DE69513551T2

DE69513551T2 - On-Line-Diagnosesystem für rotierende elektrische Geräte

Info

Publication number: DE69513551T2
Application number: DE69513551T
Authority: DE
Inventors: Charles D Bice; Mark H Emerson; Paul C Gaberson; Richard E Salnick
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2015-03-25
Also published as: US5485491A; JPH07288993A; DE69513551D1; KR950033515A; EP0675369A3; KR100368889B1; EP0675369B1; EP0675369A2

Description

Diese Erfindung richtet sich auf ein Diagnosesystem für eine umlaufende elektrische Maschine, insbesondere, aber nicht ausschließlich auf ein Online-System zum Diagnostizieren des Zustands und des Wartungsbedarfs einer Antriebsmaschine.
Große Motoren benötigen eine periodische vorbeugende Wartung, um einen zuverlässigen und effizienten Betrieb über ihre Lebensdauer sicherzustellen. Die erforderliche Wartungsperiode ist eine Funktion der spezifischen Konstruktion eines bestimmten Motors. In Kernkraftwerken eingesetzte Reaktorkühlmittelpumpenantriebe beispielsweise werden typischerweise jährlich während der Brennstofferneuerungs-Stillstandszeiten inspiziert und werden zur Inspektion oder Aufarbeitung alle 5 bis 10 Jahre fällig. Es ist ein beträchtlicher Zeit- und Arbeitsaufwand notwendig, um solche Motoren zu zerlegen und die notwendigen Inspektionen durchzuführen.
Eine Gruppe von Motoren mit identischer Konstruktion ist trotzdem im Hinblick auf eine Vielfalt von Faktoren verschieden, wie beispielsweise normale Fertigungstoleranzen, Betriebsgeschichte und Umgebung, und Qualität der Wartung. Eine vorgegebene Betriebsperiode vor Inspektion oder Wartung des Motors beruht auf einer qualifizierten Schätzung des geeigneten Betriebsplans für einen typischen Modur unter empfohlenen Betriebsbedingungen. In manchen Fällen kann die vorgegebene Betriebsperiode zu lang sein (beispielsweise wenn empfohlene Motorbetriebsparameter überschritten worden sind), und folglich kann sich ein ineffizienter Betrieb am Ende dieser Periode ergeben. In anderen Fällen kann die vorgebene Betriebsperiode zu kurz sein (zum Beispiel wenn der Motor verhältnismäßig schwach belastet wurde), und daher werden unnötige Kosten im Hinblick auf Stillstandszeit, Arbeitsleistung und Material aufgewendet. Des weiteren findet, wenn ein Reaktorkühlmittelpumpenmotor innerhalb eines Reaktorgebäudes angeordnet ist, eine unnötige menschliche Strahlenbelastung statt.
Deshalb besteht ein Bedarf für ein System, welches den Zu stand einer umlaufenden elektrischen Maschine genau diagnostiziert.
Diesem Bedarf wird durch die in Anspruch 1 beanspruchte Erfindung entsprochen.
Ein System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der EP-A-0 240 684 beschrieben. Dieses System ist so ausgelegt, daß es Daten über einen langen Zeitraum sammelt und speichert, um eine "Biographie" des Motors zu konstruieren. Dies, so wird gesagt, unterstützt die Bestimmung zukünftiger Wartungspläne. Jedoch findet sich in der EP-A-0 240 684 keine Maßnahme und kein Vorschlag für die direkte Ausgabe von Wartungsplaninformation, wie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 vorgesehen ist.
Die Ausführungsform nach der Erfindung beinhaltet ein Online- System zum Diagnostizieren der Betriebsfähigkeit eines Motors, um zu bestimmen, wann eine Motorwartung erforderlich ist. Es sind Motorsensoren vorgesehen, welche verschiedene physikalische Parameter überwachen (beispielsweise nicht elektrische oder isolationsbezogene Zustände) und entsprechende elektrische Signale erzeugen. Signalwandler setzen die elektrischen Signale in entsprechende Digitalwerte um. Diese Werte werden von einem Prozessor gesammelt, der diese Werte oder einen Trend der Werte mit vorgegebenen Basiswerten oder Trends vergleicht, die einem kürzliche gestellten oder aufgearbeiteten Modur entsprechen. Der Prozessor macht dann Empfehlungen für ein Motorwartungsintervall, um eine optimale Motorleistungsfähigkeit und Verfügbarkeit bei minimalen Kosten und minimaler Stillstandszeit zu erhalten. Das Motorwartungsintervall stellt einen spezifischen Zeitpunkt oder alternativ einen allgemeineren Zeitpunkt dar, beispielsweise den Zeitpunkt der nächsten geplanten Brennstofferneuerungs- Stillstandszeit.
Im Fall eines Reaktorkühlmittelpumpenmotors innerhalb eines Reaktorgebäudes sammelt eine Zwischendatenspeichereinrichtung die Digitalwerte entsprechend den elektrischen Signalen und leitet die Digitalwerte an einen Prozessor weiter, der an vom Reaktorkühlmittelpumpenmotor entfernter Stelle angeordnet ist (beispielsweise jenseits einer biologischen Sperre, außerhalb des Reaktorgebäudes, an einer anlagenfernen Stelle usw.).
Die Ausführungsform nach der Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die rechte Hälfte eines Reaktorkühlmittelpumpenmotors,
Fig. 2A ein B ockdiagramm eines Systems mit einem lokalen Prozessor zum Diagnostizieren verschiedener Betriebsbedingungen eines Motors,
