KR840001325B1 - 터빈 제어장치 - Google Patents

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KR840001325B1 KR1019800003889A KR800003889A KR840001325B1 KR 840001325 B1 KR840001325 B1 KR 840001325B1 KR 1019800003889 A KR1019800003889 A KR 1019800003889A KR 800003889 A KR800003889 A KR 800003889A KR 840001325 B1 KR840001325 B1 KR 840001325B1
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프랜시스 베링거 도날드
제임스 로시 안토니
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제너럴 이렉트릭 컴패니
샘손 헬프고트
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Abstract

내용 없음.

Description

터빈 제어장치
제1도는 본 발명이 유용하게 실시될 수 있는 형태의 발전설비의 선개략도.
제2도는 본 발명의 적절한 실시예에 따른 전기 제어장치의 개략도.
본 발명은 일반적으로 원동기 용제어 장치에 관한 것으로 특히 추출형증기 터빈의 전자제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은 동력 및 공정용 증기를 모두 보내는 상호 발전형 발전설비에 적용할수 있다. 이 발전설비 형태는 다수의 터빈 발전기 세트와 최소한 하나의 추출 증기터빈을 포함한다. 1961년 4월 4일자로 와그너와 스트레니에게 허여된 미합중국특허 제2,997,768호에는 추출 증기터빈의 기본적인 전자 제어장치가 기술되어 있다. 상기 특허에는 2개의 신호통로 즉, 터빈 입구밸브와 추출밸브의 위치를 동시에 세트하는 속도 신호통로와 압력신호 통로가 기술되어 있다. 전자 신호 통로들은 속도 오차신호가 압력오차신호를 수정하고 압력오차신호가 속도 오차신호를 수정하기 때문에 상호 연결된다. 이것은 다음의 결과를 초래한다. 터빈 부하의 변동이 속도오차를 야기시키면, 추출증기 밸브와 입구증기 밸브에 의해 고정작업이 취해진다. 한편, 공정용 증기 요구의 변동이 추출 압력 오차신호를 일으킨다면, 입구밸브와 추출밸브는 일정속도를 유지하고 압력오차를 교정하기 위해 반대방향으로 이동한다.
디미트로프와 와그너에게 허여된 미합중국 특허 제3,391,539호에는 미리 예정된 정도로 공정용증기의 흐름을 배당하는 다중 터빈 발전 설비용 제어장치가 기술되어 있다. 본 발명은 공정용증기 유효성이 입구증기 흐름 및 압력에 의한 부하요구에 속하는 것으로 디미트로프등에게 특허된 발명과는 다르다. 본 발명은 공정용증기 요구가 정상적인 상호 발전요구에 미치지 못하는 것보다는 유용한 입구 증기흐름이 양호한 부하요구를 만족시키는데 익숙하도록 속도 및 추출 압력 제어 모우드로부터 입구 헤더 압력 및 속도 제어 모우드로 자동적으로 스위치되는 장치에 관한 것이다. 후자의 부족함은 보일러가 일시적으로 고장났을 경우에 생긴다.
테일러와 핀크에게 허여된 미합중국 특허 제3,971,291호에는 터빈 입구 밸브가 최대 보일러성능을 이루도록 위치 설정되어 있고 추출밸브가 입구밸브 위치의 상태에 따라서 터빈의 속도제어를 계속하는 추출형 증기 터빈의 제어시스템이 기술되어 있다. 추출흐름은 보조 보일러에 의해 이루어진다. 본 발명은 하나의 증기요구 이상인 경우를 고려한 것이며 또 추출압력이 그곳에 유효한 증기가 있을때 제어되는 것으로 주위환경과 제어기구가 다르다.
입구 압력제어의 목적은 터빈으로의 조절흐름이 바람직한 세트지점 이하에서 입구 압력을 구동하지 않는 레벨로 유지되게 하는 것이다. 바람직한 세트지점은 특수한 전력출력은 유지하기에 필요한 헤더압력에 비교할 수 있다. 헤더(업구) 압력이 바람직한 세트 지점 이하로 떨어지기 시작하도록 시스템의 오기능이 생길 경우에, 제어장치는 속도 및 추출압력 제어 모우드에서 입구 압력 및 속도 제어모우드로 자동적으로 스위치된다.
