DE2808018A1

DE2808018A1 - Ueberwachungseinrichtung zur feststellung von thermopartikeln in einem traegergas

Info

Publication number: DE2808018A1
Application number: DE19782808018
Authority: DE
Inventors: Emil M Fort
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1977-02-24
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1978-08-31
Also published as: CA1083219A; JPS588467B2; BE864308A; ES467248A1; IT1094241B; FR2382005B1; GB1599834A; JPS53122485A; FR2382005A1; US4121458A; IT7820438A0

Description

Überwachungseinrichtung zur Feststellung von Thermopartikeln in einem Trägergas

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Feststellung von Thermopartikeln in einem Trägergas, vorzugsweise zur Überwachung gasgekühlter, dynamoelektrischer Maschinen, mit einer vom Trägergas durchströmten Ionisationskammer sowie einem Ionenkollektor _t der in einem Mantelgehäuse erste und zweite an eine Spannung angeschlossene Elektroden, umfaßt.

Derartige Überwachungseinrichtungen sind in vorteilhafter Weise geeignet, um ein Überhitzen der elektrischen Isolation und die Betriebskonditionen bei gasgekühlten, dynamoelektrischen Maschinen festzustellen. Überwachungseinrichtungen dieser Art sind bereits bekannt (US-PS 3 4-27 880 und 3 573 4-60).

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In dynamoelektrischen Maschinen entstehen Thermopartikel aufgrund der thermischen Verschlechterung der Isolation. Diese Thermopartikel haben Radien in der Größenordnung zwischen

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1 χ 10 m und 100 χ 10 m. In einer überwachungseinrichtung werden die Moleküle des stetig fließenden Kühlgases ionisiert, u.z. in einem Umfang, daß ein Gleichgewichtszustand mit den Alphateilchen einer Strahlungsquelle ir. einer Ionisationskammer entsteht. Das ionisierte Gas passiert den Zwischenraum der Elektroden des Ionenkollektors, wobei die Kühlgasionen ausgeschieden und niedergeschlagen werden. Wenn in einer gegebenen Kühlgasmenge Thermopartikel enthalten sind, lagern sich Ionen an diese Thermopartikel an, so daß die Anzahl der freien Ionen im Kühlgas zurückgeht. Die geladenen Thermopartikel haben eine wesentlich geringere Mobilität verglichen mit den Kühlgasionen, so daß im Ionenkollektor weniger Ionen ausgeschieden und niedergeschlagen werden, d.h. der über den Ionenkollektor fließende Ionenstrom zurückgeht. Dieser Stromrückgang wird als Anzeige für das Vorhandensein von Thermopartikeln aufgrund einer überhitzung verwendet.

Der Nachteil einer derartigen bekannten Überwachungseinrichtung für die Zustandsbedingungen eines Generators besteht darin, daß Änderungen des Gasdruckes,der Gasreinheit und der Gasströmung durch das Überwachungsgerät genauso wie eine Verunreinigung der radioaktiven Quelle eine Verringerung des lonenstroms auslösen können, wodurch die Zustandsbedingungen czw. der Zustand der Überhitzung fehlerhaft angezeigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Feststellung von Thermopartikeln in einem Trägergas, i.h. die Anzeige der Zustandsbedingung einer gasgekühlten, dynamoelektrischen Maschine unabhängig von Inäerungen des Gasdruckes, der Gasreinheit bzw. der Gasströmung durch die Überwachungs

einrichtung

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einrichtung und auch, unabhängig von der Effektivität der radioaktiven Strahlungsquelle ist.

