KR20180016870A

KR20180016870A - 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법

Info

Publication number: KR20180016870A
Application number: KR1020160100819A
Authority: KR
Inventors: 손현우; 이제영; 이승철; 강상욱
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2018-02-20
Also published as: KR101834654B1

Abstract

본 발명은 스러스트 오버로드(Thrust Overload)의 발생방향과 크기에 따라 추기라인을 통해 추출되는 증기의 유량을 연속적으로 제어함으로써 스러스트 밸런싱이 가능한 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 베어링 밸런싱 방법에 관한 것으로, 본 발명은 스러스트력의 크기 또는 방향에 따라 터빈의 추기라인을 통해 추출되는 증기의 유량을 연속적으로 조절, 제어함으로써 스러스트를 밸런싱할 수 있는 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법을 제공한다.

Description

증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법 {Steam turbine and Thrust force balancing method of the steam turbine}

본 발명은 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스러스트 오버로드(Thrust Overload)의 발생방향과 크기에 따라 추기라인을 통해 추출되는 증기의 유량을 연속적으로 제어함으로써 스러스트 밸런싱이 가능한 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 베어링 밸런싱 방법에 관한 것이다.

증기 터빈의 경우 일반적으로 회전익, 고정익 및 Steam Extraction에 의해서 유발되는 입구 증기와 출구 증기의 압력 변동 또는 차이로 인한 Flow rate에 의해서 축방향의 스러스트력(Thrust Force)이 발생한다.

이에 따라, 증기 터빈에는 회전축에 발생하는 스러스트력을 받기 위하여 스러스트 베어링이 설치되며, 터빈 설계 시 축방향의 힘을 지지하기 위해서 정상상태에서 예상되는 스러스트력의 방향과 크기 등을 종합적으로 고려하여 스러스트 베어링을 설계한다.

이와 같이 스러스트 베어링의 부하 능력에는 한계가 있기 때문에, 어떠한 운전 상태에서도 회전축에 발생하는 스러스트력은 베어링의 부하 능력을 초과하지 않도록 스러스트 밸런스를 고려한 설계를 행할 필요가 있다. 만일 스러스트 오버로드(Thrust Overload)가 발생하게 되면 스러스트 베어링이 손상되어 회전축이 제대로 회전할 수 없으며, 전체적으로 증기터빈의 손상 및 파괴가 발생할 수 있기 때문이다.

하지만, 시운전 시에 스러스트 밸런싱을 위한 제어 요소들을 튜닝(tuning)함에도 불구하고, 여러 이유들로 인해 설계와 다르게 운전 시 스러스트 오버로드가 발생하여 터빈에 치명적인 영향을 줄 수 있으며, 터빈 운전 중에 오버로드의 방향 및 크기는 일정하기 않기 때문에 튜닝을 통해 보정하는 것에는 한계가 있었다.

오버로드의 발생 원인으로는 예를 들어, HP 터빈 유량 또는 IP 터빈 유량이 설계치보다 크거나 주증기 압력 또는 재열증기 압력이 설계치보다 큰 불균형이 발생하거나, 과도한 축방향의 열팽창, 설치/조립의 불량, 히터(Heater)들의 비정상적인 작동 또는 추기라인 파이프의 파손, 체크밸브의 오동작 등이 될 수 있다.

이에 따라, 종래에는 익렬과 같은 회전축에 더미부(더미 피스톤)를 장착하여 상기 더미부에 의해 반스러스트 방향으로 작용하는 힘을 발생시켜 회전축의 축 방향으로 작용하는 힘을 밸런스시킴으로써, 어떠한 운전 상태에서도 스러스트 베어링이 부하 능력 범위 내로 들어가도록 하고 있다.

하지만, 통상 운전 중에 고압 주증기 정지 또는 재열 증기 정지 시 스러스트의 밸런스를 취하기 위해서는 중압 더미부를 작게하고 저압 더미부를 크게 할 필요가 있다.

하지만, 저압 더미부를 크게 했을 경우 그 외주부에 위치하는 케이싱이 커지기 때문에 증기 터빈 전체가 대형화되어서 비용 상승의 원인이 되는 문제점이 있으며, 저압 더미부의 직경이 커지면 그라운드로 누출되는 증기량이 증가하고, 결과적으로 증기 터빈의 성능이 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스러스트 오버로드(Thrust Overload)의 발생방향과 크기에 따라 추기라인을 통해 추출되는 증기의 유량을 연속적으로 제어함으로써 스러스트 밸런싱이 가능한 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 베어링 밸런싱 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.

증기 터빈은 플랜트의 전체 열 효율 향상을 위해 보일러 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 히터를 위한 증기 추기라인(Steam Extraction Line)을 설계한다.

즉각적으로 응동하는 터빈 제어/프로세스 계통과는 다르게 보일러 히터의 동특성은 수분에서 십여분의 반응 시간(Response Time)을 가지며, 터빈에 비해 상대적으로 증기 유량 변동(Steam Flow Variation)의 영향이 적다.

특히, 스러스트 오버로드(Thrust Overload)는 수초에서 수십초간 지속되면 베어링 파손이 일어날 확률이 높은 비정상 상태이므로 즉각적인 보호 및 제어조작이 필요하며, 추기라인을 통해 추출되는 증기는 즉각적인 유량의 조정이 가능하므로 효과적인 제어인자가 될 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 터빈의 증기 추기라인에 기존 온/오프 밸브(체크밸브) 대신에 유량 제어를 위한 컨트롤 밸브가 설치될 수 있다.

