ITMO990051A1

ITMO990051A1 - Sistema per il controllo di sicurezza di un circuito idraulico.

Info

Publication number: ITMO990051A1
Application number: IT1999MO000051A
Authority: IT
Inventors: Mauro Barbieri
Original assignee: Teklab Sas Di Barbieri Mauro E
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2000-09-22
Also published as: AU4539000A; IT1310194B1; WO2000057059A1; ITMO990051A0

Description

Descrizione di invenzione industriale

Sistema per il controllo di sicurezza di un circuito idraulico

L'invenzione concerne un sistema per il controllo di sicurezza di un circuito idraulico, ossia un sistema per proteggere un circuito idraulico, nel quale un liquido viene fatto circolare da una pompa, da condizioni di funzionamento anomale, quali l'assenza di pescaggio della pompa e il funzionamento a vuoto della pompa, cioè con valvola di mandata chiusa.

Nel primo caso, in particolare nel caso di pompe sommerse installate in pozzi, o in serbatoi profondi, se il livello del liquido nel pozzo o nel serbatoio scende al di sotto del livello al quale é installata la pompa, questa può subire danni, in particolare per surriscaldamento, se continua a funzionare in assenza di liquido. E' pertanto importante che nel pozzo, o nel serbatoio, siano installati dei dispositivi per monitorare il livello del liquido e comandare l'arresto della pompa, se il livello del liquido scende al di sotto di un livello minimo prefissato.

A questo scopo é noto utilizzare sensori di livello di liquido del tipo a galleggiante o di tipo resistivo, operativamente connessi a dispositivi atti ad interrompere l'alimentazione elettrica del motore che aziona la pompa, se il livello del liquido scende al di sotto di un livello minimo prefissato.

I sensori a galleggiante presentano l'inconveniente che, a causa di ruggine, sporcizia, depositi calcarei, o altro, possono bloccarsi e non essere quindi più sensibili alle variazioni di livello del liquido, diventando quindi del tutto inefficaci. I sensori resistivi sono costosi e determinano quindi un aumento dei costi dei sistemi di sicurezza delle pompe.

L'altro inconveniente sopra menzionato, cioè il funzionamento a vuoto della pompa con valvola di mandata chiusa, può comportare anch'esso un rapido surriscaldamento del motore della pompa, con conseguente rischio di danni e, perfino, di esplosione della pompa. Anche se la pompa può funzionare a vuoto senza rischi per la sua integrità, un funzionamento in questa condizione comporta uno spreco di energia, con aumento dei costi di esercizio della pompa. Per ovviare a questo inconveniente, é possibile dotare la pompa di una sonda termica, che rileva la temperatura della pompa, emettendo un segnale ad essa proporzionale. Questo segnale viene inviato al dispositivo di controllo, che provvede a comandare l’arresto del motore della pompa qualora la temperatura superi un valore prestabilito.

L’uso della sonda termica comporta un ulteriore aggravio di costi, particolarmente nel caso di pompe sommerse installate in pozzi o serbatoi profondi, perché la sonda termica deve essere collegata al dispositivo di controllo per mezzo di lunghi cavi installati all’interno del pozzo, o del serbatoio.

Scopo della presente invenzione é di fornire un sistema di sicurezza per un circuito idraulico che sia affidabile ed economico.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione, é previsto un sistema di sicurezza per un circuito idraulico nel quale un liquido viene fatto circolare da una pompa, detto sistema comprendendo un sensore per rilevare il livello del liquido in una posizione prestabilita di detto circuito idraulico e un dispositivo di controllo operativamente associato a detto sensore e atto ad intervenire sull'alimentazione di un motore azionante detta pompa, caratterizzato dal fatto che detto sensore é un sensore a raggi infrarossi.

Un sensore a raggi infrarossi é un sensore robusto e affidabile, di costo contenuto, che consente di migliorare l'affidabilità e di ridurre il costo dei sistemi di sicurezza per pompe.

Nel caso di pompa azionata da un motore elettrico, il sensore a raggi infrarossi può essere alimentato da un circuito elettrico separato dal circuito elettrico che alimenta il motore della pompa, oppure può essere alimentato dallo stesso circuito elettrico che alimenta il motore della pompa.

