МНОГОНАСОСНАЯ СИСТЕМА С ПРОВЕРКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2022 года по МПК F04D13/08 

[0001] Миллионы домов в Соединенных Штатах Америки имеют подвал. Во многих из этих домов используется насосная система, которая работает из опускного колодца ниже основания подвала. Такая насосная система называется «опускной» насосной системой. Опускная насосная система предназначена для откачки воды, которая просочилась снаружи (например, из–за высокого уровня грунтовых вод, затопления или других видов протечек), и которая скопилась в опускном колодце подвала. Откачиваемая вода выводится наружу дома, что позволяет подвалу оставаться сухим.

[0002] Типичная существующая опускная насосная система питается от высоковольтной электросети, к которой подключены дома. Такие существующие насосные системы часто содержат один насос, который работает с постоянной скоростью откачки и имеет производительность, соответствующую ожидаемым наихудшим условиям затопления. Насос, как правило, активируется датчиком «высокого» уровня воды для откачки воды, скопившейся в опускном колодце, наружу. После активации насос останавливается при срабатывании датчика «низкого» уровня воды. Типичная существующая насосная система далее упоминается как «традиционная насосная система».

[0003] Если традиционная насосная система имеет недостаточную эффективность откачки для обработки большого объема воды, затапливающей дом, недостаточная эффективность откачки может привести к ущербу, причиненному водой. Подобным образом, в случае неожиданного отказа насоса или периода отключения электроэнергии насос вообще не будет работать, что также приведет к ущербу, причиненному водой. Такой ущерб, причиненный водой, обычно оценивается тысячами долларов на восстановление. Кроме того, в случае, когда скорость затопления является низкой, и насос не активируется в течение длительного периода времени, относительно застойная вода может начинать испускать затхлый и неприятный запах, что снижает качество жизни людей.

[0004] Объект, заявленный в настоящем документе, не ограничивается вариантами выполнения, которые устраняют какие–либо недостатки или работают только в таких средах, как описано выше. Наоборот, предпосылки создания изобретения приведены только для иллюстрации одной примерной области техники, в которой могут быть реализованы некоторые варианты выполнения, описанные в настоящем документе.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] По статистике при использовании традиционной насосной системы наиболее частой причиной серьезного ущерба, причиненного водой, является неожиданный отказ насоса, который приводит к затоплению подвала. Неожиданный отказ насоса является «ахиллесовой пятой» традиционной насосной системы, работающей с использованием одного насоса. Вторая наиболее частая причина значительного ущерба, причиненного водой, при использовании традиционной насосной системы связана с отключениями электроэнергии. Использование традиционной насосной системы также имеет другие потенциальные проблемы помимо ущерба, причиненного водой. Например, существует опасность поражения током высокого напряжения при затоплении.

[0006] Принципы, описанные в настоящем документе, содержат насосную систему из множества насосов меньшего размера, которая включает или выключают насосы с шагом в один насос для лучшего соответствия скорости затопления. Эта система смягчает серьезные последствия отказа насоса, поскольку в случае отказа какого–либо насоса имеются резервные насосы. Для снижения вероятности поражения током и зависимости от отключения электроэнергии варианты выполнения насосной системы преобразуют питание переменного тока высокого напряжения (например, более 100 Вольт) в питание постоянного тока низкого напряжения (например, менее 72 Вольт), а затем временно накапливают энергию в накопителе энергии. Накопитель энергии постоянного тока подает питание постоянного тока низкого напряжения для насосной системы наряду с питанием от электросети, которое преобразуется в зарядное питание постоянного тока. Во время отключения питания от электросети накопитель может самостоятельно обеспечивать необходимое аварийное питание насосной системы (например, как ИБП, но без инвертора) в течение расчетного периода времени (например, шести часов). Таким образом, предложенная концепция конструкции не только обеспечивает питание для откачки во время отключения питания от электросети; но также снижает вероятность поражения током высокого напряжения в случае затопления подвала.

[0007] В вариантах выполнения, описанных в настоящем документе, также может использоваться регулятор для регулировки зарядки и разрядки накопителя. Как описано ниже, устройство проверки системы может выполнять плановую периодическую проверку функций системы в соответствии с разработанной процедурой и использует устройство связи для передачи результатов с целью предотвращения затопления из–за неожиданного отказа насоса. Предложенные устройства проверки системы и связи также могут отслеживать/обнаруживать в режиме реального времени и передавать соответствующие сообщения при возникновении важных событий. Такие события могут включать в себя отказ насоса во время нормальной работы, отключение и восстановление питания от электросети, скорость притока воды, превышающая производительность насосной системы, и т.д. Когда происходят такие события, сообщения передаются человеку или людям (указанным владельцем) по каналам (также указанным владельцем), так что они могут оценить какие действия следует предпринять для минимизации будущих последствий. Например, человек может быстро направиться в дом, чтобы предотвратить ущерб, причиненный водой, на ранней стадии.

[0008] Принципы, описанные в настоящем документе, также позволяют устранить по меньшей мере два других недостатка традиционной конструкции насосной системы. Во–первых, один большой насос выполнен с возможностью работы с постоянной скоростью откачки, позволяющей справляться с наибольшим ожидаемым притоком воды. В результате при нормальной скорости затопления происходит периодическое короткое импульсное действие запуска и последующей остановки откачки, что может сокращать срок службы двигателя, а также расходует много электроэнергии. Система, описанная в настоящем документе, включает или выключает насосы небольшого размера по одному с шагом в один насос для лучшего соответствия скорости затопления, что обеспечивает гораздо более эффективную работу двигателя. Во–вторых, один большой насос не обеспечен резервной мощностью откачки, позволяющей справляться со скоростью затопления, превышающей максимальную расчетную скорость затопления. Даже если скорость затопления превышает скорость откачки всего на 10% в течение короткого периода времени; это тем не менее может привести к ущербу, причиненному водой. Система, описанная в настоящем документе, может иметь общую максимальную скорость откачки, которая равна или превышает производительность одного насоса традиционной насосной системы, с добавлением по меньшей мере одного насоса в качестве «запаса» системы; в результате чего обеспечивается более высокая производительность.

