KR20150012912A - Turbo generator having decrease mean of axial load - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a turbogenerator with a means for reducing an axial load, and more specifically, to a turbogenerator with a means for reducing an axial load capable of reducing an axial load by controlling flow amount of high-pressure fluid when an excessive axial load is applied to a rotor of a turbogenerator operating a turbine by high-pressure fluid. The turbogenerator generating power by operating a turbine with high-pressure fluid includes a thrust bearing coupled to an outer circumferential surface of a rotor shaft disposed in the turbogenerator in a non-contact way, while being operated by current received from an external power source; and a means for reducing an axial load detecting an axial load of a magnetic thrust bearing supporting the rotor shaft to control back pressure by high-pressure fluid at an inlet and an outlet of the turbogenerator.

Description

축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기{Turbo generator having decrease mean of axial load}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a turbo generator having reduced mean of axial load,

본 발명은 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기에 관한 것으로, 구체적으로는 고압유체로 터빈을 구동하는 터보발전기의 로터에 과다한 축하중이 인가될 시 상기 고압유체의 유량을 조절하여 축하중을 저감시킬 수 있는 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a turbo-generator having an axial load reducing means, and more particularly, to a turbo-generator having an axial load reducing means, The present invention relates to a turbogenerator.

일반적으로 터보발전기는 고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 시스템이며 고압유체가 흐르는 경로인 입구부 조건(압력, 유량)에 따라 로터 축하중이 결정된다.Generally, a turbogenerator is a system that generates power by driving a turbine with a high-pressure fluid, and the axial load of the rotor is determined by the inlet condition (pressure, flow rate), which is the path through which the high-pressure fluid flows.

따라서 상기한 터보발전기의 경우, 공정상 조건에 따라 과다한 축하중이 걸려 로터의 안정성이 저해되는 경우가 발생되고 있으며, 이를 위해 로터의 안정성을 개선하는 동시에 과다한 발전 손실 최소화 하는 방법이 필요한 실정이다.Therefore, in the case of the above-described turbo-generator, excessive axial load is applied depending on the process conditions, and the stability of the rotor is deteriorated. To this end, a method of improving the stability of the rotor and minimizing excessive power loss is needed.

등록특허 10-1101344호Patent No. 10-1101344

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 고압유체로 터빈을 구동하는 터보발전기의 로터에 과다한 축하중이 인가될 시 상기 고압유체의 유량을 조절하여 축하중을 저감시킬 수 있는 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to reduce the axial load by controlling the flow rate of the high-pressure fluid when excessive axial load is applied to the rotor of the turbo- The present invention is directed to a turbo generator having an on-off reduction means.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 터보발전기에 있어서, 상기 터보발전기에 구비되는 로터축의 외주면에 비접촉식으로 결합되되, 외부 전원으로부터 공급받는 전류에 의해 구동되는 스러스트 자기베어링; 상기 로터축을 지지하는 스러스트 자기베어링의 축하중을 감지하여 상기 터보발전기 입, 출구부 고압유체에 의한 배압을 조절하는 축하중 저감수단을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a turbo-generator for driving a turbine driven by a high-pressure fluid, the turbine generator being driven by a current supplied from an external power source, Thrust magnetic bearings; And an axial load reducing means for sensing an axial load of the thrust magnetic bearing supporting the rotor shaft to regulate the back pressure by the high pressure fluid at the inlet and outlet of the turbo generator.

일 실시예에 있어서, 상기 축하중 저감수단은, 상기 로터축을 지지하는 스러스트 자기베어링의 축하중을 감지하여, 설정값 이상이 되면 이를 감지하여 처리하는 제어부; 상기 제어부의 제어에 의해 개폐되되, 터보발전기의 입구측과 출구측을 연결하는 배관 중에 설치되어 상기 고압유체의 유량을 조절하는 밸브를 포함한다.In one embodiment, the axial load reducing means senses the axial load of the thrust magnetic bearing that supports the rotor shaft, and senses and processes the shaft axial load when the axial load exceeds a set value. And a valve installed in a pipe connecting the inlet side and the outlet side of the turbo-generator and controlling the flow rate of the high-pressure fluid under the control of the control unit.

본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기에 의하면, 첫째, 로터축에 스러스트 자기베어링이 결합되어 실시간으로 로터축의 축하중을 정량적으로 측정할 수 있어 터보발전기의 내구성이 높아지는 효과가 있다.According to the present invention, the thrust magnetic bearing is coupled to the rotor shaft to quantitatively measure the axial load of the rotor shaft in real time, thereby enhancing the durability of the turbo generator.

둘째, 로터축에 가해지는 과다한 축하중을 고압유체의 흐름으로 제어하게 되어 효과적으로 터보발전기를 운용할 수 있게 된다.Second, the excessive axial load applied to the rotor shaft is controlled by the flow of the high-pressure fluid, so that the turbo-generator can be effectively operated.

