[0002] 本申请要求于2013年12月3日提交的美国临时
专利申请序列号No.61/911,273的优先权，该申请的全部公开内容通过参引并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开涉及用于从
地下水供给井中采集水样的地下水采样泵及其泵控制系统。
背景技术
[0004] 本部分提供与本公开有关的背景信息，该背景信息不一定是
现有技术。
[0005] 已知这样的地下水采样泵系统：其使用DC
马达将来自井的流出物向上泵送至地平面，其中，样本被抽吸以用于非现场分析。已知的系统在排放
位置处使用全速泵和节流装置来减小排出流量，以便采集样本。已知系统的
缺陷在于：节流装置减小了体积流率，但局部地增大了流速，从而使得难以采集小体积的样本。另外，已知的地下水采样泵系统的功率消耗可以从20安培变化至高达40安培，并且通常需要具有AC/DC转换器的高
电流AC电源以提供用于泵马达操作的DC电
力，该高电流AC电源既笨重又昂贵。AC电源通常不适用于偏远的井场，因此操作者必须携带单独的AC电源。另外，已知的采样系统使用这样的
离心泵：当通过样本节流装置使流量在下游处减小时，该离心泵在操作速度(12，000rpm至15，000rpm)下导致
叶轮处的空穴现象。
发明内容
[0006] 该部分提供本公开的总体概述，并且并非是本公开的全部范围或者本公开的所有特征的全面公开。
[0007] 在一方面中，本公开涉及一种采样泵，该采样泵构造成在井孔中使用以用于泵送在井孔中采集的液体。该采样泵可以包括泵部件、泵元件以及直流(DC)马达。泵部件具有外部壳体，该外部壳体构造成插入到井孔中。外部壳体具有入口和出口，并且泵元件容置在外部壳体中。DC马达容置在外部壳体内以用于驱动泵元件。泵元件与入口和出口连通，并且泵元件构造成在通过DC马达被旋转地驱动时将液体从井孔中抽吸到外部壳体中并且抽吸至出口。柔性
电缆组件与泵部件连通以在泵部件下降到井孔中并且布置在井孔中的
流体中时向泵部件供给电力。采样泵还包括卷筒组件，卷筒组件具有由
框架以可旋转的方式
支撑的卷筒。卷筒构造成使柔性电缆组件能够在泵部件未使用时缠绕在卷筒上并且能够在泵外部壳体下降到井孔中时从卷筒退绕。在框架上支撑有DC连接件以用于使外部DC电源能够联接至卷筒组件，以便向DC马达供给电力。使用与外部壳体以可操作的方式相关联的液位
传感器来检测外部壳体是否
定位在流体中。控制面板由卷筒组件的框架支撑。控制面板与流体传感器电通信，并且控制面板构造成使使用者能够控制DC马达的接通及切断操作、并且能够将外部DC电源连接至控制面板以向泵元件供电。
[0008] 在另一方面中，本公开涉及一种采样泵，该采样泵构造成在井孔中使用以用于泵送在井孔中采集的液体。该采样泵可以包括泵部件，该泵部件具有外部壳体、入口和出口，其中，该外部壳体构造成插入到井孔中，该入口和出口各自在外部壳体的两个相反端部处与外部壳体以可操作的方式相关联。泵元件可以容置在外部壳体中。在外部壳体内可以容置有直流(DC)马达以用于驱动泵元件。泵元件可以与入口和出口连通，并且泵元件构造成在通过DC马达被旋转地驱动时将液体从井孔中抽吸到外部壳体中并且抽吸至出口。柔性电缆组件可以与出口连通以便在泵组件定位在井孔中时向泵部件供给DC电力。采样泵可以包括卷筒组件，该卷筒组件具有由框架以可旋转的方式支撑的卷筒，该卷筒构造成使所述柔性电缆组件能够在泵部件未被使用时缠绕在卷筒上。在框架上支撑有DC电连接件以使来自外部DC电源的DC电力能够联接至卷筒组件，以便向DC马达供给电力。
液位传感器与所述外部壳体以可操作的方式相关联以用于检测壳体是否定位在流体中。传感器可以构造成当被浸没在水中时显示第一光
信号并且在没有浸没在水中时显示第二
光信号。DC
电池可以支撑在卷筒组件上以用于在没有对DC马达供给电力时向液位传感器提供电力。采样泵可以包括使用者可接合
开关，该使用者可接合开关用于在没有对DC马达供给电力时选择性地向液位传感器供给电力及切断液位传感器的电力。控制面板可以由卷筒组件的框架支撑。控制面板可以与流体传感器电通信，并且控制面板构造成使使用者能够控制DC马达的接通及切断操作、并且能够将来自外部DC电源的DC电力连接至控制面板。
[0009] 在另一方面中，本公开涉及一种采样泵组件，该采样泵组件包括具有入口端盖的泵外部壳体，该入口端盖具有多个入水端口。入口端盖利用延伸穿过第一壳体连接件中的L形槽的卡口销连接至泵外部壳体。出口端盖利用卡口销连接至泵外部壳体，并且该出口端盖具有用于将流出物管以可释放的方式连接至出口端盖的管连接件。采样泵组件包括泵，该泵具有连接至无刷DC马达的再生式叶轮。无刷DC马达定位在泵外部壳体内，并且再生式叶轮定位在入口端盖内。无刷DC马达可以以约8,000rpm操作，从而提供至少高达约150英尺以及可能更高的升程。传感器延伸超出出口端盖并且在泵组件浸没在泵外部壳体所处的井孔中的水表面下方时提供感测信号。采样泵组件包括卷筒组件，该卷筒组件具有可旋转地支撑的卷筒以用于支撑用于向无刷DC马达供给DC电力的柔性电缆组件。柔性电缆组件能够缠绕到该可旋转地支撑的卷筒上。卷筒组件承载有至少一个内部电池，所述至少一个内部电池提供用于传感器的电力。卷筒组件设置有LED，并且该LED构造成在采样泵组件下降到井孔中时并且在传感器