Fig. 2B ein Blockdiagramm eines Systems mit einer Zwischendatenspeichereinrichtung und einer Datenstraße zum übermitteln verschiedener Betriebsbedingungen eines Motors zu einem entfernten Diagnoseprozessor,
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Ölfördersystems für einen Motor mit Diagnosesensoren,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer oberen Lagerbaugruppe mit Diagnosesensoren,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer unteren Radiallagerbaugruppe mit Diagnosesensoren,
Fig. 6 ein teilweises Blockdiagramm und Schaltungsdiagramm eines Motors mit einem Stromwandler zum Diagnostizieren eines Zustands einer Mehrzahl von Lagerisolatoren, und
Fig. 7A bis 7B Flußdiagramme von Software-Routine-Programmen, die von einem Prozessor ausgeführt werden, um das Sammeln von Motordaten, die Trendbestimmung und die Diagnose durchzuführen.
Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Reaktorkühlmittelpumpenmotor 2, bei welchem die Ausführungsform nach der Erfindung eingesetzt wird, wobei es sich versteht, daß die Erfindung bei jeder Bauart einer umlaufenden elektrischen Maschine (beispielsweise einem Generator) anwendbar ist, die in irgendeiner Umgebung einschließlich einer gefährlichen Umgebung wie beispielsweise in einem Reaktorgebäude betrieben wird. Der beispielsweise Reaktorkühlmittelpumpenmotor 2 umfasst eine mittige drehbare Welle 4 mit einer Antriebswellenkupplung 6 an einem Ende der Welle 4 zur Verbindung mit einer Reaktorkühimittelpumpe (nicht dargestellt), einem Rotor 8 mit Rotorwicklungen 9 und einem Rotorkern 10, und einem Schwungrad 12. Das beispielsweise Schwungrad 12 ist an dem mit Bezug auf die Antriebswellenkupplung 6 entgegengesetzten Ende der Welle 4 angeordnet. Der Reaktorkühlmittelpumpenmotor 2 umfaßt des weiteren eine obere Lagerbaugruppe 14, einen Luftkühler 16, einen Stator 18 mit einem Statorkern 20 und Statorwicklungen 22, und eine untere Radiallagerbaugruppe 26, die alle in einem Gehäuse 30 mit einem Motormontageflansch 28 untergebracht sind. Alternativ kann der Reaktorkühlmittelpumpenmotor 2 ohne Luftkühler 16 ausgeführt sein.
Es wird nun auf Fig. 2A Bezug genommen, wonach der Reaktorkühlmittelpumpenmotor 2 des weiteren Ölwärmetauscher 34 für das obere Lager und ein Ölfördersystem 36 aufweist. Der Reaktorkühlmittelmotor 2 ist mit einem Diagnosesystem 32 verbunden, das eine Mehrzahl von Sensoren 38a bis 38c, Kabeln 40a bis 40c und Anlalog/Digital-Umsetzer 42a bis 42c umfaßt. Das System 32 umfaßt auch einen Prozessor 54. Wie unten noch im einzelnen beschrieben wird, sind die mehreren Sensoren 38 für den Reaktorkühlmittelpumpenmotor 2 daran und darin positioniert, um eine Mehrzahl von Betriebszuständen des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 zu erfassen. Die Sensoren 38 sind mit den Umsetzern 42 über Kabel 40 verbunden, beispielsweise durch die exemplarischen herkömmlichen verdrillten Kabelpaare. Alternativ dazu können Koaxialkabel, faseroptische Kabel oder andere geeignete Verbindungen vorgesehen sein. Jeder der Umsetzer 42 setzt ein elektrisches Signal (beispielsweise eine Spannung, ein Strom, einen Widerstand usw. oder einen äquivalenten Lichtstrahl), das von einem Sensor 38 erzeugt wird, in einen entsprechenden Digitalwert zur Verwendung durch den Prozessor 44 um.
Der exemplarische Prozessor 44 umfaßt einen Mikroprozessor 46, einen Anschluß 47 mit einem angeschlossenen Drucker 49, einen Eingabe/Ausgabe-Bus 48, einen Direktzugriffsspeicher 50 und einen Realzeitgeber 51. Es versteht sich, daß die Erfindung auch anwendbar ist auf jede Bauart eines Prozessors (beispielsweise Personalcomputer (PC), Minicomputer, Hauptrahmencomputer, oder irgendeine andere Bauart einer Prozeßeinrichtung), eines Ausgabegeräts (zum Beispiel Kathodenstrahlröhre usw.), einer Schnittstelle oder eines Eingabe/Ausgabe-Bus (zum Beispiel seriell, RS-232, RS 422, parallel, VME, AT-Bus usw.) oder eines Speichers (zum Beispiel EPROM, Diskette usw.). Wie unten noch im einzelnen beschrieben wird, benutzt der Microprozessor 46 den Eingabe/Ausgabe- Bus 48 zum Lesen von die elektrischen Signale von den entsprechenden Sensoren 38 darstellenden Digitalwerten von dem Analog/Digital-Umsetzern 42. Der Mikroprozessor 46 speichert dann die Digitalwerte im Speicher 50 zum späteren Gebrauch bei der Diagnose der Betriebsfähigkeit des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2. Der Fachmann erkennt, daß der Ort des exemplarischen Prozessors 45 im allgemeinen innerhalb einiger hundert Fuß von dem exemplarischen Reaktorkühlmittelpumpenmotor 2 entfernt liegt, um den Übertragungsfähigkeiten der exemplarischen Kabel 40 Rechnung zu tragen.
