专利名称：对尤其是气体压缩器或气体膨胀器的一个密封装置的监测的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使轴与一个固定部件实现密封的密封装置，它具有一个轴密
封圈、一个定子密封圈和一个电容性测量装置，本发明还涉及一种用于监测一个这样的密 封装置的方法，以及一种尤其是具有一种这样的密封装置的流体机械，尤其是气体压縮器 或气体膨胀器。
背景技术：
尤其是在流体力-或流体输送机械中，例如在气体压縮器或气体膨胀器中，必须 使一个或几个在运行中旋转的轴与一个固定部件，例如一个外壳保持密封，以便使高压腔 与低压腔保持密封。对此已知有滑动密封，在此种密封中，在运行时在一个运动的轴密封圈 和一个定子密封圈之间设有一个密封间隙，该间隙总是由工作介质流过，因此在密封间隙 里的薄的气体膜使高压腔与低压腔相互密封。 为了监测一种这样的密封装置，US 4，643，437建议在定子环里布置一个热电 偶，它可以检测密封间隙的宽度。 DE 197 23 327 Al对于液体密封还建议用一种电容性测量装置，在这种液体密封 时在密封间隙里形成一种润滑膜，在此测量装置中，轴密封圈里的一个传感器和一个定子 密封圈各形成一个平板电容的板电极。这种解决方案对于液体密封的不利之处是，要求在 旋转的轴密封圈上有一个测量抽头。 DE103 14 924 Bl建议一种气体_或液体密封，它有一个用于接收漏损的存储处， 密封的宽度通过一个两边设计在一个定子环里的平板电容来检测。在一个运动的轴密封圈 和一个定子密封圈之间不设密封间隙。
发明内容
本发明的任务是改进对于一种属于此类密封装置的监测。 此任务通过一种具有权利要求1的特征的密封装置或一种具有权利要求10的特 征的方法来解决。权利要求9要求保护一种具有按照本发明的密封装置的流体机械，从属 权利要求则涉及有利的改进设计方案。 —种用于使一个轴、尤其是一种流体机械的转子相对于一个固定部件、例如像一 个外壳、轴承或类似的部件实现密封的按照发明的密封装置包括有一个轴密封圈和一个定 子密封圈。 轴密封圈可以设计成防转动和轴向固定地与轴连接，例如作为轴环与其集成，可 松开地与轴连接，例如螺钉固定，或者不可松开地与轴连接，例如粘结住。定子密封圈也可 以防转动和轴向固定地与固定部件连接，例如作为凸缘与其集成，可松开地与部件连接，例 如螺钉固定，或者不可松开地与部件连接，例如粘结住。 同样地，轴密封圈和/或定子密封圈可以防转动地，但轴向可活动地固定�。� 借助于键，花键轴或类似的结构导向，然后优先对着其它的轴密封圈和定子密封圈，例如液压地，气动地或者通过一个弹簧装置实现预紧，因此密封间隙在流过它的气体膜和预紧力 之间处于力平衡。在一种优选的改进设计方案中，密封间隙可以根据密封间隙的一种按照 本发明检测到的宽度进行主动的机械调节，其方法是，例如借助于一种促动器使轴密封圈 和/或定子密封圈向着另外的轴密封圈和定子密封圈移动，如在所列的US 4， 643， 437中所 述的那样，可以参见其相关的公开内容。 轴密封圈和/或定子密封圈最后也可以转动地和轴向可移动地进行导向。例如一 种转动的和轴向可移动的轴密封圈可以布置在一个轴环和一个轴向预紧的定子密封圈之 间，并从这个定子密封圈压向轴环。 在轴密封圈上，优先在轴密封圈之内，布置了一个轴导体面配置，它具有一个或几 个轴导体面，它们用作为电容电极。在定子密封圈上，优先在定子密封圈之内，布置了一个 定子导体面配置，它具有第一个和一个与其电绝缘的第二个定子导体面，它们与轴导体面 配置电绝缘并同样也用作为电容电极。这里的导电面，例如由金属，碳或类似材料组成，称 之为导体面。 通过一种电容性测量装置可以检测在定子导体面配置的至少两个定子导体面之
间的电容。第一个定子导体面和一个与其电绝缘的轴导体面因此构成第一个电容器，轴
导体面和相对于二者电绝缘的第二个定子导体面构成第二个电容器，它与第一个电容器串
联，因此第一和第二个定子导体面形成串联连接，它们可以简单地抽头。如果密封间隙的宽
度和因此在轴密封圈和定子密封圈之间的轴向距离发生变化的话，那么在第一个定子导体