接触水之前持续地闪烁。当泵组件在水位面下方延伸时LED变成持续照亮的状态。在柔性电缆组件上形成有多个距离标记以使使用者能够确定泵外部壳体定位在井孔内的深度。
[0010] 根据若干附加的方面，采样泵组件包括泵外部壳体，该泵外部壳体具有以可释放的方式连接至泵外部壳体的壳体入口端部。壳体入口端部包括多个入水端口，并且壳体入口端部利用一个或更多个卡口销连接至泵外部壳体，所述一个或更多个卡口销径向地延伸穿过形成在第一壳体连接件中的L形槽。入口端盖位于泵外部壳体的与壳体入口端部相反的端部处，该入口端盖利用接纳在第二壳体连接件的L形槽中的一个或更多个卡口销以类似的方式被连接。入口端盖接纳用于以可释放的方式连接流出物管的管连接件。传感器延伸超出入口端盖并且在采样泵部件被操作并且被浸没在
水体积表面下方期间提供感测功能。
[0011] 在本公开的各个其他方面中，采样泵组件准备好下降到井中，位于卷筒的控制面板上的第一开关从“切断”位置切换至“接通”位置。设置在卷筒内的内部电池在采样泵组件下降时提供用于传感器的操作的足够电力。另外的设置在控制面板上的LED在采样泵组件下降到井中时并且在传感器接触井内的水体积之前持续地闪烁。当采样泵组件进入水体积中并且在水位表面的下方延伸时，水接触传感器，从而产生指示整个采样泵组件定位在水位表面下方的
电信号。此时，LED从持续闪烁状态变成持续接通的“亮灯”状态。LED的“亮灯”状态向操作者直观地指示采样泵组件完全浸没在水体积内。
[0012] 在LED变成持续“亮灯”状态之后，采样泵组件被上拉，直到LED变回至持续闪烁操作为止，此时，多个距离标记提供了沿着电缆组件的
外壳以1英尺递增的位置指示的深度，从而确定关于采样泵组件在井内的位置的以英尺为单位的深度。采样泵组件降回到井中，直到LED再次变成持续“亮灯”状态为止。随后，具有12VDC电力的外部电源连接至卷筒，并且操作者将第二开关从“切断”位置切换至“接通”位置，从而启动DC马达的操作。
[0013] 根据本文中提供的描述内容，另外的适用范围将变得明显。本发明内容中的描述内容和具体示例仅意在为说明的目的，而并非意在限定本公开的范围。
附图说明
[0014] 本文中描述的附图仅出于对所选取的实施方式而非所有可能的实施方案的说明性目的，并且不意在限制本公开的范围。
[0015] 图1是本公开的地下水采样泵的正视图；
[0016] 图2是图1的泵的端视图；
[0017] 图3是在图1的截面3处截取的截面侧视图；
[0018] 图4是本公开的叶轮壳体组件的正视图；
[0019] 图5是在图4的截面5处截取的截面正视图；
[0020] 图6是图4的叶轮壳体的俯视平面图；
[0021] 图7是图4的壳体组件的叶轮保持构件的仰视平面图；
[0022] 图8是本公开的地下水采样泵和卷筒组件的前视立体图，该卷筒组件包括图1的地下水采样泵；
[0023] 图9是安装至井管道的地下水采样系统的局部截面正视图；
[0024] 图10是设置在地下水采集系统的卷筒上的控制面板的正视图；
[0025] 图11是关于本公开的地下水采样系统的流量对井深度的曲线图；
[0026] 图12是用于图8的地下水采样泵的控制系统的
电路图；
[0027] 图13是用于图8的地下水采样泵的泵控制系统部分的电路图；
[0028] 图14是根据本公开的地下水采样泵的另一实施方式的侧视图；
[0029] 图15是图14的泵组件的一部分的视图；
[0030] 图15a是图15中的被圈出的部分的放大图；
[0031] 图16是卡口销的截面侧视图，其中，卡口销接合在其相应的槽内并对
垫圈进行压缩以实现
泵壳体内的水密密封；
[0032] 图17是在图14的泵组件中使用的环形的、可更换的马达轴
密封件的截面侧视图；
[0033] 图18是在图14的泵组件中使用的叶轮保持件的第一表面的平面图；
[0034] 图19是图18的叶轮保持件的侧视图；
[0035] 图20是图18的叶轮保持件的第二表面(即相反表面)的平面图；
[0036] 图21是在图14的泵组件中使用的叶轮壳体的第一表面的平面图；
[0037] 图22是图21中所示的叶轮壳体的侧视图；以及
[0038] 图23是图21的叶轮壳体的第二表面(即相反表面)的平面图。
[0039] 贯穿附图的若干视图，相应的附图标记指示相应的部件。
具体实施方式
[0040] 现在将参照附图对示例性实施方式进行更充分地描述。
[0041] 参照图1，采样泵组件10包括泵外部壳体12，该泵外部壳体12具有以可释放的方式连接至泵外部壳体12的壳体入口端部14。壳体入口端部14包括多个入水端口16。壳体入口端部14利用一个或更多个卡口销18连接至泵外部壳体12，所述一个或更多个卡口销18径向地延伸穿过形成在第一壳体连接件22中的L形槽20。壳体入口端部14定向成使得卡口销18接纳在L形槽中，并且壳体入口端部14被轴向地旋转以将壳体入口端部14以可释放的方式
