WO1996024788A1 - Monitoring of pump gasket wear - Google Patents

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WO1996024788A1
WO1996024788A1 PCT/EP1996/000411 EP9600411W WO9624788A1 WO 1996024788 A1 WO1996024788 A1 WO 1996024788A1 EP 9600411 W EP9600411 W EP 9600411W WO 9624788 A1 WO9624788 A1 WO 9624788A1
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WO
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pump
transmission medium
seal
plunger
working space
Prior art date
Application number
PCT/EP1996/000411
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jan G. Sprakel
Ulrich Kleine
Original Assignee
Kamat-Pumpen Gmbh & Co. Kg
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Publication date
Application filed by Kamat-Pumpen Gmbh & Co. Kg filed Critical Kamat-Pumpen Gmbh & Co. Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F04B53/162—Adaptations of cylinders
    • F04B53/164—Stoffing boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/002—Sealings comprising at least two sealings in succession
    • F16J15/004—Sealings comprising at least two sealings in succession forming of recuperation chamber for the leaking fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2201/00—Pump parameters
    • F04B2201/02—Piston parameters
    • F04B2201/0208—Leakage across the piston

Definitions

  • the invention relates to a pump, in particular a plunger or plunger pump, which has a pump head, a working space and at least one displacement element, such as a plunger or plunger, which is moved into the working space in an oscillating manner in the direction of its longitudinal axis and which is led out through an opening in the working space. wherein the displacer element is sealed off from the pump head by means of a packing.
  • the invention relates to a method for detecting the wear of pump seals, in particular seals used on submersible or plunger pumps, which, on a moving displacement element, in particular the plunger, of the pump adjoin the working space of the pump with respect to another with a pressure in the working space Seal the different pressurized space.
  • plunger or plunger pumps An advantage of plunger or plunger pumps is that the tightness of the seals used to seal the working space can be checked in a simple manner by an inspection of the pump head.
  • the users of pumps of the aforementioned type often do not monitor the wear of the seals intended for sealing the work space with the necessary care. In many cases, this led to pumps being operated until there was nothing left of the seal in question.
  • Such severe wear of the seals not only causes a reduced pump output, but also entails the risk that the plunger or the additional support and pressure rings usually arranged in front of and behind the relevant seal can move freely and uncontrollably into the work area. and commute.
  • the object of the invention is to design a pump of the type mentioned above in such a way that it is possible to detect seal wear at an early stage. Furthermore, a method is to be created that enables reliable monitoring of the sealing of the Working space in the area of the implementation of a displacement element used seal.
  • this object is achieved in that the displacement element is guided through a control space adjacent to the side of the seal facing away from the working space of the pump, in which a transmission medium is arranged, and in that the control space is connected to a measuring device with which measurements on the Transmission medium are feasible.
  • a control room in which a transmission medium is arranged is formed on the side of the seal to be monitored facing away from the working area of the pump. Changes in this transmission medium associated with the wear of the monitored seal can be monitored by a suitable measuring device, which can be connected to the control room via suitable connection openings, connecting lines or existing sensors. The characteristic quantities characteristic of certain changes in the monitored seal can be monitored. These provide a direct indication or enable corresponding conclusions to be drawn as to whether the sealing effect of the monitored seal is deteriorating.
  • the seal packing can be monitored particularly effectively when the control room is filled with an incompressible liquid serving as a transmission medium, water or suitable oils in particular being suitable for this purpose. Depending on the application, it may also be necessary in this connection for the liquid to flow through the control room.
  • incompressible liquids serving as a transmission medium
  • suitable measuring devices such as volume increase, flow rate, Flow rate, temperature, pressure increase, pulsation level, pulsation frequency, lower pulsation peaks, upper pulsation peaks, pulsation mean value or the pulsation bandwidth.
  • the corresponding measurement signals individually or in combination with one another, provide an indication of the condition of the monitored seal. In many cases, the detection of a single measurement signal can provide information about the condition of the monitored seal.
  • seals used to seal the respective pump work space of a pump with several such spaces do not usually wear uniformly, it may be necessary to assign a separate control room to each of these seals, in each of which a suitable control medium is arranged.
  • the separate monitoring of the transmission media then contained in the individual control rooms enables a direct conclusion to be drawn about the condition of the respectively monitored seal, so that a specific worn seal can be replaced in a targeted manner.
  • Displacement elements each associated control rooms are connected to one another by a line system and this line system can be connected via a suitable connection to a measuring device which jointly records the corresponding measured variables of the transmission medium for all seals and control rooms.
  • This embodiment of the pump according to the invention can be used in particular if an incompressible liquid is used as the transmission medium.
  • liquid flow can be used to dissipate heat that arises when the pump is operating in the area of the seal.
  • the measuring device used to record the suitable measured variables has a control and
  • Control device which evaluates the signals detected by the measuring device and triggers an alarm signal, a change in the pump output or the switching off of the pump when certain limit values are exceeded or fallen below.
  • the above-mentioned object is achieved in that changes in a transmission medium which is in contact with the pump seal on its side facing away from the working space are detected by means of a measuring device, that the signals of the measuring device are monitored, and in the event that the measured signals determine Limit values are exceeded or undershot, an alarm is triggered.
  • This method can in particular be carried out in a simple manner if the transmission medium is an incompressible liquid, in particular water, which is in a control room arranged on or flowing through the working area of the pump.
