ES2864170T3

ES2864170T3 - Controlador de flujo de fluido

Info

Publication number: ES2864170T3
Application number: ES06756216T
Authority: ES
Inventors: Dana Yossi
Original assignee: Water Flow Tech Ltd
Current assignee: Water Flow Tech Ltd
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: IL169132A; US8365753B2; NO20080172L; CA2610420C; EP1893094A4; KR20080018949A; KR101336452B1; JP5344912B2; CA2610420A1; BRPI0612041A2; CN101287939A; SMAP200800001A; CN101287939B; JP2008544360A; WO2006134593A2; MX2007015918A; EA013979B1; US20090193908A1; NZ564121A; EP1893094A2

Abstract

Un controlador de flujo magnético que comprende: un cuerpo (20) que define un paso de flujo de fluido (12) que tiene una entrada de fluido (14) y una salida de fluido (16); un miembro de tope (18) montado a través de dicha entrada (14); y un miembro de sellado desplazable (30) que tiene una porción alargada de diámetro sustancialmente constante (32) y se dispone en dicho cuerpo (20) adyacente a dicho miembro de tope: y en donde dicho miembro de sellado desplazable (30) puede moverse a través de dicho paso de flujo (12) alejándose de dicho miembro de tope (18) hacia dicha salida mediante una fuerza creada por un diferencial de presión entre una presión en la entrada (14) y una presión en la salida (16); y en donde al menos uno de dicho miembro de tope (18) y dicho miembro de sellado desplazable (30) incluye un imán (34, 29), y el otro de dicho miembro de tope y dicho miembro de sellado desplazable incluye una porción ferromagnética (36), para crear una fuerza magnética, que actúa sobre dicho miembro de sellado desplazable (30), suficiente para hacer que el miembro de sellado desplazable (30) se acople a dicho miembro de tope (18) para cerrar y sellar el paso de flujo (12); caracterizado porque el paso de flujo de fluido (12) en dicho cuerpo (20) define una pared de sellado entre la entrada de fluido (14) y la salida de fluido (16), dicha pared de sellado y dicho miembro de sellado desplazable (30) tienen contornos interactivos que permiten el movimiento deslizante del miembro de sellado desplazable a través del paso de flujo (12) durante una distancia preseleccionada sin abrir el sello entre ellos, dicha porción alargada de diámetro sustancialmente constante (32) de dicho miembro de sellado desplazable (30) proporciona un sello de fluido mientras que el miembro de sellado desplazable (30) se mueve a través del paso de flujo (12) para aumentar la velocidad de movimiento, dicha porción alargada (32) tiene una longitud suficiente para permitir que dicho miembro de sellado desplazable (30) se acelere a una velocidad deseada alejándose de la entrada (14) mientras se mantiene el sello con el paso de flujo (12); y dicho paso de flujo (12) se abre a una abertura relativamente grande de manera que, solo después de que el miembro de sellado desplazable (30) acelera a través de dicho paso de flujo (12) hacia dicha salida de fluido (16) y abre dicha abertura y el sello entre dicho miembro de sellado desplazable (30) y el paso de flujo (12) se abre, un volumen de fluido a alto flujo fluye a través del paso, para permitir la medición del volumen de fluido en un medidor de flujo convencional.

Description

DESCRIPCIÓN

Controlador de flujo de fluido

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para permitir la medición de pequeños flujos de fluido, en general y, en particular, a un controlador de flujo de fluido, especialmente para su uso junto con un medidor de agua, para permitir la medición de pequeños flujos de agua.

Antecedentes de la invención

Para medir el consumo de agua de diferentes usuarios en un sistema, a cada usuario se le proporciona un medidor de agua en su línea de suministro de agua, que mide y registra la cantidad de agua que pasa a través del medidor. Esta cantidad medida puede usarse por el usuario para realizar un seguimiento de su uso, así como también por el proveedor de agua local, tal como una ciudad, para fines de facturación.

En muchos edificios hay fugas y otras demandas de agua en volúmenes bajos que son demasiado pequeños para medir con el medidor. Sin embargo, dado que estos flujos continúan durante todo el día, el uso no medido puede llegar hasta el 15 % del total de agua suministrada a ese edificio. Tradicionalmente, este problema se resuelve mediante el uso de una clase superior de sistema de medición, es decir, de la Clase B a la Clase C, o incluso la clase D. Cada clase de medición tiene ventajas y desventajas. Pasar de la clase A a las clases superiores mejora drásticamente la capacidad del medidor para medir flujos bajos. Sin embargo, la confiabilidad del funcionamiento del medidor se vuelve más problemática con cada clase superior, al igual que el costo de utilizar el sistema.

Otra forma de lidiar con este problema es utilizar medidores de diámetro más pequeño, es decir, reducir de 3/4" a 1/2". De esta forma, se incrementa la capacidad de medir bajo flujo, ya que cuanto menor es el diámetro, menor es el valor del volumen nominal al que el medidor funcionará durante mucho tiempo sin averiarse. La desventaja de este método es que la caída de presión a través del medidor de agua a un flujo dado aumenta en proporción inversa al diámetro. Por lo tanto, es probable que las tuberías de diámetro más pequeño creen una caída de presión inaceptable en el medidor. Además, es probable que la reducción del diámetro de la tubería y la reducción de presión resultante provoque una pérdida de presión de agua para el consumidor. Para evitar esta pérdida de presión, se requieren tuberías más grandes a una presión de suministro más alta. Esto significa costos de infraestructura mucho más altos y energía desperdiciada como resultado de la pérdida de presión en el medidor. Por tanto, aunque estos métodos pueden reducir algo el problema del flujo de agua no medido, no proporcionan una solución satisfactoria y provocan problemas adicionales.

