DE102015104874A1

DE102015104874A1 - Verfahren und System zur Detektion von Kühlmittelleckagen in Generatoren

Info

Publication number: DE102015104874A1
Application number: DE102015104874.4A
Authority: DE
Inventors: James Jun Xu; Jonathan James Grant; Marlowe Cameron Bjorklund; James Wilson Clark
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2015-10-15
Also published as: JP2015204744A; US9488629B2; CN104977138A; CH709515A2; US20150292975A1; CN104977138B

Abstract

Es ist ein System und Verfahren zur Detektion einer Gasleckage in einem Generator geschaffen. Das System beinhaltet eine Quelle eines nicht korrosiven Tracergases und ein Subsystem zum Einführen des nicht korrosiven Tracergases in den wasserstoffgekühlten Generator. Eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung ist dafür ausgelegt, zum Anzeigen eines Bilds von wenigstens einem Teil des wasserstoffgekühlten Generators und des nicht korrosiven Tracergases mit einer Benachrichtigungsvorrichtung zu kommunizieren. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung beinhaltet einen gekühlten Detektor und ein Filter mit einer spektralen Empfindlichkeit zwischen etwa 3 µm und etwa 5 µm. Der Detektor und/oder das Filter wird auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt. Die Gasleckage wird an der Benachrichtigungsvorrichtung angezeigt. Der Generator kann wasserstoffgekühlt und zugeschaltet oder netzgekoppelt sein.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft allgemein die Detektion von Leckagen und spezieller die während des Betriebs erfolgende Detektion von Kühlmittelleckagen in wasserstoffgekühlten Generatoren.
Großgeneratoren werden gewöhnlich mit einem Gas geringer Dichte gekühlt. Wasserstoff (H₂) wird aufgrund seiner erwünschten thermophysikalischen Eigenschaften, einschließlich geringer Ventillationsreibungsverluste, hoher Wärmeableitfähigkeit und hoher Beständigkeit gegen Koronaentladung gegenüber anderen Kühlgasoptionen häufig benutzt. Außerdem hat H₂ den Vorteil, dass es leicht zugänglich und kostengünstig ist.
Eine H_2-Leckage kann verhindern, dass der Generator effizient funktioniert, und kann in einigen Fällen zu Stromerzeugungsausfällen führen. Zu den möglichen H₂-Leckstellen um einen Generator gehören Flanschverbindungen am Ständergehäuse, einschließlich Hochspannungsdurchführungen, Dichtungsgehäuse und Rohrflansche. Leckagen können auch um die Anschlussstellen des Kühlers, Verschweißungen, Schraubenköpfe und am Lagerschild auftreten. Die Lagereinhäusung in den äußeren Lagerschilden, die Läuferanschlussdichtung, die Kommutatoranordnung sowie abgedichtete Messgerätkabeldurchführungen können ebenfalls leckanfällig sein. Andere luftdichte Übergänge und Schweißverbindungen sowie das Dichtungsölablasssystem, Gasleitungen und Wasserstoffschrank können Leckquellen sein. Wenn der Generator ein wassergekühlter Generator ist, können auch die flüssigkeitsgekühlten Ständerwicklungen eine Leckquelle sein.
H₂-Leckagen lassen sich nur schwierig feststellen, weil H₂ farblos, geruchlos und in seiner molekularen Struktur symmetrisch ist und sich aufgrund seiner niedrigen Dichte schnell zerstreut, wenn es in die Atmophäre austritt. Die technischen Herausforderungen bei der Überwachung und Detektion einer potenziellen H₂-Leckage liegen in der Identifizierung der genauen Stelle einer H₂-Leckage in einem Turbinengenerator, speziell in unzugänglichen und räumlich beengten Bereichen. Im typischen Fall ist eine Wasserstoffleckage angezeigt, wenn der Generator mehr Wasserstoff als gewöhnlich zu verbrauchen beginnt. In dieser Situation wissen die Bediener, dass eine Leckage vorhanden ist, die Lage des Lecks ist aber unbekannt.
Konventionelle Verfahren zur Leckagedetektion in Turbinengeneratoren erfordern, dass der vom Netz abgekoppelte oder abgeschaltete Turbinengenerator mit Luft gespült und danach wieder auf den normalen Betriebsdruck gebracht wird. Dann werden eine lange Liste von zu untersuchenden Bereichen und ein schrittweises Ausschlussverfahren verwendet. Jeder Zyklus der Prüfung erfordert eine wenigstens 24 Stunden dauernde Überwachung. Wenn die Leckage höher als empfohlen ist, werden verschiedene Leckagedetektionsverfahren verwendet.
Zum Beispiel kann unter Verwendung von Seifenlauge oder einer ähnlichen Detergenzienlösung, die auf alle zugänglichen Bereiche möglicher Leckagen aufgetragen wird, eine Seifenblasen-Dichtheitsprüfung durchgeführt werden. Ein weiterer Ansatz ist die Verwendung eines Halogen-Leckagedetektors, der zur Detektion von Leckagen in einem druckbeaufschlagten System konzipiert ist, in dem Halogenverbindungsgase (wie etwa Freon 12) als Tracergas verwendet werden, um nach Leckagen zu suchen. Das Äußere des Systems wird dann mit einer gegenüber Spuren des halogenhaltigen Gases empfindlichen Schnüffelsonde abgetastet. Das Prinzip basiert auf der verstärkten Ausschüttung positiver Ionen (K oder Na) aufgrund einer plötzlichen Anwesenheit einer Halidzusammensetzung.
Alle konventionellen Verfahren der Leckagedetektion erfordern, dass der Detektor in enger Nähe zur Quelle des Lecks angeordnet ist, und ihre Ausführung nimmt beträchtliche Zeit in Anspruch. Die meisten der konventionellen Verfahren verwenden die „Schnüffel“-Technologie und -Sonden für engen oder nahen Kontakt. Diese Verfahren sind mühevoll zeitraubend und erfassen in einigen Fällen die Gasleckagen nicht, wenn sie an einem inneren Dichtungsriss auftraten. Wenn das unzugängliche H₂-Dichtungssystem oder der enge Raum die Quelle einer möglichen Leckage ist, werden möglicherweise beträchtliche Anstrengungen zur Demontage des Turbinengenerators benötigt, was gewöhnlich zu einer Verzögerung des Zeitplans um mehrere weitere Tage führt. Wenn ein Turbinengenerator zwangsweise abgeschaltet werden musste, haben Elektrizitätserzeuger schon Werte von annähernd einer Million Dollar an Betriebsertragsverlusten pro Tag gemeldet.
In der Stromverteilungsindustrie werden zur Detektion von Leckagen von Schwefelhexafluorid (SF₆) aus Hochspannungsschaltanlagen und -transformatoren Langwellen-Gasdetektionskameras (mit Detektoransprechempfindlichkeit von 10–11 µm) verwendet. Es wurde auch schon vorgeschlagen, SF₆ als Tracergas bei der Suche von H₂-Leckagen in Kraftwerksgeneratoren in Verbindung mit Rückstreuungs-/Absorptionstechnologie zu verwenden. Der Rückstreuungs-/Absorptions-Leckagedetektionsprozess verwendet einen aktiven Abtast-Laser zum Bereitstellen einer gerichteten Energiequelle zur Bestrahlung eines Zielbereichs. Der Laserstrahl wird zu der auf ein spezifisches Frequenzband abgestimmten Quellenkamera zurück reflektiert. SF₆ hat eine hohe Neigung zur Absorption dieser Energiefrequenz und zum Erscheinen als dunkle Wolke auf dem Kamerabildschirm. Der Kamerabildschirm stellt anhand der Größe und Dunkelheit der Tracergaswolke eine direkte Anzeige des Schweregrads der Leckage bereit.
Die hauptsächlichen mit der Verwendung von SF₆ als Tracergas verbundenen Probleme betreffen Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsbedenken und die mögliche Verschlechterung von Generatorisolierungssystemen und -befestigungsringen. SF₆ ist ein starkes und gefährliches Gas mit einer atmosphärischen Lebensdauer von 3200 Jahren. Die Freisetzung von SF₆ an die Umwelt nach der Detektion oder die verbleibenden Rückstände auf ppm-(Teile pro Million)-Niveau sind für Personal in den Detektionsbereichen umwelt-, gesundheits- und sicherheitsbezogene Bedenken. Außerdem kann SF₆ in Anwesenheit potenzieller Korona-Aktivitäten und Wärmebelastungen während des Turbinengeneratorbetriebs in schädliche Nebenprodukte zerfallen. Zu diesen Nebenprodukten zählen HF, SF₄, SO₂ und SO₂F₂, die giftige Gase sind. In Anwesenheit von Feuchtigkeit erzeugen die primären und sekundären Zerfallsprodukte von SF₆ korrosive Elektrolyten, die an einem H₂-gekühlten Generator Schäden und Betriebsausfall verursachen können. Zum Beispiel haben SF₆ und das Nebenprodukt bei seinem Zerfall bekannte korrosive Wirkungen auf das Material von Generatorfeldbefestigungsringen, dessen Hauptzusammensetzung nichtrostender 18Cr-18C-Stahl ist.
