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Hintergrund der Erfindung
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Der hier offengelegte Erfindungsgegenstand betrifft wasserstoffgekühlte Generatoren und insbesondere ein System zum Erkennen von Problemen in Verbindung mit einem Dichtungsölsystem.
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Wasserstoffgekühlte Generatoren enthalten ein Dichtungsöl- oder Schmiermittel-Ablaufsystem, das einen Abscheidetank enthält. Der Abscheidetank ermöglicht dem gesamten mitgeführten Wasserstoff aus dem Schmiermittel zu entweichen. Nachdem der Wasserstoff entfernt ist, wird das Schmiermittel wieder dem Generator zugeführt. Im Betrieb strömt das Schmiermittel entlang rotierender Komponenten des Generators und nimmt Wasserstoff auf, bevor es in den Abscheidetank eintritt. In dem Abscheidetank entweicht oder steigt der Wasserstoff aus dem Schmiermittel. Das Schmiermittel sammelt sich und strömt schließlich über ein Überlaufrohr oder über ein Steuerventil und wandert zu einem Rückführungstank.
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Aufgrund der Art von wasserstoffgekühlten Generatoren kann die Fähigkeit, Probleme in Verbindung mit dem Dichtungsölsystem eher früher als später zu identifizieren und zu lösen, wichtig sein. Schäden an Wasserstoffdichtungen werden oft nicht gefunden, bis die Einheit mit dem beeinträchtigten System für eine längere Zeit gearbeitet hat. Ein Grund dafür ist die Schwierigkeit in der Erkennung von Problemen. Beispielsweise kann ein hoher Wasserstoffverbrauch als ein Indikator für ein Dichtungsproblem betrachtet werden. Jedoch kann hoher Wasserstoffverbrauch auch durch andere Probleme, wie z. B. Leckage durch statische Dichtungen, verursacht werden.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Ein erster Aspekt der Offenlegung stellt ein System zum Diagnostizieren eines Dichtungsölsystems bereit, das aufweist: einen ersten Satz von Sensoren zum Messen einer Dichtungsöl-Druckdifferenz über einer Dichtungswelle; einen zweiten Satz von Sensoren zum Messen einer Dichtungsöl-Temperaturdifferenz über der Wellendichtung; einen dritten Sensor zum Messen einer wasserstoffseitigen Dichtungsöl-Durchflussmenge; und ein System zum Analysieren von Daten, die von wenigstens zwei des ersten Satzes von Sensoren, zweiten Satzes von Sensoren und dritten Sensor gesammelt wurden, um das Dichtungsölsystem zu diagnostizieren.
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Ein zweiter Aspekt der Offenlegung stellt einen Generator bereit, der aufweist: eine Welle mit einem Turbinenende und einem Kollektorende; eine um die Welle an dem Turbinenende angeordnet erste Wellendichtung; eine um die Welle an dem Kollektorende angeordnete zweite Wellendichtung; einen ersten Satz von Sensoren zum Messen von Dichtungsöl-Druckdifferenzen über beiden Wellendichtungen; einen zweiten Satz von Sensoren zum Messen von Dichtungsöl-Temperaturdifferenzen über beiden Wellendichtungen; einen dritten Sensor zum Messen einer wasserstoffseitigen Dichtungsöl-Durchflussmenge; und ein System zum Analysieren von Daten, die von wenigstens zwei Sensoren gesammelt wurden, zum Diagnostizieren der Wellendichtungen.