En la actualidad, se utilizan varios tipos diferentes de medidores de agua, de chorro múltiple, de chorro único, de desplazamiento positivo, de oscilación hidráulica, etcétera. El rango de medición de flujo o volumen de cada medidor se define de acuerdo con los siguientes parámetros y se ilustra en la Figura 1. La Figura 1 es un gráfico que ilustra el error de medición porcentual sobre el flujo Q de un medidor de agua convencional. Q^inicioes el flujo en el que el medidor comienza a responder al volumen que fluye a través de él. Es probable que los errores de medición sean del diez por ciento. Como puede verse, hay un rango entre 0 y Q^iniciodonde el medidor se detiene, ya que no puede medir en absoluto. Desde un flujo mínimo Q^mínhasta un flujo Qt más alto (Q^transición), es aceptable un error de aproximadamente ± 5 %. En Qt (Q^transición), el error porcentual aceptable de la medición no puede ser mayor que ± 2 % de error. Como puede verse, de Qt a Q^máx(el flujo máximo posible a través del medidor con una caída de presión de menos de 1 atm), la medición está en el rango óptimo de menos de ± 2 % de error. Como puede verse, en un medidor de este tipo, una fuga lenta Q^fugaque resulta en un flujo de volumen lento, pequeño, es probable que sea menor que Q^inicioo Q^mín,y no sería detectable en absoluto por el medidor.

Los medidores convencionales se diseñaron para medir en un amplio rango de flujo. Sin embargo, esto significa que, en los extremos alto y bajo del rango, la medición es extremadamente inexacta, si es que se mide. Con el fin de proporcionar una medición más precisa en un rango particular de flujo, se desarrolló el medidor combinado. Un medidor de agua combinado incluye un medidor principal que puede conectarse a una tubería principal de agua para determinar cantidades mayores de flujo de agua y a un medidor auxiliar que se dispone en un conducto de derivación para determinar cantidades más pequeñas de flujo de agua. Estos dispositivos generalmente son muy costosos de fabricar y mantener.

Un dispositivo mecánico para evitar que cantidades no medidas de fluidos pasen por los medidores se ilustra en la Patente GB 2083 de Meineke. Esta patente describe un medidor que tiene una tubería principal y una de servicio con una resistencia variable colocada entre ellas. El dispositivo incluye una válvula entre la tubería principal y la de servicio, sobre la que actúa una palanca ranurada ponderada por un peso rodante. Cuando el peso está en la posición hacia afuera, la resistencia al paso del fluido es grande, pero a medida que la presión del fluido disminuye en la tubería de servicio, la válvula y la palanca se elevan para que el peso se deslice hacia el otro extremo de la ranura, y la resistencia disminuye, permitiendo así una apertura repentina de la válvula.

Se conocen válvulas que usan un imán permanente y un disco móvil atraído por un campo magnético. Generalmente, el disco es redondo y el imán lo sujeta en el asiento de la válvula hasta que se crea suficiente presión para moverlo del asiento de la válvula y abrir la válvula. Uno de estos mecanismos de válvula se muestra y describe en la Publicación de Patente EP 925465. Esta solicitud describe un mecanismo de válvula abierto a presión y cerrado magnéticamente para fluidos que tiene un cuerpo de sellado que tiene al menos un área de sección transversal circular dimensionada para encajar en la abertura del mecanismo de válvula.

Otro ejemplo de un dispositivo de este tipo se muestra en la patente de los Estados Unidos 5,320,136 de Morris y otros. Esta patente describe una válvula de retención accionada magnéticamente que tiene un cuerpo de válvula, un disco móvil dispuesto en el mismo y un imán. Cuando la presión del líquido que actúa sobre la válvula está por debajo de un umbral mínimo, el imán atrae la válvula y cierra la tubería. Si continúa un flujo lento de líquido, el disco recoge y retiene el líquido hasta que la presión del líquido recolectado excede la fuerza magnética, lo que hace que el disco vaya a una posición abierta. Este disco y el imán se configuran para atrapar partículas atraídas magnéticamente y evitar que fluyan hacia la región de asiento de la válvula.

En estas válvulas convencionales, el movimiento del disco abre inmediatamente el asiento de la válvula sobre un área de superficie relativamente pequeña, lo que permite un pequeño flujo de líquido a través de la válvula hasta que se alcanza el equilibrio entre la fuerza magnética que atrae el disco y la disminución de la presión del fluido que actúa sobre el disco, hasta que el disco ya no se aleja del asiento de la válvula. Por lo tanto, estas válvulas no proporcionan flujos suficientemente grandes para medir con medidores de agua convencionales.

Los mecanismos de válvulas magnéticas convencionales se diseñan para lograr el equilibrio en la posición abierta. Por lo tanto, cuando la presión del fluido supera la fuerza del campo magnético, la válvula se mueve del asiento de la válvula, creando una pequeña abertura de flujo de fluido y una reducción lenta de la presión. Al mismo tiempo, a medida que se mueve el disco, la fuerza del campo magnético se reduce y se alcanza el equilibrio con el disco en la posición abierta, siempre que haya un flujo de fluido relativamente fijo a través de la válvula por encima del valor umbral.

También se conoce, a partir de la Patente de los Estados Unidos 6,317,051, un sistema de monitoreo del flujo de agua para determinar la presencia de fugas en tuberías de plomería que tienen agua fluyendo a través de las tuberías a alta presión. El sistema incluye un monitor de flujo que se monta en la tubería, un controlador compuesto por un temporizador o un medidor de volumen acumulado para determinar cuando el flujo ha continuado durante un período de tiempo preseleccionado o cuando la cantidad de agua ha excedido un umbral de volumen acumulado preseleccionado y los componentes lógicos responden a los cambios en el caudal, momento en el que se acciona una válvula para detener el flujo a través de la tubería. Esta solución es muy complicada y cara de fabricar y mantener.

En consecuencia, existe una necesidad desde hace mucho tiempo de un dispositivo que concentre volúmenes bajos de fluido y evite el flujo de fluido hasta que haya un volumen suficiente para liberarse como flujo medible, que pueda medirse en un medidor convencional con un porcentaje de error aceptable, y sería deseable que tal dispositivo cerrara el paso de flujo rápidamente cuando la presión del fluido que actúa sobre él desciende.

Resumen de la invención

Se proporciona de acuerdo con la presente invención, tal como se define en la reivindicación 1 adjunta, un controlador de flujo magnético que transforma un flujo de entrada de baja presión en un volumen de fluido de mayor presión a lo largo del tiempo a una presión umbral predefinida, y que controla el paso del fluido para proporcionar un flujo de salida con un flujo alto medible. Por lo tanto, este controlador de flujo puede permitir la medición del flujo cuando el volumen está sustancialmente en un rango óptimo de medición de un medidor de flujo convencional, de modo que los errores de medición serán mínimos.

