JP5782301B2 - 発電機におけるシール漏れおよびシール油汚染の検出 - Google Patents

Description

本開示は、一般にガス冷却式発電機に関し、より詳細には、とりわけガス冷却式発電機内のシール漏れまたはシール油汚染を検出する検出器に関する。

より高い定格を有する発電機は、冷却剤として加圧ガス、たとえば水素を使用して冷却されることが多い。発電機のケーシングは冷却ガスを収容し、ケーシングの密閉容器をロータ軸が貫通する。通常、ケーシング内の水素純度が高ければ高いほど、発電機はより効率的に動作する。逆に、発電機内で水素消費が高く、水素純度が低ければ、強制停電を招きうる問題が生じる。水素消費が高い２つの原因には、ケーシング内の静止シール漏れおよび軸封漏れが含まれる。

ケーシング内の静止シールからの水素冷却ガス漏れは、時間が経つとよくあることである。たとえば、ケーシング内の漏れの潜在的な領域には、高圧ブッシング、パッキン押え、コレクタ端子、溶接継ぎ手、エンドシールドの横目地、縦目地、および水素シールケーシングのエンドシールドの縦目地が含まれるであろう。最終的にはこれにより、水素消費が許容できる限度を上回る。

ケーシングに結合されたエンドハウジング内には軸封システムが位置決めされ、ロータ軸を封止して、冷却ガスが逃れるのを実質上防止する。軸封システムは、軸を円周方向に包む１対のシールリングを使用することができる。このシールシステムはまた、１対のラビリンスシールを収容することができる。ラビリンスシールは通常、シールリングの両側に位置しており、水素がシール領域、シールリングの周りの空胴、およびいずれかのラビリンスシールに入り、エンドハウジングを通って漏れるのを防止しようとして、軸との狭い隙間を維持する。軸とシールリングの間の隙間には、ケーシング内の冷却ガスの圧力より高い圧力でシール油が流される。軸封システムに異常が生じると、水素がケーシングから逃れるため、水素純度は予期されるレベルより著しく低くなり、また水素消費はより高くなる。シール領域内では、部分的な圧力変化の結果、水素純度レベルが低減するため、シール油が周囲の水素を溶解し、同伴された空気を手放す。純度レベルを維持するために、連続排出（すなわち、比較的低い純度のガス混合物と純粋な水素の交換）が実行される。しかし、通常の排出レベルは、純度要件を満たすことができないことがある。通常の排出レベルでは、水素消費が許容できる限度内である場合でも、純度はより低くなる。多くの場合、水素純度を正常まで上げようとして、排出レベルはより速い排出速度設定まで増大され、その結果、水素消費はより高くなる。

上記の問題に加えて、時間が経つにつれて、ロータとの軸シールリングの隙間は増大する。場合によっては、その結果シール油汚染が生じる可能性があり、それによって軸シールリングを損傷する可能性がある。またこの状況の結果、シール隙間が増大され、または油圧がより高くなるため、シール油の流量が増大される可能性があり、それによってシール領域内、および後にはケーシング内のガス純度が低減する。

米国特許第４７９２９１１号公報

本開示の第１の態様は、ロータの少なくとも一部分を取り囲み、それらの周りである体積の冷却ガスを密閉するケーシングであって、複数の静止シールを含むケーシングと、ケーシングの各端部にあるエンドハウジングであって、各エンドハウジングがシールシステムを含み、このシールシステムをロータが貫通し、冷却ガスの一部分がケーシングからエンドハウジング内の少なくとも１つのシール領域へ逃れる、エンドハウジングと、ケーシング内で実質上一定の圧力を維持するように冷却ガスの流れをケーシングへ送達する、冷却ガス調整器によってケーシングに流体的に結合された冷却ガス源と、逃れている冷却ガスの一部分を含むガス混合物を除去する、各エンドハウジングに結合された排出システムと、ケーシング内の冷却ガスの純度を判定する純度センサと、冷却ガス調整器内の冷却ガス流量が冷却ガス流量閾値と比較して増大したこと、ケーシング内の冷却ガスの純度が対応する純度閾値と比較して増大したこと、および排出システム内のガス混合物流量がガス混合物流量閾値と比較して増大したことの少なくとも１つに応答して、複数の静止シールの少なくとも１つにおける漏れを示す警報を生成する静止シール漏れ検出器とを備えるシステムを提供する。

