EP2220374B1 - Kreiselpumpe mit durchflusssensor - Google Patents

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EP2220374B1
EP2220374B1 EP08863111A EP08863111A EP2220374B1 EP 2220374 B1 EP2220374 B1 EP 2220374B1 EP 08863111 A EP08863111 A EP 08863111A EP 08863111 A EP08863111 A EP 08863111A EP 2220374 B1 EP2220374 B1 EP 2220374B1
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channel
sensor
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pump according
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Thomas Kettner
Edgar Budzynski
Edgar GROßE WESTHOFF
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Wilo SE
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • F04D15/0209—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid
    • F04D15/0218—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid the condition being a liquid level or a lack of liquid supply
    • F04D15/0227—Lack of liquid level being detected using a flow transducer

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump with a suction and a discharge nozzle and a volume flow measuring flow sensor.
  • the object of the invention is to provide a centrifugal pump in which in a technically simple manner, the flow rate, in particular the flow rate at high accuracy can be detected.
  • the flow sensor is releasably secured in the wall of the suction or discharge nozzle and extends with a liquid flow sensing part into the nozzle channel and which is free of curvature in the flow direction in the region of the sensor channel in the pressure or suction. This ensures that there is a uniform liquid flow in the region of the flow sensor, which has no additional flow disturbances, in particular turbulences, which would falsify the measurement results, except for the vortex generated by the sensor or bluff body (turbulence element).
  • the channel has a constant cross-section. It is preferably proposed that the sensor is a vortex flow sensor.
  • the sensing part has a sensor paddle. It is also advantageous if in the flow direction in front of the sensing part in the channel a baffle body is arranged, which is fixed to the carrier of the flow sensor. As a result, accurate measurement results are achieved.
  • a simple construction with easy assembly and interchangeability of the measuring parts is achieved when the carrier of the flow sensor forms a cylindrical body which rests in a cylindrical recess of the nozzle wall.
  • the carrier of the flow sensor receives the sensor electronics.
  • a uniform vortex and low-interference liquid flow in the region of the sensor is achieved when in the region of the sensor, the channel cross-section of the pressure or suction nozzle is substantially circular, oval, elliptical or rectangular with rounded corners.
  • a grid, blades or at least one sword arranged and aligned in the flow direction.
  • a grid, lamellae or at least one sword can also be arranged at the point at which the nozzle channel opens into the pump chamber.
  • the flow sensor is arranged in the wall of the pump suction nozzle, since in the region of the pump suction nozzle rather a sufficiently long channel path with low disturbing turbulence / vortex is achievable.
  • the curvature-free channel region has a length which corresponds to 20 to 50%, preferably 30 to 40% of the total length of the suction channel. Exposure of vortices generated by the pump impeller to the measuring path is avoided by virtue of the channel region between the end of the straight channel region and the channel end opening into the pump chamber having a length which corresponds to 30 to 50% of the total length of the suction channel.
  • the centrifugal pump has a pump chamber 1, in which an unillustrated impeller is mounted. At the pump chamber, a suction nozzle 3 is connected, which forms a suction channel 4, the center of the impeller laterally flows to the impeller.
  • the pump chamber forms a spiral space around the impeller, which leads to a pressure port 5 with a pressure channel.
  • the suction channel 4 forms between its inlet region 4a and its opening into the pump chamber end 4b in the region of the flow sensor 11 and thus before and after the flow sensor a curvature-free channel region 4c constant cross-section, which forms a straight measuring path with low vortices / turbulence.
  • this straight channel region 4c is round, oval, elliptical or rectangular in cross-section, in order to achieve a further flow equalization.
  • a grid or lamellae arranged in the channel end 4b is advantageous in order to prevent or at least reduce a backflow reaction of the impeller onto the straight channel region 4c.
  • the straight acting as a measuring section channel region 4c in particular constant cross section thus begins before the sensor 11 and ends behind the sensor 11 and has a length which corresponds to 20 to 50%, preferably 30 to 40% of the total length of the suction channel 4.
  • the channel region 4d between the end of the straight channel region 4c and the channel end 4b opening into the pump chamber has a length corresponding to 30 to 50% of the total length of the suction channel 4, so that vortices generated by the pump impeller do not falsify the measurement results ,
  • a nozzle 8 with a recess 9 is arranged on the channel wall 7, in which a cylindrical body is detachably inserted.
  • the body 10 forms the support of a flow sensor 11, on which a sensing part to the channel region 4 c protrudes, wherein in the channel wall 7, a corresponding bore 13 is introduced, the recess 9 with the Channel area 4c connects.
  • the sensing part 12 extends into the channel region 4c, wherein the part 12 is a sensor paddle or another, the flow in particular the pressure pulsations detecting part.
