CN113195949A - 带有传感器的机械密封件 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测可定位在固定壳体（18）和可旋转轴（29）之间的干气密封件的系统和方法。多个敏感元件（44）可响应于可旋转轴的旋转而旋转，并且速度传感器（17）可基于感测所述多个敏感元件（44）在低于一千转每分的速度下感测可旋转轴（20）的旋转速度。声发射传感器（19）可感测形成干气密封件的密封界面的第一密封面和第二密封面何时相对于彼此处于操作条件。处理器（11）可接收来自速度传感器（17）和声发射传感器（19）的输出的信号，并且可在第一密封面和第二密封面相对于彼此达到操作条件时基于来自速度传感器的信号来确立干气密封件的操作条件。

Description

带有传感器的机械密封件
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月8日提交的美国临时申请序列号62/742,707和2019年1月10日提交的美国临时申请序列号62/790,969的权益，所述申请通过引用整体地并入本文中。
技术领域
本公开通常涉及机械密封件。更特别地，本公开涉及机械密封件，其包括传感器和/或被构造成监测密封件操作条件的监测系统。
背景技术
密封件（诸如，干气密封件）用于广泛多种应用中，包括例如气体压缩机和其他旋转设备（诸如，燃气轮机和蒸汽轮机、涡轮膨胀机、离心泵等）。这种密封件用于密封压缩机和/或其他旋转设备的轴和壳体之间的旋转界面。干气密封技术的原理是密封面不接触并且允许清洁干燥的气体穿过密封界面。在操作期间，被处理的气体流的一部分可从操作流转向并过滤以去除可能存在于操作流中的微粒和液雾。这种转向的气流可被进一步处理，例如，过热到高于其露点的温度，并作为操作流体被提供给干气密封件。
发明内容
本公开总体上涉及干气密封件，且更特别地涉及用于确立和监测干气密封件的起离（lift off）速度和触及（touch down）速度以提供对密封件操作条件和/或干气密封面的退化的评估的装置、系统和方法。
在一个示例中，公开了一种用于干气密封组件的密封监测系统。密封监测系统可包括干气密封件、声发射传感器、速度传感器和处理器。干气密封件可具有带有第一密封面的定子部分和带有第二密封面的转子部分，其中，干气密封件可被定位在固定壳体和可旋转轴之间，并且转子部分可被构造成与可旋转轴一起旋转。声发射传感器可被构造成感测第一密封面和第二密封面何时相对于彼此处于操作条件并输出指示该操作条件的信号。速度传感器可在低于一千（1,000）转每分（RPM）的速度下感测可旋转轴的速度，并且可被构造成输出指示可旋转轴的旋转速度的信号。处理器可被构造成接收来自速度传感器的信号和来自声发射传感器的信号，并且可在第一密封面和第二密封面相对于彼此达到操作条件时基于来自速度传感器的信号来确立干气密封件的操作条件。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，第一密封面相对于第二密封面的操作条件可以是干气密封件的起离操作条件。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，第一密封面相对于第二密封面的操作条件可以是干气密封件的触及操作条件。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，第一密封面相对于第二密封面的操作条件可包括干气密封件的起离操作条件和干气密封件的触及操作条件。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，处理器可被构造成基于在干气密封件达到起离操作条件时从速度传感器接收到的信号和在干气密封件达到触及操作条件时从速度传感器接收到的信号来确立干气密封件的操作条件。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，速度传感器可以是霍尔效应传感器。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，速度传感器可在低于五百（500）转每分（RPM）的速度下感测可旋转轴的速度。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，速度传感器可被构造成基于感测被构造成与可旋转轴一起旋转的两个或更多个敏感元件在低于一千（1,000）RPM的速度下感测可旋转轴的速度。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，所述两个或更多个敏感元件可包括安置在干气密封件的转子部分上的槽。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，密封监测系统可进一步包括被构造成与可旋转轴一起旋转的环，其中，该环包括所述两个或更多个敏感元件。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，所述两个或更多个敏感元件中的一个或多个可包括指示器元件，该指示器元件被构造成允许处理器基于从速度传感器输出的信号来确定可旋转轴的旋转方向。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，处理器可被构造成基于从速度传感器输出的信号来确定转子部分相对于定子部分的轴向位置。
在另一个示例中，提供了一种操作干气密封监测系统的方法，该干气密封监测系统具有在壳体和可旋转轴之间形成密封的干气密封件。图示性方法可包括：确定何时发生干气密封件的第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者。图示性方法可进一步包括：确定指示可旋转轴的速度的旋转速度；将旋转速度跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者的发生相关联；基于旋转速度跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者的发生的关联来确定干气密封件的操作条件。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，确定干气密封件的操作条件可包括：随时间来监测跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者的发生相关联的旋转速度。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，该方法可进一步包括：针对在加速运转（run-up）期间第一密封面与第二密封面的分离来确立第一基线速度以及针对在减速运转（run-down）期间第一密封面与第二密封面的接触来确立第二基线速度；并且其中，随时间来监测跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者的发生相关联的旋转速度可包括以下步骤中的一者：将第一基线速度与跟第一密封面与第二密封面的分离的后续发生相关联的旋转速度进行比较、以及将第二基线速度与跟第一密封面与第二密封面的接触的后续发生相关联的旋转速度进行比较。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，确定干气密封件的操作条件可包括：随时间来监测跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触两者的发生相关联的旋转速度。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，该方法可进一步包括：针对第一密封面与第二密封面的分离来确立第一基线速度以及针对第一密封面与第二密封面的接触来确立第二基线速度；并且其中，确定干气密封件的操作条件可包括以下步骤中的一者：将第一基线速度与跟第一密封面与第二密封面的分离的发生相关联的旋转速度进行比较、以及将第二基线速度与跟第一密封面与第二密封面的接触的发生相关联的旋转速度进行比较。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，确定干气密封件的操作条件可基于旋转速度跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触两者的发生的关联。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，确定干气密封件的操作条件可包括以下步骤中的一者：将跟第一密封面与第二密封面的分离的发生相关联的旋转速度与起离速度阈值进行比较、以及将跟第一密封面与第二密封面的接触的发生相关联的旋转速度与触及阈值进行比较。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，确定何时发生第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者可基于来自干气密封系统的声发射传感器的信号。
