KR101309376B1

KR101309376B1 - 스티프한 유체 시스템상에서 과도 압력 스파이크를제거하기 위한 장치

Info

Publication number: KR101309376B1
Application number: KR1020087009614A
Authority: KR
Inventors: 카르맨 에프텍하리 샤로우디; 케빈 이. 그리브
Original assignee: 우드워드, 인크.
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2013-09-17
Also published as: JP4762316B2; CA2627239A1; AU2006335229B2; KR20080063476A; AU2006335229A1; JP2009513876A; WO2007081420A1; CN101326353B; EP1948919B1; US20070089418A1; CN101326353A; CA2627239C; EP1948919A1; US7464532B2; EP1948919A4

Abstract

셧-오프 밸브를 가진 연료 라인 내에서 압력 스파이크를 감소시키기 위한 장치가 제공된다. 이러한 장치는 이동식 분리 부재 및 편향 부재를 수용하는 몸체를 포함한다. 몸체는 제 1, 제 2 및 제 3 챔버를 포함한다. 제 3 챔버는 회수 라인으로 결합된다. 셧-오프 밸브가 개방될 때 분리 부재는 제 1 챔버를 향하여 편향되고 제 1 챔버와 제 2 챔버를 분리시킨다. 셧-오프 밸브가 밀폐될 때, 분리 부재는 제 1 챔버를 팽창시키며 분리 부재가 상당한 속도에 도달되자마자 제 1 챔버와 제 3 챔버를 유체 연통 상태로 배열한다. 팽창된 제 1 챔버는 연료를 축적하고 제 3 챔버는 과도 압력 스파이크가 터빈 시스템을 손상시키지 않고 감소되도록 연료를 축적하고 배출시킨다.

Description

스티프한 유체 시스템상에서 과도 압력 스파이크를 제거하기 위한 장치{APPARATUS FOR ELIMINATION OF TRANSIENT PRESSURE SPIKES ON STIFF FLUID SYSTEMS}

본 발명은 릴리프 밸브에 관한 것으로, 특히 산업용 터빈 시스템에서 이용될 수 있는 릴리프 밸브에 관한 것이다.

발전기 산업에 있어서, 산업용 터빈 시스템은 전기를 발생시키기 위해 이용된다. 이러한 터빈 시스템은 그 외의 다른 것들 중에서 산업용 터빈(즉 가스 터빈), 공급 탱크, 공급 스키드, 미터링 스키드, 펌프, 릴리프 밸브(relief valve), 셧-오프 밸브 및 연결 파이프를 포함한다. 상기 공급 스키드외 미터링 스키드는 예를 들어 디젤 연료, 제트 연료, 등유, 가스 연료 및 이와 유사한 것과 같은 액체 연료를 산업용 터빈으로 공급하기 위해 협력한다.

이러한 연료의 특성은 터빈 시스템 내에서 셧-오프 밸브(즉 스톱 밸브)의 갑작스러운 밀폐가 압력 스파이크를 종종 야기하는 시스템 내에서 압력의 신속한 상승을 야기한다. 압력 또는 압력 스파이크의 상승은 시스템을 통해 연료를 이동시키 는 펌프(양의 변위 또는 원심 펌프)가 효율적으로 셧-다운되거나 또는 릴리프 밸브가 개방될 때까지 유지된다. 펌프의 연속적인 작동에 추가적으로, 압력은 펌프의 관성, 제어 감시 딜레이(control sensing delay), "워터 해머(water hammer)" 효과 및 사용되는 연료의 비압축성 특성으로 인해 상승될 수 있다.

이러한 비율에서의 터빈 시스템 내에서 압력 상승은 셧-오프 밸브가 매우 신속히 밀폐될 때 종종 더해진다. 예를 들어 몇몇의 경우 터빈 시스템 내에서 이용되는 셧-오프 밸브는 특정 작동상 및 결함 시나리오에서 "초과속도"로부터 터빈을 보호하기 위하여 매우 빨라진다. 셧-오프 밸브에 대한 전체 셧-오프 시간은 단지 밀리초(millisecond)일 수 있다. 긴급 상황 시 연료가 터빈으로 흐르는 것을 중단시키기 위한 필요성에 신속히 부합되도록 셧-오프 밸브를 밀폐하는 동안, 밀리초 당 스퀘어 인치에 대해 100 파운드(psi)보다 높은 신속한 압력 상승이 셧-오프 밸브의 업스트림에서 발생될 수 있다. 압력이 신속하게 증가됨에 따라 몇몇 형태의 압력 완화는 설비(즉, 파이프, 피팅, 등등)의 압력 한계점을 초과할 때까지 제공되어야 한다.

신속히 상승되는 압력 딜레마에 추가하여, 셧-오프 밸브의 갑작스러운 밀폐는 몇몇 설비에서 미터링 스키드와 공급 스키드 사이에 70 피트 또는 그 초과일 수 있는 파이핑 내의 큰 "관성" 압력 진동을 유발시킨다. 이러한 압력 진동은 스키드 상에서 이용되는 민감한 설비(즉 유동 및 압력 센서, 필터 캐니스터, 등등)에 잠재적으로 손상을 입힐 수 있다.

