CN212928228U - 基于控制的水泵自吸系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于控制的水泵自吸系统，解决现有技术存在的气堵、结构复杂、效率低等的问题，采用的技术方案：所述控制装置中设置转速检测模块、功率估算模块和控制排气模块，所述转速检测模块和功率估算模块用于检测、分析所述电机的转速和功率,所述控制排气模块与所述转速检测模块和功率估算模块信号连接，用于控制所述电机使所述水泵进入排气状态及退出排气状态。其效果：利用变频控制模块自带的转速估算和功率估算功能，实现排气状态的识别和排气功能的实现，简化了水泵的自吸结构，降低了成本；避免了水泵自吸构造所造成的容积损失，使得泵更节能高效。

Description

基于控制的水泵自吸系统

技术领域

本实用新型涉及一种水泵排气自吸系统，尤其涉及一种基于控制的水泵自吸系统。

背景技术

用于家庭管路增压目的水泵产品，在实际应用中常常存在如下两种情况：

第一情况：在使用中会出现气堵（气体进入运转的水泵），出现气堵时水泵的使用性能大大降低，从而出现无法正常增压的情况。这种情况往往出现在家庭突然停水和水泵长期闲置后初次使用的时候，大大影响了客户的用水体验。

另一种更常见的应用情况是：家庭增压的水泵往往需要从供水不足的市政管道或低于水泵入口的液面中抽水，这要求水泵需要有一定的自吸扬程。用于实现自吸功能的水泵主要有气液混合式自吸泵和射流式自吸泵，气液混合式自吸泵基于的工作原理为通过叶轮旋转，吸入管路的空气和液体充分混合进入泵壳体，通过泵壳体中的气水分离室分离出空气和水，空气通过分离室上部溢出，水重新回到叶轮和吸入管道中剩余空气混合，直至完成排气，完成自吸工作；射流式自吸泵则依靠喷射装置，在喷嘴处形成真空负压实现抽吸。

现有的自吸实现方式，都依赖于在泵内形成特殊的构造来实现自吸功能，这造成同等情况下带有自吸功能的水泵的结构复杂程度远远大于普通水泵，相较下产品的体积和结构成本都会有所上升；由于有回流孔和喷射管的容积损失，在正常运行时，水泵的效率相较下也会有所降低。

另一个趋势是随着对节能的日益重视，家用增压水泵的开始向永磁变频方向发展，变频技术使得水泵智能运行成为了可能。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述问题而提供一种基于控制的水泵自吸系统，通过控制模块上的转速估计模块和功率估计模块智能识别水泵是否进入排气状态，在排气状态中，通过叶轮的旋转作用在叶轮进口形成负压将进水管道中的空气吸入，形成气液混合物；叶轮停止时，空气分离通过泵出口或泵上端的排气装置排出，液体由于单向流动装置的作用，留存在泵壳体中，与下一次启动时吸入到泵壳体的空气形成气液混合物，如此循环，将进水管道的气体全部排出，完成自吸工作后，控制模块自动识别水泵完成自吸，退出排气状态，进入正常运行状态；本水泵自吸系统及自吸方法不需要在泵壳体上设置专门的气液分离室和喷射管，简化了泵壳体结构，降低了成本；通过控制模块，特别是变频控制模块上的转速估计模块和功率估计模块，实现智能识别水泵运行状态并控制水泵按设定的要求排气运行，不会增加额外的制造成本；该系统正常运行时没有气液分离室和喷射管造成的容积损失，水泵更高效节能。

本实用新型的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：基于控制的水泵自吸系统，包括水泵，所述水泵包括具有泵入口和泵出口的泵壳体、设置在所述泵壳体的内腔中的泵叶轮、与所述泵壳体连接的电机、设置在所述电机上的控制装置，所述控制装置与所述电机信号连接，所述泵叶轮由所述电机驱动旋转，所述泵入口和进水管道相连，所述泵出口和出水管道相连，所述泵入口处设置单向流动装置，所述单向流动装置使介质只能单方向的从所述进水管道进入所述泵入口，所述泵壳体和所述出水管道内具有流体介质，其特征在于所述控制装置中设置转速检测模块、功率估算模块和控制排气模块，所述转速检测模块和功率估算模块用于检测、分析所述电机的转速和功率,所述控制排气模块与所述转速检测模块和功率估算模块信号连接，用于控制所述电机使所述水泵进入排气状态及退出排气状态。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型采用如下技术措施：所述单向流动装置为单向阀；或者，所述单向流动装置为倒置U形管，所述倒置U形管站立设置，所述倒置U形管的出水端设置水平连接端，所述水平连接端与所述泵入口形成连接。单向流动装置保证了水泵在停止运行时，泵壳体中的介质不会从泵壳体中返流入进水管道，从而使泵壳体中一直保持有一定量引水（优选的方案：介质的高度应完全淹没叶轮）。

倒置U形管利用连通器原理，倒置U形管的顶点高于泵入口，保证在叶轮停止旋转时，泵壳体中保有足够的介质。

所述倒置U形管为所述进水管道的出水段，所述倒置U形管道站立设置，所述U形管道的顶点高于所述泵入口。在使用过程中，倒置U形管的出水端向外侧平折，方便与泵的进水口形成连接。

