CN106968968A - 离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心泵，具有至少一个泵级(14)。该泵级(14)具有抗扭地安置在泵轴(26)上的叶轮(18)。除泵级(14)外，离心泵配备有不带与泵轴(26)的运动联接的在离心泵输送流中布置在所述泵轴(26)上的涡轮(32)。所述涡轮(32)构成流量测量装置的测量值发送器。涡轮(32)的叶片安装为，使得由输送流施加到涡轮(32)上的转矩与通过泵轴(26)施加到叶轮(18)上的转矩方向相反。

Description

离心泵

技术领域

本发明涉及一种离心泵。

背景技术

离心泵一般由电驱动马达来驱动。关于在离心泵的运行期间有可能发生改变的运行状态的认识越多，对这些驱动马达的操控以及由此产生的对离心泵的操控就可以越好地进行。就此而言适宜的是，在离心泵中，在它的运行期间连续地检测一定的状态参数，以便可以使这些状态参数结合(einflieβen)到对驱动马达的操控中。经过离心泵的输送流也算作这些状态参数。

发明内容

在该背景下，本发明的目的是提供一种离心泵，其中，可以在结构成本比较低的情况下以高的准确性检测经过离心泵的输送流。

本发明的目的通过具有本发明技术方案的特征的离心泵来实现。由后面的说明以及附图给出该离心泵的有利的改进方案。在此情况下，记载在本发明技术方案中的特征可以有利地在所记载的组合中，但是只要在技术上有意义也单独或以另外的组合，加入本发明的设计方案。

根据本发明的离心泵优选是多级泵。这意味着，离心泵优选具有多于一个的泵级，所述泵级配备有抗扭地安置在泵轴上的叶轮。以通常的方式，泵级也具有至少一个导轮，以便在泵级的输出侧提供尽可能无旋转的流动(水流)。优选地，离心泵被构造为多级离心泵，其中，在泵轴的方向上设置有相继的多个彼此流动连接的泵级，这些泵级分别具有一叶轮和至少一个导轮。

除了一个或多个泵级之外，离心泵具有涡轮。该涡轮不带与泵轴的运动联接地被布置在泵轴上。在此情况下，泵轴贯穿(durchgreift)在涡轮上居中地构造的轮毂，其中，泵轴可以相对于环绕的涡轮转动和/或反之亦然。所述涡轮构成了流量测量装置的测量值发送器，利用所述流量测量装置来检测离心泵内部的由离心泵输送的流体的流动速度或经过离心泵的输送流。为此，涡轮原则上具有这样的设计方案，即，在该设计方案中，输送流对涡轮施加围绕涡轮的中间轴线的转矩。作为测量值发送器，涡轮产生与输送流成比例的测量信号，该测量信号被流量测量装置的信号接收器接收，并接下来例如可以结合到驱动马达的用于驱动离心泵的操控中。由涡轮产生的测量信号可以是由输送流施加于涡轮的转矩或涡轮的由转矩所引起的转动运动的转速，对此随后结合根据本发明的离心泵的优选改进方案还要详细讲述。

虽然涡轮在结构上没有与泵轴运动联接，但是有可能布置在泵轴与涡轮之间的径向轴承的轴承摩擦和/或到达泵轴与涡轮之间的中间空间中的固体可以引起泵轴与涡轮之间的摩擦连接。这类摩擦连接在流量测量时造成显著的测量不准确性，这是因为该摩擦连接导致，实际作用于涡轮的转矩尤其在泵轴转速小进而离心泵输送功率小的情况下与由输送流施加于涡轮的转矩不同，该转矩直接或间接地构成用于确定输送流的基础。

为了在流量测量时反制这些测量不准确性，根据本发明重要的是，由所述输送流施加到所述涡轮上的转矩与通过所述泵轴施加到所述至少一个泵级的叶轮上的转矩相反地指向。也就是说，如果泵轴和所述至少一个泵级的与之固定连接的叶轮沿离心泵的穿流方向向右转动地被驱动，则涡轮的叶片以如下方式安装，即，涡轮被经过离心泵的输送流向左转动地加载力。在相反的情况下，如果泵轴和所述至少一个泵级的叶轮沿离心泵的穿流方向向左转动地被驱动时，则涡轮的叶片安装典型地构造为，使得涡轮被经过离心泵的输送流向右转动地加载力。已证实的是，通过输送流施加到涡轮上的转矩在该设计方案中也在离心泵的输送功率比较小的情况下构成最大程度上与输送流成比例的参量，从而使得能以足够的准确性来确定输送流。