在另一个示例中，公开了一种干气密封件。干气密封件可包括转子部分、定子部分、多个敏感元件和速度传感器。定子部分可具有第一密封面并且转子部分可具有第二密封面，其中第一密封面和第二密封面可被定位在可旋转轴和固定壳体之间以形成密封。所述多个敏感元件可被构造成响应于可旋转轴的旋转而旋转。速度传感器可相对于定子部分至少部分地被固定并且可被构造成感测所述多个敏感元件。速度传感器可进一步被构造成基于感测所述多个敏感元件在低于一千（1,000）转每分（RPM）的速度下感测可旋转轴的旋转速度。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，所述多个敏感元件可包括多个槽。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，所述多个槽中的一个或多个可包括凹口，该凹口被构造成由速度传感器感测以指示可旋转轴的旋转方向。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，所述多个槽中的一个或多个可包括轴向延伸的渐缩部（taper）。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，轴向延伸的渐缩部可相对于垂直于可旋转轴的旋转轴线的平面以五十五（55）度渐缩。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，所述多个敏感元件可安置在转子部分上。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，干气密封件可进一步包括轴环，该轴环联接到可旋转轴并被构造成与可旋转轴一起旋转；并且其中，所述多个敏感元件可安置在轴环上。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，速度传感器可以是霍尔效应传感器。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，干气密封件可进一步包括被构造成接收来自速度传感器的输出的处理器；并且其中，处理器被构造成使用来自速度传感器的输出来确定转子部分相对于定子部分的轴向位置。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，干气密封件可进一步包括相对于定子部分至少部分地被固定的声发射传感器；并且其中，声发射传感器可被构造成感测指示第一密封面相对于第二密封面的操作条件的声音。
在另一个示例中，公开了一种干气密封监测系统。干气密封监测系统可包括干气密封件、轴环、多个敏感元件、速度传感器、声发射传感器和处理器。干气密封件可具有第一密封面和第二密封面，其中，干气密封件是可定位的，以在固定壳体和可旋转轴之间形成密封。轴环可被构造成与可旋转轴一起旋转，并且所述多个敏感元件可安置在轴环上。速度传感器可被构造成在安置于轴环上的所述多个敏感元件响应于可旋转轴的旋转而旋转时感测所述多个敏感元件。声发射传感器可被构造成监测第一密封面相对于第二密封面的操作条件。处理器可被构造成接收来自速度传感器的第一信号和来自声发射传感器的第二信号并且基于第一信号和第二信号针对操作条件来确立基线速度。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，处理器可被构造成通过将第二信号出现时的第一信号与基线速度进行比较来监测由速度传感器感测的速度随时间的变化。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，来自声发射传感器的第二信号可指示第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者。作为以上实施例中的任一者的替代或补充，速度传感器可被构造成感测所述多个敏感元件并且基于感测所述多个敏感元件在低于一千（1,000）RPM的速度下感测可旋转轴的速度。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，速度传感器可被构造成感测所述多个敏感元件并且基于感测所述多个敏感元件在低于五百（500）RPM的速度下感测可旋转轴的速度。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，处理器可被构造成基于从速度传感器接收到的第一信号来确定可旋转轴的旋转方向。
作为以上实施例中的任一者的替代或补充，处理器可被构造成基于从速度传感器接收到的第一信号来确定可旋转轴相对于固定壳体的轴向位置。
提供前面的发明内容以促进对本公开独有的一些创新特征的理解，而不旨在为完整描述。通过将整个说明书、权利要求、附图和摘要作为整体，可以获得对本公开的全面了解。
附图说明
考虑结合附图对各种图示性实施例的以下描述，可更完整地理解本公开，在附图中：
图1是本公开的图示性密封系统的示意性框图；
图2是图示性干气密封件的示意性透视图；
图3是沿着线3-3截取并且如被定位在壳体和旋转轴之间的图2的图示性干气密封件的示意性横截面图；
图4是描绘图2中所描绘的图示性干气密封件的图示性轴环的示意性端视图；
图5是干气密封件的图示性轴环的示意性透视图；
图6是图5中所描绘的图示性轴环的示意性端视图；
图7是沿着线7-7截取的图5中所描绘的图示性轴环的示意性横截面图；
图8是图5中所描绘的图示性轴环在圆圈8内的一部分的示意性放大视图；
图9是沿着线9-9截取的图5中所描绘的图示性轴环的示意性横截面图；
图10是描绘被定位在壳体和可旋转轴之间的图示性干气密封件的一部分的示意性剖视图；
图11A和图11B是描绘来自速度传感器的信号的图示性波形的示意性曲线图；以及
图12是描绘操作干气密封监测系统的图示性方法的示意性流程图。
尽管本公开易于进行各种修改和替代形式，但是其细节已通过示例在附图中示出并且将被详细描述。然而，应理解，意图并非将本公开的方面限于所描述的特定图示性实施例。相反，意图覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
对于以下限定的术语，除非是在权利要求或者是在本说明书中的其他地方给出了不同的限定，否则应当应用这些限定。
无论是否明确指示，本文中都假定所有数值均由术语"约"修饰。术语"约"通常指代本领域技术人员将认为是与所叙述值相当（例如，具有相同的功能或结果）的数字范围。在许多情况下，术语"约"可包括四舍五入为最近的有效数字的数字。
由端点对数值范围的叙述包括在该范围内的所有数字（例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5）。
如在本说明书和所附权利要求中使用的，除非内容另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指示物。如在本说明书和所附权利要求中使用的，并且虽然有时在本文中明确叙述术语“和/或”，但是除非内容另有明确指示，否则术语“或”通常是在其包括“和/或”的意义上采用的。
注意，本说明书中对“一实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”等的提及指示所描述的实施例可包括一个或多个特定的特征、结构、和/或特性。然而，这种叙述并不一定意味着所有实施例都包括所述特定的特征、结构、和/或特性。附加地，当结合一个实施例来描述特定的特征、结构和/或特性时，应理解，无论是否明确描述，也都可结合其他实施例来描述这种特征、结构、和/或特性，除非明确陈述为相反。