Es wird nun auf Fig. 2B bezug genommen, wonach der Reaktorkühlmittelpumpenmotor durch einen lokalen Prozessor 45 mit einem entfernten Diagnosesystem 33 verbunden ist. Das entfernte Diagnosesystem 33 ist mit dem lokalen Prozessor 45 über eine lokale Datenübertragungssteuerung 52 und eine entfernte Datenübertragungssteuerung 54 verbunden. Der Betrieb des exemplarischen Prozessors 45 ist grundsätzlich der glei che wie oben für den Prozessor 44 (siehe Fig. 2A) beschrieben. Wie unten noch beschrieben wird, bewirkt der Prozessor 45 die Zwischendatenspeicherung für das entfernte Diagnosesystem 33.
Die Steuerungen 52, 54 sind über ein Kabel 56 miteinander verbunden. Es versteht sich, daß die Erfindung anwendbar ist auf jede Art von Datenübertragungsleitung (zum Beispiel Datenaguisitionsnetzwerk, Prozeßsteuerungsnetzwerk, Breitbandnetzwerk usw.) und jede Art von Kabelverbindung (zum Beispiel Koaxialkabel, faseroptisches Kabel, Telefonleitungen usw.). Bei der exemplarischen Ausführungsform verläuft das Kabel 56 durch einen Kopfraum 58 (beispielsweise Kopfraumanschlußkasten, Durchführung usw.) bei einer Sperre 60 (zum Beispiel biologische Sperre, Reaktorgebäude usw.). Die Steuerungen 52, 54 liefern eine vorgewählt periodische Kartierung von durch das entfernte Diagnosesystem 33 spezifizierten Daten zum und vom Prozessor 45. Das exemplarische entfernte Diagnosesystem 33 weist einen Prozessor 62 auf, der ähnlich dem Prozessor 44 (siehe Fig. 2A) ist und einen Mikroprozessor 64, eine Schnittstelle 65 mit einem angeschlossenen Drucker 67, einen Eingab/Ausgabe-Bus 66, einen Direktzugriffsspeicher 68 und einen Realzeitgeber 69 aufweist. In zum Betrieb des Prozessors 44 ähnlicher Weise benutzt der Mikroprozessor 64 den Eingabe/Ausgabe-Bus 66 zum Lesen von die elektrischen Signale von den entsprechenden Sensoren 38 darstellenden Digitalwerten und speichert die Werte im Speicher 68. Der hauptsächliche Unterschied zwischen dem System 33 und dem System 32 (siehe Fig. 2A) liegt in der Zwischendatenspeicherung im Prozessor 45 und der Zwischendatenkommunikation durch die Steuerungen 52, 54.
Gemäß Fig. 3 umschließt das Ölfördersystem 36 im wesentlichen die Welle 4 und umfaßt einen oberen Ölbehälter 70 (strichpunktiert dargestellt), eine Mehrzahl von oberen Führungslagerschuhen 72, eine Mehrzahl von Führungslager-Öl- sprühdüsen 74, eine Mehrzahl von oberen Schublagerschuhen 76 und eine Mehrzahl von unteren Schublagerschuhen 78. Jeder der Schuhe 76, 78 weist ein Einlaßrückschlagventil 80 auf.
Ein Hochdruckverteiler 82 weist eine Mehrzahl von Strömungsreglern 84 auf, die jeweils durch eine Ölleitung 86 mit einem entsprechenden Rückschlagventil 80 miteinander verbunden sind. Jeder der exemplarischen Regler 84 steuert eine Ölströmung in der entsprechenden Ölleitung 86 zu dem entsprechenden Rückschlagventil 80 und begrenzt den beispielsweisen Ölstrom auf etwa 1 Quart Öl pro Minute. Eine separate Ölleitung 88 verbindet den Verteiler 82 mit den Sprühdüsen 74.
Eine Ölleitung 89 stellt einen Rückleitungsweg zum Rezirkulieren von Öl vom Ölbehälter 70 des Ölfördersystems 36 dar. Die Ölleitung 89 verbindet den Ölbehälter 70 mit einem Ölfilter 90. Das gefilterte Öl wird durch eine Ölpumpe 92 mit einer von einem Motor 94 angetriebenen Antriebswelle 93 rezirkuliert. Die Pumpe 92 pumpt das Öl wiederum durch ein Rückschlagventil 96. Danach gelangt das rezirkulierte Öl durch einen Strömungsmesser 98 und einen Ölfilter 100. Schließlich bildet eine Ölleitung 101 einen Zulaufpfad für das rezirkulierte gefilterte Öl zum Wiedereintritt in den Verteiler 82.
Temperatur, Strömung und Druck des rezirkulierten Öls werden jeweils durch exemplarische Diagnosesensoren überwacht, die einen Temperaturfühler 102, der mit einem Einlaß 103 des Strömungsmessers 98 verbunden ist, den Strömungsmesser 98 und einen Druckwandler 104, der mit einem Auslaß 105 des Strömungsmessers 98 verbunden ist. Alternativ können die Diagnosesensoren den Strömungsmesser 98 und den Druckwandler 104, aber nicht den Temperaturfühler 102 umfassen. Jeder der Sensoren 98, 102, 104 hat einen Ausgang 106, 108, 110, der über Kabel 40 mit Analog/Digital-Umsetzern 42 (siehe Fig. 2A) verbunden ist. Die Ausgänge 106, 108, 110 erzeugen elektrische Signale (0 bis +10 Volt Gleichstrom, +4 bis +20 mA, einen variablen Widerstand usw. oder eine äquivalenten Lichtstrahl), welche einem Ölströmungsdurchsatz zwischen dem Einlaß 103 und dem Auslaß 105 des Strömungsmessers 98, der Öl- temperatur am Einlaß 103 des Strömungsmessers 98, und dem Öldruck am Auslaß 105 des Strömungsmessers 98 entsprechen. Ein Druckschalter 107 stellt sicher, daß in der Ölleitung 101 beim Anfahren des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 (siehe Fig. 1) ausreichend Druck vorhanden ist.
Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung der oberen Lagerbaugruppe 14. Die Baugruppe 14 umfaßt einen Schubläufer 112, der mit Welle 4 verbunden ist, ein Führungslager 114 für eine vertikale Fläche des Schubläufers 112, eine Führungslager- Kammerdichtung 116, zwei Schublager 118, 120 für zwei horizontale Flächen des Schubläufers 112, eine Läuferdichtung 122, eine Führungslagerdichtung 124, eine Schwungraddichtung 126, eine Keilplatte 128, eine Viskositätspumpe 130, eine Strömungskammer 132 zur Verbindung mit dem Ölwärmetauscher 34 des oberen Lagers (siehe Fig. 2A) und ein Ölbad 134.
