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1. KR1019960705124 - 스타팅과정동안터빈의작동상태를디스플레이하기위한방법및장치

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[ KO ]
명 세 서
스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이 하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 터빈-고유 특성 및 작동-관련 파라미터로부터 검출되는 기준 경로를 디스플레이하고, 상기 기준 경로로서 터빈-고유 특성으로부터 유도되는 특성 스타팅 곡선을 결정하며, 저장된 다수 개의 특성 스타팅 곡선으로부터 작동-관련 파라미터에 의해 상기 특성 곡선이 검출되도록 구성된, 스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이 하기 위한 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 터빈-고유 특성 및 작동-관련 파라미터로부터 검출되는 터빈 회전수의 시간에 대한 기준 경로를 생성하기 위한 제 1 연산 유니트와 연결되는 디스플레이 장치를 포함하고, 터빈-고유 특성을 특성화하는 다수의 특성 스타팅 곡선을 위하여 제공되는 메모리 장치를 구비하며, 상기 각각의 특성곡선이 일정 정지 상태 시간 및 터빈 온도에 대한 식별자(identifier)를 구비하는 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.
증기 터빈과 같은 터빈의 정지 상태(standstill)로부터 무부하 회전수 또는 작동 회전수까지의 스타팅 과정은 통상적으로 상이한 회전수 상승 시간 및 대기 시간(waiting time)으로 구성된다. 작동 회전수에 이를 때까지의 시간에 대한 회전수 상승은 특히 터빈-고유 특성(파라미터) 및 터빈의 열 상태에 의존한다.
간행물 "전기공학, 49권, 20번, 1971년 9월 30일, 903폐이지 내지 913페이지(Elektrotechnik, Bd. 49, Nr. 20, 30.09.1971, Seiten 903 bis 913)"에 공지된 터보 발전기에 대한 자동 스타팅 장치에서는, 터빈 제작자가 특정한 회전수 상승 시간 및 대기 시간을 다수 개의 기준 경로로부터 선택된 스타팅 곡선에 기초하여 작업자가 지속적으로 모니터링하는 방식으로 스타팅 과정이 조정된다. 그러나 이 경우에는, 예를 들어 주어진 대기 시간이 단축되거나 연장되는 것과 같은 위험이 존재하여, 터빈이 불필요한 부하에 노출되거나 또는 스타팅 과정이 필요 이상으로 길어지는 위험이 생긴다.
따라서 본 발명의 목적은, 스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 적절히 디스플레이하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 또다른 목적은 상기 방법을 수행하는데 적절한 장치를 제공하는 것이다.
전술한 방식의 방법에 관련한 상기 목적은 스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이하기 위한 방법으로서, 터빈-고유 특성 및 작동-관련 파라미터로부터 확정되는 기준 경로를 디스플레이하는 단계; 터빈-고유 값으로부터 유도되는 특정 특성 스타팅 곡선으로서 작동-관련 파라미터에 의하여 저장된 다수 개의 특성 스타팅 곡선으로부터 특정 특성 스타팅 곡선을 결정하는 단계; 그리고 기준 경로와 더불어 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 경로를 디스플레이하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 해결된다. 즉 본 발명의 방법에 관련한 목적은 청구 범위 제 1항, 스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이하기 위한 방법으로서, 터빈의 작동-관련 파라미터(k Z, k T, k P)를 측정하기 위한 둘 또는 그 이상의 센서를 제공하고, 제 1 연산 유니트와 제 2 연산 유니트를 제공하고, 상기 터빈의 작동-관련 파라미터에 대응하는 터빈-고유 특성을 구비하는 특성 스타팅 곡선을 저장하기 위한 메모리로서 제 1 연산 유니트에 연결되는 메모리를 제공하며, 그리고 디스플레이 장치를 제공하는 단계; 둘 또는 그 이상의 센서로부터 상기 터빈의 작동-관련 파라미터를 확정하고, 그리고 상기 작동-관련 파라미터를 상기 제 1 연산 유니트에 제공하는 단계; 상기 터빈의 작동-관련 파라미터에 대응하는 터빈-고유 특성을 구비하는 특성 스타팅 곡선을 상기 메모리로부터 선택함으로써 기준 경로를 결정하기 위하여 상기 제 1 연산 유니트를 사용하는 단계: 실제 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 경로를 절정하기 위하여 제 2 연산 유니트를 사용하는 단계; 그리고 상기 디스플레이 장치 상에 상기 기준 경로와 더불어 상기 실제 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 경로를 디스플레이하기 위하여, 상기 제 1 연산 유니트 및 상기 제 2 연산 유니트로부터의 디스플레이 정보를 상기 디스플레이 장치에 제공하는 단계를 포함하는 스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이하기 위한 방법에 의해 해결된다.