In una versione vantaggiosa dell'invenzione il sensore é installato direttamente sulla pompa ed é alimentato tramite i morsetti di alimentazione del motore elettrico che aziona la pompa.

Ciò consente di semplificare e rendere più economica l’installazione del dispositivo di controllo.

In un'ulteriore versione vantaggiosa della presente invenzione, nel sensore a raggi infrarossi é integrato un sensore termico atto a rilevare una temperatura rappresentativa della temperatura del corpo della pompa, del motore che aziona la pompa, o del liquido all'interno del circuito idraulico.

Ciò consente di eseguire, con un unico dispositivo, sia il controllo del livello del liquido nel circuito idraulico nel quale é installata la pompa, che il controllo della temperatura di funzionamento della pompa, o del suo motore, o il controllo della temperatura del liquido nel circuito idraulico, con risparmio di costi e semplificazione costruttiva del sistema di controllo.

In una ulteriore versione vantaggiosa della presente invenzione, il sensore a raggi infrarossi é alimentato ad intermittenza, ad intervalli di tempo prestabiliti.

Ciò consente, scegliendo opportunamente l'intervallo tra due cicli successivi di alimentazione e la durata di ciascun ciclo di alimentazione del sensore, di monitorare efficacemente il funzionamento del circuito idraulico, minimizzando l'utilizzazione del sensore, il che consente di prolungare in modo significativo la durata di vita del sensore.

L'invenzione potrà essere meglio compresa e attuata con riferimento alla descrizione che segue e agli allegati disegni, che illustrano alcuni modi di attuare l'invenzione, a titolo puramente indicativo e non limitativo, in cui:

Figura 1 é una sezione schematica di un pozzo nel quale sono inseriti una pompa e un sensore a raggi infrarossi secondo l'invenzione, in posizioni separate;

Figura 2 é una sezione schematica come quella di figura 1, ma con il sensore a raggi infrarossi montato direttamente sulla pompa;

Figura 3 é uno schema a blocchi del sistema di controllo secondo l'invenzione, in una versione nella quale il sensore a raggi infrarossi é alimentato separatamente dalla pompa;

Figura 4 é uno schema a blocchi come quello di Figura 3, relativo ad una versione dell’invenzione nella quale il sensore a raggi infrarossi é alimentato dalla stessa linea di alimentazione che alimenta la pompa. Nella Figura 1, é raffigurato in sezione un pozzo 1, all’interno del quale é inserita, in prossimità del fondo, una elettropompa sommersa EP, alimentata, dall'esterno del pozzo 1 tramite una linea di alimentazione 2. All'interno del pozzo 1 é inoltre inserito, ad una profondità prestabilita, al di sotto del livello L del liquido contenuto nel pozzo, un sensore S a raggi infrarossi, alimentato tramite una seconda linea elettrica di alimentazione 3, distinta dalla linea elettrica 2 di alimentazione della elettropompa EP. Il sensore a raggi infrarossi S (Figura 3) é alimentato in corrente continua, tramite un alimentatore AL posto all'esterno del pozzo 1, attraverso un dispositivo di controllo DC. L'alimentatore AL alimenta inoltre un interruttore a relè R connesso a! circuito di alimentazione della elettropompa EP. L’interruttore a relè può essere sia del tipo normalmente chiuso che del tipo normalmente aperto.

