DE102012100010A1

DE102012100010A1 - Detektion einer Dichtungsleckage und Dichtungsölverunreinigung in einem Generator

Info

Publication number: DE102012100010A1
Application number: DE102012100010A
Authority: DE
Inventors: James Daniel Antalek; Vinodh Kumar Bandaru; Jeffrey James Andritz; Krishna Swamy Cherukuri; Daniel James Fitzmorris; Anthony James George; Nicola Piccirillo; Sudhanshu Rai
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2012-01-02
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2032-01-03
Also published as: JP5860696B2; KR101883820B1; DE102012100010B4; GB2487281A; KR20120079815A; GB2487281B; GB201200107D0; JP2012143145A

Abstract

In einem Ausführungsbeispiel gehören zu einem System (100): ein Gehäuse (102), um wenigstens einen Abschnitt eines Laufrads (104) zu umhüllen und um ein Volumen eines Kühlgases (103) darum herum einzuschließen, wobei das Gehäuse (102) mehrere statische Dichtungen aufweist; ein Lagerschild (120) an jedem Ende des Gehäuses (102), wobei jeder Lagerschild (120) ein Dichtungssystem (121) aufweist, durch das sich das Laufrad (104) erstreckt, wobei ein Teil von Kühlgas (103) aus dem Gehäuse (102) zu wenigstens einem Dichtungsbereich (123) entweicht; und eine Quelle (108) von Kühlgas, die mit dem Gehäuse (102) über einen Kühlgasregler (110) strömungsmäßig verbunden ist. Zu dem System (100) können außerdem gehören: ein Spülsystem (130), das mit jedem Lagerschild (120) verbunden ist, um ein Gasgemisch (132) daraus zu entfernen, das einen Teil des entwichenen Kühlgases (103) beinhaltet; ein Sensor (140), um eine Reinheit des Kühlgases (103) in dem Gehäuse (102) zu ermitteln; und ein statischer Dichtungsleckstromdetektor (170), der ein Warnsignal erzeugt, das ein Leck in mindestens einer der mehreren statischen Dichtungen kennzeichnet.

Description

Die vorliegende Erfindung ist ein Antrag auf eine Teilweiterbehandlung der gegenwärtig parallelen US-Patentanmeldung mit der S. Nr. 12/817 260, eingereicht am 17. Juni 2010, auf die hier Bezug genommen ist.
Die Erfindung betrifft allgemein gasgekühlte Generatoren und speziell Detektoren, die u. A. dazu dienen, einen Dichtungsleckstrom oder eine Dichtungsölverunreinigung in einem gasgekühlten Generator zu detektieren.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein gasgekühlte Generatoren und speziell Detektoren, die u. A. dazu dienen, ein Dichtungsleck oder eine Dichtungsölverunreinigung in einem gasgekühlten Generator zu detektieren.
Stromgeneratoren mit relativ hoher Leistung werden häufig mittels verdichtetem Gas, z. B. Wasserstoff, als Kühlfluid gekühlt. Das Gehäuse des Generators enthält das Kühlgas, und die Laufradwelle erstreckt sich durch die gasdichte Kapsel des Gehäuses. Je höher der Wasserstoffsreinheitsgrad in dem Gehäuse ist, um so effizienter arbeitet gewöhnlich der Generator. Ein gesteigerter Wasserstoffverbrauch und geringe Wasserstoffsreinheitsgrade in dem Generator werfen hingegen Probleme auf, die zu Zwangsausfallzeiten führen können. Zwei Ursachen hohen Wasserstoffverbrauchs beinhalten einen Leckstrom über eine statische Dichtung aus dem Gehäuse und Wellendichtungsleckströme. Die Leckstromraten in diesen Bereichen gehen auf die Anordnung/Zusammenbau und die Wartung des Wellendichtungssystems zurück. Ein dritter Bereich von Wasserstoffverbrauch ist die Gasspülrate aus den Generatorschildhohlräumen. Diese Leckstromrate wird durch den Maschinisten und/oder das Regelungssystem überwacht.
Im Laufe der Zeit tritt häufig ein Leckstrom von Wasserstoffkühlgas aus den statischen Dichtungen in dem Gehäuse auf. Mögliche Bereiche von Undichtigkeiten/Lecks in dem Gehäuse sind beispielsweise: Hochspannungsbuchsen, Stopfbüchsen, Kollektoranschlüsse, horizontale und vertikale Verbindungsstellen eines Lagerschilds, Verbindungsstellen von Zugangsdeckelflanschen und vertikale Verbindungsstellen des Wasserstoffdichtungsgehäuses.
Ein Wellendichtungssystem ist in an dem Gehäuse angebrachten Lagerschilden angeordnet und dichtet gegen die Laufradwelle ab, um ein Entweichen des Kühlgases weitgehend zu verhindern. Das Wellendichtungssystem kann ein Paar Dichtungsringe verwenden, die die Welle entlang des Umfangs umgeben. Das Dichtungssystem kann außerdem ein Paar Labyrinthdichtungen beinhalten. Labyrinthdichtungen sind allgemein im Inneren der Dichtungsringe angeordnet, wobei ein enger Toleranzabstand zu der Welle mit dem Ziel aufrecht erhalten wird, um zu verhindern, dass Öl und mitgenommene Luft aus dem Dichtungsbereich, aus einem Hohlraum um die Dichtungsringe und aus einer der Labyrinthdichtungen austreten und durch den Lagerschild entweichen. Dichtungsöl wird veranlasst, durch den zwischen der Welle und den Dichtungsringen vorhandenen Toleranzabstand mit einem Druck zu strömen, der den Kühlgasdruck in dem Gehäuse überschreitet. Anomalien in Zusammenhang mit dem Wellendichtungssystem können dazu führen, dass geforderte Reinheitsgrade des Wasserstoffs beträchtlich unterschritten werden, oder sie können eine Steigerung des Wasserstoffverbrauchs hervorrufen, da der Wasserstoff dem Gehäuse entweicht. In dem Dichtungsbereich trennt sich Dichtungsöl von mitgenommener Luft und löst den umgebenden Wasserstoff aufgrund der Partialdruckänderung, mit der Folge einer Verringerung der Wasserstoffreinheitsgrade. Um Reinheitsgrade aufrechtzuerhalten, wird eine ständige Spülung (d. h. ein Ersetzen eines Gasgemisches verhältnismäßig geringer Reinheit gegen reinen Wasserstoff) durchgeführt. Die normalen Spülpegel reichen jedoch gelegentlich nicht aus, um den Anforderungen an die Reinheit zu entsprechen. Bei normalen Spülpegeln, kann der Wasserstoffverbrauch in angemessene Grenzen liegen, führt jedoch während des Betriebs zu geringerer Reinheit. Häufig werden die Spülpegel auf einen höheren Spülratenvorgabewert erhöht, woraus sich bei dem Versuch, die Wasserstoffsreinheitsgrade auf ein normales Maß anzuheben, ein höherer Wasserstoffverbrauch ergibt.
