KR100614778B1 - 결합형조절및정지밸브조립체 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 증기 터빈을 포함하는 증기 사이클 장치에 사용하기 위한 결합형 조절 및 정지 밸브 조립체에 있어서, 상기 결합형 조절 및 정지 밸브 조립체는 제 1 축에 대해 피봇회전가능한 밸브 판을 갖는 버터플라이 밸브 및 상기 버터플라이 밸브와 인접하고 그 하류에 배치되는 정지 밸브를 구비하며, 상기 정지 밸브는 상기 제 1 축에 대해 실질적으로 수직한 종축을 갖는 원통형 스트레이너를 가지고, 상기 스트레이너는 상기 버터플라이 밸브와 대향하는 중실면을 갖는다.

Description

결합형 조절 및 정지 밸브 조립체

본 발명은 증기 사이클 동력 장치, 특히 그러한 장치에 사용하기 위한 새로운 증기 밸브에 관한 것이다.

버터플라이 밸브는 원자력 증기 터빈의 분야에 많이 사용되고, 특히 화석 연료 터빈의 경우보다 낮은 압력에서 사용된다. 현재 몇몇 제조 업자들은 기밀 시팅 밸브(즉, 폐쇄시 누출 없음), 및 종래에 사용된 것보다 고압과 고온에서 사용되는 밸브를 개발하였다. 이 개발들은 증기 터빈의 입구 밸브로서 이러한 형태의 밸브에 적용시키는 가능성을 선도해왔다.

버터플라이 밸브의 특징들 중 하나는 부분 폐쇄 위치에서 뿐만 아니라 완전 개방 위치에서도 하류측에 매우 강한 "웨이크(wake)"를 발생시킨다는 것이다. 이 웨이크는 헝가리/독일의 공기역학자들에 의해 명명된 "Von Karman vortex alley"의 문헌에 기술되어 있다. 버터플라이 밸브 뒤에서의 웨이크는 긴 파이프가 하류에 설치되면 서서히 저하한다. 그러나, 터빈 밸브의 적용시에, 그러한 긴 길이는 일반적으로 실용적이지가 못한데, 그 이유는, 예를 들면 부적합한 과속의 제한 등의 제어상의 문제로 될 수 있는 상기 밸브의 하류에 다량의 증기를 남기기 때문이다. 다른 측면에서, 버터플라이 밸브가 증기 터빈 입구에 가깝게 장착되면, 웨이크의 흐름 교란은 터빈의 제 1 스테이지로 진입하여, 제 1 스테이지 격막, 정지 및 회전 블레이드를 자극함으로써 이 요소들의 사이클 응력을 손상시키게 한다. 따라서, 증기 터빈용 조절 밸브로서 버터플라이 밸브의 양호한 적용은 밸브의 뒤에서 웨이크의 영향으로부터 터빈의 제 1 스테이지를 보호하는 수단을 필요로 한다. "흐름 직선화 장치(flow straightener)"가 웨이크를 분산시킬 수 있는 수단이지만, 견고하고 긴 파이프를 또한 필요로 하므로 원치않는 가격이 추가된다.

본 발명은 터빈에 가깝게 배치된 조절 밸브로서 버터플라이 밸브의 사용을 가능하게 함과 동시에, 이 밸브로부터 터빈의 제 1 스테이지에 도달하는 흐름 교란을 방지하는 것을 목적으로 한다.

"조절 밸브"는 통상 정지 밸브의 하류에 배치되어 증기 사이클 장치에서 터빈으로의 증기의 유입 조절을 위해 사용된다. 유감스럽게도, 이 위치에서 버터플라이 밸브로부터의 웨이크는 제 1 터빈 스테이지로 쉽게 도달하여 상술된 원치않는 효과가 생기게 된다.

에어 테스트(airtest : 기밀 시험)는, 특히 스트레이너가 본 발명의 실시예에 따라 여기에 개시된 것처럼 이러한 목적을 위해 형성되면, 증기 터빈용 정지 밸브에 통상 사용되는 스트레이너가 정지 밸브에 도달하는 흐름 교란을 분산하도록 작용한다는 것을 도시하고 있다.

