WO2022122354A1 - Gleitringdichtungsanordnung mit detektion von verschmutzung - Google Patents

Gleitringdichtungsanordnung mit detektion von verschmutzung Download PDF

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WO2022122354A1
WO2022122354A1 PCT/EP2021/082433 EP2021082433W WO2022122354A1 WO 2022122354 A1 WO2022122354 A1 WO 2022122354A1 EP 2021082433 W EP2021082433 W EP 2021082433W WO 2022122354 A1 WO2022122354 A1 WO 2022122354A1
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WO
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mechanical seal
seal arrangement
optical sensor
sensor device
contamination
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PCT/EP2021/082433
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French (fr)
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Stefanie KREFT
Michael Müller
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Eagleburgmann Germany Gmbh & Co.Kg
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    • 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
    • F16J15/16—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
    • F16J15/3464—Mounting of the seal
    • 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
    • F16J15/16—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

Definitions

  • the mechanical seal arrangement has the advantage that contamination is detected early and it is therefore possible that a countermeasure, for example a shortening of a maintenance interval, can be taken early on in order to avoid a total failure of the mechanical seal arrangement.
  • the mechanical seal arrangement comprises a gas-lubricated mechanical seal with a rotating and a stationary slide ring, which define a sealing gap between their sliding surfaces.
  • the mechanical seal arrangement includes an optical sensor device for detecting contamination, which includes an optical fiber and an evaluation unit.
  • the evaluation unit is set up to infer contamination of the slide ring seal based on an intensity of an absorption of a light beam that emerges from the light guide.
  • the optical sensor device can be provided very simply and inexpensively. It is also easy to install the optical sensor device in the mechanical seal arrangement, for example in a housing. Retrofitting of mechanical seal arrangements already in operation is also possible.
  • the light guide of the optical sensor device is preferably directed towards a sliding ring or a component connected to the sliding ring.
  • the light guide is particularly preferably directed at the stationary slide ring and in particular at a rear side of the stationary slide ring.
  • the mechanical seal also includes a pressure ring, via which a prestressing force is exerted on a sliding ring.
  • the light guide is preferably directed towards the pressure ring.
  • the light guide is a fiber optic line, in particular a glass fiber.
  • the light guide is further preferably arranged in a housing of the mechanical seal arrangement.
  • the light guide ends on a wall of the housing, so that the light can emerge from the end of the light guide and the reflection of the light can enter the light guide again and is guided to the evaluation unit. If there is dirt, e.g. a deposit on the exit surface of the light guide, the light intensity changes because part of the light is absorbed. This can be detected directly by the evaluation unit.
  • the optical sensor device is particularly preferably a fiber optic vibration measuring device.
  • the vibration measuring device is set up to optically detect a vibration of a component of the mechanical seal. At the same time, it is also possible to record contamination with the fiber-optic vibration measuring device.
  • the optical vibration measuring device emits light onto the component of the mechanical seal from one side of a fiber bundle. The light reflected from the component is picked up by another fiber bundle and transmitted to the evaluation unit.
  • the evaluation unit is set up to detect a change in the light intensity. A vibration of the component changes the distance between the component and the exit surface of the light guide, so that a vibration can be inferred from this.
  • the vibration measuring device is able to detect not only a vibration of the component but also contamination caused by deposits or particles/aerosols present in the intermediate area between the component and the light guide and to infer contamination from this.
  • the sensor device comprises a fiber optic temperature measuring device. Contamination on the exit surface of the light, for example deposits of particles, results in a change in the light intensity, which can be detected by the temperature measuring device. A degree of contamination of the mechanical seal can then be inferred in the evaluation unit based on a value of the light intensity.
  • the mechanical seal arrangement comprises a gas supply system, which supplies a supply gas into a space at the sealing gap of the mechanical seal through a supply line, with a second optical sensor device being arranged on the supply line.
  • the second optical sensor device can comprise a fiber optic vibration measuring device and/or a fiber optic temperature measuring device.