본 발명은 스러스트 오버로드의 특정 제한값을 갖고 불연속적으로 제어하는 방식이 아니라, 스러스트력의 크기 또는 방향에 따라 추기라인을 통해 추출되는 증기의 유량을 연속적으로 조절, 제어함으로써 스러스트를 밸런싱할 수 있는 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법을 제공한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈은, 복수의 터빈을 포함하는 증기 터빈에 있어서, 상기 고압 터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 제1 유량조절밸브; 상기 중압 터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 제2 유량조절밸브 및 제3 유량조절밸브; 및 상기 복수의 터빈이 설치된 회전축에 작용하는 스러스트력의 크기 또는 방향에 따라 상기 제1 유량조절밸브 내지 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스러스트력의 크기와 방향을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 제어하기 위한 기준값을 저장하는 저장부; 및 상기 측정부에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 상기 기준값을 초과하는 경우 상기 제1 유량조절밸브 내지 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 제어하는 밸브제어부를 포함할 수 있다.

상기 밸브제어부는, 상기 스러스트력의 방향이 상기 고압터빈을 향한 방향이면, 상기 제1 유량조절밸브를 통해 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어하거나, 상기 제2 유량조절밸브 또는 상기 제3 유량조절밸브를 통해 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어할 수 있다.

또한 상기 밸브제어부는, 상기 스러스트력의 방향이 상기 중압터빈을 향한 방향이면, 상기 제1 유량조절밸브를 통해 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어하거나, 상기 제2 유량조절밸브 또는 상기 제3 유량조절밸브를 통해 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 통해 제어대상을 판단하는 판단부를 더 포함할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 통해 추출되는 증기 유량을 증가시키는 경우에는, 터빈 내부의 감소된 증기 유량이 최소 증기 유량보다 높을 때 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 통해 추출되는 증기 유량을 감소시키는 경우에는, 터빈 내부의 증가된 증기 유량이 유입 가능한 최대 증기 유량보다 낮을 때 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 제1 유량조절밸브를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 제2 유량조절밸브 또는 상기 제3 유량조절밸브를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 판단할 수 있다.

상기 판단부는, 상기 제2 유량조절밸브 또는 상기 제3 유량조절밸브를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 제1 유량조절밸브를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 판단할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 측정부에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 알람 한계값을 초과하는 경우 부하(Load)를 홀딩 또는 감소시키며, 트립 한계값을 초과하는 경우 터빈의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법은, 고압터빈과 중압터빈이 설치된 회전축에 작용하는 스러스트력의 크기와 방향을 측정하는 측정단계 및 상기 측정단계에 의해 측정된 스러스트력의 크기 또는 방향에 따라 상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 제어단계를 포함할 수 있다.

상기 제어단계는, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량 또는 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하기 위한 기준값을 저장하는 저장단계; 및 상기 측정단계에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 상기 기준값을 초과하는 경우 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량 또는 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 유량제어단계를 포함할 수 있다.

상기 유량제어단계는, 상기 스러스트력의 방향이 상기 고압터빈을 향한 방향이면, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어하거나, 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어할 수 있다.

또한 상기 유량제어단계는, 상기 스러스트력의 방향이 상기 중압터빈을 향한 방향이면, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어하거나, 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어단계는, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량 또는 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 통해 제어대상을 판단하는 판단단계를 더 포함할 수 있다.

상기 판단단계는, 상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 증가시키는 경우에는, 터빈 내부의 감소된 증기 유량이 최소 증기 유량보다 높을 때 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

상기 판단단계는, 상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 감소시키는 경우에는, 터빈 내부의 증가된 증기 유량이 유입 가능한 최대 증기 유량보다 낮을 때 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

상기 판단단계는, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 판단할 수 있다.

상기 판단단계는, 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 판단할 수 있다.

상기 제어단계는, 상기 측정단계에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 알람 한계값을 초과하는 경우 부하(Load)를 홀딩 또는 감소시키며, 트립 한계값을 초과하는 경우 터빈의 작동을 중지시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법에 따르면, 스러스트력(Thrust Load)의 크기 또는 방향에 따라 고압(HP)터빈 또는 중압(IP)터빈의 추기라인을 통해 추출되는 증기의 유량을 연속적으로 조절, 제어함으로써, 증기 터빈을 대형화하지 않으며 복잡한 전기 제어를 사용하지 않고도 증기 터빈의 운전 범위 전체 영역에 있어서 터빈의 회전축에 작용하는 스러스트력의 밸런싱을 취할 수 있다.

또한, 보일러의 추가 증기 생산/감소의 필요성 및 터빈 입구의 압력 변동을 최소화하여 플랜트의 안정적인 운전을 도모하고 운전원의 간섭을 최소화할 수 있다.

