JP5860696B2 - 発電機のシール漏れとシールオイル汚染の検出 - Google Patents

Description

本開示は一般にガス冷却発電機に関し、より詳細には、ガス冷却発電機の、とりわけシール漏れまたはシールオイル汚染を検出するための検出器に関する。

高い定格を有する発電機は、例えば水素などの加圧ガスを冷媒として使用して冷却していることが多い。発電機のケーシングは冷却ガスを含み、回転子のシャフトはケーシングの気密な外箱を通って延在する。ケーシング内の水素の純度が高いほど、一般に、発電機は効率的に動作する。逆に、発電機内での水素の消費量が増え、水素の純度が下がると、運転停止を余儀なくされることになる問題が発生する。水素の消費量を増やす２つの原因は、ケーシングからの固定シール漏れとシャフトのシール漏れである。これらの領域での漏れ量は、シャフトのシールシステムの組立ておよび維持による影響を受ける。水素を消費する第３の領域は、発電機の末端の空洞からのガス掃気速度である。漏れ量は、機械のオペレータおよび／または制御システムによって制御される。

ケーシング内の固定シールからの水素冷却ガスの漏れは、時間の経過につれてよく発生するものである。例えば、ケーシング内にある潜在的な漏れを抱えた領域には高電圧ブッシング、グランド（ｇｌａｎｄ）、集電器端子、末端シールドの水平継手および垂直継手、出入口カバーのフランジの継手、および、水素のシールケーシングの垂直継手がある。

米国特許第４，７９２，９１１号明細書

シャフトシールシステムはケーシングに接続している末端筐体内に位置し、冷却ガスの漏出をほぼ防止するために回転子シャフトを密閉している。シャフトシールシステムにはシャフトの外周を覆う１対のシールリングを使用することが可能である。シールシステムは１対のラビリンスシールをも含むことができる。ラビリンスシールは一般にシールリングの内部に所在し、オイルおよび混入空気がシール領域、シールリングの周囲の空洞、および、いずれかのラビリンスシールから漏出すること、ならびに、末端筐体を介して漏出することを防止しようとしてシャフトとの緊密な隙間を維持している。シールオイルは、ケーシング内の冷却ガスの圧力よりも高い圧力でシャフトとシールリングとの間の隙間を通過させる。シャフトシールシステムの異常は、水素の純度を予測したレベルよりも大幅に低下させるか、または、水素の消費量を増やすおそれがある。なぜなら、水素がケーシングから漏出するからである。シール領域では、分圧の変化のために、シールオイルが混入空気を吐き出し、周囲の水素を溶解する。これは水素の純度レベルの低下をもたらす。純度レベルを維持するために、掃気（すなわち、比較的低純度のガス混合物を純粋な水素で置き換えること）を継続して行う。しかし、通常の掃気レベルは、純度に対する要件を満たさないことがある。通常の掃気レベルでは水素の消費量を許容限度内に収めることが可能だが、運転中の純度の低下につながる。多くの場合、掃気レベルはこれより高い掃気速度の設定に高められ、水素の純度を正常値に引き上げようとするうえで、さらに大きな水素消費量をもたらしている。

上記の問題に加えて、時間の経過につれてシャフトのシールリングの回転子との隙間が広がることがある。いくつかの事例では、シールオイル汚染が発生することがあり、これがシャフトのシールリングを損傷することがあった。この状況は、シール領域内のガス純度を低下させるシール隙間の増大か、または、シールオイルが搬送する空気の増加のいずれかによるシールオイル流量の増加ももたらす。その結果、オイル導流板と回転子本体との間の間隙に及ぶこのガスの拡散のために、ケーシングでの純度は急激に低下することがある。

本開示の第１の態様はシステムを提供し、このシステムは、回転子の少なくとも一部を覆い、かつ、その周囲の一定の体積の冷却ガスを収容するためのケーシングであって、複数の固定シールを含むケーシングと、ケーシングの各末端にある末端筐体であって、各末端筐体は回転子が貫通するシールシステムを含み、冷却ガスの一部がケーシングから少なくとも１つのシール領域に漏出する末端筐体と、ケーシング内でほぼ一定した圧力を維持するために冷却ガスの流れをケーシングに供給するための、冷却ガスレギュレータによってケーシングに流動的に接続されている冷却ガスの供給源と、漏出した冷却ガスの一部を含むガス混合物を各末端筐体から除去するための、各末端筐体に接続された掃気システムと、ケーシング内の冷却ガスの純度を判定するためのセンサと、冷却ガス流量閾値と比較した冷却ガスレギュレータ内の冷却ガス流量の増加、個々の純度閾値と比較したケーシング内の冷却ガスの純度の増加、および、ガス混合物流量閾値と比較した掃気システム内のガス混合物流量の増加、の少なくとも１つに応答して複数の固定シールの少なくとも１つでの漏れを示す警報を生成する固定シール漏れ検出器と、を含む。

本開示の第２の態様はシステムを提供し、このシステムは、回転子の少なくとも一部を覆い、かつ、その周囲の一定の体積の冷却ガスを収容するためのケーシングと、ケーシングの各末端にある末端筐体であって、各末端筐体は回転子が貫通するシールシステムを含み、冷却ガスの一部がケーシングから少なくとも１つのシール領域に漏出する末端筐体と、漏出した冷却ガスの一部を含むガス混合物を各末端筐体から除去するための、各末端筐体に接続された掃気システムと、ケーシング内の圧力よりも高い圧力のケーシングからシールシステムの少なくとも１つを介した個々のシール領域へのシールオイルのシールオイル流量を感知するためのシールオイルセンサと、シールオイルのドレイン温度を判定するための温度センサと、シールオイルフィルタにかかるシールオイルフィルタ差分圧力を判定するための圧力差分センサと、シールオイル流量閾値を超えるシールオイル流量、ドレイン温度閾値より低いドレイン温度、および、シールオイルフィルタ圧力差分閾値を超えたシールオイルフィルタ差分圧力に応答してシールオイルの汚染を示す警報を生成するシールオイル汚染検出器と、を含む。