[0009] Это краткое описание обеспечено для представления выбора концепций в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Данный раздел не предназначен для определения ключевых или существенных признаков заявленного объекта, и не предназначен для использования при определении объема заявленного объекта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Для описания того, каким образом могут быть получены вышеуказанные и другие преимущества и признаки, будет приведено более конкретное описание различных вариантов выполнения со ссылкой на приложенные чертежи. С пониманием того, что эти чертежи иллюстрируют лишь примерные варианты выполнения и, следовательно, не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения, варианты выполнения будут описаны и объяснены с дополнительной конкретизацией и детализацией путем использования сопровождающих чертежей, на которых:

[0011] Фигура 1A схематически иллюстрирует традиционную насосную систему;

[0012] Фигура 1B схематически иллюстрирует вариант выполнения насосной системы в соответствии с принципами, описанными в настоящем документе, и может сравниваться с Фигурой 1A для демонстрации новых различий;

[0013] Фигура 2 схематически иллюстрирует узел, который включает в себя датчики уровня воды и соответствующий переключатель, и который может работать в насосной системе, показанной на Фигуре 1B;

[0014] Фигура 3 иллюстрирует блок–схему способа проверки работы насосов в соответствии с принципами, описанными в настоящем документе; и

[0015] Фигура 4 иллюстрирует блок–схему способа проверки накопителя энергии в соответствии с принципами, описанными в настоящем документе;

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0016] Первый раздел: Традиционные насосные системы

[0017] По статистике при использовании традиционной насосной системы наиболее частой причиной серьезного ущерба, причиненного водой, является неожиданный отказ насоса, который приводит к затоплению подвала. Неожиданный отказ насоса является «ахиллесовой пятой» традиционной насосной системы, работающей с использованием одного насоса. Вторая наиболее частая причина значительного ущерба, причиняемого водой, при использовании традиционной насосной системы связана с отключениями электроэнергии. Использование традиционной насосной системы также имеет другие потенциальные проблемы помимо ущерба, причиненного водой. Например, существует опасность поражения током высокого напряжения при затоплении.

[0018] Фигура 1A схематически иллюстрирует традиционную насосную систему 1000A. В отличие от этого Фигура 1B схематически иллюстрирует вариант выполнения насосной системы 1000B в соответствии с принципами, описанными в настоящем документе. Как проиллюстрировано на Фигуре 1A, традиционная насосная система 1000A включает в себя (1) подсистему 1100A подачи питания (или «подсистему подачи энергии») для подачи электропитания переменного тока от источника питания высокого напряжения; (2) подсистему 1200A насоса для воды, состоящую из одного насоса 1201A для воды с питанием переменным током для откачки воды из опускного колодца; (3) регулятор 1300A системы, состоящий из одного узла 1311W датчиков уровня воды, в котором обеспечена встроенная пара датчиков 1311H и 1311L высокого/низкого уровня воды; и (4) подсистему 1400A переключателя питания, состоящую из одного переключателя 1411A насоса.

[0019] Подсистема 1100A подачи электропитания переменного тока соединена через переключатель 1411A насоса с насосом 1201A переменного тока. Переключатель 1411A активируется датчиком 1311H высокого уровня воды для включения подачи электропитания для приведения в действие насоса 1201A; и деактивируется датчиком 1311L низкого уровня воды для выключения подачи электропитания для остановки насоса 1201A.

[0020] Как правило, насос 1201A для воды питается переменным током высокого напряжения от электросети. Узел 1311W датчиков уровня воды зачастую представляет собой поплавково–пружинное устройство, которое использует плавучесть в воде для определения уровня воды. Когда вода достигает положения поплавка, вес поплавка уменьшается за счет плавучести в воде; когда уровень воды опускается ниже положения поплавка, поплавок принимает свой нормальный вес. Эта разница в весе активирует пружину и генерирует разные сигналы высокого/низкого уровня, которые включают или выключают переключатель 1411A.

[0021] Как правило, один узел содержит переключатель 1411A и датчики 1311W уровня воды в виде объединенного блока и в уровне техники называется узлом «переключателя для управления насосом»; а в настоящем документе упоминается как «узел» или «узловой модуль». В данном контексте узловой модуль обозначен теми же ссылочными позициями, что и датчик уровня воды на каждой из Фигур 1A и 1B. Соответственно, в настоящем документе датчик уровня воды (или обозначенный той же ссылочной позицией узловой модуль) также может передавать сигналы управления, если не указано иное. В качестве примера «узел», который объединяет переключатель 1411A и датчик 1311W уровня воды, обозначен той же ссылочной позицией, что и узел 1311W; и также может передавать сигналы для управления функциями, показанными на Фигуре 1A. Подобным образом, узлы, которые соответственно объединяют переключатели 1311W, 1312W и 1313W на Фигуре 1B, могут передавать сигналы для управления функциями соответствующих насосов 1201B, 1202 и 1203 соответственно на Фигуре 1B.

[0022] Еще раз повторим, что в традиционных насосных конструкциях используется питание переменного тока для приведения в действие одного большого насоса под управлением узла переключателя для управления одним насосом. Когда уровень воды достигает высокого уровня, узел включает переключатель и подает питание переменного тока для приведения в действие насоса для откачки воды. Когда уровень воды опускается до низкого уровня, узел выключает питание насоса для остановки откачки воды. Таким образом, любое неожиданное отключение питания от электросети, или отказ узла, или отказ насоса может привести к затоплению подвала; значительному ущербу, и возможности поражения током высокого напряжения.

