专利名称：定子线圈水系统早期报警氢泄漏监测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有一个分路冷却系统，更具体地说，是具有一个有早期报警氢泄漏监测器的定子线圈水系统的电动发电装置。
大型的电动发电装置，例如一个发电机，典型地使用了一种分路冷却系统，其装置内部通常由在装置的气密外壳中的加压的冷却气体的循环进行冷却。这种冷却气体典型地是氢气。装置的其他部分，例如定子线圈，由通过该处的冷却液体，例如水，的循环进行冷却，通常地，在装置架中的冷却气体保持一个比用于冷却定子绕组的冷却液体的压力更高的压力。一般地说，定子线圈中的定子线圈水系统的最大工作压力是大约30Psig〔表压(磅/吋2)〕，而用氢气将透平发电机架加压至75Psig，所以，如果发电机架中的定子线圈水系统中发生泄漏，氢气将泄漏进入定子线圈水系统。
因为这种泄漏能导致减少定子线圈水系统工作的效能，所以应避免出现这种情况。当气体位于或接近线圈的入口端(冷)泄漏进入定子线圈股时，将导致定子线圈局部过热的最大影响。如果泄漏量达到足够地大，则在股中的氢气流能在其上游或下游方向实际上堵住在该股中的冷却水流。如果氢气向入口集水管回流，并进入一个相邻的线圈股，则线圈的电流传导能力将进一步降低。所以，重要的问题在于有效地监测氢气泄漏量，以致能在发生重大问题之前在正常保养停机期间对泄漏进行修理。
由于高于冷却液体压力的氢气压力变化率，通过典型地例如气体监测器或警告系统，监测夹带在液体冷却系统的气体的增加量，而探测出任何泄漏。冷却液体通常通过装在发电机内的特氟隆(R)水管流动。所以，在定子线圈水系统中可以预计有高达每天5立方呎(5cfd)的稳定气体泄漏量。于是，这种监测系统应该补偿在冷却水系统中的正常存在的氢气。当氢气泄漏进入定子线圈水系统时，它将聚积在作为定子线圈水系统组件一部分的贮水箱中。通过监测在该贮水箱中的压力，将确定出进入定子线圈水系统的氢气的泄漏量。
普通的泄漏监测器一般被设计成当水冷却系统发生总失效时能通知操作者。于是，在操作者被警告出现这种情况之前，这种类型的系统能通过大量的氢气(在每天400立方呎的数量级)。每天的小的泄漏量-这能最终导致该系统的总失效-仅仅能通过装设作为收集器的排出系统一部分的一个气量计的精密监测而检测出来。虽然建议每周读取并记录气量计一次，但气量计可能装设在一个较远的位置，而不容易定期地监测。于是，在发生一个总失效之前，小的问题不可能被检测出来。另外，还出现了一个困难，虽然泄漏可以处于一个小的而稳定的量，但它可以聚积在水箱中，直至在一个大的破裂时经减压阀排出。这就使确定泄漏量的任务更加困难。所以，希望设计一个系统，当氢气泄漏量超过一个小的流量时，它能以报警信号更及时地向操作者报警。这种系统也应该是易于改型的，并能协助操作者确定稳定状态的泄漏量。这种连续的监测系统允许更精确地监测较小的问题，以致于在系统发生总失效之前能早期发现问题，并在定期的停机保养时进行修理。
所以，本发明的目的是提供一种定子线圈水系统泄漏监测器，它能对系统中较小的泄漏向操作者发出警报;并对于普通的定子线圈水系统泄漏监测器易于改型，以致于减少其成本。
