CN109162932B - 水泵内置综合检测组件及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种水泵内置综合检测组件及其使用方法，包括机壳、电机、水泵叶轮，电机的转轴竖直设置，底部套装水泵叶轮，水泵叶轮位于出水腔内，出水腔下侧为进水腔，转轴的底端伸入进水腔内，在其空余端固定一个锥环形的离合圈；进水腔内底面固定引流环，还包括一个环形磁铁，环形磁铁的磁极轴向分布，在柱形筒内位于环形磁铁的上方放置一个磁极与环形磁铁相对的第二环形磁铁，使环形磁铁与第二环形磁铁始终相斥；第二环形磁铁的顶面固定一个锥环型抵触盒，抵触盒内固定第三磁铁，柱形筒底部还固定一个感应线圈组件，还包括感温组件。第三磁铁旋转时使感应线圈被动切割磁感线，形成电流，进而实现水位和流量监控，感温组件能够对电机内温进行检测。

Description

水泵内置综合检测组件及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种潜水泵的控制系统使用的水位和流量检测组件。

背景技术

潜水泵是用来将水源地的水源进行向较远距离传输或较高位置传输的重要设备，在地下水开采、矿山作业及景观喷泉等众多生活及生产领域中有着极为广泛的应用，由于潜水泵运行时，需要浸泡在水中，因此其驱动电动机均处于完全密封状态，造成其运行时无法通过空气散热，而完全依靠水流进行散热，因此当潜水泵工作时若发生缺水现象，则短时间内就会造成电机烧毁，从而造成潜水泵故障，同时由于潜水泵工作位置为水中，所以维修等十分不便，而为了解决这一问题，当前常用的方法是在潜水泵上增加水位开关来控制潜水泵缺水时及时停机，但在使用中发现，单一的依靠水位开关一方面不能完全有效的对潜水泵进行缺水防护，同时还无法对潜水泵运行的工作状态进行监控，而潜水泵运行中，除了水源水位下降外，电动机故障、潜水泵进水口堵塞等现象也会造成潜水泵发生电动机烧毁故障，因此需要研发出一种新的潜水泵缺水管理办法和设备，以提高潜水泵运行管理能力，并能对潜水泵故障做出必要的预判。

现有技术中，中国专利(CN104712561B，一种潜水泵缺水自动保护控制装置及使用方法)为了解决以上问题，提出了以下技术方案，潜水泵缺水自动保护的控制方法为由对水源液位高度检测、潜水泵进水口处水流流量检测及潜水泵驱动电机运行温度检测三类潜水泵运行参数检测，并通过载波通讯将检测数据进行远距离传输，同时对潜水泵缺水状态进行及时停机处理，潜水泵缺水自动保护控制装置，包括控制器、水位控制器、引流管、温度传感器及流量传感器。

其通过设置水位、流量和温度的检测，当单独检测到水源液位高度检测水位高度小于潜水泵最低运行水位时，则说明潜水泵即将达到进入缺水运行状态。

当单独检测到潜水泵进水口处水流流量低于潜水泵正常工作吸水流量范围时，则说明潜水泵进水口堵塞进水不畅。

当单独检测到潜水泵驱动电机运行温度与驱动电机最大运行温度差距小于3—10℃时，则说明潜水泵驱动电机内部励磁线圈故障。

当同时检测到潜水泵进水口处水流流量低于潜水泵正常工作吸水流量范围及潜水泵驱动电机运行温度与驱动电机最大运行温度差距小于3—10℃两组数据时，则说明潜水泵电机发生运转载荷过大，潜水泵电机转子旋转阻力过大。

这套装置非常繁琐，实际生产成本增加，传感器部件，故障率高，稳定性低。尤其是水位检测使用浮球和连杆，装置占用空间大。此外，浮球和连杆位于潜水泵外，在河道内使用时，容易受到水槽或是其它杂物的干扰，导致水位检测不准确，进而导致水泵工作状态的误判。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种控制元件工作稳定，判断更准确，成本更低的水泵水位、流量以及内部温度检测组件及其使用方法。

