KR20170134263A - 터빈 시스템용 이중 트립 매니폴드 조립체 - Google Patents

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KR20170134263A
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아담 에릭 버클러
다니엘 존 노섹
트로이 길크리스트 워직
브렌트 알런 디트리히
테리 조셉 베일리
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

이중 트립 매니폴드 조립체(TMA)는 유압 시스템 유체 공급원(118)으로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된 제1 밸브(502)를 갖는 격리 밸브 조립체(302)를 포함한다. 제1 밸브(502)는 유체의 유동을 적어도 하나의 유압 회로에 보내도록 구성된다. 격리 밸브 조립체는 또한 적어도 하나의 유압 회로로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된 제2 밸브(504)를 포함한다. 제2 밸브(504)는 유체 유동을 트립 헤더(522)에 보내도록 또한 구성된다. 제1 밸브(502)와 제2 밸브(504)는 한 밸브의 회전이 다른 하나에 실질적으로 유사한 회전을 유발하도록 서로 동기화된다.

Description

터빈 시스템용 이중 트립 매니폴드 조립체{DUAL TRIP MANIFOLD ASSEMBLY FOR TURBINE SYSTEMS}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 5월 26일자로 제출된 미국 가출원 제62/342,029호를 우선권 주장하고 그 출원일의 이익을 향유하며, 상기 출원은 그 전체가 본 명세서에 참조로 합체된다.
본 명세서에 개시된 주제는 전반적으로 터빈 시스템, 보다 구체적으로는 터빈 시스템용 이중 트립 매니폴드 조립체에 관한 것이다.
적어도 일부 공지된 터빈 시스템은 특정 작동 조건 하에서 터빈 시스템을 정지시키는 것을 용이하게 하는 비상 과속도 보호 시스템(EOPS; emergency overspeed protection system)을 포함한다. 일부 공지된 터빈 및 EOPS 시스템은 트립 매니폴드 조립체(TMA; trip manifold assembly)를 통해 터빈 시스템의 정지를 시작하고 제어하기 위해 유압 시스템을 이용한다. 그러나, 일부 TMA는 터빈 유압 제어 시스템에 존재하는 오염물의 영향을 받기 쉽다. 이로 인해 EOPS 시스템의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 터빈 시스템에 의한 TMA의 사용으로 인해 작동 중에 TMA의 유지 보수 및 수리가 제한된다. 적어도 일부 터빈 조작자는 TMA의 온라인 유지 보수 및 수리/교체를 가능하게 하는 온라인 유지 보수 가능한 EOPS 시스템을 필요로 한다.
일 양태에서, 이중 트립 매니폴드 조립체(TMA)가 제공된다. 이중 TMA는 유압 시스템 유체 공급원으로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된 제1 밸브를 포함하는 격리 밸브 조립체를 포함한다. 제1 밸브는 유체의 유동을 적어도 2개의 유압 회로 중 적어도 하나의 유압 회로에 보내도록 구성된다. 격리 밸브 조립체는 또한 적어도 2개의 유압 회로 중 적어도 하나의 유압 회로로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된 제2 밸브를 포함한다. 제2 밸브는 유체 유동을 트립 헤더에 보내도록 또한 구성된다. 제1 밸브와 제2 밸브는 제1 및 제2 밸브 중 하나의 회전이 제1 및 제2 밸브 중 다른 하나에 실질적으로 유사한 회전을 유발하도록 서로 동기화된다.
다른 양태에서, 비상 과속도 보호 시스템이 제공된다. 비상 과속도 보호 시스템은, 유체 공급 헤더와, 유체 공급 헤더에 유동 연통하도록 연결된 트립 헤더를 포함하는 적어도 하나의 트립 매니폴드 조립체(TMA)를 포함한다. 비상 과속도 보호 시스템은 또한 유압 시스템 유체 공급원으로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된 제1 밸브를 포함하는 격리 밸브 조립체를 포함한다. 제1 밸브는 유체 공급 헤더에 유동 연통하도록 연결된다. 격리 밸브 조립체는 또한 트립 헤더에 연결된 제2 밸브를 포함한다. 제2 밸브는 트립 헤더로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된다. 제1 밸브와 제2 밸브는, 제1 밸브를 적어도 하나의 TMA에 대해 폐쇄시키면 제2 밸브가 적어도 하나의 TMA에 대해 폐쇄하게 되어 적어도 하나의 TMA를 유체의 유동으로부터 격리시키도록 서로 연결된다.
본 개시의 이러한 특징, 양태 및 장점 그리고 다른 특징, 양태 및 장점은, 도면 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호가 동일한 부분을 나타내는 것인 첨부 도면을 참조하여 후술하는 상세한 설명을 읽을 때 더욱 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 증기 터빈 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 증기 터빈 시스템과 함께 사용하기 위한 제어 시스템의 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 증기 터빈 시스템과 함께 사용하기 위한 이중 트립 매니폴드 조립체의 블럭도이다.
도 4는 도 3에 도시된 이중 트립 매니폴드 조립체와 함께 사용하기 위한 트립 매니폴드 조립체의 개략도이다.
도 5는 도 3에 도시된 이중 트립 매니폴드 조립체와 함께 사용하기 위한 격리 밸브 조립체의 개략도이다.
달리 언급하지 않는 한, 본 명세서에 제공된 도면은 본 개시의 실시예의 특징을 예시하도록 의도된다. 이들 특징은 본 개시의 적어도 하나의 실시예를 포함하는 광범위한 시스템에 적용될 수 있는 것으로 보인다. 따라서, 도면은 본 명세서에 개시된 실시예의 실행에 요구될 당업자에 의해 공지된 종래의 모든 특징을 포함하도록 의도되지 않는다.
아래의 명세서 및 청구범위에서, 아래의 의미를 갖도록 정의되는 다수의 용어를 참조할 것이다.
