CN116615641A - 用于监测滑环密封组件的方法和滑环密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测滑环密封组件(1)的方法，包括步骤：在测试台(11)上获取单独的滑环密封组件(1)的运行数据，其中获取的运行数据被限定为标称数据(17)；将单独的滑环密封组件(1)安装在密封系统(12)中；获取在安装于密封系统(12)的状态下的单独的滑环密封组件(1)的运行数据，其中获取的运行数据被限定为实际数据(18)；和将标称数据(17)与实际数据(18)进行比较。

Description

用于监测滑环密封组件的方法和滑环密封组件

技术领域

本发明涉及一种用于基于单独的滑环密封组件的测试台数据和运行数据来监测滑环密封组件的方法，以及一种具有用于实施该方法的计算机单元的滑环密封组件和一种具有这种滑环密封组件的机器、尤其是压缩机。

背景技术

由现有技术已知滑环密封组件的不同的设计方案。滑环密封组件在此承担在不同的机器和设备处的重要的密封功能，其中尤其地需要对危及环境的介质进行密封。因此，在滑环密封组件的使用寿命内，安全密封是必要的。在这种情况下，应具有对滑环密封组件进行监测的能力，尤其要提前识别滑环密封组件的可能发生的失效并在必要时执行相应的对策、例如缩短维护间隔等。在此例如已知，将温度传感器尽可能靠近滑环密封组件的滑环地安装，以监测滑环密封件的构件的温度。当达到临界温度时，这可能表明滑环密封组件可能具有技术问题。然而在此的一个问题是，滑环密封组件通常不是批量构件，而是在例如关于滑环的直径的几何方面以及在关于压力、温度、各种介质的各种应用条件方面针对相应的应用目的而单独的设计的。因此，对滑环密封组件的通用的温度监测并不能总是足以对滑环密封组件的状态进行有说服力地评估。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于监测滑环密封组件的方法、一种滑环密封组件和一种机器，其能够以简单的构造和简单的、经济高效的制造实现对滑环密封组件的改善的监测。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求12的特征的滑环密封组件和具有权利要求15的特征的机器来实现。从属权利要求分别示出了本发明的优选的改进方案。

根据本发明的具有权利要求1的特征的用于监测滑环密封组件的方法的优点是，可以实现各个滑环密封组件的精确且单独的监测。由此明显改善了单独地针对相应的滑环密封组件的获取的数据的说服力。因此根据本发明，对于每个单独的滑环密封组件使用单独的数据用于监测。根据本发明，这是通过以下方式实现的，即在密封系统中的实际运行之前，滑环密封组件单独地在测试台上运行并在此获取测试台数据，该测试台数据被限定为标称数据。因此，可以在测试台上生成单个滑环密封组件的单独的标称数据。随后，以这种方式检验的滑环密封组件安装密封系统中，并且然后获取在安装状态下在密封系统中安装的单独的滑环密封组件的运行数据，其中获取的数据被限定为实际数据。随后，执行标称数据与实际数据的标称-实际比较，以监测滑环密封组件。因此可以获得用于每个滑环密封组件的单独的数据，并且因此也可以限定单独的阈值和/或指示单独的滑环密封组件可能的失效或问题的其他数据。

单独的滑环密封组件的测试台数据和/或运行数据例如包括温度、压力、泄漏、转速、间隙高度、振动和/或结构噪声。附加地，环境数据、例如待密封的介质的温度、环境温度、待密封的介质的压力、待密封的介质的类型等可以包含在监测中。

因此，通过本发明的方法可以在最短的时间内以最高的精确度执行涉及滑环密封组件的监测的单独的表述(Aussagen)。尤其地，监测的计算复杂程度低，使得可以在无需长计算时间的情况下进行实时监测。标称-实际比较在此尤其可以在单独的滑环密封组件的任何运行点执行。