为了保证在停止运转时空气从泵出口排出，所述泵出口以一定的角度朝上设置。

所述泵出口的轴线与水平方向垂直。

所述泵出口或所述出水管道上设置排气装置，所述的电机控制装置为变频控制装置。

基于控制的水泵自吸系统的自吸方法，包括上述的基于控制的水泵自吸系统，其特征在于：

所述控制装置控制所述电机以一定的启动规律和停止规律运行，所述控制装置中设置转速检测模块和功率估算模块；所述功率估算模块中设定电机的功率的下阈值为P_L，所述功率估算模块中设定的电机的功率的上阈值为P_U；

所述电机启动，当所述电机的转速为n₀时，所述电机的的运行功率为P₀；

当所述功率估算模块检测到运行功率P₀小于功率下阈值P_L时，所述水泵进入排气运行状态，将所述泵壳体、进水管道中的气体逐渐排出；

在排气状态下，当所述功率估算模块检测到运行功率P₀大于功率上阈值P_U时，所述控制模块控制所述电机使所述水泵退出排气状态，完成水泵的自吸工作。

所述水泵为变频水泵，当所述水泵处于排气状态时，所述叶轮的入口为负压，所述进水管道中的空气进入所述泵壳体中，空气被所述叶轮打碎混入液体中，形成气液混合物；

在排气状态下，所述水泵维持运转一段时间，随着泵壳体内的气液混合物的增多，所述叶轮的入口负压逐渐降低到和所述进水管道的气压平衡，所述控制模块控制所述电机停止工作，所述叶轮停止旋转，所述进水管道中的气体停止进入所述泵壳体内，泵出口处的气液混合物产生分离，气体通过所述泵出口排出或者通过所述排气装置排出，分离后的液体补充到所述泵壳体中，完成一次排气周期；所述控制模块控制所述电机再次启动，使水泵重新吸入进水管道中的气体和液体，再一次完成排气周期，如此往复，直到进水管道中的气体被完全排出后，所述控制装置计算出电机的功率超过上阈值P_U，所述水泵则退出排气状态，完成自吸，所述水泵进入正常运行状态。

所述水泵进入排气状态后，所述水泵的运行时间为t₁，使所述水泵能充分的吸入所述进水管道内的气体；

所述水泵的停止运行时间为t₂，使气液混合物中的气体充分排出；

所述控制模块控制t₁和t₂的数值。

本实用新型具有的有益效果：利用变频控制模块自带的转速估算和功率估算功能，实现排气状态的识别和排气功能的实现，简化了水泵的自吸结构，降低了成本；避免了水泵自吸构造所造成的容积损失，使得泵更节能高效。

附图说明

图1是本实用新型涉及的设有单向阀的基于控制的水泵自吸系统的结构示意图。

图2是本实用新型涉及的设有倒置U形管的基于控制的水泵自吸系统的结构示意图。

图3是图1所示系统在泵运行状态时的结构示意图。

图4是图1所示系统在泵停止状态时的结构示意图。

图5是图1所示系统的排气过程的控制逻辑示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：基于控制的水泵自吸系统，包括水泵，所述水泵包括具有泵入口11和泵出口12的泵壳体1、设置在所述泵壳体的内腔中的泵叶轮2、与所述泵壳体连接的电机3、设置在所述电机上的控制装置4（为变频控制装置）。所述控制装置控制所述电机动作，所述泵叶轮由所述电机驱动旋转，所述泵入口和进水管道6相连，所述泵出口和出水管道5相连，所述泵入口处设置单向流动装置，所述单向流动装置使介质只能单方向的从所述进水管道进入所述泵入口，所述泵壳体和所述出水管道内具有流体介质。

如图1或2所示，基于控制的水泵自吸系统，包括水泵，所述水泵包括具有泵入口11和泵出口12的泵壳体1、设置在所述泵壳体的内腔中的泵叶轮2、与所述泵壳体连接的电机3、设置在所述电机上有控制装置4（为变频控制装置）。所述控制装置与所述电机信号连接，所述泵叶轮由所述电机驱动旋转，所述泵入口和进水管道6相连，所述泵出口和出水管道5相连，所述泵入口处设置单向流动装置，所述单向流动装置使介质只能单方向的从所述进水管道进入所述泵入口，所述泵壳体和所述出水管道内具有流体介质，其特征在于所述控制装置中设置转速检测模块、功率估算模块和控制排气模块，所述转速检测模块和功率估算模块用于检测、分析所述电机的转速和功率,所述控制排气模块与所述转速检测模块和功率估算模块信号连接，用于控制所述电机使所述水泵进入排气状态及退出排气状态。

进一步来说，所述单向流动装置为单向阀7（如图1所示）；或者，所述单向流动装置为倒置U形管8（如图2所示），所述倒置U形管站立设置，所述倒置U形管的出水端设置水平连接端，所述水平连接端与所述泵入口形成连接。单向流动装置保证了水泵在停止运行时，泵壳体中的介质不会从泵壳体中返流入进水管道，从而使泵壳体中一直保持有一定量引水（优选的方案：介质的高度应完全淹没叶轮）。