本開示の第３の態様はシステムを提供し、このシステムは、回転子の少なくとも一部を覆い、かつ、その周囲の一定の体積の冷却ガスを収容するためのケーシングと、ケーシングの各末端にある末端筐体であって、各末端筐体は回転子が貫通するシャフトシールリングを含むシールシステムを含み、冷却ガスの一部がケーシングから個々のシャフトシールリングを介して少なくとも１つのシール領域に漏出する末端筐体と、漏出した冷却ガスの一部の少なくとも一部を含むガス混合物を各末端筐体から除去するための、各末端筐体に接続された掃気システムであって、ガス混合物を第１の掃気速度および第１の掃気速度よりも速い第２の掃気速度で除去する制御バルブシステムを含む掃気システムと、掃気速度比閾値を超える制御バルブシステムが第２の掃気速度に対して第１の掃気速度で動作する時間の比に応答して、シャフトシールリング内の隙間の増加を示す警報を生成するシールシステム隙間増加検出器と、を含む。

本開示の例示的態様は、本明細書で説明している問題および／または検討していない他の問題を解決するように設計されている。

本開示の上記および他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示した添付の図面と共に本開示の様々な態様の以下の詳細な説明を読めばさらに容易に理解されよう。

本発明の実施形態によるシステムの概略図。 本発明の実施形態による検出器の動作方法のフロー図。 本発明の実施形態による他の検出器の動作方法のフロー図。 本発明の実施形態による他の検出器の動作方法のフロー図。 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。

本開示の図面は原寸に比例してい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ことを意図しており、そのため、本開示の範囲を限定すると見なすべきでない。図面中、同じ参照番号は各図面間において同じ要素を示している。

上記に示したように、本開示は、中でもガス冷却発電機のためのシール漏れおよび／またはシールオイル汚染を検出する。この方法において、本発明のいくつかの実施形態による検出器は、ガス冷却発電機における漏出源を介した冷却ガス、例えば水素の漏れ、ならびに、冷却ガスの低純度および大量消費の問題を早期に検出する。

図１は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の回転子１０４および固定子１０６の少なくとも一部を覆うためのケーシング１０２を含む。発電機１０７の他の動作構造はよく知られているため、本発明の実施形態の理解のために必要であるもの以外、この構造の他の詳細は説明しない。ケーシング１０２は固定子１０６および回転子１０４の周囲の一定の体積の冷却ガス１０３、例えば水素を収容している。冷却ガスの供給源１０８は、ケーシング内でほぼ一定の圧力を維持するために冷却ガス１０３の流れをケーシング１０２に供給するための冷却ガスレギュレータ１１０によってケーシング１０２に流動的に接続されている。冷却ガスレギュレータ１１０は、本明細書でさらに詳細に説明する発電機制御システム１１２が制御している。冷却ガス供給源１０８は冷却ガスの加圧タンクまたは冷却ガスの他の適した供給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、固定子１０６の部品、および／または、回転子１０４の部品を介して循環させることが可能であり、かつ、例えば冷却器を使用して強制冷却することが可能である。

ケーシング１０２は多くの場所に複数の固定シールを含むことが可能であり、これらの場所では、ケーシングの（金属）部品がケーシングと嵌合するか、または、機器がケーシングを貫通している。例示的な１つの固定シールは、例えばケーシング１０２の角で、溶接された継手１１４を含む。他の例示的な出入口カバーは継手にボルト締めされている。ガスケットの使用を介して漏れは最小に抑えられるが、少量の漏れは依然として存在する。他の例には、高電圧ブッシング、グランド、集電器端子、末端シールドの水平継手および垂直継手、出入口カバーのフランジの継手、および／または、水素のシールケーシングの垂直継手があるが、これらに限定はしない。各固定シールは「固定」と呼ばれている。なぜなら、これが可動部分、例えば回転子１０４とは相互作用しないからである。

末端筐体１２０はケーシング１０２の各末端に位置する。各末端筐体１２０は、回転子１０４が貫通するシールシステム１２１を含む。シールシステム１２１は各末端筐体１２０内のシール領域１２３内に定置されている。すなわち、各末端筐体１２０は内部にシールシステムを含む。各シールシステム１２１は、回転子１０４を密閉し、かつ、回転子１０４が貫通する少なくとも１つのシャフトシールリング１２２を含む。シールシステム１２１は、例えば、オイルおよび空気がシール領域１２３から外出することおよび末端筐体１２０から漏出することを防止しようとして回転子１０４との緊密な隙間を維持するための、シールリングの内部のラビリンスシール（分かりやすくするために図示しない）をも含むことができる。分かりやすくするために、回転子１０４を支持しているベアリングは省いた。シャフトシールリング１２２は、シールオイル１２４を使用して回転子１０４の外周を密閉している現在知られているか、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。シールオイル１２４は、回転子１０４との密閉を維持するために、ケーシング１０２内の冷却ガス１０３の圧力よりも高い圧力で、適切な管路を使用して各シャフトシールリング１２２に供給する。しかし、冷却ガス１０３の一部はケーシング１０３から末端筐体１２０内の少なくとも１つのシール領域１２３に漏出する。オイル再取り込みシステム１２５は、シールオイル１２４を、シールオイルタンク１２６内のシール領域１２３内で回収して取り込み、シールオイルフィルタ１３６を使用して濾過し、かつ、差分圧力レギュレータ１５０を使用してケーシング１０２内の圧力よりも高い圧力でシャフトシールリング１２２に戻すように動作する。圧力レギュレータ１５０は制御バルブシステム１２８の一部としてもよい。