[0023] Второй раздел: насосная система в соответствии с принципами, описанными в настоящем документе

[0024] В качестве варианта выполнения, проиллюстрированного на Фигуре 1B, насосные системы 1000B для воды, которые реализуют принципы, описанные в настоящем документе, включают в себя подсистему 1100B подачи питания, которая в отличие от традиционной насосной системы 1000A подает электропитание низкого напряжения (например, 36 Вольт постоянного тока). Кроме того, в отличие от традиционной насосной системы подсистема 1100B подачи питания также включает в себя накопитель 1102 энергии. Также в отличие от традиционной насосной системы насосная система 1000B для воды включает в себя подсистему 1201A насосов для воды, которая включает в себя множество насосов для воды (три насоса 1201B, 1202 и 1203 в проиллюстрированном примере) для откачки воды из колодца. Насосная система 1000B для воды дополнительно включает в себя подсистему 1300B регуляторов для регулировки функций управления насосной системы. Насосная система 1000B для воды дополнительно включает в себя группы 1400B переключателей, состоящие из групп переключателей. Каждый переключатель может активироваться для включения или выключения электропитания, которое подается в конкретный модуль при необходимости.

[0025] Насосная система 1000B для воды также включает в себя подсистему 1500 устройства проверки/отслеживания для выполнения плановой функциональной проверки и отслеживания конкретных отдельных подсистем или модулей; подсистему 1600 клапанов (или «регулятор подачи воды») для включения/выключения подачи свежей воды через группу клапанов в ходе процедуры проверки и промывки системы; модуль 1700 связи для обеспечения надлежащей связи с заинтересованными людьми; преобразователь 1800 переменного тока в постоянный ток для преобразования питания переменного тока для зарядки накопителя 1102; и регулятор 1900 зарядки/разрядки для регулировки зарядки и разрядки накопителя энергии в подсистеме 1100 подачи питания. Функции вышеуказанных подсистем, устройств, компонентов и модулей будут описаны ниже.

[0026] Вместо разработки и обеспечения только одного большого насоса 1201A, как в традиционной насосной системе, принципы, описанные в настоящем документе, предполагают использование множества насосов меньшего размера (скажем, 1201B, 1202 и 1203, как показано на Фигуре 1B). Следует отметить, что насос 1201B насосной системы 1000B для воды отличается (например, имеет меньший размер и/или питается постоянным током) от одного насоса 1201A традиционной насосной системы 1000A, и поэтому обозначен другой ссылочной позицией. Маршруты подачи питания для этих насосов регулируются группой узлов 1311W, 1312W и 1313W переключателей для управления насосами (или «узлов») соответственно. Предполагается, что общая максимальная производительность множества насосов небольшого размера равна или немного превышает ожидаемую наибольшую скорость притока, и к ним добавлен по меньшей мере один дополнительный насос в качестве «запасного» насоса (насосов) для смягчения последствий отказа насоса, который может произойти во время работы, или других неожиданных ситуаций. В варианте выполнения, проиллюстрированном на Фигуре 1B, общая производительность насосов 1201B и 1202 равна или превышает мощность ожидаемой наибольшей скорости притока; при этом насос 1203 представляет собой «запасной» насос.

[0027] Фигура 1B иллюстрирует предложенную многонасосную систему 1000B с тремя насосами меньшего размера и дополнительными устройствами 1500 и 1700, которые отсутствуют в традиционной насосной системе, проиллюстрированной на Фигуре 1A. Как описано выше, неожиданный отказ насоса является «ахиллесовой пятой» традиционной насосной системы 1100A, которая работает с использованием одного насоса 1201A. В соответствии с многонасосной системой, описанной в настоящем документе, последствия ожидаемого отказа одного насоса, безусловно, гораздо меньше, чем в случае традиционных конструкций насосной системы; особенно при наличии дополнительного запасного насоса. Тем не менее, добавление устройств подсистемы 1500 проверки/отслеживания системы и подсистемы 1700 связи может еще больше снизить последствия неожиданного отказа одного насоса. Таким образом, многонасосная система, описанная в настоящем документе, явно улучшает состояние уровня техники.

[0028] Подсистема 1300B регулятора содержит датчики, которые включают в себя датчик 1310G для обнаружения отключения и восстановления питания от электросети. Регулятор 1300B также включает в себя группу 1310W узлов определения уровня (например, датчиков 1311W, 1312W, 1313W и т.д.). Эти узлы 1310W определения уровня расположены так, чтобы обнаруживать уровень воды и в связи с этим упоминаются в настоящем документе как «датчики уровня воды». В каждый из этих узлов определения уровня могут быть встроены переключатель и пара датчиков высокого/низкого уровня воды. В качестве примеров узел 1311W может иметь встроенные переключатель 1411B и датчики 1311H и 1311L высокого/низкого уровня воды, которые управляют подачей питания насосу 1201B. Узел 1312W может иметь встроенные переключатель 1412 и датчики 1312H и 1312L высокого/низкого уровня воды, которые управляют подачей питания насосу 1202. Подобным образом, узел 1313W может иметь встроенные переключатель 1413 и датчики 1313H и 1313L высокого/низкого уровня воды, которые управляют подачей питания насосу 1203. Это относится ко всем насосам, которые могут быть обеспечены в многонасосной системе 1000B. Подсистема 1300B регулятора также включает в себя узел 13SC1 проверки системы, который включает в себя два датчика 1361F и 1362F расхода и датчик 13SCH высокого уровня.

[0029] Принцип работы этих узлов может быть таким же, как у узла поплавково–пружинного переключателя, описанного в предыдущем разделе (в первом разделе). Таким образом, эти узлы (1311W, 1312W, 1313W и т.п.) также могут передавать сигналы уровня воды устройствам управления для выполнения разработанных функций управления. Фигура 2 иллюстрирует узел 1311W, который состоит из датчиков 1311H, 1311L высокого/низкого уровня воды, и узел 1411B, который также может передавать сигналы управления. Узлы 1312W и 1313W могут иметь аналогичную конструкцию, причем каждый из них содержит свои датчики высокого/низкого уровня воды и переключатель соответственно.

