离心泵单元的制作方法

1.本发明涉及一种离心泵单元，其包括离心泵和集成式流量计。


背景技术：

2.离心泵可以被用于使用设置在泵腔室中的叶轮将流体(且甚至固体)从抽吸连接部(也可以称为“抽吸喷嘴”或“入口”)传输到压力连接部(可以称为“压力喷嘴”、“排放喷嘴”、“排放部”或“出口”)，所述叶轮由电动机以通常在1000到3000rpm范围内的转速(但是较低和较高的速度也可以使用)驱动。离心泵可以被用于移动各种流体，包括例如水、废水和冷却剂。
3.离心泵的工作点(取决于流速和扬程)可以通过测量泵两端的压差来确定，并且在ep 0 745 831 a1和us 5 129 264a中描述了测量压差的离心泵的示例。尽管测量压差可能是有效的，但是压力传感器的成本意味着这种方法通常仅用于高性能、高成本的泵中。
4.可替代地，可以通过测量通过泵的体积流量来确定工作点。体积流量传感器通常是与泵串联的独立设备。但是，这需要更多的空间。而且，流量传感器通常在泵主体本身外部与泵叶轮之间相距一定距离，在此情况下由于缺乏流量调节，流量分布受到较少的干扰并且例如流量反馈、涡旋和其他湍流对测量的影响也较小。
5.可以使用其他形式的测量，包括机械位移件(例如，叶轮、涡轮和桨叶)、涡旋传感器和超声传感器。参考us 5 704 767 a，其描述了一种具有流量计的泵，该流量计包括一对啮合的椭圆齿轮，并且参考ep 2 872 781 a1，其描述了一种配备有超声流量计的离心泵。
6.但是，机械位移传感器可能会堵塞并且使用寿命有限。涡旋传感器要求最小流速，因此不能用于零流量测量。
7.确定工作点的另一种方法是“无传感器”，由此使用泵的特性曲线从泵的转速和驱动功率中推断出工作点。但是，由于零件之间的差异，这种方法的精度往往会受到限制，这可能会导致与理想泵特性的明显偏差。此外，在某些泵中，流量和功率之间的关系不是单值的，因此推断的结果可能会模棱两可。


技术实现要素：

8.根据本发明的第一方面，提供了一种离心泵单元。所述离心泵单元包括：主体，所述主体包括：抽吸连接部、压力连接部、以及连接所述抽吸连接部和所述压力连接部的泵腔室。所述离心泵单元还包括设置在所述泵腔室中的叶轮；以及至少一个电磁流量传感器，所述至少一个电磁流量传感器被布置成测量在所述抽吸连接部和/或压力连接部和/或泵腔室的至少一部分中的流量，以确定通过所述离心泵单元的流体的流速。
9.这可以帮助提供一种紧凑的离心泵单元，其包括可以可靠地确定流速的流量计。在此，“流量”也可以称为“流速”、“体积流量”和“体积流速”。
10.叶轮具有孔眼和中心轴线，该孔眼具有直径(“叶轮孔眼直径”)。每个电磁流量传感器具有第一和第二电极以用于感测电压，具有在所述第一和第二电极之间的中点。至少
一个电磁流量传感器中的一个或每个相应的电磁流量传感器的中点可以定位成在一定距离处测量抽吸连接部和/或压力连接部和/或泵腔室中的流量，所述距离小于或等于叶轮孔眼直径的两倍、小于或等于叶轮孔眼直径的三倍、小于或等于叶轮孔眼直径的五倍、小于或等于叶轮孔眼直径的六倍、小于或等于叶轮孔眼直径的十倍。
11.叶轮具有孔眼直径、叶轮轴线和限定平面的抽吸侧面。每个电磁流量传感器具有第一和第二电极以用于感测电压，具有在所述第一和第二电极之间的中点。每个中点被设置在距叶轮轴线和叶轮抽吸侧面的平面的交点的间隔s处，该间隔小于或等于叶轮孔眼直径的两倍、小于或等于叶轮孔眼直径的三倍、小于或等于叶轮孔眼直径的五倍、小于或等于叶轮孔眼直径的六倍、小于或等于叶轮孔眼直径的十倍。
12.离心泵单元可以包括分别用于抽吸连接部和压力连接部的第一凸缘和第二凸缘。至少一个电磁流量传感器中的一个可以设置在第一凸缘或第二凸缘与泵腔室之间。
13.至少一个电磁流量传感器中的每一个可以被可移除地附接到主体或可插入到主体中。
14.至少一个电磁流量传感器中的每一个可以设置有用于将传感器固定在主体上的紧固件和用于在传感器与主体之间提供密封的“o”形圈。紧固件可以是夹子。紧固件可以采取提供刺刀式固定装置的互补结构的形式。
15.至少一个电磁流量传感器中的每一个可以包括用于感测电压的第一电极和第二电极。
16.离心泵单元可以进一步包括控制器，所述控制器被配置为从至少一个电磁流量传感器接收测量的电压信号，并且输出取决于测量的电压信号的信号或值，所述信号或值指示通过所述离心泵单元的流体的流速。
17.控制器可以被配置为使用如下来校正所述电压信号，所述信号取决于测量的电压信号或者介于所述测量的电压信号与取决于所述确定的电压信号的信号之间的中间信号：泵速度和/或电动机负载；或者相对于所述泵的最佳效率点的工作点和/或相对于一个或多个泵在其中运行的系统的整体效率的最佳工作点。
