WO2012175231A1 - Leckagedetektion bei wellendichtungen - Google Patents

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WO2012175231A1
WO2012175231A1 PCT/EP2012/056298 EP2012056298W WO2012175231A1 WO 2012175231 A1 WO2012175231 A1 WO 2012175231A1 EP 2012056298 W EP2012056298 W EP 2012056298W WO 2012175231 A1 WO2012175231 A1 WO 2012175231A1
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receiver
shaft
measuring device
detected
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Stefan Laue
Gerd Ebelt
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KSB AG
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    • 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
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3492—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member with monitoring or measuring means associated with the seal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0088—Testing machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/106—Shaft sealings especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a leakage in a shaft seal with a measuring device that detects leaking fluid.
  • Shaft seals prevent centrifugal pumps from the escape of fluid at the implementation of the rotating shaft from the fixed housing.
  • mechanical seals are used. These are dynamic contact seals in which sealing surfaces slide on each other. Between the surfaces is the sealing gap with a mostly liquid lubricant film. The sealing gap usually runs at right angles to the shaft axis.
  • US 2003/0015840 A1 describes a seal with a leakage detector.
  • the exiting fluid is collected in a container. If the level in the container exceeds a limit value, this is detected by a measuring device.
  • a sensor protrudes into the container and determines the refractive index of the surrounding medium. The refractive index has a specific one for each medium Value. If the level is below the limit, the sensor detects the refractive index of air. If the level exceeds the limit value, the sensor measures the refractive index of the fluid.
  • a disadvantage of this method for leakage detection is the susceptibility to aggressive or crystallizing fluids, which can damage or enforce the container or the sensor.
  • EP 1 625 375 B1 describes a monitoring device for detecting a leak, in which fluid emerging in a channel-like tube is collected and the level of the filling level in the tube is detected by means of a capacitive sensor.
  • DE 103 14 923 B4 describes an arrangement for sealing a shaft with a device for detecting a leakage.
  • escaping fluid is taken up by an absorbent non-woven fabric, which is referred to in the document as "depot.”
  • the depot is monitored by a sensor, the leakage initially being distributed uniformly in the nonwoven fabric, resulting in delayed detection.
  • the invention has for its object to provide a device for detecting and quantitatively detecting a leakage in shaft seals that reliably detects even the smallest amounts of leaking fluid by means of a measuring device. This is intended to detect early signs of wear on the shaft seals in order to avoid consequential damage due to the escape of larger amounts of fluid.
  • this object is achieved in that a component is arranged on a shaft bushing, which leads the exiting fluid to a point at which drops form, the drops being detected by the measuring device in a fall distance.
  • the component is arranged directly on the housing part, through which the shaft is guided. A gap-free seal between the housing part and the component is ensured by means of a sealing element.
  • the insert 10 of a sealing disk, which surrounds the shaft and is arranged between the component and the housing part, proves to be advantageous, wherein in particular an acrylic sealing disk has proved favorable.
  • the component is stationary and is fixed by means of fastening means, preferably with the aid of screws 15, to the housing part, through which the shaft is guided.
  • the component is designed so that it selectively dissipates fluid emerging at the shaft passage.
  • the component encloses the shaft partially or completely.
  • the component consists of two segments 20, each of which has a semicircular recess in the center. A segment encloses the shaft from above; the other segment encloses the shaft from below. Both segments are by means of fasteners, such as screws, to a Ein:. connected.
  • the component is designed to deliver the fluid to a location where droplets form.
  • the component in the region below the shaft on a funnel-like region to which the fluid is passed by gravity. At the end of the funnel-shaped area, the fluid reaches an edge where drops form
  • the component jumps at Ü transition of the edge to Faliumble.
  • the fluid runs up the funnel-like area down to the edge where dripping is forced by the material return.
  • the fall distance is disposed within the component.
  • the Faliumble is formed by a cavity within the component. The cavity immediately adjoins the edge at which the drops form. As a result, air currents are shielded, which could expel the drop laterally in free fall.
  • the drops are detected by a measuring device comprising a transmitter and a receiver.
  • the measuring device is designed as a light barrier.
