电容式液体泄漏检测装置
技术领域
本公开内容涉及泵，并且更具体地涉及一种用于检测泵中的油泄露的设备和方法。
背景技术
增压泵可以用于增加流体（诸如气体）的压力。增压器通常包括一个或多个级，所述一个或多个级具有被容纳在缸体内的活塞，所述活塞由马达驱动以压缩缸体中的气体。这可以因此增加缸体中气体的压力。增压器的马达通常由气动、液压或电动线性致动的组件驱动。
在那些泵中，油可以存在于通过密封件与增压气体或液体分离的壳体中。油在液压泵的情况下可以是驱动机构，或者在气动或电动泵驱动器中可以用于润滑和/或冷却。诸如磨损密封件或壳体本身中的裂纹之类的某些问题可能引起油从壳体泄漏。对油泄露、以及特别是油泄露的阈值量的检测可能将允许发送警报，所述警报指示泵需要维护或维修。
因此，需要的是一种用于检测泵中的油泄露的泄漏检测系统和方法。
发明内容
本文中的构思描述了用于检测泵中的流体泄漏的系统和方法。在优选实施例中，具有泄漏检测的泵包括至少一个泵缸，所述至少一个泵缸具有：带入口和出口的泵室；以及活塞，其在泵缸内可致动以通过入口将工作流体吸入泵室并通过出口将工作流体推出泵室。驱动器被配置成移动活塞，并且包括通过密封件被防止进入泵室的驱动流体。泄漏检测器被定位在泵上以捕获从驱动器泄漏的驱动流体，其中所述泄漏检测器可操作以当所泄漏的驱动流体达到阈值时生成警报。
在优选的实施例中，用于泵的液体泄漏检测器包括：缓冲管，其被定位在泵上，用于收集来自泵的所泄漏流体；以及传感器，其被定位在缓冲管上，用于检测缓冲管中的所泄漏流体的液位，并且用于当所泄漏流体达到最大流体液位时生成信号。一旦所泄漏的驱动流体达到最大液位，净化管线就从缓冲管移除所泄漏的驱动流体，并且逻辑装置连接到传感器以接收信号并且生成警报。
还描述了检测泵中所泄漏的驱动流体的方法的优选实施例。所述方法的优选实施例包括：将来自泵的所泄漏的驱动流体收集在缓冲管中；以及使用缓冲器上的净化管线限定缓冲管中所泄漏的驱动流体的最大液位。所述方法还包括：使用缓冲管上的传感器感测所泄漏的驱动流体何时达到最大液位；以及生成警报。
前文已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解下面的具体实施方式。本发明的附加特征和优点将在下文中描述，其形成本发明的权利要求书的主体。本领域技术人员应当领会到，所公开的构思和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实行本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域的技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离如所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。根据当结合附图考虑时的以下描述，将更好地理解如下内容：就其组织和操作方法两者而言被认为是本发明特性的新颖特征，连同另外的目的和优点。然而，将清楚地理解到，每个附图仅仅出于说明和描述的目的被提供，并且不旨在作为对本发明限制的限定。
附图说明
为了更完整地理解本发明，现在对结合附图考虑的以下描述进行参考，在附图中：
图1描绘了包括泄漏检测的两级液压致动的气体增压器的优选实施例的示意图的优选实施例。
图2描绘了包括泄漏检测的两级电致动的气体增压器的优选实施例的示意图。
图3描绘了图2的电驱动气体增压器的低压缸的剖视图，并且包括根据本文中所描述的构思的泄漏检测装置的优选实施例。
图4描绘了图2的电驱动气体增压器的高压缸的剖视图，并且包括根据本文中所描述的构思的泄漏检测装置的优选实施例。
图5描绘了根据本文中所描述的构思的泄漏检测装置的优选实施例的示意图。
具体实施方式
参考图1示出了液压两级增压器（40）的示例。增压泵49包括被容纳在低压缸（60）内的低压活塞（66）和被容纳在高压缸（70）内的高压活塞（76）。这些活塞（66、76）中的每一个可以由包括驱动活塞（56）的马达（50）致动。在所图示的实施例中，低压活塞（66）通过低压杆（51）联接到驱动活塞（56），并且高压活塞（76）通过高压杆（53）联接到驱动活塞（56）。因此，当朝着高压缸（70）向右平移驱动活塞（56）时，低压活塞（66）可以通过低压杆（51）被向右致动进入低压缸（60），以通过入口管道（34）和低压入口止回阀（61）将气体从低压气体存储罐（32）以低压吸入低压缸（60）的低压气体腔室（64）。然后可以朝着低压缸（60）向左平移驱动活塞（56），这可以在低压缸（60）中朝外、向左致动低压活塞（66），以将低压气体腔室（64）中的气体压缩到中间压力，并且通过低压出口止回阀（62）将气体推出低压气体腔室（64）。