18.控制器可以被配置为接收或存储指示用于抽吸连接部或压力连接部的管直径的数据；以及根据管直径以及管直径与体积流速q之间的预定关系，计算所述信号或值。
19.控制器可以被配置为接收或存储校正值；以及
20.根据校正值以及管直径与体积流速q之间的预定关系，计算所述信号或值。
21.至少一个电磁流量传感器中的至少一个可以包括用于提供温度数据的温度传感器。控制器可以被配置为使用温度数据校正偏移/灵敏度的热依赖性。控制器可以被配置为输出代表流体的温度的信号或值。
22.离心泵单元可以包括至少两个电磁流量传感器，所述至少两个电磁流量传感器设置在泵主体上的不同位置处，每个电磁流量传感器提供各自的电压信号，其中，控制器被配置为使用电压信号计算体积流速。
23.至少一个电磁流量传感器中的每一个可以被布置在泵的主体内，使得传感器测量在泵的流量范围的至少一部分上呈现出单调关系的区域中的流量，所述流量范围在测量的流量与实际流量之间。
24.至少一个电磁流量传感器中的每一个可以具有取向和位置，使得所述传感器测量
在所述泵的流量范围的至少一部分上呈现出单调关系的区域中的流量，所述流量范围在测量的流量与实际流量之间，其中所述角度包括第一分量。
25.取向包括围绕连接部的中心轴线的圆周角。取向可以包括相对于连接部的俯仰、偏航和侧倾。
26.电磁流量传感器中的每一个可以是插入型传感器，其包括突出到抽吸连接部的内腔或压力连接部的内腔中的叶片。叶片的侧壁可以沿着轴线(长度)从宽前端到窄末端逐渐变细，叶片在流动内腔中定向，使得轴线平行于连接部的内壁。这样可以帮助减少压降。
27.至少一个电磁流量传感器中的每一个可以围绕抽吸连接部的中心轴线或压力连接部的中心轴线以圆周角进行布置，使得传感器测量泵的、在测量的流速与体积流速之间呈现单调关系的区域中的流速。例如，在泵的给定流量范围内不存在泵区域内的再循环流量，或者在给定流量范围的小于5％范围内不存在再循环流量。给定的流量范围优选为零至泵的最大额定流速，因此，如果存在再循环流量，则通常在泵的最大额定流速的0％至5％之间。
28.泵主体的内腔的横截面在插入至少一个电磁流量传感器的第一位置处比沿着泵在第一位置的任一侧的第二位置处的大。
29.将泵孔扩大到插入流量传感器的位置可以帮助保持横截面积，从而最大程度地减小由于插入至少一个电磁流量传感器而引起的任何压降。
30.根据本发明的第二方面，提供了一种离心泵单元组。至少两个离心泵单元具有不同的泵连接直径，并且至少两个离心泵具有相同尺寸的电磁流量传感器和相同的插入深度，该插入深度从抵靠在传感器上的表面进行测量。因此，可以在多种不同的泵尺寸上使用一种尺寸的传感器。
31.根据本发明的第三方面，提供了一种温度调节系统，其包括流体回路，所述流体回路包括至少一个热源、至少一个散热器和至少一个离心泵单元，所述离心泵单元被布置为在流体回路周围泵送流体。
32.根据本发明的第四方面，提供了一种流体处理系统，其包括在流体源、流体槽和至少一个离心泵单元之间的流体路径，所述离心泵单元设置成沿流体路径泵送流体。
33.流体可以是水，或者可以包含水(例如溶液)，悬浮液，或水、溶液或悬浮液与固体的混合物，或另一种离子液。流体可以是冷却剂、加热介质或其他导电液体。
34.根据本发明的第五方面，提供了一种确定通过离心泵单元的流体的流速的方法，所述方法包括：从至少一个电磁流量传感器接收测量的电压信号，所述至少一个电磁流量传感器被布置成测量离心泵单元的抽吸连接部和/或压力连接部中的流量；以及输出取决于所述测量的电压信号的信号或值，所述信号或值指示通过所述离心泵的所述流体的流速。
35.根据本发明的第六方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括用于执行该方法的指令。
36.根据本发明的第七方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储该计算机程序的计算机可读介质(可以是非暂时性的)。
37.根据本发明的第八方面，提供一种确定在离心泵的抽吸连接部和/或压力连接部中的电磁流量传感器的插入深度、角度和位置的方法。所述方法包括：在给定的流速范围内
使用计算流体动力学和/或实验来识别所述电磁流量传感器的插入深度和位置，包括：对于插入深度和位置的第一组合，识别在计算的和/或测量的流速与计算指定的和/或实际流速之间的单调关系；并且对于插入深度和位置的第二不同组合，识别在计算的和/或测量的流速与计算指定的和/或实际流速之间的非单调关系；以及记录插入深度和位置的第一组合。
