KR101813401B1 - 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 밸브 구동 신호를 밸브에 인가하는 신호 출력부; 밸브의 응답속도를 측정하는 상태 측정부; 밸브의 작동 상태와 관련된 정보를 표시하는 디스플레이부; 밸브의 작동 상태와 관련된 정보를 저장하기 위한 저장부; 및 상기 신호 출력부, 상기 상태 측정부, 상기 디스플레이부 및 저장부와 각각 전기적으로 연결되어 그의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 측정된 밸브의 응답속도를 기준값과 대비하여, 밸브의 이상여부를 판단하고, 상기 디스플레이부에는 밸브의 응답속도를 표시하는 주 표시부, 및 상기 응답속도 외의 다른 정보를 표시하는 보조 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치가 제공된다.

Description

가스 터빈의 밸브 모니터링 장치{MONITORING DEVICE FOR VALVES OF A GAS TURBINE}

본 발명은 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가스 터빈 내에 구비되는 임의의 밸브의 상태를 감지하고, 감지된 상태를 외부로 표시하기 위한 장치에 관한 것이다.

가스 터빈은 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시켜 발생된 고온고압의 연소가스를 터빈 측에 분사하여 회전력을 얻는 동력기기의 일종이다. 이러한 가스 터빈은 열교환기·중간냉각기·재열기를 첨가하거나, 압축기 또는 터빈을 여러 개 조합함으로써 발전용·차량용 등 목적에 따라 다양한 성능을 가진 기관을 설계하기가 쉽고, 병진운동하는 부분이 없고 회전운동을 위한 부분만 있으므로 진동이 적으며, 고속 회전(5000 내지 수만 rpm)이므로 출력 당 중량이 가벼우며, 넓은 범위의 출력을 낼 수 있고, 다양한 종류의 연료를 활용할 수 있으며, 증기 터빈에 비해서 보일러·복수기(復水器) 및 냉각을 위한 물이 필요하지 않다. 또한, 시동에서 전력운전까지의 시간이 매우 짧은 등의 장점을 갖기에, 항공기 및 발전 설비 등에 널리 활용되고 있다.

이중 발전 설비 등에 사용되는 가스 터빈은 용도의 특성상, 장기간에 걸쳐서 중단없이 운전이 지속되어야 하므로, 높은 신뢰성 및 수명을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구 사항은 단순히 기기 자체의 성능을 개선하는 것만으로는 만족되기 힘들며, 운전 중에 가스 터빈의 각각의 구성요소들이 정상적인 상태에서 작동되는 지의 여부를 감시하고, 필요한 상태로 운전될 수 있도록 제어하기 위한 제어 시스템을 필요로 하게 된다.

이러한 제어 시스템은 가스 터빈의 운전 상태를 요구되는 조건으로 제어하기 위한 제어 장치와 가스 터빈의 각각의 구성요소의 상태를 센서를 통해 감지하고 감지된 상태를 오퍼레이터에게 전달하기 위한 모니터링 장치를 구비하게 된다. 이러한 모니터링 장치는 모니터링 대상인 장치의 상태를 감지하기 위한 센서들과 센서들로부터 전달된 신호를 해석하고 이를 근거로 장치의 상태를 감지 또는 연산하기 위한 중앙처리부 및 도출된 장치의 상태를 오퍼레이터에게 전달하기 위한 표시장치를 구비한다.

예를 들어, 가스 터빈에 구비되는 터빈 블레이드의 경우 인접하게 배치된 온도 센서를 통해 터빈 블레이드 표면의 온도를 측정하고, 측정된 값이 적정 범위 내에 있는 지의 여부를 모니터를 통해 표시하는 형태의 모니터링 장치를 구비하게 된다. 상기 모니터링 장치에 구비되는 중앙처리부는 블레이드 온도가 적정 범위를 초과하는 경우에는 이를 오퍼레이터에게 별도의 수단을 통해 알리거나 경우에 따라서는 가스 터빈의 운전을 중단하는 등의 조치를 취하도록 구성될 수 있다.

한편, 가스 터빈은 공기, 가스 및 연료 등의 공급량 또는 흐름을 제어하기 위한 복수 개의 밸브들을 구비하게 된다. 상기 밸브들 역시 가스 터빈의 작동에는 없어서는 안 되는 중요 부품 중에 하나여서, 그 작동상태는 면밀하게 감시되고 관리되어야 한다.