上述目的是通过本发明达到的，按照本发明，简要地说，一个电动发电机包括一个绕组，一个围绕所述绕组的气密外壳，通过外壳循环的冷却气体，和用于使冷却液通过绕组循环的装置，液体循环装置包括一个用于冷却液体的收集器。通过在收集器中导入第二气体，将冷却液体加压至一个第一预定值，并且将冷却气体保持在高于冷却液体压力的压力上。一个用于检测冷却气体泄漏进入循环的冷却液体的装置，它包括一个与收集器作流体连通的，并被调整在一个比第一预定值高的第二预定值上的第一减压阀。一个量孔设置在与收集器相反的一侧与第一减压阀作流体连通。量孔包括一个开口，其尺寸应使当收集器中的压力至少和第二预定值的压力一样大时，能从收集器中释放一个给定量的气体。一个第二减压阀也被设置与收集器作流体连通，并被调整在一个比第一减压阀的第二预定值更大的第三预定值上。还包括一个与收集器作流体连通的压力开关，它被调整在一个第四预定值上。第四预定值大于第二预定值，但小于第三预定值，以致于当收集器中的压力至少和第四预定值一样大时，压力开关被启动。
本发明的其他目的，特点和优点，通过阅读下面的详细的描述，并参照仅以举例方式所示出的附图，将会更加清楚。
图1显示了典型的先有技术的用于定子线圈水冷却系统的氢气泄漏监测器;
图2显示了本发明的早期报警氢泄漏监测器的一个实施例。
图3显示了早期报警氢泄漏监测器的第二实施例。
现在参看附图，图1显示了一个具有分路冷却系统的电动发电机10(例如一个透平发电机)的典型的先有技术的装置。发电机10包括一个转子13和一个定子16。转子13一端与一透平机(未显示)相连，另一端与一个激磁器(未显示)相连。定子16也包括一个或多个位于定子16中的绕组19。这些绕组19也包括定子端部的圈数22。
通过一个如图所示的定子线圈冷却系统25使定子绕组19冷却。冷却液(通常是水)通过位于定子16一端的入口集水管31被导入定子线圈绕组19，并通过定子绕组19流动至在一个出口集水管34的出口。水28然后流入收集器37，在那里，在水28中的任何气体40可以被分离出来。然后，水28从收集器37流经例如一个泵43，并典型地经过一个热交换器46，和一个或多个过滤器49或阀52，然后再返回至入口集水管31。另外，装在一个气密外壳55中的发电机10由一个气体冷却系统58(例如一个氢气循环系统)冷却。冷却气体40通过外壳55循环，将壳体内部和发电机10保持在一个最佳工作温度。
通过将一种第二气体61导入收集器37，而将定子线圈水系统收集器37中的水28保持在一个预定的最小压力，在一个大约2Psig的数量级。这种气体典型地与用于气体冷却系统的气体是一样的，即氢气，将氢气从一个加压的氢气供应箱64通过一个输入管67导入收集器37。一个气体调节器70将供应到收集器37的氢气40保持在大约2Psig的压力，气体冷却系统58的压力典型地是75Psig，以致如果在定子线圈水系统25发生任何失效，氢气40将流入定子线圈水系统25。
在一个典型的先有技术系统中，设计了一个减压阀73，在收集器37中的压力达到大约5Psig时，该阀开启。如果发生了一个足够大的泄漏，氢气40将通过管76排入大气。一个装在阀的与收集器37相反一侧的气量计79能大致地确定从收集器37中排出的氢气40的量。一个调整到6Psig值的压力开关82将启动一个警报器通知操作者系统已经发生故障。如果发生了总失效，将手动地拧开一个旁通阀85，排出收集器37中聚积的大量氢气42。然而，这种系统对于能最终导致系统总失效的小的泄漏，则不能对操作者发出警报。
图2中的本发明的早期报警氢泄漏监测器100显示了一个更敏感的系统，以致能早期检测出进入定子线圈水系统25的较小的稳定状态的氢气40的泄漏。一个第二减压阀与收集器37作流体连通。该减压阀的调整点被特别地选定，以致能检测出进入定子线圈水系统的小的稳定状态的氢气40的泄漏，使它能在发生一个总的失效之前，对这种较小的情况向操作者发出警报。另外，如果系统的总失效突然发生了，早期报警氢气泄漏监测器100能快速地排出大量氢气40，防止其他部件(如收集器37)的失效。