Zusätzlich zu den oben erwähnten Problemen kann der Toleranzabstand des Wellendichtungsrings mit dem Laufrad im Laufe der Zeit größer werden. In einigen Fällen kann es zu einer Verunreinigung des Dichtungsöls kommen, die die Wellendichtungsringe möglicherweise schädigt. Aufgrund eines vergrößerten Dichtungstoleranzabstands, der die Gasreinheit in den Dichtungsbereichen vermindert, oder aufgrund vermehrter Luft, die durch das Dichtungsöl getragen wird, kann diese Situation außerdem zu einer gesteigerten Dichtungsölströmungsrate führen. In der Folge kann sich aufgrund einer Diffusion dieses Gases über den Spalt zwischen dem Ölablenkschirm und dem Laufradkörper die Reinheit des Gehäuses verringern.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Aspekt der Beschreibung schafft ein System, zu dem gehören: ein Gehäuse, um wenigstens einen Abschnitt eines Laufrads zu umhüllen und um ein Volumen eines Kühlgases darum herum einzuschließen, wobei das Gehäuse mehrere statische Dichtungen aufweist; ein Lagerschild an jedem Ende des Gehäuses, wobei jeder Lagerschild ein Dichtungssystem aufweist, durch das sich das Laufrad erstreckt, wobei ein Teil von Kühlgas aus dem Gehäuse zu wenigstens einem Dichtungsbereich entweicht; eine Quelle von Kühlgas, die mit dem Gehäuse durch einen Kühlgasregler strömungsmäßig verbunden ist, um dem Gehäuse einen Strom des Kühlgases zuzuführen, so dass in dem Gehäuse ein im Wesentlichen konstanter Druck aufrecht erhalten wird; ein Spülsystem, das mit jedem Lagerschild verbunden ist, um ein Gasgemisch daraus zu entfernen, das einen Teil des entwichenen Kühlgases beinhaltet; ein Sensor, um eine Reinheit des Kühlgases in dem Gehäuse zu ermitteln; und ein statischer Dichtungsleckstromdetektor, der ein Warnsignal erzeugt, das ein Leck in mindestens einer der mehreren statischen Dichtungen in Reaktion auf wenigstens eine der folgenden Bedingungen kennzeichnet: ein Anstieg einer Kühlgasströmungsrate in dem Kühlgasregler im Vergleich zu einem Kühlgasströmungsratenschwellwert; ein Anstieg einer Reinheit des Kühlgases in dem Gehäuse im Vergleich zu einem entsprechenden Reinheitsschwellwert; und ein Anstieg einer Gasgemischströmungsrate in dem Spülsystem im Vergleich zu einem Gasgemischströmungsratenschwellwert.
Ein zweiter Aspekt der Beschreibung schafft ein System, zu dem gehören: ein Gehäuse, um wenigstens einen Abschnitt eines Laufrads zu umhüllen und um ein Volumen eines Kühlgases darum herum einzuschließen; ein Lagerschild an jedem Ende des Gehäuses, wobei jeder Lagerschild ein Dichtungssystem aufweist, durch das sich das Laufrad erstreckt, wobei ein Teil von Kühlgas aus dem Gehäuse zu wenigstens einem Dichtungsbereich entweicht; ein Spülsystem, das mit jedem Lagerschild verbunden ist, um ein Gasgemisch daraus zu entfernen, das einen Teil des entwichenen Kühlgases beinhaltet; ein Dichtungsölsensor, um eine Dichtungsölströmungsrate eines Dichtungsöls zu erfassen, das durch mindestens eines der Dichtungssysteme hindurch aus dem Gehäuse zu einem entsprechenden Dichtungsbereich bei einem Druck strömt, der einen Druck in dem Gehäuse überschreitet; ein Temperatursensor, um eine Auslasstemperatur des Dichtungsöls zu ermitteln; ein Druckgefällesensor, um einen Dichtungsölfilterdifferenzdruck über ein Dichtungsölfilter zu ermitteln; und ein Dichtungsölverunreinigungsdetektor, der ein Warnsignal erzeugt, das eine Verunreinigung des Dichtungsöls in Reaktion darauf kennzeichnet, dass: die Dichtungsölströmungsrate einen Dichtungsölströmungsratenschwellwert überschreitet; die Auslasstemperatur einen Auslasstemperaturschwellwert unterschreitet; und der Dichtungsölfilterdifferenzdruck einen Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert überschreitet.
Ein dritter Aspekt der Beschreibung schafft ein System, zu dem gehören: ein Gehäuse, um wenigstens einen Abschnitt eines Laufrads zu umhüllen und ein Volumen eines Kühlgases darum herum einzuschließen; ein Lagerschild an jedem Ende des Gehäuses, wobei jeder Lagerschild ein Dichtungssystem enthält, das einen Wellendichtungsring aufweist, durch den sich das Laufrad erstreckt, wobei ein Teil des Kühlgases aus dem Gehäuse zu wenigstens einem Dichtungsbereich über einen entsprechenden Wellendichtungsring entweicht; ein Spülsystem, das mit jedem Lagerschild verbunden ist, um ein Gasgemisch daraus zu entfernen, das wenigstens einen Teil des entwichenen Kühlgases teilweise beinhaltet, wobei das Spülsystem ein Regelventilsystem aufweist, das das Gasgemisch mit einer ersten Spülrate und mit einer zweiten Spülrate entfernt, die höher ist als die erste Spülrate; und ein Dichtungssystemtoleranzabstandsteigerungsdetektor, der ein Warnsignal erzeugt, das einen vergrößerten Toleranzabstand in einem Wellendichtungsring in Reaktion darauf kennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Zeitspanne, in der das Regelventilsystem bei der ersten Spülrate arbeitet, gegenüber der zweiten Spülrate einen Spülratenverhältnisschwellwert überschreitet.
Die der Veranschaulichung dienenden Aspekte der vorliegenden Erfindung sind dazu eingerichtet, die hierin beschriebenen Probleme und/oder nicht erörterte sonstige Probleme zu lösen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale dieser Beschreibung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der vielfältigen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren, die vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen, verständlicher:
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm einer betriebsfähigen Verfahrensweise für einen Detektor gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
3 zeigt ein Flussdiagramm einer betriebsfähigen Verfahrensweise für einen weiteren Detektor gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
4 zeigt ein Flussdiagramm einer betriebsfähigen Verfahrensweise für einen weiteren Detektor gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
5 veranschaulicht anhand eines Graphen einen Systembetriebszustand, der durch den Detektor von 4 erfasst werden kann.
Zu beachten ist, dass die Zeichnungen der Offenlegung nicht maßstäblich sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Erfindung veranschaulichen und sollten daher nicht als den Schutzumfang der Beschreibung beschränkend erachtet werden. In den Zeichnungen bezeichnen gleichartige Bezugszeichen gleichartige Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie oben erwähnt, ermöglicht die Beschreibung eine Detektion von Dichtungsleckage(n) und/oder Dichtungsölverunreinigungen und dergleichen für einen gasgekühlten Generator. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ermöglichen Detektoren auf diese Weise eine frühe Detektion eines Leckstroms von Kühlgas, z. B. Wasserstoff, durch Leckstromquellen, sowie Probleme geringer Reinheit und hohen Kühlgasverbrauchs in einem gasgekühlten Generator.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein System 100 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung veranschaulicht. System 100 enthält ein Gehäuse 102, um wenigstens einen Abschnitt eines Laufrads 104 und einen Stator 106 eines elektrischen Generators 107 zu umhüllen. Da die übrige funktionale Konstruktion des Stromgenerators 107 hinlänglich bekannt ist, werden keine sonstigen Einzelheiten der Konstruktion dargelegt, solange sie nicht für ein Verständnis von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Das Gehäuse 102 umhüllt ein Volumen eines um den Stator 106 und das Laufrad 104 vorhandenen Kühlgases 103, z. B. Wasserstoff. Eine Kühlgasquelle 108 ist durch einen Kühlgasregler 110 mit dem Gehäuse 102 strömungsmäßig verbunden, um dem Gehäuse 102 einen Strom des Kühlgases 103 zuzuführen, so dass in dem Gehäuse ein im Wesentlichen konstanter Druck aufrecht erhalten wird. Der Kühlgasregler 110 wird durch ein Generator-Regelungssystem 112 reguliert, das hierin eingehender beschrieben wird. Die Kühlgasquelle 108 kann einen (oder mehrere) Kühlgasdruckbehälter oder sonstige geeignete Kühlgasquellen beinhalten. Obwohl nicht gezeigt, kann das Kühlgas 103 in einem Kreislauf durch das Gehäuse 102, durch Teile des Stators 106 und/oder durch Teile des Laufrads 104 geleitet und beispielsweise mittels eines Kühlers wirkungsvoll gekühlt werden.
