증기터빈의 구조와 종류

증기터빈의 형태

증기터빈은 일반적으로 사용되는 가장 오래되고 가장 다재다능한 원동기 기술 중 하나입니다. 그것은 수많은 기계를 운전하고 전 세계 많은 공장에서 전력을 생산합니다. 증기 터빈은 효율성이 높고 비용이 저렴하기 때문에 왕복 증기 엔진을 교체하면서 120년이상 사용되어 왔습니다. 증기터빈의 용량은 대형 드라이버의 경우 20킬로와트에서 수백 메가와트(MW)까지 다양합니다. 증기터빈은 소형 드라이버 배열의 최소 스팀량(일반적으로 직접 구동 구성)을 사용하여 최대 기계적 동력을 생산하는데 사용됩니다. 속도변화 또는 속도 조정 기능도 증기터빈에 중요합니다. 현재 증기터빈은 기계식 드라이브 및 발전장치를 위한 다양한 드라이버 응용 분야에서 널리 사용되고 있으며 전세계적으로 거의 1백만(MW)의 용량을 생산합니다. 증기터빈 로터는 휠과 블레이드가 부착된 회전부품입니다. 블레이드는 증기에서 에너지를 추출하는 구성 요소입니다. 증기 터빈 설계 및 유형: 두가지 기본유형의 증기터빈 설계를 사용할 수 있습니다. 하나는 블레이드에 가해지는 증기의 힘의 의해 로터가 회전하는 임펄스 설계입니다. 다른 하나는 반응 설계이며 회전자가 블레이드를 떠날 때 증기에서 회전력을 유도한다는 원리로 작동합니다. 증기는 보통 한쪽 끝에서 들어오고 한방향으로 섹션의 다른쪽 끝으로 이동하고 케이스를 빠져 나와 재가열되거나 다음 섹션으로 전달됩니다. 그러나 이중 유량 증기터빈은 증기가 중간으로 유입되어 단면끝을 향해 양방향으로 흐릅니다. 이중 흐름배열은 수년 전에 인기가 있었지만 특수한 상황을 제외하고는 최신 응용 프로그램에는 권장되지 않습니다. 응축: 증기터빈의 주요 유형은 응축 증기 터빈으로, 특정 전력 정격한계(예:매우 대략적인 표시로 8MW이상)를 초과하는 대형 드라이브에 사용되었습니다. 이러한 증기터빈은 증기터빈의 배출시 진공상태를 유지하는 하나이상의 응축기로 직접 배출됩니다. 냉각수가 있는 튜브 배열은 응축기에서 증기를 물(액체)로 응축합니다. 응축기 진공은 주변에 가까운 냉각수가 응축기에서 증기(터빈 배기)를 응축할때 발생합니다. 공기압력이 낮을때 소량의 공기가 시스템으로 누출되는 것으로 알려져 있기 때문에 상대적으로 작은 압축기가 일반적으로 응축기에서 비응축성 가스를 제거하는데 사용됩니다. 비응축성 가스에는 공기, 물-철 반응으로 인한 소량의 부식 부산물 및 수소가 포함될 수 있습니다. 응축 증기터빈의 공정은 증기공급으로부터 최대의 기계적 동력과 효율성을 산출합니다. 그러나 응축 증기터빈의 출력은 주변 온도에 민감합니다. 응축 증기터빈은 비싸고 크고 복잡하며 기계식 구동 용도에 적합하지 않습니다. 특히 소형 또는 중형기계의 경우 증기터빈은 블레이드 열주변에서 증기를 누출하고 엔드씰이 빠져 나갑니다. 응축 증기 터빈의 경우와 같이 끝이 저압이면 공기가 시스템으로 누출 될 수 있습니다. 누출로 인해 예상보다 적은 전력이 생산됩니다. 배압: 또 다른 증기터빈 유형은 배압 증기터빈으로, 압축기 또는 펌프의 드라이버와 같은 기계식 구동 응용 분야에 가장 적합한 장비입니다. 배압이라는 용어는 대기압 이상에서 증기를 배출하는 증기터빈을 의미합니다. 배출압력은 일반적으로 플랜트에서 증기의 특정하게 적용함으로써 설정됩니다. 