  • the second optical sensor device is preferably arranged perpendicular to a direction of flow in the feed line.
  • the mechanical seal arrangement also includes a further temperature measuring device, which is directed onto a surface on one of the mechanical seals adjacent to the sealing gap of the mechanical seal. This makes it possible, in addition to temperature detection, to also detect contamination due to deposits from particles/aerosols on the slide ring in the vicinity of the sealing gap, and to record accordingly conclude contamination of the mechanical seal assembly based on the intensity of the absorbed light beam.
  • Optical sensor devices with a predetermined sampling frequency are preferably used.
  • the measurement of the contamination by the optical sensor device can be carried out continuously during operation at a predetermined frequency.
  • a control unit can be provided which, based on the respective values, for example the vibration values and/or the temperature values, is set up to carry out a trend analysis in order to determine future contamination of the mechanical seal to be expected.
  • a maintenance date can be determined in the future and the mechanical seal arrangement can thus be serviced before total failure due to contamination.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a mechanical seal arrangement with a gas-lubricated mechanical seal according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic, enlarged partial sectional view of the mechanical seal arrangement from FIG. 1 to clarify the principle of operation
  • FIG. 5 shows a schematic partial sectional view of the mechanical seal arrangement, which schematically shows the detection of a particle/aerosol in space
  • FIG. 6 is a schematic representation of a plot of reflected light intensity versus time upon detection of a particle/aerosol as shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a schematic representation of a plot of reflected light intensity versus time upon detection of a particle/aerosol as shown in FIG. 5.
  • the mechanical seal assembly 1 comprises a gas-lubricated mechanical seal 2 with a rotating seal ring 20 and a stationary seal ring 21.
  • the rotating seal ring 20 has a first sliding surface 20a and the stationary seal ring 21 has a second sliding surface 21a.
  • a sealing gap 22 is defined between the two sliding surfaces 20a, 21a.
  • a slide ring holder 9 which is arranged on a sleeve 10 which is fixed on a shaft 11 or is formed in one piece with the sleeve.
  • the mechanical seal arrangement 1 also includes a gas supply system 14 in order to supply a supply gas 16 that is as pure as possible into the product space 12 in the vicinity of the sealing gap 22 .
  • a supply gas 16 which is indicated schematically in FIG. 1 by the arrow, is supplied from the gas supply system through a supply line 15 into the product space 12.
  • a fiber optic vibration gauge 3 and a fiber optic temperature gauge 4 are provided on the feed line 15 . Furthermore, a fiber optic vibration measuring device 3 and a fiber optic temperature measuring device 4 are arranged in the housing 8, with the fiber optic vibration measuring device 3 being directed towards the rear side 21b of the stationary slide ring 21 and the fiber optic temperature measuring device 4 being directed towards a rear side of the pressure ring 6.
  • Another fiber optic temperature measuring device 4 is directed at a surface 21c on the stationary slide ring 21 adjacent to the sealing gap 22 .
  • 2 schematically shows the functional principle of the optical sensor device 5 for determining a degree of contamination of the mechanical seal arrangement, using a fiber-optic vibration measuring device 3 for detecting vibrations A of the mechanical seal arrangement as an example.
  • An emitted light beam 18 is sent via the light guide 30 into the space 12 in the direction of the rear side 21b of the stationary sliding ring 21 and a reflected light beam 19 is received by the light guide 21 and fed to the evaluation unit 31 .
  • a deposit 50 on an exit surface 30a of the light guide 30 is shown schematically in FIG. 2 .
  • the deposit 50 on the exit surface 30a of the light guide 30 may form over time.
  • the evaluation unit 31 can use the change in the light intensity to deduce the extent of the contamination.
  • FIG. 3 shows an example of the light intensity I over time t in an unpolluted system, i.e. when there are no deposits on the exit surface of the light guide 30.
