CH625645A5

CH625645A5 -

Info

Publication number: CH625645A5
Application number: CH1044477A
Authority: CH
Inventors: Chester Carroll Carson; Sterling Cheney Barton; Federico Sergio Echeverria
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1976-09-02
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1981-09-30
Also published as: US4074137A; FR2363794B1; JPS5340805A; GB1571963A; FR2363794A1; DE2738550A1; DE2738550C2; JPS5613108B2; ES462102A1; IT1086136B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen von Pyrolysaten im Kühlgas einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine, bei der zum Anzeigen einer lokalen Überhitzung bestimmte Maschinenteile mit Materialien überzogen sind, die sich bei einer erhöhten Temperatur zersetzen und Pyrolysate erzeugen, welche Vorrichtung einen Gasmisch- und Ionisierungsabschnitt und einen Detektorabschnitt aufweist, wobei der letztere zum Erzeugen eines der Ionisierung des Gases proportionalen und als variables Signal verwendbaren Stroms voneinander beabstandet angeordnete Elektroden enthält.

Im Statorkern grosser gasgekühlter dynamoelektrischer Maschinen können lokale Überhitzungen auftreten, die eine Beschädigung des Kernes bewirken und zu einem weitgehenden Ausfall der Maschine und kostspieligen Reparaturen führen können. Eine bekannte Ursache für eine lokale Erhitzung ist die Beschädigung der Oberfläche der Statorzähne, derzu-folge zwischen den Kernblechen ein elektrischer Kontakt auftreten kann, der zu einem elektrischen Stromfluss und zu einer Widerstandsheizung führt, wenn die Maschine belastet ist. Eine lokale Überhitzung dieser Art kann genügend Wärme erzeugen, um die Kernlamellen zu schmelzen. Es ist deshalb höchst erstrebenswert, eine Vorrichtung zum frühzeitigen Feststellen einer lokalen Überhitzung in einer dynamoelektrischen Maschine zu schaffen, so dass die Maschinenlast verkleinert und eine Korrektur vorgenommen werden kann, bevor eine ernsthafte Beschädigung auftritt.

In der US-PS 3 573 460 ist eine Vorrichtung beschrieben, die das Auftreten von Submikron-Partikelchen in einem gasförmigen Träger feststellt. Diese bekannte Vorrichtung weist einen lonisationsabschnitt mit einer damit in Verbindung stehenden radioaktiven Quelle und einen Detektorabschnitt mit einer damit verbundenen Spannungsquelle auf. Das Trägergas wird ionisiert, und in dem ionisierten Gas, das zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Elektroden fliesst, wird eine Strommessung vorgenommen, um das Vorhandensein von Submikron-Partikelchen festzustellen. Die elektrische Leitfähigkeit des ionisierten Gases ändert sich, wenn Submikron-Partikelchen in dem Trägergas mitgerissen werden, und zwar nimmt der gemessene Strom aufgrund der Kollision von Ionen mit irgendwelchen Submikron-Partikelchen ab, da die Ionen sich an diesen Partikelchen anlagern und nicht zum Ionenstrom beitragen. Die bekannte Vorrichtung wird allgemein als Ionen-kammerdetektor bezeichnet.

Gemäss der US-PS 3 427 880 werden Teile einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine mit einem gewählten Polymermaterial überzogen, das sich bei einer relativ niedrigen Temperatur zersetzt, um Submikron-Pyrolysat-Partikelchen zu erzeugen. Diese Pyrolysate können in einer Vorrichtung wie dem Ionenkammerdetektor festgestellt werden, und somit kann eine frühzeitige Warnung einer lokalen Überhitzung erhalten werden. Ein Beispiel für ein Überzugsmaterial ist ein Polyalphamethylstyrolpolymer, das Zersetzungs-Partikelchen (Pyrolysate) bei etwa 185 °C (365 °F) in einer unter Druck stehenden Wasserstoffatmosphäre abzugeben beginnt, wie es in einem Experiment unter Verwendung eines Ionenkammerde-tektors gemessen wurde.

