KR20180032200A - Exhaust casing for a low pressure steam turbine system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스와, 배기 케이스의 내측 공간에 있는 가이드 리브 및 보강 요소의 구성에 관한 것으로서, 압력 손실을 감소시키면서도 증기 흐름 효율을 증가시키는 것에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust case for a low-pressure steam turbine system, and a structure of guide ribs and reinforcement elements in the inner space of the exhaust case, and relates to increasing the steam flow efficiency while reducing pressure loss.
증기 터빈을 통과하는 증기는 배기 시스템을 통하여 응축기로 가이드되어 응축된 후, 시스템으로 되돌려 진다. 종래의 배기 시스템은 고리모양의 디퓨저를 포함하는데, 이 디퓨저는 내측 및 외측의 흐름 가이드를 포함하고, 이들을 통하여 터빈 스테이지를 통과한 증기가 반경방향 외측으로 배출된다. 종래의 배기 시스템은 수직방향 또는 수평방향으로 배향되는데, 전형적으로는 수직배향으로 배향된다. 종래의 디퓨저는, 수평면에 의해 상부 가이드 채널과 하부 가이드 채널로 나뉘는, 가이드 채널을 구비한다. 하부 가이드 채널을 통하여 디퓨저에서 나가는 증기는 반경방향 하측으로 이동하여 이러한 방향으로 단순히 지속하며 응축기를 향하여 출구를 통해 나간다. 그러나 상부 가이드 채널을 통하여 디퓨저에서 나가는 증기는 실질적으로 수직방향 상측으로 이동하고 180도 선회하여 배기 시스템의 출구를 향하여 하측으로 흐른다. 이렇게 하기 위해서, 증기는 배기 시스템의 내측 공간 내의 디퓨저의 정점에 있는 가이드 블록과의 충돌에 의해 배향된다. 가이드 볼록과는 별도로, 증기는 케이스 자체와 그리고 배기 케이스의 내측 공간에 위치한 다른 요소와 충돌한다. 다른 요소는 예를 들면, 케이스의 개별적인 블록들을 연결하거나 또는 배기 시스템 내의 보강 요소를 고정하기 위한 고정 리브와 같은 다양한 연결 요소일 수 있다. 결과적으로, 소용돌이는 디퓨저 출구의 상부에 있는 배기 케이스 내에 형성되고, 증기 흐름은 큰 압력 손실을 겪게 되는데, 이는 배기 시스템의 효율과 터빈의 총체적인 성능에 바람직하지 않은 영향을 미치게 된다. Steam passing through the steam turbine is guided through the exhaust system to the condenser, condensed and then returned to the system. Conventional exhaust systems include an annular diffuser, which includes inner and outer flow guides through which steam that has passed through the turbine stage is radially outwardly discharged. Conventional exhaust systems are oriented vertically or horizontally, typically in a vertical orientation. The conventional diffuser has a guide channel divided into an upper guide channel and a lower guide channel by a horizontal plane. Steam exiting the diffuser through the lower guide channel moves radially downward and simply continues in this direction and exits through the outlet towards the condenser. The vapor exiting the diffuser through the upper guide channel, however, moves substantially vertically upwards and 180 degrees to flow downward toward the outlet of the exhaust system. To do this, the steam is directed by collision with a guide block at the apex of the diffuser in the interior space of the exhaust system. Apart from the guide convex, the steam collides with the case itself and with other elements located in the inner space of the exhaust case. Other elements may be various connecting elements such as, for example, connecting individual blocks of the case or fixing ribs for fixing the reinforcing elements in the exhaust system. As a result, the vortex is formed in the exhaust case at the top of the diffuser outlet, and the vapor flow experiences a large pressure drop, which has an undesirable effect on the efficiency of the exhaust system and on the overall performance of the turbine.
큰 증기 터빈에 대해서는, 배기 케이스는 함께 연결되어야 하는 몇 개의 블록으로 제조될 수 있다. 현재의 관례상, 블록은 예를 들면, 실제의 가이드 리브와는 별도이면서도 가이드 리브와 유사한 요소를 연결함으로써 연결될 수 있다. 이러한 구성은 배기 케이스의 내측 공간 내에 존재하는 요소의 갯수를 증가시키고, 이것은 증기의 충돌과 압력 손실을 증가시키게 된다. 또한, 배기 케이스는 보강되어야 하는데, 이는 배기 케이스 내측에 진공상태가 제공되어야 하기 때문이다. 보강은 종종 튜브 또는 플레이트 형태인 복수의 보강 요소에 의해 제공되고, 이들은 케이스에 고정될 필요가 있다. 현재의 관례는 각각의 보강 요소가 별도의 고정 리브에 고정되는 것이다. 따라서, 보강 요소 갯수 만큼의 고정 리브가 있게 된다. 보강 리브는 가이드 리브에 수직하게 즉, 증기 터빈 시스템의 길이방향 축에 평행하게 위치한다. 이러한 구성은 배기 케이스 내측 공간에 존재하는 요소의 갯수를 극단적으로 증가시키게 되고, 이는 증기 충돌과 압력 손실을 증가시킨다. For large steam turbines, the exhaust case may be made of several blocks that must be connected together. In the current practice, the blocks may be connected, for example, by connecting elements similar to the guide ribs apart from the actual guide ribs. This configuration increases the number of elements present in the inner space of the exhaust case, which increases the impact of steam and pressure loss. Further, the exhaust case must be reinforced because a vacuum state must be provided inside the exhaust case. The reinforcement is often provided by a plurality of reinforcing elements in the form of tubes or plates, which need to be secured to the case. The current practice is that each reinforcement element is secured to a separate fixed rib. Therefore, there are fixed ribs as many as the number of reinforcing elements. The reinforcing ribs are positioned perpendicular to the guide ribs, that is, parallel to the longitudinal axis of the steam turbine system. This configuration increases the number of elements present in the interior space of the exhaust case to an extreme extent, which increases the steam collision and pressure loss.
