專利名稱：定子線圈水系統(tǒng)早期報警氫泄漏監(jiān)測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一個分路冷卻系統(tǒng)，更具體地說，是具有一個有早期報警氫泄漏監(jiān)測器的定子線圈水系統(tǒng)的電動發(fā)電裝置。
大型的電動發(fā)電裝置，例如一個發(fā)電機，典型地使用了一種分路冷卻系統(tǒng)，其裝置內(nèi)部通常由在裝置的氣密外殼中的加壓的冷卻氣體的循環(huán)進行冷卻。這種冷卻氣體典型地是氫氣。裝置的其他部分，例如定子線圈，由通過該處的冷卻液體，例如水，的循環(huán)進行冷卻，通常地，在裝置架中的冷卻氣體保持一個比用于冷卻定子繞組的冷卻液體的壓力更高的壓力。一般地說，定子線圈中的定子線圈水系統(tǒng)的最大工作壓力是大約30Psig〔表壓(磅/吋2)〕，而用氫氣將透平發(fā)電機架加壓至75Psig，所以，如果發(fā)電機架中的定子線圈水系統(tǒng)中發(fā)生泄漏，氫氣將泄漏進入定子線圈水系統(tǒng)。
因為這種泄漏能導(dǎo)致減少定子線圈水系統(tǒng)工作的效能，所以應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況。當氣體位于或接近線圈的入口端(冷)泄漏進入定子線圈股時，將導(dǎo)致定子線圈局部過熱的最大影響。如果泄漏量達到足夠地大，則在股中的氫氣流能在其上游或下游方向?qū)嶋H上堵住在該股中的冷卻水流。如果氫氣向入口集水管回流，并進入一個相鄰的線圈股，則線圈的電流傳導(dǎo)能力將進一步降低。所以，重要的問題在于有效地監(jiān)測氫氣泄漏量，以致能在發(fā)生重大問題之前在正常保養(yǎng)停機期間對泄漏進行修理。
由于高于冷卻液體壓力的氫氣壓力變化率，通過典型地例如氣體監(jiān)測器或警告系統(tǒng)，監(jiān)測夾帶在液體冷卻系統(tǒng)的氣體的增加量，而探測出任何泄漏。冷卻液體通常通過裝在發(fā)電機內(nèi)的特氟隆(R)水管流動。所以，在定子線圈水系統(tǒng)中可以預(yù)計有高達每天5立方呎(5cfd)的穩(wěn)定氣體泄漏量。于是，這種監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該補償在冷卻水系統(tǒng)中的正常存在的氫氣。當氫氣泄漏進入定子線圈水系統(tǒng)時，它將聚積在作為定子線圈水系統(tǒng)組件一部分的貯水箱中。通過監(jiān)測在該貯水箱中的壓力，將確定出進入定子線圈水系統(tǒng)的氫氣的泄漏量。
普通的泄漏監(jiān)測器一般被設(shè)計成當水冷卻系統(tǒng)發(fā)生總失效時能通知操作者。于是，在操作者被警告出現(xiàn)這種情況之前，這種類型的系統(tǒng)能通過大量的氫氣(在每天400立方呎的數(shù)量級)。每天的小的泄漏量-這能最終導(dǎo)致該系統(tǒng)的總失效-僅僅能通過裝設(shè)作為收集器的排出系統(tǒng)一部分的一個氣量計的精密監(jiān)測而檢測出來。雖然建議每周讀取并記錄氣量計一次，但氣量計可能裝設(shè)在一個較遠的位置，而不容易定期地監(jiān)測。于是，在發(fā)生一個總失效之前，小的問題不可能被檢測出來。另外，還出現(xiàn)了一個困難，雖然泄漏可以處于一個小的而穩(wěn)定的量，但它可以聚積在水箱中，直至在一個大的破裂時經(jīng)減壓閥排出。這就使確定泄漏量的任務(wù)更加困難。所以，希望設(shè)計一個系統(tǒng)，當氫氣泄漏量超過一個小的流量時，它能以報警信號更及時地向操作者報警。這種系統(tǒng)也應(yīng)該是易于改型的，并能協(xié)助操作者確定穩(wěn)定狀態(tài)的泄漏量。這種連續(xù)的監(jiān)測系統(tǒng)允許更精確地監(jiān)測較小的問題，以致于在系統(tǒng)發(fā)生總失效之前能早期發(fā)現(xiàn)問題，并在定期的停機保養(yǎng)時進行修理。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種定子線圈水系統(tǒng)泄漏監(jiān)測器，它能對系統(tǒng)中較小的泄漏向操作者發(fā)出警報;并對于普通的定子線圈水系統(tǒng)泄漏監(jiān)測器易于改型，以致于減少其成本。
