定子線圈水系統早期報警氫洩漏監測器的製作方法

2023-06-13 16:22:26

專利名稱：定子線圈水系統早期報警氫洩漏監測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有一個分路冷卻系統，更具體地說，是具有一個有早期報警氫洩漏監測器的定子線圈水系統的電動發電裝置。
大型的電動發電裝置，例如一個發電機，典型地使用了一種分路冷卻系統，其裝置內部通常由在裝置的氣密外殼中的加壓的冷卻氣體的循環進行冷卻。這種冷卻氣體典型地是氫氣。裝置的其他部分，例如定子線圈，由通過該處的冷卻液體，例如水，的循環進行冷卻，通常地，在裝置架中的冷卻氣體保持一個比用於冷卻定子繞組的冷卻液體的壓力更高的壓力。一般地說，定子線圈中的定子線圈水系統的最大工作壓力是大約30Psig〔表壓(磅/吋2)〕，而用氫氣將透平發電機架加壓至75Psig，所以，如果發電機架中的定子線圈水系統中發生洩漏，氫氣將洩漏進入定子線圈水系統。
因為這種洩漏能導致減少定子線圈水系統工作的效能，所以應避免出現這種情況。當氣體位於或接近線圈的入口端(冷)洩漏進入定子線圈股時，將導致定子線圈局部過熱的最大影響。如果洩漏量達到足夠地大，則在股中的氫氣流能在其上遊或下遊方向實際上堵住在該股中的冷卻水流。如果氫氣向入口集水管回流，並進入一個相鄰的線圈股，則線圈的電流傳導能力將進一步降低。所以，重要的問題在於有效地監測氫氣洩漏量，以致能在發生重大問題之前在正常保養停機期間對洩漏進行修理。
由於高於冷卻液體壓力的氫氣壓力變化率，通過典型地例如氣體監測器或警告系統，監測夾帶在液體冷卻系統的氣體的增加量，而探測出任何洩漏。冷卻液體通常通過裝在發電機內的特氟隆(R)水管流動。所以，在定子線圈水系統中可以預計有高達每天5立方呎(5cfd)的穩定氣體洩漏量。於是，這種監測系統應該補償在冷卻水系統中的正常存在的氫氣。當氫氣洩漏進入定子線圈水系統時，它將聚積在作為定子線圈水系統組件一部分的貯水箱中。通過監測在該貯水箱中的壓力，將確定出進入定子線圈水系統的氫氣的洩漏量。
普通的洩漏監測器一般被設計成當水冷卻系統發生總失效時能通知操作者。於是，在操作者被警告出現這種情況之前，這種類型的系統能通過大量的氫氣(在每天400立方呎的數量級)。每天的小的洩漏量-這能最終導致該系統的總失效-僅僅能通過裝設作為收集器的排出系統一部分的一個氣量計的精密監測而檢測出來。雖然建議每周讀取並記錄氣量計一次，但氣量計可能裝設在一個較遠的位置，而不容易定期地監測。於是，在發生一個總失效之前，小的問題不可能被檢測出來。另外，還出現了一個困難，雖然洩漏可以處於一個小的而穩定的量，但它可以聚積在水箱中，直至在一個大的破裂時經減壓閥排出。這就使確定洩漏量的任務更加困難。所以，希望設計一個系統，當氫氣洩漏量超過一個小的流量時，它能以報警信號更及時地向操作者報警。這種系統也應該是易於改型的，並能協助操作者確定穩定狀態的洩漏量。這種連續的監測系統允許更精確地監測較小的問題，以致於在系統發生總失效之前能早期發現問題，並在定期的停機保養時進行修理。
所以，本發明的目的是提供一種定子線圈水系統洩漏監測器，它能對系統中較小的洩漏向操作者發出警報;並對於普通的定子線圈水系統洩漏監測器易於改型，以致於減少其成本。
上述目的是通過本發明達到的，按照本發明，簡要地說，一個電動發電機包括一個繞組，一個圍繞所述繞組的氣密外殼，通過外殼循環的冷卻氣體，和用於使冷卻液通過繞組循環的裝置，液體循環裝置包括一個用於冷卻液體的收集器。通過在收集器中導入第二氣體，將冷卻液體加壓至一個第一預定值，並且將冷卻氣體保持在高於冷卻液體壓力的壓力上。一個用於檢測冷卻氣體洩漏進入循環的冷卻液體的裝置，它包括一個與收集器作流體連通的，並被調整在一個比第一預定值高的第二預定值上的第一減壓閥。一個量孔設置在與收集器相反的一側與第一減壓閥作流體連通。量孔包括一個開口，其尺寸應使當收集器中的壓力至少和第二預定值的壓力一樣大時，能從收集器中釋放一個給定量的氣體。一個第二減壓閥也被設置與收集器作流體連通，並被調整在一個比第一減壓閥的第二預定值更大的第三預定值上。還包括一個與收集器作流體連通的壓力開關，它被調整在一個第四預定值上。第四預定值大於第二預定值，但小於第三預定值，以致於當收集器中的壓力至少和第四預定值一樣大時，壓力開關被啟動。