Das Gehäuse 102 kann an einer Anzahl von Stellen, bei denen (Metall-)Teile des Gehäuses zusammentreffen oder eine Ausrüstung das Gehäuse durchdringt, mehrere statische Dichtungen aufweisen. Eine der Veranschaulichung dienende statische Dichtung beinhaltet eine Schweißverbindung 114, z. B. an einem Rand des Gehäuses 102. Ein weiteres Beispiel sind Schraubverbindungen von Zugangsabdeckungen. Ein Leckstrom wird mittels Profildichtungen auf ein Minimum begrenzt, jedoch verbleibt immer noch ein in geringem Maße auftretender Leckstrom. Andere Beispiele, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, beinhalten: Hochspannungsbuchsen, Stopfbüchsen, Kollektoranschlüsse, horizontale und vertikale Verbindungsstellen eines Lagerschilds, Verbindungsstellen von Zugangsdeckelflanschen und/oder vertikale Verbindungsstellen des Wasserstoffdichtungsgehäuses. Jede statische Dichtung wird als ”statisch” bezeichnet, da sie nicht mit einem beweglichen Teil, z. B. dem Laufrad 104, in Wechselwirkung tritt.
An jedem Ende des Gehäuses 102 ist ein Lagerschild 120 angeordnet. Jeder Lagerschild 120 enthält ein Dichtungssystem 121, durch das sich das Laufrad 104 erstreckt. Das Dichtungssystem 121 ist in einem Dichtungsbereich 123 in jedem Lagerschild 120 angeordnet, d. h. jedes Dichtungsgehäuse 120 weist darin ein Dichtungssystem auf. Jedes Dichtungssystem 121 weist mindestens einen Wellendichtungsring 122 auf, der gegen das Laufrad 104 abdichtet, und durch den sich das Laufrad 104 erstreckt. Das Dichtungssystem 121 kann zudem an der Innenseite der Dichtungsringe beispielsweise eine (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigte) Labyrinthdichtung beinhalten, um einen engen Toleranzabstand mit dem Laufrad 104 aufrecht zu erhalten, mit dem Ziel, Öl und Luft daran zu hindern, aus dem Dichtungsbereich 123 auszutreten und aus dem Lagerschild 120 zu entweichen. Lager, die das Laufrad 104 tragen, wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Ein Wellendichtungsring 122 kann jedes gegenwärtig bekannte oder in der Zukunft entwickelte Dichtungssystem beinhalten, das entlang des Umfangs mittels eines Dichtungsöls 124 gegen das Laufrad 104 abdichtet. Das Dichtungsöl 124 wird jedem Wellendichtungsring 122 über geeignete Leitungen bei einem Druck zugeführt, der einen Druck des Kühlgases 103 in dem Gehäuse 102 überschreitet, um eine Abdichtung mit dem Laufrad 104 aufrecht zu erhalten. Allerdings entweicht ein Teil des Kühlgases 103 aus dem Gehäuse 103 zu wenigstens einem Dichtungsbereich 123 in den (die) Lagerschild(e) 120. Ein Ölrückgewinnungssystem 125, dient dazu, das Dichtungsöl 124, das sich in den Dichtungsbereichen 123 sammelt, in einem Dichtungsölbehälter 126 aufzufangen, es mittels eines Dichtungsölfilters 136 zu filtern, und es mittels eines Differenzdruckreglers 150 bei einem Druck, der einen Druck innerhalb des Gehäuses 102 überschreitet, zu den Wellendichtungsringen 122 zurück zu leiten. Der Druckregler 150 kann ein Teil eines Regelventilsystems 128 sein.
Weiter kann ein Spülsystem 130 über geeignete Leitungen mit jedem Dichtungsbereich 123 verbunden sein, um ein Gasgemisch 132 zu entfernen, das einen Teil des in den (die) Dichtungsbereich(e) 123 entkommenen Kühlgases 103 enthält. Das Gasgemisch 132 kann zudem einen Teil der von dem Dichtungsöl 124 freigesetzten (d. h. darin eingeschlossenen) Luft enthalten. Das Spülsystem 130 kann eine Entlüftungseinrichtung 133 aufweisen, um das Gasgemisch 132 ins Freie zu entlassen. Das Spülsystem 130 kann außerdem ein Regelventilsystem 134 enthalten, um das Gasgemisch 132 mit einer variablen Spülrate zu entfernen. Beispielsweise kann das Regelventilsystem 143 das Gasgemisch 132 mit einer ersten Spülrate und mit einer zweiten Spülrate, die höher ist als die erste Spülrate, entfernen. D. h. das Regelventilsystem 134 enthält geeignete Gasanalysatoren, Regler und Ventile, um das Gasgemisch 132 auf der Grundlage von Reinheitsablesewerten in den Dichtungsbereichen 123 mit verschiedenen Raten zu entfernen. Das Regelventilsystem 134 wird durch das Regelungssystem 112 gesteuert. Andere hinlänglich bekannte Teile des Spülsystems 130 wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Es ist zu beachten, dass 1 eine vereinfachte Ausführung eines elektrischen Generators 107 zeigt, und dass andere Strukturen, beispielsweise Pumpen, Ventile, Analysierer, Behälter, Messinstrumente, Schalter, Messeinrichtungen, Abscheider und dergleichen, aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden.
Gemäß vielfältigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann eine Anzahl von Sensoren verwendet werden, um Parameter zu ermitteln, die von mehreren (in dem Regelungssystem 112 gezeigten) Detektoren 170, 172, 174 und 176 genutzt werden, um, wie hierin weiter unten mehr im Einzelnen beschrieben, u. A. Dichtungsleckage(n) und/oder Dichtungsölverunreinigungen zu ermitteln. Jeder Detektor 170, 172, 174 und 176 kann in ein Gesamtsteuerungssystern 112 für den Stromgenerator 107 integriert sein.
Ein Sensor, der durch einige Ausführungsbeispiele genutzt wird, basiert auf einem Reinheitssensor 140, der dazu dient, eine Reinheit des Kühlgases in dem Gehäuse 102 und/oder in dem (den) Dichtungsbereich(en) 123 zu ermitteln. Wie zu sehen, weist der Reinheitssensor 140 drei Messpositionen auf, nämlich das Gehäuse 102 und die beiden Dichtungsbereiche 123; jedoch ist dieser Aufbau nicht unbedingt in jedem Fall erforderlich. Der Reinheitssensor 140 kann auf einem beliebigen gegenwärtig bekannten oder in der Zukunft entwickelten Gasreinheitsanalysierer und ähnlichen Messmodulen basieren.
Ein anderer Sensor, der in einigen Ausführungsbeispielen vorgesehen ist, basiert auf einem Gasgemischströmungsratensensor 142. Der Gasgemischströmungsratensensor 142 misst eine Strömungsrate des Gasgemisches 132. Der Gasgemischströmungsratensensor 142 kann ein unabhängiger Sensor sein, der beispielsweise in einem geeigneten Kanal (bzw. in mehreren Kanälen) des Spülsystems 130 positioniert ist, oder er kann eine Komponente des Regelventilsystems 134 des Spülsystems 130 sein, d. h., um eine Gasgemischströmungsrate zu erfassen, die beispielsweise auf einer Kontrollwertposition und einem Druckabfall basiert. Der Gasgemischströmungsratensensor 142 kann einen beliebigen gegenwärtig bekannten oder in der Zukunft entwickelten Gasströmungsratensensor beinhalten, beispielsweise ein Drehpotentiometer, eine Hitzdrahtanemometer, eine Messblende, usw. Weiter können in speziellen Ausführungsbeispielen (beispielsweise in einem geeigneten Kanal (bzw. in mehreren Kanälen) des Dichtungssystems 121) Temperatursensoren 144, 145 vorgesehen sein, um eine Auslasstemperatur des Dichtungsöls 124 zu ermitteln. Die Temperatursensoren 144, 145 können auf einem beliebigen herkömmlichen Sensor basieren, beispielsweise auf einem Thermoelement.