锁定就位。在泵外部壳体12的与壳体入口端部14相反的端部处设置有出口端盖24，类似地，该出口端盖24利用接纳在第二壳体连接件30的L形槽28中的一个或更多个卡口销26连接。出口端盖24接纳用于以可释放的方式连接参照图9示出并更详细地描述的流出物管的管连接件32。传感器34延伸超出出口端盖24，并且该传感器34在采样泵组件10被操作并且浸没在水体积表面下方的期间提供感测功能，如参照图9所更详细地描述的。根据若干方面，诸如泵外部壳体12、壳体入口端部14和出口端盖24之类的采样泵组件部件可以由诸如不锈
钢之类的金属材料构造而成。也可以使用其他材料。
[0042] 参照图2并再次参照图1，管连接件32与排出室36连通，由采样泵组件10泵送的水被接纳在该排出室36中以便排出。还设置有能够接纳并密封向采样泵组件10的操作部件提供电力和
控制信号的
导管的导管连接件38。
[0043] 参照图3并再次参照图1至图2，导管39被示出为处于由导管连接件38保持的示例性位置中。如先前指出的，导管39提供用于操作采样泵组件10的部件的电力。壳体入口端部14设置有临近壳体入口端壁部14a的入口室40。诸如金属滤网或塑料滤网之类的
过滤器42以可释放的方式连接至入口端壁部44，该入口端壁部44限定入口室40的与壳体入口端壁部
14a相反的边界壁部。经由入水端口16流到入口室40中的水穿过过滤器42并且进入叶轮室
46中。入口端壁部44限定壳体入口端部14的如下部分：所述部分在卡口销18接合的同时被使用诸如O型圈之类的一个或更多个密封构件48抵靠泵外部壳体12的内周壁密封。定位在叶轮室46内的“再生式”叶轮50形式的泵元件利用叶轮保持件52保持在旋转位置中。连接构件54部分地延伸穿过叶轮50并且以可旋转的方式形状接合叶轮50。连接构件54延伸穿过马达轴密封件55以允许叶轮50的流体密封式的旋转。叶轮50连接至无刷DC马达56并且通过无刷DC马达56的操作而旋转，该无刷DC马达56具有延伸到连接构件54中并与连接构件54连接的马达轴57。马达轴密封件55防止叶轮室46内的水进入其中容置有DC马达56的密封的封闭空间中。
电路板58和DC马达56定位在由泵内壳体62提供的水密腔60内，该泵内壳体62以可滑动的方式接纳在泵外部壳体12内。电路板58的部件可以被封装以将电路板58的所述部件密闭地密封。此外，多个导电金属销61可以从电路板58突出到马达56与电路板58的边缘之间的空间中，以检测该空间中是否存在水。金属销61通过检测在金属销61之间形成了导电路径而感测水的存在。
[0044] 利用再生式叶轮50，无刷DC马达56可以以比已知泵系统的速度低的速度(约8,000rpm(转每分))操作。这提供了所需的升程(lift)，同时使泵的空穴现象最小化。
[0045] 在泵内壳体62的管状外周壁与管状泵外部壳体12的内壁之间周向地形成有流动通道64。通过叶轮50的操作而排出的流体沿流动方向“A”穿过流动通道64以随后从采样泵组件10排出。当叶轮50通过DC马达56的操作而旋转时，通过叶轮50从叶轮室46抽吸的流体径向向外排放到与流动通道64连通的叶轮出口区域66中。
[0046] 在水从叶轮出口区域66流出并且流动穿过流动通道64之后，水流进入一个或更多个采集端口68中并且进一步流动通过形成在泵顶端构件72中的排出端口70。泵顶端构件72接纳在出口端盖24内并且设置有诸如O型圈之类的多个端构件密封件74，以提供泵顶端构件72与泵内壳体62的内壁之间的流体密封。因此，端构件密封件74防止采集端口68或排出端口70内的水进入水密腔60中。被泵送的水在流动通过排出口70之后进入排出室36中。管连接件32利用连接件
螺纹部76以可释放的方式联接至泵顶端构件72，使得管连接件32的排出孔78与排出室36同轴地对准。因此，通过叶轮50的旋转而被泵送的所有水都从排出室36经由排出孔78排出。与管连接件32类似，导管连接件38利用导管连接件螺纹部80以可
螺纹连接的方式连接至泵顶端构件72。根据若干方面，设置有卡口销18中的两个径向相对的设置为卡口销18、18’的卡口销、以及卡口销26中的两个径向相对的设置为卡口销26、26’的卡口销。卡口销的数量可以由制造商酌情改变。
[0047] 参照图4并再次参照图3，叶轮组件82包括从叶轮壳体84部分地延伸的叶轮保持件52。叶轮壳体84可以例如通过
焊接而绕其外周固定至泵外部壳体12。
[0048] 参照图5并再次参照图4，叶轮组件82设置有叶轮壳体84，该叶轮壳体84包括壳体凸缘86，该壳体凸缘86从叶轮壳体84径向向