  • FIG. 4 shows a curve of the light intensity I over the time t, if contamination occurs with increasing time. The contamination obstructs the light beam from the vibration measuring device 3, so that increasing contamination can be concluded over the operating time of the mechanical seal arrangement, for example by monitoring an average value of the light reflected back. This is shown schematically in the diagram of FIG.
  • the detection of a particle 17 in the product space 12 by means of the fiber-optic vibration device 3 is shown schematically in FIGS.
  • the presence of the particle 17 in the light beam results in a shortened path for the emitted light beam 18 and the reflected light beam 19, which is recorded by a peak P in the diagram of the light intensity I versus time t.
  • the evaluation unit 31 of the fiber optic vibration measuring device 3 can thus determine whether there was a particle/aerosol in the light beam. Furthermore, if a large number of peaks P occur, the evaluation unit 31 can, for example, draw a conclusion such that there is greater contamination in the product space 12 , which could pose a risk to the function of the mechanical seal 2 . Accordingly, for example, a maintenance interval can be shortened or other countermeasures can be taken in order to prevent total failure of the mechanical seal arrangement 1 .
  • Temperature measuring device 4 can thus be set up based on the Emitted and reflected light beams or an intensity of the absorption of a light beam to detect contamination and to conclude on a total contamination of the mechanical seal assembly 1.
  • contamination of the mechanical seal arrangement 1 can also be concluded by evaluating the emitted and reflected light beam. If such fiber optic measuring devices are already present on the mechanical seal arrangement 1, contamination by deposits and/or floating aerosols/particles can also be detected and the degree of contamination of the mechanical seal arrangement can be inferred.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung umfassend: eine gasgeschmierte Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (20) und einem stationären Gleitring (21), welche zwischen ihren Gleitflächen (20a, 21a) einen Dichtspalt (22) definieren, und eine optische Sensorvorrichtung (5), welche zur Verschmutzungserfassung eingerichtet ist, wobei die optische Sensorvorrichtung (5) einen Lichtleiter (30, 40) und eine Auswerteeinheit (31, 41) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (31, 41) eingerichtet ist, basierend auf einer Intensität einer Absorption eines Lichtstrahls auf eine Verschmutzung der Gleitringdichtungsanordnung zu schließen.

Description

Gleitringdichtungsanordnung mit Detektion von Verschmutzung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer Detektion von Verschmutzungen mit Partikeln und/oder Aerosolen bei einer gasgeschmierten Gleitringdichtung.
Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Gasgeschmierte Gleitringdichtungen werden beispielsweise bei Kompressoren und Turbinenanwendungen verwendet. Hierbei muss dauerhaft eine Versorgung mit trockenem, sauberem Gas erfolgen, welches in einen Dichtspalt zwischen einem rotierenden Gleitring und einem stationären Gleitring der Gleitringdichtung zugeführt wird. Hierbei werden teils sehr aufwendige und teure Gasversorgungssysteme eingesetzt. Weiterhin muss hierbei beispielsweise bei Verdichtern in Gaspipelines oder dgl. eine Betriebsdauer von in der Regel ca. 5 Jahren zwischen zwei Service-Intervallen sichergestellt werden. Dabei ist einer der wichtigsten Gründe für ein Nichterreichen dieser langen Service- Zeiträume eine Verschmutzung der Gleitringdichtung mit Partikeln und/oder Aerosolen. Derartige Verschmutzungen stammen üblicherweise aus den Gasversorgungssystemen der Gleitringdichtung oder gegebenenfalls aus dem zu transportierenden Gas. Um einen Totalausfall der Gleitringdichtung zu vermeiden, wäre es hier wünschenswert, vorzeitig Informationen hinsichtlich eines Verschmutzungsgrades der Gleitringdichtung zu haben, um einen Totalausfall der Gleitringdichtung zu verhindern.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer gasgeschmierten Gleitringdichtung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und kostengünstiger Herstellbarkeit eine einfache und kostengünstige Erfassung von Verschmutzungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass Verschmutzungen frühzeitig erkannt werden und es somit möglich ist, dass frühzeitig eine Gegenmaßnahme, beispielsweise eine Verkürzung eines Wartungsintervalls, getroffen werden kann, um einen Totalausfall der Gleitringdichtungsanordnung zu vermeiden. Die Gleitringdichtungsanordnung umfasst dabei eine gasgeschmierte Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt definieren. Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine optische Sensorvorrichtung zur Verschmutzungserfassung, welche einen Lichtleiter und eine Auswerteeinheit umfasst. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, basierend auf einer Intensität einer Absorption eines Lichtstrahls, der aus dem Lichtleiter austritt, auf eine Verschmutzung der Gleitringdichtung zu schließen. Dabei kann die optische Sensorvorrichtung sehr einfach und kostengünstig bereitgestellt werden. Auch ist ein Einbau der optischen Sensorvorrichtung in die Gleitringdichtungsanordnung, beispielsweise in ein Gehäuse, auf einfache Weise möglich. Auch sind Nachrüstungen von schon im Betrieb befindlichen Gleitringdichtungsanordnungen möglich.