为了实现上述目的，本发明包括，机壳、电机、水泵叶轮，电机的转轴竖直设置，转轴底部套装水泵叶轮，水泵叶轮位于出水腔内，出水腔下侧为进水腔，转轴的底端伸入进水腔内，在转轴底空余端固定一个锥环形的离合圈；

进水腔内底面固定引流环，引流环包括一个柱形筒、一个倒锥环和一个平面环，柱形筒与转轴同轴，柱形筒与倒锥环同轴，柱形筒顶边与倒锥环底边密封固定，倒锥环顶边与平面环的内圈密封固定，平面环外圈与进水腔立面密封固定；

柱形筒内底部固定一个环形磁铁，环形磁铁的磁极轴向分布，在柱形筒内位于环形磁铁的上方放置一个磁极与环形磁铁相对的第二环形磁铁，使环形磁铁与第二环形磁铁始终相斥；

第二环形磁铁的顶面固定一个锥环型抵触盒，抵触盒内固定第三磁铁，柱形筒底部还固定一个感应线圈组件，感应线圈组件包括防水壳体，防水壳体底端固定在进水腔底面上，防水壳竖向设置，防水壳穿过环形磁铁、第二环形磁铁和抵触盒，防水壳顶端位于离合圈内，在防水壳体内顶部固定一个感应线圈，所述环形磁铁与第二环形磁铁的斥力能够将第二环形磁铁和抵触盒推起，并将抵触盒推入离合圈内，所述第三磁铁能够在感应线圈外形成磁感线，当第三磁铁旋转时能够在感应线圈内形成感应电流；

离合圈底边纵向位置不高于倒锥环顶边纵向位置；

在转轴远离水泵叶轮的一端固定一个感温组件，感温组件包括圆柱形的金属壳，金属壳固定在转轴上且与转轴同轴，金属壳内固定一个弧形双金属片，弧形双金属片两端通过弹性橡胶片固定在金属壳内壁上，正常工作温度下，弧形双金属片向转轴突出，金属壳内在弧形双金属片远离转轴的一侧固定一对连接柱，在高于正常工作温度范围的预设温度下，双金属片反转向连接柱突出，并与两个连接柱接触，两个连接柱分别与导线连接，导线通过电刷与电源以及传感器或无线信号发射器连接。

优选地，所述抵触盒外表面带有硬质凸起，数量不超过8个，离合圈内表面带有与抵触盒外表面凸起匹配的凹槽，凹槽宽度大于凸起，凹槽数量多于凸起数量，离合圈内表面椎角不大于抵触盒外表面的椎角。

优选地，硬质凸起是金属或塑料。

优选地，抵触盒外表面还可以固定设置多个橡胶凸点，凸点高度不大于1mm。

优选地，所述第三磁铁是U形磁铁或是两个条形磁铁。

进一步的，在双金属片外固定一个软质防水囊，防水囊完全包覆双金属片，防水囊内填充固液相变材料，防水囊上表面黏附金属丝或金属片用于连接两个连接柱。

一种水泵内置综合检测组件的使用方法，当感应线圈中没有电流，说明水位和流量正常；

当感应线圈中出现间断的电流，说明水位低于正常水位但未完全缺水或管道部分堵塞；

当感应线圈中出现稳定电流，说明水位完全低于进水腔入水口的位置，或是管道完全堵塞；

当导线接通，则说明电机温度高于预设温度。

本发明的有益效果在于：

1、结构更简洁，部件减少，占用空间减少；

2、降低生产成本；

3、部件更耐久，维护使用成本降低，且精度长时稳定；

4、使用更简单，需要判断的数据信息减少，降低了操作难度。

附图说明

图1是水位和流量检测组件示意图。

图2是水位和流量检测组件工作状态示意图。

图3是抵触盒和离合圈配合示意图。

图4是感温组件与转轴配合示意图。

图5是感温组件内部结构示意图。

图6是加装防水囊的感温组件结构示意图。

图7是加装防水囊后感温组件在温度高于预设温度后的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做详细描述。

