DE10035458A1

DE10035458A1 - Combination measurement sensor for monitoring operating conditions in centrifugal pump accommodates temperature and pressure sensors in common housing

Info

Publication number: DE10035458A1
Application number: DE10035458A
Authority: DE
Inventors: Stefan F Greitzke; Guenter Kaul
Original assignee: Wilo GmbH
Current assignee: Wilo GmbH
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: DE10035458C2

Abstract

A housing (13) accommodates a pressure sensor (3) and electronic circuits (10) for it and a temperature sensor (2) which projects from an extension (4) to the housing. The extension has an external thread, e.g. 1/8, for screwing into an (existing) hole in the pump. Provision is made for leads (9,10) between sensors and electronic circuits and external leads (12) to the pump control circuits

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Meßfühler zum Einbau in eine von einem Elektromotor betriebenen Pumpe, insbesondere eine Kreiselpumpe, wobei der Meßfühler ein Fühlergehäuse hat, in das sowohl ein Temperatursensor als auch ein Drucksensor eingebaut sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine von einem Elektromotor betriebene Kreiselpumpe mit einem Saug- und einem Druckstutzen.The present invention relates to a sensor for installation into a pump operated by an electric motor, in particular a centrifugal pump, the sensor being a Sensor housing, in which both a temperature sensor and a pressure sensor are also installed. The invention relates also a centrifugal pump operated by an electric motor with a suction and a pressure nozzle.

Meßfühler für den Einsatz in derartigen Kreiselpumpen sind seit längerem hinlänglich bekannt. Sie werden zur Messung verschiedener Parameter, wie beispielsweise der Temperatur des Pumpmediums, der Temperatur des Pumpengehäuses oder aber des Druckes des Pumpmediums, eingesetzt. Nachteilig an den bekannten Meßfühlern ist, daß jeder einzelne Meßfühler in eine separat für ihn vorgesehene Bohrung eingesetzt werden muß, wobei jede zusätzliche Bohrung im Pumpengehäuse die Leckagegefahr vergrößert und gleichzeitig mit erhöhten Herstellungskosten einhergeht.Sensors for use in such centrifugal pumps are well known for a long time. You will be measuring various parameters, such as temperature of the pumping medium, the temperature of the pump housing or the pressure of the pump medium. A disadvantage of the Known sensors is that each individual sensor in a hole provided separately for it can be used must, each additional hole in the pump housing Leakage risk increased and increased at the same time Manufacturing costs goes hand in hand.

Es sind auch Kombinations-Meßfühler bekannt, die eine Temperaturmessung und außerdem eine Leitfähigkeitsmessung in sich vereinen, wobei die Leitfähigkeitsmessung über das Vorhandensein bzw. das Nichtvorhandensein von Pumpmedium im Pumpengehäuse Aufschluß gibt. Mit diesem einfachen Meßfühler ist es jedoch nicht möglich, außer der Temperatur noch andere Parameter des Pumpmediums zu beobachten und Rückschlüsse auf dessen Zustand zu ziehen. Dabei ist es gerade beim Einsatz vom Kreiselpumpen wichtig, den momentanen Zustand und den zeitlichen Verlauf von Zustandsgrößen des Pumpmediums zu beobachten, um den sicheren Betrieb der Pumpe gewährleisten zu können. Insbesondere zum Schutz von den in der Pumpe angeordneten Gleitringdichtungen ist es von großer Wichtigkeit, Informationen über den Zustand des Pumpmediums zu erhalten.Combination sensors are also known, the one Temperature measurement and also a conductivity measurement in unite, the conductivity measurement over the The presence or absence of pump medium in the Pump housing provides information. With this simple sensor it is not possible, however, other than the temperature Observe parameters of the pumping medium and draw conclusions to draw its condition. It is just in use important from the centrifugal pumps, the current state and the time course of state variables of the pump medium watch to ensure the safe operation of the pump to be able to. Especially to protect those in the pump arranged mechanical seals, it is of great size Importance, information about the condition of the pumping medium to obtain.