  • suitable measurement variables for monitoring the condition of the seals are their volume increase in the control room, which is caused by the fact that the medium pumped by the pump enters the control room from the pump working space and mixes with the transmission fluid. Accordingly, in the event that the control room is flowed through by a transmission medium, there is an increase in the flow rate, which can be detected by monitoring the volume flow flowing into and out of the control room.
  • the penetration of pumped medium into the control room can also have an effect on the flow rate of the transmission medium.
  • the change in temperature of the transmission medium is a suitable measured variable. This can also be caused by the pumped medium entering the control room.
  • the monitoring of a change in pressure of an incompressible, liquid transmission medium can provide information about the state of wear of the sealing of the work area.
  • FIG. 1 shows a section of a plunger pump in longitudinal section
  • FIG. 2 shows the schematic structure of a control device for monitoring the plunger pump according to FIG. 1.
  • the plunger pump shown in FIG. 1 has a plunger 1 which is moved oscillatingly along its longitudinal axis into a working space 2.
  • the working space 2 is formed by a cylindrical cylinder bore 3 of a cylinder body 3 that widens at its front and rear ends.
  • the cylinder body 3 is connected to the gland 4 of a pump head 5, which, like the gland holder 6 of the pump head 5, has a through hole through which the plunger 1 is guided into the working space.
  • the through hole of the stuffing box 4 of the pump head 5 has a slightly larger diameter than the through hole of the stuffing box holder 6 of the pump head 5.
  • a high-pressure seal 7 designed as a sealing packet is inserted, which bears against the stuffing box holder 6 of the pump head 5 via a first support ring 8.
  • the sealing package 7 is loaded via a second support ring 9 and a pressure ring 10 by the force of a compression spring 11, which is seated in the enlarged front area of the cylinder bore of the cylinder piece 3.
  • a control room 12 is formed in the area of the through hole of the gland holder 6 of the pump head 5 in that the through hole in question has an enlarged diameter compared to the diameter of the plunger 1. This is at the same time smaller than the diameter of the through bore of the stuffing box 4 of the pump head 5.
  • the control room 12 is sealed off from the environment by an additional seal 13, while it is sealed off from the work space 2 by the seal package 7. At the same time, the control room 12 is connected to transverse bores 14, 15 of the gland holder 6 of the pump head 5.
  • the pump shown in Figures 1, 2 has four plunger units P1, P2, P3, P4 of the type shown in Fig. 1, the control rooms 12 of the individual
  • Plunger units Pl, P2, P3, P4 are connected to one another via the cross bores 14, 15.
  • the transverse bores 14, 15 are part of a cooling line system with which heat is dissipated, which arises in the area of the sealing packs 7 due to friction.
  • an incompressible cooling liquid in particular water, flows through the cooling line system and, consequently, the transverse bore 14, 15 and the control room 12 of the respective plunger units Pl, P2, P3, P4.
  • the line system thus formed is equipped with a central connection 16 to which a measuring device 17 can be connected.
  • the measuring device 17 detects, for example, the amplitude and frequency of the pulsation of the cooling liquid and passes the corresponding measurement signal to a control and
  • Control device 18 further.
  • An additional measuring device 19 is used to compare the coolant volume flow flowing into the pump head in the area of the coolant inflow 20 and the coolant volume flow flowing out of the pump head 5 in the area of the coolant outlet 21. The result of this comparison is also passed on to the control and control device 18.
  • the measurement results provided by the measuring devices 17, 19 are evaluated and checked to see whether they lie within certain tolerance ranges for the respective measured variable. If it is found in this assessment that, for example, the amplitude for the pulsation of the coolant liquid is above a certain first limit value, this indicates a leak in the area of one of the seal packs 7 of at least one of the plunger units P1, P2, P3, P4.
  • the control and control device 18 then triggers a first alarm signal via an alarm device 22.
  • This alarm signal gives a first indication of the beginning wear of the seal. Takes, for example, after the first alarm signal is present

Abstract

A pump, in particular a plunger pump, has a pump head (5), a working chamber (2) and at least one displacement element (1) that oscillates in the direction of the longitudinal axis (L) of the pump inside the working chamber (2) and that projects out of the working chamber (2) through an opening. The displacement element (1) is sealed in relation to the pump head (5) by a gasket (7). In order to monitor packing wear, the displacement element (1) extends through a monitoring chamber (12) at the side of the gasket (7) away from the working chamber (2) of the pump. The monitoring chamber (12) contains a transfer medium and is connected to measurement apparatus (17, 19) for carrying out measurements on the transfer medium. Also disclosed is a wear measurement process for pumps of the above-mentioned type.

Description

Überwachung des Verschleißes von Pumpendichtungen Monitoring the wear of pump seals
Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Tauch¬ oder Plungerkolbenpumpe, die einen Pumpenkopf, einen Arbeitsraum und mindestens ein oszillierend in Richtung seiner Längsachse in den Arbeitsraum bewegtes und durch eine Öffnung des Arbeitsraumes aus diesem herausgeführtes Verdrängerelement, wie einen Plunger oder Tauchkolben, aufweist, wobei das Verdrängerelement gegenüber dem Pumpenkopf über eine Dichtungspackung abgedichtet ist.The invention relates to a pump, in particular a plunger or plunger pump, which has a pump head, a working space and at least one displacement element, such as a plunger or plunger, which is moved into the working space in an oscillating manner in the direction of its longitudinal axis and which is led out through an opening in the working space. wherein the displacer element is sealed off from the pump head by means of a packing.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen des Verschleißes von Pumpendichtungen, insbesondere von an Tauch- oder Plungerkolbenpumpen eingesetzten Dichtungen, die an einem bewegten Verdrängerelement, insbesondere dem Plunger, der Pumpe anliegend den Arbeitsraum der Pumpe gegenüber einem anderen mit einem von Druck im Arbeitsraum differierenden Druck beaufschlagten Raum abdichten.In addition, the invention relates to a method for detecting the wear of pump seals, in particular seals used on submersible or plunger pumps, which, on a moving displacement element, in particular the plunger, of the pump adjoin the working space of the pump with respect to another with a pressure in the working space Seal the different pressurized space.