Bestehende Verfahren bieten keine von der Ferne stattfindende, empfindliche, genaue, sichere, schnelle, nicht korrosive oder während des Betriebs erfolgende Detektionsfähigkeit.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Offenbarung sieht ein Verfahren und System für eine ferne, empfindliche, genaue, sichere, schnelle und während des Betriebs erfolgende Detektion einer H₂-Leckage aus einem H₂-gekühlten Generator vor, die Gesundheits-, Umwelt- und Sicherheitsbedenken vermeidet sowie die Korrosion von Generatorbauteilen vermeidet. Das Verfahren und das System sehen die manuelle oder automatische Einführung eines Tracergases vor, so dass die Tracergaseinspritzung regelmäßig auf kontrollierte Weise unter Ausübung der geringsten Störung auf Gasdruck in einem netzgekoppelten Generator durchgeführt werden kann. Das Verfahren und das System sehen auch die Einführung von Tracergas ohne Leistungseinschränkung eines netzgekoppelten Generators und/oder die Einführung eines Tracergases in ein anderes Gasmedium als H₂, wie etwa Stickstoff oder Argon, im Inneren eines Generators vor, der sich in einem Leerlauf- oder Drehzustand befinden kann, aber schnell zugeschaltet werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein System zur Detektion einer Gasleckage in einem Generator, einem überdruckbetriebenen Generator oder einem wasserstoffgekühlten Generator geschaffen. Das System beinhaltet eine Quelle eines nicht korrosiven Tracergases und ein Subsystem zum Einführen des nicht korrosiven Tracergases in den wasserstoffgekühlten Generator. Eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung ist dafür ausgelegt, zum Anzeigen eines Bilds von wenigstens einem Teil des wasserstoffgekühlten Generators und des nicht korrosiven Tracergases mit einer Benachrichtigungsvorrichtung zu kommunizieren. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung beinhaltet einen gekühlten Detektor und ein Filter mit einer spektralen Empfindlichkeit zwischen etwa 3 µm und etwa 5 µm. Der Detektor und/oder das Filter wird auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt. Die Gasleckage wird an der Benachrichtigungsvorrichtung angezeigt. Der Generator kann zugeschaltet, netzgekoppelt oder im Drehbetrieb sein.
Speziell kann der Generator ein wasserstoffgekühlter Generator sein, der zugeschaltet oder netzgekoppelt ist.
Ferner kann das nicht korrosive Tracergas Kohlendioxid (CO₂) sein.
In dem System eines beliebigen oben erwähnten Typs kann die spektrale Empfindlichkeit des Filters zwischen etwa 4,2 µm und etwa 4,5 µm liegen.
Außerdem oder alternativ kann der Detektor auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt werden.
Außerdem oder alternativ kann das Filter gekühlt werden.
Das System eines beliebigen oben erwähnten Typs kann ferner einen beweglichen Wagen aufweisen, der gestaltet ist, um das Bewegen der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung und der Benachrichtigungsvorrichtung um den Generator zu ermöglichen.
In einem weiteren Aspekt beinhaltet ein Verfahren zur Detektion einer Gasleckage in einem Generator, einem überdruckbetriebenen Generator oder einem wasserstoffgekühlten Generator den Schritt des Anordnens einer Infrarot-Bildgebungsvorrichtung, die einen gekühlten Detektor mit einem Filter aufweist, das eine spektrale Empfindlichkeit von etwa 3 μm bis etwa 5 μm hat, mit einem Sichtfeld, das wenigstens einen Teil des Generators umfasst. Ein Einführungsschritt führt ein Tracergas in den Generator ein. Der Generator ist zugeschaltet und das Tracergas hat ein Absorptionsspektrum zwischen etwa 3 μm und etwa 5 μm. Ein Filterschritt filtert von der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung empfangene Strahlung in dem Absorptionsspektrum des Tracergases. Ein Anzeigeschritt zeigt eine Benachrichtung an einer Benachrichtigungsvorrichtung an, und die Gasleckage wird durch die Benachrichtigung an der Benachrichtigungsvorrichtung angezeigt. Der Generator kann zugeschaltet, netzgekoppelt oder im Drehbetrieb sein.
Der Anordnungsschritt kann das Verwenden eines beweglichen Wagens beinhalten, der die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung und/oder die Benachrichtigungsvorrichtung enthält, um die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung oder die Benachrichtigungsvorrichtung um den Generator zu positionieren.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Generator ein wasserstoffgekühlter Generator, wobei der Schritt des Einführens des Tracergases das Entfernen von einem Teil des Wasserstoffs zum Senken des Drucks in dem Generator um etwa 2 psi auf etwa 10 psi aufweist.
Außerdem kann der Schritt des Einführens des Tracergases das Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator, bis der Druck in dem Generator um etwa 2 psi auf etwa 10 psi steigt, aufweisen.
Bei dem Verfahren eines beliebigen oben erwähnten Typs kann der Generator ein wasserstoffgekühlter Generator sein, wobei das Verfahren ferner das Regeln eines Einspritzstroms des nicht korrosiven Tracergases auf Basis einer Rückmedlunge über einen Gasdruck, eine H₂-Reinheit und einen Durchfluss eines H₂-Ausspülrohres aufweist, wobei ein automatisches Tracergas-Steuersystem die allmähliche Verringerung der H₂-Reinheit anstrebt, während der Gasdruck im Inneren des Generators im Wesentlichen stabil gehalten wird, und der Gasdruckwechsel innerhalb von etwa 5% eines Gasdruckausgangswertes liegt.
Außerdem kann der Schritt des Einführens des Tracergases ferner das Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator aufweisen, wobei der Generator ein Kühlgasmedium aus Argon oder Stickstoff hat, während der Generator im Drehbetrieb oder zugeschaltet ist.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Generator ein wasserstoffgekühlter Generator und der Schritt des Einführens des Tracergases weist das Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator auf, bis die Wasserstoffreinheit im Inneren des Generators etwa 90% bis etwa 95% beträgt.
Bei dem Verfahren eines beliebigen oben erwähnten Typs kann der Schritt des Einführens des Tracergases das Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator, Überwachen des Gewichts des verwendeten Kohlendioxids und Beenden der Einspritzung von Kohlendioxid, wenn ein vorbestimmtes Gewicht erreicht worden ist, aufweisen.
Außerdem oder alternativ kann der Filterschritt das Filtern der Strahlung mit einem Filter beinhalten, das eine spektrale Empfindlichkeit zwischen etwa 4,2 μm und etwa 4,5 μm hat.
Weiter zusätzlich oder alternativ kann der Anzeigeschritt das Anzeigen einer sich bewegenden Wolke an der Benachrichtigungsvorrichtung beinhalten, wenn eine Leckage festgestellt wird.
Bei dem Verfahren des zuletzt erwähnten Typs kann der Anzeigeschritt ferner aufweisen: Vergleichen von einem oder mehreren früheren Videoeinzelbildern mit einem aktuellen Videoeinzelbild; Identifizieren eines vorbestimmten Unterschieds zwischen dem einen oder den mehreren früheren Videoeinzelbildern und dem aktuellen Videoeinzelbild; Zuordnen einer Vordergrundfarbe zu Pixeln, die den vorbestimmten Unterschied haben, wobei die Vordergrundfarbe einen großen Kontrast zu den anderen Pixeln in einer Anzeige der Benachrichtigungsvorrichtung hat; und Anzeigen der Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige, mit dem aktuellen Videoeinzelbild überlagert.
Außerdem oder alternativ kann der Anzeigeschritt ferner aufweisen: Vergleichen von einem oder mehreren früheren Videoeinzelbildern mit einem aktuellen Videoeinzelbild; Identifizieren eines vorbestimmten Unterschieds zwischen dem einen oder den mehreren früheren Videoeinzelbildern und dem aktuellen Videoeinzelbild; Zuordnen einer Vordergrundfarbe zu einem Rahmen, der die Pixel umgibt, die den vorbestimmten Unterschied haben, wobei die Vordergrundfarbe einen großen Kontrast zu den anderen Pixeln in der Anzeige hat; und Anzeigen des Rahmens um die Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, herum in der Vordergrundfarbe auf einer Anzeige der Benachrichtigungsvorrichtung, wobei der Rahmen mit dem aktuellen Videoeinzelbild überlagert wird.
Bei dem Verfahren eines beliebigen oben erwähnten Typs kann der Anzeigeschritt ferner aufweisen: Vergleichen von einem oder mehreren Videoeinzelbildern mit einem benachbarten Videoeinzelbild; Identifizieren eines vorbestimmten Unterschieds zwischen dem einen oder den mehreren Videoeinzelbildern und dem benachbarten Videoeinzelbild; Zuordnen einer Vordergrundfarbe zu Pixeln, die den vorbestimmten Unterschied haben, und/oder einer Vordergrundfarbe zu einem Rahmen, der die Pixel umgibt, die den vorbestimmten Unterschied haben, wobei die Vordergrundfarbe einen großen Kontrast zu anderen Pixeln in der Anzeige hat; und Anzeigen der Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf einer Anzeige der Benachrichtigungsvorrichtung und/oder des Rahmens um die Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, herum in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige mit dem aktuellen Videoeinzelbild überlagert.
In noch einem weiteren Aspekt ist ein System zur Detektion einer Gasleckage in einer Maschine geschaffen. Das System beinhaltet eine Quelle eines nicht korrosiven Tracergases und ein Subsystem zum Einführen des nicht korrosiven Tracergases in die Maschine. Eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung ist dafür ausgelegt, zum Anzeigen eines Bilds von wenigstens einem Teil der Maschine und des nicht korrosiven Tracergases mit einer Benachrichtigungsvorrichtung zu kommunizieren. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung beinhaltet einen gekühlten Detektor und ein Filter mit einer spektralen Empfindlichkeit zwischen etwa 3 µm und etwa 5 µm. Der Detektor und/oder das Filter wird auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt. Die Gasleckage wird an der Benachrichtigungsvorrichtung angezeigt.