掃気システム１３０は、シール領域１２３に漏出した冷却ガス１０３の一部を含むガス混合物１３２を除去するために、適切な管路を使用して各シール領域１２３に接続することも可能である。ガス混合物１３２はシールオイル１２４から放出された空気の一部（すなわち、その混合空気）をも含むことができる。掃気システム１３０はガス混合物１３２を大気中に排気するための通気口１３３を含むことができる。掃気システム１３０は、可変掃気速度でガス混合物１３２を除去するための制御バルブシステム１３４も含むことができる。例えば、制御バルブシステム１４３は、第１の掃気速度および第１の掃気速度よりも速い第２の掃気速度でガス混合物１３２を除去することが可能である。すなわち、制御バルブシステム１３４は、シール領域１２３での純度の示度に基づいて異なった速度でガス混合物１３２を除去するための適切なガス分析装置、レギュレータ、および、バルブを含む。制御バルブシステム１３４は制御システム１１２が制御している。分かりやすくするために、掃気システム１３０の他のよく知られている部分は省いた。図１は発電機１０７を簡略化したものであること、および、分かりやすくするために、ポンプ、バルブ、分析装置、タンク、計器、スイッチ、メータ、トラップなどの他の構造体は省いたことを強調する。

本発明の様々な実施形態によれば、本明細書でさらに詳細に説明するように、とりわけシール漏れおよび／またはシールオイル汚染を判定するために、（制御システム１１２内に示した）多くの検出器１７０、１７２、１７４、および、１７６が使用するパラメータを判定するための多くのセンサを使用することが可能である。各検出器１７０、１７２、１７４、および、１７６は発電機１０７のための制御システム１１２の全体の一部として含むことができる。

いくつかの実施形態で使用する１つのセンサは、ケーシング１０２および／またはシール領域１２３内の冷却ガスの純度を判定するための純度センサ１４０を含む。図示したように、純度センサ１４０はケーシング１０２と、各シール領域１２３と、の３つの測定位置を含むが、この構成は全ての場合において必要であるとは限らない。純度センサ１４０は現在知られているか、または、今後開発される任意のガス純度分析装置、および、関連した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設けている他のセンサは、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、例えば掃気システム１３０の適切な管路内に定置した独立のセンサであってもよく、または、掃気システム１３０の制御バルブシステム１３４の一部としても、すなわち、例えば、制御バルブの位置および圧力の低下に基づいてガス混合物流量が分かるようにしてもよい。ガス混合物流量センサ１４２は、回転電位差計、熱線風速計、オリフィス流量計などの現在知られているか、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、シールオイル１２４のドレイン温度を判定するために（例えば、シールシステム１２１の適切な管路内に）温度センサ１４４、１４５を設けることも可能である。温度センサ１４４、１４５は熱電対などの従来の任意のセンサを含むことができる。

加えて、シールシステム１２１の少なくとも１つを介して、すなわち、再取り込みシステム１２５の管路内を通過するシールオイルの量によって、シールオイル１２４のシールオイル流量を感知するために、シールオイルセンサ１４６を（例えば、シールシステム１２１の適切な管路内に）設けることが可能である。シールオイル１２４はケーシング内の圧力よりも高い圧力でケーシング１０２から個々のシール領域１２３に漏出する。他の実施形態において、圧力差分センサ１４８は、シールオイルフィルタ１３６、すなわち、シールオイル再取り込みシステム１２５のそれにかかるシールオイルフィルタ差分圧力を判定する。圧力差分センサ１４８は、例えば、ピエゾ抵抗トランスデューサ、ダイアフラム式トランスデューサ、ブルドン管、圧力計などの現在知られているか、または、今後開発される任意の圧力計システムを含むことができる。シールオイルケーシング／筐体差分圧力レギュレータ１５０は、回転子１０４との密閉を維持するために、ケーシング１０２内の冷却ガス１０３の圧力よりも高いシールオイル１２４の圧力を維持する。レギュレータ１５０は、ケーシング１０２とシール領域１２３との間でシールオイル圧力の表示を知られている形で提供することも可能である。シールオイルケーシング／筐体差分圧力レギュレータ１５０は、例えば、ダイアフラム式圧力レギュレータ、減圧バルブ、電子圧力レギュレータ、電磁圧力レギュレータなどの現在知られているか、または、今後開発される任意の圧力レギュレータシステムを含むことができる。