기준 경로는, 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 변동이 측정값에서 유도되는 작동-관련 파라미터와 터빈-고유 특성에 종속된다는 것을 나타낸다.
각각의 특성 스타팅 곡선은 터빈의 정지 상태 시간(standstill time)에 대한 값에 의해, 그리고 터빈의 온도에 대한 값에 의해 특성화된다. 따라서 작동-관련 파라미터로서 터빈 온도 및 터빈의 정지 상태 시간을 검출한다. 정지 상태 시간은 터빈 회전수로부터 유도되는데, 정지 상태 시간은 터빈이 정지한 상태 또는 터빈이 거의 정지한 상태가 탐지된 이후에 경과한 시간을 의미한다.
특성 스타팅 곡선을 기준 경로로 정하기 위한 또다른 기준으로서 방법 및 장치에 기인한 파라미터가 수동적으로 또는 로직에 의해 제공된다. 따라서, 공기 압축기와 같은 터빈에 의해 구동되는 장치가 임계치를 초과하는 것을 피할 수 있다.
어느 때라도 터빈의 각각의 스타팅 과정이 수행될 수 있도록 하기 위해, 이미지화된 터빈 회전수의 시간 경로를 동시에 저장하는 것이 바람직하다. 저장 과정은 스타트(start) 신호와 정지 신호 사이에서 발생한다. 상기 정지 신호는 터빈이 무부하 회전수 및 작동 회전수에 도달했을 때 발생된다.
전술한 방식의 장치에 관련한 상기 목적은 스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이하기 위한 장치로서, 디스플레이 장치; 디스플레이 장치에 연결되고 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 기준 경로를 생성하기 위한 제 1 연산 유니트로, 기준 경로가 터빈-고유 특성 및 작동-관련 파라미터로부터 확정되는 제 1 연산 유니트; 제 1 연산 유니트에 연결되고 터빈-고유 특성을 특성화하는 다수 개의 특성 스타팅 곡선을 위한 메모리로, 각각의 특성 스타팅 곡선이 일정한 정지 상태 시간과 일정한 터빈 온도에 대한 식별자를 구비하는 메모리; 그리고 디스플레이 장치에 연결되고 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 현재 경로를 생성하기 위한 제 2 연산 유니트를 포함하는 스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이하기 위한 장치에 의하여 해결된다. 즉, 본 발명의 장치에 관한 목적은 청구 범위 제 4항, 스타팅 과정동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이하기 위한 장치로서, 디스플레이 장치; 터빈의 작동-관련 파라미터를 결정하기 위한 둘 또는 그 이상의 센서로서, 상기 작동-관련 파라미터가 일정 터빈 분당 회전수와 일정 터빈 온도를 포함하는 둘 또는 그 이상의 센서; 터빈-고유 특성을 특성화하는 다수 개의 특성 스타팅 곡선을 저장하기 위한 메모리로서, 상기 각각의 특성 스타팅 곡선이 상기 일정한 터빈 분당 회전수로부터 유도되는 일정 정지 시간과 상기 일정 터빈 온도에 대한 식별자를 구비하는 메모리; 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 기준 경로를 생성하기 위한 제 1 연산 유니트로서, 상기 메모리에 연결되고, 상기 둘 또는 그 이상의 센서로부터 상기 작동-관련 파라미터를 수용하고, 그리고 상기 작동-관련 파라미터에 대응하는 상기 터빈-고유 특성을 특성화하는 상기 특성 스타팅 곡선을 선택하며, 상기 시간에 대한 기준 경로가 상기 선택된 특성 스타팅 곡선에 의하여 형성되는 제 1 연산 유니트; 상기 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 현재 경로를 생성하기 위한 제 2 연산 유니트로서, 상기 디스플레이 장치에 연결되고, 상기 둘 또는 그 이상의 센서중의 하나 또는 그 이상의 센서에 연결되며, 상기 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 현재 경로를 디스플레이하는 제 2 연산 유니트를 포함하고, 그리고 상기 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 기준 경로와 동시에 상기 터빈 분당 회전수의 시간에 대한 현재 경로를 디스플레이하기 위하여 상기 디스플레이 장치가 상기 제 1 연산 유니트에 연결되는 스타팅 과정 동안 터빈의 작동 상태를 디스플레이하기 위한 장치에 의해 해결된다.
