KR102171610B1

KR102171610B1 - 피드-포워드 밸브 테스트 보상을 위한 시스템

Info

Publication number: KR102171610B1
Application number: KR1020157035816A
Authority: KR
Inventors: 조셉 클레이 솔츠먼
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2020-10-30
Also published as: US20140338762A1; JP2016521814A; US9158307B2; EP2999858B1; KR20160008641A; WO2014189631A1; EP2999858A1; CN105229265A; CN105229265B

Abstract

시스템(10)은 총 흐름 수요 값(30)을 포함하는 제1 출력(68)을 생성하고 제어기에 통신가능하게 커플링되는 복수의 밸브(26, 27, 28, 29)에 전송하기 위해 제어기의 메모리에 저장되는 프로그램을 실행하도록 구성되는 프로세서(24)를 포함하는 제어기(18)를 포함한다. 복수의 밸브(26, 27, 28, 29) 각각은 총 흐름 수요 값(30)의 각 부분을 수신하도록 구성된다. 프로세서(24)는 복수의 밸브 중 제1 밸브(27)의 디커플링을 표시하는 입력을 수신하도록 그리고 제1 출력(68) 및 제1 밸브(27)의 제1 동작 특성에 적어도 부분적으록 기초하여 제2 출력(69)을 생생하도록 구성된다. 제2 출력(69)은 총 흐름 수요 값(30)을 유지하기 위해 복수의 밸브 중 제2 밸브(26, 28, 29)의 제2 동작 특성을 변화시키도록 구성된다.

Description

피드-포워드 밸브 테스트 보상을 위한 시스템{SYSTEMS FOR FEED-FORWARD VALVE TEST COMPENSATION}

본원에 개시되는 청구 발명은 증기 터빈 시스템(steam turbine system)에 관한 것으로, 더 구체적으로, 증기 터빈 시스템을 위한 밸브 테스트 보상(valve test compensation)에 관한 것이다.

특정 증기 터빈 시스템 및 관련 컴포넌트(component)는 주기적으로 특정 테스팅을 받거나 경험할 수 있다. 예를 들어, 동작 테스팅(operational testing)은 증기 터빈 시스템에 사용되는 유입구 흐름 제어 밸브(inlet flow control valve)에 관하여 순차적으로 수행될 수 있다. 그러나, 테스트 중의 터빈의 빈번한 닫힘(closing), 개방(opening) 및/또는 재개방(reopening)으로 인해 온라인 밸브 테스팅이 수행될 때 증기 터빈의 압력과 같은 동작 파라미터는 증가할 수 있다. 더욱이, 제어 밸브를 위한 특정 제어 방식은 밸브 및 터빈 장치(arrangement)의 구성에 기초하여 방해될 수 있다. 증기 터빈 시스템에서의 온라인 밸브 테스팅을 개선하기 위한 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

원래의 청구 발명의 범위에 상응하는 특정 실시예가 이하에 설명된다. 이들 실시예는 청구 발명의 범위를 제한하도록 의도되는 것이 아니라, 오히려 이들 실시예는 단지 본 발명의 가능한 형태의 간략한 요약을 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 이하에 설명되는 실시예와 유사하거나 서로 다를 수 있는 다양한 형태를 망라할 수 있다.

제1 실시예에 따르면, 시스템은 총 흐름 수요 값(total flow demand value)을 포함하는 제1 출력을 생성하고 제어기에 통신가능하게 커플링되는 복수의 밸브에 전송하기 위해 제어기의 메모리에 저장되는 프로그램을 실행하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 제어기를 포함한다. 복수의 밸브 각각은 총 흐름 수요 값의 각 부분을 수신하도록 구성된다. 프로세서는 복수의 밸브 중 제1 밸브의 디커플링을 표시하는 입력을 수신하도록, 그리고 제1 출력 및 제1 밸브의 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 출력을 생생하도록 구성된다. 제2 출력은 총 흐름 수요 값을 유지하기 위해 복수의 밸브 중 제2 밸브의 제2 동작 특성을 변화시키도록 구성된다.

제2 실시예에 따르면, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)는 그 위에 저장된 코드를 가지고, 코드는 복수의 밸브에 대한 총 흐름 수요 값을 포함하는 제1 출력을 생성하고 전송하기 위한 명령어를 포함한다. 복수의 밸브 각각은 총 흐름 수요 값의 각 부분을 수신하도록 구성된다. 코드는 복수의 밸브 중 제1 밸브의 디커플링을 표시하는 입력을 수신하기 위한, 그리고 제1 출력 및 제1 밸브의 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 출력을 생성하기 위한 명령어를 포함한다. 제2 출력은 총 흐름 수요 값을 유지하기 위해 복수의 밸브 중 제2 밸브의 제2 동작 특성을 변화시키도록 구성된다.

제3 실시예에 따르면, 시스템은 터빈 시스템의 하나 이상의 동작 파라미터를 제어하도록, 그리고 제어기에 통신가능하게 커플링되는 복수의 밸브에 대해 총 흐름 수요 값을 포함하는 제2 출력을 생성하고 전송하도록 구성되는 제어기를 포함한다. 복수의 밸브 각각은 복수의 밸브를 포함하는 터빈 시스템에 대한 유체(fluid)의 흐름을 조절하기 위해 총 흐름 수요 값의 각 부분을 수신하도록 구성된다. 제어기는 복수의 밸브 중 제1 밸브의 디커플링을 표시하는 입력을 수신하도록, 그리고 제1 출력 및 제1 밸브의 제2 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 출력을 생생하도록 구성된다. 제2 출력은 총 흐름 수요 값을 유지하기 위해 복수의 밸브 중 제2 밸브의 제2 동작 특성을 변화시키도록 구성된다.