本開示の第２の態様は、ロータの少なくとも一部分を取り囲み、それらの周りである体積の冷却ガスを密閉するケーシングと、ケーシングの各端部にあるエンドハウジングであって、各エンドハウジングがシールシステムを含み、このシールシステムをロータが貫通し、冷却ガスの一部分がケーシングからエンドハウジング内の少なくとも１つのシール領域へ逃れる、エンドハウジングと、逃れている冷却ガスの一部分を含むガス混合物を除去する、各エンドハウジングに結合された排出システムと、ケーシングからシールシステムの少なくとも１つを通って、ケーシング内の圧力より高い圧力の対応するシール領域へ流れるシール油のシール油流量を感知するシール油センサと、シール油の排油温度を判定する温度センサと、シール油フィルタの両端間のシール油フィルタ差圧を判定する圧力差センサと、シール油流量がシール油流量閾値を超過すること、排油温度が排油温度閾値より低いこと、およびシール油フィルタ差圧がシール油フィルタ圧力差閾値を超過することに応答して、シール油の汚染を示す警報を生成するシール油汚染検出器とを備えるシステムを提供する。

本開示の第３の態様は、ロータの少なくとも一部分を取り囲み、それらの周りである体積の冷却ガスを密閉するケーシングと、ケーシングの各端部にあるエンドハウジングであって、各エンドハウジングが、軸シールリングを含むシールシステムを含み、このシールシステムをロータが貫通し、冷却ガスの一部分が、ケーシングから対応する軸シールリングを介して少なくとも１つのシール領域へ逃れる、エンドハウジングと、逃れている冷却ガスの一部分の少なくとも一部を含むガス混合物を除去する、各エンドハウジングに結合された排出システムであって、第１の排出速度、および第１の排出速度より速い第２の排出速度でガス混合物を除去する制御弁システムを含む、排出システムと、制御弁システムが第１の排出速度で動作する時間と第２の排出速度で動作する時間の比が排出速度比閾値を超過することに応答して、軸シールリング内の隙間の増大を示す警報を生成するシールシステム隙間増大検出器とを備えるシステムを提供する。

本開示の例示的な態様は、本明細書に記載の問題および／または論じられていない他の問題を解決するように設計される。

この開示の上記その他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から、より容易に理解されるであろう。

本発明の実施形態によるシステムの概略図である。 本発明の実施形態による検出器に対する動作方法論の流れ図である。 本発明の実施形態による別の検出器に対する動作方法論の流れ図である。 本発明の実施形態による別の検出器に対する動作方法論の流れ図である。 図４の検出器によって検出可能なシステム動作を示すグラフである。

本開示の図面は原寸に比例しないことに留意されたい。これらの図面は、本開示の典型的な態様のみを示すものであり、したがって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。図面では、図面間の同じ要素を同じ番号で表す。

上述のように、本開示は、とりわけガス冷却式発電機に対するシール漏れ（複数可）および／またはシール油汚染の検出を提供する。このようにして、本発明のいくつかの実施形態による検出器は、ガス冷却式発電機における漏出源からの冷却ガス、たとえば水素漏れ、ならびに純度が低い、また冷却ガス消費が高いという問題の早期検出を提供する。

図１を参照して、本発明の実施形態によるシステム１００を示す。システム１００は、発電機１０７のロータ１０４およびステータ１０６の少なくとも一部分を取り囲むケーシング１０２を含む。発電機１０７の他の動作構造は周知であるため、本発明の実施形態の理解に必要なもの以外の構造の詳細は提供しない。ケーシング１０２は、ステータ１０６およびロータ１０４の周りである体積の冷却ガス１０３、たとえば水素を密閉する。ケーシング１０２には、ケーシング内で実質上一定の圧力を維持するように冷却ガス１０３の流れをケーシング１０２へ送達するために、冷却ガス調整器１１０によって冷却ガス源１０８が流体的に結合される。冷却ガス調整器１１０は、発電機制御システム１１２によって制御される。これについては、本明細書でより詳細に説明する。冷却ガス源１０８は、冷却ガスの加圧タンク（複数可）または他の適切な冷却ガス源を含むことができる。図示しないが、冷却ガス１０３は、ケーシング１０２、ステータ１０６の一部、および／またはロータ１０４の一部を通って循環することができ、またたとえば冷却器を使用して強制的に冷却される。

ケーシング１０２は、ケーシングの（金属）部分が嵌合し、または機器がケーシングを貫通する複数の位置に、複数の静止シールを含むことができる。１つの例示的な静止シールには、たとえばケーシング１０２の隅部にある溶接継ぎ手１１４が含まれる。他の例には、それだけに限定されるものではないが、高圧ブッシング、パッキン押え、コレクタ端子、エンドシールドの横目地、縦目地、および／または水素シールケーシングのエンドシールドの縦目地が含まれる。各静止シールは、可動部分、たとえばロータ１０４と相互に作用しないため、「静止」と呼ぶ。