En consecuencia, la invención proporciona un controlador de flujo magnético que incluye un paso de flujo de fluido que tiene un imán, un miembro de sellado magnético desplazable dispuesto en el paso, el miembro desplazable y el paso de flujo de fluido se conforman para permanecer sellados durante un primer movimiento del miembro desplazable a través del paso de flujo, para acumular así gradualmente el volumen de fluido y la presión que actúan sobre el miembro desplazable, y se conforman para abrir rápidamente por completo el sello, de modo que genere un volumen medible de fluido a través del paso.

De acuerdo con una modalidad preferida, el controlador de flujo incluye además un elemento de retorno adaptado y configurado para hacer que el miembro desplazable regrese hacia el imán.

De acuerdo con una modalidad preferida, el controlador de flujo incluye además un tornillo de ajuste acoplado al imán y montado en el miembro de tope para determinar el punto de acoplamiento del miembro desplazable y el tornillo de ajuste.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el controlador de flujo incluye un paso de flujo que define una pared de sellado entre una entrada de fluido que tiene un ferromagneto y una salida de fluido, un miembro de sellado desplazable atraído magnéticamente dispuesto herméticamente en el paso de flujo, la pared de sellado y miembro de sellado tienen contornos interactivos que permiten el movimiento deslizante del miembro desplazable a través del paso de flujo, mientras se mantiene el sello entre el miembro de sellado y la pared de sellado, hasta que se alcanza un diferencial de presión predefinido que supera el campo magnético reducido, en cuyo punto el miembro desplazable se desmonta de la pared de sellado y se acelera alejándose de la entrada de flujo para crear una caída repentina de presión y permitir un pulso de volumen/flujo de fluido medible a través del paso.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el movimiento del miembro desplazable en el controlador de flujo se caracteriza por un movimiento de histéresis.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el miembro desplazable tiene una forma hidrodinámica que tiene una porción alargada central de diámetro constante que permite el movimiento a lo largo de la pared de sellado mientras se mantiene el sello. Esta porción central controla el movimiento de histéresis del miembro desplazable que, a su vez, controla el volumen del pulso de fluido.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se comprenderá y apreciará además desde la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos en los que:

La Figura 1 es un gráfico que ilustra el porcentaje de error de medición sobre el flujo Q de un medidor de agua convencional;

La Figura 2a es una ilustración esquemática de un controlador de flujo de fluido construido y operativo de acuerdo con una modalidad de la presente invención, en una orientación cerrada y sellada;

La Figura 2b es una vista en sección de la Figura 2a tomada a lo largo de la línea B-B;

La Figura 2c es una vista en sección lateral esquemática de un controlador de flujo de fluido de acuerdo con una modalidad de la invención en una orientación abierta y sin sellar.

La Figura 2d es una vista en sección lateral esquemática de un controlador de flujo de fluido de acuerdo con una modalidad de la invención en una orientación cerrada y sellada.

La Figura 3 es una ilustración esquemática del controlador de flujo de fluido de acuerdo con la Figura 2 en una orientación en movimiento, pero sellada;

La Figura 4 es una ilustración esquemática del controlador de flujo de fluido de acuerdo con la Figura 2 en una orientación adicional en movimiento, pero sellada;

La Figura 5 es una ilustración esquemática del controlador de flujo de fluido de acuerdo con la Figura 2 en una orientación abierta y sin sellar;

La Figura 6 es un gráfico que ilustra la curva de histéresis de un miembro desplazable en una modalidad preferida de la invención;

La Figura 7 es un gráfico que ilustra el flujo a lo largo del tiempo generado por un dispositivo de acuerdo con la presente invención;

La Figura 8 es una ilustración esquemática de un controlador de flujo de fluido de acuerdo con la invención montado en un medidor de agua; y

La Figura 9 es una ilustración esquemática de un controlador de flujo de fluido de acuerdo con la invención montado en un medidor de agua alternativo.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a un controlador de flujo magnético que transforma una reducción lenta de la presión del flujo de fluido a lo largo del tiempo en un flujo de fluido medible. Una vez que se alcanza un diferencial de presión umbral, un paso de flujo a través del controlador de flujo se abre rápidamente a una abertura relativamente grande, generando así un volumen de fluido a alto flujo que fluye a través del paso, particularmente para permitir la medición del volumen de fluido en un medidor de flujo convencional. El dispositivo de la presente invención integra este flujo bajo y lo transforma en un flujo de fluido medible (flujo de gran volumen durante un tiempo corto), de modo que el medidor de fluido puede medir el fluido dentro de su rango de error óptimo. Esto se logra mientras se mantiene una caída de presión en el medidor de flujo que está dentro de los estándares permitidos (es decir, menos de 1 atmósfera para medidores de chorro múltiple a máxima capacidad). Por tanto, la invención proporciona cambios relativamente bruscos entre un flujo de fluido sustancialmente alto y ningún flujo, en forma de pulso, aguas abajo del controlador.

Las Figuras 2a, 2b, 2c y 2d son ilustraciones esquemáticas laterales y en sección transversal de un controlador de flujo magnético 10 construido y operativo de acuerdo con una modalidad de la presente invención, en una orientación cerrada y sellada, y dispuesto en una tubería de flujo de fluido 11. El controlador de flujo 10 incluye un paso de flujo de fluido 12 a través de un cuerpo 20 que tiene una entrada de fluido 14 y una salida de fluido 16. La entrada de fluido 14 se acopla a una fuente de fluido, por ejemplo, un suministro de agua. La salida de fluido 16 se acopla aguas abajo, por ejemplo, a un consumidor, por ejemplo, una tubería de suministro de agua a una vivienda. En la modalidad ilustrada, la entrada de fluido 14 incluye un miembro de tope ferromagnético 18, que puede incluir un ferromagneto o formarse por un material ferromagnético. El miembro de tope 18 se fija al cuerpo 20 e incluye uno o más miembros de sellado, aquí ilustrados como un miembro de sellado anular 19.