전술한 발명은 터빈속도, 추출압력 및 드로틀 밸브에서 실행된다. 정상적인 동작 상태하에서, 드로틀 및 입구 밸브는 속도 오차신호와 추출 오차신호의 조합에 의해 제어되고 그 때문에, 추출밸브 위치는 속도오차 신호에 의해 수정된 추출오차 신호에 의해 제어된다. 최소 드로틀 압력과 실제드로틀 압력사이의 차이를 나타내는 전자신호는 실제드로틀 압력이 미리 세트된 최소치 이하로 떨어질때 전자신호가 정상 속도 신호밖으로 나가서 드로틀 밸브 위치가 드로틀 압력의 기능을 할 수 있도록 한쌍의 전기 게이트에 입력된다. 한편, 추출밸브는 속도 오차 및 드로틀 압력요구를 나타내는 조합신호에 의해 위치 설정된다.
본 발명의 목적은 어떠한 예정된 상태하에서, 속도 및 추출 압력 제어로부터 트로틀 압력 및 속도제어로 스위치할 수 있는 추출 증기 터빈의 자동 전자 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조절압력제어가 추출압력 제어 위에서 양호하게 하는 선행 제어장치를 제공하는 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 기술하겠다.
제1도는 본 발명이 유용하게 사용될 수 있는 형태로 된 발전설비(11)의 개략도이다. 한쌍의 증기 발전기나 보일러(13)는 증기를 두 개 이상의 증기터빈에 분배하기 위해서 주증기헤더(15)속으로 내보낸다. 하나의 증기터빈(17)은 전력출력을 만들기 위해서만 사용될 수 있으므로 부하(19)에 연결된다. 부하는 예를들면, 펌프, 압축기, 전기, 발전기 또는 다른 구동 부하일 수 있다. 터빈(17)은 밸브 작동기(25)를 통하는 입구 증기 밸브(23)를 전자적으로 위치 설정하는 제어회로(21)를 포함한다. 제어회로(21)의 정확한 성질은 본 발명에 해당되지 않으나, 밸브 조정용 속도 오차신호를 만들도록 세트속도(도시안됨)와 비교되는 속도 귀환신호를 제공하기 위한 속도 귀환 채널(27)을 포함한다. 도시 및 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제3,986,788호에는 속도 제어회로의 한 예가 기술되어 있다.
제2터빈(31)은 주증기헤더에 유체를 전달하도록 연결되었다. 제2터빈은 공정용 증기(33)을 제공하는데 사용된다는 것이 증기터빈(17)과 다르다. 이 터빈은 구동부하나 전기발전기(35)에도 연결될 수 있다. 와그너와 스트래니에게 허여된 미합중국 특허 제2,977,768호에 기술된 통상의 동작 방법에 있어서, 제어장치(37)는 밸브 작동기(43) 및 (45)를 각각 통하여 드로틀 밸브(39)와 추출밸브(41)를 위치 설정하도록 고정된다. 제어장치(37)는 실제 터빈속도(47)과 추출압력(49)을 지시하는 입력을 받아들인다. 그러므로 각각의 터빈은 부하요구(19) 및 (35)를 부합시키기에 충분히 바람직한 세트속도를 유지할 수 있는 그 자체의 제어장치를 포함하는 것이 명백하다. 발전설비의 부하 및 공정용 증기요구에 모두 부합하기 위한 주헤데(15)에 증기가 충분하지 않을 때는 위험이 발생한다. 본 발명은 추출형 터빈제어에 양도된 제어중점의 예정된 방식으로 위험을 제거하는 것에 관한 것이다. 불충분한 증거흐름은 전기연결 라인(51)을 따라 추출터빈 제어장치(37)속으로 그 메시지를 넣는 드로틀 압력표시기(도시안됨)에 의해 감지될 수 있다.