外延伸以提供用于将叶轮壳体84固定至泵外部壳体12的位置。壳体圆筒壁88呈圆筒状并且包括形成在其中的第一扩孔90和第二扩孔92两者。叶轮50以可旋转的方式定位在第一扩孔90内，并且叶轮保持件52以不可旋转的方式接纳在第二扩孔92内。第一扩孔90具有比第二扩孔92的直径小的直径，使得叶轮保持件52与叶轮50重叠。在叶轮50的外周壁与由第一扩孔90限定的内壁之间设置有间隙“B”。间隙“B”允许在叶轮50与壳体圆筒壁88之间持续地提供有水膜，从而使叶轮50旋转时的摩擦最小化。穿过叶轮50居中地形成有连接构件槽94，该连接构件槽94接纳并接合从马达轴57延伸的连接构件54，从而提供用于叶轮50旋转的形状接合。临近连接构件槽94设置有密封环槽96以提供连接构件54与叶轮壳体84之间的密封。
[0049] 叶轮壳体84设置有排出开口98，通过叶轮50的旋转而移位的水经由该排出开口98被接纳。排出开口98与半圆形的排出通道100连通，该排出通道100形成为叶轮壳体84的壳体内表面101上的凹部。排出通道100与延伸穿过叶轮50的多个叶轮流动通道102流体连通。壳体内表面101也通过流体层与叶轮50的叶轮排出侧104间隔开，从而使叶轮50旋转时的摩擦最小化。在叶轮50的与叶轮排出侧104相反的一侧设置有叶轮供给侧106。半圆形的供给通道107形成为叶轮保持件52的保持件表面108中的凹部。定位在叶轮流动通道102内的多个叶轮
叶片109将通过半圆形的供给通道107提供的水引导到半圆形的排出通道100中。半圆形的供给通道107形成在保持件第一部分110中，如先前指出的，保持件第一部分110接纳在壳体圆筒壁88的第二扩孔92内。在可以具有比保持件第一部分110的直径小的直径的保持件第二部分114中形成有
螺纹孔112。螺纹孔112允许使用螺纹工具(未示出)来移除叶轮保持件52从而移除叶轮50，以便于维修。
[0050] 参照图6并再次参照图5，半圆形的排出通道100从渐缩的最小面积通道端部116沿半圆形路径延伸至邻近排出开口98定位的最大面积通道端部118。因而，进入半圆形的排出通道100的所有水都通过排出开口98排出。
[0051] 参照图7并再次参照图5，形成在叶轮保持件52的保持件面108中的半圆形供给通道107始于渐缩的最小面积通道端部120处并沿半圆形的路径延伸至邻近入口孔124定位的最大面积通道端部122，该入口孔124轴向地延伸穿过叶轮保持件52的保持件第一部分110。因此，进入入口孔124的所有水都穿过半圆形的供给通道107，以经由叶轮50的叶轮叶片109被抽吸并被排出到半圆形的排出通道100中。
[0052] 参照图8并再次参照图1至图3，采样泵组件10形成地下水采样泵系统126的一部分。地下水采样泵系统126还包括卷筒组件125，卷筒组件125具有可以由例如金属管制成的A形框架128。A形框架128包括第一臂部130和相
对地定位的第二臂部132，第一臂部130和第二臂部132中的每一者均由两者之间的把手部134支撑。把手部134设置成允许手动运载地下水采样泵系统126。第一腿部136相对于第一臂部130的远端以大致横向取向延伸。第二腿部138从第二臂部132以类似的方式延伸。第一腿部136和第二腿部138允许地下水采样泵系统126由地面支撑或者由井管道支撑，这将参照图9进行更好地描述。第一臂部130和第二臂部132中的每一者之间均固定有
支架140，并且该支架140将卷筒142以可旋转的方式支撑在A形框架128上。电缆组件144缠绕到卷筒142上并且电连接至采样泵组件10。支撑在卷筒142的中央部分处的控制面板146为操作者提供对地下水采样泵系统126的本地控制和操作，如将参照图9和图10更好地描述的。中空管148固定至第一臂部130和第二臂部132中的每一者并且固定在第一臂部130和第二臂部132与第一腿部136和第二腿部138的接合点附近。中空管148还用作储存管，采样泵组件10在不使用时可以储存在该储存管内部。采样泵组件10利用可释放的销150保持在储存管或中空管148内，该可释放的销150利用连接至该可释放的销150的销环152安装或撤出。
[0053] 固定至储存管或中空管148的柱156连接有U形扣件154。U形扣件154有助于将地下水采集泵系统126安装至井管道，这参照图9示出并进行更好地描述。除连接至采样泵组件10的电缆组件144以外，具有孔眼160的刚性支撑杆158可以以可释放的方式固定至采样泵组件的泵顶端构件72。如果需要使用用于将采样泵组件10从井移除的额外的提升能力，则诸如编织钢丝之类的提升线缆162可以连接至孔眼160并且可以连同采样泵组件10一起延伸到井中。
[0054] 参照图9并再次参照图3至图8，地下水采样泵系统126可以临时地附接至井164，该井164通常构造成部分地在地平面166上方延伸且主要地在地平面166下方延伸的井管道。采样泵组件10向下插入到井164的内孔168中以通过将电缆组件从卷筒142退绕而从井164抽吸水样。U形扣件154定位在井164的内孔168内并且与井内壁表面170直接接触，同时第二腿部138定位成与井上表面172直接接触，并且第一腿部136定位成与井164的井外壁表面