In der Umgebung einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine können auch Nicht-Pyrolysat-Partikelchen in dem Kühlgas der Maschine mitgerissen werden. Derartige Nicht-Pyrolysat-Partikelchen treten nicht aufgrund einer Maschinen-überhitzung auf, sondern können beispielsweise von Ölnebel-Partikelchen herrühren, die von dem bei den Maschinenwellen-dichtungen verwendeten öl abgegeben werden. Während das Vorhandensein von Ölnebel-Partikelchen durchaus erwünscht sein kann, kann deren Gegenwart den Betrieb des Ionen-kammerdetektors bei der Identifizierung von Pyrolysaten nachteilig beeinflussen. In dem Ionenkammerdetektor können die Ölnebel-Partikelchen bei Kollision mit Ionen die letzteren anlagern und somit verhindern, dass diese zum Ionenstrom beitragen und, in ähnlicher Weise wie die Pyrolysate, einen Abfall des Ionenstroms und damit ein falsches Signal bewirken, das zu einer vorzeitigen oder unnötigen Maschinenstillsetzung führen könnte. Anderseits kann das Vorhandensein von ölnebel eine falsche Anzeige im Ionenkammerdetektor bewirken, die ein wahres, eine lokale Überhitzung anzeigendes Signal überdeckt.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zum Feststellen von Pyrolysaten in einem Trägergas geeignete Vorrichtung zu schaffen, mit der ölpartikel vergast werden können, ohne die Pyrolysate zu beeinflussen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Heizeinrichtung, die zum Erzeugen einer zum Verdampfen von Ölnebel-Partikelchen aus der dynamoelektrischen Maschine ohne gleichzeitige Beeinflussung der Pyrolysate in dem gasförmigen Träger geeigneten Temperatur von 150 bis 250 °C innerhalb des Gasmisch- und Ionisierungsabschnitts ausgebildet ist, sowie durch eine in dem Gasmisch- und Ionisierungsabschnitt angeordnete Strahlungsquelle, die mehrere diskrete, in der Längsrichtung des Gasmisch- und Ionisierungsabschnittes angeordnete radioaktive Keramikelemente umfasst.

Die neue Vorrichtung ermöglicht, bei unverminderter Empfindlichkeit für Pyrolysate durch ölnebel bewirkte falsche Signale praktisch zu vermeiden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung mit Hilfe der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer Vorrichtung an einer teilweise im Schnitt gezeigten dynamoelektrischen Maschine und

Fig. 2 die vergrösserte Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der neuen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein wasserstoffgekühlter Generator 11 gezeigt, der typisch für eine gasgekühlte dynamoelektrische Maschine

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ist, in Verbindung mit der die neue Vorrichtung verwendet werden kann, um eine lokale Überhitzung in der dynamoelektrischen Maschine festzustellen. Der Generator 11 enthält einen Stator 13, einen Rotor 15 und eine Statorwicklung 17. Der Stator, der Rotor und die Statorwicklungen sind alle in einem gas- 5 dichten Gehäuse 19 eingeschlossen, das mit einem gasförmigen Kühlmittel und im vorliegenden Fall mit Wasserstoff gefüllt ist. Die Statorwicklung kann ihrerseits zusätzlich mit einer Flüssig-keits-Innenkühlung gekühlt werden. Ein auf dem Rotor befestigter Lüfter 21 wälzt das Kühlgas zu den radial angeordneten io Kanälen 23 zwischen den Blechpaketen 25. Das umgewälzte Gas wird in einem Wärmetauscher 27 gekühlt und zur Ansaugseite des Lüfters 21 zurückgeleitet.