应参考附图来阅读以下详细描述，其中不同附图中的类似元件被编号为相同。不一定按照比例的附图描绘了图示性实施例，并且不旨在限制本发明的范围。
密封件用于广泛多种应用和/或机器中，所述机器包括例如气体压缩机和其他旋转设备（诸如，燃气轮机和蒸汽轮机、涡轮膨胀机、离心泵等）。这种密封件用于密封压缩机和/或其他旋转设备的轴和壳体之间的旋转界面。虽然本文中主要讨论干气密封件，但是所预期的是，可将所公开的概念应用于被构造成密封旋转部件和静止部件之间的旋转界面的其他密封件。
干气密封件可包括内侧（IB）密封件和外侧（OB）密封件，这可被称为串联式密封件构型。在这种构型中，IB密封件通常可被加压到过程吸入压力，并且该过程吸入压力可足以静态地起离IB密封件。OB密封件可作为备份提供给IB密封件，并被设计成在IB密封件失效的情况下承受全部压力。如果密封件存在问题，则可发生密封面的摩擦，并且该摩擦可导致磨损，这是退化过程。随着密封件磨损，密封面发生损坏，起离速度增加，并且触及速度增加。
在一些情况下，可监测密封泄漏和/或外侧（OB）密封压力以评估干气密封件的状况和密封完整性。然而，这种监测可仅能够确定何时出现严重的密封问题或状况以及需要紧急关闭相关联的设备。由于可能需要停止机器而常常很少立即注意到或没有注意到即将发生的问题，因此当密封件出现严重的问题或状况时，需要能够监测干气密封件随时间的退化以预防或缓和导致机器停机时间的问题。通过监测起离速度和触及速度及其随时间的变化，可以提供密封面退化的良好指示，这继而可给出逐步密封件失效的指示，使得可以在实际密封实效之前解决逐步密封件失效并缓和机器的停机时间。然而，被构造成感测可旋转轴的操作速度的典型速度监测系统并未被构造成感测发生起离和触及的相对低的速度。
图1描绘了图示性密封监测系统10的示意性框图，该密封监测系统可促进针对干气密封件和/或其他合适的密封系统来确立和/或确定密封状况（例如，针对密封件的操作条件、针对密封界面的操作条件等）。密封监测系统10可包括和/或可被构造成监测安置在可旋转轴20和固定壳体（图1中未示出）之间的干气密封件的密封界面。密封监测系统10可包括控制器12、感测模块16和被构造成响应于可旋转轴20的旋转而旋转的一个或多个敏感元件44。感测模块16可被构造成感测与干气密封件的操作有关的一个或多个参数并将一个或多个信号输出到控制器12。在一些情况下，感测模块16可包括速度传感器17、声发射传感器19、和/或一个或多个其他合适的传感器。
在一些情况下，感测模块16可相对于干气密封件的定子部分被固定和/或以其他方式相对于干气密封件的定子部分是固定的，并且在一些情况下，可形成为干气密封件的定子部分的一部分。替代地或另外，感测模块16的至少一部分可相对于应用有干气密封件的系统的壳体部件被固定和/或可远离干气密封件和/或应用有干气密封件的系统。
感测模块16可包括速度传感器17以促进监测干气密封件的转子部分的速度和/或转子部分和/或可旋转轴20的速度。速度传感器17可被构造成通过感测被构造成响应于可旋转轴20的旋转而旋转的敏感元件44中的一个或多个来感测转子部分和/或可旋转轴20的旋转速度。当所述一个或多个敏感元件44响应于可旋转轴20的旋转而旋转并旋转越过（past）速度传感器17的位置时，速度传感器17可检测这些敏感元件44并输出指示干气密封件的转子部分的速度和/或转子部分和/或可旋转轴20的速度的信号。来自速度传感器17的信号可被提供给控制器12或其他部件以供进一步处理。
在一些实施例中，指示转子部分和/或可旋转轴20的速度的信号还可指示转子部分和/或可旋转轴20的轴向位置。在一些情况下，该信号可以是带有指示转子部分和/或可旋转轴20的轴向位置的脉冲序列的脉冲信号。替代地或另外，指示转子部分和/或可旋转轴20的轴向位置的信号可以是连续信号，其指示转子部分和/或可旋转轴20的特定轴向位置或位置。
速度传感器17可以是能够感测可旋转轴20的速度的任何合适的传感器类型。例如，速度传感器17可包括场传感器、光学传感器和/或其他合适类型的传感器。示例场传感器包括但不限于磁场传感器、线性可变差动变压器（LVDT）、霍尔效应传感器、和/或其他合适的场传感器。在一个示例中，速度传感器17可以是霍尔效应传感器，但这不是必需的。
可并入到感测模块16中的声发射传感器19可被构造成输出指示干气密封件的密封界面的操作条件（例如，第一密封面相对于第二密封面的操作条件）的信号（例如，输出到控制器12或其他部件）。在一个示例中，当干气密封件的密封面相对于干气密封件的至少一个其他密封面旋转时，干气密封件可发出声音，并且随着密封面彼此分离（例如，在密封件和/或应用有密封件的系统的加速运转期间）和/或彼此接触（例如，在密封件和/或应用有密封件的系统的减速运转期间），该声音可随时间改变，并且声发射传感器19可被构造成感测发出的声音并提供何时发生起离（例如，在密封面已接触之后，第一密封面和第二密封面的初始分离）和/或何时发生触及（例如，随着干气密封件的密封面的相对旋转减慢，第一密封面和第二密封面之间的初始接触）的指示。声发射传感器19可将指示其测量值的信号输出到控制器12以供处理（例如，供由处理器11和/或其他计算部件处理）。
控制器12可被提供作为密封监测系统10的一部分并且可与感测模块16分离（如图1中所描绘的），或可被提供作为感测模块16的一部分。替代地，控制器12的至少一部分可与密封监测系统10分离并且可与感测模块16通信。进一步地，在一些情况下，控制器12的至少一部分可与感测模块16一起定位和/或以其他方式并入到感测模块16中。
除其他特征外，控制器12可包括处理器11、存储器13（例如，被构造成存储供由处理器执行的指令、数据、和/或其他信息的非暂时性介质）和/或输入/输出（I/O）15。I/O 15可包括一个或多个I/O接口并且可接收来自感测模块16的信号，并且这些接收到的信号可被发送到存储器13以供存储和/或被发送到处理器11以供处理。在一些情况下，由速度传感器17生成的信号可由I/O 15接收并被发送到处理器11。处理器11可使用该信号来确立干气密封件的操作条件和/或至少部分地基于接收到的信号来确定与干气密封件有关的一个或多个其他参数值。在一些情况下，至少部分地基于从速度传感器17接收到的（一个或多个）信号，处理器11可被构造成确定与干气密封件有关的参数值，包括但不限于可旋转轴20的速度、可旋转轴20的轴向位置、密封界面处的起离、起离速度、密封界面处的触及、触及速度、何时需要维护、密封界面的操作条件、和/或与干气密封件的操作有关的其他合适的参数值。
控制器12可基于来自声发射传感器19的信号来确定干气密封件的密封界面的操作条件。在一些情况下，在出现指示密封界面的操作条件的信号的时间，控制器12可关联干气密封件的转子部分的速度或可旋转轴20的速度。控制器12可将该关联保存在存储器13中，经由I/O 15将该关联输出到用户界面，输出控制信号（例如，输出到应用有干气密封件的系统和/或输出到一个或多个其他合适的可控制部件），和/或采取一个或多个其他合适的动作。在一些情况下，来自控制器12的输出可基于与操作条件相关联的速度随时间的变化、与操作条件相关联的速度达到和/或超出阈值、和/或一个或多个其他因素。在一些情况下，密封界面的操作条件可以是以下各者中的一者或两者：在干气密封件和/或应用有干气密封件的系统的加速运转期间第一密封面与第二密封面分离的起离发生、以及在干气密封件和/或应用有干气密封件的系统的减速运转期间第一密封面接触第二密封面的触及发生。
图2描绘了图示性干气密封件22（例如，呈盒（cartridge）形式）的示意性透视图。干气密封件22可被构造成在壳体和旋转轴之间形成不透流体的密封。在一些情况下，干气密封件22的定子部分22a（例如，图2中所描绘的干气密封件22的外部分）可联接到应用有干气密封件22的系统的壳体和/或相对于应用有干气密封件22的系统的壳体被固定。干气密封件22的转子部分22b（例如，图2中所描绘的干气密封件22的内部分）可限定用于接收可旋转轴（例如，图1中所描绘的可旋转轴20）的开口29，并且当在使用中作为固定壳体和可旋转轴之间的密封件时可联接到所接收的可旋转轴和/或以其他方式被构造成响应于所接收的可旋转轴而旋转。