174直接接触。地下水采样泵系统126的这种构型将柱156定位成邻近井164的开口。除支撑U形扣件154以外，柱156还提供了在采样泵组件10插入到井164中以及/或者从井164取出时用于电缆组件144的滑动运动的支承表面。在采样泵组件10的插入之前，诸如透明的塑料管之类的流出物管176被连接至采样泵组件10的管连接件32。在采样泵组件10的插入期间，电缆组件144和流出物管176两者均以几乎相同的速率下降以防止在井内的这些物件中的任一者中形成弯曲部。如果还使用提升线缆162，则提升线缆62、电缆组件144和流出物管176都以几乎相同的速率下降以防止在井内的这些物品中的任一者中形成弯曲部。
[0055] 当采样泵组件10准备下降到井中时，位于控制面板146上的第一开关178c从“切断”位置切换至“接通”位置。设置在卷筒142上的内部电池(结合图13讨论的部件210)在采样泵组件10下降时提供用于传感器34的操作的足够电力。还设置在控制面板146上的LED 180在采样泵组件10下降到井中时并在传感器34接触到井内的水体积182之前持续地闪烁。
水体积182在井164的正常状态下通常位于井下端部184的上方，使得入水端口16定位在井底上方。当采样泵组件10进入水体积182中并且在水位表面186下方延伸时，水接触传感器
134，传感器134产生指示整个采样泵组件10定位在水位表面186下方的电信号。此时，LED
180从持续闪烁状态变成持续通电的“亮灯”状态。LED 180的“亮灯”状态向操作者直观地指示：采样泵组件10完全浸没在水体积182内。
[0056] 在LED 180变成持续“亮灯”状态之后，操作者可以将采样泵组件10向上手动地取出，直到LED 180变回至持续的闪烁操作为止，此时，操作者可以直观地使用多个距离标记188，所述多个距离标记188提供了由从采样泵组件10处的零位开始沿着电缆组件144的外壳向上以1英尺递增的位置指示的深度。出于记录和泵操作的目的，距离标记188提供了采样泵组件10在井164内的位置的以英尺为单位的可测量深度。随后，操作者将采样泵组件10重新降回到井164中，直到LED180再次变成持续“亮灯”状态为止。此时，操作者将第一开关
178的位置变回至“切断”状态并且将具有12VDC电力的外部电源连接至卷筒142。在连接了具有电力的外部电源之后，操作者将第二开关190从“切断”位置切换至“接通”位置，从而启动设置在采样泵组件10内的DC马达56的操作。在DC马达56持续操作一段时间之后，水流从流出物管176离开。随后，将污水从井中被泵送出一段时间，直到新鲜水被抽吸到井164中为止。在额外的用于将来自流出物管176的存留的污水
净化的时间段之后，新鲜水样随后被收集在样本容器192中。
[0057] 在第一开关178返回至其“切断”位置之后，操作者通过手动地进行电力联接件194与设置在控制面板146上的电力连接件196之间的插入式连接而将外部电力连接至卷筒142。电力联接件194经由电力线缆198连接至诸如自动车辆的12伏DC电池之类的12VDC电源
200。诸如通常设置有自动跨接线缆组的手操作夹持件(未示出)也可以连接至电力线缆198的端部处，以有助于地下水采样泵系统126以可释放的方式连接至电源200。在泵操作期间，传感器由12伏DC电池供给电力。传感器34提供附加的接通-切断特征，使得DC马达56在传感器34检测到采样泵组件10位于井水体积182的水位表面186上方时自动地断电。
[0058] 参照图10并再次参照图9，设置在控制面板146上的部件包括：(1)第一开关178，第一开关178可以是“接通/切断”拨动式开关或者任何类型的单极开关；(2)第二开关190，也可以是“接通/切断”拨动开关或者任何类型的单极开关；(3)LED 180，LED 180根据若干方面可以提供绿色指示灯；以及(4)连接件196，操作者将电力联接件194连接至该连接件196。控制面板146还设置有泵速度选择器202，该泵速度选择器202根据若干方面是可轴向旋转的电位计，该电位计由操作者进行旋转以控制DC马达56在零操作速度与最大操作速度之间的操作速度。DC马达56的最大速度、进而DC马达56的最大泵送速率取决于采样泵组件10定位在井164内的深度，因此DC马达56所需的提升总量或总高度是基于高度“C”(参照图9中所示)。在地下水采样泵系统126的操作期间，操作者可以将泵速度选择器202旋转至其最大的旋转“接通”位置，从而允许以最大流量从流出物管176排出一段时间，该一段时间由操作者确定。在该操作时段之后，操作者随后可以将泵速度选择器202逆
时针旋转以选择来自流出物管176的排出流的缓慢速率，该速率适合样本容器192的所需填充速率。