优选地，在确认标称数据与实际数据之间的偏差高于预定的阈值时，根据本发明的方法执行对策和/或输出警告。作为对策，例如可以降低滑环密封组件的转速或例如通过提高阻隔流体的流动速度来加强冷却。此外，也可以改变介质的压力和/或供应介质的压力。

进一步优选地，实际数据被应用在所安装的单独的滑环密封组件的数字孪生体中，以在数字孪生体上执行单独的滑环密封组件的模拟。数字孪生体在此形成需监测的真实的滑环密封组件的数字图像。数字孪生体在此基于数学计算方法以及滑环密封组件的单独的几何量和物理量并且基于获取的单独的运行数据和/或获取的单独的环境数据和/或基于过去的运行数据和/或环境数据实施模拟。

优选地，在数字孪生体中生成的模拟数据与测试台的标称数据进行比较。

进一步优选地，针对在数字孪生体中的模拟，使用与要监测的滑环密封组件相同的结构序列的滑环密封组件的其他单独的标称数据和/或实际数据。由此可以显著地扩大用于监测的数据池，从而在监测方面实现更好的结果。

优选地，在测试台上获取单独的滑环密封组件的运行数据时，仅点状地针对滑环密封组件的不同的运行状态获取标称数据。然后借助插值(Interpolation)来确定在点状的被获取的运行状态之间的中间数据，其处于各个点状的数据之间。因此，在测试台上在短的测量时间内可以获得标称数据的完整的标称数据序列。由此然后在运行中，即在单独的滑环密封组件的安装状态下，可以在滑环密封组件的每个任意的运行点进行监测。

特别优选地，当在数字孪生体中进行单独的滑环密封组件的模拟时确定滑环密封组件的泄漏值，并将该泄漏值用作用于控制在密封系统中的滑环密封组件的控制变量。如果滑环密封组件的单独的泄漏例如超过预定的泄漏阈值，这表明可能存在问题。在此，单独地针对每个单个滑环密封组件单独地确定单独的泄漏阈值。

进一步优选地，由测试台获取的标称数据随时间与过去的实际数据进行适配(anpassen)。由此在标称-实际比较时也可以考虑滑环密封组件随时间的一定磨损。

优选地，单独的滑环密封组件的获取的运行数据选自以下数据：温度、压力、转速、经由滑环密封件的泄漏、滑环密封件的间隙高度、滑环密封件的滑环处的振动、结构噪声、表面噪声、滑环的应力和/或变形、滑环的滑动面处发生接触和/或滑环密封件的滑环处的磨损。

数字孪生体优选地被配置成学习系统，使得通过在单独的滑环密封组件的运行中的经验和/或附加地还通过相同结构序列的其他的滑环密封组件的运行中的经验进行数字孪生体的持续调整和升级。

进一步优选地，计算机单元将标称数据与实际数据比较的比较结果供给至机器控制部。机器控制部被设置用于控制机器、尤其是压缩机。机器控制部在此基于标称-实际比较的比较结果将控制指令传输至机器。由此例如可以调整机器的转速，从而自动地调整滑环密封组件的转速，这是因为具有旋转滑环的滑环密封组件布置在机器的轴上。由此可以改变例如产品区域中的压力，使得滑环密封组件的密封参数相应地改变，滑环密封组件在该产品区域处密封。例如，在机器转速的转速降低的情况下，通过滑环密封组件处的同时的转速降低可以降低引入到滑环密封组件中的热量。

根据本发明的另一种优选设计方案，滑环密封组件包括供应系统，该供应系统向滑环密封件供应阻隔流体。机器控制部在此被配置用于，将控制指令输出至供应系统，该控制指令基于来自测试台的标称数据与滑环密封组件的实际数据的标称-实际比较的比较结果。例如可以将传输至供应系统的控制指令设置成，使得改变阻隔流体的温度、阻隔流体的压力和/或阻隔流体的体积流量。供应系统在此优选地包括加热器件和/或冷却器件及自身的循环装置、例如自身的压缩机，以改变阻隔流体的压力和/或质量流量。