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Die veranschaulichenden Aspekte der vorliegenden Ausführungsform sind für die Lösung der hierin beschriebenen und/oder weiterer nicht diskutierter Probleme ausgelegt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Diese und weitere Merkmale dieser Offenlegung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Offenlegung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Offenlegung darstellen, in welchen:
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1 ein Querschnitt eines wasserstoffgekühlten Generators mit Temperatur-, Druck- und Durchflusssensoren gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist;
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2 eine Blockdarstellung ist, die ein Computersystem zum Verarbeiten der Sensordaten veranschaulicht;
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3 eine Nachschlagetabelle zur Diagnose möglicher Dichtungssystemprobleme darstellt;
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Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen nicht maßstäblich sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Offenlegung darstellen und sollten daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Offenlegung betrachtet werden. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Zeichnungen.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Von den Zeichnungen stellt 1 einen veranschaulichenden Querschnitt eines wasserstoffgekühlten Generators 10 dar, der im Wesentlichen einen Körper 12 und ein Rotationselement oder eine rotierende Welle 14 enthält. Die rotierende Welle 14 enthält ein erstes oder Turbinenende 30 und zweites oder Kollektorende 32. Sowohl das Turbinenende 30 als auch das Kollektorende 32 enthalten eine Wasserstoff-Wellendichtung 16. Jede Wasserstoff-Wellendichtung 16 enthält ein Paar von Dichtringen 19A, 19B, die um die Oberfläche der rotierenden Welle 14 herum angebracht sind. Jedes Dichtungsringepaar 19A, 19B enthält einen wasserstoffseitigen Dichtungsring 19A und einen außenseitigen Dichtungsring 19B. Beide Wasserstoff-Wellendichtungen 16 sind für die Aufnahme eines Schmiermittels (z. B. Dichtungsöl), aus einem Einlass 17 angepasst, welches durch die Dichtungsringe 19A, 19B und auf die Oberfläche der rotierenden Welle 14 geleitet wird. Das Dichtungsöl verhindert das Entweichen von Wasserstoffgas aus dem Generatorgehäuse 12 insbesondere in Bereichen um die Wasserstoff-Wellendichtungen 16. Dichtungsöl, das zu der Wasserstoffseite 18 (dargestellt durch gepunktete Pfeile) strömt, wird in einen Wasserstoffabscheidetank 20 abgeleitet, der in dem Dichtungsöl eingeschlossenes Wasserstoffgas entfernt. Die Wellendichtungen 16, das Dichtungsöl und der Abscheidetank 20 bilden somit ein Dichtungsölsystem, das das Entweichen von Wasserstoffgas verhindert.
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Ein wasserstoffgekühlter Generator 10 enthält auch einen Satz von Druck-, Temperatur- und Durchflusssensoren, die das Dichtungsölsystem diagnostizieren, bevor weiter fortgeschrittene Symptome wie z. B. erhöhter Wasserstoffverbrauch sichtbar werden. Für die Zwecke dieser Offenlegung kann der Begriff ”Diagnose” beispielsweise Evaluierung, Analyse, Identifizierung und Lokalisierung von Problemen usw. umfassen. Man beachte, dass die exakte Platzierung der Sensoren nicht einschränkend sein soll, und dass die dargestellten Platzierungen nur Darstellungszwecken dienen. In dieser veranschaulichenden Ausführungsform enthält das Dichtungsölsystem Drucksensoren 22A, 22B und 22C, die Differenzdruck über den Wellendichtungen 16 messen. Insbesondere messen die Drucksensoren 22A, 22B, 22C eine Dichtungsöl-Druckdifferenz zwischen der Wasserstoffseite 18 und der Außenseite 91. Beispielsweise kann eine Druckdifferenz zwischen den Drucksensoren 22A und 22C (P1 – P3) sowie zwischen den Drucksensoren 22B und 22C (P2 – P3) gemessen werden.
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Temperatursensoren 24A/26A (T1 – T3) und 24B/26B (T2 – T4) messen Dichtungsöl-Temperaturdifferenzen zwischen den Wellendichtungen 16 (d. h., zwischen der Wasserstoffseite 18 und der Außenseite 21). In diesem Beispiel messen die Temperatursensoren 26A, 26B die Dichtungsöltemperatur in dem Abscheidetank 20, und die Temperatursensoren 24A, 24B messen die Öltemperatur an den Außenseitendichtungsringen 19B.
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Ein Paar von Durchflusssensoren 34A und 34B messen den Öldurchfluss durch den Abscheidetank 20, welcher den wasserstoffseitigen Durchfluss durch die Wellendichtungen 16 widerspiegelt. In dieser Ausführungsform sind die Durchflusssensoren 34A und 34B an den Steuerventilen 31 bzw. 33 angeordnet.
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Die Sensoren ermöglichen eine ständige und/oder gleichzeitige Sammlung von Druck-, Temperatur- und/oder Durchflussinformation, welche kollektiv zum Diagnostizieren von Problemen des Dichtungsölsystems analysiert werden kann. Ein Differenzdruck über den Wellendichtungen 16, ein Temperaturanstieg über den Wellendichtungen 16 und ein Öldurchfluss durch die Wellendichtungen 16 zu der Wasserstoffseite 18 können einen Schaden an der Systemhardware anzeigen, bevor andere Indikatoren, wie z. B. erhöhter Wasserstoffverbrauch ersichtlich werden. Beispielsweise können Änderungen im Differenzdruck über den Wellendichtungen 16 Probleme mit einem Dichtungsöl-Druckregler anzeigen. Änderungen im Öltemperaturanstieg oder Änderungen im wasserstoffseitigen Dichtungsöl-Durchfluss können einen Schaden an den Dichtungsringen oder eine nicht korrekte Positionierung anzeigen. Kombinationen dieser Parameter können dazu genutzt werden, um genauer den Zustand des Systems zu überwachen und festzustellen, sowie mögliche Probleme zu diagnostizieren. Man beachte, dass sowohl das Kollektorende 32 als auch das Turbinenende 30 ihren eigenen Satz von Sensoren haben, und somit eine Diagnose an einem speziellen Ende ermöglichen.