38.该方法优选地包括将计算的和/或测量的流量与利用参考流量计测量的相应参考流量进行比较。该方法可以包括如果计算的和/或测量的流速在参考流速的15％内、优选在10％内或更优选在5％内，则接受插入深度、角度和位置的组合。
39.该方法可以包括在给定的流速范围内使用计算流体动力学来识别电磁流量传感器的候选插入深度和位置，以及在给定的流速范围内使用电磁流量传感器在候选插入深度和位置上进行实验以确定校准因子或校准函数。
40.根据本发明的第九方面，提供了一种计算机程序，其包括指令，当所述指令由至少一个处理器执行时，使所述至少一个处理器执行确定在离心泵的抽吸连接部和/或压力连接部中电磁流量传感器的插入深度和位置的方法。
41.根据本发明的第十方面，提供了一种计算机程序产品，其包括存储该计算机程序的计算机可读介质(例如，非暂时性计算机可读介质)。
42.传感器优选地是插入型电磁传感器，其测量传感器附近的流体的速度。
43.插入型电磁流量传感器可以包括注射成型的工程塑料主体，该工程塑料主体包括叶片、密封部分以及外壳体和连接器部分。传感器可以通过泵主体中的孔进行安装，使得叶片突出伸入流中。
44.传感器可以使用夹子被固持在泵主体上并且使用“o”形圈被密封在泵主体的机加工面上。替代地，传感器可以被旋拧入泵主体中，并且提供挡块，以确保正确对准。替代地，其他固持方法包括卡口配件、粘合剂、压配合等。
45.叶片的轮廓可以使泵的总动态扬程上的压力损失最小化。因此，叶片可以在下游逐渐变细，并且垂直于流的叶片的宽度可以最小化。叶片可以以插入深度突出伸入流中，插入深度从与流动通道齐平到进入流动通道的任何深度而变化。
46.叶片可以包含磁场产生装置，该磁场产生装置包括驱动线圈，该驱动线圈可以是自支撑线圈或缠绕在芯(例如，由软磁性材料制成)、线轴或其他支撑件上。可以通过改变驱动线圈的电流的极性来翻转磁场的方向。电流的频率可以根据应用来设置。
47.导电电极直接接触液体。电极被定位成使得如果导电流体流过叶片(其中流的分量垂直于磁场)，则按照法拉第定律在电极之间产生电压。
48.电极周围的“o”形圈在液体和传感器内部之间形成压力屏障。塑料叶片中的孔允许使电极直接与水接触。印刷电路板可以是与用于传感器电子设备的相同电路板。
49.在另一个实施例中，电极由金属塞、垫圈和“o”形圈组成。
50.电子元件可以包含在塑料主体的外壳体部分内。传感器可以外部地供电，例如从泵驱动器供电。可以使用微控制器产生用于磁场驱动线圈的驱动信号。电子设备可以放大和过滤电极信号以生成流速信号作为输出。
51.整个传感器电子设备可以是泵电子设备的一部分，即位于泵的电子设备外壳中。在一个实施例中，可以将单独的微处理器用于流量测量系统。在另一实施例中，已经用于泵控制的微处理器可以用于流量测量。在这种情况下，微处理器已经是泵电子设备的一部分，
因此已经可用。这可以帮助降低故障安全性和/或降低泵的生产成本。
52.温度传感器可以包括在电磁流量传感器中。温度测量值可以作为流量传感器的输出提供。温度测量还可以用于校正流量传感器的增益或偏移的热依赖性。
53.在一个实施例中，电磁流量传感器可以安装在泵主体的压力连接部中。
54.电磁流量传感器可以安装在泵主体的抽吸连接部中。两个电磁流量传感器可以安装在泵主体中，其中一个电磁流量传感器安装在泵主体的压力连接部中，另一个电磁流量传感器安装在泵主体的抽吸连接部中。因此，可以确定泵内两个不同位置处的相应测量值。
55.电磁流量传感器可以测量流量传感器附近的泵送流体的速度v。在将传感器信号作为泵控制算法的输入提供的情况下，可能不会校正速度信号以提供体积流速。
56.替代地，可以根据q＝k x a x v计算体积流速q，其中a是插入流量传感器的管道的横截面积，以及k是传感器处平均速度除以速度v。在这种情况下，电磁流量计可以在不同的均匀管径中进行预校准，以在给定的指示流速下在直径和体积流速q之间给出定义的关系。
57.可以改善体积流量估计的准确性，以使用泵rpm(即转速)和/或电动机负载或工作点来校正流量传感器的速度读数。
58.根据本发明的第十一方面，提供了一种离心泵系统。离心泵系统包括离心泵、集成式流量计、布置成驱动离心泵的电动机和泵控制器。泵控制器被配置为根据流量需求来控制离心泵。
59.流量需求优选地是外部流量需求。感测到的流量可以由诸如电磁流量传感器的速度传感器提供。
附图说明
60.现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的某些实施例，在附图中：
