KR100227508B1 - 유체변속기와 결합된 급수펌프의 회전수 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전소 설비인 터빈을 가동시키는 증기를 생산하는 보일러에 용수를 공급하는 급수 펌프의 회전수를 제어하는 장치에 관한 것으로, 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 발전 설비에 있어서, 급수 펌프(6)와 보일러(1) 사이에 연결된 수량 조절 밸브(15) 양단의 압력을 감지하는 압력 센서(12,13)와, 상기 양단의 압력 센서(12,13)에 의해 감지된 양단의 압력 차를 검출해 내는 차압계(14)와, 급수 펌프(6)의 회전수를 감지하는 속도계(11)와, 모터(28)의 회전수를 적정한 회전수로 변환시켜 주는 유체 변속기(7)의 회전수 제어기(24)의 위치를 변동시켜 주는 액튜에이터(8)와, 상기 액튜에이터(8)의 위치를 검출하는 위치 검출기(9)와, 보일러(1)에 열을 공급하는 버너(16)와 버너(16)에 연료를 공급하는 연료 탱크(17) 사이에 설치되어 연료 공급량을 조절하는 연료량 제어기(18)와, 발전기(4)와 다수의 부하(45

Description

유체 변속기와 결합된 급수펌프의 회전수 제어장치 및 그 방법

제1도는 본 발명에 따른 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치에 대한 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치중에서 유체 변속기에 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치의 제어 방법에 대한 순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 보일러 2 : 과열기

3 : 터빈 4 : 발전기

5 : 복수기 6 : 펌프

7 : 유체 변속기 8 : 액튜에이터

9 : 위치 검출기 10 : 제어부

11 : 속도계 12,13 : 출력 및 입력 압력 센서

14 : 차압계 15 : 유량 조절 밸브

16 : 버너 17 : 연료 탱크

18 : 연료량 제어기 19 : 부하량 제어기

21 : 회전 드럼 22 : 유체 펌프

23 : 유체 터빈 24 : 스쿠프 튜브

25 : 모터 축 26 : 펌프 축

27 : 유입구 28 : 모터

4547 : 부하

본 발명은 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발전소 설비인 터빈을 가동시키는 증기를 생산하는 보일러에 용수를 공급하는 급수 펌프의 회전수를 제어하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 화력 발전소에서 전기를 생성하는 기본 구성 요소는 동력원인 증기를 발생시키는 보일러, 상기 보일러에서 생성된 증기에 의해 작동되는 증기 터빈, 상기 증기 터빈에 연결되어 전기를 생산하는 발전기, 상기 증기 터빈을 작동시키고 난 뒤에 열 에너지가 감소된 증기를 다시 사용하기 위하여 되돌려 주는 복수기, 상기 복수기의 용수를 상기 보일러에 공급해 주는 급수 펌프로 구성된다.

상기와 같이 구성된 발전 설비는 보일러와 증기 터빈이 각각 1대씩 조합되고, 급수 펌프는 고온 및 고압의 용수를 보일러 본체 드럼에 안정적으로 공급하여 항상 적정 수위를 유지할 수 있도록 해 줘야 한다.

이를 위해서 종래에는 보일러의 용수 드럼에 용수를 공급하는 급수 펌프의 회전수를 적절하게 제어해 줘야 하는데, 급수 펌프의 회전수 제어는 펌프와 펌프에 회전 동력을 제공하는 모터 사이에 회전수 제어를 위한 유체 변속기를 삽입 연결 한 후, 유체변속기를 제어하여 급수 펌프의 회전수를 제어하였다.

즉, 유체 변속기의 회전 비율을 산출하기 위하여 보일러에 용수를 공급하는 급수 펌프 사이에 용수의 양을 조절하는 유량 조절 밸브의 양단의 압력을 검출한 뒤 그 압력 차를 이용하여 유체 변속기의 회전 비를 제어하였다.

그러나, 상기한 종래의 유체 변속기의 회전 비 제어는 유량 조절 밸브 양단의 압력을 감지하는 과정에 있어서, 압력을 감지하는 압력 센서에 연결된 관 주위로 이음새 불량, 동절기에 발생할 수도 있는 동결 현상 등으로 인하여 허위 값의 압력이 감지되어 차압이 상승되면 유체 변속기의 회전수는 급격하게 감소된다.