本發明的其他目的，特點和優點，通過閱讀下面的詳細的描述，並參照僅以舉例方式所示出的附圖，將會更加清楚。


圖1顯示了典型的先有技術的用於定子線圈水冷卻系統的氫氣洩漏監測器;
圖2顯示了本發明的早期報警氫洩漏監測器的一個實施例。
圖3顯示了早期報警氫洩漏監測器的第二實施例。
現在參看附圖，圖1顯示了一個具有分路冷卻系統的電動發電機10(例如一個透平發電機)的典型的先有技術的裝置。發電機10包括一個轉子13和一個定子16。轉子13一端與一透平機(未顯示)相連，另一端與一個激磁器(未顯示)相連。定子16也包括一個或多個位於定子16中的繞組19。這些繞組19也包括定子端部的圈數22。
通過一個如圖所示的定子線圈冷卻系統25使定子繞組19冷卻。冷卻液(通常是水)通過位於定子16一端的入口集水管31被導入定子線圈繞組19，並通過定子繞組19流動至在一個出口集水管34的出口。水28然後流入收集器37，在那裡，在水28中的任何氣體40可以被分離出來。然後，水28從收集器37流經例如一個泵43，並典型地經過一個熱交換器46，和一個或多個過濾器49或閥52，然後再返回至入口集水管31。另外，裝在一個氣密外殼55中的發電機10由一個氣體冷卻系統58(例如一個氫氣循環系統)冷卻。冷卻氣體40通過外殼55循環，將殼體內部和發電機10保持在一個最佳工作溫度。
通過將一種第二氣體61導入收集器37，而將定子線圈水系統收集器37中的水28保持在一個預定的最小壓力，在一個大約2Psig的數量級。這種氣體典型地與用於氣體冷卻系統的氣體是一樣的，即氫氣，將氫氣從一個加壓的氫氣供應箱64通過一個輸入管67導入收集器37。一個氣體調節器70將供應到收集器37的氫氣40保持在大約2Psig的壓力，氣體冷卻系統58的壓力典型地是75Psig，以致如果在定子線圈水系統25發生任何失效，氫氣40將流入定子線圈水系統25。
在一個典型的先有技術系統中，設計了一個減壓閥73，在收集器37中的壓力達到大約5Psig時，該閥開啟。如果發生了一個足夠大的洩漏，氫氣40將通過管76排入大氣。一個裝在閥的與收集器37相反一側的氣量計79能大致地確定從收集器37中排出的氫氣40的量。一個調整到6Psig值的壓力開關82將啟動一個警報器通知操作者系統已經發生故障。如果發生了總失效，將手動地擰開一個旁通閥85，排出收集器37中聚積的大量氫氣42。然而，這種系統對於能最終導致系統總失效的小的洩漏，則不能對操作者發出警報。
圖2中的本發明的早期報警氫洩漏監測器100顯示了一個更敏感的系統，以致能早期檢測出進入定子線圈水系統25的較小的穩定狀態的氫氣40的洩漏。一個第二減壓閥與收集器37作流體連通。該減壓閥的調整點被特別地選定，以致能檢測出進入定子線圈水系統的小的穩定狀態的氫氣40的洩漏，使它能在發生一個總的失效之前，對這種較小的情況向操作者發出警報。另外，如果系統的總失效突然發生了，早期報警氫氣洩漏監測器100能快速地排出大量氫氣40，防止其他部件(如收集器37)的失效。
