|
터빈은 증기 발생기에서 공급되는 고온 고압의 증기를 팽창시켜 기계적 에너지로 변환하는 장치이며 그 에너지로 발전기를 회전시켜 전기를 만든다. 터빈에서의 에너지 변화는 증기가 가지고 있는 열에너지를 터빈 회전자(Rotor)의 Blade에 에너지를 전달하여 회전력, 즉 기계적 에너지로 변환시키고, 터빈을 통과한 증기는 압력은 떨어지고 체적과 속도는 증가하게 된다. 울진 원자력 # 3,4 터빈은 복류형(Double Flow)으로 한 대의 고압 터빈과 3대의 저압 터빈이 직렬로 설치(Tandem Compound)되며, 습분 분리 재열기는 터빈과 병렬로 설치되어 있다. 고압 터빈과 저압 터빈은 모두 순수한 충동(Impulse) 터빈은 아니지만 반동도가 5%로 적기 때문에 충동 터빈이라 해도 무방하다. 증기 발생기에서 발생된 고압의 증기는 고압 정지 밸브와 제어 밸브를 통하여 고압 터빈의 중앙 부분으로 유입된다. 고압 터빈 중앙 부분에 들어온 증기는 Nozzle Box에 의하여 서로 상반된 2개의 방향 (터빈측(TE), 발전기측(GE))으로 갈라져서 각각 7단의 회전익(Bucket)에 속도 에너지를 전달하며 회전익은 이를 받아 회전자를 회전시킨다. 온도와 압력이 감소한 고압 터빈 배출 증기는 습분 분리 재열기로 보내져서 습분 분리기를 거쳐서 습분이 제거되고 고압 터빈 3단 추기 및 주증기에 의해 재열되어 과열 증기가 된다. 이 과열 증기는 6개의 저압 터빈 정지 및 조절 밸브 (Combined Intermediate Valve : CIV)를 거쳐 3개의 저압 터빈 중앙 부분으로 유입된다. 저압 터빈 중앙 부분에 유입된 증기는 고정익(Diaphragm)에 의해 양분되어 각각 TE, GE 방향으로 각각 7단의 회전익을 경유하면서 저압 터빈 회전자를 회전시킨 후 복수기로 하향 배출된다. 점검 및 정비를 위하여 증기 통로에 접근할 수 있도록 모든 Shell과 Hood의 수평면 연결부는 볼트 체결되어 있으며 이 연결부는 증기가 새지 않도록 하기 위해서 정밀 기계 가공된 금속면 대 금속면 접촉(Metal To Metal Contact)으로 되어 있다. 또한 모든 증기관 및 고압 터빈, 습분 분리 재열기등 고온부는 열손실을 막기 위해 보온재가 설치되어 있다. 증기 유로는 증기 발생기 - 고압 정지 밸브 - 고압 제어 밸브 - 고압 터빈 - 습분 분리 재열기 - CIV - 저압 터빈 – 복수기이다.
1.1. 개통 개략도 1.1.1. Main TBN System
1.1.2. 증기 . 밀봉 계통(Steam Seal System)
1.2 . 주요구성 기기
기기명 | 구성 | 비고 |
Main Turbine | 3/4-511-M-TA01/02/03/04, HP TBN(1대), LP TBN(3대),1800rpm, HP (7단) LP(7단) | Moisture in percent at Main Stop Valve Inlet(0.5%(Max),HP Exhaust(15.1%(Nominal)), LP Exhaust(11%(Nominal)) |
Main Stop Valve | 3/4-511-V901,902,903,904(4EA) | #2에는 Pilot Valve내장 |
Control Valve | 3/4-511-V905,906,907,909(4EA) | 1.3 기기설명항목 참조(78101기술정산보고서 참조) |
Combined Intermedia Valve | 3/4-511-V909,910,911,912,913,914 (6EA); Intermediate Stop + Intercept Valve | 1.3 기기설명항목 참조(78101기술정산보고서 참조) |
MSR | 3/4-511-M-HT01/02, 2대/Unit, Stage Of Reheater(2단), Stainless Steel Chevron Type | 습분 분리률(터빈정격운전 25% To 100%) : 97% |
Steam Packing Exhauster | 3/4-511-M-EU03, 1대, Tube material (Stainless Steel SA249-Grade TP 304 ), GE | Max. quantity & conditions of gland sealing steam required : 35200 lb / hr, 1035 psia, 549 oF(Double clearance), |
Steam Packing Exhauster Blower | 3/4-511-M-AH01/02, 2대/Unit, Max. Flow Rate(784 GPM), Motor HP and Volt.(30HP/460V AC), 3600 RPM, GE | 1.3 기기설명항목 참조 |
Turning Gear | 3/4-511-M-TA05,1대/Unit, 4-7 RPM, Motor HP and Volt.(60HP, 460V AC), 구동부(900 RPM), GE | 1.3 기기설명항목 참조 |
1.3. 기기 설명
1.3.1. 주터빈
a. 설계 및 제작자 : 한중 / GE
b.규격
- 출력 : 1,050,819 KW(NET), 1,054,645 KW(GROSS), 배압 (복수기 압력) : 38.1 mm Hga.
- 회전수 : 1800 RPM
- 형식 : Tandem Compound(복류형 HP(1대), LP(3대) TBN)
- 설계 수명 : 40년 이상( 전 출력 운전 시간)
- 크기 : 60.42 m (총축 길이(발전기 포함)), 10.362 m (최대폭(MSR 제외))
c. 주요 부품 재질
부품명 | 재질 | 비고 |
Shaft | Ni - Cr - Mo – V강 | |
회전익 | 12% Cr강 | |
고정익 | 12% Cr강 | |
고압 케이싱 | Copper Bearing Carbon Steel | 탄소강 + 0.2% Cu |
저압터빈케이싱 | 저 합금강 | |
저압터빈후드 | 저 탄소강 |
d. 증기조건(고압터빈 정지밸브 기준)
100 | 75 | 50 | 25 | ||
온도 | oF | 549 | 550.5 | 552 | 556.3 |
oC | 287.1 | 288.0 | 288.9 | 291.3 | |
압력 | psia | 1035 | 1050 | 1067 | 1100 |
Kg/cm2 | 72.768 | 73.822 | 75.018 | 77.338 | |
습도 | % | 0.45 | - | - | - |
엔탈피 | Kcal/kg | 660.4 | 660.0 | 659.7 | 658.9 |
유량 | Kg/Hr | 5506985 | 4003726 | 2746825 | 1495184 |
e.회전임계속도
고압 터빈 | 1차 | 1,200 - 1,400 rpm |
2차 | Above 2,300 rpm | |
저압 터빈 | 1차 | 900 - 1,050 rpm |
2차 | Above 2,050 rpm | |
발전기 | - | Approximately 895 rpm |
1.3.1.1. 고압 터빈
1.3.1.1.1. 고압 터빈 케이싱
a. 기능
- 내부에 회전자의 회전 공간을 제공한다.
- 다이아 프람, Nozzle Box, Packing Casing을 지지한다.
- 수평 방향이 금속 대 금속 접합이며 볼트로 체결되어 내부의 기밀을 유지한다.
- 운전 조건 변화에 따라 열팽창, 수축을 할 수 있도록 되어 있다.
- 추기 배관을 통하여 습분 분리 재열기 및 고압 급수 가열기에 가열 증기를 공급한다.