상술한 구성의 불리한 점은, 많은 요소로 인해, 배기 시스템의 효율에 영향을 미친다는 점인데, 증기가 가이드 리브와 충돌할 뿐만 아니라, 다른 모든 요소들과도 충돌하기 때문이다. 이러한 충돌은 소용돌이 형성에 기여하게 되고, 증기 흐름에서의 큰 압력 손실을 초래하게 된다. 이상과 같이, 이러한 압력 손실은 바람직하지 않은 방식으로 배기 시스템의 효율과 터빈의 총체적인 성능에 영향을 미친다.A disadvantage of the arrangement described above is that, due to many factors, it affects the efficiency of the exhaust system, not only because the steam collides with the guide ribs, but also with all other elements. This collision contributes to the formation of a vortex, leading to a large pressure loss in the vapor stream. As described above, this pressure loss affects the efficiency of the exhaust system and the overall performance of the turbine in an undesirable manner.
본 발명의 목적은, 배기 케이스의 내측 공간에 가이드 리브와 보강요소를 제공하여, 압력 손실을 감소시키고 증기 흐름 효율을 증가시키는 것이다. An object of the present invention is to provide a guide rib and a reinforcing element in the inner space of the exhaust case to reduce the pressure loss and increase the steam flow efficiency.
본 발명은, 상측벽, 측벽, 내측면, 외측면, 복수의 케이스 보강 요소, 가이드 리브를 포함하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스를 제공하며, 가이드 리브는 배기 케이스의 상측벽에 부착되어 반경방향 내측으로 연장하고, 하나의 이상의 보강 요소는 가이드 리브에 고정된다. 증기 흐름 효율은 이러한 구성에 의해 향상되는데, 이는 배기 케이스 내측 공간 내의 요소의 갯수를 감소시키기 때문이다. 따라서, 마찬가지로 이러한 요소를 구비한 시스템을 통과하는 증기의 충돌은 감소하게 된다. 결과적으로 증기의 난류 속도(turbulent velocities)는 균형 잡히게 되고(balanced), 충돌에 의한 압력 손실도 감소하게 된다. 결과적으로, 배기 시스템의 효율과 터빈의 총체적인 성능은 향상된다. 무엇보다도, 난류 증기 흐름에 의해 야기되는 시스템의 진동은 감소하게 되고, 이것은 시스템에 존재하는 개별적인 요소의 내구성을 향상시킨다. 본 발명은 또한, 이상 설명한 배기 케이스를 포함하는 저압 증기 터빈 시스템에 관한 것이다. The present invention provides an exhaust case for a low pressure steam turbine system including an upper side wall, a side wall, an inner side surface, an outer side surface, a plurality of case reinforcing elements, and a guide rib, wherein the guide rib is attached to an upper side wall of the exhaust case, And one or more reinforcing elements are fixed to the guide ribs. The vapor flow efficiency is improved by this configuration, because it reduces the number of elements in the interior space of the exhaust case. Thus, likewise, the collision of the steam passing through the system with these elements is reduced. As a result, the turbulent velocities of the steam are balanced and the pressure loss due to the collision is also reduced. As a result, the efficiency of the exhaust system and the overall performance of the turbine are improved. Above all, the vibrations of the system caused by turbulent steam flow are reduced, which improves the durability of the individual elements present in the system. The present invention also relates to a low-pressure steam turbine system including the above-described exhaust case.
저압 증기 터빈 시스템은 저압 증기 터빈, 디퓨저, 및 배기 시스템을 덮는 배기 케이스를 포함한다. 디퓨저는 종래의 디퓨저일 수 있으며, 증기 터빈의 블레이드의 마지막 열(row)의 바로 뒤에 위치한다. 디퓨저는 증기 터빈 시스템의 배기 시스템의 일부분을 형성하고, 내측 가이드와 외측 가이드에 의해 형성되는 배기 가이드 채널을 포함하고, 외측 가이드는 배기 케이스의 측벽으로부터 이격된다. 증기가 증기 터빈 플레이트의 마지막 열을 통과하면, 증기는 가이드 채널과 그 출구를 통하여, 배기 케이스에 의해 둘러싸인 배기 시스템 내측 공간으로 향하게 된다. 배기 시스템은 증기를 응축기, 열교환기 또는 증기를 사용하는 공업용 공정으로 인도한다. A low pressure steam turbine system includes a low pressure steam turbine, a diffuser, and an exhaust case to cover the exhaust system. The diffuser may be a conventional diffuser and is located immediately behind the last row of blades of the steam turbine. The diffuser forms part of an exhaust system of the steam turbine system and includes an exhaust guide channel formed by an inner guide and an outer guide, the outer guide being spaced from the side wall of the exhaust case. As the steam passes through the last row of the steam turbine plate, the steam is directed through the guide channel and its outlet to the interior space of the exhaust system surrounded by the exhaust case. The exhaust system directs the steam to an industrial process using a condenser, heat exchanger or steam.
증기 터빈 시스템은, 시스템의 길이방향 축을 포함하는 수평면에 의해 상부와 하부로 나뉠 수 있다. 또한, 증기 터빈 시스템은, 시스템의 가로지르는 축을 포함하는 수직면에 대해 대칭이며, 이 시스템의 가로지르는 축을 포함하는 수직면에 의해 제1 절반부와 제2 절반부로 나뉠 수 있다. 이하에서 설명하는 배기 케이스는 상부인 제1 절반부에 제공되어 증기 터빈의 적어도 일부분을 덮게 되고 시스템 상부인 제1 절반부에 배기 케이스의 내측 공간을 형성한다. 증기 터빈의 하부(길이방향 축의 수평면 아래인 하부)에 대응하는 배기 시스템의 하부에서, 증기는 디퓨저의 하측 출구로부터 배기 시스템의 출구로 직접 흐르고, 따라서, 증기를 가이드 할 필요가 없게 되며, 이 부분에서 소용돌이가 형성되지 않는다. The steam turbine system may be divided into a top and a bottom by a horizontal plane including the longitudinal axis of the system. The steam turbine system may also be divided into a first half and a second half by a vertical plane that is symmetrical about a vertical plane including a transverse axis of the system and includes a transverse axis of the system. The exhaust case described below is provided in the upper first half to cover at least a portion of the steam turbine and to form an inner space of the exhaust case in the first half which is the upper part of the system. In the lower part of the exhaust system, which corresponds to the lower part of the steam turbine (below the horizontal plane of the longitudinal axis), the steam flows directly from the lower outlet of the diffuser to the outlet of the exhaust system and therefore does not need to guide the steam, No vortex is formed.