特别优选地，供应系统的测量数据被传输至机器控制部，其中机器控制部被配置用于，基于测量数据将控制指令输出至供应系统和/或机器。例如，涉及供给至滑环密封件的阻隔流体的状态和/或从滑环密封件被引导回的阻隔流体的状态的测量数据可以被获取并被传输至机器控制部。测量数据例如可以是阻隔流体的温度、阻隔流体的压力、阻隔流体的质量流量和被引导回的阻隔流体的污染。此外，本发明涉及一种滑环密封组件，包括具有旋转滑环和静止滑环的滑环密封件，旋转滑环和静止滑环在其滑动面之间限定密封间隙。滑环密封件在此包括多个传感器，以获取滑环密封件的不同的运行数据和/或环境数据。此外，滑环密封组件包括计算机单元，计算机单元被配置用于，执行单独的标称数据与被传输至计算机单元的单独的实际数据的比较。

优选地，计算机单元包括单独的滑环密封组件的数字孪生体，其中计算机单元被配置用于，在数字孪生体上基于获取的运行数据和/或环境数据以及滑环密封组件的已存在的单独的数据和/或滑环密封组件的相同结构序列的数据来模拟真实的滑环密封组件的运行。由此可以实时地实现对滑环密封组件的精确监测。

进一步优选地，计算机单元被配置用于，在测试台处获取在多个单个的支撑点(Stützpunkt)处的标称数据并在相邻的控制点之间实施数据的插值，以确定标称数据的连续数据的序列。由此可以在最短的时间内在测试台上执行标称数据的获取，并且也还可以降低计算机单元所需的计算能力。

进一步优选地，计算机单元被配置用于，针对模拟，使用与待监测的滑环密封组件相同结构序列的滑环密封组件的其他单独的标称数据和/或实际数据。由此可以改进监测的精确性并且尤其基于单独的滑环密封件的泄漏值的监测尤其也能够实现在滑环密封组件的未来的失效可能性方面的表述。

根据本发明的滑环密封组件优选是气体润滑的滑环密封组件，并且进一步优选地应用在压缩机中。

此外，本发明涉及一种机器、尤其是压缩机，其包括根据本发明的滑环密封组件以及机器控制部，该机器控制部被配置用于，操控机器和/或滑环密封件的供应系统。特别优选地，机器控制部在此被配置用于，基于供应系统的测量数据、尤其是供应系统的阻隔流体的压力、温度、质量流量和/或被引导回的阻隔流体的污染来控制(verarbeiten)供应系统并输出相应的控制指令。

附图说明

下文参照附图详细描述本发明的优选实施例。附图中：

图1示出了示出了根据本发明的第一优选实施例的方法的执行以及滑环密封组件的示意图，以及

图2示出了根据本发明的第二实施例的方法和滑环密封组件以及机器的示意图。

具体实施方式

下文参照图1详细描述根据第一实施例的用于监测滑环密封组件1的方法以及可以利用根据本发明的方法监测的滑环密封组件1。图1示意性地示出了用于监测滑环密封组件1的方法的流程以及滑环密封组件1的细节。

滑环密封组件1包括滑环密封件2，该滑环密封件具有旋转滑环3和静止滑环4。在旋转滑环3和静止滑环4的两个密封面之间限定密封间隙5。

滑环密封件2在此在轴6处使产品区域8与大气区域9密封。附图标记7在此表示滑环密封组件1的壳体，静止滑环4布置在该壳体处。

在滑环密封组件1中还集成有多个传感器10，传感器在图1中示意性示出。传感器10可以在此布置在壳体中或壳体处并且也还可以布置在静止滑环3和/或旋转滑环4处。传感器也可以定位在轴6处。

传感器10被配置用于获取不同的运行参数，例如温度、压力、转速、滑环密封件的泄漏、密封间隙5处的间隙高度、滑环3、4处的振动、结构噪声、表面噪声、滑环3、4的应力和/或变形、滑环的滑动面处的接触和/或滑环3、4处的磨损，并限定为运行数据。