b. 구성
- 상부 케이싱
- 하부 케이싱
- 다이아 프람 (DIAPHRAGM : 7단 x 2 FLOW)
- 노즐 박스 (NOZZLE BOX)
- 축 밀봉 장치 (PACKING CASING)
- 추기 연결점
. 3단 : 습분 분리 재열기 1단 재열기 / 고압 급수 가열기 #7
. 5단 : 고압 급수 가열기 #6
. 7단 : 고압 급수 가열기 #5
- 배수 연결점
c. 구조 및 특징
상반부와 하반부 두조각으로 나뉘어져 주조한 후 기계 가공하는 방법으로 제작되었으며, 수평면은 정밀 기계 가공된 금속 대 금속 접촉이며 가열 체결 볼트로 체결하여 증기의 누설을 방지한다. 재질은 탄소강에 0.2%정도의 구리(Cu)를 첨가한 것으로 이를 Copper Bearing Carbon Steel이라 한다. 중앙 부분에는 Nozzle Box가 용접으로 부착되어 있어 고압 정지 밸브와 조절 밸브를 거쳐 유입된 증기를 TE측과 GE측으로 나누어 축 방향으로 유도한다. Nozzle Box는 4조각으로 되어 있으며 4개의 조절 밸브를 통해 유입된 증기는 각각의 해당 구역으로만 유입될 수 있게 되어 있다. 이 증기는 다시 TE측과 GE측으로 각각 7단 씩 배열된 다이아 프람에 의해 회전자에 부착된 회전익에 적절한 회전력을 얻을 수 있도록 유도된다. 고압 터빈 케이싱의 TE측과 GE측 양끝에는 축과 케이싱 사이의 틈새에 증기 누설을 방지하기 위하여 Packing Ring이 설치되어 있다. 이 Packing은 교축 작용을 이용하여 밀봉하는 Labyrrinth Type이다. 3, 5, 7단 출구에는 추기 연결점이 설치되어 있다. 추기의 목적은 열 효율을 향상과 터빈을 작게 할 수 있다는데 있다. 고압 터빈에 공급되는 증기는 습증기이므로 케이싱 내부에 응축수가 많이 생기게 된다. 이를 적절히 배수하기 위하여 하부 케이싱에는 배수공이 만들어져 있다. 한편 다이아 프램은 터빈 내로 유입된 증기의 속도를 증가시키고 증기의 흐름 방향을 안내하여 회전익을 충동, 회전자가 적절히 회전하도록 하며, 각 단별 증기 누설을 방지하기 위하여 내륜에 패킹링이 부착되어 있다. 본 터빈은 충동 터빈 (IMPULSE TURBINE)에 가까우므로 각 단별 압력 강하가 대부분 고정익(95%)에서 일어나고 회전익에서의 압력 강하는 5%정도이다. 각 반부 (Half)의 구조는 외륜-Partition-내륜으로 구성되어 있으며 내륜과 외륜 사이에 Partition(고정익)을 용접으로 부착한 후 기계 가공으로 마무리하여 제작된다. 또한 고압 터빈 각 단별 고정익수는 아래표에 기록하였다.
단 번호 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
회전익 수 | 82 | 110 | 110 | 100 | 96 | 90 | 76 |
고정익 수 | 268 | 142 | 126 | 128 | 162 | 142 | 156 |
회전익 뿌리 형태 | 모두 DOVE TAIL 형태 |
1.3.1.1.2. 고압터빈 회전자
a. 기능
회전익을 정착하고 있으며 다이아 프램에 의해 유도된 증기로 회전운동을 한다.
b. 구성
- 회전축
- 회전익 (Bucket 또는 Moving Blade)
- 추력 방지 베어링 칼라 (Thrust Collar)
- #1,2 베어링의 저어널 (Journal)
- 제어용 회전자 집합체 (Control Rotor ASM)
c. 특성 및 구조
울진 #3,4 고압 터빈 회전자는 축과 Wheel이 일체형이며, 축 중심에 직경 6 inch의 구멍이 뚫혀 있는 중공축이다. 단조 작업을 통하여 제작되며 일체형이라는 점에서는 Mono Block형, 중공축이라는 점에서는 Bored 회전자라 한다. 이 회전자는 터빈쪽끝(TE)은 Front Standard, 발전기쪽끝(GE)은 Middle Standard에 있는 두 개의 저어널 베어링에 의해 양단이 지지되며 터빈쪽 끝은 제어용 회전자 집합체와 볼트로 체결되며 발전기 쪽 끝은 저압 터빈 A의 회전자가 연결되며 이 연결 부위도 일체형이다. 회전자의 축방향 움직임을 방지하기 위한 Thrust Collar가 발전기쪽 끝의 베어링 저어널 뒤에 있다. 회전익은 축과 일체형으로 제작된 Wheel에 Dovetail홈에 의하여 원주 방향으로 터빈쪽 끝과 발전기쪽 끝으로 각각 7단씩 조립되며 끝 부위는 Shroud Band로 묶어지고 Tennon부위가 Hand Rivetting되어 있다. 이 회전익은 모두 충동형에 가까운 조합 터빈이며 충동형 터빈은 날개의 길이가 짧기 때문에 손상 가능성을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한 휠에는 축 방향으로 구멍 (Steam Balancing Hole)을 뚫어 축 방향 추력을 감소시키며 Weight Balancing을 위한 Plugging Holes과 Groove를 갖추고 있다.
1.3.1.2. Front Standard
a. 기능
- #1 저어널 베어링이 내장되어 고압 터빈 회전자를 지지한다.
- 고압 터빈 Shell의 TE부 중량을 지지한다.
- 축방향으로 2"정도 움직여 운전 조건에 따른 열팽창을 흡수한다.
- EHC 및 MHC의 구성품을 장착하여 터빈 속도를 제어하고 터빈 기기를 보호한다.
b. 구성
- 기계식 유압 제어(Mechanical - Hydraulic Control) 장치.
- 전자식 유압 제어(Electro - Hydraulic control) 장치.
- #1 저어널 베어링.
- 주윤활유 펌프(Main Oil Pump)
- 제어용 회전자 집합체 (Control Rotor ASM : Control Rotor + Quill Shaft + Stub Shaft)
c. 구조 및 특징
Front Standard는 고압 터빈 앞쪽에 설치되며 기초에는 Sole Plate가 있고 그 위에 안착된다. Front Standard의 발전기측(GE)으로 부터 #1 저어널 베어링이 있어 고압 터빈 회전자를 지지하며 그 다음으로 고압 터빈 회전축에 볼트로 체결된 제어용 회전자 (Control Rotor)가 있다.
그리고 제어용 회전자는 Quill Shaft가 연결되며 Quill Shaft의 다른 쪽 끝은 Aux . Control Rotor Gear가 설치된 Stub Shaft와 연결된다. 이 Stub Shaft의 왼쪽에는 주윤활유 펌프(Main Oil Pump)가 있으며 Aux. Control Rotor Gear로 부터 구동력을 받는다. 이 기어는 헬리컬 기어이며 기어비는 1 : 2.02이므로 주윤활유 펌프의 회전속도는 약 3,600 RPM정도가 된다. 제어용 회전자 집합체 오른쪽에는 터빈 비상 정지 계통(EHC 및 MHC) 구성 장치가 설치되어 있다. 한편 기초 Sole Plate와 Front Standard사이에는 열팽창에 따른 Front Standard의 축방향 움직임을 원활하게 하기 위해 그리스유를 주입한다.
1.3.1.2.1. 제어용 회전자
a. 터빈 회전수 측정
잇수가 160개인 기어가 제어용 회전자에 설치되어 있고 이를 이용하여 8개의 감지기가 회전수를 측정한다. 이중 6개의 감지기는 터빈 제어 및 보호용으로 사용되고 나머지 2개는 예비용이다.
b. 기계적 과속 보호 장치
제어용 회전자에 비상 조속기(Emergency Governor)가 설치되어 있으며 이곳에 원심력에 의하여 작동하는 편심링(Eccentricity Ring)이 있어 터빈과속(1,980 RPM)시 터빈을 정지한다.
c. 편심 측정
d. 차등 팽창 측정
1.3.1.2.2. 비상 정지 계통(Emergency Trip System)
비상 정지 계통의 주요기기들은 Front Standard의 제어용 회전자 집합체 오른쪽에 설치되어 있다. 이 계통은 터빈 이상 상태 발생시 터빈 증기 밸브에 공급되는 작동유를 차단하고 배유시킴으로서 터빈 발전기를 안전하게 정지시킨다. 이 계통은 기계적 동작 뿐만 아니라 터빈 조속기(Mark V)로 부터의 전기적인 신호를 받아서도 동작한다. 이 계통은 직렬로 설치된 기계적 트립밸브(MTV)와 전기적 트립밸브(ETV)로 구성되는데 두개 중 어느 한 밸브만 동작하여도 터빈 트립이 발생한다. 이 계통의 트립동작은 ETS유압유를 덤프하여 터빈 증기 공급 밸브를 급속히 닫음으로서 이루어진다. ETS는 조속기(MARK V)계통에 연동신호를 제공하며 터빈발전기를 RESET시켜 증기밸브가 열릴 수 있는 조건을 만들어 준다. 또한 이 계통은 터빈발전기 정상 운전시 주기적인 시험을 할 수 있도록 설계되어 있다. 이 계통은 일반적으로 물리적인 힘의 작용으로 기계적 트립 밸브(MTV)를 동작시키는 기계적인 트립과 MARK V로부터의 신호를 Electrical 및 Mechanical Trip Solenoid Valve가 받아 전기적 트립 밸브(ETV)와 기계적 트립 밸브(MTV)를 동작시키는 전기적인 트립으로 나눌수 있다.
