KR100224949B1

KR100224949B1 - 터빈 유체 공급 밸브 제어장치

Info

Publication number: KR100224949B1
Application number: KR1019910017688A
Authority: KR
Inventors: 영찬 황 에드어드
Original assignee: 드폴 루이스 에이; 웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1999-10-15
Also published as: ES2050572A2; ES2050572R; CA2053042C; ITMI912586A0; KR920008322A; IT1263165B; ES2050572B1; ITMI912586A1; CA2053042A1; US5109675A; JPH04259002A

Abstract

본 발명은 밸브 위치 센서의 개방 및 단락 회로의 결함을 검출하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 특징에 따르면, 터빈 시스템내 연료 또는 증기 밸브(2)는 위치 제어기/센서 조합체(1, 35, 32)에 의해 자동으로 개방되고 폐쇄된다. 위치 감지 회로에서 결함이 발생하는 경우, 결함 신호가 즉시 발생되어, 터빈이 손상되기 전에 적절한 행위, 예를들어, 밸브를 폐쇄시키는 행위를 취하게 해준다.

Description

터빈 유체 공급 밸브 제어장치

제1도는 본 발명에 따른 밸브 위치 감지 회로의 배선도

제2도는 제1도에 도시된 회로에 의해 발생된 여러가지 신호를 도시한 그래프

제3도는 자동 밸브 위치 제어기와 본 발명에 따른 밸브 위치 감지회로를 이용하는 터빈 시스템의 배선도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 밸브 위치 감지 회로 2 : 밸브

10 : 선형변수 차동 변압기 14 : 페파이트 코어

18, 20 : 복조기 32 : 밸브 위치 제어기

34 : 터빈 36 : 처리 회로

본 발명은 터빈 시스템에서 사용되는 것과 같은 밸브 위치 제어에 관한 것으로, 특히, 본 발명은 밸브의 위치를 감지하고 밸브 위치 감지 회로의 결함을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

(예를들어, 연료 또는 증기가 터빈으로 유입하는 것을 자동적으로 제어하는데 사용되는) 전형적인 밸브를 위치 제어기는 밸브의 위치를 계측(measure)하고 계측된 밸브 위치를 사전정의된 설정값과 비교함으로써 밸브의 움직임을 제어한다. 밸브는 상기 계측된 위치가 설정값보다 적으면 개방 위치 방향으로 이동되고, 계측된 위치가 성정값보다 크면 폐쇄 위치 방향으로 이동된다. 이러한 과정은 계측된 위치가 설정값과 일치할 때까지 계속된다.

종래의 밸브 위치 제어기가 갖고 있는 문제점은 예를들어, 위치 감지 회로내의 콘넥터가 이완되거나 접촉불량의 원인으로 인해 단락 또는 개방 회로 상태가 발생하여, 이 때문에 계측 위치가 항상 설정값 미만을 유지한다는 점에 있다. 종래의 결함 검출 방법은 계측된 밸브 위치와 사전정의된 설정값간의 지나친 불일치를 검출하는 것이다. 이 러한 종래 기술의 문제점은 작동기의 느린 반응으로 인한 시간 지연이 초래되는 것이다. 따라서, (예를들어, 위치 감지 회로에서) 결함이 발생하면, 설정값을 축소시켜, 위치 제어기가 제어 작동을 수행하지 못하도록 했다. 그러나, 전술한 시간 지연으로 인해, 이러한 방안은 검출된 결함에 반응하는데 그 속도가 느리다. 따라서, 예를들어 터빈 시스템에 있어서, 밸브 위치 센서의 결함이 검출되어 밸브가 닫히기(또는 더이상 개방되지 못하도록 하기) 전에, 터빈은 연료 또는 증기의 과도한 유입으로 인해 손상을 입을 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 밸브 위치 감지 회로의 결함을 즉시 검출하는 간단하면서 신뢰성있는 수단을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 수단은 밸브의 위치를 검출하는데 필요한 것 이외에 부가적인 회로가 최소 크기로 요구된다. 본 발명은 이러한 목적을 달성한다.