  • the light barrier is positioned so that all falling drops traverse the light path between the transmitter and the receiver.
  • the drops pass the light path in the middle.
  • the light barrier is a system in which a transmitter emits electromagnetic radiation whose wavelength range is preferably within the visible light spectrum. Alternatively, however, infrared radiation or light in the non-visible UV range can be emitted.
  • a light emitting diode or a laser diode is used as the transmitter.
  • a phototransistor or a photodiode is used, which detects the radiation emitted by the light emitter.
  • transmitter and receiver are arranged within the component with an optical alignment to each other. If a drop crosses the beam between transmitter and receiver, the detected light energy is reduced. The following effects are responsible for this:
  • control device The signals detected by the receiver are evaluated by means of a control device.
  • the term control device is used for devices which only the Auswer tion of signals, as well as for devices soft additional or alternati sizes vary.
  • the control device may be a device integrated into the measuring device or a separate device. It is also possible, for example, to use a programmable logic controller (PLC) or a microcontroller sheath as a control device.
  • PLC programmable logic controller
  • microcontroller sheath as a control device.
  • the control device limit value of the signal strength is exceeded. If this limit value is undershot, the control device registers a drop.
  • the device according to the invention serves to detect leakage in shaft seals, in particular of mechanical seals, as used in centrifugal pumps. Since these are also used in industrial plants with an increased concentration of dirt particles, the signal strength detected at the receiver can decrease with increasing operating time due to signs of contamination. Furthermore, temperature fluctuations and wear on the transmitter or receiver affect the measurements. If the signal strength falls below a threshold, a drop is registered.
  • the limit value is adapted to a stepwise decrease in the signal detected by the receiver, in particular due to progressive signs of contamination and / or wear. By this adjustment of the limit, the controller expects a creeping pollution out.
  • the signals emitted by the transmitter are varied by the control device.
  • the transmitter emits pulsed signals. This can reduce the sensitivity to interference.
  • transmitter and receiver have an optical aperture optimized for the droplet size.
  • the aperture is chosen so that the aperture of the transmitter and receiver openings is smaller than the vertical drop height and the horizontal drop thickness. Aperture is the free opening or its diameter through which rays are emitted or received.
  • FIG. 7 shows a sectional view of a centrifugal pump with a mechanical seal, an enlarged view of the area of the centrifugal pump, in which the component is arranged for leakage detection, a perspective view of a component for leakage detection, a perspective sectional view of a component for leakage detection, a schematic representation of a measuring device at the time before detection of a drop, a schematic representation of a measuring device at the time during detection of a drop, Fig. 7 diagrams for the evaluation of the signals.
  • Fig. 1 shows a centrifugal pump with an impeller 1, which is driven by a shaft 2.
  • the shaft 2 is rotated by a motor, not shown here in rotation.
  • the impeller 1 is surrounded by a housing 4.
  • the housing 4 has a suction nozzle 5.
  • a housing part 6 is arranged through which the shaft 2 is guided.
  • the housing part 6 in the exemplary embodiment is a housing cover.
  • a shaft seal 7 ensures the sealing of the shaft passage 8.
  • the shaft seal 7 is designed as a mechanical seal.
  • the shaft seal 7 is located on the inside of the housing part 6.
  • a component 9 is arranged on the passage bushing 8.
  • the component 9 is surrounded by the lantern of the bearing carrier 10, in the exemplary embodiment, the shaft 2 is supported by means of radial bearings 11 on the bearing lantern 10.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the region of the shaft bushing 8 on which the component 9 is placed.
  • the shaft 2 is guided by the housing part 6.
  • the component 9 is, as shown in Fig. 1, shown only schematically.
  • An acrylic seal ensures a gap-free seal between the housing part 6 and the component 9.
  • the component 9 is fixed.
  • the component 9 is fastened by means of two screws on the housing part 6.
  • sealing surfaces of the shaft seal 7 slide on one another, which are pressed against each other by hydraulic or mechanical forces. During operation, it can lead to signs of wear and damage, so that fluid exits at the shaft passage 8. In this case, the fluid in the device according to the invention enters the component 9.