. 기계적 트립 밸브 (MTV)
. 전기적 트립 밸브 (ETV)
. Air Relay Dump Valve
. Overspeed Trip Device
. Trip Latch Ass'y
. Trip and Lockout Ass'y
. Solenoid Valve 및 압력 스위치
. 윤활유 모관
. 수동 트립 핸들
a.기계적 트립장치 및 동작원리
- 기계적 과속도
터빈 발전기가 과속이 되면 터빈을 비상정지시키기 위해 편심형 링이 터빈축에 설치되어 있다. 터빈속도가 증가하여 정격속도의 110%(1980 RPM)에 도달하면 편심형 링에 작용하는 원심력이 링을 잡고 있던 스프링의 힘을 극복하고 링이 밖으로 튀어나와 Trip Finger를 Unlatch시켜준다. 그렇게 되면 Mechanical Trip Piston과 MTV사이에 연결된 Trip Rod가 스프링 힘에 의해 우측으로 이동시켜 MTV의 'A' Port와 'T' Port를 연결시켜주고 'P' Port를 차단하여 1,600 Psig의 ETS작동유를 증기밸브의 Control PAC으로 부터 배유시켜 터빈발전기를 정지시키게 된다.
- 베어링 윤활유 저압력
25 psig의 베어링 윤활유가 상실되면 터빈이 비상정지된다. 정상운전시 베어링 윤활유는 기계적 트립 Solenoid Valve와 수동 트립 밸브를 통하여 기계적 트립 피스톤에 공급되어 Trip Finger를 Latch시켜준다. Trip Finger가 Latch된 상태에서 베어링 윤활유가 차단되면 기계적 트립 피스톤 하단부 피스톤의 스프링에 의해 Trip Finger가 시계방향으로 회전하며 Unlatch되고 최종적으로 MTV를 통하여 공급되는 ETS작동유를 차단 배유시켜 터빈을 비상정지 시킨다.
- 수동(LOCAL)
Front Standard의 전면 오른쪽 벽에 설치된 트립 핸들(Trip Handle)을 반시계방향(CCW)으로 45도 돌린후 잡아당기면 MTV가 닫힌다. 수동트립 핸들을 잡아당기면 수동트립 밸브(Manual Trip Handle)내부 Plunger가 좌측으로 이동되면서 기계적 트립피스톤(MTP)에 공급되던 베어링 윤활유가 차단되고 기계적 트립 피스톤에 차 있던 윤활유는 수동트립밸브를 통하여 배유된다. 그렇게 되면 기계적 트립 피스톤의 Trip Finger가 Unlatch되고 MTV와 기계적 트립 피스톤사이에 연결된 트립 Rod가 스프링 힘에 의하여 우측으로 이동되고 결국 1,600 Psig의 ETS작동유를 차단 배유시켜 터빈을 비상정지시킨다.
- Mechanical Trip Solenoid Valve(MTSV)여자
정상 운전중이던 MTSV는 비여자상태로 유지되다 MARK V계통에서 Trip신호가 발생되면 125 VDC 전원이 공급되어 Solenoid를 여자시켜 밸브가 동작하게 된다. MTSV가 여자되면 내부 Plunger가 좌측으로 이동되면서 MTP에 공급되던 베어링 윤활유가 차단 배유되어 Trip Finger를 Unlatch시키고 결국 터빈을 비상정지시키게 된다.
- System Reset(LATCH)
ETS계통과 Reset되기 위해서는 모든 터빈 발전기 Trip신호가 제거되고 Lube Oil계통과 작동유(Hydrauric System)계통이 정상운전되어야 한다. ETS 계통의 Reset조건이 갖추어진 상태에서 MCR의 MARK V CRT에서 운전원이 RESET신호를 입력하면 Oil Reset Solenoid Valve가 여자되고 MTP의 Oil Reset Piston(ORP)으로 25 Psig의 베어링 윤활유가 공급된다. ORP에 베어링 윤활유가 공급되어 가압되면 MTP와 MTV사이에 연결된 Trip Rod가 좌측으로 이동되고 MTP의 하단부 Piston에도 윤활유가 가압되어 하단부 Piston스프링 힘을 이기고 우측으로 이동된다. 그런 상태에서 Trip Finger는 스프링 힘에 의해 반시계 방향으로 회전하여 ETS와 같은 상태로 Latch되어 MTP의 Trip Bar를 지지하게 된다.
b. 전기적 트립 신호(ETV를 동작신호) 및 동작방법
- 발생조건
. 추력 베어링 고마모 (Excessive Wear in thrust Bearing) : ± 0.762mm
. 배기후드 고온도 (High Exhaust Hood Temp) : 107.2도
. 복수기 저진공 (Low Vacuum) : 566 mmHg
. 제어유 저 압력 (Low Electro Hydraulic Pressure) : 1,100 Psig
. 고진동 (High Vibration) : 저속도 (800 RPM이하) - 4 Mils, 고속도 (800 - 2000 RPM) - 9Mils
. 전기적 과속도 : 1,998 RPM (111%)
. 고정자 냉각수 상실
. 베어링 윤활유 저압력 : 12 Psig
. 터빈속도(1,350 RPM) + 주윤활유 펌프 출구 저 압력 (100 psig)
. 탈기기 고수위
. 습분분리재열기 배수 탱크 고 수위
. 수동(Remote)
- ELECTRICAL TRIP VALVE(ETV)동작방법
정상운전중 ETSV는 MARK V계통에서 28VDC전원을 공급받아 여자되어 TRPP PILOT VALVE와 SECONDARY VALVE의 PLUNGER를 좌측으로 이동시켜 ETS작동유를 ETV의 Y PORT에 공급하여 주게 된다 ETV의 Y PORT에 공급된 ETS작동유는 ETV내부 PLUNGER를 제일 좌측으로 이동시켜 PORT P와 PORT A를 연결시켜 MTV나 Mechanical Lockout Control Pac으로 공급하는 통로를 만들어 주게 된다. 이상태에서 터빈 비상정지 신호가 발생되거나 MARK V계통의 전원이 상실되면 ETSV가 비여자되고 TRIP PILET VALVE PLUNGER가 우측으로 이동하여 ETS작동유를 차단 배유시켜 SECONDARY VALVE의 PLUNGER를 우측으로 이동시켜 ETV의 Y PORT내에 가압되어 있던 ETS 작동유를 배유시키게 된다. 결국 ETV내 PLUNGER가 우측으로 이동되고 A PORT와 T PORT가 연결되고 P PORT가 차단되어 CONTROL PAC내의 작동유가 차단배유되어 터빈이 비상정지되게 된다. ETV의 중간 PLUNGER의 기능은 PLUNGER가 중간위치에 고착되었을 경우 터빈트립을 보장하기 위해 A PORT 와 P, T PORT를 연결시켜 제한된 유량(3GPM)만 통과하도록 해준다.
c. AIR RELAY VALVE(ARDV)
ARDV는 터빈발전기가 RESET된 상태에서 터빈발전기 추기계통역지 밸브(BLEED TRIP VALVE)에 구동원인 계기용 압축공기(IA)를 공급하여 준다. ETS작동유가 공급되면 ARDV-1, ARDV-2의 PILOT에 작동유가 가압되어 각 ARDV의 SPOOL을 좌,우로 이동시켜 압축공기 PAS-1,PAS-2가 ETAS-2로 공급되어 추기계통역지밸브를 개방시켜 준다. 반대로 터빈이 TRIP되어 ETS작동유가 차단, 배유되면 각 ARDV의 PILOT에 가압되었던 작동유가 배유되어 ETS와 같이 ARDV의 SPOOL이 이동되어 압축공기를 차단,배기 시켜 역지 밸브를 닫아주게 된다.
1.3.1.3. MIDDLE STANDARD
a. 기능
- #2 저널 베어링을 내장하고 고압 터빈 회전자를 GE측에서 지지한다.
- 고압 터빈 케이싱의 GE측 중량을 지지한다.
- 트러스트 베어링을 내장하여 터빈의 축방향 움직임을 방지한다.