몇몇의 릴리프 밸브는 압력을 완화시키기 위해 매우 빠르게 개방되도록 설계 되는 반면, 이러한 밸브는 일반적으로 제한된 량의 유동만을 제공한다. 제한된 량의 유동으로 인해 이러한 밸브들은 다수의 터빈 설비 내에서 이용될 수 없다. 종래 기술의 당업자에게 공지된 바와 같이, 릴리프 밸브의 유동 영역을 증가시키고 개방 시간을 감소시킴에 따라 설계 변수가 상충된다. 예를 들어 압력 스파이크와 관성 압력 진동(inertial pressure oscillation)을 방지하기 위하여 매우 신속하게 개방되며(즉 밀리초 또는 마이크로초), 동시에 연료 펌프에 의해 공급되는 연료의 량(분당 150 갤런)을 수용하기 위한 충분히 효율적인 최대 유동 영역을 유지시키는 릴리프 밸브를 설계하는 시도가 되어지고 있다. 릴리프 밸브의 한 실시예는 완전 유동 용량을 제공하기에 충분한 반면, 밸브는 매우 느린 대략 50 밀리초의 개방 응갑 시간에 제한된다. 50 밀리초의 응답을 개선시키기 위한 릴리프 밸브의 추가적인 최적화에 따라 릴리프 밸브 채터(relief valve chatter)로 인한 바람직하지 못한 시스템의 불안정성이 야기된다.

그 외의 다른 해결방법이 당업자에 의해 시도되어 져 왔다. 한 예로서, 과도 압력 스파이크 문제점을 제거하기 위하여, 25갤런 가스-충전식 블래더 어큐뮬레이터가 셧-오프 밸브의 업스트림에 설치된다. 이러한 타입의 어큐뮬레이터는 상당히 빠른 압력 완화를 제공할 뿐만 아니라 매우 큰 유동 흡수율을 가진다. 그러나 가스-충전식 블래더 어큐뮬레이터 내에서의 압력은 온도가 가변됨에 따라 가변되고, 문제점을 야기할 수 있다. 예를 들어 온도로 인한 가스 충전 압력이 가변되는 효과를 완화시키기 위하여 온도 제어 시스템이 어큐뮬레이터의 온도를 제어하기 위해 추가된다. 가스 충전이 허용 가능한 한계점 내에 유지시키기 위하여 가스 압력을 주기 적으로 모니터링하고 유지시키는 것이 필요하다. 이러한 해결 방법은 비용이 많이 소요되며, 복잡하고, 잠재적으로 신뢰성이 없으며, 고가의 주변 시스템이 요구된다. 따라서, 상대적으로 높은 신뢰성을 구현하기 위해 터빈 시스템으로 다수의 어큐뮬레이터를 추가하는 것은 대부분의 분야에서 선호되지 않는다. 사실상, 어큐뮬레이터를 이용함에 따라 가스 누출의 위험성이 증가되고 시스템의 전체 내구성이 저하된다.

압력 스파이크 또는 과도 압력을 처리하기 위한 그 외의 다른 시도에 있어서, 3-웨이 셧-오프 밸브가 터빈 시스템 내에서 이용되어 져 왔다. 불행하게도, 이러한 장치는 매우 빠르지 못하고(즉 셧-오프를 수행하기 위해 100 밀리초가 요구됨) 상대적으로 큰 크기로 용이하게 구현할 수 없는 동시에 비용과 패키지 크기를 유지시키기가 어렵다. 또한 이러한 형상은 액체 연료 또는 물 분야에 제한된다. 따라서 비용 효율적이며, 신뢰성이 있고 효과적인 방식에 따라 압력 스파이크 및 과도 압력의 효과를 제거하고 감소시킬 수 있는 장치가 요구된다. 본 발명은 이러한 장치를 제공한다. 추가적인 본 발명의 특징뿐만 아니라 본 발명의 상기 및 그 외의 다른 장점은 하기 기술 내용으로부터 명확해질 것이다.

한 특징에 있어서, 본 발명은 터빈 시스템의 연료 라인 내에서 과도 압력 스파이크를 감소시키기 위한 장치를 제공한다. 이러한 터빈 시스템은 셧-오프 밸브와 릴리프 밸브를 가진다. 상기 릴리프 밸브는 연료 라인 내에서 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된다. 상기 장치는 몸체, 편향 부재 및 이동식 분리 부재(moveable separation member)를 포함한다. 몸체는 제 1 챔버와 제 2 챔버를 형성한다. 제 1 챔버는 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된 연료 라인으로 결합되며, 제 2 챔버는 셧-오프 밸브의 다운스트림에 위치된 연료 라인으로 결합된다. 편향 부재와 이동식 분리 부재는 몸체 내에 배열된다. 이동식 분리 부재는 편향 부재에 의해 제 1 챔버를 향하여 가압식으로 편향되고, 셧-오프 밸브가 개방될 때 제 1 챔버와 제 2 챔버를 분리시킨다. 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 편향 부재를 압축하고 제 1 챔버를 팽창시키기에 적합하다. 팽창되는 제 1 챔버는 연료를 축적하는 반면 릴리프 밸브는 과도 압력 스파이크가 감소되고 터빈 시스템에 손상을 야기되지 않는다.

그 외의 다른 특징에 있어서, 본 발명은 터빈 시스템의 연료 라인 내에서 과도 압력 스파이크를 감소시키기 위한 장치를 제공한다. 터빈 시스템은 셧-오프 밸브를 가진다. 상기 장치는 몸체, 편향 부재 및 이동식 분리 부재를 포함한다. 몸체는 제 1, 제 2 및 제 3 챔버를 가진다. 제 1 챔버는 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된 연료 라인으로 결합되고, 제 2 챔버는 셧-오프 밸브의 다운스트림에 위치된 연료 라인으로 결합된다. 제 3 챔버는 제 1 챔버와 결합될 수 있으며, 이에 인접한다. 편향 부재와 이동식 분리 부재는 몸체 내에 배열된다. 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 개방될 때 제 2 챔버로부터 제 1 챔버를 분리시키고 편향 부재에 의해 제 1 챔버를 향하여 편향된다. 이동식 분리 부재는 제 1 챔버를 팽창시키기에 적합하고, 편향 부재를 압축시키며, 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 유체 연통 상태로(in fluid communication) 제 1 챔버와 제 3 챔버를 배열한다. 하나 이상의 팽창되는 제 1 챔버와 제 3 챔버는 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 연료를 축적한다. 이와 같이, 과도 압력 스파이크(transient pressure spike)가 감소되고 터빈 시스템에 손상을 야기하는 않는다.