干气密封件22可包括具有一个或多个敏感元件44的轴环48（例如，磁阻环和/或其他合适的轴环），如图2中所描绘的。替代地或另外，干气密封件22可包括被构造成包括（例如，承载、限定等）一个或多个敏感元件44的一个或多个其他合适的部件（例如，套筒或其他合适的部件）。当被包括时，轴环48可被构造成连接到干气密封件22的转子部分22b和可旋转轴中的一者或两者，使得轴环48可响应于可旋转轴的旋转而旋转。在一个示例中，如图2中所描绘的，轴环48可经由一个或多个螺钉33和/或其他合适的连接器联接到转子部分22b和/或与转子部分22b成一体。
所述一个或多个敏感元件44可由速度传感器17感测，并且可利用基于被感测的敏感元件44的信号来指示转子部分22b和/或可旋转轴20的轴向位置和/或转子部分22b和/或可旋转轴20的旋转速度，如下文进一步详细讨论的。所述一个或多个敏感元件44可被构造为槽（如图2中所描绘的）、突起、凹口、和/或适合于由感测模块16感测的其他构型。敏感元件44可由任何合适的材料制成，包括但不限于金属材料、聚合物材料、金属材料和聚合物材料的组合和/或其他合适的材料。在一些情况下，敏感元件44中的一个或多个可类似于一个或多个其他敏感元件44，和/或敏感元件44中的一个或多个可不同于一个或多个其他敏感元件44。在敏感元件44的一个示例中，敏感元件44可形成到转子部分22b中（例如，经由轴环48或其他合适的部件），如图2中所示。在敏感元件44的另一个示例中，敏感元件44可经由合适的联接技术联接到转子部分22b，该联接技术包括但不限于螺钉、螺栓、粘合剂、焊接、焊料连接、磁性结合等。
如图2中所描绘的，干气密封件22可包括传感器壳体31。在一些情况下，感测模块16可完全地或至少部分地联接到干气密封件22的在传感器壳体31内的部件。替代地或另外，感测模块16的至少一部分可在没有传感器壳体31的情况下联接到干气密封件22的其他部件。传感器壳体31可联接到干气密封件22的定子部分22a和/或相对于干气密封件22的定子部分22a被固定，使得感测模块16的部件（例如，速度传感器17）可感测响应于可旋转轴的旋转而旋转的敏感元件44。声发射传感器19可联接到干气密封件22的定子部分22a或相对于干气密封件22的定子部分22a被联接，使得声发射传感器19可被构造成感测密封界面的操作条件。当不包括传感器壳体31时，感测模块16的部件可直接联接到干气密封件22的定子部分22a。
干气密封件（诸如，通常应用于气体压缩机的那些干气密封件）可包括单、串联式或双密封件布置。虽然不是必需的，但是干气密封件22可具有串联式密封组件，如图3中所描绘的。
图3是沿着具有图2中所示的串联式密封组件的图示性干气密封件22的线3-3截取的横截面图，其中可旋转轴20插入到开口29中。在操作期间，存在于过程腔38中的气体可通过如下两个密封件被密封而与轴承腔（未示出）和环境隔绝：串联式布置的第一密封件24（例如，内侧（IB）密封件）和第二密封件26（例如，外侧（OB）密封件）。可将第一密封件24和第二密封件26的部件预先组装到盒中，例如如图2中所示。当被定位成在固定壳体和可旋转轴20之间形成密封时，盒可包括与固定壳体18相关联的定子部分22a（例如，定子）以及与可旋转轴20相关联的转子部分22b（例如，转子）。
在一些情况下，转子部分22b可包括具有一个或多个部分的套筒32，所述一个或多个部分联接到可旋转轴20和/或以其他方式被构造成响应于可旋转轴20的旋转而旋转。套筒32可呈现多种构型中的一种或多种，并且可轴向延伸超过第二密封件26，但这不是必需的。在一些情况下，套筒32可以是单个套筒部件。在其他情况下，套筒32可具有多个部件或部分。例如，如图3中所描绘的，套筒32可具有主套筒32a、间隔套筒（spacer sleeve）32b和锁定套筒32c。
第一密封件24可形成第一密封界面35（例如，IB密封界面），该第一密封界面被限定在以下两者之间：第一配合环30（例如，IB配合环），其连接到套筒32（例如，连接到主套筒32a）、围绕可旋转轴20安置并具有第一密封面；以及第一主环（primary ring）28（例如，IB主环），其通过定子部分22a连接到壳体18并具有第二密封面，该第二密封面与第一配合环30的第一密封面形成第一密封界面35。第二密封件26可形成第二密封界面37（例如，OB密封界面），该第二密封界面被限定在以下两者之间：第二配合环52（例如，OB配合环），其连接到套筒32（例如，连接到间隔套筒32b和锁定套筒32c）、围绕可旋转轴20安置并具有第一密封面；以及第二主环50（例如，OB主环），其通过定子部分22a连接到壳体18并具有第二密封面，该第二密封面与第二配合环52的第一密封面形成第二密封界面37。
第一主环28和第二主环50中的每一者可以是沿着与可旋转轴20的旋转轴线基本上平行的方向可轴向移动的，使得可沿着第一密封件24和第二密封件26中的每一者保持受控距离。可通过第一弹簧58（例如，IB弹簧）将弹簧力施加到第一主环28。在一些情况下，第一弹簧58可被支撑在干气密封件22的定子部分22a的第一弹簧承载件60（例如，IB弹簧承载件）和第一保持器62（例如，IB保持器）之间。可通过第二弹簧59（例如，OB弹簧）将弹簧力施加到第二主环50。在一些情况下，第二弹簧59可被支撑在干气密封件22的定子部分22a的第二弹簧承载件61（例如，OB弹簧承载件）和第二保持器63（例如，OB保持器）之间。虽然第一保持器62和第二保持器63在图3中被描绘为单独的部件，但是第一保持器62和第二保持器63可以是执行第一保持器62和第二保持器63的功能的单个部件（例如，单个保持器）。
如图3中所描绘的，第一配合环30和第二配合环52可被构造成与可旋转轴20一起旋转。第一主环28和第二主环50可以是在定子部分22a内可轴向调节的，同时也相对于固定壳体18被旋转地固定。然而，可以以不同的相对构型来构造配合环30和52以及主环28和50，所述相对构型包括但不限于主环28和50与可旋转轴20一起旋转、以及配合环30和52保持相对于主环28和50被旋转地固定。进一步地，在替代构型中，干气密封件22可具有单个密封件构型或双密封件构型，而不是图中所描绘的串联式密封件构型。进一步地，虽然第一密封件24指代IB密封件并且第二密封件26指代OB密封件（如本文中所描述的），但是术语第一和第二仅用于描述性目的并且OB密封件可以是第一密封件且IB密封件可能是第二密封件。
可以基于应用来优化用于这些密封件的布置和材料，例如，气体的操作压力、以及气体的化学成分和/或机器的操作环境。径向密封件可包括O形环、其他复合密封布置，诸如包围密封承载件构件的先进聚合物密封件或用于密封件的其他合适类型的材料。
干气密封件22可进一步包括感测模块16，如图3中所描绘的。如上文所讨论的，参考图1，感测模块16可被构造成经由一个或多个传感器（例如，速度传感器17、声发射传感器19（图3中未描绘）、和/或一个或多个其他传感器或其他通信部件）来感测与干气密封件22和/或可旋转轴20有关的一个或多个参数。感测模块16可联接到干气密封件22的定子部分22a和/或相对于干气密封件22的定子部分22a被联接，并且在一些情况下，感测模块16的至少一部分可形成为干气密封件22的壳体的一部分。替代地或另外，所预期的是，感测模块16的至少一部分可以是与干气密封件的壳体通信的单独部件和/或可安装在独立于干气密封件22的壳体的位置处。在一些情况下，感测模块16的壳体31可相对于干气密封件22的壳体被固定。
如参考图1所讨论的，感测模块16可包括速度传感器17以促进监测干气密封件22。速度传感器17可被构造成通过感测被构造成响应于可旋转轴20的旋转而旋转的一个或多个敏感元件44来感测可旋转轴20的旋转速度。当所述一个或多个敏感元件44旋转越过速度传感器17的位置时，速度传感器17可感测每个敏感元件44，并且感测模块16可生成信号，该信号可指示可旋转轴20和/或干气密封件22的转子部分22b的速度。当连接到控制器12时，感测模块16可将该信号输出到控制器12。