Il sensore S comprende un emettitore di raggi infrarossi e un ricevitore di raggi infrarossi, ad esempio un fototransistor, racchiusi in un involucro, ad esempio in materiale plastico che costituisce un mezzo di separazione tra l'emettitore, il ricevitore e l'ambiente esterno al sensore. L'emettitore di raggi infrarossi é alimentato dall'alimentatore Al, mentre il fototransistor è connesso al dispositivo di controllo DC. Il materiale con cui é costituito l'involucro del sensore S ha caratteristiche tali che, quando il sensore S é immerso in un liquido, ad esempio acqua all'interno del pozzo 1, una parte della radiazione infrarossa emessa dall'emettitore di raggi infrarossi attraversa l'involucro e si disperde nell'acqua, mentre la restante parte della radiazione infrarossa viene riflessa dall'involucro ed é captata dal ricevitore di raggi infrarossi, che emette un segnale, ad esempio di tipo elettrico, che viene inviato al dispositivo di controllo DC. Quando, invece, a causa dell'abbassarsi del livello L del liquido all'interno del pozzo 1, il sensore S viene a trovarsi al di sopra del livello L del liquido, si ha una variazione dell'indice di rifrazione all'interfaccia tra l'involucro e l’ambiente esterno, il che fa sì che la quasi totalità della radiazione infrarossa emessa dall'emettitore di radiazione infrarossa viene riflessa dall'involucro e viene captata dal ricevitore di raggi infrarossi. L'aumento della quantità di radiazione infrarossa captata dal ricevitore provoca un aumento dell'intensità del segnale generato dal ricevitore e inviato al dispositivo di controllo DS. Questo aumento dell'intensità di detto segnale fa intervenire il dispositivo di controllo DS, opportunamente tarato, che, tramite l'alimentatore AL attiva l'interruttore a relè R in modo che apra il circuito di alimentazione della elettropompa, provocandone l'arresto. Se il livello dell'acqua all’interno del pozzo 1 risale fino a che il sensore S non si trova di nuovo completamente immerso nell'acqua, la quantità di radiazione infrarossa riflessa dall'involucro diminuisce e, di conseguenza, diminuisce anche l’intensità del segnale che il ricevitore di radiazione infrarossa invia al dispositivo di controllo DC che, rilevando la diminuzione dell'intensità del segnale, comanda, tramite l'alimentatore AL la chiusura dell'interruttore a relè R e ripristina l'alimentazione della elettropompa EP.

La Figura 4 mostra uno schema a blocchi di un sistema di controllo secondo l'invenzione, nel quale il sensore S é alimentato dalla stessa linea di alimentazione 2 che alimenta la elettropompa EP. In questo caso se, ad esempio, la linea di alimentazione 2 della elettropompa EP é una linea trifase, l'alimentatore AL viene connesso ad una fase della linea di alimentazione 2, ad esempio in corrispondenza della morsettiera della pompa.

Questa soluzione é particolarmente vantaggiosa nel caso di elettropompe inserite in pozzi o serbatoi profondi, in quanto consente di eliminare i lunghi cavi di alimentazione del sensore, con risparmio di costi e semplificazione dell'installazione del sistema di controllo. In questo caso, anche il dispositivo di controllo DC e l'interruttore a relè R sono installati direttamente sulla pompa, unitamente all'alimentatore AL e al sensore S. Il dispositivo di controllo DC, l'interruttore a relè R, l'alimentatore AL e il sensore S possono anche essere integrati in una singola unità di controllo della pompa.

In una ulteriore versione della presente invenzione, il sensore a raggi infrarossi é associato ad un elemento sensore di temperatura, preferibilmente integrato nel sensore a raggi infrarossi a costituire un singolo sensore avente una duplice funzione sia di sensore di livello che di sensore si temperatura. La funzione di queto elemento sensore di temperatura è di rilevare eventuali surriscaldamenti della pompa, che possono essere dovuti ad un guasto del motore elettrico dell'elettropompa o a condizioni anomale di funzionamento, quale ad esempio un funzionamento prolungato a vuoto, cioè con valvola di mandata chiusa.

L'elemento sensore di temperatura può, ad esempio, essere installato a diretto contatto con il corpo dell'elettropompa EP, affinché abbia la massima sensibilità alle variazioni di temperatura di temperatura del corpo dell’elettropompa EP, ma può essere installato anche nelle immediate vicinanze del corpo dell’elettropompa EP. In questo caso, l'elemento sensore di temperatura non rileva l'effettiva temperatura del corpo dell'elettropompa EP, ma una temperatura rappresentative della temperatura del corpo dell’elettropompa EP. L'elemento sensore di temperatura può essere un elemento attivo, come, ad esempio, una termocoppia, che genera un segnale, ad esempio di tipo elettrico, proporzionale alla temperatura rilevata, oppure un elemento passivo, come, ad esempio, una termoresistenza o un termistore, avente una caratteristica fisica, nel caso la resistenza elettrica, che varia proporzionalmente alla temperatura. L'elemento sensore di temperatura é anch'esso operativamente connesso al dispositivo di controllo DC, che rileva, tramite le variazioni del segnale emesso dall'elemento sensore di temperatura o tramite le variazioni della suddetta caratteristica fisica dell'elemento sensore, le variazioni della temperatura rilevata dall'elemento sensore di temperatura, azionando l’interruttore a relè R per interrompere l’alimentazione dell'elettropompa se la temperatura rilevata supera un valore prestabilito.