그 외의 다른 특징에 있어서, 본 발명은 터빈 시스템 내에서 과도 압력 스파이크를 감소시키기 위한 장치를 제공한다. 터빈 시스템은 셧-오프 밸브를 가진다. 상기 장치는 몸체, 편향 부재 및 이동식 분리 부재를 포함한다. 몸체는 제 1, 제 2 및 제 3 챔버를 가진다. 제 1 챔버는 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된 연료 라인으로 결합되고, 제 2 챔버는 셧-오프 밸브의 다운스트림에 위치된 연료 라인으로 결합된다. 제 3 챔버는 제 1 챔버와 결합될 수 있으며 이에 인접하게 위치된다. 제 3 챔버는 회수 라인으로 결합된다. 편향 부재와 이동식 분리 부재는 몸체 내에 배열된다. 이동식 분리 부재는 편향 부재에 의해 제 1 챔버를 향하여 편향되며 제 2 챔버와 제 1 챔버를 분리시킨다. 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 개방될 때 제 1 챔버와 제 3 챔버 사이의 흐름을 제한한다. 이동식 분리 부재는 제 1 챔버를 팽창시키기에 적합하고, 편향 부재를 압축시키며, 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 유체 연통 상태로 제 1 챔버와 제 3 챔버를 배열한다. 팽창된 제 1 챔버는 연료를 축적하며 제 3 챔버는 회수 라인을 통해 연료를 배출한다. 이와 같이 과도 압력 스파이크가 감소되며 터빈 시스템이 손상을 입지 않는다.

본 발명의 그 외의 다른 특징과 목적 및 장점은 첨부된 도면에 따라 하기 상세한 설명에서 명확해진다.

명세서의 일부분을 형성하고 일체 구성된 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 설명하기 위해 제공되며 하기 기술내용과 함께 본 발명의 몇몇 특징을 도시한다.

도 1은 셧-오프 밸브를 이용하는 터빈 시스템 환경의 단순화된 도면.

도 2는 본 발명에 따라 구성되고 밀폐된 위치에서 과도 압력 스파이크를 제거하기 위한 장치의 실례의 실시예를 간략히 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따라 구성되고 밀폐된 위치에서 과도 압력 스파이크를 제거하기 위한 장치의 실례의 실시예를 간략히 도시하는 그 외의 도면.

도 4는 개방된 위치에서 도 2의 장치를 간략히 도시하는 도면.

도 5는 개방된 위치에서 도 3의 장치를 간략히 도시하는 도면.

본 발명은 특정의 선호되는 실시예에 따라 기술되지만 이러한 실시예에 제한되지 않는다. 역으로 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 범위와 사상 내에서 포함된 모든 대체물, 개조물 및 균등물을 포함한다.

본 발명은, 종래의 셧-오프 밸브와 일체 구성될 수 있으며 비용 효율적인, 가스 및 액체 연료에 대해 적합한 부품들과 감지 설비의 업스트립과 다운스트림에 인접한 위치에 대해 유압식이며 기계적인 진동 및/또는 손상을 경감시키는, 온도 또는 압력 제어 시스템이 필요하지 않으며, 상당히 높은 속도의 연료 유동 속도를 수행할 수 있다. 상세히 본 발명을 기술하기에 앞서, 본 발명이 수행될 수 있는 실례의 환경이 간략하게 기술된다. 종래 기술의 당업자는 본 발명이 그 외의 다른 환경에서 수행될 수 있음을 인식할 수 있다.

도 1에 따라서, 전기를 발생시키기 위해 이용되는 터빈 시스템(10)이 도시된다. 본 발명에 대한 실례의 환경을 제공하는 터빈 시스템(10)은 산업용 터빈(industrial turbine, 12)(예를 들어 가스 터빈), 공급 탱크(supply tank, 14), 공급 스키드(supply skid, 16) 및 연료 라인(20) 또는 연료 파이프의 하나 이상의 섹션에 의해 서로 결합된 미터링 스키드(metering skid, 18)를 포함한다. 몇몇의 경우, 공급 스키드(16)와 미터링 스티드(18) 사이의 연료 라인(20)은 70 피트의 길이이거나 또는 이보다 긴 길이일 수 있다.

산업용 터빈은 예를 들어 텍사스주의 휴스턴에 위치된 GE Power Systems에 의해 제조된 LMS 100™ 고효율 가스 터빈과 같이 산업 현장에서 사용으로 이용 가능한 다양한 터빈들 중 한 터빈일 수 있다. 산업용 터빈(12)은 연료(22)를 공급하거나 또는 연료 라인(20)을 통해 이송되고 연료 탱크(14) 내에 저장되는 연료(22)를 제공한다. 산업용 터빈(12)에 동력을 공급하는 연료(22)는 예를 들어 디젤 연료, 제트 연료, 등유, 가스 연료 및 종래 기술에 공개된 이와 유사한 연료와 같은 액체 연료가 선호된다.

공급 스키드(16)는 그 외의 다른 것들 중 연료 라인(20)을 통해 연료(22)가 가압하기 위한 펌프(24), 연료로부터 오염 물질을 제거하기 위한 필터(26) 및 셧-오프 밸브(shut-off valve, 28)를 포함한다. 미터링 스티드(18)는 그 외의 다른 것 들 중 미터링 설비(metering equipment, 30)(즉 센서, 모니터)와 셧-오프 밸브(32)를 포함한다. 릴리프 밸브(relief valve, 34, 36)와 같은 하나 이상의 릴리프 밸브는 연료 라인(20) 내의 압력을 완화시키기에 적합하며, 다양한 위치에서 터빈 시스템(10)으로 일체 구성될 수 있다.