제2도는 추출터빈(31)과 결합하여 사용될 수 있는 본 발명에 따른 제어장치(37)를 도시한 것이다. 이 분야에서 공지 기술로된 전력원들과 다른 전기적 세부장치들은 간단하게 하기 위해서 생략하였다. 제어장치(37)는 터빈속도(S), 입구압력(P1), 및 추출압력(PE)에 관련된 세개의 입력들을 받아들인다. 제1도로부터의 신호입력(47)은 실제 터빈속도에 비례하고, 신호입력(49)(제1도)실 제추 출압력에 비례하여 제1도로부터의 신호입력(51)은 실제 터빈입구 압력에 비례한다. 이 신호들은 각각 정극성 화살표로 표시된 바람직한 속도 추출압력 및 입구압력을 지시하는 세트신호들과 비교된다. 증폭기(57),(59) 및 (61)는 도시된 것처럼 허용된 세트점과 귀환신호들을 가진 비교 증폭기이며, 세트점과 기준신호들 사이의 차이에 비례하는 각각의 출력신호들을 발생시킨다.
증폭기(67), (69) 및 (71)는 직접 증폭기들이고, 증폭기(77), (79) 및 (81)는 동적안정 보상용으로 부용된다. 후자의 회로는 선신호의 위상전이에 의해 시스템 조속-지연을 보상한다. 그러므로 증폭기(77), (79) 및 (81)로부터의 각각의 신호출력은 모니터된 특수한 물리적 상태에 따른 오차신호를 나타낸다. 단자(85)에서의 제어회로(37)는 두개의 출력신호를 제공한다. 제1출력신호는 드로틀 밸브 위치 설정 신호이다. 단자(87)에서의 제2출력신호는 추출 밸브 위치 설정신호이다. 증폭기(89)와 (91)는 각각의 밸브 위치 설정궤환(88)과 (90)과 밸브위치 설정 요구(92)와 (93)를 나타내는 입력을 갖고 있는 보조증폭기들이다. 두개의 로우(low value)게이트(101)과 (105)는 밸브 위치 설정 요구(92) 및 (93)를 결정한다.
로우 게이트(101)는 부분적으로 반전증폭기(102), 저항기(103)(A, B, C) 및 다이오드(104)로 구성된다. 로우 게이트(101)의 다른 반쪽은 반전증폭기(106), 저항기(107)(A, B) 및 다이오드(108)로 구성된다. 바이어스 회로는 저항기 그룹(109)에 의한 증폭기회로(102)를 위해 제공되며 저항기 그룹(110)에 의한 증폭기 회로(106)를 위해 제공된다. 저항기(111)는 이 장치들이 도전상태로 있을 때 증폭기(102)나 (106)에 전류통로를 제공한다. 증폭기(113)는 입력이 로우게이트(101)로부터 얻어지는 비반전 단일이득 증폭기를 나타낸다. 로우게이트(101)의 출력은 속도와 추출압력(S, PE), 또는 입구압력(P1)에 비례하는 신호일 수도 있다. 로우 게이트가 동작하는 방법은 다음과 같다. 증폭기(113)의 입력에 인가될 신호는 증폭기(102)의 출력이나 증폭기(106) 출력이다. 만약 증폭기(102)의 출력신호가 증폭기(106)의 출력신호보다 더 부극성이라면, 다이오드(108)는 다시 바이어스 되고 증폭기(106)의 출력은 입력으로부터 증폭기(113)까지 효과적으로 비접속된다. 그러므로 증폭기(113)의 입력은 증폭기(102)로부터의 신호출력이다. 증폭기(106)가 증폭기(102)의 출력보다 더 부극성인 출력을 가지는 경우에, 증폭기(106)는 증폭기(113)에 신호를 제공한다.