또한, 추기 유량의 조절 정도가 각 단의 유량 제어 가능 범위, 즉 히터의 용량 또는 터빈의 유입증기 압력 조건 등에 따른 컨트롤 밸브의 유량 조정 가능 범위 내에 있는지 판단함으로써, 히터에 가해지는 외란을 최소화할 수 있고, 증기 터빈의 안전성 강화와 플랜트의 안정적인 운전이 가능하도록 한다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증기터빈의 스러스트 밸런싱 방법의 일부를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 X부분의 스러스트 밸런싱 방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 2c는 도 2a의 X부분의 제2 실시예에 따른 스러스트 밸런싱 방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2a의 밸런싱 방법에 따라 밸런싱 가능한 범위를 간략하게 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈을 간략하게 도시한 도면, 도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증기터빈의 스러스트 밸런싱 방법의 일부를 간략하게 도시한 도면, 도 2b는 도 2a의 X부분의 스러스트 밸런싱 방법을 단계적으로 나타내는 도면, 도 2c는 도 2a의 X부분의 제2 실시예에 따른 스러스트 밸런싱 방법을 단계적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2a의 밸런싱 방법에 따라 밸런싱 가능한 범위를 간략하게 도시한 도면이다.

우선, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈을 설명하도록 한다. 본 발명의 증기 터빈을 이용하는 발전 설비는 화력 발전소나 원자력 발전소 등에서 다양하게 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈은, 크게 고압 터빈(100), 중압 터빈(200), 저압 터빈(300), 복수의 추기라인, 복수의 유량조절밸브, 측정부(400) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 고압(HP)터빈 1기, 중압(IP)터빈 1기 및 저압(LP)터빈 2기가 설치될 수 있는데, 상기 고압터빈과 중압터빈은 고중압 터빈 차실 내부에 함께 수납되고, 저압 터빈은 저압 터빈 차실 내부에 수납되는 구조를 이루고 있다.

고압의 증기를 사용하는 고압터빈은 충동터빈으로 설계되는 것이 일반적이며, 이하 상기 고압터빈(100)으로 유입되는 증기를 주증기(main steam)라고 정하여 설명하도록 한다.

상기 고압터빈(100)은 주증기 유입관(120)에 의해 보일러(미도시)와 연결되며, 이에 따라 주증기가 보일러로부터 주증기 유입관(120)을 통해 고압터빈(100)의 내부로 유입될 수 있다. 이때 상기 주증기 유입관(120)에 구비된 주증기 유량 제어밸브(122)에 의해 상기 고압터빈(100)으로 공급되는 증기 유량, 즉 주증기 유량이 조절 제어될 수 있다.

예를 들어, 상기 주증기 유입관(120)을 통해 고압터빈(100)으로 유입되는 주증기는 대략 압력 246kg/cm², 온도 538℃의 증기일 수 있다.

상기 고압터빈(100)을 거치고 고압터빈의 끝단에 설치된 주증기 배출관을통해 배출된 증기는 어느정도 압력이 남아있기 때문에 다시 중압터빈(200)으로 유입시켜 팽창시킴으로써 재열 사이클에 적용하고 있다. 상기 중압터빈(200)은 고압터빈(100)처럼 고온, 고압의 증기를 사용하지 않기 때문에 충동터빈과 반동터빈이 함께 설계되는 것이 일반적이다. 이때, 상기 고압터빈(100)을 거친 주증기는 온도가 280℃ 미만으로 떨어지게되고, 이를 그대로 중압터빈(200)으로 공급하게 되면 중압터빈 내부에서 수분이 생성될 정도로 온도가 떨어질 수 있다.

따라서, 재열기(미도시)를 통하여 재가열된 증기가 공급되어야 하며, 이하 상기 중압터빈(200)으로 유입되는 증기를 재열증기(reheat steam)라고 정하여 설명하도록 한다.

상기 중압터빈(200)은 재열증기 유입관(220)을 통해 재열기(미도시)와 연결되며, 이에 따라 재열증기가 재열기로부터 상기 재열증기 유입관(220)을 통해 중압터빈(200)의 내부로 유입될 수 있다. 이때 상기 재열증기 유입관(220)에 구비된 재열증기 유량 제어밸브(222)에 의해 상기 중압터빈(200)으로 공급되는 증기 유량, 즉 재열증기 유량이 조절 제어될 수 있다.

예를 들어, 상기 재열증기의 온도는 대략 540℃, 압력은 대략 38kg/cm²일 수 있다.

상기 중압터빈(200)을 거치고 배출된 증기는 대략 압력 10kg/cm²미만, 온도 300~330℃의 저압증기가 되며, 이는 저압터빈(300)으로 공급되어 저압터빈의 회전에 사용될 수 있다. 상기 저압터빈(300)으로 공급되기 전 재열기에 의해 재가열된 후 공급될 수 있음은 물론이다.

상기 고압터빈(100), 중압터빈(200) 및 저압터빈(300)에는 각각 증기의 일부가 추출되기 위한 추기라인(Steam Extraction Line)이 단수 또는 복수개로 설치될 수 있으며, 상기 추기라인을 통해 추출된 증기는 급수가열기(히터)를 거쳐 가열된 후 다시 보일러로 회수될 수 있다.

본 일 실시예에서 복수의 추기라인은 고압터빈(100)에 2개, 중압터빈(200)에 3개 및 저압터빈(300)에 3개가 설치되고 있으며, 각각의 추기라인은 급수가열기에 연결되거나 탈기기 또는 터빈식 급수펌프에 연결되고 있다.

구체적으로, 제1 고압 추기라인(140) 및 제2 고압 추기라인(160)은 상기 고압터빈(100)으로부터 증기를 추출하기 위한 것이며, 제1 중압 추기라인(240), 제2 중압 추기라인(260) 및 제3 중압 추기라인(280)은 상기 중압터빈(200)으로부터 증기를 추출하기 위한 것이다.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 각 터빈으로부터 추출되는 추기라인의 개수는 변경되어도 무관하다.

