KR20180125916A - 밸브 모듈과 이를 구비하는 증기터빈 및 발전 시스템 - Google Patents

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KR20180125916A
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Abstract

본 발명은 복수의 밸브 디스크를 구비한 밸브 모듈과 이를 구비하는 증기터빈 및 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈은 스톱밸브의 스템이 외부로 노출되지 않도록 스템의 외주면을 전부 감싸는 실링부를 구비할 수 있다.

Description

밸브 모듈과 이를 구비하는 증기터빈 및 발전 시스템 {Valve module and steam turbine and power generation system having the same}
본 발명은 복수의 밸브 디스크를 구비한 밸브 모듈과 이를 구비하는 증기터빈 및 발전 시스템에 관한 것이다.
증기터빈 플랜트는 보일러에서 작동 유체를 고온으로 가열하여 고압의 증기를 생성하는 증기발생기가 구비되고, 증기발생기에서 발생되는 증기압을 이용하여 터빈을 회전시키며, 터빈의 회전력이 발전기를 회전시켜 전력의 생산이 이루어지도록 하고 있다.
일반적으로 증기터빈 플랜트는 화력 또는 원자력과 같은 열원을 이용하여 고온고압의 증기를 생산하는 보일러 및 보일러로부터 공급되는 증기를 이용하여 발전기를 구동하는 동력을 생산하는 터빈을 포함한다. 효율 향상을 위해서, 작동압력을 달리하는 고압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈을 포함한다. 증기발생기에서 생성된 증기는 그 압력에 따라 제어밸브를 통해 터빈으로 공급되는 양이 조절되도록 하고 있는데, 이때의 제어밸브의 개도량에 따라 터빈의 출력제어가 이루어지도록 하고 있다.
이러한 제어밸브는 통상적으로 대용량의 발전소 시설에 맞춰 대형으로 제작되며, 이러한 제어밸브를 최적 설계하고, 사전에 제어밸브의 개도량에 따른 유량 특성을 산출하기 위해서는 제어밸브를 통상의 풍동 등에 설치한 후, 제어밸브의 입구측 및 출구측 압력을 비교하는 방식을 사용하고 있다.
한국공개특허 제10-2006-0067897호 (명칭: 터빈 유동 조절 밸브 시스템)
본 발명의 목적은 스톱밸브로 유입되는 고압의 유체로부터 스템을 보호할 수 있는 밸브 모듈과 이를 구비하는 증기터빈 및 발전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 밸브 모듈은 스톱밸브, 제어밸브 및 케이스를 포함한다. 스톱밸브는 스템, 스톱밸브 디스크, 실링부를 구비한다. 스템은 제1위치와 제2위치 사이를 직선 왕복 운동한다. 스톱밸브 디스크는 스템의 상부에 장착되어 스템의 이동에 따라 제1위치에서는 유체의 유입을 허용하고, 제2위치에서는 유체의 유입을 차단한다. 실링부는 스톱밸브 디스크가 제1위치에 있을 때, 스템이 외부로 노출되지 않도록 스템의 외주면을 전부 감싼다. 제어밸브는 스톱밸브의 상측에 위치하며, 직선 왕복 운동하면서 유입되는 유체의 양을 조절한다. 케이스는 스톱밸브와 제어밸브를 수용하는 유동공간부와, 유체가 유입되는 유입구와 유입구를 통해 유입되는 유체가 배출되는 배출구가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 스템보다 인성(toughness)이 더 높을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 스톱밸브 디스크는 실링부가 수용되는 수용홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 실링부는 스톱밸브 디스크의 개방된 하면을 폐쇄하기 위해 외측 상방으로 경사지게 연장된 돌출부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 스톱밸브 디스크는 제2위치에 있을 때, 돌출부가 인입되는 인입홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 스톱밸브 디스크는 하단이 내측으로 경사진 절곡부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 실링부는 스톱밸브 디스크가 제1위치에 있을 때, 유체를 하방으로 안내하는 오목한 곡면의 가이드부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 실링부는 가이드부를 기준으로 하방으로 갈수록 외경이 점차 넓어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 케이스는 유체가 이송하는 유로를 폐쇄하기 위해 스톱밸브 디스크가 안착하는 밸브시트를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 밸브시트는 스톱밸브를 향해 볼록하게 돌출되고, 