Un miembro de sello 22, que puede ser un miembro anular, aquí ilustrado como un miembro de sello alargado que tiene una porción de diámetro constante y paredes internas 23, se monta en el cuerpo 20. Puede proporcionarse una pluralidad de elementos de guía 24 en el cuerpo 20 a lo largo de la longitud del paso de flujo 12, o el cuerpo 20 puede configurarse para incluir también elementos de guía internos. Dispuesto en el extremo aguas abajo del miembro de cuerpo 20 hay un miembro de tope de salida 26, montado en el cuerpo 20 por elementos de soporte 28, entre los cuales fluye fluido hacia la salida de fluido 16.

Un miembro desplazable 30 se dispone en el paso de flujo 12, entre los elementos de guía 24 y se dispone para moverse entre las paredes internas 23 del miembro de sello 22. El miembro desplazable 30 y el miembro de sello 22 se configuran para proporcionar un sello de fluido mientras que el miembro desplazable 30 se mueve con relación al miembro de sello 22 sobre una distancia seleccionada, para aumentar la velocidad de movimiento del miembro desplazable. Esto hace que el miembro desplazable se acelere a una velocidad tal que, cuando se desacopla el acoplamiento de sellado, el miembro desplazable continúa alejándose de la entrada y proporciona una apertura rápida y completa del paso de flujo de fluido. En la modalidad ilustrada, el miembro desplazable 30 se adapta y se configura para asentarse contra el miembro de tope 18 y evitar el flujo de fluido al paso de flujo 12, en la orientación cerrada. Preferiblemente, el miembro desplazable 30 tiene una forma hidrodinámica para no obstaculizar el flujo de fluido cuando el paso de flujo está en un estado abierto. En la modalidad ilustrada, el miembro desplazable 30 incluye una porción 32 de diámetro sustancialmente constante, aquí ilustrada como una porción cilíndrica. La porción cilíndrica 32 se adapta y se configura para deslizarse a lo largo y acoplarse herméticamente al miembro de sello 22, siempre que estén al menos parcialmente alineados entre sí. Se apreciará que tanto el miembro de sello 22 como el miembro desplazable 30 pueden incluir una porción alargada para permitir el movimiento relativo mientras se mantiene el acoplamiento de sellado a lo largo de la porción alargada, para que el miembro desplazable aumente la velocidad.

De acuerdo con otra modalidad de la invención ilustrada en la Figura 2d, al menos la porción 32 del miembro desplazable 30 puede incluir material de sellado 45 para un acoplamiento de sellado con el cuerpo 20, eliminando así la necesidad del miembro de sello 22. La porción 32 del miembro desplazable 30 que incluye material de sellado 45 se configura para proporcionar un sello de fluido mientras que el miembro desplazable 30 se mueve con relación al cuerpo 20 en una distancia seleccionada, para aumentar la velocidad de movimiento del miembro desplazable. Como se muestra en la Figura 2d, el material de sellado 45 de la porción 32 está en acoplamiento de sellado con el cuerpo 20 cuando el miembro desplazable 30 está en una orientación cerrada y sellada.

Un imán 34 se monta en el miembro desplazable 30, o el miembro desplazable 30 puede formarse de un material magnético. Preferiblemente, una pieza de material ferromagnético 36 también se monta en el miembro desplazable 30, alrededor del imán 34, para cerrar el circuito magnético.

Preferiblemente, un miembro de retorno 38 se asocia con un miembro desplazable 30. El miembro de retorno 38 se configura y se dispone para hacer que el miembro desplazable se mueva hacia atrás hacia el miembro de tope 18 desde una orientación completamente abierta. En la modalidad ilustrada, el miembro de retorno 38 es un resorte de compresión empujado entre un hombro 39 en el miembro desplazable 30 y el miembro de tope 26. De acuerdo con una modalidad alternativa, el elemento de retorno 38 puede ser un cuerpo metálico u otro imán (no se muestra) dispuesto en el miembro de tope 26 o cerca de él y dispuesto de modo que cree una fuerza magnética para repeler el imán 34 en el miembro desplazable 30.

De acuerdo con una modalidad de la invención, un sensor magnético 31 se acopla adyacente al controlador de flujo. El sensor 31 puede ser un interruptor de láminas, una bobina o cualquier otro sensor adecuado, que sea capaz de detectar el movimiento del miembro desplazable y proporcionar una señal de salida correspondiente al mismo. El sensor 31 preferiblemente se acopla a un ordenador 33 u otro dispositivo para recibir la señal de salida y recopilar los datos proporcionados por el sensor. Estos datos se procesan para determinar si el movimiento del miembro desplazable indica la presencia de una fuga. Si se desea, el ordenador 33 puede acoplarse a un controlador 35 para proporcionar una advertencia, tal como una alarma u otra indicación de fuga.

Se apreciará que, de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención, el imán puede montarse en el miembro de tope en la entrada, y el miembro desplazable puede hacerse de un material ferromagnético, o ambos pueden incluir un imán. El único requisito es que se cree una fuerza magnética entre los dos que sea lo suficientemente fuerte para mantener el miembro desplazable en contacto de sellado con el miembro de tope en ausencia de flujo de fluido, y que se reduzca gradualmente a medida que el miembro desplazable se aleja del miembro de tope.

De acuerdo con una modalidad de la invención ilustrada en la Figura 2c, el miembro de tope 18 incluye además un tornillo de ajuste 37 dispuesto en una carcasa sustancialmente cilíndrica 13 que tiene un extremo superior abierto (no se muestra) y un extremo inferior abierto 15, paredes laterales 17, una tapa 21 que tiene un saliente 25 sustancialmente cilíndrico que incluye una ranura anular para sujetar un sello 27 de junta tórica, para sellar el extremo superior abierto de la carcasa 13. Se apreciará que la carcasa 13 puede configurarse de diferentes formas geométricas y el sello 27; la tapa 21 y el saliente 25 pueden tener la forma correspondiente para sellar el extremo superior de la carcasa 13.