氢气泄漏监测器工作如下随着氢气40聚积在水收集器37中，当压力达到第一预定值时-在本实施例中是4Psig，将通过第一减压阀103使氢气定期地排放。只要泄漏量低于预定的容积量-最好是每天20立方呎(20cfd)，则有一个特别设计的开口的量孔106以一个6Psig的压力降使该流量通过，保持收集器37中的压力低于6Psig的值。只要泄漏量少于20cfd，量孔106将能通过这个流量，并且压力将保持低于6Psig。如果泄漏量是大于20cfd，量孔106将不再允许所有的气体40通过第一减压阀103。收集器37中的压力将连续升高直至高于第四预定值-最好调整至大约6Psig，而启动一个压力开关109，和一个警报器(未显示)向操作者发出一个警报此时泄漏量大于20cfd，以便使其后能更精确地监测该系统。如果进入定子线圈水系统25的泄漏甚至大于6Psig的值，一个被调整至一个更高的第三预定值-例如8Psig的第二减压阀112将打开使系统排气，并保护收集器37。如果突然发生一个总失效，一个旁通阀115也可用于保护该系统。一个过滤器118最好设置于流体管路中位于第一减压阀103和量孔106之间，以防止量孔106堵塞。
如果需要，装设与第一排气管路121平行的附加的量孔，过滤器和减压阀，而对另外的流量发出警报。例如，图3所示的本发明第二实施例130中，至少设置了一个第三减压阀133，它调整至6Psig的第四预定压力值，并具有其尺寸能通过400cfd流量的第二量孔136(量孔136的尺寸应假设流量也正在通过第一量孔106)。在该系统中，如果泄漏量超过了400cfd，就会立即通知操作者。另外，在这种情况下，一个调整至8Psig的第三预定值的第二压力开关139将对操作者发出警报。最好将一个第二过滤器142设置在第三减压阀133和第二量孔136之间。然后能对该系统进行更直接的监测，以及相应的定期修理。于是，早期报警氢气泄漏监测器100，130能被装设，而仅使用了最少的外加的金属附件。并且它对于定子线圈水冷却系统25是易于改型的。
在本系统的操作中，当操作者听到一个警报的时候，他或她将试图消除它。如果警报状态不能消除，那就是通知操作者泄漏量大于20cfd的给定值。此时，气量计79将被更仔细地监测，以确保泄漏量绝不超过400cfd。并且，在指示了警报状态的任何时候，都可以例如通过一个数字计算机(未显示)进行情况记录，以便能仔细地观察该系统随时间的变化。于是，在任何总失效发生之前，操作者可以更精确地监测在定子线圈水系统25中的较小的泄漏。根据这种精确的监测和任何小泄漏的早期通报，操作者可以在定期的保养停机时，安排对该系统的修理。于是，就避免了例如必须使该系统离开作业线进行修理而花费大量费用。
上面已详细描述了本发明的具体的实施例，但本领域的专业人员可以理解，根据上面的描述可以产生各种变型和变化。所以，所揭示的特定的布置仅用于说明，而不是对本发明的限制。后面的权利要求限定了本发明的范围。
权利要求
1.在电动发电机(10)中包括一绕组，一个围绕所述绕组的气密外壳(55)，通过所述外壳(55)进行循环的冷却气体(61)，用于使冷却液体(28)通过所述绕组循环的装置，所述液体循环装置包括用于所述冷却液体的收集器(37)，通过将第二气体导入收集器(37)而对冷却液体(28)加压，第二气体在一个第一预定值导入，冷却气体(61)保持一个高于冷却液体(28)的压力的压力，一种用于检测和监视所述冷却气体(61)泄漏进入所述循环冷却液体(28)的装置，所述泄漏检测监视器特征在于与收集器(37)作流体连通的第一减压阀(103)，它被调整至一个比第一预定值大的第二预定值；在与收集器(37)相反的一端与第一减压阀(103)作流体连通的量孔(106)，所述量孔(106)有一开口，其尺寸应使当收集器(37)里的压力至少和第二预定值一样大时，它能从那里释放一个特定量的气体(61)；一个与收集器(37)作流体连通的第二减压阀(112)，它被调整至一个大于第二预定值的第三预定值；一个与收集器(37)作流体连通的压力开关(109)，被调整在一个第四预定值，第四预定值大于第二预定值，但小于第三预定值；以致当收集器(37)中的压力至少和第四预定值一样大时，所述压力开关(109)被启动。
