서는 증기온도및압력측정단계(S100)에서 측정한 공급증기의 온도 및 압력의 관계 곡선을 이용하여 제어밸브를 통과한 후 터빈 내부에 유입되는 유입증기의 온도를 실시간으로 산출한다.
유입증기의 온도 산출은 전력을 생산하는 부분분사 운전시 제어밸브에서 교축되어 터빈 내부로 유입되는 증기의 온도를 계산하기 위하여, 전주분사 운전시 제어밸브에서의 교축곡선과 터빈에서의 온도저하 곡선을 이용하여 수행한다.
이와 관련하여 터빈유입증기온도산출모듈(522)에서 전주분사 운전시 저하된 온도와 제어밸브에서 교축된 온도의 차만큼을 교축 전 공급증기의 온도에서 감소시켜 부분분사 운전시 터빈 내부로 유입되는 유입증기의 온도를 산출한다. 이는 하기 수학식 1에 나타내었다.
Figure 112009066704578-PAT00001
상기 식 중,
Figure 112009066704578-PAT00002
은 터빈의 증기온도,
Figure 112009066704578-PAT00003
는 터빈입구 증기온도이며
Figure 112009066704578-PAT00004
는 터빈노즐블럭 출구온도,
Figure 112009066704578-PAT00005
는 전주분사시 터빈의 증기온도이다.
수학식 1에 의하여 부분분사시 터빈의 증기온도(
Figure 112009066704578-PAT00006
)는 터빈입구 증기온도(
Figure 112009066704578-PAT00007
)에서 터빈노즐블럭 출구온도(
Figure 112009066704578-PAT00008
)와 전주분사시 터빈의 증기온도(
Figure 112009066704578-PAT00009
)의 차를 뺀 값으로 산출한다.
터빈로터온도산출단계(S120)에서는 산출된 유입증기온도를 이용하여 터빈로터의 표면온도 및 중심공온도를 산출하며, 터빈로터의 온도산출은 하기 2가지 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 산출할 수 있다.
첫 번째 방법은 로터표면과 증기사이의 열전달 계수를 실험을 통해 계측된 열전달식에 기반하여 계산하여 로터표면온도를 구한 후 로터를 반경반향으로 5개 구간이상 분할하여,구간별로 열전달량과 온도를 산출하는 방법이다.
대상이 되는 터빈로터에 대한 상기 열전달식은 터빈로터의 재질에 따른 특성, 터빈로터의 형태 등의 정보 및 실험에 의해 구해지며, 터빈로터온도산출모듈(523)에 기 저장된다. 터빈의 기동시 유입증기의 온도변화에 따라 상기 열전달식을 이용하여 열전달 계수를 구한다. 열전달 계수가 구해지면 이를 토대로 로터의 구간별 열전달량과 온도를 산출할 수 있다.
두 번째 방법은 산출된 유입증기온도가 스텝함수(step function) 형태로 증가하는 경우 로터표면에 대응하는 온도 그린함수 및 내부 중심공 표면에 대응하는 온도 그린함수를 이용하여 증기온도와 그린함수를 컨벌루션 적분하여 온도를 구하는 방법이다.
터빈로터열응력산출단계(S130)에서 터빈로터의 열응력 산출은 하기 2가지 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 산출할 수 있다.
첫 번째 방법은 터빈로터의 반경반향으로 분할된 각 구간별로 평균온도를 구하여 로터표면 및 내부 중심공 표면온도와의 차를 각각 구한 후 응력을 계산하는 방법이다.
두 번째 방법은 유입증기온도가 스텝함수 형태로 증가시 로터표면 및 내부 중심공 표면에서 대응하는 응력 그린함수를 이용하여 증기온도와 그린함수를 컨벌 루션 적분하여 응력을 구하는 방법이다.
컨벌루션 적분은 하기 수학식 2의 이산 적분식을 이용하여 수행한다.
Figure 112009066704578-PAT00010
상기 식 중,
Figure 112009066704578-PAT00011
는 터빈로터의 열응력이고,
Figure 112009066704578-PAT00012
은 그린함수의 n번째 데이터,
Figure 112009066704578-PAT00013
은 증기온도의 증가분,
Figure 112009066704578-PAT00014
는 정상상태에서의 그린함수,
Figure 112009066704578-PAT00015
는 시간 t일때의 증기의 온도이다.
