DE60314339T2

DE60314339T2 - Vorrichtung zur Steuerung eines Durchflusses

Info

Publication number: DE60314339T2
Application number: DE2003614339
Authority: DE
Inventors: Satoshi Shinhama 2-chome Takasago Tanaka; Hideaki Shinhama 2-chome Takasago Emoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: US20040020532A1; US6810906B2; CA2427062C; EP1387233B1; EP1387233A3; JP2004062558A; CN1224869C; EP1387233A2; DE60314339D1; JP3706601B2; CN1472612A; CA2427062A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strömungssteuervorrichtung, die ein Strömungssteuerventil aufweist, um die Strömung eines Fluids zu regeln. Diese vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Strömungssteuervorrichtung, die einen linearen variablen Differentialtransformator zum Erfassen des Anhebens des Strömungssteuerventils aufweist.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Ein Strömungssteuerventil ist zur Steuerung der Strömung einer Flüssigkeit installiert. Um das Anheben des Strömungssteuerventils zu erfassen, wird herkömmlicherweise ein Positions-Transmitter oder dgl. verwendet. Ein Positions-Transmitter, der zum Erfassen des Ventilhubs verwendet wird, wandelt eine Vertikalbewegung eines Ventilzylinders, der das Strömungssteuerventil öffnet und schließt, in eine Drehbewegung um, und diese Drehbewegung lässt den Wert des durch eine Magnetspule fließenden Stroms fluktuieren. Durch Messen des fluktuierenden Stromwerts wird die Position des Ventilzylinders erfasst.
Da aber im Fall der Verwendung des Positionstransmitters die Position der Umwandlung der Vertikalbewegung des Ventilzylinders in die Drehbewegung gemessen wird, ist der so gemessene Wert kein linearer in bezug auf die Position des Ventilzylinders. Daher ist die Präzision beim Erfassen des Ventilhubs gering. Außerdem verschleißt diese Drehbewegung Gleitabschnitte wie z.B. die Drehwelle, Lager oder dgl., bringt Probleme einer Änderung des anfänglich bei der Installation eingestellten Drehwinkels mit sich sowie eine Verschlechterung der Präzision bei der Erfassung.
Um diese Probleme zu lösen, wird ein linearer variabler "Differentialtransformator" (LVDT = "Linear Variable Differential Transformer") verwendet, um die Position des Ventilzylinders durch direktes Messen der Vertikalbewegung des Ventilzylinders zu erfassen. Die interne Konfiguration einer mit diesem LVDT ausgestatteten Strömungssteuervorrichtung ist in 5 gezeigt. In 5 sind zwei LVDTs 100a und 100b für einen Ventilzylinder 1a installiert, der in einem Strömungssteuerventil 1 enthalten ist. Hierbei ist der LVDT 100a mit einem Eisenkern 104a versehen, der mit dem Ventilzylinder 1a verblockt ist und einer Primärspule 101a, einer Sekundärspule 102a und einer Sekundärspule 103a, die um den Eisenkern 104a herumgewickelt sind. Ferner ist der LVDT 100b mit einem Eisenkern 104b versehen, der mit dem Ventilzylinder 101a verblockt ist, einer Primärspule 101b und Sekundärspulen 102b und 103b, die um den Eisenkern 104b herumgewickelt sind.
Bei dem LVDT 100a sind die Sekundärspulen 102a und 103a in umgekehrten Richtungen gewickelt und in Reihe geschaltet. Die an beiden Enden dieser Reihenschaltung der Sekundärspulen 102a und 103a erzeugten Spannungen werden in einen Servo-Controller 105a eingegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Wechselstromspannung in die Primärspule 101a durch den Servo-Controller 105a eingespeist, was induzierte Spannungen in den Sekundärspulen 102a und 103a gemäß dem von der Primärspule 101a erzeugten Magnetfeld entstehen lässt.
Wenn sich der Eisenkern 104a innerhalb der Sekundärspulen 102a und 103a bewegt, variiert dabei die Induktanz jeder der Sekundärspulen 102a und 103a in Abhängigkeit von der Position des Eisenkerns 104a. Da die Spulen in umgekehrten Richtungen gewickelt sind, heben sich die in den Sekundärspulen 102a und 103a erzeugten Spannungen jeweils gegeneinander auf, und ihre Differentialspannung wird in den Servo-Controller 105a eingegeben. Ebenso wird in dem LVDT 100b der gleiche Vorgang wie beim LVDT 100a durchgeführt, so dass die gleiche Differentialspannung in die Servo-Controller 105a und 105b über die LVDTs 100a und 100b eingegeben wird.
