CN114787543A - 具有监测功能的滑环密封组件及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑环密封装置，滑环密封装置包括：滑环密封件(2)，滑环密封件具有旋转滑环(3)和静止滑环(4)，在旋转滑环和静止滑环之间限定密封间隙(5)，其中旋转滑环(3)具有带有第一信息结构(6)的第一滑动表面(30)，其中静止滑环(4)具有带有第二信息结构(7)的第二滑动表面(40)，其中第一信息结构(6)和第二信息结构(7)在重叠区域(16)中至少部分地重叠；用于检测由第一信息结构(6)在移动经过第二信息结构(7)时产生的声音和/或振动的至少一个传感器(8)；以及评估单元(10)，其被配置为将检测到的声音和/或检测到的振动与设定值进行比较并且输出比较结果。

Description

具有监测功能的滑环密封组件及其方法

技术领域

本发明涉及一种具有通过声音和/或振动进行监测的功能的滑环密封装置以及一种用于监测滑环密封件的方法。

背景技术

从现有技术中已知各种设计的端面滑环密封装置。在工作期间，例如，固体颗粒可能到达旋转滑环的和静止滑环的滑动表面之间并导致滑动表面损坏。这可能降低滑环密封件的气密性，从而可能导致泄漏增加。因此例如可能在再循环的阻隔流体中检测到这种泄漏，并且可能要更换滑环密封件。然而在实践中，在更换这种滑环密封件之前需要一定的时间。这可能导致其中配置有用于密封的滑环密封件的机器停机时间较长，并且给机器的操作者带来很大的烦恼。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种滑环密封装置和一种尽可能早地检测滑环密封件的磨损和/或损坏等且能实现滑环密封装置被及早更换的方法。

该目的将通过具有权利要求1的特征的滑环密封装置以及方法得以实现，相应的从属权利要求示出本发明的进一步优选的实施方式。

对此，根据本发明的具有权利要求1的特征的滑环密封装置具有可以及早检测滑环密封件中发生的任何改变的优点。这能够在滑环密封装置的任何实际故障事件之前很久作出关于是否要更换滑环密封装置的决定。因此，可以已经准备好合适的滑环密封装置并且随后可以在机器用户所在在机器的短暂宕机时间内进行更换。根据本发明，这将通过包括滑环密封件的滑环密封装置得以实现，该滑环密封件包括旋转滑环和静止滑环，在旋转滑环和静止滑环之间限定密封间隙。旋转滑环包括具有第一信息结构的第一滑动表面，并且静止滑环包括具有第二信息结构的第二滑动表面。第一信息结构和第二信息结构在两个滑动表面上设置成在重叠区处存在至少部分的重叠。在这种情况下，重叠意味着，第一信息结构和第二信息结构在径向方向上至少部分地配置在相同的径向高度处。优选地，第一信息结构和第二信息结构完全重叠。此外，滑环密封装置包括用于检测由第一信息结构移动经过第二信息结构产生的声音和/或振动的至少一个传感器。因为在两个滑动表面处的信息结构至少部分地重叠，所以得到可以借助于传感器检测的特征性的声音噪声和/或振动。此外，设置有评估单元，该评估单元被安装用于将检测到的声波和/或检测到的振动与存储的标称值进行比较并且输出比较结果。因此，通过设置信息结构，可以专门检测在出现磨损和/或存在固体颗粒的情况下或在密封间隙中的介质的其他的物理值(诸如压力和/或温度和/或密度)改变的情况下改变的(声)波和振动。基于检测到的声音和/或检测到的振动的改变，就可以推断出滑环密封装置的状况，并且如有必要，可以进行更换。

优选地，第一信息结构和第二信息结构包括在旋转滑环和静止滑环的滑动表面中被限定的凹部。在旋转滑环的滑动表面上的凹部的深度可以与在静止滑环的滑动表面上的信息结构的深度不同。此外，滑动表面中的各个信息结构本身可以具有不同的高度轮廓，例如信息结构内的阶梯式的高度轮廓或凹部内的弓形或波浪形的高度轮廓。进一步优选地，在形成信息结构的滑动表面中设置多个分开的凹部。

设置形式为凹部的信息结构实施起来特别容易且成本低廉，并且能够可靠地检测滑环密封件的改变。例如，如果在静止滑环和旋转滑环的两个滑动表面之间的密封间隙中存在小的固体颗粒，则所述固体颗粒优选地沉降在形成为凹部的信息结构中，从而改变在滑动表面滑动经过彼此时产生的声音和/或振动，然后该声音和/或振动可以借助于传感器被检测。例如，如果密封间隙中的介质的密度改变，例如这是由于进入密封间隙的产品介质的泄漏引起的，也同样适用。

