원자력 발전소와 화력 발전소에서는 양질의 전기를 생산하기 위해서는 발전기에 연결된 고압 및 저압 증기터빈에 최적량의 증기를 공급하여야 한다. 터빈에 증기를 공급하거나 차단하는 특수한 밸브인 터빈출력제어장치를 사용하고 있으며, 이 터빈출력제어장치는 유압서보 액추에이터로 구동 된다. 발전소에서는 유압시스템에서 생성되는 기체로 인하여 유압서보 액추에이터의 성능이 저하되거나, 생성된 기체가 압축되면서 발생하는 열로서 씰을 태우고 마모를 증가시켜서 빈번한 고장이 유발된다. 일부 발전소에서는 고정형 오리피스를 사용하여 공기를 배출하고 있지만 많은 유량배출에 따른 동력 손실과 빈번하게 작동되는 펌프, 전기모터 및 밸브 등의 고장을 발생시킨다. 본 연구에서는 기존의 고정형 오리피스와 같이 초기에 많은 량의 공기를 배출하고 정상운전에서는 매우 미세한 유량만 통과 시킬 수 있는 부하 감응형 공기 배출밸브를 모델링하고 해석하여 장착함으로서 유압서보 액추에이터의 제어 정밀성 확보와 기체 압축으로 인한 고장을 방지할 수 있게 하였다.
원자력 발전소와 화력 발전소에서는 양질의 전기를 생산하기 위해서는 발전기에 연결된 고압 및 저압 증기터빈에 최적량의 증기를 공급하여야 한다. 터빈에 증기를 공급하거나 차단하는 특수한 밸브인 터빈출력제어장치를 사용하고 있으며, 이 터빈출력제어장치는 유압서보 액추에이터로 구동 된다. 발전소에서는 유압시스템에서 생성되는 기체로 인하여 유압서보 액추에이터의 성능이 저하되거나, 생성된 기체가 압축되면서 발생하는 열로서 씰을 태우고 마모를 증가시켜서 빈번한 고장이 유발된다. 일부 발전소에서는 고정형 오리피스를 사용하여 공기를 배출하고 있지만 많은 유량배출에 따른 동력 손실과 빈번하게 작동되는 펌프, 전기모터 및 밸브 등의 고장을 발생시킨다. 본 연구에서는 기존의 고정형 오리피스와 같이 초기에 많은 량의 공기를 배출하고 정상운전에서는 매우 미세한 유량만 통과 시킬 수 있는 부하 감응형 공기 배출밸브를 모델링하고 해석하여 장착함으로서 유압서보 액추에이터의 제어 정밀성 확보와 기체 압축으로 인한 고장을 방지할 수 있게 하였다.
To produce adequate electricity in nuclear and thermal power plants, an optimal amount of steam should be supplied to a generator connected to high- and low-pressure steam turbines. A turbine output control device, which is a special steam valve employed to supply or interrupt the steam to the turbi...
To produce adequate electricity in nuclear and thermal power plants, an optimal amount of steam should be supplied to a generator connected to high- and low-pressure steam turbines. A turbine output control device, which is a special steam valve employed to supply or interrupt the steam to the turbine, is operated using a hydraulic servo actuator. In power plants, the performance of servo actuators is degraded by the air generated from the hydraulic system, or causes frequent failures owing to an increase in the wear of the seal. This is due to the seal being burnt as generated heat using the produced compressed air. Some power plants have exhausted air using a fixed orifice, and thus they encounter power loss due to mass flow exhaust. Failures are generated in hydraulic pumps, electric motors, and valves, which are frequently operated. In this study, we perform modeling and analysis of the load-sensing air-exhaust valves, which can be passed through very fine flow under normal use conditions, and exhaust mass flow air at the beginning stage as with existing fixed orifices. Then, we propose a method to prevent failures due to the compressed air, and to ensure the control accuracy of hydraulic servo actuators.
To produce adequate electricity in nuclear and thermal power plants, an optimal amount of steam should be supplied to a generator connected to high- and low-pressure steam turbines. A turbine output control device, which is a special steam valve employed to supply or interrupt the steam to the turbine, is operated using a hydraulic servo actuator. In power plants, the performance of servo actuators is degraded by the air generated from the hydraulic system, or causes frequent failures owing to an increase in the wear of the seal. This is due to the seal being burnt as generated heat using the produced compressed air. Some power plants have exhausted air using a fixed orifice, and thus they encounter power loss due to mass flow exhaust. Failures are generated in hydraulic pumps, electric motors, and valves, which are frequently operated. In this study, we perform modeling and analysis of the load-sensing air-exhaust valves, which can be passed through very fine flow under normal use conditions, and exhaust mass flow air at the beginning stage as with existing fixed orifices. Then, we propose a method to prevent failures due to the compressed air, and to ensure the control accuracy of hydraulic servo actuators.
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문제 정의
본 연구에서는 발전소의 유압시스템에서 생성되는 기체(air & gas)로 인하여 유압액추에이터의 성능을 저하시키고 고장을 유발하여 발전이 정지되는 문제를 보완하기 위한 것으로서, 기존 고정형 오리피스의 문제점 분석과 부하 감응형 공기배출 밸브(air vent valve)를 설계하여 해석하였다.
본 연구에서는 발전소의 유압시스템에서 생성되는 기체로 인하여 유압서보 액추에이터의 성능을 저하시키고 고장을 유발하여 발전이 정지되는 문제를 보완하여 공기배출 성능은 향상하고 손실 유량은 줄이는 부하 감응형 공기배출 밸브를 제안하고 해석 및 시험을 통해 성능을 확인하였다.