제2의 값이 낮은 게이트(105)는, 부분적으로, 반전 증폭기(115), 저항기(116) (A, B) 및 다이오드(117)로 구성된다. 이 게이트의 제2부분은 증폭기(119)와 다이오드(121)로 구성된다. 저항기 그룹(123)은 증폭기(115)용 바이어스 회로를 제공하므로 저항기(124)는 게이트(101)내의 저항기(111)에, 비교할 수 있다. 값이 낮은 게이트(105)의 게이팅 작용은 값이 낮은 게이트(101)의 게이팅 작용은 낮은 게이트(125)에 대해 기술한 게이팅 작용과 동일하다.
증폭기(123)는 단일이득 비-반건전 증폭기를 나타낸다. 이 증폭기의 입력은 추출압력 PE오차신호나 입구압력 P1오차신호에 비례한다.
관련된 저항기(128)(A, B, C)와 바이어스 그룹(130)을 갖고 있는 증폭기(127)는 증폭기(125)의 출력에서 존재하는 하나의 압력오차신호와 속도 S오차 신호로 구성되는 신호입력을 갖고 있는 합산증폭기이다. 증폭기(127)의 출력은 추출 밸브 승강 세트점(93)을 제공한다.
증폭기(129)와 이것에 관련된 저항기와 다이오드들을 포함하고 이것에 관련된 저항기들을 따르는 증폭기(131)를 포함하고 있는 회로는 추출밸브가 완전히 폐쇄된 경우에 추출밸브와 입구밸브에 압력오차신호 PE가 위로 달리도록 작용하는 제한기능을 제공한다. 이것은 과대한 추출흐름이 과대한 회전속도를 초래하는 상태를 방지하기 위한 것이다. 추출밸브가 폐쇄상태로 될때마다, 증폭기(129)와 (131)로 부터의 최종적인 신호는 증폭기(102)의 외부에서 신호를 보강하도록 저항기(103C)를 통해 증폭기(102)속으로 속도신호입력 S에 가산되는 경우에 증폭기(133)를 통해 지나간다. 한편, 추출밸브가 개방될때, 증폭기(131)과 (129)의 출력은 0으로 된다.
속도 및 추출압력 제어로 동작할때, 입구 압력 셋트 점은 제어장치가 속도 및 추출 압력 제어 모우드에서 입구압력 및 속도 제어모우드로 스위치하기에 필요하기 전에 존재하게 되는 최소압력에 대응하는 드로틀 압력 레벨로 셋트된다고 가정된다. 입구 및 드로틀 압력은 통상적으로 이 세트점보다 더 높게 된다. 압력변환기(도시안됨)는 드로틀 압력을 감지하도록 입구라인내에 포함되고 도시한 바와같이 입구 압력 궤환신호(51)를 제공한다. 드로틀 압력(51)이 입구 압력 세트점보다 더 높을때, 드로틀 압력회로(61), (71) 및 (81)는 증폭기(81)의 출력에서 -5를 나타내는 이것의 전체드로틀 흐름 한계로 적분된다. 이것은 증폭기(106)의 출력이 증폭기(102)의 출력보다 더 높은 +5V에 있게 한다. 다이오드(108)는 역바이어스되고 전류를 도전시키지 않게 된다. 이때 로우 게이트(101)의 출력은 증폭기(102)의 출력에 비례하게 된다.
추출압력 제어루우프는 증폭기(59), (69) 및 (79)를 포함한다. 증폭기(79)의 출력은 로우 게이트(105)내의 증폭기(119)에 인가된다. 속도 및 추출압력 제어모우드로 동작할때, 로우 게이트(105)내의 증폭기(115)에 인가된 입구 압력신호 P1는 증폭기(115)의 출력이 증폭기(119)의 출력보다 더 정극성으로 되게 한다. 그러므로 로우 게이트(105)의 출력은 추출압력 제어루우프의 함수로 된다. 증폭기(125)의 압력은 추출압력 오차신호 PE로 된다. 증폭기(125)의 출력은 증폭기(77)로부터의 속도루우프신호와 조합되는 증폭기(127)속의 입력이다. 이제 증폭기(127)의 증력은 출력은 속도 및 추출압력의 함수로 된다. 증폭기(125)의 증력은 속도 제어루우프신호를 가진 증폭기(102)의 입력에서 합산되는 경우에 증폭기(133)와 이것에 관련된 입력저항기를 통하여 지나간다. 증폭기(102)의 출력은 증폭기(113)의 입력을 제공하기 때문에, 입구 밸브 승강 세트점은 속도 및 추출압력의 함수로 된다.