그러나, 상기 밸브의 작동 상태는 기타의 부품들과는 달리 운전 중에 지속적으로 체크되기에는 적합하지 않아, 종래부터 주기적으로 밸브에 대한 테스트를 수행하고, 테스트 결과에 따라 밸브를 캘리브레이션하는 등의 절차를 이용하여 밸브의 상태를 관리하여 왔다. 구체적으로, 밸브에 대해 소정의 테스트 신호를 입력하고, 그에 대응하여 출력되는 결과값을 수기로 기록하여 차후의 테스트 시에 활용하도록 하고 있다. 이로 인해서, 밸브를 테스트 및 조정하기 위한 별도의 시스템을 구비하여야 하는 불편이 있을뿐더러, 측정된 값들을 통합적이고 체계적으로 관리하는 데에도 무리가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래에 비해서 보다 용이하고 효율적으로 밸브 상태에 대한 감시를 수행할 수 있는 모니터링 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 밸브 구동 신호를 밸브에 인가하는 신호 출력부; 밸브의 응답속도를 측정하는 상태 측정부; 밸브의 작동 상태와 관련된 정보를 표시하는 디스플레이부; 밸브의 작동 상태와 관련된 정보를 저장하기 위한 저장부; 및 상기 신호 출력부, 상기 상태 측정부, 상기 디스플레이부 및 저장부와 각각 전기적으로 연결되어 그의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 측정된 밸브의 응답속도를 기준값과 대비하여, 밸브의 이상여부를 판단하고, 상기 디스플레이부에는 밸브의 응답속도를 표시하는 주 표시부, 및 상기 응답속도 외의 다른 정보를 표시하는 보조 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치가 제공된다.

즉, 본 발명의 상기 측면에서는 밸브 성능의 지표로서 응답속도를 이용하고 있다. 통상적인 가스 터빈의 경우 전자적으로 제어가 가능한 형태의 밸브들을 이용하는 바, 이러한 밸브들의 이상 여부를 확인하는 데에는 각각의 밸브에 인가된 신호에 따라 정확히 원하는 만큼의 개도로 개방되는 지의 여부도 확인하여야 하지만, 본 발명자들의 연구 결과, 그 보다는 밸브가 원하는 정도로 개방되는데 소요되는 응답시간이 보다 더 중요한 지표로서 기능할 수 있음을 발견하였다.

따라서, 본 발명의 일 측면에서는 가스 터빈에 구비되는 각종 밸브에 작동 신호를 인가한 후 오실로스코프 등의 장비를 활용하여 실제로 측정되는 응답속도를 저장부에 자동으로 기록하게 함으로써 밸브에 대한 상태 감시 및 캘리브레이션 이력을 효율적으로 수행하는 것을 가능하게 한다.

여기서, 밸브가 완전히 개방된 상태에서 완전히 폐쇄된 상태에 도달하는 시간을 전 개방 속도, 완전히 폐쇄된 상태에서 완전히 개방된 상태에 도달하는 시간을 전 폐쇄 속도라 정의할 때, 상기 주 표시부는 상기 전 개방 속도 및 전 폐쇄 속도를 표시하기 위한 제1 표시부를 포함할 수 있다.

또한, 밸브가 완전히 폐쇄된 상태에서 제1 개도로 개방되는데 소요되는 시간을 제1 개방 속도, 상기 제1 개도 보다 큰 제2 개도로 개방되는데 소요되는 시간을 제2 개방 속도라 정의할 때, 상기 주 표시부는 상기 제1 및 제2 개방 속도를 표시하기 위한 제2 표시부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 밸브 모니터링 장치는 복수 개의 밸브와 연결되고, 상기 주 표시부에는 측정 대상인 밸브를 식별하기 위한 식별자가 표시되는 식별자 표시부가 추가적으로 포함될 수 있다.

또한, 상기 보조 표시부는 밸브를 작동시키는 액츄에이터의 상태를 표시하기 위한 액츄에이터 표시부, 최초의 응답속도를 표시하는 기준값 표시부, 누적 점검횟수를 표시하는 이력 표시부, 및 가스 터빈의 누적 운전시간을 표시하는 운전시간 표시부 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 주 표시부는 막대 그래프의 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 주 표시부와 보조 표시부는 하나의 표시면에 함께 표시될 수 있다.