当速度传感器17包括霍尔效应传感器时，该霍尔效应传感器可以是响应于磁场而改变其输出电压的换能器。图3中所描绘的霍尔效应传感器可包括磁体64和传感器集成电路（IC）66，该传感器IC与印刷线路板或印刷电路板（PCB）68上的连接到一个或多个连接器70的一个或多个部件通信。在操作中，霍尔效应传感器可通过提供传感器IC 66两端的电压并用磁体64将磁场施加到传感器IC 66来起作用，使得从传感器IC 66输出的电压取决于磁场。然后，当敏感元件44经过速度传感器17时，由磁体64产生的磁场可被修改，并且传感器IC 66的输出电压可从在敏感元件44未被感测时的输出电压改变。来自传感器IC 66的输出电压可被提供给PCB 68，并且信号可从PCB 68输出并通过（一个或多个）连接器70被发送到控制器12和/或其他计算部件。虽然描绘和描述了图3的霍尔效应传感器，但是预期霍尔效应传感器和速度传感器17的其他构型。
虽然控制器12在图3中被描绘为通过连接器70与感测模块16的壳体31间隔开，但是控制器12可并入到感测模块16中和/或通过除连接器70之外的一个或多个连接器连接到感测模块16。示意性地描绘了图3中所描绘的连接器70，并且当被包括时，其可以是任何合适类型的电和/或机械连接器。示例电和/或机械连接器包括有线连接器、无线连接器、蓝牙连接器、USB连接器、USB-c连接器、双叉连接器、三叉连接器、HDMI连接器、和/或其他合适的连接器。
如图3中所描绘的，速度传感器17、感测模块16的一部分和敏感元件44可邻近干气密封件22的环境侧安装（例如，与干气密封件22的邻近过程腔38的过程侧相反）。替代地或另外，感测模块16的至少一部分和/或敏感元件44可位于一个或多个其他合适的位置处。在一个示例中，感测模块16或感测模块16的至少一部分和敏感元件44可相对于彼此安装或以其他方式被定位在任何合适的位置处，使得在敏感元件44相对于可旋转轴20的旋转而旋转时，感测模块16可能够感测这些敏感元件44。进一步地，当感测模块16包括声发射传感器19时，感测模块16可安装或以其他方式被定位在合适的位置处以用于感测来自干气密封件22的声发射。速度传感器17和声发射传感器19可在感测模块16的壳体31内位于单个位置处或在感测模块16的壳体31内位于间隔开的位置处，其中壳体31可包括彼此间隔开的多个子部件并被构造成容纳感测模块16的部件。
如上文所讨论的，感测模块16可包括声发射传感器19。声发射传感器19可被构造成将信号输出到处理器11，该信号指示第一密封面相对于第二密封面的操作条件（例如，干气密封件22的操作条件）。例如，声发射传感器19可被构造成在干气密封件22改变操作条件时感测由干气密封件22产生的声音并输出随着检测到的声音改变而改变的信号。干气密封件22的操作条件可以是在干气密封件22或应用有干气密封件22的系统的加速运转期间配合环30、52和主环28、50的密封面的起离（例如，密封面的分离）和/或在干气密封件22或应用有干气密封件22的系统的减速运转期间配合环30、52和主环28、50的密封面的触及（例如，密封面之间的接触）。在一些情况下，声发射传感器19可将指示其测量值的信号输出到控制器12（例如，输出到控制器12的处理器11或其他合适的处理器）以供处理。
声发射传感器19可以是能够感测来自密封界面（例如，密封界面35和37）的声音的任何合适类型的声发射传感器。在一些情况下，声发射传感器19可被构造成：当干气密封件22包括多于一个密封界面（诸如，第一密封界面35和第二密封界面37）时，针对每个密封界面来输出不同的信号值。当声发射传感器19被构造成针对每个密封界面来输出不同的信号值时，可利用声发射传感器19和/或控制器12来确定干气密封件22的每个密封界面35、37的操作条件。
控制器12可基于来自声发射传感器19的信号来确定干气密封件22的操作条件（例如，密封界面35、37的第一密封面相对于第二密封面）。替代地或另外，声发射传感器19可被构造成确定干气密封件22的操作条件。在一些情况下，可通过将声发射信号与一个或多个阈值进行比较来确定可旋转轴20和/或干气密封件22的操作条件。在一个示例中，当要确定的干气密封件22的操作条件是起离操作条件和触及操作条件时，可将声发射信号与起离阈值和触及阈值进行比较。如果声发射信号达到或超过起离阈值，则控制器12或声发射传感器19可指示干气密封件22已达到起离操作条件（例如，密封界面35、37中的至少一者的第一密封面和第二密封面已分离）。如果声发射信号达到或超过触及阈值，则控制器12或声发射传感器19可指示干气密封件22已达到触及操作条件（例如，密封界面35、37中的至少一者的第一密封面和第二密封面已接触）。
如下文更详细讨论的，控制器12可被构造成将干气密封件22的转子部分22b的速度或可旋转轴20的速度与干气密封件22的操作条件的出现相关联。进一步地，控制器12可被构造成将如与操作条件的出现相关联的速度存储在存储器13和/或其他合适的存储器中。在一些情况下，控制器12可被构造成将如与操作条件的出现相关联的速度输出到一个或多个其他计算系统，包括但不限于远程服务器、用户界面和/或其他合适的计算系统。附加地或替代地，控制器12可被构造成监测与干气密封件22的操作条件的出现相关联的速度以确定干气密封件的可用于监测干气密封件22的健康的操作条件、诊断干气密封件22的状况、检测可导致干气密封件22的部件失效或损坏的异常密封件操作条件等。
图4描绘了轴环48的示意性端视图，该轴环沿着轴环48的外轴向表面具有多个敏感元件44、以及具有用于接收螺栓或螺钉33（见图2）的多个孔45。
如所描绘的，敏感元件44可以是沿着其轴向长度（例如，在轴向长度平行于轴环48的中心轴线的情况下）具有一致形状的槽46。然而，敏感元件44可以是突起、，和/或具有一种或多种其他合适的形状，包括但不限于孔构型、圆形状等。虽然图4中的敏感元件44被描绘为具有与所有其他敏感元件44相同的形状，但是敏感元件44中的一个或多个可具有与至少一个其他敏感元件44不同的形状或构型。
干气密封件22可包括合适数量的敏感元件44以促进在发生形成密封界面35、37的密封面的分离或接触的低速度下感测可旋转轴20和/或干气密封件22的转子部分22b的准确的旋转速度。可旋转轴20和/或干气密封件22的转子部分22b的这种低速度可包括小于约一千（1,000）RPM、小于约五百（500）RPM、和/或其他合适的类似地低的速度的速度。
虽然可已知使用单个敏感元件来感测压缩机和/或其他设备中使用的可旋转轴的速度，但是要感测的这种速度远快于发生第一密封面和第二密封面相对于彼此的操作条件的改变的速度。因此，已发现，为了提供在低速度下的准确的速度测量值，可使用多个敏感元件来实现由速度传感器17感测的速度的期望分辨率。例如，当使用单个敏感元件来感测从约一万（10,000）RPM到约四万（40,000）RPM或更高（这是可旋转轴20的典型的操作速度范围）的速度时，该单个敏感元件在所提供的感测速度范围内在从约每0.0015秒到约0.0060秒的范围内被感测。因此，为了实现在低速度下被感测的敏感元件之间的期望的等待期，需要多于单个的敏感元件。已发现，由速度传感器17感测的两个或更多个敏感元件44可提供在被感测的敏感元件44之间带有期望的等待期的速度信号。在一个示例中，如图4中所描绘的，提供了十八（18）个敏感元件44。当提供十八（18）个敏感元件44并且将在处于从约十（10）RPM到约一千（1,000）RPM的范围内的低速度下感测速度时，可在被感测的敏感元件44之间存在从约0.0033秒到约0.3333秒的等待期。虽然在图4的示例中使用了十八（18）个敏感元件44，但可利用其他合适数量的敏感元件44，包括但不限于两（2）个敏感元件、四（4）个敏感元件、六（6）个敏感元件、八（8）个敏感元件、十（10）个敏感元件、十二（12）个敏感元件、十五（15）个敏感元件、十八（18）个敏感元件、二十五（25）个敏感元件、三十（30）个敏感元件和/或其他合适的敏感元件。在一些情况下，可至少部分地基于平衡在被感测的敏感元件44之间具有较短等待期和轴环、套筒或可定位有敏感元件44的其他部件的尺寸（例如，周长等）的期望来选择敏感元件的数量。
图5-9描绘了安置在图示性轴环48上的敏感元件44的各种示意图，其中敏感元件44沿轴向方向渐缩。图5是轴环48的示意性透视图，其中敏感元件44由槽46形成并且具有轴向渐缩的横截面。图6是图5中所描绘的轴环48的端视图。如图5和图6中所示，轴环48可包括由槽形成并且带有轴向渐缩的横截面的十五（15）个敏感元件44，但可根据需要使用多于十五（15）个敏感元件44或少于十五（15）个敏感元件。
