KR20150088282A - 터빈 밸브 액추에이터 - Google Patents

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크리스토프 슈레머
마틴 파이히니크
볼프강 브리츠
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하이닥 시스템 게엠베하
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Abstract

본 발명은 증기 또는 가스 터빈과 같은, 매체 작동식 컨슈머 유닛(consumer unit)의 적어도 하나의 밸브 유닛을 제어하는 터빈 밸브 액추에이터(100)로서, 상기 터빈 밸브 액추에이터는 가동식 구동부(104), 적어도 하나의 제 1 매체 공간(106), 및 적어도 하나의 제 2 매체 공간(108)을 갖는 구동부 드라이브(102를 갖고, 상기 제 1 매체 공간(106)에 형성된 압력은 제 1 방향(R)으로 상기 구동부(104)의 이동을 야기하려고 하고 상기 제 2 매체 공간(108)에 형성된 압력은 대향 제 2 방향(GR)으로 상기 구동부(104)의 이동을 야기하려고 하고, 상기 제 1 매체 공간(106)에는 공급 장치(110)에 의해 사전결정 가능한 양의 유체가 공급될 수 있고 상기 제 2 매체 공간(108)은 에너지 축적기(112)에 의해 영향을 받는다. 본 발명은 상기 에너지 축적기가 예비 부하 압력이 제공되고 상기 제 2 매체 공간(108)과 영구적으로 연결되는, 적어도 하나의 유압식 축적기(112)인 것을 특징으로 한다.

Description

터빈 밸브 액추에이터{TURBINE VALVE ACTUATOR}
본 발명은 증기 또는 가스 터빈과 같은, 매체 작동식 컨슈머 유닛(consumer unit)의 적어도 하나의 밸브 유닛을 제어하는 터빈 밸브 액추에이터로서, 터빈 밸브 액추에이터는 가동식 구동부, 적어도 하나의 제 1 매체 공간, 및 적어도 하나의 제 2 매체 공간을 포함하는 구동부 드라이브를 갖고, 상기 제 1 매체 공간에 형성된 압력은 제 1 방향으로 상기 구동부의 이동을 야기하려고 하고 상기 제 2 매체 공간에 형성된 압력은 대향 제 2 방향으로 상기 구동부의 이동을 야기하려고 하고, 상기 제 1 매체 공간에는 공급 장치에 의해 사전결정 가능한 양의 유체가 공급될 수 있고 상기 제 2 매체 공간은 에너지 축적기에 의해 영향을 받는, 터빈 밸브 액추에이터에 관한 것이다.
이러한 터빈 밸브 액추에이터들은 예를 들어, 특허 문서 DE 10 2004 042 891 B3으로부터 알려져 있다. 이러한 터빈 밸브 액추에이터는 유압식 작동 실린더로 구성되고, 피스톤 로드 유닛은 바람직하게 벨빌 와셔들(Belleville washer)의 패킷에 의해 영구적으로 스프링 로딩된다. 피스톤 로드 유닛은 철수 위치에서 유체 회로의 시스템 압력을 통해 벨빌 와셔들의 압축력에 대해 유지된다. 시스템 압력 강하의 경우에, 피스톤 로드 유닛은 작업 실린더로부터 연장하고, 제어 밸브가 작동되어, 컨슈머 유닛으로의 매체 유동을 제어하고, 이 경우에, 증기 또는 가스 터빈의 구동을 위해 증기의 질량 유동을 정지시킨다.
기계 스프링들을 구비한 공지된 구동 실린더에서, 드라이브는 개별 증기 밸브 유형의 개별 필요 조건들에 따라 설계 및 제작되어야 한다. 다른 증기 밸브로의 터빈 밸브 액추에이터의 나중의 개조는 불가능하다. 최종 결과는 개발, 생산, 저장 및 분배하는데 고비용이 드는 매우 다양한 유형들이다.
종래 기술에 비추어, 본 발명은 다른 증기 밸브들로의 나중의 개조가 가능한 개선된 터빈 밸브 액추에이터를 제공해야 한다는 문제점을 처리한다.
이 문제는 청구항 1의 특징들을 갖는 터빈 밸브 액추에이터에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 실시예들 및 개발들은 인용항들로부터 분명해질 것이다. 본 발명은 에너지 축적기가 제 2 매체 공간과 영구적으로 연결되는, 예비 부하 압력이 제공된 적어도 하나의 유압식 축적기임을 규정한다.