밸브시트와 스톱밸브 디스크 사이 공간으로 유입되는 유체를 안내하기 위해 하방으로 경사진 경사면이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 경사면은 밸브시트의 상단 수평선을 기준으로 각도가 40 ~ 50°의 범위로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 유동공간부는 타원형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 제어밸브는 상하로 직선 왕복 운동하는 로드 및 로드의 하부에 장착되어 로드의 이동에 따라 유입되는 유체의 양을 조절하는 제어밸브 디스크를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 제어밸브 디스크는 하면이 개방되고, 개방된 하면을 통해 스톱밸브 디스크와 스템의 상단이 수용되는 유동홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 모듈에서 제어밸브 디스크는 유입되는 유체를 하방으로 안내하기 위해 하부 외경이 하방을 향해 점차 좁아질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 밸브 모듈은 스톱밸브, 제어밸브 및 케이스를 포함한다. 스톱밸브는 스템, 스톱밸브 디스크 및 실링부를 구비한다. 스템은 직선 왕복 운동한다. 스톱밸브 디스크는 스템에 장착되어 스템의 이동에 따라 유체의 유입을 허용 또는 유체의 유입을 차단한다. 실링부는 스톱밸브 디스크가 유체의 유입을 허용하는 위치에 있을 때, 스템이 외부로 노출되지 않도록 스템의 외주면을 전부 감싼다. 제어밸브는 유입되는 유체의 양을 조절한다. 케이스는 스톱밸브와 제어밸브를 수용한다.
본 발명의 실시예에 따른 증기터빈은 터빈과 밸브 모듈을 포함한다. 터빈은 로터와 터빈 하우징을 구비한다. 로터는 복수의 터빈 블레이드가 장착된다. 터빈 하우징은 로터를 수용하며, 유체 유입부와 유체 토출부가 형성된다. 밸브 모듈은 유체 유입부에 장착되며, 스톱밸브, 제어밸브 및 케이스를 구비한다. 스톱밸브는 스템과 스톱밸브 디스크와 실링부를 구비한다. 스템은 제1위치와 제2위치 사이를 직선 왕복 운동한다. 스톱밸브 디스크는 스템의 상부에 장착되어 스템의 이동에 따라 제1위치에서는 유체의 유입을 허용하고, 제2위치에서는 유체의 유입을 차단한다. 실링부는 스톱밸브 디스크가 제1위치에 있을 때, 스템이 외부로 노출되지 않도록 스템의 외주면을 전부 감싼다. 제어밸브는 스톱밸브의 상측에 위치하며, 직선 왕복 운동하면서 유입되는 유체의 양을 조절한다. 케이스는 스톱밸브와 제어밸브를 수용하며, 유체가 유입되는 유입구와 유입구를 통해 유입되는 유체가 배출되는 배출구가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 하우징은 이너 하우징과 아우터 하우징을 구비한다. 이너 하우징과 아우터 하우징에는 전기공급에 의해 발열되는 예열부 및 예열부의 온도를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 예열부는 히팅코일, 히팅와이어 및 히팅밴드 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발전 시스템은 보일러, 공급관 및 증기터빈을 포함한다. 보일러는 유체를 고온으로 가열시킨다. 공급관은 보일러에 연결되어 유체를 이송한다. 증기터빈은 공급관을 통해 공급받는 유체에 의해 회전하여 동력을 발생시킨다. 증기터빈은 터빈과 밸브 모듈을 구비한다. 밸브 모듈은 증기터빈에 장착되며, 스톱밸브, 제어밸브 및 케이스를 구비한다. 스톱밸브는 스템과 스톱밸브 디스크와 실링부를 구비한다. 스템은 제1위치와 제2위치 사이를 직선 왕복 운동한다. 스톱밸브 디스크는 스템의 상부에 장착되어 스템의 이동에 따라 제1위치에서는 유체의 유입을 허용하고, 제2위치에서는 유체의 유입을 차단한다. 실링부는 스톱밸브 디스크가 제1위치에 있을 때, 스템이 외부로 노출되지 않도록 스템의 외주면을 전부 감싼다. 제어밸브는 스톱밸브의 상측에 위치하며, 직선 왕복 운동하면서 유입되는 유체의 양을 조절한다. 케이스는 스톱밸브와 제어밸브를 수용하며, 유체가 유입되는 유입구와 유입구를 통해 유입되는 유체가 배출되는 배출구가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전시스템은 유체 순환라인을 포함할 수 있다. 유체 순환라인은 제1순환라인, 제2순환라인, 제3순환라인, 제4순환라인 및 제5순환라인을 구비한다. 제1순환라인은 증기터빈을 거쳐 배출되는 유체가 복열기에서 열교환된다. 제2순환라인은 복열기를 통해 열교환된 유체가 공랭식 응축기에서 응축된다. 제3순환라인은 공랭식 응축기를 통해 응축된 유체가 메인펌프에 의해 압축된다. 제4순환라인은 메인펌프에 의해 압축된 유체가 복열기에서 열교환된다. 제5순환라인은 복열기를 통해 열교환된 유체가 보일러에서 재가열된다.