  • Figures 3 and 4 show a perspective view of the component 9, wherein in Fig. 4 is a vertically sectioned view of the component 9 is shown.
  • the component 9 has a circular opening 12 which surrounds the shaft 2.
  • the escaping fluid flows through a funnel-like region 13 within gravity. half of the component 9 down.
  • drops form which are detected in a fall section 15 by a measuring device 16.
  • the measuring device 16 is shown in FIGS. 5 and 6.
  • Figures 3 and 4 show the direction of a signal emitted by the measuring device 16 as a dash-dot line.
  • a light beam is indicated by the dash-dot line. If a drop crosses the light beam, it is registered by the light receiver.
  • the device according to the invention can be detected by the targeted drop formation and small amounts of leaking fluid.
  • the drop formation takes place at the point 14.
  • the point 14 is an edge in the exemplary embodiment.
  • the edge forms the transition of the funnel-like region 13 to the drop section 15.
  • the drop section 15 is formed as a cavity in the component 9.
  • the fluid runs down the funnel-like region 13 as far as the edge, where droplets are forced through the material return.
  • FIG. 3 shows that the component 9 consists of a lower segment 17 and an upper segment 18. Both segments 17, 18 have a semicircular recess. After assembly of the two segments 17, 18, the circular opening 12, which surrounds the shaft 2 forms. The two segments 17, 18 are connected by means of two screws at the points 19, 20 into one unit. The component 9 itself is in turn secured by two screws at the points 21, 22 on the housing part 6, through which the shaft 2 is guided.
  • FIGS 5 and 6 show a schematic representation of the measuring device 16, which detects the drops.
  • the measuring device 16 consists of a transmitter 23 and a receiver 24.
  • the measuring device 16 is designed as a light barrier. If a drop of liquid crosses the light beam between transmitter 23 and receiver 24, the signal strength that is detected at receiver 24 decreases.
  • Transmitter 23 and receiver 24 are preferably arranged in the component 9, on opposite sides of the drop section 15. The transmitter 23 emits pulsed Signals. The drop passes the light path between transmitter 23 and receiver 24 almost in the middle.
  • Fig. 7 shows two diagrams for evaluating the signals.
  • the signal strength E detected at the receiver is plotted over the time t as a solid line.
  • the signal strength is the intensity of the detected light beams. If a drop occurs between transmitter 23 and receiver 24, the signal strength E decreases steeply and falls below a limit value, which is shown in the diagram as a dashed line. After the drop has passed the light path, the signal strength E increases again and approximately reaches its original value.
  • a control device which evaluates the signals of the measuring device 16, registers the undershooting of the limit value and outputs an electrical output signal A, corresponding to the lower diagram.
  • the period ⁇ has t he eignis. while the signal strength E falls below the limit, be greater than a stored in the controller time period .DELTA.t m j n .
  • the control device carries out an auto-adaptation of the limit value.
  • the control device adjusts the limit value to the stepwise decrease of the detected signal. With this adaptation, the distance between signal strength and limit value ⁇ E remains constant.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion einer Leckage bei Wellendichtungen (7). Die Vorrichtung umfasst eine Messeinrichtung (16), die austretendes Fluid detektiert. An einer Wellendurchführung (8) ist ein Bauteil (9) angeordnet, das austretendes Fluid zu einer Stelle (14) führt, an der sich Tropfen bilden. Die Tropfen werden in einer Fallstrecke (15) von der Messeinrichtung (16) erfasst.

Description

Beschreibung
Leckagedetektion bei Wellendichtungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion einer Leckage bei einer Wellendichtung mit einer Messeinrichtung, die austretendes Fluid detektiert. Wellendichtungen verhindern bei Kreiselpumpen den Austritt von Förderfluid an der Durchführung der rotierenden Welle aus dem feststehenden Gehäuse. Häufig werden dazu Gleitringdichtungen eingesetzt. Dabei handelt es sich um dynamische Berührungsdichtungen, bei denen Dichtflächen aufeinander gleiten. Zwischen den Flächen befindet sich der Dichtspalt mit einem meist flüssigen Schmierfilm. Der Dichtspalt ver- läuft meist rechtwinklig zur Wellenachse.