본 발명에 따른 터빈 밸브 액추에이터의 원리는 액추에이터를 제어하기 위해서 적어도 하나의 유압식 축적기를 사용하는 것이다. 본 발명에 따른 해결책에 의해, 다양한 유형들이 극소수의 기본 유형들로 감소될 수 있다. 따라서 터빈 밸브 액추에이터는 다양한 범위의 밸브 유닛들과 연결될 수 있다. 표준 부품들로서 피스톤 축적기들의 유리한 사용은 또한 비용을 감소시키는데 기여한다. 유압식 축적기들은 본 발명의 특성들의 조절 가능성에 의해 구별된다. 외부에 있는, 즉, 매체 공간 외부에 배열되는 유압식 축적기들의 사용은, 교환 가능 부품들의 이용을 가능하게 하고 따라서 터빈 밸브 액추에이터의 모듈화 및 적합성을 지지한다. 또 다른 이점은 구동부 드라이브가 설치 및 유지 보수를 위해 거의 무력(force-free) 방식으로 작동될 수 있다는 것이다.
유리하게, 구동부 드라이브는 유압식 모터 또는 유압식 작업 실린더로 구성된다. 바람직한 실시예에서, 제 1 매체 공간은 유압식 작업 실린더에서 로드 작업 공간을 형성하고 제 2 매체 공간은 실린더 하우징 내에 피스톤 작업 공간을 형성하고, 형성된 공간들은 구동부로서 피스톤 로드 유닛에 의해 서로로부터 이격된다. 이러한 작업 실린더들은 다양한 실시예들에서 선형 실린더들로서 시장에서 쉽게 입수 가능하다. 모듈화의 목적들을 위해, 작업 실린더들은 표준 부품들로 사용될 수 있다. 이것은 제작하는데 있어서 비용을 상당히 절감시킨다. 유리하게, 작업 실린더는 연장 방향으로 감쇠하는 단부 위치를 구비한다.
자동 안전 장치 작동 시에 밸브 유닛을 폐쇄하기 위해서, 피스톤 로드 유닛은 유체 압력이 제 1 매체 공간에서 하강한다면, 실린더 하우징에 대해, 유압식 축적기의 유체 압력에 기인하여 연장하거나 또는 철수한다. 따라서, 유체 압력은 밸브 유닛이 개방된다면 제 1 매체 공간에서 유지된다. 그러나, 어떠한 이유로, 예를 들어, 공급 장치의 고장 때문에 또는 안전 밸브를 통한 목표 지향 배출 때문에 제 1 매체 공간에서 유체 압력이 강하된다면, 간섭 없이, 이것은 밸브 유닛의 폐쇄를 야기하고 따라서 밸브 유닛의 하류의 컨슈머 유닛으로의 매체 유동의 차단을 야기한다.
또한, 압력 조절 장치가 제공될 수 있다. 압력 조절 장치는 구동부가 상기 제 2 방향으로 가압되지 않은 제 1 매체 공간에서 단부 위치로 이동하는 방식으로, 제 2 매체 공간 내의 유체 압력이 최소 압력과 최대 압력 사이에서 조절되는 것을 가능하게 하고, 허용 가능한 구동력의 초과가 방지된다. 그 결과 압력 조절 장치는 작동 진행 중에 터빈 밸브 액추에이터의 기능 준비 상태를 유지한다. 구동부가 영향을 받는 압력은 유리하게 하류 밸브 유닛에 대해 조정되고, 따라서 압력 강하가 제 1 매체 공간에 있다면 하류 밸브 유닛이 폐쇄되는 것을 보장한다. 압력 조절 장치에 기인하여, 제 2 매체 공간 내의 초과 압력이 유체를 배출하여 방지될 수 있기 때문에, 밸브 유닛을 위한 과부하 보호기가 또한 제공된다.
또한, 예비 부하(pre-load) 압력은 예비 부하 조절 장치에 의해 유압식 축적기의 가스 측 상에서 조절될 수 있다. 예비 부하 압력을 조절하는 것은 다른 스프링 특성들 또는 이 스프링 특성들에 대한 압력 레벨들을 조절하는 것을 가능하게 한다.