図２から５を参照して、検出器１７０、１７２、１７４、および、１７６の様々な動作実施形態を説明する。一実施形態において、固定シール漏れ検出器１７０はケーシング１０２内の複数の固定シール１１４の少なくとも１つでの漏れを示す警報を生成する。例えば、冷却ガス１０３の漏れは、高電圧ブッシング、グランド、集電器端子、末端シールドの水平継手および垂直継手、出入口カバーのフランジの継手、および、水素のシールケーシングの垂直継手などを介して発生する可能性がある。図２に示したように、固定シール漏れ検出器１７０（図１）は、正味の冷却ガス流量閾値と比較した、冷却ガスレギュレータ１１０への冷却ガス流量から掃気システム１３０へのガス混合物１３２流量を差し引いた流量に応答して（工程Ｐ２で「はい」）警報を生成する（工程Ｐ１）。より具体的には、従来のシステム、および、同様にシステム１００においても、発電機１０７の固定シール１１４のいずれかを介して冷却ガス１０３の一定した漏れが存在すると、制御システム１１２は、冷却ガスレギュレータ１１０を介して冷却ガス１０３の流入流量を増やすことによってケーシング１０２内に一定の圧力を維持するように動作する。たとえ漏れの発生源が一定していなくとも、平均正味流量の変化は観察される。さらに、上記に触れたように、ガス混合物１３２の流量はガス混合物流量センサ１４２で測定する。

冷却ガス流量の閾値は、例えば実験によるデータに基づいてユーザが規定することが可能であり、いずれかの知られている測定単位を有することが可能である。同様に、純度の閾値およびガス混合物流量の閾値は、例えば実験によるデータに基づいてユーザが規定することが可能であり、いずれかの知られている測定単位を有することが可能である。一実施形態において、それぞれの閾値は、システム１００が漏れの開始の前に動作していた値である単に比較的定常な状態での値とすることが可能である。他の実施形態において、冷却ガス流量、純度、および、混合ガス流量の測定値（または、本明細書で触れている他の任意の測定値）のそれぞれは、移動平均値に関して構成可能であり、これは、個々の閾値に比較可能であり、そのため、すなわち、これらの速度または他の測定値は移動平均値として算出されている。この移動平均値を計算するために取るサンプルの規模は、変更可能であり、かつ、例えばＮ回分のサンプルについて移動平均値が継続的に大きい場合に、パラメータが許容可能な限度を超えていることを保証することが可能であるなど、データが合理的なものか否かを判定するために評価可能である。上記に触れたように、純度センサ１４０は示した各位置で純度を測定することが可能であり、この場合、純度の閾値は各位置についての値を含むことが可能であり、例えば、各センサ位置についての閾値が存在する。この場合、例えば、ケーシングの純度のみ、１つのシール領域、双方のシール領域、全ての純度値など、個々の純度閾値を超えることが必要な多くの値は、ユーザが規定することが可能である。代案として、同じく上記に触れたように、純度の測定値は組み合わせることが可能であり、その場合、単一の純度閾値を使用することが可能である。

検出器１７２および１７４を参照すると、高いシールオイル流量を引き起こすことがあるものは、例えば熱膨張、組立てのエラー、シールの損傷などによるシャフトシールリング１２２と回転子１０４との間の隙間の増大などの多くの理由、シールオイル内の砕片などのシールオイル汚染、シールの偏心など、または、欠陥のある圧力レギュレータ１５０などである。この一覧中で原因を判定するために、検出器１７２および１７４を設ける。一実施形態において、図３に示すように、不適切シール位置合わせ検出器１７２は、シール１２２に伴う問題を示す警報を生成する（工程Ｐ１０）。検出器１７２は、シールオイル流量の閾値を超えたシールオイルセンサ１４６が測定したシールオイル流量に応答して（工程Ｐ１１の「はい」）、シールオイル温度上昇の閾値より小さい温度センサ１４４および１４５が測定したシールオイル温度の上昇（温度センサ１４４が測定したドレイン温度から温度センサ１４５が測定した流入温度を差し引いたもの）（工程Ｐ１２の「はい」）に応答して、および、シールオイルフィルタ圧力差分の閾値を超えたシールオイル差分圧力センサ１４８が測定したシールオイルフィルタ差分圧力（ＳＯＦＤＰ）（工程Ｐ１３の「はい」）に応答して警報を生成することが可能である。工程の順序は図３に示した順序から変更可能である。前述の閾値のそれぞれはユーザが規定することが可能であり、知られている適切な測定単位を有することが可能であり、例えば実験によるデータに基づくことができる。一実施形態において、上述の閾値のそれぞれは、システム１００がシールオイル汚染の発生前に動作していた値である単に比較的定常な状態での値とすることが可能である。いずれの場合でも、シールオイル流量閾値を超えて上昇したシールオイル流量は、シャフトシールリング１２２と回転子１０６との間の隙間の十分な増大を示している。シールオイル１２４のドレイン温度の低下も隙間の増大を示している。なぜなら、シールオイル１２４内には摩擦熱が少ないからである。しかし、シールオイルフィルタ差分圧力（ＳＯＦＤＰ）の上昇はシールオイル１２４内の砕片の量の増加を表し、そのため、シールオイル汚染を示している。このシールオイル汚染は、シールの隙間の増大の根本原因となることがある。

しかし、いくつかの場合、シールオイルフィルタ差分圧力は個々の閾値を超えては上昇しないことがある。すなわち、工程Ｐ１３の「いいえ」である。この場合、工程Ｐ１３の「いいえ」に応答して、処理を工程Ｐ１１に戻し、フローは点線の箱の中の工程Ｐ１４からＰ１６に進む。すなわち、工程Ｐ１１へ戻ることは省く。この場合、隙間が広がった理由は、恐らくシールオイル汚染ではない。この原因をさらに判定するために、同じく図３に示したように、代案実施形態において、問題検出器１７４は、シールオイル流量閾値を超えたシールオイル流量（工程Ｐ１１の「はい」）、温度上昇閾値より小さいシールオイル温度上昇（工程Ｐ１２の「はい」）、シールオイルフィルタ圧力差分閾値よりも低いシールオイルフィルタ差分圧力（工程Ｐ１３の「はい」）、および、シールオイルケーシング／筐体差分圧力閾値を超えたシールオイルケーシング／筐体差分圧力レギュレータ１５０が測定したシールオイルケーシング／筐体差分圧力（工程Ｐ１５の「はい」）に応答してシステムの故障を示す第１の警報を生成する（工程Ｐ１４）ことが可能である。この場合、シールオイル流量が大きく、温度上昇が小さく、かつ、シールオイルフィルタ圧力差分がシールオイル汚染を示すのに十分高くはない間でのシールオイルケーシング／筐体差分圧力の上昇はシステムの故障を示している。なぜなら、他の考えられる原因の全てが排除されているからである。システムの故障は、例えば、欠陥のある圧力レギュレータ１５０、または、上記の閾値の１つについて欠陥のある値での閾値の形態を取ることがある。