Además, de acuerdo con la modalidad ilustrada en la Figura 2c, la carcasa 13 se adapta y se configura para sujetar un imán 29 acoplado al tornillo de ajuste 37 que tiene roscas anulares 41. Preferiblemente, el tornillo de ajuste 37 puede formarse de material ferromagnético no corrosivo para mejorar la atracción magnética y proteger el imán 29 de la corrosión. Preferiblemente, el acoplamiento del imán 29 al tornillo de ajuste 37 puede lograrse mediante mera atracción magnética. El tornillo de ajuste 37 se dispone en la carcasa 13 y se soporta por medio de roscas anulares complementarias 43 en las paredes laterales 17, adyacentes al extremo inferior 15. El tornillo de ajuste 37 puede desplazarse a lo largo de un eje vertical dentro de la carcasa 13 en ambas direcciones girando un destornillador colocado en una ranura de destornillador 39 en la superficie superior del tornillo de ajuste. El tornillo de ajuste 37 de desplazamiento permite determinar el punto de acoplamiento del miembro desplazable 30 y el tornillo de ajuste 37.

Preferiblemente, la superficie inferior del tornillo de ajuste 37 se adapta y se configura para acoplarse sustancialmente por completo con la superficie superior del miembro desplazable 30. Se apreciará que, dado que el tornillo de ajuste 37 se forma preferiblemente de material ferromagnético, es propicio para la conducción de la fuerza magnética a través del mismo para una mejor atracción del miembro desplazable 30 al imán 29. Al girar el tornillo de ajuste 37 puede optimizarse el acoplamiento entre su superficie inferior y la superficie superior del miembro desplazable 30 maximizando así la atracción magnética entre el imán 29 y el miembro desplazable 30. Además, el desplazamiento del tornillo de ajuste 37 provoca el desplazamiento del imán 29 con el mismo más cerca o más lejos del miembro desplazable 30 aumentando o disminuyendo así la fuerza de atracción magnética entre ellos, según se desee.

Se apreciará además que al determinar el punto de acoplamiento del miembro desplazable 30 y el tornillo de ajuste 37, también se determina la superficie de acoplamiento entre la porción 32 del miembro desplazable 30 y el miembro de sello 22. Por tanto, el tornillo de ajuste puede usarse para optimizar el acoplamiento de sellado entre ellos. Se apreciará aún más que el tornillo de ajuste 37 permite construir el controlador de flujo de acuerdo con la presente invención con componentes menos precisos y por lo tanto más baratos y aún tener un buen sellado, así como también una buena atracción magnética entre el imán 29 y el miembro desplazable 30. Preferiblemente, la carcasa 13 se forma de material no corrosivo y está sustancialmente sellada por medio de la tapa 21 y el tornillo de ajuste 37 para proteger el imán 29 de la corrosión.

El funcionamiento de esta modalidad de la invención se describirá ahora con referencia a las Figuras 2a, 3, 4 y 5. La Figura 2a muestra el dispositivo de la presente invención en una orientación cerrada y sellada. Como se describió anteriormente, el miembro desplazable 30 está asentado contra el miembro de tope 18 de entrada de modo que el fluido, a la presión de suministro Ps, quede atrapado por encima del miembro desplazable 30, fuera de la entrada de fluido 14. Cuando se usa o se extrae una cantidad de fluido aguas abajo, como por parte del consumidor, la presión dentro del paso de flujo 12 se reduce, creando así un diferencial de presión a través de la entrada de fluido 14. Cuando se utiliza una gran cantidad de fluido, tal como al abrir un grifo de agua, el diferencial de presión es grande y el miembro desplazable 30 se mueve rápidamente al paso de flujo 12, permitiendo así la entrada de fluido dentro y a través del controlador de flujo. Mientras permanezca la demanda, el diferencial de presión permanece y el fluido continúa presionando contra el miembro desplazable 30 y fluyendo a su alrededor ya través del paso de flujo, como se conoce.

Sin embargo, en el caso de una fuga o un pequeño flujo de fluido aguas abajo del controlador de flujo, el diferencial de presión es pequeño y se acumula muy lenta y gradualmente, y la fuerza magnética actúa para mantener el miembro desplazable contra el miembro de tope, por lo que el miembro desplazable no se mueve. A medida que aumenta el diferencial de presión, se alcanzará un umbral en donde la fuerza del diferencial de presión que actúa sobre el miembro desplazable 30 en la dirección de la salida de fluido es igual a la fuerza del imán que actúa sobre el miembro desplazable 30 en la dirección de la entrada de fluido. Cuando se supera este umbral, el miembro desplazable 30 comenzará a moverse a través del paso de flujo 12 hacia la salida de fluido.

Es una característica particular de la presente invención que el miembro desplazable 30 y el paso de flujo 12 (o el miembro de sello 22 en el paso de flujo) tengan una forma tal que el miembro desplazable pueda moverse una distancia preseleccionada a través del paso de flujo sin abrir el sello entre ellos. En esta modalidad, esto lo proporciona la porción 32 de diámetro sustancialmente constante. Por tanto, como se ve en la Figura 3, la porción cilindrica 32 del miembro desplazable 30 se mueve a lo largo del miembro de sello 22 mientras permanece acoplado herméticamente. Esto significa que el diferencial de presión a través de la entrada de fluido en el controlador de flujo de la presente invención continúa creciendo sin abrir el paso de flujo, a diferencia de los dispositivos magnéticos convencionales en donde el paso de flujo se abre inmediatamente después del movimiento del disco.

Se apreciará que, a medida que el miembro desplazable 30 se aleja del miembro de tope 18 debido al diferencial de presión a través de la entrada de fluido, la fuerza del campo magnético entre el ferromagneto en el miembro de tope 18 y el imán 34 en el miembro desplazable 30 se vuelve más pequeña. Esta reducción de la fuerza magnética que actúa en la dirección de la entrada del flujo, actuando junto con el aumento de la fuerza en la dirección de la salida debido a la presión del volumen de agua que actúa para abrir la entrada del fluido, sirven para acelerar el movimiento del miembro desplazable 30 a través del paso de flujo 12 hacia la salida de fluido 16 y aumenta la velocidad a la que el miembro desplazable 30 se aleja de la entrada y, por lo tanto, la distancia que se mueve desde el miembro de sello 22.