Diese Aufgabe wird für eine Überwachungseinrichtung mit einer vom Trägergas durchströmten Ionisationskammer sowie einer; Ionenkollektor, der in einem Mantelgehäuse erste und zweite an eine Spannung angeschlossene Elektroden umfaßt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweiter vom Trägergas durchströnter Ionenkollektor vorhanden ist, der in einem Mantelgehäuse dritte und vierte an eine Spannung angeschlossene Elektroden umfaßt, daß das ionisierte Trägergas mit darin enthaltenen aufgeladenen Thermopartikeln in Serienordnung zunächst den ersten Ionenkollektor passiert, daß die an die erste und zweire Elektrode angelegte Spannung einen solchen ¥ert hat, daS im wesentlichen die freien Ionen des Trägergases im ersten Ionenkollektor ausgeschieden und nxedergeschlagen werden,·'daß das Trägergas mit den aufgeladenen Thermopartikeln dem zweiten Ionenkollektor zuführbar ist, daß die an die dritten und vierter. Elektroden angelegte Spannung einen solchen Wert hat, daß im wesentlichen die aufgeladenen Thermopartikel im zweiten Ionenkollektor ausgeschieden und niedergeschlagen werden, und daß Meßeinrichtungen vorhanden sind, mit welchen der Ionenstrom im zweiten Ionenkollektor feststellbar ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Bei einer solchen Überwachungseinrichtung können die Icnenkollektoren also sowohl in Serienanordnung als auch in Parallelanordnung vorgesehen sein. Dabei ist der eine Ionenkollektor mit einer Spannung beaufschlagt, die dafür sorgt, daß nur Ionen mit verhältnismäßig kleinen Hadien ausgeschieden und niedergeschlagen werden, wogegen der zweite Ionenkollekror

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mit; einer wesentlich höheren Spannung beaufschlagt ist, um auch Ionen nit relativ großen Radien auszuscheiden und niederzuschlagen. Durch den Vergleich der lonenströme vom ersten Ionenkollektor und vom zweiten lonenkollektor ist es möglich, das Vorhandensein von Thermopartikeln im Kühlgas festzustellen.

Bei der Verwendung von zwei in Serie geschalteten Ionenkollektoren ist es lediglich notwendig, den Ionenstrom des zweiten Ionenkollektors auszumessen, um das Vorhandensein von Thermopartikeln festzustellen. Sowohl bei der Anordnung der Ionenkollektoren in Serienschaltung als auch in Parallelschaltung werden vorzugsweise die zwischen den Elektroden wirksamen Spannungen derart ausgewählt_T daß im einen lonenkollektor Ionen mit einem Radius von etwa 2 χ 10 m und weniger und im anderen lonenkollektor Ionen mit einem Radius von etwa 85 x 10 ^ und weniger ausgeschieden bzw. niedergeschlagen werden. Eine derartige nach den Maßnahmen der Erfindung, aufgebaute Überwachungseinrichtung läßt die Feststellung von Thermopartikeln in. dem Kühlgas einer dynamoelektrischen Maschine unabhängig vom Druck des Trägergases bzw. der Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases durch die Überwachungseinrichtung und unabhängig von der Effektivität der radioaktiven Strahlungsquelle zu.. Eine solche Überwachungseinrichtung bedarf nur ein Minimum an Wartung,

Bie Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 - eine schematisierte,teilweise geschnittene Darstellung eines gasgekühlten Generators und dessen Anschluß an eine Ionisationskammer und einen Ionenkollektor;

Fig. 2

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Fig. 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Ionisationskammer mit zwei in Serie geschalteten Ionenkollektoren;

Fig. 3 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Ionisationskammer mit zwei parallelgeschalteten Ionenkollektoren.

In Fig. 1 ist ein gasgekühlter Generator IO mit einem Stator und einem Rotor 14- dargestellt. Sowohl der Stator als auch der Rotor sind in einem gasdichten Gehäuse 16 angeordnet, welches mit einem Kühlgas, z.B. Wasserstoff gefüllt ist. Mit Hilfe eines Gebläses 18 wird das Kühlgas durch die Teile des Generators wie den Rotor oder den Stator usw. transportiert, wobei das Gebläse 18 das Kühlgas zu einem Wärmetauscher 20 führt, wo es abgekühlt und von wo aus es wieder in den Generator eingeleitet wird.

Ein Teil des Kühlgases wird über eine Absaugleitung 22 am Gehäuse 16 abgegriffen und über eine Rückflußleitung 24- wieder in das Gehäuse zurückgeführt. Dieses abgenommene Kühlgas wird über die Absaugleitung 22 einer Ionisationskammer 32 und einer Ionenkollektoranordnung 132 zugeführt, um von dort aus über die Rückflußleitung 24- wieder in das Gehäuse 16 eingespeist zu werden. In der Ionisationskammer 32 wird das Kühlgas beim Durchströmen der Kammer und bevor es in die Ionenkollektoranordnung 132 eingeleitet wird, ionisiert. Die Ionenkollektoranordnung 132 besteht aus zwei Ionenkollektoren 34- und 134-, die entweder gemäß Fig. 2 in Serie geschaltet oder gemäß Fig. parallelgeschaltet sein können.