Weiterhin sind Kombinationssensoren bekannt, die einerseits die Temperatur und andererseits einen Differenzdruck zwischen zwei Stellen innerhalb der Pumpe messen. Bei diesen Sensoren handelt es sich wegen der Differenzdruckmessung um technisch aufwendige Produkte, für die Zuleitungen zu den Drucksensoren innerhalb oder außerhalb der Pumpe vorgesehen sein müssen, um deren Funktion zu ermöglichen. Diese Sensoren sind wegen der hohen Herstellungskosten und des die Pumpe betreffenden konstruktiven Aufwandes für den Einsatz in einfachen Pumpen nicht geeignet, insbesondere da die Pumpe an einen solchen Sensor angepaßt sein muß.Combination sensors are also known, on the one hand the temperature and on the other hand a differential pressure between Measure two places inside the pump. With these sensors it is technical because of the differential pressure measurement elaborate products, for the supply lines to the pressure sensors must be provided inside or outside the pump to enable their function. These sensors are because of that high manufacturing costs and that of the pump design effort for use in simple pumps not suitable, especially since the pump is connected to one Sensor must be adjusted.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen konstruktiv einfachen Meßfühler zu schaffen, der es bei geringem Montageaufwand und kleinem Bauraum sowie bei geringen Herstellungskosten möglich macht, den Zustand des Pumpmediums anhand absoluter Größen zuverlässig zu beobachten. Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kreiselpumpe zu schaffen, an der ein solcher Meßfühler auf einfache Weise angebracht werden kann, ohne daß die Zuverlässigkeit der Meßergebnisse beeinträchtigt wird. The object of the invention is a structurally simple To create sensors that it with little installation effort and small space and possible at low manufacturing costs makes the state of the pump medium based on absolute sizes to observe reliably. At the same time it is the job of Invention to create a centrifugal pump on which such Sensor can be easily attached without the reliability of the measurement results is impaired.

Diese Aufgabe wird durch einen Meßfühler nach Anspruch 1 und eine, Kreiselpumpe nach Anspruch 5 gelöst.This object is achieved by a sensor according to claim 1 and a, centrifugal pump solved according to claim 5.

Besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Meßfühlers ist, daß er zwei funktionell getrennte Sensoren in einem gemeinsamen Fühlergehäuse konstruktiv geschickt vereint, so daß mit ihm die Messung der zwei absoluten Zustandsgrößen "Druck" und "Temperatur" gleichzeitig möglich wird. Die konstruktiven Vorteile resultieren daraus, daß das Fühlergehäuse einen abstehenden Ansatz aufweist, der in eine Bohrung im Gehäuse der Kreiselpumpe einsteckbar bzw. einschraubbar ist und der in Berührungskontakt mit dem Pumpmedium steht. Der Ansatz seineseits weist eine achsparallele Bohrung auf, die eine Zuleitung zum Drucksensor bildet. Gerade wegen dieser achsparallelen Bohrung ist eine besonders kompakte Bauweise des Kombinationssensors möglich. Zudem ist erfindungsgemäß an der Stirnfläche des Ansatzes eine den Temperatursensor tragende Sonde angebracht, die in die Bohrung hineinreicht.A particular advantage of the sensor according to the invention is that he two functionally separate sensors in one Sensor housing cleverly combined constructively, so that with it the measurement of the two absolute state variables "pressure" and "Temperature" becomes possible at the same time. The constructive Advantages result from the fact that the sensor housing protruding approach, which in a bore in the housing the centrifugal pump can be inserted or screwed in and the is in contact with the pump medium. The approach it has an axially parallel bore, the one Forms supply line to the pressure sensor. Precisely because of this Axially parallel bore is a particularly compact design of the combination sensor possible. In addition, according to the invention the end face of the approach a the temperature sensor carrying probe attached, which extends into the bore.

Ganz allgemein liegt der Vorteil solcher Kombinationssensoren darin, daß sie nur einer Bohrung im Pumpengehäuse bedürfen und durch die Vermeidung unnötiger Bohrungen die Gefahr einer Leckbildung in der Pumpe verringert wird. Der Meßfühler ist kostengünstig herzustellen, was gleichfalls die Aufwendungen für die Pumpe reduziert. Durch die gleichzeitige Messung beider absoluter Größen Druck und Temperatur kann der Zustand des Pumpmediums sehr genau kontrolliert werden. Beide Größen können bei der Regelung der Drehzahl berücksichtigt werden. Insbesondere kann die Drehzahl der Pumpe und damit die Belastung der Gleitringdichtung an den Zustand des Mediums angepaßt werden. So ist es möglich, die aktuelle Belastung festzustellen und bei überhitztem Medium bzw. bei geringem Druck die Pumpe zur Schonung der Dichtung abzuschalten Der Drucksensor ist dabei vorteilhafterweise so ausgelegt, daß er beim Nichtvorhandensein von Pumpmedium feststellt, ob Dampf an der Stelle vorhanden ist. Insgesamt wird durch den erfindungsgemäßen Meßfühler eine Erhöhung der Sicherheit des Pumpenlaufes gewährleistet.In general, the advantage of such combination sensors is in that they only require a hole in the pump housing and by avoiding unnecessary drilling, there is a risk of Leakage in the pump is reduced. The sensor is inexpensive to manufacture, which also costs reduced for the pump. By measuring simultaneously The condition can be of both absolute sizes pressure and temperature of the pump medium can be checked very precisely. Both sizes can be taken into account when regulating the speed. In particular, the speed of the pump and thus the Load the mechanical seal to the condition of the medium be adjusted. So it is possible to see the current load to be determined and with overheated medium or with low Pressure to switch off the pump to protect the seal The pressure sensor is advantageously designed so that that, in the absence of pumping medium, he determines whether Steam is present at the point. Overall, the inventive probe an increase in the security of Pump run guaranteed.

