WO2017194354A1 - Labyrinthdichtung mit sensoren - Google Patents

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    • F16C2233/00—Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration

Definitions

  • the invention relates to a labyrinth seal.
  • Labyrinth seals for sealing a running gap between a rotor-side component, in particular a shaft, and a stator-side component, in particular a housing are well known from the prior art.
  • such labyrinth seals have stator-side sealing bodies, which have labyrinth tips facing the rotor-side component, adjoin the rotor-side component with their labyrinth tips, and thus seal the running gap between the rotor-side component and the stator-side component.
  • stator-side sealing bodies which have the labyrinth tips, are made of a metallic material, in particular of aluminum.
  • the rotor-side component likewise consists of a metallic material, in particular of a steel alloy whose hardness is greater than that of aluminum.
  • the present invention has the object to provide a novel labyrinth seal.
  • the stator-side sealing body consists of an electrically nonconductive material, wherein the stator-side sealing body receives sensors for detecting vibrations of the rotor-side component.
  • stator-side sealing body for a labyrinth seal made of an electrically non-conductive material and to position sensors for detecting vibrations of the rotor-side component in the stator-side sealing body.
  • the design of the stator-side sealing body made of an electrically non-conductive material ensures that the sensors integrated in the stator-side sealing body can record measured values undisturbed for the vibration detection of the rotor-side component.
  • the electrically non-conductive material of the stator-side sealing body is preferably heat-resistant at temperatures of up to 100 ° C., furthermore oil-resistant and furthermore dimensionally stable at pressure differences of up to 100 mbar. Such a material for the stator-side sealing body is particularly preferred.
  • the electrically non-conductive material of the stator-side sealing body is a plastic, preferably a Polyoxymethylen- plastic.
  • the stator-side sealing body may consist of a fiber-reinforced plastic.
  • the use of polyoxymethylene plastic is preferred for cost reasons and provides a sealing body with sufficient heat resistance, oil resistance and dimensional stability.
  • the respective sensor is inserted into a bore, in particular in a sealing gas supply bore, the stator-side sealing body. This makes possible a particularly compact design of the labyrinth seal with vibration sensors integrated in the stator-side sealing body.
  • Fig. 2 a radial section through the labyrinth seal Fig. 1 in the cutting direction
  • the invention relates to a labyrinth seal.
  • the labyrinth seal 10 for sealing a running gap 11 between a stator-side component, in particular a housing and a rotor-side component, in particular a shaft.
  • the labyrinth seal 10 has a stator-side sealing body 12 which is inserted into a recess of the stator-side component, not shown, in particular of the housing and having at a radially inner surface 13 labyrinth peaks 14, the running gap 1 1 between the stator-side sealing body 12 and a radially outer surface 15 of a rotor-side member 1 6 seal.
  • the stator-side sealing body 12 of the labyrinth seal 10 is made of an electrically non-conductive material. This material is especially at temperatures up to 80 ° C, preferably up to 100 ° C, heat resistant, also oil resistant and further at pressure differences up to 50 mbar, preferably up to 100 mbar, dimensionally stable.
  • the stator-side sealing body 12 is made of an electrically non-conductive plastic, preferably of polyoxymethylene plastic (POM plastic) or alternatively of polytetrafluoroethylene plastic (PTFE plastic) or of a polyetheretherketone plastic (PEEK plastic).
  • POM plastic polyoxymethylene plastic
  • PTFE plastic polytetrafluoroethylene plastic
  • PEEK plastic polyetheretherketone plastic
  • stator-side sealing body 12 of the labyrinth seal 10 is composed of two halves 12a, 12b, wherein FIG. 1 visualizes the parting plane 17 between these two halves 12a, 12b of the stator-side sealing body 12.
  • These sensors 18 are preferably path transducers which detect a gap change of the nip 1 1 via eddy currents induced in the metallic material of the rotor-side component 1 6.
  • an HF signal or high-frequency signal with defined energy is generated from an auxiliary voltage.
  • This RF signal is fed to an encoder of the sensor 18, wherein the energy is transmitted back to a coil of the sensor 18. If the metallic, rotor-side component 1 6 cuts the energy field, eddy currents are induced in the surface of the rotor-side component 16 and a measurable loss of energy occurs. The smaller the gap, the higher the energy loss.
  • This measurement principle of the transducer is basically known.
  • stator-side sealing body 12 which consists of the electrically non-conductive material, preferably two such sensors 18, which are offset at the periphery by an angle ß of 90 ° ⁇ 5 ° to each other.
  • stator-side sealing body 12 of a labyrinth seal 10 has at least one sealing gas feed bore 19.
  • the respective sensor 18 in the stator-side sealing body 12 may be provided to position the respective sensor 18 in such a sealing gas feed bore 19 and a cable 20 for contacting the sensor 18 via this sealing gas feed bore 19 to the outside.
  • the present invention it is therefore proposed to integrate sensors that are used to detect vibrations of a rotor-side component in labyrinth seals, namely in the stator-side sealing body of such a labyrinth seal, which is made of an electrically non-conductive material, in particular from a corresponding Plastic.
  • the sensors By integrating the sensors in the stator-side sealing body of the labyrinth seal, it is possible to save construction space. Due to the fact that the stator-side sealing body is made of the electrically non-conductive material, the vibration sensors can record and provide undisturbed corresponding measured values.