본 발명이 수행될 수 있는 환경이 하기에서 기술되며 본 발명의 세부 사항들이 설명된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 터빈 시스템(10)과 같은 포지티브 유체 시스템(positive fluid system) 내에서 과도 압력 스파이크(transient pressure spike)를 완화시키고 및/또는 제거하기 위한 장치(38)가 도시된다. 이러한 장치(38)는 제 1 챔버(42)를 형성하는 몸체(40), 제 2 챔버(43), 제 3 챔버(44), 편향 부재(46) 및 이동식 분리 부재(48)를 포함한다.

몸체(40)는 종래 기술에 공지된 임의의 적합한 밸브 재료로 제조될 수 있다. 몸체(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 셧-오프 밸브(28) 및 연료 라인(20)과 일체 구성될 수 있거나 또는 대안으로 장치(38)가 존재하는 연료 라인(20)으로 개장될 수 있도록(retro-fit) 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 일반적으로 몸체(40)는 이동식 분리 부재(48)와 편향 부재(46)를 일체 구성하고 수용한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 장치(38)는 연료 라인(20)에 결합되고, 셧-오프 밸브들 중 한 밸브, 즉 밸브(28)를 스트래들링한다(straddling). 도시 및 설명을 위해, 연료 라인(20)은 산업용 터빈(12)을 향해 진행하는 다운스트림 부분(23)과 공급 탱크(14)로부터 유입되는 업스트림 부분(21)을 가지는 것을 언급된다. 2개의 부분(21, 23)은 셧-오프 밸브(28)에 의해 형성되고 분리된다. 일반적으로 업스트림 부분(21)은 업스트림 압력(P1)이 형성되는 반면 다운스트림 부분은 셧-오프 밸브(28)가 개방되고 도 2에 도시된 바와 같이 완전 유동을 허용할 때 다운스트림 압력(P2)이 형성된다.

제 1 챔버(42)는 이동식 분리 부재(48)의 일부분과 몸체(40)의 일부분에 의해 형성된다. 제 1 챔버(42)는 압력 라인(50)(즉 완화 부분)에 의해 연료 라인(20)의 업스트림 부분(21)으로 결합된다. 압력 라인(50)으로 인해 제 1 챔버(42)와 연료 라인(20)의 업스트림 부분(21) 사이에 제한되지 않은 완전 유체 연통(fluid communication)이 허용된다. 따라서, 일반적으로 제 1 챔버(42)와 업스트림 부분(21)은 셧-오프 밸브가 개방될 때 동일한 압력(P1)을 가진다. 도시된 바와 같이, 제 1 챔버(42)는 이동식 분리 부재(48)의 치수와 형태에 일치되는 치수로 형성된다. 바람직하게, 제 1 챔버(42)는 원통형의 형상이며, 평활한 내부 벽을 가진다.

제 2 챔버(43)는 이동식 분리 부재(48)의 부분들과 몸체(40)의 부분들에 의해 형성되낟. 바람직하게 제 2 챔버(43)는 원통형이고 제 1 챔버(42)보다 크다. 따라서, 제 1 및 제 2 챔버(42, 43)의 교차로 인해 도 2에 도시된 바와 같이 몸체(40) 내에 환형 개구부(49)(즉 제 2 완화 부분)가 형성된다. 제 2 챔버(43)는 감지 라인(sense line, 52)에 의해 연료 라인(20)의 다운스트림 부분(23)으로 결합된다. 바람직하게, 감지 라인(52)은 다운스트림 부분(23)과 제 2 챔버(43) 사이에서 연료(22)의 흐름을 제한하는 오리피스(54)를 포함한다. 이러한 오리피스(54)로 인해, 제 2 챔버(43)는 셧-오프 밸브가 개방될 때 연료 라인(20)의 다운스트림 부분(23)에서의 압력(P2)보다 다소 작은 압력(P2')을 가진다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 챔버(44)는 몸체(40), 이동식 분리 부분(48) 및 플러그(45)의 일부분들에 의해 형성된다. 일반적으로 제 3 챔버(44)는 제 3 압력(P3)이 형성되고 제 1 챔버(42)에 인접에 위치된다. 도 3에 도시된 선호되는 실시예에서, 동일한 도면 부호는 동일한 부품을 나타내며, 플러그(45)는 제 3 챔버(44)에 결합된 회수 라인(88)에 의해 제거되고 교체된다. 바람직하게 회수 라인(88)은 스퀘어 인치 게이지 당 0 내지 대략 300 파운드의 범위인 낮은 압력(P4)이 형성된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 3 챔버(44)는 이동식 분리 부재(48)에 의해 제 1 챔버(42)와 유체 연통이 제한되는 반면 셧-오프 밸브(28)는 개방된다.

바람직하게 편향 부재(46)는 제 1 단부(56)와 제 2 단부(58)를 포함하는 스프링과 같은 탄성 부품이다. 제 1 단부(56)는 제 2 챔버(43) 내에서 몸체(40)의 후방 벽(60)에 고정되는 반면 제 2 단부(58)는 이동식 분리 부재(48)에 고정된다. 대안의 실시예에서, 편향 부재(46)는 예를 들어 제 1 챔버(42) 내부 또는 몸체(40)의 외부와 같은 그 외의 다른 위치에 배열될 수 있다. 장치(38) 내에 설치될 때, 바람직하게 편향 부재(46)는 적어도 부분적으로 압축된 상태이다. 이와 같이, 편향 부재(46)는 이동식 분리 부재(48)를 제 1 챔버(42)를 향해 편향시키고 몸체(40)와 연결된다. 즉, 편향 부재(46)는 예비 하중("preload")이 제공된다. 편향 부재(46)는 압력과 온도 변화가 강제적이지 않으며(indifferent), 이에 따라 편향 부재(46)의 환경을 조절하기 위한 압력 및/또는 온도 조절 시스템이 제공될 필요가 없다.