[0059] 参照图11并再次参照图3、图9和图10，诸如自动车辆的电池之类的标准12VDC电池可以提供用于无刷DC马达56的操作的操作电力。在1至8安培的电流下，DC马达56的功率消耗在约50瓦特至150瓦特之间变化。相比之下，如本文中指出的，已知的离心泵地下水采样泵系统的功率消耗可以从20安培变化至高达40安培，并且通常需要与DC电力相转换的高电流AC电源，因此与已知的系统相比，该地下水采样泵系统126的功率消耗减少了高达约80％。基于12VDC电源200的使用，图11的曲线1表明下述范围：在井表面或地平面166处的用于地下水采样泵系统126的约为1.25gpm(加仑每分)的流量减小至在约145至150英尺的最大井深度“C”处的为零gpm的流量。
[0060] 根据其他方面，可以设置
增压器(参照图12示出并描述的)，该
增压器将12VDC
电压升至高达18VDC。利用增压器，如图11的曲线2所示的用于地下水采样泵系统126的流量范围可以从井表面或地平面166处的增大为约1.6gpm的流量减小至150英尺井深度“C”处的约0.7gpm的流量。可预期到，尽管仍利用相同的12VDC电源200，但利用增压器可以提供约180英尺的最大泵操作深度。
[0061] 参照图12，电路图提供了用于地下水采样泵系统126的操作的部件和数据输入及输出端口。在ESC202处设置有用于DC泵的
电子速度
控制器(ESC)，该电子速度控制器连接至第一
微控制器204。传感器34的输出也连接至第一微控制器204，第一微控制器204还设置有编程端口206以输入系统操作变量和控制设定点。设置电力输入和调节器部段208以控制用于操作无刷DC马达56的电力，电力输入和调节器部段208可以包括将电压输出从12VDC增大至约18VDC的增压器以便增大采样泵组件10的操作深度。微控制器204还可以用于形成计时表以追踪DC马达56操作的总时间。该总时间可以通过控制LED 180的闪烁动作(如亮灯/灭灯动作)而显示给使用者。例如，如果总运行时间为0至100小时之间，则LED 180可以在组件10首先被供给电力时闪烁一次。如果总运行时间为100至200小时之间，则LED 180可以闪烁两次，如果总运行时间为200至300小时之间，则LED 180可以闪烁三次，以此类推。在每次亮灯/灭灯序列之间具有短暂的灭灯间隔的情况下，闪烁动作可以重复、例如重复三次。此后，LED 180可以结合其水感测操作使用以指示泵外部壳体12是否浸没在水中。
[0062] 参照图13并再次参照图9，还可以提供用于地下水采样泵系统126的远程操作和
数据采集。在卷筒142上定位有诸如9伏电池之类的小容量第二电池210，并且第二电池210在采样泵组件10最初安装到井164中期间提供用于LED 180和传感器34的操作电力、以及在未连接12VDC主电源时向微控制器204和第二微控制器212提供电力。第二电池210在采集泵组件10插入井之前为无刷DC马达56的测试操作提供足够的电力。第二电池210连接至第二微控制器212，第二微控制器212继而与LED 180和泵速度选择器202两者通信并且调节LED 180和泵速度选择器202两者的操作。还可以可选地使用无线
频率收发器、例如 协议无线收发器214，该 协议无线收发器214经由通信路径216与第二微控制器212通信。
协议收发器214经由无线信号路径220提供用于地下水采样泵系统126与诸如智能
手机之类的便携式电子设备218之间的远程无线通信。便携式电子设备218还可以利用无线传输路径224在采样泵系统126与一个或更多个基于
云的子系统222之间传送数据。
[0063] 除提供用于LED 180和传感器34的操作的临时电力的小的第二电池210以外，卷筒142还可以设置有额外的较大容量的可充电电池226。电池226被设定型号成提供用于DC马达56的有限的操作时间，以在电源200不可用时提供来自井164的样本流。为方便起见，电池
226可以经由任何合适的安装支架或固定装置(未示出)以可释放的方式安装至A形框架
128。
[0064] 地下水采样泵系统126可以利用诸如智能手机、
平板电脑、
笔记本电脑、或几乎任何其他形式的个人电子设备之类的便携式电子设备218被控制、被操作以及进行数据上传或数据下载。这允许针对每个井对马达速度控制、水位状态指示、马达56的操作时间、电池状态、故障检修、诸如以往的马达操作运转时间和速度设定之类的历史数据、以及其他数据进行采集并远程地
访问。因此，操作者还可以访问除来自井164的先前数据以外的其他井场数据以确定用于地下水采样泵系统126在诸如井164的特定井处的操作的潜在设置。
[0065] 地下水采样泵系统126提供了若干优势。这些优势包括：(1)提供了具有12伏无刷DC马达的泵系统，该泵系统具有设置在泵组件壳体中的电路、以及与从泵组件壳体的电路延伸至定位在地平面位置处的卷筒的电力线缆划分在一起的用于对该系统进行控制的通信线路，使得DC马达的操作速度和电流与现有采样泵系统相比减小，从而提高了操作效率；(2)具有12伏无刷DC马达的再生式叶轮的使用允许DC马达的操作速度从在具有离心式叶轮的现有采样泵系统的情况下约为12,000至15,000rpm降低至约为8,000rpm，这显著地减小了叶轮处的空穴现象，从而提高了泵组件和叶轮的寿命并减小了对从井所抽吸的水样的影响；(3)用于保持泵组件的电力并控制布线的卷筒包括嵌入式控制器，该嵌入式控制器提供对泵组件的本地控制；(4)泵组件设置有水传感器，该水传感器远程地连接至位于卷筒的面板上的LED，从而在泵被浸没在井水体积中时提供视觉指示；(5)卷筒还设置有诸如9伏电池之类的本地电池，该本地电池在12伏主电力系统连接至泵组件10之前提供用于传感器的电力；(6)来自传感器的信号提供了附加的接通/切断特征，使得在传感器指示出泵组件位于井水体积上方时泵自动断电；(7)接合在泵组件壳体的L形槽中的卡口销提供可释放组件；
