CN1266387C - 控制多个泵的方法及对应于该方法的泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制一个泵池中的多个泵的方法，其中，每个泵都包括一个启动泵的开关，并且每个泵在其运转后先被阻滞停止运转，并根据泵池里其它泵的运转情况被再启动。本发明还涉及一种可执行该方法的泵。

Description

控制多个泵的方法及对应于该方法的泵

技术领域

本发明涉及一种控制多个泵的方法以及对应该方法设计的泵。

背景技术

公知的多种泵，特别是应用于泵池的潜水泵，可将积聚在具有预定液位的泵池(pump sump)内的流体用泵抽走。对这样的泵池通常要使用多个泵。使用多个泵时，必须确保这些泵在负载上运转均衡以便这些泵的磨损一致。要使各个泵交替启动则需要一个可交替地启动和停止泵的中央控制。这种中央控制的装置使得这些泵的组装和运转变得更加困难。

由德国专利DE199 27 365 C2可知一种在一个共有泵池中的多个泵的控制，根据该控制，在多个泵交替运转过程中如果还没有轮到某个泵，即使到达了指定的切换阈，该泵也不会被启动。这种控制额外的需要关于所用泵的数目的信号或信息以设置成交替运转状态。而且，为了设定确定数目的多个泵成交替运转的状态，在第一次启动时需要增加控制和调整费用。而且即使到达了其切换阈，不在下一个操作的泵也不会被接通，这样，当在运转过程中某个接着要运转的泵发生故障时会导致一些问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种控制在一个泵池中的多个泵的方法，以及针对该方法设计的泵，其不需要附加控制装置并可对多个泵的交替运转进行简化控制和故障保护控制。

根据本发明的方法，多个泵优选用于一个公共的泵池。在本发明的方法中，这个泵池可以包括多个相互联通或彼此连接的泵池。用在该泵池的每个泵都包括一个可启动该泵的信号发生器。其中优选一个有预定液位或液位阈值的启动该泵的开关。在这些泵开动或运转后，先通过改变该泵的切换值使各个泵分别被阻滞停止运转，即该泵与其它泵或中央控制之间没有联系，然后依靠在泵池中的其它泵的开动或运转再解除对该泵的阻滞。该切换值是该信号发生器启动该泵的值。通过在运转后改变该泵的切换值可防止同一个泵在再次到达初始切换值或初始液位阈值时直接被启动。由于该泵的切换值改变了，在随后的泵运转过程中，与改变后的切换值相比，先达到其切换值的其它泵中的一个被启动。然后，这个泵也通过改变其切换值被阻滞，从而在随后需要的用泵抽吸的过程中启动下一个泵等等。然后通过重新改变切换值而解除对各个泵的阻滞，从而当所有剩余的泵以同样的方式被启动后，当到达该切换值时这些泵又再次启动。在每个泵都启动后，不是将泵都阻滞，而是对该控制进行设置，使得这些泵一个接一个地多次运转，例如在阻滞前运转两次。通过这样的控制可成功地使这些泵交替运转并负载均衡。同时，这些泵不通过中央控制装置与其它泵连通或连接。而是，每个泵包括彼此互相独立的控制装置。尽管这些泵之间不互相联系，并且不受中央控制，但是仅通过对各泵进行智能化控制就可成功地使这些泵交替运转。为了对各个泵进行控制，由于在各泵之间没有联系也没有中央控制装置，因此这些泵的应用和组装就相当简便。这些泵仅必须用于一个泵池，这些泵之间例如不必通过如控制导管而相互连接。因此，各个泵的交替运转是自动的，不需要其它设定工作。同时，各个泵的控制可优选设计成每个泵可单独运行，例如，可以在没有其它泵的情况下在泵池中运转。采用这种方式可产生一种应用普遍的泵。