ケーシング１０２の各端部には、エンドハウジング１２０が位置決めされる。各エンドハウジング１２０はシールシステム１２２を含み、シールシステム１２２をロータ１０４が貫通する。シールシステム１２１は、各エンドハウジング１２０内のシール領域１２３内に位置決めされ、すなわち各シールハウジング１２０は、シールシステムをその中に含む。各シールシステム１２１は少なくとも１つの軸シールリング１２２を含み、軸シールリング１２２はロータ１０４を封止し、ロータ１０４は軸シールリング１２２を貫通する。シールシステム１２１はまた、たとえば、水素がシール領域１２３に入り、エンドハウジング１２０を通って漏れるのを防止しようとして、ロータ１０４との狭い隙間を維持するために、シールリングの両側に１対のラビリンスシール（見やすいように図示せず）を含むことができる。ロータ１０４を支持する軸受は、見やすいように省略した。軸シールリング１２２は、シール油１２４を使用してロータ１０４を円周方向に封止する、現在知られている、または今後開発される任意のシールシステムを含むことができる。シール油１２４は、ロータ１０４とのシールを維持するように、ケーシング１０２内の冷却ガス１０３の圧力より高い圧力で、適当な導管を使用して各軸シールリング１２２へ送達される。しかし、冷却ガス１０３の一部分は、ケーシング１０３からエンドハウジング（複数可）１２０内の少なくとも１つのシール領域１２３へ逃れる。油回収システム１２５は、シール領域１２３内に集まるシール油１２４をシール油タンク１２６内で捕獲し、シール油フィルタ１３６を使用してシール油１２４を濾過し、差圧調整器１５０を使用して、ケーシング１０２内部の圧力より高い圧力でシール油１２４を軸シールリング１２２に戻すように動作する。圧力調整器１５０は、制御弁システム１２８の一部とすることができる。

各シール領域１２３には、適当な導管を使用して、シール領域（複数可）１２３内へ逃れる冷却ガス１０３の一部分を含むガス混合物１３２を除去する排出システム１３０を結合させることもできる。ガス混合物１３２はまた、シール油１２４から解放された空気（すなわち、シール油１２４内に同伴された空気）の一部分を含むことがある。排出システム１３０は、ガス混合物１３２を大気へ逃す通気孔１３３を含むことができる。排出システム１３０はまた、ガス混合物１３２を第１の排出速度、および第１の排出速度より速い第２の排出速度で除去するために、制御弁システム１３４を含むことができる。すなわち、制御弁システム１３４は、シール領域１２３内の純度の読取りに基づいて、ガス混合物１３２を異なる速度で除去するために、適当なガス分析器、ポンプ、調整器、および弁を含む。制御弁システム１３４は、制御システム１１２によって制御される。排出システム１３０の他の周知の部分は、見やすいように省略した。図１は発電機１０７の簡略化版であり、ポンプ、弁、分析器、タンク、ゲージ、スイッチ、計器、トラップなどの他の構造は見やすいように省略したことが強調される。

本発明の様々な実施形態によれば、複数のセンサを用いて、複数の検出器１７０、１７２、１７４、および１７６（制御システム１１２内に示す）によって使用されるパラメータを判定し、とりわけシール漏れ（複数可）および／またはシール油汚染を判定することができる。これについては、本明細書でより詳細に説明する。各検出器１７０、１７２、１７４、および１７６は、発電機１０７に対する全体的な制御システム１１２の一部として含むことができる。

いくつかの実施形態によって使用される１つのセンサには、ケーシング１０２および／またはシール領域（複数可）１２３内の冷却ガスの純度を判定する純度センサ１４０が含まれる。図示のように、純度センサ１４０は、ケーシング１０２および各シール領域１２３という３つの測定位置を含むが、この構成は、すべての場合に必要というわけではない。純度センサ１４０は、現在知られている、または今後開発される任意のガス純度分析器、および関連する測定モジュールを含むことができる。

いくつかの実施形態で提供される別のセンサは、ガス混合物流量センサ１４２を含む。ガス混合物流量センサ１４２は、ガス混合物１３２の流量を測定する。ガス混合物流量センサ１４２は、たとえば排出システム１３０の適当な導管（複数可）内に位置決めされた独立したセンサとすることができ、または排出システム１３０の制御弁システム１３４の一部とし、すなわち、たとえばポンプ流量に基づいてガス混合物流量がわかるようにすることができる。ガス混合物流量センサ１４２は、回転ポテンショメータ、熱線風速計、オリフィス流量計など、現在知られている、または今後開発される任意のガス流量センサを含むことができる。特定の実施形態では、シール油１２４の排油温度を判定する温度センサ１４４を（たとえば、シールシステム１２１の適当な導管（複数可）内に）提供することもできる。温度センサ１４４は、熱電対などの任意の従来のセンサを含むことができる。