如图6中所描绘的，敏感元件44中的一个或多个可包括凹口47或可由速度传感器17感测的其他合适的标记。在一些情况下，凹口47可径向偏心地被定位在敏感元件44上（例如，凹口47可在敏感元件44的槽46的一个边缘处，如图6中所描绘的），使得速度传感器17可感测敏感元件44的凹口47，并且响应于感测敏感元件44的所得信号可指示可旋转轴20和/或干气密封件22的转子部分22b的旋转方向（例如，顺时针或逆时针）。例如，当可旋转轴20和/或干气密封件22的转子部分22b沿第一方向旋转时，可在速度传感器17的信号中表示被感测凹口47是紧接在可在速度传感器17的信号中表示敏感元件44和被感测凹口47的所表示槽46之前进行的，而当沿与第一方向相反的第二方向旋转时是紧接在敏感元件44的所表示槽46之后进行的。
为了促进在来自速度传感器17的信号内识别凹口47和/或为了其他合适的目的，可将凹口47包括在少于所有的敏感元件44中。例如，凹口47可位于一个且仅一个敏感元件44中、每隔一个敏感元件44中、每第三个敏感元件44中、每第四个敏感元件44、每第五个敏感元件44、每第六个敏感元件44、和/处于呈其他合适的间隔或布置。如图6中所描绘的，凹口47可位于每第五个敏感元件44中。在一些情况下，凹口47可位于所有的敏感元件44中。
图7是沿着图6中的线7-7截取的轴环48的示意性横截面图。如图7中所描绘的，敏感元件44的槽46可以是轴向渐缩的（例如，槽46可沿轴向方向渐缩）。槽46的渐缩部可以以任何合适的角度A（例如，相对于垂直于转子部分22b、轴环48、和/或可旋转轴20的旋转轴线延伸的平面的任何合适的角度A）渐缩。在一些情况下，槽46的渐缩部可以以促进速度传感器基于敏感元件的轴向位置来输出不同的信号值（例如，不同的电压振幅或其他合适的信号值类型）的角度渐缩，这继而可指示形成密封界面35、37的密封面的相对轴向位置，如下文更详细讨论的。针对轴向渐缩的槽46的角度A的示例角度可以是如下的角度：从约五（5）度到约八十五（85）度、从约十五（15）度到约七十五（75）度、从约三十五（35）度到约六十五（65）度、从约四十五（45）度到约五十五（55）度、和/或处于一个或多个其他合适的角度。在一个示例中，轴向渐缩的槽46的角度A可处于约五十五（55）度。
图8示意性地描绘了图示性轴环48的在图6中所描绘的圆圈8内的一部分的放大图。图8中的轴环48的放大部分提供了凹口47的示例构型。在所描绘的示例中并且如上文所讨论的，敏感元件44的凹口47可被定位在槽46的最外轴向和/或径向边缘处。凹口47可由速度传感器17感测，并且至少部分地由于凹口47的位置所致，可（例如，由控制器12）根据由速度传感器17输出的信号来确定可旋转轴20和/或干气密封件的转子部分22b旋转的方向。
凹口47可呈现任何合适的2维和/或3维形状。如图8中所示，从端视图看，凹口47可具有大致矩形形状，但这不是必需的，并且从端视图看，凹口47可呈现一种或多种其他形状，所述其他形状被构造成促进由速度传感器17进行检测、促进确定可旋转轴20和/或干气密封件的转子部分22b的旋转方向、促进形成凹口47、和/或促进一个或多个其他合适的功能。在一些情况下，凹口47可具有与敏感元件44的槽46不同的轮廓和/或构型，以促进在来自速度传感器17的信号中识别被感测凹口47。
图9是沿着图6的线9-9截取的轴环48的示意性横截面图。如图9中所描绘的，敏感元件44的槽46可以是轴向渐缩的。凹口47的渐缩部可以以任何合适的角度B渐缩。凹口47的渐缩部可渐缩，使得凹口47的渐缩部分可大致平行于槽46的渐缩部分延伸（例如，使得角度A可约等于角度B），但这不是必需的。在一些情况下，轴向渐缩的凹口47的角度B可以是如下的角度：从约五（5）度到约八十五（85）度、从约十五（15）度到约七十五（75）度、从约三十五（35）度到约六十五（65）度、从约四十五（45）度到约五十五（55）度、和/或处于一个或多个其他合适的角度。在一个示例中，轴向渐缩的槽46的角度B可处于约五十五（55）度。
图10描绘了干气密封件22的横截面图，其中类似于图3中所描绘的视图，可旋转轴20插入干气密封件22的开口29内，但其中敏感元件44位于干气密封件22的套筒32（例如，锁定套筒32C，如图10中所描绘的，但这不是必需的）上并且其中省略了轴环48。虽然从图10的干气密封件22中省略了轴环48，但是即使当套筒32包括一个或多个敏感元件44时，也可包括轴环48。
如图10中所描绘的，套筒32可朝向环境空间或远离过程腔38向外延伸，使得套筒的一部分面向感测模块16（例如，面向传感器IC 66）。干气密封件22的套筒32中的敏感元件44可位于套筒32的一端处（类似于敏感元件44在图4-9中如何被描绘为在轴环48的顶端处），或者与套筒32的该端间隔开（如图10中所描绘的）。进一步地，敏感元件44可由槽46形成和/或呈现一种或多种其他合适的形状或构型。在一些情况下，套筒32内的敏感元件44可呈现与本文中所描述的其他敏感元件44的构型类似或不同的构型。
如上文所引用的，也许有可能至少部分地基于来自速度传感器17的信号来确定干气密封件22的轴向移动和干气密封件22的第一密封面相对于第二密封面的起离或触及发生。图11A和图11B描绘了从感测敏感元件44的速度传感器17输出的信号72的示意性图示性曲线图，类似于图5-9中的敏感元件44，所述敏感元件带有轴向渐缩部，其中时间在x轴上，且电压振幅（例如，来自速度传感器17的信号的振幅）在y轴上，从中可确定干气密封件22的轴向移动图11A描绘了来自速度传感器17的信号72的振幅，该振幅图示触及发生（例如，在系统的减速运转期间第一密封面和第二密封面之间的初始接触），并且图11B描绘了来自速度传感器17的信号72的振幅，该振幅图示起离发生（例如，在系统的加速运转期间第一密封面和第二密封面的初始分离）。所预期的是，尽管仍然能够用于本文中所讨论的功能性目的，但是信号72的曲线图可基于敏感元件44的特定构型和/或布置而呈现一种或多种其他形式。
转向图11A，信号72的振幅的前两次增加指示当密封界面的密封面之间存在分离时被感测的敏感元件44的位置，其中干气组件的转子部分22b向下推，使得速度传感器17感测渐缩槽46的顶部，该顶部是敏感元件44的较渐缩槽46的底部离速度传感器17更远的一部分。信号72的振幅的后两次增加指示在发生触及之后被感测的敏感元件44的位置，并且转子部分22b向上推使得转子部分22b的密封面与定子部分22a的密封面接触并且速度传感器17感测渐缩槽46的底部，该底部是敏感元件44的较渐缩槽46的顶部更靠近速度传感器17的一部分。至少部分地基于这种信号，控制器12可能够确定何时发生触及并将转子部分22b和/或可旋转轴20的速度与触及发生相关联，以用于确定和/或监测干气密封件22的操作条件。
转向图11B，信号72的振幅的前两次增加指示当密封界面的密封面之间存在接触时被感测的敏感元件44的位置，其中干气组件的转子部分22b向上推，使得速度传感器17感测渐缩槽46的底部，该底部是敏感元件的较渐缩槽46的顶部更靠近速度传感器17的一部分。信号72的振幅的后两次增加指示在发生起离之后被感测的敏感元件44的位置，并且转子部分22b向下推使得转子部分22b的密封面与定子部分22a的密封面间隔开并且速度传感器17感测渐缩槽46的顶部，该顶部是敏感元件44的较渐缩槽46的顶部更靠近速度传感器17的一部分。至少部分地基于这种信号，控制器可能够确定何时发生起离并将转子部分22b和/或可旋转轴20的速度与起离发生相关联，以用于确定和/或监测干气密封件22的操作条件。
虽然使用图5-9中所描绘的渐缩槽46提供了至少部分地基于来自速度传感器17的输出的信号来确定干气密封件22的轴向位置和/或第一密封面相对于第二密封面的操作条件的示例，但是可使用任何合适的槽构型来确定干气密封件22或其部分的轴向位置，该槽构型竖直地变化并在干气密封件22的多个部分轴向移动时导致速度传感器输出不同的信号（例如，带有不同的振幅、不同的脉冲宽度和/或其他合适的差异的信号）。在一个示例中，可针对具有弯曲的横截面、圆形横截面和/或其他合适的横截面的敏感元件使用槽46来确定干气密封件22或其部分的轴向位置。