如图1-3所示，一种水泵控制系统包括，机壳、电机、水泵叶轮30。电机的转轴10竖直设置，底部套装水泵叶轮30，水泵叶轮30位于出水腔20内，出水腔下侧为进水腔40。转轴10的底端伸入进水腔40内，在其空余端固定一个锥环形的离合圈11。

进水腔40内底面固定引流环50，引流环50包括一个柱形筒51、倒锥环52和一个平面环，柱形筒51与转轴10同轴。柱形筒51与倒锥环52同轴，其顶边与倒锥环52底边密封固定，倒锥环52顶边与平面环的内圈密封固定，平面环外圈与进水腔40立面密封固定。

柱形筒51内底部固定一个环形磁铁53，环形磁铁的磁极轴向分布。在柱形筒51内位于环形磁铁53的上方放置一个磁极与环形磁铁相对的第二环形磁铁54，使环形磁铁53与第二环形磁铁54始终相斥。

第二环形磁铁54的顶面固定一个锥环型抵触盒55，抵触盒55内固定第三磁铁56。柱形筒51底部还固定一个感应线圈组件60，感应线圈组件60包括防水壳体，防水壳体底端固定在进水腔40底面上，其竖向设置，穿过环形磁铁53、第二环形磁铁54和抵触盒55，顶端位于离合圈11内，在防水壳体内顶部固定一个感应线圈61，所述环形磁铁53与第二环形磁铁54的斥力能够将第二环形磁铁54和抵触盒55推起，并将抵触盒55推入离合圈11内，所述第三磁铁56能够在感应线圈61外形成磁感线，当第三磁铁54旋转时能够在感应线圈内形成感应电流。

离合圈11底边纵向位置不高于倒锥环52顶边纵向位置。

所述抵触盒55外表面带有硬质凸起，数量不超过8个，离合圈11内表面带有与抵触盒外表面凸起匹配的凹槽，凹槽宽度大于凸起，凹槽数量多于凸起数量。离合圈11内表面椎角不大于抵触盒55外表面的椎角。

硬质凸起可以是金属，也可以是塑料。除了硬质凸起，抵触盒55外表面还可以固定设置一些橡胶凸点。

第三磁铁56可以是U形磁铁，也可以是两个条形磁铁，只要能过够在抵触盒55内形成N、S间隔相对设置的两极，使感应线圈61能够位于两极之间即可。

当水位正常，进水由于水泵叶轮30的吸引冲入进水腔40，由于离合圈11底边纵向位置不高于倒锥环52顶边纵向位置，一部分水流沿倒锥环52倾斜向下向第二环形磁铁54上表面施加向下的力，抵消了一部分环形磁铁53和第二环形磁铁54之间的斥力，使第二环形磁铁54向下移动，进而带着抵触盒55脱离离合圈。

当缺水时，水压不足以抵消斥力，抵触盒55就会与离合圈11接触，转轴10通过离合圈11带动抵触盒55转轴，抵触盒55内的第三磁铁56旋转，使感应线圈53被动切割磁感线，在感应线圈内形成电流。当感应线圈内有稳定的电流时，就可判定缺水，或是管道完全堵塞。

当水位低至流量下降或是水量不稳定的时候，水压施加给第二环形磁铁54的力就不稳定，使抵触盒55断断续续的与离合圈11接触旋转，从而在感应线圈内形成间断的感应电流。通过这个状态可以判断，水量不足，或是可能发生了堵塞等影响水流的问题。

感应线圈组件60与环形磁铁53、第二环形磁铁54、抵触盒55以及引流环50组成了水流和水位状态检测组件，其检测参数是感应线圈内电流状态信息。电流信息包括电流值、电压值等，这些参数可以通过传感器来检测，并通过有线或是无线的方式发送出去。电流状态信息可以发送给控制器，实施应急操作，或是直接发送给显示器，由人工进行操作。这个在背景技术中提及的专利中也有这种信息传输的方案，可做参考。