Bei Kreiselpumpen mit Gleitringdichtungen sind Dichtungsschäden eine häufige Ausfallursache. Um größere Schäden zu vermeiden, muss eine auftretende Leckage frühzeitig erkannt werden. Häufig geschieht dies auch heute noch aufgrund visueller Erfas- sung durch das Instandhaitungspersonal. Dadurch werden Schäden erst dann erkannt, wenn bereits erhebliche Leckagemengen ausgetreten sind.
In der US 2003/0015840 A1 wird eine Dichtung mit einem Leckagedetektor beschrieben. Dabei wird das austretende Fluid in einem Behältnis gesammelt. Überschreitet der Füllstand in dem Behältnis einen Grenzwert, wird dies von einer Messeinrichtung er- fasst. Ein Sensor ragt in das Behältnis hinein und ermittelt den Brechungsindex des ihn umgebenden Mediums. Der Brechungsindex hat für jedes Medium einen spezifischen Wert. Liegt der Füllstand unterhalb des Grenzwertes wird vom Sensor der Brechungsindex von Luft detektiert. Überschreitet der Füllstand den Grenzwert misst der Sensor den Brechungsindex des Fluids. Nachteilig bei dieser Methode zur Leckagedetektion ist die Anfälligkeit gegenüber aggressiven oder auskristallierenden Fluiden, welche den Behälter bzw. den Sensor beschädigen bzw. zusetzen können.
In der EP 1 625 375 B1 wird eine Überwachungseinrichtung zur Detektion einer Leckage beschrieben, bei der in einem rinnenartigen Rohr austretendes Fluid gesammelt und mittels eines kapazitiven Sensors die Höhe des Füllstandes in dem Rohr erfasst wird.
Die DE 103 14 923 B4 beschreibt eine Anordnung zur Abdichtung einer Welle mit einer Einrichtung zur Erfassung einer Leckage. Dabei wird austretendes Fluid von einem saugfähigen Vliesstoff aufgenommen, der in der Schrift als„Depot" bezeichnet wird. Das Depot wird von einem Sensor überwacht. Die Leckage verteilt sich zunächst gleichmäßig in dem Vliesstoff. Dies führt zu einer verzögerten Detektion.
Vor diesem technologischen Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Detektion und quantitativen Erfassung einer Leckage bei Wellendichtungen anzugeben, die bereits geringste Mengen an austretendem Fluid zuverlässig mittels einer Messeinrichtung erfasst. Dadurch sollen frühzeitig Verschieißerscheinun- gen an den Wellendichtungen erkannt werden, um Folgeschäden durch den Austritt von größeren Fluidmengen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an einer Wellendurchfüh- rung ein Bauteil angeordnet ist, das austretendes Fluid zu einer Stelle führt, an der sich Tropfen bilden, wobei die Tropfen in einer Fallstrecke von der Messeinrichtung erfasst werden.
Bei herkömmlichen Systemen zur Leckagedetektion sammelt sich austretendes Fluid an einer Steile. Erst die Ansammlung einer gewissen Fluidmenge wird detektiert. Dagegen findet bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine gezielte Tropfenbildung durch ein eigenständiges Bauteil statt, das an der Wellendurchführung angeordnet ist. Durch die Erfassung der Tropfen in einer Fallstrecke mittels einer Messeinrichtung werden auch geringste Leckagemengen detektiert. Dadurch und/oder durch eine Trendbewertung der Tropfenrate können Verschleißerscheinungen an der Wellendichtung frühzeitig erkannt und behoben werden, sodass größere Schäden an der Kreiselpumpe vermie- 5 den werden.
Das Bauteil ist unmittelbar an dem Gehäuseteil angeordnet, durch das die Welle geführt wird. Eine spaltfreie Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil und dem Bauteil wird mittels eines Dichtelements gewährleistet. Ais vorteilhaft erweist sich dabei der Einsatz 10 einer Dichtscheibe, welche die Welle umgibt und zwischen dem Bauteil und dem Gehäuseteil angeordnet ist, wobei sich insbesondere eine Acryldichtscheibe als günstig erwiesen hat.