Pumpen der voranstehend genannten Art sind beispielsweise in "Kleines Pumpenhandbuch für Chemie und Technik", Verlag Chemie GmbH, 1967, beschrieben und werden für vielfache Anwendungszwecke eingesetzt. So werden beispielsweise Tauch¬ oder Plungerkolbenpumpen, bei denen der Plunger oszillierend in den Arbeitsraum der Pumpe ein- und ausfährt, als Hochleiεtungspumpen eingesetzt, mit denen sich hohe Drücke und große Volumenströme des gepumpten Mediums erzeugen lassen. Dabei bewegt sich der Tauchkolben oder der Plunger frei im in der Regel zylindrischen Arbeitsraum der Pumpe, ohne die Wand des Arbeitsraumes zu berühren. Die Abdichtung des Arbeitsraums erfolgt durch Dichtungen, die im Bereich der Öffnung des Arbeitsraums zum Pumpenkopf der Pumpe angeordnet sind. Aufgrund der hohen Arbeitsdrücke und der oft hohen Hubfrequenz des Tauchkolbens oder Plungers sind diese Dichtungen einem hohen Verschleiß ausgesetzt.Pumps of the type mentioned above are described, for example, in "Small Pump Manual for Chemistry and Technology", Verlag Chemie GmbH, 1967, and are used for a wide range of applications. For example, submersible or plunger pumps, in which the plunger oscillates in and out of the working space of the pump, are used as high-performance pumps with which high pressures and large volume flows of the pumped medium can be generated. The plunger or plunger moves freely in the generally cylindrical working area of the pump without touching the wall of the working area. The working space is sealed by seals which are arranged in the area of the opening of the working space to the pump head of the pump. Because of the high working pressures and the often high ones Stroke frequency of the plunger or plunger, these seals are subject to high wear.
Ein Vorteil von Tauchkolben- oder Plungerpumen besteht darin, daß die Dichtheit der zur Abdichtung des Arbeitsraums eingesetzten Dichtungen auf einfache Weise durch eine Inspektion des Pumpenkopfes kontrolliert werden kann. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die Anwender von Pumpen der voranstehend genannten Art oftmals den Verschleiß der zum Abdichten des Arbeitsraums bestimmten Dichtungen nicht mit der erforderlichen Sorgfalt überwachen. Dies hat in vielen Fällen dazu geführt, daß Pumpen so lange weiterbetrieben worden sind, bis von der betreffenden Dichtung nichts mehr vorhanden war. Ein derartig starker Verschleiß der Dichtungen verursacht nicht nur eine verminderte Pumpenleistung, sondern bringt auch die Gefahr mit sich, daß der Plunger bzw. die in der Regel vor und hinter der betreffenden Dichtung angeordneten zusätzlichen Stütz- und Druckringe frei und unkontrolliert in dem Arbeitsraum hin- und herpendeln. Mit dieser unkontrollierten Bewegung geht wiederum die unmittelbare Gefahr einher, daß der Tauchkolben oder Plunger an den Stütz- und Druckringen oder den Wänden des Arbeitsraumes anläuft und daß zusätzlich die Stütz- und Druckringe oder andere im Bereich des Plungers oder Tauchkolbens angeordnete Elemente, wie beispielsweise Federn oder Distanzstücke, in der jeweiligen Plunger-Zylinderbohrung der Pumpe verklemmen, was schließlich zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Plungers und der Wände des Arbeitsraumes der Pumpe führen kann.An advantage of plunger or plunger pumps is that the tightness of the seals used to seal the working space can be checked in a simple manner by an inspection of the pump head. In practice, however, it has been shown that the users of pumps of the aforementioned type often do not monitor the wear of the seals intended for sealing the work space with the necessary care. In many cases, this led to pumps being operated until there was nothing left of the seal in question. Such severe wear of the seals not only causes a reduced pump output, but also entails the risk that the plunger or the additional support and pressure rings usually arranged in front of and behind the relevant seal can move freely and uncontrollably into the work area. and commute. With this uncontrolled movement there is in turn an immediate danger that the plunger or plunger contacts the support and pressure rings or the walls of the work area and that the support and pressure rings or other elements arranged in the area of the plunger or plunger, such as springs, for example or spacers, in the respective plunger cylinder bore of the pump, which can ultimately damage or destroy the plunger and the walls of the pump's working area.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Pumpe der voranstehend genannten Art so auszubilden, daß die Möglichkeit besteht, den Dichtungsverschleiß frühzeitig zu erkennen. Desweiteren soll ein Verfahren geschaffen werden, das eine sichere Überwachung der zum Abdichten des Arbeitsraums im Bereich der Durchführung eines Verdrängerelements eingesetzten Dichtung ermöglicht .The object of the invention is to design a pump of the type mentioned above in such a way that it is possible to detect seal wear at an early stage. Furthermore, a method is to be created that enables reliable monitoring of the sealing of the Working space in the area of the implementation of a displacement element used seal.
Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verdrängerelement durch einen an die dem Arbeitsraum der Pumpe abgewandte Seite der Dichtung angrenzenden Kontrollraum geführt ist, in dem ein Übertragungsmedium angeordnet ist, und daß der Kontrollraum mit einem Meßgerät verbunden ist, mit dem Messungen an dem Übertragungsmedium durchführbar sind.In terms of the device, this object is achieved in that the displacement element is guided through a control space adjacent to the side of the seal facing away from the working space of the pump, in which a transmission medium is arranged, and in that the control space is connected to a measuring device with which measurements on the Transmission medium are feasible.
Gemäß der Erfindung ist auf der dem Arbeitsraum der Pumpe abgewandten Seite der zu überwachenden Abdichtung ein Kontrollraum ausgebildet, in dem ein Übertragungsmedium angeordnet ist. Mit dem Verschleiß der überwachten Abdichtung einhergehende Veränderungen dieses Übertragungsmediums können durch ein geeignetes Meßgerät überwacht werden, welches über geeignete Anschlußöffnungen, Verbindungsleitungen oder vorhandene Sensoren an den Kontrollraum angeschlossen werden kann. Dabei können jeweils die für bestimmte Veränderungen der überwachten Dichtung charakteristischen Meßgrößen überwacht werden. Diese geben einen direkten Hinweis oder ermöglichen entsprechende Rückschlüsse auf ein Nachlassen der Dichtungswirkung der überwachten Dichtung.According to the invention, a control room in which a transmission medium is arranged is formed on the side of the seal to be monitored facing away from the working area of the pump. Changes in this transmission medium associated with the wear of the monitored seal can be monitored by a suitable measuring device, which can be connected to the control room via suitable connection openings, connecting lines or existing sensors. The characteristic quantities characteristic of certain changes in the monitored seal can be monitored. These provide a direct indication or enable corresponding conclusions to be drawn as to whether the sealing effect of the monitored seal is deteriorating.
Besonders wirkungsvoll kann die Überwachung der Dichtungspackung dann erfolgen, wenn der Kontrollraum mit einer als Übertragungsmedium dienenden inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt ist, wobei insbesondere Wasser oder geeignete Öle für diesen Zweck in Frage kommen. Je nach Anwendungsfall kann es in diesem Zusammenhang zusätzlich erforderlich sein, daß der Kontrollraum von der Flüssigkeit durchströmt ist. Dabei liegt der besondere Vorteil des Einsatzes von inkompressiblen Flüssigkeiten als Übertragungsmedium darin, daß es bei derartigen Flüssigkeiten besonders einfach ist, mittels geeigneter Meßgeräte Zustandsänderungen, wie Volumenzunahme, Durchflußmenge, Durchflußgeschwindigkeit, Temperatur, Druckzunahme, Pulsationshöhe, Pulsationsfrequenz, untere Pulsationsspitzen, obere Pulsationsspitzen, Pulsationsmittelwert oder die Pulsationsbandbreite zu erfassen. Die entsprechenden Meßsignale geben jeweils für sich oder in Kombination miteinander einen Hinweis auf den Zustand der überwachten Dichtung. So kann in vielen Fällen schon die Erfassung eines einzigen Meßsignals Auskunft über den Zustand der überwachten Dichtung geben.The seal packing can be monitored particularly effectively when the control room is filled with an incompressible liquid serving as a transmission medium, water or suitable oils in particular being suitable for this purpose. Depending on the application, it may also be necessary in this connection for the liquid to flow through the control room. The particular advantage of using incompressible liquids as the transmission medium is that it is particularly simple with such liquids to use suitable measuring devices to change state, such as volume increase, flow rate, Flow rate, temperature, pressure increase, pulsation level, pulsation frequency, lower pulsation peaks, upper pulsation peaks, pulsation mean value or the pulsation bandwidth. The corresponding measurement signals, individually or in combination with one another, provide an indication of the condition of the monitored seal. In many cases, the detection of a single measurement signal can provide information about the condition of the monitored seal.
Da die zum Abdichten des jeweiligen Pumpenarbeitsraums eingesetzten Dichtungen einer Pumpe mit mehreren solcher Räume in der Regel nicht gleichmäßig verschleißen, kann es erforderlich sein, jeder einzelnen dieser Dichtungen einen eigenen Kontrollraum zuzuordnen, in dem jeweils ein geeignetes Kontrollmedium angeordnet ist. Die getrennte Überwachung der in den einzelnen Kontrollräumen dann enthaltenen Übertragungsmedien ermöglicht einen direkten Rückschluß auf den Zustand der jeweils überwachten Abdichtung, so daß ein gezieltes Austauschen einer bestimmten verschlissenen Dichtung möglich ist.Since the seals used to seal the respective pump work space of a pump with several such spaces do not usually wear uniformly, it may be necessary to assign a separate control room to each of these seals, in each of which a suitable control medium is arranged. The separate monitoring of the transmission media then contained in the individual control rooms enables a direct conclusion to be drawn about the condition of the respectively monitored seal, so that a specific worn seal can be replaced in a targeted manner.