낮은 압력은 난방 시스템과 같은 크고 작은 저압 (LP) 응용 분야에서 자주 사용되며, 산업 공정에 증기를 공급할때는 높은 압력이 자주 사용됩니다. 산업 공정에는 종종 장기간 지속적으로 작동하는 회전장비(예:윤활유 펌프)를 구동하기 위해 소형 증기터빈을 사용하는 다른 소형 기계 드라이브에 대한 추가 확장이 포함됩니다. 응축기에서 증기가 진공 상태로 확장되지 않고 상당한 압력으로 사용되면 상당한 기계적 발전 능력이 저하됩니다. 10bar 게이지(barg)에서 증기 분배 시스템으로 증기를 배출하면 흡입구 증기조건이 중소형 증기터빈의 전형적인 약 50barg 및 420°C일때 생성될수있는 전력의 약 절반이 소비될수 있습니다. 추출: 추출 터빈은 일부 중간압력에서 증기의 일부를 추출하기 위해 케이싱에 하나 이상의 개구부를 가지고 있습니다. 추출된 증기는 공정 목적으로 사용될수 있습니다. 증기 추출 압력은 증기터빈 설계에 따라 자동으로 조절되거나 조절되지 않을 수 있습니다. 조절된 추출은 증기 터빈을 통한 증기 흐름 조정을 개선하여 작동 시나리오에 따라 추가 기계적 동력을 생성할 수 있습니다. 일부 특수 증기터빈에는 여러 추출 지점이 포함될수 있으며, 각각은 발전소에 난방 서비스(또는 기타 서비스)가 필요한 다른 온도에 해당하는 다른 압력으로 포함될 수 있습니다. 시간경과에 따른 증기 및 전력에 대한 설비의 특정요구가 증기추출의 범위를 결정합니다. 크고 복잡한 플랜트에서는 추가 증기가 증기터빈으로 유입될수 있습니다.종종 이것은 플랜트의 복잡성과 최대한의 열효율 때문에 여러 보일러와 증기발생 시스템이 서로 다른압력에서 사용될 때 발생합니다(여러번의 개조 및 확장을 거친 복잡한 플랜트에서). 제조업체는 규격에 맞게 단계별 유량 영역과 단계 간 유량 경로에서 증기를 추출(또는 제거)하는 범위를 변경하여 고객의 설계 요청을 맞춤화습니다. 증기추출 및 유입위치에서 증기흐름 제어 밸브는 일반적으로 증기 및 제어 시스템 비용을 증가시킵니다. 대형 증기터빈에서와 같이 증기가 고압비율로 팽창될때 증기의 온도가 해당 압력에서 포화 온도 이하로 떨어지면 증기가 터빈에서 응축되기 시작할수 있습니다. 증기터빈에 물방울이 형성되면 물방울이 블레이드에 충돌할때 블레이드 침식이 발생합니다. 팽창된 시점에서 증기는 보일러로 되돌아와 고온으로 재가열된 후 증기터빈으로 되돌아와 한층 더(안전하고 확실한) 팽창이 이루어질수 있습니다. 몇몇 대형 초고압 증기터빈 시스템에는 이중 재가열 시스템도 설치할수 있습니다. 추출 및 입구가 있는 증기터빈은 특수기계이며, 작동 및 전체 시스템의 제어가 복잡하고 때로는 작동문제가 발생할 수 있기 때문에 실제로 필요한 용도에만 사용해야합니다. 추출 및 유입을 사용하는 증기 터빈은 다른 장치 및 시스템 요구 사항에 따라 서로 다른 증기 흐름 제어를 사용하여 증기 터빈 (종종 가변 부하)을 동시에 관리해야하는 복잡한 제어 및 작동을 가진 복잡한 터보 기계입니다. 다른 단순한 증기 터빈이 전력, 열효율 또는 기타 고려사항과 관련하여 상업적으로 경쟁할수없는 특수하고 대규모 시설에서만 사용해야합니다. 추출과 입구가 있는 복잡한 증기터빈을 사용하는 것은 메가와트급의 전력과 가변부하, 가변 속도 증기터빈 작동의 복잡한 패턴을 가진 서비스에 적합하지 않습니다.