본 일 실시예에서, 상기 저압터빈(300)의 각 추기라인(320,340,360)은 제1 내지 제3 급수가열기(10,20,30)에 각각 연결되고, 상기 제3 중압 추기라인(280)은 제4 급수가열기(40)에, 상기 제1 중압 추기라인(240)은 제5 급수가열기(50)에, 상기 제2 고압 추기라인(160)은 제6 급수가열기(60)에, 상기 제1 고압 추기라인(140)은 제7 급수가열기(70)에 연결되고 있으며, 상기 제2 중압 추기라인(260)이 탈기기(80) 또는 급수펌프에 연결되고 있다.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 추기라인이 급수가열기 또는 탈기기 등에 연결되는 구조는 변경되어도 무관하다.

예를 들어, 고압터빈의 5단 회전날개와 6단 회전날개 사이에 위치한 추기라인을 통해 대략 압력이 60~65kg/cm²인 증기를 추기하여 급수가열기로 공급할 수 있으며, 중압터빈의 3단 회전날개와 4단 회전날개 사이에 위치한 추기라인을 통해 대략 압력이 10~15kg/cm²인 증기를 추기하여 급수가열기로 공급할 수 있고, 중압터빈의 5단 회전날개 이후 증기를 추기하여 터빈식 급수펌프나 탈기기로 공급할 수 있다.

이때, 복수의 추기라인 중 일부에는 기존의 온/오프밸브(체크밸브) 대신에 유량조절을 위한 복수의 유량조절밸브가 설치될 수 있다.

저압(LP) 터빈의 경우 일반적으로 복류(double-flow) 및 대칭적인 추기라인을 갖도록 설계되기 때문에 유량 제어를 위한 유량조절밸브는 고압(HP) 터빈과 중압(IP) 터빈의 추기라인에 설치되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 일 실시예에서는 상기 제1 고압 추기라인(140)에 상기 고압터빈(100)으로부터 추출되는 증기의 유량을 조절하기 위한 제1 유량조절밸브(142)가 설치되고 있으며, 상기 제1 중압 추기라인(240)에 상기 중압터빈(200)으로부터 추출되는 증기의 유량을 조절하기 위한 제2 유량조절밸브(242)가 설치되고, 상기 제2 중압 추기라인(260)에 마찬가지로 제3 유량조절밸브(262)가 설치되고 있다.

하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 각 터빈에서 추출되는 추기라인의 개수 및 위치에 따라, 유량조절밸브가 설치되는 위치 및 개수 또한 변경될 수 있다.

다만, 상기 고압터빈(100)의 끝단에서 주증기가 배출되기 위한 주증기 배출관으로부터 분기되는 제2 고압 추기라인(160)의 경우에는, 고압터빈의 유동 마찰 손실(Windage Loss) 발생에 직접적인 영향을 끼칠 수 있기 때문에 유량조절밸브를 설치하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중압터빈(200)의 끝단에서 중압터빈(200)으로부터 배출된 증기가 저압터빈(300)으로 유입되기 위한 유로로부터 분기되는 제3 중압 추기라인(280)의 경우에는, 저압터빈(300) 입구의 압력에 직접적인 영향을 끼칠 수 있기 때문에 유량조절밸브를 설치하지 않는 것이 바람직하다.

상기와 같이 복수의 유량조절밸브를 설치하여 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기의 유량을 조절할 수 있게 됨으로써, 유량조절밸브의 유량제어 가능범위만큼 스러스트 베어링의 설계 마진(margin)을 추가 확보하는 효과가 있다.

또한, 각 단의 추기 유량을 소량 조정하는 것만으로도 효과적으로 스러스트 밸런싱을 위한 터빈의 유량 조정이 가능하다.

제어부(500)는 복수의 터빈, 본 일 실시예에서는 상기 고압터빈(100)과 중압터빈(200)이 설치된 회전축에 작용하는 스러스트력(Thrust Force)의 크기 또는 방향에 따라 상기 제1 유량조절밸브(142)를 통해 고압터빈(100)으로부터 추출되는 증기 유량 또는 상기 제2 유량조절밸브(242) 및 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 증기 유량을 조절 제어하기 위한 것으로, 상기 스러스트력에 대응하는 힘을 발생시킴으로써 스러스트 밸런싱이 가능하도록 한다.

이때, 상기 스러스트력의 크기와 방향은 별도의 측정부(400)에 의해 측정될 수 있으며, 상기 측정부(400)는 상기 고압터빈(100)과 중압터빈(200)이 설치된 회전축에 작용하는 스러스트력의 크기와 방향을 측정하기 위한 것으로, 상기 '스러스트력'이란 회전축에 축방향으로 작용하는 힘을 말한다.

상기 측정부(400)는 특수 센서로 형성되어 스러스트력의 크기와 방향을 직접 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 고압터빈(100) 및 중압터빈(200)의 스러스트 베어링의 마모정도나 온도가 비정상적으로 높은지 여부, 또는 스러스트 베어링, 스러스트 칼라(collar), 로터축의 축방향 위치(Axial Position) 및 이동여부 등을 이용하여 간접적으로 추정할 수도 있다.