Vorzugsweise ist der Lichtleiter der optischen Sensorvorrichtung auf einen Gleitring oder ein mit dem Gleitring verbundenes Bauteil gerichtet. Besonders bevorzugt ist der Lichtleiter dabei auf den stationären Gleitring gerichtet und insbesondere auf eine Rückseite des stationären Gleitrings gerichtet. Dadurch kann durch Bestimmung der Verschmutzung im Bereich des stationären Gleitrings auf eine Gesamtverschmutzung der Gleitringdichtungsanordnung geschlossen werden.
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtung ferner einen Druckring, über welchen eine Vorspannkraft auf einen Gleitring ausgeübt wird. Dabei ist bevorzugt der Lichtleiter auf den Druckring gerichtet.
Weiter bevorzugt ist der Lichtleiter eine faseroptische Leitung, insbesondere eine Glasfaser. Der Lichtleiter ist weiter bevorzugt in einem Gehäuse der Gleitringdichtungsanordnung angeordnet. Der Lichtleiter endet dabei an einer Wand des Gehäuses, so dass das Licht aus dem Ende des Lichtleiters austreten kann und die Reflexion des Lichts wieder in den Lichtleiter eintreten kann und zur Auswerteeinheit geführt wird. Bei einer Verschmutzung, z.B. einer Ablagerung an der Austrittsfläche des Lichtleiters, ändert sich die Lichtintensität, da ein Teil des Lichtes absorbiert wird. Dies kann unmittelbar durch die Auswerteeinheit erfasst werden.
Die optische Sensorvorrichtung ist dabei besonders bevorzugt eine faseroptische Vibrationsmesseinrichtung. Die Vibrationsmesseinrichtung ist dabei eingerichtet, auf optische Weise eine Vibration eines Bauteils der Gleitringdichtung zu erfassen. Gleichzeitig ist es mit der faseroptischen Vibrationsmesseinrichtung möglich, auch Verschmutzungen zu erfassen. Die optische Vibrationsmesseinrichtung strahlt dabei von einer Seite eines Faserbündels Licht auf das Bauteil der Gleitringdichtung aus. Das vom Bauteil reflektierte Licht wird von einem anderen Faserbündel aufgenommen und zur Auswerteeinheit übertragen. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, eine Änderung der Lichtintensität zu erfassen. Durch eine Vibration des Bauteils ändert sich der Abstand zwischen dem Bauteil und der Austrittsfläche des Lichtleiters, so dass daraus auf eine Vibration geschlossen werden kann. Sollte nun Verschmutzung an der Austrittsfläche des Lichts auftreten oder Partikel oder Aerosole im Raum zwischen der Austrittsfläche des Lichtleiters und dem Bauteil auftreten, ändert sich die Lichtintensität des reflektierten Lichts. Somit ist die Vibrationsmesseinrichtung in der Lage, neben einer Vibration des Bauteils auch entweder durch Ablagerungen auftretende Verschmutzungen oder im Zwischenbereich zwischen dem Bauteil und dem Lichtleiter vorhandene Partikel/Aerosole zu erfassen und daraus auf eine Verschmutzung zu schließen.