附图标记11在此表示测试台，该测试台通常处于滑环密封组件的制造商处。在此，在制造滑环密封组件之后在测试台上对单独的滑环密封组件1进行测试，并且借助布置在测试台处的传感器10以及必要时其他传感器来获取在多个不同的运行点处的运行数据。由此将在测试台11上获取的这些运行数据限定为该单独的滑环密封组件1的标称数据。

标称数据存储在计算机单元13中的存储器14中。计算机单元13还被配置用于以允许在所测量的两个运行点之间对运行数据插值的方式对在多个运行点处获取的运行数据进行处理在。这被实施用于所有获取的运行参数，从而用于不同的运行参数的多个标称数据序列用作标称值。

计算机单元13还包括比较器15和数字孪生体16。数字孪生体16是在密封系统12中的单独的滑环密封组件1的数字图像，在该密封系统中随后在应用中安装单独的滑环密封组件1。

在测试台11上获取到运行数据之后，然后将单独的滑环密封组件1安装在密封系统12、尤其是压缩机中。

然后在密封系统12中运行时，获取在滑环密封组件1的不同运行点处的实际数据18，并将其传输至计算机单元13。因此，在在客户处的密封系统12中在运行中查明的运行数据形成实际数据18。

然后在计算机单元13中在比较器15中将标称数据17与实际数据18相互比较。此外，将标称数据17和实际数据18传输至数字孪生16并且在那里模拟滑环密封组件1的运行。

计算机单元13还被配置用于，在必要时将运行指令19输出至密封系统12，以在识别到临界运行状态时启动相应的对策，例如通过冷却剂泵等的转速提高或降低轴6的转速来增强冷却，以避免在滑环密封件2处的严重损坏。

数字孪生体16优选地被设计为学习系统，并且因此随着滑环密封组件1的增加的运行时间也可以处理数量越来越多的实际数据，由此例如随着时间的推移能够对密封系统12中的滑环密封组件1的不同运行数据进行趋势分析。由此在出现问题时例如可以提前进行识别并执行相应的对策。

应注意，计算机单元13也可以附加地使用结构序列相同的其他的滑环密封组件的外部数据，该其他的滑环密封组件例如具有不同的直径或者在不同的运行条件和环境条件、例如不同的压力和/或温度和/或不同的介质的情况下被使用。

因此，本发明能够利用标称-实际比较来执行实时密封监测，以确保滑环密封组件1的按规定的运行。在此可以执行在滑环密封组件的测试台数据、模拟数据和实际数据之间的比较，并且在必要时采取相应的措施。在此，优选地使用滑环密封件2的在密封间隙5之上的泄漏作为控制变量，这是因为在大多数应用情况下必须避免介质可能从产品区域8进入大气区域9中的大气中。因为能够在密封系统12的应用范围内实现将单独的滑环密封组件1的测试台数据与该滑环密封组件1的真实的实际数据进行比较并且不能将实际数据与例如在设计滑环密封组件1时确定的理论数据进行比较，所以可以实现对滑环密封组件1的更精确和更快速的监测。附加地，可以借助来自数字孪生体16的模拟数据进行进一步监测。在此，可以以低计算耗费并且以很短的时间执行监测，使得在必要时也可以快速地启动对策。

图2示出了根据本发明的第二实施例的方法、滑环密封组件1和具有密封系统12的机器121。相同的或功能上相同的零件用与在第一实施例中相同的附图标记表示。为了更加清晰，图2中未示出测试台11，测试台数据17(标称数据)从该测试台被传输至计算机单元13，但测试台当然是存在的。