Por tanto, el miembro desplazable 30 continúa moviéndose en la dirección de la salida de flujo, como se ve en la Figura 4. Como puede verse, el miembro desplazable 30 se ha movido a través de una distancia seleccionada con relación al paso de flujo 12 y, debido a las formas complementarias de las paredes internas del miembro de sello 22 y el miembro desplazable 30, el sello aún no se abre entre ellos. Esta distancia se determina por la longitud del acoplamiento de sellado entre el miembro de sello 22 y el miembro desplazable 30. Esta longitud se selecciona para permitir que el miembro desplazable 30, mientras se mueve en la dirección de la salida, acumule suficiente velocidad para continuar su movimiento más allá del punto donde se abre el paso de flujo 12. Debido a esa velocidad, el miembro desplazable 30 se aleja del miembro de tope 18, por lo que la fuerza magnética que empuja al miembro desplazable en la dirección opuesta disminuye y el miembro desplazable puede continuar su movimiento en la dirección de salida. Se permite que el miembro desplazable 30 se mueva una distancia suficiente para que la presión diferencial, aunque disminuya debido al flujo de fluido a través del paso, seguirá siendo mayor que la fuerza magnética. De esta manera, el controlador de flujo de acuerdo con la presente invención evita que el miembro desplazable 30 oscile entre las posiciones cerrada y abierta del paso de flujo 12 (un fenómeno conocido como "oscilación", causado por la fuerza magnética siendo todavía suficientemente fuerte para contrarrestar la fuerza ejercida por la presión diferencial sobre el miembro desplazable 30 para moverse en la dirección de la salida de fluido 16).

A medida que el efecto de la fuerza del campo magnético se vuelve más pequeña, mientras que la presión que actúa en la dirección de salida permanece igual o mayor, el miembro desplazable 30 se mueve a una velocidad acelerada pasando el miembro de sello 22 a una posición no sellada, como se muestra en la Figura 5. El miembro desplazable 30 y el paso de flujo 12 se diseñan de manera que el paso de flujo se abre repentinamente a una abertura sustancialmente completa con un área superficial relativamente grande, permitiendo un flujo rápido del fluido previamente atrapado a alto flujo alrededor del miembro desplazable 30 y a través del paso de flujo y como se indicó anteriormente, de modo que el miembro desplazable esté lo suficientemente lejos del miembro de sello como para que la fuerza magnética no sea suficiente para hacer que cambie de dirección inmediatamente y cierre el paso de flujo. Este diseño de un cuerpo que tiene un paso ancho con un miembro desplazable de forma hidrodinámica proporciona una pérdida de carga relativamente pequeña a través del dispositivo y evita las turbulencias. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el controlador de flujo se asocia con un medidor de flujo (no se muestra), y el alto flujo que genera el controlador de flujo se diseña para estar dentro del rango de medición óptimo del medidor de flujo.

En esta etapa, una cantidad suficiente de fluido para reemplazar el extraído aguas abajo ha fluido a través del paso de flujo y la presión Pc aumenta, por lo que el diferencial de presión que actúa sobre el miembro desplazable disminuye, hasta que Ps vuelve a ser igual a Pc. Ahora sustancialmente no hay diferencial de presión actuando sobre el miembro desplazable en la dirección de salida, y el campo magnético comienza a actuar sobre el imán, tirando del miembro desplazable hacia la entrada de fluido. A medida que se acerca a la entrada de fluido, la fuerza magnética que actúa sobre el miembro desplazable aumenta continuamente, provocando que el miembro desplazable se acelere hacia la entrada. Además, el miembro de retorno 38, si está presente, actúa ahora sobre el miembro desplazable 30, empujándolo hacia atrás en la dirección del miembro de tope 18. En la modalidad ilustrada, el resorte 38 empuja al miembro desplazable 30 hacia el miembro de tope 18. A medida que el miembro desplazable 30 se mueve hacia el miembro de tope 18, la fuerza del campo magnético que actúa sobre el miembro desplazable aumenta, mientras que el diferencial de presión permanece pequeño. De esta manera, el miembro desplazable 30 acelera desde una orientación completamente abierta hasta una orientación sellada y luego cerrada, hasta que el diferencial de presión aumenta de nuevo, como se describió anteriormente. Esto evita que cantidades sustanciales de fluido fluyan sin detectarse a través del paso de flujo 12.

Es una característica particular de la presente invención que las fuerzas que actúan sobre el miembro desplazable hacen que el miembro desplazable se acelere primero en la dirección que abre el paso de flujo y luego en la dirección que cierra el paso de flujo, permitiendo así el paso de fluido a través del controlador de flujo en pulsos de valores de flujo dentro del rango medible de un medidor.

De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el movimiento del miembro desplazable 30 desde y hacia el miembro de tope 18 en condiciones de fuga se caracteriza por un movimiento de histéresis. En la Figura 6 se muestra una ilustración esquemática de un ejemplo de dicha curva de histéresis. El punto 40 corresponde a la Figura 2, donde el miembro desplazable se asienta contra el miembro de tope y el controlador de flujo está cerrado y sellado. En esta posición, no hay diferencial de presión a través de la entrada, por lo que la suma de las fuerzas que actúan sobre el miembro desplazable es sustancialmente cero y el miembro desplazable 30 no se mueve. La suma de las fuerzas que actúan sobre el miembro desplazable puede describirse sustancialmente mediante la ecuación

donde F^ses la fuerza del miembro de tope 18 que actúa sobre el miembro desplazable, F^mages la fuerza magnética, F^kes la fuerza del elemento de retorno, AP es igual a P^s-P^c, y A es el área del miembro desplazable sobre el que actúa la presión.