본 발명은 스톱밸브로 유입되는 고압의 유체에 포함된 이물질로부터 스템을 보호할 수 있으며, 스템에 가해지는 진동으로 인한 고사이클 피로(high-cycle fatigue) 파괴를 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증기터빈을 이용한 발전 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증기터빈을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밸브 모듈의 내부를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 A 영역을 확대하여 스톱밸브의 제1위치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 모듈에서 밸브시트와 스톱밸브 디스크 사이 공간으로 유입되는 유체의 유입각도를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 5의 A 영역을 확대하여 스톱밸브의 제2위치를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증기터빈을 이용한 발전 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 증기터빈을 이용한 발전 시스템은 보일러(1000), 공급관(2000), 증기터빈(3000)을 포함한다. 보일러(1000)는 유체를 고온으로 가열한다. 공급관(2000)은 보일러(1000)로부터 고압의 유체를 공급받아 증기터빈(3000)으로 이송한다. 증기터빈(3000)은 공급관(2000)을 통해 공급받는 고압의 유체에 의해 회전하여 동력을 발생시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증기터빈을 이용한 발전 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발전 시스템은 유체 순환라인(2100)을 더 포함할 수 있다.
공급관(2000)은 연료와 함께 압입송풍기에 의해 외부에서 흡입되는 연소공기를 강제 공급받아 연소열을 발생시키는 보일러(1000)를 통해 약 600℃의 온도와 약 240bar의 압력으로 상승한 유체를 이송한다. 이렇게 이송되는 유체는 밸브 모듈(3200)로 유입되고, 밸브 모듈(3200)에 의해 유체의 흐름이 차단 또는 개방되거나 압력이 제어된다. 밸브 모듈(3200)을 통과하는 유체에 의해 증기터빈(3000)이 작동된다. 보일러에서 배출되는 배기가스는 굴뚝을 거쳐 외부로 배출된다. 이때, 유체는 물, 이산화탄소(CO2) 및 초임계이산화탄소(S-CO2) 중 어느 하나이며 이에 한정되지 아니한다.
유체 순환라인(2100)은 제1순환라인(2110), 제2순환라인(2120), 제3순환라인(2130), 제4순환라인(2140) 및 제5순환라인(2150)을 구비한다.
제1순환라인(2110)은 증기터빈(3000)를 거쳐 배출되는 유체를 복열기(R)로 이송한다. 증기터빈(3000)에서 배출되는 유체는 약 450℃, 약 80bar이며, 복열기(R)를 통해 열교환되면서 유체의 온도가 약 50℃로 하락한다.
제2순환라인(2120)은 복열기(R)를 통해 열교환된 유체를 공랭식 응축기(air cooled condenser)(A)로 이송한다. 공랭식 응축기(A)의 전단에 위치한 에어 쿨러 팬에 의해 공랭식 응축기(A)를 통과하는 유체의 온도는 약 20℃로 냉각된다.
제3순환라인(2130)은 공랭식 응축기(A)를 통해 응축된 유체를 메인펌프(P)로 이송한다. 이렇게 이송되는 유체는 메인펌프(P)에 의해 압축되면서 압력이 상승한다.
제4순환라인(2140)은 메인펌프(P)에 의해 압축된 유체를 복열기(R)로 이송한다. 복열기(R)를 통해 열교환되면서 유체의 온도는 상승한다.