단일 형태는 문맥에서 명백하게 달리 지적되지 않는 한 복수의 언급을 포함한다.
"선택적" 또는 "선택적으로"는, 그 다음에 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생하지 않을 수 있고, 설명은 이벤트가 발생하는 상황과 이벤트가 발생하지 않는 상황을 포함한다.
본 명세서와 청구범위 전반에 걸쳐 사용되는 근사 표현들은 관련된 기본적인 기능에서의 변화를 초래하는 일 없이 허용 가능하게 변형될 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하도록 적용될 수 있다. 따라서, "약", "대략", 및 "실질적으로" 등의 용어나 용어들에 의해 수정되는 값은 특정된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 적어도 몇몇 상황에서, 근사 표현은 값을 측정하는 기구의 정밀도에 대응할 수 있다. 여기서 그리고 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐서, 범위 제한은 결합 및/또는 상호 교환될 수 있고, 그러한 범위는 확인되며 문맥 또는 표현이 달리 언급하지 않는 한 그 안에 포함되는 하위 범위들을 모두 포함한다.
본 개시는 터빈 시스템을 보호하기 위한 기법을 제공한다. 구체적으로, 본 개시는 터빈 시스템이 가동되는 동안에, 중복성, 증가된 신뢰성, 및 시험되고 수리될 수 있는 능력을 갖는 모듈형 터빈 보호 시스템을 제공한다. 터빈 보호 시스템은 격리 밸브 조립체와 함께 연결된 2개의 트립 매니폴드 조립체를 포함한다. 아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 보호 시스템의 실시예는 터빈 시스템을 정지시키는 일 없이 사용 상태로부터 제거하고, 시험하며, 수리하고, 2개의 트립 매니폴드 조립체 중 하나를 사용 상태로 복귀시키도록 제공되는 격리 밸브 조립체에 관한 것이다. 다른 실시예들은 본 개시의 범위 내에 있다.
보다 구체적으로, 본 개시는 개선된 내오염성, TMR(Triple Modular Redundant), 내결함성, 온라인 시험 가능성, 온라인 유지 보수 가능성, 터빈 제어 시스템과 터빈 제어 및 비상 정지 시스템의 유압 작동식 최종 제어 구성요소(예컨대, 정지, 제어, 차단 및/또는 재열증기 정지 밸브) 사이의 인터페이스로서 기능하는 전기-기계-유압식 조립체인 모듈형 이중 트립 매니폴드 조립체(이중 TMA)를 제공한다. 이중 TMA는 격리 밸브 조립체에 병렬 구성으로 연결된 2개의 트립 매니폴드 조립체를 포함한다. 각각의 TMA는 격리 밸브, 파일럿 솔레노이드 밸브, 유압 차단 밸브, 계장 감압(덤프) 밸브(instrumented depressurization (dump) valve), 유압 릴레이 밸브, 오리피스, 필터, 및 체크 밸브의 TMR 배열을 포함한다. 이중 TMA는 터빈 트립, 가동 신뢰성, 및 내오염성을 증가시킨다. 게다가, 이중 TMA는, 예컨대 약 3000 파운드/제곱 인치(psig)까지의 압력, 바람직하게는 약 2400 psig의 압력을 갖는 고압 유압 제어 시스템에 사용될 수 있다. 이중 TMA는 증가된 유동 용량, 빠른 응답성, 및 터빈 유압 제어 시스템에 존재하는 오염물에 대한 높은 내오염성을 제공한다. 격리 밸브 조립체는 트립 신뢰성을 증가시키기 위해 이중 TMA의 양쪽이 작동되도록 한다. 게다가, 이중 TMA는 어느 한 쪽이 시스템으로부터 격리되도록 하고 격리된 TMA에 대해 온라인 유지 보수를 수행한다. 이중 TMA는 터빈 시스템이 온라인 상태에 있는 동안에 격리된 TMA를 가압하고 시험하도록 한다.
도 1은 예시적인 증기 터빈 시스템(100)의 개략도이다. 도 1이 예시적인 증기 터빈을 설명하고 있지만, 본 명세서에 설명된 장치 및 시스템은 임의의 특정한 유형의 터빈 시스템으로 제한되지 않는다는 것을 유념해야 한다. 당업자라면, 본 명세서에 설명된 장치 및 시스템이 그러한 장치 및 시스템이 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 작동될 수 있게 하는 임의의 적절한 형태로, 예컨대 가스 터빈 엔진을 비롯한 임의의 회전 기계와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예시적인 실시예에서, 증기 터빈 시스템(100)은 단일 유동 증기 터빈 시스템이다. 대안적으로, 증기 터빈 시스템(100)은 임의의 유형의 증기 터빈, 예컨대, 제한 없이, 저압 터빈, 대향 유동, 고압 및 중간 압력의 증기 터빈 조합, 및 이중 유동 증기 터빈 엔진이다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 본 개시는 증기 터빈 시스템에 사용되는 것으로만 제한되지 않으며 가스 터빈 엔진과 같은 다른 터빈 시스템에 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 증기 터빈 시스템(100)은 회전 가능한 샤프트(106)에 의해 부하(104)에 연결된 증기 터빈(102)을 포함한다. 증기 터빈 시스템(100)은 또한 증기 터빈(102)에 연결된 하나 이상의 밸브(108)를 포함한다. 밸브(108)는 증기 터빈(102)으로의 유체 유동을 제어한다. 증기 터빈(102)은 회전 가능한 샤프트(106)와 부하(104)를 회전시키는 데에 사용되는 동력을 발생시키기 위해 유체 유동, 예컨대 증기 및/또는 연료를 이용한다. 일 실시예에서, 부하(104)는 유체 유동으로부터 증기 터빈(102)으로 추출된 일에 의해 회전될 때에 전기 에너지를 발생시키도록 구성된 발전기이다. 대안적으로, 부하(104)는 임의의 유형의 구동 부하일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 부하(104)는 출력, 예컨대, 제한 없이, 전기 에너지를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 증기 터빈(102)은 팽창된 유체 유동(110)을 배출한다. 팽창된 유체 유동(110)은, 예컨대, 제한 없이, 팽창된 유체 유동(110)으로부터 추가 에너지를 추출하기 위한 열 교환기(112)로 전달되거나, 분위기로 배출되거나, 또는 증기 터빈 시스템(100)이 본 명세서에 설명되는 바와 같이 기능하게 할 수 있는 임의의 다른 목적을 위해 사용된다.