Darüber hinaus kann (beispielsweise in einem geeigneten Kanal (bzw. in mehreren Kanälen) des Dichtungssystems 121) ein Dichtungsölsensor 146 vorgesehen sein, um eine Dichtungsölströmungsrate des Dichtungsöls 124 durch wenigstens eines der Dichtungssysteme 121, beispielsweise mittels der Menge von Dichtungsöl, das in Leitungen des Rückgewinnungssystems 125 hinein strömt, zu erfassen. Das Dichtungsöl 124 entweicht aus dem Gehäuse 102 zu einem entsprechenden Dichtungsbereich 123 bei einem Druck, der einen Druck in dem Gehäuse überschreitet. In noch einem Ausführungsbeispiel bestimmt ein Druckgefällesensor 148 einen Dichtungsölfilterdifferenzdruck über das Dichtungsölfilter 136, d. h. über das Dichtungsölrückgewinnungssystem 125. Der Druckgefällesensor 148 kann ein beliebiges gegenwärtig bekanntes oder in der Zukunft entwickeltes Druckmessersystem beinhalten, z. B. einen piezoresistiven Wandler, einen Membranmesswertumformer, Bourdon-Röhren, ein Manometer, usw. Ein Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckdregler 150 erhält einen Druck des Dichtungsöls 124 aufrecht, der einen Druck eines Kühlgases 103 in dem Gehäuse 102 überschreitet, um eine Abdichtung mit dem Laufrad 104 aufrecht zu erhalten. Der Regler 150 kann zudem in einer bekannten Weise eine Anzeige des Dichtungsöldrucks zwischen dem Gehäuse 102 und dem Dichtungsbereich 123 bereitstellen. Der Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckdregler 150 kann ein beliebiges gegenwärtig bekanntes oder in der Zukunft entwickeltes Druckreglersystem beinhalten, z. B. einen Membrandruckregler, Entlastungsventile, einen elektronischen Druckregler, einen elektro-pneumatischen Druckregler, usw.
Mit Bezug auf 2–5 werden im Folgenden vielfältige betriebsfähige Ausführungsbeispiele von Detektoren 170, 172, 174, 176 beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel erzeugt ein statischer Dichtungsleckstromdetektor 170 ein Warnsignal, das ein Leck in wenigstens einem von mehreren statischen Dichtungen 114 in dem Gehäuse 102 kennzeichnet. Beispielsweise kann ein Leck eines Kühlgases 103 durch eine Hochspannungsbuchse, Stopfbüchsen, Kollektoranschlüsse, horizontale und vertikale Verbindungsstellen eines Lagerschilds, Verbindungsstellen von Zugangsdeckelflanschen und vertikale Verbindungsstellen des Wasserstoffdichtungsgehäuses und dergleichen auftreten. Wie in 2 gezeigt, erzeugt der statische Dichtungsleckstromdetektor 170 (1) das Warnsignal (Schritt P1) in Reaktion auf eine Differenz einer in den Kühlgasregler 110 eintretenden Kühlgasströmungsrate minus der daraus austretenden und in das Spülsystem 130 eintretenden Strömungsrate des Gasgemisches 132 im Vergleich zu einem Netto-Kühlgasströmungsratenschwellwert (”Ja” in Schritt P2). Spezieller dient in einem herkömmlichen System und ebenso in dem System 100 das Regelungssystem 112 dazu, bei Vorliegen eines konstanten Leckstroms des Kühlgases 103 durch jede der statischen Dichtungen 114 des Stromgenerators 107 einen konstanten Druck in dem Gehäuse 102 aufrecht zu erhalten, indem es die Einlassströmungsrate des Kühlgases 103 mittels des Kühlgasreglers 110 steigert. Sogar für den Fall, dass die Quelle der Undichtigkeit nicht konstant ist, wird eine Veränderung des Mittelwerts der Nettoströmungsrate zu beobachten sein. Weiter wird die Strömungsrate des Gasgemisches 132, wie oben erwähnt, durch den Gasgemischströmungsratensensor 142 gemessen.
Der Benutzer kann, beispielsweise auf der Grundlage empirischer Daten, einen Kühlgasströmungsratenschwellwert definieren, der beliebige bekannte Maßeinheiten beinhaltet. In ähnlicher Weise können durch den Benutzer ein Reinheitsschwellwert und ein Gasgemischströmungsratenschwellwert, beispielsweise auf der Grundlage empirischer Daten, definiert werden und beliebige bekannte Maßeinheiten aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann jeder Schwellwert einfach der verhältnismäßig konstante Betriebszustandswert sein, bei dem das System 100 vor dem Auftreten eines Lecks gearbeitet hatte. In noch einem Ausführungsbeispiel können die Kühlgasströmungsrate, der (bzw. die) Reinheits- und Gasgemischströmungsratenmesswert(e) (oder beliebige sonstige hierin erwähnte gemessene Werte) mit Blick auf einen gleitenden Mittelwert eingerichtet sein, die als solche mit entsprechenden Schwellwerten verglichen werden können, d. h. die Raten oder andere Messwerte werden als gleitende Mittelwerte berechnet. Die für die Berechnung der gleitenden Mittelwerte herangezogene Abtastgröße kann variieren und kann bewertet werden, um festzustellen, ob die Daten plausibel sind; wenn der gleitende Mittelwert für N Zeitabtastwerte beispielsweise ständig hoch ist, kann festgestellt werden, dass der Parameter die angemessene Grenze überschreitet. Wie oben erwähnt, kann der Reinheitssensor 140 den Reinheitsgrad an jeder gezeigten Stelle erfassen, wobei der Reinheitsschwellwert in diesem Falle für jede Stelle einen Wert beinhalten kann, d. h. es existiert für jeden Sensorort ein Schwellwert. In diesem Fall können mehrere Werte, die für eine Überschreitung eines entsprechenden Reinheitsschwellwerts erforderlich sind, von dem Benutzer definiert werden, z. B. ausschließlich für die Gehäusereinheit, für einen Dichtungsbereich, für beide Dichtungsbereiche, für sämtliche Reinheitswerte, usw. In einer Abwandlung können die Reinheitsmesswerte, wie auch im Vorausgehenden erwähnt, zusammengeführt werden, wobei in diesem Falle ein einziger Reinheitsschwellwert verwendet werden kann.
Bezugnehmend auf die Detektoren 172 und 174 können höhere Dichtungsölströmungsraten aus zahlreichen Gründen verursacht sein, beispielsweise durch einen vergrößerten Toleranzabstand zwischen den Wellendichtungsringen 122 und dem Laufrad 104, z. B. aufgrund von Wärmeausdehnung, Einbaufehlern und Dichtungsschäden, die beispielsweise durch Dichtungsölverunreinigungen wie Partikel in dem Dichtungsöl und durch Dichtungsexzentrizität hervorgerufen sind, oder möglicherweise durch einen fehlerhaften Druckregler 150 und dergleichen. Die Detektoren 172 und 174 dienen dazu, die Ursache aus dieser Liste zu ermitteln. In einem Ausführungsbeispiel erzeugt ein Dichtungsfehlausrichtungsdetektor 172, wie in 3 gezeigt, ein Alarmsignal (Schritt P10), das ein Problem in Zusammenhang mit der Dichtung (bzw. den Dichtungen) 122 kennzeichnet. Der Detektor 172 kann das Warnsignal in Reaktion darauf erzeugen, dass: die durch den Dichtungsölsensor 146 gemessene Dichtungsölströmungsrate einen Dichtungsölströmungsratenschwellwert überschreitet (”Ja” in Schritt P11); der Dichtungsöltemperaturanstieg, wie er durch die Temperatursensoren 144 und 145 gemessen ist (die durch den Temperatursensor 144 gemessene Auslasstemperatur minus der durch den Temperatursensor 145 gemessenen Einlasstemperatur), einen Dichtungsöltemperaturanstiegsschwellwert unterschreitet (”Ja” in Schritt P12); und der Dichtungsölfilterdifferenzdruck (SOFDP), wie er durch den Dichtungsöldruckdifferenzsensor 148 gemessen ist, einen Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert überschreitet (”Ja” in Schritt P13). Die Reihenfolge der Schritte kann von der in 3 gezeigten Reihenfolge abweichen. Jeder der oben erwähnten Schwellwerte kann von dem Benutzer definiert werden, beliebige geeignete bekannte Maßeinheiten aufweisen und beispielsweise auf empirischen Daten basieren. In einem Ausführungsbeispiel kann jeder der oben erwähnten Schwellwerte einfach der verhältnismäßig konstante Betriebszustandswert sein, bei dem das System 100 vor dem Auftreten der Dichtungsölverunreinigung gearbeitet hatte. Auf jeden Fall zeigt ein Anstieg einer Dichtungsölströmungsrate über einen Dichtungsölströmungsratenschwellwert einen ausreichend vergrößerten Toleranzabstand zwischen den Wellendichtungsringen 122 und dem Laufrad 106 an. Eine niedrige Auslasstemperatur des Dichtungsöls 124 kennzeichnet ebenfalls einen vergrößerten Toleranzabstand, da in dem Dichtungsöl 124 weniger Reibungswärme erzeugt wird. Eine erhöhter Dichtungsölfilterdifferenzdruck (SOFDP) hingegen bedeutet eine gesteigerte Menge von Partikeln in dem Dichtungsöl 124 und kennzeichnet somit eine Verunreinigung des Dichtungsöls. Diese Dichtungsölverunreinigung kann die Hauptursache des vergrößerten Dichtungstoleranzabstands sein.
