专利名称：自动数据记录仪及其方法
技术领域：
本发明的背景本发明涉及一种自动数据记录仪器仪，包括数据记录设备、压力传感器、和温度传感器连同机械硬件，用于液压综合检验(HIT)台架用来检验发电机内的液流冷却的定子汇流条系统。该仪器具有自动数据记录能力，能用来完成压力衰减和真空衰减周期的检验任务，提高压力衰减和真空衰减数据的准确度，并减少检验周期。计算机的逻辑部分能计算出每一次任务的泄漏率。另外，该设备能被用来确定及/或调节检验设备内的泄漏。
大的机电设备如发电机一般使用分支的液流冷却系统。这种设备的部件如定子螺旋管是用液流循环在内部冷却的。一般地说，这种部件的工作介质是加压的氢。按设计，螺旋管内冷却剂的压力小于周围氢的压力。理论上携带冷却剂的螺旋管如有泄漏应允许氢气进入螺旋管内而不是将液流排放到大气中。遗憾的是在螺旋管内这种氢气的一个气泡已足够至少部分堵塞液流冷却剂的通道，形成损害定子绝缘的热点，降低导电率，最终使设备停止运转。
定期测试定子的导电率是有效的，可防止事故和设备的突然停转。这种测试的效果在某些程度上取决于冷却管线内所有液流和杂质首先被清除的程度。定期测试记录也是有用的，可用来对管线完整性，哪怕是微小的破坏作出提前的警告。用来在机电设备上完成这种测试的液压综合检验台架曾在美国专利5,287,726号中公开过。
利用HIT台架完成的一种检验为压力衰减检验，该检验是将发电机内可能泄漏的液流冷却的定子汇流条系统(stator bar system)伴随时间的压力降测量出来。现行的方法是将24小时作为一个检验周期，每小时用人工记录一次读数，即采样率为每小时一个读数，采集的数据包括内部压力、大气压力和多个温度读数，由于用人工读数，可能会不准确。而且，牵涉及到HIT台架的内部管路、压力罐、阀门及HIT台架和发电机之间连接管路的容积如果测量得不准确，会影响到在压力衰减周期内用来计算的数据输入，使结果的不准确性增大。另外，不准确的温度测量能损害检验，因为内部压力与温度有关。最后，24小时的检验周期希望能大大减少，以缩短总的中断时间。
另一个可用HIT台架完成的检验为真空衰减检验，该检验在将可能泄漏的液流冷却的定子汇流条系统安置在真空式减压的状态后，测量随着时间而增加的压力。但与压力衰减检验相似的问题也在传统的真空衰减检验中发生。
本发明的简要说明在本发明的一个示范的实施例中所提供的一个自动数据记录仪可用来在液压综合检验台架上检验用液流冷却的定子汇流条系统。自动数据记录仪包括一个短管件和多个传感器插座，短管件具有多个端连接器可在液流冷却定子汇流条系统和液压综合检验台架之间连接。至少有一个温度传感器可插在液流冷却定子汇流条系统内，并包括一个输出连接器，可操作地固定在第一传感器插座内。至少有一个压力传感器可操作地固定在第二传感器插座内。有一控制单元接收来自传感器的输出并根据收到的传感器输出计算泄漏率。
在本发明的另一个示范的实施例中，自动数据记录仪包括一个短管件，其内具有多个端连接器可在液流冷却定子汇流条系统和液压综合检验台架之间连接。有一细长的温度测头可插入到液流冷却定子汇流条系统的内部，它有一个输出连接器可操作地固定在第一传感器插座内。还有一个压力传感器固定在第二传感器插座内。有一控制单元接收来自传感器的输出，并根据收到的传感器输出计算泄漏率。
在本发明还有另一个示范的实施例中示出检验一个发电机冷却系统所使用的自动记录数据的方法，该方法包括下列步骤(a)记录发电机冷却系统内有关温度和压力的数据，该数据是从可操作地与发电机冷却系统偶联的传感器的输出中接收来的；(b)根据记录的数据自动计算泄漏率。