An die Elektroden des einen Ionenkollektors 134- innerhalb der Anordnung 132 wird die Spannung T^. angelegt, die kleiner als eine Spannung Vp und so ausgewählt ist_t daß nur die Ionen des

Kühlgases

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Kühlgases as: Ionenkollektor 34- niedergeschlagen werden.

Die Spannung Vp wird an die Elektroden des zweiten Ionenkollektors 134- in der Anordnung 132 angelegt und ist viel größer als die Spannung V_x.. Diese Spannung Vp ist bezüglich ihrer Größe derart ausgewählt, daß nicht nur die Ionen des Kühlgases sondern auch schwerere Ionen niedergeschlagen werden. Das Vorhandensein solcher schwererer Ionen ergibt sich infolge der Ihermopartikel, die sich an die Ionen des Kühlgases angelagert haben.

Venn die Ionenkollektoranordnung 132 in der in Fig. 2 dargestellten Weise aufgebaut ist, wird der Hauptanteil der Kühlgasionen, wenn sie nicht mit Thermopartikel beladen sind, am Ionenkollektor 34- niedergeschlagen. Daher ist der Ionenstrom I~ im Ionenkollektor 134- annähernd 0. Wenn die Kühlgasionen mit Thermopartikel beladen sind, nimmt der Ionenstrom I_x, im Ionenkollektor 34- ab und gleichzeitig steigt der Ionenstrom Ip im Ionenkollektor 134- an. Deshalb ist es möglich durch eine Verstärkung und eine Überwachung des Ionenstroms Ip die Überhitzung der dynamoelektrischen Maschine festzustellen und sofort einen Alarm auszulösen, so daß Abhilfemaßnahmen getroffen werden können.

Bei einer Ionenkollektoranordnung gemäß Fig. 3 wird ein etwa gleicher Anteil von Kühlgasionen an den Ionenkoliektoren 34- und 134- niedergeschlagen, so daß der Ionenstrom I_x. normalerweise gleich dem Ionenstrom Ip ist. Deshalb kann man durch Ermitteln des Differenzstroms, der sich aus den beiden Ionenströmen -I_x. und Ip ergibt, ebenfalls eine Überhitzung in der dynamoelektrischen Maschine feststellen, um einen Alarm auszulösen und Abhilfemaßnahmen treffen zu können.

In Fig. 1 ist der grundsätzliche Aufbau des Detektors sowie des Dekoders und der Alarmeinrichtung angedeutet, mit welchen

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die

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die Ionenströme I. und Ip erfaßt und ausgewertet werden.

In Fig. 2 ist eine detailliertere Ansicht der Ionisationskammer 32 und der Ionenkollektoranordnung 132 gemäß Fig. 1 dargestellt. Das Kühlgas fließt durch die Bohrungen 23 in die Ionisationskammer 32 und wird einer geringen Strahlung ausgesetzt, welche von einer radioaktiven Schicht 28 auf der inneren Oberfläche der Ionisationskammer 32 ausgeht. Die radioaktive Schicht mit dem geringen Strahlungsniveau enthält Thorium 232, welches eine Quelle für Alphastrahlungen ist und die Bildung positiver und negativer Ionenpaare aus den Kühlgasmolekülen verursacht, welche die Ionisationskammer 32 passieren. Für die Betrachtung der Wirkungsweise des ersten Ionenkollektors 32 wird davon ausgegangen, daß das Gas in die'Kollektorkammer durch Bohrungen 36 einfließt und auf dem Weg zur Auslaßbohrung 37 die Elektrode. 26-passiert. Eine positive Spannung wird an die Kollektorelektrode 35 über eine Kollektorlast 42 angelegt, wogegen eine negative Spannung an der Elektrode 26 aufgrund der Gleichstromquelle 40 mit der Spannung Y^ wirksam ist. Die Kollektorelektrode 35 ist gegen die Kammerwände mit Hilfe von Isolatoren 39 isoliert, und sammelt die negativ geladenen Ionen. Diese Wirkung wird aufgrund der abstoßenden Wirkung von der negativ geladenen Elektrode 26 unterstützt. Der über die Kollektorlast 42 fließende Strom kann in einem Verstärker 44 verstärkt und in einem Aufzeichnungsgerät 48 gespeichert werden.