さらに、シールシステム１２１の少なくとも１つを通って流れるシール油１２４のシール油流量を、すなわち回収システム１２５の導管内へ進むシール油の量によって感知するために、シール油センサ１４６を（たとえば、シールシステム１２１の適当な導管（複数可）内に）提供することができる。シール油１２４は、ケーシング１０２から、ケーシング内の圧力より高い圧力の対応するシール領域１２３へ逃れる。別の実施形態では、圧力差センサ１４８は、シール油フィルタ１３６の両端間、すなわちシール油回収システム１２５のシール油フィルタ差圧を判定する。圧力差センサ１４８は、現在知られている、または今後開発される任意の圧力計システム、たとえば圧電抵抗式変換器、ダイアフラム変換器、ブルドン管、マノメータなどを含むことができる。ロータ１０４とのシールを維持するために、シール油ケーシング−ハウジング差圧調整器１５０が、シール油１２４の圧力をケーシング１０２内の冷却ガス１０３の圧力より高く維持する。調整器１５０はまた、知られているように、ケーシング１０２とシール領域１２３の間のシール油圧力の表示を提供する。シール油ケーシング−ハウジング差圧調整器１５０は、現在知られている、または今後開発される任意の圧力調整器システム、たとえばダイアフラム圧力調整器、逃し弁、電子式圧力調整器、電空式圧力調整器などを含むことができる。

図２〜５に移って、検出器１７０、１７２、１７４、１７６の様々な動作実施形態について次に説明する。一実施形態では、静止シール漏れ検出器１７０は、ケーシング１０２内の複数の静止シール１１４の少なくとも１つにおける漏れを示す警報を生成する。たとえば、冷却ガス１０３の漏れは、高圧ブッシング、パッキン押え、コレクタ端子、溶接継ぎ手、エンドシールドの横目地、縦目地、および水素シールケーシングのエンドシールドの縦目地などを通って発生することがある。図２に示すように、静止シール漏れ検出器１７０（図１）は、ａ）冷却ガス調整器１１０内の冷却ガス流量が冷却ガス流量閾値と比較して増大したこと（プロセスＰ２でｙｅｓ）、ｂ）ケーシング１０２内の冷却ガス１０３の純度が増大したこと、またはｃ）排出システム１３０内のガス混合物１３２の流量の増大が排出流量閾値を超過しないこと（プロセスＰ４でｎｏ）の少なくとも１つに応答して、警報を生成する（プロセスＰ１）。これらのプロセスの順序は、図２に示すものとは変動することがある。図２では、プロセスＰ２およびＰ３に対するプロセスＰ１を破線で示す。それは、代替実施形態では、プロセスＰ１の警報のためには、プロセスＰ２〜Ｐ４のすべてにおいて肯定的な結果を得なければならないためであり、すなわち警報は、プロセスＰ２、Ｐ３の下に「ｙｅｓ」の標識で示すように、３つすべての条件が満たされるときのみ発生する。この場合、破線で示すプロセスＰ１は削除され、したがってプロセスＰ２およびＰ３の右側の「ｙｅｓ」という標識は削除される。より具体的には、従来のシステムならびにシステム１００では、発電機１０７の静止シール１１４のいずれかを通って冷却ガス１０３の一定の漏れが存在するとき、制御システム１１２は、冷却ガス調整器１１０を介して冷却ガス１０３の入口流量を増大させることによって、ケーシング１０２内の一定の圧力を維持するように動作する。さらに、本質的には、ガス混合物１３２が冷却ガス源１０８からの純粋な冷却ガス１０３（たとえば、水素）と交換されるため、漏れの始まりと比較して、より高い純度レベルが観察される。したがって、これらの２つのパラメータのそれぞれまたは両方に対する値が比較的より高いということは、１つまたは複数の静止シール１１４から冷却ガスが漏れていることを示す。本分野で見られる場合のように、漏出源が一定でない場合でも、平均入口流量およびケーシング純度の変化が観察される。さらに、上述のように、ガス混合物１３２の流量は、ガス混合物流量センサ１４２によって測定される。この場合、純度センサ１４０によってシール領域（複数可）１２３内で測定される不純物の増大により、制御弁システム１３４は、シール領域（複数可）１２３からのガス混合物１３２の除去を増大させることができる。したがって、ガス混合物の流量が対応するガス混合物流量（排出速度）閾値を超過することも、静止シール漏れを示す。上記を考えると、３つの条件（プロセスＰ２〜Ｐ４）の任意の１つまたは組合せで、静止シール（複数可）漏れを示すことができる。