예시적인 실시예에서, 밸브(108)는, 예컨대, 제한 없이, 증기 터빈(102)의 유체 흡입을 조절하는 복수 개의 밸브를 포함한다. 밸브(108)는 이중 트립 매니폴드 조립체(이중 TMA)(114)에 연결되고 제어 시스템(116)에 통신 연결되어 비상 과속도 보호 시스템(EOPS)(117)의 일부를 형성한다. 밸브(108)는 증기 터빈(102)에 의한 유체 흡입을 용이하게 하도록 제어 시스템(116)을 통해 구동 및/또는 위치 설정된다. 밸브(108)는, 예컨대, 제한 없이, 증기 터빈(102)의 비상 중지, 또는 트립 중에 이중 TMA(114)에 의해 구동 또는 제어되는 유압 작동식 정지 밸브와 안전 밸브를 포함한다. 유압 작동식 밸브(108)의 구동을 용이하게 하기 위해, 이중 TMA(114)는 유압 시스템 유체 공급원(118)에 유체 연통하도록 연결된다. 유압 시스템 유체 공급원(118)은 이중 TMA(114)에 가압된 유압 유체를 공급하도록 작동하고 이중 TMA(114)는 밸브(108)를 구동시켜 증기 터빈(102)을 중지 또는 트립시키도록 작동된다.
도 2는 (도 1에 도시된) 증기 터빈(102)과 함께 사용하기 위한 제어 시스템(116)의 블럭도이다. 제어 시스템(116)은 증기 터빈(102), 밸브(108), 이중 TMA(114), 및 유압 시스템 유체 공급원(118)을 제어하기 위해 다양한 제어 알고리즘 및 기법을 생성하고 구현한다. 예시적인 실시예에서, 제어 시스템(116)은 명령을 실행하기 위한 프로세서(202)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 실행 가능한 명령은 메모리 디바이스(204)에 저장된다. 프로세서(202)는 (예컨대, 다중 코어 구성으로) 하나 이상의 처리 유닛을 포함한다. 메모리 디바이스(204)는 실행 가능한 명령 및/또는 다른 데이터 등의 정보가 저장되고 검색되게 하는 임의의 디바이스이다. 메모리 디바이스(204)는 본 명세서에 더 상세하게 설명되는 바와 같이 증기 터빈(102)의 작동을 제어하기 위한 파라미터를 저장한다. 메모리 디바이스(204)는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 제어 시스템(116)은 정보를 유저(208)에게 제공하기 위한 적어도 하나의 프리젠테이션 인터페이스 구성요소(206)를 포함한다. 프리젠테이션 인터페이스(206)는 정보를 유저(208)에게 전달할 수 있는 임의의 구성요소이다. 몇몇 실시예에서, 프리젠테이션 인터페이스(206)는 비디오 어댑터 및/또는 오디오 어댑터와 같은 출력 어댑터를 포함한다. 출력 어댑터는 프로세서(202)에 작동 가능하게 연결되고, 디스플레이 디바이스[예컨대, 액정 디스플레이(LCD), 하나 이상의 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 음극선관(CRT), 또는 "전자 잉크" 디스플레이] 등의 출력 디바이스 또는 오디오 출력 디바이스(예컨대, 스피커 또는 헤드폰)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 출력 디바이스는 원격 디바이스이고, 프리젠테이션 인터페이스(206)는 Bluetooth™ 또는 Z-Wave™와 같은 근거리 무선 통신 프로토콜을 통해, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11 표준에 따라 구현되는 무선 근거리 통신망(WLAN; wireless local area network)(즉, WiFi)을 통해, 및/또는 이동 전화(즉, 셀룰러) 네트워크[예컨대, 글로벌 이동 통신 시스템(GSM; Global System for Mobile communications), 3G, 4G] 또는 다른 모바일 데이터 네트워크(예컨대, WIMAX; Worldwide Interoperability for Microwave Access), 또는 유선 연결(즉, 전기 신호를 전송하기 위한 하나 이상의 도체)을 통해 통신을 가능하게 하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 제어 시스템(116)은 프리젠테이션 인터페이스(206)를 포함하지 않는다.
제어 시스템(116)은 유저(208)로부터의 입력을 수신하기 위한 유저 입력 인터페이스(210)를 포함한다. 유저 입력 인터페이스(210)는, 예컨대, 제한 없이, 하나 이상의 버튼, 키패드, 터치 감지 패널(예컨대, 터치 패드 또는 터치 스크린), 및/또는 마이크로폰을 포함할 수 있다. 터치 스크린 등의 단일 구성요소가 프리젠테이션 인터페이스 구성요소(206)의 출력 디바이스와 유저 입력 인터페이스(210)로서 모두 기능할 수 있다. 제어 시스템(116)의 몇몇 실시예는 유저 입력 인터페이스(210)를 포함하지 않는다.