이는 곧, 펌핑 불가 현상이 되어 보일러의 드럼 내에서 수관이 노출되어 심한 경우 수관이 파열되어 발전 설비가 장시간 휴지 되므로 생산성 저하 및 정비 비용 상승으로 인하여 원가 상승의 원인이 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 개선하여 보일러 드럼에 용수를 공급하는 계통에 문제가 발생할 경우 수위를 안전 수위 범위 내로 유지시키고, 보일러에 열을 공급하는 버너의 연료 공급을 중지시켜 발전 설비의 파손을 방지할 수 있는 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 급수 펌프와 보일러 사이에 연결된 수량 조절 밸브 양단의 압력을 감지하는 압력 센서와, 상기 양단의 압력 센서에 의해 감지된 양단의 압력 차를 감지하는 차압계와, 급수 펌프의 회전수를 감지하는 속도계와, 모터의 회전수를 적정한 회전수로 변환시켜 주는 유체 변속기의 회전수 제어기를 동작시키는 액튜에이터와, 상기 액튜에이터의 위치를 검출하는 위치 검출기와, 보일러에 열을 공급하는 버너와 버너에 연료를 공급하는 연료 탱크 사이에 설치되어 연료 공급량을 조절하는 연료량 제어기와, 발전기와 다수의 부하 사이에 설치되어 발전기의 부하량을 조절할 수 있는 부하량 제어기와, 상기 차압계와 속도계 및 위치 검출기로부터 결과를 입력받아 유체 변속기의 출력 회전수를 액튜에이터를 통하여 제어하고, 상기 연료량 제어기와 부하량 제어기를 제어할 수 있는 제어 신호를 발생하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은 상기 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치를 제어하는 방법으로써, 수량 조절 밸브의 입력 압력과 출력 압력 차이의 상한 및 하한 허용치와 타이머를 설정하는 단계와, 타이머를 리셋 시키고 차압계에 의한 차압 및 급수 펌프의 회전수를 측정하는 단계와, 타이머의 설정 시간이 경과하였는지를 판단하여 경과하지 않았으면 측정치와 상한 및 하한 허용치를 비교하여 범위를 벗어나면 펌프의 회전수를 감소 및 증가시키고 측정치가 허용치 이내이면 상기 타이머 리셋 단계로 이동하는 단계와, 타이머의 설정 시간이 경과되었으면 펌프의 회전수를 허용 최소 회전수로 고정시키고 전기 부하량 및 연료 공급량을 서서히 중단시켜 발전 설비를 정비하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치의 제어 방법을 아울러 제공한다.

이하에, 본 발명에 따른 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치 및 그 제어 방법의 1 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치는 제1도에 도시한 바와 같이 보일러(1)의 용수 드럼에 용수를 공급하는 급수 펌프(6)와 보일러(1)사이에 연결된 수량 조절 밸브(15) 양단의 압력을 감지하는 압력 센서는 상기 수량 조절 밸브(15)를 중심으로 급수 펌프(6) 측의 압력을 감지하는 입력 압력 센서(13)와 보일러(1) 측 압력을 감지하는 출력 압력 센서(12)로 이루어진다.

그리고, 상기 양단의 압력 센서(12,13)에 의해 감지된 양단의 압력 차, 즉 차압을 감지하는 차압계(14)와, 그리고 상기 급수 펌프(6)의 회전수를 감지하는 속도계(11)와, 상기 급수 펌프(6)에 회전 동력을 제공하는 모터(28)의 회전수를 적정한 회전수로 변환시켜 주는 유체 변속기(7)즉, 고속 및 일정한 회전수로 회전하는 모터(28)의 동력을 임의의 회전수로 제어할 수 있는 변속기의 회전수 제어기(24)를 동작시키는 액튜에이터(8)와, 상기 액튜에이터(8)의 위치를 검출하는 위치 검출기(9)와, 보일러(1)에 열을 공급하는 버너(16)와 버너(16)에 연료를 공급하는 연료 탱크(17)사이에 설치되어 연료 공급량을 조절하는 연료량 제어기(18)와, 발전기(4)와 다수의 부하(4547) 사이에 설치되어 발전기(4)의 부하량을 조절할 수 있는 부하량 제어기(19)와, 상기 차압계(14)와 속도계(11) 및 위치 검출기(9)로부터 결과를 입력받아 유체 변속기(7)의 출력 회전수를 액튜에이터(8)를 통하여 제어하고, 상기 연료량 제어기(18)와 부하량 제어기(19)를 제어할 수 있는 제어 신호를 발생하는 제어부(10)로 구성된다.

한편, 상기 유체 변속기(7)는 제2도에 도시한 바와 같이 유체 커플러(coupler)의 일종으로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

급유구(27)에서 회전 드럼(21)내로 유입된 오일은 다시 펌프 챔버(22)와 같이 회전하는 회전 드럼(21) 내에서 원심력에 의해 원통 모양의 오일을 층을 형성하게 된다.

회전 드럼(21) 내에는 회전축에 대하여 지각 방향으로 직선 운동하는 스쿠프튜브(scoop tube, 24)가 있어, 그 개구부를 통하여 회전 드럼(21) 내의 오일을 유출시킨다.

