증기 터빈 보호 장치의 이해

 터빈 운전 중 어떤 이상이 발생 시 터빈이 파손되지 않도록 조속한 조치가 필요하다. 그 방법으로 터빈에 공급하는 증기를 순간적으로 차단하여야 한다. 이 때에는 비상정지밸브 뿐만 아니라 제어밸브가 동시에 닫혀 증기가 터빈으로 유입되지 못하게 하며 유출밸브도 닫아 증기가 역류하여 터빈으로 다시 들어가는 것을 막아야 한다. 이러한 일련의 동작을 터빈 트립(Trip)이라 하며 자동 또는 수동으로 조작한다. 증기의 유입을 막는 보호 장치에는 어떤 것들이 있는지 자세히 알아보도록 한다.

1. 운전 중 대표적인 이상 발생 유형

- 터빈의 과속

- 추력축수(Thrust bearing) 파손

- 윤활유 유압 저하

- 발전기 이상

- 복수기 진공도 저하

2. 과속도 조속기(Over Speed Governor)

발전기가 계통에 들어간 이상 터빈은 다른 터빈보다 빨리 회전할 수는 없다. 그러나 계통에서 분리되면 자체 조속기에 의해서만 회전속도가 조정된다. 모든 것이 이상 없이 작동하면 제어밸브는 거의 닫혀 소내동력에 필요한 만큼의 증기를 보내어 터빈은 정격에 가까운 회전속도를 유지한다.

그러나 안전을 위하여 모든 터빈에 과속도 조속기(또는 비상 조속기)를 설치하고 있다. 과속도 조속기는 정격속도의 10%를 넘으면 제어용 압유계통의 유압을 저하시켜 터빈을 트립시킨다.

과속도 조속기는 편심링이나 편심핀을 이용한 것으로 터빈속도가 증가하면 편심 핀의 원심력은 제곱으로 증가한다. 이 때 속도가 110%로 상승하면 원심력이 스프링 압력보다 커져 핀은 튀어나와 오일 계전기를 동작시킨다.

따라서 제어용 압유의 압력이 저하되고 터빈은 트립된다.

3. 추력축수 파손

추력축수(Thrust bearing)는 터빈 회전축의 위치를 잡아주는 역할도 하고 있는데 만약 이 베어링이 파손되면 터빈 회전날개와 고정날개 사이의 간격이 좁아지며 심하면 날개가 전부 파손될 위험도 있다. 따라서 트러스트 베어링이 어느 정도 파손(0.7mm)되면 터빈을 트립시킨다.

4. 배기 판(Rupture Disc)

저진공 트립이 되지 않을 경우를 대비하여 저압 케이싱 위에 배기 판을 대개 두 개씩 설치하고 있다. 이것은 얇은 스테인레스강판으로 되어 있으며 0.6(at)에서 터져 증기를 대기로 내보내게 되어 있다.

5. 비상용 오일 펌프

주 오일펌프나 보조 오일펌프를 돌려 터빈에 윤활유를 공급하고 있으나 터빈도 트립되고 소내 상용전원도 정정되었을 때 직류전원으로 펌프를 돌려 계속 윤활유를 공급하여야 한다.

터빈은 트립되어도 상당한 시간을 계속 회전하고 있으므로 계속적인 윤활유 공급은 절대로 필요하다. 만약 윤활유 공급이 중단되면 베어링에 유막이 없어져 마찰열에 의해 베빗(Babbit)이 용해하여 회전축은 내려앉고 라비린스 패킹과 날개를 파손시킬 위험이 있다. 또한 불균일한 냉각으로 회전축이 휠씬 위험할 수도 있다.

6. 터빈 기어(Turbine Gear)

터빈의 기동 또는 정지 시 터빈 회전축에 불균일한 가열 혹은 냉각으로 왜형이 발생하지 않도록 서서히 회전시키며 가열 또는 냉각시켜야 한다. 이 때 회전축을 회전시키는 장치를 터빈 기어라 한다.

터빈을 정지시킬 때에는 일단 회전축이 완전히 정지한 다음 기어를 물리고 다시 회전시켜 터빈 내부 온도가 약 100℃로 내려갈 때까지 냉각을 시킨다.

터빈 기어 운전 중 중량이 무거운 저압 회전축 또는 발전기 회전자는 재킹펌프(Jacking pump)로 회전자를 들어준다.