본 발명의 이들 및 다른 피처(feature), 양상 및 장점은 유사 부호가 도면 전반의 유사한 부분을 나타내는 첨부한 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명이 숙독될 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 다수의 밸브를 포함하는 터빈-생성기 시스템(turbine-generator system)의 일 실시예의 블록도이다.
도 2는 본 실시예에 따른, 도 1의 시스템 내에 포함되는 밸브를 제어하기 위한 제어기의 일 실시예의 블록도이다.
도 3은 본 실시예에 따른, 도 2의 제어기로서 피드-포워드 밸브 흐름 보상 제어기의 일 실시예의 블록도이다.
도 4는 본 실시예에 따른, 도 2의 제어기로서 피드-포워드 밸브 흐름 보상 제어기의 다른 실시예의 블록도이다.
도 5는 본 실시예에 따른, 도 1의 밸브의 피드-포워드 밸브 흐름 보상 제어를 구현하기 위해 적합한 프로세스의 일 실시예의 흐름도이다.
도 6은 본 실시예에 따른, 도 1의 밸브의 피드-포워드 밸브 흐름 보상 제어를 구현하기 위해 적합한 대안적인 프로세스의 흐름도이다.

본 발명의 하나 이상의 특정 실시예가 이하에 설명될 것이다. 이들 실시예의 간결한 설명을 제공하기 위해, 실제구현의 모든 피처는 명세서에 설명되지 않을 수 있다. 임의의 그와 같은 실제구현의 개발에 있어서, 임의의 엔지니어링(engineering) 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 일 구현에서 다른 구현으로 변화할 수 있는, 시스템-관련 및 비지니스-관련 제약 준수와 같은 개발자의 특정 목표를 달성하기 위해 수많은 구현-특정 결정이 이루어져야 하는 것이 인식되어야 한다. 더욱이, 그와 같은 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시물의 이익을 가지는 당업자에 대한 설계, 제조 및 제조를 담당하는 루틴(routine)이 될 것이 인식되어야 한다.

본 발명의 다양한 실시예의 엘리먼트를 도입할 때, 정관사 "a", "an", "the" 및 "said"는 엘리먼트 중 하나 이상이 존재함을 의미하는 것으로 의도된다. 용어 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)" 및 "가지는(having)"은 내포적인 것이고 정렬된 엘리먼트와 다른 추가적인 엘리먼트가 존재할 수 있음을 의미한다.

본 실시예는 (예를 들어, 밸브 작동(actuation)이 터빈에 대해 개별 밸브 각각을 통한 동일한 유체 흐름을 허용하기 위해 동시 발생하고 및/또는 동기화될 수 있는) 전방향 분사(full arc admission) 또는 (예를 들어, 밸브 작동이 터빈에 대해 개별 밸브 각각을 통한 유체 흐름을 독립적으로 조절하기 위해 실질적으로 독립적이고 및/또는 비동기화될 수 있는) 부분 방향 분사(partial arc admission)의 하나 이상에 따라 구성되는 터빈에 대한 유체 흐름을 제어하기 위해 피드-포워드 밸브 흐름 보상 기술을 활용하는 것에 관련한다. 특정 실시예에서, 제어기는 터빈에 커플링되는 다수의 밸브 중 적어도 하나의 밸브의 동작 테스팅(예를 들어, 밸브의 개방, 닫힘 및/또는 재개방) 동안 터빈의 총 흐름 수요(예를 들어, 하나 이상의 다양한 동작을 수행하기 위해 터빈에 의해 요구되는 유체 운동 및/또는 흐름의 총량)를 유지하기 위해 흐름 보상 제어 루프 내로의 피드백으로서 밸브 스트로크(valve stroke) 및/또는 밸브 스템 포지션(valve stem position) 정보를 사용할 수 있다.

구체적으로, 운영자는 예를 들어, 동작 테스팅을 경험하기 위해 밸브를 선택할 수 있다. 일단 선택된다면, 제어기는 폐-루프 제어(closed-loop control) 및/또는 자동 제어(automatic control)로부터의 테스팅을 겪는 밸브를 제거하고, 개방-루프(open-loop) 및/또는 수동 제어(manual control) 하의 테스팅을 겪는 밸브를 배치하도록 결정할 수 있다. 남아있는 밸브는 그 후에 테스팅을 겪는 밸브의 닫힘, 개방 및/또는 재개방에 기인할 수 있는 터빈에 대한 흐름 방해를 최소화하도록, 테스팅을 겪는 밸브의 흐름 수요 기여도 손실로 인한 총 흐름 수요의 나머지를 제어하기 위해 재-교정(re-calibrated)될 수 있다. 일 실시예에서, 테스팅을 겪는 밸브의 사전-테스팅(pre-testing) 흐름 수요 기여도 사이의 차이는 총 흐름 수요에 가산될 수 있다. 다른 실시예에서, 테스팅을 겪는 밸브의 흐름 수요 기여도는 총 흐름 수요로부터 직접 감산될 수 있다. 어느 한 쪽의 경우에, 제어기는 터빈의 총 흐름 수요를 유지하기 위해 폐-루프 제어 하에 남아있는 밸브 각각(예를 들어, 테스팅을 현재 겪지 않는 밸브)에 대한 새로운 밸브 스트로크 및/또는 밸브 스템 포지션을 결정할 수 있다. 또한, 본 실시예는 밸브 및 터빈 부분 방향 분사 구성뿐 아니라, 전방향 분사 구성에 대한 피드-포워드 흐름 보상을 허용할 수 있다.

전술한 바를 유념하면, 도 1에 예시된 예시적인 터빈-생성기 시스템(10)과 같은 터빈-생성기 시스템을 설명하는 것이 유용할 수 있다. 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 증기 터빈(12)(또는 가스 터빈(12)), 로드(16)에 커플링된 생성기(14), 및 제어기(18)를 포함할 수 있다. 증기 터빈(12)은 증기 터빈(12)에 대해 증기 인테이크(steam intake)(22)를 제어할 수 있는 하나 이상의 밸브(20)에 더 커플링될 수 있다. 증기 터빈(12)은 샤프트(23)를 통해 출력(예를 들어, 기계적 파워 출력)을 생성기(14)에 전달하기 위해 증기 인테이크(22)를 사용할 수 있다.