水流和水位状态检测组件，将现有技术中的水位检测以及流量检测组件合并成了一个，且占用空间少，使用的材料耐久，损耗少，精准度高，能够有效的降低生产成本和使用成本。

优选的实施方式，第二环形磁铁54外圆柱面与柱形筒51内表面滑动配合。或在柱形筒51内表面设置滑槽，第二环形磁铁54外圆柱面上固定滑块。这样使为了避免第二环形磁铁54在柱形筒51内发生振动或是上下移动不顺畅。

对于电机内温的检测和水位以及水流检测实际上是对电机在缺水之后的状态的监控。由于水泵使用环境差异较大，尤其是是水流不稳定的环境，如果检测到水位不稳定或是流量不稳定就直接停机对于电机的损耗较大，则一般来说是给电机一段时间空转或是低负荷的运转，保证供水的连续性。

这个时候就需要对电机的温度进行监控，如图4-7所示，保证电机在安全温度范围内工作。在转轴10远离水泵叶轮30的一端固定一个感温组件70。感温组件70包括圆柱形的金属壳，金属壳固定在转轴10上且与转轴10同轴。金属壳内固定一个弧形双金属片72，弧形双金属片72两端通过弹性橡胶片71固定在金属壳内壁上，弧形双金属片72向转轴10突出，且低温状态下紧贴金属壳，低温指的是正常工作温度，金属壳内在弧形双金属片72远离转轴10的一侧固定一对连接柱73，在高温即高于正常工作温度范围的某一预设温度，双金属片72由于两种金属膨胀量不同的原因，其反转向连接柱73突出并与两个连接柱73接触，两个连接柱73分别与导线74连接。

通过以上部件，对双金属片72进行设置，这是本领域的技术常识，通过选择不同类别的双金属片，以及弧度的大小，能够控制双金属片72在预设温度反转。弹性橡胶片71的作用是在双金属片发生反转之前和发生反转时，降低对其反转的抑制力。因为双金属片要反转，实际上是上层金属片膨胀量大于下层金属片，这个时候如果双金属片72两端直接固定在金属盒上，金属盒会限制双金属片72的膨胀，导致反转不成功。而弹性胶片71不会限制其膨胀，相反，如果弹性胶片71上有预制的拉力，还会帮助双金属片的在预设温度下反转。

当双金属片72反转后，接通了连接柱73，通过导线74可以连接信号发射器，当然连接传感器和信号发射器也可以。电源通过电刷75与电机电源连通，进而进行信号发射或传输。当接通的通路与警报器或是开端连接时，或是通过控制器与开关或是警报或是显示器连接，就能够在电机温度高于预设温度时进行警报或实现自动停机。

当然增加控制器对于水泵来说，成本会提高，这个时候，用简单的方法来控制电机的开闭就比较重要，因为并不是设备越高端，企业的利益就越高。企业需要有不同的成本设备实现同一功能，并以此来满足不同的市场需求。如果达到预设温度直接关机只需要将通路连接电机开关就可以了，当温度降低，通路断开，电机自动开启。

但是在一些水源水量不稳定的使用环形下，如矿山的水源泵送，水量并不是持续稳定的，这个时候，电机如果频繁的开关容易出现故障。但是电机在这种工况下内温实际上时常维持在一个较高的温度。这个时候工作人员希望电机的在达到预设温度后能够有一定的延迟时间，能够让工作人员观察水源状况，另一方面降低电机起停的频率。