증기 터빈 시스템은, 이하에서 설명될 적어도 하나의 배기 케이스, 바람직하게는 두 개의 배기 케이스를 포함하며, 두 개의 배기 케이스는 가로지르는 축을 포함하는 수직면에 대하여 상호 대칭이다. 두 개의 배기 케이스는 저압 증기 터빈 시스템 전체를 덮을 수 있다.The steam turbine system includes at least one exhaust case, preferably two exhaust cases, which will be described below, wherein the two exhaust cases are mutually symmetrical with respect to a vertical plane including an axis transverse to each other. Two exhaust cases can cover the entire low pressure steam turbine system.
본 발명의 일 실시예에서 증기 터빈 시스템은, 단지 하나의 저압 증기 터빈 배기 시스템과 하나의 배기 케이스를 구비하면서 반경방향으로 증기를 배기하는, 하나의 흐름 방향(one flow direction)의 저압 증기 터빈일 수 있다. In one embodiment of the present invention, a steam turbine system includes a low pressure steam turbine exhaust system and a low pressure steam turbine system in one flow direction, which exhausts steam in a radial direction, .
배기 시스템의 배기 케이스는 실질적으로 원통형상을 가질 수 있다. 원통 형상은 수직으로 배향된 배기 출구를 구비하는 증기 터빈 시스템에 바람직하다. The exhaust case of the exhaust system may have a substantially cylindrical shape. The cylindrical shape is preferred for a steam turbine system having vertically oriented exhaust outlets.
본 발명의 일 실시예에서, 증기 터빈 시스템의 배기 케이스는 다른 형상 바람직하게는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 원통형 배기 케이스와 직사각형 배기 케이스의 조합은 수평으로 배향되는 배기 출구를 구비한 증기 터빈 시스템에 바람직하다. In one embodiment of the invention, the exhaust case of the steam turbine system may have a different shape, preferably a rectangular shape. The combination of a cylindrical exhaust case and a rectangular exhaust case is preferred for a steam turbine system with a horizontally oriented exhaust outlet.
배기 시스템의 배기 케이스는 하나의 이상의 블록을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 케이스는 두 개의 블록 즉, 제1 블록과 제2 블록을 포함할 수 있지만, 두 개 이상의 블록도 포함할 수 있다. 더 많은 블록을 구비한 구성은 큰 증기 터빈에 대하여 특히 바람직하다.The exhaust case of the exhaust system may comprise one or more blocks. Preferably, the case may include two blocks, i.e., a first block and a second block, but may also include two or more blocks. A configuration with more blocks is particularly desirable for large steam turbines.
배기 케이스는 상측벽과 측벽을 포함하고, 이들은 모두 내측면과 외측면을 구비한다. 배기 케이스는 예를 들면 강철 또는 강합금과 같은 항 크리프(creep-resistant materials) 재료로 제조될 수 있다.The exhaust case includes an upper side wall and a side wall, both of which have an inner side surface and an outer side surface. The exhaust case may be made of creep-resistant materials such as, for example, steel or steel alloys.
배기 케이스(전형적으로는 약 0.5 bar 이하의 압력, 바람직하게는 약 0.1 bar 이하의 압력이 사용된다)의 내측 공간에는 진공상태가 제공될 필요가 있다. 따라서, 배기 케이스는 보강되어야 한다. 보강은 배기 케이스의 내측 공간에 위치한 복수의 보강 요소에 의해 제공된다. 보강 요소는 바람직하게는 배기 케이스의 상측벽과 측벽 사이에 위치한다. 보강 요소는, 측벽과 디퓨저의 내부 흐름 가이드 사이의 연결부와 상측벽 사이에, 또는 상측벽과 디퓨저의 내부 흐름 가이드 사이에 위치할 수 있다. 보강 요소는 바람직하게는 튜브 또는 플레이트 형태의 적절한 임의의 형태를 가질 수 있다. 보강 요소와 상측벽 사이의 각도는 20도 내지 60도, 바람직하게는 30도 내지 50도이다. 보강 요소의 갯수는 보강 요구와 관련하여 가능한한 감소되어야 한다. 보강 요소의 적절한 갯수는 5개 내지 15개, 바람직하게는 7개 내지 10개이다. 이들은 배기 시스템의 케이스와 동일한 재질 예를 들면, 강철 또는 강합금으로 제조될 수 있다. A vacuum state needs to be provided in the inner space of the exhaust case (typically a pressure of about 0.5 bar or less, preferably about 0.1 bar or less is used). Therefore, the exhaust case must be reinforced. The reinforcement is provided by a plurality of reinforcing elements located in the inner space of the exhaust case. The reinforcing element is preferably located between the upper side wall and the side wall of the exhaust case. The reinforcing element may be located between the connecting portion and the upper sidewall between the sidewall and the inner flow guide of the diffuser or between the upper sidewall and the inner flow guide of the diffuser. The reinforcing element may have any suitable shape, preferably in the form of a tube or a plate. The angle between the reinforcing element and the upper side wall is 20 to 60 degrees, preferably 30 to 50 degrees. The number of reinforcement elements shall be reduced as far as possible in relation to the reinforcement request. The appropriate number of reinforcing elements is 5 to 15, preferably 7 to 10. They may be made of the same material as the case of the exhaust system, for example, steel or steel alloy.