특정 실시예에서, 밸브(20)는 다수의 병렬 밸브(예를 들어, 2, 3, 4 또는 그 이상의 밸브)를 포함할 수 있고, 전방향 분사, 부분 방향 분사, 또는 다른 유사한 유체 분사 기술에 따라 증기 터빈(12)의 증기 인테이크(22)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 전방향 분사를 사용하면, 하나 이상의 밸브(20)가 증기 터빈(12)에 대해 동일한 증기 인테이크(22)를 허용하면서, 동시에 작동될 수 있고 및/또는 포지셔닝(예를 들어, 제어기(18)에 의해 제어됨)될 수 있다. 유사한 예에서, 부분 방향 분사를 사용하면, 밸브(20)는 예를 들어, 세트의 나머지 밸브(20)가 시간 주기 후에 구동될 수 있고 및/또는 포지셔닝될 수 있는 동안, 동시에 작동되고 및/또는 포지셔닝된다(예를 들어, 제어기(18)에 의해 제어된다). 따라서, 부분 방향 분사를 사용하면, 증기 터빈(12)에 대한 증기 인테이크(22)는 서로 다른 밸브(20)에 관하여 별개로 및/또는 독립적으로 조절될 수 있다.

이전에 주목된 바와 같이, 시스템(10)은 또한 제어기를 포함할 수 있다. 제어기(18)는 밸브(20)를 제어하고, 증기 인테이크(22)를 증기 터빈(12)으로 확장하기 위해 다양한 제어 알고리즘 및 기술을 생성하고 구현하기 위해 적합할 수 있다. 제어기(18)는 또한 엔지니어 또는 기술자가 증기 터빈 시스템(12) 및 생성기(12)의 컴포넌트(예를 들어, 센서(sensor))와 같은 터빈-생성기 시스템(10)의 컴포넌트를 모니터할 수 있는 운영자 인터페이스(operator interface)를 제공할 수 있다. 따라서, 제어기는 판독가능하고 실행가능한 컴퓨터 명령어를 프로세싱하는데 사용될 수 있는 프로세서(24) 및 판독가능하고 실행가능한 컴퓨터 명령어 및 다른 데이터를 저장하기 위해 사용될 수 있는 메모리(25)를 포함할 수 있다. 이들 명령어는 메모리(25) 및/또는 제어기(18)의 다른 스토리지와 같은 유형의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장되는 프로그램에 인코딩될 수 있다. 더욱이, 프로세서(24) 및 메모리(25)는 제어기(18)가 예를 들어, 추가적인 하드웨어 컴포넌트를 포함할 필요 없이 현재 개시되는 기술을 실행하기 위한 명령어로 프로그램가능하게 개장되게 할 수 있다. 특정 실시예에서, 제어기(18)는 또한 휴먼-머신 인터페이스(human-machine interface: HMI) 소프트웨어, 제조 실행 시스템(manufacturing execution system: MES), 분배 제어 시스템(distributed control system: DCS) 및/또는 감독자 제어 및 데이터 획득(supervisor control and data acquisition: SCADA) 시스템과 같은 다양한 산업 제어 소프트웨어를 호스팅(host)할 수 있다. 제어기(18)는 하나 이상의 산업 통신(예를 들어, 유선 또는 무선) 프로토콜을 더 지원할 수 있다. 예를 들어, 제어기(18)는 General Electric Co., of Schenectady, New York으로부터 이용가능한 GE ControlST™를 지원할 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 제어기(18) 실시예의 블록도가 예시된다. 도시된 바와 같이, 제어기(18)는 하나 이상의 밸브(20), 또는 일련의 4개의 밸브(26(예를 들어, 밸브(1)), 27(예를 들어, 밸브(2)), 28(예를 들어, 밸브(3)) 및 29(예를 들어, 밸브(4))를 제어하는데 유용할 수 있다. 또한, 제어기(18)는 주기적 동작 테스팅 동안 밸브(26, 27, 28 및 29)의 동작(예를 들어, 닫힘, 개방 및/또는 재개방)에 의해 야기되는 흐름 방해를 감소시키기 위해 피드백으로서 밸브 포지션을 제어하도록 피드-포워드 제어를 활용할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 모든 밸브(26, 27, 28 및 29)에 대한 총 흐름 수요 입력(30)은 밸브 포지션(예를 들어, 밸브(26, 27, 28 및 29) 스템의 포지션 또는 스트로크(stroke)) 제어의 함수로서 생성될 수 있다. 구체적으로, 총 흐름 수요 입력(30)은 퍼센티지 값으로서 요구되는 질량 흐름(mass flow)을 나타낼 수 있다. 총 흐름 수요 입력(30)은 흐름 분할기(32, 34, 36 및 38)를 통해 분할될 수 있고(예를 들어, 동일하게 분할되고 및/또는 비동등하게 분할될 수 있고), 각 밸브(26, 27, 28 및 29)에 대해 각각의 밸브 흐름-스트로크 변환기(flow-stroke converter)(40, 42, 44 및 46)에 입력될 수 있다.