按照本发明的离心泵的第一优选改进方案，涡轮被布置在离心泵的最后的泵级的流出侧。因此，涡轮在具有仅一个泵级的离心泵中在该泵级的穿流方向上布置在该泵级之后，并且在多级离心泵中在泵级的穿流方向上布置在与泵的流体入口最远间隔开的泵级之后。该措施的目的也在于提高流量测量时的测量准确性，这是因为涡轮以这种方式尽可能远地离开有可能在离心泵的流体入口区域中出现的流动改变和压力改变。此外，压力腔在最后的泵级的流出侧一般足够地提供了用于布置涡轮的空间，从而使得所述涡轮的布置不会影响离心泵的总大小。

如已经说明的那样，涡轮的由经过离心泵的输送流引起的转动运动的转速可以被用作由涡轮产生的测量信号。这能够实现根据本发明的离心泵的另一有利设计方案，其中，涡轮能转动地安置在泵轴上。由此，涡轮优选地能够由于经过离心泵的输送流而相对于泵轴转动，确切地说沿与泵轴转动方向相反的转动方向转动。

结合该设计方案，在所述涡轮上适宜地布置有至少一个信号器件，所述信号器件相对于所述流量测量装置的测量值接收器的信号接收器运动。鉴于尽可能大的测量值分辨率在此情况下被证实为有利的是，所述至少一个信号器件布置在涡轮的最大外周上。在涡轮中，该最大的外周一般由在外周上围绕涡轮叶片的外环构成，因此特别有利的是，所述至少一个信号器件布置在该外环的外周上。

在该设计方案的改进方案中优选地设置，在涡轮的外周上布置至少三个信号器件，这些信号器件在涡轮的转动方向上具有彼此不同的间距。在涡轮转动方向上彼此距离不同远的至少三个信号器件，能够结合相应的评价装置实现，除了转速之外也确定涡轮的转动方向。虽然，涡轮的该转动方向应当在正常情况下指向逆着泵轴的转动方向，但是在一定的情况下、例如由于固体颗粒侵入到涡轮的轮毂与泵轴之间的中间空间中，由于由此所造成的涡轮与泵轴的卡住，涡轮的该转动方向可以与泵轴的转动方向一致。此外，如果泵的输送率处于特定的值以下，则涡轮的转动方向由于涡轮与泵轴之间的摩擦而总是与泵轴的转动方向一致。在该情况下，流量测量装置无效。但是，流量测量装置的这种无效性，可以由于根据本发明可实现确定涡轮的错误转动方向而被直接识别出并随后消除。

在相对于泵轴能转动地安置的涡轮中，可以一般性地利用所有的用于确定运动本体相对于固定本体的速度的公知的传感器组件来确定涡轮的转速和转动方向。然而，优选地设置磁感(magnetish-induktive)速度测量器。就此而言，优选的是这样的设计方案，其中，所述至少一个信号器件是永磁体并且所述测量值接收器的信号接收器是磁通传感器。与之相应地，适宜地在涡轮的外周上并有利地在围绕涡轮叶片的外环上以嵌入方式布置至少一个永磁体，该永磁体在涡轮转动时相对于固定地布置在离心泵中的磁通传感器运动，其中，测量值接收器的磁通传感器检测由于涡轮转动而改变的磁场并转换成电信号，该电信号用于与测量值接收器信号连接的控制装置，用以确定涡轮的转速和经过离心泵的输送流。

代替磁感测量涡轮的转速，也可以光学地检测所述转速。因此，作为对布置在涡轮上的至少一个永磁体和固定布置在离心泵中的至少一个磁通传感器的替代方案，如下的设计方案例如也可以是有利的，在该设计方案中，所述至少一个信号器件是光反射器，该光反射器在涡轮转动时运动经过光源的光路，其中，测量值接收器具有光传感器，该光传感器布置在反射器的反射光路中。在该设计方案中，光传感器在所述至少一个光反射器每次行过由与涡轮比较而言静态布置的光源所发送出的光束的光路时接收光信号，从该光信号中，与测量值接收器信号连接的控制装置确定涡轮的转速以及由此产生的经过离心泵的输送流。

在对涡轮的相对泵轴能转动地布置的替换方案中，该涡轮也可以有利地抗扭地布置在离心泵中，其中，泵轴可以在涡轮内部中转动。在该情况下，涡轮的由输送流引起的入流虽然没有造成涡轮的转动运动，但是仍作用到涡轮上的转矩可以被检测，并因此直接构成用于确定输送流或确定流经离心泵的流体的流动速度的基础。

