УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НАРУШЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА
DEVICE FOR CONTROL OF VIOLATION OF TIGHTNESS OF SHAFT SEAL

Данное изобретение касается устройства контроля нарушения герметичности для уплотнения вала, в частности, для центробежного насоса, в частности, уплотнения вала в форме скользящего кольцевого уплотнения.
Скользящее кольцевое уплотнение, сокращенно GLRD, представляет собой деталь машины, предназначенную для того, чтобы герметизировать от окружающего пространства место прохождения вращающегося конструктивного элемента, пропускаемого через стенку корпуса. Такое уплотнение вала работает как барьер между внутренним пространством корпуса и окружающим пространством. При этом скользящее кольцевое уплотнение может рассматриваться как аксиальный дроссель, который снижает господствующее давление герметизируемой среды до окружающего давления посредством уплотнительного зазора.
В случае скользящего кольцевого уплотнения неизбежна незначительная утечка из-за постоянного образования имеющейся в уплотнительном зазоре смазочной пленки. Эта утечка называется также номинальной утечкой. Скорость утечки, которая указывает выход объема утечки уплотнения GLRD в некий промежуток времени, зависит от множества факторов.
Этот выход утечки в атмосферу происходит в форме утечки в виде пара или капелек. При безупречной работе уплотнения GLRD эта утечка вытекает большей частью парообразно. Это объясняется, во-первых, высокими температурами и, во-вторых, падением давления в уплотнительном зазоре. Так, эта утечка большей частью без дополнительных средств незаметна невооруженным глазом. Если же, напротив, выходящая утечка видна, то как правило можно исходить из того, что имеет место повышенный износ, или что уплотнение повреждено и больше не может удовлетворительно выполнять свою функцию.
Причины утечки могут быть самыми различными и многообразными. При утечке может также идти речь о выходе среды теплоносителя через скользящее кольцевое уплотнение. Повышенная утечка имеет место в тех случаях, когда, либо возник дефект на скользящем кольцевом уплотнении, либо вследствие существующих условий устанавливается слишком большой уплотнительный зазор между поверхностями скольжения.
Дефекты возникают отчасти в результате того, что скользящие кольцевые уплотнения во время применения зачастую подвергаются сильно изменяющимся колебаниям нагрузки. При этом из-за силы этих колебаний в некоторых случаях может дойти до временного превышения допустимой для GLRD рабочей области. Причины повреждений зависят как от типа, соответственно, конструкции уплотнения GLRD, так и от используемых пар материалов.
Выход из строя или дефект уплотнения GLRD, если он не был обнаружен своевременно, может иметь далеко идущие последствия, например, для насоса и для всей технической системы. Так, наряду с затратами на ремонт или замену скользящего кольцевого уплотнения могут возникать и другие серьезные косвенные убытки, которые могут вызвать значительный экономический ущерб для эксплуатанта установки. При обычно высоких скоростях утечки может также получить повреждения подшипник качения, находящийся позади скользящего кольцевого уплотнения.
В патенте DE 3818416 С1 описано устройство контроля нарушения герметичности.
Оно содержит приемный сосуд для выходящей из агрегата жидкости. Этот сосуд в вертикальном направлении установлен на упругих опорах. Предусмотрено устройство для определения вертикального положения приемного сосуда. При достижении предварительно задаваемого проседания приемного сосуда выдается сигнал, например, в форме сигнала тревоги.
В публикации ЕР 162537581 описано устройство контроля для проводящих жидкость систем. Между движущимися относительно друг друга поверхностями расположено уплотнение, и оно соединено со средством сбора утекающей среды (Leckage-Sammelmittel). На средстве сбора утекающей среды установлен емкостной датчик, предназначенный для определения уровня заполнения протекшей средой (Leckagemenge). Этот емкостной датчик предназначен для непрерывного генерирования выходных сигналов. На средстве сбора утекающей среды размещен трубчатый сток для непрерывного слива протекшей среды. Это средство сбора утекающей среды выполнено как желобообразная и открытая или закрытая труба. Указанное средство сбора утекающей среды выполнено из неэлектропроводного материала. Указанный датчик подсоединен сбоку снаружи на стенке этого средства сбора утекающей среды.