속도 및 추출 압력 제어를 하는 동안 추출밸브가 폐쇄된 경우에, 증폭기(129)와 (131)의 제한회로는 다음의 방법으로 입구 및 추출밸브의 위치상에서 압력제어장치의 효과를 삭제하도록 작용한다. 증폭기(129)의 출력은 추출밸브가 폐쇄되지 않을때 통상적으로 0V이다. 이 경우에, 증폭기(133)의 입력은 이미 설명한 바와같이 추출압력 제어루우프의 함수로 된다. 추출밸브기어가 폐쇄되는 이 경우들에서, 증폭기(129)의 출력은 0에서 지점(93)에 나타난 전압에 비례하는 전압으로 스위치된다. 이 전압은 증폭기(131)에 의해 반전되고 추출압력에 비례하는 값이 낮은 게게이트(105)의 출력과 증폭기(133)내에서 결합된다. 증폭기(129)와 (131)의 이득은 증폭기(125)의 출력이 증폭기(131)의 출력에 의해서 중지되도록 세트 엎된다. 증폭기(133)의 출력은 추출압력의 결과로 더 변하지 않으므로 값이 낮은 게이트(101)의 출력은 속도 함수로만 된다. 이 방법에서, 입구밸브들은 속도에 의해서만 제어된다.
정상적인 동작상태에서, 밸브위치상의 속도 및 압력 제어 루우프의 넷트효과는 다음과 같다. 추출압력이 일정하게 유지되는 동안 속도가 증가하거나 감소하는 경우에, 입구 및 추출밸브기어는 동일 방향으로 이동된다. 추있흐름의 변화가 추출압력의 변화를 야기시키는 경우에, 입구 및 추출밸브들은 반대 방향으로 이동하게 된다. 예를들면, 추출흐름의 감소를 추출압력은 증가하게 한다. 추출압력을 저장하고 터빈속도를 일정하게 유지하기 위해서 추출밸브들은 기계의 후단부로 더 흐르도록 개방되고 입구밸브들은 터빈 후단부 양단에 나타난 증가된 토오크를보상하도록 터빈의 전단부에 나타난 토오크량을 감소시키기 위해서 폐쇄된다.
입구 압력제어의 목적은 터빈으로의 드로틀 흐름이 바람직한 세트점 P1이하에서 입구압력을 구동하지 않는 레벨로 유지금게 하는 것이다. 입구압력이 과대한 드로틀 흐름요구로 인해 강화되기 시작해서 외부장치의 오기능이 생기는 경우에는, 이 장치는 속도 및 추출압력 제어모우드에서 입구압력 및 속도 제어모우드로 자동적으로 스위치된다. 이것이 이루어지는 방법은 다음과 같다.
입구압력이 강하되기 시작하면, 변하는 입구압력은 비교증폭기(61)에 의해 검출된다. 입구압력이 입구압력 세트점 이하로 강하되면, 증폭기(102)의 출력보다 더 부극성인 로우 게이트(101)내의 증폭기(106)의 출력을 구동하는 직접증폭기(71)에 신호가 발생하게 된다. 이 지점에서, 증폭기(113)의 입력은 입구 압력 제어장치의 기능으로 된다. 속도 제어루우프는 더 이상 입구 밸브 승강세트점(92)에 영향을 미치지 않게 된다. 증폭기(81)에 나타나는 입구압력 제어루우프 P1의 출력은 증폭기(115)의 출력이 증폭기(119)의 출력보다 더 부극성으로 되게 한다. 증폭기(125)의 출력에 나타나는 로우 게이트(105)의 출력은 입구 압력 제어루우프의 기능만하게 된다. 증폭기(125)의 출력은 속도 제어루우프로부터 신호와 증폭기(127)의 입력에서 합산된다. 증폭기(127)의 출력은 속도 및 입구 압력 제어 루우프로부터 조합된 신호를 나타내고 추출밸브 승강 세트점(93)을 결정한다. 증폭기(125)의 출력은 증폭기(133)과 저항기(103C)를 통해 지나가고 증폭기(102)에 입력을 제공한다. 그러나, 증폭기(106)는 로우 게이트(101)내의 우세한 증폭기이기 때문에, 이 신호통로는 로우 게이트(101)의 출력에 영향을 미치지 않는다.