61.图1是包括具有集成式流量计的离心泵的离心泵单元的透视图；
62.图2是图1所示的离心泵单元中的流量计的透视图，该离心泵单元包括用于插入到泵的内腔中的叶片；
63.图3是图2所示流量计中包括的电路板和驱动线圈组件的透视图；
64.图4是通过图2所示流量计的叶片的横截面图；
65.图5是通过图2所示流量计和抽吸连接部的纵截面图；
66.图6是图1所示的离心泵单元的俯视图；
67.图7是沿a
‑
a’线所指的平面垂直通过图6所示的离心泵单元截取的纵截面图；
68.图8是水平通过图6所示的离心泵单元截取的纵截面图；
69.图9a是封闭叶轮的透视图；
70.图9b是图9a所示的封闭叶轮的俯视图；
71.图10a是第一类型的开放叶轮的透视图；
72.图10b是图10a所示的第一类型的开放叶轮的俯视图；
73.图11a是第二类型的开放叶轮的透视图；
74.图11b是图11a所示的第二类型的开放叶轮的俯视图；
75.图12是通过第二离心泵的纵截面图，该第二离心泵具有平行于离心泵的叶轮的旋
转轴线安装的压力连接流量计；
76.图13是通过第三离心泵的纵截面图，该第三离心泵具有均与离心泵的叶轮的旋转轴线平行地安装的抽吸连接流量计和压力连接流量计；
77.图14是第四离心泵单元的俯视图；
78.图15是沿线b
‑
b’所指的平面垂直通过图14所示的离心泵单元截取的纵截面图；
79.图16是通过图14所示的离心泵单元水平截取的纵截面图；
80.图17是通过第五离心泵单元的纵截面图；
81.图18是通过第六离心泵单元的纵截面图；
82.图19是第七离心泵单元的透视图；
83.图20是图19中所示的离心泵单元的侧视图；
84.图21是沿线c
‑
c’所指的平面垂直通过图20所示的离心泵单元截取的截面图；
85.图22是第八离心泵单元的透视图；
86.图23是图22所示的离心泵单元的端视图；
87.图24是沿线d
‑
d’所指的平面垂直通过图23所示的离心泵单元截取的截面图。
88.图25是第九离心泵单元的透视图；
89.图26是图25所示的离心泵单元的端视图；
90.图27是沿线e
‑
e’所指的平面垂直通过图26所示的离心泵单元截取的截面图；
91.图28是图25所示的离心泵单元的俯视图；
92.图29是第十离心泵单元的透视图；
93.图30是图29所示的离心泵单元的端视图；
94.图31是沿线f
‑
f’所指的平面垂直通过图29所示的离心泵单元截取的截面图；
95.图32是图29所示的离心泵单元的俯视图；
96.图33是第十离心泵单元的透视图；
97.图34是图33所示的离心泵单元的端视图；
98.图35是沿线g
‑6’
所指的平面垂直通过图33所示的离心泵单元截取的截面图；
99.图36是图33所示的离心泵单元的俯视图；
100.图37a至图37d示出了用于测量泵扬程相对于流速的关系的测试离心泵主体的透视图，示出了传感器的不同位置；
101.图38示出了对于处于第一位置的流量计和对于布置在离心泵单元下游的参考流量计的叶轮的三种不同速度下泵扬程相对于流速的关系的测量曲线图；
102.图39示出了对于处于第二位置的流量计和对于布置在离心泵单元下游的参考流量计的叶轮的三种不同速度下泵扬程相对于流速的关系的测量曲线图；
103.图40示出了对于处于第三位置的流量计和对于布置在离心泵单元下游的参考流量计的叶轮的三种不同速度下泵扬程相对于流速的关系的测量曲线图；
104.图41示出了对于处于第四位置的流量计和对于布置在离心泵单元下游的参考流量计的叶轮的三种不同速度下泵扬程相对于流速的关系的测量曲线图；
105.图42是通过具有第一内管直径的流量计和管状连接部的横截面图；
106.图43是通过具有第二内管直径的流量计和管状连接部的横截面图；
107.图44是通过包括两个流量计的第一多流量计装置的横截面图；
108.图45是通过包括三个流量计的第二多流量计装置的横截面图；
109.图46是通过包括四个流量计的第三多流量计装置的横截面图；
110.图47是垂直通过冲洗型流量计截取的纵截面图；
111.图48是垂直通过冲洗型流量计截取的透视截面图；
112.图49是流量计电子电路的示意性框图；
113.图50是用于泵的第一控制系统的示意性框图，其中从流量传感器输出的流速用作电动机控制的输入；以及
114.图51是用于泵的第二控制系统的示意性框图，其中从流量传感器输出的流速用作电动机控制的输入。
具体实施方式
115.参照图1，示出了离心泵单元1，其包括具有集成式流量计3的离心泵2。在此，流量计3也称为“流量传感器”。