Bei dieser Konfiguration drücken die von den LVDTs 100a und 100b erzeugten Differentialspannungen linear die Position des Ventilzylinders 100a aus, und die Präzision beim Messen der Position des Ventilzylinders 100a gemäß dem von den Differentialspannungen erfassten Werten wird verbessert. Außerdem wird in den Servo-Controllern 105a und 105b durch Vergleichen der Differentialspannungen, die von jedem der LVDTs 100a und 100b erzeugt wurden, mit den von der CPU 5 übertragenen Befehlssignalen zum Spezifizieren des Anhebebetrags bzw. Hubs des Strömungssteuerventils 1 und durch Überwachen der Vergleichsergebnisse ein Schalter SWa gemäß den Überwachungsergebnissen umgeschaltet.
Der Schalter SWa ist ein Schalter, um auszuwählen, welcher der Servo-Controller 105a und 105b einem Servoventil 4, welches den Hub des Strömungssteuerventils 1 regelt, ein Steuersignal übermittelt, und wird entsprechend den Überwachungsergebnissen jedes der Servo-Controller 105a und 105b umgeschaltet. Wenn im einzelnen die Vergleichsergebnisse der Servo-Controller 105a und 105b sich voneinander unterscheiden, und von jedem Servo-Controller 105a bzw. 105b angenommen wird, dass ein Fehler vorliegt, wird der Umschaltvorgang so gesteuert, dass dem Servoventil 4 ein Steuersignal von dem Servo-Controller übermittelt wird, von dem angenommen wird, dass er fehlerfrei ist.
Wenn aber beispielsweise ein LVDT gemäß 5 installiert ist, wird bei einem Bruch der Primärspule, die in einer Unterbrechung des Fließens von elektrischem Strom durch die Spule resultiert, kein elektrischer Strom in der Sekundärspule induziert, und infolgedessen fließt kein Strom durch die Sekundärspule. Somit wird eine Differentialspannung äquivalent zu der, die erzeugt wird, wenn sich der Eisenkern im Zentrum befindet, an den Servo-Controller vermittelt, was bewirkt, dass das Servoventil 4 fehlerhaft arbeitet. Auf diese Weise wird je nach dem Zustand des LVDT-Fehlers manchmal eine Differentialspannung innerhalb des normalen Bereichs an den Servo-Controller übermittelt, was bewirkt, dass das Strömungssteuerventil 1 fehlerhaft arbeitet und sich in einer falschen Richtung bewegt.
Daher wird gemäß 5 auch dann, wenn eine Rückkopplungssteuerung durch zwei Systeme, die die LVDTs 100a und 100b einsetzen, durchgeführt wird, und auch wenn die LVDTs eine Rückkopplungssteuerung durch Anwenden eines der beiden Systeme, die normal arbeiten, durchführt, ist die tatsächlich durchgeführte Funktion möglicherweise nicht immer normal, sondern fehlerhaft. Besonders in einem Fall eines Strömungssteuerventils, welches die Zufuhr von Brennstoffen zu einer Brennkammer steuert, die für eine Gasturbine verwendet wird, ergibt eine fehlerhafte Funktion eine überschüssige Brennstoffmenge in der Brennkammer, was einen gefährlichen Anstieg der Temperatur in der Brennkammer verursacht und somit schließlich zu einem Ausfall der Brennkammer führt.
Um das oben erwähnte Problem zu bewältigen, wird in EP-A-1 132 718 eine Steuervorrichtung vorgeschlagen. In dieser Veröffentlichung wird ein Fehler bzw. Mangel durch Überprüfen der summierten Werte der in jeder der Sekundärspulen erzeugten Spannungen erfasst. Die Spannung jeder der Sekundärspulen wird aber nicht überprüft.
US-A-5 109 675 offenbart ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erfassen offener Schaltkreisfehler und Kurzschlussfehler in einem Ventilpositionssensor. Diese Vorrichtung weist einen linearen variablen Differentialtransformator auf, der an einem Ventilschaft des Ventils so angebracht ist, dass die Bewegung seines Eisenkerns direkt proportional zu der Bewegung des Ventilschafts ist. Eine Primärspule wird durch eine Antriebsschaltung mit einem Wechselstromsignal versorgt, und zwei Sekundärwicklungen sind magnetisch mit der Primärwicklung über den Eisenkern gekoppelt. Die in den zwei Sekundärwicklungen induzierten Signale werden demoduliert und in Gleichstromsignale umgewandelt. Diese demodulierten Signale aus den Sekundärwicklungen werden durch eine Summierschaltung berechnet, wobei eines der Signale vorab umgewandelt wird, um so ein Signal zu erzeugen, welches den Unterschied zwischen den demodulierten Signalen darstellt. Die demodulierten Signale von den beiden Sekundärwicklungen werden außerdem in eine zweite Summierschaltung eingegeben, um ein Fehlererfassungssignal zu erzeugen, das linear und konstant für ein stetiges Primär-Erregungssignal ist. Dieses Signal wird zur Erfassung von Fehlfunktionen der Abtastschaltung des linearen variablen Differentialtransformators verwendet, und diese Bestimmung wird durch eine zusätzliche Schaltung zum Vergleichen dieses Signals mit einem vorbestimmten Wertebereich vorgenommen.