Die Baugruppe 14 weist eine Mehrzahl von Sensoren auf, die einen Radialpositions-Annäherungsfühler 136 zur Bestimmung der Radialposition des Schwungrads 12, einen Axialpositions- Näherungsfühler 138 zum Bestimmen der Vertikalposition des Schwungrads 12, eine Schubkraftzelle 140 zur Bestimmung der Belastung auf das obere Schublager 118, drei Temperaturfühler 142, 144, 146 zum Bestimmen der Temperatur des Führungslagers 114 und der Schublager 118, 120 auf. Die exemplarische Baugruppe 14 weist außerdem zwei Näherrungsfühler 148, 150 zur Bestimmung der Orientierung der Schublagerschuhe 76, 78 (siehe Fig. 3) der Schublager 118, 120, und einen Temperaturfühler 152 zum Bestimmen der Öltemperatur in der Strömungskammer 132 am Einlaß des Ölwärmetauschers 34 (siehe Fig. 2A) auf. Es versteht sich, daß alternative Ausführungsformen der Baugruppe 14 die Näherungsfühler 148, 150 und den Temperaturfühler 152 eliminieren können. Die Baugruppe 14 weist außerdem einen Temperaturfühler 154 zum Bestimmen der Öltemperatur im Ölbad 134, einen Pegelsensor 156 zur Bestimmungg des Ölpegels im Ölbad 134, und zwei Temperaturfühler 158, 160 (siehe Fig. 2A) zur Bestimmung der Wassereinlaßtemperatur und der Wasserauslaßtemperatur des Wärmetauschers 34 (siehe Fig. 2A) auf.
Der Fachmann erkennt, daß ähnlich wie zum Betrieb der Sensoren 98, 102, 104 (siehe Fig. 3) auch die Sensoren 136 bis 160 Ausgänge (nicht dargestellt) haben, die mit entsprechenden der mehreren Analog/Digital-Umsetzer 42 (siehe Fig. 2A) verkabelt sind. Die Umsetzer 42 wiederum liefern Digitalwerte zum Prozessor 44 (siehe Fig. 2A), die den von den Sensoren 136 bis 160 erzeugten elektrischen Signalen entsprechen. Der Prozessor 44 enthält weiter Software-Routine-Programme, die beispielsweise für die obere Lagerbaugruppe 14 Werte berechnen, die für die Effizienz des Ölwärmetauschers 34 für das obere Lager (siehe Fig. 2A), die Belastung auf die Schublager 118, 120, und verschiedene weitere mit der Ölschmierung verbundene Parameter repräsentativ sind.
Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung der unteren Radiallagerbaugruppe 26. Die Baugruppe 26 umfaßt eine untere Lagerdichtung 162, eine unteres Führungslager 164, einen unteren Lagerisolator 166, und ein Ölbad 168 mit einem Standrohr 170, eine Ölwanne 172 und eine Mehrzahl von Kühlschlangen 174. Die Baugruppe 26 weist eine Mehrzahl von Sensoren auf, die einen Radialpositions-Näherungsfühler 176 zum Bestimmen der Radialposition der Welle 4, mehrere Temperaturfühler 178, die nahe einer Lagerfläche des Führungslagers 164 angeordnet sind, um die Temperatur des Führungslagers zu bestimmen, einen Temperaturfühler 180 zum Bestimmen der Öltemperatur im Ölbad 168, und einen Pegelfühler 182 zum Bestimmen des Ölpegels im Ölbad 168 umfassen.
Der Fachmann erkennt, daß ähnlich wie für den Betrieb der Sensoren 98, 102, 104 (siehe Fig. 3) auch die Sensoren 176 bis 182 Ausgänge (nicht dargestellt) haben, die mit entsprechenden der Analog/Digital-Umsetzer 42 (siehe Fig. 2A) verkabelt sind. Die Umsetzer 42 liefern wiederum Digitalwerte zum Prozessor 44 (siehe Fig. 2A), die den von den Sensoren 176 bis 182 erzeugten elektrischen Signalen entsprechen. Der Prozessor 44 enthält des weiteren Software-Routine-Programme, die beispielsweise für die untere Lagerbaugruppe 26 verschiedene Zustände des Führungslagers 164 einschließlich Spiel und Fluchtung, Gesamtfluchtung des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 (siehe Fig. 1) mit der Reaktorkühlmittelpumpe (nicht dargestellt), und verschiedene weitere für die Ölschmierung repräsentative Parameter berechnen. Der Prozessor 44 kann auch Software-Routine-Programme umfassen, die Werte berechnen, die für eine Maximaltemperatur des Führungslagers 164 repräsentativ sind.
Es wird nun auf die Fig. 2A und 6 Bezug genommen, wonach ein Stromwandler 184 die umlaufende Welle 4 oberhalb des Rotors 8 umgibt. Der Stromwandler 184 hat einen Ausgang 185, der über das Kabel 40 mit dem entsprechenden Analog/Digital- Umsetzer 42 und wiederum mit dem Eingabe/Ausgabe-Bus 48 des Prozessors 44 (siehe Fig. 2A) verbunden ist. Der Stromwandler 184 erfaßt einen Wechselstrom IS, der in der Zelle 4 fließt. Wie unten noch erörtert wird, überwacht der Prozessor 44 den vom Stromwandler 184 erfaßten Strom, um die gemeinsame Betriebsfähigkeit der drei Isolatoren 190, 192, 194 zu diagnostizieren.