冷却ガス流量閾値は、たとえば実験データに基づいてユーザ定義することができ、知られている任意の測定単位を有することができる。同様に、対応する純度閾値およびガス混合物流量閾値も、たとえば実験データに基づいてユーザ定義することができ、知られている任意の測定単位を有することができる。一実施形態では、各閾値は、単に、漏れが始まる前にシステム１００が動作していた比較的安定した状態の値とすることができる。別の実施形態では、冷却ガス流量、純度、およびガス混合物流量の測定（複数可）（または本明細書に記載の任意の他の測定された値）はそれぞれ、移動平均の点から構成することができ、したがって移動平均を対応する閾値と比較することができ、すなわち、これらの流量または他の測定された値は、移動平均として計算される。移動平均を算出するために得られるサンプル寸法は変動することがあり、このサンプル寸法を評価して、データが妥当なものであるかどうかを判定することができる。たとえば、移動平均がＮ回のサンプルに対して連続して高いとき、パラメータが許容できる限度を上回ることを確かめることができる。上述のように、純度センサ１４０は、図示の各位置で純度を測定することができる。その場合、純度閾値は、各位置に対する値を含むことができ、たとえば各センサ位置に対する閾値が存在する。この場合、対応する純度閾値を超過するのに必要な値の数は、たとえばケーシング純度だけ、１つのシール領域、両方のシール領域、すべての純度値など、ユーザ定義することができる。別法として、同じく上述のように、純度測定を組み合わせることができ、その場合、単一の純度閾値を用いることができる。

検出器１７２および１７４を参照すると、たとえば熱膨張、組立て誤差、シール油内の破片などのシール油汚染、シール偏心のため、軸シールリング１２２とロータ１０６の間の隙間の増大などの多数の理由によってシール油流量がより高くなることがあり、またはこれは、圧力調整器１５０の欠陥などのために生じることがある。この一覧の中から原因を判定するために、検出器１７２および１７４が提供される。一実施形態では、図３に示すように、シール油汚染検出器１７２は、シール油１２４の汚染を示す警報を生成する（プロセスＰ１０）。検出器１７２は、シール油センサ１４６によって測定されるシール油流量がシール油流量閾値を超過すること（プロセスＰ１１でｙｅｓ）、温度センサ１４４によって測定される排油温度が排油温度閾値より低いこと（プロセスＰ１２でｙｅｓ）、およびシール油差圧センサ１４８によって測定されるシール油フィルタ差圧（ＳＯＦＤＰ）がシール油フィルタ圧力差閾値を超過すること（プロセスＰ１３でｙｅｓ）に応答して、警報を生成することができる。これらのプロセスの順序は、図３に示すものとは変動することがある。前述の閾値はそれぞれ、ユーザ定義することができ、知られている任意の適当な測定単位を有することができ、たとえば実験データに基づくことができる。一実施形態では、上述の閾値はそれぞれ、単に、シール油汚染の始まる前にシステム１００が動作していた比較的安定した状態の値とすることができる。いずれの場合も、シール油流量がシール油流量閾値を上回って増大することは、軸シールリング１２２とロータ１０６の間の隙間の十分な増大を示す。シール油１２４の排油温度が低いことも、シール油１２４内に摩擦で生じた熱が少ないため、隙間の増大を示す。しかし、シール油フィルタ差圧（ＳＯＦＤＰ）の増大は、シール油１２４内の破片の量の増大を表し、したがって、シール油汚染を示す。

しかし、場合によっては、シール油フィルタ差圧は、対応する閾値を上回らず、すなわちプロセスＰ１３で「Ｎｏ」になることがある。この場合、プロセスＰ１３の「Ｎｏ」で処理をプロセスＰ１１へ戻すことに応答して、流れは破線ボックス内のプロセスＰ１４〜Ｐ１６へ進み、すなわちプロセスＰ１１への戻りは削除される。この場合、隙間の増大の理由は、おそらくシール油汚染ではない。原因をさらに判定するために、代替実施形態では、同じく図３に示すように、問題検出器１７４は、シール油流量がシール油流量閾値を超過すること（プロセスＰ１１でｙｅｓ）、排油温度が排油温度閾値より低いこと（プロセスＰ１２でｙｅｓ）、シール油フィルタ差圧がシール油フィルタ圧力差閾値より低いこと（プロセスＰ１３でｎｏ）、およびシール油ケーシング−ハウジング差圧調整器１５０によって測定されるシール油ケーシング−ハウジング差圧がシール油ケーシング−ハウジング差圧閾値を超過すること（プロセスＰ１５でｙｅｓ）に応答して、システム障害を示す第１の警報を生成することができる（プロセスＰ１４）。この場合、シール油流量が高く、排油温度が低く、またシール油フィルタ圧力差がシール油汚染を示すのに十分な高さではないのに対して、シール油ケーシング−ハウジング差圧がより高いことは、他の可能な原因がすべて除外されたため、システム障害を示す。システム障害は、たとえば上記の閾値の１つに対して圧力調整器１５０の欠陥または閾値の欠陥の形をとることがある。