在该设计方案的有利改进方案中，流量测量装置具有呈力接收器形式的测量值接收器，该测量值接收器以如下方式布置，即，该测量值接收器测量作用到涡轮上的转矩。在这里，该测量值接收器也适宜地固定布置在离心泵中或之上，其中，该测量值接收器与涡轮有效连接。原则上，可以使用所有适用于检测力或力矩的传感器、例如应变计、压电传感器和类似的传感器来作为力接收器。

优选地，力接收器没有与涡轮直接接触，而是通过适用于传递力或力矩的构件与涡轮有效连接，这能够实现将力接收器布置在离心泵中的特别有利的部位上。有利地设置为，在所述涡轮的外周上构造有至少一个缺口，与所述力接收器接触的力矩臂嵌入到所述至少一个缺口中。在此情况下，力矩臂由抗扭转地(verwindungssteif)构造的构件形成，作用到涡轮上的转矩可以通过该构件原样未变地被传递到与涡轮间隔开地布置的力接收器上。为此适宜地，力矩臂以一自由端部与力接收器接触并以另一端部形状配合地嵌入到涡轮的至少一个缺口中。

为了将力矩臂固定在涡轮上，该涡轮在装配离心泵时以如下方式取向，即，力矩臂形状配合地嵌入到构造在涡轮上的缺口中。通过如下方式使该工作简化，即，进一步优选地设置为，在涡轮的外周上构造用于接收力矩臂的多个缺口，从而使得力矩臂可以为了固定在涡轮上而形状配合地嵌入到构造在涡轮外周上的任意一缺口中。

根据本发明的另一优选改进方案，流量测量装置的测量值接收器被布置在离心泵的泵壳体的内部空间之外。在该设计方案中，测量值接收器没有嵌入到泵壳体内部中，而是完全可以被集成在泵壳体的壁部件中，该设计方案在如下方面是有利的，测量值接收器的电组件以该方式被保护不受泵壳体内部中的输送流影响，这些组件为此不必以昂贵的方式相对于经过离心泵的输送流被流体密封地封装。

优选地，在所述泵壳体的外壁部上构造有开口，在该开口的外侧布置所述测量值接收器。测量值接收器的该布置具有如下优点，即，测量值接收器不仅以足够的程度不受泵壳体中的输送流影响，而且还例如为了维护和修理目的能够良好地被接近。此外，测量值接收器在开口上适宜地被布置为能无破坏地被去除，该开口可以在去除测量值接收器时也被用于泵壳体的排气，从而使得为此目的不必在泵壳体上构造附加的开口。

附图说明

下面根据附图中示出的实施例来详细阐释本发明。在这些附图中分别示意性简化地并以不同的比例尺示出了：

图1以部分剖视立体图示出了根据第一设计方案的离心泵，

图2示出了来自图1的细节A，

图3以部分剖视立体图示出了根据第二设计方案的离心泵，

图4示出了来自图3的细节B，

图5在对照中立体地示出了根据图1和图3的离心泵的泵级的涡轮以及叶轮和导轮，以及

图6以剖视图示出了根据第三设计方案的离心泵的一部分。

附图标记列表

2 泵壳体

4 壳体下部

6 壳体中间部

8 壳体上部

10 流体入口

12 流体出口

14 泵级

16 壳体

18 叶轮

20 导轮

22 开口

24 压力腔

26 泵轴

28 马达座

30 环形间隙

32、32’、32” 涡轮

34、34’、34” 轮毂

36 叶片

38、38’、38” 外环

40 叶片

42 永磁体

44 凹陷部

46 开口

48、48’、48” 测量值接收器

50 开口

52 缺口

54 开口

56 套筒

58 力矩臂

60 突出部

A 细节

B 细节

X 光束

具体实施方式

在图1和图2中示出的离心泵具有泵壳体2，该泵壳体由壳体下部4、连接到该壳体下部上的空心柱体形壳体中间部6和紧接着该壳体中间部的壳体上部8构成。在所述壳体下部4上构造有离心泵的流体入口10和流体出口12。流体入口10与离心泵的五个泵级14流动连接，这五个泵级沿壳体上部8的方向彼此重叠地布置在壳体中间部6的区域中。这些泵级14中的每个泵级具有在泵壳体中固定布置的壳体16，在该壳体中布置叶轮18和导引器具或导轮20，它们都在图5中示出。这些壳体16分别与相邻的壳体16流动连接，其中，朝壳体上部8的方向最后的壳体16通过开口22与构造在壳体上部8的区域中的压力腔24流动连接。