  • a further bore 14 is introduced into the channel wall 7, through which a body 15 protruding baffle 15 extends into the channel region 4c, wherein the baffle 15 rests in the flow direction in front of the sensing part 12 in the channel.
  • the body 10 of the flow sensor 11 is cylindrical outside and is positively in the cylindrical recess 9, so that the outer diameter of the body 10 corresponds to the inner diameter of the recess. In this case, the body 10 receives the sensor electronics of the flow sensor.
  • the channel region 4c preferably has a cross-sectional taper, which is not shown in the drawing, in order to increase the flow velocity in the region of the sensor and thus to make the sensitivity of the sensor more sensitive and to increase the measurement accuracy.
  • the flow sensor may be arranged in the discharge nozzle.
  • the most diverse measuring principles are used, preferably vortex principle, thermal, acoustic and mechanical.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Saug- und einem Druckstutzen und einem den Volumenstrom messenden Durchflusssensor.
  • Zur Bestimmung des Arbeitspunktes einer Pumpe mittels Sensorik insbesondere des Volumenstroms ist es bekannt, den Differenzdruck an der Pumpe zu messen, indem am Saugstutzen und am Druckstutzen jeweils ein Drucksensor angeordnet ist und die Werte des Differenzdruckes verwendet werden. Dieses Messverfahren wird aufgrund der Kosten in der Regel nur in Pumpen höherer Leistung verwendet. Alternativ ist es bekannt, außerhalb der Pumpe Volumenstromsensoren in der Anlage insbesondere in Heizungsanlagen und Trinkwasseranlagen zu verwenden, in denen die Pumpe eingesetzt ist. Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Bestimmung und Regelung des Arbeitspunktes einer Pumpe ist die sogenannte Beobachterregelung. Dies ist ein Verfahren, bei dem über die elektrischen Größen des Pumpenmotors auf den Arbeitspunkt geschlossen wird.
  • Aus der US 5 129 264 ist es bekannt, im Druckstutzen einer Pumpe den Volumenstrom durch einen Durchflusssensor zu messen, der in den Stutzen nicht hineinreicht. Ferner sind aus dem Stand der Technik wie der US 6 752 027 an sich Durchflusssensoren an Flüssigkeitsleitungen bekannt, die in die Leitung hineinreichen.
  • Aufgabe der Erfindung ist, eine Kreiselpumpe zu schaffen, bei der auf technisch einfache Weise die Strömungsgeschwindigkeit insbesondere der Volumenstrom bei hoher Messgenauigkeit erfassbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Durchflusssensor in der Wand des Saug- oder Druckstutzens lösbar befestigt ist und mit einem den Flüssigkeitsstrom sensierenden Teil in den Stutzenkanal hineinreicht und das im Bereich des Sensors der Kanal im Druck- oder Saugstutzen in Fließrichtung krümmungsfrei ist. Damit ist sichergestellt, dass im Bereich des Durchflusssensors ein gleichmäßiger Flüssigkeitsstrom besteht, der bis auf die vom Sensor bzw. Staukörper (Verwirbelungselement) erzeugten Wirbel keine zusätzlichen Strömungsstörungen insbesondere Verwirbelungen aufweist, die die Messergebnisse verfälschen würden.
  • Ferner wird hierbei vorgeschlagen, dass im Bereich des Sensors der Kanal einen gleich bleibenden Querschnitt aufweist. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der Sensor ein Vortex-Durchflusssensor ist.
  • Auch ist nur ein einziger Sensor zur Strömungsmessung / zur Volumenstrommessung erforderlich. Es werden keine zusätzlichen Messkomponenten außerhalb der Pumpe benötigt. Damit ist eine solche Anordnung besonders vorteilhaft bei kleineren Pumpen.
  • Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass das sensierende Teil ein Sensorpaddel aufweist. Auch ist von Vorteil, wenn in Strömungsrichtung vor dem sensierenden Teil im Kanal ein Staukörper angeordnet ist, der am Träger des Durchflusssensors befestigt ist. Hierdurch werden genaue Messergebnisse erreicht.
  • Eine einfache Konstruktion bei leichter Montage und Auswechselbarkeit der Messteile wird erreicht, wenn der Träger des Durchflusssensors einen zylindrischen Körper bildet, der in einer zylindrischen Ausnehmung der Stutzenwand einliegt. Hierzu ist auch von Vorteil, wenn der Träger des Durchflusssensors die Sensorelektronik aufnimmt.
  • Ein gleichmäßiger wirbel- und störungsarmer Flüssigkeitsstrom im Bereich des Sensors wird erreicht, wenn im Bereich des Sensors der Kanalquerschnitt des Druck- oder Saugstutzens im wesentlichen kreisförmig, oval, elliptisch oder rechteckförmig mit abgerundeten Ecken ist.