이동식 분리 부재(48)는 제 2 챔버(43)로부터 제 1 챔버(42)를 분리시킨다. 이동식 분리 부재(48)가 도 2에 도시된 실시예에서 플런저로서 도시되는 반면 이동식 분리 부재는 다이어프램(diaphragm), 피스톤, 블래더(bladder) 및 이와 유사한 것일 수 있다. 플런저 타입의 이동식 분리 부재(48)는 원통형 몸체(62), 원통형 몸체 내의 구멍(63), 몸체의 내부 벽들 사이에서 가로 방향으로 연장된 원형 횡단 부재 부분(64) 및 플랜지(66)를 포함한다.

원통형 몸체(62) 내의 구멍(63)은 제 3 챔버(44)의 개구부(47)에 대해 오정렬되고 오프셋 설정된다. 실례의 실시예에서, 구멍(63)과 개구부(47)는 각각의 가장 인접한 변부로부터 측정된 대략 1.5 인치로 오프셋 설정된다. 또한 일반적인 원통형 몸체(62)는 제 2 챔버(43)를 향하는 제 2 개방 단부(70)와 제 1 챔버(42)를 향하는 제 1 개방 단부(68)를 가진다. 제 1 개방 단부(68), 몸체(62) 및/또는 횡단 부재(64)는 연료(22)를 수용하기에 적합한 컵 또는 축적 공동(72)을 형성한다.

원통형 몸체(62)는 이동식 분리 부재(48)가 구멍(38) 내에서 이동하고 병진 운동을 하도록 치수가 형성된다. 바람직하게, 이동식 분리 부재(48)는 원통형 몸체의 일부분이 제 1 챔버(42) 내부로부터 제 2 챔버(43)로 병진 운동하도록 축방향으로 전후로 왕복 운동하기에 적합하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 플랜지(66)는 제 2 챔버(43) 내에 배열된 몸체(62)의 단부로부터 외측을 향하여 반경 방향으로 연장되며, 이동식 분리 부재(48)가 몸체(40)의 시팅 부분(seating portion, 74)과 연결됨으로써 제 1 챔버(42)로 전체적으로 진행하는 것을 제한한다. 도시되지 않았지만 하나 또는 그 이상의 밀봉 부품들이 시팅 부분(74)과 플랜지(66) 사이에 및/또는 몸체(40)와 원통형 주요 몸체(62) 사이에 삽입될 수 있다.

일반적으로 이동식 분리 부재(48)는 셧-오프 밸브(28)를 가로질러 위치된다. 사실 상, 셧-오프 밸브가 완전히 개방될 때, 바람직하게 횡단 부재(64)는 도 2에 도시된 바와 같이 셧-오프 밸브(28)와 수직 방향으로 정렬된다. 이러한 방식으로 위치될 때, 이동식 분리 부재(48)는 셧-오프 밸브(28)를 가로질러 압력 차이를 자동적으로 감지할 수 있다. 즉, 이동식 분리 부재(48)는 연료 라인(20)의 업스트림 부분과 다운스트림 부분(21, 23) 사이 그리고 제 1 및 제 2 챔버(42, 44) 사이의 압력 차이에 영향을 받는다.

터빈(12)이 최대 출력(capacity)에서 작동될 때, 최대량의 연료(22)가 연료 라인(20)과 셧-오프 밸브(28)를 통해 이동하고, 바람직하게 횡단 부재(64)를 가로질러(즉 업스트림 부분과 다운스트림 부분(21, 23)들 사이 그리고 제 1 챔버와 제 2 챔버(42, 44) 사이에서) 오직 작은 압력 차이(즉 대략 스퀘어 인치 당 10 파운드)만이 제공되는 것이 선호된다. 이동식 분리 부재(48)를 제 2 챔버(43)를 향하여 이동시키는 이러한 작은 압력 차이는 사전하중에 따라 편향 부재(46)에 의해 제공되는 편향력에 의해 상쇄된다. 따라서, 정상 작동 동안 셧-오프 밸브(28)가 완전히 개방됨에 따라 이동식 분리 부재(48)로부터의 플랜지(66)는 몸체(40)의 시팅 부분(68)에 대해 편향된다.

실례의 실시예에서, 편향 부재(46)는 편향되지 않은 완전히-팽창된 상태에 있을 때 대략 8 인치의 축방향 길이를 가진다. 추가적으로 제 2 챔버 내에서 몸체(40)의 후방 벽(60)과 이동식 분리 부재 사이에서 부분적으로 압축된 상태로 개재될 때, 편향 부재(46)는 이동식 분리 부재(48) 상에 대략 120 파운드의 편향력을 가한다. 추가적으로 이동식 분리 부재(48)는 실례의 실시예에서 대략 2.6인치의 직경(1.3인치의 반경)을 가지며, 편향 부재(46)는 인치 당 대략 80 파운드의 힘을 제공한다. 이러한 실례의 실시예에서, 이동식 분리 부재(48)는 1.3 파운드의 질량을 가지며, 오리피스(54)는 대략 5/100 인치의 직경을 가진다.

실례의 실시예에서, 이동식 분리 부재와 몸체(40) 사이의 정적 마찰(static friction)은 스퀘어 인치 당 대략 10 파운트의 차이가 나며, 반면 동적 마찰은 스퀘어 인치 당 대략 2 파운드의 차이가 난다. 이러한 매개 변수에 기초하여, 이동식 분리 부재(48)의 최대 예상 속도는 초 당 대략 120 인치이다.