特别优选地，信息结构作为矩形凹部被引入到滑动表面中。它们的制造非常简单且成本低廉，能够实现可靠的声音和/或振动检测。

特别优选地，第一信息结构包括第一子结构和第二子结构，它们以在滑环的径向方向上不同的高度配置在旋转滑环的滑动表面上。进一步优选地，第二信息结构包括第三子结构和第四子结构，它们以在滑环的径向方向上不同的高度配置在静止滑环的滑动表面上。在这种情况下，子结构被配置成，在旋转时，第一子结构移动经过第三子结构，并且第二子结构移动经过第三子结构。

为了最准确地检测振荡和/或振动，传感器优选地直接配置在滑环之一上、特别是在静止滑环或静止部件上。进一步优选地，传感器直接配置在滑环之一的后侧上、特别是静止滑环的后侧上。

为了使信息结构不会极大妨碍滑动表面并因此妨碍滑环密封件的密封能力，信息结构优选地配置在于滑动表面中设置的凹槽中。凹槽例如是螺旋凹槽，其用于在机器启动时使滑环能够尽可能快地彼此脱离。替选地，信息结构被邻近在滑动表面中的凹槽地配置。

根据本发明的特别优选的实施方式，信息结构被配置在旋转滑环和静止滑环的滑动表面上，使得当信息结构移动经过彼此时产生特征性的信号或旋律。因此，例如，可以设置鸣唱的滑环密封件，并且可以通过改变特征性的信号或旋律可靠地检测滑环或滑动表面中的任何改变。

当评估单元优选地被配置为确定由信息结构产生的多个振幅的振幅比时，能提供一种特别快速且简单的方式来进行评估。这使得能够迅速评估检测到的声音信号和/或振动信号。

优选地，用于检测声音和/或振动的传感器是固体声传感器或加速度传感器。固体声传感器优选地配置在壳体或固定部件上。

本发明还涉及一种用于监测滑环密封件的方法，该滑环密封件包括旋转滑环和静止滑环，其中在滑环的每个滑动表面上存在至少一个信息结构。在工作期间，该方法包括以下步骤：记录由信息结构在移动经过彼此时产生的声音信号和/或振动信号，并将记录的声音信号和/或振动信号与存储的声音信号和/或振动信号进行比较以确定偏差。

优选地，滑环密封件的状态是从记录的声音信号和/或振动信号中推导出来的。

进一步优选地，当检测到声音信号和/或振动信号与存储的声音信号和/或振动信号的预定偏差时，发出维护消息。例如，该消息可以直接发送给滑环密封装置的制造商或负责维护的公司，从而可以立即开始滑环密封装置的可行更换的措施。

为了实现检测到的信号的最高可能的精确度，优选地在滑环中的一个滑环处、特别是静止滑环或滑环支架处直接检测声音和/或振动。

附图说明

下面将参考附图详细描述本发明的优选实施方式，在附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施方式的滑环密封装置的示意图，

图2示出了图1的旋转滑环的滑动表面的示意性部分俯视图，

图3示出了图1的静止滑环的滑动表面的示意性部分平面图，

图4示出了表示由图2和图3的滑环上的信息结构产生的声压与时间的图表，

图5示出了根据本发明的第二实施方式的旋转滑环的滑动表面的示意性部分平面图，

图6示出了根据本发明的第二实施方式的静止滑环的滑动表面的示意性部分平面图，

图7示出了根据本发明的第三实施方式的旋转滑环的滑动表面的示意性俯视图，

图8示出了沿着图7的线VIII-VIII的示意性剖视图，以及

图9示出了根据本发明的第四实施方式的旋转滑环的滑动表面的示意性平面图。

具体实施方式

下面参考图1至图4详细描述根据本发明的第一优选实施方式的滑环密封装置1。

如可以从图1中看到的那样，滑环密封装置1包括具有中轴线X-X的滑环密封件2、旋转滑环3和静止滑环4。在旋转滑环3和静止滑环4之间限定有密封间隙5。

滑环密封件2将产品区12相对气氛区13密封。

图2和图3分别相应地示出了旋转滑环3和静止滑环4的滑动表面。如可以从图2中看到的那样，第一信息结构6设置在旋转滑环3的滑动表面30上。第二信息结构7设置在静止滑环4的滑动表面40上。在该示例性实施方式中，三个单个的信息结构7a、7b、7c形成第二信息结构7。

如可以从图2和图3中进一步看到的那样，信息结构6、7部分地配置在滑动表面30、40上的相同的径向高度处。

如可以从图1中详细看到的那样，这导致信息结构6、7在径向方向上具有重叠区域16，该重叠区域的中心位于半径R1上。这确保了在工作期间，当旋转滑环3随着轴11旋转时，信息结构在旋转过程中移动经过彼此。