본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 자세히 설명하면 아래와 같다. 도면은 터빈의 스타팅 과정을 디스플레이 하기 위한 장치의 개략도이다.
도 1은 발전기(generator) 또는 공기 압축기와 같은 장치(6)를 작동시키는 샤프트(4) 상의 터빈(2)에 대한 개략도이다. 또한 작동 매체(AM)가 밸브(8)를 통해 터빈(2)에 제공되고, 작동 매체가 터빈 내에서 완전히 또는 부분적으로 팽창하여 터빈(2)을 구동시킨다. 상기 작동 매체(AM)는 라인(10)을 통해 터빈(2)으로부터 배출된다. 터빈(2)은 증기 터빈 또는 가스 터빈을 칭하는 것이다.
터빈(2)의 작동에 관련된 파라미터를 검출하기 위해서, 터빈 회전수(n)를 측정하기 위한 제 1 센서(12)와, 그리고 터빈 온도를 측정하기 위한 제 2 센서(14)가 제공된다. 센서(12, 14)로부터 각각의 신호 라인(16, 18)이 연결되어 나오고, 상기 라인을 통해 터빈 회전수(n) 및 터빈 온도(T)에 대응하는 신호가 개략적으로 도시된 측정값 처리 장치(20)에 제공된다. 온도(T)는 터빈 하우징에서 측정되는 것이 바람직하다.
상기 장치(20)는 신호 라인(16)에 접속된 변환기(22)를 포함하고, 그리고 신호 라인(18)에 접속된 변환기(24)를 포함한다. 상기 변환기(22) 내에서, 터빈 회전수(n)를 모니터링하는 한계값에 의하여 터빈(2)의 회전 상태에 대한 특성을 나타내는 신호(k s)가 형성된다. 상기 신호는 터빈(2)이 정지 상태에 있는지 또는 거의 정지 상태에 있는지 여부를 나타낸다. 상기 신호(k s)는 변환기(22) 뒤에 장치된 타임 모듈(time module, 26)로 전송된다. 신호(k s)가 도착하면 타임 모듈(26)이 시작된다. 상기 타임 모듈(26)을 신호(k s)로부터 타임 인자(k z)를 형성하고, 이 인자는 정지 상태 신호(k s)가 도착한 이후 경과한 시간을 제 1 연산 유니트(28)에 전달한다.
시간 단위당 회전수가 수 회인 작은 회전수(n)에서 터빈의 정지 상태가 부정확하게 결정될 수 있기 때문에, 조종 부재(8)의 신속 폐쇄 밸브의 위치를 찾도록 측정 기법상 피이드백 신호(s) 형태의 추가적인 샘플링이 이루어진다. 조종 부재 (8)가 폐쇄되어 있으면, 이에 대응하는 피이드백 신호(s)가 연산 유니트(28)에 전달된다. 동시에 변환기(22)에 의해 터빈 회전수(n)가 한계값에 미달하는 것이 검출되어 신호(k s)가 발생되면, 타임 인자(k z)에 의해 터빈 회전수(n)가 0인 정지 상태에서 정지상태 시간의 개시가 결정된다.
예를 들어 특성 곡선의 사용을 통하는 것과 같이 터빈(2)의 온도(T) 측정으로부터 터빈(2)의 열 상태를 나타내는 온도 인자(k T)가 변환기(24)에서 형성된다. 상기 온도 인자(k T)는 연산 유니트(28)로 전송된다. 터인 온도(T)의 가능 범위에 상응하는 온도 인자(k T)의 범위는, 예컨대 k T = 0.1 내지 k T= 1이다.
터빈(2)에 의해 구동되는 장치(6)의 임계치 또는 관련된 한계값과 같은 프로세스에 관련된 그밖의 파라미터 또는 프로세스 기준을 고려하기 위해서, 프로세스 기존으로부터 유도되는 조정 가능한 프로세스 인자(k P)가 동작제어 소자(30)를 통해 연산 유니트(28)에 제공된다.