예시적인 실시예에서, 제어 시스템(116)은 하나 이상의 원격 디바이스(214), 예컨대, 제한 없이, 밸브 및 센서에 통신 연결될 수 있는 통신 인터페이스(212)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 통신 인터페이스(212)는 Bluetooth™ 또는 Z-Wave™와 같은 근거리 무선 통신 프로토콜을 통해, WiFi를 통해, 및/또는 이동 전화(즉, 셀룰러) 네트워크[예컨대, 글로벌 이동 통신 시스템(GSM), 3G, 4G] 또는 다른 모바일 데이터 네트워크(예컨대, WIMAX) ,또는 유선 연결(즉, 전기 신호를 전송하기 위한 하나 이상의 도체)을 통해 통신을 가능하게 하도록 구성된다. 통신 인터페이스(212)가 제어 시스템(116)을 하나 이상의 밸브에 연결하는 실시예에서, 통신 인터페이스(212)는, 예컨대 전기 신호 및/또는 전력을 밸브로 및/또는 밸브로부터 전달하기 위한 하나 이상의 도체를 포함할 수 있다.
도 3은 (도 1에 도시된) 증기 터빈 시스템(100)과 함께 사용하기 위한 이중 TMA(114)의 블럭도이다. 예시적인 실시예에서, 이중 TMA(114)는 제1 트립 매니폴드 조립체(TMA1)(304) 및 제2 트립 매니폴드 조립체(TMA2)(306)에 연결되는 격리 밸브 조립체(302)를 포함한다. TMA1 및 TMA2는 격리 밸브 조립체(302)를 통해 병렬로 함께 연결된다. TMA1 및 TMA2는 증기 터빈 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 할 수 있는 임의의 유형의 트립 매니폴드 조립체, 예컨대, 제한 없이, 증기 터빈 시스템(100)과 함께 사용하기에 적절한 임의의 전자 유압식 트립 매니폴드 조립체이다. 예시적인 실시예에서, TMA1 및 TMA2는 동일한 트립 매니폴드 조립체이다. TMA1 및 TMA2는 솔레노이드 밸브, 유압 블럭 밸브, 계장 덤프 밸브, 릴레이 밸브, 오리피스, 필터, 체크 밸브 또는 단일의 통합 유압 회로로서 조립된 기타 유사한 밸브의 병렬 배치를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 밸브(108)는 격리 밸브 조립체(302)에 연결된다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 밸브(108)는 증기 터빈(102; 도 1에 도시됨)에 의한 유체 흡입을 용이하게 하도록 제어 시스템(116; 도 1에 도시됨)을 통해 구동 및/또는 위치 설정된다. 이중 TMA(114), 보다 구체적으로 격리 밸브 조립체(302)는 유압 시스템 유체 공급원(118)에 유체 연통하도록 연결된다. 유압 시스템 유체 공급원(118)은 이중 TMA(114)에 가압된 유압 유체를 공급하도록 작동하고 이중 TMA(114)는 밸브(108)를 구동시켜 증기 터빈(102)을 중지 또는 트립시키도록 작동된다.
도 4는 (도 3에 도시된) 이중 TMA(114)와 함께 사용하기 위한 TMA1(304)의 개략도이다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 예시적인 실시예에서, TMA1과 TMA2는 동일하고, 따라서, TMA1(304)의 상세한 설명은 TMA2(306)에 동일하게 적용된다. 예시적인 실시예에서, TMA1(304)은 단일 유압 회로로서 배치되는, 3세트의 내부 블럭 밸브(402), 3세트의 덤프 밸브(404), 솔레노이드 밸브(406), 릴레이 밸브(408), 유체 공급 헤더(410), 트립 헤더(412), 및 배출 포트(414)를 포함한다. 내부 블럭 밸브(402), 내부 덤프 밸브(404), 솔레노이드 밸브(406), 및 릴레이 밸브(408)는, 예컨대 증기 터빈(102)의 일상 및 비상 정지를 위해 트립 헤더(412)를 감압시켜 밸브(108; 도 1에 도시됨)를 폐쇄하는 데에 사용된다.
예시적인 실시예에서, TMA1(304)은 3개의 병렬 유체 유동 경로를 포함하고, 각각의 유체 유동 경로는 3세트의 내부 블럭 밸브(402)(각각의 세트는 2개의 밸브를 직렬로 포함함) 중 각자의 세트를 포함한다. 블럭 밸브(402)의 병렬 세트는 유체 공급 헤더(410)로부터 유체를 받아들인다. 3개의 병렬 유체 유동 경로는 배수구(416)에 유체 연통하도록 연결된다. 배수구(416)에 연결된 3개의 병렬 유체 유동 경로 각각은 각자의 덤프 밸브(404) 세트[덤프 밸브(404)의 각 세트는 2개의 밸브를 직렬로 포함함]에 의해 제어된다. 각각의 블럭 밸브(402) 세트는 블럭 밸브로부터 연장되는 3개의 유체 유동 경로 중 각자의 유체 유동 경로를 위한 유압 작동식 밸브 세트이다.
예시적인 실시예에서, 솔레노이드 밸브(406)는 TMA1 304의 삼중 모듈형 리던던트(TMR) 설계의 일부로서 릴레이 밸브(408), 블럭 밸브(402), 및/또는 덤프 밸브(404) 중 하나 이상을 개방 또는 폐쇄하도록 유압 파일럿 압력을 제어하는 데에 사용되는 드라이-핀 구성의 3개의 포핏-솔레노이드 밸브(406)를 포함한다. 따라서, 솔레노이드 밸브(406), 릴레이 밸브 (408), 블럭 밸브(402) 및/또는 덤프 밸브(404) 중 하나가 고장나거나 달리 작동 불능인 경우, TMA1(304)는 계속 작동한다. 예시적인 실시예에서, 블럭 밸브(402), 덤프 밸브(404), 및 솔레노이드 밸브(406)는 3개의 유압 유체 유동 경로들 중 2개를 분리하고 적어도 하나의 유체 감압 경로를 유지하도록 (도 1에 도시된) 제어 시스템(116)에 의해 제어되는 "투표" 로직[예컨대, 투 아웃 오브 쓰리(two-out-of-three)]에 따라 작동한다.