(8)在卷筒中还可以设置除用于LED操作的9伏电池以外的单独的电池，以提供DC马达的有限操作；以及(9)地下水采样泵系统126可以利用诸如便携式手机或平板电脑之类的远程设备被控制、被操作以及进行数据上传或数据下载，从而允许针对各个井对马达速度控制、水位状态指示、马达操作时间、电池状态、故障检修、诸如以往的马达操作运行时间和速度设定之类的历史数据、以及其他数据进行采集并远程地访问。
[0066] 参照图14，可以看到根据本公开的另一实施方式的采样泵组件300。泵组件300在结构和操作方面与以上所讨论的采样泵组件10基本上相同，除下面指出的之外。采样泵组件300包括壳体302，该壳体302在第一端部304处具有弯曲的J形槽306并且在与壳体入口端部件312相关联的壳体连接件308中具有类似的弯曲的J形槽310。图15A更详细地示出了J形槽310。由于在该示例中J形槽306和310的结构是相同的，因此将仅提供J形槽310的细节结构。另外，将领会的是，壳体302上包括有彼此间隔开约180度的一对J形槽306，并且同样地，壳体连接件308上也包括有一对J形槽310并且所述一对J形槽310彼此间隔开约180度，尽管图14中仅可看到J形槽306和310中的每一者中的一个J形槽。
[0067] J形槽310包括逐渐弯曲部段314和轻微扩大端部部分316。端部部分316有助于限定下述点318：当卡口销320(图15)被推入J形槽310的逐渐弯曲部段314中并随后推动到点318上方时，该点318提供形状固位特征。
[0068] 进一步参照图15、图15A和图16，在行进到弯曲部段314并行进穿过弯曲部分314期间，随着卡口销320到达点318并移动经过点318，至少一个内部垫圈322(图16)将开始被叶轮室326的远端边缘324压缩。点318有助于当卡口销320在点318上方被推动成完全接合在扩大端部部分316内时产生形状“卡扣”或“咬合”动作/触感。卡扣/咬合动作的产生通过以上提到的内部垫圈的轻微的压缩性来辅助。由于扩大端部部分316限定了比距离D2略小的距离D1，因此出现了卡口销320的形状固位以及扩大端部部分316内的锁定动作。当卡口销320被推动到点318上方并且完全接合在端部部分316内时，使用者感到明显的卡扣或咬合动作(即，
触觉反馈)，这表明卡口销完全地坐置在扩大端部部分316中。在该阶段，点318有助于防止卡口销320在没有被使用者施加某种明确的反向旋转力的情况下被推回到弯曲部分314中。因此，这种固位以及部件302与312之间的良好液密密封得以实现，而不需要如某些先前研发的卡口锁定设计所需要的任何单独的套筒或
锁定环。
[0069] 图17示出了结合到泵组件300中的容易触及且可更换的环形马达轴密封件350。在该示例中，可以看到，马达轴57与连接构件54接合。围绕连接构件54的是环形密封件350。密封件350可以优选的是能够从派克汉泥汾公司商购的聚四氟乙烯(PTFE) 密封元件，或者任何适合的等同形式的密封件。围绕密封件350的可以是密封保持件352，该密封保持件352具有本体部354和一对O型圈356和358，所述一对O型圈356和358分别坐置在上环形凹部360和下环形凹部362中。密封件350和密封保持件352两者搁置在精确设定尺寸的间隔件364上，该间隔件364转而搁置在马达轴57的端面366上。将指出的是，间隔件364的外径比本体部354的外径仅略微大例如约0.015英寸，而优选地比可移动支承保持件部件368的凹部363的内径仅略微小约0.005英寸。该紧密公差允许密封件350居中地定位于贯穿图17中示出的整个组件的连接构件54，而不会移动偏离中心。
[0070] 可移除支承保持件部件368具有一对孔370，所述一对孔370接纳有一对螺纹
紧固件372。螺纹紧固件372结合在马达轴57的端面366中的螺纹
盲孔内。螺纹紧固件372使支承保持件部件368能够通过个人利用诸如
艾伦
扳手、螺丝刀之类的常规的手工工具就地快速且容易地移除。拆卸和重新组装可以就地执行而不需要复杂的工序。在拆卸时，PTFE密封元件350以及/或者密封保持件352因此可以容易地更换而不需要特殊工具。密封保持件352与PTFE 密封元件350的同心布置还使得密封保持件352能够
与密封元件350和马达轴57基本上完全同心地对准，这进一步有助于确保支承保持件部件
368与马达轴57之间的水密密封。参照图18至图20，可以看到根据本公开的另一实施方式的叶轮保持件380的各种视图。图21至图23示出了可以与叶轮保持件380一起使用的叶轮壳体