別法として、問題検出器１７４は、シール油流量がシール油流量閾値を超過すること（プロセスＰ１１でｙｅｓ）、排油温度が排油温度閾値より低いこと（プロセスＰ１２でｙｅｓ）、シール油フィルタ差圧がシール油フィルタ圧力差閾値より低いこと（プロセスＰ１３でｎｏ）、およびシール油ケーシング−ハウジング差圧がシール油ケーシング−ハウジング差圧閾値より低いこと（プロセスＰ１５でｎｏ）に応答して、組立て誤差または熱膨張を示す第２の警報を生成することができる（プロセスＰ１６）。この場合、シール油ケーシング−ハウジング差圧値が閾値より低いことは、すなわち他の可能な原因のすべてが除外されたため、軸シールリング１２２とロータ１０６の間の隙間の増大が熱膨張または組立て誤差のいずれかによるものであることを示す。

図４および５に移ると、別の実施形態では、シールリング隙間検出器１７６は、制御弁システム１３４が第１の排出速度で動作する時間と第２の排出速度で動作する時間の比が排出速度比閾値を超過することに応答して、すなわちロータ１０６に対する軸シールリングの隙間の増大を示す警報を生成する（プロセスＰ２０）。より具体的には、排出システム１３０の制御弁システム１３４は、異なる排出速度で、すなわち異なるガス混合物除去速度で動作する。ガス混合物除去速度は通常、純度センサ１４０に基づいて判定できるシール領域１２３内のガス混合物１３２の純度に依存する。純度が下限を下回る場合、排出システム１３０は、制御システム１１２の制御下で冷却ガス調整器１１０によって不純なガス混合物１３２を除去して新しい純粋な冷却ガス１０３を入れるように、速い排出速度で動作する。対照的に、純度が上限を上回る場合、排出システム１３０は、より速い速度で不純な冷却ガスを除去する必要がないため、より低い排出速度へ戻る。図５に示すように、軸シールリング１２２の隙間が時間とともに徐々に増大するにつれて、純度が上限から下限へ減衰する期間（Ｌ）は低減する。同様に、純度が下限から上限へ戻る期間（ｄ）は増大する。たとえば、第１のサイクル１では、冷却ガス１０３の純度が上限、たとえば９７％から下限、たとえば９５％に減衰するのにかかる時間（Ｌ）は、後のサイクルＮと比較すると比較的長い。第１のサイクル１では、シールシステム１２１は比較的新しく、したがって排出速度をより速くするのに十分なほど漏れるにはより長くかかり、純度を増大させるための応答時間はより短い。サイクルＮで排出速度をより速くする時間が短ければ短いほど、冷却ガス１０３がより速く逃れているため、後の時間サイクルＮにおいて軸シールリング１２２に対する隙間がより大きくなることを示す。同様に、サイクル１とサイクルＮを比較することによって観察されるように、排出システム１３０の排出速度がより速い時間（ｄ）は、時間とともにより長くなる。それは、制御弁システム１３４が十分なレベルまで純度を増大させるにはより長くかかるためである。したがって、制御弁システム１３４が第１のより遅い排出速度で動作する時間と第２のより速い排出速度で動作する時間の比は、軸シールリングの摩耗を示す。排出速度比閾値は、いつ軸シールリングの隙間が修理を保証するのに十分な大きさになるかを確認するように、たとえば実験データに基づいて、ユーザ定義することができる。

別個の検出器１７０、１７２、１７４、および１７６として説明したが、本発明の範囲内でこれらの検出器の任意の組合せを用いることができることが理解される。

本明細書に記載の各警報は、可聴警報、たとえばサイレン、コンソール上の電子ブザー音など、または視覚警報、たとえばコンソール上の閃光、前述のものの組合せなど、様々な形をとることができる。警報はまた、問題を少なくとも部分的に補正するための正しい動作を含む命令を含むことができる。たとえば、警報は、「シール油汚染、シール油を交換してください」、「軸シールリングの隙間が許容できる限度を上回っています」のようなものを示すことができる。別法として、または追加として、命令は、どこで正しい動作が必要とされるかに関する特定性を提供することができる。たとえば、「軸シールリングの隙間が許容できる限度を上回っています」、「ケーシング−ハウジング圧力差閾値に欠陥があります」などである。さらに、本明細書に記載のように収集される任意のデータはまた、たとえばデータが許容できる範囲内であるかどうか、データが現実的であるかどうか、データが不安定であるかどうかなどを判定することによって、結果を偏らせうるデータの欠陥を回避するように、知られている任意の形で評価または選別することができる。

システム１００、検出器１７０、１７２、１７４、および１７６、ならびに関連する記載のセンサは、すべてのガス冷却式発電機で実施可能である。記載のシステム１００のいくつかの実施形態を実施する際に実現できるいくつかの利点は、発電機の性能がより高いこと、利用可能性がより大きいこと、そして動作コストがより低いことである。発電機における高い水素消費、水素漏れ、および低い水素純度を予測するという問題は、本発明のいくつかの実施形態によって解決されるであろう。また、問題の原因の実際の位置が明らかになるであろう。