위치 설정 장치, 압력 조절 장치 및/또는 예비 부하 조절 장치는 중앙 또는 원위 제어기로부터 각각의 매체 공간들에 대한 위치 설정 지점 타겟들 또는 실제 위치 값들을 수용하여, 구동부의 다른 힘 행정(force-stroke) 특성들이 실현될 수 있고, 바람직하게는 터빈 밸브 액추에이터의 작동 중에 변경될 수 있다. 이 타겟들은 또한 운영 작동시에 제어실로부터 제공될 수 있다. 종래 기술에 공지된 안전 장치들이 벨빌 와셔들을 통해 체감 특성들만을 생성할 수 있는 반면, 본 발명에 따른 터빈 밸브 액추에이터는 이제 점진적인, 선형, 일정한(등압), 또는 심지어 퇴보하는(regressive) 힘 행정 특성들을 생성하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어, 등압 특성들에 의해, 에너지 축적기인 유압식 축적기로부터 소모된 압력은 구동부의 이동을 통해 거의 일정한 레벨로 조절될 수 있고, 다른 압력 레벨들은 유리하게 선택될 수 있다.
바람직하게, 구동부의 압력은 바람직하게 통합된 그리고/또는 여분의 변위 측정 장치에 의해 결정될 수 있고, 따라서 원하는 압력이 제 2 매체 공간에 형성될 수 있다. 여기서 변위 측정은 특히 단순한 방식으로 터빈 밸브 액추에이터를 모니터링하는 것을 가능하게 한다. 또한, 압력 및/또는 온도를 측정하는 센서들이 제 2 매체 공간에 제공될 수 있다. 따라서, 피스톤 로드 유닛의 이동 동안, 유압식 축적기의 압력, 온도, 및 유도된 체적(derived volume)과 같은 모든 상태 변수들이 제공될 수 있기 때문에, 센서 측정 결과들에 의한 평가를 통해 폐쇄력의 이용 가능성을 변함없이 모니터링하는 것이 가능하다.
특히 유리하게는, 구동 드라이브에서 제 1 매체 공간을 위한 공급 장치는 회전각(swivel angle) 조절을 하는 압력 조절된 축 피스톤 펌프를 포함하거나, 또는 전환 드라이브에서 일정한 전달 체적을 갖는 기어 펌프를 포함한다. 공급 장치는 위치 설정 장치와 협력한다. 공급 장치가 축 피스톤 펌프를 포함한다면, 비례 밸브(proportional valve)가 위치 설정 장치에 제공된다. 공급 장치가 기어 펌프를 포함한다면, 위치 설정 장치는 제어 밸브를 갖는다. 에너지를 유지하기 위해서, 기어 펌프는 원하는 압력에 도달한 후에 스위치 오프되고 필요할 때에만 스위치 온될 수 있다(축적기 충전).
공급 장치는 또한 축적기 전하 회로의 일부로서 추가의 유압식 축적기를 포함할 수 있다. 추가의 유압식 축적기에 축적된 체적은 구동부 드라이브의 적어도 하나의 축적 행정(reserve stroke)에 대응한다. 이 추가의 유압식 축적기는 특히 위치를 유지할 때, 펌프를 구동하는 전기 모터들이 일시적으로 스위치 오프될 수 있기 때문에, 공급 장치의 특히 에너지 절약 작동을 가능하게 한다.
유압식 축적기들은 바람직하게 피스톤 축적기들로 설계된다. 피스톤 축적기들은 높은 정도의 가스 기밀에 의해 구별된다. 더 바람직하게는, 용접 덮개들을 갖는 피스톤 축적기들이 사용된다. 피스톤 축적기는 가스 측 상의 압력이 필드 측 상의 압력에 대응하기 때문에, 운영 작동 동안 매우 쉽게 모니터링될 수 있다. 압력(p), 체적(V), 및 온도(T)의 가스 상태 양을 검출하기 위해, 실린더 행정 상의 오일 압력 그리고 따라서 압력 구배의 측정을 위한 상술한 변위 장치가 제 2 매체 공간에 연결되는 다른 센서들이 있을 수 있기 때문에 사용될 수 있다.
특히 유리하게, 복수의 유압식 축적기들이 한편으로는 여분 축적기를 통해 고장 안전을 개선하고 다른 한편으로는 수용력을 증가시키도록 평행하게 연결될 수 있다.