- 트러스트 베어링 마모 검출 장치를 지지한다.
b. 구성
- #2 저널 베어링 (베어링'편 참조)
- 트러스트 베어링 (베어링'편 참조)
- 트러스트 베어링 마모 검출 장치 : 3개
c. 구조 및 특징
고압 터빈과 저압 터빈'A' 사이에 설치되며 기초에는 Sole Plate가 있고, 그 위에 안착하고 Anchor Bolt로 체결하여 움직일 수 없게 되어 있다. 고압 터빈 측으로부터 #2 저어널 베어링, 트러스트 베어링순으로 설치되어 있다. (터빈 집합체 단면도(GE Manual) 참조). 트러스트 베어링에는 마모 검출 장치가 있으며 3개의 비접촉식 와전류 Probe 및 Proximitor(Bently Nevada사 제품)을 사용하며 Probe와 감시면의 간격(Gap)을 측정한다. 이 신호는 약10V의 전기 신호로 변환되어 Mark V(터빈 조속기)로 보내지며, Bently Nevada 기록계에 기록되고 Mark V 감시기에 나타난다. 경보 및 트립은 Mark V에서 이루어지며 3개중 2개 이상의 신호가 설정치에 도달하면 터빈이 트립된다. (경보 설정치 : 0.635mm, 트립 설정치 : 0.762mm). 한개 또는 그 이상의 Probe 신호 상실시에는 터빈 트립이 발생하지 않으며 단지, 자체 진단 기능 정보가 Mark V에 보내진다. 출력 운전중 시험은 실시하지 않으며 Bently Nevada Monitor에 A/B 채널 OK지시등은 1일에 한번 정도 점검할 필요가 있다.
1.3.1.4. 저압 터빈
1.3.1.4.1. 저압 터빈 케이싱 (내부 케이싱)
- 저압 터빈 다이아 프램을 지지한다.
- 저압 터빈 회전자의 회전공간을 제공한다.
- 추기 배관 연결점이 있으며 이 추기를 이용하여 급수를 예열하므로써 열 효율을 향상 시킨다.
a. 구성
- 케이싱
- 다이아 프램
- 살수링
- 배수장치
- 추기 연결점
. 저압 터빈 2단 추기 : 탈기기
. 저압 터빈 3단 추기 : 저압 급수 가열기 #3
. 저압 터빈 4단 추기 : 저압 급수 가열기 #2
. 저압 터빈 6단 추기 : 저압 급수 가열기 #1
b. 구조 및 특징
- 저압 터빈 케이싱
일반적인 기능은 고압 터빈 케이싱과 비슷하나 제관으로 제작한 후 기계 가공으로 마무리 되어 있으며 재질은 저합금강 (Low alloy steel)이라는 점이 다르다. 또한 구조면에서도 고압 터빈 케이싱이 Front Standard와 Middle Standard에 의해 지지되는데 반해 저압 터빈 케이싱은 저압 터빈 후드에 안착된다. 케이싱의 TE 및 GE등 양쪽 끝은 곧바로 복수기와 통하게 되어 있다. 또한 케이싱의 양쪽 끝부분을 후드 살수 링이 원주 방향으로 감고 있다.
- 다이아 프램
기능/구조는 고압터빈 다이아프램과 비슷하며 각 단별 고정익수는 아래표와 같다.
단 번호 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
회전익 수 | 148 | 293 | 256 | 165 | 120 | 132 | 130 |
고정익 수 | 300 | 214 | 172 | 120 | 100 | 112 | 72 |
회전익 뿌리 형태 | 모두 DOVE TAIL 형태 | Finger |
1.3.1.4.2. 저압터빈 배기 후드
a. 기능
- 저압 터빈 케이싱을 내장하고 지지한다.
- 정상 운전중 진공을 유지한다.
- 과압 방지 파열판을 장착하여 내부 압력 증가로 인한 저압 터빈 및 복수기의 파손을 방지한다.
- 후드 살수링을 장착하여 과열에 의한 저압 터빈 회전익의 손상을 방지한다.
- 저압 터빈 베어링 지지 (#3 - 8 베어링)
- 저압 터빈 그랜드 밀봉 박스 지지
b. 구성
- 상반부 배기 후드
과압 방지 파열판 (Atmospheric relief diaphragm) : 4개 x 3 LP TBN = 12개 : 후드 상반부에 설치되며 설치 목적은 터빈 운전 중 순환수가 상실되어 저압 터빈 내부의 압력이 상승하면 저압 터빈 후드, 케이싱, 저압 터빈 최종단 동익등이 파손될 수 있다. 따라서 과압 방지 파열판을 설치하여 압력이 약 5 psig에서 파열되도록 하여 그 이상의 압력 상승을 방지한다.
- 하반부 배기 후드
증기 공급 배관 통로 (Cross Around Pipe통로), 추기 배관
c. 구조 및 특징
상, 하반부는 각각 3조각씩, 총 6 조각으로 되어 있으며 제관으로 제작하여 현장에서 각 조각을 볼트로 체결하여 조립한다. 하반부는 케이싱을 안착할수 있도록 되어 있으며 하반부의 Skirt부분은 복수기 Neck와 연결되며 후드 내부에는 복수기와 통하므로 진공이 형성된다. 습분 분리 재열기로부터의 증기 배관은 하반부 배기 후드의 중앙을 통과하여 케이싱으로 연결된다. 또한 하반부 중앙 부분의 양 측면에는 Anchor Post라 부르는 지지 장치가 1개씩 설치되어 축 방향 움직임을 방지하며, Guide Bracket라 부르는 지지장치는 TE 및 GE측에 1개씩 설치되어 배기 후드가 양 옆으로 움직이는 것을 방지한다. 이들 장치는 배기 후드의 열팽창 기준점 역활도 겸한다.
1.3.1.4.3. 저압 터빈 후드 살수 계통
a.개요
터빈 무부하 또는 경부하시 저압 터빈 최종단 회전익을 통과하는 증기의 양이 불충분하기 때문에 일부 증기는 정체 현상을 일으킨다. 이 경우 저압 터빈 회전익이 증기를 때리게 되고 (에너지 전달 방향이 반대가 됨), 이로 인해 증기 및 회전익의 온도가 상승하게 된다. 이때 온도 상승을 적절히 억제하지 못하면 저압 터빈 동익이 손상될 수 있다. 이러한 형상을 방지하기 위하여 저압 터빈 후드 주위에 냉각수를 분사하는 장치가 필요하게 되며 이것이 바로 저압 터빈 후드 살수 계통이다.
- 분사구 공급 : 복수 펌프로 부터 약 43 Kg / cm2 의 물을 약 138 gpm공급 받는다.
- 온도 감지기 : 제어용 3개, 경보 및 보호용 9개.
- 온도 조절 : 20 psig의 계기용 공기를 공급받아 온도 전송기 ETT -21, 22, 23은 저압 터빈 배기 후드의 온도가 60 oC (140 oF) 에서는 6 psig 그리고 93.3 oC (200 oF)에서는 15 psig의 출력을 내서 배기 후드의 온도를 제어한다.
- 고온 경보 및 터빈 트립 발생 : 9개의 온도 스위치는 93.3 oC (200 oF)에서는 배기 후드 고온도 경보를 발생시키고, 107.2 oC (225 oF)에서는 배기 후드 고온도에 의한 터빈 정지 신호를 발생시킨다.
b. 구성
- 공기 구동 살수 조절 밸브(WSV)
배기 후드 온도에 따라 살수량을 조절한다. 온도 전송기 (ETT - 21, 22, 23)로부터의 공기압 신호가 6 psig (60 oC )인 경우는 밸브를 완전히 닫고, 15 psig (93.3 oC)인 경우에는 밸브를 완전 개방한다.
- 살수링 및 노즐
살수링 ( 2개 / LP TBN x 3 = 6개)은 저압 터빈 케이싱의 양끝은 감고 있으며 각각의 살수 링에는 4개의 살수 노즐이 설치되어 있다. (살수 노즐수 : 총 24개). 또한 살수링은 상하 두개로 분리할 수 있으며 설치시 유니온으로 연결한다.
- 우회 밸브
공기 구동 살수 조절 밸브의 자동 운전이 불가능한 경우 수동으로 개방하여 살수를 할수 있다.
- 수동 교정 밸브
분사 노즐 상류측의 압력 설정시 사용
1.3.1.5. 베어링
1.3.1.5.1. 저어널 베어링
a. 기능
- 케이싱에 장착되어 회전자를 지지한다.
- 회전자의 진동을 흡수한다.
b. 특징
- 고 하중 대형용인 Liner Type Elliptical Brg. 사용
상반부와 하반부 2조각으로 되어 있어며 베어링 보어(Bore)는 정확한 타원형이 아닌 타원과 비슷한 모양으로 수평 직경이 수직 직경보다 크다 (수평 직경은 수직 직경의 약 2배임). 이 베어링의 장점은 윤활유 유동이 많으므로 상대적으로 냉각이 잘된다. 또한 베어링 간극 변화에 민감하지 않으며 고부하에 잘 견딘다. 유막 온도는 다른 형식의 베어링보다 일반적으로 낮다. 또한 상반부 베어링에는 오버셧 (Overshot)이라 부르는 홈이 파져 있는데 이는 윤활유 유동을 많게 하여 냉각 효과를 크게 하기 위한 것이다.