代案として、問題検出器１７４は、シールオイル流量閾値を超えたシールオイル流量（工程Ｐ１１の「はい」）、温度上昇閾値より小さいシールオイル温度上昇（工程Ｐ１２の「はい」）、シールオイルフィルタ圧力差分閾値よりも低いシールオイルフィルタ差分圧力（工程Ｐ１３の「はい」）、および、シールオイルケーシング／筐体差分圧力閾値より小さいシールオイルケーシング／筐体差分圧力（工程Ｐ１５の「いいえ」）に応答して組立てエラーまたは熱膨張を示す第２の警報を生成する（工程Ｐ１６）ことが可能である。この場合、閾値より小さいシールオイルケーシング／筐体差分圧力値は、シャフトシールリング１２２と回転子１０４との間の隙間の増大が熱膨張（一時的）または組立てエラー（進行中）のいずれかによるものであることを示している。すなわち、他の考えられる原因が全て排除されているからである。

図４および５を参照すると、他の実施形態において、シールリング隙間検出器１７６は、制御バルブシステム１３４が掃気速度比閾値を超えた第２の掃気速度に対する第１の掃気速度で動作する時間の比に応答してシャフトシールリングの隙間の、すなわち、回転子１０４との相対的な増大を示す警報を生成する（工程Ｐ２０）。より具体的には、掃気システム１３０の制御バルブシステム１３４は異なった掃気速度、すなわち、異なったガス混合物除去速度で動作する。この速度は、典型的には、純度センサ１４０に基づいて判定することが可能なシール領域１２３のガス混合物１３２の純度に依存するものである。この純度が下限を下回った場合、制御システム１１２の制御下にある冷却ガスレギュレータ１１０によって低純度のガス混合物１３２を除去し、新しい純粋な冷却ガス１０３を強制的に投入するように、掃気システム１３０は高い掃気速度で動作する。対照的に、純度が上限を超えて上昇した場合、掃気システム１３０は低い掃気速度に戻る。なぜなら、高速での低純度冷却ガスの除去は不要だからである。図５に示したように、時間の経過につれてシャフトシールリング１２２の隙間が徐々に広がるにつれ、上限から下限に純度が低下する時間（Ｌ）が短くなる。同様に、純度が下限から上限に戻る時間（ｄ）は長くなる。例えば、第１のサイクル１において、冷却ガス１０３の純度が上限、例えば約９７％から下限、例えば約９５％に低下する時間（Ｌ）は、その後のサイクルＮにおけるこの時間と比較して比較的長い。第１のサイクル１において、シールシステム１２１は比較的新しく、そのため、より高い掃気速度の引き金となる十分な漏れにはより長い時間がかかり、かつ、純度を高める応答時間はより短くなる。サイクルＮにおいて、より高い掃気速度が開始されるまでの時間が短くなることは、その後のサイクルＮにおけるシャフトシールリング１２２の隙間の広がりを表している。なぜなら、シールオイル流量の増加に伴ってより多くの空気が（比例して）進入するからである。同様に、掃気システム１３０が高い掃気速度になっている時間（ｄ）は、サイクル１をサイクルＮと比較することによって観察されるように、時間と共に長くなる。なぜなら、制御バルブシステム１３４が純度を十分なレベルにまで高めるのにより長い時間がかかるからである。結果として、制御バルブシステム１３４が高い第２の掃気速度に対して低い第１の掃気速度で動作する時間の比は、シャフトシールリングの摩耗の指標を与える。掃気速度比の閾値は、修理が当然必要となるほどにシャフトシールリングの隙間が十分に大きくなる時期を明らかにするために、例えば実験によるデータに基づいて、ユーザが規定することが可能である。

別個の検出器１７０、１７２、１７４、および、１７６として説明されたが、これらの検出器のいずれの組み合わせも本発明の範囲内で使用可能であることを理解されよう。

本明細書で説明した各警報は、例えば、サイレン、制御盤での警告音などの可聴警報、または、例えば、制御盤での点滅光などの視覚的警報、これらの組み合わせなどの様々な形態を取ることが可能である。警報は、その問題を少なくとも部分的に是正するための是正的行為を含む指示も含むことができる。例えば、これは、「シールオイル汚染：シールオイルを交換して下さい」、「シャフトシールリングの隙間が許容限度を超えました」などといった内容を示すことも可能である。代案として、または、加えて、この指示は、是正行為がどこで必要とされているかについての具体性を提供することが可能である。例えば、「シャフトシールリングの隙間が許容限度を超えました」、「ケーシング／筐体圧力差分閾値の異常」など。加えて、本明細書で説明したいずれの収集データも、例えば、データが許容範囲内にあるか、データが現実的なものか、データが不安定か、などを判定することによって、結果を偏らせる欠陥のあるデータを回避するために、知られているいずれかの方法で評価またはふるい落とすことも可能である。

