CN113939657A

CN113939657A - 离心泵和用于对离心泵进行状态识别的方法

Info

Publication number: CN113939657A
Application number: CN202080044486.2A
Authority: CN
Inventors: J·塞里奇斯基
Original assignee: KSB SE and Co KGaA
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2022-01-14
Also published as: US20220235788A1; DE102019004263A1; EP3987184A1; WO2020254380A1

Abstract

本发明涉及一种用于输送液体、尤其用于输送废水或工业用水的泵装置（1），所述泵装置包括泵壳体（3）和在所述泵壳体（3）中能围绕着旋转轴线（A）旋转地布置的、用于输送液体的叶轮（4）。本发明特征在于，存在至少一个传感器（7）、尤其3D传感器，以用于对所述叶轮的表面进行检测，其中，所述至少一个传感器布置在所述泵壳体之处和/或之中。

Description

离心泵和用于对离心泵进行状态识别的方法

技术领域

本发明涉及一种离心泵以及一种用于对离心泵进行状态识别的方法。

背景技术

离心泵被使用在大量应用情况中，以用于输送液体。在此，尤其对于工业用水或废水来说经常在有待输送的流体中存在污物，所述污物可能导致泵的堵塞或不期望的不利影响。在此，外来元件典型地围绕着叶轮的轴或叶片缠绕，从而降低所述泵装置的性能。在极端情况下，异物的围绕着叶轮的旋转轴线的缠绕会导致堵塞或类似情况。

由现有技术、例如由WO 2008/119931 A2已知一种用于识别出这样的不期望的状态的方法，在所述方法中，监测泵的电流消耗并且在存在与正常值的偏差时推断出堵塞。

发明内容

本发明的任务是，在离心泵中设置尽可能简单且可靠的状态识别，以便也能够提前识别出已经开始的堵塞状态并且能够采取相应的应对措施。

这成功地利用一种具有权利要求1的所有特征的泵装置或者借助于一种实施根据权利要求11所述的所有方法步骤的方法来进行。

本发明的其他有利的设计方案或者说所述方法的修改方案在相应的从属权利要求中得到。

根据权利要求1，用于输送液体、尤其用于输送废水或工业用水的泵装置包括泵壳体和在该泵壳体中能旋转地布置的、用于输送液体的叶轮。本发明特征在于，存在至少一个传感器、尤其3D传感器，以用于对叶轮的表面进行检测，其中，所述至少一个传感器布置在泵壳体之处和/或之中。

通过设置传感器——所述传感器的检测区域对准叶轮——能够以连续的或间歇的方式和方法来检测所述叶轮的特定的区段。借助于对传感器的所采集的照片进行分析的分析单元，而后能够推断出故障状态的存在、如例如所面临的堵塞或者已经进展的编织状结构形成（Zopfbildung）。

通过可选的3D功能，所述传感器能够获得关于附着的或处于叶轮的前方的物体的信息，从而能够作出关于不期望的物体的存在的可靠的结论。

因为刚好在输送工业用水或甚至废水时常见的是，在此所输送的液体中固体形式的较小的或者也较大的物体一同浮动，所以对在叶轮之前的这样的物体的一次性的检测通常不会已经导致故障情况。更确切的说，在此对于编织状结构形成来说表征的是，固体在叶轮旋转几圈后覆盖所述叶轮或者叶轮的表面的类似的区域并且不随着被泵送的液体被排出。

根据本发明的一种改进方案能够规定，所述传感器被设计用于优选借助于飞行时间技术（也被称为ToF技术）来确定相对于所述叶轮的间距。

所述ToF技术基本上基于所发出的信号的运行时间测量，从而能够通过所发出的信号的被测量的信号运行时间来相当精确地计算出物体相对于信号源的间距。在此，这种方法是非常有利的，因为对于ToF技术来说存在特别有抵抗能力的传感器，其也适合于安装在离心泵中并且能够经受住在那里存在的不利的情况。