然后，气体可以通过中间管道（69）行进到高压缸（70）。在向左致动低压活塞（66）时，高压活塞（76）也可以通过高压杆（53）被向左致动进入高压缸（70），以通过高压入口止回阀（71）将气体从中间管道（69）吸入高压缸（70）的高压气体腔室（74）。然后可以再次朝着高压缸（70）向右平移驱动活塞（56）。这可以再次向右致动低压活塞（66）进入低压缸（60），以将气体从低压气体存储罐（32）吸入低压缸（60）的低压气体腔室（64）。高压活塞（76）也可以通过高压杆（53）在高压缸（70）中朝外被向右平移，以将高压气体腔室（74）中的气体压缩至高压，并且通过高压出口止回阀（72）将气体推出高压气体腔室（74）并通过出口管道（38）将气体推至高压气体存储罐（36）。活塞（56、66、76）可以继续循环，以从而从增压器（40）产生高压气体流。在一些变型中，热交换器（68、78）和/或冷却夹套（65、75）被提供在中间管道（69）和/或气缸（60、70）周围以冷却气体。
这样的增压器（40）的马达（50）通常由单独的气动或液压系统驱动。例如，图1示出了用于增压器（40）的单独的驱动系统（20）的示例，所述驱动系统（20）包括通过驱动管道（21）联接到驱动泵（24）的源罐（22）。驱动泵（24）然后可以通过第一管道（23）联接到马达（50）的第一腔室（52），其邻近低压缸（60），并且通过第二管道（25）联接到马达（50）的第二腔室（54），其邻近高压缸（70）。源罐（22）包括流体（其或者是空气或者是液压流体），所述流体可以由驱动泵（24）泵送到马达（50）的第一腔室（52）或第二腔室（54），以致动马达（50）。因此，当驱动泵（24）将流体泵送到第一腔室（52）中时，驱动活塞（56）可以朝着高压缸（70）被向右平移。当驱动泵（24）将流体泵送到第二腔室（54）时，可以朝着低压缸（60）向左平移驱动活塞（56）。流体可以从腔室（52、54）排出并且返回到源罐（22）和/或被排放到大气。
在杆（51）和（53）与腔室（52）和（54）交界的地方，腔室（52）和（54）中的流体可能泄漏到壳体中。当所泄漏的流体的量变得很大时，增压器（40）可能损失效率或发生故障。为了在流体泄漏达到可能影响性能或操作的液位之前检测流体泄漏，将根据本文中所描述的构思的流体泄漏传感器（300）放置在泄漏流体将累积的壳体中或所述壳体上。流体泄漏传感器（300）可操作以检测所泄漏的流体的液位何时达到阈值并且触发警报。增压器（40）然后可以在任何损坏发生之前被维修并且恢复到运行。
除了液压增压器之外，电驱动增压器也可能遭受液体泄漏。现在参考图2、3和4，描述了使用电驱动气体增压器的示例性气体增压器组件。例如，气体增压器组件（100）包括与控制器（未示出）联接的气体增压器（140）。所图示的实施例的气体增压器（140）包括两级，其具有由电动马达（150）致动的低压缸（160）和高压缸（170）。应当注意到，虽然描述了两级气体增压器（140），但是可以使用任何合适数量的一级或多级。
马达（150）包括基本上圆柱形的外壳（158），其中第一端与低压缸（160）联接，并且第二端与高压缸（170）联接。然后，驱动器被定位在外壳（158）内，其被配置成将电能转换成线性运动。例如，驱动器可以包括滚珠丝杠驱动器，所述滚珠丝杠驱动器具有滚珠丝杠和带有再循环滚珠轴承的滚珠螺母，这从而可以将电能转换成旋转运动，并且然后转换成线性运动。
驱动器的第一端经由低压杆（151）联接到低压缸（160），并且驱动器的第二端经由高压杆（153）联接到高压缸（170），以致动增压器（140）。鉴于本文中的教导，用于驱动马达（150）的又其他合适的配置对于本领域普通技术人员而言将是明显的。
类似于图1的液压增压器，电驱动增压器140的实施例具有被放置在外壳158上以收集所泄漏流体的流体泄漏传感器。流体泄漏传感器300收集所泄漏的流体，并且当所泄漏的流体的液位达到阈值量时触发警报。