本发明的详细说明本发明的自动数据记录(ADL)仪适用于任何一种发电机的液流冷却定子汇流条系统和任何一种能被用来检验发电机冷却系统的HIT台架。参阅

图1，ADL仪10被装在定子汇流条系统SB和HIT台架之间。ADL仪本身为一装有各种硬件的配套组件，包括压力传感器、温度传感器、导线、适配器、现场适用的计算机硬件等。该可靠的系统采用一些适配器，接入到发电机管路和HIT台架之间的现有管路内。
短管件12设有一个隔离阀14和多个传感器插座16以便连接温度传感器和压力传感器。隔离阀14可以是任何一种合适的构造，但须为现场使用寿命着想设计得坚固而又可靠地密封以便可选择地关断通往HIT台架的液流。在短管件12的端头设有多个端连接器12以便连接到现有的管线上。合适的端连接器如快速装卸突缘式的、型号为NW 50ISO-QF，美国Connecticut州Norwalk的JPS真空产品店有售。
短管件12设有管路装置可将三个或更多的压力传感器20围住使它们在使用时得到保护。使用三个压力传感器20时，可用压力变换器、计算机硬件和逻辑元件同时对这三个传感器20监控，如果其中一个功能失灵，那么只需与其他两个的读数比较便可检测出来。这样，合格ADL仪的使用可保证得到准确的压力读数。
参阅图2，温度测头22可插入到液流冷却定子汇流条系统SB的内部，随后在装配时偶联到输出连接器24上。输出连接器24使来自温度测头22的信号或数据能被传送到控制单元26上(下面说明)。温度测头22最好设有多个温度监控区28，在图2中示出的为三个区28，它们沿着测头22的长度被间隔开，最好等距离间隔开。靠近终端有一3英尺的进入长度可被包括进去。可以设计并制造数种长度不同的测头以便用于各种大小的发电机以及或多或少的温度区28。例如测头的一个长度可以是10英尺，另一个长度为20英尺。
最好，每一个测量区28都各设有三个或多个温度传感器30如热电偶、RTD(电阻温度器件)或类似物以便做到有冗余，使控制系统能够确定是否有一个或更多的温度传感器功能失灵。另外，测头22被设计为能够防止与发电机的壁表面接触，例如合格使用在温度传感器位置上开有空气间隙的保护套或合格一个在保护层和温度传感器之间的网格层。
最好，温度测头22被包围在一个保护套内以保护传感器的导线。测头32的顶尖32被制成倒圆的鼻圆锥头以防测头进入到软管接头的侧口内。测头终端34设有一个永久固定的连接器以便作出与多个温度传感器30的所有连接而又足够紧凑、可配装在2英寸直径的管路内。该连接还有坚固可靠的安全机构可消除意外发生脱开连接的机会。在本文的一个较优实施例中，这个连接的强度应足够承受至少15磅的拉力以防隐藏的管线无意中脱开连接。另外，该连接可被锁住以防使用者混用。测头22的终端34被偶联到输出连接器24上。
控制单元26含有一个计算机系统，该系统包括一个显示器如带有或不带触屏功能的LCD(液晶显示)或类似物，并合格电缆36或无线通信接收来自压力传感器20和温度传感器30的数据输出。控制单元26的计算机系统可以是适用于上述目的的任何已知系统。一般地说，该系统包括至少一个CPU(中央处理单元)、存储器和与用户交流的构件。控制单元26记录来自传感器的信号，将电子值转变成工程单位，记录数据并计算出泄漏率和有关的理论数据如泄漏的指数的时间衰减常数。