面和轴导体面之间以及在轴导体面和第二个定子导体面之间的距离也就变化。因此第一和
第二个电容器的电容和通过接头可以分接的串联的电容也发生变化。距离的变化有利地在
两个电容器里引起同向的电容变化。因此例如根据串联电路的所检测到的电容的减小可以
了解到密封间隙的变大，但也有轴密封圈和定子密封圈的破裂，并因此密封的恶化。 在本发明的一种优选的实施形式中，定子_和/或轴导体面配置的两个或者多个
导体面基本上与每一个圆环相互补上。因此密封基本上可以有利地在整个轴圆周上继续检
测。另外这样的圆环段形状的导体面可以简单地制成，其方法是，例如通过两个或多个绝缘
隔板使一个完整的圆环断开。此外这样的由圆环段形状的导体面组成的导体面配置需要很
少的径向结构空间。 附加或备选地，定子_和/或轴导体面配置的两个导体面也可以分别相互同心地 或者说与轴的旋转轴线同心地布置。因此也可以基本上在整个轴圆周上检测密封情况。
—个导体面配置可以布置在一个密封圈的向着另一个密封圈的滑动面上，例如作 为薄金属膜涂覆，尤其是喷敷上。为了不影响滑动面的密封，导体面配置也可以布置成与滑 动面基本上是平的，其方法例如是在一个槽里布置一个金属膜，并且优先接着与其余的滑 动面一起进行切削加工，例如磨削、研磨和/或抛光。为了实现特别是一种均质的滑动面并 防止导体面配置受到机械损伤，特别优选的是将它布置在对应的密封圈的滑动面以下。为 此例如可以将一个对应的金属环或其中的部段连同一个优先为烧结的基体成型，或者事后 从对峙于滑动面的端面装入对应的空缺里，或者从滑动面起装入在空缺里，这些空缺接着 被封闭。 一个这样的基体优先由一种不导电材料，例如碳化硅制成，以便使各自的导体面配 置的各个导体面相互电绝缘。 —种按照发明的密封装置尤其是适合用于密封一个气体压縮器或气体膨胀器的
4一个转子，其中由于经常有局部处于高压的气体流过的密封间隙，因此对密封的监测特别 有意义，但由于局部高转速，在一个旋转的密封圈上的分接是有问题的。
其它的优点和特征见从属权利要求和实施例。这里表示了，部分是简略的
图1具有一种按照本发明的一个实施形式的密封装置的气体膨胀器的一个部分 的纵向剖视图； 图2沿着图1II-II线的一个轴密封圈的横剖面图；
图3沿着图1III-III线的一个定子密封圈的横剖面图； 图4串联电容器的一个电气等效图，这些电容器由轴密封圈和定子密封圈里的导 体面配置构成。
具体实施例方式
图1表示了一个气体压縮器外壳1的一个部分的纵向剖视图，在这外壳里可旋转 地装有一个转子2形式的轴。 一种按照发明的密封装置使气体压縮器内部的高压腔6与低 压腔7实现密封。为此在一个轴密封圈3和一个定子密封圈4的相互对着的滑动面之间设 有一个细小的密封间隙，该间隙在运行时总是被薄的气体膜流过。密封间隙起到节流器的 作用并阻止在高压腔6里产生显著的压力损失。 轴密封圈3装在转子2的一个轴环里，并与它用螺纹固定(未示出)，因此它与转 子2防转动和轴向固定地连接，并与这转子一起相对于外壳1转动。 定子密封圈4轴向可移动和防转地(未示出)在外壳的一个圆环状槽里导向。它 通过一个弹簧5对着轴密封圈3预紧，因此在运行时密封间隙在流过它的气体膜和弹簧5 的力平衡作用下，调整到一个规定的宽度。 为了监测密封间隙的这一宽度，也就是说轴密封圈3和定子密封圈4的相互对着 的滑动面的轴向距离，在轴密封圈3里设有一个圆环形状的轴导体面9(见图2)，在定子密 封圈4里设有一个定子导体面配置，它具有第一个定子导体面8. 1和一个与其绝缘的第二 个定子导体面8. 2，它与第一个定子导体面8. 1补全，基本成一个圆环(见图3)。由金属组 成的导体面8. 1，8. 2，9在密封圈3，4成型时一起成型在它们的电绝缘的基体里，因此它们 布置在相互对着的滑动面之下，并相互电绝缘。 两个定子导体面8. 1，8. 2可以通过一个用来补偿定子密封圈4的轴向运动的轴向 滑动触点，通过一个导线10从外接出抽头，从而可以检测在第一和第二个定子导体面8. 1， 8. 2之间的电容C。 正如尤其是由图4的等效图可见的那样，第一个定子导体面8. l和与其对峙的、与 它电绝缘的轴导体面9形成第一个电容器C1，它与第二个电容器C2串联连接，后者由轴导 体面9和与其对峙的、与它电绝缘的第二个定子导体面8. 2构成。两个电容器的电容和在 两个定子导体面8. 1，8.2之间的线路IO上引出的串联线路的电容C在密封间隙加大和密 封圈破断时变�。佣诘缛軨的基础上可以监测密封情况。