작동 중에, 셧-오프 밸브(28)가 예를 들어 밀리초 또는 마이크로초와 같이 신속하게 밀폐될 때 장치(38)가 작동되는 것이 요구된다. 예를 들어 밸브(28)와 같은 종래 기술에 공지된 셧-오프 밸브들 중 한 셧-오프 밸브는 65 밀리초와 같이 빠른 흐름을 제한할 수 있다. 이 중 대략 50 밀리초가 제 1 및 제 2 단계 딜레이를 캐스케이화시키기 때문에(cascaded), 상기 밸브(28)는 15 밀리초 주위에서 최대 유동이 발생된 뒤 유동이 없어지도록 진행된다.

도 2에 따라서, 셧-오프 밸브(28)가 신속하게 밀폐될 때, 연료 라인(20)의 업스트림 부분(21)에서의 업스트림 압력(P1)이 신속히 증가된다. 펌프(24)(도 1)가 여전히 펌핑된다면 상대적으로 큰 압력 증가의 비율과 압력 증가는 비활성화되지 않으며 및/또는 셧-오프 밸브가 밀폐될 수 있는 것보다 느리게 비활성화된다. 연료 라인(20)의 업스트림 부분(21)에서의 압력(P1)이 상승됨에 따라 제 1 챔버(42) 내에서의 압력(P1)은 유체 연통이 압력 라인(50)에 의해 형성되기 때문에 대응하도록 증가된다. 제 1 챔버(42) 내에서 압력이 증가됨에 따라 이동식 분리 부재(48) 상으로 힘이 가해진다. 이동식 분리 부재(48) 상에 작용하는 힘이 증가됨에 따라, 이동식 분리 부재 상에 편향 부재(46)의 편향력이 극복되기 시작한다.

추가적으로, 셧-오프 밸브(28)가 밀폐됨에 따라, 연료 라인의 다운스트림 부분(23)에서의 다운스트림 압력(P2)은 신속히 떨어지기 시작한다. 압력(P2)이 신속하게 떨어짐에 따라 유체 연통이 감지 라인(52)에 의해 형성되기 때문에 제 2 챔버(43) 내의 압력(P2')도 또한 떨어진다. 이는 제 1 챔버 내의 압력이 증가함에 따라 제 2 챔버 내의 압력이 증가되는 규격 어큐뮬레이터와 상당히 상이하다. 제 2 챔버(43) 내의 압력(P2')이 제 1 챔버(42) 내의 증가 압력(P1)과 동시에 감소되기 때문에 이동식 분리 부재(48)의 횡단 부재(64)에 대한 압력 차이가 신속히 증가된다. 따라서 이동식 분리 부재(48)는 종래의 어큐뮬레이터보다 상당히 빠르게 이동하고 응답한다. 압력 감소의 비율 및 제 2 챔버(43) 내에서의 압력 감소는 터빈(12)(도 1)이 작동됨에 따라 상대적으로 커질 수 있으며, 연료 라인(20)의 다운스트림 부분(23) 내에서 연료(22)의 연속적인 공급을 필요로 한다.

제 1 챔버(42) 내에서의 상승된 압력 및 제 2 챔버(43) 내에서 감소된 압력은 이동식 분리 부재(48)에 대해 압력 차이를 일률적으로 신속히 가변시키기 시작한다. 이동식 분리 부재(48)에 대한 압력 차이가 편향 부재(46)의 편향력과 사전하중에 의해 결정된 특정 수준에 도달될 때, 이동식 분리 부재는 제 2 챔버(43)를 향하여 이동되기 시작한다. 예를 들어 실례의 실시예에서 상기 수준은 스퀘어 인치 당 대략 25 내지 75 파운드의 차이이다. 이동식 분리 부재(48)를 이동시키기 위해 필요한 특정 량의 압력 차이가 상대적으로 작기 때문에 이동식 분리 부재의 이동은 셧-오프 밸브(28)가 밀폐될 때 순간적으로 이동한다.

장치(38), 특히 이동식 분리 부재(48)는 도 2 및 도 3에 도시된 밀폐된 위치로부터 도 4 및 도 5에 도시된 개방된 위치로 상당히 신속하게 이동할 수 있다. 이동식 분리 부재(48)가 밀폐된 위치로부터 개방된 위치로 병진 운동함에 따라, 제 1 챔버(42)는 장치(38)가 축적 공동(72)을 이용하여 다소 어큐뮬레이터와 같이 기능을 하도록 팽창될 수 있다. 바람직하게 제 1 챔버(42)(도 4 및 도 5)가 팽창됨에 따라 펌프(24)가 연료를 배출할 수 있는 속도보다 빠른 속도로 연료(22)를 흡수할 수 있다. 실례의 실시예에서, 팽창된 제 1 챔버(42)는, 펌프가 배출할 수 있는 것보다 대략 10 % 높은, 초 당 650 큐빅 인치의 연료(22)를 흡수할 수 있다. 팽창된 제 1 챔버(42)가 짧은 시간 동안 전체 펌프 흐름을 흡수할 수 있기 때문에 회수 라인(88) 내에서 유체 모멘텀(fluid momentum)을 극복하기 위해 이용되는 시간 보다 많은 시간이 제공되며, 제 3 챔버(44)와 개구부(47)는 상대적으로 작을 수 있다.

이동식 분리 부재(48)가 제 2 챔버(43)를 향하여 충분한 거리로 이동된 후, 구멍(63)은 몸체(40)에 의해 더 이상 차단되지 않으며 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제 3 챔버(44)의 개구부(47)와 정렬된다. 개방된 위치에서, 정렬된 구멍(63)과 개구부(47)로 인해 추가 연료(22)가 팽창된 제 1 챔버(42)로부터 배출되고 제 3 챔버(44)로 배출된다. 제 3 챔버(44)가 도 5에 도시된 바와 같이 회수 라인(88)으로 결합된다면, 연료(22)는 회수 라인을 통해 배출될 수 있다. 따라서 장치(38)로 인해 연료(22)의 상당량이 축적될 뿐만 아니라 제 3 챔버(44)로 연료가 배출되고 몇몇의 경우 회수 라인(88)으로 배출된다.