如可以从图1中进一步看到的那样，该实施方式的信息结构6、7是滑动表面上的矩形凹部。凹部的深度优选地为约1至2μm。设置为凹部的信息结构可以具有相同的宽度或者不同的宽度。如可以从图3中看到的那样，信息结构也可以在径向方向上具有不同的长度。

当设置在旋转滑环3上的第一信息结构6在工作期间滑动经过包括三个单个的信息结构的第二信息结构7时，产生特征性的声音信号。这在图4的图表中示出。

图4示出了以帕斯卡为单位的声压P随着以秒s为单位的时间t的声压曲线14。如可以从图表中看到的那样，得出特征性振幅15。因为第二信息结构7包括三个不同的、单个的信息结构71、72、73，所以得出振幅15的不同高度。

如图1所示，传感器8直接配置在静止滑环4的后侧41上。传感器8检测由第一信息结构6和第二信息结构7滑动经过彼此产生的声音和/或振动。传感器8连接至评估单元10，该评估单元与静止滑环4一起配置在壳体9上。

评估单元10被配置为将检测到的声音信号和/或检测到的振动信号与存储的目标值进行比较并且输出比较结果。如果比较显示设定值与实际值之间的偏差很大，则滑环密封件的制造商或负责进行维护的任何公司可以立即作出反应。

因此，可以实现对滑环密封装置1的监测，以便尽可能早地检测故障的危险并且采取适当的对策，诸如更换滑环密封装置。在该背景下，监测可以是成本非常低廉的且设计简单。特别地，可以以简单的方式确定在中轴线X-X的方向上在滑环3、4的滑动表面之间的平均间隙高度，即竖直距离。因此，即使在工作期间监测滑环密封件，也可以确定密封间隙5是否改变，特别是作为所谓的A形间隙(即密封间隙5径向向内敞开)或者作为所谓的V形间隙(即密封间隙径向向外敞开)。

此外，可以基于振幅比进行监测，从而可以省去信号水平的绝对校准。还可以简单地将信息结构6、7产生的信号与来自其他源的可能存在的其他信号区分开。

还应注意的是，用于检测来自信息结构的信号的传感器、例如固体声传感器，也可以已经存在于待密封的机器上并且可以连接至评估单元10。也可以通过安装具有信息结构的滑环来实现现有的滑环密封装置的改装。

还应注意的是，第一信息结构6和第二信息结构7也可以设计成，产生人耳实际可听到的声音。在这方面，也可以考虑借助于信息结构产生某些旋律，从而以此方式也可以容易地通过人耳听觉检测到改变。

图5和图6示出了根据本发明的第二实施方式的滑环密封装置1。如可以从图5和图6中看到的那样，配置在旋转滑环3上的第一信息结构6包括第一子结构61和三个第二子结构62、63、64。如可以从图6中进一步看到的那样，静止滑环4具有包括三个第三子结构71、72、73和一个第四子结构74的第二信息结构7。

如可以从图5和图6中看到的那样，第一子结构61和第三子结构71、72、73的区在此配置在相同的第一半径R1上。第二子结构62、63、64和第四子结构74的区配置在相同的第二半径R2上。第二半径R2明显小于第一半径R1。因此，通过配置在第一半径R1上的子结构可以产生第一声音信号和/或第一振动信号，并且通过配置在第二半径R2上的子结构可以产生第二声音信号和/或振动信号。以此方式，可以明显地增进监测的精确性，并且特别地可以可靠地检测密封间隙5的间隙高度。

图7和图8示出了根据本发明的第三实施方式的滑环密封装置。如可以从图7中看到的那样，在第三示例性实施方式中，在旋转滑环3上示出具有三个子结构65、66、67的第一信息结构6。如可以从图8的剖视图中看到的那样，三个子结构65、66、67分别具有不同的深度T1、T2和T3。

因此，在该实施方式中，三个子结构集成在形成为凹部的第一信息结构6中。如图8所示，子结构的深度呈阶梯状变化。静止滑环上的第二信息结构(未示出)则可以以与旋转滑环3上相同的方式形成，或者可以如前述示例性实施方式中那样由静止滑环的滑动表面中的若干个分开的凹部形成。

图9示出了根据本发明的第四实施方式的滑环密封装置。在第四示例性实施方式中，在滑动表面中设置有多个凹槽17。凹槽17具有仅几微米的深度，其中在旋转滑环的滑动表面30中第一信息结构6'配置在凹槽17中并且另一第一信息结构6”设置在凹槽17之外。信息结构6'、6”又形成在不同的半径R1、R2上，以便可靠地检测特别是密封间隙的间隙高度。