In einer besonders einfachen Ausführungsform des Meßfühlers weist dieser ein Fühlergehäuse mit einem zylindrischen Ansatz auf, der mit einem Außengewinde versehen ist und in eine mit einem entsprechenden Innengewinde versehene Bohrung im Pumpengehäuse eingeschraubt werden kann. Über diese Bohrung steht der Meßfühler in Berührungskontakt zum Pumpmedium, so daß die Zustandsgrößen des Mediums unverfälscht gemessen werden können. Der Ansatz kann im Durchmesser an Standards, beispielsweise an eine 1/8 Zoll Bohrung, angepaßt werden. Diese Bohrungen sind mitunter in Pumpen vorhanden und können für die erfindungsgemäßen Sensoren verwendet werden. Zudem ist jederzeit ein Nachrüsten möglich. Mit des erfindungsgemäß achsparallelen Zulaufes zum Drucksensor kann der Durchmesser des Ansatzes vergleichsweise klein ausgelegt werden. Der Sensor kann für verschiedene Pumpentypen benutzt werden und läßt sich mit konventionellen Mitteln gut abdichten.In a particularly simple embodiment of the sensor this has a sensor housing with a cylindrical extension on, which is provided with an external thread and in with a corresponding internal thread in the bore Pump housing can be screwed in. About this hole the sensor is in contact with the pump medium, so that the state variables of the medium are measured in an unadulterated manner can be. The approach can vary in diameter to standards, for example, to be adapted to a 1/8 inch hole. These holes are sometimes present in pumps and can can be used for the sensors according to the invention. In addition retrofitting is possible at any time. With the invention The diameter can be parallel to the inlet to the pressure sensor of the approach can be interpreted comparatively small. The Sensor can be used for different pump types and can be sealed well with conventional means.

Der Temperatursensor ist im Kopf einer Sonde untergebracht, die von der Stirnseite des Sensors in die Bohrung hineinragt. Durch diese Sonde kann der Temperatursensor an einer Stelle tief im Inneren des Pumpenstutzens positioniert werden, wo er in direktem Kontakt mit dem fließenden Pumpmedium steht und besonders genaue Meßwerte liefert. Dabei ist in einer besonders einfachen Ausführungsform die Sonde als am Ende verschlossenes Röhrchen ausgebildet, das den Temperatursensor in leitendem Kontakt zur Wandung beherbergt. Die Länge der Sonde kann werkseitig an die in der Pumpe herrschenden Verhältnisse angepaßt werden. The temperature sensor is housed in the head of a probe, that protrudes into the hole from the front of the sensor. With this probe, the temperature sensor can be located at one point be positioned deep inside the pump neck where it is in direct contact with the flowing pump medium and provides particularly precise measured values. It is in one particularly simple embodiment the probe as at the end sealed tube formed that the temperature sensor in conductive contact with the wall. The length of the In the factory, the probe can be connected to those in the pump Conditions are adjusted.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn neben den beiden Sensoren auch die für die Versorgung der Sensoren nötige Elektronik innerhalb des Fühlergehäuses untergebracht ist. Dadurch kann einerseits ein besonders einfacher Aufbau des Meßfühlers gewährleistet werden, während andererseits die Vereinfachung der Elektronik zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit führt.It is particularly advantageous if in addition to the two sensors also the electronics required to supply the sensors is housed inside the sensor housing. This can on the one hand, a particularly simple construction of the sensor be guaranteed while simplifying electronics leads to an increase in reliability.