유체 배출 라인은 제 1 매체 공간과 연결될 수 있고; 유체 배출 라인은 안전 밸브를 갖는 안전 제어기에 의해 능동적으로 폐쇄될 수 있고, 탱크의 방향으로 유체의 배출을 허용한다. 따라서, 제 1 매체 공간 내의 유체 압력은 바람직하게 교환 가능 제어 밸브 조립체 및 안전 밸브를 갖는, 안전 제어기를 통해 제어 방식으로 완화될 수 있다. 차단 위치에서, 제 1 매체 공간으로부터의 유체의 유출은 유체 배출 라인에 의해 방지되어, 압력 형성이 제 1 위치에서 가능하게 된다. 제 1 매체 공간으로부터의 배출은 폐쇄 회로 원리에 따라 발생한다. 안전 제어기는 n-out-of-m(n-oo-m) 논리로 제어 밸브 조립체에 의해, 바람직하게는 1-oo-2 논리 또는 2-oo-3 논리로 제어 밸브 조립체에 의해 트리거링될 수 있다. 1-oo-2 논리에서, 2개의 논리 유닛들 중 적어도 하나의 논리 유닛은 안전 밸브를 개방하도록 스위치 오프되어야 한다. 2-oo-3 논리에서, 적어도 2개의 논리 유닛들은 안전 밸브를 개방하도록 스위치 오프되어야 한다. 1-oo-2 논리 또는 2-oo-3 논리의 제어 밸브 조립체를 선택적으로 갖는 터빈 밸브 액추에이터를 구비할 수 있고 또한 심지어 추후에 서로 교환할 수 있도록 안전 밸브 조립체는 유리하게는 교환 가능하다. 안전 밸브 조립체는 편의상 부분 행정 테스트가 가능하다. 부분 행정 테스트를 하는 2-oo-3 논리의 실시예는 상술한 특허 문서 DE 10 2004 042 891 B3에 설명된다.
또한 실린더 하우징에서 피스톤 로드 유닛을 모니터링하기 위해 바람직하게 접촉하지 않은 제한 스위치들을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명은 도면들에 설명된 실시예들을 참조하여, 아래에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 터빈 밸브 액추에이터의 3개의 실시예들에 대한 개략도들.
도 4 및 도 5는 서로 180°회전된, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 터빈 밸브 액추에이터의 2개의 사시도들.
도 6은 본 발명에 따른 터빈 밸브 액추에이터의 제어기의 블록도.
도 7은 가능한, 생성할 수 있는 힘 행정의 비교를 도시한 도면.
구동부의 특성들.
도 1 내지 도 3은 증기 또는 가스 터빈과 같은, 매체 작동식 컨슈머 유닛의 적어도 하나의 밸브 유닛(도시되지 않음)을 구동하는 본 발명에 따른 터빈 밸브 액추에이터들(100, 200, 300)의 3개의 실시예들을 도시하고, 상기 터빈 밸브 액추에이터들은 가동식 구동부(104, 204, 304), 제 1 매체 공간(106, 206, 306), 및 제 2 매체 공간(108, 208, 308)을 포함하는 구동부 드라이브(102, 202, 302)를 갖는다. 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에 형성된 압력은 제 1 방향(R)으로 상기 구동부(104, 204, 304)의 이동을 야기하려고 하고 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308)에 형성된 압력은 대향 제 2 방향(GR)으로 상기 구동부(104, 204, 304)의 이동을 야기하려고 한다. 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에는 공급 장치(110, 210, 310)에 의해 사전결정 가능한 양의 유체가 공급될 수 있다. 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308)은 에너지 축적기(112, 212, 312)에 의해 영향을 받는다. 상기 에너지 축적기는 본 발명에 따라 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308)과 영구적으로 연결되는, 예비 부하 압력이 제공된 적어도 하나의 유압식 축적기(112, 212, 312)이다.
구동부 드라이브(102, 202, 302)는 유압식 작업 실린더(114, 214, 314)에 의해 형성된다. 유압식 작업 실린더(114, 214, 314)에서, 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306)은 로드 작업 공간을 형성하고, 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308)은 실린더 하우징(116, 216, 316) 내에 피스톤 작업 공간을 형성하고, 형성된 공간들은 상기 구동부(104, 204, 304)로서 상기 피스톤 로드 유닛에 의해 서로로부터 이격된다. 유압식 작업 실린더(114, 214, 314)가 구성되어 피스톤 로드 유닛(104, 204, 304)의 연장이 하류 밸브 유닛의 폐쇄를 야기하고, 따라서 매체 작동식 컨슈머 유닛으로의 스트림의 질량 유동이 방해된다. 따라서 자동 안전 장치 작동 중에 밸브 유닛을 폐쇄하기 위해서, 유체 압력이 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에서 하강한다면, 실린더 하우징(116, 216, 316)에 대한 유압식 축적기(112, 212, 312)의 예비 부하 압력에 기인하여 피스톤 로드 유닛(104, 204, 304)이 연장한다.