도 4에 도시된 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 축적 공동(72), 팽창된 제 1 챔버(42) 및 제 3 챔버(44)는 연료 라인(20)의 업스트림 부분(21) 내에서 압력을 제거하고 개방하기에 충분한 시간을 하나 이상의 릴리프 밸브(34, 36)(도 1)에 제공하기 위한 충분한 연료(22)를 흡수한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 하나 이상의 축적 공동(72), 팽창된 제 1 챔버(42), 제 3 챔버(44) 및 회수 라인(88)은 연료 라인(20)의 업스트림 부분(21) 내에서 압력을 분산시키기 위하여 충분한 연료(22)를 흡수한다. 회수 라인(88)이 이용되기 때문에 릴리프 밸브(34, 36)가 필요치 않는다.

상기 기술내용에 따라, 장치(38)의 이중 기능성(흡수 및 배출)에 따라 상쇄되지 않은 압력 스파이크와 과도 압력이 제거되며, 이에 따라 셧-오프 밸브(38, 32)들 중 한 밸브가 신속히 밀폐될 때의 기계적 및/또는 유압식 진동으로 인해 셧-오프 밸브(28)의 업스트림과 다운스트림에 위치된 터빈 시스템(10)이 손상될 수 있다. 따라서, 예를 들어 센서, 필터, 용기, 파이프 및 이와 유사한 것과 같은 민감성 부품들이 손상되지 않는다.

바람직하게 장치(38)는 자체-작동식이여서 추가적인 제어 시스템이 필요치 않으며, 추가적인 펌프 유동 또는 구동 원(예를 들어 전기, 유압 및 기압 원)이 요구되지 않고, 기생 흐름 비율(parasitic flow rate)이 증가되지 않은 상태에서 작동된다. 추가적으로, 장치(38)는 셧-오프 밸브(28, 32)의 누출 등급(leakage classification)을 가변시키지 않으며, 상대적으로 높은 압력 플랜지 및 파이핑의 이용의 필요성을 제거하고, 비용 효율적이며 보다 내구성이 높고 과도 압력 스파이클르 제거하기 위한 대안의 해결 방법보다 복잡하지 않다. 또한 유동 력(즉 횡단 부재(64)의 모션을 저항하는 경향의 베르누이 력)에 따라 횡단 부재는 장치(63)가 덮여지지 않는 시간에 대해 최대 속도로 이동되기 때문에 불안정성을 야기하지 않는다.

본 명세서에 언급된 공보, 특허 출원서 및 특허를 포함하는 모든 참조 문헌은 본 명세서의 참조 문헌으로 일체 구성된다.

본 발명을 기술하기 위해 이용된(특히 하기 청구항들에서 사용된) "단수" 개념은 달리 지시가 없는 한 단수 및 복수를 포함하는 것으로 구성된다. 용어 "구성되는", "가진", "포함하는" 및 "함유하는"은 달리 언급되지 않는 한 제한되지 않는 용어로 구성된다. 달리 언급되지 않는 한 본 명세서에 열거된 값들의 범위는 이러한 범위 내의 각각의 값을 언급하기 위함이고, 개별적인 값은 본 명세서에 구성된다. 본 명세서에 기술된 모든 방법은 달리 지시가 없거나 상반된 지시가 없다면 적절한 순서에 의해 수행될 수 있다. 본 명세서에 제공된 실시예와 실례의 용어는 본 발명을 제한하지 않으며, 본 발명을 보다 잘 설명하기 위함이다.

본 발명의 선호되는 실시예는 본 발명을 수행하기 위한 최선의 모드를 포함하는 것으로 기술된다. 선호되는 실시예의 변형물은 상기 기술 내용을 읽음으로써 종래 기술의 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구항에 따른 모든 변형물과 균등물을 포함한다. 게다가 상기 언급된 요소의 조합은 달리 언급되거나 상반되게 언급되지 않는 한 본 발명의 범위 내에 포함된다. 상기 기술들이 특정 실시예들에 관련하여 기술되는 반면에, 상기 실시예들을 제한하려는 의도는 없다. 이와 반대로 모든 대안물, 개조사항들 및 균등물들은 첨부된 청구항들에 의해 형성된 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 포함되어야 한다.

Claims

터빈 시스템이 셧-오프 밸브와 릴리프 밸브를 가지며, 릴리프 밸브는 연료 라인 내에서 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치되는, 터빈 시스템의 연료 라인 내에서 과도 압력 스파이크를 감소시키기 위한 장치에 있어서,

상기 장치는,

-제 1 챔버와 제 2 챔버를 형성하는 몸체를 포함하며, 제 1 챔버는 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된 연료 라인에 결합되고, 제 2 챔버는 셧-오프 밸브의 다운스트림에 위치된 연료 라인에 결합되며,

-몸체 내의 편향 부재를 포함하고,

-몸체 내의 이동식 분리 부재를 포함하며, 상기 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 개방될 때 제 1 챔버와 제 2 챔버를 분리시키고 편향 부재에 의해 제 1 챔버를 향하여 가압식으로 편향되며, 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 편향 부재를 압축시키고 제 1 챔버를 팽창시키며, 상기 팽창된 제 1 챔버는 연료를 축적하는 반면 릴리프 밸브는 터빈 시스템에 손상을 입지 않고 과도 압력 스파이크가 감소되도록 개방되고,