Задача данного изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство и способ для контроля негерметичности уплотнения вала, посредством которых на максимально раннем этапе распознается возможный отказ уплотнения вала, так что могут предотвращаться производственные простои, и, тем самым, связанные с ними убытки. Указанное устройство должно простым и экономичным образом интегрироваться и в уже существующие установки, в частности, системы с центробежными насосами. Далее, с помощью указанного устройства должен обеспечиваться также такой контроль при перекачке опасных сред, как это имеет место, например, в насосах для масляного теплоносителя, поскольку здесь необнаруженный выход горючей среды может привести к пожарам и, тем самым, последующие затраты, связанные с простоем, могут быть особенно высокими. Указанное устройство должно отличаться надежностью в работе, а также длительным сроком службы. Далее, это устройство должно быть максимально рентабельным в изготовлении и вызывать небольшие дополнительные эксплуатационные расходы.
Эта задача решается посредством устройства с признаками независимого пункта 1, способа с признаками независимого пункта 14 и/или применения с признаками независимого пункта 15 формулы изобретения. Предпочтительные варианты раскрыты в зависимых пунктах, в описании, а также в чертежах.
Согласно изобретению, устройство для контроля негерметичности уплотнения вала имеет опрокидывающее устройство (Kippanordnung). Это опрокидывающее устройство содержит по меньшей мере одну емкость для приема утекающей текучей среды. С помощью конструктивного элемента определяется количество опрокидывающих движений, и по ним с помощью блока предварительной обработки данных вычисляется количество утекающей среды. Таким образом, один за другим выполняются следующие этапы:
собирают утекающий поток в емкость опрокидывающего устройства,
запускают опрокидывающее движение при превышении предельного значения уровня заполнения,
регистрируют опрокидывающие движения,
вычисляют объем утекающей среды.
Указанное опрокидывающее устройство может содержать «опрокидывающийся ковш» или автоматические ковшовые весы (коромысло). При обеих системах сосуд заполняется утекающей текучей средой. По достижении определенного веса сосуд опрокидывается и опустошается. По числу таких опрокидывающих движений может вычисляться объем утекающей среды. Эти опрокидывания могут отмечаться с помощью магнита на опрокидывающем устройстве и электрически регистрироваться зафиксированным напротив считывающим контактом.
Вариант с опрокидывающимся ковшом предусматривает элемент, который сформирован подобно ковшу и может принимать утекающую текучую среду в емкости.
В одном особенно предпочтительном варианте выполнения данного изобретения указанное устройство содержит по меньшей мере две емкости для попеременного заполнения утекающей текучей средой. Предпочтительно эти емкости имеют одинаковый размер. В указанном варианте выполнения данного изобретения коромысло, соответственно, весы имеют разделенную на две части измерительную камеру. Благодаря этому даже во время собственно процесса опрокидывания утекающая жидкость не теряется, как это может иметь место в случае ковша.
Указанное опрокидывающее устройство имеет поворотно установленный элемент, предпочтительно сосуд с по меньшей мере одной емкостью.
В одном варианте выполнения данного изобретения указанный элемент выполнен как коромысло и содержит две одинаковые емкости, которые отделены друг от друга стенкой. Решающим для этой конструкции является положение центра тяжести. Для того, чтобы обеспечить откинутое вбок положение незаполненного элемента под определенным углом, центр тяжести лежит выше точки поворота.
В одном особенно благоприятном варианте выполнения данного изобретения указанное устройство имеет верхнюю часть и нижнюю часть, которые по меньшей мере частично охватывают опрокидывающее устройство.
Предпочтительно указанная верхняя часть содержит подсоединительный элемент для входа утекающего потока в устройство. Эта верхняя часть может иметь каналы для проведения утекающего потока. В одном особенно предпочтительном варианте выполнения верхняя часть содержит собирающий элемент, предпочтительно воронку для подведения утекающего потока к опрокидывающему устройству.
Указанная верхняя часть может служить крышкой устройства. Плоская поверхность на верхней стороне крышки может обеспечить ориентацию, соответственно, нивелирование устройства, например, с помощью накладного уровня, который может обеспечить отверстие для доступа с целью очистки, в частности, к капилляру. В одном варианте подводящий канал в верхней части принимает утекающую среду и направляет ее в воронку, которая предпочтительно вместе с капилляром образует дозирующий узел.