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Beispielsweise würde eine hohe Einlassöltemperatur bei einer konstanten Druckdifferenz höhere wasserstoffseitige Durchflussmengen aufgrund der verringerten Viskosität des Dichtungsöls erfordern. Demzufolge kann die Messung des Durchflusses in diesem Falle ein Problem mit dem System nahelegen, wobei aber, wenn es im Zusammenhang mit den Öltemperatur-Messwerten analysiert wird, festgestellt werden kann, dass das System korrekt arbeitet. In dieser selben Situation kann, wenn die Durchflussmenge erhöht und die Temperaturdifferenz verringert ist, dieses einen Schaden oder eine Veränderung in der Position der Dichtungsringe 19A, 19B anzeigen. In einer veranschaulichenden Ausführungsform kann ein vorgegebener Satz von Sensormesswerten in ein Steuerungssystem eingegeben werden, welches programmatisch die Daten analysiert, um eine Diagnose in automatisierter Weise zu erzeugen. Beispielsweise würde ein Durchflussmengenanstieg über einen ersten vorbestimmten Schwellenwert an dem Kollektorende zusammen mit einem Temperaturdifferenzabfall unter einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert an dem Kollektorende zu einer Diagnose einer Dichtungsringbeeinträchtigung an dem Kollektorende führen. Demzufolge ermöglicht dieses System Betreibern, Probleme mit dem Dichtungsölsystem früher und ohne Abschaltung der Maschine, Entgasung des Systems und Öffnen der Maschine zur Inspektionssuche für die Quellenursache zu ermöglichen.
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2 stellt ein Computersystem 40 zur Eingabe von Temperaturmesswerten 50, Druckmesswerten 52 und Durchflussmesswerten 54 aus einem Satz von Öldichtungssensoren 58 und zum Erzeugen einer Diagnose 56 dar. Das Computersystem 40 enthält ein in einem Speicher 46 gespeichertes Diagnosesystem 48. Das Diagnosesystem 48 kann beispielsweise ein auf einem computerlesbaren Medium gespeichertes Computerprogrammprodukt sein, welches, wenn es von dem Prozessor 42 ausgeführt wird, die Diagnose 56 auf der Basis der eingegebenen Messwerte 50, 52, 54 erzeugt. Die Diagnose 56 kann in jeder beliebigen Weise erzeugt werden, wie z. B. als eine Ausgabe in einer graphischen Benutzerschnittstelle und kann jede Art von Information wie z. B. einen oder mehrere mögliche Dichtungsölsystem-Probleme enthalten. Das Diagnosesystem 48 kann jede beliebige Technik für die Ermittlung einer Diagnose 56 einschließlich beispielsweise einer Nachschlagetabelle 60, ein Regel basierendes System, eine Gruppierungs-Anwendung usw. beinhalten. Beispielsweise könnten in dem Falle einer Nachschlagetabelle 60 von jedem der drei unterschiedlichen Sensoren gesammelte Daten mit Einträgen in einer dreidimensionalen Tabelle (z. B. einer Matrix, Datenstruktur, Datenbank usw.) verglichen werden, um ein spezielles mögliches Problem zu identifizieren. Abhängig von der Situation kann die sich ergebende Diagnose 56 einen Satz möglicher Probleme, nur ein mögliches Problem oder eine Anzeige von keinen Problemen beinhalten.
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3 stellt eine veranschaulichende Nachschlagetabelle zur Verwendung bei der Diagnose von Problemen mit einem Dichtungsölsystem dar. Die dargestellte Tabelle nimmt eine konstante Druck-(P)-Differenz an. Demzufolge werden, wenn beispielsweise eine ansteigende Durchflussmenge (Q) und eine ansteigende Temperatur-(T)-Differenz vorliegen, dann keine Probleme angezeigt. Wenn jedoch eine ansteigende Durchflussmenge und eine abfallende oder konstante Temperaturdifferenz vorliegen, wird dann ein Dichtungsproblem angezeigt.