Eine Probe des gasförmigen Kühlmittels wird aus dem Generatorgehäuse mittels einer zweckmässigerweise an der 15 Hochdruckseite des Generators angeordneten Leitung 29 abgezogen. Das Probengas kann nach der Prüfung durch eine Leitung 31 an die Niederdruckseite des Generators zurückgeleitet werden. Alternativ kann das Probengas aber auch zu einer von der Maschine entfernten Ablassöffnung geleitet wer- 20 den. Die Leitung 29 und die Leitung 31 sind durch eine Vorrichtung 33 zum Feststellen von Pyrolysaten miteinander verbunden. Die Vorrichtung 33 liefert über einen Signalverstärker 37 ein Ausgangssignal an ein Aufzeichnungs- oder ein Anzeigegerät 35. 25

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung 33 enthält einen Aussenmantei, der durch das Zusammenschrauben eines ersten Abschnittes 41 und eines zweiten Abschnittes 43 gebildet ist. Die zwei Abschnitte sind mittels einer Isoliermanschette 45 gegeneinander wärmeisoliert. Der erste Abschnitt schliesst die 30 Gasmisch- und Ionisierungskammer 49 ein, und der zweite Abschnitt enthält eine Detektorvorrichtung 51. Der die Gasmisch- und Ionisierungskammer 49 enthaltende erste Abschnitt ist mit dem Auslassende der Leitung 29 verbunden, um die zu untersuchende eintretende Gasprobe aufzunehmen. Die Gas- 35 misch- und Ionisierungskammer wird durch einen am Ende offenen Zylinder 53 gebildet, an dem eine Strahlungsquelle mit mehreren diskreten Elementen 55 befestigt ist. Das stromauf-wärtige Ende des Zylinders ist von der Leitung 29 durch eine Endwand getrennt, welche eine Einlassdüse 59 aufweist, die der 40 in die Kammer 49 einströmenden Gasprobe eine turbulente Strömung vermittelt.

Der Detektorabschnitt 43 weist eine zylinderförmige Kollektorelektrode 41 mit einer zum Eintreten des ionisierten Gases vorgesehenen Öffnung 63 auf. Weiter ist eine Mittelelek- 45 trode 65 vorgesehen, die mit einer Spannungsquelle 67 verbunden ist, um einen Spannungsgradienten zu erzeugen, der bewirkt, dass sich die Gasionen in Richtung auf eine Kollektorelektrode 61 bewegen und somit einen Strom erzeugen, der von einem Elektrometerverstärker 37 gemessen wird. Das Gas 50 strömt durch einen Auslass 71 und dann zur Leitung 31, woraufhin es entweder in die dynamoelektrische Maschine zurückgeleitet oder zu einer geeigneten Ablassöffnung geschickt wird. Der Detektorabschnitt 43 ist abgesehen von der Kollektorelektrode 61 mittels einer Wand 73 von der Misch- und lonisie- 55 rungskammer 49 getrennt. Aufbau und Funktion des Ionen-kammerdetektors sind in der US-PS 3 573 460 beschrieben.

Der Ionenkammerdetektor enthält eine Heizeinrichtung, die auf das Gehäuse des ersten Abschnittes der Gasmisch-und Ionisierungskammer aufgebracht ist, um das zu ionisierende 60 Gas auf eine Temperatur aufzuheizen, bei der die flüchtigeren Nicht-Pyrolysat-Partikelchen und insbesondere die ölnebelpar-tikelchen verdampft werden. Die Heizeinrichtung kann die Form eines Heizbandes 81 haben, das auf den aussenseitigen Umfang des ersten Abschnittes 41 aufgebracht ist. Ein derarti- 6s ges Bandheizelement ist bei der Odgen Company unter der Bezeichnung HB455L50X (120 Volt, 890 Watt) erhältlich. Zur Wärmesteuerung des Bandheizelementes ist ein Thermostat 85

vorgesehen, der mittels der Leitung 87 eine Oberflächentemperatur-Rückkopplung von einem Thermoelement 88 aufweist.