116.离心泵单元1包括主体4，该主体4包括抽吸连接部5、压力连接部6和泵腔室7(图8)，该泵腔室7连接抽吸连接部5和压力连接部6(即使抽吸连接部5和压力连接部6流体连通)。抽吸连接部5和压力连接部6是具有内直径和外直径的管状体。离心泵单元1包括设置在泵腔室7(图8)中的叶轮8(图8)。叶轮8(图8)由电动机9驱动，电动机9由泵驱动和控制电子模块10(在本文中简称为“控制模块”)控制。
117.离心泵单元1包括至少一个电磁流量传感器3，该电磁流量传感器3布置成测量在抽吸连接部5和/或压力连接部6的至少一部分中的流速，以确定通过离心泵单元的流体12的流速。在该示例中，离心泵单元1具有一个电磁流量传感器3，该电磁流量传感器3布置成测量压力连接部6的至少一部分中的流量。
118.控制模块10和电磁流量传感器3通过多线连接部11连接。连接部11可以被用于向电磁流量传感器3提供电力，并将传感器信号14(图49)传递至控制模块10。
119.参照图2，更详细地示出了电磁流量传感器3(在本文中也称为“流量传感器组件”)。
120.电磁流量传感器3是插入型传感器3，其可以与泵2的其余部分(图1)分开制造，然后通过孔15(图5)插入泵主体4的一部分(例如压力连接部6)中，使得其突出超过内壁16(图5)进入连接内腔17(或“空间”)中。然而，流量传感器3可以安装成与内壁16齐平(图5)。
121.流量传感器3包括由塑料材料或其他合适的材料形成的壳体21。
122.壳体21包括：通常为盒状的主体部分22；短的阶梯状的管状密封部分23，该密封部分设置在主体部分22的一面上，用于与泵主体4接合并为其提供密封；以及通常较长的、薄的感测部分24(在本文中称为“叶片”或“指状件”)，该感测部分背离密封部分23延伸。
123.感测部分24具有远端25、圆形的前面26、圆形的后端27以及相对的侧壁28、29。前面26比后端27宽，并且感测部分23变窄(即，逐渐变细)。每个侧壁28、29具有相应的孔口或孔30、31以暴露电极32、33，电极32、33可以直接接触流体f，流体f的速度正在被测量，由此可以确定体积流速。
124.如将在下文中更详细地解释的，壳体21包含印刷电路板组件34(图3)，该印刷电路板组件34包括印刷电路板35(图3)以及用于接收多线连接部11的对应连接器(未示出)的电
源和数据连接器36(或“端口”)。
125.超声波流量传感器、基于压力的流量测量方法和远离泵的位置放置的流量计往往会测量通过管道或泵的孔的体积流速。电磁流量传感器不能以相同的方式测量体积流速。替代地，电磁流量传感器仅测量管或孔中的小区域中的流体的速度(在本文中也称为“流速”)。尽管如此，电磁流量传感器仍可以位于流速在一定范围内与体积流量线性相关或至少单调相关的位置。使用一个或多个转换值或转换函数，可以将电磁流量传感器用于确定体积流速。
126.与其他类型的流量传感器相比，电磁流量传感器可以具有一个或多个优点。
127.流量调节在使用电磁流量传感器时不是必需的，因此可以省略，从而减少或完全避免压降的引入。实际上，可以增加在插入传感器的区域中的泵主体，以维持泵的截面积，从而最大程度地减少因添加传感器而导致的压降。
128.电磁流量传感器可以帮助实现高的调节比，例如超过500、或甚至超过700，和/或可以测量反向流量。
129.具有一插入深度的一种尺寸的电磁流量传感器可以用于一定范围的泵直径。如将在下文中更详细地解释的，可以使用齐平安装的电磁流量传感器(即，具有零或基本上零的插入深度)。
130.电磁流量传感器对压力脉冲不太敏感，并且可能对压力脉冲不敏感。
131.现在将描述电磁流量传感器3的更多细节。
132.参照图3和图4，示出印刷电路板组件34。
133.印刷电路板组件34包括印刷电路板35。印刷电路板35包括支撑电子电路(为了清晰起见，在图3中未示出)的相对较宽的第一部分36，该第一部分设置在传感器3的盒状主要部分22(图2)中，以及从第一部分36延伸的相对较窄的第二部分37(或“指状部分”或“指状件”)，该第二部分容纳在传感器的密封和感测部分22、23(图2)中。
134.印刷电路板35的指状部分37沿着第一长边缘39靠近远端38，承载有支撑在芯部42上的驱动线圈41。芯部42可以由例如软磁性材料或陶瓷组成。
135.靠近驱动线圈41、在第一和第二长边缘39、40之间，指状部分37在印刷电路板35的每个面43、44上支撑电极32、33。电极32、33可以采取金属镀敷垫的形式。指状部分37还支撑相应的环形密封件45、46，所述环形密封件例如呈“o”形圈的形式，并且被保持在相应的密封件保持部47、48中。电极32、33具有中点49，即在电极32、33之间以及电极32、33的端部之间的中点处。