Das Bauteil ist feststehend und wird mittels Befestigungsmitteln, vorzugsweise mit Hilfe 15 von Schrauben, an dem Gehäuseteil fixiert, durch das die Welle geführt wird.
Das Bauteil ist so konstruiert, dass es an der Wellendurchführung austretendes Fluid gezielt ableitet. Vorzugsweise umschließt das Bauteil die Welle teilweise oder vollständig. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung besteht das Bauteil aus zwei Seg- 20 menten, die jeweils mittig eine halbkreisförmige Aussparung haben. Ein Segment umschließt die Welle von oben; das andere Segment umschließt die Welle von unten. Beide Segmente sind mittels Befestigungsmitteln, beispielsweise Schrauben, zu einer Ein- :. heit verbunden.
25 Das Bauteil ist so konstruiert, dass es das Fluid zu einer Steile führt, an der sich Tropfen bilden. Dazu weist das Bauteil im Bereich unterhalb der Welle einen trichterartigen Bereich auf, zu dem das Fluid aufgrund der Schwerkraft geleitet wird. Am Ende des trichterförmigen Bereichs gelangt das Fluid zu einer Kante, an der sich Tropfen bilden, illle
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung springt das Bauteil am Ü- bergang der Kante zur Falistrecke zurück. Das Fluid rinnt den trichterartigen Bereich bis zur Kante hinab, an der durch den Materialrücksprung eine Tropfenbildung erzwungen wird.
Vorzugsweise ist auch die Fallstrecke innerhalb des Bauteils angeordnet. Dabei wird die Falistrecke von einem Hohlraum innerhalb des Bauteils gebildet. Der Hohlraum schließt sich unmittelbar an die Kante an, an der sich die Tropfen bilden. Dadurch werden Luftströmungen abgeschirmt, die den Tropfen im freien Fall seitlich wegtreiben könnten.
Die Tropfen werden von einer Messeinrichtung detektiert, die einen Sender und einen Empfänger umfasst. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung als Lichtschranke ausgeführt. Die Lichtschranke wird so positioniert, dass alle herabfallenden Tropfen die Lichtstrecke zwischen dem Sender und Empfänger durchqueren. Vorzugsweise passieren die Tropfen die Lichtstrecke mittig.
Bei der Lichtschranke handelt es sich um ein System, bei dem ein Sender elektromagnetische Strahlung emittiert, deren Wellenlängenbereich vorzugsweise innerhalb des Spektrums vom sichtbaren Licht liegt. Alternativ kann aber auch Infrarotstrahlung oder Licht im nicht sichtbaren UV-Bereich ausgesandt werden. Vorzugsweise wird als Sender eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode eingesetzt. Als Empfänger wird beispielsweise ein Fototransistor oder eine Fotodiode eingesetzt, welche die vom Lichtsender emittierte Strahlung detektiert. Vorzugsweise sind Sender und Empfänger innerhalb des Bauteils mit einer optischen Ausrichtung zueinander angeordnet. Kreuzt ein Tropfen den Strahl zwischen Sender und Empfänger, erfolgt eine Verringerung der detektierten Lichtenergie. Dafür sind folgende Effekte verantwortlich:
eine Linsenwirkung des Tropfens, die zu einer Strahlaufweitung führt,
eine partielle Reflexion am Tropfen,
eine Absorbtion der Strahlung im Tropfen.
Die vom Empfänger detektierten Signale werden mittels Steuereinrichtung ausgewertet. Der Begriff Steuereinrichtung wird für Vorrichtungen verwendet, welche nur der Auswer tung von Signalen dienen, als auch für Vorrichtungen weiche zusätzlich oder alternati Größen variieren. Bei der Steuereinrichtung kann es sich um eine in die Messeinrichtung integrierte oder um eine separate Vorrichtung handeln. Es können beispielsweise auch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder eine Mikrocontrollerschai- tung als Steuereinrichtung eingesetzt werden.