ABRISS DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strömungssteuervorrichtung bereitzustellen, welche einen fehlerhaften linearen variablen Differentialtransformator erfasst, der das Anheben bzw. den Hub eines Strömungssteuerventils erfasst.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Strömungssteuervorrichtung bereit, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Zielsetzungen und Verkörperungen der vorliegenden Erfindung gemäß den bevorzugten Ausführungsformen werden im einzelnen in der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Gasturbinensystems mit einer Strömungssteuervorrichtung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert,
2 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Konfiguration der die vorliegende Erfindung verkörpernden Strömungssteuervorrichtung,
3 ein schematisches Strukturdiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Strömungssteuerventil und den in 2 gezeigten Eisenkernen,
4 ein Blockdiagramm zur Darstellung der internen Konfiguration des in 2 gezeigten Servo-Controllers, und
5 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Konfiguration einer herkömmlichen Strömungssteuervorrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erläutert, dass ein Beispiel einer Strömungssteuervorrichtung gegeben wird, welche die einer Brennkammer einer Gasturbine zuzuführende Brennstoffmenge steuert.
1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Gasturbine und der Strömungssteuervorrichtung. 2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Beziehung unter verschiedenen Abschnitten der Strömungssteuervorrichtung.
Wie in 1 gezeigt ist, wird die zugeführte Brennstoffmenge durch ein Strömungssteuerventil 1 gesteuert, und wenn der Brennstoff einer Brennkammer 6 zugeführt wird, dreht ein durch die Brennkammer 6 verbranntes Verbrennungsgas eine Gasturbine 7. Wenn der Anhebebetrag bzw. Hub des Strömungssteuerventils 1 durch lineare variable Differentialtransformatoren (LVDTs) 2a und 2b erfasst wird, die später beschrieben werden, werden die Erfassungswerte an Servo-Controller 3a und 3b gesendet, die in einer Steuervorrichtung 3 vorgesehen sind. Durch Betätigen eines Servoventils 4 basierend auf den Erfassungswerten wird der Anhebebetrag bzw. Hub des Strömungssteuerventils 1 gesteuert.
Die in 2 gezeigte Strömungssteuervorrichtung weist das Strömungssteuerventil 1 auf, welches die zugeführte Brennstoffmenge einstellt, die LVDTs 2a und 2b, welche den Anhebebetrag bzw. Hub des Strömungssteuerventils 1 erfassen, die Servo-Controller 3a und 3b, an die die von den LVDTs 2a und 2b erfassten Werte gesendet werden, das Servoventil 4, welches den Anhebebetrag des Strömungssteuerventils 1 steuert, eine CPU 5, die Befehlssignale überträgt, welche den Anhebebetrag des Strömungssteuerventils 1 angeben, an die Servo-Controller 3a und 3b weitergibt, und einen Schalter SW, der ein Steuersignal auswählt, das dem Servoventil 4 zuzuführen ist. Hierbei bilden die Servo-Controller 3a und 3b, die CPU 5 und der Schalter SW zusammen die Steuervorrichtung 3.
Der LVDT 2a ist aus einer Primärspule 22a und Sekundärspulen 23a und 24a zusammengesetzt, die um einen Eisenkern 21a herumgewickelt sind, welcher mit einem Ventilzylinder 1a des Strömungssteuerventils 1 verblockt ist, und der LVDT 2b ist aus einer Primärspule 22b und Sekundärspulen 23b und 24b zusammengesetzt, die um einen Eisenkern 21b herumgewickelt sind, welcher mit dem Ventilzylinder 1a des Strömungssteuerventils 1 verblockt ist. Außerdem sind gemäß 3 die Eisenkerne 21a und 21b in die Ventilzylinder 1a über eine Halterung 11 eingesetzt, und durch Verblocken der Vertikalbewegung des Ventilzylinders 1a werden die Eisenkerne 21a und 21b vertikal bewegt.
Darüber hinaus sind die Servo-Controller 3a und 3b so konfiguriert, wie in 4 gezeigt ist. Da die Servo-Controller 3a und 3b die gleiche Konfiguration aufweisen, wird hier nur der Servo-Controller 3a als repräsentativ erläutert.