上述目的是通過本發(fā)明達到的，按照本發(fā)明，簡要地說，一個電動發(fā)電機包括一個繞組，一個圍繞所述繞組的氣密外殼，通過外殼循環(huán)的冷卻氣體，和用于使冷卻液通過繞組循環(huán)的裝置，液體循環(huán)裝置包括一個用于冷卻液體的收集器。通過在收集器中導(dǎo)入第二氣體，將冷卻液體加壓至一個第一預(yù)定值，并且將冷卻氣體保持在高于冷卻液體壓力的壓力上。一個用于檢測冷卻氣體泄漏進入循環(huán)的冷卻液體的裝置，它包括一個與收集器作流體連通的，并被調(diào)整在一個比第一預(yù)定值高的第二預(yù)定值上的第一減壓閥。一個量孔設(shè)置在與收集器相反的一側(cè)與第一減壓閥作流體連通。量孔包括一個開口，其尺寸應(yīng)使當收集器中的壓力至少和第二預(yù)定值的壓力一樣大時，能從收集器中釋放一個給定量的氣體。一個第二減壓閥也被設(shè)置與收集器作流體連通，并被調(diào)整在一個比第一減壓閥的第二預(yù)定值更大的第三預(yù)定值上。還包括一個與收集器作流體連通的壓力開關(guān)，它被調(diào)整在一個第四預(yù)定值上。第四預(yù)定值大于第二預(yù)定值，但小于第三預(yù)定值，以致于當收集器中的壓力至少和第四預(yù)定值一樣大時，壓力開關(guān)被啟動。
本發(fā)明的其他目的，特點和優(yōu)點，通過閱讀下面的詳細的描述，并參照僅以舉例方式所示出的附圖，將會更加清楚。


圖1顯示了典型的先有技術(shù)的用于定子線圈水冷卻系統(tǒng)的氫氣泄漏監(jiān)測器;
圖2顯示了本發(fā)明的早期報警氫泄漏監(jiān)測器的一個實施例。
圖3顯示了早期報警氫泄漏監(jiān)測器的第二實施例。
現(xiàn)在參看附圖，圖1顯示了一個具有分路冷卻系統(tǒng)的電動發(fā)電機10(例如一個透平發(fā)電機)的典型的先有技術(shù)的裝置。發(fā)電機10包括一個轉(zhuǎn)子13和一個定子16。轉(zhuǎn)子13一端與一透平機(未顯示)相連，另一端與一個激磁器(未顯示)相連。定子16也包括一個或多個位于定子16中的繞組19。這些繞組19也包括定子端部的圈數(shù)22。
通過一個如圖所示的定子線圈冷卻系統(tǒng)25使定子繞組19冷卻。冷卻液(通常是水)通過位于定子16一端的入口集水管31被導(dǎo)入定子線圈繞組19，并通過定子繞組19流動至在一個出口集水管34的出口。水28然后流入收集器37，在那里，在水28中的任何氣體40可以被分離出來。然后，水28從收集器37流經(jīng)例如一個泵43，并典型地經(jīng)過一個熱交換器46，和一個或多個過濾器49或閥52，然后再返回至入口集水管31。另外，裝在一個氣密外殼55中的發(fā)電機10由一個氣體冷卻系統(tǒng)58(例如一個氫氣循環(huán)系統(tǒng))冷卻。冷卻氣體40通過外殼55循環(huán)，將殼體內(nèi)部和發(fā)電機10保持在一個最佳工作溫度。
通過將一種第二氣體61導(dǎo)入收集器37，而將定子線圈水系統(tǒng)收集器37中的水28保持在一個預(yù)定的最小壓力，在一個大約2Psig的數(shù)量級。這種氣體典型地與用于氣體冷卻系統(tǒng)的氣體是一樣的，即氫氣，將氫氣從一個加壓的氫氣供應(yīng)箱64通過一個輸入管67導(dǎo)入收集器37。一個氣體調(diào)節(jié)器70將供應(yīng)到收集器37的氫氣40保持在大約2Psig的壓力，氣體冷卻系統(tǒng)58的壓力典型地是75Psig，以致如果在定子線圈水系統(tǒng)25發(fā)生任何失效，氫氣40將流入定子線圈水系統(tǒng)25。