따라서, 본 발명은 조절 밸브를 정지 밸브의 전방에 배치시킴으로써, 종래의 포핏(poppet)형 정지 밸브에서 원통형 스트레이너의 상기 특징의 이점을 취하도록 제안하는 것이다. 정지 밸브의 전방에 조절 밸브를 배치하는 것은 신규하지 않다. 사실, 이러한 배치는 GE사제의 결합형 재가열 밸브 뿐만 아니라 결합형 정지 및 조절 밸브에서 많이 볼 수 있고, 양 밸브의 상류에 스트레이너를 갖는 것에서 많이 볼 수 있다. 그러나, 조절 밸브로서 버터플라이 밸브를 사용하기 위해서, 스트레이너는 조절 버터플라이 밸브의 하류에 배치되어야만 한다. 수치 유체 역학(CFD) 분석으로부터, 스트레이너를 통한 압력 강하 및 정지 밸브로의 유입 흐름에 직접 대향하는 스트레이너의 비천공 영역(즉, 어떤 흐름 개구 없는 영역)의 크기 조절은 균일한 흐름을 발생시키며 버터플라이 밸브 흐름 교란이 정지 밸브와 제 1 스테이지를 통과하는 것을 현저하게 방지하는데 기여한다는 것을 알 수 있었다.

조절 밸브의 하류에 스트레이너의 배치 및 상술된 비천공 영역을 포함하는 형상은 스트레이너의 주목적에 해를 주지 않는다. 이것은 미립자 및 이물질(제조, 조립 또는 정비 중에 증기 발전기에서 발생 또는 파이프 시스템의 좌후방에 존재)을 여과하여 이들이 정지 밸브를 차단하거나 또는 터빈에 손상을 미치는 것을 방지한다.

버터플라이 밸브 샤프트의 바람직한 배향은 정지 밸브에서 원통형 스트레이너의 축에 대해 직각이다. 버터플라이 밸브 샤프트가 스트레이너의 축에 대해 평행하면, 흐름 교란이 스트레이너와 정지 밸브 케이싱 사이의 환형을 관통하여 거기에서 정지 밸브를 거쳐 터빈으로 갈 가능성이 있다.

따라서, 개략적인 양태에 있어서, 본 발명은 하나 이상의 증기 터빈을 포함하는 결합형 사이클 또는 다른 증기 장치에 사용하기 위한 결합형 조절 및 정지 밸브 조립체에 있어서, 상기 밸브 조립체는 제 1 축에 대해 피봇회전가능한 밸브 판을 갖는 버터플라이 밸브 및 상기 버터플라이 밸브와 인접하고 그 하류에 배치되는 정지 밸브를 구비하며, 상기 정지 밸브는 상기 제 1 축에 실질적으로 수직한 종축을 갖는 원통형 스트레이너를 가지고, 상기 스트레이너는 상기 버터플라이 밸브와 대향하는 중실면을 갖는 결합형 조절 및 정지 밸브 조립체에 관한 것이다.

다른 양태에 있어서, 본 발명은 증기를 공급받는 하나 이상의 증기 터빈 및 증기 터빈으로 증기의 유입을 조절하는 하나 이상의 조절 밸브 조립체를 포함하는 결합형 사이클 또는 다른 증기 장치용 증기 터빈 유체 조절 시스템에 있어서, 상기 조절 밸브 조립체는 도관내에 배치된 버터플라이 밸브 및 상기 버터플라이 밸브에 인접한 하류에 배치된 정지 밸브를 포함하며, 상기 버터플라이 밸브는 샤프트에 대해 피봇회전가능한 밸브 판을 가지고, 상기 정지 밸브는 흐름을 공급받는 입구 및 실질적으로 원통형 스트레이너와 흐름 개구를 갖는 제 1 원주부 및 흐름 개구를 가지지 않고 상기 입구에 인접하게 배치된 제 2 원주부를 갖는다.

또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 증기를 공급받는 하나 이상의 증기 터빈 및 증기 터빈으로 증기의 유입을 조절하는 하나 이상의 조절 밸브를 포함하는 결합형 사이클 및 다른 증기 장치용 증기 터빈 유체 조절 시스템에 있어서, 도관내에 배치된 버터플라이 밸브 및 상기 버터플라이 밸브에 인접한 하류에 배치된 정지 밸브를 포함하며, 상기 버터플라이 밸브는 샤프트에 대해 피봇회전가능한 밸브 판을 가지고, 상기 정지 밸브는 흐름을 공급받는 입구와 실질적으로 원통형 스트레이너를 가지며, 상기 스트레이너는 종방향 중심축을 가지고, 상기 버터플라이 밸브 및 스트레이너는 상기 샤프트와 상기 종방향 중심축이 실질적으로 수직하도록 배열되며, 상기 스트레이너는 상기 스트레이너의 원주에 관해 60°로 연장하는 중실 주변부를 가지므로 상기 입구를 통한 흐름이 상기 중실 주변부에 충돌하도록 배열된다.