Der Servo-Controller 3a ist mit einem Schwingungskreis 31 ausgestattet, der einen elektrischen Hochfrequenzstrom an die Primärspule 22a liefert, mit Rektifizierschaltungen D1 bis D3, welche Wechselstromspannungen der Primärspule 22a bzw. der Sekundärspulen 23a und 24a rektifizieren, mit Glättungskapazitäten C1 bis C3, welche die von den Rektifizierschaltungen D1 bis D3 rektifizierten Spannungen glätten, mit Verstärkern G1 bis G3, die die von den Glättungskapazitäten C1 bis C3 geglätteten Gleichstromspannungen verstärken, mit Vergleichsschaltungen 32a bis 32c, welche die Ausgangsspannungen von den Verstärkern G1 bis G3 vergleichen, um zu bestimmen, ob sie in dem Bereich einer normalen Performance liegen oder nicht, mit Verzögerungs schaltungen 33a bis 33c, welche die von den Vergleichsschaltungen 32a bis 32c übertragenen Signale verzögern, mit einer Subtraktionsschaltung 34, welche den Unterschied zwischen den Ausgangsspannungen von den Verstärkern G2 und G3 ermittelt, einer weiteren Subtraktionsschaltung 35, welche den Unterschied zwischen der Ausgangsspannung von der Subtraktionsschaltung 34 und einen Befehlssignal von der CPU 5 ermittelt, einer Steuersignal-Erzeugungsschaltung 36, die ein Steuersignal durch Empfang des Ausgangssignals von der Subtraktionsschaltung 35 erzeugt, einer ODER-Schaltung 37, der Ausgaben von den Verzögerungsschaltungen 33a bis 33c sowie ein einen Fehler in dem Servo-Controller 3a anzeigendes Signal zugeführt werden, und einer Schaltersteuerschaltung 38, welche den Schalter SW umschaltet, indem sie mit den Ausgangssignalen von der ODER-Schaltung 37 und mit dem Ausgangssignal der in dem anderen Servo-Controller 3b vorgesehenen ODER-Schaltung 37 gespeist wird.
Nun wird die Arbeitsweise der LVDTs 2a und 2b sowie der Servo-Controller 3a und 3b, die wie oben beschrieben konfiguriert sind, durch Beschreibung des LVDT 2a sowie des Servo-Controllers 3a als repräsentativ erläutert. Wenn ein Hochfrequenzstrom der Primärspule 22a durch den Schwingungskreis 31 zugeführt wird, werden in den Sekundärspulen 23a und 24a Wechselstromspannungen erzeugt, indem sie durch die Spannung, welche die Primärspule 22a anregt, induziert werden. Hierbei variiert gemäß der Position des Eisenkerns 21a die Größe der Wechselstromspannungen, die in den Sekundärspulen 23a und 24a erzeugt werden, und wenn das Zentrum des Eisenkerns 21a an dem Verbindungsabschnitt der Sekundärspulen 23a und 24a gelegen ist, sind die Induktanzen der Sekundärspulen 23a und 24a gleich, so dass die in den Sekundärspulen 23a und 24a erzeugten Wechselstromspannungen gleich sind.
Die die Primärspule 22a anregende Spannung wird durch die Rektifizierschaltung D1 und die Glättungskapazität C1 in eine Gleichstromspannung umgewandelt und an den Verstärker G1 geliefert. Außerdem wird die in der Sekundärspule 23a induzierte Spannung durch die Rektifizierschaltung D2 und die Glättungskapazität C2 in eine Gleichstromspannung umgewandelt und dem Verstärker G2 geliefert, und die in der Sekundärspule 24a induzierte Spannung wird ebenfalls in eine Gleichstromspannung durch die Rektifizierschaltung D3 und die Glättungskapazität C3 umgewandelt und dem Verstärker G3 geliefert. Die von den Verstärkern G1 bis G3 verstärkten Gleichstromspannungen werden den Vergleichsschaltungen 32a bis 32c zugeführt, um zu bestimmen, ob sie in dem spezifizierten Spannungsbereich liegen oder nicht. Hierbei reicht der Spannungsbereich, auf den sich die Vergleichsschaltung 32a bezieht, von Va bis Vb, und der Spannungsbereich, auf dem sich die Vergleichsschaltungen 32b und 32c beziehen, liegt zwischen Vc und Vd (0 < Vc < Va und Vd > Vb). Diese Spannungsbereiche von Va bis Vb und von Vc bis Vd werden nachstehend als die Bereiche normaler Spannungen bezeichnet.