Abstract

Labyrinthdichtung zur Abdichtung eines Laufspalts zwischen einem statorseitigen Bauteil, insbesondere einem Gehäuse, und einem rotorseitigen Bauteil, insbesondere einer Welle, mit einem statorseitigen Dichtkörper (12), der dem rotorseitigen Bauteil zugewandte Labyrinthspitzen (14) aufweist, wobei der statorseitige Dichtkörper (12) aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff besteht, und wobei der statorseitige Dichtkörper (12) Sensoren (18) zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils aufnimmt.

Description

LABYRINTHDICHTUNG MIT SENSOREN
Die Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung.
Labyrinthdichtungen zur Abdichtung eines Laufspalts zwischen einem rotorseiti- gen Bauteil, insbesondere einer Welle, und einem statorseitigen Bauteil, insbesondere einem Gehäuse, sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So verfügen derartige Labyrinthdichtungen über statorseitige Dichtkörper, die dem ro- torseitigen Bauteil zugewandte Labyrinthspitzen aufweisen, mit ihren Labyrinthspitzen an das rotorseitige Bauteil angrenzen und so den Laufspalt zwischen dem rotorseitigen Bauteil und dem statorseitigem Bauteil abdichten.
Bei aus der Praxis bekannten Labyrinthdichtungen sind die statorseitigen Dichtkörper, welche die Labyrinthspitzen aufweisen, aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, gefertigt. Das rotorseitige Bauteil besteht ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Stahllegierung, dessen Härte größer ist als die von Aluminium.
Aus der Praxis ist es weiterhin bereits bekannt, Schwingungen des rotorseitigen Bauteils im statorseitigen Bauteil über Sensoren zu erfassen, so zum Beispiel über Wegumformer. Dabei werden nach der Praxis die Sensoren zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils mit ausreichendem axialen Abstand zu der Labyrinthdichtungen positioniert, um eine ungestörte Schwingungsmessung zu ermöglichen. Durch den für die Schwingungssensoren benötigten Bauraum vergrößert sich der Bauraumbedarf. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Labyrinthdichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfin- dungsgemäß besteht der statorseitige Dichtkörper aus einem elektrisch nicht- leitfähigen Werkstoff, wobei der statorseitige Dichtkörper Sensoren zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils aufnimmt.
Mit der Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, den statorseitigen Dichtkörper für eine Labyrinthdichtung aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff zu fertigen und Sensoren zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils im statorseitigen Dichtkörper zu positionieren. Durch die Ausführung des statorseitigen Dichtkörpers aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff wird gewährleistet, dass die in den statorseitigen Dichtkörper integrierten Sensoren zur Schwin- gungserfassung des rotorseitigen Bauteils ungestört Messwerte aufnehmen können. Durch die Integration der Schwingungssensoren in den statorseitigen Dichtkörper kann der Bauraumbedarf reduziert werden.
Vorzugsweise ist der elektrisch nicht-leitfähige Werkstoff des statorseitigen Dicht- körpers bei Temperaturen bis zu 100°C hitzebeständig, ferner ölbeständig und weiterhin bei Druckdifferenzen bis zu 100 mbar formstabil. Ein derartiger Werkstoff für den statorseitigen Dichtkörper ist besonders bevorzugt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff des statorseitigen Dichtkörper ein Kunststoff, vorzugsweise ein Polyoxymethylen- Kunststoff. Der statorseitigen Dichtkörper kann aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Die Verwendung von Polyoxymethylen-Kunststoff wird aus Kostengründen bevorzugt und stellt einen Dichtkörper mit ausreichender Hitzebeständigkeit, Ölbeständigkeit sowie Formstabilität bereit. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der jeweilige Sensor in eine Bohrung, insbesondere in eine Sperrgaszuführungsbohrung, des statorseitigen Dichtkörpers eingesetzt. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauform der Labyrinthdichtung mit in den statorseitigen Dichtkörper integrierten Schwingungssensoren möglich.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 : eine Labyrinthdichtung in axialer Blickrichtung; und
Fig. 2: einen Radialschnitt durch die Labyrinthdichtung Fig. 1 in Schnittrichtung
II-II.
Die Erfindung betrifft eine Labyrinthdichtung.
