CN111902635B - 潜水电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于输送液体的潜水电机(2)，该潜水电机(2)包括：液压单元，该液压单元包括叶轮(12)，该叶轮设置成用于推进液体；驱动单元，该驱动单元包括：驱动单元壳体(17)，该驱动单元壳体确定马达隔腔(18)；电马达(19)，该电马达布置在马达隔腔(18)中；以及驱动轴(20)，该驱动轴与电马达(19)连接，驱动轴(20)从电马达(19)延伸至液压单元，并与叶轮(12)连接；顶部单元，该顶部单元包括顶部单元壳体(23)，该顶部单元壳体确定电子元件腔室(24)，该电子元件腔室(24)通过分隔结构壁(25)而与马达隔腔(18)分离；以及振动传感器。该潜水电机(3)的特征在于，振动传感器直接或间接地与布置在电子元件腔室(24)中的隔板(30)连接，设置成监测至少两个维度[2D]的振动，并设置成监测在直至500Hz的频率下的振动，隔板(30)由金属制成，与顶部单元壳体(23)连接，并有等于或大于500Hz的固有频率。本发明还涉及一种包括至少一个潜水电机(2)的系统。

Description

潜水电机

技术领域

本发明总体涉及潜水电机的领域，该潜水电机尤其是设置成用于输送/处理液体，优选是包括固体物质的液体。因此，本发明涉及一种电动液体输送机器。而且，具体地说，本发明涉及特别设置成将用于处理/输送应用的潜水电机领域，并包括潜水电机，例如潜水泵和潜水搅拌器。应该指出，尽管名称/术语是潜水泵，但是实际上在所述技术领域中，潜水泵能够位于泵送液体中，即湿式安装应用，也可选择布置成与泵送液体分离，即干式安装应用。因此，术语“潜水”并不是指定该装置浸没或必须浸没，而是定义为该装置有特殊的特性/性质。

潜水电机包括：液压单元，该液压单元包括叶轮，该叶轮设置成推进液体/使液体运动；驱动单元，该驱动单元包括确定马达隔腔的驱动单元壳体、布置在该马达隔腔中的电马达以及与该电马达连接的驱动轴，驱动轴从电马达延伸至液压单元，并与叶轮连接；顶部单元，该顶部单元包括顶部单元壳体，该顶部单元壳体确定了电子元件腔室，该电子元件腔室通过分隔结构壁而与马达隔腔分离；以及振动传感器。

背景技术

具有内部振动传感器的潜水电机在本领域中已知，例如见KR101578478和EP2426360。'478公开了一种潜水泵，该潜水泵有未具体说明的振动传感器，该振动传感器与端子板的上表面连接，该端子板使得电子元件腔室与容纳电马达的马达隔腔分离。'360公开了一种潜水泵，该潜水泵有1D或2D振动传感器，该ID或2D振动传感器与上部轴承箱连接，该上部轴承箱使得电子元件腔室与容纳电马达的马达隔腔分离。2D振动传感器监测与泵驱动轴垂直的两个维度。

在潜水电机中使用内部振动传感器的主要目的是作为保护特征，即以便监测潜水电机的情况/状态。潜水电机在操作过程中受到振动，主要是由于旋转叶轮，而升高的振动可能会直接有害和/或暗示操作并不是最佳。基本上，振动使得潜水电机的机械部件磨损更快，因此寿命更短。振动传感器用于检测异常情况。

能够导致升高振动并引起警告和保护的常见条件和情况是：堵塞、泵的不良附接、机械上较弱或较差附接的管路系统、损坏的部件(例如叶轮和驱动轴)、严重缺陷的轴承等。

重型潜水电机(例如额定功率在大约48kW(大约60马力)至大约800kW(大约1100马力)或更高的范围内的潜水泵)确实昂贵和很难更换。在该范围的上限的泵很容易有2-4米高和几吨重。因此，振动传感器应当设置成检测泵是否比正常更多地振动，且在这种情况下发出警告信号或泵完全停止，以便能够在泵损坏之前对泵进行维修，即潜水电机应当设置成根据振动监测而采取预防措施。