본 발명의 제1실시예에 따르면, 밸브의 위치를 감지하고, 위치 센서에서의 결함을 즉시 표시해 주는 장치는 밸브에 연결되어 그 밸브의 위치에 따라 각각의 진폭을 갖는 한쌍의 선형 신호(a pair of linear signals)를 발생하는 수단을 포함한다. 본 발명에 따르면, 선형 신호들의 합은 결함이 없는 경우 실질적으로 일정하지만, 즉, 사전정의된 값의 범위내에 있지만, 결함이 있는 경우에는 사전정의된 범위를 벗어난다. 이러한 합은 결함 검출 신호로 정의되는데, 이 신호는 선형 신호들을 합산하고 그 합을 사전정의된 범위와 비교함으로써 결함이 존재하는지의 여부를 결정하는 처리 수단에 의해 계산된다. 결함이 존재하면, 결함 신호는 사용자 또는 자동 제어기로 제공된다. 처리 회로 및 밸브사이에 연결되고 결함 신호에 응답하는 제어기는 사전정의된 계획에 따라서 밸브의 위치를 자동적으로 제어한다.

본 발명에 따른 위치 센서의 특정 실시예는 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer: LVDT)와 밸브 위치 표시 신호 및 위치 센서에서의 소정의 결함(들)(예를 들어, LVDT의 단락 또는 개방 회로)을 표시하는 제2신호를 제공하는 회로를 포함한다. LVDT는 일차 권선과 두개의 이차 권선을 포함한다. 이차 권선은 밸브의 축에 이동가능하게 접속된 페라이트 코어를 통해 전기적 및 자기적으로 일차 권선에 접속된다. 따라서, 일차 및 이차 권선들간의 상호 인덕턴스는 밸브의 위치에 따라 가변된다. 상기 회로는 이차 권선에 유기된 신호를 이용하여 위치 표시 및 결함 표시 신호를 계산한다.

상기 전기 회로는 일차 권선을 ac 신호로 여기시키는 공지의 수단을 포함한다. 또한, 이차 권선에 접속된 복조기 수단은 이차 권선에 제각기 유기된 전류의 rms 값을 나타내는 한쌍의 선형 신호(LVDTA 및 LVDTB)를 제공한다. 그후, 그 합을 구함으로써 위치 표시 신호(VPOSIT)가 도출된다. 즉, VPOSIT = A(LVDTA - LVDTB) + B(여기서, A 및 B는 상수).

결함 표시 신호(VPODET)는 합을 계산함으로써 도출된다. 즉, VPODET = LVDTA + LVDTB. 본 발명에 따르면, 사전정의된 범위의 값(예를들어, LVDTA 및 LVDTB 의 최대값 +LVDT의 실시예에 대해 지정된 공차 범위)을 벗어난 VPODET 의 편차는 위치 센서의 결함을 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예는 전술한 밸브 위치 센서와 조합된 터빈 시스템을 포함한다. 상기 터빈 시스템은 터빈과, 터빈으로 흐르는 연료 또는 증기를 제어하는 밸브와, 밸브를 개방 및 폐쇄하는 자동 제어기와, 본 발명에 따른 상기 밸브 위치 센서를 포함한다. 위치 감지 회로에서 결함이 검출되면, 밸브는 사전정의된 방안에 따라 자동적으로 제어된다. 전형적으로, 이러한 방안은 그 결함이 정정될 수 있을 때까지 밸브를 폐쇄하거나 또는 밸브를 현 위치에 유지시키는 것을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 동일 번호가 동일 요소임을 나타내는 도면을 참조하여 이하 기술될 것이다. 먼저, 제1도와 제2도를 참조하여 위치 감지 및 결함 검출 회로가 기술될 것이다. 그후, 터빈 시스템에 관한 본 발명의 구현은 제3도를 참조하여 기술될 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 밸브 위치 감지 회로를 도시한 것이다. 본 발명은 위치 감지 회로의 개방, 단락 및 부분적 단락 회로 결함을 검출할 수 있도록 한다. 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 선형가변 차동 변압기(LVDT)(10)는 밸브(2)의 밸브 측에 장착되므로 그의 페라이트 코어(ferrite core)(14)의 운동은 밸브 축의 스트로크 운동에 직접 비례한다. 일차 권선(12)은 구동 회로(30)에 의해 전형적으로 1 내지 5KHz 의 ac 신호, 15 내지 24V 피크-피크 진폭인 신호를 공급받는다.

두개의 이차 권선(16A)(16B)은 (밸브(2)의 자기적으로 접속된다. 두개의 이차 권선(16A)(16B)에 유지된 신호는 각기 복조기(18 및 20)에 의해 복조되고 dc 신호로 변환된다. 복조기(18, 20)에 의해 복조되고 정류된 신호 LVDTA 및 LVDTB는 이차 권선(16A, 16B)에 유기된 신호의 rms 값에 비례한다.