특정 실시예에서, 각각의 흐름-스트로크 곡선에 의해 예시된 바와 같이, 밸브 흐름-스트로크 변환기(40, 42, 44 및 46)는 밸브(26, 27, 28 및 29) 사이의 서로 다른 흐름 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 흐름-스트로크 변환기(40, 42, 44 및 46)의 흐름-스트로크 곡선의 수평 축은 인치로 밸브 스트로크(예를 들어, 밸브 스템 포지셔닝)를 나타낼 수 있다. 유사하게, 수직 축은 시간 당 파운드 질량(lbm/hr)으로 흐름을 나타낼 수 있다. 또한, 흐름-스트로크 변환기(40, 42, 44 및 46)는 각각 예를 들어, 개별 밸브(26, 27, 28 및 29) 각각에 대한 (예를 들어, 흐름-스트로크 변환기(40, 42, 44 및 46)의 각각의 흐름-스트로크 곡선에 의해 예시된 바와 같이) 대응하는 스트로크 또는 밸브 스템 포지션에 각각의 흐름 수요 값(예를 들어, 총 흐름 수요 입력(30)의 퍼센티지 또는 부분)을 매핑할 수 있는 하나 이상의 데이터 어레이(예를 들어, 2차원 룩업 테이블(look up table))를 각각 포함할 수 있다. 이전에 주목된 바와 같이, 특정 실시예에서, 제어기(18)는 증기 인테이크(22)가 예를 들어, 부분 방향 분사에 따라 증기 터빈(12)에 들어가도록 밸브(26, 27, 28 및 29) 중 하나 이상을 작동시키기 위한 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 더 예시되는 바와 같이, (예를 들어, 흐름-스트로크 변환기(40, 42 및 44)를 통해 도시된 바와 같은) 밸브(26, 27 및 28)의 스트로크는 실질적으로 동시에 생성될 수 있는 한편, (예를 들어, 흐름-스트로크 변환기(46)를 통해 도시된 바와 같은) 밸브(29)의 스트로크는 이후의 시점에서 변경될 수 있다. 더 인식되는 바와 같이, 부분 방향 분사 구성 때문에, 제어기(18)는 밸브(26, 27, 28 및 29) 중에 균등하게 총 흐름 수요 입력(30)을 분할하는데 있어서 방해받을 수 있다.

도 3은 밸브(26, 27, 28 및 29) 중 적어도 하나의 동작 테스팅 동안 부분 아크 구성(partial arc configuration)에서 밸브(26, 27, 28 및 29)의 각각을 통한 질량 흐름이 제어되는 제어기(18)의 일 실시예를 예시하는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 밸브(28)의 밸브 동작 테스트 동안, 밸브(28)는 제어 루프(31)(예를 들어, 폐-루프 제어)로부터 제거될 수 있고, 테스트 제어 입력(45)을 통해 개방-루프 및/또는 수동 제어 하에 배치될 수 있다. 도 2에 관하여 상기에 주목된 바와 같이, 총 흐름 수요 입력(30)(예를 들어, 증기 터빈(12)의 최대 흐름 비율의 70, 80, 90%)은 밸브(26, 27, 28 및 29)에 걸쳐 공유될 수 있다(예를 들어, 총 흐름 수요의 근사 퍼센티지). 그러나, 동작 테스팅을 받기 위해 밸브(26, 27, 28 및 29) 중 하나(예를 들어, 밸브(28))가 선택될 때, 총 흐름 수요 입력(30)에 기초한 입력 흐름 수요는 밸브(28)의 테스팅으로 인한 흐름의 손실을 보상하기 위해 재조정될 수 있다. 구체적으로, 일 실시예에서, 테스팅 동안 테스트 밸브(예를 들어, 밸브(28))의 흐름의 변경이 계산될 수 있고 총 흐름 수요 입력(30)에 추가될 수 있다. 다른 실시예에서, 테스트 밸브(예를 들어, 밸브(28))의 흐름은 총 흐름 수요 입력(30)으로부터 감산될 수 있다. 어느 한 쪽의 실시예에서, 예를 들어, 증기 터빈(12)의 초기의 총 흐름 수요를 유지하기 위해 동작 테스팅을 받지 않는 밸브(예를 들어, 밸브(26, 27 및 29)) 각각에 대해 새로운 스트로크 커맨드가 생성될 수 있다.

예를 들어, 제어기(18)는 또한 병렬 제어 밸브(26, 27 및 29)를 통해 흐름을 조정함으로써 밸브 스트로크 및/또는 밸브 스템 포지션을 제어하기 위해, 그리고 따라서 동작 테스팅 동안 밸브(28)의 닫힘, 개방 및/또는 재개방에 의해 야기될 수 있는 증기 터빈(12)의 흐름 방해를 최소화하기 위해 흐름 보상 제어 루프(33)를 포함할 수 있다. 제어기(18)는 하나 이상의 센서(56)를 통해 밸브(26, 27, 28 및 29)의 스트로크 및/또는 밸브 스템 포지션 데이터를 수신할 수 있다. 특정 실시예에서, 센서(56)는 예를 들어, 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer: LVDT), 선형 가변 차동 리액터(linear variable differential reactor: LVDR) 또는 밸브(26, 27, 28 및 29)의 스템의 선형 포지션 및/또는 변위를 측정하는데 유용한 임의의 디바이스를 포함할 수 있다. 제어기(18)는 밸브(26, 27, 28 및 29)의 스트로크에 기초하여 스트로크-흐름 변환기(58, 60, 62 및 64)를 통해 대응하는 흐름 값을 생성하기 위해 센서(56)를 통해 수집되는 밸브 스트로크 및/또는 밸브 스템 포지션 데이터를 사용할 수 있다.