셋째, 정량적으로 측정된 로터 축하중에 따라 밸브 개도량이 조절 가능하고, 그로 인하여 효과적인 발전을 할 수 있게 된다.Thirdly, the amount of valve opening can be adjusted according to quantitatively measured rotor con- densation, thereby enabling effective power generation.

도 1은 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 개략적인 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 구동관계를 나타낸 블록도이다.1 is a sectional view showing a schematic view of a turbo-generator having an axial load reducing means of the present invention.
2 is a block diagram showing a drive relationship of a turbo-generator equipped with an axial load reducing means of the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that in the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. Further, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and a turbogenerator including the axial load reducing means of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 개략적인 모습을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 구동관계를 나타낸 블록도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic view of a turbo-generator having an axial load reducing means of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a drive relationship of a turbo-generator having an axial load reducing means of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기는, 고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 터보발전기(10) 로터축(30)의 외주면에 비접촉식으로 결합되는 스러스트 자기베어링(20)이 결합된다. 1 and 2, a turbogenerator including an axial load reducing means according to the present invention includes a turbine generator 10 that generates power by driving a turbine with high-pressure fluid, a thrust generator (not shown), which is non-contactly coupled to the outer circumferential surface of the rotor shaft 30, The magnetic bearing 20 is engaged.

상기 스러스트 자기베어링(20)은, 위치센서(21), 자기베어링 제어기(22) 및 파워엠프(23)가 서로 연결되는 폐루프 시스템으로 구성되며, 상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 실시간으로 측정하게 된다. The thrust magnetic bearing 20 is constituted by a closed loop system in which a position sensor 21, a magnetic bearing controller 22 and a power amplifier 23 are connected to each other, and a thrust magnetic bearing The axial load of the motor 20 is measured in real time.

따라서 상기 스러스트 베어링(20)은 로터의 축방향 하중을 지지함과 동시에 축하중을 실시간으로 모니터링 하는 두 가지 역할을 하게 된다.Therefore, the thrust bearing 20 plays two roles of supporting the axial load of the rotor and monitoring the axial load in real time.

상기 스러스트 자기베어링(20)은 공지의 스러스트 자기베어링(20)에 관한 것으로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The thrust magnetic bearing 20 is related to a known thrust magnetic bearing 20, and a detailed description thereof will be omitted.

한편, 상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 감지하여 상기 터보발전기(10) 내부를 흐르는 고압유체의 유량을 제어하는 축하중 저감수단(40)이 구비된다. An axial load reducing means (40) for sensing the axial load of the thrust magnetic bearing (20) supporting the rotor shaft (30) and controlling the flow rate of the high - pressure fluid flowing in the turbo generator (10) is provided.

상기 축하중 저감수단(40)은, 상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 감지하여, 설정값 이상이 되면 이를 감지하여 처리하는 제어부(41)와, 상기 제어부(41)의 제어에 의해 개폐되되, 터보발전기(10)의 입구측 고압유체를 출구측으로 흐르도록 하는 밸브(42)로 구성된다.
The axial load reducing means 40 includes a control unit 41 for sensing the axial load of the thrust magnetic bearing 20 supporting the rotor shaft 30 and detecting and processing the axial load when the axial load is greater than a set value, And a valve 42 that is opened and closed under the control of the control valve 41 to cause the inlet-side high-pressure fluid of the turbo-generator 10 to flow to the outlet side.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 작동상태에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operating state of the turbo-generator having the above-described axial load reducing means of the present invention will be described.

상기 터보발전기(10)에 결합된 로터의 축(30)은 고압유체에 의해 회전하며, 축하중을 받게 된다.The shaft 30 of the rotor coupled to the turbo-generator 10 is rotated by the high-pressure fluid and is subjected to axial load.

이와 같은 상황을 로터축(30)의 외측에 결합되는 스러스트 자기베어링(20)의 위치센서(21)가 상기 로터축(30)의 위치를 감지하게 되며, 상기 스러스트 자기베어링(20)은 파워엠프를 통하여 공급받은 전류에 의한 자기력으로 로터축(30)을 지지하게 된다. 이때 상기 로터축(30)을 지지하는 상기 스러스트 자기베어링(20)의 축하중이 설정값 이상이 되면, 즉, 로터축(30)의 하중이 최대 하중 이상이 되면, 상기 스러스트 자기베어링(20)의 자기베어링 제어기(22)가 그 신호를 제어부(41)로 보내고, 상기 제어부(41)는 밸브(42)의 개도를 조절하여 고압유체의 흐름양을 조절하게 된다.The position sensor 21 of the thrust magnetic bearing 20 coupled to the outside of the rotor shaft 30 senses the position of the rotor shaft 30 and the thrust magnetic bearing 20 senses the position of the rotor shaft 30, The rotor shaft 30 is supported by the magnetic force generated by the current supplied through the rotor shaft 30. At this time, when the axial load of the thrust magnetic bearing 20 supporting the rotor shaft 30 becomes the set value or more, that is, when the load of the rotor shaft 30 becomes the maximum load or more, The magnetic bearing controller 22 of the control unit 41 sends the signal to the control unit 41 and the control unit 41 adjusts the opening degree of the valve 42 to adjust the flow amount of the high pressure fluid.