제안 방법
해석 모델은 Fig. 8에서 제안한 설계와 같이 압력을 받는 3개의 단면과 스풀의 질량, 밸브의 압력설정 값을 결정하는 스프링 특성과 댐핑 기능 및 밸브의 유량 특성을 결정하는 스풀과 하우징 사이의 틈새와 오리피스의 직경 및 노치 등의 파라미터를 변화가 가능하도록 모델화하고 시뮬레이션을 통해서 각각의 설계 변수에 대한 검토를 통해서 최적화 하였다.
모델의 최적화는 오리피스 수량을 1개로 했을 때와 4개로 했을 때의 유량특성을 분석하였으며, 스풀과 하우징 사이의 틈새(ring gap)에서 편심에 따른 유량 특성과 댐핑기능 및 스프링 강성 변화에 의한 응답성분석 등으로 밸브설계의 최적화를 하였다.
성능/효과
(2) 밸브의 주요 인자를 변화 하면서 해석이 가능한 모델을 개발하여 공기배출 밸브의 성능을 예측함으로써 최적밸브를 설계할 수 있고, 실제 시스템에서의 시행착오에 의한 시간과 비용을 크게 절감할 수 있었다.
35 L/min의 메인 유량이 흐르는 것을 알 수 있다. 따라서 해석 모델을 이용하여 공기배출 밸브가 닫히는 압력 조건 및 노치 설계에 활용 가능한 것을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
터빈출력제어장치는 무엇으로 구동되는가?
원자력발전소와 화력발전소에서는 터빈에 스팀을 공급하거나 차단하는 터빈출력제어장치(turbine power control device)를 사용하고 있으며, 이는 유압서보액추에이터(hydraulic servo actuator)로 구동 된다. 따라서 터빈출력제어장치의 유압서보 액추에이터는 발전소의 핵심기기로서 성능 확보와 장시간 고장이 없어야 한다.
유압서보 액추에이터에는 어떤 부품들이 설치되어 있는가?
유압서보 액추에이터는 Fig. 3과 같이 변위 제어를 하는 서보밸브와 터빈속도에 따른 압력신호와 전기신호에 따른 급속 차단밸브인 기계식 차단 밸브(mechanical trip valve), 전기식 차단 밸브 (electrical trip valve)가 부착되었으며, 비상시 액추에이터 내부에 존재하는 유압 작동유를 긴급하게 배출하는 디스크 덤프 밸브(disk dump valve) 등이 설치되어 있다. (3) 유압서보 액추에이터는 전기를 생산하기 위한 고압 및 저압 터빈에 최적량의 스팀을 공급하고, 고속(화력발전소 3600 r/min, 원자력발전소 1800 r/min)으로 회전하는 스팀 터빈이나 계통에 이상이 발생할 경우 터빈의 과속 방지를 위하여 스팀을 차단한다.
제안된 공기배출 성능은 향상하고 손실 유량은 줄이는 부하 감응형 공기배출 밸브에 대해 해석 및 시험을 통해 확인한 성능결과는 어떠한가?
본 연구에서는 발전소의 유압시스템에서 생성 되는 기체로 인하여 유압서보 액추에이터의 성능을 저하시키고 고장을 유발하여 발전이 정지되는 문제를 보완하여 공기배출 성능은 향상하고 손실 유량은 줄이는 부하 감응형 공기배출 밸브를 제안하고 해석 및 시험을 통해 성능을 확인하였다. (1) 발전소 유압시스템의 정비로 유입되는 많은 양의 공기를 운전 초기에 오리피스로 많은 양의 유량을 배출(140 mL/min)하고, 운전중 소량으로 유입되는 기체는 노치를 이용하여 미세 유량(0.08 mL/min)을 보낼 수 있도록 하였다.
(2) 밸브의 주요 인자를 변화 하면서 해석이 가능한 모델을 개발하여 공기배출 밸브의 성능을 예측함으로써 최적밸브를 설계할 수 있고, 실제 시스템에서의 시행착오에 의한 시간과 비용을 크게 절감할 수 있었다.
참고문헌 (7)
Lee, Y. B. and Jung, D. S., 2010, "Secure Reliability of Turbine Power Control Actuator for Power Plants," Journal of Drive and Control, Vol. 7, No. 1, pp. 22-26.
Kim, H. J. and Kang, Y. H., 2002, "Service Life Analysis of Control Valve for Automatic Turbine Srartup of Thermal Power Plant," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 26, No. 1, pp. 1-6.
Roh, J. H., Kim, S. H., Lee, D. I., Yang, C. K., Shin, Y. Y. and Jung, J. W., 2002, "The Development of Turbine Valve Actuator Efficiency Analysis System for the Standard Power Plants," Trans. of the KIEE, Vol. 25, No. 2, pp. 537-541.
Lee, Y. B. and Yoon, Y. H., 2013, "Modeling & Simulation of a Hydraulic Servo Actuator Cushion for Power Plants," J. Korean Soc. TriboL Lubr. Eng., Vol. 29, No. 1, pp. 7-12.
Lee, Y. B., 2013, "Performance Characteristics Analysis of the Hydraulic System when Hydraulic Fluid Contains a Gas," Proceedings of the KSME Annual Meeting (fall), pp. 770-772.
Jang, J. and Yoon, Y., 2007, "Analysis Model Developments of Hydraulic Power Steering System," The Korean Society of Automotive Engineers, Spring Conference Proceedings, Vol. 2, pp. 674-680.
SimulationX 3.6 User Manual and Library Manual, ITI GmbH, 2014.
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