증기 터빈
증기 터빈은 증기 발전소에서 가장 선호되는 주요 구동 장치입니다. 증기 터빈의 용량은 5 메가와트에서 2000 메가와트까지 다양합니다.
증기 터빈이 디젤 엔진보다 갖는 장점은 다음과 같습니다.
증기 터빈의 크기는 동등한 디젤 엔진보다 훨씬 작습니다. 30 메가와트의 증기 터빈의 크기는 5 메가와트의 디젤 엔진과 같습니다.
구조적으로 증기 터빈은 디젤 엔진보다 훨씬 간단합니다. 로터 축, 날개, 증기 제어 밸브가 증기 터빈의 세 가지 필수 구성 요소입니다.
시스템의 회전 부품이 올바르게 설치되고 정렬되어 있다면, 증기 터빈은 디젤 엔진보다 진동이 적습니다.
증기 터빈의 속도는 디젤 엔진보다 훨씬 높을 수 있습니다. 미국에서는 전기 발전소용 증기 터빈의 표준 속도가 3600 RPM이고, 영국에서는 3000 RPM인 반면, 같은 목적을 위한 디젤 엔진의 최고 표준 속도는 200 RPM입니다.
증기 터빈의 제어는 디젤 엔진보다 훨씬 간단합니다. 이를 위해 제어 밸브를 사용합니다. 이 밸브는 증기의 입구 라인에 장착되며, 증기 터빈으로의 증기 유량을 제어합니다. 제어 밸브 앞에는 중지 밸브가 하나 설치되어 있습니다. 중지 밸브의 기능은 이상 상황 발생 시 터빈으로의 전체 증기 유량을 차단하는 것입니다. 중지 밸브는 비상 밸브입니다.
증기는 고압과 고온으로 터빈에 들어갑니다. 로터를 회전시키는 데 필요한 작업을 수행한 후, 증기는 훨씬 낮은 압력과 온도로 배출됩니다. 증기는 1800 Pa와 1000°F의 압력과 온도로 터빈에 들어갈 수 있으며, 배출 증기의 압력과 온도는 각각 1 Pa와 100°F일 수 있습니다.
증기 터빈의 작동 원리
왕복식 증기 엔진에서는 가압된 증기가 피스톤에 작용하여 피스톤의 기계적 움직임을 일으킵니다. 이론적으로 왕복식 시스템에서는 증기의 동적 작용이 거의 활용되지 않습니다. 그러나 증기 터빈의 경우, 갑자기 팽창한 증기의 동적 작용이 주로 기계적 작업을 수행하는 데 활용됩니다.
증기 터빈에서 증기는 노즐에서 팽창하며, 따라서 운동 에너지를 얻고 압력을 잃습니다. 증기는 내부 엔탈피에서 팽창하면서 운동 에너지를 얻습니다. 터빈의 날개는 증기의 운동량을 방해하여 증기의 흐름 방향을 변경하도록 강제합니다. 즉, 증기의 운동량은 터빈 날개에 힘을 가합니다. 우리는 증기의 팽창 운동량이 증기 터빈의 구동력이라고 말할 수 있습니다.
증기의 팽창과 운동량의 방향 변화는 단일 단계에서 한 번 또는 다양한 단계에서 여러 번 발생할 수 있습니다. 이는 터빈의 종류에 따라 달라집니다.
터빈에서 증기의 팽창이 한 번만 이루어지고, 노즐을 통해 팽창한 후 과정 전체에서 증기의 압력이 일정하게 유지되는 경우, 이를 단일 단계 충격 터빈이라고 합니다. 충격 터빈에서는 고압, 고온의 증기가 노즐 머리에서 나오면서 팽창하여 증기 제트를 형성하고, 이는 직접 이동하는 날개에 충돌하여 터빈 로터를 회전시킵니다.
또 다른 종류의 터빈에서는 증기가 전체 과정 동안 팽창합니다. 여기서 증기는 터빈 날개를 통과하면서 팽창합니다. 팽창하는 동안 증기의 엔탈피가 운동 에너지로 변환되며, 따라서 터빈 로터는 프로펠러 작용으로 회전합니다.
이 종류의 터빈은 반응 터빈이라고 불립니다. 이러한 터빈에서는 두 개의 날개 세트가 있습니다. 하나는 고정된 날개로 터빈의 고정 부분에 연결되고, 다른 하나는 이동하는 날개로 터빈의 로터에 연결됩니다. 증기의 팽창은 고정 날개와 이동 날개 사이의 공간에서 발생합니다.
실제 터빈은 일반적으로 두 가지 중요한 구성 요소인 노즐과 날개를 가지고 있습니다. 노즐은 터빈의 증기 입구에 장착된 장치입니다. 고온, 고압의 증기는 거의 무시할 만한 운동 에너지로 시작하여, 노즐을 통해 팽창하면서 압력을 잃고, 충분한 운동 에너지를 얻어 기계적 작업을 수행할 수 있게 됩니다.
터빈의 날개는 또한 디플렉터라고도 불립니다. 이는 역동적인 증기가 날개에 충돌할 때 방향이 바뀌기 때문입니다. 팽창하는 증기의 기계적 에너지는 터빈 날개에서 추출됩니다.
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