Kostensparender kann die Überwachung der Abdichtungen dann durchgeführt werden, wenn die den einzelnenThe monitoring of the seals can be carried out more cost-effectively if the individual
Verdrängerelemente jeweils zugeordneten Kontrollräume durch ein Leitungssystem miteinander verbunden sind und dieses Leitungssystem über einen geeigneten Anschluß mit einem Meßgerät verbunden werden kann, das die entsprechenden Meßgrößen des Übertragungsmediums für alle Abdichtungen und Kontrollräume gemeinsam erfaßt. Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpe läßt sich insbesondere dann verwenden, wenn als Übertragungsmedium eine inkompressible Flüssigkeit eingesetzt wird.Displacement elements each associated control rooms are connected to one another by a line system and this line system can be connected via a suitable connection to a measuring device which jointly records the corresponding measured variables of the transmission medium for all seals and control rooms. This embodiment of the pump according to the invention can be used in particular if an incompressible liquid is used as the transmission medium.
Wird der Kontrollraum von Flüssigkeit durchströmt, so kann der Flüssigkeitsstrom zur Abfuhr von Wärme dienen, die beim Betrieb der Pumpe im Bereich der Abdichtung entsteht. Insbesondere bei im Dauerbetrieb laufenden Pumpen, die nicht durch eine Bedienungsperson ständig betreut werden, ist es sinnvoll, wenn das zum Erfassen der geeigneten Meßgrößen eingesetzte Meßgerät mit einer Steuer- undIf liquid flows through the control room, the liquid flow can be used to dissipate heat that arises when the pump is operating in the area of the seal. In particular in the case of pumps running in continuous operation, which are not constantly supervised by an operator, it makes sense if the measuring device used to record the suitable measured variables has a control and
Kontrolleinrichtung verbunden ist, die die von dem Meßgerät erfaßten Signale auswertet und bei Über- oder Unterschreiten bestimmter Grenzwerte ein Alarmsignal, eine Veränderung der Pumpenleistung oder das Abschalten der Pumpe auslöst .Control device is connected, which evaluates the signals detected by the measuring device and triggers an alarm signal, a change in the pump output or the switching off of the pump when certain limit values are exceeded or fallen below.
Verfahrensmäßig wird die voranstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß Veränderungen eines mit der Pumpendichtung auf deren dem Arbeitsraum abgewandten Seite in Kontakt stehenden Übertragungsmediums mittels eines Meßgeräts erfaßt werden, daß die Signale des Meßgeräts überwacht werden, und daß für den Fall, daß die gemessenen Signale bestimmte Grenzwerte über- oder unterschreiten, ein Alarm ausgelöst wird. Dabei läßt sich dieses Verfahren insbesondere dann auf einfache Weise durchführen, wenn das Übertragungsmedium eine inkompressible Flüssigkeit, insbesondere Wasser, ist, die in einem auf der vom Arbeitsraum der Pumpe angeordneten Kontrollraum steht oder diesen durchströmt .In terms of method, the above-mentioned object is achieved in that changes in a transmission medium which is in contact with the pump seal on its side facing away from the working space are detected by means of a measuring device, that the signals of the measuring device are monitored, and in the event that the measured signals determine Limit values are exceeded or undershot, an alarm is triggered. This method can in particular be carried out in a simple manner if the transmission medium is an incompressible liquid, in particular water, which is in a control room arranged on or flowing through the working area of the pump.
Als zur Überwachung des Zustands der Abdichtungen geeignete Meßgrößen kommen bei Verwendung einer inkompressiblen Flüssigkeit als Übertragungsmedium deren Volumenzunahme in dem Kontrollraum in Frage, die dadurch verursacht wird, daß aus dem Arbeitsraum der Pumpe über die Dichtung das von der Pumpe gepumpte Medium in den Kontrollraum gelangt und sich mit der Übertragungsflüssigkeit vermischt. Dementsprechend stellt sich in dem Fall, daß der Kontrollraum von einem Übertragungsmedium durchströmt ist, eine Zunahme der Durchflußmenge ein, die sich durch Überwachung des in den Kontrollraum hinein- und aus diesem herausströmenden Volumenstroms erfassen läßt . Ebenso kann das Eindringen von gepumptem Medium in den Kontrollraum eine Auswirkung auf die Durchflußgeschwindigkeit des Übertragungsmediums haben. In vielen Fällen stellt die Temperaturveränderung des Übertragungsmediums eine geeignete Meßgröße dar. Auch diese kann durch ein Eindringen des gepumpten Mediums in den Kontrollraum verursacht werden.When using an incompressible liquid as the transmission medium, suitable measurement variables for monitoring the condition of the seals are their volume increase in the control room, which is caused by the fact that the medium pumped by the pump enters the control room from the pump working space and mixes with the transmission fluid. Accordingly, in the event that the control room is flowed through by a transmission medium, there is an increase in the flow rate, which can be detected by monitoring the volume flow flowing into and out of the control room. The penetration of pumped medium into the control room can also have an effect on the flow rate of the transmission medium. In many cases, the change in temperature of the transmission medium is a suitable measured variable. This can also be caused by the pumped medium entering the control room.
Insbesondere bei einem geschlossenen Kontrollraum kann die Überwachung einer Druckveränderung eines inkompressiblen, flüssigen Übertragungsmediums Aufschluß auf den Verschleißzustand der Abdichtung des Arbeitsraums geben.Particularly in the case of a closed control room, the monitoring of a change in pressure of an incompressible, liquid transmission medium can provide information about the state of wear of the sealing of the work area.