또한, 가이드 리브는 배기 케이스에 의해 형성되는 내측 공간에 위치한다. 가이드 리브는 배기 케이스의 상측벽에 부착되어, 시스템의 길이방향 축에 직각으로 배향된다. 가이드 리브는 상측벽의 내측면으로부터 배기 시스템의 내측 공간을 향하여 반경방향 내측으로 연장한다. 바람직하게는, 가이드 리브는 시스템의 길이방향 축의 수평면으로부터 연장하여 배기 케이스의 상측벽의 원통형상을 따른다. Further, the guide rib is located in the inner space formed by the exhaust case. The guide ribs are attached to the upper wall of the exhaust case and are oriented at right angles to the longitudinal axis of the system. The guide rib extends radially inward from the inner side of the upper wall toward the inner space of the exhaust system. Preferably, the guide rib extends from a horizontal plane of the longitudinal axis of the system and follows the cylindrical shape of the upper wall of the exhaust case.
단면에 있어서, 가이드 리브는 I-형상 또는 T-형상을 가질 수 있다. 가이드 리브는 하나의 플레이트로 형성될 수도 있고, 또는 동일한 그 이상 갯수의 플레이트, 바람직하게는 두 개 즉, 제1 플레이트와 제2 플레이트를 포함할 수 있다. T-형상 가이드 리브는 바람직하게는 두 개의 L-형상 플레이트를 포함한다. T-형상 가이드 리브는 I-형상 가이드 리브의 플레이트에 수직한 추가의 플레이트를 포함할 수도 있다. 플레이트는 배기 케이스와 동일한 재료인 예를 들면 강철 또는 강합금일 수 있으며, 볼트 및/또는 용접에 의해 함께 연결된다. 증기 흐름의 향상이라는 측면에서, I-형상 가이드 리브와 T-형상 가이드 리브는 차이가 없다. 구성적 관점에서, I-형상 가이드 리브가 제조하기 쉽다. 반면, T-형상 가이드 리브는 용접하기 쉽다는 이점이 있다.In cross-section, the guide rib may have an I-shape or a T-shape. The guide ribs may be formed of a single plate or may comprise more than the same number of plates, preferably two, i.e., a first plate and a second plate. The T-shaped guide rib preferably comprises two L-shaped plates. The T-shaped guide rib may comprise an additional plate perpendicular to the plate of the I-shaped guide rib. The plate may be, for example, steel or a steel alloy, which is the same material as the exhaust case, and is connected together by bolts and / or welding. In terms of improving the steam flow, there is no difference between the I-shaped guide ribs and the T-shaped guide ribs. From a configuration point of view, I-shaped guide ribs are easy to manufacture. On the other hand, the T-shaped guide rib has the advantage of being easy to weld.
가이드 리브(17)의 높이(h)는 길이방향 축의 수평면과 상측벽의 최고점(highest point)사이의 높이(H)에 관하여 주어진다. 가이드 리브의 높이(h)는 0.05*H 내지 0.15*H의 범위 일 수 있으며, 바람직하게는 0.14*H, 더욱 바람직하게는 약 0.1*H 이다. 압력 손실의 감소는 이러한 범위의 외측 범위와 비교할 때, 이러한 범위 내에서 더 높다. 압력 손실의 감소는 h=0.1*H 에 대하여 최대가 된다. 동일한 높이 범위가 I-형상 및 T-형상 가이드 리브 모두에 적용될 수 있다. T-형상 가이드 리브의 폭(w)은 1.4*h 와 동일하거나 그 이하이며, 바람직하게는 1.2*h 와 동일하거나 그 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.0*h 와 동일하거나 그 이하이다.The height h of the
가이드 리브는 실질적으로 수직 상방으로 디퓨저의 출구를 나가는 증기가, 180도 선회하여 배기 시스템의 출구를 향하여 하측으로 흐르도록 하는 가이드의 역할을 한다. 소용돌이의 형성에 의해 야기되는 압력 손실을 감소시키는 증기 흐름을 향상시키기 위해, 가이드 리브는 디퓨저의 배기 출구에 대하여 특정한 위치 또는 배기 케이스의 측벽으로부터의 특정한 거리(l)에 위치할 수 있다. 위치 또는 거리(l)는 가이드 채널의 외측 가이드의 말단점(end point)과 배기 케이스의 측벽의 내측면 사이의 거리(m)에 기초하여 결정된다. 최적의 위치인 거리(l)는, 1.2*m 과 1.9*m 사이에 바람직하게는, 1.3*m 과 1.7*m 사이에, 더욱 바람직하게는, 1.4*m 과 1.6*m 사이에, 더욱 바람직하게는 배기 케이스의 측벽의 내측면으로부터 l=1.5*m 에 위치할 수 있다. 여기서 파라미터(m)는 이상과 설명한 바와 같이 정의된다. 압력 손실의 감소는, 가이드 리브가 이러한 범위 외측에 위치하는 경우와 비교하여 볼 때, 이러한 범위 내에서 더 높다. 압력 손실의 감소는 바람직한 위치인 l=1.5*m 에서 최대가 된다. 동일한 위치범위가 I-형상 및 T-형상 가이드 리브 모두에 대하여 적용될 수 있다. The guide rib serves as a guide to cause the vapor leaving the outlet of the diffuser to be substantially vertically upwardly turned 180 degrees and flowing downward toward the outlet of the exhaust system. In order to improve the vapor flow which reduces the pressure loss caused by the formation of the vortex, the guide rib may be located at a specific position relative to the exhaust outlet of the diffuser or at a specific distance l from the side wall of the exhaust case. The position or distance l is determined based on the distance m between the end point of the outer guide of the guide channel and the inner surface of the side wall of the exhaust case. The optimum position distance l is preferably between 1.2 * m and 1.9 * m , preferably between 1.3 * m and 1.7 * m , more preferably between 1.4 * m and 1.6 * m it may be located in l * = 1.5 m from the inner surface of the side wall of the exhaust casing. Here, the parameter ( m) is defined as described above. The reduction in pressure loss is higher within this range when compared to the case where the guide ribs are located outside this range. The reduction in pressure loss is maximized at the desired position, l = 1.5 * m . The same position range can be applied for both I-shaped and T-shaped guide ribs.