如前面已经简要地解释的那样，传感器与叶轮或者说附着在叶轮处的物体之间的间距测定是一种对围绕着叶轮的旋转轴线被一起携带的物体的存在进行检测的有效的可行方案。

作为有利的替代方案能够规定，所述传感器被设计用于借助于相位差方法来测量相对于叶轮的间距。

作为另一种替代方案，调频连续波技术（FMCW或者调频的连续波）有利地是合适的。

根据本发明的一种可选的修改方案能够规定，所述传感器优选地根据三角测量原理是光学传感器、光学的2D传感器、光学的3D传感器、2D超声波传感器、3D超声波传感器、MIMO雷达传感器（多输入多输出雷达传感器）、2D激光间距传感器和/或3D激光间距传感器。

根据本发明的一种优选的实施方式，所述叶轮能够在其表面处设有表征的图案，该图案在所述叶轮的特定的旋转位置中能够由传感器来检测，在此优选所述图案是2D图案或3D图案。

通过在所述叶轮上安置图案，能够使所述传感器容易地以光学的方式检测所述叶轮的特定的区域或者由此容易地对由所述传感器产生的照片进行分析。因此，即使所拍摄的照片不是在最佳的条件下制成或者被有待输送的液体中存在的部件部分地遮盖，也能够非常容易地识别出与所使用的传感器的类型相协调的表征的图案。因此，有待输送的流体典型地掺杂有吸收性的颗粒，所述吸收性的颗粒使照片质量变差。此外，尽管能够对所述叶轮的所检查的区域进行照明，但是浑浊的或变脏的有待输送的流体会显著地降低照片质量。在此有利的是，使用所述表征的图案，因为所述表征的图案在非最佳的条件下也容易明显更好地推断出堵塞或者类似情况的存在。

因此也能够规定，此外在所述泵壳体之中和/或之处存在照明器件，以便照亮所述传感器的检测区域。

这尤其对于为了采集光学图像而要求足够的照明的光学传感器来说是有益的。

在此，根据本发明的一种可选的修改方案能够规定，所述照明器件被设计用于输出间歇的光脉冲，其中，所述间歇地输出的光脉冲与泵转速同步。

因此，只有当所述叶轮的感兴趣的区域处于传感器的检测区域中时才能产生光脉冲，并且在离开所述区域之后又能够将其解除激活。对所述拍摄区域的照明优选与泵转速耦合，从而使得不需要复杂的控制。

此外，根据本发明能够规定，存在用于对所述传感器的传感器表面进行冲洗的微泵，以便主动地去除在传感器表面的前方积聚的残留物。所述微泵是布置在泵壳体内部的构件，该构件例如将泵的有待输送的液体的一部分有针对性地导引到传感器的传感器表面上，使得在那里不会附着不期望的沉积物。作为替代方案，对所述传感器表面的加载不是连续地而是仅仅在需要时进行。因此，所述微泵在最终效果中被设计用于自由喷射传感器表面，从而在那里不会沉积干扰性的残留物或者能够去除在那里已经存在的残留物。但是，所述微泵也能够集成地构造在所述传感器中。

另一种作为替代方案的或者作为补充方案的、用于将传感器表面保持自由的可行方案借助于超声波微执行器来产生，所述超声波微执行器被设计用于将所述传感器的外部壳体或者传感器表面置于超声波振动运动之中。这引起了积聚在其处的污物层裂开或者根本不可能构成污物层。于是也阻止了不期望的残留物积聚在所述传感器的表面上。

此外，根据本发明能够规定，所述泵具有用于抽吸有待输送的液体、尤其废水或工业用水的抽吸接管以及处于所述泵的抽吸侧上的用于输送纯水的另一输送接管，以便至少短时间地降低在所述叶轮的区域中的有待输送的流体的可能的浑浊度。通常，流过所述泵的液体的浑浊度妨碍了所述传感器的性能，因为用所述传感器拍摄的照片可能不可用或者仅仅有限地可用。为了使状态识别即使在液体变得很脏的情况下也能完好地发挥功能而规定了，除了用于抽吸有待泵送的液体的抽吸接管之外还存在布置在泵的抽吸侧上的供给接管，通过该供给接管在需要时、例如在通过传感器拍摄期间或者之前不久将清澈的液体、例如清水引入到泵中。这引起了，至少在由所述传感器进行拍摄的期间暂时降低所述液体的浑浊度，使得在这个时间里所拍摄的照片是有说服力的。