In manchen Fällen hat der Dichtungsölfilterdifferenzdruck jedoch möglicherweise eines entsprechenden Schwellwert nicht überschritten, d. h. ”Nein” in Schritt P13. In diesem Fall wird der Ablauf in Reaktion auf ein ”Nein” in Schritt P13, das die Verarbeitung zurück zu Schritt P11 verzweigt, mit den Schritten P14–P16 in dem gestrichelt umrandeten Block fortgesetzt, d. h. die Rückkehr zu Schritt P11 wird aufgehoben. In diesem Fall ist der Grund für den vergrößerten Toleranzabstand vermutlich nicht eine Dichtungsölverunreinigung. Um die Ursache, wie auch in 3 gezeigt, näher einzugrenzen, kann in einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ein Problemdetektor 174 ein erstes Warnsignal, das einen Systemfehler (Schritt P14) kennzeichnet, in Reaktion auf folgende Bedingungen erzeugen: die Dichtungsölströmungsrate überschreitet den Dichtungsölströmungsratenschwellwert (”Ja” in Schritt P11); der Dichtungsältemperaturanstieg unterschreitet den Temperaturanstiegsschwellwert (”Ja” in Schritt P12); der Dichtungsölfilterdifferenzdruck unterschreitet den Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert (”Nein” in Schritt P13); und der Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruck, wie er durch den Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckdregler 150 gemessen ist, überschreitet einen Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckschwellwert (”Ja” in Schritt P15). Während die Dichtungsölströmungsrate hoch ist, der Temperaturanstieg niedrig ist und das Dichtungsölfilterdruckgefälle nicht ausreichend hoch ist, um eine Dichtungsölverunreinigung anzuzeigen, zeigt in diesem Falle ein höhere Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruck einen Systemfehler an, da sämtliche sonstigen möglichen Ursachen ausgeschlossen wurden. Der Systemfehler kann beispielsweise auf einem fehlerhaften Druckregler 150 oder einem fehlerhaften Wert für einen der oben erwähnten Schwellwerte basieren.
In einer Abwandlung kann der Problemdetektor 174 ein zweites Warnsignal erzeugen, das einen Einbaufehler oder eine Wärmeausdehnung (Schritt P16) in Reaktion darauf kennzeichnet, dass: die Dichtungsölströmungsrate den Dichtungsölströmungsratenschwellwert überschreitet (”Ja” in Schritt P11); der Dichtungsöltemperaturanstieg den Temperaturanstiegsschwellwert unterschreitet (”Ja” in Schritt P12); der Dichtungsölfilterdifferenzdruck den Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert unterschreitet (”Nein” in Schritt P13); und der Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruck den Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckschwellwert unterschreitet (”Nein” in Schritt P15). Nachdem sämtliche sonstigen möglichen Ursachen ausgeschlossen wurden, zeigt in diesem Fall die Tatsache, dass der Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckwert einen Schwellwert unterschreitet, an, dass der vergrößerte Toleranzabstand zwischen den Wellendichtungsringen 122 und dem Laufrad 104 entweder auf eine (vorübergehende) Wärmeausdehnung oder auf einen (dauerhaften) Einbaufehler zurückzuführen ist.
Mit Bezug auf 4 und 5 erzeugt in einem anderen Ausführungsbeispiel ein Dichtungsringtoleranzabstanddetektor 176 ein Warnsignal, das einen vergrößerten Toleranzabstand des Wellendichtungsrings (Schritt P20), d. h. in Bezug auf das Laufrad 104, in Reaktion darauf kennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Zeitspanne, in der das Regelventilsystem 134 bei einer ersten Spülrate arbeitet, gegenüber einer zweiten Spülrate einen Spülratenverhältnisschwellwert überschreitet. Spezieller arbeitet das Regelventilsystem 134 des Spülsystems 130 bei verschiedene Spülraten, d. h. mit unterschiedlichen Gasgemischbeseitigungsraten, die gewöhnlich von der Reinheit des Gasgemisches 132 in den Dichtungsbereichen 123 abhängen, wie sie basierend auf dem Reinheitssensor 140 ermittelt werden kann. In Fällen, wo die Reinheit eine untere Grenze unterschreitet, arbeitet das Spülsystem 130 bei einer hohen Spülrate, um das verunreinigte Gasgemisch 132 zu entfernen und um unter der Kontrolle des Regelungssystems 112 den Eintrag von frischem, reinem Kühlgas 103 durch den Kühlgasregler 110 zu veranlassen. Wenn die Reinheit hingegen einen höheren Grenzwert überschreitet, kehrt das Spülsystem 130 zu einer geringeren Spülrate zurück, da ein Entfernen von verunreinigtem Kühlgas mit einer höheren Rate nicht erforderlich ist. Während der Toleranzabstand des Wellendichtungsrings 122 im Laufe der Zeit allmählich zunimmt, wird die Zeitspanne, in der sich die Reinheit von der oberen Grenze hin zur unteren Grenze (L) verschlechtert, wie in 5 gezeigt, kürzer. In ähnlicher Weise nimmt die Zeitspanne zu, in der der Reinheitsgrad von dem unteren Grenzwert wieder zu dem oberen Grenzwert (d) angehoben wird. Beispielsweise ist die Zeit (L), die erforderlich ist, bis die Reinheit des Kühlgases 103 von einem hohen Grenzwert, z. B. etwa 97%, auf einen unteren Grenzwert, z. B. etwa 95% gesunken ist, in einem ersten Zyklus 1 im Vergleich zu der Zeitspanne bei einem späteren Zyklus N verhältnismäßig lang. In dem ersten Zyklus 1 ist das Dichtungssystem 121 verhältnismäßig neu, so dass ein ausreichender Leckstrom für ein Auslösen einer höheren Spülrate mehr Zeit erfordert, und die Ansprechzeit für eine Steigerung der Reinheit kürzer ist. Die kürzere Zeitspanne für ein Auslösen der höheren Spülrate in dem Zyklus N zeigt an, dass ein größerer Toleranzabstand für die Wellendichtungsringe 122 in dem späteren Zeitzyklus N vorhanden ist, da mit dem gesteigerten Dichtungsölstrom eine größere (proportionale) Luftmenge eintritt. In ähnlicher Weise wird die Zeitspanne (d), in der das Spülsystem 130 mit der höheren Spülrate arbeitet, wie durch einen Vergleich des Zyklus 1 mit dem Zyklus N zu sehen, über die Zeit hinweg größer, da das Regelventilsystem 134 mehr Zeit benötigt, um zu bewirken, dass die Reinheit auf einen ausreichenden Pegel angehoben wird. Folglich stellt ein Verhältnis einer Zeitspanne, in der das Regelventilsystem 134 bei einer ersten, geringeren Spülrate arbeitet, gegenüber einer zweiten, höheren Spülrate eine Anzeige des Wellendichtungsringverschleißes bereit. Beispielsweise kann von dem Benutzer auf der Grundlage empirischer Daten ein Spülratenverhältnisschwellwert definiert werden, um zu erfassen, wann der Toleranzabstand des Wellendichtungsrings ausreichend groß ist, um eine Reparatur zu rechtfertigen.