泵级14的叶轮18抗扭地与泵轴26连接，该泵轴与壳体中间部6同心地延伸穿过所述泵壳体2并在壳体上部8上伸出所述泵壳体2。在那里，泵轴26与未示出的驱动马达的马达轴连接，该驱动马达被安置在构造在壳体上部8上的马达座28上。在泵轴26被驱动时，这些单个泵级的叶轮18将流体从流体入口10经过泵级14向压力腔24输送，从压力腔，流体通过在壳体中间部6的壁与泵级的壳体16之间的环形间隙30到达离心泵的流体出口12。替换地，也可以在该离心泵的方向相反的轴向端部上设置流体出口12。

在沿流动方向最后的、直接毗邻压力腔24的泵级14的流出侧上，在压力腔24中能转动地安置涡轮32。该涡轮32围绕泵轴26布置，其中，泵轴26贯穿涡轮32的轮毂34，并且涡轮32能转动地安置在泵轴26上。从轮毂34出发，多个叶片36沿径向方向向外延伸，在那里，这些叶片与涡轮32的外环38连接。在此情况下，涡轮32的叶片36沿离心泵的穿流方向直接布置在构造在最后的泵级14上的开口22之上，输送流通过该开口沿泵壳体的轴向方向经过离心泵到达压力腔24中。通过该输送流碰撞到涡轮32的叶片36上的方式，该输送流将转矩施加到涡轮32上，由此，该涡轮被置于转动运动中。由输送流施加到涡轮上的转矩在此情况下与为流体输送目的通过泵轴26施加到叶轮18上的转矩方向相反地指向，这也根据在图5中分别在安装位态中示出的涡轮32和叶轮18而变得清楚，因为在该处可以看出，涡轮32的叶片36几乎被取向为与叶轮18的叶片40方向相反。由此，涡轮32在运行中与泵轴26方向相反地转动。

涡轮32构成流量测量装置的测量值发送器，利用该流量测量装置在离心泵运行期间连续地确定经过离心泵的输送流，以便接下来例如结合到对用于离心泵的驱动马达的操控中。为了构成测量值发送器，在图1和图2中示出的涡轮32配备有呈永磁体42形式的三个信号器件，这些信号器件布置在三个凹陷部44中，这些凹陷部在涡轮32的外环38的外周侧上关于涡轮32的转动方向构造为彼此不同间距。

在泵壳体2的壳体上部8上构造有开口46。该开口46被流量测量装置的测量值接收器48贯穿，该测量值接收器延伸直至靠近涡轮32的外环38。该测量值接收器48具有呈磁通传感器形式的信号接收器，该信号接收器在涡轮32转动时检测起因于三个永磁体42的磁场，紧接着，在这些附图中未示出的、与测量值接收器48信号连接的控制装置确定涡轮32的转速以及由此来确定经过离心泵的输送流。由于永磁体42彼此的不同间距，控制装置在此情况下也可以确定涡轮32的转动方向。

在图6中仅部分地示出的离心泵与图1和图2中示出的离心泵的不同之处仅在于流量测量装置的设计方面。在这里，流量测量装置的测量值发送器也由能转动地在泵轴26上能转动地安置的涡轮32’构成，其中，泵轴26贯穿所述涡轮32’的轮毂34’。涡轮32’的叶片36的类型和布置相应于图1和图2中示出的离心泵的涡轮32的类型和布置。

在涡轮32’上方倾斜地，在泵壳体2的壳体上部8上构造有设有螺纹的开口50，流量测量装置的测量值接收器48’被拧入到所述开口中，其中，所述测量值接收器48’虽然部分地嵌入到开口50中，然而没有伸入到压力腔24的内部。在去除测量值接收器48’时，开口50可以被用于泵壳体的排气。

由图6不能直接看到的是，测量值接收器48’具有光源和光传感器，它们基本上布置在壳体上部8的外侧或泵壳体2的外侧。从测量值接收器48’的光源被发送出的光束X碰撞到涡轮32’的外环38’上。

与根据图1和图2的离心泵的涡轮32的情况不同，在涡轮32’的外环38’上，代替在图1和图2中示出的离心泵的情况，在外环38’的外周上以不同间距分布地布置有多个未示出的光反射器，这些光反射器在涡轮32’的由输送流所引起的转动下运动经过光束X的光路。一旦光束X碰撞到光反射器中的一个上，就向测量值接收器48’反射回该光束，在该测量值接收器那里，光束被在测量值接收器48’中布置的光传感器检测到。由此，同样地在图6中为清楚起见被省去的、与光传感器信号连接的控制装置确定涡轮32’的转速并基于该转速确定经过离心泵的输送流。此外，也可以由于光反射器彼此的不同间距，由控制装置确定涡轮的转动方向。