제5순환라인(2150)은 복열기(R)를 통해 열교환되는 유체를 보일러(1000)로 이송한다. 보일러(1000)에서 재가열되는 유체는 약 600℃의 온도와 약 240bar의 압력으로 상승한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 증기터빈을 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 증기터빈(3000)은 터빈(3100)과, 밸브 모듈(3200)을 포함한다. 터빈(3100)은 로터(3110)와, 터빈 하우징(3120)을 구비한다. 로터(3110)는 고압의 유체에 의해 회전하는 복수의 터빈 블레이드(미도시)가 장착된다. 터빈 블레이드는 유입되는 유체의 압력을 로터(3110)의 회전운동으로 변환하는 역할을 하며, 터빈 하우징(3120)의 내측에서 방사상으로 배치된다. 터빈 하우징(3120)은 로터(3110)를 수용하며, 고압의 유체가 유입되는 유입부(3121)와 터빈 블레이드를 거친 유체가 토출되는 유체 토출부(3122)가 형성된다. 유체 유입부(3121)에는 밸브 모듈(3200)이 장착되어 터빈 하우징(3120) 내부로 유입되는 유체의 흐름을 차단 또는 개방하거나, 유체의 양을 조절한다.
도 4는 도 3의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 터빈 하우징(3120)은 이너 하우징(3130)과 아우터 하우징(3140)을 구비한다. 이너 하우징(3130)과 아우터 하우징(3140)에는 전기공급에 의해 발열되는 예열부(3150)가 장착된다.
예열부(3150)는 히팅코일, 히팅와이어 및 히팅밴드 중 어느 하나이며, 이너 하우징(3130) 표면 및 아우터 하우징(3140) 표면에 장착되어 열을 제공한다. 열을 제공할 수 있는 예열부(3150)를 구비함으로써, 별도의 터빈 예열 작업을 생략할 수 있어, 발전소 기동시간을 단축시킬 수 있다. 제어부(3160)는 예열부(3150)의 가열 온도조건에 따라 목표 온도에 다다른 경우, 예열부(3150)의 작동을 정지시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밸브 모듈의 내부를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 A 영역을 확대하여 스톱밸브의 제1위치를 나타내는 도면이며, 도 8은 도 5의 A 영역을 확대하여 스톱밸브의 제2위치를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 밸브 모듈은 스톱밸브(3210), 제어밸브(3220), 케이스(3230)를 포함한다.
밸브 모듈(3200)은 터빈 하우징(3120)의 유체 유입부(3121)에 장착되어 터빈 하우징(3120)의 내부로 유입되는 유체의 흐름을 차단 또는 개방하거나, 유체의 양을 조절한다. 스톱밸브(3210)는 스템(3211), 스톱밸브 디스크(3212), 실링부(3213)를 구비한다. 스템(3211)은 케이스(3230)의 하부를 수직으로 관통한 상태로 제1위치(h1)와 제2위치(h2) 사이를 상하로 직선 왕복 운동한다. 스톱밸브 디스크(3212)는 스템(3211)의 상부에 장착되어 스템(3211)의 상하 이동에 따라 제1위치(h1)에서는 케이스(3230) 내부로 유체의 유입을 허용하고, 제2위치(h2)에서는 유체의 유입을 차단한다. 실링부(3213)는 스톱밸브 디스크(3212)가 제1위치(h1)에 있을 때, 스템(3211)이 외부로 노출되지 않도록 하기 위해 스템(3211)을 감싼다. 실링부(3213)에는 오목한 곡면 형상의 가이드부(3213b)가 형성된다. 실링부(3213)로 인해 케이스(3230) 내부로 유입되는 유체에 포함된 이물질로부터 스템(3211)을 보호한다.
스템(3211)에 실링부(3213)가 감싸진 상태에서 스템(3211)의 원활한 왕복 운동과 스템(3211)과 실링부(3213) 간의 마모를 방지하기 위해 스템(3211)의 표면은 질화처리되고, 실링부(3213)는 스템(3211)보다 인성이 더 높은 재질일 수 있다. 스템(3211)과 실링부(3213) 간의 틈새로 이물질이 유입되는 것을 방지하는 별도의 실링부재가 스템(3211)의 외경과 실링부(3213)의 내경 상단 사이에 장착될 수 있다.
제어밸브(3220)는 스톱밸브(3210)의 상측에 위치하며, 케이스(3230)의 하부를 수직으로 관통한 상태에서 상하로 직선 왕복 운동하는 로드(3221)와, 로드(3221)의 하부에 장착되어 로드(3221)의 이동에 따라 유입되는 유체의 양을 조절하는 제어밸브 디스크(3222)를 구비한다. 제어밸브 디스크(3222)는 하면이 개방되며, 개방된 하면을 통해 스톱밸브 디스크(3212)와 스템(3211)의 상단이 수용되는 유동홈(3222a)이 형성된다.