在一個典型的先有技術(shù)系統(tǒng)中，設(shè)計了一個減壓閥73，在收集器37中的壓力達到大約5Psig時，該閥開啟。如果發(fā)生了一個足夠大的泄漏，氫氣40將通過管76排入大氣。一個裝在閥的與收集器37相反一側(cè)的氣量計79能大致地確定從收集器37中排出的氫氣40的量。一個調(diào)整到6Psig值的壓力開關(guān)82將啟動一個警報器通知操作者系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生故障。如果發(fā)生了總失效，將手動地擰開一個旁通閥85，排出收集器37中聚積的大量氫氣42。然而，這種系統(tǒng)對于能最終導(dǎo)致系統(tǒng)總失效的小的泄漏，則不能對操作者發(fā)出警報。
圖2中的本發(fā)明的早期報警氫泄漏監(jiān)測器100顯示了一個更敏感的系統(tǒng)，以致能早期檢測出進入定子線圈水系統(tǒng)25的較小的穩(wěn)定狀態(tài)的氫氣40的泄漏。一個第二減壓閥與收集器37作流體連通。該減壓閥的調(diào)整點被特別地選定，以致能檢測出進入定子線圈水系統(tǒng)的小的穩(wěn)定狀態(tài)的氫氣40的泄漏，使它能在發(fā)生一個總的失效之前，對這種較小的情況向操作者發(fā)出警報。另外，如果系統(tǒng)的總失效突然發(fā)生了，早期報警氫氣泄漏監(jiān)測器100能快速地排出大量氫氣40，防止其他部件(如收集器37)的失效。
氫氣泄漏監(jiān)測器工作如下隨著氫氣40聚積在水收集器37中，當壓力達到第一預(yù)定值時-在本實施例中是4Psig，將通過第一減壓閥103使氫氣定期地排放。只要泄漏量低于預(yù)定的容積量-最好是每天20立方呎(20cfd)，則有一個特別設(shè)計的開口的量孔106以一個6Psig的壓力降使該流量通過，保持收集器37中的壓力低于6Psig的值。只要泄漏量少于20cfd，量孔106將能通過這個流量，并且壓力將保持低于6Psig。如果泄漏量是大于20cfd，量孔106將不再允許所有的氣體40通過第一減壓閥103。收集器37中的壓力將連續(xù)升高直至高于第四預(yù)定值-最好調(diào)整至大約6Psig，而啟動一個壓力開關(guān)109，和一個警報器(未顯示)向操作者發(fā)出一個警報此時泄漏量大于20cfd，以便使其后能更精確地監(jiān)測該系統(tǒng)。如果進入定子線圈水系統(tǒng)25的泄漏甚至大于6Psig的值，一個被調(diào)整至一個更高的第三預(yù)定值-例如8Psig的第二減壓閥112將打開使系統(tǒng)排氣，并保護收集器37。如果突然發(fā)生一個總失效，一個旁通閥115也可用于保護該系統(tǒng)。一個過濾器118最好設(shè)置于流體管路中位于第一減壓閥103和量孔106之間，以防止量孔106堵塞。
如果需要，裝設(shè)與第一排氣管路121平行的附加的量孔，過濾器和減壓閥，而對另外的流量發(fā)出警報。例如，圖3所示的本發(fā)明第二實施例130中，至少設(shè)置了一個第三減壓閥133，它調(diào)整至6Psig的第四預(yù)定壓力值，并具有其尺寸能通過400cfd流量的第二量孔136(量孔136的尺寸應(yīng)假設(shè)流量也正在通過第一量孔106)。在該系統(tǒng)中，如果泄漏量超過了400cfd，就會立即通知操作者。另外，在這種情況下，一個調(diào)整至8Psig的第三預(yù)定值的第二壓力開關(guān)139將對操作者發(fā)出警報。最好將一個第二過濾器142設(shè)置在第三減壓閥133和第二量孔136之間。然后能對該系統(tǒng)進行更直接的監(jiān)測，以及相應(yīng)的定期修理。于是，早期報警氫氣泄漏監(jiān)測器100，130能被裝設(shè)，而僅使用了最少的外加的金屬附件。并且它對于定子線圈水冷卻系統(tǒng)25是易于改型的。