터빈로터온도산출단계(S120) 및 터빈로터열응력산출단계(S130)에서는 각각 2가지 방법이 제시되었으며, 터빈로터에서의 운전조건의 취득 및 열응력 산출의 난이도에 따라 보다 효율적인 방법을 선택하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈로터의 열응력 산출과정의 설명에 제공되는 도면이다.
OFF-LINE 상태에서 터빈의 기동시간에 따른 증기 온도 이력(S300)을 기초로 하여 유한요소법(finite elements method)에 의해 터빈로터를 유한요소 해석(S305)하여 터빈로터의 온도분포(S310)를 구하고, 기동시간에 따른 온도분포(S310)로부터 터빈로터의 응력분포(S315)를 구한다.
터빈로터의 온도분포 및 응력분포를 기초로 터빈내부로 유입되는 증기의 온도가 스텝함수(Step Function)로 변하는 경우, 터빈로터의 표면 및 내부 중심공의 온도와 응력을 시간의 경과에 따라 나타나는 반응에 대응하는 온도 그린함수(S320) 및 응력 그린함수(S325)로 구하여 터빈로터표면열응력산출모듈(524) 및 터빈로터중심공열응력산출모듈(525)에 각각 저장해 놓는다.
터빈이 가동되는 ON-LINE 상태에서 시간에 따른 증기온도를 측정(330)하여 온도 그린함수와 컨벌루션 적분(S335)하고 온도 변화에 따른 터빈로터의 재질특성을 반영(S345)하며, 응력 그린함수와 시간에 따른 증기 온도를 컨벌루션 적분(S340)하여 증기온도의 변화에 따른 터빈로터의 표면 및 중심공의 온도 및 열응력을 실시간으로 산출(S350)한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈의 열응력 감시 장치의 구성도이다.
터빈의 증기배관에 설치되는 증기의 온도 및 압력 측정부(510)는 공급증기의 온도 및 압력을 측정하는 센서(511)와 측정된 온도 및 압력을 터빈의 열응력 산출 및 감시부(520)로 전송하는 송신모듈(512)로 구성된다. 본 발명의 일실시예에 따르면 측정된 온도 및 압력은 디지털 신호로 전환하여 전송하는 것이 바람직하다.
터빈의 열응력 산출 및 감시부(520)는 송신모듈(512)이 보낸 공급증기의 온도 및 압력에 대한 신호를 전송받는 수신모듈(521), 전송받은 신호를 기초로 터빈으로 유입되는 유입증기의 온도를 산출하는 터빈유입증기온도산출모듈(522), 유입증기의 열이 터빈로터로 전달되어 변화하는 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공온도를 실시간으로 산출하는 터빈로터온도산출모듈(523), 유입증기의 온도 및 터빈로터표면온도를 기초로 터빈로터표면열응력을 산출하는 터빈로터표면열응력산출모듈(524), 유입증기의 온도, 터빈로터중심공온도를 기초로 터빈로터중심공열응력을 산출하는 터빈로터중심공열응력산출모듈(525) 및 사용자가 실시간으로 터빈로터표 면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 볼 수 있도록 표시하는 표시모듈(526)을 포함한다.
터빈유입증기온도산출모듈(522)은 전주분사 운전시 저하된 온도와 제어밸브에서 교축된 온도의 차만큼을 교축 전 공급증기의 온도에서 감소시켜 부분분사 운전시 터빈 내부로 유입되는 증기의 온도를 산출한다. 이는 상기 수학식 1에 나타내었다.
터빈로터온도산출모듈(523)은 터빈유입증기온도산출모듈(522)에서 산출한 유입증기온도를 이용하여 터빈로터의 표면온도 및 중심공온도를 산출하며, 터빈로터의 온도산출을 위해 하기 2가지 방법을 기 저장하고 있으며, 2가지 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 산출한다.