또한, 상기 주 표시부와 보조 표시부는 서로 다른 표시면에 각각 표시되고, 조작자의 선택에 따라서 교호적으로 표시될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 밸브의 응답 속도를 이용하여 밸브의 상태를 정확하고 효율적으로 감시할 수 있을 뿐만 아니라, 자동화된 시스템을 통해서 종래에 비해 보다 신속하고 용이하게 밸브의 상태 변화를 감지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브 모니터링 장치의 일 실시예의 개략적인 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 2는 도 1 중 표시부의 일 실시예를 도시한 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브 모니터링 장치의 일 실시예의 구성을 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다. 도 1을 참조하면, 상기 모니터링 장치의 제1 실시예(100)는 모니터링 장치의 각 구성요소들의 작동을 제어하고, 신호를 생성하거나 생성 또는 얻어진 신호 또는 결과값을 연산하기 위한 중앙 처리부(102)를 포함한다. 상기 중앙 처리부(102)는 도 1에 도시된 바와 같이, 별도의 독립적인 요소로서 구비될 수도 있지만, 가스 터빈을 제어하기 위해 구비되는 제어 장치의 일 구성요소 또는 가스 터빈용 제어 장치와 일체로 구비될 수도 있다.

상기 중앙 처리부(102)는 신호 출력부(104) 및 상태 측정부(106)와 전기적으로 연결되어 있다. 상기 신호 출력부(104)는 가스 터빈 내에 장착되는 임의의 밸브(10)와 연결되어 상기 밸브(10)가 개방 또는 폐쇄되도록 하는 신호를 밸브(10)에 인가할 수 있도록 구성된다. 가령, 상기 밸브(10)가 솔레노이드로 구동되는 솔레노이드 밸브인 경우 상기 신호 출력부(104)는 솔레노이드 밸브를 구동시키는 전류를 인가하는 수단을 구비할 수 있다.

상기 밸브(10)에는 또한 상기 상태 측정부(106)가 연결된다. 상기 상태 측정부(106)는 상기 솔레노이드 밸브로부터 출력되는 신호를 취득하여 이를 상기 중앙 처리부(102)로 전달하는 역할을 한다. 상기 상태 측정부(106)로는 오실로스코프 등이 활용될 수 있고, 이렇게 전달된 신호는 상기 중앙 처리부(102)의 연산을 거쳐서, 상기 밸브(10)의 응답속도를 얻기 위한 데이터로서 기능하게 된다.

한편, 상기 중앙 처리부(102)에는 또한 저장부(108)가 구비된다. 상기 저장부(108)는 상기 밸브의 상태를 감지하고 판단하기 위해 필요한 임의의 데이터가 저장될 수 있다. 예를 들어, 상기 저장부(108) 내에는 밸브(10)에 대한 시험을 수행한 횟수, 상기 가스 터빈의 총 운전 시간, 밸브 응답속도의 초기 세팅값, 밸브를 구동하기 위한 액츄에이터의 상태값 등과 같은 다양한 정보들이 저장될 수 있다. 아울러, 밸브 상태에 대한 점검이 이루어질 때 마다 얻어지는 응답 속도값 및 점검 횟수 등에 대한 기록도 상기 저장부(108)에 저장될 수 있다.

그리고, 상기 중앙 처리부(102)는 디스플레이(110)를 구비한다. 상기 디스플레이(110)는 상기 중앙 처리부(102)에 의해 감지된 밸브의 상태와 관련된 각종 정보들을 표시하기 위해 구비되는 것으로서, 일반적인 LCD 모니터 등과 같은 표시 수단이 활용될 수 있다.

도 2는 상기 디스플레이(110)를 통해, 밸브의 상태값을 제공하기 위한 유저 인터페이스의 일 예를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 상기 유저 인터페이스는 그게 두 개의 영역으로 구획될 수 있다.

도 2를 기준으로 화면의 좌측에는 사각의 점선으로 표시된 주 표시부(120)가 배치되고, 우측에는 역시 사각의 점선으로 표시된 보조 표시부(130)가 배치된다. 여기서, 상기 사각의 점선은 상기 주 표시부 및 보조 표시부를 도시하기 위한 것으로서, 실제로 표시되는 것은 아니다. 상기 주 표시부와 보조 표시부는 도시된 바와 같이 하나의 화면에 동시에 표시될 수도 있고, 각각 별도의 화면에 표시될 수도 있다. 즉, 주 표시부가 먼저 표시되고, 별도의 조작 수단 또는 터치 패널이 구비된 화면을 스와이프하는 것을 통해서 주 표시부 대신 보조 표시부가 표시되도록 구성할 수도 있다.