图12图示了操作干气密封监测系统的示例方法100，该干气密封监测系统具有在壳体（例如，壳体18和/或其他合适的壳体）和可旋转轴（例如，可旋转轴20和/或其他合适的可旋转轴）之间形成密封的干气密封件（例如，干气密封件22和/或其他合适的干气密封件）。方法100可包括：确定110何时发生干气密封件的第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者（例如，确定操作条件的出现）；以及确定120指示可旋转轴的速度的旋转速度。确定第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者的发生可至少部分地基于以下各者：声发射传感器（例如，声发射传感器19和/或其他合适的声发射传感器）的信号、来自速度传感器（例如，速度传感器17和/或其他合适的速度传感器）的信号、和/或一个或多个其他合适的信号或参数。可至少部分地基于来自速度传感器的信号和/或其他合适的信号或参数来确定指示可旋转轴的速度的旋转速度。
方法100可进一步包括：将在出现操作条件时所确定的旋转速度跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者的相应发生相关联130；以及至少部分地基于旋转速度跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者或两者的发生的关联来确定140干气密封件的操作条件。进一步地，在干气密封件包括多个密封界面时的情况下，针对所述多个密封界面中的一个或多个，可至少部分地基于旋转速度跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者或两者的发生的关联来确定干气密封件的操作条件。
干气密封件的所确定的操作条件可以是干气密封件的任何合适的操作条件。例如，所确定的操作条件可以是干气密封件健康、不健康、需要实时维护、将在N个单位时间内需要维护、将在N次循环使用中需要维护、需要关闭和/或与干气密封件的操作有关的其他合适状况的指示。对干气密封件的操作条件的这种确定可促进为使用干气密封件的机器或系统的维护和/或停机时间进行规划，这将缓和系统和/或机器的意外关闭。
在一些情况下，确定干气密封件的操作条件可包括：随时间来监测跟第一密封面与第二密封面的分离以及第一密封面与第二密封面的接触中的一者或两者的发生相关联的旋转速度。为了促进随时间来监测速度，可针对在加速运转期间第一密封面与第二密封面的分离来确立第一基线速度，并且可针对在减速运转期间第一密封面与第二密封面的接触来确立第二基线速度。然后，一旦确立了这些基线值，就可将第一基线速度与跟第一密封面与第二密封面的分离的发生相关联的旋转速度进行比较并且可将第二基线速度与跟第一密封面与第二密封面的接触的发生相关联的旋转速度进行比较，以确定干气密封件的操作条件。
虽然可确立和利用基线，但是预期监测和/或确定干气密封件的操作条件的其他方法。在一些情况下，监测和/或确定干气密封件的操作条件可包括：将一个密封面相对于另一个密封面的操作条件在当前出现时的速度与预定阈值进行比较，速度的滚动平均值与一个密封面相对于另一个密封面的操作条件的N次先前出现相关联；将一个密封面相对于另一个密封面的操作条件在当前出现时的速度和一个密封面相对于另一个密封面的操作条件在一次或多次先前出现时的速度之间的差量速度变化与阈值进行比较、和/或将一个密封面相对于另一个密封面的操作条件在出现时的速度与一个或多个其他合适的值进行比较。
如上文所讨论的，在干气密封件的密封界面（例如，第一密封界面35、第二密封界面37、和/或其他合适的密封界面）处，第一密封面与密封面的分离和/或第一密封面与第二密封面的接触的发生）相对于可应用有干气密封件的系统（例如，压缩机或其他合适的系统）的操作速度（例如，在从约一万（10,000）RPM到约四万（40,000）RPM或更大的范围内的速度）而在低速度（例如，小于一千（1,000）RPM的速度）下发生。在被构造成在操作速度下感测可旋转轴的速度的现有速度传感器的情况下，不可能在低速度下获得可旋转轴和/或干气密封件的转子部分（例如，转子部分22b或其他合适的转子部分）的准确速度，在低速度下，密封界面的密封面最初彼此分离（例如，起离）或最初彼此接触（例如，触及），这通常在小于约一千（1,000）RPM的速度下发生，且更通常地在小于约五百（500）RPM的速度下发生。因而，用于感测可旋转轴的操作速度的现有速度传感器不能用于以允许充分监测干气密封件的操作条件的方式来准确地确定将与密封面的起离或触及操作条件相关联的速度。然而，本文中所讨论的改进的干气密封监测系统和方法可促进准确地确定待与密封面的起离或触及操作条件相关联的速度，且因此促进以允许充分监测干气密封件的操作条件的方式基于所述关联的速度来准确地确定干气密封件的操作条件。
应理解，本公开在许多方面仅是图示性的。可在不超出本公开的范围的情况下以其任何组合来布置或构造上文所讨论的各种单独元件。在不超出本公开的范围的情况下，可在细节上做出改变，特别是在形状、尺寸和步骤的安排方面。当然，本公开的范围以表达所附权利要求书的语言来限定。

Claims (37)

1.一种用于干气密封组件的密封监测系统，所述密封监测系统包括：
干气密封件，其具有带有第一密封面的定子部分和带有第二密封面的转子部分，所述干气密封件被构造成定位在固定壳体和可旋转轴之间，并且所述转子部分被构造成与所述可旋转轴一起旋转；
声发射传感器，其被构造成感测所述第一密封面和所述第二密封面何时相对于彼此处于操作条件并输出指示所述操作条件的信号；以及
速度传感器，其在低于一千（1,000）转每分（RPM）的速度下感测所述可旋转轴的速度，所述速度传感器被构造成输出指示所述可旋转轴的旋转速度的信号；
处理器，其被构造成接收来自所述速度传感器的所述信号以及来自所述声发射传感器的所述信号；并且
其中，所述处理器被构造成在所述第一密封面和所述第二密封面相对于彼此达到所述干气密封件的操作条件时基于从所述速度传感器接收到的所述信号来确立所述操作条件。
2.根据权利要求1所述的密封监测系统，其中，所述第一密封面相对于所述第二密封面的所述操作条件是所述干气密封件的起离操作条件。
3.根据权利要求1所述的密封监测系统，其中，所述第一密封面相对于所述第二密封面的所述操作条件是所述干气密封件的触及操作条件。
4.根据权利要求1所述的密封监测系统，其中，所述第一密封面相对于所述第二密封面的所述操作条件包括所述干气密封件的起离操作条件和所述干气密封件的触及操作条件。
5.根据权利要求4所述的密封监测系统，其中，所述处理器被构造成基于在所述干气密封件达到所述起离操作条件时从所述速度传感器接收到的所述信号和在所述干气密封件达到所述触及操作条件时从所述速度传感器接收到的所述信号来确立所述干气密封件的所述操作条件。
6.根据权利要求1所述的密封监测系统，其中，所述速度传感器是霍尔效应传感器。
7.根据权利要求1所述的密封监测系统，其中，所述速度传感器在低于五百（500）转每分（RPM）的速度下感测所述可旋转轴的速度。
8.根据权利要求1所述的密封监测系统，其中，所述速度传感器被构造成
基于感测被构造成与所述可旋转轴一起旋转的两个或更多个敏感元件在低于一千（1,000）RPM的速度下感测所述可旋转轴的速度。
9.根据权利要求8所述的密封监测系统，其中，所述两个或更多个敏感元件包括安置在所述干气密封件的所述转子部分上的槽。
10.根据权利要求8所述的密封监测系统，其进一步包括：
被构造成与所述可旋转轴一起旋转的环，其中，所述环包括所述两个或更多个敏感元件。
11.根据权利要求8所述的密封监测系统，其中，所述两个或更多个敏感元件中的一个或多个包括指示器元件，所述指示器元件被构造成允许所述处理器基于从所述速度传感器输出的所述信号来确定所述可旋转轴的旋转方向。
12.根据权利要求8所述的密封监测系统，其中，所述处理器被构造成基于从所述速度传感器输出的所述信号来确定所述转子部分相对于所述定子部分的轴向位置。
13.一种操作干气密封监测系统的方法，所述干气密封监测系统具有在壳体和可旋转轴之间形成密封的干气密封件，所述方法包括：
确定何时发生所述干气密封件的第一密封面与第二密封面的分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的接触中的一者；