Weiter gemäß Fig. 6 dreht sich der Schubläufer 112 der Welle 4, wie oben erörtert, um das obere Führungslager 114 und die beiden Schublager 118, 120. Die Welle 4 dreht sich auch um das untere Führungslager 164. Die oberen Lager 114, 118, 120 sind am Knoten 186 elektrisch mit dem oberen Ölbehälter 70 (siehe Fig. 3) verbunden. Das exemplarische untere Lager 164 ist durch den unteren Lagerisolator 166 elektrisch von einem Knoten 188 isoliert. Alternativ ist der Isolator 166 nicht vorgesehen, und das untere Lager 164 ist elektrisch mit dem Knoten 188 verbunden. Unabhängig davon verbindet unter normalen Betriebsbedingungen des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 (siehe Fig. 1) ein Gehäuse der Reaktorkühlmittelpumpe (nicht dargestellt) das untere Lager 164 elektrisch mit dem Knoten 188. Dementsprechend wird ein etwaiger Gleichstromfluß kurzgeschlossen und dadurch werden die oberen Lager 114, 118, 120 von irgendeinem durch Gleichstromfluß in der Welle 4 bewirk ten Schaden geschützt.
Der Knoten 188 ist elektrisch mit dem Stator 18 (siehe Fig. 1) verbunden und am Gehäuse 30 des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 (siehe Fig. 1) geerdet. Die exemplarischen Lager 114, 118, 120, 164 sind von der Welle 4 durch einen entsprechenden Ölfilm von etwa 0,005 Zoll Dicke getrennt. Der Fachmann erkennt also, daß die Lager 114, 118, 120, 164 elektrisch sowohl in ohmscher Weise als auch kapazitiv über den entsprechenden Ölfilm mit der Welle 4 verbunden sind.
Ein elektrischer Isolator 190 für das obere Lager weist 2 Isolierschichten 190a, 190b auf, die an einem internen Knoten 191 intern verbunden sind. Der Isolator 190 isoliert den Knoten 186 und den oberen Ölbehälter 70 (siehe Fig. 3) gegen Masse am Knoten 188. In ähnlicher Weise isolieren eine Mehrzahl von Isolatoren, wie die exemplarischen beiden Isolatoren 192, 194, auch den Knoten 186 und den oberen Ölbehälter 70 von Masse am Knoten 188.
Im normalen Betrieb des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 (siehe Fig. 1) isolieren die Isolatoren 190, 192, 194 die umlaufende Welle 4 und die Lager 114, 118, 120 elektrisch im wesentlichen vom Reaktorkühlmittelpumpenmotorgehäuse 30 (siehe Fig. 1) und dem Stator 18 (siehe Fig. 1). Auf diese Weise eleminieren die Isolatoren 190, 192, 194 im wesentlichen jeglichen Stromfluß in der Motorwelle 4 und daher jeglichen Stromfluß durch die Lager 114, 118, 120. Infolgedessen zeigt ein Anwachsen des Wechselstroms IS über einen vorgegebenen Grundlinienwert eine Verschlechterung der Isolatoren 190, 192, 194 (d. h. einen entsprechenden Anstieg des Wechselstroms, der durch die Isolatoren fließt) der oberen Lagerbäugruppe 14 an. Dem Fachmann ist klar, daß eine Verschlechterung des Isolators 166 der unteren Radiallagerbaugruppe 26 (siehe Fig. 5) normalerweise nicht überwacht werden kann, weil das Gehäuse der Reaktorkühlmittelpumpe (nicht dargestellt) das untere Führungslager 164 mit dem Knoten 188 effektiv kurzschließt.
Um nun wieder auf die Fig. 4 und 5 Bezug zu nehmen, die obere Lagerbaugruppe 14 enthält die Schwungraddichtung 126, die unter normalen Betriebsbedingungen verhindert, daß Öl- rückstände und Öldampf in einen Labyrinthabschnitt 203 eintreten. In ähnlicher Weise weist die untere Radiallagerbaugruppe 26 die untere Lagerdichtung 162 auf, die unter normalen Betriebsbedingungen verhindert, daß Ölrückstände und Öldampf in einen Labyrinthabschnitt 204 eintreten. Zwei Kohlenwasserstoffdampffühler 206, 208 sind in den Labyrinthabschnitten 203 und 204 angeordnet. Die Fühler 206, 208 überwachen effektiv den Zustand der Labyrinthdichtungen 126, 162 während des normalen Motorbetriebs. Ölrückstände oder Öldampf können in die Labyrinthabschnitte 203, 204 beispielsweise eintreten, wenn eine Verformung der Rippen der Dichtungen 126, 162 vorliegt, oder wenn das Dichtungsspiel (zum Beispiel 0,009 bis 0,012 Zoll bei dem Ausführungsbeispiel) zunimmt.
Der Fachmann erkennt, daß in einer Weise ähnlich wie beim Betrieb der Sensoren 98, 102,104 (siehe Fig. 3) die Fühler 206, 208 ebenfalls Ausgänge (nicht dargestellt) haben, die mit den Analog/Digital-Umsetzern 42 (siehe Fig. 2A) verkabelt sind. Die Umsetzer 42 wiederum liefern Digitalwerte zum Prozessor 44 (siehe Fig. 2A), welche den von den Fühlern 206, 208 erzeugten elektrischen Signalen entsprechen.
Die Fig. 7A bis 7B zeigen Flußdiagramme von Software-Routine-Programmen, die von dem beispielsweisen Prozessor 44 (siehe Fig. 2A) ausgeführt werden, um die Datensammlung, die Datentrendbestimmung und die Diagnose eines individuell erfaßten Werts oder eines davon abgeleiteten Werts durchzuführen. Gemäß den Fig. 2A bis 2B und 7A beginnt das Routine- Programm in Abhängigkeit von einer periodischen Zeitgeberunterbrechung des Zeitgebers 51. Ein Test im Schritt 250 prüft ein Konfigurationszeichen ("Fern"), das im Speicher 50 gespeichert ist, um zu bestimmen, ob ein erfaßter Wert (S) von den örtlichen Analog/Digital-Umsetzern 42 oder von der Datenstraßensteuerung 54 eingelesen wird. Wenn ein Fernwert benutzt wird, wird dieser Wert von der Datenstraßensteuerung 54 im Schritt 252 eingelesen. Andererseits, wenn ein lokaler Wert benutzt wird, wird dieser Wert im Schritt 254 vom Analog/Digital-Umsetzer 42 eingelesen. In jedem Fall wird im