倒置U形管8利用连通器原理，倒置U形管的顶点高于泵入口，保证在叶轮停止旋转时，泵壳体中保有足够的介质。

所述倒置U形管为所述进水管道的出水段，所述倒置U形管道站立设置，所述U形管道的顶点高于所述泵入口。在使用过程中，倒置U形管的出水端向外侧平折，方便与泵的进水口形成连接。

所述泵出口以一定的角度朝上设置。保证在停止运转时空气从泵出口排出。

作为优选，为了方便安装及使用，所述泵出口的轴线与水平方向垂直。

为了能够更好的排出气体，所述泵出口或所述出水管道上设置排气装置9，在叶轮停止运转后分离出来的空气从排气装置中排出。

基于控制的水泵自吸系统的自吸方法，包括上述的基于控制的水泵自吸系统，其步骤包括：

步骤一：所述控制装置中设置转速检测模块和功率估算模块；所述功率估算模块中设定电机的功率的下阈值为P_L，所述功率估算模块中设定的电机的功率的上阈值为P_U；换句话来说：控制装置4为变频控制器，具有转速估算和功率估算功能，能通过对泵运行的转速和功率进行估算，确定水泵的运行状态，进而确定水泵是否需要进入排气状态。

步骤二：当所述电机的转速为n₀时，所述电机的的运行功率为P₀；

步骤三：当所述功率估算模块检测到运行功率P₀小于功率下阈值P_L时，所述水泵进入排气运行状态，将所述泵壳体、进水管道中的气体逐渐排出；

步骤四：在排气状态下，所述控制装置控制所述电机以一定的启动规律和停止规律运行，当所述功率估算模块检测到运行功率P₀大于功率上阈值P_U时，所述控制模块控制所述电机使所述水泵退出排气状态，完成水泵的自吸工作。

如图3所示，所述水泵为变频水泵，当所述水泵处于排气状态时，所述叶轮的入口为负压，所述进水管道中的空气进入所述泵壳体中，空气被所述叶轮打碎混入液体中，形成气液混合物；

在排气状态下，所述水泵维持运转一段时间，随着泵壳体内的气液混合物的增多，所述叶轮的入口负压逐渐降低到和所述进水管道的气压平衡，所述控制模块控制所述电机停止工作，所述叶轮停止旋转，如图4所述，所述进水管道中的气体停止进入所述泵壳体内，泵出口处的气液混合物产生分离，气体通过所述泵出口排出或者通过所述排气装置排出，分离后的液体补充到所述泵壳体中，完成一次排气周期；所述控制模块控制所述电机再次启动，使水泵重新吸入进水管道中的气体和液体，再一次完成排气周期，如此往复，直到进水管道中的气体被完全排出后，所述控制装置计算出电机的功率超过上阈值P_U，所述水泵则退出排气状态，完成自吸，所述水泵进入正常运行状态。

所述水泵进入排气状态后，所述水泵的运行时间为t₁，使所述水泵能充分的吸入所述进水管道内的气体；

所述水泵的停止运行时间为t₂，使气液混合物中的气体充分排出；

所述控制模块控制t₁和t₂的数值。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。在上述实施例中，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于控制的水泵自吸系统，包括水泵，所述水泵包括具有泵入口和泵出口的泵壳体、设置在所述泵壳体的内腔中的泵叶轮、与所述泵壳体连接的电机、设置在所述电机上的控制装置，所述控制装置与所述电机信号连接，所述泵叶轮由所述电机驱动旋转，所述泵入口和进水管道相连，所述泵出口和出水管道相连，所述泵入口处设置单向流动装置，所述单向流动装置使介质只能单方向的从所述进水管道进入所述泵入口，所述泵壳体内具有流体介质，其特征在于所述控制装置中设置转速检测模块、功率估算模块和控制排气模块，所述转速检测模块和功率估算模块用于检测、分析所述电机的转速和功率,所述控制排气模块与所述转速检测模块和功率估算模块信号连接，用于控制所述电机使所述水泵进入排气状态及退出排气状态。

2.根据权利要求1所述的基于控制的水泵自吸系统，其特征在于所述单向流动装置为单向阀；或者，所述单向流动装置为倒置U形管，所述倒置U形管站立设置，所述倒置U形管的出水端设置水平连接端，所述水平连接端与所述泵入口形成连接。

3.根据权利要求2所述的基于控制的水泵自吸系统，其特征在于所述倒置U形管为所述进水管道的出水段，所述倒置U形管道站立设置，所述U形管道的顶点高于所述泵入口。

4.根据权利要求3所述的基于控制的水泵自吸系统，其特征在于所述泵出口以一定的角度朝上设置。

5.根据权利要求4所述的基于控制的水泵自吸系统，其特征在于所述泵出口的轴线与水平方向垂直。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于控制的水泵自吸系统，其特征在于所述泵出口或所述出水管道上设置排气装置，所述控制装置为变频控制装置。

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