제 1 매체 공간(106, 206, 306)은 위치 설정 장치(117, 217, 317)와 협력하는, 공급 유닛(110, 210, 310)과 함께 공급될 수 있다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회전각 조절을 하는 축 피스톤 펌프(120, 320)는 전기 모터(118, 218, 318)에 의해 구동될 수 있다. 축 피스톤 펌프(120, 320)는 탱크(T)로부터 유체를 끌어올린다. 안전을 위해, 탱크(T)는 온도 센서(122, 222, 322) 및 충전 레벨 센서(124, 224, 324)를 포함한다. 유체에는 통로 상의 필터(126, 226, 326)를 통해 비례 밸브(128, 328)로 힘이 가해진다. 4/3 방향 밸브(way valve)로 고려되거나 또는 3/3 방향 밸브로 작동되는, 위치 설정 장치(117, 217, 317)의 비례 밸브(128, 328)에 의해, 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에 유체가 공급될 수 있다. 그러나, 제 1 매체 공간(106, 206, 306) 내의 압력이 또한 유지될 수 있다. 교차 설정에서, 비례 밸브(128, 328)는 유체 라인(129, 229, 329)을 통해 탱크(T)의 방향으로 제 1 매체 공간(106, 206, 306)의 배출을 허용한다. 필터(126, 226, 326)와 비례 밸브(128, 328) 사이에, 추가의 유압식 축적기(130, 230, 330)가 버퍼 축적기로서 연결된다. 추가의 유압식 축적기(130, 230, 330)로 이어지는, 라인(132, 232, 332) 내의 유체 압력은 압력 센서(134, 234, 334)를 통해 모니터링된다.
또한 제 2 매체 공간(108, 208, 308) 내의 유체 압력을 조절하는 것을 가능하게 하는 압력 조절 장치(136, 236, 336)가 이 라인(132, 232, 332)과 연결된다. 압력 조절 장치(136, 236, 336)는 제 2 매체 공간(108, 208, 308)을 완화하기 위해 탱크(T)에 대한 유체 라인(137, 237, 337)을 포함한다. 압력 조절 장치(136, 236, 336)에 의해, 구동부(104, 204, 304)가 제 2 방향(GR)으로 가압되지 않은 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에서 단부 위치로 이동하는 방식으로, 제 2 매체 공간(108, 208, 308) 내의 유체 압력이 최소 압력으로 조절될 수 있다. 이 최소 압력은 연장된 구동부(104, 204, 304)에서 구동부 드라이브(102, 202, 302)의 적어도 최소 구동력에 대응한다. 구동부(104, 204, 304)의 철수 시에, 작업 실린더(114, 214, 314)의 제 2 매체 공간(108, 208, 308) 내의 압력이 상승한다. 그러나, 제 2 매체 공간(108, 208, 308) 내의 최대 압력은 압력 조절 장치(136, 236, 336)에 의해 제한된다.
또한, 탱크(T)의 방향으로 제 1 매체 공간(106, 206, 306)으로부터의 유체 배출 라인(138, 238, 338)이 제공된다. 이 유체 배출 라인(138, 238, 338)은 n-oo-m 논리의 제어 밸브 조립체(141, 241, 341) 및 안전 밸브(142, 242, 342)를 갖는 안전 제어기(140, 240, 340)에 의해 능동 폐쇄될 수 있다. 안전 제어기(140, 240, 340)는 제 1 매체 공간(106, 206, 306) 내에서 압력 형성이 발생할 수 있기 때문에, 안전 밸브(142, 242, 342)가 능동 폐쇄된다면 하류 밸브 유닛만이 개방된다는 것을 보장한다.
유압식 축적기(112, 212, 312)의 가스 측(144, 244, 344) 상의 예비 부하 압력은 에비 부하 조절 장치(146, 246, 346)에 의해 조절된다.
위치 설정 장치(127, 227, 327), 압력 조절 장치(136, 236, 336) 및 선택적으로 예비 부하 조절 장치(146, 246, 346)는 (중앙 또는 원위) 제어기(148, 248, 348)로부터 각각의 매체 공간들(106, 108; 206, 208; 306, 308)에 대한 위치 설정 지점 타겟들(xsoll) 또는 실제 위치 값들(xist)을 수용하여, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 구동부(104, 204, 304)의 다른 힘 행정(force-stroke) 특성들이 실현될 수 있다.
