발전소 터빈의 밀봉장치

밀봉 장치

1. 설치 목적 및 위치
가. 목적
터빈 축이 케이싱을 관통하는 부분과 터빈 내부의 각 단(Stage) 사이의 압력 차이에 의하여 증기가 누설되거나 공기가 누입 되는 것을 방지하기 위하여 밀봉 장치를 설치한다.
터빈 내부 압력이 대기압보다 높을 때는 증기가 외부(대기 중)로 누설하지만, 이와 반대로 대기압보다 낮을 때는 대기 중의 공기가 누입 되어 복수기 진공도를 저하한다.
나. 설치 위치
* 축이 케이싱을 관통하는 부위(축의 양 끝 부위, Gland) 
* 회전날개 끝 부위 
* 다이어프램의 축 관통부 

2. 패킹(Packing) 종류
밀봉 장치에 사용되는 패킹 종류는 다음과 같다.
* 래비린스 패킹(Labyrinth Packing)
* 탄소 패킹(Carbon Packing)
위의 패킹만으로는 축의 전체 길이가 길어지고, 밀봉이 불충분하므로 축 밀봉 증기(Gland Seal Steam) 계통을 병행하여 사용한다.

3. 래비린스 패킹
가. 원리
래비린스 패킹은 증기의 교축작용(Throtling Process)을 이용하여 기체의 누설을 방지한다. 날카로운 스트립(Strip)을 회전부와 고정부에 차례로 배열하여 증기 누설 통로에 확대 부와 협소 부를 만든다.
증기는 협소 부를 통과할 때 교축(Throttle)되고 확대부에서 압력이 감소하는 것이 반복되는데 이러한 작용이 계속되면서 누설 증기의 압력이 대기압과 같아지므로 누설은 방치된다.
나. 구조
스트립(Strip) 형태는 여러 종류가 있으며, 패킹 뒷면에 코일 스프링(Coil Spring)으로 지지하여 스트립과 축 사이에 최소 간격이 유지되도록 한다.
스트립 재질은 축 재질보다 마모가 쉽게 되어야 하며, 어떤 이유로 끝이 회전부에 닿으면 곧 마모되어 측의 손상을방지하기 위하여 구리(Cu)합금 또는 연강으로 제작하나, 고온고압 부분에는 스테인리스 강이나 내열강으로 제작한다.
패킹 설치는 일반적으로 축 방향으로 나란히 설치하며, 고압부로서 축의 길이가 길어질 경우는 직각 방향으로 설치하는 경우도 있다.
스트립이 많아지면 누설은 충분히 방지할 수 있으나, 너무 많게 되면 축과 케이싱의 길이가 길어지므로 축 밀봉 증기 계통(Gland Seal Steam System)을 병행 설치하여 축의 길이를 짧게 한다.

4. 탄소 패킹(Carbon Packing)
가. 원리
탄소가 축과 접촉하여도 마찰이 적고, 열의 발생도 적으며 고열에 견디는 성질을 이용한 것이다.
나. 구조
탄소를 압축 성형한 탄소환을 원주상으로 등분하여 축의 둘레에 감아 용수철로 가볍게 접속해 누설을 방지하며, 현재 대용량 터빈에는 사용하지 않는다.

5. 축 밀봉 증기 장치(Gland Seal Steam System)
가. 설치 목적
축이 케이싱을 관통하는 부위는 증기 누설과 공기 누입이 발생하며, 이 부위를 터빈 그랜드(Gland)라 한다. 그랜드 부위에 설치된 래비린스 패킹은 증기의 누설과 공기의 누입을 완전히 차단하지 못하므로 축 밀봉 증기 장치에서 공급되는 밀봉 증기가 그랜드를 완전히 밀봉한다.
나. 밀봉 증기
(1) 기동 및 저부하시
밀봉 증기는 보조증기(Aux. Steam) 또는 주증기계통(Main Steam System)에서 고압, 중압 및 저압 터빈 그랜드로 공급하여 외부의 공기가 터빈 내부로 누입되는 것을 차단한다.
(2) 정상 운전할 때
부하가 증가하여 고압 및 중압 터빈 측 그랜드로부터 나오는 누실 증기 및 각종 터빈 고압 밸브 누설 증기(leak Off Steam)가 대기로 누설되는 것을 방지한다. 고압 터빈 측에서 누설된 증기를 저압 터빈 그랜드에 공급하여 공기 누입을 방지한다.
다. 밀봉 증기 계통
증기는 밀봉 증기 헤더(Gland Seal Steam Header, SSH)에서 축의 그랜드에 공급되며, 밀봉 증기 압력은 실측치를 제어 요구치와 비교하여 입구 밸브(Steam Seal Feed Valve, SSFV)와 출구 밸브(Steam Packing Unloading Valve, SPUV)를 조절하여 일정하게 유지하며, 밀봉증기 공급량이 과다하면 출구 밸브를 통하여 부하 상태에 따라 급수가열기 또는 복수기로 배출한다.
그랜드에 증기가 정체하면 수분으로 바뀌어 기밀작용을 못하므로 각 패킹을 통과한 밀봉증기의 드레인을 계속 추출하기 위하여 밀봉증기용 응축기(Gland Steam Condenser, GSC)를 복수계통에 설치한다.
복수가 밀봉증기용 응축기를 통과하므로 밀봉 증기는 응축되고 복수는 가열된다. 불응축성 가스는 배기 팬(Exhaust Fan)에 의하여 대기로 배출되므로 응축기 내부와 배기관(GSE)에는 약간의 진공(-)이 걸려 그랜드에서 밀봉 증기 누설을 방지하며 드레인(Drain)이 쉽게 한다.
라. 밀봉 증기 압력 및 온도
증기압력은 발전소마다 다소 차이는 있으나 약간의 정압(+)을 유지하고, 온도는 고압부에서 금속 온도보다 약 50℃ 높게, 저압부에는 150~230℃ 정도가 적정치이다.
정상운전 중 축 밀봉 증기 장치의 고장은 복수기 진공을 파괴하여, 터빈 고장 정지를 유발하므로 운전 및 유지 정비에 세심한 주의가 필요하다.