- Bearing Liner 내면에 1/8- 3-16두께의 주석계 Babbit Metal (White Metal : Sn 84%, Cu 7.5%, Sb 8%, Pb 0.35%)이 원심 주조법에 의해 부착되어 있다.
- 강제 윤활유 냉각 방식을 채택하고 있다.
- 회전자의 굽힘 응력 해소와 보다 유연한 운전을 위하여 베어링을 직선으로 배열하지 않고 T/G Rotor Coupling배열과 같이 배열한다.
c. 운전시 주의 사항
- 베어링의 윤활은 윤활유 계통으로 부터 1.8 Kg / cm2 (25psig) 의 윤활유가 공급되어 회전자와 베어링간의 금속 대 금속 접촉에 의한 마찰을 방지하고 유체 (윤활유) 마찰이 되도록 한다.
- 베어링 금속 온도 121 oC 이상으로는 운전할 수 없다 (107oC에서 경보 발생)
- Liner Type Elliptical 베어링의 정상 운전시 베어링 금속 온도는 77 - 88 oC이다.
- 기동시 베어링에 공급되는 윤활유의 온도는 32 oC를 넘어서는 안된다.
- 정상 운전시 베어링 윤활유 공급 온도는 43 - 49 oC이며, 28 oC이상 증가시킬 수 없다.
- 고압 터빈 TE측으로부터 #1, 2, 3, 4 등으로 불려지며 발전기 GE측은 #10이다.
1.3.1.5.2. 추력 베어링 (Thrust Bearing)
a. 기능
축추력을 흡수하여 회전자가 축 방향으로 움직이는 것을 방지한다.
b. 특징
- Tapered Land Type 이다. Thrust Plate의 랜드 부분을 평면이 아닌 테이퍼 가공한 것으로 신뢰성이 있다.
- 저어널 베어링 #2와 #3사이에 위치하며 Middle Standard에 의해 지지된다.
- Thrust Plate는 얇은 동판에 Babbit Metal을 주조하여 제작되며 Babbit면에 원주 방향으로 Oil Feed Groove가 형성되어 있다.
c. 운전시 주의사항
- 베어링에 공급되는 윤활유의 압력은 1.8 kg/cm2 (25 psig)이며 온도는 43 - 49 oC이다.
- Thrust Plate가 마모되어 터빈축의 축방향 움직임이 ± 0.635 mm이상이 되면 경보, ± 0.762 mm 이상이 되면 터빈 Trip이 발생된다.
- Thrust Plate에는 열전대가 Front 및 Rear Plate에 각각 2개씩 총 4개 설치되어 규정치 (107 oC)이상의 온도에서 경보가 발생한다.
1.3.1.6. 터닝 기어
터닝 기어는 기어에 의한 감속장치로서 피니언을 회전시키며 기동시 공기 실린더에 의해 Bull Gear에 접속된다. 설치 위치는 저압터빈 C와 발전기 사이에 있다. 아래의 목적을 수행하기 위하여 기동, 정지 전후에 터빈 회전자를 4 - 7 RPM으로 회전시킨다.
- 회전자의 상하부 온도차 (증기와 복수기 운전 및 밀봉 증기의 영향)에 따른 열 응력을 줄인다.
- 정지 상태로 두면 회전자는 자중에 의하여 처지기 때문에 기동시에는 편심이 커져 적정 편심을 얻기 위해서는 많은 시간이 필요하게 된다. 따라서 이 처짐 현상을 최소화하여 기동 시간을 단축할 수 있다.
- 터빈이 정지 상태에서 기동시 초기 회전력을 주기 위해서는 많은 증기를 필요로 하게 된다. 이런 경우 동익에 충격을 주고 케이싱등에 심한 열응력이 발생한다. 그러므로 터닝 기어를 운전하여 초기 회전력을 감소시킬 수 있다.
- 터빈 설치 및 검사시 회전자의 위치를 조정 목적으로 사용할 수 있다.
1.3.2. 밸브
1.3.2.1. 고압 터빈 정지 밸브(MAIN STOP VALVE)
Control Valve 전단에 위치하고 있으며 각각 1개의 입구와 출구가 있다. Main Stop Valve의 출구는 각기 분리되어 제어 밸브의 입구에 용접되어 있으며 4개의 Stop Valve의 하부 Seat Chamber는 Equalizer Line으로 용접되어 있다. Main Stop Valve의 주요 기능은 비상시에 터빈으로 증기가 유입되는 것을 방지하는데 목적이 있으며 각 주 증기관에 1개씩 총 4개가 설치되어 있다. 이 밸브는 터빈 비상 상태시 급속히 닫혀 터빈에 유입되는 증기를 완전히 차단한다. Main Stop Valve의 디스크는 전적으로 Unbalance Type으로 되어 있어 밸브 디스크 양단의 전 압력 강하에서는 밸브를 열 수가 없다. 그러므로 정지 밸브는 완전 열림이나 닫힘의 동작만 한다. 4개의 Main Stop Valve 중 단 #2 정지 밸브만은 디스크가 이중 구조(내부에 우회 밸브가 내장)로 되어 있고 이중 소형 밸브를 우회 밸브(Pilot Valve or Bypass Valve)라 하며 무 부하 증기 유량의 약 2배를 공급할 수 있는 용량을 가지고 기동전 증기 밸브를 예열(CHEST Warming(Control Valve Body와 Stop Valve Seat 하단부 Warming))할 경우에 사용한다. Main Stop Valve를 열기 위해 Stop Valve Seat 하단부에 압력을 가하며, 밸브 전 후의 압력차가 정격 압력의 13%에 이르면 유압 실린더(Hydraulic Cylinder)는 밸브 디스크를 열 수 있다. 나머지 세 Stop Valve는 내부에 우회 밸브가 없으며 완전 닫힘 또는 완전 개방만 한다.터빈 기동시 증기 유량 조절에는 고압 터빈 조절 밸브(CV)를 사용하므로 정지 밸브는 정상 운전 중이거나 기동시에는 완전히 열려있고 터빈이 정지되거나 RESET상태에서는 닫혀있다. 밸브의 동작은 터빈 제어유 계통(EHC)의 유압에 의해 이루어 진다. 정지 밸브와 제어 밸브는 용접되어 일체를 이루며 정지 밸브와 제어 밸브사이에는 균압관이 있다. 또한 터빈으로의 이물질 유입을 방지하기 위하여 STRAINER를 내장하고 있다.
1.3.2.2. 고압 터빈 조절 밸브(CONTROL VALVE OR GOVERNER VALVE)
4개의 Control Valve는 각각 Stop Valve에 용접되어 있으며, Stop Valve는 Valve Seat 후단에 Equalizer Pipe로 연결되어 있다. 증기는 각 Stop Valve에서 Control Valve로 공급된다. 4개의 Stop Valve와 Control Valve는 단일 조합품으로 함께 용접되어 있으며, 전 조합품은 터빈과 분리되어 있다. 각 Control Valve에서 통과한 증기는 고압 터빈에서 Inlet Bowl로 들어간다. 해당하는 Cracking Pressure 하에서도 밸브는 부분적으로 Balance 되도록 충분한 규격이 되도록 되어 있으며 이 작용은 Balance Chamber내에서 움직이는 밸브 디스크의 Skirt에 의해서 수행된다. 우선 Balance Chamber내의 압력차를 줄이도록 Internal Valve가 먼저 열리며 Steam이 더 동작하면 Main Disk가 열리게 된다. Control Valve는 개별의 유압 실린더에 의해서 동작된다. 터빈의 출력 변화에 따라 터빈에 유입되는 증기량을 가감하여 터빈 속도를 일정하게 유지하는 기능을 한다. 한 개의 밸브를 사용하여 무 부하에서 100%부하까지 광범위한 증기량을 조절할 수 없으므로 4개의 밸브를 조합하여 사용한다. 조절 밸브 입구는 정지 밸브 몸체와 연결되어 있고 출구는 고압 터빈 노즐과 연결되어 있다. 밸브 조절 방법은 터빈 기동시에는 4개의 조절 밸브를 모두 교축(Throttle)하여 터빈 속도를 제어하는데 이를 전 원호 운전(Full Arc : FA)이라 한다. 이는 고압 터빈 노즐 박스가 4개의 구획으로 나누어져 있어 각각의 조절 밸브를 거친 증기는 해당 구역의 노즐만으로 증기 공급이 가능하다. 따라서 증기량이 적을때 일부 조절 밸브만을 개방하면 온도차에 의한 열응력이 발생하기 쉽다. 계통 병입후에는 교축에 따른 압력 손실을 줄이기 위해 출력에 따라 4개의 조절 밸브를 정해진 순서에 따라 순차적으로 교축하는 부분 원호 운전(Partial Arc : PA)이 가능하다.