検出器（複数可）１７０、１７２、１７４、１７６および関連するセンサを含むシステム１００は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として実施することができる。したがって、本発明の実施形態は、全体としてハードウェアの実施形態、全体としてソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、またはソフトウェアの態様とハードウェアの態様を組み合わせる実施形態の形をとることができる。これらをすべて、本明細書では全体として「回路」、「モジュール」、または「システム」と呼ぶ。さらに、システム１００および検出器は、媒体内で実施されるコンピュータ使用可能プログラムコードを有する任意の有形の表現媒体内で実施されるコンピュータプログラム製品の形をとることができる。この場合、システム１００のコンピュータプログラム命令は、発電機１０７に対する全制御システム１１２などのコンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置上にロードして、コンピュータまたは他のプログラム可能装置上で一連の動作ステップを実行し、コンピュータまたは他のプログラム可能装置上で実行する命令が本明細書に指定の機能／動作を実施するプロセスを提供するようなコンピュータ実施プロセスを生成することができる。

１つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組合せを利用することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体とすることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、それだけに限定されるものではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外、もしくは半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、または上記の任意の適切な組合せとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（非排他的なリスト）には、１つまたは複数のワイアを有する電気的接続、携帯型のコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯型のコンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、磁気記憶デバイス、または上記の任意の適切な組合せが含まれるはずである。本明細書では、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、またはこれらとともに使用するためのプログラムを収容または記憶できる任意の有形の媒体とすることができる。

コンピュータ可読信号媒体は、伝搬されるデータ信号を、その中で実施されるコンピュータ可読プログラムコードとともに、たとえばベースバンド内に、または搬送波の一部として含むことができる。そのような伝搬される信号は、それだけに限定されるものではないが、電磁、光学、またはこれらの任意の適切な組合せを含めて、様々な形のいずれかをとることができる。コンピュータ可読信号媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、またはこれらとともに使用するためのプログラムを通信、伝搬、または輸送できる、コンピュータ可読記憶媒体ではない任意のコンピュータ可読媒体とすることができる。

コンピュータ可読媒体上で実施されるプログラムコードは、それだけに限定されるものではないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなど、または上記の任意の適切な組合せを含めて、任意の適当な媒体を使用して伝送することができる。

本発明の動作を実施するコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラム言語、および「Ｃ」プログラム言語または類似のプログラム言語などの従来の手続き的プログラム言語を含めて、１つまたは複数のプログラム言語の任意の組合せで書くことができる。プログラムコードは、全体として発電機のコンピュータ制御装置上で、独立型のソフトウェアパッケージとして部分的に制御装置上で、部分的に制御装置上および部分的に遠隔のコンピュータ上で、または全体として遠隔のコンピュータもしくはサーバ上で実行することができる。後者の場合、遠隔のコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）もしくはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含めて、任意のタイプのネットワークを通って発電機のコンピュータ制御装置に接続することができ、または外部のコンピュータへ（たとえば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを通って）接続を行うこともできる。本発明の前述の実施形態の技術的な効果は、とりわけガス冷却式発電機に対するシール漏れ（複数可）および／またはシール油汚染の検出である。本発明のいくつかの実施形態による検出器は、ガス冷却式発電機における漏出源からの冷却ガス、たとえば水素漏れ、ならびに純度が低い、また冷却ガス消費が高いという問題の早期検出手段を提供する。

ブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。この点で、それぞれの記載の機能は、指定の論理的機能（複数可）を実施する１つまたは複数の実行可能な命令を含むコードのモジュール、セグメント、または部分を代表することができる。いくつかの代替実装形態では、記載の機能は記載の順序以外で行うことができることにも留意されたい。たとえば、連続して記載した２つのステップは、実際には、関連する機能に応じて、実質上同時に実行することができ、または時として逆の順序で実行することもできる。本明細書に記載の機能は、指定の機能もしくは動作を実行する特殊目的ハードウェアベースのシステム、または特殊目的ハードウェアとコンピュータ命令の組合せによって実施できることにも留意されたい。

本明細書で使用される術語は、特定の実施形態について説明することのみを目的とし、本開示を限定しようとするものではない。本明細書では、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別段の明示がない限り、複数形も同様に含むものとする。「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用されるとき、記載の特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。

以下の特許請求の範囲におけるすべての手段またはステッププラスファンクション要素の対応する構造、材料、動作、および均等物は、他の請求される要素と組み合わせて機能を実行するあらゆる構造、材料、または動作を、具体的に請求されるものとして含むものとする。本開示の説明は、例示および説明の目的で提示され、開示される形式の本開示に対して排他的または限定的なものではない。本開示の範囲および精神から逸脱することなく、多くの修正形態および変形形態が当業者には明らかになるであろう。実施形態は、本開示の原理および実際の用途を最善の形で説明するように、そして当業者であれば、様々な修正形態とともに様々な実施形態に対する本開示が、企図される特定の使用に適していることを理解できるように、選択および記載した。

