De Static Air Gap Tool (AGT) is een draagbaar meetinstrument dat de uitvaltijd van waterkrachtgeneratoren helpt te verminderen. Het maakt een snelle, herhaalbare en betrouwbare meting mogelijk van de ingebouwde statische luchtspleet tussen de rotor en de stator van de generator. De werking van de AGT is eenvoudig: om de meetgegevens te verzamelen en op te slaan, wordt het apparaat eenvoudig in de luchtspleet gestoken. Hierdoor zijn de rotor en stator van de generator altijd veilig uitgelijnd. De AGT vermindert het aantal uren dat een onderhoudstechnicus nodig heeft om deze kritieke bedrijfsparameter te inspecteren en analyseren aanzienlijk. Recente praktijktests hebben aangetoond dat een reductie in manuren tot 90% mogelijk is.

Generator-Luftspalt 101

De luchtspleet is de afstand tussen de rotor en de stator van een grote elektrische generator. Deze afstand is erg klein in verhouding tot de grootte van de rotor. Het bepaalt in grote mate de efficiëntie van de generator - hoe kleiner, hoe meer elektrisch vermogen de generator kan leveren. Het meten van de luchtspleet met slechts kleine tolerantiewaarden is cruciaal om schade aan de generator te voorkomen en de efficiëntie permanent te behouden. Statische meting van de luchtspleet is vereist tijdens de eerste installatie, regelmatige onderhoudscontroles en bij het opnieuw opbouwen van de generator na groot onderhoud.

Figuur 1 is een dwarsdoorsnede van een voorbeeldgeneratormodel. De pijl wijst naar de luchtspleet tussen de rechthoekige statorspoel links en de rotor rechts. Deze spleet wordt gewoonlijk gemeten bij individuele polen van bovenaf en van onderaf.

Figuur 2 toont de bovenkant van een typische generator van 100 KVA met de afdekplaat verwijderd. De luchtspleet wordt gemeten tussen de zwarte rotorpolen links en de rode statorspoelen rechts.

Hoe werkt de Air Gap Tool?

Er zijn veel sensoren voor het dynamisch meten van de luchtspleet wanneer de generator draait. De typische instrumenten voor statische metingen van de luchtspleet voordat de generator draait, de zogenaamde "parallellen", voeren de meting echter mechanisch uit - een zeer tijdrovend proces. De AGT kan deze statische meting elektronisch uitvoeren. Hiervoor wordt het verende uiteinde van de robuuste meetsonde eenvoudig in de spleet tussen de rotor en de stator geduwd. De compressie van de veren om de spleet aan te passen wordt in realtime gemeten door een wervelstroomsensorspoel tussen de veren. De drukveren zijn breed genoeg om de variabiliteit van verschillende rotor- en statorwikkelingen op te vangen. Hierdoor kan het apparaat zonder aanpassing gebruikt worden voor verschillende wikkelingsgrootten en -patronen.

De signaalverwerkingselektronica aan het handgreepuiteinde van de meter vertaalt de inductieverandering in de sensorspoel nauwkeurig in een afstand - beschikbaar in metrische of inch-eenheden - en stuurt deze draadloos naar het handapparaat van de gebruiker. Net als de "parallellen" kan de AGT gebruikt worden in elke oriëntatie, horizontaal of verticaal, afhankelijk van het ontwerp van de generator. De AGT wordt gevoed door een oplaadbare batterij met een lange levensduur die tot acht uur gebruik mogelijk maakt tussen twee oplaadbeurten. De drukveren bevinden zich aan de onderkant, de elektronica voor de signaalverwerking aan de bovenkant van het apparaat. Het is uitgerust met verstelbare wiggen in het midden om een consistente insteekdiepte te garanderen (als het ontwerp van de rotor en stator dat toelaat). Ze kunnen eenvoudig door de gebruiker worden verwijderd of aangepast aan de vereiste diepte.

Complete, netwerkoplossing

Gemeten afstanden worden weergegeven en opgeslagen in een gebruiksvriendelijke app die beschikbaar is voor zowel iOS- als Android-apparaten. In een typische toepassing positioneert gebruiker A het gereedschap tussen de rotor- en statorpolen. Gebruiker B registreert vervolgens gegevens via de mobiele app; dit kan met een spraakopdracht of door de knop "Write Point" op het mobiele apparaat aan te raken. De app nummert de datapunten opeenvolgend en slaat ze op zodat de operator niet meer handmatig hoeft te registreren. De gegevens kunnen worden weergegeven in de app en gedownload naar een pc voor opslag en analyse. Deze downloadfunctie bespaart de operator veel tijd en voorkomt mogelijke fouten bij handmatige gegevensinvoer.

Complexiteit vereenvoudigen

Recente tests in een grote Amerikaanse waterkrachtcentrale hebben aangetoond dat de meettijd aanzienlijk kon worden verkort in vergelijking met de parallellen die voorheen werden gebruikt. De metingen met de parallellen vergden twee uur om elk derde contact te controleren, terwijl de metingen met de AGT slechts 30 minuten vergden - maar dit voor alle 84 polen. Aangezien de gegevens zowel boven als onder de rotor werden verzameld, werd met de AGT een tijdsbesparing van drie uur bereikt.

Op dezelfde faciliteit downloadde de operator snel gegevens van de app in een Excel-spreadsheet en maakte hij de radargrafiek die hiernaast wordt getoond. De gegevens worden weergegeven met het actuele contactnummer. Er werden twee sets gegevens genomen door twee verschillende operators om de herhaalbaarheid van de metingen te controleren. Zoals te zien is, zijn de resultaten consistent.