첫 번째 방법은 로터표면과 증기사이의 열전달 계수를 실험을 통해 계측된 열전달식에 기반하여 계산하여 로터표면온도를 구한 후 로터를 반경반향으로 5개 구간이상 분할하여,구간별로 열전달량과 온도를 산출하는 방법이다.
두 번째 방법은 산출된 유입증기온도가 스텝함수(step function) 형태로 증가하는 경우 로터표면에 대응하는 온도 그린함수 및 내부 중심공 표면에 대응하는 온도 그린함수를 이용하여 증기온도와 그린함수를 컨벌루션 적분하여 온도를 구하는 방법이다.
터빈로터열응력산출모듈(524, 525)은 터빈로터의 표면 또는 중심공의 열응력을 산출하기 위해 하기 2가지 방법이 기 저장하고 있으며, 2가지 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 산출한다.
첫 번째 방법은 터빈로터의 반경반향으로 분할된 각 구간별로 평균온도를 구하여 로터표면 및 내부 중심공 표면온도와의 차를 각각 구한 후 응력을 계산하는 방법이다
두 번째 방법은 유입증기온도가 스텝함수 형태로 증가시 로터표면 및 내부 중심공 표면에서 대응하는 응력 그린함수를 이용하여 증기온도와 그린함수를 컨벌루션 적분하여 응력을 구하는 방법이다. 컨벌루션 적분은 상기 수학식 2의 이산 적분식을 이용하여 수행한다.
표시모듈(526)은 사용자에게 터빈로터의 기동 상태를 실시간으로 제공할 수 있도록, 산출된 터빈로터의 표면 열응력 및 중심공 열응력을 실시간으로 화면을 통하여 표시한다.
본 발명의 일실시예에 의하면 증기의 온도 및 압력 측정부(510) 및 터빈의 열응력 산출 및 감시부(520)는 분리되어, 송신모듈(512)에서 전송된 공급증기의 온도 및 압력 데이터를 수신모듈(521)에서 받은 후 터빈로터의 열응력을 산출하여 상황실 등에 있는 사용자가 표시모듈(526)을 통해 실시간 감시를 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유입증기온도의 변화가 스텝함수 형태로 나타남에 따라 얻어진 응력 그린함수를 나타내는 그래프이다. 응력 그린함수와 실시간으로 변하는 증기온도를 컨벌루션 적분하여 열응력의 산출이 가능하다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 증기온도의 변화에 따라 터빈로터 표면(surface)과 터빈로터 중심공(bore)에서 발생된 응력을 나타내는 그래프이다. 사용자는 실시간으로 제공되는 그래프를 통하여 터빈로터의 실시간 감시가 가능하다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 터빈로터의 실시간 감시를 위해서는 터빈로터의 열응력을 단시간 내에 산출하여야 하나, 터빈로터의 경우 각 부위별로 유동조건과 열전달 형태가 다르며 기동 시 복잡한 운전단계별로 증기조건과 내부 유동조건이 상이하여 터빈로터의 온도 및 열응력계산이 복잡하여 실질적인 실시간 산출이 어려울 수 있기 때문에, 터빈로터에서 가장 손상이 많이 발생하는 터빈의 1단로터의 표면 및 중심공으로 한정하여 열응력을 산출하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의해 해석되어야 한다. 또한, 본 발명에 대하여 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈의 열응력 감시 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터빈로터의 열응력 산출과정의 설명에 제공되는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터빈의 열응력 감시 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 증기온도가 스텝함수로 변함에 따라 얻어진 응력 그린함수를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 증기온도의 변화에 따라 터빈로터 표면(surface)과 터빈로터 중심공(bore)에서 발생된 응력을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
500 터빈의 열응력 감시 장치
510 증기의 온도 및 압력 측정부
511 센서 512 송신모듈
520 터빈의 열응력 산출 및 감시부
521 수신모듈
522 터빈유입증기온도산출모듈
523 터빈로터온도산출모듈
524 터빈로터표면열응력산출모듈
525 터빈로터중심공열응력산출모듈
526 표시모듈

Claims (9)

  1. 증기배관에서 터빈입구에 있는 제어밸브를 공급증기가 통과하기 전 부분에 설치된 센서로부터 실시간으로 공급증기의 온도 및 압력을 측정하는 증기온도및압력측정단계;
    상기 공급증기의 온도 및 압력을 기초로 터빈으로 유입되는 유입증기의 온도를 산출하는 유입증기온도산출단계;
    상기 유입증기의 열이 터빈로터(turbine rotor)로 전달되어 변화하는 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공(bore)온도를 실시간으로 산출하는 터빈로터온도산출단계; 및