Die Maschine kann ein Generator, ein überdruckbetriebener Generator, ein wasserstoffgekühlter Generator, ein luftgekühlter Generator, eine Turbine, eine Dampfturbine, eine Gasturbine, ein Motor oder ein Verdichter sein.
Des Weiteren kann die Maschine zugeschaltet, netzgekoppelt oder im Drehbetrieb sein.
Das nicht korrosive Tracergas kann Kohlendioxid (CO₂) sein.
In einem beliebigen System des zuletzt erwähnten Aspekts kann die spektrale Empfindlichkeit des Filters zwischen etwa 4,2 μm und etwa 4,5 μm betragen.
Außerdem oder alternativ kann der Detektor auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt werden.
Ferner kann das Filter gekühlt werden.
Ein beliebiges System des zuletzt erwähnten Aspekts kann ferner einen bewegbaren Wagen aufweisen, der gestaltet ist, um das Bewegen der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung und der Benachrichtigungsvorrichtung um die Maschine herum zu ermöglichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den Begleitzeichnungen offensichtlich, die die Grundsätze gewisser Aspekte der Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
1 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines Leckagedetektionssystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm des Absorptionsspektrums von CO₂.
3 ist ein Diagramm des Absorptionsspektrums von Propan.
4 ist ein Diagramm des Absorptionsspektrums von n-Butan.
5 veranschaulicht die Intensität des Infrarotsignals verschiedener Gase bei verschiedenen Wellenlängen.
6 veranschaulicht eine perspektivische Teilansicht des Systems zur Detektion einer Gasleckage in einem wasserstoffgekühlten Generator gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
7 veranschaulicht eine Screenshot-Aufnahme von der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung und der Anzeige während der Leckagedetektion gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
8 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Detektion einer Gasleckage in einem wasserstoffgekühlten Generator gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
9 veranschaulicht ein Flussdiagramm des Anzeigeschritts gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
10 veranschaulicht eine schematische Darstellung der Anzeige, die zum Anzeigen eines während der Leckagedetektion verwendeten Bilds verwendet wird, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
11 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines automatischen Tracergaseinspritzsystems, das an einer vorhandenen CO₂-Spülrohrleitung in einem Gasverteiler eines Generators montiert ist, die sich unter dem Turbinendeck befinden kann.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte der vorliegenden offenbarung beinhalten ein System zur Detektion einer Gasleckage in einem Generator durch die Einführung eines umweltverträglichen und nicht korrosiven Tracergases in einen netzgekoppelten Generator. Eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung, die zum Anzeigen eines Bilds des entweichenden Tracergases ausgeführt ist, ist vorgesehen.
1 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines Systems 10 zur Detektion einer Gasleckage zur Verwendung mit einem mit Wasserstoff (H₂) gekühlten Generator 15. Der Generator 15 kann auch ein beliebiger Generator, einschließlich unter anderem ein überdruckbetriebener Generator, ein überdruckbetriebener gasgekühlter Generator oder ein überdruckbetriebener luftgekühlter Generator, sein. Das Leckagedetektionssystem 10 beinhaltet eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20, die große oder kleine Teile des H₂-gekühlten Generators 15 abtasten kann. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung kann mit Germanium oder anderen infrarotdurchlässigen Glasmaterialien hergestellte Linsen beinhalten. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 kann eine tragbare, handgehaltene Mittelwellen-Infrarot-Kamera mit einem Detektor 24 sein, der eine Empfindlichkeit von etwa 3 μm bis etwa 5 μm hat und durch die Verwendung eines Filters 25 spektral auf etwa 4,2 μm bis etwa 4,5 μm weiter angepasst werden kann. Das Filter 25 beschränkt die Wellenlängen der Strahlung, die zum Detektor 24 durchgelassen wird, auf ein sehr schmales, Passbband genanntes Band. Diese Methode wird spektrale Anpassung genannt. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 wird dadurch gegenüber Gasen, die als Tracergase verwendet werden können, am empfindlichsten gemacht. In anderen Aspekten der Erfindung können ein oder mehrere Filter 25 in Reihe verwendet werden, wobei z.B. ein erstes Filter mit einer spektralen Empfindlichkeit von 3 μm bis 5 μm mit einem zweiten Filter, das eine spektrale Empfindlichkeit von 4,2 μm bis 4,5 μm hat, in Reihe nacheinander angeordnet werden kann.
Das Leckagedetektionssystem 10 kann ein Subsystem zum Einführen eines Tracergases 29 beinhalten, einschließlich einer Quelle von Tracergas 30, die durch eine Leitung 31 und ein Steuerventil 35 mit dem H₂-gekühlten Turbinengenerator 15 gekoppelt ist. Ein automatisches Tracergaseinspritzsystem (nicht gezeigt) kann einen Algorithmus beinhalten und an einem Turbinendeck-Leitstand überwacht werden, wenn die automatische Tracergaseinspritzung für großvolumige Turbogeneratoren verwendet wird. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 kann eine äußere Linse 39 beinhalten, die der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 ein Sichtfeld 40 verleiht, das einen Teil des H₂-gekühlten Turbinengenerators 15 umfasst. Zum Beispiel kann die Linse eine feste Brennweite von etwa 14 mm bis etwa 60 mm oder mehr haben. Die Linse 39 kann auch eine multifokale Linse mit einer Reihe von Brennweiten (z.B. ein Zoom-Objektiv) haben. Im Allgemeinen werden die meisten Anwendungen innerhalb von Gebäuden sein, so dass möglicherweise ein breiteres Sichtfeld (geringere numerische Brennweite, wie etwa 25 mm oder 12,5 mm) bevorzugt wird. Ein schmäleres Sichtfeld (höhere numerische Brennweite wie etwa 50 mm oder 100 mm) kann in einigen Anwendungen zur genauen Leckbestimmung vorteilhaft sein. Wenn es an dem H₂-gekühlten Generator 15 eine Leckstelle 45 gibt, erzeugt das austretende Gas eine aus der Leckstelle 45 ausströmende Leckgaswolke 50. Desgleichen erzeugt, wenn es an dem H₂-gekühlten Turbinengenerator 15 eine Leckstelle 55 gibt, das austretende Gas eine aus der Leckstelle 55 ausströmende Leckgaswolke 60. Die Leckgaswolke 50 und die Leckgaswolke 60 enthalten Tracergas, das von der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 detektiert werden kann.
Im Betrieb zeigt die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 ein Bild der austretenden Gaswolke 50, indem es das Tracergas in der Leckgaswolke 50 opak (oder sichtbar) werden lässt. Bei vielen Gasen hängt die Fähigkeit zur Absorption von Infrarotstrahlung von der Wellenlänge der Strahlung und dem Temperaturunterschied zwischen austretenden Tracergasen und der Umgebung ab. Das heißt, ihr Durchlässigkeitsgrad variiert mit der Wellenlänge und die Detektionsempfindlichkeit mit der Temperaturdifferenz. Es kann Infrarotwellenlängen geben, bei denen sie aufgrund von Absorption im Wesentlichen opak sind. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 ist dafür ausgeführt, um die absorbierenden und emittierenden Eigenschaften von Tracergasen zu visualisieren, was dem Benutzer die Fähigkeit zur Unterscheidung des Tracergases von seiner Hostumgebung gewährt. Das Filter ist dafür ausgelegt, in einem infraroten Spektrum durchzulassen, das wellenlängenmäßig mit Vibrations-/Rotationsenergieübergängen und Emission der Molekülbindungen des Tracergases zusammenfällt. Diese Übergänge und Emissionen sind gewöhnlich über Dipolmomentänderungen im Molekül stark mit dem Feld gekoppelt und sind vielen Typen von Gasen und Dämpfen gemeinsam. Der Detektor 24 der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 kann in einer integrierten Kühler-Detektor-Anordnung (IDCA) auf etwa –80°C bis etwa –200°C gekühlt werden, um die Empfindlichkeit der Fernbildgebung von Tracergasen zu erhöhen. Die Wärmeempfindlichkeit ist gewöhnlich kleiner als 20 mK und mehr, bevorzugt kleiner als 14 mK. Das Filter 25 kann an der äußeren Lense 39 oder hinter der äußeren Linse 39 oder für höhere Empfindlichkeit im Inneren der IDCA-Anordnung angebracht sein. Die Vorrichtung kann unter Verwendung von Absorptions-, Reflexions- oder Streuungs- oder Emissionsmodi mit dem größtmöglichen Kontrast kalibriert und eingestellt werden, so dass der Druck, der Durchsatz und das Temperaturgefälle von austretendem Tracergas aus unterschiedlichen Detektionsabständen genau identifiziert werden kann.
Wenn die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 auf einen H₂-gekühlten Generator 15 ohne Gasleckage gerichtet wird, emittieren und reflektieren Objekte im Sichtfeld Infrarotstrahlung durch das Filter 25 der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20. Das Filter 25 lässt nur gewisse Wellenlängen der Strahlung zum Detektor 24 durch, und aus diesen erzeugt die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 ein unkompensiertes Bild der Gas-Strahlungsintensität. Wenn es innerhalb des Sichtfelds 40 der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 eine Leckage gibt, wie etwa an der Leckstelle 45, wird an dem Leckageort eine Wolke (oder Fahne) 50 von austretendem Gas erzeugt, und diese kann sich zwischen dem H₂-gekühlten Turbinengenerator 15 und der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 zerstreuen. Die Gaswolke 50 enthält Tracergas, das Strahlung in dem Bandpassbereich des Filters 25 absorbiert und emittiert, und folglich wird die Menge der durch die Wolke hindurchgehenden und zum Detektor 24 zurückkehrenden Hintergrundstrahlung reduziert, wodurch die Tracergaswolke durch die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 sichtbar gemacht wird. Wenn sich ein Leck außerhalb des Sichtfelds 40 der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 befindet, wie etwa an der Leckstelle 55, würden die Teile der Leckgaswolke 60 doch noch von der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 detektiert werden. Falls erwünscht, kann der entsprechende H₂-Pegel geschätzt werden.
