스팀터빈 래버린스 씰 변형에 따른 터빈효율 변화 측정 및 해석

Abstract

과거 석탄화력과 원자력 중심의 전력생산에서 환경급전과 안전급전 개념이 도입되면서 복합화력의 가동 순위를 결정하는 발전소 효율관리가 상당히 중요한 이슈로 대두되고 있다. 발전회사는 높은 급전 순위 유지를 위해서 주기기의 최적 운전 방법 및 정비 주기 선정에 노력하고 있다. 터빈 내 효율을 저하시키는 요인은 다양하지만, 터빈 열효율 감소에 상당한 영향을 미치는 래버린스 씰 간극에 대한 연구 사례는 미미한 실정이다. 본 연구에서는 스팀터빈 효율 상승을 위해 래버린스 씰 간극 증가에 따른 터빈 내 주요 요소들의 변화를 확인하였다. 스팀터빈 효율 및 출력 저하원인과 래버린스 씰에 대해서 설명하였고, 기존에 연구된 누설량 계산을 기반으로 실제 터빈 운전데이터와 경향을 비교하였다. 그 결과 래버린스 씰 간극이 증가될수록 터빈 내 각종 주요 인자들이 변화되는 것을 확인하게 되었다. 터빈 내 간극은 매년 일정한 변형량으로 증가하여 향후 스팀터빈 분해 전 간극 예측이 가능하다는 것을 확인하였다. 시간이 지날수록 증가하는 씰 간극을 최소화하기 위해 현재 국내에서 시행되고 있는 스팀터빈 래버린스 씰 측정 및 정비 방법 및 향후 최신기술을 접목한 정비 방법을 제시하고, 경제성을 고려한 최적의 고압터빈 내 래버린스 씰 교체 주기도 제시한다.

Coal-fired power and nuclear power plants have been operated priorly due to peak loads. However, the introduction of environmental and safety dispatching concepts made a difference in electricity markets. One of the changes is that plant efficiency management, determining the operation order of combined cycle power plants, has emerged as an essential issue. Major power producers strive to select optimal operation methods and overhaul cycles to maintain the high dispatch ranking. Although various factors can degrade the efficiency in turbines, only a little research has discussed on the labyrinth seal clearance significantly affects turbine thermal efficiency reduction. This study found that labyrinth seal clearance in a steam turbine made changes to a correlation of the major operating elements about a power plant, to increase a steam turbines efficiency. It first demonstrated the cause of turbine degradation and labyrinth seal with a detailed literature review. The actual turbine operation data and trend data were compared, based on previously studied seal leakage quantity calculation methods. As a result, it was found that the more labyrinth seal clearance increases, the more the various operation factors in the turbine change. It was confirmed that the clearance in a turbine increases by a constant strain every year, which enables the prediction of future clearance before the disassembly of the steam turbine. It also presents current methods of maintaining a steam turbine used in Korea and the latest technology about measuring seal clearance. This research suggests the overhaul cycle, considering an economic cost of replacing the labyrinth seal in a steam turbine.