Da die Verdrängerelemente bei Pumpen der Eingangs genannten Art, insbesondere bei Plungerkolbenpumpen, oszillierend betrieben werden, ist an dem mit dem betreffenden Verdrängerelement in Verbindung stehenden Übertragungsmedium stets eine Pulsation feststellbar. Änderungen der Pulsationsamplitude, der Pulsationsfrequenz und der Pulsationsbandbreite geben daher einen Hinweis auf den Zustand der überwachten Abdichtung, da deren Verschleiß einen unmittelbaren Einfluß auf das bei einer Bewegung des betreffenden Verdrängerelements durch die Dichtung tretenden Volumens des gepumpten Mediums haben. So kann die Größe der oberen oder unteren Pulsationsamplitudenspitzen oder der Pulsationsmittelwert als Bezugsgröße für die Beurteilung des Verschleißes der überwachten Abdichtung genutzt werden.Since the displacement elements in pumps of the type mentioned, in particular in the case of plunger pumps, are operated in an oscillating manner, a pulsation can always be detected on the transmission medium connected to the displacement element in question. Changes in the pulsation amplitude, the pulsation frequency and the pulsation bandwidth therefore give an indication of the condition of the monitored seal, since its wear has a direct influence on the volume of the pumped medium which passes through the seal when the displacement element in question moves. The size of the upper or lower pulsation amplitude peaks or the mean pulsation value can be used as a reference value for assessing the wear of the monitored seal.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of a drawing illustrating an exemplary embodiment. Show it:
Fig. 1 ausschnittsweise eine Plungerkolbenpumpe im Längsschnitt;1 shows a section of a plunger pump in longitudinal section;
Fig. 2 den schematischen Aufbau einer Kontroll- und Steuereinrichtung zur Überwachung der Plungerkolbenpumpe nach Fig. 1. Die in Fig. 1 dargestellte Plungerkolbenpumpe weist einen Plunger 1 auf, der oszillierend entlang seiner Längsachse in einen Arbeitsraum 2 bewegt wird. Der Arbeitsraum 2 ist durch eine zylindrische, sich an ihrem vorderen und hinteren Ende erweiternde Zylinderbohrung eines Zylinderkörpers 3 gebildet. Der Zylinderkörper 3 ist an die Stopfbuchse 4 eines Pumpenkopfes 5 angeschlossen, die wie der Stopfbuchsenhalter 6 des Pumpenkopfes 5 eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die der Plunger 1 in den Arbeitsraum geführt ist. Dabei weist die Durchgangsbohrung der Stopfbuchse 4 des Pumpenkopfes 5 einen geringfügig größeren Durchmesser auf als die Durchgangsbohrung des Stopfbuchsenhalters 6 des Pumpenkopfes 5.2 shows the schematic structure of a control device for monitoring the plunger pump according to FIG. 1. The plunger pump shown in FIG. 1 has a plunger 1 which is moved oscillatingly along its longitudinal axis into a working space 2. The working space 2 is formed by a cylindrical cylinder bore 3 of a cylinder body 3 that widens at its front and rear ends. The cylinder body 3 is connected to the gland 4 of a pump head 5, which, like the gland holder 6 of the pump head 5, has a through hole through which the plunger 1 is guided into the working space. The through hole of the stuffing box 4 of the pump head 5 has a slightly larger diameter than the through hole of the stuffing box holder 6 of the pump head 5.
In der Durchgangsöffnung der Stopfbuchse 4 des Pumpenkopfes 5 ist eine als Dichtungspacket ausgebildete Hochdruck- Dichtung 7 eingesetzt, die über einen ersten Stützring 8 an des Stopfbuchsenhalters 6 des Pumpenkopfes 5 anliegt . An seiner dem Kontrollraum 2 zugeordneten Seite ist das Dichtungspaket 7 über einen zweiten Stützring 9 und einen Druckring 10 durch die Kraft einer Druckfeder 11 belastet, die in dem erweiterten vorderen Bereich der Zylinderbohrung des Zylinderstücks 3 einsitzt.In the through opening of the stuffing box 4 of the pump head 5, a high-pressure seal 7 designed as a sealing packet is inserted, which bears against the stuffing box holder 6 of the pump head 5 via a first support ring 8. On its side assigned to the control room 2, the sealing package 7 is loaded via a second support ring 9 and a pressure ring 10 by the force of a compression spring 11, which is seated in the enlarged front area of the cylinder bore of the cylinder piece 3.
Ein Kontrollraum 12 ist im Bereich der Durchgangsbohrung des Stopfbuchsenhalters 6 des Pumpenkopfes 5 dadurch ausgebildet, daß die betreffende Durchgangsbohrung einen gegenüber dem Durchmesser des Plunger 1 vergrößerten Durchmesser aufweist. Dieser ist gleichzeitig kleiner als der Durchmesser der Durchgangsbohrung der Stopfbuchse 4 des Pumpenkopfes 5. Gegenüber der Umgebung ist der Kontrollraum 12 durch einen zusätzlichen Dichtung 13 abgedichtet, während er gegenüber dem Arbeitsraum 2 durch das Dichtungspaket 7 abgedichtet ist. Gleichzeitig ist der Kontrollraum 12 mit Querbohrungen 14, 15 des Stopfbuchsenhalters 6 des Pumpenkopfes 5 verbunden. Die in den Figuren 1, 2 dargestellte Pumpe weist vier Plungereinheiten Pl, P2, P3 , P4 der in Fig. 1 gezeigten Art auf, wobei die Kontrollräume 12 der einzelnenA control room 12 is formed in the area of the through hole of the gland holder 6 of the pump head 5 in that the through hole in question has an enlarged diameter compared to the diameter of the plunger 1. This is at the same time smaller than the diameter of the through bore of the stuffing box 4 of the pump head 5. The control room 12 is sealed off from the environment by an additional seal 13, while it is sealed off from the work space 2 by the seal package 7. At the same time, the control room 12 is connected to transverse bores 14, 15 of the gland holder 6 of the pump head 5. The pump shown in Figures 1, 2 has four plunger units P1, P2, P3, P4 of the type shown in Fig. 1, the control rooms 12 of the individual
Plungereinheiten Pl, P2, P3, P4 über die Querbohrungen 14, 15 miteinander verbunden sind. Die Querbohrungen 14, 15 sind Teil eines Kühlleitungssystems, mit dem Wärme abgeführt wird, die im Bereich der Dichtungspackungen 7 aufgrund von Reibung entsteht. Zu diesem Zweck wird das Kühlleitungssystem und damit einhergehend die Querbohrung 14, 15 sowie der Kontrollraum 12 der jeweiligen Plungereinheiten Pl, P2, P3, P4 von einer inkompressiblen Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, durchströmt. Dabei ist das so gebildete Leitungssystem mit einem zentralen Anschluß 16 ausgestattet, an den ein Meßgerät 17 anschließbar ist.Plunger units Pl, P2, P3, P4 are connected to one another via the cross bores 14, 15. The transverse bores 14, 15 are part of a cooling line system with which heat is dissipated, which arises in the area of the sealing packs 7 due to friction. For this purpose, an incompressible cooling liquid, in particular water, flows through the cooling line system and, consequently, the transverse bore 14, 15 and the control room 12 of the respective plunger units Pl, P2, P3, P4. The line system thus formed is equipped with a central connection 16 to which a measuring device 17 can be connected.
