CN101487473A - 潜水泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种潜水泵、特别是深井泵，其具有电驱动马达(3)和受该马达驱动的多级离心泵(4)。在所述泵的端部设有传感器壳体(9)，在所述传感器壳体中设有一个或多个传感器，且所述传感器壳体被液体环绕和被液体穿流。所述传感器壳体还可设置在所述马达(3)和所述泵(4)之间或者设置在所述泵(4)的内部。

Description

潜水泵
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分中所述特征的潜水泵、特别是深井泵。
背景技术
当今潜水泵也通过变频器来控制，因此通常具有马达电子装置(Motorelektronik)，该马达电子装置对于泵的主要运行参数的检测，以及对于在控制时对这些运行参数加以参考且必要时进行处理是必需的或至少是有用的。属于这些运行参数的例如有马达的绕组温度、待输送介质的温度、输送压力、环境压力等。
在潜水泵中的这种传感器装置的配置设计昂贵，因为一方面必须存在有与马达的控制和调节电子装置的数据连接，另一方面需要有供电装置，最后必须确保对输送介质的可靠密封。特别是对于深井泵来说，这特别地还表现为空间问题，因此迄今为止要么已经放弃安装这种传感器装置(Sensorik)，要么必须支付巨大的设计成本。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的在于，提供一种所述类型的潜水泵、特别是深井泵，从而可以将一个或多个传感器成本低廉地设置在合适的位置，并相应地进行信号或数据连接。
根据本发明，所述目的通过在权利要求1中所述的特征得以实现。本发明的有益的设计可由从属权利要求、下面的说明和附图得到。
本发明的潜水泵、特别是深井泵具有电驱动马达和受该马达驱动的单级或多级离心泵。根据本发明，将泵的一个或多个传感器设置在传感器壳体中，该传感器壳体被液体穿流和被液体环绕。传感器壳体设置在马达和泵之间、或者设置在泵的端部、或者设置在泵的内部。因此，传感器壳体可以作为单独的壳体而设置在泵的端部，或者也可以构成为泵壳体的一部分，即与该泵壳体一体地构造。
本发明的基本构思在于，尽可能地将所有的传感器装置，否则至少将一个或多个传感器安装在一个单独的传感器壳体中，该传感器壳体设置在泵的端部、泵的内部、或者马达与泵之间，即泵的另一端部。该传感器壳体可以为模块化结构，从而必要时它也可以加装于现有的泵，或者至少相同系列的泵可以设有或不设有传感器壳体，也可以提供或不提供传感器装置。因为传感器壳体设置在马达和泵之间、设置在泵的内部、或者设置在泵的端部，因此潜水泵的外轮廓不发生变化，而是仅仅其长度发生改变，这特别地对于深井泵来说尤其重要。因为传感器装置通常一方面与泵的输送流体连通，另一方面与周围的介质连通，所以本发明的传感器壳体有利地构造和设置如下，即：它一方面被液体穿流，另一方面被液体环绕。因此例如既可以检测周围的流体的温度和/或压力又可以检测所输送的流体的温度和/或压力。因为尽可能将整个传感器装置或者至少大部分传感器装置设置在传感器壳体内部，所以如果情况的确如此，则该传感器壳体只需设有通向外部的电缆，当传感器壳体设置在泵的上端部并且在该上端部始终只有电力电缆在输送管路附近延伸时，特别有益于深井泵。在设置在马达和泵之间的情况下具有如下优点，即可以在马达上进行布线，该马达始终需要电缆向外通至供电装置，且必要时还需要通至控制和调节电子装置。
有益地，将传感器壳体分成导流液体的壳体部分和非导流液体的壳体部分，这两部分通过优选由不锈钢板制成的壳体壁彼此分隔。这种壳体壁可以按照缝管(Spaltrohr)的方式较薄地但绝对液体密封地来构造，从而除了压力传感器和/或压差传感器外，必要时还可以通过壳体壁测量例如温度、振动等。这具有如下显著的优点，即可以将对湿度高度敏感的电子装置和传感器装置设置在确实非导流液体的壳体部分中，然而，通过壳体壁实际上还可以接触输送介质和/或周围的介质。
最好不仅泵的部分流体而且泵的全部输送流体都穿过导流液体的壳体部分，其中该壳体部分如下构造，即：它近似是另一个泵级或管延长部分，并提供尽可能小的流动阻力。位于传感器壳体中的传感器装置和必要时所需的电子装置需要较少的空间，从而小的环绕的自由空间通常足以安装这些部件。