[0030] Например, когда скорость затопления увеличивается, так что уровень воды достигает датчика 1311H высокого уровня воды; датчик активирует переключатель 1411B для включения электропитания для приведения в действие насоса 1201B. Когда уровень воды дополнительно увеличивается, достигая другого датчика 1312H высокого уровня воды (расположенного выше первого датчика 1311H высокого уровня воды), датчик 1312H дополнительно активирует переключатель 1412 для включения электропитания для приведения в действие насоса 1202 (в дополнение к насосу 1201B, приведенному в действие переключателем 1411). Когда общая скорость откачки и затопления приводит к снижению уровня воды; и уровень воды опускается ниже датчика 1312L, но выше датчика 1311H, датчик 1312L активирует переключатель 1412 для выключения насоса 1202; но датчик 1311H может по–прежнему поддерживать работу насоса 1201B.

[0031] Как описано, конструкция варианта выполнения, показанного на Фигуре 1B, оборудована тремя узлами (1311W, 1312W, и 1313W) для управления тремя насосами (1201B, 1202 и 1203), которые могут включаться/выключаться для лучшего соответствия скорости затопления, чтобы надлежащим образом справляться с ожидаемой максимальной скоростью затопления (насос 1201B плюс насос 1202); а также имеет по меньшей мере еще один запасной насос (насос 1203) в целях, описанных выше.

[0032] Третий раздел: проверка системы

[0033] По определенному графику регулятор 1300B системы выполняет проверку системы. В определенное запланированное время проверки регулятор 1300B активирует модуль 1530 проверки системы в качестве координатора проверки системы. Затем модуль 1530 проверки системы передает сигнал для активации устройства 1700 связи, чтобы зарегистрировать эту активацию, в модуль 1701 хранения записей, и активирует устройство 1533 проверки/отслеживания системы для выполнения плановой проверки системы. После завершения проверки системы устройство 1530 координации активирует компонент 1702 передачи сообщений для передачи готового отчета о проверке.

[0034] В качестве примера, когда проверка системы показывает нормальную работу, готовый отчет о проверке может быть следующим «Насосная система для воды [имя или адрес] выполнила плановую проверку системы [гг/мм/дд/чч] (год, месяц, день и час). Результаты следующие: Все подсистемы находятся в нормальном состоянии». В качестве другого примера, когда проверка системы показывает, что насос 1202 и/или связанный с ним узел управления работает не надлежащим образом, готовый отчет о проверке может быть следующим «Тревога!! Проверка насосной системы для воды [имя или адрес] сообщает о следующей неисправности (неисправностях): насос 1202 не работает». В качестве еще одного примера, когда проверка системы не завершилась в запланированное время, готовый отчет о проверке может быть следующим «Тревога!! Проверка насосной системы для воды [имя или адрес] не выполнила плановую проверку системы».

[0035] Четвертый раздел: процедура проверки насосов

[0036] Так как надежность каждой подсистемы может сильно отличаться, проверки подсистем могут выполняться с разной частотой. Например, проверка подсистемы насосов может выполняться раз в полгода, тогда как проверка накопителя энергии может выполняться каждый сезон. Также скорость подачи потока свежей воды может регулироваться так, чтобы скорость потока была меньше, чем расчетная наибольшая скорость затопления (например, меньше, чем общая производительность откачки насосов 1201B и 1202).

[0037] Во время проверки насосов подсистема 1500 проверки и отслеживания активирует устройство 1530 координации проверки (показанное на Фигуре 2) для координации проверки насосов. В качестве начальной точки подсистема 1500 записывает рабочее состояние системы в модуль 1701 хранения записей. Например, в начальном состоянии проверки насосов насос 1201B работает, а насосы 1202 и 1203 не работают. Устройство 1530 поддерживает рабочее состояние системы как есть; и начинает выполнять процедуру проверки насосов. В конце проверки насосов подсистема 1500 возвращается в начальное рабочее состояние. Следующая операция проверки предполагает, что начальное состояние является таким же, как указано выше (т.е. насос 1201B работает, а насосы 1202 и 1203 не работают).

[0038] Фигура 3 иллюстрирует блок–схему способа 300 проверки работы насосов в соответствии с принципами, описанными в настоящем документе. Как показано, на начальном этапе 301 (т.е. на этапе подачи свежей воды) координатор 1530 проверки системы активирует регулятор 1600 подачи свежей воды для подачи свежей воды через набор последовательно соединенных клапанов 1601 и 1602, которые соответственно находятся под управлением переключателей 1460 подачи, которые включают в себя переключатели 1461 и 1462. В начальном состоянии клапан 1601 закрыт, а клапан 1602 открыт. Регулятор 1600 подачи воды активирует клапан 1601 для открытия клапана, так что свежая вода может проходить через клапан 1601 (определяется датчиком 1361F расхода) и клапан 1602 (определяется датчиком 1362F расхода) в колодец. Сигналы клапанов 1601 и 1602, через которые проходит вода, передаются датчиками 1361F и 1362F расхода узла 13SC1 координатору 1530 и записываются модулем 1701 хранения записей с указанием, что клапаны подачи воды открыты надлежащим образом. Датчики расхода воды доступны на рынке. Например, они используются в воспламенительном устройстве, активируемом расходом, в водонагревателях или в душевых электронагревателях, активируемых расходом.

[0039] После этого уровень воды может увеличиваться, достигая расчетного уровня воды (уровень SC1H в узле 13SC1). Уровень SC1H выше, чем наибольший уровень узла управления насосом (уровень 1313H в варианте выполнения, показанном на Фигуре 1B). Узел 13SC1 передает сигнал координатору 1530, когда уровень воды достигает уровня SC1H, в результате чего событие записывается модулем 1701 хранения записей, что указывает, что этап 301 подачи был выполнен и завершен. Затем координатор 1530 выполняет этап 302 (этап отключения подачи воды).