在该实施例中，滑环密封组件1附加地包括用于滑环密封件2的供应系统20，该供应系统将阻隔流体21供给至滑环密封件2。阻隔流体的回流22从滑环密封件2被引导回至供应系统20。供应系统通常包括：多个器件，例如用于清洁阻隔流体21的器件、用于加热或冷却阻隔流体的器件；以及输送单元，用于将阻隔流体运输至滑环密封组件1。

此外，在第二实施例中设有机器控制部23，其被配置用于生成控制数据252并操控机器121、例如压缩机。机器控制部23还被配置用于也向供应系统20供给控制数据251，以控制供应系统。由此例如可以调整阻隔流体的温度、阻隔流体的压力和/或阻隔流体的质量流量。

还从图2可见，计算机单元13被配置用于，除了将运行指令和/或传输回的数据传输至机器121以及尤其至滑环密封组件1，还将比较数据直接供给至机器控制部23。这在图2中借助箭头192示出。

因此，机器控制部23将标称数据17与实际数据18的比较(在计算机单元13中执行)的比较结果进行传输。在此，机器控制部23被配置用于，基于比较结果将控制指令252传输至机器121。在此，尤其地可以调节机器121的转速。因为滑环密封组件1布置在与机器121相同的轴6上，所以转速调节也对滑环密封件2有直接影响。此外，机器控制部23被配置用于，基于比较结果将控制指令251传输至供应系统20。由此可以在供应系统20处例如调整阻隔流体21的温度、压力和/或质量流量。

还从图2可见，向机器控制部23还供给测量数据24，这些测量数据取自供应系统20的供应循环回路。这种测量数据例如可以是阻隔流体的压力、阻隔流体的温度、阻隔流体的质量流量和/或阻隔流体的污染程度。相应地，机器控制部23然后可以直接将控制数据251传输至供应系统20，以预防滑环密封件2的失效。优选地，机器控制部23基于测量数据24也可以将控制数据252传输至机器121，以尤其调节机器的转速并且相应地控制机器121。

通常，机器控制部23和供应系统20布置在滑环密封组件1的用户处。然而如图2示意性所示地，也可以考虑将比较结果传输至云27，即滑环密封组件的用户的运行区域之外的区域(箭头193)。然后可以将数据从云27例如被用于机器操作员26，机器操作员可以借助计算机261手动生成给机器控制部的控制指令195。替选地，来自云27的比较结果也可以被直接传输至机器控制部23(箭头194)并在机器控制部23中进行处理。

在其他方面，该实施例对应于前述实施例，因此可以参考那里给出的说明。

除了本发明的上述书面说明外，在此明确参考本发明的在图1和图2中的图示用于补充其公开内容。

附图标记列表

1 滑环密封组件

2 滑环密封件

3 旋转滑环

4 静止滑环

5 密封间隙

6 轴

7 壳体

8 产品区域

9 大气区域

10 传感器

11 测试台

12 密封系统

13 计算机单元

14 存储器

15 比较器

16 数字孪生体

17 标称数据

18 实际数据

19 运行指令/传输回的数据

20 供应系统

21 阻隔流体(供给)

22 阻隔流体的回流

23 机器控制部

24 测量数据

26 机器操作员

27 云

121 机器/压缩机

192 比较结果从计算机单元13至机器控制部23的传送

193 比较结果从计算机单元13至云27的传送

194 比较结果从云27至机器控制部23的传送

195 由机器操作员输入的针对机器控制部23的控制指令

251 用于供应系统的控制数据

252 用于机器的控制数据

261 机器操作员的计算机

Claims (15)

1.一种用于监测滑环密封组件(1)的方法，包括步骤：

-在测试台(11)上获取单独的滑环密封组件(1)的运行数据，其中获取的所述运行数据被限定为标称数据(17)，

-将单独的所述滑环密封组件(1)安装在密封系统(12)中，

-获取在安装于所述密封系统(12)的状态下的单独的所述滑环密封组件(1)的运行数据，其中获取的所述运行数据被限定为实际数据(18)，和

-将所述标称数据(17)与所述实际数据(18)进行比较。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在确认所述标称数据(17)与所述实际数据(18)之间的偏差高于预定的阈值时，输出警告和/或执行对策的启动。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述实际数据(18)被应用在数字孪生体(16)中，以在所述数字孪生体(16)上执行所述滑环密封组件(1)的模拟，其中所述数字孪生体是在所述密封系统(12)中安装的所述滑环密封组件(1)的数字图像。