  • Eine frühe Ansprechbarkeit und exakte Messergebnisse werden erreicht, wenn im Bereich des Sensors der Kanalquerschnitt des Druck- oder Saugstutzens eine Verjüngung des Querschnitts aufweist.
  • Zur Strömungsvergleichmäßigung wird vorgeschlagen, dass im Kanal des Saug- oder Druckstutzens in Strömungsrichtung vor und/oder hinter dem Sensor ein Gitter, Lamellen oder mindestens ein Schwert angeordnet und in Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Hierzu kann auch an der Stelle, an der der Stutzenkanal in den Pumpenraum mündet ein Gitter, Lamellen oder mindestens ein Schwert angeordnet sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Durchflusssensor in der Wand des Pumpensaugstutzens angeordnet ist, da im Bereich des Pumpensaugstutzens eher ein ausreichend langer Kanalweg mit geringen störenden Turbulenzen/Wirbeln erreichbar ist. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der krümmungsfreie Kanalbereich eine Länge aufweist, die 20 bis 50 % vorzugsweise 30 bis 40 % der Gesamtlänge des Saugkanals entspricht. Ein Einwirken von durch das Pumpenlaufrad erzeugten Wirbeln auf die Messstrecke wird dadurch vermieden, dass der Kanalbereich zwischen dem Ende des geraden Kanalbereichs und dem in die Pumpenkammer mündenden Kanalende eine Länge aufweist, die 30 bis 50 % der Gesamtlänge des Saugkanals entspricht.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Schnitt dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Die Kreiselpumpe weist eine Pumpenkammer 1 auf, in der ein nicht dargestelltes Laufrad gelagert ist. An der Pumpenkammer ist ein Saugstutzen 3 angeschlossen, der einen Saugkanal 4 bildet, der seitlich des Laufrades mittig zum Laufrad mündet. Die Pumpenkammer bildet um das Laufrad herum einen Spiralraum, der zu einem Druckstutzen 5 mit einem Druckkanal führt.
  • Der Saugkanal 4 bildet zwischen seinem Eintrittsbereich 4a und seinem in die Pumpenkammer mündenden Ende 4b im Bereich des Durchflusssensors 11 und damit auch vor und hinter dem Durchflusssensor einen krümmungsfreien Kanalbereich 4c gleich bleibenden Querschnitts, der eine gerade Messstrecke bildet mit geringen Wirbeln/Turbulenzen. Hierzu ist dieser gerade Kanalbereich 4c im Querschnitt rund, oval, elliptisch oder rechteckförmig ausgebildet, um eine weitere Strömungsvergleichmäßigung zu erreichen. Hierzu können auch im Saugkanal 4 vor oder hinter dem Kanalbereich 4c als auch im Kanalbereich 4c selber sowie im Ende 4b und/oder im Eintrittsbereich 4a Gitter 6, Lamellen und/oder mindestens ein Schwert innerhalb des Kanals angeordnet sein, um eine weitere Vergleichmäßigung der Strömung zu erzielen. Hierbei ist ein im Kanalende 4b angeordnetes Gitter bzw. Lammellen von Vorteil, um eine Rückströmungsrückwirkung des Laufrades auf den geraden Kanalbereich 4c zu verhindern oder zumindest zu verringern.
  • Der gerade als Messstrecke wirkende Kanalbereich 4c insbesondere gleich bleibenden Querschnitts beginnt somit vor dem Sensor 11 und endet hinter dem Sensor 11 und weist eine Länge auf, die 20 bis 50 % vorzugsweise 30 bis 40 % der Gesamtlänge des Saugkanals 4 entspricht.
  • Ferner ist von Bedeutung, dass der Kanalbereich 4d zwischen dem Ende des geraden Kanalbereichs 4c und dem in die Pumpenkammer mündenden Kanalende 4b eine Länge aufweist, die 30 bis 50 % der Gesamtlänge des Saugkanals 4 entspricht, so dass vom Pumpenlaufrad erzeugte Wirbel die Messergebnisse nicht verfälschen.
  • Im geraden Kanalbereich 4c ist auf der Kanalwand 7 ein Stutzen 8 mit einer Ausnehmung 9 angeordnet, in die ein zylindrischer Körper lösbar eingesteckt ist. Der Körper 10 bildet den Träger eines Durchflusssensors 11, an dem ein sensierendes Teil zum Kanalbereich 4c vorsteht, wobei in der Kanalwand 7 eine entsprechende Bohrung 13 eingebracht ist, die die Ausnehmung 9 mit dem Kanalbereich 4c verbindet. Durch die Bohrung 13 reicht das sensierende Teil 12 in den Kanalbereich 4c hinein, wobei das Teil 12 ein Sensorpaddel oder ein anderes, die Strömung insbesondere die Druckpulsationen erfassendes Teil ist.