标号表 1 外壳(固定部分)
5
2轴(转子)3轴密封圈4定子密封圈5弹簧6高压腔7低压腔8. 1第一个定子导体面8. 2第二个定子导体面9轴导体面10电连接线路Cl， C2， C电容器，电容
权利要求
用于使轴(2)与一个固定部件(1)实现密封的密封装置，采用一个轴密封圈(3)，它具有一种轴导体面配置，还采用一个定子密封圈(4)，它具有一种与轴导体面配置电绝缘的定子导体面配置，还采用一个电容性测量装置，其特征在于，定子导体面配置具有第一个和至少一个与其电绝缘的第二个定子导体面(8.1，8.2)，而轴导体面配置具有至少一个轴导体面(9)，而测量装置具有一个用于检测在定子导体面配置的两个定子导体面(8.1，8.2)之间的电容(C)的装置。
2. 按权利要求1所述的密封装置，其特征在于，定子导体面配置和/或轴导体面配置的 至少两个导体面(8. 1，8. 2)相互补全基本成一个圆环。
3. 按上述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，定子导体面配置和/或轴导体 面配置的至少两个导体面相互同心地布置。
4. 按上述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，轴导体面配置布置在轴密封圈 的一个向着定子密封圈的滑动面之下。
5. 按上述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，定子导体面配置布置在定子密 封圈的一个向着轴密封圈的滑动面之下。
6. 按上述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，轴密封圈和/或定子密封圈具 有一个由非导体材料组成的基体，它尤其是含有碳化硅。
7. 按上述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，定子密封圈相对于固定部分是 防转和/或轴向固定的。
8. 按上述权利要求之一所述的密封装置，其特征在于，轴密封圈相对于轴是防转和/ 或轴向固定的。
9. 流体机械，尤其是气体压縮器或气体膨胀器，具有一个外壳(1)、一个轴(2)和一个 按上述权利要求之一所述的、用于使轴与外壳实现密封的密封装置，其特征在于，在运行时 在轴密封圈(3)和定子密封圈(4)之间形成一个由工作介质流过的密封间隙。
10. 监测一种按权利要求1至8中之一所述的密封装置的方法，其特征在于，在运行时 检测位于定子导体面配置的两个定子导体面(8. 1，8. 2)之间的电容(C)。
11. 按权利要求io所述的方法，其特征在于，根据所检测的电容的减少来识别密封的恶化。
全文摘要
本发明涉及对尤其是气体压缩器或气体膨胀器的一个密封装置的监测。为了监测一种用于使轴(2)与一个固定部件(1)实现密封的密封装置，采用一个轴密封圈(3)，它具有一种轴导体面配置，还采用一个定子密封圈(4)，它具有一种与轴导体面配置电绝缘的定子导体面配置，还采用一个电容性测量装置，其中定子导体面配置具有第一个和至少一个与其电绝缘的第二个定子导体面(8.1，8.2)，而轴导体面配置具有至少一个轴导体面(9)，测量装置具有一个用于检测在定子导体面配置的两个定子导体面(8.1，8.2)之间的电容(C)的装置，在运行时检测在定子导体面配置的两个定子导体面(8.1，8.2)之间的电容(C)。
文档编号G01N27/22GK101793326SQ20101000251
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者E·普雷尔威茨 申请人:曼涡轮机股份公司
专业数控铣床产品供应商
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