优选地是，对泵的阻滞是这样实现的，对每个泵而言，在其运转后泵刚启动时的液位阈值先从初始阈值开始增加，然后再随着泵池里的其它泵的运转而降低。该初始阈值就是泵刚启动处于初始状态或输出状态时的切换值或阈值。例如，如液位增加到初始阈值的水平，则该泵进入运转状态以抽走液体。根据本发明，在该泵运转后，液位阈值，即切换值增加，从而该泵在到达初始阈值时就不再启动。这样就产生这样一个结果，即液位阈值还没有增加的另一个泵则先到达该初始阈值而进入运转状态。随着泵池里的其它泵的运转，该液位阈值随后降低，从而如果其它所有泵都已运转则第一个泵可进入运转状态。若这些泵是第一次用在一个泵池里，则将所有的泵都设定初始阈值。然而由于存在公差，并不是所有的泵都是精确地启动于同样的液位。这就很可能产生这样一个结果，即某一个泵先运转。由于其中一个泵运转后，液位就会下降，因此，只要第一个开始启动的泵处于运转状态，其它泵就不会被启动。由于增加液位阈值可阻止泵运转，所以该泵不是完全停止运转的，而是在液位更高的情形下可随时被启动。这对于如果随后进入泵池的液体比单个泵可以抽走的液体要多，另一个泵失效或在泵池中单独使用该泵，是很重要的。因此较高的液位阈值意味着预备的或紧急阈值，在此阈值处泵可随时被启动。

优选的是，各泵的液位阈值在下一个泵运转后以一预定值为幅度逐步地降低。这样就产生如下结果，即在每下一个泵运转后，这个液位阈值就进一步减小，从而液位阈值能再次接近初始阈值。通过逐步地降低液位阈值，各泵的液位阈值将在某一时间再次到达一阈值，该阈值比其余泵的液位阈值小，从而随着液位的增加，第一个泵进入运转状态。通过使液位阈值循环往复的增加并随后逐步地降低，使得所有的泵一直交替地处于运转状态。

同时，优选根据几何级数降低液位阈值。例如，实际液位阈值比初始阈值高出的值可能在每下一个泵运转后减半或通过另一个预定因数而降低。优选通过这种方式降低阈值，即实际液位阈值总是高于初始阈值，以便使其阈值为初始阈值的新使用的泵总是先进行运转。

进一步优选地是，在下一个泵运转后，使该液位阈值总是降低到一水平值，该水平值取决于在此之前已运转的泵的个数。以这种方式设定或降低的液位阈值是与设置在泵池中能运转并能交替运转的泵的个数相适应的。这样，可确保各个泵总是交替运转，负载均衡。

液位阈值优选总是降低到水平值，该水平值符合：

$x+\mathrm{\Δx}\×\frac{1}{n}$

式中，x是初始阈值，Δx是液位阈值相对初始阈值的增加量，以及n是在此之前已运转的泵的个数。优选对泵的控制是：液位阈值每在下一个泵运转之后就进一步接近初始阈值，从而实现降低液位阈值。然而降低后的液位阈值总是高于初始阈值，借此，若要将另一个泵或一新泵应用到该泵池中，则这个泵就具有最低的液位阈值，具体地说是初始阈值，从而先开始运转。逐步降低还产生这样的效果，即在已经运转的泵中，较早运转的泵比在其后运转的泵的液位阈值低，从而这个泵再次先进入运转状态。这样就能确保各个泵总是连续循环运转，从而负载均衡。

为了操作本发明的方法，每个泵优选包括一个装置，其用于检测在泵池中所用的处于运转状态的泵的个数。该所用的处于运转状态的泵指的是为了将泵池中的液体抽走而交替启动的那些泵。不考虑那些有故障的泵或由于其它原因不能启动的泵。检测泵池中所用的泵的个数可这样进行，使用者在每个泵上通过合适的输入装置设置在泵池中有多少额外的泵或整体有多少个泵。然而，优选地是，每个泵都包括一个装置，其可自动检测在泵池内有多少泵运转。由于这些泵仅需用于或设置于泵池，而不需进一步进行调整或设定，因此这些泵的启动可非常简单。

优选地是，各泵通过一个合适的传感器来探测其它泵的运转进程并同时探测所用泵的个数。由于各泵可探测到其它泵的运转，通过一个合适的计数装置就可以计算有多少个泵在接连着运转。