システム１００、検出器１７０、１７２、１７４、および、１７６、ならびに、説明した関連センサは、全てのガス冷却発電機において実施可能である。説明したシステム１００のいくつかの実施形態の実施において実現可能ないくつかの長所は、発電機の性能の向上、利用可能性の向上、および、動作コストの低下である。発電機の水素の大量消費の予測、水素漏れ、および、水素純度の低下といった問題は、本発明のいくつかの実施形態が解決する。同様に、問題の原因の実際の位置も明らかにすることが可能である。

検出器１７０、１７２、１７４、１７６、および、関連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現可能である。したがって、本発明の実施形態は、完全にハードウェアである実施形態、（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めた）完全にソフトウェアである実施形態、または、全てが本明細書で全般に「回路」、「モジュール」、もしくは、「システム」と呼ぶことが可能なソフトウェア態様とハードウェア態様とを組み合わせた実施形態の形態を取ることが可能である。さらに、システム１００および各検出器は、いずれかの有形な媒体内で具体化されるコンピュータが利用可能なプログラムコードを有する表現のその媒体内で具体化されるコンピュータプログラム製品の形態を取ることが可能である。この場合、システム１００のコンピュータプログラムの指示は、発電機１０７のための全体的な制御システム１１２などのコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に、そのコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行する指示が本明細書で詳述した機能／動作を実施するための処理を提供するようにコンピュータで実施された処理を生成するために、一連の動作ステップをそのコンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行させるために、ローディング可能である。

１つまたは複数のコンピュータ読取り可能な媒体のいずれの組み合わせも利用可能である。コンピュータ読取り可能な媒体は、コンピュータ読取り可能な信号媒体またはコンピュータ読取り可能な記憶媒体であってもよい。コンピュータ読取り可能な記憶媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線の、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、それらの任意の適した組み合わせであってもよいが、それらに限定はしない。コンピュータ読取り可能な記憶媒体のさらに具体的な例（不完全なリスト）は以下を含む。すなわち、１つまたは複数の電線を有する電気接続、可搬のコンピュータディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去およびプログラム可能読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、可搬のコンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶デバイス、磁気記憶デバイス、または、これらの適した任意の組み合わせである。本実施形態の流れにおいて、コンピュータ読取り可能記憶媒体は、指示実行用のシステム、装置、または、デバイスによる使用のための、または、これらに関したプログラムを含むか、または、記憶することが可能ないずれかの有形媒体であってもよい。

コンピュータ読み取り可能な信号媒体は、例えばベースバンドにおいてまたは搬送波の一部としてコンピュータ読取り可能なプログラムコードが具体化されている伝搬データ信号を含んでよい。この伝搬信号は、電磁的信号、光学的信号、または、それらの適したいずれかの組み合わせを含むが、これらに限定しない様々な形態のいずれかを取ることが可能である。コンピュータ読取り可能な信号媒体は、コンピュータ読取り可能な記憶媒体ではなく、指示実行用のシステム、装置、または、デバイスによる使用のための、または、これらに関したプログラムを通信、伝搬、または、搬送することが可能ないずれかのコンピュータ読取り可能媒体であってもよい。

コンピュータ読取り可能な媒体上で具体化されたプログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ラジオ周波数など、または、これらの適したいずれかの組み合わせを含むが、これらに限定しないいずれかの適切な媒体を使用して送信可能である。

本発明の動作を実行するための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ミング言語、および、Ｃプログラミング言語または同様のプログラミング言語などの従来の手続き的プログラミング言語を含めた１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書くことが可能である。プログラムコードは、全体が発電機のコンピュータ制御装置上で、部分的にこの制御装置上で、独立したソフトウェアパッケージとして、部分的に制御装置上および部分的に別の離れたコンピュータで、または、全体が別の離れたコンピュータもしくはサーバ上で実行可能である。後者の場合、離れたコンピュータはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含めたいずれかのタイプのネットワークを介して発電機のコンピュータ制御装置に接続可能であるか、または、この接続は（例えば、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介して）外部コンピュータに対して行うことが可能である。本発明の上述の実施形態の技術上の効果は、ガス冷却発電機のための、とりわけシール漏れおよび／またはシールオイル汚染の検出である。本発明のいくつかの実施形態による検出器は、ガス冷却発電機における漏れの発生源を介した冷却ガス、例えば水素の漏れ、ならびに、冷却ガスの低純度および大量消費といった問題の早期検出の手段を提供する。

ブロック図および各図面は、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施のアーキテクチャ、機能、および、動作を示している。これに関して、説明した各機能は、指定した論理機能を実施するための実行可能な１つまたは複数の指示を含むモジュール、セグメント、または、コードの一部を示すことが可能である。いくつかの代替実施形態において、注目した機能は説明した順序を外れて開始可能であることにも注意されたい。例えば、続けて説明した２つのステップは、実際には、関与する機能に応じて、ほぼ同時に実行可能であるか、または、逆の順序でも実行可能である。本明細書で説明した機能は、指定した機能または動作を行う専用ハードウェアに基づくシステム、または、専用ハードウェアとコンピュータ指示の組み合わせで実施可能であることにも留意されたい。

本明細書で使用した用語は、特定の実施形態を説明する目的のみのためであり、本開示を限定することは意図していない。本明細書で使用するように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上で他に明確に示していない限り、複数形も同じく含むことを意図している。本明細書で使用した場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える、含む）」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える、含む）」は述べている特徴、完全体、ステップ、動作、要素、および／または、構成部分の存在を規定しているが、他の１つまたは複数の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成部分、および／または、それらのグループの存在または付加を排除してはいないことをさらに理解されよう。