상기 이동식 분리 부재의 제 1 부분이 제 1 챔버 내에 배열되고, 제 2 부분은 제 2 챔버에 배열되며, 제 2 부분은 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 제 2 챔버로 가압식으로 추가적으로 편향되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 편향 부재는 부분적으로 압축된 스프링인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 이동식 분리 부재는 플런저, 다이어프램, 피스톤 및 블래 더로 구성된 그룹으로부터 선택된 부재인 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 제 2 챔버는 감지 라인에 의해 셧-오프 밸브로부터 다운스트림에 위치된 연료 라인으로 결합되며, 상기 감지 라인은 감지 라인 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
터빈 시스템의 연료 라인 내에서 과도 압력 스파이크를 감소시키기 위한 장치에 있어서, 상기 터빈 시스템은 셧-오프 밸브를 가지며, 상기 장치는

-제 1, 제 2 및 제 3 챔버를 가진 몸체를 포함하고, 제 1 챔버는 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된 연료 라인으로 결합되며, 제 2 챔버는 셧-오프 밸브의 다운스트림에 위치된 연료 라인으로 결합되고, 제 3 챔버는 제 1 챔버와 결합될 수 있으며 이와 인접하고,

-몸체 내의 편향 부재를 포함하며 및

-몸체 내의 이동식 분리 부재를 포함하고, 상기 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 개방될 때 제 2 챔버로부터 제 2 챔버를 분리시키며 편향 부재에 의해 제 1 챔버를 향하여 편향되고, 제 1 챔버를 팽창시키는 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 유체 연통 상태로 제 3 챔버와 제 1 챔버를 배치시키고 편향 부재를 압축시키며, 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 터빈 시스템에 손상을 입히지 않고 과도 압력 스파이크가 감소되도록 하나 이상의 팽창된 제 1 챔버와 제 3 챔버가 연료를 축적하고, 팽창된 제 1 챔버와 제 3 챔버는 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 릴리프 밸브로 개방하기 위한 시간을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제 6 항에 있어서, 제 3 챔버는 회수 라인으로 결합되며, 상기 회수 라인은 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된 라인, 하나 이상의 제 3 챔버 및 팽창된 제 1 챔버로부터 연료를 배출하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 제 3 챔버는 제 1 챔버를 향하여 안내된 개구부를 포함하며, 이동식 분리 부재는 제 3 챔버를 향하여 안내된 구멍을 포함하고, 셧-오프 밸브가 개방될 때 이동식 분리 부재는 개구부를 차단하고 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 개구부와 구멍을 정렬시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 이동식 분리 부재는 축적 공동을 가진 플런저이며, 축적 공정은 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 연료를 수용하고 제 1 챔버를 항하는 개구부를 가지며, 수용된 연료는 제 2 챔버를 향하여 이동식 분리 부재를 편향시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 제 1 공동 내의 제 1 압력은 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된 라인 내의 업스트림 압력과 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 제 2 공동 내의 제 2 압력은 셧-오프 밸브의 다운스트림에 위치된 라인 내의 다운스트림 압력보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 제 1 공동 내에서 제 1 압력으로부터 이동식 분리 부재 상에 작용하는 힘은 셧-오프 밸브가 개방될 때 편향 부재 및 제 2 공동 내의 제 2 압력으로부터 이동식 분리 부재 상의 대항력과 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 제 1 공동 내에서 제 1 압력으로부터 이동식 분리 부재상에 작용하는 힘은 셧-오프 밸브가 밀폐되고 연료가 연료 라인에서 흐를 때 편향 부재 및 제 2 공동 내의 제 2 압력으로부터 이동식 분리 부재 상의 대항력보다 큰 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 연료는 제트 연료, 디젤 연료 및 등유로 구성된 그룹으로부터 선택된 연료인 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 셧-오프 밸브는 가스 터빈 시스템 내에서 공급 스키드 상에 배열되고, 상기 공급 스키드는 공급 라인으로 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 셧-오프 밸브는 가스 터빈 시스템 내에서 미터링 스키드 상에 배열되며, 상기 미터링 스키드는 연료 라인에 의해 이동된 연료를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 장치.
터빈 시스템의 연료 라인 내에서 과도 압력 스파이크를 감소시키기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는

-제 1, 제 2 및 제 3 챔버를 가진 몸체를 포함하고, 제 1 챔버는 셧-오프 밸브의 업스트림에 위치된 연료 라인으로 결합되며, 제 2 챔버는 셧-오프 밸브의 다운스트림에 위치된 연료 라인으로 결합되고, 제 3 챔버는 제 1 챔버와 결합될 수 있으며 이와 인접하고, 제 3 챔버는 회수 라인으로 결합되며,

-몸체 내의 편향 부재를 포함하며 및

-몸체 내의 이동식 분리 부재를 포함하고, 상기 이동식 분리 부재는 제 2 챔버로부터 제 1 챔버를 분리시키고 편향 부재에 의해 제 1 챔버를 향하여 편향되며, 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 개방될 때 제 1 챔버와 제 3 챔버 사이의 흐름을 제한하고, 이동식 분리 부재는 셧-오프 밸브가 밀폐될 때 제 1 챔버와 제 3 챔버를 유체 연통 상태로 배치시키고 편향 부재를 압축하며 제 1 챔버를 팽창시키고, 팽창된 제 1 챔버는 연료를 축적하고 제 3 챔버는 과도 압력 스파이크가 터빈 시스템의 손상을 입히지 않고 감소되도록 회수 라인을 통해 연료를 배출시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 18 항에 있어서, 제 3 챔버는 추가적으로 연료를 축적하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 18 항에 있어서, 편향 부재는 부분적으로 압축된 스프링이고, 이동식 분리 부재는 제 1 챔버를 향하는 개구부와 축적 공동을 가진 플런저인 것을 특징으로 하는 장치.
제 18 항에 있어서, 셧-오프 밸브는 몸체와 일체 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.