根据本发明的一种改进方案能够规定，所述供给接管被设计用于根据泵转速来输送清澈的液体。这能够实现的是，当所述传感器进行拍摄时，清澈的液体引起围绕着拍摄区域的浑浊度降低并且因此能够进行更好地拍摄。

因此，总体上有利的是，除了抽吸接管外还设置用于纯水或诸如此类物的另一供给接管。

在此有利的是，所述供给接管也被安置在泵壳体中，因为而后距拍摄区域的间距很小并且所输送的清澈的液体还没有混合到与在更远地布置供给接管的情况下一样的程度。

此外，根据本发明能够规定，存在控制单元，该控制单元与所述传感器相连接并且被设计用于对由所述传感器获得的图像数据进行分析并且据此推断出故障情况、尤其堵塞、编织状结构形成、空穴作用、机械损坏和/或振动。

这例如在以下情况下进行，即：在所述照片中探测到例如不是所述叶轮可见，而是布置在叶轮与传感器之间的物体可见。优选地规定，对通过所述传感器拍摄的照片的分析借助于人工智能优选在深度学习的基础上执行。这支持对所面临的或甚至已经存在的故障状态、如编织状结构形成或堵塞进行识别的可靠性。

此外，本发明涉及一种用于尤其在根据前述变型方案中任一种所述的离心泵中对离心泵的堵塞进行识别的方法，其中，在该方法中所述传感器产生叶轮的照片，并且通过控制单元对所述叶轮的由传感器所产生的数据或者说照片进行分析，以便推断出故障情况、尤其堵塞、编织状结构形成、空穴作用、机械损坏和/或振动。

在这种新方案中有利的是，用于自动化的图像处理的组件价格低廉并且功能非常强劲，并且不再需要如现有技术中常见的那样构建自己的逻辑电路，所述逻辑电路就偏差对泵的电流消耗进行监测。

根据所述方法的一种改进方案能够规定，在生成所述叶轮的照片之前，在泵的抽吸侧上添加清澈的液体、例如纯水，以便针对拍摄的时间点降低处于叶轮的周围环境中的液体的可能的浑浊度。

优选能够规定，所述传感器的照片反映了所述叶轮的特定的区域，所述区域设有表征的图案，使得能够更容易地执行关于堵塞情况或编织状结构形成的存在的评估，因为所述图案在这样的情况下根本不能够识别或仅能够困难地识别。为此能够将特殊的2D或3D图案施加到所述叶轮上，从而能够更容易地对所述照片进行分析。

除此以外，在该方法中能够规定，所述照片的生成与所述叶轮的转速同步，以便优选以间歇的方式和方法用所述传感器来连续地检测所述叶轮的一个特定的区段或多个特定的区段。

此外，在拍摄之前也能够利用照明源来照亮所述叶轮的有待拍摄的区域，从而尤其在将传感器转换为光学传感器时所述照片允许更好的且更容易的分析。

此外，根据本发明能够规定，借助于所述传感器来监测泵的操作人员的活动、如泵的接入或切断和/或故障应答，以便获得泵的更可靠的实际状态。

这尤其对于总误差概率的降低来说是重要的，对于所述总误差概率来说损坏的传感器经常无法正确地反映出实际状态。通过按照本发明的方法为此进一步降低了这种概率。

附图说明

其他的优点、细节和特征由附图的在下文中的描述而变得清楚。其中：

图1示出了具有传感器的按照本发明的泵装置的剖视图，

图2示出了具有传感器的另一按照本发明的泵的剖视图，并且

图3示出了具有传感器的另一按照本发明的泵的剖视图。

具体实施方式

图1示出了垂直竖立的泵装置1，其具有拥有流动室2的泵壳体3以及布置在所述泵壳体中的叶轮4，该叶轮在围绕着其旋转轴线A旋转时将液体从其抽吸接管5输送到其压力接管6。