根据本发明的一种有益的改进，直接在传感器壳体内部产生电能，以便由此可以完全取消连接至传感器壳体的供电装置的引线(Leitung)，所述电能是必需的，以便驱动设置在传感器壳体中的传感器和必要时提供、处理由这些传感器输出的电信号并将电信号转换成数字数据。为此根据本发明在传感器壳体中设有感应装置，在泵运行时利用该感应装置产生电能。
感应装置最好具有至少一个可旋转地设置在导流液体的壳体部分中的磁体和至少一个设置在非导流液体的壳体部分中的感应线圈，从而通过移动经过线圈的磁体在线圈中感应电流，该电流可用于前述目的。最好设有两个以上的磁体，这些磁体与必要时的多个感应线圈配合作用，由此形成一种发电器。
为了形成磁体驱动，根据本发明的一种改进，在导流液体的壳体部分中可旋转地支撑和设置有泵叶轮，从而该泵叶轮通过泵的输送流体而旋转。就这种设计而言，传感器壳体近似构造为另一从动泵级，穿流的输送流体驱动设置在传感器壳体中的其上固定有磁体的泵叶轮，磁体由此在一个或多个线圈中感应出电压或者电流，并由此对壳体内的传感器装置供电。
根据本发明的一种改进，可自由旋转地设置在传感器壳体中且其上设有至少一个磁体的这种从动泵叶轮还可以形成流量计的一部分，然后在非导流液体的壳体部分中设有感应式检测器、例如线圈，从而可以检测泵叶轮的转速，并可以通过转速求得流量。不必强制设有可旋转的泵叶轮，也可以设有一种可旋转的叶片，磁体位于该叶片的端部，叶片根据流量或快或慢地旋转。
相反，如果传感器壳体或多或少地是泵的一体的组成部分，那么泵就在结构上与传感器壳体相适配，这样可以有益地使得驱动轴代替从动叶轮而一直延伸到传感器壳体中，并在那里设有支架，该支架支撑一个或多个磁体并通过驱动轴自旋转，也可以设有承载磁体的主动泵叶轮。
就传感器壳体集成在泵壳体中这种设计而言，例如对于多级深井泵来说，原则上可以将任一泵级通过相应的改型构造成传感器壳体。因此也可以考虑，设有不只一个、而是多个传感器壳体，以便例如能够监视每个泵级的压力。
如果例如采取前述设计措施可以取消从外部给传感器壳体供电，则特别有益的是，从传感器壳体输出的电信号和/或传感器数据还可无线地输出。因此根据本发明的一种改进，在传感器壳体内设置相应的发送装置，以便将传感器的电信号或从传感器中导出的数据感应耦合到在传感器壳体外部延伸的电缆中。特别是对于深井泵来说，这种电缆始终平行于泵延伸。这种对于马达的供电始终需要的电缆有益地用于数据传输，由此相应的信号从传感器壳体传输到电缆中的至少一根导线上，该信号必须能够通过合适的过滤器与供电频率分开。
替代地，可以设置来自传感器壳体的无线传输，该无线传输应通向马达壳体中的接收器，或者还通向通常设置在水面上方的电子装置壳体，该电子装置壳体包括用于马达的控制和调节电子装置。
因为始终设有连接至马达的供电电缆，所以该电缆通过相应的改型(通过信号调制或者设置另一导线)还可以以简单的方式用于数据传输。因此有益的是，传感器的电信号或从传感器中导出的数据由传感器壳体传输至马达壳体中。其可以通过无线方式，但也可以通过机械方式通过泵壳体，但优选通过共同的轴来传输。为此可以在传感器壳体的区域中设有电声转换器，该电声转换器将电信号转换成声信号、通常转换成超声信号，并直接地或间接地传输到轴上。因此在马达侧设有声电转换器，该声电转换器又将所述信号转换成电信号，然后电信号以合适的方式输出。
在传感器壳体内部可以设有不同的传感器，通常设有一个或多个用于检测输送流体的温度和/或周围介质的温度的温度传感器、用于检测机械振动的振动传感器、用于检测环境压力和/或输送压力的压力或压差传感器。这些列举仅仅是示例性的，且可以通过任意其它传感器来补充。
特别有益的是，至少将不必强制地与周围的或输送的液体连通的传感器，如压力或压差传感器，设置在非导流液体的壳体部分中。因此在合适地设计壳体壁的情况下，温度传感器可以通过壳体壁与液体分开设置，振动传感器也是如此，这随之带来明显的优点。
附图说明
下面借助在附图中示出的实施例详细说明本发明。图中示出：
图1十分简化地示意性示出深井泵在井眼中的设置；
图2为传感器壳体的第一种设计的剖视图；
图3为传感器壳体的第二种设计的剖视图；
图4为传感器壳体的第三种设计的剖视图；
图5为具有集成的传感器壳体的深井泵的上部的剖视图；
图6为具有集成在泵壳体中的传感器壳体的一种替代的结构方式的剖视图；
图7为深井泵的第一种设计的剖视图，其中从传感器壳体向马达壳体以机械的方式进行信号传输；和
图8示出根据图7的视图的另一种设计。
具体实施方式
借助图1所示的深井泵1沉入井眼2中。该深井泵由下部的马达部3构成，在图1中只能看到该马达部的马达壳体，向上有多级离心泵4与马达壳体连接，离心泵的泵级在图1中示出。抽吸口5位于马达3和泵4之间，井眼2中的液体经由所述抽吸口被抽吸，并被多级离心泵4向上输送，最后通过压力管道6输送至耗用处。