Obwohl der vorstehend beschriebene Aufbau einer bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, können auch einfachere Ausführungsformen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, die einströmende Gasprobe stromaufwärts von dem Ionenkammerdetektor zu erhitzen, indem ein Bandheizelement um die Leitung 29 herum angeordnet wird. Dieser Aufbau ist jedoch weniger vorteilhaft, weil die verdampften Nicht-Pyrolysat-Partikelchen kondensieren können, wenn sie den nicht geheizten Ionenkammerdetektor erreichen. Es ist auch möglich, eine Wärmequelle in dem Ionenkammerdetektor anzuordnen, was aber im Hinblick auf die Einfachheit des Aufbaues weniger attraktiv ist.

Wie bereits einleitend beschrieben wurde, können gemäss der US-PS 3 427 880 gewisse Teil einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine mit ausgewählten polymeren Zusammensetzungen überzogen sein, die sich bei erhöhten Temperaturen zu Pyrolysaten zersetzen. Die festgestellte Zersetzung solcher Polymere ermöglicht eine Vorwarnung betreffend eine lokale Überhitzung innerhalb der dynamoelektrischen Maschine. Geeignete Polymere werden entsprechend den Betriebszustän-den der Maschine ausgewählt. Wenn eine relativ hohe Temperatur zulässig ist, kann es vorteilhaft sein, den normalerweise auf die Lamellen bzw. Bleche aufgebrachten Überzug zu verwenden, beispielsweise das Phenolformaldehydpolymer. Dieses Polymer beginnt in einer unter Druck stehenden Wasserstoffatmosphäre in der Nähe von 250 °C Zersetzungspartikelchen abzugeben. Tatsächlich würde eine derartige fortgesetzte Zersetzung des normalen Lamellenüberzugs zu einer Beschädigung führen, die verhindert werden soll. Deshalb werden vorzugsweise spezielle Polymermaterialien, die sich bei niedrigeren Temperaturen zersetzen, über den vorgenannten Überzug aufgebracht. Diese können auf besonders zu überwachende Maschinenteile aufgebracht werden, beispielsweise auf die Spitzen der Statorzähne oder auf der Innenseite der Nutwände oder in den Kanalräumen. Die letzteren würden dann eine Anzeige für eine lokal erhöhte Temperatur in den Kühlkanälen oder im Bereich der Statorzähne liefern. Geeignete Überzugsmaterialien, die bei Temperaturen, welche für dynamoelektrische Maschinen gefährlich sein können, nachweisbare Pyrolysate erzeugen, sind beispielsweise Polyalphamethylstyrol, Polystyrol, Polymethylmethacrylat oder Cellulosepropionat. Diese Materialien zersetzen sich und geben ziemlich abrupt Submi-kron-Zersetzungspartikelchen ab, wenn in dem unter Druck stehenden Wasserstoff Temperaturen im Bereich von 165 bis 190 °C erreicht werden. Es sind auch noch andere Materialien möglich, die Zersetzungspartikelchen bei sogar niedrigeren Temperaturen abgeben. Die genannten Materialien haben den Vorteil, dass die erzeugten Pyrolysatpartikelchen bei den Betriebstemperaturen im Gasmisch- und Ionisierungsabschnitt der neuen Vorrichtung nur unwesentlich verdampfen.

Ein typisches Wasserstoff-Dichtungsöl, das in grossen gasgekühlten dynamoelektrischen Maschinen verwendet wird, erzeugt bei Temperaturen von nur 124 °C einen ölnebel. Es wurde durch Experiment gefunden, dass ein typischer ölnebel bei Temperaturen von etwa 150 °C verdampft werden kann. Wenn beispielsweise die Gastemperatur im Gasmisch- und Ionisierungsabschnitt der neuen Vorrichtung auf den Bereich von 150 bis 250 °C erhöht wird, dann werden die leichter flüchtigen Ölnebelpartikelchen verdampft, bevor sie in den Detektorabschnitt eintreten und können darum kein falsches Signal bewirken. Wenn die Temperatur zu stark erhöht wird, können aber auch einige Pyrolysatkomponenten verdampfen, was die Empfindlichkeit der Vorrichtung beeinträchtigt. Deshalb werden die leichter flüchtigen Nicht-Pyrolysatmaterialien verdampft, bevor sie in den Detektorabschnitt eintreten, wogegen die weniger leicht verdampfbaren Pyrolysate unbeeinflusst