상기 주 표시부(120)의 상단에는 식별자 표시부(122)가 배치된다. 상기 식별자 표시부(122)는 모니터링 대상인 밸브를 오퍼레이터가 식별할 수 있도록 하는 식별자, 예를 들어 밸브의 고유 넘버가 표시되는 영역에 해당된다. 이러한 식별자는 도시된 바와 같이 텍스트의 형태로 제공될 수도 있고, 이 외에도 대상 밸브를 확인할 수 있는 임의의 도형, 그림 또는 사진 등의 형태로 제공될 수도 있다.

상기 식별자 표시부(122)의 하부에는 각각 제1 표시부(123) 및 제2 표시부(126)가 배치된다. 상기 제1 및 제2 표시부(123, 126)들은 각각 막대 그래프 형태를 가지며, 상기 막대 그래프는 기준값 대비 실제값의 비율을 나타내기 위한 것이다. 구체적으로, 상기 제1 표시부(123)에는 두 개의 막대 그래프가 배치된다. 상기 제1 표시부(123)는 밸브가 완전히 폐쇄된 상태에서 완전히 개방되는 경우의 응답속도를 표시하기 위한 전 개방속도 표시부(123a)와, 역으로 밸브가 완전히 개방된 상태에서 완전히 폐쇄되는 경우의 응답속도를 표시하기 위한 전 폐쇄속도 표시부(123b)를 포함한다.

상기 두 개의 막대 그래프의 하단에는 각각 해당 그래프에 대한 설명이 표시되는 범례부(125)가 위치한다. 여기서, 상기 각각의 막대 그래프의 전체 길이는 상기 가스 터빈을 설치할 당시에 결정된 초기 세팅값, 즉 기준값에 해당되고, 음영으로 표시된 부분은 상기 기준값 대비 실제로 측정된 응답속도의 비율을 의미한다. 도 2에 표시된 제1 표시부에 의하면, 제1 밸브는 전 개방속도는 대략 기준값의 80%이고, 전 폐쇄속도는 기준값의 60%임을 표시하고 있다.

상기 제2 표시부(126)는 밸브를 부분적으로 개방하는 경우의 응답속도를 의미한다. 다만, 제2 표시부(126) 중에서 좌측에 배치되는 막대 그래프는 밸브의 개방 정도를 표시하기 위한 개도 표시부(126a)이다. 즉, 도 2에서 상기 개도 표시부(126a)는 밸브를 20%만 개방하는 경우임을 표시하고 있다.

상기 개도 표시부의 우측에는 부분 개방속도 표시부(126b)가 배치된다. 상기 부분 개방속도 표시부(126b)는 상기 개도 표시부에 표시된 개도로 밸브가 개방되는 경우에 측정된 응답 속도를 표시하기 위한 것이다. 도 2에서, 상기 제1 밸브는 20%로 개방하는 경우에 기준값의 80%에 해당되는 응답속도를 가지고 있음을 표시하고 있다.

여기서, 부분 개방 테스트는 반드시 20%의 개도에만 수행되는 것은 아니며, 개도를 달리하여 복수 회 진행될 수 있다. 즉, 도시된 20% 외에도, 40, 60, 80%의 개도에 대해서도 수행될 수 있고, 각각의 경우에 측정된 값들은 밸브의 상태를 판단하기 위한 지표로서 활용될 수 있다.

한편, 상기 주 표시부(120)의 우측에는 상술한 바와 같이 보조 표시부(130)가 배치된다. 상기 보조 표시부(130)에는 밸브의 응답속도를 제외한 나머지 정보들이 제공되는데, 상측의 두 개의 칸에는 밸르를 구동하기 위한 액츄에이터의 상태에 관한 파라미터가 표시된다. 도 2에서는 이러한 파라미터로서 윤활유 압력(LO Pressure)과 윤활유 증기 압력(Vapor Pressure)가 표시되어 있다.

여기서, 상기 제1 밸브는 원활한 작동을 보장하기 위한 윤활이 이루어질 수 있도록, 도시되지 않은 윤활유 탱크와 연결되어 있어 상기 윤활유 및 윤활유 탱크 내의 기화된 윤활유의 압력은 밸브의 작동에 영향을 줄 수 있는 파라미터가 될 수 있다. 따라서, 이들 값을 압력센서 등을 통해 측정하고 측정된 결과를 도시된 바와 같이 표시함으로써 밸브의 응답속도에 영향을 줄 수 있는 요인에 대해 사전에 대처하도록 할 수 있다.

세 번째 칸에는 초기 세팅값이 표시된다. 여기서, 초기 세팅값이란 가스 터빈을 실제 사용될 현장에 설치하는 과정에서 조정된 최초의 응답속도를 의미하며, 이는 가스 터빈의 운전 중에 측정된 밸브의 응답속도를 대비하기 위한 기준값으로서 기능할 수 있다.

