스팀터빈 - Gland Steam System

스팀 터빈의 고속 회전을 위해서는 Shaft와 Casing 사이에 약간의 간격이 있어야 합니다. 그러나 이러한 간격으로 인해 고압부에서는 스팀이 외부로 유출되고, 저압부에서는 공기가 터빈 내부로 유입되는 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 누설을 최소화하여 스팀 터빈의 효율성을 유지하기 위해 Gland Steam System이 사용됩니다. 이번 글에서는 스팀 터빈의 Gland Steam System에 대해 살펴보겠습니다.

Gland Steam System의 필요성

스팀 터빈의 로터는 고속으로 회전하며, 이 과정에서 샤프트와 케이싱 사이의 간격으로 인해 스팀 누설 및 공기 유입이 발생할 수 있습니다. 특히, 저압부에서 공기가 터빈 내부로 유입될 경우, 진공 손실과 함께 스팀 터빈의 효율이 저하됩니다. 이를 방지하기 위해 Gland Seal이 케이싱의 끝단에 위치하게 되며, Sealing 역할을 수행합니다.

Gland Seal의 원리와 역할

Gland Seal은 스팀 또는 공기의 흐름을 저항하는 래버린스 씰(Labyrinth Seal)이 주로 사용됩니다. 회전하는 샤프트에는 홈이 파여져 있고, 고정된 부분에는 매우 작은 스프링 압력에 의해 회전하는 샤프트를 누를 수 있는 금속 스트립(Metallic Strip)이 설치되어 있습니다. 이는 스팀의 누설을 방지하고, 공기의 유입을 막는 역할을 합니다.

 

1. 초기 기동 또는 저부하 운전 시

• 스팀 터빈 내부 압력이 대기압보다 낮을 경우, 외부로부터 저압의 스팀을 Turbine Inlet Side Gland Seal(고압부)과 Turbine Exhuast Side Gland Seal(저압부)의 챔버에 공급합니다.
• Labyrinth Seal을 거쳐 유입된  공기와 스팀 혼합물은 Gland Steam Condenser를 통해 배출됩니다.

 

2. 부하 증가 시

• 고압부 Gland Seal 부근의 압력이 대기압보다 높아지면 스팀이 누설됩니다.
• 이렇게 누설된 스팀은 저압부 Gland Seal로 공급되어 공기 유입을 방지합니다. 이때는 외부로부터 LP 스팀의 별도 공급이 필요 없습니다.

 

Gland Steam System의 구성 요소

1. Gland Steam Control Valve

• Gland Sealing Steam의 압력과 유량을 조절합니다. 이는 터빈 제조사가 요구하는 특정 온도와 압력을 항상 유지해야 합니다.

2. Leak Off Valve (Spill Over Valve)

• 시스템 내 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지하고, 안정적인 운전을 보장합니다.

3. Safety Valve

• 시스템의 안전을 보장하기 위해 압력이 비정상적으로 높아질 경우, 과압을 방출하여 시스템을 보호합니다.

4. Gland Steam Condenser

• Gland Seal을 통해서유입된 공기와 스팀 혼합물을 배출하고, 이를 냉각하여 응축수를 시스템으로 재 순환시키거나 배출시키는 역할을 합니다. 

5. Exhaust Fan

• Gland Steam Condenser에서 배출된 공기와 잔여 스팀을 외부로 배출하는 역할을 합니다. 시스템 내부의 압력과 온도를 조절하고, 안정적인 진공 상태를 유지하도록 도와줍니다. 

Gland Steam System의 운영

Gland Sealing Steam은 콘덴서 진공 형성 단계에서부터 항상 공급되어야 합니다. 이는 터빈 로터의 불균형적인 히팅을 방지하기 위해 Turning Gear 운전과 함께 진행됩니다. 또한, Gland Sealing Steam은 터빈 제조사가 요구하는 온도와 압력을 유지해야 하며, 이는 주로 Gland Steam Control Valve, Leak Off Valve 또는 Safety Valve를 통해 제어됩니다.

결론

스팀 터빈의 Gland Steam System은 터빈의 효율성과 안전성을 보장하는 필수 시스템입니다. Gland Seal을 통해 스팀 누설과 공기 유입을 방지하여 터빈의 성능을 최적화합니다. 또한, Gland Steam Control Valve, Leak Off Valve, Safety Valve 등의 구성 요소들이 유기적으로 작동하여 시스템의 안정성을 높입니다.