예를 들어 로터축(30)에 설정값 이상의 축하중이 감지될 경우 그 차이에 따라 상기 밸브(42)의 개도량을 조절하여 터보발전기(10)의 터빈 입구부의 고압유체가 터빈 출구부로 배출될 수 있도록 하여 터빈 입, 출구부 배압을 조절함으로서 로터축(30)의 축하중을 저감시키게 된다.For example, when an axial load greater than a predetermined value is sensed on the rotor shaft 30, the opening amount of the valve 42 is adjusted according to the difference to discharge the high-pressure fluid in the turbine inlet of the turbogenerator 10 to the turbine outlet The axial load of the rotor shaft 30 is reduced by adjusting the back pressure of the inlet and outlet of the turbine.

이후 상기 로터축(30)의 축하중이 설정값 이하로 줄어들 경우 상기 밸브(42)를 닫아 축하중을 기존과 같이 유지시키는 것이다. When the axial load of the rotor shaft 30 is reduced below the set value, the valve 42 is closed to maintain the axial load as it is.

따라서 상기 밸브(42)의 개도량을 미세하게 조절함으로서 효과적으로 로터축(30)의 축하중을 조절할 수 있어 터보발전기의 효율적인 운용이 가능하게 된다.Accordingly, by finely adjusting the opening amount of the valve 42, the axial load of the rotor shaft 30 can be controlled effectively, and the turbo generator can be efficiently operated.

상기한 설명에서는 터보발전기를 대상으로 설명되었지만, 유체 및 로터가 구비되는 회전기기에 모두 적용될 수 있게 된다.Although the above description has been made with respect to a turbo-generator, it can be applied to both rotating machines equipped with a fluid and a rotor.

이상에서 설명된 본 발명의 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments of the turbogenerator including the axial load reducing means of the present invention described above are merely illustrative and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments can be made without departing from the scope of the present invention. You can see that it is possible. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10 : 터보발전기 20 : 베어링
30 : 로터축 40 : 축하중 저감수단
41 : 제어부 42 : 밸브10: Turbo generator 20: Bearing
30: Rotor shaft 40: Reduction means during axial load
41: control part 42: valve

Claims (2)

고압유체로 터빈을 구동하여 발전하는 터보발전기(10)에 있어서,
상기 터보발전기(10)에 구비되는 로터축(30)의 외주면에 비접촉식으로 결합되되, 외부 전원으로부터 공급받는 전류에 의해 구동되는 스러스트 자기베어링(20);
상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 감지하여 상기 터보발전기(10) 입, 출구부 고압유체에 의한 배압을 조절하는 축하중 저감수단(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기.A turbogenerator (10) for power generation by driving a turbine with high-pressure fluid,
A thrust magnetic bearing (20) which is non-contactly coupled to the outer circumferential surface of a rotor shaft (30) provided in the turbo generator (10) and is driven by a current supplied from an external power source;
And an axial load reducing means (40) for sensing the axial load of the thrust magnetic bearing (20) supporting the rotor shaft (30) and regulating the back pressure by the high pressure fluid at the inlet and outlet of the turbo generator Wherein the turbine generator is provided with an axial reduction means. 제1 항에 있어서,
상기 축하중 저감수단(40)은,
상기 로터축(30)을 지지하는 스러스트 자기베어링(20)의 축하중을 감지하여, 설정값 이상이 되면 이를 감지하여 처리하는 제어부(41);
상기 제어부(41)의 제어에 의해 개폐되되, 터보발전기(10)의 입구측과 출구측을 연결하는 배관 중에 설치되어 상기 고압유체의 유량을 조절하는 밸브(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 축하중 저감 수단이 구비되는 터보발전기.The method according to claim 1,
The axial load reducing means (40)
A control unit (41) for sensing the axial load of the thrust magnetic bearing (20) supporting the rotor shaft (30) and detecting and processing the axial load when the axial load is greater than a set value;
And a valve (42) which is opened and closed under the control of the control part (41) and which is provided in a pipe connecting the inlet side and the outlet side of the turbocharger (10) Wherein the turbine generator is provided with an intermediate reduction means.
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