제 1 연산 유니트(28)는 인자(k T, k Z, k P) 및 메모리 장치(32) 내에 저장된 터빈 고유의 특성(파라미터)으로부터 터빈(2)의 스타팅 과정에 대한 기준 경로(RV)를 검출한다. 이를 위해 메모리 장치(32)는 다수의 특성 스타팅 곡선(A n)을 포함하는데, 상기 각각의 특성 스타팅 곡선(A n)은 정지 상태 시간(t n) 및 터진 온도(T n )에 대한 식별자(identifier)를 가진다. 시간에 종속하는 설정 회전수 경로 또는 기준 경로를 포함하는 몇몇 특성 스타팅 곡선(A n)에 다이아그램(33)에 도시된다. 각각의 특성 스타팅 곡선(A n)에는 회전수 상승 기울기(m), 대기 시간(w) 및 특히 신속하게 통과되어야 하는 임계 회전수 범위(b)와 같은 터빈-고유 특성이 할당된다.
제 1 연산 유니트(28) 내에서 검출되는 인자(k Z, k T)가 인접하는 2개의 특성 스타팅 곡선(A n-1, A n) 중의 어느 하나와도 직접 연계되지 않으면, 보다 긴 대기 시간(w) 및/또는 보다 평평한 회전수 상층 기울기(m)를 갖는 특성 스타팅 곡선(A n)이 기준 경로(RV)로서 지명된다. 터빈(2)에 의하여 구동되는 장치(6)가 터빈(2)에 비하여 보다 긴 대기 시간(w) 또는 보다 평평한 회전수 상승 기울기(m)를 필요로 하는 경우는, 프로세스 인자(k P)를 사용하여 고려된다. 이 경우에도 터빈만을 고려하는 특성 스타팅 곡선(A n-1)과 비교하여 그 다음으로 평평한 특성 스타팅 곡선(A n)이 지명된다. 그럼으로써 터빈(2) 및/또는 장치(6)에서 불필요한 부하를 피할 수 있다.
인자(k T, k Z, k P)에 의해 결정되는 기준 경로(RV)는 신호 라인(34)을 통해 디스플레이 장치(36)에 전송되고, 거기서 좌표계(38)에 디스플레이 된다. 여기서, 횡자표는 t로써 표시되는 시간 축이고, 종좌표는 n으로 표시되는 회전수 축이다.
터빈(2)이 정지 상태로부터 스타팅되는 경우, 신호(k s) 및 회전수(n)에 의해 변환기(39) 내에서 스타팅 신호(k a)가 발생한다. 상기 스타팅 신호는 제 2 연산 유니트(40)로 전송된다. 신호(k s)를 샘플링하는 대신에 스타팅 신호(k a)를 형성하는데, (도시되지 않은) 터빈 조정기로부터 발생되는 신호를 사용할 수 있다. 터빈(2)의 스타팅 과정 동안 시간에 대한 터빈 회전수 경로의 시작 시점(t = 0)이 스타팅 신호(k a)에 의해 연산 유니트(40)에서 결정된다. 상기 시작 시점(t = 0)에서부터 시작하여 터빈(2)의 스타팅 과정 동안 터빈 회전수(n)의 시간 경로가 연산 유니트 (40) 내에 저장된다. 동시에 회전수(n)의 순간 실제값이 연산 유니트(40)로부터 신호 라인(42)을 통해 디스플레이 장치(36)에 전송된다. 여기에서 순간 실제값(l)까지의 시간에 대한 현재 경로(AV)가 디스플레이 된다. 조작자가 신속하게 볼 수 있도록 하기 위해, 순간 실제값(l) 및 동일 시점(t)에서의 기준 경로(RV) 설정값(s)에 막대 다이아그램(44)으로 디스플레이 된다. 변환기(39)에서 회전수(n)의 한계값 샘플링에 의해 터빈(2)의 무부하 회전수 및 작동 회전수로의 도달이 감지되면, 정지 신호(k b)가 변환기(39)로부터 연산 유니트(40)로 전송되고, 저장 과정이 종료된다.
연산 유니트(28, 40)의 메모리 내용이 디스플레이 장치(36)를 통해 그래프 형태(RV, AV)로 호출될 수 있다. 기준 경로(RV) 및 시간에 대한 현재 경로(AV)를 디스플레이함으로써 어느 때라도 터빈(2)의 임의의 스타팅 과정이 호출될 수 있어서 현재 스타팅 과정 동안 뿐만 아니라 이후의 제어 시에도 터빈(2)의 스타팅 과정 동안의 실제 회전수 경로(AV) 및 기준 경로(RV)간의 직접적인 비교가 가능하다.