    상기 유입증기의 온도, 상기 터빈로터표면온도 및 상기 터빈로터중심공온도를 기초로 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 산출하는 터빈로터열응력산출단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 열응력 감시 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유입증기온도산출단계는 상기 공급증기의 온도 및 압력의 관계 곡선을 기초로 상기 제어밸브와 터빈노즐에서의 교축량을 이용하여 상기 제어밸브를 통과하여 터빈 내부에 유입되는 상기 유입증기의 온도를 실시간으로 산출하는 것을 특 징으로 하는 터빈의 열응력 감시 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈로터온도산출단계는 상기 터빈로터 표면에서의 증기의 압력, 온도 및 증기특성에 따라 변화하는 열 전달율을 계산한 후 상기 유입증기의 온도로부터 상기 터빈로터표면온도를 산출하고 상기 터빈로터 내부로 전달되는 열 전달량을 계산하여 상기 터빈로터중심공온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 터빈의 열응력 감시 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈로터온도산출단계는 상기 터빈로터에 대하여 유한요소법(finite elements method)을 이용하여 터빈로터의 온도 그린함수(temperature Green's function)를 구하고 상기 온도 그린함수와 상기 유입증기의 온도를 컨벌루션 적분(convolution integral)하여 실시간으로 상기 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 터빈의 열응력 감시 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈로터열응력산출단계는 상기 터빈로터의 평균온도와 상기 터빈로터표면온도의 차이 및 상기 터빈로터의 평균온도와 상기 터빈로터중심공온도의 차이를 이용하여 실시간으로 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 산출하는 것을 특징으로 하는 터빈의 열응력 감시 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈로터열응력산출단계는 상기 터빈로터에 대하여 유한요소법을 이용하여 상기 터빈로터의 응력 그린함수(stress Green's function)를 구하고 상기 응력 그린함수와 상기 유입증기의 온도를 컨벌루션 적분하여 실시간으로 상기 터빈로터표면열응력 및 터빈로터중심공열응력을 산출하는 것을 특징으로 하는 터빈의 열응력 감시 방법.
  7. 증기배관에서 터빈입구에 있는 제어밸브를 공급증기가 통과하기 전 부분에 설치되어 실시간으로 공급증기의 온도 및 압력을 측정하는 센서;
    상기 공급증기의 온도 및 압력을 기초로 터빈으로 유입되는 유입증기의 온도를 산출하는 터빈유입증기온도산출모듈;
    상기 유입증기의 열이 터빈로터(turbine rotor)로 전달되어 변화하는 터빈로터표면온도 및 터빈로터중심공(bore)온도를 실시간으로 산출하는 터빈로터온도산출 모듈;
    상기 유입증기의 온도 및 상기 터빈로터표면온도를 기초로 터빈로터표면열응력을 산출하는 터빈로터표면열응력산출모듈; 및
    상기 유입증기의 온도, 상기 터빈로터중심공온도를 기초로 터빈로터중심공열응력을 산출하는 터빈로터중심공열응력산출모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 열응력 감시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 공급증기의 온도 및 압력을 디지털 신호로 변환하여 전송하는 송신모듈; 및
    상기 디지털 신호를 전송받는 수신모듈;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 열응력 감시 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 터빈로터표면열응력 및 상기 터빈로터중심공열응력이 표시되는 표시모듈;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 열응력 감시 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102680223A (zh) * 2012-05-16 2012-09-19 东南大学 汽轮机中间分隔轴封漏汽率的测算方法
KR101397566B1 (ko) * 2013-02-08 2014-06-27 한국원자력안전기술원 3차원 그린함수와 가중계수를 사용한 열응력 계산방법
KR20200036767A (ko) * 2018-09-28 2020-04-07 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 열기기의 내부 상태 추정 방법 및 장치

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