Das Meßgerät 17 erfaßt beispielsweise die Amplitude und Frequenz der Pulsation der Kühlflüssigkeit und leitet das entsprechende Meßsignal an eine Steuer- undThe measuring device 17 detects, for example, the amplitude and frequency of the pulsation of the cooling liquid and passes the corresponding measurement signal to a control and
Kontrolleinrichtung 18 weiter. Über ein zusätzliches Meßgerät 19 wird der in den Pumpenkopf im Bereich des Kühlmittelzuflusses 20 einströmende Kühlflüssigkeit- Volumenstrom und der im Bereich des Kühlmittelaustritts 21 aus dem Pumpenkopf 5 ausströmende Kühlflüssgkeit-Volumenstrom miteinander verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird ebenfalls an die Kontroll- und Steuereinrichtung 18 weitergegeben.Control device 18 further. An additional measuring device 19 is used to compare the coolant volume flow flowing into the pump head in the area of the coolant inflow 20 and the coolant volume flow flowing out of the pump head 5 in the area of the coolant outlet 21. The result of this comparison is also passed on to the control and control device 18.
In der Steuer- und Kontrolleinrichtung 18 werden die von den Meßgeräten 17, 19 gelieferten Meßergebnisse ausgewertet und dahingehend überprüft, ob sie innerhalb bestimmter Toleranzbereiche für die jeweilige Meßgröße liegen. Wird bei dieser Beurteilung festgestellt, daß beispielsweise die Amplitude für die Pulsation der Kühlmittelflüssigkeit oberhalb eines bestimmten ersten Grenzwertes liegt, so deutet dies auf ein Leck im Bereich einer der Dichtungspackungen 7 von zumindest einer der Plungereinheiten Pl, P2, P3 , P4 hin. Die Kontroll- und Steuereinrichtung 18 löst daraufhin über eine Alarmeinrichtung 22 ein erstes Alarmsignal aus.In the control and monitoring device 18, the measurement results provided by the measuring devices 17, 19 are evaluated and checked to see whether they lie within certain tolerance ranges for the respective measured variable. If it is found in this assessment that, for example, the amplitude for the pulsation of the coolant liquid is above a certain first limit value, this indicates a leak in the area of one of the seal packs 7 of at least one of the plunger units P1, P2, P3, P4. The control and control device 18 then triggers a first alarm signal via an alarm device 22.
Dieses Alarmsignal gibt einen ersten Hinweis auf den beginnenden Verschleiß der Dichtung. Nimmt nach dem Vorliegen des ersten Alarmsignals beispielsweise dieThis alarm signal gives a first indication of the beginning wear of the seal. Takes, for example, after the first alarm signal is present
Pulsationsamplitude weiter zu, so erfolgt nach Überschreiten eines zweiten Grenzwertes durch die Alarmeinrichtung 22 die Notabschaltung der Pumpe. If the pulsation amplitude continues to increase, the emergency shutdown of the pump takes place after a second limit value has been exceeded by the alarm device 22.

Claims

Patentansprüche claims
Pumpe, insbesondere Tauch- oder Plungerkolbenpumpe, die einen Pumpenkopf (5) , einen Arbeitsraum (2) und mindestens ein oszillierend in Richtung seiner Längsachse (L) in den Arbeitsraum (2) bewegtes und durch eine Öffnung des Arbeitsraumes (2) aus diesem herausgeführtes Verdrängerelement (1) aufweist, wobei das Verdrängerelement (1) gegenüber dem Pumpenkopf (5) über eine Dichtung (7) abgedichtet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß das Verdrängerelement (1) durch einen an die dem Arbeitsraum (2) der Pumpe abgewandte Seite der Dichtung (7) angrenzenden Kontrollraum (12) geführt ist, in dem ein Übertragungsmedium angeordnet ist, und daß der Kontrollraum (12) mit einem Meßgerät (17,19) verbunden ist, mit dem Messungen an dem Übertragungsmedium durchführbar sind.Pump, in particular a submersible or plunger pump, which has a pump head (5), a working space (2) and at least one which moves in an oscillating manner in the direction of its longitudinal axis (L) into the working space (2) and is led out of it through an opening in the working space (2) Displacement element (1), the displacement element (1) being sealed off from the pump head (5) by a seal (7), characterized in that the displacement element (1) is provided by a side of the pump facing away from the working space (2) of the pump Seal (7) adjacent control room (12) is guided, in which a transmission medium is arranged, and that the control room (12) is connected to a measuring device (17, 19) with which measurements on the transmission medium can be carried out.
Pumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontrollraum (121 mit einer als Übertragungsmedium dienenden inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt ist.Pump according to claim 1, so that the control room (121) is filled with an incompressible liquid serving as a transmission medium.
Pumpe nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontrollraum (12! von der Flüssigkeit durchströmt ist. Pump according to claim 2, characterized in that the control chamber (12! Is flowed through by the liquid.
4. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verdrängerelement (1) durch mehrere Kontrollräume (12) geführt ist.4. Pump according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the displacement element (1) is guided through several control rooms (12).
5. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie mehrere separate Pumpeinheiten (Pl, P2, P3,P4) aufweist und die diesen Pumpeinheiten (Pl,P2,P3, P4) zugeordneten Verdrängerelemente (1) jeweils durch mindestens einen Kontrollraum (12) geführt sind.5. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that it has a plurality of separate pump units (Pl, P2, P3, P4) and the displacement elements (Pl, P2, P3, P4) assigned to these pump units (1) each by at least one control room ( 12) are performed.
6. Pumpe nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontrollräume6. Pump according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the control rooms
(12) der einzelnen Pumpeinheiten (Pl, P2, P3, P4) der Pumpe durch ein Leitungssystem (14,15,21,22) miteinander verbunden sind.(12) of the individual pump units (P1, P2, P3, P4) of the pump are connected to one another by a line system (14, 15, 21, 22).
7. Pumpe nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Leitungssystem (14,15,21,22) mit einem zentralen Anschluß7. Pump according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the pipe system (14,15,21,22) with a central connection
(16) für ein Meßgerät (17) verbunden ist.(16) for a measuring device (17) is connected.
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontrollraum (12) mit einem flüssigkeits¬ gefüllten Kühlleitungssystem (14,15,21,22) der Pumpe verbunden ist .8. Pump according to one of claims 3 to 7, so that the control room (12) is connected to a liquid-filled cooling line system (14, 15, 21, 22) of the pump.
9. Pumpe nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Meßgerät (17,19) mit einer Steuer- und Kontrolleinrichtung (18) verbunden ist, die die von dem Meßgerät (17,19) erfaßten Signale auswertet und bei Über- oder Unterschreiten bestimmter Grenzwerte ein Alarmsignal, eine Veränderung der Pumpenleistung oder das Abschalten der Pumpe auslöst. 9. Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (17, 19) is connected to a control and monitoring device (18) which evaluates the signals detected by the measuring device (17, 19) and when the values fall below or exceed certain limit values triggers an alarm signal, a change in the pump output or the switching off of the pump.
10. Verfahren zum Erfassen des Verschleißes von Pumpendichtungen, insbesondere von an Plungerpumpen eingesetzten Dichtungspackungen (7) , die an einem bewegten Verdrängerelement (1) , insbesondere dem Plunger der Pumpe anliegend den Arbeitsraum (2) der Pumpe gegenüber einem anderen mit einem Differenzdruck beaufschlagten Raum abdichten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Veränderungen eines mit der Dichtung (7) auf deren dem Arbeitsraum (2) abgewandten Seite in Kontakt stehenden Übertragungsmediums mittels eines Meßgeräts (17,19) erfaßt werden, daß die Signale des Meßgeräts (17,19) überwacht werden, und daß für den Fall, daß die gemessenen Signale bestimmte Grenzwerte über- oder unterschreiten, ein Alarm ausgelöst wird.10. A method for detecting the wear of pump seals, in particular of seal packings (7) used on plunger pumps, which are adjacent to a moving displacement element (1), in particular the plunger of the pump, the working space (2) of the pump relative to another space subjected to a differential pressure Sealing, characterized in that the changes in a transmission medium which is in contact with the seal (7) on its side facing away from the working space (2) are detected by means of a measuring device (17, 19), that the signals of the measuring device (17, 19) are monitored , and that an alarm is triggered in the event that the measured signals exceed or fall below certain limit values.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Übertragungsmedium eine inkompressible Flüssigkeit, insbesondere Wasser, ist, die in einem auf der vom Arbeitsraum (2) der Pumpe angeordneten Kontrollraum (12) steht oder diesen durchströmt.11. The method according to claim 10, that the transmission medium is an incompressible liquid, in particular water, which is in a control chamber (12) arranged on the working chamber (2) of the pump or flows through it.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Volumenzunahme, die Durchflußmenge, die Durchflußgeschwindigkeit, die Temperatur, Druckveränderungen, die Pulsationsamplitude, die Pulsationsfrequenz, die oberen Spitzen der Pulsationsamplitude, die unteren Spitzen der Pulsationsamplitude, der Pulsationsamplituden- mittelwert und/oder die Pulsationsbandbreite des Übertragungsmediums gemessen werden. 12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the volume increase, the flow rate, the flow rate, the temperature, pressure changes, the pulsation amplitude, the pulsation frequency, the upper peaks of the pulsation amplitude, the lower peaks of the pulsation amplitude, the pulsation amplitude mean and / or the pulsation bandwidth of the transmission medium can be measured.
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