更具体地参考图3，低压缸（160）包括被联接到低压杆（151）的另一端的低压活塞（166），该低压活塞（166）在低压缸（160）的低压端盖（163）与低压适配器（155）之间平移。低压腔室（164）限定在低压活塞（166）与低压端盖（163）之间。在本实施例中，低压端盖（163）包括低压入口止回阀（161），该低压入口止回阀（161）允许气体从低压气体存储罐（32）流入低压缸（160），但不流出低压缸（160）。低压端盖（163）还包括第一导管（181），其中第一端与低压入口止回阀（161）联接，并且第二端与低压出口止回阀（162）联接，该低压出口止回阀（162）允许气体流出低压缸（160），但不流入低压缸（160）。第二导管（182）与低压端盖（163）中的第一导管（181）在止回阀（161、162）之间联接，具有通往低压腔室（164）的出口，所述出口允许气体在低压腔室（164）与第一导管（181）之间流动。低压端盖（163）通过拉杆（167）附接到低压缸（160）的低压适配器（155）。在一些变型中，低压缸（160）包括冷却夹套（165），该冷却夹套（165）被定位在低压缸（160）周围以降低低压缸（160）内的气体的温度。
密封件（185）周围的流体泄漏将向下流到密封件适配器（155）的内表面。通道（190）为所泄漏的流体提供通往泄漏检测器（300）的流动路径。如将参考图5更详细地描述的，所泄漏的流体通过通道（190）排出并且收集在液体缓冲管（301）中。当所泄漏的流体液位达到阈值时，开关（302）检测流体液位并且生成信号给控制器或逻辑装置。
高压缸（170）在图4中被更详细地示出。高压缸（170）类似于低压缸（160），并且包括被联接到高压杆（153）的另一端的高压活塞（176），该高压活塞（176）在高压缸（170）的高压端盖（173）与高压适配器（157）之间平移。高压腔室（174）限定在高压活塞（176）与高压端盖（173）之间。在本实施例中，高压端盖（173）包括高压入口止回阀（171），该高压入口止回阀（171）允许气体从低压缸（160）流入高压缸（170），但不流出高压缸（170）。高压端盖（173）还包括第一导管（191），其中第一端与高压入口止回阀（171）联接，并且第二端与高压出口止回阀（172）联接，该高压出口止回阀（172）允许气体流出高压缸（170），但不流入高压缸（170）。第二导管（192）与高压端盖（173）中的第一导管（191）在止回阀（171、172）之间联接，具有通往高压腔室（174）的出口，所述出口允许气体在高压腔室（174）与第一导管（191）之间流动。高压端盖（173）通过拉杆（177）附接到高压缸（170）的高压适配器（157）。虽然在所图示的实施例中示出了四个拉杆（177），但是可以使用任何其他合适数量的拉杆（177）。在一些变型中，高压缸（170）包括冷却夹套（175），该冷却夹套（175）被定位在高压缸（170）周围以降低高压缸（170）内的气体的温度。如上文所描述的，围绕杆（153）和密封件（195）泄漏的流体流向高压外壳（157）中的通道（193）。它穿过通道（193）并且到达流体泄漏检测器300，如上文参考低压缸所描述的。
还示出了用于操作增压器（140）的流动路径的示例。在所图示的实施例中，驱动器（156）可以由控制器（110）电致动，以朝着高压缸（170）向右平移驱动器（156），以从而通过低压杆（151）向右致动低压活塞（166）使其进入低压缸（160）。这可以通过入口管道（34）和低压入口止回阀（161）将气体从低压气体存储罐（32）以低压吸入低压缸（160）的低压气体腔室（164）。驱动器（156）然后可以由控制器（110）电致动，以在向左的相反方向上朝着低压缸（160）平移驱动器（156）。这可以在低压缸（160）中朝外向左致动低压活塞（166），以将低压气体腔室（164）中的气体压缩到中间压力，并且通过低压出口止回阀（162）将气体推出低压气体腔室（164）。然后，气体可以通过中间管道（169）和热交换器（168）行进到高压缸（170）。在向左致动低压活塞（166）时，高压活塞（176）也可以通过高压杆（153）被向左致动进入高压缸（170），以通过高压入口止回阀（171）将气体从中间管道（169）吸入高压缸（170）的高压气体腔室（174）。
驱动器（156）然后可以由控制器（110）电致动，以再次朝着高压缸（170）向右平移驱动器（156）。这可以再次向右致动低压活塞（166）使其进入低压缸（160），以将气体从低压气体存储罐（32）吸入低压缸（160）的低压气体腔室（164）。高压活塞（176）也可以通过高压杆（153）在高压缸（170）中朝外被向右平移，以将高压气体腔室（174）中的气体压缩至高压，并且通过高压出口止回阀（172）将气体推出高压气体腔室（174）并通过出口管道（38）将气体推至高压气体存储罐（36）。在所图示的实施例中，低压缸（160）、马达（150）和高压缸（170）沿着纵向轴线（A）对齐。因此，马达（150）被配置成经由杆（151、153）沿着纵向轴线（A）致动活塞（166、176）。活塞（156、166、176）可以继续循环，以从而从增压器（140）产生高压气体流。在一些变型中，增压器（140）可以将气体压力从大约100磅/平方英寸（psi）增加到大约7000磅/平方英寸，并且可以在大约0到大约50次循环每分钟之间操作，其中最高温度为大约300华氏度。例如，离开低压缸（160）的气体的压力可以是大约808磅/平方英寸，并且离开高压缸（170）的气体的压力可以是大约6795磅/平方英寸。鉴于本文中的教导，用于操作增压器（140）的又其他合适的配置对于本领域普通技术人员而言将是明显的。
