CN118103600A - 泵的轴承配置和操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种泵轴承配置，所述泵特别是离心泵，包括：‑至少一个滚动轴承，能够承载轴向载荷并支撑所述泵的叶轮轴，‑测量部件，用于作用在所述叶轮轴上的轴向力，‑另外的测量部件，用于所述叶轮或所述叶轮轴的转速，以及‑确定部件，包括通过所述泵的体积液体流速、所述轴向力和所述转速之间的关系数据，并且经由所述关系数据确定与测量的轴向力和转速相关的液体流速。

Description

泵的轴承配置和操作方法
技术领域
本发明涉及泵的轴承配置(bearing arrangement)以及泵的轴承配置的操作方法。
更特别的是，本发明涉及确定当前体积液体流速(volumetric liquid flowrate)，而无需传统流量计。
背景技术
通常，泵的输出处的流量计用于测量通过泵的当前体积液体流速。
流量计是需要组装、维护并需要空间的额外组成部件。
此外，流量计是昂贵的组成部件，尤其是用于测量高流速的流量计。
文献US5,649,449公开了一种用于通过测量施加在泵的叶轮上的径向力的大小(magnitude)和方向来确定正在进行操作(/工作)(operating)的离心泵的当前操作(/工作)(operation)状况的方法。
将这些值与先前测量或确定的已知值进行比较，以沿着泵特性曲线识别泵正在进行操作(/工作)(operating)的实际点，特别是泵的输出处的当前体积液体流速。
然而，对于双蜗壳(double volute)离心泵，与两个蜗壳相关的多个径向载荷旨在平衡所产生的径向载荷，使得所产生的径向载荷值是残余的(residual)，从而阻碍了该方法的实现。
因此，本发明旨在创造相应改进的解决方案。这根据权利要求1和权利要求8的主题来解决。
发明内容
根据一方面，提出了一种泵的轴承配置(/轴承布置)(bearing arrangement)，包括：
-至少一个滚动轴承，能够承载轴向载荷并支撑所述泵的叶轮轴(impellershaft)，
-测量部件，用于作用在所述叶轮轴上的轴向力，
-另外的测量部件，用于所述叶轮或所述叶轮轴的转速(revolution speed)，以及
-确定部件，包括通过所述泵的体积液体流速(volumetric liquid flow rates)、所述轴向力和所述转速之间的关系数据，并且经由所述关系数据确定与测量的轴向力和转速相关的液体流速。
优选的是，所述另外的(further)测量部件另外地(additionally)用于所述泵的输入压力，特别是所述另外的测量部件包括测量所述泵的吸入嘴(suction nozzle)中的输入压力的压力传感器，并且所述关系数据还包括所述输入压力。
优选的是，所述轴承配置包括支撑所述叶轮轴的第二轴承，所述至少一个轴承和所述第二轴承以背对背构造(back-to-back configuration)组装。
有利的是，所述轴承配置包括支撑所述叶轮轴的第三轴承，所述至少一个轴承和所述第二轴承以背对背的方式组装，并且所述第三轴承串列配对(paired in tandem)。
有利的是，所述测量部件包括测量作用在所述叶轮轴上的轴向力的传感器，特别是所述测量部件包括至少一个光纤，特别是包括至少一个光纤布拉格光栅。
优选的是，所述传感器布置在至少一个轴承上或至少一个轴承中。
根据另一方面，提出了一种泵的轴承配置的操作方法，所述泵特别是离心泵，所述泵包括：至少一个滚动轴承，能够承载轴向载荷并支撑所述泵的叶轮轴(impeller shaft)；测量部件，用于作用在所述叶轮轴上的轴向力；另外的测量部件，用于所述叶轮或所述叶轮轴的转速(revolution speed)；以及确定部件，包括通过所述泵的体积液体流速、所述轴向力和所述转速之间的关系数据，所述方法包括：
测量所述轴向力和所述转速，并且
经由所述关系数据确定相关的液体流速。
该方法允许在泵的正常操作(/工作)(operation)期间确定通过泵的体积液体流速，而不需要(实施)流量计，从而简化了泵的维护和设计，该方法不限于特定类型的离心泵，并且可以例如(实施)用于单蜗壳离心泵或双蜗壳离心泵。
优选的是，确定在正常操作期间的特定当前时刻(particular current instant)作用在所述叶轮轴上的所述轴向力的步骤包括：在正常操作(/工作)(operation)期间，测量在正常操作期间的特定当前时刻作用在所述叶轮轴上的轴向力。