따라서, 모터 축(25)에 연결되어 있는 펌프 챔버(22)에 오일이 들어와 마주보고 있는 터빈 챔버(23)로 전달하면서 동력이 같이 전달되어 터빈 챔버(23)에 연결되어 있는 펌프 축(26)에 연결된 급수 펌프(6)에 회전 동력을 전달하게 된다.

그런데, 스쿠프 튜브(24) 즉, 회전수 제어기(24)의 위치에 따라서 오일 층의 두께가 결정되므로 펌프 챔버(22)에서 터빈 챔버(23)로 전달되는 오일의 양이 변하게 되어 회전수를 변화시킬 수 있는 것이다.

그리고, 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치를 제어하는 방법의 1 실시 예에 대하여 제3도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치의 제어 방법은 먼저, 차압계(14)를 통해 측정된 차압의 상한 및 하한 허용치와 급수 펌프(6)가 저속으로 회전하여 보일러(1)의 드럼에 용수가 적은 양으로 공급될 때 보일러(1)가 견디어 낼 수 있는 최소한의 시간이 설정되는 타이머를 설정하는 단계(S 31)와, 타이머를 리셋 시키는 단계(S 32)와, 차압 및 펌프의 회전수를 측정하는 단계(S33)와, 타이머의 설정 시간이 경과하였는지를 판단하는 단계(S 34)와, 타이머의 설정 시간이 경과하지 않았으면 차압 측정치와 상한 허용치를 비교하여(S 341), 상한 허용치 이상이면 급수 펌프(6)의 회전수를 감소시키고 상기 차압 및 회전수 측정 단계(S 33)로 진행하고 (S 3411), 상한 허용치 미만이면 차압 측정치와 하한 허용치와 비교하여(S 342), 하한 허용치 이하이면 급수 펌프(6)의 회전수를 증가시키고 상기 차압 및 회전수 측정 단계(S 33)로 진행한다. (S 4321).

만약, 차압 측정치가 하한 허용치를 초과하면 상기 타이머 리셋 단계(S 32)로 진행한다.

상기 타이머 설정 시간 경과 판단 단계(S 33)에서 설정 시간이 지나면 최소한의 용수 공급을 할 수 있도록 급수 펌프(6)의 회전수를 고정시키고(S 35), 발전기(4)의 하단에 연결된 각종 부하를 서서히 감소시켜 차단시키는 동시에 연료의 공급량도 서서히 감소시키다가 중단시키고(S 36), 최종적으로 발전을 중지하여(S 37), 발전 설비의 정비에 들어간다(S 38).

상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 1 실시 예에 동작 설명은 다음과 같다.

연료 탱크(17)로부터 연료를 공급받아 연소시키는 버너(16)에 의해 스팀을 생산하는 보일러(1)는 과열기(2)를 통하여 터빈(3)에 스팀을 공급하여 스팀의 열 에너지를 이용하여 터빈(3)이 회전하면 터빈(3)과 연결된 발전기(4)는 전기를 생산하게 된다. 상기와 같이 생산된 전기는 부하량 제어기(19)를 통하여 갈 부하(4547)에 공급된다.

상기 보일러(1)의 드럼과 드럼에 스팀 생산 용 용수를 공급하는 급수 펌프(6)사이에 연결된 수량 조절 용 밸브(15)의 양단에 연결된 입력 압력 센서(13)와 출력 압력 센서(12)를 이용하여 상기 수량 조절 용 밸브(15) 양단 즉, 급수 펌프(6)측의 압력과 보일러(1)측의 압력을 측정한 다음, 차압계(14)를 이용하여 상기 양단의 압력 차이 즉,{입력 압력 센서(13)에 의한 입력 압력}-{출력 압력 센서(12)에 의한 출력 압력}을 측정한다.

상기 차압계(14)에 의한 측정치를 입력받은 제어부(10)는 미리 설정되어 입력되어 있는 압력 차의 상한 허용치 및 하한 허용치와 상기 차압 측정치를 비교하여 상한 허용치보다 크면 즉, 급수 펌프(6)에 의한 용수 공급이 부족하면 액튜에이터(8)를 제어하여 유체 변속기(7)의 회전 전달 비를 높여 줌으로써 급수 펌프(6)의 회전수를 높여 용수의 공급량을 증가시켜 준다. 그런데, 급수 펌프(6)의 회전수가 적정 회전수보다 높아서 용수가 과도하게 공급되면 드럼의 수위가 높아져 넘치게 되므로 회전수를 낮추어 용수의 공급량을 줄여 줄 필요가 있다. 즉, 차압 측정치가 하한허용치보다 작거나(-) 결과가 나오면 제어부(10)는 액튜에이터(8)를 이용하여 유체 변속기(7)의 회전 전달 비를 낮추어 급수 펌프의 회전수를 줄여 준다.