136.参照图5，示出了流量传感器3安装在泵主体4中。
137.叶片24通过泵主体4中的孔口15插入，以使其突出经过内壁16并进入流体流过的泵内腔17中。孔口15优选是阶梯状的，并且具有与传感器的阶梯状密封部分23相对应的轮廓。提供“o”形圈50或其他类似的密封件，以帮助提供不透流体的密封，并且可以通过夹子或固定装置(例如，卡口式配件)将传感器3固定在适当的位置。
138.参照图6、7和8，将流量传感器3插入压力连接器6中靠近叶轮8的位置。
139.叶轮8具有外边缘51和叶轮直径d1，以及具有叶轮眼直径d0和孔眼中心轴线53的孔眼52。
140.孔眼直径d0取决于叶轮的类型。
141.参照图9a和图9b，对于闭合的叶轮8
a
，孔眼直径d0由盖c中的孔h限定。
142.参照图10a和图10b，对于第一类型的开放叶轮8
b
，孔眼直径d0由弯曲叶片v的不与毂h相遇的内边缘e限定。
143.参照图11a和图11b，对于第二类型的开放式叶轮8
c
，孔眼直径d0由通向叶轮8c的抽吸流s的(内部)直径限定，该叶轮包括与毂h相遇的弯曲叶片v。
144.再次参考图6、图7和图8，对于插入到离心泵的压力连接部和/或泵腔室中的流量传感器，该流量传感器被安装成使得叶轮8的中心轴线53与电极之间的中点49之间的间隔s小于或等于叶轮孔眼直径的10倍(即s≤10d0)、小于或等于叶轮孔眼直径的6倍(即s≤6d0)、小于或等于叶轮孔眼直径的5倍(即s≤5d0)、小于或等于叶轮孔眼直径的4倍(即s≤4d0)、或小于或等于叶轮孔眼直径的3倍(即s≤3d0)。传感器可以安装在泵腔室中离出口最远的一侧上。
145.在这些示例中，流量传感器3安装在连接部5、6的顶部上或下方，即以0
°
或180
°
的角度进行安装。
146.参照图12和图13，流量传感器3可以可替代地或另外地插入到抽吸连接部5中。
147.参照图14至图18，流量传感器3可以安装在连接5、6的任一侧(而不是顶部上或下方)，即以90
°
或270
°
的角度进行安装。
148.对于插入到离心泵的抽吸连接部中的流量传感器，该流量传感器被安装成使得电极49之间的中点与由叶轮53的轴线穿过限定最靠近抽吸侧的叶轮面54的垂直平面的点所限定的点55之间的间隔s小于或等于叶轮孔眼直径的10倍(即s≤10d0)、小于或等于叶轮孔眼直径的8倍(即s≤8d0)、小于或等于叶轮孔眼直径的6倍(即s≤6d0)、或小于或等于叶轮孔眼直径的4倍(即s≤4d0)。如果叶轮不具有最靠近抽吸侧的平面54，则位于最靠近抽吸侧的叶轮的、位于平面内的轴向末端限定最靠近抽吸侧的叶轮面。
149.参照图19至图36，流量传感器3可以其他角度进行安装和/或可以被安装成使得传感器的轴线不平行于叶轮轴线和/或向左或向右旋转(“偏航”)和/或向前或向后倾斜(“俯仰”)和/或向左或向右倾斜(“侧倾”)。由于当传感器附近的流动管线与传感器对齐时，换句话说电极垂直于流动管线并且传感器垂直于流动管线时，可以获得更高的信号，因此可以帮助将流量传感器与流对齐。
150.图19至图21示出了离心泵单元，在该离心泵单元中，传感器3被安装在与叶轮轴线53平行的抽吸连接部5的一部分中。
151.图22至图24示出了离心泵单元，在该离心泵单元中，传感器3被安装在抽吸连接部5的一部分中，该抽吸连接部5的该部分相对于叶轮轴线53倾斜并且相对于叶轮8的面54成角度α
°
。
152.图25至图28示出了离心泵单元，在该离心泵单元中，传感器3被安装在压力连接器6的弯曲部分中，该弯曲部分不平行于压力连接器6的输出，并且关于压力连接部6的输出6绕传感器中心轴线旋转角度β
°
。
153.图29至图32示出了离心泵单元，在该离心泵单元中，传感器3被安装在抽吸连接部5的笔直部分中，并且绕传感器中心轴旋转(“偏航”)角度γ
°
。如果在抽吸连接部的该部分中的流不平行于抽吸连接部5的笔直部分，则可以使用这种旋转。
154.图33至图36示出了离心泵单元，在该离心泵单元中，传感器3被安装在抽吸连接部
5的笔直部分中，并且关于传感器中心轴向后倾斜(“俯仰”)角度δ
°
。同样，如果在抽吸连接部的该部分中的流不平行于抽吸连接部5的笔直部分，则可以使用这种倾斜。
155.由于传感器附近的流动方向可能不平行于通道，因此流量传感器可以以复合角度(相对于通道的轴线成圆周方向和成角度的组合)安装。