马达3通过电缆7供电，该电缆在离心泵4的区域中沿着外侧面延伸，并在压力管道6附近伸展，直至供电和控制箱8，马达通过该供电和控制箱而被供电。在控制箱8内部例如可以设有变频器以及用于控制和监视泵的全部装置。在离心泵的上端部和压力管道6的下端部之间设有传感器壳体9，该传感器壳体的结构将在下面示例性地说明。
图2中所示的传感器壳体9a为旋转对称结构，其外周边与泵级的外周边适配，其底面具有螺纹接管10，该螺纹接管被设置用于接入到离心泵4的端侧的螺纹中。壳体壁从螺纹接管10径向向外突出，从而壳体壁与位于其下方的泵级4的周向壳体壁对准。壳体壁朝向上端部缩进，且在内侧面上设有内螺纹11，该内螺纹的螺距和直径相应于泵的上端部的内螺纹，从而压力管道6可以有选择地直接与泵的上端部连接或者在接入传感器壳体9a的情况下连接。
传感器壳体9a具有导流液体的内壳体部分12和非导流液体的外壳体部分13，它们通过类似缝管的薄壁14相互分隔。导流液体的壳体部分12基本为管状结构，并使得压力管道6的横截面以加宽的方式延续，以便随后又接入到螺纹接管10中。在加宽的区域中设有非导流液体的壳体部分13，该壳体部分13形成环绕的环形腔，在该腔中设有传感器，即：贴靠在壁14上的用于检测输送介质的温度的温度传感器、穿过壁14的用于检测输送液体的压力的压力传感器、穿过外壁的用于检测环境压力的压力传感器、和振动传感器。另外，在非导流液体的该壳体部分13中设有对于处理由传感器所输出的电信号来说必需的电子装置。通过电缆15对位于传感器壳体9a内部的传感器装置进行供电，传感器的电信号也通过电缆15来输出。电缆15可以与电缆7一起延伸，或者电缆15可以与电缆7平行地延伸。
借助图3所示的传感器壳体9b具有与传感器壳体9a相同的外部结构，但在导流液体的内壳体部分12中支撑有从动的即非驱动的泵叶轮16，该泵叶轮通过穿流的输送液体而被驱动，即旋转。在泵叶轮16的底面上设有磁体17，该磁体以与壁14相距较小间隔的方式延伸。与非导流液体的壳体部分13内部直接相邻的多个线圈18贴靠在壁14上，当磁体17经过时在这些线圈中产生电流，该电流用于给位于传感器壳体9b中的传感器和电子装置供电。传感器信号或由传感器信号求得的数据通过数据线或者以感应的方式馈入到在壳体9b上延伸的电缆7中。
就借助图4所示的传感器壳体9c的变型设计而言，代替泵叶轮16而设有两臂式的叶片19，该叶片的端部设有磁体17，磁体17用于以与前面借助图3所述的相同的方式产生电流。叶片19的端面倾斜，从而在穿流时它同样处于旋转状态，但与泵叶轮16相比具有的流动阻力明显更小。
借助图5-图8说明如下变型设计，即传感器壳体是泵壳体的一体的组成部分，或者不可拆卸地与泵壳体结合在一起。就根据图5的设计而言，用于离心泵4的叶轮的驱动轴向上延伸，并在上端部支撑泵叶轮16，由于该泵叶轮16通过轴20驱动，所以该泵叶轮16是主动叶轮。但该叶轮装在传感器壳体9d内部，传感器壳体9d的壁14使得非导流液体的壳体部分13与其他的泵壳体分隔。在泵叶轮16的底面上设有磁体17，磁体17以与前面借助图3所述的相同的方式与非导流液体的壳体部分13中的相应的线圈18配合作用，并用于传感器壳体9d内部的供电。传感器壳体9d也可以由任一泵级的改型构成。因此例如如果要监视多个泵级也可以设有多个传感器壳体9d。
就根据图6的变型设计而言，传感器壳体9e同样固定地与离心泵4的最后一级连接，但设置在传感器壳体9e中的泵叶轮16可在那里自由旋转，即构造成与根据图3的设置类似的从动泵叶轮。这里也通过在泵叶轮16的底面上的磁体17实现对传感器装置的供电，其中磁体17与设置在非导流液体的壳体部分13中的线圈配合作用。
在根据图7的视图中，左边示出了多级式离心泵4的上端部，右边示出了其下端部与马达部3连接。共同的轴20延伸穿过壳体部分并继续延伸入马达部3中。安装在泵4的上端部的传感器壳体9f基本相应于借助图3所示和所述的部分。但在这里通过机械波进行从非导流液体的壳体部分13经过液体直至轴20的信号传递。为此在传感器壳体9f的非导流液体的壳体部分13中设有电声转换器，该电声转换器将传感器信号转变成超声信号，所述超声信号通过液体一直传递到轴20上。在轴20的马达侧的端部设有声电转换器21，该声电转换器将这些机械的振动又转换成电信号，电信号然后通过马达的供电电缆7被传递至供电和控制箱8。