[0040] Как показано на этапе 302, регулятор 1600 подачи воды активирует клапан 1602 для закрытия, так что свежая вода не может проходить через клапан 1602. Последующее отсутствие расхода определяется датчиком 1362F расхода, а затем последующий сигнал об отключении подачи воды передается в регулятор 1600 подачи воды. Затем регулятор 1600 подачи воды активирует клапан 1601 для закрытия. Когда клапан 1601 полностью закрыт, и сигнал передан в регулятор 1600 подачи воды, регулятор 1600 подачи воды активирует клапан 1602 для повторного открытия. Если клапан 1601 закрыт, а клапан 1602 снова открыт, то в течение короткого периода некоторый расход воды будет обнаруживаться датчиком 1362F расхода, но не датчиком 1361F расхода. Однако после соответствующей задержки датчики 1361F и 1362F расхода воды не обнаруживают расход свежей воды через клапаны 1601 и 1602.

[0041] Этот этап 302 позволяет определить, работают ли клапаны надлежащим образом или нет. Когда регулятор 1600 подачи определяет, что клапаны 1601 и 1602 возвращаются в свое начальное состояние (клапан 1601 закрыт, а клапан 1602 открыт), а также, что вода не проходит через клапаны, координатору 1530 передается сигнал «ОК», указывающий, что клапаны 1601 и 1602 закрываются и открываются надлежащим образом соответственно.

[0042] Этапы 301 и 302 выполняют подачу воды и отключение воды не только в целях проверки насосов, но также в целях проверки клапанов для предотвращения отказа клапанов подачи свежей воды, который также может привести к затоплению подвала. Любой отказ клапана обнаруживается, и о нем сообщается до потенциального выхода из строя какого–либо из двух клапанов. Ручной клапан на источнике подачи может перекрывать поток воды в случае необходимости ремонта клапана. Координатор 1530 записывает завершение этапа 302 в модуль 1701 хранения записей; и активирует этап 303.

[0043] Как показано на этапе 303, работа насосов проверяется для всех насосов. Координатор 1530 включает все насосы (1203, 1202 и 1201B) с помощью их узлов управления; в частности, 1313H для 1313W, 1312H для 1312W и 1311H для 1311W. Уровень воды со временем снижается, достигая уровня 1313L, для выключения насоса 1203. Затем уровень воды со временем снижается, достигая уровня 1312L, для выключения насоса 1202, если насос 1202 не работал в начальном состоянии. Затем уровень воды со временем снижается, достигая уровня 1311L, для выключения насоса 1201B, если насос 1201B не работал в начальном состоянии. Когда насосы активируются один за одним узлами управления для откачки воды и выключаются один за одним узлами управления для возврата в начальное состояние, описанное выше, координатор 1530 может сделать вывод, что насосы и узлы управления работают надлежащим образом. Координатор 1530 записывает завершение этапа 303 в модуль 1701 хранения записей; и переходит к этапу 304. В качестве альтернативного варианта выполнения можно непосредственно оборудовать каждый насос одним датчиком расхода для определения, работает ли каждый насос и его узел управления надлежащим образом или нет.

[0044] Как показано на этапе 304, выполняют анализ подсистемы насосов, и передают отчет. Координатор 1530 проверки системы активирует анализатор 1510 проверки системы для анализа насосов на основе записей, сделанных на этапах с 301 по 303. На основе этого анализа анализатор 1510 делает вывод о том, работают ли насосы надлежащим образом, и заполняет предусмотренный табличный отчет. После завершения анализатор передает сигнал координатору 1530 для активации модуля 1702 передачи сообщений для передачи отчета всем заинтересованным людям с помощью заданных средств, например, по электронной почте, в Twitter или в телефонных сообщениях.

[0045] Пятый раздел: проверка накопителя энергии

[0046] Когда наступает время плановой проверки накопителя энергии, регулятор 1300 системы активирует координатор 1530 проверки системы для выполнения проверки в соответствии с последовательной блок–схемой, проиллюстрированной на Фигуре 4.

[0047] Как показано на этапе 401, выключают питание зарядки постоянного тока от преобразователя переменного тока в постоянный ток. Как показано на этапе 402, подают свежую воду в соответствии с этапом 301 проверки насосов, описанным выше. Другими словами, свежую воду подают через клапаны 1601 и 1602 (которые снова находятся под управлением соответствующих переключателей 1461 и 1462), так что уровень воды активирует по меньшей мере два из насосов 1201B, 1202 и 1203. Затем подачу воды отключают в соответствии с процедурой, описанной выше в отношении этапа 302 проверки насосов. После того, как накопитель энергии подает питание для откачки для трех насосов в течение около часа, или после того, как уровень воды достигает 13SC1H, насос (насосы) продолжает работать еще час прежде, чем перейти к следующему этапу 403.

[0048] Как показано на этапе 403, координатор 1530 активирует регулятор 1910 для измерения напряжения на клеммах и определения, превышает ли уровень накопления энергии 60%. Если он превышает 60%, накопитель работает надлежащим образом. Если он составляет менее 60%, накопитель необходимо заменить новым накопителем примерно через один–три месяца.

[0049] Регулятор 1900 зарядки/разрядки выполнен надежным образом и непрерывно отслеживается модулем 1520 отслеживания. Соответственно, в некоторых вариантах выполнения регулятор зарядки/разрядки не проверяется. Другие подсистемы представляют собой имеющиеся на рынке блоки, в том числе преобразователь переменного тока в постоянный ток. Они должны обслуживаться и проверяться в соответствии с инструкциями, указанными в руководстве пользователя. Таким образом, они не включены в указанную проверку системы в соответствии с настоящим изобретением.

[0050] Шестой раздел: отслеживание системы

[0051] Заявленные устройства 1500, 1700 проверки системы и связи могут выполнять не только плановые проверки системы и составление отчетов, но также могут выполнять проверки в режиме реального времени и передавать соответствующие сообщения при обнаружении важных событий (например, отказа насоса во время нормальной работы, отключения питания от электросети, скорости притока воды, превышающей максимальную производительность насосной системы) по списку телефонных номеров, указанных владельцем. Соответственно, человек, получивший сообщение, может оценить, какие действия следует предпринять для смягчения предстоящих последствий (например, быстро направиться в дом, чтобы предотвратить ущерб, причиненный водой, на ранней стадии; или не предпринимать немедленных действий, но запросить помощь в ремонте или замене через месяц; или другое действие).