Obwohl die Detektoren 170, 172, 174 und 176 als gesonderte Detektoren beschrieben sind, versteht sich, dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung eine beliebige Kombination der Detektoren verwendet werden kann.
Jedes der hierin beschriebenen Warnsignale kann auf unterschiedlichen Ausprägungen basieren, beispielsweise auf einem akustischen Warnsignal, z. B. einer Sirene, einem Piepton einer Konsole, und dergleichen, oder auf einem visuellen Warnsignal, z. B. einer Blinklampe auf einer Konsole, auf einer Kombination des oben erwähnten, usw. Das Warnsignal kann auch eine Anweisung einschließen, die eine korrigierende Maßnahme beinhaltet, um das Problem wenigstens teilweise zu korrigieren. Beispielsweise kann das Warnsignal auf einer Meldung mit etwa folgendem Inhalt basieren: ”Dichtungsölverunreinigung, Dichtungsöl ersetzen!”, ”Oberer Grenzwert des Toleranzabstands des Wellendichtungsrings überschritten”, usw. In einer Abwandlung oder in Hinzufügung kann die Anweisung Spezifität mit Blick auf den Ort vorsehen, an dem die korrigierende Maßnahme erforderlich ist. Beispielsweise wird gemeldet: ”Toleranzabstand des Wellendichtungsrings überschreitet angemessene Grenze”, ”Fehlerhafter Gehäuse-Schild-Druckgefälleschwellwert”, usw. Darüber hinaus können sämtliche Daten, die wie hierin beschrieben gesammelt sind, auch in beliebiger bekannter Weise bewertet oder gefiltert werden, um fehlerhafte Daten zu vermeiden, die das Ergebnis belasten würden, indem z. B. ermittelt wird, ob die Daten innerhalb eines angemessenen Bereichs liegen, ob sie plausibel sind, ob die Daten instabil sind, usw.
Das System 100, die Detektoren 170, 172, 174 und 176 und die beschriebenen zugeordneten Sensoren lassen sich in sämtlichen gasgekühlten Generatoren nutzen. Einige Vorteile, die in der praktischen Anwendung einiger Ausführungsbeispiele des beschriebenen Systems 100 verwirklicht werden können, sind eine höhere Generatorleistung, eine größere Verfügbarkeit und geringere Betriebskosten. Das Problem einer Voraussage hohen Wasserstoffverbrauchs, großer Wasserstoffleckströme und geringer Wasserstoffsreinheitsgrade in Generatoren ist durch einige Ausführungsbeispiele der Erfindung gelöst. Außerdem kann der tatsächliche Ort der Ursache des Problems aufgedeckt werden.
Das System 100, das den (die) Detektor(en) 170, 172, 174, 176 und die zugeordneten Sensoren enthält, kann als ein System, Verfahren oder Computerprogrammprodukt ausgeführt sein. Dementsprechend können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die Form eines zur Gänze als Hardware ausgeführten Ausführungsbeispiels, eines zur Gänze als Software ausgeführten Ausführungsbeispiels (das beispielsweise Firmware, residente Software, Mikrocode, usw. enthält) oder eines Ausführungsbeispiels annehmen, das Aspekte von Software und Hardware vereinigt, die im Vorliegenden sämtliche allgemein als ”Schaltkreis”, ”Modul” oder ”System” bezeichnet sein können. Darüber hinaus kann das System 100 und die Detektoren die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das auf einem beliebigen Ausdrucksmedium ausgeführt wird, das rechnerkompatiblen Programmkode enthält, der in dem Medium verkörpert ist. In diesem Fall können die Computerprogrammanweisungen des Systems 100 auf einen Rechner oder auf eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung hochgeladen werden, z. B. auf das Gesamtsteuerungssystem 112 für den Stromgenerator 107, um die Ausführung einer Reihe von Verfahrensschritten auf dem Computer oder auf einer sonstigen programmierbaren Einrichtung zu veranlassen, um ein von dem Computer durchgeführtes Verfahren hervorzubringen, so dass die Befehle, die auf dem Computer oder auf einer sonstigen programmierbaren Einrichtung abgearbeitet werden, Schritte zur Durchführung der hierin spezifizierten Funktionen/Handlungen bereitstellen.
Beliebige Kombinationen eines oder mehrerer von einem Computer auslesbarer Medien können genutzt werden. Das von einem Computer auslesbare Medium kann ein von einem Computer auslesbares Signalmedium oder ein von einem Computer auslesbares Speichermedium sein. Von einem Computer auslesbare Speichermedien können beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, auf elektronischen, magnetischen, optischen, elektromagnetischen, infraroten, oder Halbleiter verwendenden Systemen, Einrichtungen oder Vorrichtungen, oder auf einer beliebigen geeigneten Kombination des Vorausgehenden basieren. Speziellere Beispiele der von einem Computer auslesbaren Speichermedien beinhalten (in einer nicht erschöpfenden Liste) gewöhnlich: eine elektrische Verbindung, die ein oder mehrere Drähte aufweist, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Lesespeicher (EPROM oder Flashmemory), eine optische Faser, eine tragbare Compact-Disk (CD), einen Nur-Lese-Speicher (CD-ROM), ein optisches Speichergerät, ein magnetisches Speichergerät, oder eine beliebige geeignete Kombination des Vorausgehenden. Im dem hier verwendeten Sinne kann ein von einem Computer auslesbares Speichermedium jedes materielle Mittel sein, das ein Programm für die Verwendung durch oder in Zusammenhang mit einem System, einer Einrichtung oder einer Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen enthalten oder speichern kann.
Ein von einem Computer auslesbares Signalmedium kann ein verbreitetes Datensignal beinhalten, in dem von einem Computer auslesbarer Programmcode verkörpert ist, beispielsweise in Form eines Basisbands oder als Teil einer Trägerwelle. Ein derartiges verbreitetes Signal kann in einer beliebigen unterschiedlichen Ausprägung vorliegen, beispielsweise, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, in elektromagnetischer oder optischer Form oder als eine beliebige geeignete Kombination davon. Ein von einem Computer auslesbares Signalmedium kann ein beliebiges von einem Computer auslesbares Medium sein, das kein von einem Computer auslesbares Speichermedium ist, und das in der Lage ist, Daten auszutauschen oder zu verbreiten, oder ein Programm für die Verwendung durch oder in Zusammenhang mit einem System, einer Einrichtung oder einer Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen zu übertragen.
Programmkode, der auf einem von einem Computer auslesbaren Medium verkörpert ist, kann mittels eines beliebiges geeigneten Mediums übertragen werden, beispielsweise, jedoch ohne es darauf beschränken zu wollen, drahtlos, mittels Drahtkabel, mittels Lichtleitfaserkabel, HF, usw., oder mittels einer beliebigen geeigneten Kombination des Vorausgehenden.
Ein Computerprogammcode zum Ausführen von Arbeitsschritten der vorliegenden Erfindung kann in einer beliebigen Kombination einer oder mehrerer Programmiersprachen geschrieben sein, beispielsweise in einer objektorientierten Programmiersprache wie Java, Smalltalk, C++ oder dgl., und in herkömmlichen verfahrensorientierten Programmiersprachen, z. B. in der Programmiersprache ”C” oder ähnlichen Programmiersprachen. Der Programmkode kann zur Gänze auf dem Rechnercontroller des Generators, teilweise auf der Steuereinrichtung, als ein eigenständiges Softwarepaket, zum Teil auf der Steuereinrichtung und zum Teil auf einem entfernt angeordneten Computer oder zur Gänze auf dem entfernt angeordneten Computer oder Server ablaufen. In dem zuletzt genannten Szenario kann der entfernt angeordnete Computer mit dem Rechnercontroller des Generators über eine beliebige Art eines Netzwerks, beispielsweise über ein lokales Netz (LAN) oder ein Großraumnetzwerk (WAN) verbunden sein, oder die Verbindung kann (beispielsweise mittels eines Internetdiensteanbieters über das Internet) zu einem externen Computer hergestellt werden. Der technische Effekt der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung ist die Detektion u. A. von Dichtungsleckage(n) und/oder Dichtungsölverunreinigungen für einen gasgekühlten Generator. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung stellen Detektoren Mittel für eine frühe Detektion eines Leckstroms von Kühlgas, z. B. Wasserstoff, durch Leckstromquellen sowie Probleme in Zusammenhang mit geringer Reinheit und hohem Kühlgasverbrauch in einem gasgekühlten Generator.