Für eine kurze Zeitspanne, während sich der Tropfen zwischen Sender und Empfänger befindet, nimmt die vom Empfänger detektierte Signalstärke stark ab. Dabei wird ein in der Steuereinrichtung hinterlegter Grenzwert der Signalstärke unterschritten. Bei Unter- schreitung dieses Grenzwertes registriert die Steuereinrichtung einen Tropfen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Detektion von Leckage bei Wellendichtungen, insbesondere von Gleitringdichtungen, wie sie bei Kreiselpumpen eingesetzt werden. Da diese auch in Industrieanlagen mit einer erhöhten Konzentration an Schmutz- partikeln eingesetzt werden, kann die am Empfänger detektierte Signaistärke mit zunehmender Betriebsdauer aufgrund von Verschmutzungserscheinungen abnehmen. Weiterhin beeinflussen Temperaturschwankungen und Abnutzungserscheinungen am Sender oder Empfänger die Messungen. Bei Unterschreitung eines Grenzwertes der Signalstärke wird ein Tropfen registriert. Dabei wird bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung der Grenzwert an eine schrittweise Abnahme des vom Empfänger detektierten Signais, insbesondere aufgrund von fortschreitenden Verschmutzungs- und/oder Abnutzungserscheinungen, angepasst. Durch diese Anpassung des Grenzwertes rechnet die Steuereinrichtung eine schleichende Verschmutzung heraus.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die vom Sender emittierten Signale von der Steuereinrichtung variiert. Vorzugsweise emittiert der Sender gepulste Signale. Dadurch kann die Störempfindiichkeit verringert werden.
Als besonders günstig erweist es sich, wenn die vom Sender emittierten Signale mit zunehmender Verschmutzung erhöht werden und/oder die Verstärkung des Empfangs- Signals erhöht wird. Durch diese Autoadaption wird eine schleichende Verschmutzung ausgeglichen, so dass das am Empfänger detektierte Signal unabhängig von dem Verschmutzungsgrad konstant bleibt. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung haben Sender und Empfänger eine für die Tropfengröße optimierte optische Blende. Die Blende wird so gewählt, dass die Apertur von Sender- und Empfangsöffnung kleiner ist als die vertikale Tropfenhöhe sowie die horizontale Tropfendicke. Als Apertur bezeichnet man die freie Öffnung oder deren Durchmesser, durch welche Strahlen ausgesandt bzw. empfangen werden.
Weitere Merkmaie und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt eine Schnittdarstellung einer Kreiselpumpe mit einer Gleitringdichtung, eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Kreiselpumpe, in dem das Bauteil zur Leckagedetektion angeordnet ist, eine perspektivische Darstellung eines Bauteils zur Leckagedetektion, eine perspektivische Schnittdarstellung eines Bauteils zur Leckagedetektion, eine schematische Darstellung einer Messeinrichtung zum Zeitpunkt vor Erfassung eines Tropfens, eine schematische Darstellung einer Messeinrichtung zum Zeitpunkt während Erfassung eines Tropfens, Fig. 7 Diagramme zur Auswertung der Signale.
Fig. 1 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad 1 , das von einer Welle 2 angetrieben wird. Die Welle 2 wird von einem hier nicht dargestellten Motor in Rotation versetzt. Das Laufrad 1 ist von einem Gehäuse 4 umgeben. Das Gehäuse 4 weist einen Saugstutzen 5 auf. Gegenüber dem Saugstutzen 5 ist ein Gehäuseteil 6 angeordnet durch das die Welle 2 geführt wird. Bei dem Gehäuseteil 6 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Gehäusedeckel. Dabei sorgt eine Wellendichtung 7 für die Abdichtung der Wellendurchführung 8. In Fig. 1 ist die Wellendichtung 7 als Gleitringdichtung ausgeführt. Die Wellendichtung 7 befindet sich an der Innenseite des Gehäuseteils 6. An der Außenseite des Gehäuseteils 6 ist an der Weilendurchführung 8 ein Bauteil 9 angeordnet. Das Bauteil 9 wird von der Laterne des Lagerträgers 10 umgeben, im Ausführungsbeispiel wird die Welle 2 mittels Radiallager 11 an der Lagerlaterne 10 abgestützt.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Wellendurchführung 8, an der das Bauteil 9 platziert ist. Die Welle 2 wird durch das Gehäuseteil 6 geführt. Das Bauteil 9 ist dabei, wie in Fig. 1 , nur schematisch dargestellt. Eine Acryldichtscheibe sorgt für eine spaltfreie Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 6 und dem Bauteil 9. Das Bauteil 9 ist feststehend. Das Bauteil 9 ist mittels zweier Schrauben am Gehäuseteil 6 befestigt.