在其他方面，该示例性实施方式类似于前述示例性实施方式，从而参照前述描述即可。

一般来说，应该注意，对于所有实施例，第一信息结构6和第二信息结构7的设计的任何组合都是可行的。形成为凹部的第一信息结构6和第二信息结构7也可以呈现任何几何形状。例如，还可以将具有连续改变的高度轮廓的凹部设置为信息结构6、7。此外，替选地，除了矩形信息结构之外，还可以设置方形信息结构或圆形或椭圆形信息结构或三角形信息结构。

附图标记列表

1 滑环密封装置

2 滑环密封件

3 旋转滑环

4 静止滑环

5 密封间隙

6、6'、6″ 第一信息结构

7 第二信息结构

7a、7b、7c 单个信息结构

8 传感器

9 壳体

10 评估单元

11 轴

12 产品区

13 气氛区

14 声压曲线

15 振幅

16 重叠区域

17 凹槽

30 旋转滑环的滑动表面

40 静止滑环的滑动表面

41 静止滑环的后侧

61 第一子结构

62、63、64 第二子结构

65、66、67 具有不同深度的子结构

71、72、73 第三子结构

74 第四子结构

R1 第一半径

R2 第二半径

T1 第一深度

T2 第二深度

T3 第三深度

X-X 滑环密封件的轴向方向/中轴线

Claims (15)

1.一种滑环密封装置，包括：

·滑环密封件(2)，所述滑环密封件包括旋转滑环(3)和静止滑环(4)，在所述旋转滑环和所述静止滑环之间限定密封间隙(5)，

·其中所述旋转滑环(3)包括具有第一信息结构(6)的第一滑动表面(30)，

·其中所述静止滑环(4)包括具有第二信息结构(7)的第二滑动表面(40)，

·其中所述第一信息结构(6)和所述第二信息结构(7)在重叠区域(16)中至少部分地重叠，

·用于检测由所述第一信息结构(6)在移动经过所述第二信息结构(7)时产生的声音和/或振动的至少一个传感器(8)，以及

·评估单元(10)，所述评估单元被配置为将检测到的所述声音和/或检测到的所述振动与设定值进行比较并且输出比较结果。

2.根据权利要求1所述的滑环密封装置，其中所述第一信息结构(6)和所述第二信息结构(7)包括在所述滑动表面(30、40)中被限定的凹部。

3.根据权利要求2所述的滑环密封装置，其中所述凹部是矩形凹部或相似物。

4.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封装置，其中所述第一信息结构(6)包括第一子结构(61)和第二子结构(62、63、64)，所述第一子结构和所述第二子结构以在径向方向上不同的高度配置在所述旋转滑环(3)的所述滑动表面上，并且所述第二信息结构(7)包括第三子结构(71、72、73)和第四子结构(74)，所述第三子结构和所述第四子结构以在径向上不同的高度配置在所述静止滑环(4)的所述滑动表面上，使得所述第一子结构和所述第三子结构在第一半径R1上具有重叠区域(16)，并且所述第二子结构和所述第四子结构在第二半径R2上具有重叠区域(16)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封装置，其中所述传感器(8)直接配置在所述滑环中的一个滑环上。

6.根据权利要求5所述的滑环密封装置，其中所述传感器(8)直接配置在所述静止滑环(4)的后侧(41)上或滑环支架上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封装置，其中至少一个滑动表面(30、40)包括设置在所述滑动表面中的凹槽(17)，其中所述第一信息结构和/或所述第二信息结构配置在所述凹槽(17)中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封装置，其中，在工作期间，由所述第一信息结构(6)在移动经过所述第二信息结构(7)时产生特征性的信号或旋律。

9.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封装置，其中所述评估单元(10)被配置为确定由信息结构(6、7)产生的多个振幅的振幅比。

10.根据前述权利要求中任一项所述的滑环密封装置，其中所述传感器(8)是固体声传感器或加速度传感器。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的滑环密封装置，其中所述传感器是配置在壳体上或静止部件上的固体声传感器。

12.一种监测滑环密封件(2)的方法，所述滑环密封件具有旋转滑环(3)和静止滑环(4)，至少一个信息结构(6、7)设置在所述滑环的每个滑动表面(30、40)上，在所述方法中，

·在工作期间，由所述第一信息结构(6)在移动经过所述第二信息结构(7)时产生声音信号和/或振动信号，并且将所产生的所述声音信号和/或振动信号与存储在评估单元(10)中的声音信号和/或振动信号进行比较。

13.根据权利要求12所述的方法，其中基于检测到的所述声音信号和/或所述振动信号推断出所述滑环密封件的状态。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中在检测到的所述声音信号和/或所述振动信号与存储的所述声音信号和/或所述振动信号存在任何预定偏差的情况下，输出消息。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中在滑环或滑环支架、特别是所述静止滑环处直接检测所述声音信号和/或所述振动信号。

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