382的另一实施方式的各种视图。叶轮保持件380形成具有倾斜表面384(图20)的泵入口，倾斜表面384有助于将进入流甚至更效地引导到涡旋状部分386(图18)中。在图18和图20中，涡旋状部分384a和涡旋状部分386a彼此连通。类似地，在图21至图23中，叶轮壳体382包括倾斜部388，倾斜部388甚至更高效地有助于将液流从涡旋状部分390中引导出。在图21和图
23中，液流在点390a处进入涡旋状部分390中并且在涡旋状部分390的部分390b处离开。液流在离开的部分390a时进入图21中的倾斜部分388。因此，倾斜部分384和倾斜部分388使得能够将液流更高效地引导到由涡旋状部分386和涡旋状部分390形成的涡旋状部分中以及将液流从由涡旋状部分386和涡旋状部分390形成的涡旋状部分中引导出。
[0071] 提供了示例性实施方式，从而本公开将会是详尽的，并且将会向本领域技术人员完整地表达本公开的范围。阐述了许多具体细节如特定部件、装置及方法的示例以提供对本公开的实施方式的透彻的理解。对于本领域技术人员来说将明显的是不必采用具体细节，并且可以以多种不同的形式来具体表达实施示例性实施方式，并且明显的是，具体细节和示例性实施方式都不应当被解释为限定本公开的范围。在一些示例性实施方式中，并未详细地描述公知的过程、公知的装置结构以及公知的技术方法。
[0072] 本文中使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式，并且并非意在为限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以意在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包含”、“包括”、“包括有”以及“具有”是包括性的，并因此确定所阐述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或增加。本文中描述的方法步骤、过程及操作不应当被解释为必须以所论述或说明的特定次序来完成，除非具体指明按次序进行。还应当理解的是，可以采用另外的步骤或替代性步骤。
[0073] 当元件或层被称为“在...上”、“接合至”、“连接至”或者“联接至”另一元件或层时，它可以直接在其它元件或层上、与其它元件或层直接接合、直接连接或者直接联接，或者可以存在中间元件或
中间层。相比之下，当元件被称为“直接在...上”、“直接接合至”、“直接连接至”或者“直接联接至”另一元件或层时，可以没有中间元件或中间层。应当以相同的方式来理解用以描述元件之间的关系的其它用词(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“邻近”与“直接邻近”等)。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关列出的项的任意和所有组合。
[0074] 尽管本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部段，但这些元件、部件、区域、层和/或部段不应当被这些术语限定。这些术语可以仅用于区别一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段。当用在本文中时，术语如“第一”、“第二”及其它数字术语并不意味着顺序或次序，除非上下文清楚表明。因此，下面所论述的第一元件、部件、区域、层或部段能够被称为是第二元件、部件、区域、层或部段，而不脱离示例性实施方式的教示。
[0075] 为了便于进行描述，本文中可以使用与空间相关的术语如“位于...内”、“位于...外”、“位于...之下”、“位于...下方”、“下”、“位于...上方”、“上”以及类似术语来描述如附图中示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相关的术语可以意在包括除了附图中所描绘的定向之外，装置在使用或操作时的不同的定向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被定向成在其它元件或特征的“上方”。因此示例性术语“位于...下方”能够包括上方和下方两种定向。装置可以以另外的方式进行定向(旋转90度或者处于其它定向)，因此可以理解本文中所使用的空间相对的描述语。
[0076] 为了进行说明和描述，提供了实施方式的上述描述内容。该描述内容并非意在为穷尽的或者限定本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在应用时能够进行互换并且能够用于选取的实施方式，即使这并未明确示出或描述。也可以以多种方式来改变特定实施方式的各个元件或特征。这种改变不应当被认为是脱离本公开，并且所有这种
修改意在被包括在本公开的范围内。