In entsprechender Weise tritt das ionisierte Gas in die Kammer des Ionenkollektors 134 durch die Bohrungen 136 ein und fließt an der Elektrode 126 zur Auslaßbohrung 137- Das Gas strömt von der Auslaßbohrung 137 aus zur Hückflußleitung 24 und fließt in den Kreislauf zurück. Die positive Spannung wirkt an der Kollek-

torspamiung

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torspannung 134 und an der Kollektorelektrode 135, wogegen die negative vor. der Gleichstromquelle 140 aus wirksame Spannung an der Elektrode i26 anliegt. Die Gleichstromquelle 140 hat, wie später noch erläutert wird, ein höheres Potential, als die Gleichstromquelle 40.

Der von der Zbllektörelektrode 135 zur Kollektorlast 142 fließende St;rom wird in einem Verstärker 144 verstärkt und mit Hilfe eines Aufzeichnungsgerätes 148 gespeichert. Die Wirkungsweise der beschriebenen Ionisationskammern ist die gleiche, wie sie für entsprechende Ionisationskammern von Generatorüberwach^ungseinrichtungen bekannt ist. Der Unterschied der Erfindung zum Stand der Technik besteht in der Verwendung von zwei Ionenkollektoren, wobei deren Elektroden mit unterschiedlicher Vorspannung beaufschlagt werden. Der Vorteil der Erfindung resultiert aus der Differenz in der Mobilität der Zühlgasionen, z.B. der Wasserstoffionen, verglichen mit der Hobilität der aufgeladenen Thermopartikel.

Die Mobilität der Wasserstoff ionen beträgt 13,6 cm /Volt χ Sek

ο in Wasserstoff bei einem Druck von etwa 1 Bar oder 2,72 cm / Volt χ Sek bei einem Druck von etwa 5 Bar. Bei einer gegebenen Mobilitätr der geladenen Partikel, welche aufgrund eines gegebenen Feldes niedergeschlagen werden, ergibt sich der Radius der geladenen Partikel aus der nachfolgenden Gleichung:

' e (1 + 0.85

In dieser Gleichung bedeuten:

ν "= Mobilität in m² , Volt "¹, Sek"¹;

/U = Viskosität des Wasserstoffgases » 0,88 χ Uanosek/m ;

—V Q a =« Sadius der Partikel a 10 ^fm bis 10 ⁷m; ,\ a freie Wegstrecke mit ^ 3,4 χ 10~⁸m;

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e =» Elektronenladung mit etwa 1,6 χ 10 Coulombs.

Diese Werte sind für ¥asserstoff bei einem Brück von 5₅066 Bar gültig.

Die in den lonenkollektorkammern verwendeten Elektroden können z.B. einen koaxialzylindrischen Aufbau haben mit Durchmessern von 0,63 und 1,23cm bei einer Gesamtlänge von etwa 7?3 cm. Diese Abmessungen korrespondieren mit einem Zwischenelektronenvolumen von 6,4cm . Eine typische Flußgeschwindigkeit durch das Anzeigegerät ist 100enr/Sek, wobei die Verweildauer für Wasserstoff im Zwischenraum zwischen den Elektrode etwa 0,064Sek beträgt. Da der Elektrodenabstand etwa 0,3 cm ist, wird eine Ionengeschwindigkeit in der Größenordnung von 4,7 cm/Sek benötigt, um alle Ionen an den Elektroden niederzuschlagen.

Bei einer Spannungsdifferenz von 10 "Volt und einem Elektrodenabstand von 0,3 cm beträgt das Potential an den Elektroden 33,3 Volt/cm und verursacht damit, daß die Ionen, welche eine Mobilität von 0,141 cm/Volt χ Sek haben _y eine Geschwindigkeit von 4,7 cm/Sek erreichen. Each der oben angegebenen Gleichung ergibt sich daraus ein Radius von etwa 1,4 Manometer. Die meisten Thermopartikel haben einen größeren Radius und infolgedessen eine zu kleine Mobilität, um unter diesen Umständen niedergeschlagen zu werden, wogegen Wasserstoffionen klein genug sind, um durch das zwischen den Elektroden 26 und 35 wirkende elektrische Feld mengenmäßig entfernt zu werden. Eine an die Elektrode 126 angelegte Spannung von etwa 500 Volt_r d.h. ein elektrisches Feld von 1667 Volt/cm ,.bewirkt das Niederschlagen' "von Ionen mit geladenen Thermopartikeln mit einer Mobilität bis herunter zu etwa 2,82 χ 10 cm /Volt χ Sek. Aufgrund der oben angegebenen Gleichung entspricht dies geladenen Thermopartikeln mit einem Radius von etwa 12,6 Nanometer, was dem typische» Bereich für Thermopartikel entspricht, deren Erzeugung erwartet wird.