가이드 리브는 또한 증기 터빈 스시템의 베기 케이스를 위한 보강을 제공한다. 가이드 리브 스스로 배기 케이스를 위한 보강을 제공한다. 또한, 가이드 리브 는 보강 요소를 배기 케이스의 상측벽에 고정하는 고정요소로서의 역할을 하여, 별도의 고정 리브를 필요로 하지 않게 된다. 보강 요소는 가이드 리브에 고정된다. 이들은 가이드 리브에 직접 고정되거나, 또는 받침 요소가 보강 요소를 가이드 리브에 고정하도록 제공될 수도 있다. 받침 요소는 적절한 형상과 크기를 가질 수 있다. 받침 요소의 높이는, 흐르는 증기에 대한 또 다른 장애물이 되지 않도록 하기 위해, 가이드 리브의 높이(h)와 동일하거나 그 이하여야 한다. 받침 요소의 폭은 받침 요소의 높이와 동일하거거나 그 이하여야 한다. 하나의 받침 요소는 가이드 리브를 따라 제공되거나, 또는 바람직하게는 별개의 받침 요소가 각각의 보강요소에 대하여 제공될 수 있다. 보강 요소는, 견고한 연결을 보장하도록 예를 들면 볼트 및/또는 용접, 바람직하게는 볼트와 용접 모두에 의한 종래의 적절한 수단에 의해, 가이드 리브 또는 받침 요소에 고정된다.The guide ribs also provide reinforcement for the scraper case of the steam turbine system. The guide ribs themselves provide reinforcement for the exhaust case. Further, the guide rib serves as a fixing element for fixing the reinforcing element to the upper side wall of the exhaust case, so that a separate fixing rib is not required. The reinforcing element is fixed to the guide rib. They may be fixed directly to the guide rib, or the support element may be provided to fix the reinforcement element to the guide rib. The support element may have a suitable shape and size. The height of the support element should be equal to or less than the height ( h) of the guide ribs, so as not to become another obstacle to the flowing vapors. The width of the supporting element shall be equal to or less than the height of the supporting element. One support element may be provided along the guide rib, or preferably a separate support element may be provided for each reinforcement element. The reinforcing element is fixed to the guide rib or the supporting element by conventional suitable means, for example bolts and / or welding, preferably both bolts and welding, to ensure a firm connection.
일 실시예에서, 보강 요소는 가이드 리브를 관통할 수 있고, 측벽으로부터 이격된 가이드 리브의 사이드(side)에 위치한 상측벽에 부착될 수 있다. 이러한 경우, 관통하는 보강 요소와 가이드 리브는 예를 들면 용접에 의해 서로 고정된다. 보강 요소를 상측벽에 고정하기 위해, 별개의 받침 요소가 필요하다. 그러나, 이들 받침 요소의 크기는 감소될 수 있는데, 이는 보강 요소의 가이드 리브와의 용접에 의한 연결이 추가적인 고정을 제공하기 때문이다.In one embodiment, the reinforcing element can penetrate the guide rib and be attached to the upper wall located on the side of the guide rib spaced from the side wall. In this case, the penetrating reinforcing elements and the guide ribs are fixed to each other by, for example, welding. In order to fix the reinforcement element to the upper side wall, a separate support element is required. However, the size of these base elements can be reduced because the connection by welding with the guide ribs of the reinforcing elements provides additional fixation.
어떠한 경우에도, 가이드 리브가 보강 요소를 위한 고정 요소를 제공하는 이러한 구성은 유리한데, 이는 별개의 고정 요소를 필요로 하지 않기 때문이다. 따라서, 배기 케이스 내측 공간 내의 요소의 갯수는 감소하고, 이것은 내측 공간 내에서의 이들 요소와의 증기 충돌의 감소를 초래하여 배기 시스템 내의 압력 손실을 감소시키게 된다.In any case, this arrangement is advantageous because the guide ribs provide a fixing element for the reinforcing element, since it does not require a separate fixing element. Thus, the number of elements in the exhaust chamber interior space is reduced, which results in a reduction of vapor impact with these elements in the interior space, thereby reducing the pressure loss in the exhaust system.
가이드 리브는 다음 중 어느 하나의 방식으로 상측벽에 부착된다. 가이드 리브의 하나의 플레이트가 상측벽의 내측면에 부착되거나 또는 가이드 리브의 하나의 플레이트가 배기 케이스의 개별적인 블록들을 연결하는 연결 요소로서 사용된다. 대안적으로는, 제1 플레이트는 배기 케이스의 제1 블록에 부착되고 제2 플레이트는 배기 케이스의 제2 블록에 부착된다. 리브와 케이스 블록 사이의 연결은, 확실하고 밀봉된 연결을 보장하기 위하여, 예를 들면 볼트 및/또는 용접 바람직하게는 볼트와 용접 둘 다에 의한 방식과 같은 종래의 적절한 수단에 의해 제공된다. 가이드 리브가 케이스 블록의 연결을 제공하는 이러한 구성은 유리한데, 이는 케이의 개별적인 블록을 연결하기 위한 별개의 연결 요소를 필요로 하지 않기 때문이다. 따라서, 배기 케이스 내측 공간의 요소의 갯수는 감소하게 되고, 이것은 증기와 내측 공간 내의 이들 요소 간의 충돌의 감소와 배기 시스템 내의 압력손실의 감소를 초래하게 된다.The guide ribs are attached to the upper wall in any one of the following ways. One plate of the guide rib is attached to the inner surface of the upper side wall or one plate of the guide rib is used as a connecting element for connecting the individual blocks of the exhaust case. Alternatively, the first plate is attached to the first block of the exhaust case and the second plate is attached to the second block of the exhaust case. The connection between the rib and the case block is provided by conventional suitable means such as, for example, bolts and / or welding, preferably by means of both bolts and welding, in order to ensure a secure and sealed connection. This configuration in which the guide ribs provide the connection of the case blocks is advantageous because it does not require a separate connecting element to connect the individual blocks of K. Thus, the number of elements in the exhaust chamber inner space is reduced, which leads to a reduction in collision between these elements in the steam and the inner space, and a reduction in the pressure loss in the exhaust system.