또한, 터빈의 유입증기와 배출증기의 압력 변화값 등을 이용하여 간접적으로 추정할 수 있다.

또한, 상기 제어부(500)는 상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 제어하기 위한 기준값(Standard Limit)을 저장하는 저장부(510)와, 상기 측정부(400)에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 상기 기준값을 초과하는 경우 상기 제1 유량조절밸브(142), 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 제어하는 밸브제어부(520)를 포함할 수 있다.

상기 기준값은 스러스트 밸런싱을 위해 추기 유량의 보정이 요구되는 스러스트력의 한계값에 해당하는 것으로, 이는 경우에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 아래에서는, 현재 상기 측정부(400)에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 상기 저장부(510)에 저장된 기준값을 초과할 때, 상기 스러스트력의 크기와 기준값의 차이를 스러스트 오버로드(Thrust Overload)로 정하여 설명하도록 한다.

상기 밸브제어부(520)는 상기 고압터빈(100)을 향한 방향의 스러스트 오버로드가 발생하면, 상기 제1 유량조절밸브(142)를 통해 고압터빈(100)으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어하거나, 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 상기 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 중압터빈(200)을 향한 방향의 스러스트 오버로드가 발생하면, 상기 제1 유량조절밸브(142)를 통해 고압터빈(100)으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어하거나, 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 상기 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어할 수 있다.

상기에서 각 터빈에서 추출되는 증기 유량을 증가시키는 것은 반대로 터빈 내부의 증기 유량을 감소시키는 것을 의미하며, 각 터빈에서 추출되는 증기 유량을 감소시키는 것은 반대로 터빈 내부의 증기 유량을 증가시키는 것을 의미한다.

이때, 상기 제1 유량조절밸브 내지 제3 유량조절밸브의 제어는 목표값과 실제값의 오차를 조정하기 위해 P 또는 PI 제어를 통해 산출될 수 있으며, 상기 오차는 스러스트 오버로드 값에 해당하는 것으로 고압터빈의 추기 유량을 보정하는 경우에는 현재 스러스트력의 크기에서 상기 기준값을 뺀 값이, 중압터빈의 추기 유량을 보정하는 경우에는 상기 기준값에서 현재 스러스트력의 크기를 뺀 값이 적용될 수 있다.

아래에서는, 상기 스러스트력(스러스트 오버로드)의 방향이 상기 고압터빈(100)을 향하는 방향일 때 (+)방향, 상기 중압터빈(200)을 향하는 방향일 때 (-)방향이라고 정하여 설명하도록 한다.

또한, 상기 제어부(500)는 상기 제1 유량조절밸브(142), 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 통해 제어대상을 판단하는 판단부(530)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 판단부(530)는 상기 제1 유량조절밸브(142)를 통해 추출되는 주증기 유량의 조절 가능여부와 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 통해 추출되는 재열증기 유량의 조절 가능여부를 각각 판단하며, 이는 추기 유량의 감소 또는 증가에 따른 조절량이 상기 고압터빈(100)과 중압터빈(200)으로부터 각각 추출되는 주증기 유량 및 재열증기 유량의 조절 가능 범위 내에 있는지 판단함으로써 이루어질 수 있다.

이에 따라, 추기 유량의 조절이 가능한 유량조절밸브는 제어하고, 추기 유량의 조절이 가능하지 않은 유량조절밸브는 제어대상에서 제외하여 제어하지 않을 수 있다.

상기 각 유량조절밸브에 있어서, 추기 유량의 조절 가능 범위는 터빈의 작동 효율, 급수가열기의 용량(Capacity), 터빈의 입구 압력 조건 등에 따라 결정될 수 있다.

본 일 실시예에서, 상기 판단부(530)는 복수의 유량조절밸브, 즉 상기 제1 유량조절밸브(142), 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 통해 추출되는 증기 유량을 증가시키는 경우에는, 터빈 내부의 감소된 증기 유량이 터빈의 구동을 위해 필요한 최소 증기 유량보다 높을 때 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

예를 들어, 상기 스러스트력이 (+)방향으로 발생하여 상기 제1 유량조절밸브(142)를 통해 고압터빈(100)으로부터 추출되는 주증기 유량을 증가시키는 경우에는, 현재 고압터빈(100) 내부에서의 주증기 유량에서 추기 유량의 증가에 따라 감소된 최종 주증기 유량이 고압터빈의 작동에 영향을 주지 않고 터빈의 구동을 위해 필요한 최소 주증기 유량보다 높은 경우 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

상기 스러스트력이 (-)방향으로 발생하여 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량을 증가시키는 경우에도 마찬가지로 판단할 수 있다.

또한, 상기 판단부(530)는 복수의 유량조절밸브, 즉 상기 제1 유량조절밸브(142), 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 통해 추출되는 증기 유량을 감소시키는 경우에는, 터빈 내부의 증가된 증기 유량이 유입 가능한 최대 증기 유량보다 낮을 때 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

예를 들어, 상기 스러스트력이 (-)방향으로 발생하여 상기 제1 유량조절밸브(142)를 통해 고압터빈(100)으로부터 추출되는 주증기 유량을 감소시키는 경우에는, 현재 고압터빈(100) 내부에서의 주증기 유량에서 추기 유량의 감소에 따라 증가된 최종 주증기 유량이 고압터빈으로 유입 가능한 최대 증기 유량, 즉 100%의 증기 유량보다 낮은 경우 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

상기 스러스트력이 (+)방향으로 발생하여 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량을 감소시키는 경우에도 마찬가지로 판단할 수 있다.