以下の特許請求の範囲での対応する構造、材料、動作、および、全ての手段の均等物、または、ステップに機能を加えた要素は、具体的に請求されているように、請求されている他の要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造体、材料、または、動作を含むことを意図している。本開示の説明は、例示および説明の目的のために提示したが、完全なもの、または、開示した形態における開示に限定することは意図していない。当業者には本開示の範囲および精神から逸脱せずに多くの改変例および変更例が明らかであろう。本開示の原理および現実的な応用例を最もよく説明するため、および、当業者が、企図されている特定の用途に適した様々な改変例を伴う様々な実施形態について本開示を理解することを可能にするために、本実施形態を選択し、かつ、説明した。

１００ システム
１０２ ケーシング
１０３ 冷却ガス
１０４ 回転子
１０６ 固定子
１０７ 発電機
１０８ 冷却ガス供給源
１１０ 冷却ガスレギュレータ
１１２ 発電機制御システム
１１４ 溶接された継手
１２０ 末端筐体
１２１ シールシステム
１２２ シャフトシールリング
１２４ シールオイル
１２５ オイル再取り込みシステム
１２６ シールオイルタンク
１２８ 制御バルブシステム
１３０ 掃気システム
１３２ ガス混合物
１３３ 通気口
１３４ 制御バルブシステム
１３６ シールオイルフィルタ
１４０ 純度センサ
１４２ ガス混合物流量センサ
１４４ 温度センサ
１４５ 温度センサ
１４６ シールオイルセンサ
１４８ 圧力差分センサ
１５０ 差分圧力レギュレータ
１７０ 固定シール漏れ検出器
１７２ シールオイル汚染検出器
１７４ 問題検出器
１７６ シールリング隙間検出器

Claims (9)