为了完成检验，将一压力差作用在发电机的盘旋管内，或是在正向合格HIT台架压缩机造成约60-90psi(磅/方英寸)压力差，或是在负向合格HIT台架的真空装置造成小于大气的压力。采样率将比传统配置的现行的每小时一个读数的采样率显著地增大。最好，将从各个传感器来的数据读数按周期性间隔例如每5到10分钟或更长记录下来，这样持续到24小时。如果需要，这种系统能以频繁得多的间隔例如0.01Hz或更快将数据记录下来。对于数据记录的每一个时间间隔，在计算机系统内存储的软件都将数据存储到内存介质内以防电力中断时积聚的数据丢失。在检验时计算机系统主动地监控输入的数据，计算出泄漏率，分解出所有可能的误差影响如传感器公差、平均的温度读数和硬件的公差。一旦计算出不受上述公差影响的泄漏率，该泄漏率立即被报告。声音和图像的提醒可伴随所报告的泄漏率使操作者注意，如果该泄漏率显然能使压力衰减周期合格或失效，操作者就可提前结束检验。
从压力衰减周期建议一个计算泄漏率的初步检验可在两小时的短时间内完成，对于真空衰减周期可短到一小时。使用求平均和计算机逻辑的方法来减少噪声效应并使数据趋势曲线光滑。假定所有传感器都正常操作，可将在一个规定的位置上多个传感器的记录数据点平均后登录。如上所述，如果计算机在比较相应位置的多个传感器上的读数后，检测出其中一个传感器是错误的时，那么系统就只能使用其余传感器的平均读数。系统还可合格显示屏给使用者指出哪一个传感器是错误的，其读数将不再被登录或在计算中使用。
对于一个压力衰减周期，数据可从4到24小时在任何一处被记录下来，取决于计算出来的泄漏率。在4小时后，一个平均的泄漏率可被计算出来并报告给使用者。如果泄漏率处于稳定状态、具有恒定值，那么可以应用合格/失效的判据将检验停止。如果泄漏率仍旧波动，不能得出趋势曲线，那么平均泄漏率就不报告，检验继续进行另一个15分钟。以后每隔15分钟，用相同的逻辑评估趋势线并确定是否有可报告的泄漏率。
控制单元26的计算机系统根据理想气体定律计算泄漏率pv＝mRairT其中p＝绝对的内部压力(1bf/ft2)v＝内部容积(ft3)m＝空气的质量(1bm)T＝空气的绝对温度(°R)Rair＝空气的常数(ft-1bf/1bm-°R)(对于空气为53.384)用来计算泄漏率的最终公式为L=239.36·VH·{M1+B1273.15+T1-M2+B2273.15+T2}]]>其中L＝泄漏率(ft3/日)V＝检验容积(ft3)H＝投入检验的时间(小时)B1，B2＝最初(B1)和最终(B2)的大气压力(″Hg)M1，M2＝最初(M1)和最终(M2)的盘旋管压力(″Hg)T1，T2＝最初(T1)和最终(T2)的盘旋管温度(℃)泄漏率可用氦气较快地估出。那就是，不是用HIT台架的压缩机将盘旋管加压而是使用瓶装的氦气，选用合适的软件来指出检验的结果。计算出来的泄漏率然后乘上0.385以资将氦的泄漏率转换为空气的泄漏率。
在本发明的一个示范的实施例中，这个泄漏率的合格或失效值为1.0ft3/日。当然，对于一个特定的系统，其他预定的条件/值可能是合适的。软件使用这个预定的条件进行逻辑运算，同时分析出所有的传感器公差和不准确性，然后将合格或失效的结果报告给用户。
对于真空衰减周期，最好从一到四小时将任何一处的数据连续记录下来。在一小时后，可以将一个平均泄漏率计算出来并报告给用户。如果泄漏率处于稳定状态并具有恒定值，那么可以应用合格/失效的判据停止检验。如果泄漏率仍旧波动，不能得到趋势线，那么平均泄漏率就不报告，检验将继续进行另一个15分钟。以后每隔15分钟，要用相同的逻辑重新评价一次趋势曲线，并确定是否有可报告的泄漏率。
为了使用真空衰减周期来确定泄漏率，控制单元26的计算机系统使用下列公式L=3.06·V·P·10-4T]]>其中L＝泄漏率(ft3/日)P＝压力的变化，P2-P1(微米)T＝投入检验的时间(小时)V＝检验容积(ft3)在本发明的一个示范的实施例中，这个泄漏率的合格或失效值为3.0ft3/日。软件使用这个值来进行逻辑运算，并且分析出所有的传感器公差和不准确性，然后将“合格”或“故障”的结果报告给用户。