不过显然，在几乎所有应用中，有害和不利的振动分量并不是与振动传感器的测量方向共线。还不知道哪些频率最不利，因此不知道基本的测量范围(为了提供对潜水电机的精确保护)。因此，已知的装置使用了太大的安全余量，从而引起了太多的错误警告和不必要停止。

发明内容

本发明的目的是消除在先已知的潜水电机的上述缺点和缺陷，并提供一种改进的潜水电机。本发明的主要目的是提供一种最初定义类型的改进潜水电机，它包括振动传感器，该振动传感器设置成监测有害频率的整个范围。本发明的另一目的是提供一种潜水电机，其中，用于振动传感器的附接结构设计成在基本测量范围内并不干扰振动监测。

根据本发明，至少主要目的通过本发明的潜水电机来实现。本发明还具有优选实施例。

根据本发明，提供了一种最初定义类型的潜水电机，其特征在于，振动传感器直接或间接地与布置在电子元件腔室中的隔板连接，并设置成监测在至少二维(2D)中的振动，且设置成监测频率范围直到500Hz的振动，该隔板由金属制成，与顶部单元壳体连接，并有等于或大于500Hz的固有频率。

因此，本发明基于以下见解：使用设置成监测较宽范围频率(即基本测量范围)的振动传感器，且用于振动传感器的附接结构设计成具有高于基本测量范围的固有频率。因此，实施的潜水电机的振动监测必然产生正确和可靠的预防测量。因此，维护能够更高效，且潜水电机的使用寿命将增加。

根据本发明的第二方面，提供一种系统，该系统包括：至少一个潜水电机组件，该潜水电机组件包括上述类型的潜水电机和基部单元，该基部单元与潜水电机的振动传感器操作连接，并设置成断开/闭合通向潜水电机的电流；中央单元，该中央单元与该至少一个潜水电机组件各自的基部单元操作连接；以及操作员界面，该操作员界面与中央单元操作连接。

根据本发明的优选实施例，隔板由铝制成。从而获得刚性隔板和同时获得低重量隔板。

根据本发明的优选实施例，隔板布置成将电子元件腔室分成为高压部分和低压部分，其端子块布置在高压部分中，振动传感器布置在低压部分中。因此，振动传感器屏蔽了来自端子块的干扰。

根据本发明的优选实施例，振动传感器设置成监测在三维(3D)中的振动。

根据本发明的优选实施例，顶部单元包括电子元件模块，该电子元件模块设置成监测潜水电机的操作，该电子元件模块附接在隔板，且振动传感器集成在电子元件模块中。

通过下面对优选实施例的详细说明，将清楚本发明的其它优点和特征。

附图说明

通过下面结合附图对优选实施例的详细说明，将更完全地理解本发明的上述和其它特征和优点，其中：

图1是用于输送液体的本发明系统的示意图；

图2是根据优选实施例的本发明潜水电机的示意剖视图；以及

图3是从隔板上面看的示意透视图。

具体实施方式

本发明总体涉及潜水电机的领域，该潜水电机特别设置成用于处理和/或输送液体，优选是包括固体物质的液体。潜水电机例如由潜水泵或潜水搅拌器构成。本发明特别涉及潜水泵领域，例如离心泵和轴向/螺旋桨泵。本发明将结合泵的应用来介绍，但是应当认识到，当没有其它指示时，这也适用于搅拌器应用。本发明将结合湿式安装的泵来介绍，但是应当认识到，当没有其它指示时，这也适用于干式安装的泵。湿式安装应用要求装置局部或完全浸没在液体中。干式安装应用要求装置完全布置成与液体分离。