1.3.2.3. Combined Intermediate Valve
한 저압 터빈에 증기를 공급하는 두 Steam Line에 각 한 Set의 복합 저압 터빈 조절 밸브가 설치되어 있다. ISV (Intermediate Stop Valve 또는 Reheat Stop Valve)와 IV(Intercept Valve)가 한 몸체를 이루고 있는 것을 말한다. 즉 울진 # 3. 4호기는 저압 터빈이 3 set이므로 6 set의 복합 저압 터빈 조절 밸브가 설치되어 있다. 명칭에서 함축되어 있는 것과 같이 Combined Valve는 한 케이싱에 저압 터빈 조절 밸브(Intercept Valve)와 Intermediate Stop Valve 의 두 밸브가 조합되어 있다. 두 밸브가 한 케이싱에 설치되어 있지만 두 밸브는 별개의 조작 장치와 제어장치를 가지고 있으며 두 밸브의 기능은 Cross Around계통에 축적되어 있는 증기가 터빈을 과속시키지 못하도록 보호한다. Cross Around계통으로부터 증기는 각 밸브 케이싱의 입구로 들어와 스트레이너 저압 터빈 조절 밸브와 Stop Valve Disk를 거쳐 저압 터빈으로 연결된 출구로 나간다. 밸브케이싱의 입구는 Cross Around Pipe에 직접 연결되어 있고, 긴급한 상황하에서 터빈을 과속 시킬 수 있는 Uncontrolled Cross Around Steam량을 제한하기 위해 (즉 터빈의 Shell과 CIV의 Outlet사이에 잔유하는 증기량을 최소화하기위함) 복합 밸브의 위치는 가능한 터빈에 가깝게 배열하고 있다.저압 터빈 조절 밸브의 디스크는 Stop Valve 상부에 위치하고 있고 Valve Stem은 상부 헤더를 통해 움직이게 되어 있다.Stop Valve Stem은 케이싱의 하부 Seat 부분을 통해 하부 방향으로 움직이게 되며 두 밸브는 같은 Valve Seat를 사용하고 있다. 그러나 저압 터빈 조절 밸브는 Stop Valve의 위치에 관계없이 Stem이 Full Stroke로 움직일 수 있다.
a. Intermediated Stop Valves
이 밸브는 터빈 비상 정지시 닫혀 습분 분리 재열기에 있는 증기가 저압터빈으로 들어오는 것을 방지하는 역활을 한다. ETS가 Reset 상태에서 완전히 열리고 정상 운전중에도 이 상태를 유지한다. 이 밸브는 또한 Master Trip, Emergency Governor와 Trip Anticipator 동작시 Close되며, 제어 장치 또는 저압 터빈 조절 밸브가 고장이 발생 했을때 설비 보호로서의 기능도 가지고 있다. 그러나 터빈 비상 정지 및 계획 정지시에는 Stop Valve는 닫히게 된다.
b. Intercept Valves
터빈 조절 밸브의 한 형태로서 저압터빈으로의 증기 유량을 제어한다. 터빈/발전기가 정상 운전중 저압 터빈 조절 밸브는 완전히 열리며, 발전기의 부하 상실시 터빈 위험한 수준의 속도로 가속시키지 못하도록 Cross Around계통을 통해 축적되어 있는 Steam을 차단한다. 이 밸브는 최대 Cross Around 압력하에서도 다시 열 수 있으며, 부하 차단에 따른Blowdown 동안 터빈 속도를 제어 할 수 있다. 즉 저압 터빈 조절 밸브 중 한쪽 (Positioning)만 Cross Around Blowdown 기능이 있고 다른 쪽 (Non-Positioning)은 Blowdown 제어후 "Positioning" 저압 터빈 조절 밸브가 열리면 자동으로 따라 열린다. Balance Chamber Sealing에서 누설되는 증기량을 제외하고 과속도 상태에서 저압 터빈 조절 밸브를 닫으면 터빈으로
- 들어오는 증기는 모두 차단된다. 이중 3개 밸브(IV1,2,3)는 Servo밸브를 지닌 조절기능이 있는 것이고 나머지 3개 밸브(IV4,5,6) 조절 기능이 없는 밸브이다. Balance Chamber에서 누설되는 증기량은 터빈의 무부하 증기량에 비해 상당히 적으므로 터빈과속도에 심한 영향을 주지 않기 때문에 무시할 수 있다. 저압 터빈 조절 밸브도 ETS작동시 Trip Close된다.
1.3.3. 터빈 보조 계통
1.3.3.1. 터빈 제어유 계통
이 계통은 Trip Device와 Overspeed Protection System, Main Steam Valves의 유압 운전하기 위하여 필요한 Transmission Equipment 와 Conditioning, Fluid Pumps로 구성되어진다. High Pressure Hydraulic Power System은 불연성 유체를 작동 유체로 사용하며 모든 운전 조건에서 Governing System의 장기적 신뢰 운전을 확보하기 위하여 설계되어있다. 기술정산보고서(Electro Hydraulic System(78101))참조
1.3.3.2. 터빈 윤활유 계통
이 계통은 운전중일때 적절한 온도에서 모든 베어링과 각각의 기기에 계속적인 Oil Flow를 제공하기 위하여 설계되어졌다. Turbine Shaft Driven Main Oil Pump, AC Motor Driven Motor Suction Pump, AC Motor Driven Turning Gear Oil Pump, DC Motor Driven Emergency Bearing Oil Pump로 구성되어진다. AC Motor Driven Vapor Extractor와 Motor Driven Pump는 Lube Oil Tank에 일체로 설치되어있다. - 기술정산보고서(Main Lube. Oil System(51401) and Bearing Oil Transfer & Purification System(59801))참조
1.3.3.3. 터빈 밀봉 증기 계통
a. 개요
- 증기 밀봉 계통은 고압 부분 (HP Section)과 저압 부분 (LP Section)으로 나누어 지며 터빈 축을 따라 생기는 누설을 방지한다. HP Section은 터빈으로 부터의 고압 증기가 대기로 누설되는 것을 막고, LP Section은 대기로 부터 공기가 터빈으로 유입되는 것을 방지한다.
- 고압 터빈 제어 밸브 및 정지 밸브와 저압 터빈 CIV의 증기 누설을 방지하고 주 급수 펌프 터빈 축 관통부를 통해 누설되는 증기를 차단한다.
- 여러개의 스프링 눌림 패킹 링 (Spring - Backed Segmented Packing Ring)은 특별하게 설계된 톱니 (Teeth)가 가공되어 있으며, 이 톱니는 로터와의 최소한의 원주 방향 간격을 가지고 링에 부착되어 있다.
고압 터빈 패킹 (Pressure Packing)은 증기 밀봉 모관의 압력을 3 - 5 psig (0.21 - 0.35 Kg/cm2)로 조절하면서 여분의 증기를 배기시키며, 증기 밀봉 모관 유출 (Leak-off)출구는 Steam Packing Exhauster (SPE)에 의해 3-5
- H2O ( 76- 127 mm H2O )의 저진공 상태로 유지되며 SPE는 증기를 응축시키기 위한 쉘 (Shell)과 튜브 열 교환기로 구성되어 있다.
b. 구성
- Labyrinth-Type Shaft Packing
정지 부분과 회전 톱니를 가진 회전 부분으로 구성되어 원주 방향으로의 작은 간격을 두고 배열되어 있으며, 여러개의 톱니를 지나면서 유량은 높은 저항을 받아 누설을 줄인다(회전 톱니는 터빈 로타에 직접 가공됨). 정지 부분의 Packing Segment와 Casing사이에서는 스프링이 있어 로타와 패킹 사이의 간격을 유지시켜 준다. 특히, 로타의 비틀림 현상 발생시 이 스프링은 로타와 패킹 사이의 추가적인 간격을 제공하는 역활을 한다.
- 증기 밀봉 조절 밸브
밀봉 증기 모관 압력을 터빈 출력에 관계없이 자동으로 일정하게 유지하며, 이는 증기 밀봉 공급 밸브와 Unloading Valve에 의해 조절된다. 저 출력에서 SPUV는 완전히 닫힌 상태에서 증기 공급 밸브가 밀봉 증기 공급 압력을 조절하고, 고 출력에서는 증기 공급 밸브가 완전히 닫힌 상태에서 SPUV가 압력을 조절한다. 밸브들은 터빈 보호를 위해 Fail Safe형식으로서 증기 밀봉 공급 밸브는 신호나 계기압 상실시에 완전히 열리고 SPUV는 다이아 프램 파손 등의 고장시 닫히도록 설계되어 있다.