2.如权利要求1所述的泄漏检测监视器，其特征在于一个过滤器(118)装设在第一减压阀(103)和所述量孔(106)之间。
3.如权利要求1或2所述的泄漏检测监视器，其特征在于一个旁通阀(115)与收集器(37)作流体连通，以致当旁通阀(115)打开时，能从收集器(37)中排出大量气体(61)。
4.如权利要求3所述的泄漏检测监视器，其特征在于一个气量计与第一和第二减压阀以及旁通阀(115)的每一个作流体连通，以便指示从收集器(37)中排出的气体(61)的量。
5.如权利要求1所述的泄漏检测监视器，其特征在于第二预定值接近4Psig，第三预定值接近8Psig，第四预定值接近6Psig。
6.如权利要求5所述的泄漏检测监视器，其特征在于所述量孔(106)具有大约每天20立方呎(20cfd)的通过能力。
7.如权利要求1～6中任一项所述的泄漏检测监视器，其特征在于一个第三减压阀(133)与收集器(37)作流体连通。并被调整在第四预定值;一个第二量孔(136)在收集器(37)的另一侧与第三减压阀(133)作流体连通，第二量孔(136)具有一开口，其尺寸应使当收集器(37)中的压力至少和第四预定值一样大时，能从收集器(37)中释放第二个特定量的气体(61);一个第二压力开关(139)与收集器(37)作流体连通，并被调整在第三预定值，以致于当收集器(37)中的压力至少和第三预定压力一样大时，使第二压力开关(139)启动。
8.如权利要求7所述的泄漏检测监视器，其特征在于一个第二过滤器设置在第二减压阀(112)和第二量孔(136)之间。
9.如权利要求7或8所述的泄漏检测监视器，其特征在于一个旁通阀(115)与收集器(37)作流体连接，以致于当旁通阀(115)打开时，它能从收集器(37)中排出大量的气体(61)。
10.如权利要求9所述的泄漏检测监视器，其特征在于一个气量计与第一、第二、第三减压阀，以及旁通阀(115)的每一个作流体连接，以致于能指示从收集器(37)中排出的气体(61)的量。
11.如权利要求7所述的泄漏检测监视器，其特征在于第二预定值接近4Psig，第三预定值接近8Psig，第四预定值接近6Psig。
12.如权利要求9或11所述的泄漏检测监视器，其特征在于所述量孔(106)具有大约每天20立方呎(20cfd)的通过量，第二量孔(136)具有大约每天400立方呎(400cfd)的通过量。
13.如权利要求1或7所述的泄漏检测监视器，其特征在于一个警报指示装置可操作地与所述第一和第二压力开关(109，139)连接，以致于当所述压力开关(109，139)的任何一个被启动时，能发出一个警报信号。