Weiter bevorzugt umfasst die Sensorvorrichtung eine faseroptische Temperaturmesseinrichtung. Durch Verschmutzung an der Austrittsfläche des Lichts, beispielsweise Ablagerungen von Partikeln, ergibt sich eine Änderung der Lichtintensität, welche durch die Temperaturmesseinrichtung erfassbar ist. In der Auswerteeinheit kann dann basierend auf einem Wert der Lichtintensität auf einen Verschmutzungsgrad der Gleitringdichtung geschlossen werden.
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ein Gasversorgungssystem, welches ein Versorgungsgas in einen Raum am Dichtspalt der Gleitringdichtung durch eine Zufuhrleitung zuführt, wobei eine zweite optische Sensorvorrichtung an der Zuleitung angeordnet ist. Die zweite optische Sensorvorrichtung kann eine faseroptische Vibrationsmesseinrichtung umfassen und/oder eine faseroptische Temperaturmesseinrichtung umfassen. Durch die Anordnung dieser zweiten Sensorvorrichtung an der Zufuhrleitung des Versorgungsgases kann eine mögliche Verschmutzung des Versorgungsgases mit Partikel und/oder Aerosolen direkt erfasst werden. Sollte eine Verschmutzung des Versorgungsgases auftreten, können beispielsweise entsprechende Gegenmaßnahmen an dem Gasversorgungssystem der Gleitringdichtung vorgenommen werden.
Die zweite optische Sensorvorrichtung ist dabei vorzugsweise senkrecht zu einer Strömungsrichtung in der Zuleitung angeordnet.
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner eine weitere Temperaturmesseinrichtung, welche auf eine Fläche an einem der Gleitringe benachbart zum Dichtspalt der Gleitringdichtung gerichtet ist. Hierdurch ist es möglich, neben einer Temperaturerfassung auch eine Verschmutzungserfassung aufgrund von Ablagerungen durch Partikel/Aerosole am Gleitring in der Nähe des Dichtspalts zu erfassen und entsprechend auf eine Verschmutzung der Gleitringdichtungsanordnung, basierend auf der Intensität des absorbierten Lichtstrahles, zu schließen.
Vorzugsweise werden optische Sensorvorrichtungen mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz verwendet. Die Messung der Verschmutzung durch die optische Sensorvorrichtung kann dabei kontinuierlich während des Betriebes in einer vorbestimmten Frequenz durchgeführt werden. Weiter bevorzugt kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, welche basierend auf den jeweiligen Werten, beispielsweise den Vibrationswerten und/oder den Temperaturwerten, eingerichtet ist, eine Trendanalyse durchzuführen, um eine in Zukunft zu erwartende Verschmutzung der Gleitringdichtung zu bestimmen. Dadurch kann beispielsweise ein Wartungstermin in der Zukunft bestimmt werden und somit die Gleitringdichtungsanordnung vor einem Totalausfall aufgrund von Verschmutzung gewartet werden.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung mit einer gasgeschmierten Gleitringdichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische, vergrößerte Teilschnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung von Fig. 1 zur Verdeutlichung des Wirkungsprinzips,
Fig. 3 ein Diagramm einer Intensität des reflektierten Lichtes über der Zeit bei einem unverschmutzten Bauteil,
Fig. 4 ein Diagramm einer Intensität des reflektierten Lichtes über der Zeit bei einem verschmutzten Bauteil,
Fig. 5 eine schematische Teilschnittansicht der Gleitringdichtungsanordnung, welche die Erfassung eines Partikels/Aerosols im Raum schematisch darstellt, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Diagramms einer Intensität des reflektierten Lichts über die Zeit bei Erfassung eines Partikels/Aerosols, wie in Fig. 5 gezeigt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 sowie eine optische Verschmutzungsdetektion gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine gasgeschmierte Gleitringdichtung 2 mit einem rotierenden Gleitring 20 und einem stationären Gleitring 21. Der rotierende Gleitring 20 weist eine erste Gleitfläche 20a auf und der stationäre Gleitring 21 weist eine zweite Gleitfläche 21a auf. Zwischen den beiden Gleitflächen 20a, 21a ist ein Dichtspalt 22 definiert.