가이드 리브는 실질적으로 수직 상측방향으로 이동하는 증기가, 180도 선회하여 배기 시스템의 출구를 향하여 하측방향으로 흐르게 하는, 가이드로서의 역할을 한다. 가이드 리브는 보강 요소로서의 역할을 하고 또한 배기 케이스의 상측벽에 보강 요소를 고정하는 고정 요소로서의 역할을 하게 되며, 케이스 블록들 사이의 연결요소로서의 역할도 하게 된다. 만일 보강 요소가 가이드 리브에 직접적으로 또는 받침 요소를 통하여 고정되면, 더 이상의 리브 또는 고정 요소는 요구되지 않는다. 유사하게 만일 케이스 블록이 가이드 리브에 의해 직접적으로 연결되면, 더 이상의 연결 요소는 요구되지 않는다. 따라서, 개별적으로 적용되든지 또는 조합되어 적용되든지 이상 설명한 임의의 구성은 증기 흐름 효율을 상승시키는데, 이는 배기 케이스 내측 공간 내의 요소의 갯수를 감소시키기 때문이다. 따라서, 이러한 요소를 구비한 시스템을 통과하는 증기의 충돌이 마찬가지고 감소하게 된다. 따라서, 증기의 난류 속도는 균형 잡히게 되고, 충돌에 의해 야기되는 압력 손실도 감소한다. 결과적으로, 배기 시스템의 효율과 터빈의 총체적인 성능이 향상된다. 무엇보다도, 난류 증기 흐름에 의해 야기되는 시스템의 진동이 감소되어, 시스템에 존재하는 개별적인 요소의 내구성이 향상된다. The guide rib serves as a guide which causes the vapor moving in the substantially vertical upward direction to turn 180 degrees and to flow downward toward the outlet of the exhaust system. The guide rib serves as a reinforcing element and also serves as a fixing element for fixing the reinforcing element to the upper side wall of the exhaust case and serves as a connecting element between the case blocks. If the reinforcing element is fixed directly to the guide rib or through the supporting element, no further ribs or fixing elements are required. Similarly, if the case block is directly connected by the guide ribs, no further connecting elements are required. Thus, whether individually applied or applied in combination, any arrangement described above increases the vapor flow efficiency, because it reduces the number of elements in the interior space of the exhaust case. Thus, the collision of steam passing through the system with these elements is likewise reduced. Thus, the turbulence velocity of the steam is balanced and the pressure loss caused by the collision is also reduced. As a result, the efficiency of the exhaust system and the overall performance of the turbine are improved. Above all, the vibration of the system caused by the turbulent steam flow is reduced, thereby improving the durability of the individual elements present in the system.
도 1은 증기 터빈 시스템의 상부인 제1 절반부의 수직 단면을 도시하며, 배기 케이스를 구비한 배기 시스템을 도시한다.
도 2는 전체적인 증기 터빈 시스템의 커버를 제공하는 두 개의 연결된 배기 케이스의 3D 모델을 도시한다.
도 3은 측벽의 내측면으로부터의 가이드 리브의 위치 상의 정규화된 손실 계수의 의존도(a dependency of a normalized loss coefficient)를 도시한다.1 shows a vertical section of a first half which is the top of a steam turbine system and shows an exhaust system with an exhaust case.
Figure 2 shows a 3D model of two connected exhaust cases providing a cover of the overall steam turbine system.
Figure 3 shows a dependency of a normalized loss coefficient on the position of the guide rib from the inner side of the sidewall.
저압 증기 터빈 시스템용 베기 케이스의 바람직한 실시예를 예시로서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 그러나 이러한 예시는 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which a preferred embodiment of a slicer for a low pressure steam turbine system is illustrated. However, these examples are not to be construed as limiting the scope of the claims.
도 1의 저압 증기 터빈 시스템은 저압 증기 터빈(1), 디퓨저(22), 배기 시스템(10)을 덮는 배기 케이스(10)를 포함한다. 디퓨저(22)는 종래의 디퓨저일 수 있으며, 증기 터빈(1)의 블레이드(24)의 마지막 열(row) 바로 뒤에 위치한다. 디퓨저(22)는 내측 가이드(20)와 외측 가이드(21)에 의해 형성되는 배기 가이드 채널(19)을 포함한다. 증기는 증기 터빈(1)의 블레이드(24)의 마지막 열을 지나면, 가이드 채널(19)과 그 출구(23)를 통하여 배기 케이스(10)에 의해 둘러싸인 배기 시스템의 내측 공간(18)으로 향한다. The low pressure steam turbine system of FIG. 1 includes a low