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bleiben. Vorzugsweise wird bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel das Bandheizelement durch ein Rückkopplungs-Thermoelement 88 geregelt, um die Temperatur des ionisierten Gases in dem Temperaturbereich von 150 °C zu halten. Es ver-steht sich, dass der Temperaturbereich entsprechend den 5

Betriebsbedingungen der dynamoelektrischen Maschine sowie des Polymermaterials und des Wasserstoffdichtungsöls gewählt wird.

Es war auch gefunden worden, dass die bekannten Strahlungsquellen wie beispielsweise mit Thorium imprägnierte bzw. to getränkte Kunstseide- bzw. Rayonmäntel bei den erhöhten Temperaturen im Gasmisch- und Ionisierungsabschnitt der neuen Vorrichtung brüchig und spröde werden. Es ist auch möglich, dass der Rayonmantel aufgrund der rauhen Behandlung oder Schwingungen der Maschine abgenutzt wird oder in 15 seiner Wirkung nachlässt. Um diese Nachteile zu vermeiden,

wird für die neue Vorrichtung eine neue thermisch stabile Strahlungsquelle verwendet, beispielsweise radioaktives Thorium 232 in der Form von Thoriumoxidkeramikstücken, die über einer metallischen Zylinderfläche verteilt sind. Gemäss Fig. 2 kann das Thoriumoxidkeramik in der Form diskreter knopfähnlicher Elemente 55 verwendet werden, die über ein zylinderförmiges Drahtmaschengitter verteilt sind, wobei die Knöpfe mittels geeigneter Befestigungsglieder 56 an dem Gitter befestigt sind. Diese Thoriumoxidkeramikstücke werden gleichförmig längs der axialen Länge der Gasmisch- und Ionisierungskammer aufgebracht. Das Drahtmaschengitter besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl. Anstelle des Drahtmaschengitters kann aber auch eine Nickel-Chrom-Metallplatte verwendet werden. Als alternative Strahlungsquelle kann ein Zylinder aus einer Thoriumoxid-Yttriumoxidkeramik verwendet werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

625645 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Feststellen von Pyrolysaten im Kühlgas einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine, bei der zum Anzeigen einer lokalen Überhitzung bestimmte Maschinenteile mit Materialien überzogen sind, die sich bei einer erhöhten s Temperatur zersetzen und Pyrolysate erzeugen, welche Vorrichtung einen Gasmisch- und Ionisierungsabschnitt und einen Detektorabschnitt aufweist, wobei der letztere zum Erzeugen eines der Ionisierung des Gases proportionalen und als variables Signal verwendbaren Stroms voneinander beabstandet io angeordnete Elektroden enthält, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (81 ), die zum Erzeugen einer zum Verdampfen von Ölnebel-Partikelchen aus der dynamoelektrischen Maschine ohne gleichzeitige Beeinflussung der Pyrolysate in dem gasförmigen Träger geeigneten Temperatur von 150 bis i 5 250 °C innerhalb des Gasmisch- und Ionisierungsabschnitts (49) ausgebildet ist, sowie durch eine in dem Gasmisch- und Ionisierungsabschnitt (49) angeordnete Strahlungsquelle, die mehrere diskrete, in der Längsrichtung des Gasmisch- und Ionisierungsabschnittes angeordnete radioaktive Keramikelemente (55) 20 umfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zylinderförmige Drahtmaschen-Halterung (53), die in dem Aussenmantei (41) im Gasmisch- und Ionisierungsabschnitt angeordnet ist und an der mehrere diskrete radioaktive Eie- 25 mente (55) aus Thorium-232-Oxidkeramik befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (81 ) auf dem Aussenmantei (41 ) des Gasmisch- und Ionisierungsabschnitts (49) aufgebracht ist.