在本系統(tǒng)的操作中，當操作者聽到一個警報的時候，他或她將試圖消除它。如果警報狀態(tài)不能消除，那就是通知操作者泄漏量大于20cfd的給定值。此時，氣量計79將被更仔細地監(jiān)測，以確保泄漏量絕不超過400cfd。并且，在指示了警報狀態(tài)的任何時候，都可以例如通過一個數(shù)字計算機(未顯示)進行情況記錄，以便能仔細地觀察該系統(tǒng)隨時間的變化。于是，在任何總失效發(fā)生之前，操作者可以更精確地監(jiān)測在定子線圈水系統(tǒng)25中的較小的泄漏。根據(jù)這種精確的監(jiān)測和任何小泄漏的早期通報，操作者可以在定期的保養(yǎng)停機時，安排對該系統(tǒng)的修理。于是，就避免了例如必須使該系統(tǒng)離開作業(yè)線進行修理而花費大量費用。
上面已詳細描述了本發(fā)明的具體的實施例，但本領(lǐng)域的專業(yè)人員可以理解，根據(jù)上面的描述可以產(chǎn)生各種變型和變化。所以，所揭示的特定的布置僅用于說明，而不是對本發(fā)明的限制。后面的權(quán)利要求限定了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.在電動發(fā)電機(10)中包括一繞組，一個圍繞所述繞組的氣密外殼(55)，通過所述外殼(55)進行循環(huán)的冷卻氣體(61)，用于使冷卻液體(28)通過所述繞組循環(huán)的裝置，所述液體循環(huán)裝置包括用于所述冷卻液體的收集器(37)，通過將第二氣體導(dǎo)入收集器(37)而對冷卻液體(28)加壓，第二氣體在一個第一預(yù)定值導(dǎo)入，冷卻氣體(61)保持一個高于冷卻液體(28)的壓力的壓力，一種用于檢測和監(jiān)視所述冷卻氣體(61)泄漏進入所述循環(huán)冷卻液體(28)的裝置，所述泄漏檢測監(jiān)視器特征在于與收集器(37)作流體連通的第一減壓閥(103)，它被調(diào)整至一個比第一預(yù)定值大的第二預(yù)定值；在與收集器(37)相反的一端與第一減壓閥(103)作流體連通的量孔(106)，所述量孔(106)有一開口，其尺寸應(yīng)使當收集器(37)里的壓力至少和第二預(yù)定值一樣大時，它能從那里釋放一個特定量的氣體(61)；一個與收集器(37)作流體連通的第二減壓閥(112)，它被調(diào)整至一個大于第二預(yù)定值的第三預(yù)定值；一個與收集器(37)作流體連通的壓力開關(guān)(109)，被調(diào)整在一個第四預(yù)定值，第四預(yù)定值大于第二預(yù)定值，但小于第三預(yù)定值；以致當收集器(37)中的壓力至少和第四預(yù)定值一樣大時，所述壓力開關(guān)(109)被啟動。
2.如權(quán)利要求1所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于一個過濾器(118)裝設(shè)在第一減壓閥(103)和所述量孔(106)之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于一個旁通閥(115)與收集器(37)作流體連通，以致當旁通閥(115)打開時，能從收集器(37)中排出大量氣體(61)。
4.如權(quán)利要求3所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于一個氣量計與第一和第二減壓閥以及旁通閥(115)的每一個作流體連通，以便指示從收集器(37)中排出的氣體(61)的量。
5.如權(quán)利要求1所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于第二預(yù)定值接近4Psig，第三預(yù)定值接近8Psig，第四預(yù)定值接近6Psig。