Нижняя часть, которая в дальнейшем называется также основанием, предпочтительно имеет опору для опрокидывающего устройства. В одном варианте речь при этом идет о двух V-образных базирующих элементах. Эта нижняя часть предпочтительно имеет держатель для конструктивного элемента, определяющего указанные опрокидывающие движения. Такой конструктивный элемент может представлять собой, например, индуктивный и/или емкостной датчик. В одном варианте нижняя часть имеет подсоединительный элемент для отвода утекающего потока.
Предпочтительно указанное устройство имеет байпас для отвода утекающей текучей среды при превышении предельного значения уровня утекшей среды.
Особенно выгодным оказалось, если по меньшей мере часть компонентов устройства изготовлены с использованием аддитивной технологии. Такая аддитивная технология, объединяющая в себе множество различных методов / технологий производства, часто называется также быстрым прототипированием или генеративной технологией. В повседневной речи прежде всего возобладал термин 3D-печать, причем это выражение не соответствует, однако, в равной мере совокупности послойно реализуемых методов. Для того, чтобы более структурированно представить это множество обычных сегодня методов, их можно грубо разделить на три группы:
- метод спекания или порошковой печати,
- процессы печати с использованием экструдируемого строительного материала,
- стереолитография (жидкий строительный материал).
Все эти методы вместе являются основным принципом, при котором тело строится слой за слоем. Для этого не требуется инструмент или форма. Для создания нижней части и верхней части устройства предпочтительно используются две одинаковые металлические пластины.
Другие признаки и преимущества данного изобретения получаются из описания примеров осуществления с привлечением чертежей и из самих чертежей.
При этом на чертежах показано следующее.
Фиг. 1 - в разрезе центробежный насосный агрегат,
Фиг. 2 - центробежный насосный агрегат с устройством для контроля нарушения герметичности,
Фиг. 3 - вид устройства в перспективе,
Фиг. 4 - схематичный вид в разрезе указанного устройства,
Фиг. 5а - первое стабильное положение опрокидывающего устройства,
Фиг. 5b - опрокидывающее движение опрокидывающего устройства,
Фиг. 5с - второе стабильное положение опрокидывающего устройства,
Фиг. 6 - вид в перспективе опрокидывающего устройства,
Фиг. 7 - вид в перспективе внутрь верхней части,
Фиг. 8 - вид в перспективе внутрь нижней части,
Фиг. 9 - схематичный вид в разрезе верхней части.
На Фиг. 1 показан центробежный насосный агрегат со скользящим кольцевым уплотнением 1. Через всасывающий патрубок 2 среда входит в центробежный насос. Через нагнетательный патрубок 6 среда покидает насос. Пространство 5 ограничивается корпусом 7 насоса и крышкой 8 корпуса. Рабочее колесо 4 без возможности проворачивания соединено с валом 9, который приводит во вращение это рабочее колесо 4 с помощью двигательного агрегата 10. Этот двигательный агрегат 10 содержит ротор, статор и корпус двигателя. Скользящее кольцевое уплотнение 1 в примере осуществления по Фиг. 1 интегрировано в отверстие крышки 8 корпуса.
На Фиг. 2 показан вид в перспективе центробежного насосного агрегата с устройством 14 для контроля негерметичности скользящего кольцевого уплотнения 1. В примере осуществления по Фиг. 2 устройство 14 установлено вне центробежного насосного агрегата. Однако, возможно также, что это устройство 14 интегрировано в центробежный насосный агрегат, в частности, в корпусную часть насоса и/или в корпусную часть двигателя.
На Фиг. 3 показано в увеличенном масштабе устройство 14, представленное на Фиг. 2. Устройство 14 имеет подсоединительный элемент 15 для подвода утекающей текучей среды и подсоединительный элемент 16 для слива утекающей текучей среды. Указанное устройство 14 содержит выполненную как крышка верхнюю часть 17 и нижнюю часть 18. Посредством соединительных элементов 19 обе эти части соединены в один компактный узел.
На Фиг. 4 показан схематичный вид в разрезе устройства 14. В пространстве, которое заключено между верхней частью 17 и нижней частью 18, находится опрокидывающее устройство 20. Это устройство содержит фиксатор 21 (Sicherung). Когда верхняя часть 17 садится на нижнюю часть 18, фиксатор 21 блокирует опрокидывающее устройство 20 так, что выход предотвращается. Опрокидывающее устройство 20 имеет коромысло 22, которое согласно изображению на Фиг. 4 показано в его стабильном положении и находится с одной из обеих сторон в точке останова.