有利的是，测量作用在所述叶轮轴上的轴向力的步骤包括：测量作用在所述叶轮轴上的轴向力的大小(magnitude)和方向。
优选的是，测量作用在所述叶轮轴上的轴向力的步骤包括：测量支撑叶轮轴的所述轴承处的轴向力。
附图说明
本发明的其他优点和特征将通过检查决非限制性的实施方式的详细描述和附图而显现，在附图中：
[图1]示意性地示出了双蜗壳(double volute)离心泵的截面，
[图2]示意性地示出了单蜗壳离心泵的截面，
[图3]示出了用于确定通过操作的(/工作的)(operating)离心泵的体积液体流速的方法的一个实施方式，以及
[图4]示出了具有光纤布拉格(Bragg)光栅的光纤。
具体实施方式
参考图1，图1示出了双蜗壳离心泵1的截面，双蜗壳离心泵1包括泵壳体(/座)(housing)和吸入嘴(suction nozzle)14，泵壳体包括可旋转叶轮2、承载叶轮的叶轮轴3以及支撑叶轮轴3的四个轴承4、5、6、7。
叶轮(impeller)2位于叶轮轴3的一端处。
第一轴承4、第二轴承5和第三轴承6例如是角接触球轴承，第四轴承7例如是圆柱滚子轴承。
可以使用其他类型的轴承，例如，双列角接触球轴承可以代替第一轴承4、第二轴承5和第三轴承6。
第二轴承5和第三轴承6串列(/串联)(in tandem)配对，第一轴承4和第二轴承5在叶轮2的一侧呈背对背(back-to-back)构造，第四轴承7更靠近叶轮2。
串列配对的(paired in tandem)第二轴承5和第三轴承6可以位于叶轮轴3上，以承载施加在叶轮轴3上的主轴向载荷。
在另一个实施方式(图2)中，离心泵1是包括叶轮轴3的单蜗壳泵，叶轮轴3由呈背对背构造的第一轴承4和第二轴承5支撑，并由第五球轴承15支撑。
双蜗壳离心泵1包括：
-第一测量部件，测量作用在叶轮轴上的轴向力，
-存储部件DM，包括通过泵的体积液体流速、速度、轴向力和输入压力之间的关系F1，
-另外的测量部件，确定泵1的输入压力并测量叶轮的速度，以及
-计算部件或确定部件CM，根据确定的轴向力和输入压力、测量的速度和关系F1来确定泵1的瞬时(instantaneous)体积液体流速。
第一测量部件包括例如三个光纤传感器8、9、10(FOS，即fiber opticalsensors)，每个传感器8、9、10布置在不同的角接触球轴承4至6上或不同的角接触球轴承4至6中。
在另一个实施方式中，第一测量部件包括至少一个光纤传感器8、9和10(FOS)，至少一个光纤传感器8、9和10(FOS)布置在一个角接触球轴承4至6上或一个角接触球轴承4至6中。图4示出了包括光纤布拉格光栅44的对应光纤42的截面。
在另一个实施方式中，FOS传感器8至10可以位于角接触球轴承4至6附近，例如在轴3上。因此，传感器信号传输可能需要是无线的，特别是FOS传感器8至10连接到旋转部分的情况，而它可以是基于有线的，特别是FOS传感器8至10连接到非旋转部分(如壳体)的情况。
可以使用能够测量叶轮轴3上的轴向载荷的其他类型的传感器。
每个FOS传感器8、9、10测量作用在叶轮轴3上的轴向力。
另外的测量部件包括例如速度传感器11和压力传感器12，压力传感器12测量泵1的吸入嘴14中的输入压力。
存储部件DM和计算部件CM例如在控制器13中实现，控制器13连接到FOS传感器8、9、10、速度传感器11和压力传感器12。
存储部件DM和/或计算部件CM可以远程地位于泵1附近，如图1所示，或者可以位于距离泵1例如几公里的远程服务器中，控制器13包括用于与远程服务器进行通信的通信部件。
在另一个实施方式中，双蜗壳离心泵1可以由另一种类型的泵(例如，单蜗壳离心泵)代替。
在另一个实施方式中，少于三个轴承可以配备有传感器，并且至少一个轴承配备有传感器。
图3表示用于确定通过操作的(/工作的)离心泵1的体积液体流速的方法的一个实施方式。
在步骤20，在泵的测试操作(/工作)期间，控制器13在多个体积液体流速下通过FOS传感器8、9、10收集轴向力，通过速度传感器11收集速度，并且通过压力传感器12收集压力。因此，该压力可以表示泵1两端的压力差。
轴向力起作用的步骤包括测量作用在叶轮轴3上的轴向力的大小和方向。
在步骤22，将通过泵的体积液体流速、泵的速度、轴向力和输入压力之间的关系F1传递到存储部件DM。