6.如權(quán)利要求5所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于所述量孔(106)具有大約每天20立方呎(20cfd)的通過能力。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于一個第三減壓閥(133)與收集器(37)作流體連通。并被調(diào)整在第四預(yù)定值;一個第二量孔(136)在收集器(37)的另一側(cè)與第三減壓閥(133)作流體連通，第二量孔(136)具有一開口，其尺寸應(yīng)使當收集器(37)中的壓力至少和第四預(yù)定值一樣大時，能從收集器(37)中釋放第二個特定量的氣體(61);一個第二壓力開關(guān)(139)與收集器(37)作流體連通，并被調(diào)整在第三預(yù)定值，以致于當收集器(37)中的壓力至少和第三預(yù)定壓力一樣大時，使第二壓力開關(guān)(139)啟動。
8.如權(quán)利要求7所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于一個第二過濾器設(shè)置在第二減壓閥(112)和第二量孔(136)之間。
9.如權(quán)利要求7或8所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于一個旁通閥(115)與收集器(37)作流體連接，以致于當旁通閥(115)打開時，它能從收集器(37)中排出大量的氣體(61)。
10.如權(quán)利要求9所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于一個氣量計與第一、第二、第三減壓閥，以及旁通閥(115)的每一個作流體連接，以致于能指示從收集器(37)中排出的氣體(61)的量。
11.如權(quán)利要求7所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于第二預(yù)定值接近4Psig，第三預(yù)定值接近8Psig，第四預(yù)定值接近6Psig。
12.如權(quán)利要求9或11所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于所述量孔(106)具有大約每天20立方呎(20cfd)的通過量，第二量孔(136)具有大約每天400立方呎(400cfd)的通過量。
13.如權(quán)利要求1或7所述的泄漏檢測監(jiān)視器，其特征在于一個警報指示裝置可操作地與所述第一和第二壓力開關(guān)(109，139)連接，以致于當所述壓力開關(guān)(109，139)的任何一個被啟動時，能發(fā)出一個警報信號。
14.一種發(fā)電機(10)，包括一個具有一個繞組的定子(16)，繞組具有通過該處的冷卻劑管，一個對中地設(shè)置在定子(16)中的轉(zhuǎn)子(13)，封閉定子(16)和轉(zhuǎn)子(13)的氣密外殼(55)，所述發(fā)電機特征在于具有用于使外殼(55)中的冷卻氣體(61)循環(huán)的氣體冷卻系統(tǒng)(58)，冷卻氣體(61)被保持在第一預(yù)定壓力，和一個使冷卻液體(28)通過所述繞組(19)的冷卻管循環(huán)的液體冷卻系統(tǒng)(25)，液體冷卻系統(tǒng)(25)包括一個用于在該處收集冷卻液體(28)的收集器(37)，一個用于將冷卻液體(28)從收集器(37)傳輸?shù)嚼@組的輸入管系統(tǒng)，一個用于將冷卻液(28)從繞組排出送至收集器(37)的輸出管系統(tǒng)，通過將第二氣體導(dǎo)入收集器(37)面對液體系統(tǒng)(25)加壓使之處于第一預(yù)定值的加壓系統(tǒng)，借此，使冷卻液體(28)的壓力保持低于氣體冷卻系統(tǒng)(58)的壓力，和一個用于檢測所述冷卻氣體(61)泄漏進入所述液體冷卻系統(tǒng