터빈 밸브 액추에이터(100, 200, 300)를 모니터링하기 위해서 다양한 센서들이 제공된다. 피스톤 로드 유닛(104, 204, 304)의 위치는 변위 측정 장치(150, 250, 350)에 의해 검출될 수 있다. 변위 측정 장치(150, 250, 350)는 작업 실린더(114, 214, 314)의 후방 측(154, 254, 354) 상에 센서(152, 252, 352)를 포함하고; 이 센서는 피스톤 로드 유닛(104, 204, 304)과 결합된 로드(156, 256, 356)를 통해 피스톤 로드 유닛(104, 204, 304)의 위치를 검출한다. 또한, 압력 센서(158, 258, 358) 및 온도 센서(160, 260, 360)는 제 2 매체 공간(108, 208, 308)과 연결된다. 또한, 작업 실린더(114, 214, 314) 내의 피스톤 로드 유닛(104, 204, 304)의 위치를 모니터링하기 위한 비접촉 제한 스위치들(162, 164; 262, 264; 362, 364)이 제공된다. 모든 센서들은 중앙 또는 원위 제어기(148, 248, 348)와 결합된다.
터빈 밸브 액추에이터(100, 200, 300) 및 순환 유체를 냉각하기 위해서, 냉각 유닛(166, 266, 366)이 제공된다. 작업 실린더(114, 214, 314) 및 유체는 자급 자족 가능한, 자납식 냉각 사이클에 의해 템퍼링된다. 물-글리콜이 작동 매체로 사용된다. 작업 실린더(114, 214, 314)의 실린더 하부(168, 268, 368)에는 냉각 채널들이 제공된다. 탱크(T)는 냉각 코일들을 포함한다. 이 방식으로, 입구 지점에서 유체로 밸브 유닛으로부터의 외부 열 출력이 감소된다. 열은 냉각 공기 송풍기(369)(도 4 참조)에 의해 외기와 교환된다.
전기 부품들은 단자 보드(170, 270, 370)를 통해 연결된다.
도 2의 실시예는 공급 장치(210)가 축 피스톤 펌프(120) 대신에, 일정한 전달 체적을 갖는 기어 펌프(220)를 포함한다는 점에서 도 1의 실시예와 다르다. 위치 설정 장치(217)는 비례 밸브(128) 대신에 방향 전환 밸브(228)를 포함한다.
도 3은 특히 다이버터 밸브들을 위한 터빈 밸브 액추에이터(300)의 실시예를 도시한다. 이 실시예는 도 1의 실시예를 기초로 하고 제 2 매체 공간(308) 내의 피스톤 로드 유닛(304)이 작업 실린더(314)의 실린더 하부(368)를 통해 연장하는 연장부(372)를 포함하는, 작업 실린더(314)를 포함한다. 이 방식으로, 유체에 의해 영향을 받을 수 있는 제 2 매체 공간(308) 내의 피스톤 로드 유닛(304)의 표면(374)이 감소된다.
도 4 및 도 5는 서로 180° 회전되는, 터빈 밸브 액추에이터(300)의 구조체의 사시도들이다. 작업 실린더(314)는 밸브 유닛 상에서 플랜지 판(376)에 의해 체결된다. 구동부 드라이브의 부품들은 좁은 설치 공간 경계들(380) 내에 빽빽히 배치되고, 유압식 축적기(312) 및 추가의 유압식 축적기(330)는 용접 리드를 갖는 여분의 피스톤 축적기들로 구현된다. 또한, 축 피스톤 펌프(320)를 구동하기 위한 전기 모터(318)가 보일 수 있다. 냉각 공기 송풍기(369)를 포함하는 냉각 유닛(336)은 측 방향으로 배치된다. 냉각 유닛(336) 아래에 안전 제어기(340)가 있다. 안전 제어기(340) 옆의 제어 블록에, 비례 밸브(328)가 배치된다. 터빈 밸브 액추에이터(300) 아래에, 모니터링 접촉부(384)를 갖는 유체용 유체 수집 트레이(328)가 배치된다.