Fig. 1 zeigt eine Labyrinthdichtung 10 zur Abdichtung eines Laufspalts 1 1 zwischen einem statorseitigen Bauteil, insbesondere einem Gehäuse und einem ro- torseitigen Bauteil, insbesondere einer Welle. Die Labyrinthdichtung 10 verfügt über einen statorseitigen Dichtkörper 12, der in eine Ausnehmung des nicht- gezeigten statorseitigen Bauteils, insbesondere des Gehäuses, eingesetzt ist und der an einer radial innenliegenden Fläche 13 Labyrinthspitzen 14 aufweist, die den Laufspalt 1 1 zwischen dem statorseitigen Dichtkörper 12 und einer radial äußeren Oberfläche 15 eines rotorseitigen Bauteils 1 6 abdichten.
Der statorseitige Dichtkörper 12 der Labyrinthdichtung 10 ist aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff gefertigt. Dieser Werkstoff ist insbesondere bei Temperaturen bis zu 80°C, bevorzugt bis zu 100 °C, hitzebeständig, ferner ölbeständig und weiterhin bei Druckdifferenzen bis zu 50 mbar, bevorzugt bis zu 100 mbar, formstabil. Vorzugsweise ist der statorseitige Dichtkörper 12 aus einem elektrisch nicht- leitfähigen Kunststoff hergestellt, vorzugsweise aus Polyoxymethylen-Kunststoff (POM-Kunststoff) oder alternativ aus Polytetrafluorethylen-Kunststoff (PTFE- Kunststoff) oder aus einem Polyetheretherketon-Kunststoff (PEEK- Kunststoff). Derartige Kunststoffe erfüllen die oben erwähnten Bedingungen und erlauben eine einfache, kostengünstige Herstellung des statorseitigen Dichtkörpers 12. Der Kunststoff kann ein faserverstärkter, z.B. ein mit Glasfasern oder Kohlefasern, verstärkter Kunststoff sein.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der statorseitige Dichtkörper 12 der Labyrinthdichtung 10 aus zwei Hälften 12a, 12b zusammengesetzt, wobei Fig. 1 die Trennebene 17 zwischen diesen beiden Hälften 12a, 12b des statorseitigen Dichtkörpers 12 visualisiert.
Der statorseitige Dichtkörper 12, im gezeigten Ausführungsbeispiel die Hälfte 12a desselben, nimmt Sensoren 18 zur Erfassung von Schwingungen des rotorseiti- gen Bauteils 16 auf. Bei diesen Sensoren 18 handelt es sich vorzugsweise um Wegumformer, die eine Spaltänderung des Laufspalts 1 1 über im metallischen Werkstoff des rotorseitigen Bauteils 1 6 induzierte Wirbelströme erfassen. Hierbei wird aus einer Hilfsspannung ein HF-Signal bzw. Hochfrequenz-Signal mit definierter Energie erzeugt. Dieses HF-Signal wird in einen Geber des Sensors 18 eingespeist, wobei die Energie an eine Spule des Sensors 18 zurückübertragen wird. Schneidet das metallische, rotorseitige Bauteil 1 6 das Energiefeld, werden Wirbelströme in der Oberfläche des rotorseitigen Bauteils 1 6 induziert und ein messbarer Energieverlust tritt ein. Je kleiner der Laufspalt ist, desto höher ist der Energieverlust. Dieses Messprinzip der Wegumformer ist grundsätzlich bekannt.
Dabei nimmt der statorseitige Dichtkörper 12, der aus dem elektrisch nicht- leitfähigen Werkstoff besteht, vorzugsweise zwei derartige Sensoren 18 auf, die am Umfang um einen Winkel ß von 90°±5° zueinander versetzt sind. Typischerweise weist der statorseitige Dichtkörper 12 einer Labyrinthdichtung 10 mindestens eine Sperrgaszuführungsbohrung 19 auf. Zur einfachen Integration des jeweiligen Sensors 18 in den statorseitigen Dichtkörper 12 kann vorgesehen sein, den jeweiligen Sensor 18 in einer derartigen Sperrgaszuführungsbohrung 19 zu positionieren und ein Kabel 20 zur Kontaktierung des Sensors 18 über diese Sperrgaszuführungsbohrung 19 nach außen zu führen.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird demnach vorgeschlagen, Sensoren, die der Erfassung von Schwingungen eines rotorseitigen Bauteils dienen, in Labyrinthdichtungen zu integrieren, nämlich in den statorseitigen Dichtkörper einer solchen Labyrinthdichtung, der aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff gefertigt ist, insbesondere aus einem entsprechenden Kunststoff. Durch die Integration der Sensoren in den statorseitigen Dichtkörper der Labyrinthdichtung kann Bau- räum eingespart werden. Bedingt dadurch, dass der statorseitige Dichtkörper aus dem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff gefertigt ist, können die Schwingungssensoren ungestört entsprechende Messwerte aufnehmen und bereitstellen.
Bezugszeichenliste
10 Labyrinthdichtung
1 1 Laufspalt
12 Dichtkörper
12a Dichtkörperhälfte
12b Dichtkörperhälfte
13 Fläche
14 Labyrithspitze
15 Fläche
16 Bauteil
17 Trennebene
18 Sensor
19 Sperrgaszuführungsbohrung
20 Kabel