다른 목적 및 장점은 다음의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 새로운 결합형 밸브 조립체(10)는 정지 밸브(16)에 비교적 아주 근접하게 도관(14) 상류에 배치되는 버터플라이 밸브(12)를 포함하고, 이 정지 밸브는 도관(18)을 통해 터빈(T)의 제 1 스테이지로 증기의 흐름을 조절한다. 따라서, 정지 밸브로의 입구는 도면 부호 20으로 도시되고, 정지 밸브의 출구는 도면 부호 22로 도시된다.

상기 버터플라이 밸브(12)는 다른 종래의 구성임에도 불구하고 일정한 사양에 따라 설계되고, 도관(14)의 종축에 대해 횡방향으로 연장하는 피봇 샤프트(26)에 의해 양분된 밸브 판(24)을 포함한다. 상기 밸브 판(24)은 완전 개방 위치로 도시되어 있으며, 상기 판을 90°회전시키면 재가열 정지 밸브(16)로의 모든 흐름을 차단하는 완전 폐쇄 위치로 된다.

상기 정지 밸브(16)도 종래 구성이지만, 본 발명에 따라 재설계된 스트레이너(28)에 합체된다. 보다 상세하게는, 상기 스트레이너(28)는 스트레이너의 종방향 중심축이 버터플라이 밸브(12)의 피봇 샤프트(26)에 수직하도록 정지 밸브내에서 방향 설정된 실질적으로 원통형 부재이다. 부가로, 상기 스트레이너는 스트레이너의 주변벽의 원주부(30)가 중실이 되도록 형성된다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 상기 중실면(30)은 스트레이너 원주의 약 60°또는 1/6에 걸쳐 연장하며, 스트레이너의 나머지 300°는 도시된 바와 같이 통상적인 방식으로 흐름 개구들(32)로 천공되어 있다.(기존 스트레이너들은 스트레이너 원주에 관해 70-80°에 이르는 비천공(블랭크) 영역을 갖는다.). 상기 스트레이너는 중실면(30)이 입구(20)내에 중심 설정되도록 배열된다. 즉, 상기 중실면은 도관과 대향하므로, 이 도관(14)을 통해 정지 밸브로 향하는 흐름이 중실면(30)에 충돌하고 그 흐름은 중실면(30) 주위에서 변환된 다음 개구(32)를 통과하여 출구(22)를 통해 도관(18)으로 빠져나간다. 이와 관련하여, 상기 정지 밸브 및 스트레이너는 모든 흐름이 스트레이너 하단부를 통해서만 빠져나가도록 사이즈가 형성된다. 즉, 모든 흐름은 개구(32)를 통해 스트레이너로 진입하고 스트레이너의 하부를 통해 출구(22)로 배출된다.

상기 구성은 상술한 바와 같은 버터플라이 밸브에 의해 발생된 웨이크(wake) 효과로부터 터빈의 제 1 스테이지를 보호한다. 보다 상세히는, 정지 밸브(16)로의 유입 흐름에 직접 대향하는 스트레이너(28)의 비천공 또는 중실면(30)(중실 주변부)은 상류 흐름 교란이 정지 밸브를 관통하여 터빈의 제 1 스테이지에 도달하는 것을 방지하는데 기여한다. 부가로, 원통형 스트레이너(28)의 축에 대한 버터플라이 밸브 샤프트(26)의 바람직한 배향은 90° 각도로 스트레이너에 접근할 때 버터플라이 밸브로부터의 와동을 분산시킨다.

상술된 밸브 조립체용의 전형적인 구성에 있어서, 증기 사이클 장치에서 증기 발생기(34)의 과열기 또는 재열기에 존재하는 증기는 증기 터빈(T)의 입구로 진행된다. 증기 터빈으로의 이 증기의 유입은 IP 입구에 비교적 아주 근접하게 배치되는 밸브 조립체(10)에 의해 조절된다. 그러나, 본 발명에 따른 밸브 조립체는 이 적용에 제한되지 않는다.