)(25)的泄漏監(jiān)視器，所述的氣體泄漏檢測監(jiān)視器包括a)一個第一減壓閥(103)，它與收集器(37)作流體連通，并被調(diào)整在一個大于第一預(yù)定值的第二預(yù)定值;b)一個量孔(106)，它在與收集器(37)相反的一側(cè)與第一減壓閥(103)作流體連通，所述量孔(106)有一開口，其尺寸適于當收集器(37)中的壓力至少和第二預(yù)定值一樣大時，能從收集器(37)中釋放一個特定量的氣體(61);c)一個第二減壓閥(112)，它與收集器(37)作流體連通，并被調(diào)整在大于第二預(yù)定值的第三預(yù)定值;d)一個壓力開關(guān)(109)，它與收集器(37)作流體連通，并被調(diào)整在第四預(yù)定值，第四預(yù)定值大于第二預(yù)定值，但小于第三預(yù)定值，以致于當收集器(37)中的壓力至少和第四預(yù)定值一樣大時，使所述壓力開關(guān)(109)啟動;e)報警指示裝置，它可操作地與所述壓力開關(guān)(109)相連，以致當所述壓力開關(guān)(109)被啟動時，能產(chǎn)生一個報警信號;f)一個旁通閥(115)，它與收集器(37)作流體連通，以致當旁通閥(115)打開時，能從收集器(37)中排出大量氣體(61);g)一個氣量計，它與第一、第二減壓閥以及旁通閥(115)的每一個作流體連通，以致能指示從收集器(37)中排出的氣體(61)的量。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)電機(10)，其特征在于一個第三減壓閥(133)與收集器(37)作流體連通，并被調(diào)整在第四預(yù)定值;一個第二量孔(136)在與收集器(37)相反的一側(cè)與第三減壓閥(133)作流體連通，第二量孔(136)有一開口，其尺寸應(yīng)使當收集器(37)中的壓力至少和第四預(yù)定值一樣大時，能從收集器(37)中釋放第二特定量的氣體(61);一個與收集器(37)作流體連通的第二壓力開關(guān)(139)，并被調(diào)整在第三預(yù)定值，以致當收集器(37)中的壓力至少和第三預(yù)定值一樣大時，能使第二壓力開關(guān)(139)啟動;第二報警指示裝置，可操作地與第二壓力開關(guān)(139)相連，以致于當?shù)诙毫﹂_關(guān)(139)啟動時，能產(chǎn)生一個第二報警信號。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)電機(10)，其特征在于第二預(yù)定值接近4Psig，第三預(yù)定值接近8Psig，第四預(yù)定值接近6Psig，所述量孔(106)具有大約每天20立方呎(20cfd)的通過能力，第二量孔(136)具有大約每天400立方呎(400cfd)的通過能力。
17.如上面權(quán)利要求任一項所述的裝置，其特征在于冷卻氣體(61)和所述第二氣體是氫氣。
全文摘要
用于監(jiān)測氫氣從發(fā)電機架泄漏進入定子線圈水冷卻系統(tǒng)的裝置。如果泄漏超過20cfd的流量，就對操作者發(fā)出警報，具有調(diào)至4Psig的減壓閥和量孔，以及比第一個調(diào)整點更高的第二減壓閥，使如果泄漏超過量孔的調(diào)整點，收集器中的壓力將增加。高壓報警器，調(diào)整至高于第一減壓閥，但低于第二減壓閥，能向操作者發(fā)出警報，一個旁通閥用于防止系統(tǒng)過載或總失效，通過連續(xù)監(jiān)測小的穩(wěn)定泄漏量，操作者能在系統(tǒng)總失效之前得知小的問題。
文檔編號H02K9/08GK1052009SQ90109260
公開日1991年6月5日 申請日期1990年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月22日
發(fā)明者歐文·R·斯納特杰爾, 米歇爾·J·羅欣斯克 申請人:西屋電氣公司