In den Vergleichsschaltungen 32a bis 32c werden, wenn die Ausgangsspannungen von den Verstärkern G1 bis G3 in dem Bereich normaler Spannungen liegen, diese als normal betrachtet, und die Ausgangsspannungen der Vergleichsschaltungen 32a bis 32c werden als "niedrig" eingestellt. Wenn aber die Ausgangsspannungen von diesen Verstärkern G1 bis G3 außerhalb des Bereichs der Normalspannungen liegen, werden sie als anormal betrachtet, und die Ausgangsspannungen der Vergleichsschaltungen 32a bis 32c werden als "hoch" eingestellt. Nachdem die Ausgangsspannungen von diesen Vergleichsschaltungen 32a bis 32c für eine bestimmte Zeitspanne durch die Verzögerungsschaltungen 33a bis 33c verzögert worden sind, werden sie in die ODER-Schaltung 37 eingegeben.
Wenn es in der Primärspule 22a zu einem Kurzschluß kommt, beträgt die die Primärspule 22a anregende Spannung null Volt, so dass der Verstärker G1 null Volt ausgibt, und somit wird ein Fehler in der Vergleichsschaltung 32a erkannt und der Ausgang der Verzögerungsschaltung 33a auf "hoch" geschaltet. Wenn andererseits ein Draht in der Primärspule 22a zerreißt, wird die Primärspule 22a nicht angeregt, und somit werden die Sekundärspulen 23a und 24a nicht elektromagnetisch induziert, was zur Ausgabe der Null-Spannung aus den Verstärkern G1 bis G3 führt. Infolgedessen wird in den Vergleichsschaltungen 32a bis 32c ein Fehler erkannt und die Ausgänge der Verzögerungsschaltungen 33a bis 33c werden auf "hoch" geschaltet.
Desgleichen werden, wenn es in der Sekundärspule 23a zu einem Kurzschluß oder einem Drahtbruch kommt, keine induzierten Spannungen in der Sekundärspule 23a erzeugt, so dass der Ausgang des Verstärkers G2 null Volt beträgt und somit ein Fehler in der Vergleichsschaltung 32b erkannt wird und der Ausgang der Verzögerungsschaltung 33b auf "hoch" geschaltet wird. Desgleichen werden, wenn es zu einem Kurzschluß oder einem Drahtbruch in der Sekundärspule 24a kommt, keine induzierten Spannungen in der Sekundärspule 24a erzeugt, so dass der Ausgang des Verstärkers G3 null Volt beträgt und somit ein Fehler in der Vergleichsschaltung 32c erkannt wird, und der Ausgang der Verzögerungsschaltung 30c auf "hoch" geschaltet wird.
Die Ausgangsspannungen von den Verstärkern G2 und G3 werden der Subtraktionsschaltung 34 zugeführt, wo die Ausgabe des Verstärkers G3 von der Ausgabe des Verstärkers G2 subtrahiert wird. Die durch die Subtraktionsschaltung 34 erhaltene Spannung wird der Subtraktionsschaltung 35 als der von der LVDT 2a erfasste Wert zugeführt, um den Anhebebetrag bzw. Hub des Strömungssteuerventils 1 zu bestimmen. Anschließend wird in der Subtraktionsschaltung 35 die Ausgabe der Subtraktionsschaltung 34 von der Spannung des der CPU 5 zugeführten Befehlssignals subtrahiert, und auf diese Weise wird der Parameter erhalten, auf der Basis von welchem (Signal) der Anhebebetrag des Strömungssteuerventils 1 gesteuert wird.
Danach wird die Ausgangsspannung der Subtraktionsschaltung 35 der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 36 zugeführt, wo das Steuersignal für die PID-Rückkoppelungssteuerung mit diesem hinzugefügten Differentialkomponenten und Integralkomponenten auf der Basis des Ausgangs von der Subtraktionsschaltung 35 erzeugt wird. Dieses Steuersignal wird dem Servoventil 4 über den Schalter SW zugeführt, so dass der Anhebebetrag des Strömungssteuerventils 1 so gesteuert wird, dass er dem von dem Befehlssignal aus der CPU 5 spezifizierten Wert nahe kommt.
Außerdem werden die Ausgänge von den oben erwähnten Verzögerungsschaltungen 33a bis 33c und ein einen Fehler in dem Servo-Controller 3a anzeigendes Signal in die ODER-Schaltung 37 eingegeben. Das einen Fehler in dem Servo-Controller 3a anzeigende Signal ist "hoch", wenn der Servo-Controller 3a anormal funktioniert, während es "niedrig" ist, wenn der Servo-Controller 3a normal arbeitet. Wenn einer der Ausgänge von den Verzögerungsschaltungen 33a bis 33c oder das einen Fehler in dem Servo-Controller 3a anzeigende Signal "hoch" ist, wird von der ODER-Schaltung 37 ein "Hoch"-Signal ausgegeben. Mit anderen Worten wird, wenn ein Fehler in irgendeiner der Primärspulen 22a, der Sekundärspulen 23a und 24a oder in dem Servo-Controller 3a erfasst wird, ein "Hoch"-Signal von der ODER-Schaltung 37 ausgegeben.