现在参考图5，示出了根据本文中所描述的构思的流体泄漏检测器（300）的优选实施例。虽然可以使用其他部件，但是优选实施例使用竖直液体缓冲管（301），其包括液体净化管线（305）和电容式液位检测器（302）。在液体进入缓冲管（301）时，它填充所述缓冲管，直到达到由液体净化管线（305）限定的最大液位（306）为止。液位检测器（302）被定位或校准以检测液体何时达到最大液位（306）。液位检测器可以使用连接器307被供电和/或发送信号，连接器307可以是微型USB连接器或其他类似连接器。
在检测到流体时，液位检测器（302）向逻辑装置（303）发送信号，该逻辑装置（303）可以是与液位检测器（302）相关联的独立逻辑装置，或者可以是与增压器相关联的控制器的部分。逻辑装置（303）在接收到来自液位检测器（302）的信号时生成警报，所述警报被发送到增压器控制器和/或在增压器控制器处被显示，和/或可以被发送到与增压器系统通信的单独的控制系统（304）。诸如视觉或听觉指示器之类的其他指示器（308）也可以用于引起对警报状况的注意。
如本文中所使用的，最大可允许的泄漏是指被允许泄漏和累积在装置中的液体的最大体积，而最大可允许的液位（306）是相对于竖直液体缓冲管的底部的竖直高度。当液体达到最大液位（306）时，即达到了最大可允许泄漏。
电容式液位检测器（302）优选为电容式传感器/开关，其可以被设计成利用外部电源供电。取决于终端用户的应用，传感器可以设置为常闭或常开。电容式传感器检测频率被调整以精确地检测正在被检测的特定液体，并且电容式传感器被安装在液体缓冲管（301）上。管材料必须允许电容式传感器在无信号中断或减少的情况下检测管内部的液体。可以由用户基于可允许的泄漏量来调整传感器（302）在缓冲管（301）上的位置。如所描述的，液体累积在液体缓冲管（301）中。用户可以通过如下基于最大可允许的泄漏来调整最大可允许的液位（306）：在缓冲管（301）上物理地移动传感器（302），或者根据所使用的传感器的类型调谐传感器（302）。通过相对于缓冲管（301）物理地滑动净化管线（305）或者通过升高或降低管（301）的底部（309），净化管线（305）的位置也可以优选地由终端用户在液体缓冲管（301）上的最大可允许的液位（306）处进行调整。
如所描述的，当液体填充液体缓冲管（301）至最大可允许的液位（306）时，电容式传感器（302）触发。传感器触发器（302）将激活中继或发送信号，所述信号可以被连结到用于进一步分析的警报或中继系统或连结到装备控制系统。当传感器处于触发状况时，到达液体缓冲管（301）的附加流体将通过液体净化管线（305）离开。一旦液位被降低到低于最大可允许的液位（306），传感器（302）就将返回到其正常状况，并且警报/中继将被关闭。
虽然已经描述了电容式传感器，但是在不脱离本文中所描述的构思的范围的情况下，可以使用其他类型的传感器。可以检测达到预定液位的流体的任何传感器都可以用作可以检测容器中实际液位的传感器。此外，虽然液压和电致动泵已经被用作示例，但是本文中所描述的构思也可以应用于任何数量类型的泵，但是特别是其中致动器被浸没在油中的致动泵。
尽管已经详细地描述了本发明及其优点，但是应当理解到，在不脱离如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，本文可以进行各种改变、替换和变更。此外，本申请的范围不旨在限于本说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员从本发明的公开内容将容易领会的，根据本发明，可以利用当前存在的或以后将被开发的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤，所述过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤执行与本文中所描述的对应实施例基本上相同的功能或实现基本上相同的结果。因此，所附权利要求书旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在所附权利要求书的范围内。