특정 실시예에서, 스트로크-흐름 변환기(58, 60, 62 및 64)는 대응하는 흐름-스트로크 변환기(40, 42, 44 및 46)의 곡선 및/또는 데이터 어레이의 반전(inversion)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 밸브(26 및 27) 각각이 하나 이상의 래치(66)에 의해 총 흐름 수요 입력(30)의 특정 퍼센티지(예를 들어, 20-25%)로 제어되고 및/또는 클램핑(clamped)되어야 하고, 밸브(29)가 래치(66)를 통해 특정의 더 적은 퍼센티지(예를 들어, 10-15%)로 제어되고 및/또는 클램핑되어야 한다면, 흐름에서의 변경은 밸브(26, 27 및 29) 각각에 대해서뿐 아니라, 테스팅을 겪는 밸브(28)에 대해 계산될 수 있다. 구체적으로, 밸브(26, 27, 28 및 29) 각각에 대한 사전-테스팅 흐름 기여도(예를 들어, 총 흐름 수요 입력(30)의 사전-테스트 퍼센티지)와 밸브(28)의 사전-테스팅 사이의 차이 및 센서(56)를 통해 수신되는 스트로크 데이터에 기초하여 도출되는 동작 테스팅 동안의 흐름이 계산될 수 있다. 특정 실시예에서, 테스팅을 겪지 않는 밸브(26, 27 및 29) 사이의 차이는 실질적으로 제로일 수 있는 한편, 동작 테스팅을 겪는 밸브(28)에 대한 흐름 기여도와 스트로크 데이터에 기초하여 도출되는 흐름 사이의 차이는 밸브(28)의 테스팅 전반에서 변화할 수 있다.

각각의 차이 출력이 선택기(68)에 입력될 수 있고, 선택기(68)는 밸브(26, 27 및 29)(예를 들어, 밸브(28)의 테스팅 동안 폐-루프 제어 및/또는 자동 제어 하의 밸브)를 통해 흐름을 제어하고, 확장으로서, 터빈(12) 내로의 질량 흐름 증기 인테이크(22)를 제어하기 위해 사전-테스팅 총 흐름 수요 입력(30)에 추가하기 위해 신호 출력(69)을 생산할 수 있다. 특히, 밸브(28)의 흐름 수요 기여도가 예를 들어, 밸브(28)의 테스팅이 진행함에 따라 1%, 5%, 10%, 15%, 20% 이상 사이에서 변화할 수 있기 때문에, 신호 출력(69)은 밸브(28)(예를 들어, 테스팅을 겪는 밸브)의 사전-테스팅 흐름 수요 기여도와 테스팅 중인 밸브(28)의 흐름 수요 기여도 사이의 차이를 포함할 수 있다. 따라서, 밸브(26, 27 및 29)(예를 들어, 밸브(28)의 테스팅 동안의 폐-루프 제어 및/또는 자동 제어 하의 밸브) 각각의 흐름 수요 기여도가 선택기(68)와 총 흐름 수요 입력(30)의 신호 출력(69)의 합계에 기초하여 밸브(26, 27 및 29) 각각에 대한 새로운 스트로크 커맨드를 도출함으로써 조정될 수 있도록, 신호 출력(69)은 총 흐름 수요 입력(30)에 추가될 수 있는 테스팅을 겪는 밸브(예를 들어, 밸브(28))의 흐름 보상(예를 들어, 퍼센티지 값)일 수 있다. 따라서, 제어기(18)는 총 흐름 수요(예를 들어, 총 흐름 수요 입력(30))를 유지하기 위해 그리고 동작 테스팅 동안 밸브(28)의 임의의 감소한 흐름 용량에 대해 보상하기 위해 테스팅을 겪지 않는 밸브(26, 27 및 29)를 통한 흐름을 조정하기 위한 신호를 생성함으로써 흐름 기여도의 손실에 대해 보상할 수 있다. 따라서, 밸브(28)의 테스팅(예를 들어, 닫힘, 개방 및/또는 재개방)으로 인한 증기 터빈(12)에 대한 흐름 방해의 잠재성이 최소화될 수 있다.

도 4는 부분 아크 구성에서의 밸브(26, 27, 28 및 29)의 각각을 통한 질량 흐름이 밸브(26, 27, 28 및 29) 중 적어도 하나의 동작 테스팅 동안 제어되는 제어기(18)의 다른 실시예를 예시한다. 예시된 실시예에서, 밸브(27)는 테스팅을 겪도록 선택될 수 있다. 그러나, 하나, 둘 또는 그 이상의 밸브(26, 27, 28 및 29)가 직렬로 또는 병렬로 밸브 테스팅을 겪도록 선택될 수 있음이 인식되어야 한다. 도 3에 관하여 상기에 주목된 것과 유사하게, 테스팅을 겪는 밸브(예를 들어, 밸브(27))는 폐-루프 제어로부터 제거될 수 있고, 테스트 제어 입력(45)을 통해 개방-루프 및/또는 수동 제어 하에 배치될 수 있다. 또한, 이전에 주목된 바와 같이, 총 흐름 수요 입력(30)(예를 들어, 70, 80, 90%)이 각각의 밸브(26, 27, 28 및 29)에 걸쳐 공유(예를 들어, 분배)될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서, 테스트 제어(45) 하에서, 동작 테스팅을 위해 밸브(27)가 일단 폐-루프 제어로부터 제거되면, 제어기(18)는 밸브(27)(예를 들어, 동작 테스팅을 겪는 밸브)의 스트로크에 기초하여 스트로크-흐름 변환기(60)를 통한 흐름 커맨드를 생성하기 위해 센서(56)를 통해 수집된 밸브 스트로크 데이터를 사용할 수 있다. 구체적으로, 밸브(27)의 흐름 수요 기여도(예를 들어, 총 흐름 수요 입력(30)의 공유 퍼센티지)는 총 흐름 수요 입력(30)으로부터 감산될 수 있다. 이러한 계산 차이에 기초하여, 밸브(27)의 손실 흐름 수요 기여도를 보상하기 위해 밸브(26, 28 및 29)의 각각에 대해 각각의 흐름-스트로크 변환기(40, 44 및 46)를 통해 새로운 스트로크 커맨드가 생성될 수 있다. 즉, 병렬 밸브(26, 28 및 29)를 통한 흐름은 예를 들어, 총 흐름 수요(예를 들어, 총 흐름 수요 입력(30))를 유지하기 위해, 그리고 그에 따라 증기 터빈(12)의 흐름 방해를 최소화하기 위해 조정될 수 있다.