对于HID台架的设备，可以完成相关的真空衰减检验来证实在检验硬件中是否有小的泄漏率。在一较优的实施例中，从这个检验计算出来的泄漏率应不超过0.15ft3/日，否则该设备应作为有泄漏问题而被更换。这个检验需进行10到30分钟，而泄漏率被计算出来并可视地报告给用户约在10分钟以后。
另一种计算泄漏率的方法可合格评估压力衰减或真空衰减的指数半衰期来进行。其他物理的或理论的方法也可使用。
为了确定检验容积V以便用于压力衰减周期或真空衰减周期，在盘旋管被增压到P1，隔离阀14被封闭，连接HIT台架的软管脱离连接后，将一个已知的容积V1连接到短管件12上，一旦连接好并密封好，打开隔离阀14，在两个容积中都得到一个新的压力P2，这时可用下列公式来计算盘旋管的内部容积 其中V盘管＝液流冷却的定子汇流条的内部容积V已知＝连结到短管件上的已知容积P1＝在隔离阀开启前的内部绝对压力P2＝在隔离阀开启后的内部绝对压力合格计算机系统的界面和显示器以及存储在计算机系统内的软件，用户可选择观看每一单个传感器的工程值、趋势曲线和平均读数。或者用户可显示成组传感器的工程值、趋势曲线或平均读数如在一个联管箱内的所有温度传感器。现行计算的泄漏率或其范围如果有的话，这时也可显示出来。合格用户的界面，用户可往复聚焦特定的时间段内特定的功能/显示，这样进行哪一种检验(压力衰减、真空衰减、或者为HIT台架的设备进行真空检验)，为每一个检验的数据收集时间段设定并再设定开始和终止的时间，将记录的数据点和计算的泄漏率存储到可移走的媒体上，选择工程单位即Pascal(巴)、psi(磅/立方英寸)、Hg柱的英寸数等。系统还包括“重新设定”按钮或自检/错误值/归零的功能。
作为将电缆36直接连接到控制单元26上的替代方法可使用连接箱(未示出)，其时如果发电机在相对的另一端设有定子汇流条联管箱(单一直流)，采用连接箱就可消除多根导线横越涡轮机台板的情况。而是连接箱有一电缆将它连接到控制单元26上，这样传感器的导线只须连接到发电机该端的连接箱上，在现场上混乱导线的数量便可减少。当连接箱将数字信号而不是将模拟信号传回主模块时，连接箱还可有助于消除EMI(电磁干扰)效应。
最好所有硬件、连接、传感器、接头、闷头等都被设计成能在-2到174°F(-20到80℃)的温度范围内至少承受一个150psig的正压力和一个0.5微米(5×10-4乇)的真空。这些值当然只是示范的，它们可根据具体的操作条件和参数而改变。
最好传感器应被选用或设计使能防止噪声如EMF(电动势)的干扰。温度传感器30如热电偶或RTD应能感知在0到60℃范围内的温度，绝对准确度为0.5℃，相对准确度(线性)为0.2℃。内部压力传感器如压力变换器应能感知在0-100psig范围内的压力，绝对准确度为0.05％全量程，相对准确度(线性)为0.05％全量程。大气压力传感器应能感知在0-15或0-20psia范围内的压力，绝对准确度为0.05％全量程，相对准确度(线性)为0.05％全量程。检测内部压力和大气压力的压力传感器可变换使用。压力传感器可设有内置线路以便计及在特定操作温度范围内的温度变化并有一热效应为0.003％或更小。与上相似，这些值只是示范而已，可根据具体的操作条件和参数而改变。