케이스(3230)는 유동공간부(3231), 유입구(3232), 배출구(3233)를 구비한다. 유동공간부(3231)는 스톱밸브(3210)와 제어밸브(3220)를 수용하며, 압력손실이 적은 타원형일 수 있다. 유입구(3232)는 공급관(2000)에 연결되어 고압의 유체가 유입된다. 배출구(3233)는 터빈 하우징(3120)의 유체 유입부(3121)로 유체가 배출된다. 케이스(3230) 내부에는 유입구(3232)를 통해 유입되는 유체의 유로를 폐쇄하기 위해 스톱밸브 디스크(3212)가 안착하는 밸브시트(3234)를 구비한다.
제어밸브 디스크(3222)는 밸브시트(3234)와의 간극을 확장시켜 유체의 흐름을 원활히 하면서 유체를 밸브시트(3234)의 경사면(3234a)으로 안내하기 위해 하부 외경이 하방을 향해 점차 좁아질 수 있다.
스톱밸브 디스크(3212)는 하면이 개방되며, 스템(3211)의 상하운동에 따라 개방된 하면을 통해 실링부(3213)의 상부가 수용되는 수용홈(3212a)이 형성될 수 있다.
스톱밸브 디스크(3212)가 제1위치(h1)에 있을 때, 스톱밸브 디스크(3212)의 개방된 하면을 폐쇄하기 위해 실링부(3213)의 상부에는 외측 상방으로 경사지게 연장된 돌출부(3213a)가 형성될 수 있다. 이러한 돌출부(3213a)로 인해 스톱밸브 디스크(3212)의 개방된 하면을 통해 수용홈(3212a)으로 유체가 유입되는 것이 방지된다. 스톱밸브 디스크(3212)의 내측 상면에는 스톱밸브 디스크(3212)가 제2위치(h2)에 있을 때, 돌출부(3213a)가 인입되는 인입홈(3212b)이 더 형성될 수 있다.
스톱밸브 디스크(3212)의 하단은 내측으로 경사진 절곡부(3212c)가 더 형성될 수 있다. 스톱밸브 디스크(3212)가 제1위치(h1)에 있을 때, 절곡부(3212c)와 돌출부(3213a)가 동일한 각도의 경사면을 이루기 때문에 밸브시트(3234)와 스톱밸브 디스크(3212) 사이 공간으로 유입되는 유체의 흐름을 원활히 할 수 있다. 스톱밸브 디스크(3212)의 상면 중앙에는 스템(3211)에 너트 결합되기 위해 면 고르기 홈(S)이 형성될 수 있다.
실링부(3213)는 오목한 곡면의 가이드부(3213b)가 형성될 수 있다. 가이드부(3213b)는 실링부(3213)의 상부에 형성된 돌출부(3213a)의 하측에 형성되며, 스톱밸브 디스크(3212)가 제1위치(h1)에 있을 때, 밸브시트(3234)와 스톱밸브 디스크(3212) 사이 공간으로 유입되는 유체가 실링부(3213)의 곡면을 따라 고속으로 케이스(3230)의 배출구(3233) 방향으로 안내된다. 가이드부(3213b)로 인해 유체가 실링부(3213)를 직접 타격하지 않기 때문에 유체에 포함된 이물질의 타격으로 인한 실링부(3213)의 손상을 방지하고, 유체의 직접 타격에 의해 스템(3211)에 가해지는 진동으로 인한 스템(3211)의 고사이클 피로(high-cycle fatigue)를 방지할 수 있다.