Vorteilhafterweise wird der erfindungsgemäße Meßfühler in elektrisch betriebenen Kreiselpumpen eingesetzt. Dabei ist es von Vorteil, die Bohrung für den Meßfühler in den Umfangsrand eines der beiden Flansche des Saug- oder Druckstutzens einzubringen, da diese ausreichend Material zum sicheren Halt und zum dichten Einschrauben des Meßfühlers bieten. Es ist vorteilhaft, die Bohrung in einem der Stutzen münden zu lassen, so daß der Meßfühler von Pumpmedium umströmt wird.The sensor according to the invention is advantageously used in electrically operated centrifugal pumps. It is advantageous, the hole for the sensor in the peripheral edge one of the two flanges of the suction or discharge nozzle to bring in, as this is sufficient material for a secure hold and offer for tight screwing in of the sensor. It is advantageous to open the hole in one of the nozzles leave so that the sensor is surrounded by pump medium.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Meßfühlers und dessen Einbau in einer Pumpe sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Particularly advantageous embodiments of the sensor according to the invention and its installation in a pump are shown in FIGS . 1 and 2 and are described in more detail below. Show it:

Fig. 1a und 1b zwei verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Meßfühlers und Fig. 1a and 1b two different embodiments of the probe according to the invention and

Fig. 2 eine Kreiselpumpe mit im Druckstutzen angeordnetem Meßfühler. Fig. 2 is a centrifugal pump with a sensor arranged in the pressure port.

Fig. 1a zeigt einen Meßfühler zum Einbau in eine Kreisel pumpe. Der Fühler weist ein Fühlergehäuse 1 auf, in das einerseits ein Temperatursensor 2 und andererseits ein Drucksensor 3 eingebaut ist. Der Temperatursensor 2 kann ein bekanntes Platin-Widerstandselement oder ein Thermoelement sein. Das Gehäuse 1 des Meßfühlers weist einen zylindrischen Ansatz 4 auf, der mit einem Außengewinde versehen ist und der in eine entsprechende Bohrung im Pumpengehäuse eingeschraubt werden kann. Zur Abdichtung des Meßfühlers liegt eine Stirnfläche 5 gegen eine die Bohrung im Pumpengehäuse umgebende O-Ring-Dichtung an. Fig. 1a shows a sensor for installation in a centrifugal pump. The sensor has a sensor housing 1 , in which a temperature sensor 2 and a pressure sensor 3 are installed. The temperature sensor 2 can be a known platinum resistance element or a thermocouple. The housing 1 of the sensor has a cylindrical projection 4 which is provided with an external thread and which can be screwed into a corresponding bore in the pump housing. To seal the sensor, an end face 5 rests against an O-ring seal surrounding the bore in the pump housing.

Der Temperatursensor 2 ist in eine Sonde 6 eingebaut, die von einem Röhrchen gebildet wird. Das Röhrchen ist auf die Stirnfläche 7 des Ansatzes 4 aufgesetzt. Über die Sonde 6 wird der Temperaturfühler 2 direkt in das strömende Medium eingebracht. In die Stirnfläche 7 ist gleichfalls eine Bohrung eingebracht, in der eine Zuleitung 8 zum Druckraum des Drucksensors mündet. Über die Zuleitung 8 strömt das Pumpmedium in einen Innenraum, in dem sich der Drucksensor 3 befindet.The temperature sensor 2 is built into a probe 6 , which is formed by a tube. The tube is placed on the end face 7 of the neck 4 . The temperature sensor 2 is introduced directly into the flowing medium via the probe 6 . A bore is also made in the end face 7 , in which a feed line 8 opens to the pressure chamber of the pressure sensor. The pump medium flows via the feed line 8 into an interior in which the pressure sensor 3 is located.

Der Temperatursensor 2 und der Drucksensor 3 sind über elektrische Leitungen 9 mit einer gemeinsamen Elektronik 10 verbunden, die in einem separaten Gehäuse 11 außerhalb des Meßfühlers untergebracht ist. Der durch das Gehäuse 11 gebildete Elektronikbaustein ist seinerseits über Leitungen 12 mit der Steuer- und Regelelektronik der Pumpe verbunden.The temperature sensor 2 and the pressure sensor 3 are connected via electrical lines 9 to a common electronics 10 , which is accommodated in a separate housing 11 outside the sensor. The electronic module formed by the housing 11 is in turn connected to the control and regulating electronics of the pump via lines 12 .

Fig. 1b zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßfühlers, in der die Elektronik 10 im gemeinsamen Fühlergehäuse 13 neben dem Temperatursensor und dem Drucksensor untergebracht ist. Wie schon im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a ist das Gehäuse 13 als Zylinder ausgebildet, der an seiner der Pumpe zugerichteten Stirnseite einen Ansatz 4 mit Außengewinde aufweist. FIG. 1b shows an embodiment of the sensor according to the invention, in which the electronics 10 in the common sensor housing 13 adjacent to the temperature sensor and the pressure sensor is housed. As in the exemplary embodiment according to FIG. 1 a, the housing 13 is designed as a cylinder which has an attachment 4 with an external thread on its end facing the pump.