首先参考图1，图1示意表示了用于输送液体的本发明系统，总体表示为1。系统1包括至少一个潜水电机组件，该潜水电机组件包括潜水电机(总体表示为2)和基部单元3。图1中公开的系统1包括两个潜水电机组件，即两个潜水电机2和两个基部单元3。一个特定基部单元3与一个潜水电机2操作连接，且基部单元3设置成断开/闭合通向潜水电机2的电流。因此，基部单元3设置成控制潜水电机2的操作。系统1还包括：中央单元4，该中央单元4与该至少一个潜水电机组件各自的基部单元3操作连接；以及操作员界面5，该操作员界面5与中央单元4操作连接。

中央单元4包括嵌入网页，该嵌入网页设置成公开关于全部潜水电机2的不同操作参数的数据。因此，中央单元4收集数据和与全部连接的潜水电机组件通信，并将所有数据提供给操作员界面，以便向操作员提供整个系统的总体图。

根据一个实施例，操作员界面5由操作员面板构成，该操作员面板通过数据电缆而与中央单元4连接，其中，操作员面板设置成与嵌入网页相互作用。操作员面板位于中央单元4附近。根据替代和/或补充实施例，操作员界面5由远程操作员装置构成，该远程操作员装置通过数据电缆而与中央单元4操作连接，或者通过无线路由器而与中央单元4无线地操作连接，该无线路由器通过数据电缆而与中央单元4连接，其中，远程操作员装置设置成与嵌入网页相互作用。远程操作员装置可以由智能电话、便携计算机、平板电脑，PC等构成。

根据优选实施例，潜水电机组件包括变频驱动器(VFD)6。该VFD 6通过电力电缆(总体表示为7)而与潜水电机2连接。基部单元3与断路器8连接，该断路器8布置成断开/闭合电力电缆7的电力线。

下面还参考图2和3。潜水电机2包括液压单元9、驱动单元10和顶部单元11。

液压单元9包括叶轮12，该叶轮12设置成用于推进液体。根据本发明实施例(即泵应用)，液压单元9还包括蜗壳13，该蜗壳13确定了泵腔室14，该泵腔室14有进口开口15和出口开口16。叶轮12位于泵腔室14中，并设置成当潜水电机2操作时使得液体从进口开口15通过泵腔室14而运动至出口开口16。出口导管16'与泵的出口开口16可释放地连接。在干式安装应用中，进口导管与泵的进口开口15可释放地连接，即，进口导管从容纳要泵送液体的盆延伸至泵的进口开口15。

驱动单元10包括：驱动单元壳体17，该驱动单元壳体17确定了马达隔腔18；电马达19，该电马达19布置在马达隔腔18中；以及驱动轴20，该驱动轴20与电马达19连接。电马达19包括定子21和转子22，其中，驱动轴20与电马达19的转子22连接。驱动轴20从电马达19延伸至液压单元9，其中，叶轮12与驱动轴20连接，并在潜水电机2的操作过程中由驱动轴20驱动旋转。因此，潜水电机2设置成通过VFD 6以可变操作速度(rpm)来操作，该VFD 6设置成控制潜水电机2的操作速度。更精确地说，潜水电机2的操作速度是电马达19和叶轮12的rpm，并与VFD 6的输出频率相对应/相关。

顶部单元11包括顶部单元壳体23，该顶部单元壳体23确定了电子元件腔室24，也称为连接腔室。液体密封的电子元件腔室24通过分隔结构壁25而与马达隔腔18分离。顶部单元壳体23分成下部壳体部分23'和上部壳体部分23”。

叶轮12和潜水电机2的不同壳体部件优选是由金属制成，例如铝和/或铁/钢。根据本发明实施例，泵腔室14通过液体密封腔室26而与液体密封的马达隔腔18分离，从而防止泵送的液体沿驱动轴20到达马达隔腔18。此外，根据本发明实施例的潜水电机2包括包围驱动单元壳体17的外部套27。该外部套27设置成确定用于冷却马达隔腔18和电马达19的内部冷却装置28，其在干式安装应用中特别有利，但是也用于湿式安装应用中。