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Die in den Fig. 1 und 2 beschriebene Ausführungsform der Erfindung verwendet lonenkollektoren 34 und 134- in Serienschaltung mit einer herkömmlichen Ionisationskammer 32. Ton der Gleichspannungsquelle 40 aus wird eine verhältnismäßig niedere Spannung an die Elektroden angelegt, z.B. 10 Volt, die jedoch ausreichend hoch ist, um die Ablagerung aller Wasserstoffionen zu erreichen. Eine wesentlich höhere Spannung von beispielsweise 500 Volt wird von der Spannungsquelle aus an die Elektrode des zweiten Ionenkollektors angelegt, wobei diese Spannung jedoch noch klein genug sein muß, um Funkenüberschlage zu unterbinden. Funkenüberschläge bei einer Wasserstoffatmosphäre von etwa 5 Bar benötigen eine Spannung, die größer als 27,2 kV ist. Der zweite Ionenkollektor kann im wesentlichen dieselben Abmessungen wie der erste Ionenkollektor haben und ist in diesem Fall ohne weiteres für die Verwendung einer Spannung von 500 Volt geeignet. Es ist jedoch auch möglich den zweiten Ionenkollektor mit einem größeren Elektrodenbereich zu bauen, was dazu führt, daß eine geringere Spannung notvrendig ist, um denselben Effekt zu erzielen.

Wenn in dem Gasstrom keine Thermopartikel vorhanden sind, fließt am zweiten Ionenkollektor kein Ionenstrom, da sich alle Gasionen bereits im ersten Ionenkollektor niedergeschlagen haben. Änderungen des Gasdruckes bzw. Gasflußes durch die Anzeigeeinrichtung haben ebensowenig Einfluß auf diese Tatsache wie die Effektivität der Strahlungsquelle. Wenn jedoch -Thermopartikel vorhanden sind, werden die aufgeladenen Thermopartikel mit Radien unter 12,6 Nanometer aus dem Gasstrom ausgeschieden und am zweiten Ionenkollektor 134 niedergeschlagen, wodurch ein Ionenstrom entsteht, der verstärkt werden kann und zum Auslösen eines Alarmes bzw. für die Aufzeichnung geeignet ist. Es ist offensichtlich, daß durch die Änderung der Größe der Ionenkollektorkammern, der Vorspannung sowie der

Strömungsgeschwindigkeit

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Strömungsgeschwindigkeit des Gasträgers System entwickelt ν?erden können, mit denen Thermopartikel beliebiger in gasgekühlten dynamoelektrischen Maschinen auftretenden Größen ausgeschieden und niedergeschlagen werden können, ohne daß in den Ionenkollektoranordnungen Funkenüberschlage entstehen.

unter Verwendung der vorausstehend beschriebenen Prinzipien, d.h. unter Verwendung von zwei Ionenkollektorkammern, wovon an der einen eine Spannung zum Niederschlagen von gasförmigen Ionen und an der anderen eine Spannung zum Niederschlagen der aufgeladenen Thermopartikel liegt, kann die von dem ionisierten Kühlgas durchströmte Ionenkollektoranordnung auch in Parallelschaltung aufgebaut sein. Dieser Aufbau ist in Fir. dargestellt. Venn man von denselben typischen Strömungsgeschwindigkeiten durch das Überwachungsgerät von 100 cm /Sek ausgeht, beträgt die Strömungsgeschwindigkeit in jeder einzelnen Ionenkcllektorkammer etwa 50 cm-ySek. Die Verweilzeit für das Wasserstoffgas in dem für das Niederschlagen der Ionen vorgesehenen Elektrodenzwischenraum beträgt etwa 0,128 Sek. Da der Elektrodenabstand 0,3 cm beträgt, wird eine Ionengeschwindigkeit in der Größenordnung von 2,35^cm/Sek benötigt, um alle Ionen auszuscheiden.