예시적인 실시예에서, 솔레노이드 밸브(406)가 통전되면, 블럭 밸브(402)가 개방됨으로써, 유체 공급 헤더(410)를 개방시키고, 덤프 밸브(404)가 폐쇄되어 유체를 트립 헤더(412)로 공급하여 가압시킨다. 이는 단일 솔레노이드 밸브(406)의 고장이 TMA1(304)의 작동성에 영향을 미치지 않는 것을 보장한다. 솔레노이드 밸브(406)가 비통전되는 경우, 트립 헤더(412)로의 유체 공급 헤더(410)가 차단되고 트립 헤더(412)는 덤프 밸브(404)를 통해 감압된다. 따라서, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 단일 솔레노이드 밸브(406)의 고장이 TMA1(304)의 트립 기능에 영향을 미치지 않는다. TMA1(304)은 솔레노이드 밸브(406) 중 하나가 고장나거나 달리 작동 불능인 경우라도 계속해서 트립 및/또는 비상 차단 기능을 제공한다.
예시적인 실시예에서, TMA1(304)은 대략 60 파운드/제곱 인치(psig)와 대략 3000 psig 사이의 범위, 바람직하게는 대략 60 psig와 대략 2400 psig 사이의 범위의 유압으로 작동한다. TMA1(304)는 큰 유동 용량, (예컨대, 비 구성 가능 및/또는 단일 구성 매니폴드와 비교하여) 빠른 응답 시간, 및 증기 터빈(102)의 유압 유체 제어 시스템 내의 오염물에 대한 내성 증가를 제공한다. 예컨대, 덤프 밸브(404) 및 릴레이 밸브(408)의 배치는 비 구성 가능 및/또는 단일 구성 매니폴드와 비교하여 응답 시간의 감소를 용이하게 한다. 또한, TMA1(304)은 TMA1(304)의 물리적 크기를 크게 증가시키지 않으면서 TMA1(304)에 의해 제공되는 유효 유동 면적의 증가로 인해 유체 유량을 증가시킨다.
도 5는 (도 1 및 도 3에 도시된) 이중 TMA(114)와 함께 사용하기 위한 격리 밸브 조립체(302)의 개략도이다. 도 1 및 도 3-5를 참조하면, 예시적인 실시예에서, 격리 밸브 조립체(302)는 2개의 개별 TMA들, 예컨대 TMA1(304)과 TMA2(306)에 연결하도록 구성된 밸브 조립체이다. 격리 밸브 조립체(302)는 증가된 트립 신뢰성을 용이하게 하도록 이중 TMA(114)의 양측면이 작동하게 한다. 또한, 격리 밸브 조립체(302)는 TMA1(304) 또는 TMA2(306) 중 어느 하나의 온라인 유지 보수를 용이하게 하도록 격리 밸브 조립체(302)의 양측면을 격리시키도록 구성되어, 증기 터빈(102)의 가동 신뢰성을 증가시킨다. 예컨대, 제한 없이, TMA1(304) 또는 TMA2(306)의 온라인 유지 보수는 격리 밸브 조립체(302)에 연결된 상태로 있는 TMA1(304) 또는 TMA2(306) 중 어느 하나를 이용하여, 또는 격리 밸브 조립체(302)로부터 완전히 분리되고 제거된 TMA1(304) 또는 TMA2(306) 중 어느 하나를 이용하여 완료될 수 있다. 일 실시예에서, TMA1(304) 또는 TMA2(306) 중 하나는 격리 밸브 조립체(302)로부터 분리되어 제거되고 여분의 트립 매니폴드 조립체와 같은 다른 트립 매니폴드 조립체로 대체된다. 예시적인 실시예에서, 격리 밸브 조립체(302)가 대칭 밸브 조립체이고 TMA1(304)과 TMA2(306)가 실질적으로 동일하기 때문에, 격리 밸브 조립체(302)는 제1 측면 "A" 및 제2 측면 "B"를 참조하여 설명될 것이다. 또한, TMA1(304)과 TMA2(306)의 유체 공급 헤더(410), 트립 헤더(412) 및 배출 포트(414)는 구성요소들이 연결되는 격리 밸브 조립체(302)의 측면에 따라 도 5와 관련하여 "A" 또는 "B" 표시를 포함할 것이다. 예시적인 실시예에서, TMA1(304)은 격리 밸브 조립체(302)의 측면 "A"에 연결되는 것으로 설명되고, TMA2(306)는 측면 "B"에 연결되는 것으로 설명될 것이다.
예시적인 실시예에서, 격리 밸브 조립체(302)는 전체적으로 502 및 504로 지시된 2개의 3방향 볼 밸브 또는 격리 밸브를 포함한다. 격리 밸브(502, 504)는 회전 가능한 샤프트(506)를 통해 서로 동기화되어, 하나의 밸브의 회전은 다른 밸브에서 실질적으로 유사한 회전을 유발한다. 기어 박스(508)는 격리 밸브(502, 504)의 위치를 실질적으로 동시에 조정하기 위해 회전 가능한 샤프트(506)의 회전을 용이하게 하도록 회전 가능한 샤프트(506)에 연결된다. 회전 가능한 샤프트(506)는 정상 작동 동안 및 TMA1(304) 및 TMA2(306)의 온라인 유지 보수 동안 격리 밸브(502, 504)의 정확한 위치와 같은 위치를 나타내는 것을 용이하게 하도록 전체적으로 510으로 지시된 3개의 위치 인디케이터 또는 스위치를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 격리 밸브 조립체(302)는 스위치(510)가 격리 밸브 조립체(302)의 각 측면이 사용 중임을 나타낼 때에 조명하는 LED(512, 514)와 같은 시각 인디케이터를 포함한다. 예컨대, 예시적인 실시예에서, LED(512)는 측면 "A" 상에 배치되고 측면 "A"가 사용 중일 때에 조명하도록 구성된다. 유사하게, LED(514)는 측면 "B" 상에 배치되고 측면 "B"가 사용 중일 때에 조명하도록 구성된다. 측면 "A" 및 "B"가 모두 사용 중일 때에, LED(512, 514)가 모두 조명된다. 회전 가능한 샤프트(506)가 회전되어 일 측면이 사용 불능인 경우, LED(512, 514) 모두는 한 측면이 완전히 격리될 때까지 소등되거나 어두워진다. 측면 "A"와 "B" 중 하나가 완전히 격리되면, 사용 상태에 있는 측면을 나타내는 LED가 조명된다.