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Gemäß nochmaligem Bezug auf 2 dürfte es sich verstehen, dass das Computersystem 40 unter Verwendung einer beliebigen Art von Computervorrichtung implementiert werden kann. Eine derartige Computervorrichtung enthält im Wesentlichen einen Prozessor 42, einen Eingang/Ausgang (I/O) 44, Speicher 46 und Bus. Der Prozessor 42 kann nur eine Verarbeitungseinheit aufweisen oder über eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten an einer oder mehreren Stellen, z. B. auf einem Client und einem Server verteilt sein. Der Speicher 46 kann jede Art von Datenspeicher einschließlich magnetischer Medien, optischer Medien, Arbeitsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Datencache, ein Datenobjekt usw. umfassen. Ferner kann sich der Speicher an nur einer einzigen physikalischen Stelle befinden, welche eine oder mehrere Arten von Datenspeicherung aufweist, oder über mehrere physikalische Systeme in verschiedenen Formen verteilt sein.
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Der I/O 44 kann jedes System zum Austauschen von Information an/von eine(r) externe(n) Ressource aufweisen. Externe Vorrichtungen/Ressourcen können jede beliebige Art von externer Vorrichtung, einschließlich Monitor/Anzeigeeinrichtung, Lautsprecher, Speicher, ein weiteres Computersystem, ein handbetätigtes Gerät, Tastatur, Maus, Spracherkennungssystem, Sprachausgabesystem, Drucker, Faksimilegerät, Personenrufempfänger, usw. beinhalten. Der Bus stellt eine Kommunikationsverbindung zwischen allen diesen Komponenten in der Computervorrichtung bereit und kann auch jede beliebige Art von Übertragungsverbindung, einschließlich elektrisch, optisch, drahtlos usw. beinhalten. Obwohl nicht dargestellt, können zusätzliche Komponenten wie z. B. ein Cache-Speicher, Kommunikationssysteme, Systemsoftware, usw. mit eingebaut sein.
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Zugriff kann über ein Netzwerk wie z. B. das Internet, ein lokales Netz (LAN), ein Weitverkehrsnetz (WAN), ein virtuelles privates Netzwerk (VPN) usw. bereitgestellt werden. Eine Kommunikation könnte über eine direkte drahtgebundene Verbindung (z. B. serielle Schnittstelle) oder über eine adressierbare Verbindung erfolgen, die eine beliebige Kombination von drahtgebundenen und/oder drahtlosen Übertragungsverfahren nutzt. Ferner könnte eine herkömmliche Netzwerkkonnektivität, wie z. B. Token Ring, Ethernet, WiFi oder andere herkömmliche Kombinationsstandards, verwendet werden. Des Weiteren könnte eine Konnektivität durch ein herkömmliches TCP/IP-Sockets-basierendes Protokoll bereitgestellt werden.
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Es dürfte sich verstehen, dass zusätzlich dazu, dass sie als ein System und ein Verfahren implementiert sind, die Merkmale auch als ein oder mehrere auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeicherte Programmprodukte bereitgestellt werden können, welche, wenn sie ablaufen, einem Computersystem 40 ermöglichen, eine Diagnose zu erstellen. Zu diesem Zweck kann das computerlesbare Speichermedium Programmcode enthalten, welcher die hierin beschriebenen Prozesse und System implementiert. Es dürfte sich verstehen, dass der Begriff ”computerlesbares Speichermedium” eine oder mehrere Arten von physikalischer Ausführungsform des Programmcodes umfasst. Insbesondere kann das computerlesbare Speichermedium Programmcode aufweisen, der auf einem oder mehreren tragbaren Speicherherstellungsgegenständen (z. B. einer Compact Disc, einer Magnetplatte, einem Band usw.) oder auf einem oder mehreren Datenspeicherabschnitten einer Computervorrichtung, wie z. B. einen Arbeitsspeicher und/oder ein Speicherungssystem, verkörpert ist.
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So wie hierin verwendet, dürfte es sich verstehen, dass die Begriffe ”Programmcode” und ”Computerprogrammcode” synonym sind und jeden Ausdruck in einer beliebigen Sprache, Code oder Schreibweise eines Satzes von Instruktionen bedeuten, die eine Computervorrichtung mit einer Informationsverarbeitungsfähigkeit veranlassen, eine spezielle Funktion entweder direkt oder nach irgendeiner Kombination des Nachfolgenden auszuführen: (a) Umwandeln in eine andere Sprache, Code oder Schreibweise; (b) Reproduktion in einer unterschiedlichen Materialform; und/oder (c) Dekompression. Diesbezüglich kann Programmcode als eine oder mehrere Arten von Programmprodukten verkörpert sein, wie z. B. als ein Anwendungs-/Software-Programm, Komponentensoftware/eine Bibliothek von Funktionen, ein Betriebssystem, ein Basis-I/O-System/Treiber für eine spezielle Computer- und/oder I/O-Vorrichtung und dergleichen. Ferner dürfte es sich verstehen, dass die Begriffe wie z. B. ”Komponente”, ”Subsystem” und ”System” wie hierin verwendet, synonym sind und jede Kombination von Hardware und/oder Software repräsentieren, die in der Lage sind, die gleiche Funktion(en) auszuführen.