제어장치는 두 개의 파라메타들만 제어하기 때문에, 입구 압력 및 속도 제어 모우드의 동작은 터빈입구에 증기를 공급하는 것이 아닌 증기 소오스를 갖고 있는 다른 장치에 의해서 추출압력이 일정하게 유지되어야 한다.
속도 및 추출압력 제어에서 입구 압력 및 속도 제어로의 자동 전환은 상술한 바와같이 로우게이트(101)과 (105)의 작용에 의해서 이루어진다. 속도 및 추출압력 제어에서 입구 압력 및 속도 제어로의 자동 전환은 입구압력이 이미 셋트된 레벨로 강하되는 경우에 생기게 된다. 입구압력 제어 모우드로 다시 자동적으로 반전하게 된다. 입구 및 추출 밸브가 속도 및 추출 입력 제어장치와 속도 및 입구 압력 제어장치내에서 어떻게 제어되는가의 기본차이를 주지해야 한다. 속도 및 추출 압력 제어 모우드에서, 속도 제어회로는 드로틀 흐름을 변화시키고 추출흐름을 변화시키지않고 필요한 축 마력내의 변화에 응답하여 동일량만큼 드로틀 흐름 및 배출흐름을 변화시키도록 동일방향으로 입구 및 추출 밸브 기어를 위치 설정시킨다. 그러므로, 드로틀 및 배출흐름은 필요한 바와같이 변화된다. 압력 제어장치는 동일량만큼 기계의 후단부내에 나타나고 헤드단부전력내의 변화에 반대로 감지하여 나타난 전력을 변화시키기 위해서 반대방향으로 입구 및 추출 밸브기어를 위치 설정시킨다. 이것은 전체 축 마력내의 무변화에 따라 추출흐름내의 변화(드로틀 및 배출 흐름내의 차이)를 허용한다. 속도 및 입구 압력 제어장치에서, 속도 제어회로는 축전력이 입구 드로틀 흐름을 변화시키지 않고서 변화될 수 있도록 추출 밸브 기어만을 위치 설정시킨다. 입구 압력 제어회로는 동일량만큼 후단부에서의 전력변화에 따라 반대로 감지되는 변화전력을 증가시키기 위하여 반대 방향으로 입구 및 추출 밸브 기어를 위치 설정시킨다.

Claims (1)

  1. 최소 입구 증기 압력에 따라서 입구밸브장치와 추출 밸브장치를 포함하는 추출형 증기 터빈의 작동을 제어하기 위한 제어장치에 있어서, 속도 오차 신호를 제공하는 터빈 회전 속도를 응답하는 장치(57)와, 추출 압력 오차신호를 제공하는 추출 증기 압력에 응답하는 장치(59)와, 입구 압력 오차신호를 제공하는 입구 증기압력에 응답하는 장치(61)와, 속도 오차신호와 입구 압력오차 신호 사이의 제1 게이팅장치(101)와, 추출 압력 오차신호와 입구 압력 오차신호 사이의 제2게이팅장치(105)와, 상기 제1 게이팅장치의 출력에 접속된 입구 밸브 위치 설정장치(43)와, 상기 제2 게이팅장치의 출력에 접속된 추출 밸브 위치 설정장치(45)와, 상기 제1 게이팅장치로부터 상방향으로 속도 오차 신호와 상기 추출압력 오차신호를 전자적으로 결합하기 위한 장치(133)로 구성시킨 것을 특징으로 하는 제어장치.
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