1. 回転子（１０４）の少なくとも一部を覆い、かつ、その周囲の一定の体積の冷却ガス（１０３）を収容するためのケーシング（１０２）であって、複数の固定シールを含むケーシング（１０２）と、
   前記ケーシング（１０２）の各末端にある末端筐体（１２０）であって、各末端筐体（１２０）が、前記回転子（１０４）が貫通するシールシステム（１２１）を含み、前記冷却ガス（１０３）の一部が前記ケーシング（１０２）から少なくとも１つのシール領域（１２３）に漏出する末端筐体（１２０）と、
   前記ケーシング（１０２）内でほぼ一定した圧力を維持するために冷却ガス（１０３）の流れを前記ケーシング（１０２）に供給するための、冷却ガスレギュレータ（１１０）によって前記ケーシング（１０２）に流動的に接続されている冷却ガス（１０３）の供給源（１０８）と、
   漏出した前記冷却ガス（１０３）の一部を含むガス混合物（１３２）を前記各末端筐体（１２０）から除去するための、各末端筐体（１２０）に接続された掃気システム（１３０）と、
   前記ケーシング（１０２）内の前記冷却ガス（１０３）の純度を判定するためのセンサ（１４０）と、
   冷却ガス流量閾値と比較した前記冷却ガスレギュレータ（１１０）内の冷却ガス流量の増加、および、
   ガス混合物流量閾値と比較した前記掃気システム（１３０）内のガス混合物流量の増加、の少なくとも１つに応答して、
   前記複数の固定シールの少なくとも１つでの漏れを示す警報を生成する、
   固定シール漏れ検出器（１７０）と、
   を備え、
   前記掃気システム（１３０）が、前記ガス混合物（１３２）を第１の掃気速度および前記第１の掃気速度よりも速い第２の掃気速度で除去する制御バルブシステム（１３４）を含み、
   掃気速度比閾値を超える前記制御バルブシステム（１３４）が第２の掃気速度に対して第１の掃気速度で動作する時間の比に応答して、前記シールシステム（１２１）内のシャフトシールリング（１２２）内の隙間の増加を示す警報を生成するシールシステム隙間検出器（１７６）をさらに備える、
   システム（１００）。
2. 前記冷却ガス（１０３）の前記供給源（１０８）が、前記冷却ガス（１０３）の加圧タンクを含む、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記冷却ガス（１０３）が水素を含む、請求項１に記載のシステム（１００）。
4. 前記冷却ガス流量および前記純度がそれぞれ移動平均値である、請求項１に記載のシステム（１００）。
5. 前記シールシステム（１２１）の少なくとも１つを介してシールオイル（１２４）のシールオイル流量を感知するためのシールオイルセンサ（１４６）と、
   前記シールオイル（１２４）のドレイン温度を判定するための第１の温度センサ（１４４）および前記シールオイル（１２４）の流入温度を判定するための第２の温度センサ（１４５）と、
   シールオイルフィルタ（１３６）にかかる差分圧力を判定するための圧力差分センサ（１４８）と、
   シールオイル流量閾値を超えた前記シールオイル流量、シールオイル差分温度閾値よりも小さい前記シールオイル（１２４）の前記ドレイン温度と前記シールオイル（１２４）の流入温度との間の差、および、シールオイルフィルタ圧力差分閾値を超えた前記シールオイルフィルタ差分圧力に応答してシール位置合わせの問題を示す警報を生成する不適切位置合わせ検出器（１７２）と、
   をさらに備える、請求項１に記載のシステム（１００）。
6. 前記シールオイル圧力を前記ケーシング（１０２）内の冷却ガス圧力よりも高く維持するためのシールオイルケーシング／筐体差分圧力レギュレータ（１５０）と、
   検出器（１７４）と、
   をさらに備え、
   前記検出器（１７４）が、
   前記シールオイル流量閾値を超えた前記シールオイル流量、前記シールオイル差分温度閾値よりも小さい前記シールオイル（１２４）のドレイン温度と前記シールオイル（１２４）の前記流入温度との間の差、前記シールオイルフィルタ圧力差分閾値よりも小さい前記シールオイルフィルタ差分圧力、および、シールオイルケーシング／筐体差分圧力閾値を超えた前記シールオイルケーシング／筐体差分圧力に応答して、システムの故障を示す第１の警報を生成し、
   前記シールオイル流量閾値を超えた前記シールオイル流量、前記シールオイル差分温度閾値よりも小さい前記シールオイル（１２４）のドレイン温度と前記シールオイル（１２４）の前記流入温度との間の差、前記シールオイルフィルタ圧力差分閾値よりも小さい前記シールオイルフィルタ差分圧力、および、前記シールオイルケーシング／筐体差分圧力閾値より小さい前記シールオイルケーシング／筐体差分圧力に応答して、組立てエラーまたは熱膨張を示す第２の警報を生成する、
   請求項５に記載のシステム（１００）。
7. 回転子（１０４）の少なくとも一部を覆い、かつ、その周囲の一定の体積の冷却ガス（１０３）を収容するためのケーシング（１０２）と、
   前記ケーシング（１０２）の各末端にある末端筐体（１２０）であって、各末端筐体（１２０）が、前記回転子（１０４）が貫通するシールシステム（１２１）を含み、冷却ガス（１０３）の一部が前記ケーシング（１０２）から少なくとも１つのシール領域（１２３）に漏出する末端筐体（１２０）と、
   漏出した前記冷却ガス（１０３）の一部を含むガス混合物（１３２）を前記各末端筐体（１２０）から除去するための、各末端筐体（１２０）に接続された掃気システム（１３０）と、
   前記ケーシング（１０２）内の圧力よりも高い圧力で前記シールシステム（１２１）の少なくとも１つを介した前記ケーシング（１０２）から個々のシール領域（１２３）へのシールオイル（１２４）のシールオイル流量を感知するためのシールオイルセンサ（１４６）と、
   前記シールオイル（１２４）のドレイン温度を判定するための第１の温度センサ（１４４）および前記シールオイル（１２４）の流入温度を判定するための第２の温度センサ（１４５）と、
   シールオイルフィルタ（１３６）にかかるシールオイルフィルタ差分圧力を判定するための圧力差分センサ（１４８）と、
   シールオイル流量閾値を超えた前記シールオイル流量、前記シールオイル差分温度閾値よりも小さい前記シールオイル（１２４）の前記ドレイン温度と前記シールオイル（１２４）の流入温度との間の差、および、シールオイルフィルタ圧力差分閾値を超えた前記シールオイルフィルタ差分圧力に応答して、シール位置合わせの問題を示す警報を生成する不適切シール位置合わせ検出器（１７２）と、
   を含む、システム（１００）。
8. 前記ケーシング（１０２）と各シール領域（１２３）との間のシールオイルケーシング／筐体差分圧力を維持するためのシールオイルケーシング／筐体差分圧力レギュレータ（１５０）と、
   検出器（１７４）と、
   をさらに備え、
   前記検出器（１７４）が、
   前記シールオイル流量閾値を超えた前記シールオイル流量、前記シールオイル差分温度閾値よりも小さい前記シールオイル（１２４）のドレイン温度と前記シールオイル（１２４）の前記流入温度との間の差、前記シールオイルフィルタ圧力差分閾値よりも小さい前記シールオイルフィルタ差分圧力、および、シールオイルケーシング／筐体差分圧力閾値を超えた前記シールオイルケーシング／筐体差分圧力に応答して、システムの故障を示す第１の警報を生成し、
   前記シールオイル流量閾値を超えた前記シールオイル流量、前記シールオイル差分温度閾値よりも小さい前記シールオイル（１２４）のドレイン温度と前記シールオイル（１２４）の前記流入温度との間の差、前記シールオイルフィルタ圧力差分閾値よりも小さい前記シールオイルフィルタ差分圧力、および、前記シールオイルケーシング／筐体差分圧力閾値より小さい前記シールオイルケーシング／筐体差分圧力に応答して、組立てエラーまたは熱膨張を示す第２の警報を生成する、
   請求項７に記載のシステム（１００）。
9. 前記ケーシング（１０２）が複数の固定シールを含み、
   前記システム（１００）が、
   前記ケーシング（１０２）内でほぼ一定した圧力を維持するために前記冷却ガス（１０３）の流れを前記ケーシング（１０２）に供給するための、冷却ガスレギュレータ（１１０）によって前記ケーシング（１０２）に流動的に接続されている冷却ガスの供給源（１０８）と、
   前記ケーシング（１０２）内の前記冷却ガス（１０３）の純度を判定するためのセンサ（１４０）と、
   冷却ガス流量閾値と比較した前記冷却ガスレギュレータ（１１０）内の冷却ガス流量の増加、および、
   ガス混合物流量閾値と比較した前記掃気システム（１３０）内のガス混合物流量の増加、の少なくとも１つに応答して、
   前記複数の固定シールの少なくとも１つでの漏れを示す警報を生成する固定シール漏れ検出器（１７０）と、
   をさらに備える、請求項７に記載のシステム（１００）。
   

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