На Фиг. 5а - Фиг. 5с показан принцип действия опрокидывающего устройства 20. Его задачей является накапливать утекающую жидкость (например, масло-теплоноситель или воду) и переворачиваться при превышении предельного значения собранной утекающей среды. Для этого коромысло 22 по Фиг. 5а сначала находится в стабильном боковом положении, откинутом влево под определенным углом. Сначала заполняется показанная на Фиг. 5а правая емкость 23. Вследствие заполнения центр тяжести смещается. Если центр тяжести смещается на чертеже вправо, то в итоге по Фиг. 5b происходит поворотное движение. Затем согласно Фиг. 5с левая емкость 24 заполняется утекающей жидкостью. В этом примере осуществления речь идет о симметрично выполненном коромысле 22, причем обе емкости 23, 24 имеют одинаковые размеры.
leck
leck
kipp
С помощью указанного устройства определяется скорость утечки [мл/час] из скользящего кольцевого уплотнения 1. Опрокидывание коромысла 22 фиксируется с помощью конструктивного элемента, выполненного, что предпочтительно, как датчик приближения. Сигнал конструктивного элемента используется блоком предварительной обработки данных для вычисления скорости Q утечки (Q=V*z/t). Если скорость утечки превышает заданное предельное значение, то генерируется сигнал, например, оповещения или тревоги. Путем экстраполяции профиля скорости опрокидывания можно также оценить время, необходимое для достижения этого предельного значения.
На Фиг. 6 показан вид в перспективе опрокидывающего устройства 20, имеющего первую емкость 23 и вторую емкость 24. Обе емкости 23, 24 отделены друг от друга стенкой 25. Эта стенка 25 выступает над этими емкостями 23, 24, причем нижняя кромка 26 стенки 25 образует опорную поверхность для позиционирования.
На обеих боковых кромках стенки 25 расположены пластины 27, которые могут служить для регистрации опрокидывающего движения и/или в качестве аксиального фиксатора. Указанная стенка 25 сверху ограничивается кромкой 28.
На Фиг. 7 показан вид в перспективе верхней части 17 изнутри. Утекающая из скользящего кольцевого уплотнения 1 среда через предусмотренное в корпусе насоса отверстие для контроля утечек с помощью трубопровода вводится в приточное отверстие 15, которое находится в верхней части 17 устройства 14, выполненной в виде крышки.
С помощью дозирующего устройства, тоже интегрированного в верхнюю часть 17, производится определенная подача утекающей среды в основание, вторую часть корпуса. Указанное дозирующее устройство содержит воронку 29 с приданным ей капилляром 30. Утекающая среда при этом с помощью капилляра 30 целенаправленно проводится в одну из обеих одинаковых емкостей 23, 24 опрокидывающего устройства 20.
На Фиг. 7 показано отверстие 32, служащее для размещения конструктивного элемента для регистрации опрокидывающих движений, предпочтительно датчика приближений.
На Фиг. 8 показано, что позиционирование опрокидывающего устройства 20 происходит посредством опорной поверхности 31 в нижней части 18. Она допускает вращение только под определенным углом поворота относительно одной оси. Для обеспечения надежного улавливания капающего утекающего средства в одну из емкостей 23, 24, автоматические ковшовые весы рассчитаны таким образом, что они не принимают положение равновесия в чашке опорной поверхности 31, но принимают повернутое положение в ту или иную сторону.
Эти емкости 23, 24 попеременно заполняются и опустошаются. Если в одной из емкостей достигнуто предельное значение количества утекающей среды, то она опрокидывается, и утекшая среда стекает на дно корпуса. Из корпуса происходит отвод утекшей среды через предусмотренный сток 16 в резервуар.
При больших объемах утекающей среды воронка 29 и капилляр 30 не могут достаточно быстро отводить эту текучую среду, вследствие чего может возникать подпор. Для решения этой проблемы верхняя часть 17 имеет байпас, который после превышения предельного значения уровня утечки в воронке 17 направляет утекшую среду через показанные на Фиг. 9 водосливные каналы 33 в двухстеночную систему верхней части 17. Эта двухстеночная система имеет одно отверстие на камеру, отводящее утекшую среду через стенку корпуса на дно корпуса без прохождения через воронку 17.