就借助图8所示的变型设计而言，轴20一直延伸入传感器壳体9g中，前面所述根据图3设计的泵叶轮16位于该传感器壳体9g上。该泵叶轮16因此通过轴20主动驱动。为了传递超声振动，这里壁14或者另一壳体部分处于振动就足够了，该振动基于固体声传播(
Figure A200810185353D0010171435QIETU
)被传递到轴20上。
附图标记列表
1-深井泵
2-井眼
3-马达部
4-离心泵
5-抽吸口
6-压力管道
7-电缆
8-供电和控制箱
9-图1中的传感器壳体
9a-图2中的传感器壳体
9b-图3中的传感器壳体
9c-图4中的传感器壳体
9d-图5中的传感器壳体
9e-图6中的传感器壳体
9f-图7中的传感器壳体
9g-图8中的传感器壳体
10-螺纹接管
11-内螺纹
12-导流液体的壳体部分
13-非导流液体的壳体部分
14-壁
15-电缆
16-泵叶轮
17-磁体
18-线圈
19-叶片
20-轴
21-声电转换器

Claims (12)

1.一种潜水泵、特别是深井泵(1)，所述泵具有电驱动马达(3)和受所述马达驱动的带有一个或多个传感器的单级或多级离心泵(4)，其特征在于：一个或多个传感器设置在液体穿流和液体环绕的传感器壳体(9)中，所述传感器壳体设置在所述马达(3)和所述泵(4)之间、或者设置在所述泵(4)的端部、或者设置在所述泵(4)的内部。
2.如权利要求1所述的潜水泵，其特征在于：所述传感器壳体(9)具有导流液体的壳体部分(12)和非导流液体的壳体部分(13)，所述导流液体的壳体部分和所述非导流液体的壳体部分通过优选由不锈钢板制成的壳体壁(14)彼此分隔。
3.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：所述泵(4)的输送流体穿流所述导流液体的壳体部分(12)。
4.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：在所述传感器壳体(9)中设有感应装置(17、18)，在所述泵(4)运行时利用所述感应装置产生电能。
5.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：所述感应装置(17、18)具有至少一个可旋转地设置于所述导流液体的壳体部分(12)中的磁体(17)，并且在所述非导流液体的壳体部分中设置至少一个感应线圈(18)。
6.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：一个或多个所述磁体(17)设置在设置于所述导流液体的壳体部分(12)中的泵叶轮(16)上，所述泵叶轮通过所述泵(4)的输送流体而旋转。
7.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：在所述导流液体的壳体部分(12)中设有能通过输送流体而旋转的部件、特别是泵叶轮(16)，所述部件设有至少一个磁体(17)，所述磁体与设置在所述导流液体的壳体部分(12)中的感应式检测器配合作用，并形成为流量计的一部分。
8.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：一个或多个所述磁体(17)位于可旋转地设置于所述导流液体的壳体部分(12)中的泵叶轮(16)上，所述泵叶轮抗扭地设置在所述泵(4)的一直延伸到所述导流液体的壳体部分(12)中的驱动轴(20)上。
9.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：在所述传感器壳体中设有如下装置，该装置用于将所述传感器的电信号或从所述传感器中导出的数据以感应的方式耦合到在所述传感器壳体(9)外部延伸的电缆(7)中。
10.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：设有用于将信号和/或数据从所述传感器壳体(9)传输到所述马达壳体的装置(20、21)。
11.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：在所述传感器壳体侧设有作用于所述轴(20)的电声转换器，且在所述马达侧设有声电转换器(21)，所述信号和/或数据通过所述轴(20)以机械的方式传输。
12.如前述权利要求中任一项所述的潜水泵，其特征在于：所述传感器壳体(9)具有温度传感器、振动传感器、流量传感器、和/或压力或压差传感器。
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