Das Tracergas und seine Zerfallsprodukte, falls es welche gibt, sollten hinsichtlich der Toxizität umweltverträglich sein. Das Tracergas ist vorzugsweise nicht korrosiv. Außerdem sollte das Tracergas weder Schäden an Generatorisolierungssystemen noch Korrosionsschäden an Stahlbefestigungsringen und Lüfterflügeln verursachen. Zu Tracergasen können Kohlenwasserstoffgase, wie z.B. Butan, Ethan, Heptan, Propan und dergleichen, zählen. Vorzugsweise kann das Tracergas Kohlendioxid (CO₂) sein, das für unbegrenzte Mischungsgrenzen sowohl mit Luft als auch mit Wasserstoff hat. Außerdem ist CO₂ am Standort gewöhnlich bereits vorhanden, da es eines von jenen Zwischengasen ist, die in Generatoren von Elektrizitätswerkgröße bei den normalen Spülvorgängen bei Anfahren und Abschaltung verwendet werden. Die Hintergrundabsorption des CO₂-Gehalts der Atmosphäre (400 ppm) kann eliminiert werden, wenn CO₂ als das Tracergas in Konzentrationen von mehr als 400 ppm verwendet wird.
In den 2, 3 und 4 sind die Absorptionsspektren von CO_2, Propan bzw. n-Butan veranschaulicht. Wie aus den Diagrammen ersichtlich ist, haben CO_2, Propan und n-Butan eine maximale Absorptionsspitze nahe 4 μm, die mit einer Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 20 detektiert werden kann. 5 veranschaulicht die Infrarotsignalintensität verschiedener Gase bei verschiedenen Wellenlängen. Im Wellenlängenbereich von 2,5 μm bis weniger als 3 μm und 5 μm bis 8 μm haben Wasser-(H₂O)-moleküle ein starkes Infrarotsignal. Die Infrarotsignalintensität von Kohlenwasserstoffen ist über den Wellenlängenbereich von 3 μm bis 5 μm ziemlich linear, ausgenommen einer Spitze bei etwa 4,2 μm bis etwa 4,5 μm. Grund für diese Spitze bei 4,2 μm bis 4,5 μm ist Kohlendioxid (CO₂). Das bedeutet, dass CO₂ sich in diesem relativ schmalen Infrarotband (optisch) leicht von der Hintergrundstrahlung unterscheiden lässt, solange der Detektor auf dieses Wellenlängenband abgestimmt ist. Die Schwierigkeit entsteht insofern, als die meisten Detektoren Infrarotsignale in diesem Band aufgrund von überwältigendem Hintergrundrauschen nicht detektieren oder unterscheiden können. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist aber ein gekühlter Infrarotdetektor oder eine gekühlte Bildgebungsvorrichtung mit einem Filter von 3 μm bis 5 μm oder 4,2 μm bis 4,5 μm in der Lage, Kohlendioxid nachzuweisen. Der Aspekt des gekühlten Detektors reduziert Photonenrauschen, das andere Detektoren gewöhnlich plagt, und das Bandpassfilter eliminiert durch Fokussierung auf das kontraststarke (oder intensitätsstarke) Kohlendioxidsignal Rauschen von anderen häufig anwesenden Gasen oder Molekülen.
6 veranschaulicht eine perspektivische Teilansicht des Systems 600 zur Detektion einer Gasleckage in einem wasserstoffgekühlten Generator. Das System 600 beinhaltet einen beweglichen Wagen 610, der gestaltet ist, um das Bewegen der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 und einer Benachrichtigungsvorrichtung (oder Anzeige) 630 um den wasserstoffgekühlten Generator 15 zu ermöglichen. Der Wagen 610 hat ein Unterteil 611 mit mehreren Rädern 612. Die Räder 612 können Lenkrollen mit einer Einzel-, Doppel- oder Verbund-Rollenkonfiguration sein. Die Räder 612 sind an dem Unterteil 611 angebracht, damit der Wagen 610 leicht bewegt werden kann. Die Räder 612 können aus Gummi, Plastik, Nylon, Aluminium oder nichtrostendem Stahl oder Kombinationen davon bestehen. Ein Gelenkarm 615 ist mit dem Wagen verbunden und die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung kann an dem Arm 615 angebracht sein. Der Arm 615 ermöglicht die Bewegung der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung in verschiedene Stellungen und erleichtert die Zielausrichtung der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620. Ein Tragarm 617 ermöglicht die Höhen- und Positionseinstellung der Arbeitsplattform 613. Die Plattform kann als Auflage für die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 und die Anzeige 630 fungieren.
Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 wurde bereits beschrieben und ist ein gekühlter bildgebender Infrarotdetektor, wie etwa eine IDCA-Kamera, und kann auf der Plattform 613 oder dem ausziehbaren und/oder flexiblen Arm 615 montiert sein. Die Bildgebungsvorrichtung 620 kann auch von der Plattform 613 oder dem Arm 615 abgenommen und von einem Bediener oder Techniker unabhängig um den Generator bewegt werden. Die Bildgebungsvorrichtung 620 kann durch eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung mit der Benachrichtigungsvorrichtung 630 verbunden sein. Eine drahtgebundene Verbindung kann eine USB-Verbindung, serielle oder parallele Verbinder/Kabel, Videokabel oder eine beliebige andere geeignete drahtgebundene Verbindung sein. Eine drahtlose Verbindung kann ein(e) Bluetooth-, WiFi-, Hochfrequenz- oder ein(e) beliebige(s) andere(s) geeignete(s) drahtlose(s) Kommunikationssystem/Schnittstelle sein. Die Benachrichtigungsvorrichtung 630 kann die Form eines digitalen Spezial- oder Universalrechners haben, wie etwa eines Personalcomputers (PC; IBM-kompatibel, Apple-kompatibel, Android oder sonstiger), Laptops, Netbooks, Tablets, Smartphones, Arbeitsplatzrechners, Minicomputers oder einer beliebigen anderen geeigneten Rechner- und Anzeigevorrichtung. Die Benachrichtigungsvorrichtung 630 empfängt Bilddaten von der Bildgebungsvorrichtung 620 und zeigt das Ergebnis in Echtzeit oder fast in Echtzeit auf einer Anzeige an. Die Plattform 616 kann eine Batterie oder Batteriebank 640 beinhalten, die zur Verwendung in einer Umgebung gemäß Class 1, Division, zur Versorgung der Benachrichtungsvorrichtung 630 und der Kamera 620 mit Strom zertifiziert sein kann. Die Batteriepbank 640 kann am Unterteil 611 untergebracht sein, oder sie kann in die Plattform 613 eingebaut sein, so dass sie unter der Benachrichtigungsvorrichtung 630 sitzt. Das System 600 ist somit ein eigenständiges und netzunabhängiges fahrbares System, das leicht um den Generator 15 herum bewegt und zur Abbildung spezifischer Regionen von Interesse positioniert werden kann.
Die Benachrichtigungsvorrichtung 630 kann auch eine Warnung oder Benachrichtigung anzeigen, dass eine mögliche Leckage detektiert wurde. An der Benachrichtigungsvorrichtung 630 kann eine wahlweise Textmeldung 730 oder Anzeige angezeigt werden. Zum Beispiel könnte Text 730 blinkend angezeigt werden oder in einer stärker kontrastierenden Farbe angezeigt werden. Die stärker kontrastierende Farbe könnte weiß auf einer Graustufenanzeige oder rot auf einer Farbanzeige oder eine beliebige andere geeignete stark konstrastierende Farbe sein, die die Erkennung fördert. Von einem der Benachrichtigungsvorrichtung 630 zugeordneten Lautsprecher kann ein akustisches Signal (z.B. ein Piepton oder ein Heulton) ausgegeben werden. Auf der Anzeige der Benachrichtigungsvorrichtung könnte um die potenzielle Leckagewolke 720 herum ein Rahmen 740 gezogen werden. Ein Fax könnte an eine Faxmaschine gesendet werden und die Detektion der Leckage anzeigen. Eine Textmeldung (oder Bild oder Video oder Alarm) könnte an ein Smartphone, ein Tablet oder einen Computer gesendet werden und auf die Leckagedetektion hinweisen. Es könnte auch ein Signal an einen fernen oder lokalen Überwachungsstandort gesendet werden um anzuzeigen, dass eine Leckage detektiert wurde.