因此，在双金属片72外固定一个软质防水囊76，防水囊76完全包覆双金属片72，防水囊76内填充固液相变材料，如石蜡或是水合盐类的相变材料，通过调整质量比，能够调整相变温度。这样，双金属片72要反转，就必需等到防水囊76内的固液相变材料大部分转换成液体之后才能反转，达到延迟报警或开关的作用。防水囊76上表面需要黏附金属丝或金属片用于连接两个连接柱73。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水泵内置综合检测组件，包括机壳、电机、水泵叶轮，其特征在于，电机的转轴竖直设置，转轴底部套装水泵叶轮，水泵叶轮位于出水腔内，出水腔下侧为进水腔，转轴的底端伸入进水腔内，在转轴底空余端固定一个锥环形的离合圈；

进水腔内底面固定引流环，引流环包括一个柱形筒、一个倒锥环和一个平面环，柱形筒与转轴同轴，柱形筒与倒锥环同轴，柱形筒顶边与倒锥环底边密封固定，倒锥环顶边与平面环的内圈密封固定，平面环外圈与进水腔立面密封固定；

柱形筒内底部固定一个环形磁铁，环形磁铁的磁极轴向分布，在柱形筒内位于环形磁铁的上方放置一个磁极与环形磁铁相对的第二环形磁铁，使环形磁铁与第二环形磁铁始终相斥；

第二环形磁铁的顶面固定一个锥环型抵触盒，抵触盒内固定第三磁铁，柱形筒底部还固定一个感应线圈组件，感应线圈组件包括防水壳体，防水壳体底端固定在进水腔底面上，防水壳竖向设置，防水壳穿过环形磁铁、第二环形磁铁和抵触盒，防水壳顶端位于离合圈内，在防水壳体内顶部固定一个感应线圈，所述环形磁铁与第二环形磁铁的斥力能够将第二环形磁铁和抵触盒推起，并将抵触盒推入离合圈内，所述第三磁铁能够在感应线圈外形成磁感线，当第三磁铁旋转时能够在感应线圈内形成感应电流；

离合圈底边纵向位置不高于倒锥环顶边纵向位置；

在转轴远离水泵叶轮的一端固定一个感温组件，感温组件包括圆柱形的金属壳，金属壳固定在转轴上且与转轴同轴，金属壳内固定一个弧形双金属片，弧形双金属片两端通过弹性橡胶片固定在金属壳内壁上，正常工作温度下，弧形双金属片向转轴突出，金属壳内在弧形双金属片远离转轴的一侧固定一对连接柱，在高于正常工作温度范围的预设温度下，双金属片反转向连接柱突出，并与两个连接柱接触，两个连接柱分别与导线连接，导线通过电刷与电源以及传感器或无线信号发射器连接。

2.根据权利要求1所述的水泵内置综合检测组件，其特征在于，所述抵触盒外表面带有硬质凸起，数量不超过8个，离合圈内表面带有与抵触盒外表面凸起匹配的凹槽，凹槽宽度大于凸起，凹槽数量多于凸起数量，离合圈内表面锥角不大于抵触盒外表面的锥角。

3.根据权利要求2所述的水泵内置综合检测组件，其特征在于，硬质凸起是金属或塑料。

4.根据权利要求2所述的水泵内置综合检测组件，其特征在于，抵触盒外表面还可以固定设置多个橡胶凸点，凸点高度不大于1mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的水泵内置综合检测组件，其特征在于，所述第三磁铁是U形磁铁或是两个条形磁铁。

6.根据权利要求1-4任一项所述的水泵内置综合检测组件，其特征在于，在双金属片外固定一个软质防水囊，防水囊完全包覆双金属片，防水囊内填充固液相变材料，防水囊上表面黏附金属丝或金属片用于连接两个连接柱。

7.一种如权利要求1-6所述的水泵内置综合检测组件的使用方法，当感应线圈中没有电流，说明水位和流量正常；

当感应线圈中出现间断的电流，说明水位低于正常水位但未完全缺水或管道部分堵塞；

当感应线圈中出现稳定电流，说明水位完全低于进水腔入水口的位置，或是管道完全堵塞；

当导线接通，则说明电机温度高于预设温度。