네 번째 칸에는 밸브에 대한 점검이 이루어진 횟수가 기재된다. 즉, 상기 실시예에서 밸브는 운정 중에 연속적으로 감시하는 것이 쉽지 않고, 소정의 조정 주기마다 점검을 수행하는 바, 상기 네 번째 칸에는 현재까지 이루어진 점검의 횟수를 표시하도록 하고 있다. 여기서, 점검의 횟수뿐만 아니라 가장 최근에 점검이 이루어진 날짜를 함께 또는 대체하여 표시하도록 할 수도 있다.

마지막으로, 다섯 번재 칸에는 상기 가스 터빈이 사용된 총 운전시간을 표시한다. 이로 인해서, 오퍼레이터가 가스 터빈의 노후 정도를 대략적으로 짐작한 상태에서 밸브의 점검 여부를 결정할 수 있도록 한다.

이제 상기 실시예의 작동에 대해서 설명한다.

밸브의 조정 주기가 도래한 경우, 오퍼레이터는 가스 터빈의 운전을 중지하고, 조작 수단을 이용하여 밸브의 점검을 수행한다. 밸브 점검을 수행하는 과정은 다음과 같다.

우선, 복수 개의 밸브 중에서 임의의 밸브를 선정하고, 선정된 밸브에 대한 정보를 상기 식별자 표시부를 통해 표시한다. 또한, 선정된 밸브에 대해서 전 폐쇄, 전 개방 및 부분 개방을 순차적으로 수행하면서 측정된 응답속도를 상기 디스플레이를 통해 표시한다. 동시에, 측정된 응답속도를 초기 세팅값과 대비하여 이상 여부를 판단한다.

이러한 과정은 모든 밸브에 대해서 순차적으로 수행될 수도 있고, 1회의 점검 과정에서 일부의 밸브에 대해서만 수행할 수도 있다. 이 경우 점검에서 누락된 밸브들은 다음 번 점검 시에 우선적으로 선정되도록 할 수 있다.

Claims (8)

1. 밸브 구동 신호를 밸브에 인가하는 신호 출력부;
   밸브의 응답속도를 측정하는 상태 측정부;
   밸브의 작동 상태와 관련된 정보를 표시하는 디스플레이부;
   밸브의 작동 상태와 관련된 정보를 저장하기 위한 저장부; 및
   상기 신호 출력부, 상기 상태 측정부, 상기 디스플레이부 및 저장부와 각각 전기적으로 연결되어 그의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 측정된 밸브의 응답속도를 기준값과 대비하여, 밸브의 이상여부를 판단하고,
   상기 디스플레이부에는 밸브의 응답속도를 표시하는 주 표시부, 및 상기 응답속도 외의 다른 정보를 표시하는 보조 표시부를 포함하며,
   밸브가 완전히 개방된 상태에서 완전히 폐쇄된 상태에 도달하는 시간을 전 개방 속도, 완전히 폐쇄된 상태에서 완전히 개방된 상태에 도달하는 시간을 전 폐쇄 속도라 정의할 때,
   상기 주 표시부는 상기 전 개방 속도 및 전 폐쇄 속도를 표시하기 위한 제1 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   밸브가 완전히 폐쇄된 상태에서 제1 개도로 개방되는데 소요되는 시간을 제1 개방 속도, 상기 제1 개도 보다 큰 제2 개도로 개방되는데 소요되는 시간을 제2 개방 속도라 정의할 때,
   상기 주 표시부는 상기 제1 및 제2 개방 속도를 표시하기 위한 제2 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 모니터링 장치는 복수 개의 밸브와 연결되고, 상기 주 표시부에는 측정 대상인 밸브를 식별하기 위한 식별자가 표시되는 식별자 표시부가 추가적으로 포함되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 보조 표시부는 밸브를 작동시키는 액츄에이터의 상태를 표시하기 위한 액츄에이터 표시부, 최초의 응답속도를 표시하는 기준값 표시부, 누적 점검횟수를 표시하는 이력 표시부, 및 가스 터빈의 누적 운전시간을 표시하는 운전시간 표시부 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 주 표시부는 막대 그래프의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 주 표시부와 보조 표시부는 하나의 표시면에 함께 표시되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 주 표시부와 보조 표시부는 서로 다른 표시면에 각각 표시되고, 조작자의 선택에 따라서 교호적으로 표시되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 밸브 모니터링 장치.

Images