7 veranschaulicht eine Screenshot-Aufnahme von der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 und der Anzeige der Benachrichtungsvorrichtung 630 während einer Leckagedetektion. Gezeigt wird ein Teil des Generators 15, und das obere Ende der Tür 710 des H₂-Schranks ist im Sichtfeld der Kamera 620. Es ist eine dunkle Wolke 720 zu sehen, die an einer Ecke der Tür 710 ausströmt. Die Leckage beginnt an einem Punkt 722 und die Gaswolke 720 bläst oder treibt nach links (wie gezeigt). In diesem Beispiel ist der H₂-gekühlte Generator 15 in Betrieb und/oder erzeugt Strom (oder ist zugeschaltet (on-line)). Das CO₂-Tracergas (das nicht korrosiv ist) entweicht aus einem Leck irgendwo im H₂-Schrank. Die Gaswolke 722 ist für das bloße Auge unsichtbar, wird aber auf der Anzeige oder Benachrichtigungsvorrichtung 630 durch die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 und die entsprechenden Filter (z.B. ein optisches Bandpassfilter für 3 μm bis 5 μm oder 4,2 μm bis 4,5 μm) sichtbar gemacht. Im Beispiel von 7 wurde ein optisches Bandpassfilter für 3 μm bis 5 μm verwendet. 7 zeigt eine statische Fotografie (oder Bildschirmaufnahme), aber selbst in einem Standbild ist es klar, dass in dem Bild etwas beunruhigt, weil die dunkle Gaswolke 720 in einem leckfreien Generator 15 nicht vorhanden sein sollte. Die Kamera 620 und die Anzeige 630 können auch zum Anzeigen von Videobildern verwendet werden, und bei einer Videoanzeige ist auf der Anzeige der Benachrichtigungsvorrichtung 630 zu sehen, dass sich die Gaswolke 720 physisch bewegt. Die relative Bewegung zwischen der sich bewegenden Gaswolke 720 und den statischen (oder sich nicht bewegenden) Generatorteilen macht es einer Person sehr leicht festzustellen, dass eine Leckage stattfindet und wo die Leckage anfängt. In diesem Beispiel kann die Tür des H₂-Schranks geöffnet werden, und ein weiterer Scan kann stattfinden, um die genaue Leckstelle genau festzulegen.
8 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800 zur Detektion einer Gasleckage in einem wasserstoffgekühlten Generator 15 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 800 beinhaltet die Schritte des Anordnens 810 einer Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620, die einen gekühlten Detektor mit einem Filter aufweist, das eine spektrale Empfindlichkeit zwischen etwa 3 μm und etwa 5 μm hat, mit einem Sichtfeld, das wenigstens einen Teil des Generators 15 umfasst. Der Anordnungsschritt 810 kann auch die Verwendung eines beweglichen Wagens 610 beinhalten, der die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 oder die Benachrichtigungsvorrichtung 630 oder beide enthält, um die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 oder die Benachrichtigungsvorrichtung 630 um den Generator 15 herum zu positionieren.
Ein Einführungsschritt 820 führt ein Tracergas in den Generator 15 ein. Der Generator ist zugeschaltet (online), und das Tracergas hat ein Absorptionsspektrum zwischen etwa 3 μm und etwa 5 μm. Der Einführungsschritt 820 kann auch das Entfernen von einem Teil des Wasserstoffs zum Senken des Drucks in dem Generator um etwa 2 psi auf etwa 10 psi und/oder zum Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator, bis der Druck in dem Generator um etwa 2 psi auf etwa 10 psi steigt, beinhalten. Der Einführungsschritt kann das Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator, bis die Wasserstoffreinheit innerhalb des Generators etwa 90% bis etwa 95% beträgt, oder das Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator, Überwachen des Gewichts des verwendeten Kohlendioxids und Beenden der Einspritzung von Kohlendioxid beinhalten, wenn ein vorbestimmtes Gewicht von CO₂ erreicht worden ist.
Ein Filterschritt 830 filtert von der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 empfangene Strahlung im Absorptionsspektrum des Tracergases. Der Filterschritt 830 kann das Filtern der Strahlung mit einem Filter beinhalten, das eine spektrale Empfindlichkeit zwischen etwa 4,2 μm und etwa 4,5 μm hat. Das Verfahren 800 kann auch das Kühlen des Detektors und/oder des Filters auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C beinhalten, um die Empfindlichkeit gegenüber dem Tracergas zu erhöhen und Rauschen durch andere Bestandteile der Atmosphäre zu verringern.
Ein Anzeigeschritt 840 zeigt ein Bild des Teils des Generators 15 von der Infrarot-Bildgebungsvorrichtung 620 auf einer Anzeige der Benachrichtigungsvorrichtung 630 an. Die Gasleckage wird auf der Anzeige von einer Wolke 720 von aus dem Generator 15 austretendem Tracergas angezeigt. Der Anzeigeschritt 840 kann auch das Anzeigen einer sich bewegenden Wolke auf der Anzeige beinhalten, wenn eine Leckage detektiert wird. Ein Videosignal kann zum Anzeigen eines Videobilds verwendet werden, das in Echtzeit oder fast in Echtzeit angezeigt wird.
8 veranschaulicht ein Flussdiagramm wahlweiser Schritte zur Verwendung mit dem Anzeigeschritt 840 von 7. Der Anzeigeschritt 840 kann ferner einen Vergleichsschritt 910 beinhalten, der ein oder mehrere frühere Videoeinzelbilder mit einem aktuellen Videoeinzelbild vergleicht. Ein Identifizierungsschritt 920 identifiziert einen vorbestimmten Unterschied zwischen dem einen oder den mehreren früheren Videoeinzelbildern und dem aktuellen Videoeinzelbild. Ein Zuordnungsschritt 930 ordnet Pixeln, die den vorbestimmten Unterschied haben, eine Vordergrundfarbe zu, und die Vordergrundfarbe hat einen großen Kontrast zu den anderen Pixeln in der Anzeige. Wenn zum Beispiel das Hauptfarbschema des Bilds Graufstufen (oder Schwarz-Weiß) ist, dann kann die Vordergrundfarbe rot sein, was einen großen Kontrast ergeben würde und die sich bewegenden roten Pixel vor einem Graustufenhintergrund leicht sichtbar machen würde. Zum Anzeigen der Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige, mit dem aktuellen Videoeinzelbild überlagert, wird ein Anzeigeschritt 940 verwendet. So ist es für einen Benutzer (oder Techniker) einfacher festzustellen, ob eine Leckage stattfindet und wo die Leckage stattfindet.
Alternativ kann der Anzeigeschritt 840 einen Vergleichsschritt, der ein oder mehrere frühere Videoeinzelbilder mit einem aktuellen Videoeinzelbild vergleicht, und einen Identifizierungsschritt beinhalten, der einen vorbestimmten Unterschied zwischen dem einen oder den mehreren früheren Videoeinzelbildern und dem aktuellen Videoeinzelbild identifiziert. Ein Zuordnungsschritt ordnet einem Rahmen, der die Pixel umgibt, die den vorbestimmten Unterschied haben, eine Vordergrundfarbe zu, und die Vordergrundfarbe hat einen großen Kontrast zu den anderen Pixeln in der Anzeige. Ein Anzeigeschritt zeigt den Rahmen um die Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, herum in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige an, wobei der Rahmen mit dem aktuellen Videoeinzelbild überlagert wird. Wenn zum Beispiel das Hauptfarbschema des Bilds Graufstufen (oder Schwarz-Weiß) ist, dann kann die Rahmenfarbe rot, grün oder gelb sein, was einen großen Kontrast ergeben würde und die sich bewegenden roten, grünen und gelben Pixel vor einem Graustufenhintergrund leicht sichtbar machen würde. Zum Erhalten des Kontrasts kann jede beliebige Farbe gewählt werden, wie in der spezifischen Anwendung oder für den Bedarf des spezifischen Benutzers erwünscht. Zum Beispiel kann eine farbenblinde Person eine spezifische Farbe wählen, die in ihrer Wahrnehmung einen großen Kontrast hat.
Der Anzeigeschritt 840 kann auch einen Vergleichsschritt, der einen oder mehrere Videoeinzelbilder mit einem benachbarten Videoeinzelbild vergleicht, und einen Identifizierungsschritt beinhalten, der einen vorbestimmten Unterschied zwischen dem einen oder den mehreren Videoeinzelbildern und dem benachbarten Videoeinzelbild identifiziert. Ein Zuordnungsschritt ordnet entweder Pixeln, die den vorbestimmten Unterschied haben, eine Vordergrundfarbe zu und/oder einem Rahmen, der die Pixel umgibt, die den vorbestimmten Unterschied haben, eine Vordergrundfarbe zu. Die Vordergrundfarbe hat einen großen Kontrast zu anderen Pixeln in der Anzeige. Ein Anzeigeschritt zeigt die Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige und/oder den Rahmen um die Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige, mit einem aktuellen Videoeinzelbild überlagert, an.
Die Benachrichtigungsvorrichtung 630 und das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 der Erfindung können in Software (z.B. Firmware), Hardware oder einer Kombination davon implementiert werden. In der aktuell erwogenen besten Ausführung ist das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 in Software als ausführbares Programm implementiert und wird von einem Spezial- oder Universalrechner, wie etwa einem Personalcomputer (PC; IBM-kompatibel, Apple-kompatibel oder sonstigem), Laptop, Tablet, Smartphone, Arbeitsplatzrechner, Minicomputer oder Großrechner, ausgeführt. Ein Beispiel für einen Universalrechner, der das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 der vorliegenden Erfindung implementieren kann, ist in 10 gezeigt.
Bezüglich der Hardware-Architektur, wie in 19 gezeigt, beinhaltet der Computer oder die Anzeige 630 allgemein einen Prozessor 1010, einen Speicher 1020 und ein oder mehrere Eingabe- und/oder Ausgabe-(E/A)Geräte (oder Peripheriegeräte) 1030, die über eine lokale Schnittstelle 1040 kommunikationstechnisch gekoppelt sind. Die lokale Schnittstelle 1040 kann zum Beispiel unter anderem ein oder mehrere Busse oder andere drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen sein, wie in der Technik bekannt ist. Die lokale Schnittstelle 1040 kann zusätzliche Elemente haben, die der Einfachheit halber ausgelassen wurden, wie etwa Controller, Zwischenspeicher (Caches), Treiber, Repeater und Receiver zum Ermöglichen der Kommunikation. Ferner kann die lokale Schnittstelle Adressen-, Steuerungs- und/oder Datenverbindungen zur Ermöglichung der entsprechenden Kommunikation unter den oben erwähnten Komponenten beinhalten.