Die gasgeschmierte Gleitringdichtung 2 dichtet dabei einen Produktraum 12 von einer Atmosphäre 13 ab.
Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist an einer Rückseite 21 b des stationären Gleitrings 21 ein Druckring 6 und eine Vorspanneinrichtung 7 vorgesehen, welche den stationären Gleitring 21 in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtungsanordnung vorspannt. Die Vorspanneinrichtung 7 kann beispielsweise eine Vielzahl von Zylinderfedern umfassen, welche entlang des Umfangs der Gleitringdichtung angeordnet sind und jeweils in einem Gehäuse 8 gelagert sind.
Am rotierenden Gleitring 20 ist ferner ein Gleitringhalter 9 vorgesehen, welcher an einer Hülse 10, die auf einer Welle 11 fixiert ist, angeordnet ist bzw. einteilig mit der Hülse gebildet ist.
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner ein Gasversorgungssystem 14, um ein möglichst reines Versorgungsgas 16 in den Produktraum 12 in der Nähe des Dichtspalts 22 zuzuführen. Ein Versorgungsgas 16, was schematisch in Fig. 1 durch den Pfeil angedeutet ist, wird vom Gasversorgungssystem durch eine Zufuhrleitung 15 in den Produktraum 12 zugeführt.
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner eine optische Sensorvorrichtung 5, welche eine Vielzahl von unterschiedlichen faseroptischen Messeinrichtungen umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die optische Sensorvorrichtung 5 faseroptische Vibrationsmesseinrichtungen 3 und faseroptische Temperaturmesseinrichtungen 4. Jede faseroptische Vibrationsmesseinrichtung 3 umfasst einen Lichtleiter 30 und eine Auswerteeinheit 31. Jede faseroptische Temperaturmesseinrichtung 4 umfasst einen Lichtleiter 40 und eine Auswerteeinheit 41. Insgesamt sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, drei faseroptische Temperaturmesseinrichtungen 4 und zwei faseroptische Vibrationsmesseinrichtungen 3 vorgesehen.
Genauer, wie in Fig. 1 gezeigt, sind eine faseroptische Vibrationsmesseinrichtung 3 und eine faseroptische Temperaturmesseinrichtung 4 an der Zufuhrleitung 15 vorgesehen. Weiterhin sind eine faseroptische Vibrationsmesseinrichtung 3 und eine faseroptische Temperaturmesseinrichtung 4 im Gehäuse 8 angeordnet, wobei die faseroptische Vibrationsmesseinrichtung 3 auf die Rückseite 21b des stationären Gleitrings 21 gerichtet ist und die faseroptische Temperaturmesseinrichtung 4 auf eine Rückseite des Druckrings 6 gerichtet ist.