潜水电机2的部件通常直接或间接地通过潜水电机2周围的液体/介质来冷却。潜水电机2设计和设置成能够在浸没构造/位置中操作，即在操作过程中设置成能够完全位于液体表面的下面。不过，应当认识到，在湿式安装应用中，潜水电机2在操作过程中并不必须完全位于液体表面的下面，而是可以连续或偶尔地局部位于液体表面的上面。潜水电机2将布置在自然的凹口/空腔/坑中或制备的储罐/站中。在干式安装应用中，潜水电机2在操作过程中整个布置成与泵送液体分离/在泵送液体外部的位置。

重要的是，潜水电机2包括振动传感器29(在图3中示意表示)和布置在电子元件腔室24中的隔板30。振动传感器29将直接或间接地与隔板30连接。振动传感器29设置成监测在至少二维(2D)中的振动，并设置成监测在从10Hz直到500Hz频率范围内的振动。根据优选实施例，振动传感器29设置成监测在三维(3D)中的振动，以便完全监测沿所有可能方向的振动，而与振动传感器29的定向无关。在整个监测/测量频率范围内，在各维度中测量振动。根据这些数据，确定各维度的振动速度平均值，例如使用均方根。然后，使用均方根来确定/计算全部维度的合成振动速度。基部单元3与潜水电机2的振动传感器29操作连接，且当合成振动速度超过预定阈值时，基部单元3将提供警告信号或停止潜水电机2。

隔板30由金属制成，并与顶部单元壳体23连接，从而潜水电机2的振动传递/传播至隔板30和同时传递/传播至振动传感器29，因为隔板30是刚性的。优选是，隔板30由铝制成，以便获得刚性结构和同时获得低重量结构。根据优选实施例，隔板30布置/夹持在顶部单元壳体23的下部壳体部分23'和上部壳体部分23”之间。根据优选实施例，隔板30朝向下部壳体部分23'通过弹簧元件31(圆形波形弹簧)夹持，即弹簧元件31位于上部壳体部分23”和隔板30之间。

重要的是，隔板30具有等于或大于500Hz的固有频率，即高于振动传感器29的监测/测量范围，以便不会引起错误的振动读数。优选是，隔板30的固有频率等于或大于700Hz，以便在振动传感器29的监测范围内有安全余量。

潜水电机2包括布置在电子元件腔室24中的端子块32。电力电缆7穿过液体密封的引导槽33而延伸至电子元件腔室24中，优选是穿过顶部单元壳体23的下部壳体部分23'。重型潜水电机2可以包括两个或更多平行的电力电缆，以便获得足够的电力线横截面积。在端子块32与隔板30之间的最小距离等于或大于7毫米，优选是等于或大于10毫米。

根据优选实施例，隔板30的、面对端子块32的表面涂覆有绝缘涂层。绝缘涂层的介电强度等于或大于5kV，优选是等于或大于8kV。在20℃和65％相对湿度下测量。绝缘涂层的厚度等于或大于0.2毫米，优选是等于或大于0.4毫米，另外等于或小于2毫米。

根据本发明实施例，隔板30布置成将电子元件腔室24分成高压部分和低压部分，其中，高压部分设置成用于超过400VAC和直到1500VAC的电平，而低压部分设置成用于直到24VDC的电平，优选是直到50VDC。端子块32布置在高压部分中，振动传感器29布置在低压部分中。因此，在本发明实施例中，绝缘涂层涂覆在隔板30的、面对高压部分的表面上。优选地，电子元件腔室24的高压部分位于马达隔腔18和低压部分的中间，以便尽可能地最小化从电马达至低压部分的热量和电磁干扰。

电力电缆7包括连接至端子块32的多条电力线34，另外，电力电缆7包括第一对通信线35，该第一对通信线35与振动传感器29操作连接和与基部单元3连接。第一对通信线35设置成用于双向数据通信。