各泵优选带有一个水平传感器，特别是一个压力传感器。该水平传感器一方面起信号发生器的作用或当泵池处于某液位时启动和/或停止泵。而且，该水平传感器作为传感器还起到探测泵池内其它泵的运转或操作状态的作用。同时该水平传感器还探测泵池内其它泵的运转状态，从而当该传感器的泵同时被阻滞而停止运转，或者具有比启动该泵高的液位阈值时，该传感器可探知泵池内液位的降低。借此，该控制方法可以确定液位是通过下一个泵的运转而被降低，并且计算泵池内其它泵的个数。该水平传感器优选为一压力传感器。通过该压力传感器探测到的流体静压可确定液体水平面在该压力传感器上方的高度。

通过此方法优选地是，各泵在其自身运转后，即每次运转后，将代表泵的个数的值n设定为n＝1，并且在下一个泵运转后使该值n增加1。这样就可以确定在泵池内运转的泵的总数，并且相应地控制液位阈值的减小。

对泵池里仅有一个泵运转的情况并采用本发明的方法而言，该控制优选设计成这样，即泵可自动探测到泵池内没有其它泵的情况，并且自动解除阻滞。这就使该泵可以通用。探测单独使用一个泵的情况，例如可以通过泵的控制器实现，通过合适的传感器，其可确定当泵池内的液位超过阈值时，下一个泵必须开始运转，但是液位却继续上升。在这种情况下，该泵可再解除阻滞，例如再将液位阈值降到初始阈值或直接进行启动。这样，对单独使用一个泵的情形，在到达紧急阈值时液体无法在第一时刻从泵池中抽走，阻滞该泵的液位阈值即被取消。

本发明还涉及一种泵，特别是采用上述方法控制的泵。该泵包括一个信号发生器，优选是用于启动和停止该泵的水平开关和控制装置。该控制装置包括用于探测在同一个泵池的其它泵的运转情况的装置，其中泵池本身同样被理解为多个互相连接或彼此连通的泵池。而且，该控制装置还包括通过改变切换值来阻止泵运转的阻滞功能元件，以及根据其它泵的运转状态再次解除对该泵的阻滞的释放功能元件。同时该切换值就是信号发生器启动该泵时的值。这样的泵可以采用上述方法运转。在该泵运转后，先通过控制装置启动阻滞功能元件，借此，在初始切换值处由信号发生器再次启动的泵被最先阻滞或停止运转。用于探测其它泵的运转状态的装置可探测到他们是否在运转以及优选探测在这些泵运转后泵池内还有多少其它泵被运转。依据这一信息，由控制装置启动该释放功能元件，在其它泵运转后，通过切换值的更新变化将该泵重新释放。如果将几个这样的泵用在一个泵池里，各个泵的运转是自动设定的，无互相连接及泵的中央控制，从而这些泵总是能交替运转。

优选地是，该控制装置包括可探测泵池内泵的个数的装置，其中该泵池可以是一个共有的泵池，或者是几个互相连通的泵池。该控制装置通过探测有多少个处于运转的其它泵的情况来控制该释放功能元件，使相关的泵在其它泵运转后被释放。这样就可以使这些泵一直交替运转。

开关优选为水平开关，特别是压力传感器。该水平开关可在预定液位，如切换值时启动泵池内的泵以及使这些泵停止运转。该水平开关例如可以被设计为压力传感器，其探测在压力传感器高度处的流体静压。从这一数值可确定液位在该压力传感器上的高度。

阻滞功能元件优选这样设计，其可增加水平开关的阈值。该水平开关的阈值或切换值对应泵被设定为运转状态时的液位。如果在该泵运转后该阈值增加，则该泵将仅会在相应更高的液位进行运转。然后，如果泵池里还使用其它泵并且这些泵具有对应的较低阈值，则这些泵先运转。且第一个泵实际上停止运转。优选该释放功能元件可再降低阈值，以便停止运转一段时间后，该阈值再设定为这样一个低值，从而当到达相应的液位时该泵可在置于泵池内的其它泵之前启动。控制装置优选这样设计，该阈值在探测到另一泵运转后就以预定值为幅度逐步地降低，从而以逐级的方式再次到达初始阈值。同时该阈值取决于使用的泵的数目，但迟早要下将到低于所用其它泵的阈值，从而该泵就不再被阻滞停止运转，而是一达到相应的液位时就再次启动。降低阈值的方法优选取决于所用泵的数目。