이때, 도 2b에 도시된 제1 실시예에 따른 스러스트 밸런싱 방법과 같이, 상기 제1 유량조절밸브(142)의 추기유량 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 상기 제3 유량조절밸브(262)의 추기유량 조절 가능여부를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 도 2c에 도시된 제2 실시예에 따른 스러스트 밸런싱 방법과 같이, 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 상기 제3 유량조절밸브(262)의 추기유량 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 제1 유량조절밸브(142)의 추기유량 조절 가능여부를 판단할 수도 있다. 이는 아래의 작동 과정에서 자세히 살펴보도록 한다.

상기 제어부(500)는 상기 저장부(510)가 저장하고 있는 기준값(Standard Limit) 이외에 알람 발생을 위한 알람 한계값(Alarm Limit)과 트립 한계값(Trip Limit)을 저장할 수 있으며, 상기 알람 한계값과 트립 한계값 또한 상기 저장부(510)에 저장될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 알람 한계값(A.L)과 트립 한계값(T.L)은 상기 기준값(S.L)보다 더 큰 절댓값을 갖도록 설정되며, 이에 따라 상기 제어부(500)는 상기 측정부(400)에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 알람 한계값을 초과하는 경우 부하(Load)를 홀딩 또는 감소시키며, 트립 한계값을 초과하는 경우 터빈의 작동을 중지시킴으로써 추기 유량의 보정으로 밸런싱할 수 없는 큰 스러스트력의 발생에 대해 대비할 수 있다.

이때, 상기 기준값과 알람 한계값 사이의 구간(A)에서는 고압터빈의 추기 유량 또는 중압터빈의 추기 유량을 실시간으로 보정함으로써 스러스트 오버로드의 발생에 대비할 수 있다.

아래에서는, 도 2a 내지 도 2c를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법에 관하여 단계적으로 살펴보도록 한다.

우선, 도 2a에 도시된 바와 같이 고압(HP)터빈과 중압(IP)터빈이 설치된 회전축에 작용하는 스러스트력의 크기와 방향을 측정하며(측정단계; S1000), 상기 측정단계(S1000)에 의해 측정된 스러스트력의 크기 또는 방향에 따라 상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어할 수 있다(제어단계; S2000).

이때, 상기 제어단계(S2000)는 상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 제어하기 위한 기준값을 저장하며(저장단계; S2100), 상기 측정단계(S1000)에 의해 측정된 스러스트력의 크기와 상기 기준값을 비교하여(비교단계; S2200), 상기 스러스트력의 크기가 기준값을 초과하는 경우 상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어함으로써(유량제어단계; S2300) 상기 스러스트력에 대응하는 힘을 발생시켜 밸런싱이 가능하도록 한다.

본 일 실시예에 따르면, 상기 제어단계(S2000), 특히 저장단계(S2100)는 알람 발생을 위한 알람 한계값(Alarm Limit)과 터빈의 정지를 위한 트립 한계값(Trip Limit) 또한 저장할 수 있으며, 상기 제어단계(S2000), 특히 비교단계(S2200)는 상기 측정단계(S1000)에 의해 측정된 스러스트력의 크기와 상기 기준값 뿐만 아니라 상기 알람 한계값 및 트립 한계값과도 비교할 수 있다.

상기 알람 한계값과 트립 한계값은 상기 기준값보다 더 큰 절댓값을 갖도록 설정되며, 이에 따라 상기 측정된 스러스트력의 크기(F)가 기준값(S.L)의 크기보다 작은 경우, 상기 기준값(S.L)의 크기보다 크고 알람 한계값(A.L)의 크기보다 작은 경우, 상기 알람 한계값(A.L)의 크기보다 크고 트립 한계값(T.L)의 크기보다 작은 경우, 상기 트립 한계값(T.L)의 크기보다 큰 경우로 나뉠 수 있다.

상기와 같은 각 경우에 있어서, 상기 스러스트력의 크기(F)가 기준값(S.L)의 크기보다 작은 경우에는 현재 상태를 그대로 유지하고, 상기 기준값(S.L)의 크기보다 크고 알람 한계값(A.L)의 크기보다 작은 경우에는 상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 보정하며(유량제어단계; S2300), 상기 알람 한계값(A.L)의 크기보다 크고 트립 한계값(T.L)의 크기보다 작은 경우에는 부하(Load)를 홀딩 또는 감소시키고, 상기 트립 한계값(T.L)의 크기보다 큰 경우에는 터빈의 작동을 정지하도록 제어될 수 있다.

이에 따라, 추기 유량의 보정으로 밸런싱할 수 없는 큰 스러스트력의 발생에 대해서도 대비할 수 있다.

다음으로는, 상기 고압터빈 또는 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 유량제어단계(S2300)에 관하여 상세히 살펴보도록 한다.

상기 유량제어단계(S2300)는 스러스트 오버로드의 발생 방향에 따라 서로 다르게 제어하며, 상기 고압터빈(100)을 향한 방향의 스러스트 오버로드가 발생하면, 상기 고압터빈(100)으로부터 추출되는 주증기 유량이 증가하도록 제어하거나 상기 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량이 감소하도록 제어하고, 상기 중압터빈(200)을 향한 방향의 스러스트 오버로드가 발생하면, 상기 고압터빈(100)으로부터 추출되는 주증기 유량이 감소하도록 제어하거나 상기 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량이 증가하도록 제어할 수 있다.