신호 LVDTA 및 LVDTB는 제2도에 그래프로 도시되어 있다. 제2도에서, 수직축은 전압(V)을 나타내고, 수평축은 값(P)의 정규화된 위치를 나타낸다. 도시된 바와같이, 이들 신호는 밸브가 완전폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에 이동할 때 최소값과 최대값 사이(예를들어, 0과 2.5 볼트 사이)에서 선형적으로 가변한다. 이하 기술된 바와 같이, 이들 신호는 위치 표시 신호(VPOSIT)와 결합 검출 신호(VPODET)를 발생하기 위해 조합된다.

다시 제1도를 참조하면, VPOSIT는 먼저 인버터(21)를 이용하여 LVDTB를 반전한 다음, 참조번호(22)에서 상기 반전된 신호를 LVDTA와 합산함으로써 계산된다. 그러면, LVDTA와 LVDTB의 차를 나타내는 VPOCAL이 도출된다. 밸브 위치 신호 VPOCAL는 측정된 위치 신호 VPOCAL를 참조번호(26)에서 오프셋(offset) 및 스케일(scale)하고 참조번호(28)에서 반전시킴으로써 구해진다. 반전, 오프셋 및 스케일 회로는 제1도는 블럭(26, 28)으로 도시되어 있다. 이러한 회로는 본 기술에서 잘 알려져 있기 때문에, 본 명세서에서 더이상 상세하게 기술되지 않는다.

LVDT 결함 검출 신호 VPODET는 합산기(24)에서 LVDTA 와 LVDTB를 합산함으로써 유도된다. 제2도에 도시된 바와 같이, VPODET는 안정한 기복적인 여기 신호동안 선형적이며 일정하다. 이러한 신호는 LVDT 위치 감지 회로의 오기능을 검출하는데 이용될 수 있다. VPODET가 정상적인 값(즉, LVDTA 및 LVDTB의 최대값)을 벗어나면, 이는 부분적 다락 회로 또는 고장난 내부의 전자 성분을 나타낸다. 이것은 이하 상세히 기술된 바와 같이, VPODET를 사전정의된 범위의 값들과 비교하는 부가적인 회로에 의해 결정된다.

이제 제3도를 참조하면, 본 발명을 합체한 터빈 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 시스템은 터빈(34)과, 밸브(2)와, 연료 펌프(38)와, 연료 탱크(40)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 저장 탱크(40)으로 부터 터빈(34)으로 흐르는 연료는 펌프(38)와 밸브(2)에 의해 조절된다. 밸브는 밸브 축(4)에 연결된 밸브 위치 제어기(32)에 의해 자동적으로 개방되고 폐쇄된다. 본 발명에 따른 밸브 위치 센서(1)는 밸브 축(4)에 연결되어 전술한 바와 같이 밸브 위치를 검출한다.

센서(1)의 신호 VPODET 및 VPOSIT는 입력으로서 처리 회로(36)에 인가된다. 처리 회로(36)는 결함 검출 신호 VPODET를 예상범위의 값과 비교하고, 결함이 존재할 때 이를 나타내는 신호를 제공하는 디지탈 컴퓨터 또는 기타 수단이 바람직하다. 예를들어, 처리 수단(36)은 시스템 조작자에게 알력주는 경보를 방생하거나 또는 제어 신호를 제어기(32)에 제공할 수 있다. 또한, 센서(1)가 LVDT를 포함하는 경우, 처리 수단(36)은 구동 신호 DRV를 LVDT의 일차 권선으로 제공할 수 있다. 제어기(32)는 밸브를 폐쇄할 때까지 또는 결함이 정정될 때까지 적어도 밸브를 더이상 개방시키지 않음으로써 처리 회로(36)로부터의 제어 신호에 응답하도록 프로그램되는 것이 바람직하다. 물론, 본 발명은 본 발명이 포함하는 특정 시스템으로 국한되지 않음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명 또는 본 발명의 가장 중요한 특성은 감지 회로에서 결함을 순간적으로 검출하고 응답하는데 있는 것이다.

본 발명은 전술한 바람직한 실시예에 비추어 볼 때 여러가지 변경 및 변화가 일어날 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 이하의 특허 청구범위로 정의된다.