用来探测泵池内其它泵的运转状态的装置优选可获得水平开关的信号。不论是由于泵池本身还是其它，即连通的泵或另一个泵导致液位的降低，该水平开关都可探测到泵池内的液位降低。那么如果单个泵不运转，则通过液位的降低，该控制装置可以探测到泵池内的另一个泵在运转并且降低泵池内的液位。以此方式就可探测到泵池内其它泵的运转情况并可以计算所用泵的个数。

优选使整个控制装置与泵或泵的壳体成为一个整体。优选将整个控制装置设置在一个潜水泵的壳体内。接着，该泵仅需用于或悬浮在泵池内并且与供电装置相连。不需要与中央控制装置相连或与其它所用的泵相连。那么，如果使用多个具有同样控制的泵，由于对每个泵实行智能化控制，则每个泵可设定成交替运转。这样的设置是自动完成的，各泵之间没有直接联系。

在下文中，将根据附图通过实施例对本发明进行描述。

附图说明

图1所示为泵池中的液位N以及所用泵的阈值随时间t的变化过程图。

具体实施方式

所示附图显示了泵池中的液位N以及所用泵的阈值随时间t的变化过程。位置较低的实线2代表泵池中随时间t变化的液位。实线4、虚线6以及点划线8分别代表各个泵被启动时的液位阈值。在这基本情况下，每个泵具有三个液位阈值S₁，S₂，和S₃。同时，该液位阈值S₂对应代表泵处于基本的或输送(delivered)状态下的初始阈值，并且当到达该初始阈值时，由水平传感器启动该泵。该液位阈值S₁是在使该泵停止运转时所要到达的阈值。液位阈值S₃代表第二启动阈值，当到达该值时，各泵可在任何情形下被启动，而独立于其它控制器。因此，S₃是紧急情况时的启动阈值，在此阈值时，泵在任何情形下都可被启动，例如，如果泵池中的液体供应量太多，而单个泵不足以将液体抽走。

下文将描述在一段时间内对一个公共泵池中的三个泵的控制过程。一个公共泵可同时被看作成安排了几个例如通过管道彼此相连的泵池。起初，所用的三个泵都设定在输送状态下，即液位阈值设定为初始阈值S₂。由于用于泵池里时存在公差(tolerances)和高度的偏差，因此很有可能并不是所有的初始阈值都精确地位于阈值S₂。因此，随着泵池中液位的上升，先到达三个泵中的一个泵的液位阈值，在实施例中该泵是以实线4代表。在时间为t₁点处，液位到达液位阈值4，相应的泵开始运转，并且该泵池中的液位2降落。因此，液位不是先到达那两个泵的液位阈值，从而这两个泵没有运转。在时间为t₂处，液位2到达阈值S₁，第一泵停止运转。同时，由控制器将第一泵的液位阈值设定为阈值S₃，从而最先阻滞该第一泵。而且，第一泵的控制将计数器的n值设定为1，其代表在泵池中运转的泵的数目。

在这种情况下，另两个泵的液位阈值继续对应初始阈值。现在泵池中的液位2再次上升直到达到图中以虚线6表示的第二泵的液位阈值。当液位到达这个阈值时，该第二泵就开始运转(在时间t₃处)并且液位再次下降直到在时间t₄处液位到达阈值S₁，该第二泵停止运转。在该第二泵的运转过程中，第一泵(实线4)探测到泵池的液位2降低了，同时该第一泵本身不运转。如果现在通过第二泵的运转，在时间t₄处液位2到达阈值S₁，并且该第一泵将此登记，则其控制为将计数器n增加1，变为n＝2。同时，该第一泵降低了其液位阈值。这样就将该阈值降低到高于初始阈值的某个值。这个新的液位阈值位于初始阈值S₂之上，并高出ΔS₁，其中：