Bei einer Spannungsdifferenz von 10 Volt bzw. einem Feld von 33,3 Volt/cm an der Elektrode 26 wird für die Ionen mit einer Mobilität von 0,07 cm /Volt χ Sek oder einem Radius von 2 Nanometer eine Geschwindigkeit von 2,35 cm/Sek erreicht. Die meisten Thermopartikel haben einen größeren Radius und infolgedessen eine zu geringe Mobilität, um unter diesen Umständen 'niedergeschlagen oder ausgeschieden zu werden, wogegen die Wasserstoffionen klein genug sind, um mengenmäßig durch das elektrische Feld ausgeschieden zu werden. Aufgrund

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der an der Elektrode 1:26 liegenden Spannung von etwa 500 Volt, was einem elektrischen PeId von 1667 Volt/cm entspricht, werden die aufgeladenen Thermopartikel mit einer Mobilität "bis herunter auf etwa 1,41 χ 1Cf⁷Cm /Volt Sek ausgeschieden und niedergeschlagen. Entsprechend der often angegebenen Gleichung entspricht dies Thermopartikeln mit einem Eadius von etwa 19 Nanometer, eine Größenordnung in der sich die Thermopartikel typischerweise befinden.

In Fig. 3 sind zwei identische Ionenkollektoren 34 und 134 in Verbindung mit einer herkömmlichen Ionisationskammer 32 dargestellt. Entsprechend dem gezeigten Aufbau strömt der ionisierte Gasträger von der Ionisationskammer aus in zwei Teilströmen in die Ionenkollektoren 34 und 134. An die Elektroden des Ionenkollektors 34 ist eine verhältnismäßig niedere Spannung von der Spannungsquelle 40 aus angelegt, die beispielsweise 10 Volt beträgt, und damit jedoch hoch genug ist, um die Gasionen bei der Verwendung von Wasserstoff als Trägergas auszuscheiden und niederzuschlagen. Eine wesentlich höhere Spannung wird von der Spannungs quelle 140 aus an den zweiten lonenkollektor 154 angelegt, um die ionisierten Thermopartikel aus dem Gasstrom auszuscheiden, wobei diese Spannung jedoch noch niedrig genug ist, um einen Funkenüberschlag zu vermeiden. Wegen der hohen Mobilität der Gasionen werden diese insgesamt in einem der beiden Ionenkollektoren niedergeschlagen. Ba die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases durch beide Ionenkollektoren identisch ist, wird, wenn keine aufgeladenen Thermopartikel im Gasstrom enthalten sind, Im wesentlichen der gleiche Ionenstrom an den beiden Ionenkollektoren 34 und 134 unabhängig von der unterschiedlichen Spannung ausgelöst. Wenn sich jedoch eine Differenz bezüglich der beiden Ionenströme zeigt, wird diese vom Differenzverstärker 46 erfaßt und im Verstärker 44 verstärkt, um mit dem Aufzeichnungsgerät 48 festgehalten zu werden. Die Differenz der Ionenströme ist 0,

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wenn keine geladenen Thermopartikel im Gasstrom vorhanden sind. Dabei wird weder eine Änderung des Gasdruckes oder der Strömung durch die Anzeigeeinrichtung, noch die Effektivität der Strahlungsquelle dies ändern.

Wenn der Gasstrom Thermopartikel enthält, nimmt der Ionenstrom im ersten Ionenkollektor 34- beträchtlich ab. .Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß sich die freien Ionen mit dem Thermopartikel vereinigen, wodurch Partikel mit einem größeren Radius entstehen und einer geringeren Mobilität. Wegen der größeren Spannung an den Elektroden des zweiten Ionenkollektors 134- werden die leichtesten Partikel bis zu einem Radius von etwa 19 Nanometer bei einer Spannung von etwa 500 Volt ausgeschieden und niedergeschlagen, wodurch der Ionenstrom im zweiten Ionenkollektor 134- weniger abnimmt als im ersten. Die Differenz der beiden Ionenströme wird wiederum verstärkt und aufgezeichnet. Das Aus gangs signal des Verstärkers 4-4- kann dazu benutzt werden, um eine Alarmanlage 50 auszulösen oder eine andere geeignete Anzeige zu bewirken.