이제 도 5를 참조하면, 예를 들어, 도 1에 도시되는 시스템(10)에 포함되는 제어기(18)를 사용함으로써, 동작 테스팅 동안 부분 아크 구성에서 다수의 밸브 각각을 통한 질량 흐름을 제어하는데 유용한 프로세스(70)의 실시예를 예시하는 흐름도가 제시된다. 프로세스(70)는 비-일시적 머신-판독가능 매체(예를 들어, 메모리(25))에 저장되고 예를 들어, 제어기(18)에 포함되는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(24))에 의해 실행되는 코드 또는 명령어를 포함할 수 있다. 프로세스(70)는 제어기(18)가 동작 테스팅을 받기 위해 밸브의 선택에 대응하는 표시를 수신하는(블록(72)) 것으로 시작할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 밸브(26, 27, 28 및 29)가 동작시에 그리고 터빈(12)에 커플링되는 동안 동작 테스팅을 겪도록 선택될 수 있다. 프로세스(70)는 제어기(18)가 동작(예를 들어, 닫힘, 개방 및/또는 재개방) 테스팅을 받기 위해 폐-루프 제어(예를 들어, 자동 제어)로부터 선택 밸브를 제거할 것을 결정하는(블록(74)) 것으로 계속할 수 있다. 구체적으로, 테스팅을 겪는 밸브는 수동 및/또는 개방-루프 제어 하에 배치될 수 있다.

프로세스(70)는 그 후에 테스팅을 겪는 밸브(예를 들어, 도 3에 예시된 바와 같은 밸브(28))가 스트로크 및/또는 밸브 스템 포지션을 변경하는 동안 제어기(18)가 흐름의 변경(예를 들어, 테스팅을 겪는 밸브의 흐름 기여도에서의 변경)을 계산하는(블록(76)) 것으로 계속할 수 있다. 구체적으로, 밸브(26, 27, 28 및 29)의 각각에 대한 사전-테스팅 흐름 기여도와 센서(56)를 통해 수신되는 스트로크 데이터에 기초하여 도출된 흐름 사이의 차이가 계산될 수 있다. 프로세스(70)는 그 후에 제어기(18)가 총 흐름 수요(예를 들어, 증기 터빈(12)에 집합적으로 전달하기 위해 밸브(26, 27, 28 및 29) 전부에 대한 흐름 수요의 퍼센티지 값)에 흐름에서의 변경(예를 들어, 퍼센티지 값)을 추가하는(블록(78)) 것으로 계속할 수 있다. 프로세스(70)는 그 후에 각각의 흐름 수요 기여도에서의 변경 및 총 흐름 수요의 합계에 기초하여 밸브(26, 27 및 29) 각각에 대한 새로운 스트로크 커맨드를 도출함으로써 테스팅을 겪지 않는 밸브(26, 27 및 29) 각각의 흐름 수요 기여도를 조정(블록(79))하기 위해 제어기(18)가 제어 신호를 생성하는 것으로 결론내릴 수 있다.

유사하게, 도 6은 예를 들어, 도 1에 도시되는 시스템(10)에 포함되는 제어기(18)를 사용함으로써, 동작 테스팅 동안 부분 아크 구성에서 다수의 밸브 각각을 통한 질량 흐름을 제어하는데 유용한 프로세스(80)의 실시예를 예시하는 흐름도를 도시한다. 특정 실시예에서, 프로세스(80)는 프로세스(70)에 대한 대안으로서 구현될 수 있다. 프로세스(70)와 유사하게, 프로세스(80)는 비-일시적 머신-판독가능 매체(예를 들어, 메모리(25))에 저장되고 제어기(18)에 포함되는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(24))에 의해 실행되는 코드 또는 명령어를 포함할 수 있다. 프로세스(80)는 제어기(18)가 동작 테스팅을 받기 위해 밸브의 선택에 대응하는 표시를 수신하는(블록(82)) 것으로 시작할 수 있다. 주목된 바와 같이, 예를 들어, 하나 이상의 밸브(26, 27, 28 및 29)가 동작시에 그리고 터빈(12)에 커플링되는 동안 동작 테스팅을 겪도록 선택될 수 있다.

프로세스(80)는 제어기(18)가 동작(예를 들어, 닫힘, 개방 및/또는 재개방) 테스팅을 받기 위해 폐-루프 제어(예를 들어, 자동 제어)로부터 선택 밸브를 제거할 것을 결정하는(블록(84)) 것으로 계속할 수 있다. 프로세스(80)는 제어기(18)가 테스팅을 겪는 밸브(예를 들어, 도 4에 예시된 밸브(27))의 흐름 손실을 보상하기 위해 테스팅을 겪지 않는 밸브(예를 들어, 밸브(26, 28 및 29))의 (예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같은 흐름-스트로크 변환기(40, 44 및 46)를 통한) 흐름 데이터의 스케일링(scaling)을 조정하는(블록(85)) 것으로 계속할 수 있다. 구체적으로, 테스팅을 겪는 밸브(밸브(27))의 흐름 손실을 보상하기 위해, 감소된 흐름 값이 테스팅을 겪지 않는 밸브(예를 들어, 밸브(26, 28 및 29))에 대해 이전과 동일한 스트로크 포지션을 산출할 수 있도록 흐름-스트로크 변환기(40, 44 및 46)를 통해 흐름 데이터가 스케일링될 수 있다.