Cuando hay una fuga aguas abajo del controlador de flujo, el diferencial de presión (P^s- P^c) comienza a aumentar lentamente, pero el miembro desplazable aún no puede moverse ya que la fuerza del campo magnético y la fuerza de retorno permanecen constantes, mientras que la fuerza del miembro de tope 18 disminuye una cantidad correspondiente. A medida que el diferencial de presión, más cualquier otra fuerza que actúe para abrir el paso de flujo, alcance un valor mayor que la fuerza del imán y el miembro de retorno para cerrar el paso de flujo, el miembro desplazable comienza a moverse. Es una característica particular de la invención que, a medida que el miembro desplazable comienza a moverse, la fuerza magnética disminuye mientras que aumenta el diferencial de presión, el miembro desplazable acelera hacia la salida, como lo indica la flecha 44 en la curva. El miembro desplazable continúa acelerándose, mientras mantiene el sello, hasta que la distancia X desde el miembro de tope 18 es igual a L^h, donde L^hes la distancia que se mueve el miembro desplazable antes de abrir el paso de flujo. L^hes el parámetro significativo en la creación del efecto de histéresis y es el resultado de las formas complementarias del miembro desplazable y el paso de flujo o miembro de sello. Es importante que el parámetro L^hsea lo suficientemente grande para evitar un estado de equilibrio del miembro desplazable en la orientación abierta en condiciones de fuga y para evitar oscilaciones (apertura y cierre rápidos del controlador de flujo).

Después de L^h, el diferencial de presión cae gradualmente, y la fuerza principal que actúa sobre el miembro desplazable se convierte en la fuerza magnética, que ralentiza el movimiento del miembro desplazable hacia la salida de fluido, como lo muestra la curva con la flecha de referencia 46, hasta que el miembro desplazable se detiene en X^máx, el desplazamiento máximo del miembro desplazable desde el miembro de tope, en el punto 48. En este punto, en la modalidad ilustrada, el miembro desplazable golpea el miembro de tope 26 y no puede moverse más. En esta etapa, la fuerza creciente F^magdel campo magnético, junto con el impulso recibido del miembro de retorno, proporciona un aumento escalonado de la fuerza que actúa sobre el miembro desplazable e invierte la dirección de movimiento del miembro desplazable. Como se muestra en el número de referencia 50, el miembro desplazable ahora acelera hacia el miembro de tope 18, como lo muestra la flecha 52 en la curva. Cuando el miembro desplazable golpea el miembro de tope 18, la suma de las fuerzas que actúan sobre el miembro desplazable cae, en una caída escalonada, al valor original, indicado por la flecha 54 en la curva. Se apreciará que, cuando hay un flujo de agua normal a través del dispositivo, este permanece abierto para no obstaculizar el flujo. Sin embargo, durante flujos lentos, que normalmente no se medirían con un medidor, el dispositivo descrito anteriormente permite que el flujo fluctúe de 0 a Qt sustancialmente en forma de pulsos, y proporciona una medición de flujo relativamente bajo con medidores convencionales durante la porción del pulso en el rango de Qt.

En la Figura 7 se muestra una ilustración gráfica esquemática del flujo a través del paso de fluido a lo largo del tiempo producido por una modalidad de la invención. El valor de flujo que puede medirse con un error mínimo por el medidor es Qt. Como puede verse, Q^fugaes demasiado pequeña para medirse en este rango. El controlador de flujo de la presente invención integra el flujo bajo (Q^fuga) y lo transforma en pulsos 60 de flujo de fluido en el rango de Qt, de modo que los pulsos pueden medirse dentro del rango de error óptimo mediante el medidor de fluido. El rápido aumento 62 del flujo es el resultado de la rápida y amplia apertura del paso del flujo de fluido (representado por la flecha 46 en la Figura 6), mientras que la caída relativamente aguda 64 del pulso 60 es el resultado del cierre rápido de la entrada (representado por la curva 50 entre X^máxy L^h) La longitud de la porción 32 de diámetro constante del miembro desplazable 30 y/o del miembro de sello 22 determina el ancho 66 del pulso en Qt.

Preferiblemente, el dispositivo de la presente invención se dimensiona para que pueda montarse en las líneas de suministro existentes sin cortar las tuberías de flujo de fluido. Las Figuras 8 y 9 son ilustraciones de dos modalidades de controladores de flujo de la presente invención montados en una línea de medidor de agua. Como puede verse, pueden proporcionarse bridas de montaje 70 en cualquier extremo del controlador de flujo magnético, para permitir el montaje del controlador de flujo en una posición adecuada para su funcionamiento. En la modalidad de la Figura 8, el controlador de flujo 72 tiene bridas de montaje adyacentes a la salida de fluido del controlador de flujo. Esta modalidad es adecuada para medidores que tienen una tubería de salida en la que puede encajar el controlador de flujo. Alternativamente, como se muestra en la Figura 9, pueden proporcionarse bridas de montaje 70 adyacentes a la entrada de fluido de un controlador de flujo 74. De esta manera, el controlador de flujo puede montarse de manera robusta por medio del registro, en lugar de en el medidor.

Aunque la invención se ha descrito con respecto a un número limitado de modalidades, se apreciará que pueden hacerse muchas variaciones, modificaciones y otras aplicaciones de la invención. Se apreciará además que la invención no se limita a lo que se ha descrito anteriormente simplemente a modo de ejemplo. Más bien, la invención se limita únicamente por las reivindicaciones que siguen.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un controlador de flujo magnético que comprende:

un cuerpo (20) que define un paso de flujo de fluido (12) que tiene una entrada de fluido (14) y una salida de fluido (16);

un miembro de tope (18) montado a través de dicha entrada (14); y

un miembro de sellado desplazable (30) que tiene una porción alargada de diámetro sustancialmente constante (32) y se dispone en dicho cuerpo (20) adyacente a dicho miembro de tope: y

en donde dicho miembro de sellado desplazable (30) puede moverse a través de dicho paso de flujo (12) alejándose de dicho miembro de tope (18) hacia dicha salida mediante una fuerza creada por un diferencial de presión entre una presión en la entrada (14) y una presión en la salida (16); y

en donde al menos uno de dicho miembro de tope (18) y dicho miembro de sellado desplazable (30) incluye un imán (34, 29), y el otro de dicho miembro de tope y dicho miembro de sellado desplazable incluye una porción ferromagnética (36), para crear una fuerza magnética, que actúa sobre dicho miembro de sellado desplazable (30), suficiente para hacer que el miembro de sellado desplazable (30) se acople a dicho miembro de tope (18) para cerrar y sellar el paso de flujo (12);