Schritt 256 ein Zeitwert (T) aus dem Realzeitgeber 51 eingelesen. Im Schritt 258 werden der Zeitwert (T) und der erfaßte Wert (S), der entweder im Schritt 252 oder 254 erhalten wurde, in einem Datenfeld im Speicher 50 gespeichert. Dann wird im Schritt 260 ein Vergleichswert (C) als Funktion von drei Variablen bestimmt: S. einem vorgegebenen Grundlinienwert (B), und einem vorgegebenen Totbandwert (D). Die exemplarisch vorgegebenen Werte B, D werden im Speicher 50 gespeichert und aus Grundlinien- oder Eichwerten für einen bestimmten Parameter des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 bestimmt. Alternativ können die vorgegebenen Werte B, D aus anderen erfaßten Parametern des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 bestimmt werden. Der Wert des vorgegebenen Totbandwerts (D) kann 0 sein. Eine Gleichung für C ist gegeben durch:
C = (S - B) - D Gl. (1)
Im Schritt 262, wenn C kleiner oder gleich 0 ist, was anzeigt, daß der erfasste Wert (5) innerhalb eines annehmbaren vorgegebenen Bereichs für einen neuen oder kürzlich aufgearbeiteten Motor liegt, endet das Routine-Programm. Anderenfalls, wenn C positiv ist, benutzt der Prozessor 44 im Schritt 264 den Wert C zum Indexieren einer Tabelle im Speicher 50 und zum Bestimmen einer vorhergesagten Zeit (M) der Betriebsfähigkeit des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2, bevor eine Wartung oder Inspektion des Motors erforderlich ist. Alternativ kann die Tabelle anzeigen, daß die Motorwartung oder Inspektion während der nächsten vorgesehenen Stillstandszeit erforderlich ist. Schließlich benutzt der exemplarische Prozessor 44 im Schritt 266 die Schnittstelle 47 und gibt einen Bericht zum Drucker 49 aus. Der Bericht umfaßt eine Identifikation des erfassten Parameters (5) und der vorhergesagten Zeit (M).
Alternativ gibt der Bericht an, daß die Motorwartung oder Inspektion während der nächsten vorgesehenen Stillstandszeit erforderlich ist.
Es wird nun auf die Fig. 2A bis 2B und 7B Bezug genommen, wobei Fig. 7B ein Flußdiagramm eines Software-Routine-Programms darstellt, das eine abgeleitete Größe der erfassten Werte (S) aus dem Datenfeld nach Fig. 7A berechnet, um eine Betriebsfähigkeitsperiode des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 zu diagnostizieren. Das Routine-Programm beginnt in Abhängigkeit von einer periodischen Zeitgeberunterbrechung des Zeitgebers 51. Im Schritt 270 bestimmt der Prozessor 44 eine lineare Näherung nach der Methode der kleinsten Quadrate unter Verwendung der letzten N Gruppen von Variablen (S. T) im Datenfeld, das nach dem Routine-Programm nach Fig. 7A aktualisiert wird. Eine Gleichung für die lineare Näherung ist:
S' = a (T' - T&sub1;) + b Gl. (2)
wobei:
a die Steigung ist, welche eine Ableitung dS/dt darstellt,
b den Wert von S' im Zeitpunkt T1 einer ersten Abfrage in dem Feld ist, und
T&sub1; ein Zeitpunkt entsprechend der ersten Abfrage in dem Feld ist.
Gleichungen für "a" und "b" sind:
wobei:
N den Wert 100 in dem Ausführungsbeispiel hat,
Ti im Bereich von T&sub1; bis TN liegt, und
Si im Bereich von Si&sub1; bis SN liegt.
Dann wird im Schritt 272 ein Vergleichswert (C1) als Funktion von 3 Variablen bestimmt: "a", einem vorgegebenen Grundlinienwert (B1), und einem vorgegebenen Totbandwert (D1). Die vorgegebenen Werte B1, D1 werden im Speicher 50 bestimmt und von Grundlinien- oder Eichwerten für einen bestimmten Parameter des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 bestimmt. Alternativ können die vorgegebenen Werte B1, D1 von anderen erfassten Parametern des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 bestimmt werden. Der Wert des vorgegebenen Totbandwerts (D1) kann Null sein. Eine Gleichung für C1 ist gegeben durch:
C1 = (a - B1) - D1 Gl. (4)
Wenn C1 kleiner oder gleich Null ist, was anzeigt, daß die Ableitung "A" des erfaßten Werts (S) innerhalb eines annehmbaren vorgegebenen Bereichs für einen neuen oder neu überholten Motor ist, endet das Routine-Programm im Schritt 274. Anderenfalls, wenn C1 positiv ist, benutzt der Prozessor 44 im Schritt 276 den Wert C1 zum Indexieren einer Tabelle im Speicher 50 und zum Bestimmen einer vorhergesagten Zeit (M) der Betriebsfähigkeit des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2, bevor eine Motorwartung oder Inspektion erforderlich ist. Alternativ kann die Tabelle anzeigen, daß die Motorwartung oder Inspektion während der nächsten geplanten Stillstandszeit erforderlich ist. Schließlich benutzt der Prozessor 44 im Schritt 278 die Schnittstelle 47 und gibt einen Bericht zum Drucker 49 aus. Der Bericht umfaßt eine Identifikation des erfassten Parameters (S), der Ableitung (a) und der vorhergesagten Zeit (M). Alternativ gibt der Bericht an, daß eine Motorwartung oder Inspektion während der nächsten geplanten Stillstandszeit erforderlich ist. Alternativ kann in ausgewählten Untersystemen für den Reaktorkühlmittelpumpenmotor 2 die vorhergesagte Zeit (M) der Betriebsfähigkeit des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 aus einer oder beiden der folgenden Gleichungen berechnet werden:
M = sr = dS / a = (SN - SM) /a Gl. (5b)
wobei:
TM ein typisches Wartungsintervall nach Herstellung oder Überhohlung des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 ist,
ein laufender erfasster Wert ist,
SM ein minimaler annehmbarer erfaßter Wert ist, und
S&sub0; ein typischer erfaßter Wert nach Herstellung oder Überholung des Reaktorkühlmittelpumpenmotors 2 ist.
Die oben beschriebenen Software-Routine-Programme vergleichen einen einzigen erfaßten Wert oder eine Ableitung des erfaßten Werts mit einem vorgegebenen Wert, wobei es sich versteht, daß die Erfindung auch auf mehrfache erfaßte Werte mit mehrfachen vorgegebenen Werten anwendbar ist. Es wird nun auf die Fig. 2A und 3 Bezug genommen, wonach ein Beispiel eines Subsystems, das mit mehrfachen Werten arbeitet, das Ölfördersystem 36 ist. Bei dem exemplarischen Ölfördersystem 36, wird, wie oben mit Bezug auf Fig. 3 erörtert wurde, der durch den Strömungsmesser 98 vorgegebene Ölströmungsdurchsatz auf der Basis der vom Temperaturfühler 102 gemessenen Öltemperatur korrigiert. Der Ölströmungsdurchsatz ist bekanntermaßen eine direkte Funktion der Öltemperatur. Der exemplarische Prozessor 44 benutzt die erfaßte Temperatur zum Indexieren einer Tabelle im Speicher 50 und Bestimmen eines Korrekturfaktors für die erfaßte Ölströmung. Der Prozessor 44 multipliziert dann die erfaßte Ölströmung mit dem Korrekturfaktor, um einen korrigierten Ölströmungswert bei einer Standardtemperatur zu erhalten. Alternativ, wie oben erörtert, erfolgt keine Temperaturkorrektur der Ölströmung.
Unabhängig davon, ob eine Temperaturkorrektur der Ölströmung vorgesehen ist, wird eine Anzeige eines Ölleitungsproblems durch eine stufige Änderung der im Strömungsmesser 98 erfaßten Ölströmung, eine stufige Änderung des vom Druckwandler 104 erfaßten Öldrucks, oder durch stufige Änderungen sowohl in der Ölströmung als auch im Öldruck erzeugt. Eine Anzeige eines Öllecks (zum Beispiel bei einem Riß in einer Ölleitung oder einem Leitungsbruch) wird durch eine stufige Steigerung der Ölströmung und eine stufige Abnahme des Öldrucks erzeugt. In ähnlicher Weise erfolgt eine Anzeige einer blockierten Ölleitung durch eine stufige Abnahme der Ölströmung. Im Falle eines Bruchs oder einer Blockierung müssen der erfaßte Druck und die erfaßte Strömung außerhalb des entsprechenden annehmbaren vorgegebenen Bereichs für einen neuen oder neu überholten Motor liegen. Die vorhergesagte Zeit (M) für die Motorwartung wir in beiden Fällen aus einem Minimum der aus Druck und Strömung bestimmten Einzelzeiten bestimmt. Des weiteren umfaßt der oben beschriebene Bericht auch eine Anzeige, ob ein Bruch oder eine Blockade vorlag.
Weiter kann gemäß Fig. 3 ein Gesamtzustand des Ölfördersystem 36, wie eine Blockierung oder Bruch einer Ölleitung, ebenfalls bestimmt werden. Erwartete Änderungen von Ölströmung und Öldruck werden für verschiedene Zustände des Ölfördersystems 36 empirisch bestimmt. Diese vorbestimmten Änder ungen umfassen eine erwartete Strömungsänderung (FT) für eine blockierte Ölleitung (zum Beispiel Leitung 86), eine erwartete Strömungsänderung (FS) für zwei oder mehr blockierte Sprühdüsen (zum Beispiel Düse 74), eine erwartete Strömungsänderung (F0) für eine offene Ölleitung (zum Beispiel Leitung 86) und eine erwartete Druckänderung (P0) für eine offene Ölleitung (zum Beispiel Leitung 86). Grundlinienwerte (BF, BP, BT) und Totbandwerte (DF. DP, DT) werden ebenfalls empirisch für erfaßte Ölströmung, Öldruck und Öltemperatur (SF' SP, ST) aus den entsprechenden Sensoren 98, 104, 102 bestimmt.
Ein Leitungsbruch, also beispielsweise eine vollständig offene oder gebrochene Ölleitung (zum Beispiel Leitung 86 oder Leitung 88) wird im allgemeinen immer dann angezeigt, wenn die erfaßte Ölströmung (SF) die Summe von Grundlinienströmungswert und Totbandwert (d. h. BF + DF) übersteigt, und immer dann, wenn der erfaßte Druck (SP) kleiner als die Differenz von Grundliniendruck und Totbandwert (d. h. BP - DP) ist.
Alternativ, wann immer der erfaßte Druck (SP) innerhalb des Drucktotbandbereichs der Druckgrundlinie (d. h. (BP - DP) SP (BP + DP)) legt, wird die Möglichkeit eines Blockierzustands geprüft. In diesem Fall, wann immer die erfaßte Ölströmung (SF) kleiner als die Differenz von Strömungsgrundlinie und erwarteter Strömungsänderung (FT) für eine blockierte Ölleitung (d. h. SF < (BF - FT)) ist, wird eine Blockierung einer Schuhölleitung (zum Beispiel Leitung 86) angezeigt. In gleicher Weise, wann immer die erfaßte Ölströmung (SF) kleiner als die Differenz der Strömungsgrundlinie und der erwarteten Strömungsänderung (FS) für mehrere blockierte Sprühdüsenleitungen (d. h. SF < (BF - FS)) ist, wird eine Blockierung von zwei oder mehr Sprühdüsen (zum Beispiel Düsen 74) angezeigt.