실링부(3213)는 가이드부(3213b)를 기준으로 하방으로 갈수록 외경이 점차 넓어질 수 있다. 이는 밸브시트(3234)와 스톱밸브 디스크(3212) 사이 공간으로 유입되는 유체가 가이드부(3213b)를 거치면서 유체의 흐름을 하방을 향해 방사형으로 확장시켜 유체가 케이스(3230)의 배출구(3233)를 통해 원활히 배출되게 하는 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 모듈에서 밸브시트와 스톱밸브 디스크 사이 공간으로 유입되는 유체의 유입각도를 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 밸브시트(3234)는 유체의 흐름을 원활히 하기 위해 스톱밸브(3210)를 향해 볼록하게 돌출되는 형상이고, 중앙부위에는 실링부(3213)에 형성된 가이드부(3213b) 방향으로 유체를 안내하기 위해 하방으로 경사진 경사면(3234a)이 형성될 수 있다. 경사면(3234a)의 각도(θ)는 밸브시트(3234)의 상단 수평선을 기준으로 40 ~ 50°의 범위로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 45°이다. 경사면(3234a)의 각도(θ)가 40°미만이면, 유입되는 유체의 속도가 저하되어 유체의 흐름이 원활하지 못하고, 경사면(3233a)의 각도(θ)가 50°를 초과하면, 유체가 하방으로 급격히 흐르면서 고속의 유체가 실링부(3213)를 직접 타격하여 스템(3211)에 진동을 가하는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000: 보일러 2000: 공급관
2100: 유체 순환라인 2110: 제1순환라인
2120: 제2순환라인 2130: 제3순환라인
2140: 제4순환라인 2150: 제5순환라인
3000: 증기터빈 3100: 터빈
3110: 로터 3120: 터빈 하우징
3121: 유체 유입부 3122: 유체 토출부
3130: 이너 하우징 3140: 아우터 하우징
3150: 예열부 3160: 제어부
3200: 밸브 모듈 3210: 스톱밸브
3211: 스템 3212: 스톱밸브 디스크
3212a: 수용홈 3212b: 인입홈
3212c: 절곡부 3213: 실링부
3213a: 돌출부 3213b: 가이드부
3220: 제어밸브 3221: 로드
3222: 제어밸브 디스크 3222a: 유동홈
3230: 케이스 3231: 유동공간부
3232: 유입구 3233: 배출구
3234: 밸브시트 3234a: 경사면

Claims (21)

  1. 제1위치와 제2위치 사이를 직선 왕복 운동하는 스템과, 상기 스템의 상부에 장착되어 상기 스템의 이동에 따라 상기 제1위치에서는 유체의 유입을 허용하고, 상기 제2위치에서는 유체의 유입을 차단하는 스톱밸브 디스크와, 상기 스템을 감싸는 실링부를 구비하는 스톱밸브;
    상기 스톱밸브의 상측에 위치하며, 직선 왕복 운동하면서 유입되는 유체의 양을 조절하는 제어밸브; 및
    상기 스톱밸브와 상기 제어밸브를 수용하는 유동공간부와, 유체가 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 유입되는 유체가 배출되는 배출구가 형성된 케이스를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 스톱밸브 디스크가 상기 제1위치에 있을 때 상기 스템이 외부로 노출되지 않도록, 상기 스템의 외주면을 전부 감싸는 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 스템보다 인성(toughness)이 더 높은 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스톱밸브 디스크는 상기 실링부가 수용되는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 스톱밸브 디스크의 개방된 하면을 폐쇄하기 위해 외측 상방으로 경사지게 연장된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스톱밸브 디스크는 상기 제2위치에 있을 때, 상기 돌출부가 인입되는 인입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 스톱밸브 디스크는 하단이 내측으로 경사진 절곡부가 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 스톱밸브 디스크가 상기 제1위치에 있을 때, 상기 유체를 하방으로 안내하는 오목한 곡면의 가이드부가 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 가이드부를 기준으로 하방으로 갈수록 외경이 점차 넓어지는 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 유체가 이송하는 유로를 폐쇄하기 위해 상기 스톱밸브 디스크가 안착하는 밸브시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브시트는 상기 스톱밸브를 향해 볼록하게 돌출되고, 상기 밸브시트와 상기 스톱밸브 디스크 사이 공간으로 유입되는 유체를 안내하기 위해 하방으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 경사면은 상기 밸브시트의 상단 수평선을 기준으로 각도가 40 ~ 50°의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유동공간부는 타원형인 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제어밸브는 상하로 직선 왕복 운동하는 로드; 및
    상기 로드의 하부에 장착되어 상기 로드의 이동에 따라 유입되는 유체의 양을 조절하는 제어밸브 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어밸브 디스크는 하면이 개방되고, 개방된 하면을 통해 상기 스톱밸브 디스크와 상기 스템의 상단이 수용되는 유동홈이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어밸브 디스크는 유입되는 유체를 하방으로 안내하기 위해 하부 외경이 하방을 향해 점차 좁아지는 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  16. 직선 왕복 운동하는 스템과, 상기 스템에 장착되어 상기 스템의 이동에 따라 유체의 유입을 허용 또는 유체의 유입을 차단하는 스톱밸브 디스크와, 상기 스템을 감싸는 실링부를 구비하는 스톱밸브;
    유입되는 유체의 양을 조절하는 제어밸브; 및
    상기 스톱밸브와 상기 제어밸브를 수용하는 케이스를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 스톱밸브 디스크가 유체의 유입을 허용하는 위치에 있을 때 상기 스템이 외부로 노출되지 않도록, 상기 스템의 외주면을 전부 감싸는 것을 특징으로 하는 밸브 모듈.