根据优选实施例，顶部单元11包括电子元件模块36，该电子元件模块36设置成监测潜水电机2的操作。电子元件模块36牢固地附接在隔板30上。根据优选实施例，振动传感器29集成至电子元件模块36中，其中，振动传感器由MEMS振动传感器构成。通过有机电一体化和集成的振动传感器29，能够精确地测量，该振动传感器占用较小空间，并在严重电磁干扰和高热量的环境中工作。其它传感器(例如马达温度传感器、轴承温度传感器、泄漏传感器等)也与电子元件模块36连接，其中，所述第一对通信线35与电子元件模块36连接。因此，来自所有传感器的测量信号(模拟信号)在电子元件模块36的存储器/储存装置中收集和存储为数字数据，所述数据通过第一对通信线35而在潜水电机2和基部单元3之间传递。电子元件模块36的存储器包括预定阈值，用于向基部单元3发送警报信号/信息，或者向基部单元3发送停止信号。电子元件模块36的存储器还可以储存运行统计数据，因此当潜水电机2损坏或停止时用作黑匣子。该存储器还可以包括潜水电机2的标牌数据。优选是，在电子元件模块36的存储器上的所有信息还有在中央单元4的存储器/储存装置上的副本。

优选是，电力电缆7还包括第二对通信线(未示出)，该第二对通信线并不与电子元件模块36连接，而是与温度传感器(未公开)直接连接。因此，温度传感器通过第二对通信线而与基部单元3直接连接，当温度太高时，基部单元3将尽可能快地断开通向潜水电机2的电流，而并不在电子元件模块36中处理。第二对通信线并不必须设置成用于双向通信。

隔板30包括至少一个通道37，用于至少通过第一对通信线35而使其从高压部分通向低压部分。该至少一个通道37的内表面优选是涂覆有绝缘涂层。

电子元件模块36可以包括集成的变流器(未公开)，该变流器设置成用于测量潜水电机2的电流，并优选是设置成用于测量潜水电机电压供给的频率。来自变流器的数据能够用于至少确定运行时间和启动次数。这在潜水电机租用时以及为了计划下一次维护时很有利。

该系统还可以包括与基部单元3操作连接的功率分析器(未公开)，以便监测/测量电流、电压、功率、功率因数以及在相之间的不平衡。这些数据能够向操作员提供有价值的信息，以便防止故障。

本发明的可行变化形式

本发明并不仅仅局限于上面所述和附图中所示的实施例，该实施例主要有说明和示例的目的。本专利申请将覆盖本文所述的优选实施例的所有调整和变化形式，因此，本发明由附加权利要求的措词来确定，因此，设备可以在附加权利要求的范围内以各种方式来变化。

还应当指出，关于/涉及术语例如高于、低于、上部、下部等的所有信息应当解释/阅读为设备根据附图来定向，具有附图的定向，以便能够合适阅读参考。因此，这些术语只表示所示实施例中的相互关系，当本发明的设备提供有另一结构/设计时，该关系可以改变。

还应当指出，尽管没有明确说明来自特定实施例的特征可以与来自另一实施例的特征进行组合，但是当组合可能时，该组合将认为是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于输送液体的潜水电机(2)，所述潜水电机(2)包括：

-液压单元(9)，所述液压单元包括设置成用于推进液体的叶轮(12)；

-驱动单元(10)，所述驱动单元包括：驱动单元壳体(17)，所述驱动单元壳体确定马达隔腔(18)；电马达(19)，所述电马达布置在马达隔腔(18)中；以及驱动轴(20)，所述驱动轴与电马达(19)连接，驱动轴(20)从电马达(19)延伸至液压单元(9)，并与叶轮(12)连接；

-顶部单元(11)，所述顶部单元包括顶部单元壳体(23)，所述顶部单元壳体确定电子元件腔室(24)，所述电子元件腔室(24)通过分隔结构壁(25)而与马达隔腔(18)分离；以及

-振动传感器(29)；

其特征在于，振动传感器(29)直接或间接地与布置在电子元件腔室(24)中的隔板(30)连接，设置成监测至少两个维度的振动，并设置成监测从10Hz直至500Hz的频率范围内的振动，隔板(30)由金属制成，与顶部单元壳体(23)连接，并具有等于或大于500Hz的固有频率。