도 6은 터빈 밸브 액추에이터(100)의 부품들의 제어의 예시적인 블록도를 도시한다. 중앙 또는 원위 제어기(148)는 작업 실린더(114)의 피스톤 로드 유닛(104)을 위한 변위 측정 장치(150)의 피스톤 센서(152)와 비교되는 피스톤 설정 지점 값(xsoll)을 규정한다. 위치 설정 장치(117)의 비례 밸브(128)의 피스톤 조절기(186)는 이 비교의 결과로 제어된다. 비례 밸브(128)는 작업 실린더(114)의 제 1 매체 공간(106)과 축 피스톤 펌프(120)를 연결하거나 또는 유체 라인(129)을 통해 탱크(T)의 방향으로 유체의 배출을 가능하게 하거나 또는 제 1 매체 공간(106) 내의 기존 압력이 일정하게 유지된다. 또한, 위치 설정 지점 값(xsoll) 또는 실제 위치 값(xist)은 압력 조절 장치(136)의 비례 압력 밸브(188)를 제어하는 역할을 하는 압력 설정 지점 타겟(psoll)으로 해석될 수 있고, 압력 조절 장치를 통해 제 2 매체 공간(108) 내의 유체 압력이 조절될 수 있다. 압력 조절 장치(136)는 또한 축 피스톤 펌프(120) 또는 탱크(T)와 연결되고, 따라서 제 2 매체 공간(108) 내의 압력을 선택적으로 상승 또는 하강시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 제공되는 예비 부하 조절 장치(146)에는 또한 압력 타겟(psoll)이 공급될 수 있고 유압식 축적기(112)의 가스 측(144) 상의 예비 부하 압력을 조절한다.
도 7은 위치 설정 장치(117, 217, 317), 압력 조절 장치(136, 236, 336), 및 예비 부하 조절 장치(146, 246, 346)의 조합 사용이 구동부의 다른 힘 행정 특성들(1 내지 5)을 구현하는 것을 가능하게 함을 도시한다. 벨빌 와셔들과 유사하게, 터빈 밸브 액추에이터(100, 200, 300)는 체감 특성(1)을 갖도록 조절될 수 있다. 또한 선형 특성(2), 점진적 특성(3), 다른 레벨들에서의 일정한(등압) 특성(4, 4'), 또는 퇴보하는 특성(5)을 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 터빈 밸브 액추에이터는 예를 들어, 프로파일들이 다른 작동 조건들에서 조절됨에 따라, 요구된 힘 프로파일들로 최적으로 구성될 수 있다. 따라서 조절하여 힘을 제한하는 것이 또한 가능하다. 특성이 설정 지점 타겟을 통해 쉽게 변할 수 있기 때문에, 조절은 제어실로부터 운영 작동 동안 행해질 수 있다.
본 발명에 따른 터빈 밸브 액추에이터들(100, 200, 300)은 다양한 이점들, 특히, 유압식 축적기(112, 212, 312)의 형태로 외부 수기압 스프링들을 통하는 높은 모듈성 및 적합성을 갖는다. 또한 모듈형 설계는 예를 들어, 공급 장치(110, 210, 310) 또는 냉각 유닛(166, 266, 366)과 같은 부품들 및 완전한 서브시스템들을 교환하거나 또는 나중에 교체하는 것을 가능하게 한다. 구동 변형 다양성은 적어지고 많은 동일한 부품들이 사용될 수 있다. 이용 가능성이 여분 축적기, 예를 들어, 유압식 축적기들(112, 130; 212, 230; 312, 330)을 통해 개선될 수 있다. 터빈 밸브 액추에이터들(100, 200, 300)은 또한 제어실로부터 작동 동안 조절될 수 있는 힘 레벨 조절을 통해 높은 가요성을 가짐으로써 구별된다. 이 방식으로, 다른 힘 행정 특성들이 운영 작동 동안 조절될 수 있다. 사용되는 피스톤 축적기 유형들은 내구성을 위한 설계를 갖는 복잡한 시리즈 부품들을 수반하다. 유압식 축적기들(112, 130; 212, 230; 312, 330)의 높은 신뢰성은 가스 측 용접 덮개 및 저마찰 밀봉 시스템을 통해 성취된다. 수기압 스프링들 및 피스톤 축적기들의 여분 사용은 생산에서 그리고 운영 작동 면에서 저비용으로 터빈 밸브 액추에이터의 높은 신뢰성을 보장한다. 따라서 본 발명에 따른 모든 터빈 밸브 액추에이터들(100, 200, 300)은 종래 기술에 공지된 기계 스프링들의 터빈 밸브 액추에이터들보다 많은 이점들을 갖는다.