156.本发明至少部分地基于以下见解：即使在抽吸连接部5或压力连接部6中靠近叶轮8的流动可能非常复杂、湍流并且涉及再循环，测量局部区域中的传导流体的速度的电磁流量传感器3仍然可以用来测量连接部5、6的一部分中的流量，从而可以可靠地确定通过泵2的流速。传感器3可以位于实际流速与测量的速度或流量呈现单调关系，甚至线性关系的位置。可以通过计算机仿真、特别是使用计算流体力学(cfd)，和/或通过将传感器放置在距叶轮8不同距离的位置，围绕连接器圆周的不同位置进行实验，来找到适合泵的位置。合适的cfd软件包括solidworks(rtm)flow simulation软件、autodesk(rtm)cfd软件、ansys discovery和comsol。可以将计算的/测量的流速与使用参考流量计(例如，全口径流量计)测得的参考流速进行比较，该参考流量计距离泵足够远，从而使得参考流速不受湍流的影响该方法可以包括如果计算的/测量的流速在参考流速的15％内、10％内或5％内，则接受插入深度、角度和位置的组合。
157.该方法可以包括在给定的流速范围内使用计算流体动力学来识别电磁流量传感器的候选插入深度和位置，以及在给定的流速范围内使用电磁流量传感器在候选插入深度和位置上进行实验以确定校准因子或校准函数。
158.图37示出具有用于传感器的四个不同位置的测试设备，如下表1所示
159.表1
[0160][0161]
图38示出对于位于第一位置的传感器3在三种不同转速(2000、3000和3800rpm)下测量的流速相对于扬程的曲线图(曲线图被显示为实心黑线)，以及对于远离泵的参考流量计绘制出的曲线图(曲线图被显示为灰色虚线)。
[0162]
从这些曲线图中可以看出，集成离心泵单元1中的传感器3可以用于可靠地确定流速，并且在实际流速与测量的流速之间呈现单调关系。
[0163]
图39、图40和图41示出了对于位于第二、第三和第四位置的传感器3在三种不同的转速(2000、3000和3800rpm)下测量的流速与扬程的曲线图(曲线图被显示为实心黑线)，而对于远离泵的参考流量计绘制出的曲线图(曲线图被显示为灰色虚线)。
[0164]
从曲线图可以看出，在某些位置中，传感器3可以位于在实际流速与测量的流速之
间不表现出单调关系的位置。
[0165]
应当注意的是，由传感器3局部测量的实际流速可能不等于通过泵2的流速，并且乘数(即，校准因子或与速度有关的校准函数)用于确定根据测量的流速来确定通过泵的流速。
[0166]
应当注意，一种尺寸的流量传感器可以用于不同尺寸的泵中。不同的校准因子(函数)可以用于不同尺寸的泵。
[0167]
参照图42，流量传感器3被示出为安装在相对较小的泵主体4。
[0168]
叶片23具有长度l，并且连接部5、6具有内管直径d。在这种情况下，叶片23突出超过内管直径d的一半(即，l＞0.5d)，并且可以突出到几乎整个管直径，其中叶片长度l可以高达例如管直径的95％(即l≤0.95d)。
[0169]
参照图43，流量传感器3被示出为安装到相对较大的泵主体4。
[0170]
在这种情况下，叶片23突出不到内管直径d的一半(即，l＜0.5d)，并且叶片长度l可以高达例如管直径的5％(即，l≤0.05d)
[0171]
流量传感器3可以被配置为使得关于管直径的信息被设置(例如，使用一组开关)或被编程(例如，经由接口)，使得其输出根据管直径的流速。
[0172]
参照图44、图45和图46，可以在相同的纵向位置，但是在绕纵向轴线的不同(例如，等间隔)的角度位置处，将一个以上的流量传感器3插入泵主体4中。
[0173]
再次参考图5，电磁流量传感器3可以是突出到泵3的内腔17中的传感器。然而，流量传感器3可以被安装成与内壁16齐平。
[0174]
参照图47和图48，示出第二类型(“冲洗型”)的电磁流量传感器113。
[0175]
与第一类型(插入型)的电磁流量传感器3一样，冲洗型的传感器113可以与泵2的其余部分分开制造(图1)，且然后插入泵主体一部分(诸如压力连接部6)的孔口15中。但是，流量传感器3可以被安装成与内壁16齐平(图5)。
[0176]
流量传感器113包括由塑料材料形成的壳体121。壳体121包括大致盒状的主体部分122和设置在主体部分122的一个面上的短的、阶梯状的管状部分123，该管状部分用于与泵主体4接合并向该泵主体提供密封，且远离主体部分122延伸。管状部分123具有远端125，当安装流量传感器时，该远端与内壁16齐平安置。
[0177]
壳体121包含印刷电路板组件，该印刷电路板组件包括印刷电路板135。印刷电路板135从印刷电路板135的底侧垂下承载有被支撑在圆柱芯部142上的驱动线圈141。芯部142可以由例如软磁材料或陶瓷组成。