4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述数字孪生体(16)中生成的模拟数据与所述标称数据(17)进行比较。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中针对在所述数字孪生体(16)中的所述模拟，附加地使用属于与单独的所监测的所述滑环密封组件(1)相同的结构序列的其他的滑环密封组件的其他标称数据和/或实际数据。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在在所述测试台(11)上获取单独的所述滑环密封组件(1)的所述运行数据的步骤中，在所述测试台(11)上仅点状地针对不同的运行状态获取标称数据(17)，并且借助插值来确定处于各个点状地获取的运行数据之间的中间数据，以生成完整的标称数据序列。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中当在所述数字孪生体(16)中进行所述模拟时确定所述滑环密封组件(1)的泄漏值，并将所述泄漏值用作用于控制在所述密封系统(12)中的单独的所述滑环密封组件(1)的控制变量。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中实时地执行所述滑环密封组件(1)的监测，和/或其中根据所有随时间获取的数据执行趋势分析。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述标称数据(17)与实际数据(18)比较的比较结果被供给至机器控制部(23)，其中所述机器控制部(23)被配置用于，基于所述比较结果确定和传输给机器(121)的控制指令(252)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述机器控制部(23)还被配置用于，基于所述比较结果确定和传输用于供应系统(20)的控制指令(251)，其中所述供应系统向所述滑环密封件(2)供应阻隔流体(21)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述供应系统(20)的测量数据(24)被传输至所述机器控制部(23)，其中所述机器控制部(23)被配置用于，基于所述测量数据(24)将控制指令输出至所述机器(121)和/或所述供应系统(20)。

12.一种滑环密封组件(1)，包括：

-具有旋转滑环(3)和静止滑环(4)以及多个传感器(10)的滑环密封件(2)，所述旋转滑环和所述静止滑环在其滑动面之间限定密封间隙(5)，其中所述传感器(10)被配置用于，获取在所述密封系统(12)中的所述滑环密封组件(1)的不同的运行数据和/或环境数据作为实际数据(18)，和

-具有存储器(14)的计算机单元(13)，在所述存储器中存储所述滑环密封组件(1)的在测试台上获取的单独的运行数据作为标称数据(17)，

-其中所述计算机单元(13)被配置用于，实施所述标称数据(17)与所述实际数据(18)的比较。

13.根据权利要求12所述的滑环密封组件(1)，其中所述计算机单元(13)还具有所述滑环密封组件(1)的数字孪生体(16)，其中所述数字孪生体(16)被配置用于，借助所述滑环密封组件(1)的所述实际数据(18)模拟所述滑环密封组件(1)的运行。

14.根据权利要求12或13所述的滑环密封组件(1)，

-其中所述滑环密封组件(1)的在所述测试台(11)上获取的标称数据(17)是多个单个的控制点，并且所述计算机单元(13)被配置用于，在相邻的控制点之间实施插值，以分别生成在所述测试台上获取的运行数据的标称数据序列，和/或

-其中所述计算机单元(13)被配置用于，实施所述数字孪生体(16)的所述模拟数据与所述标称数据(17)和/或所述实际数据(18)的比较和/或将运行指令(19)输出至所述密封系统(12)中的所述滑环密封组件(1)。

15.一种机器、尤其是压缩机，包括：

-根据权利要求12至14中任一项所述的滑环密封组件；和

-机器控制部(23)，所述机器控制部被配置用于，将控制指令输出至所述机器(121)和/或至用于向所述滑环密封件(2)供应阻隔流体(21)的供应系统(20)。