Die Blockschaltbilder und die Figuren veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und Betriebsweise möglicher Umsetzungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß vielfältigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In dieser Hinsicht kann jede genannte Funktion ein Modul, Segment oder einen Abschnitt von Kode repräsentieren, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen beinhaltet, um die spezifizierte(n) logische(n) Funktion(en) durchzuführen. Weiter ist zu beachten, dass die erwähnten Funktionen in einigen abgewandelten Durchführungen von der genannten Reihenfolge abweichen können. Beispielsweise können zwei als aufeinanderfolgend beschriebene Schritte in der Tat im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder sie können in Abhängigkeit von der betroffenen Funktionalität gelegentlich in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Weiter ist zu beachten, dass hierin beschriebene Funktionen durch auf Spezialhardware basierende Systeme verwirklicht werden können, die die spezifizierten Funktionen oder Handlungen, oder Kombinationen von Sonderhardware und Sonderprogrammanweisungen durchführen.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich zur Vereinfachung der Erläuterung spezieller Ausführungsformen und soll die Beschreibung nicht beschränken. In dem hier verwendeten Sinne sollen die Singularformen der Artikel ”ein”, ”der”, ”die” und ”das” auch die Mehrzahlformen beinhalten, sofern aus dem Zusammenhang nicht deutlich Entgegenstehendes hervorgeht. Weiter ist klar, dass die in dieser Beschreibung verwendeten Begriffe ”aufweisen” und/oder ”umfassen” das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsschritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung einer/eines oder mehrerer sonstiger Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Arbeitsschritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Die entsprechenden Konstruktionen, Materialien, Schritte sowie äquivalente Formen sämtlicher Mittel oder Schritt-plus-Funktion-Elemente in den beigefügten Ansprüchen sollen beliebige Konstruktionen, Materialien oder Schritte zur Durchführung der Funktion in Kombination mit sonstigen in den Ansprüchen dargelegten Elementen einschließen, wie sie speziell in den Ansprüchen dargelegt sind. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde für Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung unterbreitet, ist jedoch nicht als erschöpfend oder als auf die Beschreibung in der dargelegten Form beschränkt anzusehen. Viele Modifikationen und Änderungen werden dem Fachmann offenkundig, ohne vorn dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Das Ausführungsbeispiel wurde ausgewählt und beschrieben, um die Grundzüge der Beschreibung und die praktische Anwendung am besten zu erklären, und dem Fachmann zu ermöglichen, die Beschreibung mit Blick auf vielfältige Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Modifikationen zu verstehen, wie sie dem speziellen in Betracht kommenden Einsatz entsprechen.
In einem Ausführungsbeispiel gehören zu einem System 100: ein Gehäuse 102, um wenigstens einen Abschnitt eines Laufrads 104 zu umhüllen und ein Volumen eines Kühlgases 103 darum herum einzuschließen, wobei das Gehäuse 102 mehrere statische Dichtungen aufweist; ein Lagerschild 120 an jedem Ende des Gehäuses 102, wobei jeder Lagerschild 120 ein Dichtungssystem 121 aufweist, durch das das Laufrad 104 sich erstreckt, wobei ein Teil des Kühlgases 103 aus dem Gehäuse 102 zu wenigstens einem Dichtungsbereich 123 entweicht; und eine Quelle 108 von Kühlgas, die durch einen Kühlgasregler 110 mit dem Gehäuse 102 strömungsmäßig verbunden ist. Zu dem System 100 können außerdem gehören: ein Spülsystem 130, das mit jedem Lagerschild 120 verbunden ist, um ein Gasgemisch 132 daraus zu entfernen, das einen Teil des entwichenen Kühlgases 103 beinhaltet; ein Sensor 140, um eine Reinheit des Kühlgases 103 in dem Gehäuse 102 zu ermitteln; und ein statischer Dichtungsleckstromdetektor 170, der ein Warnsignal erzeugt, das ein Leck in mindestens einer der mehreren statischen Dichtungen kennzeichnet.
Bezugszeichenliste

100: System
102: Gehäuse
103: Kühlgas
104: Laufrad
106: Stator
107: Stromgenerator
108: Kühlgasquelle
110: Kühlgasregler
112: Generator-Regelungssystem
114: Schweißverbindung
120: Lagerschild
121: Dichtungssystem
122: Wellendichtungsring
124: Dichtungsöl
125: Ölrückgewinnungssystem
126: Dichtungsölbehälter
128: Regelventilsystem
130: Spülsystem
132: Gasgemisch
133: Entlüftungskanal
134: Regelventilsystem
136: Dichtungsölfilter
140: Reinheitssensor
142: Gasgemischströmungsratensensor
144: Temperatursensor
145: Temperatursensor
146: Dichtungsölsensor
148: Druckgefällesensor
150: Differenzdruckregler
170: statischer Dichtungsleckstromdetektor
172: Dichtungsölverunreinigungsdetektor
174: Problemdetektor
176: Dichtungsringtoleranzabstanddetektor

Claims

System (100), zu dem gehören: ein Gehäuse (102), um wenigstens einen Abschnitt eines Laufrads (104) zu umhüllen und um ein Volumen eines Kühlgases (103) darum herum einzuschließen, wobei das Gehäuse (102) mehrere statische Dichtungen aufweist; ein Lagerschild (120) an jedem Ende des Gehäuses (102), wobei jeder Lagerschild (120) ein Dichtungssystem (121) aufweist, durch das sich das Laufrad (104) erstreckt, wobei ein Teil des Kühlgases (103) aus dem Gehäuse (102) zu wenigstens einem Dichtungsbereich (123) entweicht; eine Quelle (108) von Kühlgas (103), die mit dem Gehäuse (102) über einen Kühlgasregler (110) strömungsmäßig verbunden ist, um dem Gehäuse (102) einen Strom von Kühlgas (103) zuzuführen, so dass in dem Gehäuse (102) ein im Wesentlichen konstanter Druck aufrecht erhalten ist; ein Spülsystem (130), das mit jedem Lagerschild (120) verbunden ist, um ein Gasgemisch (132) daraus zu entfernen, das einen Teil des entwichenen Kühlgases (103) beinhaltet; ein Sensor (140), um einen Reinheitsgrad des Kühlgases (103) in dem Gehäuse (102) zu ermitteln; und ein statischer Dichtungsleckstromdetektor (170), der ein Warnsignal erzeugt, das ein Leck in mindestens einer der mehreren statischen Dichtungen kennzeichnet, in Reaktion auf wenigstens: einen Anstieg einer Kühlgasströmungsrate in dem Kühlgasregler (110) im Vergleich zu einem Kühlgasströmungsratenschwellwert, und/oder einen Anstieg einer Gasgemischströmungsrate in dem Spülsystem (130) im Vergleich zu einem Gasgemischströmungsratenschwellwert.
System (100) nach Anspruch 1, wobei die Quelle (108) von Kühlgas (103) einen Druckbehälter des Kühlgases (103) beinhaltet.
System (100) nach Anspruch 1, wobei das Kühlgas (103) auf Wasserstoff basiert.
System (100) nach Anspruch 1, wobei die Kühlgasströmungsrate und der Reinheitsgrad jeweils ein gleitender Mittelwert sind.