Claims (12)

  1. 증기 또는 가스 터빈과 같은, 매체 작동식 컨슈머 유닛(consumer unit)의 적어도 하나의 밸브 유닛을 제어하는 터빈 밸브 액추에이터로서, 상기 터빈 밸브 액추에이터는 가동식 구동부(104, 204, 304), 적어도 하나의 제 1 매체 공간(106, 206, 306), 및 적어도 하나의 제 2 매체 공간(108, 208, 308)을 포함하는 구동부 드라이브(102, 202, 302)를 갖고, 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에 형성된 압력은 제 1 방향(R)으로 상기 구동부(104, 204, 304)의 이동을 야기하려고 하고 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308)에 형성된 압력은 대향 제 2 방향(GR)으로 상기 구동부(104, 204, 304)의 이동을 야기하려고 하고, 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에는 공급 장치(110, 210, 310)에 의해 사전결정 가능한 양의 유체가 공급될 수 있고 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308)은 에너지 축적기(112, 212, 312)에 의해 영향을 받는, 상기 터빈 밸브 액추에이터에 있어서,
    상기 에너지 축적기는, 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308)과 영구적으로 연결되는, 예비 부하(pre-load) 압력이 제공된 적어도 하나의 유압식 축적기(112, 212, 312)인 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부 드라이브(102, 202, 302)는 유압식 모터 또는 유압식 작업 실린더(114, 214, 314)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 유압식 작업 실린더(114, 214, 314)에서, 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306)은 로드(rod) 작업 공간을 형성하고 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308)은 실린더 하우징(116, 216, 316) 내에 피스톤 작업 공간을 형성하고, 형성된 공간들은 상기 구동부(104, 204, 304)로서 상기 피스톤 로드 유닛에 의해 서로로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  4. 제 3 항에 있어서, 자동 안전 장치(fail-safe) 작동 시에 상기 밸브 유닛을 폐쇄하도록, 상기 유체 압력이 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에서 하강한다면, 상기 피스톤 로드 유닛(104, 204, 304)은 상기 실린더 하우징(116, 216, 316)에 대한 상기 유압식 축적기(112, 212, 312)의 유체 압력에 기인하여 연장 또는 철수하는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 조절 장치(136, 236, 336)에 의해, 상기 구동부(104, 204, 304)가 상기 제 2 방향(GR)으로 가압되지 않은 제 1 매체 공간(106, 206, 306)에서 단부 위치로 이동하는 방식으로, 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308) 내의 유체 압력이 최소 압력과 최대 압력 사이에서 조절되는 것이 가능하고, 허용 가능한 구동력의 초과가 방지되는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 예비 부하 조절 장치(146, 246, 346)에 의해, 상기 유압식 축적기(112, 212, 312)의 가스 측(144, 244, 344) 상의 예비 부하 압력이 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 위치 설정 장치(117, 217, 317), 상기 압력 조절 장치(136, 236, 336) 및/또는 상기 예비 부하 조절 장치(146, 246, 346)는 중앙 또는 원위 제어기(148, 248, 348)로부터 상기 각각의 매체 공간들(106, 108; 206, 208; 306, 308)에 대한 위치 설정 지점 타겟들(xsoll) 또는 실제 위치 값들(xist)을 수용하여, 상기 구동부(104, 204, 304)의 다른 힘 행정(force-stroke) 특성들(1 내지 5)이 실현될 수 있고, 바람직하게는 상기 터빈 밸브 액추에이터의 작동 중에 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  8. 제 7 항에 있어서, 에너지 축적기인 상기 유압식 축적기(112, 212, 312)로부터 소모되는 상기 압력은 상기 구동부(104, 204, 304)의 이동을 통해 거의 일정한 레벨(4, 4')로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 변위 측정 장치(150, 250, 350)에 의해, 상기 구동부(104, 204, 304)의 위치가 결정될 수 있고 따라서 상기 제 2 매체 공간(108, 208, 308) 내의 원하는 압력이 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306)을 위한 상기 공급 장치(110, 210, 310)는 회전각(swivel angle) 조절을 하는 축 피스톤 펌프(120, 320), 또는 축적기 충전에서 일정한 전달 체적을 갖는 기어 펌프(220)를 포함하고, 상기 위치 설정 장치(117, 217, 317)는 비례 밸브(proportional valve)(128, 328)이거나 또는 제어 밸브(228)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 매체 공간(106, 206, 306) 내의 유체 압력은 안전 제어기(140, 240, 340)를 통해, 바람직하게는 교환 가능 제어 밸브 조립체(141, 241, 341) 및 안전 밸브(142, 242, 342)에 의해 제어 방식으로 완화될 수 있는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어 밸브 조립체(141, 241, 341)는 n-oo-m 논리, 바람직하게는 1-oo-2 논리 또는 2-oo-3 논리로 구현되고, 또한 바람직하게는 부분 행정(stroke) 테스트를 허용하는 것을 특징으로 하는 터빈 밸브 액추에이터.
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