프로세스(80)는 그 후에 제어기(18)가 테스팅을 겪는 밸브(예를 들어, 도 4에 예시된 바와 같은 밸브(27))의 흐름 수요 기여도를 총 흐름 수요(예를 들어, 모든 밸브(26, 27, 28 및 29)에 대한 흐름 수요의 퍼센티지 값)로부터 감산하는(블록(86)) 것으로 계속할 수 있다. 또한, 테스팅을 겪는 밸브(예를 들어, 밸브(27))가 (예를 들어, 테스팅의 일부로서) 닫힘에 따라, 테스팅을 겪는 밸브의 감산된 흐름 수요 기여도는 총 흐름 수요가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 유사하게, 테스팅을 겪는 밸브(예를 들어, 밸브(27))가 (예를 들어, 테스팅의 일부로서) 개방됨에 따라, 테스팅을 겪는 밸브의 감산된 흐름 수요 기여도는 총 흐름 수요가 감소하는 동안 증가할 수 있다. 따라서, 프로세스(80)는 터빈(12)에 집합적으로 전달하기 위해 테스팅을 겪는 밸브(예를 들어, 밸브(27))의 흐름 수요 기여도와 밸브(26, 27, 28 및 29) 각각에 대한 총 흐름 수요 사이의 차이에 기초하여 밸브(26, 27 및 29) 각각에 전송하기 위한 새로운 스트로크 커맨드를 도출함으로써 테스팅을 겪지 않는 밸브(26, 27 및 29) 각각의 흐름 수요 기여도를 조정(블록(88))하기 위해 제어기(18)가 제어 신호를 생성하는 것으로 결론내릴 수 있다.

본 실시예의 기술적 효과는 부분 방향 분사 또는 전방향 분사 중 하나 이상에 따라 구성되는 터빈에 대한 유체 흐름을 제어하기 위해 피드-포워드 밸브 흐름 보상 기술을 활용하는 것을 포함한다. 특정 실시예에서, 제어기는 터빈에 커플링되는 다수의 밸브 중 적어도 하나의 밸브의 동작 테스팅(예를 들어, 밸브의 개방, 닫힘 및/또는 재개방에 의한 테스팅) 동안 터빈의 총 흐름 수요를 유지하기 위해 흐름 보상 제어 루프 내로의 피드백으로서 제어 밸브 스트로크 및/또는 밸브 스템 포지션을 사용할 수 있다. 구체적으로, 운영자는 예를 들어, 동작 테스팅을 받기 위한 밸브를 선택할 수 있다. 일단 선택되면, 제어기는 폐-루프 제어 및/또는 자동 제어로부터 테스팅을 겪는 밸브를 제거하고, 개방-루프 및/또는 수동 제어 하에 밸브를 배치하도록 결정할 수 있다. 나머지 밸브는 그 후에 테스팅을 겪는 밸브의 흐름 수요 기여도의 손실로 인해 총 흐름 수요의 나머지를 제어하기 위해 재-교정될 수 있다. 일 실시예에서, 테스팅을 겪는 밸브의 사전-테스팅 흐름 수요 기여도 사이의 차이가 총 흐름 수요에 추가될 수 있다. 다른 실시예에서, 테스팅을 겪는 밸브의 흐름 수요 기여도는 총 흐름 수요로부터 직접 감산될 수 있다. 어느 한 쪽의 경우에, 제어기는 터빈의 총 흐름수요를 유지하기 위해 폐-루프 제어 하의 나머지 밸브(예를 들어, 현재 테스팅을 겪지 않는 밸브) 각각에 대해 새로운 밸브 스트로크 및/또는 밸브 스템 포지션을 결정할 수 있다. 또한, 본 실시예는 밸브 및 터빈 부분 방향 분사 구성뿐 아니라 전방향 분사 구성에 대한 피드-포워드 흐름 보상을 허용할 수 있다.

본 설명은 최선 모드(best mode)를 포함하는 본 발명을 개시하기 위한, 그리고 또한 당업자가 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조하고 사용하며 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 본 발명을 실시하게 할 수 있는 예를 사용한다. 본 발명의 특허가능 범위(patentable scope)는 청구범위에 의해 정의되고 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 그와 같은 다른 예는 그 예가 청구범위의 문자 그대로의 언어(literal language)와 다르지 않은 구조적 엘리먼트(structural element)를 가지거나, 청구범위의 문자 그대로의 언어와 사소한 차이를 가지는 동등한 구조적 엘리먼트를 가진다면 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