１００ システム
１０２ ケーシング
１０３ 冷却ガス
１０４ ロータ
１０６ ステータ
１０７ 発電機
１０８ 冷却ガス源
１１０ 冷却ガス調整器
１１２ 発電機制御システム
１１４ 溶接継ぎ手
１２０ エンドハウジング
１２１ シールシステム
１２２ 軸シールリング
１２３ シール領域
１２４ シール油
１２５ 油回収システム
１２６ シール油タンク
１２７ シール油フィルタ
１２８ 制御弁システム
１３０ 排出システム
１３２ ガス混合物
１３３ 通気孔
１３４ タンク
１３４ 制御弁システム
１４０ 純度センサ
１４２ ガス混合物流量センサ
１４４ 温度センサ
１４６ シール油センサ
１４８ 圧力差センサ
１５０ シール油ケーシング−ハウジング差圧調整器
１５０ 静止シール漏れ検出器
１７０ 静止シール漏れ検出器
１７２ シール油汚染検出器
１７４ 問題検出器
１７６ シールリング隙間検出器

Claims (6)

1. ロータの少なくとも一部分を取り囲み、その周りである体積の冷却ガスを密閉するケーシングであって、複数の静止シールを含むケーシングと、
   前記ケーシングの各端部にあるエンドハウジングであって、各エンドハウジングがシールシステムを含み、前記シールシステムを前記ロータが貫通し、前記冷却ガスの一部分が、前記ケーシングから前記エンドハウジング内の少なくとも１つのシール領域へ逃れる、エンドハウジングと、
   前記ケーシング内で実質上一定の圧力を維持するように冷却ガスの流れを前記ケーシングへ送達する、冷却ガス調整器によって前記ケーシングに流体的に結合された冷却ガス源と、
   前記逃れる冷却ガスの一部分を含むガス混合物を除去する、各エンドハウジングに結合された排出システムと、
   前記ケーシングで前記冷却ガスの純度を判定する純度センサと、
   前記冷却ガス調整器において冷却ガスの流量が、冷却ガス流量閾値と比較して増大したこと、
   前記ケーシングにおいて前記冷却ガスの純度が、対応する純度閾値と比較して増大したこと、および
   排出システムにおいて前記ガス混合物の流量が、ガス混合物流量閾値と比較して増大したこと、
   のうちの少なくとも１つに応答して、前記複数の静止シールの少なくとも１つにおける漏れを示す警報を生成する静止シール漏れ検出器と、
   を備え、
   前記冷却ガス源が、前記冷却ガスの加圧タンクを含む、
   システム。
2. 前記冷却ガスが水素を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記冷却ガスの流量と前記純度がそれぞれ、複数の測定データの移動平均として計算される、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記シールシステムの少なくとも１つを通るシール油のシール油のシール油流量を感知するシール油センサと、
   前記シール油の排油温度を判定する温度センサと、
   シール油フィルタの両端間のシール油フィルタ差圧を判定する圧力差センサと、
   前記シール油流量がシール油流量閾値を超過すること、前記排油温度が排油温度閾値より低いこと、および前記シール油フィルタ差圧がシール油フィルタ圧力差閾値を超過することに応答して、前記シール油の汚染を示す警報を生成するシール油汚染検出器と、
   をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
5. シール油ケーシング−ハウジング差圧が前記ケーシング内の冷却ガス圧力よりも高くなるように維持する、シール油ケーシング−ハウジング差圧調整器と、
   問題検出器と、
   をさらに備え、
   前記問題検出器が、
   前記シール油流量が前記シール油流量閾値を超過すること、前記排油温度が前記排油温度閾値より低いこと、前記シール油フィルタ差圧が前記シール油フィルタ圧力差閾値より低いこと、および前記シール油ケーシング−ハウジング差圧がシール油ケーシング−ハウジング差圧閾値を超過することに応答して、システム障害を示す第１の警報を生成し、また
   前記シール油流量が前記シール油流量閾値を超過すること、前記排油温度が前記排油温度閾値より低いこと、前記シール油フィルタ差圧が前記シール油フィルタ圧力差閾値より低いこと、および前記シール油ケーシング−ハウジング差圧が前記シール油ケーシング−ハウジング差圧閾値より低いことに応答して、組立て誤差または熱膨張を示す第２の警報を生成する、
   請求項４に記載のシステム。
6. 前記排出システムが、第１の排出速度および前記第１の排出速度より遅い第２の排出速度で前記ガス混合物を除去する制御弁システムを含み、
   前記制御弁システムが前記第１の排出速度で動作する時間と前記第２の排出速度で動作する時間の比が排出速度比閾値を超過することに応答して、軸シールリングの隙間の増大を示す警報を生成するシールシステム隙間検出器をさらに備える、
   請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
   

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