배기 케이스(10)는 증기 터빈 시스템의 상부인 제1 절반부에 제공되는데, 이 는 시스템의 길이방향 축(25)을 포함하는 수평면 위의 부분으로서, 증기 터빈(1)의 적어도 일부분을 덮고, 시스템의 상부에 있는 배기 케이스(10)의 내측 공간(18)을 형성하며, 증기는 디퓨저(22)의 출구(23)로부터 나와 이곳으로 들어가며, 길이방향 축의 수평면 아래에 있는 증기 시스템의 하부에 있는 출구(26)을 향하여 180도 선회하게 된다. The
배기 케이스(10)는 실질적으로 원통형상이며, 상측벽(11) 및 측벽(12)을 포함한다. 배기 시스템의 케이스(10)는 내측면(13)과 외측면(14)을 구비한다. 배기 케이스(10)는 예를 들면, 강철 또는 철강 합금과 같은 항 크리프 재료로 제조된다. The
배기 케이스(10)의 보강은 가이드 리브(17) 자신과 복수의 보강 요소(15)에 의해 제공되며, 이들은 바람직하게는 상측벽(11)과 배기 케이스(10)의 측벽(12)으로의 내부 흐름 가이드(20)의 연결 장소 사이에 위치한다. 보강 요소(15)는 튜브 형태 또는 플레이트 형태를 가지나, 바람직하게는 튜브이다. 보강 요소(15)의 최적 갯수는 5개 내지 15개이며 바람직하게는 7개 내지 10개이고, 실시예에서는 11개의 보강 요소가 제공된다. 이들은 바람직하게는 배기 시스템의 케이스(10)의 재료와 동일하게 예를 들면, 강철 또는 강합금과 같은 항 크리프 재료로 제조된다. The reinforcement of the
가이드 리브(17)는 배기 케이스(10)의 상측벽(11)에 부착되어, 시스템의 길이방향 축(25)에 직각으로 배향되며, 상측벽(11)의 내측면(13)으로부터 배기 케이스의 내측면(18)을 향하여 반경방향 내측으로 연장한다. 가이드 리브(17)는 시스템의 길이방향 축(25)의 수평면으로부터 연장하여 배기 케이스(10)의 상측벽(11)의 원통형상을 따르게 되며, 이러한 사항은 도 2의 3D 모델에 도시된다.The
T-형상 가이드 리브(17)를 구비한 실시예가 도 1에 도시되지만, T-형상 리브는 I-형상 리브로 교체될 수도 있다. 바람직하게는, T-형상 가이드 리브(17)는 두 개의 동일한 플레이트, 즉, 제1 플레이(171)와 제2 플레이트(172)를 포함한다. 플레이트는 배기 케이스와 동일한 재료인 예를 들면 강철 또는 강합금일 수 있으며, 볼트 및/또는 용접에 의해 함께 연결된다. An embodiment with T-shaped
가이드 리브(17)의 높이(h)는 길이방향 축(25)의 수평면과 상측벽(11)의 최고점 사이의 높이(H)에 관하여 주어진다. 가이드 리브(17)의 높이(h)는 0.05*H 내지 0.15*H 의 범위, 바람직하게는 0.14*H, 더욱 바람직하게는 0.1*H 일 수 있다. 도시된 실시예에서, 가이드 리브(17)의 높이는 0.1*H이다. 동일한 높이의 범위가 I-형상 및 T-형상 가이드 리브(17)에 모두 적용될 수 있다. T-형상 가이드 리브(17)의 폭(w)은 1.4*h 와 동일하거나 그 이하이고, 바람직하게는 1.2*h 와 동일하거나 그 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.0*h 와 동일하거나 그 이하이다.The height h of the
가이드 리브(17)는 디퓨저(22)의 배기 출구(23)에 대하여 특정한 위치에 제공된다. 이러한 특정한 위치는 거리(l)에 있는데, 이 거리(l) 는 배기 케이스(10)의 측벽(12)의 내측면으로부터 1.2*m 과 1.9*m 사이, 바람직하게는 1.3*m 과 1.7*m 사이, 더욱 바람직하게는 1.4*m 과 1.6*m 사이, 더욱 바람직하게는 l=1.5*m 에 있다. 여기서, 파라미터(m)는 가이드 채널(19)의 외측 가이드(21)의 말단점과 배기 케이스(10)의 측벽(12)의 내측면(13) 사이의 거리로서 정의된다. 상술한 위치 범위는 가이드 리브(17)의 다양한 위치에 대한 (증기 흐름의 압력 손실을 나타내는) 손실 계수(loss coefficient)의 측정에 기초한다. 이러한 측정 결과가 도 3에 도시는데, 여기에는 측벽(12)의 내측면(13)의 가이드 리브(17)위치 상의 최고 값에 따라 정규화된(normalized) 손실 계수의 의존도가 도시된다. 이러한 측정에 따르면, 1.2*m 와 1.9*m 사이에 위치한 가이드 리브(17)의 압력 손실이, 이 범위 외측에서 측정된 압력 손실에 비교할 때, 비교적 작다. The
가이드 리브(17)은 보강요소(15)를 배기 케이스(10)의 상측벽(11)의 고정하는 고정 요소로서의 역할을 한다. 보강 요소(15)는 가이드 리브(17)에 의해 직접적으로 고정될 수 있거나, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 받침 요소(16))가 가이드 리브(17)에 보강 요소(15)를 고정하도록 제공될 수 있다. 받침 요소(16)는 적절한 형상과 크기를 가질 수 있다. 받침 요소(16)의 높이는 바람직하게는 가이드 리브의 높이(h)와 동일하거나 그 이하일 수 있다. 받침 요소(15)의 폭은 바람직하게는 받침 요소(16)의 높이와 동일하거나 그 이하이다. 하나의 받침 요소(16)는 가이드 리브(17)를 따라 제공되거나(미도시), 또는 바람직하게는 별개로 된 받침 요소(16)가 각각의 보강 요소(15)를 위해 제공될 수 있다. 보강 요소(15)는, 견고한 연결을 보장하도록 예를 들면 볼트 및/또는 용접 바람직하게는 볼트와 용접 둘 다에 의한 방식과 같은 종래의 적절한 수단에 의해 가이드 리브(17)에 고정되거나, 또는 받침 요소(15)에 고정될 수 있다. The
다른 실시예에서, 보강 요소(15)는 가이드 리브(17)를 관통하여, 가이드 리브(17)의 사이드에 있는 상측벽(11)에 부착될 수 있고, 가이드 리브(17)은 측벽(12)으로부터 이격된 위치에 있다.The reinforcing
바람직한 실시예에서, 배기 시스템의 케이스(10)는 하나 이상의 블록을 포함한다. 바람직하게는, 제1 블록(10a)과 제2 블록(10b), 두 개의 블록을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 블록(10a)과 제2 블록(10b)은 함께 연결될 수 있다. 바람직하게는, 가이드 리브(17)의 제1 플레이트(171)는 배기 케이스(10)의 제1 블록(10a)에 부착될 수 있으며, 제2 플레이트(172)는 배기 케이스(10)의 제2 블록(10b)에 부착될 수 있다. 리브(17)와 케이스 블록(10a, 10b)사이의 연결은, 확실하고 밀봉된 연결을 보장하기 위하여, 예를 들면 볼트 및/또는 용접 바람직하게는 볼트와 용접 둘 다에 의한 방식과 같은 종래의 적절한 수단에 의해 제공된다. In a preferred embodiment, the
마지막으로, 도 2의 3D 모델은 두 개의 연결된 배기 케이스를 구비한 저압 증기 터빈 시스템의 바람직한 실시예를 도시한다. Finally, the 3D model of FIG. 2 shows a preferred embodiment of a low pressure steam turbine system with two connected exhaust cases.