氫氣洩漏監測器工作如下隨著氫氣40聚積在水收集器37中，當壓力達到第一預定值時-在本實施例中是4Psig，將通過第一減壓閥103使氫氣定期地排放。只要洩漏量低於預定的容積量-最好是每天20立方呎(20cfd)，則有一個特別設計的開口的量孔106以一個6Psig的壓力降使該流量通過，保持收集器37中的壓力低於6Psig的值。只要洩漏量少於20cfd，量孔106將能通過這個流量，並且壓力將保持低於6Psig。如果洩漏量是大於20cfd，量孔106將不再允許所有的氣體40通過第一減壓閥103。收集器37中的壓力將連續升高直至高於第四預定值-最好調整至大約6Psig，而啟動一個壓力開關109，和一個警報器(未顯示)向操作者發出一個警報此時洩漏量大於20cfd，以便使其後能更精確地監測該系統。如果進入定子線圈水系統25的洩漏甚至大於6Psig的值，一個被調整至一個更高的第三預定值-例如8Psig的第二減壓閥112將打開使系統排氣，並保護收集器37。如果突然發生一個總失效，一個旁通閥115也可用於保護該系統。一個過濾器118最好設置於流體管路中位於第一減壓閥103和量孔106之間，以防止量孔106堵塞。
如果需要，裝設與第一排氣管路121平行的附加的量孔，過濾器和減壓閥，而對另外的流量發出警報。例如，圖3所示的本發明第二實施例130中，至少設置了一個第三減壓閥133，它調整至6Psig的第四預定壓力值，並具有其尺寸能通過400cfd流量的第二量孔136(量孔136的尺寸應假設流量也正在通過第一量孔106)。在該系統中，如果洩漏量超過了400cfd，就會立即通知操作者。另外，在這種情況下，一個調整至8Psig的第三預定值的第二壓力開關139將對操作者發出警報。最好將一個第二過濾器142設置在第三減壓閥133和第二量孔136之間。然後能對該系統進行更直接的監測，以及相應的定期修理。於是，早期報警氫氣洩漏監測器100，130能被裝設，而僅使用了最少的外加的金屬附件。並且它對於定子線圈水冷卻系統25是易於改型的。
在本系統的操作中，當操作者聽到一個警報的時候，他或她將試圖消除它。如果警報狀態不能消除，那就是通知操作者洩漏量大於20cfd的給定值。此時，氣量計79將被更仔細地監測，以確保洩漏量絕不超過400cfd。並且，在指示了警報狀態的任何時候，都可以例如通過一個數字計算機(未顯示)進行情況記錄，以便能仔細地觀察該系統隨時間的變化。於是，在任何總失效發生之前，操作者可以更精確地監測在定子線圈水系統25中的較小的洩漏。根據這種精確的監測和任何小洩漏的早期通報，操作者可以在定期的保養停機時，安排對該系統的修理。於是，就避免了例如必須使該系統離開作業線進行修理而花費大量費用。
上面已詳細描述了本發明的具體的實施例，但本領域的專業人員可以理解，根據上面的描述可以產生各種變型和變化。所以，所揭示的特定的布置僅用於說明，而不是對本發明的限制。後面的權利要求限定了本發明的範圍。
權利要求
1.在電動發電機(10)中包括一繞組，一個圍繞所述繞組的氣密外殼(55)，通過所述外殼(55)進行循環的冷卻氣體(61)，用於使冷卻液體(28)通過所述繞組循環的裝置，所述液體循環裝置包括用於所述冷卻液體的收集器(37)，通過將第二氣體導入收集器(37)而對冷卻液體(28)加壓，第二氣體在一個第一預定值導入，冷卻氣體(61)保持一個高於冷卻液體(28)的壓力的壓力，一種用於檢測和監視所述冷卻氣體(61)洩漏進入所述循環冷卻液體(28)的裝置，所述洩漏檢測監視器特徵在於與收集器(37)作流體連通的第一減壓閥(103)，它被調整至一個比第一預定值大的第二預定值；在與收集器(37)相反的一端與第一減壓閥(103)作流體連通的量孔(106)，所述量孔(106)有一開口，其尺寸應使當收集器(37)裡的壓力至少和第二預定值一樣大時，它能從那裡釋放一個特定量的氣體(61)；一個與收集器(37)作流體連通的第二減壓閥(112)，它被調整至一個大於第二預定值的第三預定值；一個與收集器(37)作流體連通的壓力開關(109)，被調整在一個第四預定值，第四預定值大於第二預定值，但小於第三預定值；以致當收集器(37)中的壓力至少和第四預定值一樣大時，所述壓力開關(109)被啟動。