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Die Blockdiagramme in den Figuren stellen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementationen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Diesbezüglich kann jeder Block in den Blockdiagrammen ein Modul, Segment oder ein Teil von Code repräsentieren, welcher einen oder mehrere ausführbare Befehle zur Implementation der spezifizierten logischen Funktion(en) aufweist. Es sollte auch angemerkt werden, dass die in den Blöcken angegebenen Funktionen in anderer als der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten können. Beispielsweise können zwei aufeinanderfolgend dargestellte Blöcke tatsächlich gleichzeitig ablaufen oder die Blöcke können manchmal in abhängig von der beteiligten Funktionalität umgekehrter Reihenfolge ablaufen. Es wird auch angemerkt, dass jeder Block der Blockdiagramme mittels spezieller Hardware-basierender Systeme, welche die spezifizierten Funktionen oder Abläufe durchführen, oder beispielsweise durch Kombinationen von spezieller Hardware und Computerinstruktionen implementiert werden kann.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen, und soll nicht die Offenlegung einschränken. So wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”einer, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen mit einschließen, soweit der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Es dürfte sich ferner verstehen, dass die Begriffe ”weist auf” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen festgestellter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
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Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Einrichtungen oder Schritte plus Funktionselemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen jede Struktur, Material oder Handlung zum Durchführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen wie ausdrücklich beansprucht, beinhalten. Die Beschreibung der vorliegenden Offenlegung erfolgte zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung, soll aber nicht erschöpfend oder auf die Offenlegung in der dargestellten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Änderungen werden für den Fachmann ohne Abweichung von dem Schutzumfang und Gedanken der Offenlegung ersichtlich sein. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um am besten die Prinzipien der Offenlegung und die praktische Anwendung zu erläutern, und um anderen Fachleuten das Verständnis der Offenlegung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen für den in Betracht gezogenen Einsatz geeigneten Modifikationen zu ermöglichen.
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Es wird ein wasserstoffgekühlter Generator 10 mit einem System zum Diagnostizieren von Problemen in Verbindung mit einem Dichtungsölsystem bereitgestellt. Enthalten ist eine Welle 14 mit einem Turbinenende 30 und einem Kollektorende 32; eine um die Welle 14 an dem Turbinenende 30 herum angeordnete erste Wellendichtung 16; eine um die Welle 14 an dem Kollektorende 32 herum angeordnete zweite Wellendichtung 16; ein erster Satz von Sensoren 22A, 22C zum Messen von Dichtungsöl-Druckdifferenzen über beiden Wellendichtungen; ein zweiter Satz von Sensoren 24A, 26A zum Messen von Dichtungsöl-Temperaturdifferenzen über beiden Wellendichtungen 16; ein dritter Sensor 34A, 34B zum Messen einer wasserstoffseitigen 18 Dichtungsöl-Durchflussmenge; und ein System zum Analysieren von wenigstens zwei Sensoren gesammelter Daten 48, um die Wellendichtungen 16 zu diagnostizieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- wasserstoffgekühlter Generator
- 12
- Generatorkörper
- 14
- Rotationselement, Rotationswelle
- 16
- Wasserstoff-Wellendichtung
- 17
- Einlass
- 18
- Wasserstoffseite
- 19A
- wasserstoffseitiger Dichtungsring
- 19B
- außenseitiger Dichtungsring
- 19A, 19B
- Dichtungsringe, Dichtungsringepaar
- 20
- Wasserstoffabscheidetank
- 22A, 22B und 22C
- Drucksensoren
- 24A, 26A, 24B, 26B
- Temperatursensoren
- 30
- erstes oder Turbinenende
- 31 und 33
- Steuerventile
- 32
- zweites oder Kollektorende
- 34A und 34B
- Durchflusssensoren
- 40
- Computersystem
- 42
- Prozessor
- 44
- Eingang/Ausgang (I/O)
- 46
- Speicher
- 48
- Diagnosesystem
- 50
- Temperaturmesswerte
- 52
- Druckmesswerte
- 54
- Durchflussmesswerte
- 56
- Diagnose
- 58
- Öldichtungssensoren
- 60
- Nachschlagetabelle