예시적인 실시예에서, 기어 박스(508)는 오버 토크 보호기 또는 클러치 기구(518)를 통해 기어 박스(508)에 연결되는 핸드 휠(516)과 같은 입력 디바이스를 포함한다. 클러치 기구(518)는, 예컨대 핸드 휠(516)을 통한 입력 토크가 예정된 토크값을 초과할 때에 미끄러짐으로써 기어 박스(508) 및 격리 밸브(502, 504)에 오버 토크 보호를 제공하도록 구성된다. 클러치 기구(518)는 클러치 기구(518)에 대한 손상을 지속시키지 않고 반복적인 오버 토크 보호를 제공하도록 구성된다. 또한, 예시적인 실시예에서, 격리 밸브(502, 504) 중 적어도 하나는, 격리 밸브(502, 504) 중 하나를 제위치에 잠그고 이에 따라 밸브(502, 504)의 회전을 방지하도록 구성된 잠금 기구(도시 생략)를 포함한다. TMA1(304)와 TMA2(306) 모두가 사용 중이거나 TMA1(304)와 TMA2(306) 중 하나가 사용 불능인 상태에서 격리 밸브(502, 504)를 잠그면 증기 터빈(102)의 잘못된 정지 또는 트립, 또는 부주의한 정지 또는 트립의 유발을 방지하는 것이 용이하게 된다. 또한, 잠금 기구는 상해를 방지하고 및/또는 고압 유체의 배출을 방지하기 위해 국부적인 안전 절차에 의해 요구될 수 있는 밸브(502, 504)의 회전 방지를 용이하게 한다.
유압 시스템 유체 공급원(118)은 입력 공급 라인(520)에 연결되고, 입력 공급 라인은 격리 밸브(502)에 연결된다. 격리 밸브(502)의 배향에 따라, 유체는 TMA1(304) 및 TMA2(306)의 유체 공급 헤더(410A, 410B) 중 하나 이상으로 각각 보내진다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, TMA1(304) 및 TMA2(306)의 솔레노이드 밸브(406)가 통전되면, 블럭 밸브(402)가 개방되어 유체 공급 헤더(410A, 410B)를 개방시키고, 덤프 밸브(404)가 폐쇄되어 유체를 TMA1(304) 및 TMA2(306)의 트립 헤더(412A, 412B)에 각각 보내고 가압한다. 유체는 격리 밸브(504)를 통해 유동하고 터빈 트립 헤더(522)를 통해 밸브(108)로 보내져 증기 터빈(102; 도 1에 도시 됨)으로의 유체 유동(도시 생략)을 제어한다.
격리 밸브(502, 504)가 격리 밸브 조립체(302)의 일 측면, 예컨대 측면 "A"를 격리시키도록 회전될 때에, 유체 공급 헤더(410A)에서의 유체 압력은 제거된다. 배출 포트 밸브(524A)를 통해 덤프 밸브(404) 및/또는 배출 포트(414A)를 개방함으로써 배수구(416)을 통해 TMA1(304) 내의 유체의 적어도 일부 및 임의의 잔류 압력이 방출된다. 유사하게, 측면 "B"는 배출 포트 밸브(524B)를 통해 개폐되는 배출 포트(414B)를 포함한다. 격리 밸브 조립체(302)의 이러한 구성에서, TMA1 (304)은 오프라인이고 이중 TMA(114)로부터 제거되거나, 시험되거나, 유지 보수되거나, 또는 수리될 수 있으며, TMA2(306)는 온라인 상태를 유지하여 증기 터빈(102)의 보호를 유지한다. 이는 증기 터빈 (102)이 TMA1(304) 및 TMA2(306) 중 하나의 유지 보수 동안 사용 상태를 유지할 수 있게 함으로써 증기 터빈(102)의 가용성 증가를 용이하게 한다.
TMA1(304)을 사용 상태로 복귀시키기 위해, TMA1(304) 내의 유체 압력은 TMA2(306)에서의 유체 압력과 실질적으로 동일한 유체 압력으로 증가된다. 예시적인 실시예에서, 격리 밸브 조립체(302)의 측면 "A"가 격리되어 있는 상태에서, 가압 밸브(526A, 526B)가 수동으로 개방되어 가압 유체를 격리 밸브 조립체(302)의 일 측면에서 다른 측면으로 보냄으로써 TMA1(304)의 유체 압력의 증가를 용이하게 한다. 이는 TMA2(306) 내의 압력 하에 있는 유체가 TMA1(304)로 유동하게 할 수 있다. TMA1(304)의 유압 회로로부터의 공기 제거를 용이하게 하기 위해, 배출 포트 밸브(524A)가 개방된다. 공기가 TMA1(304)로부터 방출될 때에, 배출 포트 밸브(524A)가 폐쇄됨으로써, TMA1(304) 내의 유체 압력이 TMA2(306)에서와 실질적으로 동일한 유체 압력으로 형성될 수 있게 한다. 격리 밸브(502, 504)는 격리 밸브 조립체(302)의 측면 "A"를 다시 사용 중인 상태가 되도록 회전되고, 가압 밸브(526A, 526B)는 폐쇄된다.