[0052] Например, модуль 1310G может отслеживать и сообщать об отключении и восстановлении питания от электросети в режиме реального времени. В связи с этим люди, указанные владельцем, принимают эту информацию по каналам, указанным владельцем. Насосы также отслеживаются в режиме реального времени. При возникновении отказа какого–либо насоса, об этом сообщается людям, указанным владельцем, по каналам связи, указанным владельцем. Узел 13OF1 определения уровня воды расположен вблизи и выше уровня узла 13SC1; так что в случае аномальной скорости затопления колодца это обнаруживается и сообщается людям, указанным владельцем, по каналам связи, указанным владельцем.

[0053] Для устранения проблемы неприятных запахов, исходящих от застойной воды в опускном колодце, как указано в разделе с предпосылками создания изобретения, автоматический регулятор 1350 промывки водой периодически промывает опускной колодец с использованием таймера. Когда насосы не работают, таймер отсчитывает заданный период времени. Если заданный период времени наступает после последнего запуска насоса, запускается промывка. Для предотвращения растрачивания свежей воды график промывок может быть согласован с графиками проверки системы. Например, когда регулятор принимает решение о промывке опускного колодца, проверка системы выполняет проверку насосов. После выполнения каждой проверки системы таймер регулятора 1350 должен сбрасываться для начала отсчета.

[0054] Седьмой раздел: другие преимущества

[0055] Предложенные в настоящем документе принципы также могут устранить по меньшей мере два других недостатка традиционной конструкции насосной системы. Во–первых, в традиционной насосной системе один большой насос выполнен с возможностью работы с постоянной скоростью откачки, чтобы справляться с редко возникающими условиями максимального ожидаемого притока воды. В результате во время обычного нормального затопления фактически происходит периодическое короткое импульсное действие запуска и последующей остановки двигателя, что сокращает срок службы двигателя, а также расходует много электроэнергии. С другой стороны, предложенная конструкция включает/выключает дополнительные насосы небольшого размера для лучшего соответствия скорости затопления. Во–вторых, один насос традиционной конструкции зачастую не обеспечен резервной производительностью, позволяющей справляться со скоростью притока, превышающей максимальную расчетную скорость (скажем, 36 галлонов в минуту). В отличие от этого принципы, описанные в настоящем документе, предполагают обеспечение общей максимальной скорости откачки (скажем, 18 галлонов в минуту для каждого насоса, всего 54 галлона в минуту), что по существу превышает производительность одного насоса; а также обеспечение встроенного запасного насоса.

[0056] Восьмой раздел: улучшение других подсистем

[0057] Для улучшения подсистемы 1100 подачи питания, показанной на Фигуре 1B, преобразователь 1800 преобразует переменный ток высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения, который временно накапливается в накопителе 1102 энергии. При нормальном питании от электросети совокупное питание постоянного тока от преобразователя и накопителя приводит в действие насосную систему, включающую в себя насосы 1201, 1202 и 1203 постоянного тока. При отсутствии питания от электросети только накопитель энергии непосредственно обеспечивает питание системы постоянным током низкого напряжения в течение расчетного периода времени (инвертор не требуется).

[0058] Подсистема подачи питания работает со встроенными датчиками для проверки самой системы в режиме реального времени; и уровень заряда накопителя также регулярно проверяется координатором 1530 проверки системы, описанным выше. В связи с этим во время отключения питания от электросети может обеспечиваться уровень заряда накопителя энергии типа ИБП.

[0059] Принципы, описанные в настоящем документе, предполагают, что преобразователь 1800 приобретен на коммерческом рынке; сертифицирован по технической безопасности (UL и CE) и выполнен водонепроницаемым; или может быть размещен в месте, не подверженном воздействию воды. Предполагается, что все другие подсистемы, устройства, модули и двигатели работают от питания постоянного тока низкого напряжения. Таким образом, может быть обеспечена безопасность в отношении смертельного поражения током от насосной системы, а также ее накопителя энергии типа ИБП.

[0060] Для улучшения подсистемы 1200 насосов для воды, показанной на Фигуре 1B, множество насосов 120B, 1202 и 1203 меньшего размера может питаться постоянным током низкого напряжения (скажем, 36, 24 или 12 Вольт), которые не представляют опасности поражения током. Двигатели насосов представляют собой двигатели постоянного тока, например, простой бесщеточный двигатель постоянного тока или бесщеточный двигатель постоянного тока с частотным регулированием.

[0061] Насосы для воды могут быть установлены на дне колодца на одной высоте; или могут быть установлены в колодце на разной высоте; или могут быть установлены над колодцем. Насосы для воды будут активироваться датчиками 1310W уровня воды для запуска/остановки откачки воды. Например, насос 1201B для воды активируется датчиком 1311H уровня воды для запуска откачки воды и активируется датчиком 1311L уровня воды для остановки откачки; насос 1202 для воды активируется датчиком 1312H уровня воды для запуска откачки воды и активируется датчиком 1312L уровня воды для остановки откачки; и т.д. В другом варианте выполнения, когда насосы установлены на одной высоте или над колодцем, датчики уровня воды могут передавать свои сигналы в устройство 1310W; и устройство 1310W может быть выполнено с возможностью определения, какой насос следует включить или выключить.

[0062] Среди разработанных функций устройство 1500 проверки системы может выполнять периодическую проверку системы в отношении всех резервных функций в соответствии с разработанной процедурой. Устройства 1300B и 1500 в сочетании также могут отслеживать рабочие функции системы в режиме реального времени; в том числе подается ли питание от электросети или отключено, подает ли преобразователь питание постоянного тока или нет, вышел ли насос из строя во время работы или нет, и т.д. Устройство 1700 связи может передавать эти результаты посредством соответствующих сообщений в соответствующее время соответствующим людям.