Der Prozessor 1010 ist eine Hardware-Vorrichtung zur Ausführung von Software, speziell der im Speicher 1020 gespeicherten. Der Prozessor 1010 kann ein beliebiger individuell gefertigter oder ein im Handel erhältlicher Prozessor, eine Zentraleinheit (CPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die dem Computer 630 zugeordnet sind, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in der Form eines Mikrochips oder eines Chipsatzes), ein Makroprozessor oder allgemein jedwede Vorrichtung zur Ausführung von Softwareanweisungen sein. Beispiele für geeignete im Handel erhältliche Mikroprozessoren sind wie folgt: ein Mikroprozessor der Serie PA-RISC von der Hewlett-Packard Company, ein Mikroprozessor der Serie Core 2 oder i7 von der Intel Corporation, ein PowerPC Mikroprozessor von IBM, ein Sparc Mikroprozessor von Sun Microsystems, Inc, oder ein Mikroprozessor der Serie 68xxx von der Motorola Corporation.
Der Speicher 1020 kann jedes beliebige oder eine Kombination von flüchtigen Speicherelementen (z.B. Direktzugriffsspeicher (RAM, wie etwa DRAM, SRAM, SDRAM, usw.)) und nichtflüchtige Speicherelemente (z.B. ROM, Festplatte, Band, CDROM, usw.) beinhalten. Darüber hinaus kann der Speicher 1020 elektronische, magnetische, optische und/oder andere Typen von Speichermedien umfassen. Es ist zu beachten, dass der Speicher 1020 eine verteilte Architektur haben kann, wobei verschiedene Komponenten sich voneinander entfernt befinden, der Prozessor 1010 aber auf sie zugreifen kann.
Die Software im Speicher 1020 kann ein oder mehrere separate Programme beinhalten, die jeweils ein geordnetes Protokoll ausführbarer Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen aufweisen. Im Beispiel von 1 beinhaltet die Software im Speicher 1020 das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 gemäß der vorliegenden Erfindung und ein geeignetes Betriebssystem (OS) 1050. Eine nicht umfassende Liste von Beispielen für geeignete im Handel erhältliche Betriebssysteme 1050 ist wie folgt: (a) ein Windows-Betriebssystem, erhältlich von der Microsoft Corporation; (b) ein Netware-Betriebssystem, erhältlich von Novell, Inc.; (c) ein Macintosh-Betriebssystem, erhältlich von Apple Computer, Inc.; (e) ein UNIX-Betriebssystem, das bei vielen Anbietern käuflich zu erwerben ist, wie der Hewlett-Packard Company, Sun Microsystems, Inc., und der AT&T Corporation; (d) ein LINUX-Betriebssystem, das Freeware ist, die im Internet leicht erhältlich ist; (e) ein Vxworks-Echtzeitbetriebssystem von WindRiver Systems, Inc.; oder (f) ein Appliance-gestütztes Betriebssystem, wie das in Handheld-Computern oder Personal Data Assistants (PDA) implementierte (z.B. PalmOS, erhältlich von Palm Computing, Inc., und Windows CE, erhältlich von der Microsoft Corporation). Das Betriebssystem 1050 steuert im Wesentlichen die Ausführung anderer Computerprogramme, wie etwa das Einzelbild-Komparatorsystem 1000, und stellt Scheduling, Eingabe-Ausgabe-Steuerung, Datei- und Datenverwaltung, Speichermanagement und Kommunikationssteuerung und verwandte Dienste bereit. Außerdem kann auch eine Grafikverarbeitungseinheit (nicht gezeigt), die sich auf einer Hauptplatine (nicht gezeigt) befindet, zur Implementierung des Einzelbild-Komparatorsystems 1000 verwendet werden.
Das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 ist ein Quellprogramm, ein ausführbares Programm (Objektcode), Skript oder eine beliebige andere Entität, die einen Satz durchzuführender Anweisungen umfasst. Wenn es ein Quellprogramm ist, dann muss das Programm durch einen Compiler, Assembler, Übersetzer oder dergleichen, der im Speicher 1020 eingeschlossen sein kann oder nicht, übersetzt werden, um in Verbindung mit dem OS 1050 richtig zu arbeiten. Des Weiteren kann das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 als (a) eine objektorientierte Programmiersprache, die Datenklassen und Methoden hat, oder (b) eine prozedurale Programmiersprache, die Routinen, Subroutinen und/oder Funktionen hat, z.B. unter anderem C, C++, Pascal, Basic, Fortran, Cobol, Perl, Java und Ada, geschrieben werden.
Zu den E/A-Geräten 1030 können Eingabegeräte, z.B. unter anderem eine Tastatur, eine Maus, ein Scanner, ein Mikrofon, eine Kamera, eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung oder -Kamera usw., zählen. Des Weiteren können die E/A-Geräte 1030 auch Ausgabegeräte einschließen, z.B. unter anderem einen Drucker, eine Anzeige usw. Schließlich können zu den E/A-Geräten 1030 ferner Geräte zählen, die Eingaben und Ausgaben übermitteln, z.B. unter anderem ein Modulator/Demodulator (Modem; für einen Zugriff auf ein anderes Gerät, System oder Netzwerk), ein Hochfrequenz-(HF-), WiFi-, Bluetooth- oder sonstiger Transceiver, eine telefonische Schnittstelle, eine Bridge, ein Router, usw.
Wenn der Computer 630 ein PC, ein Arbeitsplatzrechner oder dergleichen ist, kann die Software im Speicher 1020 ferner ein Basic Input Output System (BIOS) beinhalten (der Einfachheit halber ausgelassen). Das Bios ist ein Satz wesentlicher Softwareroutinen, die Hardware beim Hochfahren initialisieren und testen, das OS 1050 starten und die Datenübertragung unter den Hardwarevorrichtungen unterstützen. Das BIOS ist im ROM gespeichert, so dass das BIOS beim Einschalten des Computers 630 ausgeführt werden kann.
Der Prozessor 1010 ist so konfiguriert, dass er, wenn der Computer 630 in Betrieb ist, in dem Speicher 1020 gespeicherte Software ausführt, Daten zum und aus dem Speicher 1020 überträgt und generell den Betrieb des Computers 630 gemäß der Software steuert. Das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 und das OS 1050 werden vollständig oder teilweise, aber im typischen Fall Letzeres, vom Prozessor 1010 gelesen, möglicherweise im Prozessor 1010 zwischengespeichert und dann ausgeführt.
Wenn das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 in Software implementiert ist, wie in 10 gezeigt, ist zu beachten, dass das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 auf einem beliebigen computerlesbaren Datenträger zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem beliebigen rechnerverwandten System oder Verfahren gespeichert werden kann. Im Rahmen dieser Druckschrift ist ein computerlesbarer Datenträger ein(e) elektronische(s), magnetische(s), optische(s) oder andere(s) physikalische(s) Vorrichtung oder Mittel, das ein Computerprogramm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem computerverwandten System oder Verfahren enthalten oder speichern kann. Das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 kann in einem beliebigen computerlesbaren Datenträger zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem/einer Anweisungsausführungssystem, -einrichtung oder -vorrichtung, wie etwa einem rechnergestützten System, einem (einen) Prozessor(en) enthaltenden System oder einem anderen System, das die Anweisungen aus dem/der Anweisungsausführungssystem, -einrichtung oder -vorrichtung holen und die Anweisungen ausführen kann, ausgestaltet sein. Im Rahmen dieser Druckschrift kann ein „computerlesbarer Datenträger“ ein beliebiges Mittel sein, welches das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem/der Anweisungsausführungssystem, -einrichtung oder -vorrichtung speichern, übertragen, verbreiten oder transportieren kann. Der computerlesbare Datenträger kann zum Beispiel unter anderem ein(e) elektronische(s), magnetische(s), optische(s), elektromagnetische(s), Infrarot- oder Halbleiter-System, -Einrichtung, -Vorrichtung oder -Verbreitungsmittel sein. Zu spezifischeren Beispielen (eine nicht umfassende Liste) für den computerlesbaren Datenträger würden die Folgenden zählen: eine elektrische Verbindung (elektronisch) mit einem oder mehreren Kabeln, eine portable Computerdiskette (magnetisch), ein Direktzugriffsspeicher (RAM) (elektronisch), ein Festwertspeicher (ROM) (elektronisch), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM, EEPROM oder Flash-Speicher) (elektronisch), ein Lichtwellenleiter (optisch) und ein portabler Compact Disc Read-Only Memory (CDROM) (optisch). Es ist zu beachten, dass der computerlesbare Datenträger sogar Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein könnte, auf dem das Programm gedruckt ist, da das Programm beispielsweise über optisches Scannen des Papiers oder des anderen Mediums elektronisch aufgenommen, dann kompiliert, übersetzt oder, falls notwendig, auf geeignete Weise anderweitig verarbeitet und dann in einem Computerspeicher gespeichert werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform, bei der das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 in Hardware implementiert ist, kann das Einzelbild-Komparatorsystem 1000 mit jedweder oder einer Kombination der folgenden Technologien implementiert werden, die alle in der Technik gut bekannt sind: eine Grafikverarbeitungseinheit, eine Videokarte, (eine) diskrete Logikschaltung(en) mit Logikgattern zur Implementierung logischer Funktionen bei Datensignalen, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) mit entsprechenden Schaltungslogikgattern, (ein) Programmable Gate Array(s) (PGA), ein Field Programmable Gate Array (FPGA) usw.