Claims

Ansprüche
Labyrinthdichtung (10) zur Abdichtung eines Laufspalts zwischen einem sta- torseitigen Bauteil, insbesondere einem Gehäuse, und einem rotorseitigen Bauteil, insbesondere einer Welle, mit einem statorseitigen Dichtkörper (12), der dem rotorseitigen Bauteil zugewandte Labyrinthspitzen (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der statorseitige Dichtkörper (12) aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Werkstoff besteht, und dass der statorseitige Dichtkörper (12) Sensoren (18) zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils aufnimmt.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Sensoren (18) zur Erfassung von Schwingungen des rotorseitigen Bauteils als Wegumformer ausgebildet sind, die eine Spaltänderung des Laufspalts über induzierte Wirbelströme erfassen.
3. Labyrinthdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der statorseitige Dichtkörper (12) zwei um 90°±5° am Umfang versetze Sensoren (18) aufnimmt.
4. Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch nicht-leitfähige Werkstoff des statorseitigen Dichtkörpers (12) bei Temperaturen bis zu 80°C, vorzugsweise bis zu 100°C, hitzebeständig, ferner ölbeständig und weiterhin bei Druckdifferenzen bis zu 50 mbar, insbesondere bis 100 mbar, formstabil ist.
5. Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das der elektrisch nicht-leitfähige Werkstoff des statorseiti- gen Dichtkörper (12) ein Kunststoff ist.
6. Labyrinthdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Kunststoff ein faserverstärkter Kunststoff ist.
7. Labyrinthdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyoxymethylen-Kunststoff ist.
8. Labyrinthdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polytetrafluorethylen-Kunststoff ist.
Labyrinthdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyetheretherketon-Kunststoff ist.
Labyrinthdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Sensor (18) in eine Bohrung, insbesondere in eine Sperrgaszuführungsbohrung (19), des statorseitigen Dichtkörpers (12) eingesetzt ist.
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