caracterizado porque

el paso de flujo de fluido (12) en dicho cuerpo (20) define una pared de sellado entre la entrada de fluido (14) y la salida de fluido (16), dicha pared de sellado y dicho miembro de sellado desplazable (30) tienen contornos interactivos que permiten el movimiento deslizante del miembro de sellado desplazable a través del paso de flujo (12) durante una distancia preseleccionada sin abrir el sello entre ellos,

dicha porción alargada de diámetro sustancialmente constante (32) de dicho miembro de sellado desplazable (30) proporciona un sello de fluido mientras que el miembro de sellado desplazable (30) se mueve a través del paso de flujo (12) para aumentar la velocidad de movimiento, dicha porción alargada (32) tiene una longitud suficiente para permitir que dicho miembro de sellado desplazable (30) se acelere a una velocidad deseada alejándose de la entrada (14) mientras se mantiene el sello con el paso de flujo (12); y

dicho paso de flujo (12) se abre a una abertura relativamente grande de manera que, solo después de que el miembro de sellado desplazable (30) acelera a través de dicho paso de flujo (12) hacia dicha salida de fluido (16) y abre dicha abertura y el sello entre dicho miembro de sellado desplazable (30) y el paso de flujo (12) se abre, un volumen de fluido a alto flujo fluye a través del paso, para permitir la medición del volumen de fluido en un medidor de flujo convencional.
2. El controlador de flujo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde se proporciona un miembro de sello (22) montado en dicho paso de flujo (12) definido por dicho cuerpo (20), el miembro de sello (22) se adapta y se configura para acoplarse herméticamente con dicho miembro desplazable (30) a medida que se mueve a través de dicha distancia seleccionada, y en donde dicho miembro de sello (22) incluye una porción alargada de diámetro sustancialmente constante que permite el movimiento del miembro desplazable (30) a lo largo del paso de flujo durante dicha distancia mientras se mantiene dicho acoplamiento de sellado; o

en donde la porción alargada del miembro desplazable (30) incluye un material de sellado (45) adaptado y configurado para acoplarse herméticamente con dicho paso de flujo (12) a medida que se mueve a través de dicha distancia seleccionada.
3. El controlador de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el miembro desplazable (30) tiene una forma hidrodinámica.
4. El controlador de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho miembro de tope (18) comprende además un tornillo de ajuste (37) acoplado a dicho imán (29), dicho imán (29) se incluye en el miembro de tope (18), y se dispone de forma desplazable en una carcasa (13) para determinar el punto de acoplamiento de dicho miembro desplazable (30) y dicho miembro de tope (18).
5. El controlador de flujo de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicha carcasa (13) comprende extremos abiertos superior e inferior (15), paredes laterales (17), una tapa (21) para sellar dicho extremo superior abierto de dicha carcasa (13), y en donde dicho tornillo de ajuste (37) comprende roscas anulares (41) para desplazarse a lo largo de un eje vertical en ambas direcciones dentro de dicha carcasa (13) por medio de roscas anulares complementarias (43) en dichas paredes laterales (17).
6. El controlador de flujo de acuerdo con la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en donde dicho tornillo de ajuste (37) se forma de material ferromagnético no corrosivo y en donde dicha carcasa (13) se forma de material no corrosivo y está sustancialmente sellada.
7. El controlador de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un elemento de retorno (38) adaptado y configurado para empujar el miembro desplazable (30) para que regrese hacia dicho miembro de tope (18).
8. El controlador de flujo de acuerdo con la reivindicación 7, en donde dicho elemento de retorno (30) incluye un imán (34).
9. El controlador de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el movimiento de dicho miembro desplazable (30) en el controlador de flujo en condiciones de fuga se caracteriza por un movimiento de histéresis.
10. El controlador de flujo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un sensor (31) dispuesto para detectar el movimiento de dicho miembro desplazable (30) y proporcionar una salida correspondiente a dicho movimiento detectado.
11. Un método para controlar el flujo de fluido para medir un flujo de fluido pequeño por medio de un controlador de flujo magnético como se establece en cualquiera de las reivindicaciones 1-10, el método que comprende: asentar herméticamente el miembro de sellado desplazable (30) que tiene la porción alargada de diámetro sustancialmente constante (32) contra el miembro de tope (18) en la entrada de fluido (14) del cuerpo (20) que define el paso de flujo (12);

aumentar la presión diferencial alrededor de dicho miembro de sellado desplazable (30) hasta que se supera un umbral;

caracterizado por

mover el miembro de sellado desplazable (30) a través del paso de flujo (12) sobre una distancia seleccionada mientras se mantiene un sello de fluido entre ellos, para aumentar la velocidad de movimiento del miembro de sellado desplazable (30), siendo dicha porción alargada (32) de longitud suficiente para permitir que dicho miembro de sellado desplazable (30) se acelere a una velocidad deseada alejándose de la entrada (14) mientras se mantiene dicho sello de fluido;

acelerar el miembro de sellado desplazable (30) hasta una abertura relativamente grande en dicho paso de flujo (12) y abrir el sello entre dicho miembro desplazable (30) y el paso de flujo (12); y

medir, en un medidor de flujo convencional, un volumen de fluido a alto flujo que fluye alrededor del miembro desplazable a través del paso.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además devolver el miembro desplazable (30) hacia el miembro de tope (18) desde una orientación completamente abierta, después de dicha etapa de aceleración.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende, además:

proporcionar un elemento de retorno (38) cerca de dicha salida (16) para empujar dicho miembro desplazable (30) hacia el miembro de tope (18) en dicha entrada (14).
14. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en donde dicha etapa de devolver el miembro desplazable (30) incluye devolver dicho miembro desplazable (30) a dicha entrada cuando dicha atracción magnética es mayor que dicho diferencial de presión.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además proporcionar un tornillo ajustable (37) acoplado a dicho imán (29) en dicho miembro de tope (18) para determinar el punto de acoplamiento de dicho miembro desplazable (30) y dicho miembro de tope (18).
16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende además montar dicho tornillo ajustable (37) y dicho imán (29) en una carcasa (13) en dicho miembro de tope (18).
17. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, que comprende, además:

detectar el movimiento de dicho miembro desplazable (30); y

proporcionar una señal de salida correspondiente a dicho movimiento detectado.