关系F1可以是将通过泵1的流量FL、轴速度X0、轴向载荷X1和输入压力X2联系起来的等式，F1等于：
其中U＝{U0，U1，U2，U3，U4}是根据经验确定的常数。
然后，计算部件CM使用关系F1。
在步骤24，在泵1的正常操作(/工作)(operation)期间的特定当前时刻，传感器11测量特定当前时刻的轴速度，并且压力传感器12测量特定当前时刻的输入压力。
在另一个实施方式中，不考虑泵1的输入压力，系数U4为零(nil)。
在步骤26，计算部件CM根据确定的轴向力、测量的速度、泵1的输入压力和关系F1来确定泵1的瞬时体积液体流速。
对应的方法允许在泵1的正常操作期间确定通过泵1的体积液体流速，而无需实施(/实现)(implementing)流量计，从而简化了泵1的维护和设计，并且例如简化了控制泵1的控制回路。
这种方法能够检测泵正在进行操作(/工作)时出现的问题，例如气穴(cavitation)，并且能够进行抵消以防止泵损坏。
此外，这种方法不限于特定类型的离心泵，并且可以例如实施用于单蜗壳离心泵或双蜗壳离心泵。
此外，可以实施(/实现)任何类型的轴向载荷传感器(例如，压电传感器或应变计)来确定叶轮轴3上的轴向载荷。

Claims (10)

1.一种泵的轴承配置，所述泵特别是离心泵，包括：
-至少一个滚动轴承，能够承载轴向载荷并支撑所述泵的叶轮轴，
-测量部件，用于作用在所述叶轮轴上的轴向力，
-另外的测量部件，用于所述叶轮或所述叶轮轴的转速，以及
-确定部件，包括通过泵的体积液体流速、所述轴向力和所述转速之间的关系数据，并且经由所述关系数据确定与测量的轴向力和测量的转速相关的液体流速。
2.根据权利要求1所述的轴承配置，其特征在于，所述测量部件包括轴向力传感器，所述轴向力传感器测量作用在所述叶轮轴上的轴向力，特别是所述测量部件包括至少一个光纤，特别是包括至少一个光纤布拉格光栅。
3.根据权利要求1或2所述的轴承配置，其特征在于，所述另外的测量部件另外地用于所述泵的输入压力，特别是所述另外的测量部件包括测量所述泵的吸入嘴中的输入压力的压力传感器，并且所述关系数据还包括所述输入压力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴承配置，其特征在于，所述配置包括支撑所述叶轮轴的第二滚动轴承，所述至少一个轴承和所述第二轴承以背对背构造配置。
5.根据权利要求4所述的轴承配置，其特征在于，所述配置包括支撑所述叶轮轴的第三滚动轴承，所述至少一个轴承和所述第二轴承以背对背的方式配置，并且所述第三轴承以串列配置配对。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的轴承配置，其特征在于，所述轴向力传感器布置在所述轴承中的至少一个轴承上或至少一个轴承中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轴承配置，其特征在于，所述关系数据取决于所述泵的具体设计和尺寸，并且特别是通过在泵的惯常操作之前针对所述泵的每个设计和尺寸的测量来确定。
8.一种泵的轴承配置的操作方法，所述泵特别是离心泵，所述泵包括：至少一个滚动轴承，能够承载轴向载荷并支撑所述泵的叶轮轴；测量部件，用于作用在所述叶轮轴上的轴向力；另外的测量部件，用于所述叶轮或叶轮轴的转速；以及确定部件，包括通过所述泵的体积液体流速、所述轴向力和所述转速之间的关系数据，其中，
测量所述轴向力和所述转速，并经由所述关系数据确定相关的液体流速。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述测量部件包括轴向力传感器，所述轴向力传感器测量作用在所述叶轮轴上的轴向力，特别是所述测量部件包括至少一个光纤，特别是包括至少一个光纤布拉格光栅，和/或其中，所述另外的测量部件另外地用于所述泵的输入压力，随之所述关系数据还包括所述输入压力。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述关系数据取决于所述泵的具体设计和尺寸，并且特别是通过在所述泵的惯常操作之前针对泵的每个设计和尺寸的测量来确定。
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