  17. 터빈 및 상기 터빈에 장착된 밸브 모듈을 포함하며,
    상기 터빈은,
    복수의 터빈 블레이드가 장착된 로터와,
    상기 로터를 수용하며, 유체 유입부와 유체 토출부가 형성된 터빈 하우징을 구비하며,
    상기 밸브 모듈은 상기 유체 유입부에 장착되며,
    제1위치와 제2위치 사이를 직선 왕복 운동하는 스템과 상기 스템의 상부에 장착되어 상기 스템의 이동에 따라 상기 제1위치에서는 유체의 유입을 허용하고, 상기 제2위치에서는 유체의 유입을 차단하는 스톱밸브 디스크와 상기 스톱밸브 디스크가 상기 제1위치에 있을 때, 상기 스템을 감싸는 실링부를 구비하는 스톱밸브와,
    상기 스톱밸브의 상측에 위치하며, 직선 왕복 운동하면서 유입되는 유체의 양을 조절하는 제어밸브와,
    상기 스톱밸브와 상기 제어밸브를 수용하는 유동공간부와, 유체가 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 유입되는 유체가 배출되는 배출구가 형성된 케이스를 구비하고,
    상기 실링부는 상기 스톱밸브 디스크가 상기 제1위치에 있을 때 상기 스템이 외부로 노출되지 않도록, 상기 스템의 외주면을 전부 감싸는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 터빈 하우징은 이너 하우징과 아우터 하우징을 구비하며,
    상기 이너 하우징과 아우터 하우징에는 전기공급에 의해 발열되는 예열부; 및
    상기 예열부의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기터빈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 예열부는 히팅코일, 히팅와이어 및 히팅밴드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 증기터빈.
  20. 유체를 고온으로 가열하기 위한 보일러;
    상기 보일러에 연결되어 유체를 이송하는 공급관; 및
    상기 공급관을 통해 공급받는 유체에 의해 회전하여 동력을 발생시키는 증기터빈을 포함하며,
    증기터빈은 터빈 및 상기 터빈에 장착된 밸브 모듈을 구비하며,
    상기 밸브 모듈은,
    제1위치와 제2위치 사이를 직선 왕복 운동하는 스템과 상기 스템의 상부에 장착되어 상기 스템의 이동에 따라 상기 제1위치에서는 유체의 유입을 허용하고, 상기 제2위치에서는 유체의 유입을 차단하는 스톱밸브 디스크와 상기 스톱밸브 디스크가 상기 제1위치에 있을 때, 상기 스템을 감싸는 실링부를 구비하는 스톱밸브와,
    상기 스톱밸브의 상측에 위치하며, 직선 왕복 운동하면서 유입되는 유체의 양을 조절하는 제어밸브와,
    상기 스톱밸브와 상기 제어밸브를 수용하는 유동공간부와, 유체가 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 유입되는 유체가 배출되는 배출구가 형성된 케이스를 구비하고,
    상기 실링부는 상기 스톱밸브 디스크가 상기 제1위치에 있을 때 상기 스템이 외부로 노출되지 않도록, 상기 스템의 외주면을 전부 감싸는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 증기터빈에서 배출되는 유체를 순환시키는 유체 순환라인을 더 포함하며,
    상기 유체 순환라인은,
    상기 증기터빈을 거쳐 배출되는 유체가 복열기에서 열교환되는 제1순환라인;
    상기 복열기를 통해 열교환된 유체가 공랭식 응축기에서 응축되는 제2순환라인;
    상기 공랭식 응축기를 통해 응축된 유체가 메인펌프에 의해 압축되는 제3순환라인;
    상기 메인펌프에 의해 압축된 유체가 상기 복열기에서 열교환되는 제4순환라인; 및
    상기 복열기를 통해 열교환된 유체가 상기 보일러에서 재가열되는 제5순환라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
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