Il sensore a raggi infrarossi S, eventualmente con l'elemento sensore di temperatura in esso integrato, può essere installato nel condotto di mandata della pompa P, per sègnalare assenza di liquido nel condotto di mandata, il che é indicativo di mancanza di pescaggio della pompa, ed eventualmente variazioni anomale di temperatura del liquido all'interno della pompa, indicative di surriscaldamenti della pompa o del relativo motore elettrico.

In un'ulteriore versione vantaggiosa della presente invenzione, l'alimentazione del sensore a raggi infrarossi S avviene ad intermittenza, ad intervalli di tempo prestabiliti, tramite un elemento temporizzatore, inserito nel dispositivo di controllo DC. Ciò è possibile in quanto la variazione del livello del liquido all'interno del pozzo o del serbatoio nel quale é installata l'elettropompa EP é sempre relativamente lenta, per cui non é necessario monitorare con continuità il livello del liquido, ma é sufficiente farlo ad intervalli, scegliendo opportunamente la durata dell'intervallo tra un'attivazione del sensore S e la successiva attivazione, in funzione della massima velocità di variazione possibile del livello del liquido.

Analogamente anche la rilevazione della temperatura del corpo dell'elettropompa EP, tramite l'elemento sensore di temperatura, può essere effettuata ad intervalli di tempo prestabiliti.

Nel caso di utilizzazione di detto elemento temporizzatore, il dispositivo di controllo DC può essere predisposto in modo da attivare o disattivare l'interruttore a relè R solo se il sensore S rileva la presenza o assenza di liquido alla profondità prestabilita durante un numero prestabilito di attivazioni successive del sensore S. Ciò per evitare che oscillazioni del livello L del liquido, dovute a perturbazioni temporanee e accidentali, quando il livello L si trova in prossimità di detta profondità prestabilita, possano provocare successive attivazioni e disattivazioni ravvicinate della pompa P, che potrebbero danneggiare la pompa P, o il suo motore.

Il sistema di controllo secondo l'invenzione non si applica ovviamente solo alle pompe sommerse, come negli esempi di attuazione sopra descritti, ma é applicabile a qualunque tipo di pompe, ad esempio a pompe installate in ambienti che possono essere soggetti ad allagamento e che devono quindi essere attivate solo in presenza di liquido all'interno di detto ambiente, a pompe installate in autoclavi, a pompa per acque reflue e a pompe in genere utilizzate per prelevare un liquido da un contenitore e trasferirlo altrove.

Inoltre, il sistema secondo l'invenzione può essere anche installato in un circuito idraulico in genere, ad esempio in un circuito di lubrificazione o in un circuito di raffreddamento, utilizzando il sensore a raggi infrarossi S e l'elemento sensore di temperatura per monitorare il livello e la temperatura del liquido in detto circuito.

Inoltre, i segnali generati dal sensore S a raggi infrarossi e dall’elemento sensore di temperatura possono essere utilizzati, oltre che per disattivare o attivare una pompa P che fa circolare un liquido in un circuito idraulico, anche per attivare o disattivare un segnale di allarme, indicativo di condizioni anomale di funzionamento del circuito idraulico, quali ad esempio, insufficiente quantità di liquido nel circuito o surriscaldamento del liquido stesso, ciò essendo particolarmente vantaggioso, ad esempio, nel caso di circuiti di lubrificazione o raffreddamento di apparecchiature in genere, o di autoveicoli.