- 증기 밀봉 공급밸브 (Steam Seal Feed Valve)
터빈 기동시나 저출력 운전시 밀봉 증기는 SSFV를 통해 공급된다. 공기 구동 밸브로서 공기 압력 3 psig에서 완전히 열리고 9 psig에서 완전히 닫히며 공기 압력은 밀봉 증기 공급 모관 압력에 따라 조절된다.
- 우회 공급 밸브 (Steam Seal Bypass Feed Valve)
패킹 손상 등의 원인으로 증기 밀봉 모관 압력이 저하될 경우 축 밀봉을 위해 SSFV와 같이 병렬로 사용되며 전동기 구동 밸브로서 수동으로 증기 모관 압력을 조절한다.
- 보조 증기 공급 밸브 (Steam Seal Aux. Feed Valve)
SSFV와 같은 방법으로 운전되며 기동시 주증기가 확보되기전에 사용된다. 공기 구동 밸브로서 공기 압력 3 Psig에서 완전히 열리고 15 Psig에서 완전히 닫히며 공기 압력은 밀봉 증기 공급 모관 압력에 따라 조절된다.
- 밀봉 증기 추기 공급 밸브(Steam Seal Feed Valve Extraction Source)
출력 증가와 함께 터빈의 압력이 증가함에 따라 터빈 출력 약 50% 정도에서 SSFVX는 저압 터빈 3단 추기에서 증기 밀봉 모관으로 밀봉 증기를 공급하기 위해 열리며, 고압 터빈 패킹으로부터의 증기 유출이 저압 터압 패킹의 증기 유량을 초과하게 되면
SSFVX는 자동으로 닫힌다. 공기 구동 밸브로서 공기 압력 9psig에서 완전히 열리고 15 psig에서 완전히 닫히며 공기 압력은 밀봉 증기 공급 모관 압력에 따라 조절된다.
- Steam Packing Unloading Valve (SPUV)
터빈 부하 약 50% 이상에서 SSFX는 완전히 닫히고, 이 상태에서는 터빈내 증기 압력 및 유량의 증가에 의한 과잉 증기 때문에 더 이상의 헤더로의 증기 공급은 불 필요하며 오히려 증기 밀봉 모관의 과압을 방지하기 위해 이 과잉 증기를 복수기로 방출한다. 공기 구동 밸브로서 공기 압력 5 - 7.5 psig의 열림 행정을 가지며 밀봉 증기 공급 모관 압력에 따라 조절된다.
- Steam Packing Bypass Unloading Valve (SPBUV)
SPUV의 고장으로 인한 증기 밀봉 모관의 과압을 방지하기 위한 전동기 구동 밸브로서 수동으로 증기 모관 압력을 조절한다.
- Relief Valve
증기 밀봉 공급 밸브 우회관 및 공급 모관에 각각 2개, 5개의 Relief Valve가 있으며 공급 밸브 우회관의 2개의 밸브는 20 psig에서 열리기 시작해서 25 psig에서 증기를 방출하며, 공급 모관에 있는 5개의 밸브는 120 psig에서 열리기 시작해서 150 psig에서 증기를 방출함으로써 계통의 과압을 방지한다.
- Steam Packing Exhauster System.
증기 유출관의 압력을 3 - 5 H2O ( 76 - 127 mm H2O )로 유지하며, 누설 증기를 응축시키고 응축수는 복수기로 회수시킨다.
. Steam Packing Exhauster (1대) : Shell Side(배기 증기), Tube Side(복수)
. Blower (2대) : SPE내의 불응축성 가스를 제거하고 진공을 유지하며, 정상 운전중에는 한 대의 Blower가 운전된다.
1.3.3.4. 습분 분리 재열기
a.기능
습분 분리 재열기는 고압 터빈 배기 증기가 저압터빈으로 유입되기 전 증기의 질을 향상시킨다. 고압 터빈 배기 증기는 주증기로 재열하는 고온의 배관을 통해 습분이 제거되고 과열 증기로 되어, 습분을 포함한 증기로 인한 운동량 상실을 최소화함은 물론 저압터빈 Bucket의 부식을 최소화하고 발전소 효율을 증가시키며 터빈의 수명을 연장시킨다.
b.구성
- 습분 분리 부분
습분을 포함한 고압 터빈 배기 증기는 습분 분리 재열기의 습분 분리 부분에 있는 습분 분리 장치(Chevron Vane)를 거치면서 습분은 복수/급수 계통으로 배수되고 건조된 증기는 재열 되기 위해 상부에 있는 재열기로 향한다.
- 재열 부분
재열 부분은 주증기의(Initial Live-Steam) 온도에 가깝도록 건조증기를 가열하는 가열 증기가 두개의 열 교환기 튜브 묶음(Tube Bundle)으로 구성되어 있으며 가열된 증기는 출구 노즐, Crossaround Piping을 통해 저압터빈으로 유입된다.
c. 설계 자료
Description | Main Steam Reheat Section | Extraction Steam Reheat Section |
Ratedheat transfer (Btu/hr-ft2-oF) | 70 | 65 |
Velocity (ft / sec) | 26 | 44.7 |
Pressure drop (psi) | 8.2 | 13.5 |
Number of tubes | 1584 | 1920 |
Tube material | 439 SS | 439 SS |
- 중량(Kg)
. 총중량 : 198672(건조 상태), 419117(만수 상태)
. 1단 튜브 묶음 : 38555(건조 상태), 206384(만수 상태)
. 2단 튜브 묶음 : 33566(건조 상태), 205023(만수 상태)
- 압력 및 온도
. Main Shell : 270 psig, 650 oF
. 튜브 묶음(1단 및 2단) : 1250 psig, 650oF
1.3.3.5. 발전기 고정자 냉각수 계통
Generator Stator Cooling Water System는 전기적 손실에 의해 발생한 열을 제거하기 위하여 Generator Stator Windings에 High Purity Deionized water를 공급하는 폐루프구조이다. Deionized water과 접촉하는 모든 배관과 Component는 Generator Windings에 사용된 Copper alloy와 Tube, Instrumentation device를 제외하면 stainless steel로 제작되어 진다.
1.3.3.6. 발전기 축 밀봉유 계통
TBN Oil Tank Coolers 는 Seal에 공급된 Oil Flow의 마찰에 의해 발생된 열을 제거한다. Cold Oil(45oC)을 Main TBN Lube Oil System으로 부터 공급받는다. Seal Oil로 공급하기전 Oil의 Vacuum Treatment는 과도한 Hydrogen Consumption없이 Hydrogen Purity를 유지하기 위하여 사용한다. Seal Oil Unit는 Gen. Shaft Seal에 적절히 압력조절되고 정화, Vacuum 정화된 Turbine Oil을 공급한다. Vacuum Treatment는 역시 GEN으로 수분이 유입되는 것을 막아준다.
1.3.3.7. 발전기 가스 제어 계통
Gen. Gas System은 GEN.에 CO2와 H2 Purging과 Filling운전을 위한 공급을 하고 H2를 필요한 압력으로 유지하기 위해 요구되는 공급하는 두가지기능을 가지고 있다. 가스 분석기는 계속적으로 발전기내의 수소순도율을 나타내기 위한 Local, Remote ReadOut가능한 Instrument Cabinet을 가지고 있다. 가스 분석기는 발전기에 수소를 가압하고 이산화 탄소로 발전기를
Purge시킬때 이산화 탄소중 공기량, 이산화 탄소중 수소량을 측정하기 위하여 사용되어진다.
공기중 수소의 집적도(H2 Concentration in air)의 신호는 Control Room에 수소순도를 감시 하기 위하여 제공된다.
1.3.4. 터빈 제어 계통
Mark V는 터빈으로 유입되는 주증기의 유량을 조절하여 터빈 속도 및 발전기 출력을 조절하는 역할을 수행하는 계통으로 이와 관련된 터빈/발전기의 운전변수와 보조계통의 운전상태를 감시하는 기능이 포함되어 있다.
a. 기 능
- 예열운전 : 터빈 기동전 열응력을 방지하지 위해 고압 정지밸브 #2를 이용하여 터빈 내부를 일정온도(107℃) 이상 예열하고, 또한 Chest의 내외벽간의 온도를 규정치 이하로 유지되도록 예열한다.
- 속도 제어 : 반 자동 운전모드에서는 운전원이 선택한 속도 설정치와 기울기에 의해, 자동 운전모드에서는 내부 응력계산 프로그램에서 주어지는 속도 설정치와 기울기에 의해 터빈 속도를 제어한다.