시스템에 있어서,
제어기의 메모리에 저장되는 프로그램을 실행하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
총 흐름 수요 값(total flow demand value)을 포함하는 제1 출력을 생성하고, 상기 제어기에 통신가능하게 커플링된 복수의 밸브―상기 복수의 밸브 각각은 상기 총 흐름 수요 값의 각 부분을 수신하도록 구성됨―에 전송하고,
상기 복수의 밸브 중 제1 밸브의 디커플링(decoupling)을 표시하는 입력을 수신하고,
상기 제1 출력 및 상기 제1 밸브의 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 출력을 생성하기 위한 것이고 - 상기 제2 출력은, 상기 총 흐름 수요 값을 유지하기 위해 상기 복수의 밸브 중 제2 밸브의 제2 동작 특성을 변화시키도록 구성되는 것임 -,
상기 제1 밸브의 상기 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제3 동작 특성 값을 도출하는 것이고,
상기 총 흐름 수요 값에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제3 동작 특성 값을 변경하는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 밸브는 유체의 흐름을 터빈에 대해 병렬로 조절하도록 구성되는 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는, 부분 방향 분사(partial arc admission) 기술에 따라 상기 유체의 흐름을 조절하기 위해 상기 복수의 밸브 각각을 작동시키게 상기 제1 출력을 생성하고 전송하도록 구성되고, 상기 프로세서는, 상기 복수의 밸브 각각을 실질적으로 독립적으로 작동시키도록 구성되는 것인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는, 전방향 분사(full arc admission) 기술에 따라 상기 유체의 흐름을 조절하기 위해 상기 복수의 밸브를 작동시키게 상기 제1 출력을 생성하고 전송하도록 구성되고, 상기 프로세서는, 상기 복수의 밸브 각각을 실질적으로 동시에 작동시키도록 구성되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 밸브의 상기 제1 동작 특성의 척도(measure)를 표시하는 입력을 수신하도록, 그리고
상기 제1 밸브의 상기 제1 동작 특성의 척도에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제1 밸브의 제3 동작 특성을 결정하도록
구성되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 제1 밸브의 스트로크를 포함하는 상기 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제1 밸브의 흐름을 포함하는 제3 동작 특성 값을 도출함으로써 상기 제2 출력을 생생하도록 구성되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는, 동작 테스팅을 받기 위한 상기 제1 밸브의 선택 표시를 상기 제1 밸브의 디커플링으로서 수신하도록 구성되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제3 동작 특성 값과, 상기 제1 밸브에 의해 수신되는 상기 총 흐름 수요 값의 각 부분 간의 차이를 상기 총 흐름 수요 값에 가산함으로써,
상기 제3 동작 특성 값을 변경하도록 구성되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 제1 밸브의 상기 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제3 동작 특성 값을 도출함으로써, 그리고
상기 총 흐름 수요 값으로부터 상기 제3 동작 특성 값을 감산함으로써,
상기 제3 동작 특성 값을 변경하도록 구성되는 것인, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는, 상기 총 흐름 수요 값을 유지하기 위해 상기 제2 출력을 생성하고 상기 제2 밸브의 상기 제2 동작 특성을 변화시키기 위한 명령어로 프로그램가능하게 개장되도록(retrofitted) 구성되는 것인, 시스템.
컴퓨터 실행가능한 코드가 저장된 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 있어서,
상기 코드는,
총 흐름 수요 값을 포함하는 제1 출력을 생성하고, 복수의 밸브―상기 복수의 밸브 각각은 상기 총 흐름 수요 값의 각 부분을 수신하도록 구성됨―에 전송하기 위한,
상기 복수의 밸브 중 제1 밸브의 디커플링을 표시하는 입력을 수신하기 위한,
상기 제1 출력 및 상기 제1 밸브의 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 출력을 생성하기 위한 - 상기 제2 출력은, 상기 총 흐름 수요 값을 유지하기 위해 상기 복수의 밸브 중 제2 밸브의 제2 동작 특성을 변화시키도록 구성되는 것임 -,
상기 제1 밸브의 상기 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제3 동작 특성 값을 도출하기 위한,
상기 총 흐름 수요 값에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제3 동작 특성 값을 변경하기 위한
명령어를 포함하고,
비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체.
제11항에 있어서,
상기 코드는, 상기 복수의 밸브의 각각을 실질적으로 독립적으로 작동시키기 위해 상기 제1 출력을 생성하고 전송하기 위한 명령어를 포함하는 것인, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체.
제11항에 있어서,
상기 코드는, 상기 복수의 밸브 각각을 실질적으로 동시에 작동시키기 위해 상기 제1 출력을 생성하고 전송하기 위한 명령어를 포함하는 것인, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체.
제11항에 있어서,
상기 코드는, 상기 제1 밸브의 스트로크를 포함하는 상기 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제1 밸브의 흐름을 포함하는 제3 동작 특성 값을 도출함으로써 상기 제2 출력을 생성하기 위한 명령어를 포함하는 것인, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체.
삭제
제11항에 있어서,
상기 코드는,
상기 제3 동작 특성 값과, 상기 제1 밸브에 의해 수신되는 상기 총 흐름 수요 값의 각 부분 간의 차이를 상기 총 흐름 수요 값에 가산하기 위한
명령어를 포함하는 것인, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체.
제11항에 있어서,
상기 코드는,
상기 총 흐름 수요 값으로부터 상기 제3 동작 특성 값을 감산하기 위한
명령어를 포함하는 것인, 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체.
시스템에 있어서,
터빈 시스템의 하나 이상의 동작 파라미터를 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
총 흐름 수요 값을 포함하는 제1 출력을 생성하고, 상기 제어기에 통신가능하게 커플링된 복수의 밸브―상기 복수의 밸브 각각은 상기 복수의 밸브를 포함하는 상기 터빈 시스템에 대한 유체의 흐름을 조절하기 위해 상기 총 흐름 수요 값의 각 부분을 수신하도록 구성됨―에 전송하도록,
상기 복수의 밸브 중 제1 밸브의 디커플링을 표시하는 입력을 수신하도록,
상기 제1 출력 및 상기 제1 밸브의 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제2 출력을 생성하도록 - 상기 제2 출력은, 상기 총 흐름 수요 값을 유지하기 위해 상기 복수의 밸브 중 제2 밸브의 제2 동작 특성을 변화시키도록 구성되는 것임 -,
상기 제1 밸브의 상기 제1 동작 특성에 적어도 부분적으로 기초하여 제3 동작 특성 값을 도출하도록, 그리고
상기 총 흐름 수요 값에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 제3 동작 특성 값을 변경하도록
구성되는, 시스템.
제18항에 있어서,
상기 터빈 시스템은, 증기 터빈 시스템, 가스 터빈 시스템 또는 그 조합을 포함하고, 상기 복수의 밸브는 부분 방향 분사에 따라 상기 유체의 흐름을 조절하도록 구성되고, 상기 복수의 밸브 각각은 상기 유체의 흐름을 독립적으로 조절하도록 구성되는 것인, 시스템.
제18항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 제1 밸브의 상기 제1 동작 특성에 기초하여 제3 동작 특성 값―상기 제3 동작 특성은 상기 제1 밸브의 흐름을 포함함―을 도출함으로써, 그리고
상기 제1 밸브의 상기 제3 동작 특성 값과, 상기 제1 밸브에 의해 수신되는 상기 총 흐름 수요 값의 각 부분 간의 차이를 상기 총 흐름 수요 값에 가산함으로써
상기 제2 출력을 생생하도록 구성되고,
상기 제1 밸브는 동작 테스팅을 받는 밸브를 포함하고, 상기 제2 밸브는 동작 테스팅을 받지 않는 밸브를 포함하는 것인, 시스템.