确定指示所述可旋转轴的速度的旋转速度；
将所述旋转速度跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触中的一者的发生相关联；以及
基于所述旋转速度跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触中的一者的发生的所述关联来确定所述干气密封件的操作条件。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述干气密封件的操作条件包括：随时间来监测跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触中的一者的发生相关联的旋转速度。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：
针对在加速运转期间所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离来确立第一基线速度以及针对在减速运转期间所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触来确立第二基线速度；并且
其中，随时间来监测跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触中的一者的发生相关联的所述旋转速度包括以下步骤中的一者：将所述第一基线速度与跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离的后续发生相关联的所述旋转速度进行比较、以及将所述第二基线速度与跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触的后续发生相关联的所述旋转速度进行比较。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述干气密封件的操作条件包括：随时间来监测跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触两者的发生相关联的所述旋转速度。
17.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：
针对所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离来确立第一基线速度以及针对所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触来确立第二基线速度；并且
其中，确定所述干气密封件的操作条件包括以下步骤中的一者：将所述第一基线速度与跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离的发生相关联的旋转速度进行比较、以及将所述第二基线速度与跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触的发生相关联的所述旋转速度进行比较。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述干气密封件的操作条件是基于旋转速度跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触两者的发生的所述关联。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述干气密封件的操作条件包括以下步骤中的一者：将跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离的发生相关联的旋转速度与起离速度阈值进行比较、以及将跟所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触的发生相关联的旋转速度与触及阈值进行比较。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，确定何时发生所述第一密封面与所述第二密封面的所述分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的所述接触中的一者是基于来自所述干气密封系统的声发射传感器的信号。
21.一种干气密封件，其包括：
定子部分，其具有第一密封面；
转子部分，其具有第二密封面，其中，所述第一密封面和所述第二密封面被构造成在可旋转轴和固定壳体之间形成密封；
多个敏感元件，其被构造成响应于所述可旋转轴的旋转而旋转；
速度传感器，其相对于所述定子部分至少部分地被固定，所述速度传感器被构造成感测所述多个敏感元件；并且
其中，所述速度传感器被构造成基于感测所述多个敏感元件在低于一千（1,000）转每分（RPM）的速度下感测所述可旋转轴的旋转速度。
22.根据权利要求21所述的干气密封件，其中，所述多个敏感元件包括多个槽。
23.根据权利要求22所述的干气密封件，其中，所述多个槽中的一个或多个包括凹口，所述凹口被构造成由所述速度传感器感测以指示所述可旋转轴的旋转方向。
24.根据权利要求22所述的干气密封件，其中，所述多个槽中的一个或多个包括轴向延伸的渐缩部。
25.根据权利要求24所述的干气密封件，其中，所述轴向延伸的渐缩部相对于垂直于所述可旋转轴的旋转轴线的平面以五十五（55）度渐缩。
26.根据权利要求21所述的干气密封件，其中，所述多个敏感元件安置在所述转子部分上。
27.根据权利要求21所述的干气密封件，其进一步包括：
轴环，其联接到所述可旋转轴并被构造成与所述可旋转轴一起旋转；并且
其中，所述多个敏感元件安置在所述轴环上。
28.根据权利要求21所述的干气密封件，其中，所述速度传感器是霍尔效应传感器。
29.根据权利要求21所述的干气密封件，其进一步包括：
处理器，其被构造成接收来自所述速度传感器的输出；并且
其中，所述处理器被构造成使用来自所述速度传感器的所述输出来确定所述转子部分相对于所述定子部分的轴向位置。
30.根据权利要求21所述的干气密封件，其进一步包括：
声发射传感器，其相对于所述定子部分至少部分地被固定；并且
其中，所述声发射传感器被构造成感测指示所述第一密封面相对于所述第二密封面的操作条件的声音。
31.一种干气密封监测系统，其包括：
干气密封件，其具有第一密封面和第二密封面，其中，所述干气密封件是可定位的，以在固定壳体和可旋转轴之间形成密封；
轴环，其被构造成与所述可旋转轴一起旋转；
多个敏感元件，其安置在所述轴环上；
速度传感器，其被构造成在安置于所述轴环上的所述多个敏感元件响应于所述可旋转轴的旋转而旋转时感测所述多个敏感元件；
声发射传感器，其被构造成监测所述第一密封面相对于所述第二密封面的操作条件；以及
处理器，其被构造成接收来自所述速度传感器的第一信号和来自所述声发射传感器的第二信号并且基于所述第一信号和所述第二信号针对所述操作条件来确立基线速度。
32.根据权利要求31所述的监测系统，其中，所述处理器被构造成通过将所述第二信号出现时的所述第一信号与所述基线速度进行比较来监测由所述速度传感器感测的速度随时间的变化。
33.根据权利要求31所述的监测系统，其中，来自所述声发射传感器的所述第二信号指示所述第一密封面与所述第二密封面的分离以及所述第一密封面与所述第二密封面的接触中的一者。
34.根据权利要求31所述的监测系统，其中，所述速度传感器被构造成感测所述多个敏感元件并且基于感测所述多个敏感元件在低于一千（1,000）RPM的速度下感测所述可旋转轴的速度。
35.根据权利要求31所述的监测系统，其中，所述速度传感器被构造成感测所述多个敏感元件并且基于感测所述多个敏感元件在低于五百（500）RPM的速度下感测所述可旋转轴的速度。
36.根据权利要求31所述的监测系统，其中，所述处理器被构造成基于从所述速度传感器接收到的所述第一信号来确定所述可旋转轴的所述旋转方向。
37.根据权利要求31所述的监测系统，其中，所述处理器被构造成基于从所述速度传感器接收到的所述第一信号来确定所述可旋转轴相对于所述固定壳体的轴向位置。
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