2.如權利要求1所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於一個過濾器(118)裝設在第一減壓閥(103)和所述量孔(106)之間。
3.如權利要求1或2所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於一個旁通閥(115)與收集器(37)作流體連通，以致當旁通閥(115)打開時，能從收集器(37)中排出大量氣體(61)。
4.如權利要求3所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於一個氣量計與第一和第二減壓閥以及旁通閥(115)的每一個作流體連通，以便指示從收集器(37)中排出的氣體(61)的量。
5.如權利要求1所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於第二預定值接近4Psig，第三預定值接近8Psig，第四預定值接近6Psig。
6.如權利要求5所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於所述量孔(106)具有大約每天20立方呎(20cfd)的通過能力。
7.如權利要求1～6中任一項所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於一個第三減壓閥(133)與收集器(37)作流體連通。並被調整在第四預定值;一個第二量孔(136)在收集器(37)的另一側與第三減壓閥(133)作流體連通，第二量孔(136)具有一開口，其尺寸應使當收集器(37)中的壓力至少和第四預定值一樣大時，能從收集器(37)中釋放第二個特定量的氣體(61);一個第二壓力開關(139)與收集器(37)作流體連通，並被調整在第三預定值，以致於當收集器(37)中的壓力至少和第三預定壓力一樣大時，使第二壓力開關(139)啟動。
8.如權利要求7所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於一個第二過濾器設置在第二減壓閥(112)和第二量孔(136)之間。
9.如權利要求7或8所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於一個旁通閥(115)與收集器(37)作流體連接，以致於當旁通閥(115)打開時，它能從收集器(37)中排出大量的氣體(61)。
10.如權利要求9所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於一個氣量計與第一、第二、第三減壓閥，以及旁通閥(115)的每一個作流體連接，以致於能指示從收集器(37)中排出的氣體(61)的量。
11.如權利要求7所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於第二預定值接近4Psig，第三預定值接近8Psig，第四預定值接近6Psig。
12.如權利要求9或11所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於所述量孔(106)具有大約每天20立方呎(20cfd)的通過量，第二量孔(136)具有大約每天400立方呎(400cfd)的通過量。
13.如權利要求1或7所述的洩漏檢測監視器，其特徵在於一個警報指示裝置可操作地與所述第一和第二壓力開關(109，139)連接，以致於當所述壓力開關(109，139)的任何一個被啟動時，能發出一個警報信號。