In Fig. 2 ist eine von einem Elektromotor 14 betriebene Kreiselpumpe gezeigt, deren Saugstutzen 15 und Druckstutzen 16 "inline" in einer gemeinsamen Achse 17 liegen. Im Pumpen gehäuse 18 ist das Laufrad 19 drehbar gelagert und wird über die Welle 20 angetrieben. An der Welle 20 ist eine Gleit ringdichtung 21 vorgesehen, die den Innenraum des Pumpen gehäuses gegenüber dem Außenraum abdichtet. Der Pumpen innenraum kann über ein Entlüftungsventil 22 entlüftet werden, so daß ein Trockenlauf der Gleitringdichtung 21 vermieden wird. Die Abschlußflansche 23 von Saug- und Druckstutzen weisen in ihrem Umfang Bohrungen 24 auf, die senkrecht zur Achse 17 angeordnet sind. Während die Bohrung 24 des Saugstutzens 15 mit einem Metallstopfen 25 gegen den Austritt von Pumpmedium verschlossen ist, ist in die Bohrung 24 des Druckstutzens 16 ein erfindungsgemäßer Meßfühler 26 eingeschraubt und über die Leitung 27 auf nicht dargestellte Weise mit der Steuerelektronik des Motors verbunden. Bei dem Meßfühler 26 handelt es sich um die Ausführungsform wie sie unter Fig. 1b beschrieben wurde. FIG. 2 shows a centrifugal pump operated by an electric motor 14 , the suction connection 15 and the pressure connection 16 of which lie "inline" in a common axis 17 . In the pump housing 18 , the impeller 19 is rotatably supported and is driven by the shaft 20 . On the shaft 20 , a sliding ring seal 21 is provided, which seals the interior of the pump housing from the outside. The pump interior can be vented via a vent valve 22 , so that dry running of the mechanical seal 21 is avoided. The end flanges 23 of the suction and pressure ports have in their circumference bores 24 which are arranged perpendicular to the axis 17 . While the bore 24 of the suction connection 15 is closed with a metal plug 25 against leakage of pump medium, into the bore 24 of the pressure connection 16 is screwed in an inventive sensor 26 and connected via the line 27 a manner not shown to the control electronics of the motor. The sensor 26 is the embodiment as described under Fig. 1b.

Claims

1. Sensor for installation in a pump operated by an electric motor, in particular a centrifugal pump, which has a sensor housing ( 1 , 13 ) in which both a temperature sensor ( 2 ) and a pressure sensor ( 3 ) are installed, characterized in that the , sensor housing has a projection (4) which can be inserted or screwed into a bore in the housing of the centrifugal pump and communicating with one end face in touching contact with the pumping medium, wherein the projection (4) has an axially parallel bore, a supply line to the pressure sensor (3 ), and wherein the extension ( 4 ) has a temperature sensor ( 2 ) carrying probe ( 6 ) which extends into the bore.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the projection ( 4 ) is cylindrical and has an external thread for screwing into the bore made in the pump housing, the external thread in particular for screwing into an existing 1/8 inch bore (sensor bore) on Flange of a pump.

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the probe ( 6 ) is a tube placed on the end face of the approach.

4. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that in the common housing ( 1 , 13 ) one of the sensors ( 2 , 3 ) supplying electronics ( 10 ) is installed.

5. Centrifugal pump operated by an electric motor with a suction and a pressure nozzle, characterized by a bore ( 24 ) which is introduced in the radial direction into the flange ( 23 ) of the suction ( 15 ) or pressure nozzle ( 16 ) and into which Combination sensor ( 27 ) with a cylindrical housing ( 1 ) can be screwed in, the sensor ( 27 ) having a temperature sensor ( 2 ) and a pressure sensor ( 3 ).

6. Centrifugal pump according to claim 5, characterized in that the bore ( 24 ) with the connecting piece ( 15 , 16 ) is connected and to act upon the sensor ( 26 ) through which pumping medium flows when the pump is operating.

7. Centrifugal pump according to claim 5 or 6, characterized in that the temperature sensor ( 2 ) is attached to the tip of a probe which protrudes directly up to or into the flow of the pump medium.

8. centrifugal pump according to one of claims 5 to 7, characterized in that suction and Pressure pipe "inline" lie in one axis.