此外，在所述泵壳体3之中和/或之处设置了传感器7，该传感器对准叶轮4的表面。因此，所述传感器7能够识别出是否存在布置在叶轮表面的前方的、降低泵1的效率的物体8。由此能够典型地识别出所述泵1的所面临的堵塞或者推断出编织状结构形成。

在此，编织状结构形成意味着固体8附着在叶轮4上，所述固体即使在持续的旋转中也不会被输出到压力侧上。由于沿着有待输送的液体的永久的一起携带，其他自由浮动的元件附着在此处，使得编织状结构生长并且越来越严重地影响所述泵1的效率。这有时会导致所述泵1的完全堵塞。

为了尽可能早地识别出这样的状态，将照片或者由传感器7采集到的信息通过电缆10又或者无电缆地发送给控制单元9，从而在那里能够进行相应的分析。这有利地借助于人工智能来实现，其中，这里也能够采用深度学习技术。

在此，也就是用实际的照片对所述叶轮表面的有待预期的照片进行调准，其中，能够从中推导出，是产生编织状结构形成还是甚至存在堵塞。

为了获得更好的调准，在所示出的实施方式中，已将图案11安置到所述叶轮4的表面上，该图案对所述传感器7来说能够特别好地检测。如果现在所述传感器7拍摄图案11，则能够特别好地识别出处于其前方的物体8，这改进了故障状态识别的可靠性。

在此，附图标记12象征性地示出了通信接口，其在本发明的一种可选的修改方案中能够用于进一步传输分析的结果。

为了状态识别即使在变得非常脏的液体中也能够完好地发挥功能，能够规定，除了用于抽吸有待泵送的液体的抽吸接管5之外还存在布置在泵装置1的抽吸侧上的供给接管13，通过该供给接管在需要时、例如在通过传感器7拍摄期间或者之前不久将清澈的液体、例如清水引入到泵1中。

图2示出了所述泵装置1的另一种实施方式，其中所述传感器7布置在从流动室2后移的区域14中。由此，所述传感器7与输送介质接触，然而更好地保护以免受由于介质中所包含的固体以及污物和沉淀引起的磨损、机械撞击。所述后移的区域在图2中作为泵壳体中的拱起部来示出。作为替代方案，所述后移的区域14能够通过对泵壳体3的内侧面的机械加工、尤其切削加工来产生。

图3示出了垂直竖立的泵装置1，其中所述传感器7布置在用于将所谓的擦拭孔16封闭的盖15中。由此能够放弃所述泵壳体3中的钻孔。

不言而喻，与在图2中所示出的区域14相类似，后移的区域能够被设置在所述盖15中。此外可行的是，在图1和2中示出的泵装置1能够配备有按照图3的盖15。

为了照亮所述传感器7的检测区域，能够在所述泵壳体3之中和/或之处或者在所述传感器7本身处设置在图中未被示出的照明器件。

此外，所述传感器7、照明器件和/或微泵的放置也能够被设置在所述泵壳体3之中或之处的其他的适合于此的位置处、例如被设置在所述抽吸接管5的附近和/或所述压力接管6的附近。图1至图3分别示出了具有沿径向的方向排出的叶轮4的单级的泵装置。本发明例如也能够被设置在泵装置1中，该泵装置多级地构造并且/或者设有沿轴向的或半轴向的方向排出的叶轮4。