11 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines automatischen Tracergaseinspritzungs-Steuersystems 1100. Das Steuersystem 1100 kann in dem dem Generator 1115 zugeordneten Verteilerbereich montiert sein und an einer Leitstelle überwacht werden. Der von dem automatischen Einspritzsteuersystem 1100 verwendete Algorithmus überwacht sowohl die H₂-Reinheit als auch den Gasdruck in dem Generator 1115. Das H₂-Speiseventil 1102 wird zunächst geschlossen, und von der H₂-Versorgung 1112 zugeführter Wasserstoff wird abgestellt. Der H₂-Entlüftungsstrom durch das Ausspülrohr 1130 wird über das H₂-Entlüftungsventil 1104 so reguliert, dass er passend zur Einführung des Tracergases eingeschaltet und abgestellt wird. Das CO₂-Einspritzventil 1106 reguliert die CO₂-Zufuhr aus einer CO₂-Quelle 1116. Das CO₂-Einspritzventil 1106 kann durch Überwachen des H₂-Reinheitsmessers 1120 auf Basis der allmählichen Verringerung der H₂-Reinheit eingestellt werden. Der Druck in dem Generator 1115 kann leicht schwanken (z.B. mit einer Schwankung innnerhalb von 3% und vorzugsweise innerhalb von 2% und bevorzugt innerhalb von <1%). Die Einführung von Tracergas wird auf zwischen 1 Vol.-% und 10 Vol-% geregelt, so dass die H₂-Gesamtreinheit in dem Gehäuse immer über 90% sein kann. Im Bewusstsein, dass CO₂ als Nicht-Luft-Gasmedium wirken kann, kann eine H₂-Reinheit von 90% in diesem tertiären Gasgemisch in dem Generator 1115 genaugenommen „ungenau” sein, weil die wahre H₂-Reinheit nahe an ihrer ursprünglichen H₂-Reinheit vor der Einführung CO₂ sein kann. Die automatische Steuerung der Tracergaseinführung kann für große Generatoren vorzuziehen sein, so dass die Einführung in etwa 30 Minuten bis etwa 90 Minuten bewerkstelligt werden kann.
Die manuelle Einführung eines Tracergases kann durchgeführt werden, wenn der Generator relativ klein (z.B. <100 MW) mit einem Gehäusevolumen unter 1000 Kubikfuß und einem Gasvolumen unter 3000 Kubikfuß ist. Diese kann entweder durch Senken des Gehäusedrucks um etwa 5% vor der Einführung oder durch Wiegen des Verbrauchs des Tracergaszylinders auf einer Waage nach Berechnen des benötigten Tracergasvolumens erreicht werden. Der Einspritzschritt kann das Regeln eines Einspritzflusses des nicht korrosiven Tracergases auf Basis einer Rückmeldung eines Gasdrucks, einer H₂-Reinheit und dem Durchfluss durch das H₂-Ausspülrohr 1130 beinhalten. Das automatische Tracergassteuersystem 1100 strebt eine allmähliche Verringerung der H₂-Reinheit an, während der Gasdruck im Inneren des Generators 1115 im Wesentlichen stabil gehalten wird, und die Gasdruckverlagerung liegt innerhalb von etwa 5% eines ursprünglichen Gasdruckwerts. Der Schritt des Einführens des Tracergases kann auch das Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator 1115 aufweisen, wenn der Generator ein Kühlgasmedium aus Argon oder Stickstoff aufweist, während der Generator im Drehbetrieb oder zugeschaltet ist.
Eine Dreheinrichtung kann eingesetzt werden, wenn kein Dampf (für eine Dampfturbine) oder kein Strom von Verbrennungsgasen (für eine Gasturbine) vorhanden ist, um die Turbine langsam zu drehen, um zur Verhütung ungleichmäßiger Entspannung eine gleichmäßige Erwärmung zu gewährleisten. Der Generator ist gewöhnlich mit dem Abtrieb der Gas- oder Dampfturbine mechanisch verbunden. Nachdem zunächst die Turbine durch die Dreheinrichtung gedreht wird, wobei Zeit gelassen wird, damit der Läufer eine gerade Ebene (keine Verkrümmung) einnehmen kann, kann dann die Dreheinrichtung ausgerückt werden, und Dampf wird in die Turbine eingelassen bzw. in der Gasturbine beginnt der Strom von Verbrennungsgasen. Die Begriffe „im Drehbetrieb“, „zugeschaltet“ oder „netzgekoppelt“ können aus der Generatorperspektive als äquivalent betrachtet werden, weil sich der Generator in einem gewissen Betriebszustand befindet.
Der H₂-Reinheitsmesser 1120 wird gewöhnlich auf Basis der Wärmeleitfähigkeit eines binären Gasmediums aus Luft und Wasserstoff kalibriert. Die Einführung eines Tracergases kann dazu führen, dass die Reinheitsmesseranzeige geringfügig höher als die H₂-Ist-Reinheit in dem Generatorgehäuse ist. Bei einem 5-prozentigen Volumen der CO₂-Einspritzung in einen netzgekoppelten Generator mit einer H₂-Anfangsreinheit in dem Gehäuse bei 98% kann die H₂-Ist-Reinheit bei 92,8% in dem Gehäuse liegen, wenn der H₂-Reinheitsmesser 93% anzeigt, oder die H₂-Ist-Reinheit kann bei 93% in dem Gehäuse liegen, wenn der H₂-Reinheitsmesser 93,2% anzeigt.
Der simulierte Temperaturanstieg in Ständerwicklungen, Ständerkernen und dem Läufer kann bei der Einführung von etwa 5 Volumen-% CO₂ für fast alle Generatoren bis etwa 600 MW Leistung gut innerhalb vorgeschriebener Auslegungsgrenzen liegen. Der Ventillationsverlust kann erhöht werden, aber die Zunahme der Lüfterdruckdifferenz ist möglicherweise zu klein, um an der Lüfterspitze, die gewöhnlich aus Stahllegierungsmaterialien hergestellt ist, eine Ablenkung zu bewirken. Der KW-Gesamtverlust wird bei 5 Volumen-% CO₂-Einführung von dem Niveau vor der CO₂-Einführung möglicherweise um weniger als 5% erhöht. Daher ist eine Leistungseinschränkung des netzgekoppelten (oder zugeschalteten) Generators an Nennleistungstagen und warmen Tagen eventuell nicht erforderlich.
Das Tracergas, wie etwa CO₂, kann auch in ein Nicht-Wasserstoff-Gasmedium, wie etwa Stickstoff und/oder Argon, eingeführt werden, wenn eines von ihnen in einem Generator anwesend ist, der entweder zugeschaltet oder netzgekoppelt oder im Drehbetrieb ist. Für diese Anwendung kann ein CO₂-Reinheitsmesser verwendet werden. Ein Beispiel für die Verwendung eines wasserstoffgekühlten Generators wurde beschrieben, mit dem System und Verfahren der vorliegenden Erfindung kann aber jedwede geeignete Maschine verwendet werden. Die Maschine kann ein Generator, ein überdruckbetriebener Generator, ein wasserstoffgekühlter Generator, ein luftgekühlter Generator, eine Turbine, eine Dampfturbine, eine Gasturbine, ein Motor oder ein Verdichter sein.
Das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung demonstriert beträchtlich verbesserte Ergebnisse, die unerwartet waren, weil eine Leckage jetzt in einem zugeschalteten, netzgekoppelten oder in Drehbetrieb befindlichen Generator festgestellt werden kann. Zuvor musste der Generator von der Anlage abgeschaltet werden, und für die Leckagedetektion wurde ein zeitraubender und kostspieliger Prozess benötigt, und/oder die Wasserstoffleckage war für das bloße Auge effektiv unsichtbar. Die beträchtlich verbesserten Ergebnisse werden durch Scannen eines zugeschalteten oder in Betrieb befindlichen Generators und durch Verwendung einer Infrarot-Bildgebungsvorrichtung erhalten, die zur Detektion einer aus dem Generator ausströmenden Leckgaswolke konfiguriert ist.
Wenn die Definition von Begriffen von der allgemein verwendeten Bedeutung des Begriffs abweicht, beabsichtigt der Anmelder, die unten gegebenen Definitionen zu nutzen, sofern nicht speziell was anderes angegeben ist. Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Ausführungsformen (und/oder Aspekte davon) miteinander kombiniert verwendet werden. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Zum Beispiel muss das in einem Verfahren aufgezählte Ordnen von Schritten nicht in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern dies nicht ausdrücklich angegeben oder unbedingt erforderlich ist (z.B. für einen Schritt müssen die Ergebnisse oder ein Produkt eines früheren Schritts verfügbar sein). Wenn die Definition von Begriffen von der allgemein verwendeten Bedeutung des Begriffs abweicht, beabsichtigt der Anmelder, die unten gegebenen Definitionen zu nutzen, sofern nicht speziell was anderes angegeben ist. Es ist vorgesehen, dass die singulare Form „ein/eine” und „der/die/das” auch jeweils die pluralen Formen einschließt, sofern dies vom Zusammenhang nicht deutlich anderweitig festgelegt wird. Es versteht sich, dass die Begriffe erster, zweiter usw. zwar möglicherweise zum Beschreiben verschiedener Elemente verwendet werden, diese Elemente aber nicht von diesen Begriffen beschränkt werden dürfen. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Der Begriff „und/oder“ beinhaltet jede beliebige und alle Kombination(en) von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Artikel. Die Ausdrücke „gekoppelt mit” und „verbunden mit” ziehen eine direkte oder indirekte Kopplung in Betracht.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführung, zu offenbaren und auch, um einen Fachmann zur Ausübung der Erfindung, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung eingebundener Verfahren, zu befähigen. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die dem Fachmann einfallen. Es ist vorgesehen, dass derartige weitere Beispiele in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente beinhalten.