2.根据权利要求1所述的潜水电机(2)，其中：隔板(30)的固有频率等于或大于700Hz。

3.根据权利要求1或2所述的潜水电机(2)，其中：隔板(30)由铝制成。

4.根据权利要求1所述的潜水电机(2)，其中：所述潜水电机(2)包括布置在电子元件腔室(24)中的端子块(32)，在端子块(32)和隔板(30)之间的最小距离等于或大于7毫米。

5.根据权利要求4所述的潜水电机(2)，其中：绝缘涂层涂覆在隔板(30)的、面对端子块(32)的表面上。

6.根据权利要求5所述的潜水电机(2)，其中：绝缘涂层的厚度等于或大于0.2毫米。

7.根据权利要求1所述的潜水电机(2)，其中：隔板(30)布置成将电子元件腔室(24)分成高压部分和低压部分。

8.根据权利要求4-7中任意一项所述的潜水电机(2)，其中：隔板(30)布置成将电子元件腔室(24)分成高压部分和低压部分，端子块(32)布置在高压部分中，振动传感器(29)布置在低压部分中。

9.根据权利要求1或2所述的潜水电机(2)，其中：顶部单元(11)包括电子元件模块(36)，所述电子元件模块设置成用于监测潜水电机(2)的操作，电子元件模块(36)附接在隔板(30)上，所述振动传感器(29)集成至电子元件模块(36)中。

10.根据权利要求4所述的潜水电机(2)，其中：所述潜水电机(2)包括电力电缆(7)，所述电力电缆(7)的电力线(34)与端子块(32)连接。

11.根据权利要求1或2所述的潜水电机(2)，其中：振动传感器(29)设置成监测三个维度的振动。

12.根据权利要求1或2所述的潜水电机(2)，其中：潜水电机(2)由潜水泵构成，液压单元(9)包括确定泵腔室(14)的蜗壳(13)，所述泵腔室(14)具有进口开口(15)和出口开口(16)，叶轮(12)位于泵腔室(14)中。

13.根据权利要求4所述的潜水电机(2)，其中：在端子块(32)和隔板(30)之间的最小距离等于或大于10毫米。

14.根据权利要求6所述的潜水电机(2)，其中：绝缘涂层的厚度等于或大于0.4毫米。

15.根据权利要求7所述的潜水电机(2)，其中：电子元件腔室(24)的高压部分位于马达隔腔(18)和低压部分的中间。

16.根据权利要求10所述的潜水电机(2)，其中：电力电缆(7)包括第一对通信线(35)，所述第一对通信线与振动传感器(29)和基部单元(3)操作连接。

17.根据权利要求12所述的潜水电机(2)，其中：泵腔室(14)通过液体密封腔室(26)而与马达隔腔(18)分离。

18.一种用于输送液体的系统(1)，其特征在于，所述系统(1)包括：

-至少一个潜水电机组件，所述潜水电机组件包括根据权利要求1至17中任意一项所述的潜水电机(2)以及基部单元(3)，所述基部单元(3)与潜水电机(2)的振动传感器(29)操作连接，并设置成断开/闭合通向潜水电机(2)的电流，

-中央单元(4)，所述中央单元与所述至少一个潜水电机组件各自的基部单元(3)操作连接；以及

-操作员界面(5)，所述操作员界面与中央单元(4)操作连接。

19.根据权利要求18所述的系统(1)，其中：中央单元(4)包括嵌入网页，操作员界面(5)包括通过数据电缆而与中央单元(4)连接的操作员面板，和/或包括与无线路由器操作连接的远程操作员装置，所述无线路由器通过数据电缆而与中央单元(4)连接，操作员面板和/或远程操作员装置设置成与嵌入网页相互作用。

20.根据权利要求18或19所述的系统(1)，其中：潜水电机组件包括通过电力电缆而与潜水电机(2)连接的变频驱动器(6)，基部单元(3)与布置成断开/闭合电力电缆(7)的电力线的断路器(8)连接。

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