상기 유량제어단계(S2300)에 의해 상기 고압터빈(100)으로부터 추출되는 주증기 유량 또는 상기 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량이 보정되기 전에, 상기 고압터빈(100) 또는 중압터빈(200)으로부터 추출되는 증기 유량의 조절이 가능한지 여부를 먼저 판단함으로써 제어대상을 결정할 수 있다(판단단계; S2400).

상기 판단단계(S2400)는 복수의 유량조절밸브, 즉 상기 제1 유량조절밸브(142), 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 통해 추출되는 증기 유량을 증가시키는 경우에는, 터빈 내부의 감소된 증기 유량이 터빈의 구동을 위해 필요한 최소 증기 유량보다 높을 때 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다.

또한, 복수의 유량조절밸브, 즉 상기 제1 유량조절밸브(142), 제2 유량조절밸브(242) 또는 제3 유량조절밸브(262)를 통해 추출되는 증기 유량을 감소시키는 경우에는, 터빈 내부의 증가된 증기 유량이 유입 가능한 최대 증기 유량보다 낮을 때 유량조절이 가능하다고 판단할 수 있다. 이에 대하여는 상기에서 자세히 설명하였으므로, 중복된 설명은 생략한다.

이때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스러스트 밸런싱 방법에 따르면, 상기 판단단계(S2400)는 상기 제1 유량조절밸브(142)의 추기유량 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 상기 제3 유량조절밸브(262)의 추기유량 조절 가능여부를 판단할 수 있다.

구체적으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 판단단계(S2400)는 우선 상기 제1 유량조절밸브(142)를 통해 고압터빈(100)으로부터 추출되는 주증기 유량의 조절 가능여부를 판단한 뒤(제1 판단단계; S2420), 조절이 가능한 경우에는 상기 고압터빈(100)의 추기 유량을 증가 또는 감소하도록 제어하며(제1 유량제어단계; S2320), 조절이 가능하지 않은 경우에는 다음으로 상기 제2 유량조절밸브(242)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량의 조절 가능여부를 판단할 수 있다(제2 판단단계; S2440).

이에 따라, 조절이 가능한 경우에는 상기 제2 유량조절밸브(242)를 통해 중압터빈(200)의 추기 유량을 증가 또는 감소하도록 제어하며(제2 유량제어단계; S2340), 조절이 가능하지 않은 경우에는 다음으로 상기 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량의 조절 가능여부를 판단하게 된다(제3 판단단계; S2460).

만약 판단결과 유량조절이 가능한 경우에는 상기 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)의 추기 유량을 증가 또는 감소하도록 제어하며(제3 유량제어단계; S2360), 상기 고압터빈(100) 또는 중압터빈(200)의 추기 유량 모두 유량조절이 가능하지 않을 경우에는, 상기 유량제어단계(S2300)를 중지하고 추기 유량의 보정을 하지 않는다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 스러스트 밸런싱 방법에 따르면, 상기 판단단계(S2400)는 상기 제2 유량조절밸브(242) 또는 상기 제3 유량조절밸브(262)의 추기유량 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 제1 유량조절밸브(142)의 추기유량 조절 가능여부를 판단할 수 있다.

구체적으로, 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 판단단계(S2400)는 우선 상기 제2 유량조절밸브(242)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량의 조절 가능여부를 판단한 뒤(제2 판단단계; S2440), 조절이 가능한 경우에는 상기 제2 유량조절밸브(242)를 통해 중압터빈(200)의 추기 유량을 증가 또는 감소하도록 제어하며(제2 유량제어단계; S2340), 조절이 가능하지 않은 경우에는 다음으로 상기 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)으로부터 추출되는 재열증기 유량의 조절 가능여부를 판단할 수 있다(제3 판단단계; S2460).

이에 따라, 조절이 가능한 경우에는 상기 제3 유량조절밸브(262)를 통해 중압터빈(200)의 추기 유량을 증가 또는 감소하도록 제어하며(제3 유량제어단계; S2360), 조절이 가능하지 않은 경우에는 다음으로 상기 제1 유량조절밸브(142)를 통해 고압터빈(100)으로부터 추출되는 주증기 유량의 조절 가능여부를 판단하게 된다(제1 판단단계; S2420).

만약 판단결과 유량조절이 가능한 경우에는 상기 고압터빈(100)의 추기 유량을 증가 또는 감소하도록 제어하며(제1 유량제어단계; S2320), 상기 고압터빈(100) 또는 중압터빈(200)의 추기 유량 모두 유량조절이 가능하지 않을 경우에는 상기 유량제어단계(S2300)를 중지하고 추기 유량의 보정을 하지 않는다.