Es ist ein System und Verfahren zur Detektion einer Gasleckage in einem Generator geschaffen. Das System beinhaltet eine Quelle eines nicht korrosiven Tracergases und ein Subsystem zum Einführen des nicht korrosiven Tracergases in den wasserstoffgekühlten Generator. Eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung ist dafür ausgelegt, zum Anzeigen eines Bilds von wenigstens einem Teil des wasserstoffgekühlten Generators und des nicht korrosiven Tracergases mit einer Benachrichtigungsvorrichtung zu kommunizieren. Die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung beinhaltet einen gekühlten Detektor und ein Filter mit einer spektralen Empfindlichkeit zwischen etwa 3 µm und etwa 5 µm. Der Detektor und/oder das Filter wird auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt. Die Gasleckage wird an der Benachrichtigungsvorrichtung angezeigt. Der Generator kann wasserstoffgekühlt und zugeschaltet oder netzgekoppelt sein.
Bezugszeichenliste

10: System
15: Generator
20: Infrarot-Bildgebungsvorrichtung
24: Gekühlter Detektor
29: Tracergas
30: Tracergasquelle
31: Leitung
35: Steuerventil
39: Äußere Linse
40: Sichtfeld
45: Leckstelle
50: Leckgaswolke
55: Leck
60: Leckgaswolke
600: System
610: Wagen
611: Unterteil
612: Räder
613: Arbeitsplattform
615: Gelenkarm
617: Tragarm
620: Infrarot-Bildgebungsvorrichtung
630: Benachrichtigungsvorrichtung
640: Batterienbank
710: Schranktür
720: Leckagewolke
722: Leck
730: Textmeldung
740: Rahmen
800: Verfahren
810: Anordnungsschritt
820: Einführungsschritt
830: Filterschritt
840: Anzeigeschritt
910: Vergleichsschritt
920: Identifizierungsschritt
930: Zuordnungsschritt
940: Anzeigeschritt
1000: Einzelbild-Komparatorsystem
1010: Prozessor
1020: Speicher
1030: E/A-Geräte
1040: Lokale Schnittstelle
1050: OS
1100: Steuersystem
1102: Ventil
1104: Ventil
1106: Ventil
1112: Versorgung
1115: Generator
1116: Quelle
1120: Reinheitsmesser
1130: Rohr

Claims

System zur Detektion einer Gasleckage in einem Generator, wobei das System aufweist: eine Quelle eines nicht korrosiven Tracergases; ein Subsystem zum Einführen des nicht korrosiven Tracergases in den Generator; eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, zum Anzeigen eines Bilds von wenigstens einem Teil des Generators und des nicht korrosiven Tracergases mit einer Benachrichtigungsvorrichtung zu kommunizieren, wobei die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung einen gekühlten Detektor und ein Filter mit einer spektralen Empfindlichkeit zwischen etwa 3 µm und etwa 5 µm aufweist, wobei der Detektor und/oder das Filter auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt ist; und wobei die Gasleckage an der Benachrichtigungsvorrichtung angezeigt wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Generator ein wasserstoffgekühlter Generator ist, der zugeschaltet oder netzgekoppelt ist, und/oder wobei das nicht korrosive Tracergas Kohlendioxid (CO₂) ist und/oder wobei die spektrale Empfindlichkeit des Filters zwischen etwa 4,2 µm und etwa 4,5 µm liegt.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Detektor auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt ist und/oder wobei das Filter gekühlt ist.
Verfahren zur Detektion einer Gasleckage in einem Generator, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen einer Infrarot-Bildgebungsvorrichtung, die einen gekühlten Detektor mit einem Filter aufweist, das eine spektrale Empfindlichkeit zwischen etwa 3 μm und etwa 5 μm hat, mit einem Sichtfeld, das wenigstens einen Teil des Generators umfasst; Einführen eines Tracergases in den Generator, wobei der Generator zugeschaltet ist und das Tracergas ein Absorptionsspektrum zwischen etwa 3 μm und etwa 5 μm hat; Filtern von durch die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung empfangener Strahlung in dem Absorptionsspektrum des Tracergases; Anzeigen einer Benachrichtung an einer Benachrichtigungsvorrichtung, wobei die Gasleckage durch die Benachrichtigung an der Benachrichtigungsvorrichtung angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Generator ein wasserstoffgekühlter Generator ist und wobei der Schritt des Einführens des Tracergases ein Entfernen von einem Teil des Wasserstoffs zum Senken des Drucks in dem Generator um etwa 2 psi auf etwa 10 psi aufweist; wobei der Schritt des Einführens des Tracergases vorzugsweise ferner ein Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator, bis der Druck in dem Generator um etwa 2 psi auf etwa 10 psi steigt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Generator ein wasserstoffgekühlter Generator ist, wobei das Verfahren ferner aufweist: Regeln eines Einspritzstroms des nicht korrosiven Tracergases auf Basis einer Rückmedlunge über einen Gasdruck, eine H₂-Reinheit und einen Durchfluss eines H₂-Ausspülrohres aufweist, wobei ein automatisches Tracergas-Steuersystem die allmähliche Verringerung der H₂-Reinheit anstrebt, während der Gasdruck im Inneren des Generators im Wesentlichen stabil gehalten wird, und der Gasdruckwechsel innerhalb von etwa 5% eines Gasdruckausgangswertes liegt; wobei der Schritt des Einführens des Tracergases vorzugsweise ferner aufweist: Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator, wobei der Generator ein Kühlgasmedium aus Argon oder Stickstoff aufweist, während der Generator im Drehbetrieb oder zugeschaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Generator ein wasserstoffgekühlter Generator ist und wobei der Schritt des Einführens des Tracergases ein Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator aufweist, bis die Wasserstoffreinheit im Inneren des Generators etwa 90% bis etwa 95% beträgt; und/oder wobei der Schritt des Einführens des Tracergases ein Einspritzen von Kohlendioxid in den Generator, Überwachen des Gewichts des verwendeten Kohlendioxids und Beenden der Einspritzung von Kohlendioxid, wenn ein vorbestimmtes Gewicht erreicht worden ist, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Anzeigeschritt ein Anzeigen einer sich bewegenden Wolke an der Benachrichtigungsvorrichtung beinhaltet, wenn eine Leckage detektiert wird, wobei der Anzeigeschritt vorzugsweise ferner aufweist: Vergleichen eines oder mehrerer früherer Videoeinzelbilder mit einem aktuellen Videoeinzelbild; Identifizieren eines vorbestimmten Unterschieds zwischen dem einen oder den mehreren früheren Videoeinzelbildern und dem aktuellen Videoeinzelbild; Zuordnen einer Vordergrundfarbe zu Pixeln, die den vorbestimmten Unterschied haben, und/oder einer Vordergrundfarbe zu einem Rahmen, der die Pixel umgibt, die den vorbestimmten Unterschied haben, wobei die Vordergrundfarbe einen großen Kontrast zu den anderen Pixeln in einer Anzeige der Benachrichtigungsvorrichtung hat; Anzeigen der Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige und/oder des Rahmens um die Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige, mit dem aktuellen Videoeinzelbild überlagert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Anzeigeschritt ein Anzeigen einer sich bewegenden Wolke an der Benachrichtigungsvorrichtung beinhaltet, wenn eine Leckage festgestellt wird, wobei der Anzeigeschritt vorzugsweise ferner aufweist: Vergleichen eines oder mehrerer Videoeinzelbilder mit einem benachbarten Videoeinzelbild; Identifizieren eines vorbestimmten Unterschieds zwischen dem einen oder den mehreren Videoeinzelbildern und dem benachbarten Videoeinzelbild; Zuordnen einer Vordergrundfarbe zu Pixeln, die den vorbestimmten Unterschied haben, und/oder einer Vordergrundfarbe zu einem Rahmen, der die Pixel umgibt, die den vorbestimmten Unterschied haben, wobei die Vordergrundfarbe einen großen Kontrast zu anderen Pixeln in der Anzeige hat; Anzeigen der Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf einer Anzeige der Benachrichtigungsvorrichtung und/oder des Rahmens um die Pixel, die den vorbestimmten Unterschied haben, in der Vordergrundfarbe auf der Anzeige, mit dem aktuellen Videoeinzelbild überlagert.
System zur Detektion einer Gasleckage in einer Maschine, das System umfassend: eine Quelle eines nicht korrosiven Tracergases; ein Subsystem zum Einführen des nicht korrosiven Tracergases in die Maschine; eine Infrarot-Bildgebungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, zum Anzeigen eines Bilds von wenigstens einem Teil der Maschine und des nicht korrosiven Tracergases mit einer Benachrichtigungsvorrichtung zu kommunizieren, wobei die Infrarot-Bildgebungsvorrichtung einen gekühlten Detektor und ein Filter mit einer spektralen Empfindlichkeit zwischen etwa 3 µm und etwa 5 µm aufweist, wobei der Detektor und/oder das Filter auf zwischen etwa –80°C und etwa –200°C gekühlt ist; und wobei die Gasleckage an der Benachrichtigungsvorrichtung angezeigt wird.