그런데, 상기와 같이 동작하는 과정에 있어서, 상기 수량 조절 용 밸브(15) 양단의 압력을 검출할 때 용수 관에 이 물질이 끼거나 파열되었을 경우 보일러(1)에 공급되는 용수의 양이 적정한 양 이하로 공급되고 있는데도 불구하고 압력이 정상적으로 측정되면 보일러(1)가 정상적으로 가동되므로 과열로 인하여 파손되는 경우가 생길 수 있는 것이다.

따라서, 제어부(10)는 차압계(14)를 통한 차압 측정치와 속도계(11)를 통한 급수 펌프(6)의 회전수를 근거로 하여 용수 공급에 문제점이 발생되었다고 판단되면 용수의 공급량이 보일러(1)의 파손을 방지할 수 있는 최소한의 양을 공급할 수 있도록 급수 펌프(6)의 회전수를 유지시켜 준다. 즉, 유체 변속기(7)의 회전수 전달 비를 변화시키는 스쿠프 튜브(24)의 위치를 변동시켜 주는 액튜에이터(8)의 현재 위치를 검출할 수 있는 위치 검출기(9)와 속도계(11)를 통하여 급수 펌프(6)의 회전수를 적정 회전수로 고정시켜 준다.

그리고, 발전기에 연결된 각 부하(4547)를 부하량 제어기(19)를 통하여 단계적으로 차단시키는 동시에 버너(16)에 공급되는 연료의 양을 연료량 제어기(18)를 통하여 단계적으로 감소시켜 연소를 중단시킨다.

끝으로, 발전을 완전히 중단시킨 다음에 문제가 발생된 부위를 정비하여 발전 설비를 정상 상태로 복구한 다음 발전을 다시 시작한다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 본 발명은 스팀을 이용하여 발전하는 발전 설비에 있어서, 보일러에 공급되는 용수의 양이 급격하게 줄어들어 발전 설비가 돌발적으로 크게 파손되는 것을 미연에 방지하여 주는 것은 물론 발전 설비가 파손되는 것이 사전에 방지되므로 수동 운전에 의한 최소한의 발전이 정비 중에도 가능하여 지속적으로 가동 상태가 유지되어야 하는 부하에 대해서는 전기의 공급이 가능해지는 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 발전 설비에 있어서, 급수 펌프(6)와 보일러(1) 사이에 연결된 수량 조절용 밸브(15) 양단의 압력을 감지하는 압력 센서(12,13)와, 상기 양단의 압력 센서(12,13)에 의해 감지된 양단의 압력 차를 검출해 내는 차압계(14)와, 급수 펌프(6)의 회전수를 감지하는 속도계(11)와, 모터(28)의 회전수를 적정한 회전수로 변환시켜 주는 유체 변속기(7)의 회전수 제어기(24)의 위치를 변동시켜 주는 액튜에이터(8)와, 상기 액튜에이터(8)의 위치를 검출하는 위치 검출기(9)와, 보일러(1)에 열을 공급하는 버너(16)와 버너(16)에 연료를 공급하는 연료 탱크(17) 사이에 설치되어 연료 공급량을 조절하는 연료량 제어기(18)와, 발전기(4)와 다수의 부하(4547)사이에 설치되어 발전기(4)의 부하량을 조절할 수 있는 부하량 제어기(19)와, 상기 차압계(14)와 속도계(11) 및 위치 검출기(9)로부터 결과를 입력받아 유체 변속기(7)의 출력 회전수를 액튜에이터(8)를 통하여 제어하고, 상기 연료량 제어기(18)와 부하량 제어기(19)를 제어할 수 있는 제어 신호를 발생하는 제어부(10)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치.
2. 수량 조절 밸브(15)의 입력 압력과 출력 압력 차이의 상한 및 하한 허용치와 타이머를 설정하는 단계와, 타이머를 리셋 시키고 차압계(14)에 의한 차압 및 급수 펌프(6)의 회전수를 측정하는 단계와, 타이머의 설정 시간이 경과하였는지를 판단하여 경과하지 않았으면 측정치와 상한 및 하한 허용치를 비교하여 범위를 벗어나면 펌프의 회전수를 감소 및 증가시키고 측정치가 허용치 이내이면 상기 타이머 리셋 단계로 이동하는 단계와, 타이머의 설정 시간이 경과되었으면 펌프의 회전수를 허용 최소 회전수로 고정시키고 전기 부하량 및 연료 공급량을 서서히 중단시켜 발전 설비를 정비하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 변속기와 결합된 급수 펌프의 회전수 제어 장치의 제어 방법.