[发明专利]流体流速和温度测量

说明书

技术领域

本发明总体上涉及流体流速的测量，并且更具体地，涉及使用光辐射来测量流速的方法和系统。

背景技术

在发电领域中使用的发电机包括定子绕组，该定子绕组具有大量压入基体——特别是，层压的定子芯或转子本体——内的插槽中的导体或定子线棒。这种发电机代表着非常昂贵并且长期的投资。其故障不仅危及电力设备本身，而且还会由于与维修相关的停机时间导致非常严重的服务缩短。为了避免这种情况，一种诊断系统可以用于对操作中的损坏或劣化的早期诊断。该诊断系统还可允许更高的利用水平，从而使电力设备更为经济可行。

例如，在发电机中，氢气或空气通常可以用作发电机部件——例如定子芯和端部绕组区域——的冷却介质，并且此外还可以用于冷却定子线圈和转子。用于发电机组件的适当冷却的通风装置被引入设计中，并且对于发电机的持续安全的操作通常是必不可少的。可以观察到，导致发电机故障和昂贵的电厂停运的许多问题可以追溯到通风不足，即，没有按照设计条件提供通风。特别是，可能因在发电机运行期间松掉的部件、误置的挡板、泄漏的密封条、以及被移位和迁移的绝缘填料条而导致冷却流的不期望的流动改道，这会导致部件过热和绝缘失效。

已有的监测系统包括监测温度作为对发电机内选定位置的状态的指示。然而，这种温度监测可能不提供关于温度改变原因——例如与穿过发电机的通风流的不期望的流动改道相关的原因——的信息。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种方法，用于监测穿过预定的流体流动空间的流体流动的速度的方法。所述方法包括支承光纤传导体，所述光纤传导体具有流动测量部分，所述流动测量部分限定横穿所述流体流动空间的一部分延伸的长维度。在所述流体流动空间中的所述流体流动导致所述光纤传导体的所述测量部分在横向于所述长维度的方向上挠曲。为所述光纤传导体提供光辐射。在所提供的光辐射已通过所述测量部分的至少一部分之后接收来自所述光纤传导体的光辐射。分析所接收的光辐射以实现对所述流体流动的流速的确定。

根据本发明的其他方面，所述光纤传导体的所述流动测量部分可包括具有特征光波长的布拉格光栅，并且所述布拉格光栅可与所述提供的光辐射相互作用以形成所述接收的光辐射。产生在所述光纤传导体的所述测量部分内的应变可产生反射波长，并且，由对应于在所述测量部分处的流速的相对于所述特征波长的波长移位引起所述接收的光辐射的变化。

根据本发明其他替代性的方面，所述光纤传导体的所述流动测量部分可包括长周期光栅（LPG）结构，并且所述长周期光栅结构可实现所述提供的光辐射的变化以形成所述接收的光辐射，所述接收的光辐射包括与所述流体流动的流速相对应的所述光纤传导体的挠曲量的包层模特征。可提供多个光纤传导体，每个光纤传导体具有支承在基座结构上的基座端和定位于所述流体流动中的自由端，每个光纤在所述流体流动中自由弯曲并且具有LPG结构，并且每个LPG结构具有相应的光纤传导体的弯曲的一组包层模特征。所述接收的光辐射可包括从所述光纤传导体的远离所述基座端的端部反射的光辐射。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测穿过预定的流体流动空间的流体流动的速度的系统。所述系统包括导管结构，所述导管结构包括延伸成环以限定大体圆形的通道的中空构件。光纤传导体在所述导管结构内延伸，并且所述光纤传导体限定流动测量部分，所述流动测量部分包括布拉格光栅并且在所述导管结构之外在所述大体圆形的通道内横穿所述流体流动空间的一部分延伸。设置有用于为所述光纤传导体提供光辐射的光辐射源，处理单元适于在所提供的光辐射已通过所述测量部分之后接收并分析来自所述光纤传导体的光辐射，以实现对所述流体流动的流速的确定。

而且，可以设置连接至所述光辐射源和所述处理单元并且在所述导管结构内延伸的第二光纤传导体，所述第二光纤传导体完全容纳在所述导管结构内并且包括一个或多个布拉格光栅，所述第二光纤传导体的所述一个或多个布拉格光栅适于提供在该一个或多个布拉格光栅的位置处的温度测量。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测穿过预定的流体流动空间的流体流动的速度的系统。所述系统包括基座和光纤传导体，所述光纤传导体包括支承在所述基座上的基座端。所述光纤传导体限定流动测量部分，所述流动测量部分包括横穿所述流体流动空间的一部分延伸的长周期光栅（LPG）结构。设置有为所述光纤传导体提供光辐射的光辐射源，并且还设置有处理单元，所述处理单元适于在所提供的光辐射已通过所述测量部分之后接收并分析来自所述光纤传导体的光辐射，以参照由所述长周期光栅结构形成的包层模实现对所述流体流动的流速的确定。