[0178]
印刷电路板135还在驱动线圈141的任一侧并且还从印刷电路板135的底侧垂下承载有第一和第二细长电极132、133。电极132、133可以采用金属条或销的形式。电极132、133延伸到壳体121的管状部分123的远端125，该远端具有相应的孔口130、131以暴露电极132、133，使得它们可以直接接触正在测量速度的流体f，从中可以确定体积流速。电极132、133包括靠近其相应远端的环形凹部，以容纳相应的环形密封件145、146，以防止流体进入壳体121的内部。
[0179]
冲洗型的电磁流量传感器113可以被使用以代替上文所述的插入型的电磁流量传感器3(图2)，并且可以被放置在上文所述的抽吸连接部5(图1)或压力连接部6中。
[0180]
参照图49，示出用于处理来自电极32、33、132、133的信号14并驱动线圈41、141的
传感器电子设备61的示意性框图。传感器电子设备61可以集成在传感器3中或者可以是泵电子设备的一部分。如果集成在传感器3、113中，则传感器电子设备61可以容纳在传感器3、113的主壳体部分22中。
[0181]
传感器电子设备61包括：差分放大器62，其接收并放大来自电极32、33的信号；以及微控制器63，其接收并处理放大后的信号，并为线圈41提供用于产生磁场的驱动波形。微控制器63经由dc
‑
dc转换器64从外部电源(即泵驱动器)供电。
[0182]
微控制器64可以存储诸如补偿数据65和/或h
‑
q曲线数据66的数据，用于输出取决于电极信号值的流速信号，以及任选地，可以使用温度传感器(未示出)测量的温度信号。信号经由光隔离器67、68和相应的低通滤波器69、70(例如，以rc低通滤波器的形式)提供。
[0183]
可以应用校准因子以将传感器的输出从速度转换为体积流速q。如果传感器的输出是线性的，则可以使用具有零偏移或没有零偏移的单个校准因子。但是，如果输出是非线性的，则可以使用校准函数。对于给定尺寸的泵，校准因子(或函数)可能特定于给定泵。
[0184]
来自一个或多个流量传感器3的输出可以用于直接控制泵2，并且在某些情况下，没有计算或输出流速。因此，传感器可不必用于提供流速(例如用于显示或作为控制器或计算机系统的输入)，而仅用于提供泵控制以改善能量效率，并且在泵的最佳效率点或者泵被集成在内的系统的最佳有效工作点下工作。
[0185]
流量传感器3、113可以被用于确定流速q，其进而可以被用于控制电动机9(图1)的转速，从而控制扬程h。控制可基于控制扬程或流量误差。
[0186]
参照图50，示出了第一控制系统71(或“方案”)。
[0187]
在第一控制系统71中，控制是基于扬程的。
[0188]
控制系统71包括：减法器72，其用于获取扬程参考值与估计的扬程值之间的差并且输出扬程误差值；以及比例积分控制器73，其接收扬程误差值并且输出被馈送到电动机9的驱动器(未示出)的旋转速度。旋转速度也被馈送到h
‑
q曲线计算器74。h
‑
q曲线计算器74使用由流量计3测量的流量值q以及旋转速度计算估计的扬程值，该估计的扬程值被馈送到减法器72。
[0189]
参照图51，示出了第二控制系统81。
[0190]
在第二控制系统81中，控制是基于流量的。
[0191]
控制系统81包括：减法器82，其用于获取流量参考值与测量的流量值之间的差并输出流量误差值；以及比例积分控制器83，其接收流量误差值并输出被馈送到电动机9的驱动器(未显示)的旋转速度。由流量计3测量的流量值q被馈送到减法器82。
[0192]
改型
[0193]
将理解的是，可以对上文描述的实施例进行各种修改。这样的改型可以涉及在离心泵和电磁流量计及其组成部件的设计、制造和使用中已知的等效特征和其他特征，并且这些等效特征和其他特征可以代替或附加于本文已经描述的特征而被使用。一个实施例的特征可以由另一实施例的特征代替或补充。
[0194]
在电磁流量传感器插入的点附近，可以加厚泵壳，以使其仍能满足极端的泵压力和/或可以容纳与传感器相关的密封件。
[0195]
尽管在本技术中已经将权利要求表述为特定的特征组合，但是应当理解的是，本发明的公开范围还包括明确或隐含的本文公开的任何新颖特征或特征的任何新颖组合，或
其任何概括，无论它是否与权利要求中要求保护的同一发明有关，以及无论它是否减轻与本发明相同的技术问题。申请人特此通知，在本技术或由此衍生的任何进一步申请的审查进程期间，可以对这些特征和/或这些特征的组合提出新的权利要求。