[0063] Устройство 1900 выполнено с возможностью соответствующей регулировки зарядки ИБП путем преобразования питания от электросети и подачи питания насосной системе. В качестве примера, когда уровень накопления энергии в накопителе энергии достигает или превышает 95%, регулятор 1360 останавливает зарядку до тех пор, пока уровень накопления энергии в накопителе энергии не снизится до 75% или ниже, после чего регулятор 1900 снова обеспечивает зарядку. С другой стороны, когда уровень накопления энергии в накопителе энергии опускается до 5% или ниже, регулятор 1900 останавливает разрядку; до тех пор, пока заряд не будет восстановлен до уровня 15% накопления энергии или выше, после чего регулятор 1900 снова обеспечивает разрядку. Таким образом, регулятор предотвращает чрезмерную зарядку и полную разрядку аккумулятора; так что аккумуляторы накопителя хорошо защищены для гарантии расчетного срока службы.

[0064] Все электронные сигналы между датчиками, регуляторами и переключателями могут передаваться по стандартным промышленным электронным кабелям связи или посредством беспроводной передачи, например, bluetooth; или могут быть переведены в оптические сигналы с использованием оптического кабеля для взаимной связи между этими устройствами.

[0065] Девятый раздел: заключение

[0066] Подводя итог, можно сказать, что принципы, описанные в настоящем документе, предполагают использование множества насосов меньшего размера в насосной подсистеме 1200B вместо конструкции с одним большим насосом, как в традиционной насосной системе. Принципы, описанные в настоящем документе, добавляют устройство 1500 проверки системы для отслеживания в режиме реального времени и периодической проверки всех функций системы. Принципы, описанные в настоящем документе, также добавляют устройство 1700 связи для передачи сообщений людям, указанным владельцем, по каналам связи, указанным владельцем, либо в случае результатов периодической проверки, либо в случае возникновения важного события.

[0067] Принципы, описанные в настоящем документе, дополнительно предполагают, что общая производительность насосов меньшего размера превышает производительность при ожидаемом наихудшем сценарии; и предпочтительно добавляют еще один насос в качестве запасного. В связи с этим при нормальном питании от электросети практически отсутствует вероятность повреждения подвала водой.

[0068] Как описано выше, для выполнения проверки функций системы и промывки опускного колодца принципы, описанные в настоящем документе, дополнительно предполагают обеспечение набора клапанов и регулятора 1601, 1602 и 1600 подачи свежей воды. Регулятор 1600 подачи свежей воды подает заданное количество свежей воды через набор 1601 и 1602 клапанов подачи для заполнения опускного колодца до заданного положения SC1H датчика уровня воды, а затем закрывает клапан; так что датчики уровня воды могут активировать все насосы, которые запланированы. За счет отслеживания сигналов датчиков и включения/выключения каждого насоса для воды устройство 1500 проверки системы может собирать все важные данные для определения, работает подсистема или нет. Результаты проверки системы, описанные выше, могут передаваться посредством устройства 1700 связи соответствующим людям. Следует отметить, что клапан 1600 подачи выполнен с возможностью обеспечения по меньшей мере двух клапанов 1601 и 1602 подачи, соединенных последовательно, так что подача воды может быть прекращена даже при выходе из строя одного клапана; что предотвращает затопление подвала из–за неисправности клапана. Сообщение о неисправности клапана также будет передано.

[0069] Принципы, описанные в настоящем документе, дополнительно предполагают преобразование питания переменного тока высокого напряжения в питание постоянного тока низкого напряжения, а также временное накопление энергии постоянного тока в накопителе энергии; так что насосная система может работать от постоянного тока низкого напряжения. Расчетная емкость накопителя энергии должна обеспечивать работу системы в течение требуемого периода времени. Следовательно, принципы, описанные в настоящем документе, предполагают использование насосов постоянного тока низкого напряжения в подсистеме насосов для реализации вариантов выполнения без инвертора.

[0070] Принципы дополнительно предполагают, что преобразователь, который преобразует питание переменного тока высокого напряжения в питание постоянного тока низкого напряжения; либо расположен в месте, не подверженном затоплению, либо должен иметь водонепроницаемую конструкцию. Таким образом, это может обеспечивать не только безопасность системы и отсутствие вероятности поражения током высокого напряжения, но также обеспечивает надежную подачу энергии от ИБП для поддержания функции откачки во время отключения питания от электросети.

[0071] Также встроен регулятор зарядки/разрядки; не только для регулировки надлежащей зарядки и разрядки накопителя, но также для обеспечения поддержания уровня накопления энергии в накопителе выше заданного уровня. Это не только обеспечивает возможность подачи энергии во время отключения питания от электросети, но также обеспечивает долгий срок службы аккумуляторов.

[0072] Как указано выше, при реализации принципов, описанных в настоящем документе, практически отсутствует вероятность повреждения водой либо при нормальной подаче питания от электросети, либо в случае отключения питания от электросети. Дополнительные преимущества реализации принципов, описанных в настоящем документе, включают в себя снижение вероятности смертельного поражения током высокого напряжения и уменьшение выделения запахов из–за застойной воды. Следует отметить, что выражение «колодец», используемое в настоящем документе, покрывает все колодцы, в том числе подвальный опускной колодец, описанный выше; или любой контейнер на нижнем уровне относительно места приема откачиваемой жидкости (воды).

[0073] Хотя описанная выше система упоминается как насосная система «для воды», многие модификации и изменения будут очевидны специалисту в области техники; например, можно разработать насосную систему для перекачки жидкости из более низкого положения в более высокое положение, преодолевающую аналогичные препятствия, описанные выше, или насосную систему для перекачки воды из колодца с водой в бак (резервуар) при определенном напоре воды с использованием принципов, описанных в настоящем документе, для получения определенных требуемых преимуществ. В связи с этим следует понимать, что приложенная формула изобретения предназначена для охвата всех таких модификаций и изменений, которые находятся в пределах замысла изобретения; поэтому в формуле изобретения для замены выражения «вода» используется выражение «жидкость».