이중 TMA(114)의 하나의 이점은 격리 밸브 조립체(302)가 TMA1(304) 및 TMA2(306)의 모든 구성요소의 온라인 유지 보수, 배출 포트 밸브(524A, 524B)의 유지 보수, 및 가압 밸브(526A, 526B)의 유지 보수를 용이하게 한다는 것이다. 이는 삼중 모듈형 리던던트, 온라인 유지 보수 가능, 및 단일 지점 내결함성(온라인 유지 보수 모드 중에라도)인 비상 과속도 보호 시스템의 제공을 용이하게 하여, 잠재적인 구성요소 고장이 증기 터빈(102; 도 1에 도시됨)을 비보호 상태로 남겨 두지 않게 한다. 또한, 이중 TMA(114)의 이점은 증기 터빈(102)의 작동 중에 TMA1(304) 및 TMA2(306)가 사용 상태로부터 격리 및/또는 제거될 수 있고, 고장이 누적되어 증기 터빈(102)이 비보호 상태가 되거나 증기 터빈이 정지되기 전에 구성요소 고장을 식별하도록 온라인 시험될 수 있다는 것이다.
공지된 비상 과속도 보호 시스템(EOPS)과는 대조적으로, 본 명세서에 설명된 이중 TMA 시스템은, 터빈 제어 시스템과 터빈 제어 및 비상 정지 시스템의 유압 작동식 최종 제어 구성요소(예컨대, 정지, 제어, 차단, 및/또는 재열증기 정지 밸브) 사이의 인터페이스로서 기능하는 삼중 모듈형 리던던트(TMR), 내결함성, 온라인 시험 가능성, 온라인 유지 보수 가능성, 전기-기계-유압식 조립체를 제공하고, 트립 매니폴드 조립체(TMA) 중 하나는 터빈의 작동 중에 시스템으로부터 격리 및 제거될 수 있다. 구체적으로, 이중 TMA 시스템은 격리 밸브 조립체에 연결된 2개의 병렬 TMA를 포함한다. 따라서, 공지된 EOPS와는 대조적으로, 본 명세서에 설명된 이중 TMA는 터빈 트립 및 가동 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 또한, 격리 밸브 조립체는 트립 신뢰성을 증가시키기 위해 이중 TMA의 양측면이 작동되도록 한다. 이중 TMA는 또한 어느 한 측면이 시스템으로부터 격리 및 제거되게 하거나, 격리된 TMA에 대해 온라인 유지 보수를 수행하도록 시스템으로부터 격리되게 함으로써, 터빈 시스템이 온라인 상태에 있는 동안에 격리된 TMA를 가압 및 시험하게 한다.
본 명세서에 설명된 이중 TMA의 예시적인 기술적 효과는, (a)터빈 제어 시스템과 터빈 제어 및 비상 정지 시스템의 유압 작동식 최종 제어 구성요소 사이의 인터페이스; (b)삼중 모듈형 리던던트(TMR) 설계를 제공하는 내오염성 및 내결함성 시스템; (c)격리 밸브 조립체를 갖는 병렬 리던던트 이중 TMA 시스템을 제공하는 것; (d)EOPS로부터 병렬 리던던트 이중 TMA 중 하나를 격리 및/또는 제거하는 것; (e)터빈 시스템이 온라인 상태를 유지하는 동안 격리된 TMA를 제거, 유지 보수, 및/또는 수리하는 것; (f)터빈 시스템을 온라인 상태로 유지하면서 격리된 TMA를 시험하고 사용 상태로 복귀시키는 것 중 적어도 하나를 포함한다.
비상 과속도 보호 시스템을 위한 장치 및 시스템의 예시적인 실시예가 위에서 상세하게 설명되었다. 본 명세서에 설명된 장치 및 시스템은 설명된 특정 실시예로 제한되지 않고, 오히려 장치 및 시스템의 구성요소는 본 명세서에 설명된 다른 구성요소와 독립적으로 그리고 별개로 이용될 수 있다. 예컨대, 제한 없이, 장치 및 시스템은 또한 다른 터빈 시스템과 조합하여 사용될 수 있고, 본 명세서에 설명된 장치 및 시스템만으로 실시하도록 제한되지 않는다. 오히려, 예시적인 실시예는 많은 터빈 보호 시스템 용례와 관련하여 구현되고 이용될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예의 특정한 특징부가 몇몇 도면에는 도시되고 다른 도면에는 도시되지 않을 수 있지만, 이것은 편의를 위한 것일 뿐이다. 본 개시의 원리에 따라, 도면의 임의의 특징부는 임의의 다른 도면의 임의의 특징부와 조합하여 참조 및/또는 주장될 수 있다.
몇몇 실시예는 하나 이상의 전자 또는 컴퓨팅 장치의 사용을 포함한다. 이러한 장치는 통상적으로 범용 중앙 처리 장치(CPU), 그래픽 처리 장치(GPU), 마이크로 컨트롤러, RISC(reduced instruction set computer) 프로세서, 용례 특정 집적 회로(ASIC), 프로그램 가능 논리 회로(PLC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 처리(DSP) 디바이스 및/또는 본 명세서에 설명된 기능을 실행할 수 있는 임의의 다른 회로 또는 처리 디바이스와 같은 프로세서, 처리 디바이스, 또는 제어기를 포함한다. 본 명세서에 설명된 방법들은, 제한 없이, 저장 디바이스 및/또는 메모리 디바이스를 비롯하여 컴퓨터 판독 가능 매체에서 실시되는 실행 가능 명령으로서 인코딩될 수 있다. 그러한 명령은 처리 디바이스에 의해 실행될 때에, 처리 디바이스가 본 명세서에 설명된 방법들 중 적어도 일부를 수행하게 한다. 상기 예들은 단지 예시적인 것이며, 따라서 어떤 식으로든 프로세서 및 처리 디바이스라는 용어의 정의 및/또는 의미를 제한하려는 것은 아니다.