Eine weitere faseroptische Temperaturmesseinrichtung 4 ist auf eine Fläche 21c am stationären Gleitring 21 benachbart zum Dichtspalt 22 gerichtet. Fig. 2 zeigt schematisch das Funktionsprinzip der optischen Sensorvorrichtung 5 zur Bestimmung eines Verschmutzungsgrades der Gleitringdichtungsanordnung beispielhaft anhand einer faseroptischen Vibrationsmesseinrichtung 3 zur Erfassung von Vibrationen A der Gleitringdichtungsanordnung. Über den Lichtleiter 30 wird ein ausgesandter Lichtstrahl 18 in den Raum 12 in Richtung auf die Rückseite 21b des stationären Gleitrings 21 gesandt und ein reflektierter Lichtstrahl 19 vom Lichtleiter 21 aufgenommen und zur Auswerteeinheit 31 zugeführt. In Fig. 2 ist schematisch eine Ablagerung 50 an einer Austrittsfläche 30a des Lichtleiters 30 dargestellt. Die Ablagerung 50 an der Austrittsfläche 30a des Lichtleiters 30 kann sich im Laufe der Zeit bilden. Dadurch werden eine emittierte Lichtintensität und damit auch eine reflektierte Lichtintensität absolut geringer. Die Auswerteeinheit 31 kann anhand der Änderung der Lichtintensität auf eine Stärke der Verschmutzung schließen.
Fig. 3 zeigt beispielhaft die Lichtintensität I über der Zeit t bei einem unverschmutzten System, d.h., wenn keine Ablagerungen an der Austrittsfläche des Lichtleiters 30 vorhanden sind. Fig. 4 zeigt dagegen einen Kurvenverlauf der Lichtintensität I über der Zeit t, wenn mit zunehmender Zeit eine Verschmutzung auftritt. Die Verschmutzung behindert den Lichtstrahl aus der Vibrationsmesseinrichtung 3, so dass über die Betriebszeit der Gleitringdichtungsanordnung, beispielsweise durch Überwachung eines Mittelwerts des zurückreflektierten Lichts auf eine zunehmende Verschmutzung geschlossen werden kann. Dies ist schematisch im Diagramm von Fig. 4 dargestellt.
In den Fig. 5 und 6 ist schematisch die Erfassung eines Partikels 17 im Produktraum 12 mittels der faseroptischen Vibrationseinrichtung 3 dargestellt. Durch das Vorhandensein des Partikels 17 im Lichtstrahl ergibt sich ein verkürzter Weg für den ausgesandten Lichtstrahl 18 und den reflektierten Lichtstrahl 19, was im Diagramm der Lichtintensität I über der Zeit t durch einen Peak P erfasst wird. Die Auswerteeinheit 31 der faseroptischen Vibrationsmesseinrichtung 3 kann somit feststellen, ob sich ein Partikel/Aerosol im Lichtstrahl befunden hat. Weiterhin kann die Auswerteeinheit 31 beispielsweise bei Auftreten einer Vielzahl von Peaks P eine Schlussfolgerung derart ziehen, dass eine stärkere Verschmutzung im Produktraum 12 vorliegt, welche eine Gefahr für die Funktion der Gleitringdichtung 2 sein könnte. Entsprechend kann beispielsweise ein Wartungsintervall verkürzt werden oder andere Gegenmaßnahmen getroffen werden, um einen Totalausfall der Gleitringdichtungsanordnung 1 zu verhindern.
Somit ist es mittels der Erfindung möglich, durch Ausnutzung von faseroptischen Vibrationsmesseinrichtungen 3 und/oder faseroptischen Temperaturmesseinrichtungen 4 Verschmutzungen der Gleitringdichtungsanordnung 1 sowohl durch Ablagerungen 50 als auch unerwünschte schwebende Partikel 17 oder Aerosole zu erfassen. Die jeweiligen Auswerteeinheiten 31 , 41 der Vibrationsmesseinrichtung 3 und der
Temperaturmesseinrichtung 4 können somit eingerichtet sein, basierend auf den ausgesandten und reflektierten Lichtstrahlen bzw. einer Intensität der Absorption eines Lichtstrahles Verschmutzungen zu erfassen und daraus auf eine Gesamtverschmutzung der Gleitringdichtungsanordnung 1 zu schließen. Somit kann bei Gleitringdichtungen, welche eine Vibrationsüberwachung mittels einer faseroptischen Vibrationsmesseinrichtung 3 und eine Temperaturüberwachung mittels einer faseroptischen Temperaturmesseinrichtung 4 als Beiprodukt auch auf eine Verschmutzung der Gleitringdichtungsanordnung 1 durch Auswertung des abgesandten und reflektierten Lichtstrahls geschlossen werden. Wenn derartige faseroptische Messeinrichtungen an der Gleitringdichtungsanordnung 1 schon vorhanden sind, kann somit zusätzlich noch eine Verschmutzung durch Ablagerungen und/oder schwebende Aerosole/Partikel erfasst werden und auf einen Verschmutzungsgrad der Gleitringdichtungsanordnung geschlossen werden.