Claims

밸브의 위치를 감지하는 센서(1)와, 상기 밸브의 위치를 제어 하는 제어기(36)와, 상기 위치의 함수로서 가변하는 제 1 신호 (VPOSIT)를 제공하는 신호 수단을 포함하는 터빈 유체 공급 밸브 제어 장치(a turbine fluid supply valve control arrangement)에 있어서, 상기 신호 수단은 밸브 위치 센서(10)에 접속되어 상기 센서(10)에서 결함이 발생하면 정상적으로 사전정의된 범위로 제한된 제 2 신호(VPODET)를 도출하는 회로(18, 20, 24)를 포함하고, 상기 제어기(36)는 상기 밸브(2)와 상기 센서(1) 사이에 접속되어 상기 제 2 신호(VPODET)가 상기 범의를 벗어나면 결함 신호를 발생하고, 상기 결함 신호에 응답하여 상기 밸브(2)의 위치를 사전정의 된 계획에 따라 자동으로 제어하는 수단을 갖는 것을 특정으로 하는 터빈 유체 공급 밸브 제어 장치.
제1항에 있어서, 결함이 존재함을 나타내는 신호에 응답하여 사전정의된 일련의 명령(a predefined set of instructions)을 저장하고 실행하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 유체 공급 밸브 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 사전정의된 일련의 명령은 결함이 있는 경우 밸브를 폐쇄 위치로 이동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 유체의 공급 밸브 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 밸브 위치 센서는 가변 차동 변압기(liner variable differential transormer: LVDT)와 상기 밸브 위치를 나타내는 제 1 신호(VPOSIT) 및 상기 위치 센서의 결함을 나타내는 제 2 신호(VPODET)를 제공하는 회로 수단을 포함하며, 상기 LVDT는 일차 권선과, 페라이트 코어와, 상기 일차 권선에 전기적으로 접속된 제 1 및 제 2 이차 권선을 가지며, 상기 페라이트 코어는 이동가능하게 상기 밸브에 접속되어 상기 밸브의 위치에 따라 상기 일치 권선과 상기 이차 권선사이의 상호 인덕턴스를 가변시키며, 상기 회로 수단은 a) 상기 일차 권선을 ac 신호로 여기시키는 수단과, b) 상기 제 1 이차 권선에 접속되고, 상기 제 1 이차 권선에 유기된 전류의 rms 값을 나타내는 신호(LVDTA)를 제공하는 제 1 복조기 수단, c) 상기 제 2 이차 권선에 접속되고, 상기 제 2 이차 권선에 유기된 전류의 rms 값을 나타내는 신호(LVDTB)를 제공하는 제 2 복조기 수단과 d) 상기 신호 VPOSIT = A(LVDTA - LVDTB) + B를 계산하는 제 1 합산 수단과(여기서, A 및 B는 상수, 상기 VPOSIT는 상기 밸브의 위치를 나타내는 신호), e) 상기 신호 VPODET = LVDTA + LVDTB를 계산하는 제 2 합산 수단으로서, 사전정의된 범위의 값을 벗어난 VPODET의 편차는 상기 위치 센서에서의 결함을 나타내는, 상기 제 2 합산 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 유체 공급 밸브 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 이차 권선은 일렬로 마주 배열된 것을 특징으로 하는 터빈 유체 공급 밸브 제어 장치.
제4항에 잇어서, 상기 LVDTB 신호가 상기 제 1 합산 수단으로 입력되기 전에, 상기 LVDTB 신호를 반전하는 인버터가 상기 제 2 복조기 수단과 상기 제 1 합산 수단 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 터빈 유체 공급 밸브 제어 장치.
제4항, 제5항, 또는 제6항에 있어서, 상기 제 1 신호(LVDTA)는 상기 밸브가 완전히 폐쇄된 위치에 있을 때의 최대값에서 부터 상기 밸브가 완전히 개방된 위치에 있을 때의 최소값까지 실질적으로 선형적으로 가변하며, 상기 제 2 신호(LVDTB)는 상기 밸브가 완전히 폐쇄된 위치에 있을 때의 최소값에서 부터 상기 밸브가 완전히 개방된 위치에 있을 때의 최대값으로 실질적으로 선형적으로 가변하는 것을 특징으로 하는 터빈 유체 공급 밸브 제어 장치.
제7항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 선형 신호의 합을 상기 사전정의된 범위의 값과 비교하고, 상기 합이 상기 사전정의된 범위를 벗어나면 결함이 발생했음을 나타내는 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 터빈 유체 공급 밸브 제어 장치.