이상 기술된 설명은, 예를 이용하여 최선의 방식을 비롯한 실시예를 개시하고 있으며, 또한 당업자가, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 이용하도록 하는 것 그리고 임의의 통합된 방법을 수행하도록 하는 것을 비롯하여 실시예를 실시할 수 있도록 한다. 본 개시의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 당업자가 착안 가능한 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 이들 예에서 본원 청구범위의 문어적 어구와 상이하지 않은 구조 요소가 마련된다면, 또는 이들 예에서 청구범위의 문어적 어구와 미미한 차이를 갖는 등가의 구조 요소가 마련된다면, 본원의 청구범위에 속하도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 이중 트립 매니폴드 조립체(114)로서,
    격리 밸브 조립체(302)를 포함하고, 상기 격리 밸브 조립체는,
    유압 시스템 유체 공급원(118)으로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된 제1 밸브(502)로서, 상기 제1 밸브(502)는 유체의 유동을 적어도 2개의 유압 회로 중 적어도 하나의 유압 회로에 보내도록 구성된 것인 제1 밸브(502); 및
    상기 적어도 2개의 유압 회로 중 적어도 하나의 유압 회로로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된 제2 밸브(504)를 포함하고, 상기 제2 밸브(504)는 유체 유동을 터빈 트립 헤더(522)에 보내도록 또한 구성되며,
    상기 제1 밸브(502)와 제2 밸브(504)는 상기 제1 및 제2 밸브(502, 504) 중 하나의 회전이 상기 제1 및 제2 밸브(504, 502) 중 다른 하나에 실질적으로 유사한 회전을 유발하도록 서로 동기화되는 것인 이중 트립 매니폴드 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 격리 밸브 조립체(302)는 상기 제1 밸브(502)와 상기 제2 밸브(504)에 연결되는 회전 가능한 샤프트(506)를 더 포함하는 것인 이중 트립 매니폴드 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 격리 밸브 조립체(302)는 상기 회전 가능한 샤프트(506)에 연결되는 복수 개의 위치 스위치(510)를 더 포함하고, 상기 복수 개의 위치 스위치(510)는 상기 제1 밸브(502)와 상기 제2 밸브(504)의 위치를 나타내도록 구성되는 것인 이중 트립 매니폴드 조립체.
  4. 제2항에 있어서, 상기 격리 밸브 조립체(302)는 복수 개의 시각 인디케이터(512, 514)를 더 포함하고, 상기 복수 개의 시각 인디케이터(512, 514)는 상기 복수 개의 위치 스위치(510)의 위치 표시를 기초로 하여 상기 제1 밸브(502)와 상기 제2 밸브(504)의 위치의 시각 표시를 제공하도록 구성되는 것인 이중 트립 매니폴드 조립체.
  5. 제2항에 있어서, 상기 격리 밸브 조립체(302)는 상기 회전 가능한 샤프트(506)에 연결되는 기어박스(508)를 더 포함하고, 상기 기어박스(508)는 상기 회전 가능한 샤프트(506)를 회전시켜 상기 제1 밸브(502)와 상기 제2 밸브(504)의 위치를 조정하도록 구성되는 것인 이중 트립 매니폴드 조립체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 격리 밸브 조립체(302)는 상기 기어박스(508)에 연결된 오버 토크 보호기(518)를 더 포함하고, 상기 오버 토크 보호기(518)는 입력 토크가 예정된 토크값을 초과할 때에 상기 기어박스(508)에 오버 토크 보호를 제공하도록 구성되는 것인 이중 트립 매니폴드 조립체.
  7. 비상 과속도 보호 시스템(117)으로서,
    유체 공급 헤더(410)와, 상기 유체 공급 헤더(410)에 유동 연통하도록 연결된 트립 헤더(412)를 포함하는 적어도 하나의 트립 매니폴드 조립체(TMA; trip manifold assembly)(304, 306); 및
    격리 밸브 조립체(302)를 포함하고, 상기 격리 밸브 조립체는,
    유압 시스템 유체 공급원(118)으로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성된 제1 밸브(502)로서, 상기 제1 밸브(502)는 상기 유체 공급 헤더(410)에 유동 연통하도록 연결된 것인 제1 밸브(502); 및
    상기 트립 헤더(412)에 유동 연통하도록 연결된 제2 밸브(504)를 포함하며, 상기 제2 밸브(504)는 상기 트립 헤더(412)로부터 유체의 유동을 받아들이도록 구성되고,
    상기 제1 밸브(502)와 제2 밸브(504)는, 상기 제1 밸브(502)를 상기 적어도 하나의 TMA(304, 306)에 대해 폐쇄시키면 상기 제2 밸브(504)가 상기 적어도 하나의 TMA(304, 306)에 대해 폐쇄하게 되어 상기 적어도 하나의 TMA(304, 306)를 유체의 유동으로부터 격리시키도록 서로 연결되는 것인 비상 과속도 보호 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 격리 밸브 조립체(302)는 상기 격리 밸브 조립체(302)의 적어도 일부에서 유체 압력을 릴리스하도록 구성되는 복수 개의 배출 포트 밸브(524A, 524B)를 더 포함하는 것인 비상 과속도 보호 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 격리 밸브 조립체(302)는 가압된 유체를 상기 격리 밸브 조립체(302)의 일측면으로부터 타측면으로 보내도록 구성된 복수 개의 가압 밸브(526A, 526B)를 더 포함하는 것인 비상 과속도 보호 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 격리 밸브 조립체(302)에 통신 연결되는 터빈 시스템(100)와 발전기 중 적어도 하나
    를 더 포함하는 비상 과속도 보호 시스템.
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