14.一種發電機(10)，包括一個具有一個繞組的定子(16)，繞組具有通過該處的冷卻劑管，一個對中地設置在定子(16)中的轉子(13)，封閉定子(16)和轉子(13)的氣密外殼(55)，所述發電機特徵在於具有用於使外殼(55)中的冷卻氣體(61)循環的氣體冷卻系統(58)，冷卻氣體(61)被保持在第一預定壓力，和一個使冷卻液體(28)通過所述繞組(19)的冷卻管循環的液體冷卻系統(25)，液體冷卻系統(25)包括一個用於在該處收集冷卻液體(28)的收集器(37)，一個用於將冷卻液體(28)從收集器(37)傳輸到繞組的輸入管系統，一個用於將冷卻液(28)從繞組排出送至收集器(37)的輸出管系統，通過將第二氣體導入收集器(37)面對液體系統(25)加壓使之處於第一預定值的加壓系統，藉此，使冷卻液體(28)的壓力保持低於氣體冷卻系統(58)的壓力，和一個用於檢測所述冷卻氣體(61)洩漏進入所述液體冷卻系統(25)的洩漏監視器，所述的氣體洩漏檢測監視器包括a)一個第一減壓閥(103)，它與收集器(37)作流體連通，並被調整在一個大於第一預定值的第二預定值;b)一個量孔(106)，它在與收集器(37)相反的一側與第一減壓閥(103)作流體連通，所述量孔(106)有一開口，其尺寸適於當收集器(37)中的壓力至少和第二預定值一樣大時，能從收集器(37)中釋放一個特定量的氣體(61);c)一個第二減壓閥(112)，它與收集器(37)作流體連通，並被調整在大於第二預定值的第三預定值;d)一個壓力開關(109)，它與收集器(37)作流體連通，並被調整在第四預定值，第四預定值大於第二預定值，但小於第三預定值，以致於當收集器(37)中的壓力至少和第四預定值一樣大時，使所述壓力開關(109)啟動;e)報警指示裝置，它可操作地與所述壓力開關(109)相連，以致當所述壓力開關(109)被啟動時，能產生一個報警信號;f)一個旁通閥(115)，它與收集器(37)作流體連通，以致當旁通閥(115)打開時，能從收集器(37)中排出大量氣體(61);g)一個氣量計，它與第一、第二減壓閥以及旁通閥(115)的每一個作流體連通，以致能指示從收集器(37)中排出的氣體(61)的量。
15.如權利要求14所述的發電機(10)，其特徵在於一個第三減壓閥(133)與收集器(37)作流體連通，並被調整在第四預定值;一個第二量孔(136)在與收集器(37)相反的一側與第三減壓閥(133)作流體連通，第二量孔(136)有一開口，其尺寸應使當收集器(37)中的壓力至少和第四預定值一樣大時，能從收集器(37)中釋放第二特定量的氣體(61);一個與收集器(37)作流體連通的第二壓力開關(139)，並被調整在第三預定值，以致當收集器(37)中的壓力至少和第三預定值一樣大時，能使第二壓力開關(139)啟動;第二報警指示裝置，可操作地與第二壓力開關(139)相連，以致於當第二壓力開關(139)啟動時，能產生一個第二報警信號。
16.如權利要求15所述的發電機(10)，其特徵在於第二預定值接近4Psig，第三預定值接近8Psig，第四預定值接近6Psig，所述量孔(106)具有大約每天20立方呎(20cfd)的通過能力，第二量孔(136)具有大約每天400立方呎(400cfd)的通過能力。
17.如上面權利要求任一項所述的裝置，其特徵在於冷卻氣體(61)和所述第二氣體是氫氣。
全文摘要
用於監測氫氣從發電機架洩漏進入定子線圈水冷卻系統的裝置。如果洩漏超過20cfd的流量，就對操作者發出警報，具有調至4Psig的減壓閥和量孔，以及比第一個調整點更高的第二減壓閥，使如果洩漏超過量孔的調整點，收集器中的壓力將增加。高壓報警器，調整至高於第一減壓閥，但低於第二減壓閥，能向操作者發出警報，一個旁通閥用於防止系統過載或總失效，通過連續監測小的穩定洩漏量，操作者能在系統總失效之前得知小的問題。
文檔編號H02K9/08GK1052009SQ90109260
公開日1991年6月5日 申請日期1990年11月19日 優先權日1989年11月22日
發明者歐文·R·斯納特傑爾, 米歇爾·J·羅欣斯克 申請人:西屋電氣公司