Während des Betriebs gleiten Dichtflächen der Wellendichtung 7 aufeinander, die durch hydraulische oder mechanische Kräfte aufeinander gedrückt werden. Während des Betriebs kann es zu Verschleißerscheinungen und Schädigungen kommen, so dass Fluid an der Wellendurchführung 8 austritt. Dabei gelangt das Fluid bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in das Bauteil 9.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine perspektivische Darstellung des Bauteils 9, wobei in Fig. 4 eine vertikal geschnittene Darstellung des Bauteils 9 gezeigt ist.
Das Bauteil 9 weist eine kreisrunde Öffnung 12 auf, welche die Welle 2 umgibt. Das austretende Fluid rinnt aufgrund der Schwerkraft einen trichterartigen Bereich 13 inner- halb des Bauteils 9 hinab. An einer Stelle 14 bilden sich Tropfen, die in einer Fallstrecke 15 von einer Messeinrichtung 16 erfasst werden. Die Messeinrichtung 16 ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Die Figuren 3 und 4 zeigen die Richtung eines von der Messeinrichtung 16 ausgesendeten Signals als Strich-Punkt Linie. Im Ausführungsbeispiel wird von der Strich-Punkt Linie ein Lichtstrahl angedeutet. Durchquert ein Tropfen den Lichtstrahl, so wird er vom Lichtempfänger registriert.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können durch die gezielte Tropfenbildung auch kleine Mengen an austretendem Fluid detektiert werden. Die Tropfenbildung erfolgt an der Stelle 14. Die Stelle 14 ist im Ausführungsbeispiel eine Kante. Die Kante bildet den Übergang des trichterartigen Bereichs 13 zu der Fallstrecke 15. Die Fallstrecke 15 ist als Hohlraum in dem Bauteil 9 ausgebildet. Das Fluid rinnt den trichterartigen Bereich 13 bis zur Kante hinab, an der durch den Materialrücksprung eine Tropfenbildung erzwungen wird.
Fig. 3 zeigt, dass das Bauteil 9 aus einem unteren Segment 17 und einem oberen Segment 18 besteht. Beide Segmente 17, 18 weisen eine halbkreisförmige Aussparung auf. Nach Zusammensetzen der beiden Segmente 17, 18 bildet sich die kreisrunde Öffnung 12, welche die Welle 2 umschließt. Die beiden Segmente 17, 18 werden mittels zweier Schrauben an den Stellen 19, 20 zu einer Einheit verbunden. Das Bauteil 9 selbst wird seinerseits über zwei Schrauben an den Stellen 21 , 22 an dem Gehäuseteil 6 befestigt, durch das die Welle 2 geführt wird.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine schematische Darstellung der Messeinrichtung 16, welche die Tropfen erfasst. Die Messeinrichtung 16 besteht aus einem Sender 23 und einem Empfänger 24. Im Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung 16 als Lichtschranke ausgeführt. Kreuzt ein Flüssigkeitstropfen den Lichtstrahl zwischen Sender 23 und Empfänger 24, so nimmt die Signaistärke ab, die am Empfänger 24 detektiert wird. Sender 23 und Empfänger 24 sind vorzugsweise in dem Bauteil 9, an einander gegenüberliegenden Seiten der Fallstrecke 15, angeordnet. Der Sender 23 emittiert gepulste Signale. Der Tropfen passiert die Lichtstrecke zwischen Sender 23 und Empfänger 24 nahezu mittig.