[0074] Настоящее изобретение может быть реализовано в других конкретных формах без отклонения от его замысла или существенных характеристик. Описанные варианты выполнения следует рассматривать во всех отношениях только как иллюстративные, а не ограничивающие. В связи с этим объем изобретения определен приложенной формулой изобретения, а не приведенным выше описанием. Все изменения, которые находятся в пределах значения и диапазона эквивалентности формулы изобретения, должны быть включены в объем настоящего изобретения.

Обеспечены проектные решения для устранения следующих четырех существенных недостатков традиционной конструкции насосной системы, а именно: (1) неожиданный отказ насоса в конструкции с одним насосом, что может привести к дорогостоящему ущербу, причиненному водой; (2) опасность смертельного поражения током высокого напряжения в случае затопления; (3) перебои питания от электросети и отсутствие подачи энергии для поддержания необходимой мощности откачки, что приводит к ущербу, причиненному водой; (4) неприятный запах от застоявшейся воды в колодце после периода низкой скорости затопления с активацией откачки или без. Принципы предложенных конструкций, описанные в настоящем документе, могут полностью устранить четыре вышеуказанных существенных недостатка конструкции. 20 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Насосная система для жидкости, содержащая:

множество насосов для жидкости, которые питаются от накопителя энергии постоянного тока низкого напряжения для откачки жидкости из насосного колодца; причем накопитель энергии постоянного тока низкого напряжения обеспечивает постоянный ток низкого напряжения менее 72 Вольт;

преобразователь (AC/DC) энергии, предназначенный для преобразования энергии переменного тока (АС) в энергию постоянного тока (DC) для зарядки накопителя энергии постоянного тока низкого напряжения; и

подсистему датчиков уровня жидкости, выполненную с возможностью поочередного включения каждого из множества насосов для жидкости при повышении уровня жидкости в насосном колодце и выполненную с возможностью выключения каждого из множества насосов для жидкости при снижении уровня жидкости в насосном колодце.

2. Насосная система для жидкости по п. 1, дополнительно содержащая:

устройство проверки системы; и

устройство связи;

причем устройство проверки системы содержит:

устройство отслеживания системы,

анализатор и

координатор проверки системы, причем координатор проверки системы активируется на основе разработанной процедуры, которая указывает одну или более плановых функциональных проверок, побуждает устройство отслеживания системы к выполнению плановых проверок, по меньшей мере, множества насосов, побуждает анализатор к проверке надлежащей работы множества насосов и побуждает передачу сообщений одному или более получателям, по меньшей мере, в случае, если плановая проверка обнаруживает отказ насоса из поднабора множества насосов для жидкости;

причем устройство связи содержит:

модуль хранения записей; и

компонент передачи сообщений, причем в ответ на плановую функциональную проверку координатор проверки системы записывает плановую проверку в модуле хранения записей, и после завершения плановой функциональной проверки координатор проверки системы побуждает компонент передачи сообщений к передаче сообщений одному или более получателям.

3. Насосная система для жидкости по п. 1, причем жидкость представляет собой воду.

4. Насосная система для жидкости по п. 1, причем количество насосов во множестве насосов на один больше, чем требуется для обеспечения скорости откачки, равной или превышающей ожидаемую максимальную скорость притока жидкости в насосный колодец.

5. Насосная система для жидкости по п. 1, дополнительно содержащая:

набор клапанов подачи свежей жидкости и регулятор подачи жидкости для управления количеством подаваемой жидкости, принимаемой во время плановой проверки множества насосов, причем набор клапанов подачи свежей жидкости содержит по меньшей мере два клапана подачи, соединенных последовательно, так что регулятор подачи может перекрывать поток подаваемой жидкости, даже когда один клапан неисправен.

6. Насосная система для жидкости по п. 1, причем источник электропитания содержит сеть электропитания.

7. Насосная система для жидкости по п. 1, причем источник электропитания содержит вспомогательный источник питания, включающий в себя бензиновый или дизельный генератор.

8. Насосная система для жидкости по п. 1, причем источник электропитания содержит источник питания низкого напряжения.

9. Насосная система для жидкости по п. 1, причем источник электропитания содержит преобразователь переменного тока в постоянный ток для преобразования питания переменного тока в питание постоянного тока низкого напряжения для питания насосной системы.

10. Насосная система для жидкости по п. 9, причем источник электропитания дополнительно содержит накопитель энергии для накопления преобразованной энергии постоянного тока.

11. Насосная система для жидкости по п. 10, причем накопитель энергии содержит по меньшей мере один аккумулятор.

12. Насосная система для жидкости по п. 1, причем по меньшей мере один насос из множества насосов содержит бесщеточный двигатель постоянного тока.

13. Насосная система для жидкости по п. 1, причем по меньшей мере два из множества насосов расположены примерно на одном горизонтальном уровне в насосном колодце.

14. Насосная система для жидкости по п. 1, причем по меньшей мере два из множества насосов расположены в насосном колодце, но на разных горизонтальных уровнях в насосном колодце.

15. Насосная система для жидкости по п. 1, причем по меньшей мере один насос из множества насосов расположен на другом горизонтальном уровне в насосном колодце.

16. Насосная система для жидкости по п. 1, причем по меньшей мере один из множества насосов расположен на или над землей относительно насосного колодца.

17. Насосная система для жидкости по п. 1, причем все насосы расположены на или над землей относительно насосного колодца.

18. Насосная система для жидкости по п. 1, причем все из множества датчиков уровня жидкости подсистемы датчиков уровня жидкости расположены в насосном колодце.

19. Насосная система для жидкости по п. 1, причем по меньшей мере один датчик уровня жидкости из множества датчиков уровня жидкости подсистемы датчиков уровня жидкости расположен снаружи насосного колодца.

20. Насосная система для жидкости по п. 2, причем передача всех сигналов от насосной системы для жидкости проходит через электрические кабели.

21. Насосная система для жидкости по п. 1, причем насосный колодец представляет собой опускной колодец в подвале дома.