$\mathrm{\Δ}{S}_1=(S_3-S_2)\×\frac{1}{n}$

因此，新液位阈值为S₂+ΔS₁。

第二泵在时间t₄开始运转后，该第二泵(虚线6)的液位阈值设定为阈值S₃。现在在时间t₄后，泵池中的液位2再次上升并到达初始阈值S₂，则该第三泵(点划线8)在时间t₅处开始运转，其液位阈值再次对应初始阈值。现在该第三泵将液体抽走，直到在时间t₆处液位2已经到达阈值S₁。如果液位2到达阈值S₁，则在时间t₆处该第三泵停止运转。同时控制第三泵，将第三泵的液位阈值设定为阈值S₃，其中第三泵如前述的第一和第二泵一样被阻滞。而且，对应于前面的泵，该第三泵的控制器将其计数器n设定为1代表泵的数目。第三泵在时间t₅和t₆之间的运转过程中，如前所述，该第一和第二泵测知液位2由于另一泵的运转而发生改变。这种控制可以检测到此是因为在到达其自身的泵的液位阈值之前，液位2有所改变。这就导致该第一泵的控制是在时间t₆处将代表泵的数目的计数器n的值再增加1变为n＝3。相应地，该第二泵的控制是将其计数器n的值增加到n＝2。在时间t₆处，该第一泵的控制再次将液位阈值降低到值为：

$S_2+(S_3-S_2)\×\frac{1}{n}$

因此，该第一泵的新液位阈值为S₂+ΔS₂，其中ΔS₂＝(S₃-S₂)×1/n。

第二泵的控制，如同在时间t₄处的该第一泵的控制一样，将第二泵的液位阈值降低到比初始阈值S₂高出ΔS₁处。因此，该第一泵(实线4)的液位阈值在时间t₆处为最低值，从而随着泵池内的液位2在时间t₇处进一步上升而到达该第一泵的液位阈值，使第一泵再次运转。接着，该第一泵再次降低液位2，直到在时间t₈处到达阈值S₁，从而使第一泵停止运转。在此时，该第一泵的控制装置将代表泵数目的计数器的值设定为n＝1，并将第一泵的液位阈值再增加到值S₃。同时，对该第二泵的控制是将计数器的值n增加到n＝3，并且，该第三泵的控制是将计数器n的值增加到n＝2。相应地，该第二泵的液位阈值降低到S₂+ΔS₂，并且该第三泵的液位阈值降低到S₂+ΔS₁。因此，该第二泵的液位阈值在时间t₈处最低，从而在时间t₉处液位2重新增加之后，该第二泵作为下一个运转的泵被启动。依此，本发明的方法可使各泵进一步循环地运转，其中如实施例中所述的这些独立的泵，泵1、2和3可一直循环交替地被启动。这样可使各泵的负载均衡。

尽管上述实施例是以三个泵进行描述的，但对于其它任何数目的泵也是可以的。各泵的控制器都完全相同，其中本发明的方法中，不论在泵池中设置多少个泵，这些泵都可进行交替运转，并且各泵之间没有连接。

如果要在泵池中另外加入一个更多的泵或新泵，则其液位阈值为初始阈值S₂，该阈值总是小于已经运转的泵的液位阈值。从而由此事实得到：

$\mathrm{\Δ}{S}_{n-1}=(S_3-S_2)\frac{1}{n}$

其中n为之前运转的泵的个数。因此，在应用一个新泵时，这个泵随着液位2的上升总是先被启动。然后如上所述的循环再次自动进行。

相应地，如果其中一个泵发生故障，其它泵作用如下：例如，如果在时间t₆时第一泵故障，则下一个随着液位2的上升而被启动的泵是第二泵，因为这个泵具有第二高的液位阈值。根据本发明的方法，接着，第二泵和第三泵自动开始交替运转。本发明的方法，通过对泵的智能化控制，确保了当一个泵发生故障或增加一个新泵后，泵池内的泵可自动进行交替运转。同时，各泵之间或各泵具有的中央控制器之间没有直接的联系。每个泵本身就是一个封闭的单元，其仅需与液体导管和供电装置相连。各泵的控制装置和开关，优选为压力传感器，并优选将他们整体设置入泵壳中，以便各个泵如传统的潜水泵一样可以简易地悬挂到泵池内。