Bezugszeichenliste
1 Gleitringdichtungsanordnung
2 Gleitringdichtung
3 faseroptische Vibrationsmesseinrichtung
4 faseroptische Temperaturmesseinrichtung
5 optische Sensorvorrichtung
6 Druckring
7 Vorspannelement
8 Gehäuse
9 Gleitringhalter
10 Hülse
11 Welle
12 Produktraum
13 Atmosphäre
14 Gasversorgungssystem
15 Zufuhrleitung
16 Versorgungsgas
17 Aerosol/Partikel
18 ausgesandter Lichtstrahl
19 reflektierter Lichtstrahl
20 rotierender Gleitring
20a Gleitfläche des rotierenden Gleitrings
21 stationärer Gleitring
21a Gleitfläche des stationären Gleitrings
21b Rückseite des stationären Gleitrings
21c Fläche am stationären Gleitring benachbart zum Dichtspalt
22 Dichtspalt
30 Lichtleiter
30a Austrittsfläche
31 Auswerteeinheit
40 Lichtleiter
41 Auswerteeinheit
50 Ablagerung
A Vibration
P Peak der Lichtintensität I
X-X Axialrichtung

Claims

9 Ansprüche
1. Gleitringdichtungsanordnung umfassend: eine gasgeschmierte Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (20) und einem stationären Gleitring (21), welche zwischen ihren Gleitflächen (20a, 21a) einen Dichtspalt (22) definieren, und eine optische Sensorvorrichtung (5), welche zur Verschmutzungserfassung eingerichtet ist, wobei die optische Sensorvorrichtung (5) einen Lichtleiter (30, 40) und eine Auswerteeinheit (31 , 41) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (31 , 41) eingerichtet ist, basierend auf einer Intensität einer Absorption eines Lichtstrahls auf eine Verschmutzung der
Gleitringdichtungsanordnung zu schließen.
2. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei der Lichtleiter (30, 40) auf einen Gleitring oder ein mit dem Gleitring verbundenes Bauteil gerichtet ist.
3. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Druckring (6), wobei der Lichtleiter auf den Druckring gerichtet ist.
4. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter in einem Gehäuse (8) der Gleitringdichtungsanordnung integriert ist und an einer Gehäusewand austritt.
5. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Sensorvorrichtung (5) eine faseroptische Vibrationsmesseinrichtung (3) umfasst.
6. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Sensorvorrichtung (5) eine faseroptische Temperaturmesseinrichtung (4) umfasst.
7. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 6, wobei die faseroptische Temperaturmesseinrichtung (4) auf eine Fläche an einem der Gleitringe benachbart zum Dichtspalt (22) gerichtet ist.
8. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (31 , 41) eingerichtet ist, basierend auf einer Änderung einer Reflexion des Lichtstrahls über die Zeit (t) auf eine Verschmutzung der Gleitringdichtungsanordnung zu schließen.
9. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Gasversorgungssystem (14), welches ein Versorgungsgas (16) in einen Produktraum (12) am Dichtspalt (22) zuführt, wobei eine faseroptische Messeinrichtung der optischen Sensorvorrichtung an einer Zuleitung (15) des Gasversorgungssystems (14) angeordnet ist.
10. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Auswerteeinheit (31 , 41) eingerichtet ist, eine Bestimmung von Verschmutzung mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz durchzuführen.
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