Dann wird der Ausgang von dieser ODER-Schaltung 37 der Schaltersteuerschaltung 38 als Fehlererfassungssignal S1 zugeführt, und gleichzeitig wird die in dem Servo-Controller 3b bereitgestellte Ausgabe von der ODER-Schaltung 37 der Schaltersteuerschaltung 38 als Fehlererfassungssignal S2 zugeführt. Diese Fehlererfassungssignale S1 und S2 werden auch der Schaltersteuerschaltung 38 zugeführt, die im Servo-Controller 3b vorgesehen ist. Darüber hinaus ist die Schaltersteuerschaltung 38, die im Servo-Controller 3a vorgesehen ist, auf "EIN", wenn das Servoventil 4 von dem Servo-Controller 3a gesteuert wird und der Servo-Controller 3b sich im Standby-Zustand befindet. Wenn andererseits das Servoventil 4 vom Servo-Controller 3b gesteuert wird und der Servo-Controller 3a sich im Standby-Zustand befindet, befindet sich die im Servo-Controller 3a vorgesehene Schaltersteuerschaltung 38 in einem "AUS"-Zustand.
Wenn das Servoventil 4 von dem Servo-Controller 3a gesteuert wird und die Schaltersteuerschaltung 38 sich im "EIN"-Zustand befindet, und zusätzlich das Fehlererfassungssignal S1 auf "niedrig" steht, wird ein Steuersignal von der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 36, die im Servo-Controller 3a vorgesehen ist, dem Servoventil 4 zugeführt, wobei der linke Schalter SW mit dem Kontakt a verbunden ist. Wenn das Fehlererfassungssignal S1 "hoch" ist, falls das Anormalitätserfassungssignal S2 "niedrig" ist, wird ein Steuersignal von der Steuersignal-Erzeugungsschaltung 36, die im Servo-Controller 3b vorgesehen ist, dem Servoventil 4 zugeführt, wobei der Schalter SW mit dem Kontakt b verbunden ist. Hierbei wird die Schaltersteuerschaltung 38, wie im Servo-Controller 3b vorgesehen ist, auf "EIN" geschaltet, indem ihr ein Signal zugeführt wird, und die Schaltersteuerschaltung 38, die im Servo-Controller 3a vorgesehen ist, wird auf "AUS" geschaltet.
Wenn das Fehlererfassungssignal S1 "hoch" ist und das Fehlererfassungssignal S2 ebenfalls "hoch" ist, wird der Schalter SW mit dem Kontakt c verbunden, so dass verhindert wird, dass Steuersignale von den Servo-Controllern 3a und 3b dem Servoventil 4 zugeführt werden und der Steuervorgang des Strömungssteuerventils 1 gestoppt wird, so dass das Strömungssteuerventil 1 in einer gefährlichen Richtung nicht öffnet. Hierbei wird das Strömungssteuerventil 1 augenblicklich durch Zuführen des Notlauföls (emergency trip oil) geschlossen.
Außerdem wird, wenn sich der Servo-Controller 3a in einem Standby-Zustand befindet und die Schaltersteuerschaltung 38 "AUS" ist, und zusätzlich das Fehlererfassungssignal S2 "hoch" und das Fehlererfassungssignal S1 "niedrig" ist, die in dem Servo-Controller 3a vorgesehene Schaltersteuerschaltung 38 auf "EIN" geschaltet, indem sie mit einem Signal von der Schaltersteuerschaltung 38 versorgt wird, die im Servo-Controller 3b vorgesehen ist, und zusätzlich wird ein Steuersignal von dem Servo-Controller 3a dem Servoventil 4 zugeführt.
Wie oben beschrieben wurde, sind gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei Systeme, die jeweils einen LVDT und einen Servo-Controller aufweisen, in dem Rückkoppelungssteuersystem zum Steuern der Strömung installiert, und wenn ein Fehler in einem der beiden Systeme auftritt, wird eine Rückkoppelungssteuerung ausgeführt, um die Strömung durch Nutzung eines Systems, das normal arbeitet, zu steuern. Wenn ein Fehler in beiden Systemen auftritt, wird die Brennstoffzufuhr durch Trennen des Drahts, der ein Steuersignal zu dem Servoventil überträgt, und durch Zuführen des Notlauföls von dem Strömungssteuerventil gestoppt. Infolgedessen kann, wie 1 zeigt, wenn die Strömungssteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Strömungssteuerung von der Brennkammer einer Gasturbine zugeführten Brennstoffen genutzt wird, die Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer sicher überwacht werden.