14.一种发电机(10)，包括一个具有一个绕组的定子(16)，绕组具有通过该处的冷却剂管，一个对中地设置在定子(16)中的转子(13)，封闭定子(16)和转子(13)的气密外壳(55)，所述发电机特征在于具有用于使外壳(55)中的冷却气体(61)循环的气体冷却系统(58)，冷却气体(61)被保持在第一预定压力，和一个使冷却液体(28)通过所述绕组(19)的冷却管循环的液体冷却系统(25)，液体冷却系统(25)包括一个用于在该处收集冷却液体(28)的收集器(37)，一个用于将冷却液体(28)从收集器(37)传输到绕组的输入管系统，一个用于将冷却液(28)从绕组排出送至收集器(37)的输出管系统，通过将第二气体导入收集器(37)面对液体系统(25)加压使之处于第一预定值的加压系统，借此，使冷却液体(28)的压力保持低于气体冷却系统(58)的压力，和一个用于检测所述冷却气体(61)泄漏进入所述液体冷却系统(25)的泄漏监视器，所述的气体泄漏检测监视器包括a)一个第一减压阀(103)，它与收集器(37)作流体连通，并被调整在一个大于第一预定值的第二预定值;b)一个量孔(106)，它在与收集器(37)相反的一侧与第一减压阀(103)作流体连通，所述量孔(106)有一开口，其尺寸适于当收集器(37)中的压力至少和第二预定值一样大时，能从收集器(37)中释放一个特定量的气体(61);c)一个第二减压阀(112)，它与收集器(37)作流体连通，并被调整在大于第二预定值的第三预定值;d)一个压力开关(109)，它与收集器(37)作流体连通，并被调整在第四预定值，第四预定值大于第二预定值，但小于第三预定值，以致于当收集器(37)中的压力至少和第四预定值一样大时，使所述压力开关(109)启动;e)报警指示装置，它可操作地与所述压力开关(109)相连，以致当所述压力开关(109)被启动时，能产生一个报警信号;f)一个旁通阀(115)，它与收集器(37)作流体连通，以致当旁通阀(115)打开时，能从收集器(37)中排出大量气体(61);g)一个气量计，它与第一、第二减压阀以及旁通阀(115)的每一个作流体连通，以致能指示从收集器(37)中排出的气体(61)的量。
15.如权利要求14所述的发电机(10)，其特征在于一个第三减压阀(133)与收集器(37)作流体连通，并被调整在第四预定值;一个第二量孔(136)在与收集器(37)相反的一侧与第三减压阀(133)作流体连通，第二量孔(136)有一开口，其尺寸应使当收集器(37)中的压力至少和第四预定值一样大时，能从收集器(37)中释放第二特定量的气体(61);一个与收集器(37)作流体连通的第二压力开关(139)，并被调整在第三预定值，以致当收集器(37)中的压力至少和第三预定值一样大时，能使第二压力开关(139)启动;第二报警指示装置，可操作地与第二压力开关(139)相连，以致于当第二压力开关(139)启动时，能产生一个第二报警信号。
16.如权利要求15所述的发电机(10)，其特征在于第二预定值接近4Psig，第三预定值接近8Psig，第四预定值接近6Psig，所述量孔(106)具有大约每天20立方呎(20cfd)的通过能力，第二量孔(136)具有大约每天400立方呎(400cfd)的通过能力。
17.如上面权利要求任一项所述的装置，其特征在于冷却气体(61)和所述第二气体是氢气。
全文摘要
用于监测氢气从发电机架泄漏进入定子线圈水冷却系统的装置。如果泄漏超过20cfd的流量，就对操作者发出警报，具有调至4Psig的减压阀和量孔，以及比第一个调整点更高的第二减压阀，使如果泄漏超过量孔的调整点，收集器中的压力将增加。高压报警器，调整至高于第一减压阀，但低于第二减压阀，能向操作者发出警报，一个旁通阀用于防止系统过载或总失效，通过连续监测小的稳定泄漏量，操作者能在系统总失效之前得知小的问题。
文档编号H02K9/08GK1052009SQ90109260
公开日1991年6月5日 申请日期1990年11月19日 优先权日1989年11月22日
发明者欧文·R·斯纳特杰尔, 米歇尔·J·罗欣斯克 申请人:西屋电气公司