本发明的ADL套在确定定子汇流条系统的实际泄漏率时能提供大为提高的准确度并能在较短的时间段内得出合格或失效的结论。由于数据收集方法的数字化，该自动系统能记录多个数据点达到和超过500Hz的水平。该系统具有自己生成曲线图、计算和结论的能力并具有用多种途径传送数据的能力，包括但不限于串行连接、USB(上边带)连接、红外连接、和互联网连接如LAN(局部区域网、电缆调制解调器、或人造卫星调制解调器)。
虽然本发明已就目前认为最实用和优选的实施例进行说明，但应知道本发明并不限于所公开的实施例，而是应涵盖包括在本发明权利要求的精神和范围内的各种修改和等同的配置。
权利要求
1.一种供液压综合检验台使用的用以检验液流冷却的定子汇流条系统的自动数据记录仪，该自动数据记录仪包括一个短管件(12)，包括一些端部连接器(18)，可连接在液流冷却定子汇流条系统和液压综合检验台和多个传感器插座(16)之间；至少一个温度传感器(22、28、30)，可插在液流冷却定子汇流条系统的内部，并有一个输出连接器(24)，可操作地固定在第一传感器插座上；至少一个压力传感器(20)，可操作地固定在第二传感器插座上；及一个控制单元(26)，可接收来自至少一个温度传感器和至少一个压力传感器的输出，从而根据接收的传感器输出计算泄漏率。
2.权利要求1的自动数据记录仪，其特征在于，短管件(12)包括一个大致为圆筒形的构造，并且合格其侧表面制出多个传感器插座(16)。
3.权利要求1的自动数据记录仪，其特征在于，短管件(12)包括一个隔离阀(14)。
4.权利要求1的自动数据记录仪，其特征在于，端部连接器(18)为快速装卸的突缘。
5.权利要求1的自动数据记录仪，其特征在于，至少一个温度传感器包括一个温度测头(22)，可插在液流冷却定子汇流条系统的内部，该温度测头包括多个沿着温度测头的长度间隔的传感器区(28)。
6.权利要求5的自动数据记录仪，其特征在于，该多个传感器区(28)各包括多个温度传感区(30)。
7.权利要求6的自动数据记录仪，其特征在于，包括多个压力传感器(20)，它们可操作地固定在至少一个相应的传感器插座(16)内。
8.权利要求7的自动数据记录仪，其特征在于，该控制单元(26)确定用来计算泄漏率的数据点，这些数据点为每个传感器区的多个温度传感器(30)输出的平均值和多个压力传感器(20)输出的平均值。
9.权利要求8的自动数据记录仪，其特征在于，该控制单元(26)被构制成根据相应输出的比较来确定是否有任何温度传感器(30)和压力传感器(20)有故障。
10.权利要求1的自动数据记录仪，其特征在于，包括多个压力传感器(20)，它们可操作地固定在相应的传感器插座(16)上。
11.权利要求1的自动数据记录仪，其特征在于，控制单元(26)被构制成利用压力衰减检验根据收到的传感器输出按照下列公式来计算泄漏率L=239.36·VH·{M1+B1273.15+T1-M2+B2273.15+T2}]]>其中L＝泄漏率(ft3/日)V＝检验容积(ft3)H＝投入检验的时间(小时)B1，B2＝最初(B1)和最终(B2)的大气压力(″Hg)M1，M2＝最初(M1)和最终(M2)的盘旋管压力(″Hg)T1，T2＝最初(T1)和最终(T2)的盘旋管温度(℃)
12.权利要求1的自动数据记录仪，其特征在于，控制单元(26)被构制成利用真空衰减检验根据收到的传感器输出按照下列公式来计算泄漏率L=3.06·V·P·10-4T]]>其中L＝泄漏率(ft3/日)P＝压力的变化，P2-P1(微米汞柱)T＝投入检验的时间(小时)V＝检验容积(ft3)
13.权利要求1的自动数据记录仪，其特征在于，控制单元(26)按照预定的条件指示泄漏率为“合格”或“故障”。