Die Strömungssteuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde hier zwar als Vorrichtung zum Steuern der Strömung von Brennstoffen in dem Gasturbinensystem erläutert, die vorliegende Erfindung ist aber nicht nur auf ein Gasturbinensystem anwendbar, sondern auch auf irgendwelche anderen Systeme.
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es mittels eines Servo-Controllers durch Überwachen der in jeder der Primärspulen und ersten und zweiten Sekundärspulen erzeugten Spannungen, die in einem linearen variablen Differentialtransformator vorgesehen sind, möglich zu überprüfen, ob der lineare variable Differentialtransformator normal arbeitet oder nicht, was es ermöglicht, den Zustand des linearen variablen Differentialtransformators einfach und zuverlässig zu überprüfen. Demgemäß kann durch Verwendung zweier solcher Rückkopplungs-Steuersysteme, von denen jedes einen linearen variablen Differentialtransformator und einen Servo-Controller aufweist, die Strömung durch das System gesteuert werden, das normal arbeitet, und somit ist es möglich, das gesamte System unter Verwendung der Strömungssteuervorrichtung sicher zu betreiben.

Claims

Strömungssteuervorrichtung mit: einem Strömungssteuerventil (1) zum Steuern einer Strömung von Flüssigkeit, wobei das Strömungssteuerventil (1) einen Ventilzylinder (1a) aufweist, ersten und zweiten linearen variablen Differentialtransformatoren (2a, 2b) zum Erfassen einer Position des Ventilzylinders (1a), wobei jeder lineare variable Differentialtransformator (2a, 2b) umfasst: einen Kern (21a, 21b), der sich in der gleichen Richtung wie der Ventilzylinder (1a) des Strömungssteuerventils (1) bewegt, eine Primärspule (22a, 22b), die mit einer Wechselstromspannung versorgt werden kann, und zwei erste und zweite Sekundärspulen (23a, 24a, 23b, 24b), in denen Spannungen gemäß der Position des Kerns (21a, 21b) induziert werden, wenn an die Primärspule (22a, 22b) eine Spannung angelegt wird, ersten und zweiten Servosteuereinrichtungen (3a, 3b) zum Erzeugen von Steuersignalen zum Steuern eines Anhebens des Strömungssteuerventils (1) basierend auf Erfassungswerten der Position des Ventilzylinders (1a) des Strömungssteuerventils (1), und einem Schalter (SW) zum Auswählen eines der Steuersignale, die individuell von den ersten und zweiten Servosteuereinrichtungen (3a, 3b) ausgegeben werden, so dass das ausgewählte Steuersignal dem Strömungssteuerventil (1) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Sekundärspulen (23a, 24a, 23b, 24b) der linearen variablen Differentialtransformatoren parallel geschaltet sind, wobei die erste Servosteuereinrichtung (3a) umfasst: Mittel zum Überwachen von Spannungen, die einzeln in der Primärspule (22a) erzeugt werden, wobei die erste Sekundärspule (23a) und die zweite Sekundärspule (24a) in dem ersten linearen variablen Differentialtransformator (3a) vorgesehen sind, und eine erste Schaltersteuerschaltung (38), die bewirken kann, dass der Schalter (SW) die Auswahl des Steuersignals von der ersten Servosteuereinrichtung (3a) stoppt, wenn das von der ersten Servosteuereinrichtung (3a) übertragene Steuersignal von dem Schalter (SW) ausgewählt wird, und wenn das Mittel zum Überwachen von Spannungen erfasst, dass entweder die Primärspule (22a) und/oder die erste Sekundärspule (23a) und/oder die zweite Sekundärspule (24a), die in dem ersten linearen variablen Differentialtransformator (2a) vorgesehen sind, eine Spannung außerhalb eines normalen Leistungsbereichs ausgibt, und die zweite Servosteuereinrichtung (3b) umfasst: Mittel zum Überwachen von Spannungen, die einzeln in der Primärspule (22b), der ersten Sekundärspule (23b) und der zweiten Sekundärspule (24b), die in dem zweiten linearen variablen Differentialtransformator (3b) vorgesehen sind, erzeugt werden, und eine zweite Schaltersteuerschaltung (38), die bewirken kann, dass der Schalter (SW) die Auswahl des Steuersignals von der zweiten Servosteuereinrichtung (3b) stoppt, wenn das von der zweiten Servosteuereinrichtung (3b) übertragene Steuersignal von dem Schalter (SW) ausgewählt wird, und wenn das Mittel zum Überwachen von Spannungen erfasst, dass entweder die Primärspule (22b) und/oder die erste Sekundärspule (23b) und/oder die zweite Sekundärspule (24b), die in dem zweiten linearen variablen Differentialtransformator (2b) vorgesehen sind, eine Spannung außerhalb eines normalen Leistungsbereichs ausgibt.
Strömungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Servosteuereinrichtungen (3a, 3b) jeweils umfassen: eine erste Rektifizier-und-Glättungsschaltung (C1, D1, G1) zum Rektifizieren und Glätten einer in der Primärspule (22a, 22b) erzeugten Wechselstromspannung, eine zweite Refktifizier-und-Glättungsschaltung (C2, D2, G2) zum Rektifizieren und Glätten einer in der ersten Sekundärspule (23a, 23b) erzeugten Wechselstromspannung, eine dritte Rektifizier-und-Glättungsschaltung (C3, D3, G3) zum Rektifizieren und Glätten einer in der zweiten Sekundärspule (24a, 24b) erzeugten Wechselstromspannung, erste bis dritte Vergleichsschaltungen (32a–c, 33a–c), von denen jede ein "Low"-Signal ausgeben kann, wenn eine Gleichstromspannungsausgabe von einer der ersten bis dritten Rektifizier-und-Glättungsschaltungen jeweils in einem normalen Leistungsbereich liegt, und ein "High"-Signal ausgeben kann, wenn die Gleichstromspannungsausgabe von einer der Rektifizier-und-Glättungsschaltungen jeweils außerhalb des normalen Leistungsbereichs liegt, und eine ODER-Schaltung (37), in die die Ausgaben von den ersten bis dritten Vergleichsschaltungen (32a-c, 33a-c) eingegeben werden, wobei, wenn das von der ersten Servosteuereinrichtung (3a) übertragene Steuersignal von dem Schalter (SW) ausgewählt wird, und wenn eine Ausgabe von der in der ersten Servosteuereinrichtung vorgesehenen ODER-Schaltung (37) ein "High"-Signal ist, die erste Servosteuereinrichtung (3a) in einen Standby-Zustand versetzt werden kann, und, wenn eine Ausgabe von der in der zweiten Servosteuereinrichtung (3b) vorgesehenen ODER-Schaltung (37) ein "Low"-Signal ist, die zweite Schaltersteuerschaltung (38) bewirken kann, dass der Schalter (SW) das Steuersignal von der zweiten Servosteuereinrichtung (3b) auswählt, und wobei, wenn das von der zweiten Servosteuereinrichtung (3b) übertragene Steuersignal von dem Schalter (SW) ausgewählt wird, und wenn die Ausgabe von der in der zweiten Servosteuereinrichtung (3b) vorgesehenen ODER-Schaltung (37) ein "High"-Signal ist, die zweite Servosteuereinrichtung (3b) in einen Standby-Zustand versetzt werden kann, und, wenn die Ausgabe von der in der ersten Servosteuereinrichtung (3a) vorgesehenen ODER-Schaltung ein "Low"-Signal ist, die erste Schaltersteuerschaltung (38) bewirken kann, dass der Schalter (SW) das Steuersignal von der ersten Servosteuereinrichtung (3a) auswählt.
Strömungssteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Servosteuereinrichtungen (3a, 3b) außerdem jeweils umfassen: eine Subtraktionsschaltung (34) zum Bestimmen eines Differenzwerts zwischen Gleichstromspannungsausgaben von den zweiten und dritten Rektifizier-und-Glättungsschaltungen (C2, D2, G2; C3, D3, G3), wobei das Anheben des Strömungssteuerventils (1) basierend auf dem von der Subtraktionsschaltung (34) bestimmten Differenzwert erfasst wird.
Strömungssteuerventil nach Anspruch 3, wobei die ersten und zweiten Servosteuereinrichtungen (3a, 3b) außerdem jeweils umfassen: eine Steuersignalerzeugungsschaltung (35, 36), welche das Steuersignal basierend auf einem Wert erzeugen kann, der durch Vergleichen eines ein Anheben des Strömungssteuerventils (1) spezifizierenden Befehlssignals mit dem von der Subtraktionsschaltung (34) bestimmten Differenzwert erhalten wird.
Strömungssteuerventil nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei, wenn die Ausgaben beider ODER-Schaltungen (37), die in den ersten und zweiten Servosteuereinrichtungen (3a, 3b) vorgesehen sind, "High"-Signale sind, Notlauföl („emergency trip oil"), das dem Strömungssteuerventil (1) zugeführt wird, abgelassen wird, um das Ventil (1) zu schließen.