Claims

1. Online-System zum Diagnostizieren der Betriebsfähigkeit einer umlaufenden elektrischen Maschine (2), wobei das System Erfassungsmittel (38a bis 38c) zum Überwachen mindestens eines Betriebsparameters der umlaufenden elektrischen Maschine und zum Erzeugen mindestens eines elektrischen Signals aufweist, dessen Wert in Abhängigkeit von dem genannten Parameter variiert, Datenumsetzermittel (42a bis 42c) zum Umsetzen des mindestens einen elektrischen Signals in mindestens einen entsprechenden Datenwert, und Vergleichsmittel (260) zum Vergleichen des mindestens einen Datenwerts mit einem vorgegebenen Grundlinienwert aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsmittel (260) einen Vergleichswert (C) entsprechend der Gleichung C = I(S-B)I - D erzeugt, wobei S der Datenwert, B ein vorgegebener Grundlinienwert, und C ein vorgegebener Totbandwert ist, und daß Signalgebermittel (264, 266) vorgesehen sind, um mindestens ein auf eine Periode vorhergesagter Betriebsfähigkeit der umlaufenden elektrischen Maschine bezogenes Signal auszugeben, wenn der Vergleichswert C größer als Null ist.

2. System nach Anspruch 1, wobei mindestens ein vorgegebener Totbandwert Null ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Betriebsparameter sich auf eine nichtelektrische Betriebsbedingung der umlaufenden elektrischen Maschine bezieht.

4. System nach Anspruch 3, wobei die umlaufende elektrische Maschine ein Ölschmiersystem (36) aufweist und der nichtelektrische Betriebsparameter sich auf einen Zustand des Öl- schmiersystems bezieht.

5. System nach Anspruch 4, wobei die Erfassungsmittel einen Öldampfanalysator umfassen.

6. System nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Erfassungsmittel Strömungserfassungsmittel (98) zum Erfassen eines Ölströmungsdurchsatzes und Druckerfassungsmittel (104) zum Erfassen eines Öldrucks enthalten.

7. System nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei die Erfassungsmittel Temperaturerfassungsmittel (102) zum Erfassen einer Öltemperatur enthalten.

8. System nach Anspruch 6, wobei die Signalgebermittel ein erstes Signal, das eine Blockierung im Ölschmiersystem bezeichnet, und ein zweites Signal ausgeben, das eine Unterbrechung im Ölschmiersystem bezeichnet:

9. System nach Anspruch 7, wobei die Vergleichsmittel Datenkorrekturmittel zum Korrigieren eines dem Ölströmungsdurchsatz entsprechenden Werts als Funktion eines der Öltemperatur entsprechenden Werts umfassen.

10. System nach Anspruch 3, wobei die umlaufende elektrische Maschine ein Lager (118) aufweist und der nicht elektrische Betriebsparameter sich auf einen Zustand des Lagers bezieht.

11. System nach Anspruch 10, wobei die umlaufende elektrische Maschine ein Schwungrad (12) aufweist und die Erfassungsmittel einen Radialpositions-Annäherungsfühler (136) für das Schwungrad und/oder einen Axialpositions-Annäherungsfühler (138) für das Schwungrad aufweisen.

12. System nach Anspruch 10 oder 12, wobei die umlaufende elektrische Maschine ein Schublager (118) aufweist, und die Erfassungsmittel eine Belastungszelle (140) für das Schublager und/oder einen RTD für das Schublager aufweisen.

13. System nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei die umlaufende elektrische Maschine einen Schublagerschuh (76) aufweist und die Erfassungsmittel einen Näherungsfühler (148) für den Schublagerschuh umfassen.

14. System nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, wobei die umlaufende elektrische Maschine einen Wärmetauscher (34) aufweist und die Erfassungsmittel einen Wassereinlaßtemperaturfühler (158) und einen Wasserauslaßtemperaturfühler (160) zur Bestimmung einer Temperatur des Wärmetauschers und/oder einen Öleinlaßtemperaturfühler (152) für den Wärmetauscher umfassen.

15. System nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die umlaufende elektrische Maschine ein Ölbad (134) aufweist und die Erfassungsmittel einen Öltemperaturfühler (154) und einen Ölpegelfühler (156) für das Ölbad umfassen.