Im Gegensatz zu den bisher benutzten Überwachungseinrichtungen für die Betriebsbedingungen von Generatoren wird bei der Erfindung ein Alarm nur dann ausgelöst, wenn Thermopartikel im Kühlgas vorhanden sind. Durch die Erfindung erhält man in vorteilhafter Weise Ionenströme, deren Differenz die Anwesenheit von Thermopartikeln im Kühlgas anzeigt, wenn der eine Ionenstrom von einem Ionenkollektor stammt, der für die Feststellung der Ionen des Trägergases mit einer entsprechenden Vorspannung beaufschlagt wird, und der andere Ionenkollektor mit einer solchen Vorspannung beaufschlagt wird, daß er die Anwesenheit aller Ionen einschließlich der geladenen Thermopartikel erfaßt.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Überwachungseinrichtung zur Feststellung von Thermopartikeln in einem Trägergas, vorzugsweise zur Überwachung gasgekühlter, dynamoelektrischer Maschinen, mit einer vom Trägergas durchströmten Ionisationskammer sowie einem Ionenkollektor, der in einem Mantelgehäuse erste und zweite an eine Spannung angeschlossene Elektroden umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter vom Trägergas durchströmter Ionenkollektor (134) vorhanden ist, der in einem Mantelgehäuse dritte und vierte an eine Spannung angeschlossene Elektroden (126, 135) umfaßt, daß das ionisierte Trägergas mit darin enthaltenen aufgeladenen Thermopartikel in Serienanordnung zunächst den ersten Ionenkollektor (34-) passiert, daß die an die erste und zweite Elektrode angelegte Spannung einen solchen Wert hat_? daß im wesentlichen die freien Ionen des Trägergases im ersten Ionenkollektor (34-) ausgeschieden und niedergeschlagen werden, daß das Trägergas mit den aufgeladenen Thermopartikel dem zweiten Ionenkollektor (134-) zuführbar ist, daß die an die dritten und vierten Elektroden angelegte Spannung einen solchen Wert hat, daß im wesentlichen die aufgeladenen Thermo-

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partikel im zweiten Ionenkollektor ausgeschieden und niedergeschlagen werden, und daß Meßeinrichtungen vorhanden sind, mit welchen der Ionenstrom im zweiten Ionenkollektor feststellbar ist.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ionisationskammer eine Strahlungsquelle zum Ionisieren des Trägergases vorgesehen ist, und daß die am zweiten Ionenkollektor (134-) liegende Spannung einen Strom durch eine Kollektorlast (142) erzeugt, welcher zwischen der dritten und vierten Elektrode liegt, wobei die Amplitude dieses Ionisationsstromes proportional der Menge der ausgeschiedenen Thermopartikel im Trägergas ist.
3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß das Trägergas, das zum Kühlen der dynamoelektrischen Machine verwendete 3as ist, welches im Kreislauf zumindest teilweise durch die Ionisationskammer und die Ionenkollektoren geleitet wird, und daB bei der Verwendung von vorzugsweise Wasserstoff als Kühlgas die Spannung am zweiten Ionenkollektor größer als die Spannung am ersten Ionenkollektor ist, um die Ionen größerer Radien als die Kühlgasionen im zweiten Ionenkollektor auszuscheiden und niederzuschlagen.

4-. Überwachungseinrichtung zur Peststellung von Thermopartikel in einem Trägergas, vorzugsweise zur Überwachung gasgekühlter, dynamoelektrischer Maschinen mit einer vom Trägergas durchströmten Ionisationskammer sowie einem lonenkollektor, der in einem Mantelgehäuse erste und zweite an eine Spannung angeschlossene Elektroden umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter vom Trägergas durchströmter Ionenkollektor (134·) vorhanden ist, der in einem Mantelgehäuse dritte und vierte an eine Spannung angeschlossene Elektroden (126, 135)

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umfaßt, daß das ionisierte Trägergas mit darin enthaltenen aufgeladenen Thermopartikeln von der Ionisationskammer (32) aus die Parallelanordnung des ersten Ionenkollektors (34-) und des zweiten Ionenkollektors (134-) durchströmt, daß die zwischen die erste und zweite Elektrode angelegte Spannung einen solchen Wert hat, daß im wesentlichen die freien Ioner, des Trägergases ausgeschieden und niedergeschlagen werden, wogegen die zwischen die dritte und vierte Elektrode angelegte Spannung auf einem solchen Wert gehalten wird, daß ir: wesentlichen die aufgeladenen Thermopartikel ausgeschieden und niedergeschlagen werden, und daß Meßeinrichtungen vorhanden sind, mit welchen die Ionenstrcne im ersten und zweirer. Ionenkollektor ausgemessen und miteinander verglichen werden.

5· Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4-, dadurch £ e k e η η-zeichnet, daß die Vergleichseinrichtungen für die Ionenströme beim Vorhandensein von Thermopartikel einen größeren Ionenstrom vom zweiten Ionenkollektor als von ersten Ionenkollektor feststellen.

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