14.权利要求13的自动数据记录仪，其特征在于，控制单元(26)分析出传感器和硬件的公差及线性效应来计算泄漏率并指示泄漏率为“合格”或“故障”。
15.一种供液压综合检验台使用的用以检验液流冷却的定子汇流条系统的自动数据记录仪，该自动数据记录仪包括一个短管件(12)，包括一些端部连接器(18)，可连接在液流冷却的定子汇流条系统和液压综合检验台之间，该短管件包括多个穿过外表面的传感器插座(16)；一个细长的温度测头(22)，可插在液流冷却的定子汇流条系统的内部并具有一个输出连接器(24)，可操作地固定在第一传感器插座上；至少一个压力传感器(20)，可操作地固定在第二传感器插座上；及一个控制单元(26)，可接收来自至少一个温度传感器和至少一个压力传感器的输出，从而根据收到的传感器输出计算泄漏率。
16.权利要求15的自动数据记录仪，其特征在于，温度测头(22)具有多个沿着其长度间隔的传感器区，其中每一个传感器区包括多个温度传感器(30)。
17.权利要求16的自动数据记录仪，其特征在于，包括多个压力传感器(20)，它们可操作地固定在至少一个相应的传感器插座(16)上。
18.用以检验发电机冷却系统的一种自动记录数据的方法，该方法包括(a)记录在发电机冷却系统内有关温度和压力的数据，该数据是从按操作关系与发电机冷却系统偶联的传感器输出端接收来的；(b)根据记录的数据自动计算泄漏率。
19.权利要求18的方法，其特征在于，还包括将在步骤(b)内计算的泄漏率按照预定的条件指示为“合格”或“失效”。
20.权利要求18的方法，其特征在于，步骤(b)是按下式计算L=239.36·VH·{M1+B1273.15+T1-M2+B2273.15+T2}]]>其中L＝泄漏率(ft3/日)V＝检验容积(ft3)H＝投入检验的时间(小时)B1，B2＝最初(B1)和最终(B2)的大气压力(″Hg)M1，M2＝最初(M1)和最终(M2)的盘旋管压力(″Hg)T1，T2＝最初(T1)和最终(T2)的盘旋管温度(℃)
21.权利要求18的方法，其特征在于，步骤(b)按下列公式计算L=3.06·V·P·10-4T]]>其中L＝泄漏率(ft3/日)P＝压力的变化，P2-P1(微米汞柱)T＝投入检验的时间(小时)V＝检验容积(ft3)
22.权利要求18的方法，其特征在于，在完成步骤(b)时分析误差的所有可能的影响，这些误差包括传感器公差、平均温度读数和硬件的公差。
23.一种利用权利要求1的自动数据记录仪来检验液流冷却的定子汇流条系统的记录数据的方法。
全文摘要
一种自动数据记录仪可用来在液压综合检验台上检验液流冷却的定子汇流条系统。该自动数据记录仪包括一个短管件(12)，其上设有端连接器(18)可连接在液流冷却的定子汇流条系统和液压综合检验台以及多个传感器插座(16)之间。至少有一个温度传感器(22、28、30)可插入在液流冷却定子汇流条系统的内部，并偶联有一个输出连接器(24)，可操作地固定在短管件内的第一传感器插座内。至少有一个压力传感器(20)也可操作地固定在短管件内的第二传感器插座内。还有一个控制单元(26)可接收传感器的输出，并根据收到的传感器输出计算泄漏率。自动数据记录仪在进行压力衰减和真空衰减检验时具有自动记录数据的能力，能提高压力衰减和真空衰减数据的准确度，并能减少确定泄漏率所需检验周期。
文档编号G01M99/00GK1459624SQ0313672
公开日2003年12月3日 申请日期2003年5月20日 优先权日2002年5月20日
发明者S·A·维勒, R·M·卢斯特 申请人:通用电气公司