在图3和图4中示出的离心泵与图1和图2中示出的离心泵的不同之处也仅在于流量测量装置的设计方面。在该流量测量装置的情况下也由涡轮32”构成测量值发送器。该涡轮32”在压力腔24中以如下方式布置，即，泵轴26贯穿涡轮32”的轮毂34”。涡轮32”的叶片36的类型和布置相应于涡轮32和32’的类型和布置。在涡轮32”的外环38”上，在它的外周上均匀分布地构造有多个缺口52，随后探讨它们的意义。

在涡轮32”之上倾斜地，在泵壳体2的壳体上部8上构造有开口54，该开口的中轴线指向涡轮32”的外环38”的外周。在压力腔24中，套筒56连接到所述开口54上。该套筒56被力矩臂58贯穿，该力矩臂嵌入到压力腔24的内部。在套筒56中，力矩臂58被横向于它的纵向伸展形状配合地固定。力矩臂58在它的嵌入到压力腔24内部中的端部上具有柱体形突出部60，该突出部的外横截面与构造在涡轮32”的外环38”上的缺口52的横截面相符。利用突出部60，力矩臂58嵌入到涡轮32”的外环38”上的缺口52中的一个缺口中，由此阻止了涡轮32的转动运动。

除力矩臂58外，流量测量装置的测量值接收器48”也嵌入到套筒56中。该测量值接收器48”具有从该图中不能看到的、呈力接收器形式的信号接收器，该力接收器与力矩臂58接触。如果经过离心泵的输送流流入涡轮32”的叶片36，那么涡轮32”在此情况下虽然不能转动，但是输送流造成施加到涡轮32”上的转矩或力作用，所述转矩或力作用被从涡轮32”通过力矩臂58向测量值接收器48”继续导引并在该处被力接收器检测到，紧接着由与力接收器信号连接的、在该图中同样没有示出的控制装置基于被检测到的力矩或被检测到的力作用来确定经过离心泵的输送流。

Claims (13)

1.一种离心泵，具有至少一个泵级(14)，所述离心泵具有抗扭地安置在泵轴(26)上的叶轮(18)并具有不带与所述泵轴(26)的运动联接的在离心泵输送流中布置在所述泵轴(26)上的涡轮(32、32’、32”)，所述涡轮构成流量测量装置的测量值发送器，其特征在于，所述涡轮(32、32’、32”)的叶片安装为，使得由所述输送流施加到所述涡轮(32、32’、32”)上的转矩与通过所述泵轴(26)施加到所述叶轮(18)上的转矩方向相反。

2.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述涡轮(32、32’、32”)被布置在最后的泵级(14)的流出侧。

3.根据前述权利要求中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述涡轮(32、32’、32”)被能转动地安置在所述泵轴(26)上。

4.根据权利要求3所述的离心泵，其特征在于，在所述涡轮(32、32’)上布置有至少一个信号器件，所述信号器件相对于所述流量测量装置的测量值接收器(48、48’)的信号接收器运动。

5.根据权利要求4所述的离心泵，其特征在于，在所述涡轮(32、32’)的外周上布置有至少三个信号器件，所述信号器件沿所述涡轮(32、32’)的转动方向具有彼此不同的间距。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述至少一个信号器件是永磁体(42)并且所述测量值接收器(48)的信号接收器是磁通传感器。

7.根据权利要求4或5中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述至少一个信号器件是光反射器，所述光反射器在所述涡轮转动时运动经过光源的光路，其中，所述测量值接收器(48’)具有光传感器，所述光传感器布置在所述反射器的反射光路中。

8.根据权利要求1或2中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述涡轮(32”)被抗扭地布置在所述离心泵中。

9.根据权利要求8所述的离心泵，其特征在于，所述流量测量装置具有呈力接收器形式的测量值接收器(48”)，所述测量值接收器测量作用于所述涡轮(32”)的转矩。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的离心泵，其特征在于，在所述涡轮(32”)的外周上构造有至少一个缺口(52)，与所述力接收器接触的力矩臂嵌入到所述至少一个缺口中。

11.根据权利要求10所述的离心泵，其特征在于，在所述涡轮(32”)的外周上构造有用于接收所述力矩臂的多个缺口(32)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的离心泵，其特征在于，所述测量值接收器(48’、48”)被布置在所述离心泵的泵壳体(2)的内部空间之外。

13.根据权利要求10所述的离心泵，其特征在于，在所述泵壳体(2)的外壁上构造有开口，在所述开口的外侧布置所述测量值接收器。