본 발명이 현재 가장 실용적이라고 생각되고 바람직한 실시예와 관련하여 서술되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 첨부된 청구범위의 정신과 주위내에 포함된 다양한 변경 및 대응 구성을 커버한다는 것을 이해해야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 결합형 밸브 조립체의 일반적인 개략 측입면도.

도 2는 도 1의 평면도.

도 3은 본 발명에 따라 사용되는 원통형 스트레이너의 사시도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

12 : 버터플라이 밸브 14, 18 : 도관

16 : 정지 밸브 20 : 입구

22 : 출구 24 ; 밸브 판

26 : 샤프트 28 : 스트레이너

30 : 중실면 32 : 개구

Claims (6)

1. 증기 발생기로부터 증기 터빈까지 증기의 통로를 위한 수단으로서,

   증기 발생기로부터 밸브 조립체까지 하류로 증기 통로를 위한 제 1 도관과,

   제 1 축에 대해 피봇회전가증한 밸브 판을 포함하고 상기 도관에 대해 직각으로 배치될 때에 상기 제 1 도관의 내부 단면 직경을 횡단하기에 충분한 직경을 갖는 버터플라이 밸브와,

   상기 버터플라이 밸브로부터 정지 밸브까지 하류로 연장하는 제 2 도관으로서, 상기 정지 밸브는 상기 제 1 축에 대해 실질적으로 수직한 종축과 상기 정지 밸브의 내경보다 작은 외경을 갖는 원통형 스트레이너를 포함하고, 상기 스트레이너는 상기 정지 밸브의 내부 단면 직경을 가로질러 연장하며 상기 정지 밸브의 상류를 향하는 중실면과 일반적으로 상기 정지 밸브의 하류를 향하는 천공된 면을 갖는, 제 2 도관, 및

   상기 수단으로부터 증기 터빈까지 하류로 증기 통로를 위한 제 3 도관을 포함하고,

   이에 의해 상기 버터플라이 밸브가 개방 위치에 있을 때, 증기 흐름은 상기 제 1 및 제 2 도관을 통과하여 상기 스트레이너의 상기 중실면에 충돌해서 상기 흐름이 상기 중실면 주위에서 변환되어 상기 스트레이너의 상기 천공된 표면을 통과하여 상기 정지 밸브를 빠져나가서 상기 제 3 도관을 통과하는 증기 통로용 수단.
2. 제 1 항에 있어서, 일반적으로 상기 정지 밸브의 하류를 향하는 상기 원통형 스트레이너의 상기 천공된 면은 상기 스트레이너 원주의 대략 300°에 걸쳐서 연장하는 증기 통로용 수단.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 정지 밸브의 상류를 향하는 상기 원통형 스트레이너의 상기 중실면은 상기 스트레이너의 원주의 대략 60°에 걸쳐서 연장하는 증기 통로용 수단.
4. 증기 흐름 도관 내에 배치되고 상류 개구와 하류 개구를 갖는 밸브 조립체로서,

   상기 상류 개구에 인접하게 배치된 버터플라이 밸브와 제 1 축에 대해 피봇회전가능하고 관형 도관과 직각으로 배치될 때에 상기 관형 도관의 내부 단면 직경을 횡단하기에 충분한 직경을 갖는 밸프 판을 구비하는 관형 도관과,

   상기 하류 개구에 인접하게 배치되고, 상기 제 1 축에 대해 실질적으로 수직한 종축과 정지 밸브의 내경보다 작은 외경을 갖는 원통형 스트레이너를 포함하는 정지 밸브로서, 상기 스트레이너는 상기 정지 밸브의 내부 단면 직경을 가로질러 연장하고, 상기 정지 밸브의 상류를 향하는 중실면과 일반적으로 상기 정지 밸브의 하류를 향하는 천공된 면을 갖는, 정지 밸브를 포함하는 밸브 조립체.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 정지 밸브의 상류를 향하는 상기 원통형 스트레이너의 상기 중실면은 상기 스트레이너의 원주의 대략 60°에 걸쳐서 연장하는 밸브 조립체.
6. 제 5 항에 있어서, 일반적으로 상기 정지 밸브의 하류를 향하는 상기 원통형 스트레이너의 상기 천공된 면은 상기 스트레이너 원주의 대략 300°에 걸쳐서 연장하는 밸브 조립체.