System (100) nach Anspruch 1, zu dem außerdem gehören: ein Dichtungsölsensor (146), um eine Dichtungsölströmungsrate eines Dichtungsöls (124) durch mindestens eines der Dichtungssysteme (121) hindurch zu erfassen; ein erster Temperatursensor (144), um eine Auslasstemperatur des Dichtungsöls (124) zu ermitteln, und ein zweiter Temperatursensor (145), um eine Einlasstemperatur des Dichtungsöls (124) zu ermitteln; ein Druckgefällesensor (148), um ein Druckgefälle über ein Dichtungsölfilter (136) zu ermitteln; und ein Fehlausrichtungsdetektor (172), der ein Warnsignal erzeugt, das ein Dichtungsausrichtungsproblem in Reaktion auf folgendes kennzeichnet: die Dichtungsölströmungsrate überschreitet einen Dichtungsölströmungsratenschwellwert; eine Differenz zwischen der Auslasstemperatur des Dichtungsöls (124) und der Einlasstemperatur des Dichtungsöls (124) unterschreitet einen Dichtungsöltemperaturdifferenzschwellwert; und der Dichtungsölfilterdifferenzdruck überschreitet einen Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert.
System (100) nach Anspruch 5, zu dem ferner gehören: ein Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckdregler (150), um den Dichtungsöldruck in einer Höhe aufrecht zu erhalten, die einen Kühlgasdruck in dem Gehäuse (102) überschreitet; und ein Detektor (174), der erzeugt: ein erstes Warnsignal, das einen Systemfehler kennzeichnet in Reaktion auf folgendes: die Dichtungsölströmungsrate überschreitet den Dichtungsölströmungsratenschwellwert; die Differenz zwischen der Auslasstemperatur des Dichtungsöls (124) und der Einlasstemperatur des Dichtungsöls (124) unterschreitet den Dichtungsöltemperaturdifferenzschwellwert; der Dichtungsölfilterdifferenzdruck unterschreitet den Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert; und der Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruck überschreitet einen Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckschwellwert; und ein zweites Warnsignal, das einen Einbaufehler oder eine Wärmeausdehnung kennzeichnet in Reaktion auf folgendes: die Dichtungsölströmungsrate überschreitet den Dichtungsölströmungsratenschwellwert; die Differenz zwischen der Auslasstemperatur des Dichtungsöls (124) und der Einlasstemperatur des Dichtungsöls (124) unterschreitet den Dichtungsöltemperaturdifferenzschwellwert; der Dichtungsölfilterdifferenzdruck unterschreitet den Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert; und der Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruck unterschreitet den Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckschwellwert.
System (100) nach Anspruch 1, wobei das Spülsystem (130) ein Regelventilsystem (134) enthält, das das Gasgemisch (132) mit einer ersten Spülrate und mit einer zweiten Spülrate entfernt, die höher ist als die erste Spülrate, und außerdem einen Dichtungssystemtoleranzabstanddetektor (175) enthält, der ein Warnsignal erzeugt, das einen vergrößerten Toleranzabstand in einem Wellendichtungsring (122) in dem Dichtungssystem (121) in Reaktion darauf kennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Zeitspanne, in der das Regelventilsystem (134) bei der ersten Spülrate arbeitet, gegenüber der zweiten Spülrate einen Spülratenverhältnisschwellwert überschreitet.
System (100), zu dem gehören: ein Gehäuse (102), um wenigstens einen Abschnitt eines Laufrads (104) zu umhüllen und um ein Volumen eines Kühlgases (103) darum herum einzuschließen; ein Lagerschild (120) an jedem Ende des Gehäuses (102), wobei jeder Lagerschild (120) ein Dichtungssystem (121) aufweist, durch das das Laufrad (104) sich erstreckt, wobei ein Teil des Kühlgases (103) aus dem Gehäuse (102) zu wenigstens einem Dichtungsbereich (123) entweicht; ein Spülsystem (130), das mit jedem Lagerschild (120) verbunden ist, um ein Gasgemisch (132) daraus zu entfernen, das einen Teil des entwichenen Kühlgases (103) beinhaltet; ein Dichtungsölsensor (146), um eine Dichtungsölströmungsrate eines Dichtungsöls (124) zu erfassen, das durch mindestens eines der Dichtungssysteme (121) hindurch aus dem Gehäuse (102) zu einem entsprechenden Dichtungsbereich (123) bei einem Druck strömt, der einen Druck in dem Gehäuse (102) überschreitet; ein erster Temperatursensor (144), um eine Auslasstemperatur des Dichtungsöls (124) zu ermitteln, und ein zweiter Temperatursensor (145), um eine Einlasstemperatur des Dichtungsöls (124) zu ermitteln; ein Druckgefällesensor (148), um einen Dichtungsölfilterdifferenzdruck über ein Dichtungsölfilter (136) zu ermitteln; und ein Dichtungsfehlausrichtungsdetektor (172), der ein Warnsignal erzeugt, das ein Dichtungsausrichtungsproblem in Reaktion darauf kennzeichnet, dass: die Dichtungsölströmungsrate einen Dichtungsölströmungsratenschwellwert überschreitet; eine Differenz zwischen der Auslasstemperatur des Dichtungsöls (124) und der Einlasstemperatur des Dichtungsöls (124) den Dichtungsöltemperaturdifferenzschwellwert unterschreitet; und der Dichtungsölfilterdifferenzdruck einen Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert überschreitet.
System (100) nach Anspruch 8, zu dem außerdem gehören: ein Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckdregler (150), um einen Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruck zwischen dem Gehäuse (102) und jedem Dichtungsbereich (123) aufrecht zu erhalten; und ein Detektor (174), der erzeugt: ein erstes Warnsignal, das einen Systemfehler in Reaktion auf folgendes kennzeichnet: die Dichtungsölströmungsrate überschreitet den Dichtungsölströmungsratenschwellwert; die Differenz zwischen der Auslasstemperatur des Dichtungsöls (124) und der Einlasstemperatur des Dichtungsöls (124) unterschreitet den Dichtungsöltemperaturdifferenzschwellwert; der Dichtungsölfilterdifferenzdruck unterschreitet den Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert; und der Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruck überschreitet einen Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckschwellwert; und ein zweites Warnsignal, das einen Einbaufehler oder eine Wärmeausdehnung in Reaktion auf folgendes kennzeichnet: die Dichtungsölströmungsrate überschreitet den Dichtungsölströmungsratenschwellwert; die Differenz zwischen der Auslasstemperatur des Dichtungsöls (124) und der Einlasstemperatur des Dichtungsöls (124) unterschreitet den Dichtungsöltemperaturdifferenzschwellwert; der Dichtungsölfilterdifferenzdruck unterschreitet den Dichtungsölfilterdruckgefälleschwellwert; und der Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruck unterschreitet den Dichtungsöl-Gehäuse-Schild-Differenzdruckschwellwert.
(100) System nach Anspruch 8, wobei das Gehäuse (102) mehrere statische Dichtungen enthält, und wobei zu dem System außerdem gehören: eine Quelle (108) von Kühlgas, die mit dem Gehäuse (102) durch einen Kühlgasregler (110) strömungsmäßig verbunden ist, um dem Gehäuse (102) einen Strom des Kühlgases (103) zuzuführen, so dass in dem Gehäuse (102) ein im Wesentlichen konstanter Druck aufrecht erhalten wird; ein Sensor (140), um eine Reinheit des Kühlgases (103) in dem Gehäuse (102) zu ermitteln; und ein statischer Dichtungsleckstromdetektor (170), der ein Warnsignal erzeugt, das ein Leck in mindestens einer der mehreren statischen Dichtungen in Reaktion darauf kennzeichnet, dass: ein Anstieg einer Kühlgasströmungsrate in dem Kühlgasregler (110) im Vergleich zu einem Kühlgasströmungsratenschwellwert vorhanden ist; und ein Anstieg einer Gasgemischströmungsrate in dem Spülsystem (130) im Vergleich zu einem Gasgemischströmungsratenschwellwert vorhanden ist.