Der Abstand zwischen der Stelle 14, an der sich die Tropfen bilden und der Lichtstrecke sollte möglichst gering sein. Vorzugsweise wird der Abstand so gewählt, dass der Tropfen noch nicht seine maximale Sinkgeschwindigkeit erreicht hat und somit die Verweilzeit der Tropfen im Lichtstrahl möglichst groß ist. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Tropfenerfassung verbessert. Fig. 7 zeigt zwei Diagramme zur Auswertung der Signale. Im oberen Diagramm ist als durchgezogene Linie die am Empfänger detektierte Signalstärke E über der Zeit t aufgetragen. Im Ausführungsbeispiel ist die Signalstärke die Intensität der detektierten Lichtstrahlen. Tritt ein Tropfen zwischen Sender 23 und Empfänger 24 nimmt die Signalstärke E steil ab und unterschreitet einen Grenzwert, der im Diagramm als gestri- chelte Linie dargestellt ist. Nachdem der Tropfen die Lichtstrecke passiert hat, nimmt die Signalstärke E wieder zu und erreicht ungefähr wieder ihren ursprünglichen Wert.
Eine Steuereinrichtung, welche die Signale der Messeinrichtung 16 auswertet, registriert die Unterschreitung des Grenzwertes und gibt ein elektrisches Ausgangssignal A, entsprechend dem unteren Diagramm, ab.
Um zufällige Störereignisse auszuschließen, muss die Zeitspanne Λ tEreignis. während der die Signalstärke E den Grenzwert unterschreitet, größer sein als eine in der Steuereinrichtung hinterlegte Zeitspanne Δ tmjn.
Die durchgezogene Linie im oberen Diagramm zeigt, dass die Signalstärke E mit zunehmender Betriebsdauer aufgrund von Verschmutzungserscheinungen stetig abnimmt. Der Verschmutzungsvorgang ist ein relativ langsamer Prozess, der üblicherweise über Monate erfolgt. Dagegen bewirkt eine Signaländerung durch einen Tropfen eine kurzfristige, deutliche Änderung der Signalstärke. Im Aüsführungsbeispiel führt die Steuereinrichtung eine Autoadaption des Grenzwertes durch Dabei passt die Steuereinrichtung den Grenzwert an die schrittweise Abnahme des detektierten Signals an. Bei dieser Anpassung bleibt der Abstand zwischen Signalstärke und Grenzwert Δ E konstant.

Claims

Patentansprüche
Leckagedetektion bei Weiiendichtungen
Vorrichtung zur Detektion einer Leckage bei einer Weilendichtung (7) mit einer Messeinrichtung (16), die austretendes Fluid detektiert dadurch gekennzeichnet, dass an einer Wellendurchführung (8) ein Bauteil (9) angeordnet ist, das austretendes Fluid zu einer Stelle (14) führt, an der sich Tropfen bilden, wobei die Tropfen in einer Failstrecke (15) von der Messeinrichtung (16) erfasst werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (9) mit Hilfe von Befestigungsmitteln an einem Gehäuseteil (6) fixiert ist, durch das die Welle (2) geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Dichtelements eine Abdichtung zwischen dem Bauteil (9) und dem Gehäuseteil (6), erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelle (14) eine Kante aufweist, an der sich Tropfen bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fallstrecke (15) innerhalb des Bauteils (9) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (9) die Welle (2) vollständig umschließt. Vorrichtung nach eine bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid innerhalb eines trichterartigen Bereichs (13) des Bauteils (9) abgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (16) einen Sender (23) und einen Empfänger (24) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (16) als Lichtschranke ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Sender (23) und/oder Empfänger (24) innerhalb des Bauteils (9) angeordnet sind.
Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung (16) in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 0, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Empfänger (24) der Messeinrichtung (16) detektierten Signale ausgewertet werden und bei Unterschreitung und/oder Überschreitung eines Grenzwertes der Signalstärke ein Tropfen registriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert an eine schrittweise Abnahme des vom Empfänger (24) detektierten Signals, insbesondere aufgrund von fortschreitenden Verschmutzungs- und/oder Abnutzungserscheinungen, angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sender (23) emittierten Signale variiert werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der vom Sender (23) emittierten Signale, bei einer schrittweisen Abnahme der vom Empfänger (24) detektierten Signale, insbesondere aufgrund von fortschreitenden Verschmutzungs- und/oder Abnutzungserscheinungen, angepasst wird.
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