결과적으로 본 발명의 증기 터빈 및 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법에 따르면, 스러스트력(Thrust Load)의 크기 또는 방향에 따라 고압(HP) 터빈으로부터 추출되는 주증기 유량 또는 중압(IP) 터빈으로 추출되는 재열증기 유량을 실시간으로 보정함으로써, 증기 터빈을 대형화하지 않으며 복잡한 전기 제어를 사용하지 않고도 증기 터빈의 운전 범위 전체 영역에 있어서 터빈의 회전축에 작용하는 스러스트력의 밸런싱을 취할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

100 : 고압터빈 120 : 주증기 유입관
122 : 주증기 유량 조절밸브 140 : 제1 고압 추기라인
142 : 제1 유량조절밸브 160 : 제2 고압 추기라인
200 : 중압터빈 220 : 재열증기 유입관
222 : 재열증기 유량 조절밸브 240 : 제1 중압 추기라인
242 : 제2 유량조절밸브 260 : 제2 중압 추기라인
262 : 제3 유량조절밸브 280 : 제3 중압 추기라인
300 : 저압터빈 320 : 제1 저압 추기라인
340 : 제2 저압 추기라인 360 : 제3 저압 추기라인
400 : 측정부 500 : 제어부
510 : 저장부 520 : 밸브제어부
530 : 판단부
10 ~ 70 : 급수가열기 80 : 탈기기

Claims

복수의 터빈을 포함하는 증기 터빈에 있어서,
상기 고압 터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 제1 유량조절밸브;
상기 중압 터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 제2 유량조절밸브 및 제3 유량조절밸브; 및
상기 복수의 터빈이 설치된 회전축에 작용하는 스러스트력의 크기 또는 방향에 따라 상기 제1 유량조절밸브 내지 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 제어하는 제어부;
를 포함하는 증기 터빈.
제1항에 있어서,
상기 스러스트력의 크기와 방향을 측정하는 측정부;
를 더 포함하는 증기 터빈.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 제어하기 위한 기준값을 저장하는 저장부; 및
상기 측정부에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 상기 기준값을 초과하는 경우 상기 제1 유량조절밸브 내지 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 제어하는 밸브제어부;
를 포함하는 증기 터빈.
제3항에 있어서,
상기 밸브제어부는,
상기 스러스트력의 방향이 상기 고압터빈을 향한 방향이면, 상기 제1 유량조절밸브를 통해 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어하거나, 상기 제2 유량조절밸브 또는 상기 제3 유량조절밸브를 통해 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
제4항에 있어서,
상기 밸브제어부는,
상기 스러스트력의 방향이 상기 중압터빈을 향한 방향이면, 상기 제1 유량조절밸브를 통해 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어하거나, 상기 제2 유량조절밸브 또는 상기 제3 유량조절밸브를 통해 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 통해 제어대상을 판단하는 판단부;
를 더 포함하는 증기 터빈.
제6항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 통해 추출되는 증기 유량을 증가시키는 경우에는, 터빈 내부의 감소된 증기 유량이 최소 증기 유량보다 높을 때 유량조절이 가능하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
제7항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 제1 유량조절밸브 내지 상기 제3 유량조절밸브 중 어느 하나를 통해 추출되는 증기 유량을 감소시키는 경우에는, 터빈 내부의 증가된 증기 유량이 유입 가능한 최대 증기 유량보다 낮을 때 유량조절이 가능하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
제8항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 제1 유량조절밸브를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 제2 유량조절밸브 또는 상기 제3 유량조절밸브를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
제8항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 제2 유량조절밸브 또는 상기 제3 유량조절밸브를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 제1 유량조절밸브를 통해 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정부에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 알람 한계값을 초과하는 경우 부하(Load)를 홀딩 또는 감소시키며, 트립 한계값을 초과하는 경우 터빈의 작동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 증기 터빈.
고압터빈과 중압터빈이 설치된 회전축에 작용하는 스러스트력의 크기와 방향을 측정하는 측정단계; 및
상기 측정단계에 의해 측정된 스러스트력의 크기 또는 방향에 따라 상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 제어단계;
를 포함하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제12항에 있어서,
상기 제어단계는,
상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량 또는 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하기 위한 기준값을 저장하는 저장단계; 및
상기 측정단계에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 상기 기준값을 초과하는 경우 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량 또는 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 제어하는 유량제어단계;
를 포함하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제13항에 있어서,
상기 유량제어단계는,
상기 스러스트력의 방향이 상기 고압터빈을 향한 방향이면, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어하거나, 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제14항에 있어서,
상기 유량제어단계는,
상기 스러스트력의 방향이 상기 중압터빈을 향한 방향이면, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 감소하도록 제어하거나, 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량이 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제15항에 있어서,
상기 제어단계는,
상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량 또는 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 통해 제어대상을 판단하는 판단단계;
를 더 포함하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제16항에 있어서,
상기 판단단계는,
상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 증가시키는 경우에는, 터빈 내부의 감소된 증기 유량이 최소 증기 유량보다 높을 때 유량조절이 가능하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제17항에 있어서,
상기 판단단계는,
상기 고압터빈 또는 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량을 감소시키는 경우에는, 터빈 내부의 증가된 증기 유량이 유입 가능한 최대 증기 유량보다 낮을 때 유량조절이 가능하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제18항에 있어서,
상기 판단단계는,
상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제18항에 있어서,
상기 판단단계는,
상기 중압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 먼저 판단한 후, 상기 고압터빈으로부터 추출되는 증기 유량의 조절 가능여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.
제13항에 있어서,
상기 제어단계는,
상기 측정단계에 의해 측정된 스러스트력의 크기가 알람 한계값을 초과하는 경우 부하(Load)를 홀딩 또는 감소시키며, 트립 한계값을 초과하는 경우 터빈의 작동을 중지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈의 스러스트 밸런싱 방법.