本发明的泵也可以单独用在泵池中。为此，该泵的控制优选设计成这样，即它可识别该单个泵的使用状态。这就可能产生，例如在该泵运转后，泵池内的液位上升超过值：

$S_2+\frac{(S_3-S_2)}{2}$

这是泵池内的下一个泵必须启动时的液位阈值。如果液位上升超过该值，则这就是下一个泵不存在的信号。在这种情况下，对单个泵的控制可以使该泵再次被启动的液位阈值降低到初始阈值S₂，或值：

$S_2+\frac{(S_3-S_2)}{2}$

其优点在于，阈值S₂仍然是一紧急启动阈值，不会到达常规情况下对应的液位。一旦到达阈值S₂，每一存在的泵可随时被启动或接通，而与其它的控制方法无关。

Claims (20)

1.一种在一个泵池中控制一个或多个泵的方法，其中每个泵都包括一个启动该泵的信号发生器，并且每个泵在其运转后如果先通过改变其切换值自动停止运转，还可根据泵池里其它泵的运转情况被再启动。

2.如权利要求1所述的方法，其中对于运转后的泵，其开始运转的液位阈值先从一初始阈值上升，并且可依据泵池里其它泵的运转情况再次降低。

3.如权利要求1所述的方法，其中各泵的液位阈值在下一个泵运转后以一预定值为幅度逐步降低。

4.如权利要求3所述的方法，其中该液位阈值的降低是依据几何级数实现的。

5.如权利要求3所述的方法，其中每在下一个泵运转后该液位阈值都降到一水平值，该水平值取决于在此之前处于运转状态的泵的个数。

6.如权利要求5所述的方法，其中每次该液位阈值都降到一水平值，即：

$x+\mathrm{\Δx}\×\frac{1}{n},$

式中x是初始阈值，Δx是液位阈值相对初始阈值的增加量，以及n是在此之前处于运转状态的泵的个数。

7.如权利要求1所述的方法，其中每个泵都包括一个用于探测在泵池中处于运转状态的泵的个数的装置。

8.如权利要求7所述的方法，其中每个泵可通过一传感器探测下一个泵的运转，并利用该传感器探测所用泵的个数。

9.如权利要求1所述的方法，其中每个泵中都设有一个水平传感器。

10.如权利要求9所述的方法，其中该水平传感器为压力传感器。

11.如权利要求5所述的方法，其中每个泵在其运转后将代表泵的个数的值n设定为n＝1，并且在下一个泵运转后将值n再增加1。

12.如前述任一项权利要求所述的方法，其中该泵可自动探测到泵池里没有设置其它泵的状态，并且自动解除阻滞。

13.一种泵，包括用于启动该泵的信号发生器和控制装置，其中该控制装置包括用于探测其它泵的运转情况的位于同一泵壳内的装置，通过改变切换值来阻止泵运转的阻滞功能元件以及根据其它泵的运转状态再次解除对该泵的阻滞的释放功能元件。

14.如权利要求13所述的泵，其中该控制装置包括探测泵池内泵的个数的装置。

15.如权利要求13所述的泵，其中该信号发生器为一水平开关。

16.如权利要求15所述的泵，其中该水平开关为压力传感器。

17.如权利要求15所述的泵，其中该阻滞功能元件使该水平开关的阈值增加，且该释放功能元件使该水平开关的阈值降低。

18.如权利要求17所述的泵，其中该控制装置如此设计，即每在检测下一个泵的运转状态之后，该阈值以一预定值为幅度逐步降低。

19.如权利要求13所述的泵，其中该装置使用该信号发生器的信号来探测在同一泵池中的其它泵的运转情况。

20.如权利要求13所述的泵，其中使该控制装置与该泵为一整体。