关于图1所描述的输送接管14也能够用在泵装置1的其他的实施方式中。

Claims

1. 一种用于输送液体、尤其用于输送废水或工业用水的泵装置（1），所述泵装置包括：

泵壳体（3），和

在所述泵壳体（3）中能围绕着旋转轴线（A）旋转地布置的、用于输送液体的叶轮（4），

其特征在于，

存在至少一个传感器（7）、尤其2D或3D传感器，以用于对所述叶轮（4）的表面进行检测，其中，所述至少一个传感器（7）布置在所述泵壳体（3）之处和/或之中。

2.根据权利要求1所述的泵装置（1），其中，所述传感器（7）被设计用于优选借助于飞行时间技术来确定相对于所述叶轮（4）的间距。

3.根据权利要求1所述的泵装置（1），其中，所述传感器（7）被设计用于借助于相位差方法来确定相对于所述叶轮（4）的间距。

4.根据权利要求1所述的泵装置（1），其中，所述传感器（7）被设计用于借助于调频连续波技术来确定相对于所述叶轮（4）的间距。

5.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置（1），其中，所述传感器（7）优选根据三角测量原理是光学传感器、光学的2D传感器、光学的3D传感器、2D超声波传感器、3D超声波传感器、MIMO雷达传感器（多输入多输出雷达传感器）、2D激光间距传感器和/或3D激光间距传感器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置（1），其中，所述叶轮（4）在其表面处设有表征的图案（11），所述图案在所述叶轮（4）的特定的旋转位置中能够由所述传感器（7）检测，在此优选所述图案（11）是2D图案或3D图案。

7.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置（1），其中，此外在所述泵壳体（3）之中和/或之处或者在所述传感器（7）本身处设置有照明器件，以便照亮所述传感器（7）的检测区域。

8.根据权利要求7所述的泵装置（1），其中，所述照明器件被设计用于输出间歇的光脉冲，其中，间歇地输出的光脉冲与泵转速同步。

9.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置（1），此外包括用于对所述传感器（7）的传感器表面进行冲洗的微泵，以便主动地去除在所述传感器表面的前方积聚的残留物。

10.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置（1），此外包括超声波微执行器，以用于将所述3D传感器（7）的外部壳体或者传感器表面置于超声波振动运动之中，以便使积聚在其处的污物层裂开或者根本不可能构成污物层。

11.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置（1），此外包括用于吸取有待输送的液体、尤其废水或工业用水的抽吸接管（5）和处于所述泵（1）的抽吸侧上的用于输送纯水的另一输送接管（14），以便至少短时间地降低在所述叶轮（4）的区域中的有待输送的流体的可能的浑浊度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的泵装置（1），此外包括控制单元（9），所述控制单元与所述传感器（7）相连接并且被设计用于，对由所述传感器（7）获得的数据进行分析并且基于此来推断出故障情况、尤其堵塞、编织状结构形成、空穴作用、机械损坏和/或振动。

13.一种用于识别出根据前述权利要求中任一项所述的泵装置（1）的堵塞的方法，其中，在所述方法中：

所述传感器（7）、尤其2D或3D传感器产生所述叶轮（4）的照片，并且所述叶轮（4）的由传感器（7）产生的数据通过控制单元（9）被分析，以便推断出故障情况、尤其堵塞、编织状结构形成、空穴作用、机械损坏和/或振动。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在生成所述叶轮（4）的照片之前不久，在所述泵装置（1）的抽吸侧上添加纯水，以便针对拍摄的时间点降低处于所述叶轮（4）周围环境中的液体的可能的浑浊度。

15.根据前述权利要求13或14中任一项所述的方法，其中，所述传感器（7）的照片反映了所述叶轮（4）的设有表征的图案的（11）的特定的区域，从而能够更容易地执行关于堵塞情况或编织状结构形成的存在的评估，因为在这样的情况下根本不能够或者只能够困难地识别出所述图案（11）。

16.根据前述权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述照片的生成与所述叶轮（4）的转速同步，以便优选以间歇的方式和方法用所述传感器（7）连续地检测所述叶轮（4）的一个特定的区段或多个特定的区段。

17.根据前述权利要求13至16中任一项所述的方法，其中，借助于所述传感器（7）来监测所述泵装置（1）的操作人员的活动、如所述泵装置（1）的接入或切断和/或故障应答，以便获得更可靠的实际状态。