10: 배기 케이스
15: 보강 요소
16: 받침 요소
17: 가이드 리브10: exhaust case 15: reinforcing element
16: Support element 17: Guide rib
Claims (9)
상측벽(11)과 측벽(12),
내측면(13)과 외측면(14),
복수의 보강 요소(15) 및,
상기 배기 케이스(10)의 상측벽(11)에 부착되어 반경방향 내측으로 연장하는 가이드 리브(17)를 포함하며,
적어도 하나의 보강 요소(15)가 상기 가이드 리브(17)에 고정되는 것을 특징으로 하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스(10). An exhaust case (10) for a low pressure steam turbine system,
The upper and lower walls 11 and 12,
The inner side surface 13 and the outer side surface 14,
A plurality of reinforcing elements 15,
And a guide rib (17) attached to an upper wall (11) of the exhaust case (10) and extending radially inwardly,
Characterized in that at least one reinforcing element (15) is fixed to the guide rib (17).
상기 가이드 리브(17)는 상기 터빈 케이스(10)의 측벽(12)의 내측면(13)으로부터 1.2*m 과 1.9*m 사이 범위의 거리에 위치하고, 상기 파라미터(m)는 상기 측벽(12)의 내측면(13)으로부터 상기 증기 터빈 시스템의 디퓨저(22)의 외측 가이드(21)의 말단점의 거리로서 정의되는 것을 특징으로 하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스(10).The method according to claim 1,
The guide ribs 17 is located at a distance in the range between 1.2 * m, and 1.9 * m from the inner surface 13 of the side wall 12 of the turbine case 10, the parameter (m) is the side wall 12 Is defined as the distance from the inner side (13) of the outer guide (21) of the diffuser (22) of the steam turbine system to the end point of the steam turbine system.
상기 가이드 리브(17)의 높이는 0.05*H 내지 0.15*H 의 범위에 놓이고, 상기 H 는 길이방향 축(25)의 수평면과 상측벽(11)의 최고점 사이의 상기 증기 터빈 시스템의 높이인 것을 특징으로 하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스(10).3. The method according to claim 1 or 2,
The height of the guide ribs 17 is in the range of 0.05 * H to 0.15 * H , where H is the height of the steam turbine system between the horizontal plane of the longitudinal axis 25 and the highest point of the top wall 11 (10) for a low pressure steam turbine system.
상기 가이드 리브(17)는 I-형상을 가지면서 적어도 하나의 플레이트를 포함하거나, 또는 상기 가이드 리브(17)는 T-형상을 가지면서 서로 수직인 두 개의 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스 (10).12. A compound according to any one of the preceding claims,
Characterized in that the guide ribs (17) comprise at least one plate with an I-shape or the guide ribs (17) comprise two plates which are T-shaped and perpendicular to each other. An exhaust case (10) for a turbine system.
각각의 상기 케이스 보강 요소(15)는 별개로 된 받침 요소(16)를 통해 상기 가이드 리브(17)에 고정되는 것을 특징으로 하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스(10).12. A compound according to any one of the preceding claims,
Characterized in that each said case reinforcing element (15) is fixed to said guide rib (17) via a separate supporting element (16).
상기 받침 요소(16)의 각각의 높이는 상기 가이드 리브(17)의 높이(h)와 동일하거나 그 이하이고, 상기 받침 요소(16)의 폭은 상기 받침 요소(16)의 높이와 동일하거나 그 이하인 것을 특징으로 하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스 (10).6. The method of claim 5,
Wherein the height of each of the base elements 16 is equal to or less than the height h of the guide ribs 17 and the width of the base element 16 is equal to or less than the height of the base element 16 (10) for a low-pressure steam turbine system.
상기 보강 요소(15)의 적어도 하나는 상기 가이드 리브(17)를 관통하여 상기 가이드 리브(17)의 사이드에 있는 상기 상측벽(11)에 고정되며, 상기 가이드 리브(17)은 상기 배기 케이스(10)의 측벽(12)로부터 이격된 것을 특징으로 하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스(10).5. The method according to any one of claims 1 to 4,
At least one of the reinforcing elements 15 is fixed to the upper wall 11 on the side of the guide rib 17 through the guide rib 17 and the guide rib 17 is fixed to the exhaust case 10. The exhaust case (10) for a low pressure steam turbine system as claimed in claim 1,
적어도 두 개의 케이스 블록(10a, 10b)을 더 포함하며,
상기 가이드 리브(17)의 제1 플레이트는 상기 배기 케이스(10)의 제1 블록(10a)에 부착되고, 상기 가이드 리브(17)의 제2 플레이트(172)는 상기 리배기 케이스(10)의 제2 블록(10b)에 부착되는 것을 특징으로 하는 저압 증기 터빈 시스템용 배기 케이스(10).12. A compound according to any one of the preceding claims,
Further comprising at least two case blocks (10a, 10b)
The first plate of the guide rib 17 is attached to the first block 10a of the exhaust case 10 and the second plate 172 of the guide rib 17 is attached to the first block 10a of the exhaust case 10, (10) for a low-pressure steam turbine system.
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