  • Zwischen der Ausnehmung 9 und dem Kanalbereich 4c ist in der Kanalwand 7 eine weitere Bohrung 14 eingebracht, durch die ein am Körper 10 vorstehender Staukörper 15 in den Kanalbereich 4c hineinreicht, wobei der Staukörper 15 in Strömungsrichtung vor dem sensierenden Teil 12 im Kanal einliegt.
  • Der Körper 10 des Durchflusssensors 11 ist außen zylindrisch und liegt formschlüssig in der zylindrischen Ausnehmung 9 ein, so dass der Außendurchmesser des Körpers 10 dem Innendurchmesser der Ausnehmung entspricht. Hierbei nimmt der Körper 10 die Sensorelektronik des Durchflusssensors auf.
  • Im Bereich des Sensors weist der Kanalbereich 4c vorzugsweise eine in der Zeichnung nicht dargestellte Querschnittsverjüngung auf, um die Durchflussgeschwindigkeit im Bereich des Sensors zu erhöhen und damit die Ansprechbarkeit des Sensors empfindlicher zu gestalten und die Messgenauigkeit zu erhöhen. Ferner kann in einer nicht dargestellten Ausführung der Durchflusssensor im Druckstutzen angeordnet sein.
  • Als Durchflusssensor kommen die unterschiedlichsten Messprinzipien zum Einsatz, vorzugsweise Vortex-Prinzip, thermische, akustische und mechanische.

Claims (15)

  1. Kreiselpumpe mit einem Saug- und einem Druckstutzen (3, 5) und einem den Volumenstrom messenden Durchflusssensor (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusssensor (11) in der Wand (7) des Saug- oder Druckstutzens (3, 5) lösbar befestigt ist und mit einem den Flüssigkeitsstrom sensierenden Teil (12) in den Stutzenkanal (4) hineinreicht und das im Bereich des Sensors (11) der Kanal (4) im Druck- oder Saugstutzen in Fließrichtung krümmungsfrei ist.
  2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Sensors (11) der Kanal (4) einen gleich bleibenden Querschnitt aufweist.
  3. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Vortex-Durchflusssensor ist.
  4. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sensierende Teil (12) ein Sensorpaddel aufweist.
  5. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem sensierenden Teil (12) im Kanal (4) ein Staukörper (15) angeordnet ist, der am Träger (10) des Durchflusssensors befestigt ist.
  6. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (10) des Durchflusssensors einen zylindrischen Körper bildet, der in einer zylindrischen Ausnehmung (9) der Stutzenwand (7) einliegt.
  7. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Träger (10) des Durchflusssensors (11) die Sensorelektronik aufnimmt.
  8. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Sensors (11) der Kanalquerschnitt des Druck- oder Saugstutzens (3, 5) im wesentlichen kreisförmig, oval, elliptisch oder rechteckförmig mit abgerundeten Ecken ist.
  9. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Sensors (11) der Kanalquerschnitt des Druck- oder Saugstutzens (3, 5) eine Verjüngung des Querschnitts aufweist.
  10. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strömungsvergleichmäßigung im Kanal (4) des Saug- oder Druckstutzens (3, 5) in Strömungsrichtung vor und/oder hinter dem Sensor (11) ein Gitter (6), Lamellen oder mindestens ein Schwert angeordnet und in Strömungsrichtung ausgerichtet ist.
  11. Kreiselpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stelle, an der der Stutzenkanal (4) in den Pumpenraum mündet ein Gitter (6), Lamellen oder mindestens ein Schwert angeordnet ist.
  12. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusssensor (11) in der Wand (7) des Pumpensaugstutzens (3) angeordnet ist.
  13. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der krümmungsfreie Kanalbereich (4c) eine Länge aufweist, die 20 bis 50 % der Gesamtlänge des Saugkanals (4) entspricht.
  14. Kreiselpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der krümmungsfreie Kanalbereich (4c) eine Länge aufweist, die 30 bis 40 % der Gesamtlänge des Saugkanals (4) entspricht.
  15. Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalbereich (4d) zwischen dem Ende des geraden Kanalbereichs (4c) und dem in die Pumpenkammer mündenden Kanalende (4b) eine Länge aufweist, die 30 bis 50 % der Gesamtlänge des Saugkanals (4) entspricht.
EP08863111A 2007-12-18 2008-12-17 Kreiselpumpe mit durchflusssensor Active EP2220374B1 (de)

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