- 계통 병입 : 운전원의 선택에 따라 자동, 수동, 자동감시모드로 계통병입을 수행할 수 있으며, 자동인 경우 터빈의 속도를 자동으로 조절하여 계통병입 조건을 맞추어 조건이 만족되면 발전기 차단기(GCB)를 투입하는 신호를 발생시킨다. 이 경우 운전원의 선택에 따라 발전기 단자 전압도 자동으로 조절할 수 있다. 자동 감시모드인 경우 자동모드와 동일하게 동작하지만 발전기 차단기 투입신호만 발생되며 운전원이 결정할 수 있도록 한다.
- 부하 제어 : 반 자동 운전모드에서는 운전원이 선택한 부하 설정치와 기울기에 의해, 자동 운전모드에서는 내부 응력계산 프로그램에서 주어지는 부하 설정치와 기울기에 의해 발전기 출력을 제어한다. 그 외에 급격한 부하 변동을 방지하기 위한 밸브 위치 제한(Valve Position Limit) 및 주증기 압력 제한(Main Steam Pressure Limit) 기능 등이 있다.
- 부하 감발 기능 : 주급수 펌프 터빈 2대 운전중 1대 상실시, Reactor Power Cutback Demand 신호 발생시 터빈 Setback 신호 및 Runback 신호가 동시에 발생되며 터빈 출력은 60%까지 감소하며 이 상태에서 주증기 압력과 Tavg가 안정이 되지 않으면 계속 터빈 출력을 감발한다. 현재에는 발전기 고정자 냉각계통 비정상시 70초후 터빈을 정지하도록 되어 있으나, 출력 감발로 전환하기 위해 설계 변경이 진행 중이다.
- 터빈 보호기능 : 터빈 운전중 과도현상 발생시 터빈/발전기를 보호하기 위한 기능들이 있으며 다음과 같다.
. 출력/부하 불균형(Power Load Unbalance) 기능 : 터빈 출력과 부하가 40% 이상 차이가 나고 발전기 고정자 전류가 100% / 35msec 이하의 기울기로 상실되면 이 기능이 동작되며 이는 급가속으로 인한 과속도를 방지하기 위한 것이다.
. 터빈 정지기능 : 터빈 윤활유 저압력, 추력 베어링 고마모 및 터빈 과속 등과 같은 비정상 상태를 감지하여 터빈을 정지시키는 기능이다.
. 저압 조절밸브 닫힘 기능(Intercept Valve Trigger) : 저압 조절밸브가 열림 신호보다 10%이상 더 열려져 있는 경우 유압을 배유하여 저압 조절밸브를 닫는 기능으로 터빈 과속 방지를 위한 것이다.
- 보호계통 및 밸브 닫힘 시험 : 터빈 비상정지 계통의 각 부분들과 터빈 보호기능들이 정상적으로 동작되는지를 운전중 점검할 수 있도록 되어 있으며, 터빈 각 밸브들의 동작이 정상인지를 출력 운전 중에 한 개씩 동작시켜 점검할 수 있도록 되어 있음.
- 터빈/발전기 운전 변수 감시 : 터빈/발전기와 이와 관련된 보조계통들의 상태를 감시하는 운전변수들을 측정하여 운전화면에 표시하고 있으며 중요한 변수로는 터빈 진동, 축 팽창, 케이싱 팽창, 차동 팽창 등이 있으며 각 베어링의 온도, 배유되는 윤활유의 온도, 터빈 케이싱 각 부위의 온도등이 있음. 그리고 감시 대상 보조계통으로는 윤활유 계통, 고압 작동유 계통, 밀봉 증기계통, 발전기 고정자 냉각수계통, 가스 감시계통, 밀봉유 계통 등이 있다.
- 자동 터빈제어 및 반자동 터빈제어 : Mark V를 이용하여 터빈/발전기를 운전하는데는 자동모드(Automatic)와 반 자동모드(Semi-automatic) 두가지가 있으며, 자동모드를 선택할 경우 내부 열응력 계산 프로그램에 의해 터빈 속도 및 출력제어를 자동으로 수행하며 계통병입시 자동 및 자동 감시기능을 사용할 수 있다. 반 자동모드일 경우 운전원이 이를 선택하여 운전하고 프로그램에서는 메시지만 운전용 화면에 표시한다.
b. 구성 기기
- 터빈 제어캐비넷 (Mark V - Turbine Control Cabinet) - 1개
. 위치 : PAB 144' 전자기기실
. 형식 : Tripple Modular Redundancy
. 주요기능 : 터빈 제어 및 보호 기능
- 터빈 감시캐비넷 (Mark V - Turbine Remote Cabinet) - 1개
. 위치 : TBN 135'
. 형식 : Simplex
. 주요기능 : 터빈 및 보조계통 운전변수 감시
- 발전기 감시캐비넷 (Mark V - Generator Remote Cabinet) - 1개
. 위치 : TBN 135'
. 형식 : Simplex
. 주요기능 : 발전기 및 보조계통 운전변수 감시
- 터빈 진동 감시캐비넷 (Bently Nevada Cabinet) - 1개
. 위치 : PAB 144' 전자기기실
. 형식 : 3300계열 Monitor
. 주요기능 : 터빈 및 발전기 진동, 축 편심, 축 팽창, 차동 팽창, 케이싱 팽창, 추력 베어링 마모를 감시
- 운전원 조작설비(Operator Interface System - <I>) - 3 대
. 위치 : 주 제어실 PM09
. 구성품 : 모니터, 본체, 키보드, Trackball, Dot Matrix 프린터
. 기종 및 운영체계 : PC - 486, MS-DOS & IDOS
. 주요기능 : 터빈 운전 제어 및 감시, 자체 유지/보수
- 자료 기록용 컴퓨터(Historian - <H>) - 1대
. 위치 : 전산실
. 구성품 : 모니터, 본체, 키보드, Tape Driver
. 기종 및 운영체계 : Digital사 MicroVAX 3100-40, OPEN-VMS
. 주요기능 : Mark V의 입출력 신호를 기록/보관
- 비상 운전원 조작설비(Backup Operator Interface - <BOI>) : 운전원 조작설비 3대가 모두 기능이 상실된 경우 터빈운전을 수행할 수 있는 비상설비로 주제어실에 있음
- 진동 감시 컴퓨터 (Transient Data Manager System) : 진동 감시캐비넷과 연결되어 터빈 및 발전기 진동, 축 편심, 축 팽창, 차동 팽창, 케이싱 팽창, 추력 베어링 마모 자료를 기록/보관하고 진동을 분석할 수 있는 기능을 제공하는 컴퓨터
. 컴퓨터 기종 및 운영체계 : Compaq사 Deskpro 590, QNX 2.2
. 구성품 : 모니터, 본체, 키보드, 프린터, Magnetic disk driver
. 진동 감시 및 분석용 프로그램 : TDM2
- 칼라 프린터 : 전산실에 설치되어 있으며, 운전원 조작설비와 연결되어 필요한 운전화면이나 자료를 프린트 할 수 있도록 되어있음.
2. 참고
- TA system P&I Diagram(9-511-M105-001 thru. 003)
- Flushing Procedure(F51101/02/03,51301/51401/51701/51801/52101)
- Pre-Operational Procedure(PC51101/02/04/05/06/07)
- 울진 #3,4 계통설명서(System Functional Description)
- Main Turbine and Auxiliary System (TA) Design Criteria(9-511-M402-001)
- TA System Design Calculation
- System calculation for TA System(9-511-M360-001)
- Vent stack sizing for MSR relief valves(9-511-M362-001)
- Main feed pump turbine sealing line sizing(9-511-M362-002)
- Line design conditions for TA system(9-511-M363-001)
- T/G heat balance calculation(9-511-M365-001)
- TA system C&I Diagram, None
- TA system control logic diagram(9-511-J158-001 thru 018, 9-513-J158-001, 9-514-J158-001 thru 008, 9-517-J158-001,002 and 9-518-J158-001 thru. 004)
- G.E Heat balances for UCN 3 & 4
- Valves Wide open with 02% makeup : 505 HB 001 dated 03/04/91
- 100% Load with 02% makeup : 505 HB 002 dated 03/04/91
- 75% Load with 02% makeup : 505 HB 003 dated 02/04/91
- 50% Load with 02% makeup : 505 HB 004 dated 02/04/91
- 25% Load with 02% makeup : 505 HB 005 dated 02/13/91
- Turbine Generator Contract for UCN 3&4, Contract (No. Pub - P - 91ED3)
- GE Instruction for Starting and Loading, Document NO. GEK - 98120A
- Description of Control System for Digital Control and Monitoring (Mark V) System(9-511-L-403-001)
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