Nell'attuazione pratica, i materiali le dimensioni e i particolari esecutivi potranno essere diversi da quelli indicati, ma ad essi tecnicamente equivalenti, senza per questo uscire dal dominio giuridico della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di sicurezza per un circuito idraulico, nel quale un liquido viene fatto circolare da una pompa (EP) azionata da un rispettivo motore, detto sistema comprendendo mezzi sensori di livello (S) per rilevare il livello (L) del liquido in detto circuito, detti mezzi sensori di livello essendo installati in una posizione prestabilita in detto circuito idraulico, e mezzi di controllo (DC) operativamente associati a detti mezzi sensori di livello (S), caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori di livello (S) sono mezzi sensori a radiazione infrarossa.
2. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 1 , in cui detti mezzi di controllo (DC) sono atti ad intervenire sull'alimentazione di detto motore.
3. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 1, oppure 2, in cui detti mezzi di controllo (DC) sono atti ad attivare mezzi segnalatori.
4. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto motore é un motore elettrico alimentato da una linea elettrica (2) e detti mezzi sensori di livello (S) sono alimentati elettricamente tramite un'ulteriore linea elettrica (3) distinta da detta linea elettrica (2).
5. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 3, in cui detti mezzi sensori di livello (S) sono alimentati elettricamente tramite detta linea elettrica (2).
6. Sistema secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi sensori di livello (S) comprendono mezzi emettitori di radiazione infrarossa e mezzi ricevitori di radiazione infrarossa.
7. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi emettitori di radiazione infrarossa sono alimentati elettricamente tramite mezzi alimentatori (AL).
8. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 7, in cui detti mezzi alimentatori (AL) sono operativamente connessi a detti mezzi di controllo (DS).
9. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni da 6 a 8, in cui detti mezzi ricevitori di radiazione infrarossa sono operativamente connessi con detti mezzi di controllo (DC).
10. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni da 4 a 9, comprendente inoltre mezzi interruttori (R) azionabili tramite detti mezzi di controllo (DS) e operativamente associati all'alimentazione di detto motore elettrico.
11. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 10, in cui detti mezzi interruttori comprendono mezzi a relè (R).
12. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 11, in cui detti mezzi a relè sono alimentati elettricamente tramite detti mezzi alimentatori (AL).
13. Sistema di controllo secondo le rivendicazioni 3 e 12, in cui detti mezzi segnalatori sono alimentati tramite detti mezzi alimentatori (AL).
14. Sistema di controllo secondo un delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi sensori di livello (S) sono installati direttamente su detta pompa (EP).
15. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 14, in cui detti mezzi sensori di livello sono installati nel condotto di mandata della pompa.
16. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 15, oppure 16, in cui detti mezzi alimentatori (AL) e detti mezzi di controllo (DS) sono installati direttamente su detta pompa (EP).
17. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 12, in cui detti mezzi alimentatori sono connessi ai morsetti di alimentazione del motore di detta pompa (EP).
18. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi sensori di livello (S), detti mezzi di controllo (DC), detti mezzi alimentatori (AL) e detti mezzi interruttori (R) sono integrati in una singola unità di controllo.
19. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi sensori di temperatura.
20. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 19, in cui detti mezzi sensori di temperatura sono mezzi sensori attivi.
21. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 19, in cui detti mezzi sensori di temperatura sono mezzi sensori passivi.
22. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni da da 19 a 21, in cui detti mezzi sensori di temperatura sono integrati in detti mezzi sensori di livello (S).
23. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni da 19 a 22, in cui detti mezzi sensori di temperatura sono operativamente associati a detti mezzi alimentatori (AL).
24. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni da 19 a 23, in cui detti mezzi sensori di temperatura sono operativamente associali a detti mezzi di controllo (DS).
25. Sistema di controllo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi temporizzatori.
26. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 25, in cui detti mezzi temporizzatori sono atti ad attivare detti mezzi alimentatori (AL) ad intervalli di tempo prestabiliti.
27. Sistema di controllo secondo la rivendicazione 25, oppure 26, in cui detti mezzi di controllo (DS) sono predisposti in modo da azionare detti mezzi interruttori (R) solo se detti mezzi (S) sensori di livello rilevano la presenza o assenza di liquido in detta posizione prestabilita per un numero prestabilito di detti intervalli di tempo prestabiliti, detti intervalli di tempo prestabiliti essendo tra loro successivi.