MX2011011187A - Medidor de flujo de fluido. - Google Patents

Medidor de flujo de fluido.

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MX2011011187A
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Ross James Bardon
Ronald Desmond Claridge
Alam Rashid
Ivor Thomas Rogers
William David Stockill
Douglas Richard Wright
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Elster Metering Ltd
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Abstract

La presente invención se relaciona con un medidor de flujo de fluido, el cual comprende: un medio para definir una trayectoria de flujo de fluido, un rotor con por lo menos una paleta, colocada en la trayectoria de flujo de fluido y un anillo colocado corriente arriba desde y adyacente al rotor, en donde el anillo está adaptado para acondicionar el flujo en el borde delantero de la paleta del rotor sobre una variedad de condiciones operativas. Al proporcionar un anillo se puede mejorar la exactitud y el intervalo de medición de flujo.

Description

MEDIDOR DE FLUJO DE FLUIDO Campo de la Invención La invención se relaciona con medidores de flujo de fluido,, tales como medidores de flujo mecánico de flujo axial. El término "mecánico" se refiere aquí a un medidor de flujo que tiene una parte móvil, cuyo movimiento se utiliza como ,una medición del flujo. La parte móvil puede ser un rotor, cuya rotación es proporcional a la velocidad de flujo de fluido a través del medidor. La invención tiene importancia particular en dispositivos de medición de precisión que utilizan la detección inductiva del movimiento del rotor. La invención también se relaciona con las características del rotor, tal como características de flotación.
Antecedentes de la Invención Anillo de Acondicionamiento de Flujo De conformidad con un aspecto de la presente invención, se proporciona un medidor de flujo de fluido, el cual comprende: un medio para definir una trayectoria de flujo de fluido, un rotor, con por lo menos una paleta, colocada en la trayectoria de flujo de fluido, y un anillo colocado corriente arriba de y adyacente al rotor, en donde el anillo está adaptado para acondicionar el flujo de fluido en el borde delantero de la paleta del rotor sobre un amplio intervalo de condiciones operativas. Al proporcionar un anillo, se puede mejorar la exactitud y el intervalo de medición de flujo se puede mejorar comparado con la exactitud y el intervalo de medición de flujo de un medidor equivalente sin un rotor.
De preferencia, el intervalo de condiciones operativas es un intervalo de la velocidad de flujo. De preferencia, el intervalo de velocidad de flujo es menor que la tasa del intervalo de velocidad de flujo del medidor de flujo de fluido, pero de preferencia, más de 25% o 33% o 50% o 75% del intervalo tasado.
De preferencia, las condiciones de flujo en el borde delantero de la paleta del rotor se mejoran comparadas con uno que no tiene anillo.
De preferencia, de conformidad con el intervalo de condiciones operativas, las condiciones de flujo se mejoran en comparación cuando no se proporciona un anillo corriente arriba de la paleta del rotor.
De preferencia, de acuerdo con el intervalo de condiciones operativas, el anillo está adaptado para suavizar el flujo, por ejemplo, al romper los vórtices de mayor escala (por ejemplo, en comparación con la vorticidad de menor escala relacionada con un flujo turbulento) propagados corriente arriba del anillo.
De preferencia, de acuerdo a con por lo menos parte del intervalo de condiciones operativas, el anillo está adaptado para inducir el flujo esencialmente turbulento en el borde delantero de la paleta del rotor.
De preferencia, el radio del anillo se optimiza con el fin de mejorar las condiciones de flujo en la parte delantera de la paleta del rotor.
De preferencia, el radio del anillo es mayor que el radio del cubo del rotor. Con más preferencia, el radio del anillo es mayor que el radio del cubo del rotor entre 40% y 60% de la distancia desde el cubo del rotor hasta la punta de las paletas, de preferencia, entre 45% y 55%, con más preferencia, 53%.
De preferencia, el radio del anillo es mayor que el radio del cubo del rotor por entre 35% y 55% de la distancia desde el cubo del rotor hasta el medio que define la trayectoria de flujo, de preferencia, entre 40% y 50%, con más preferencia, 45%. 1 De preferencia, el medio que define la trayectoria de flujo tiene una forma esencialmente cilindrica. Con más preferencia, el radio del anillo es entre 65% y 85% del radio del medio cilindrico que define la trayectoria de flujo, de preferencia, entre 70% y 80%, con más preferencia, 75%.
De preferencia, el anillo está colocado centrado dentro de la trayectoria del flujo de fluido.
De preferencia, la distancia axial del anillo desde el cubo del rotor se optimiza para mejorar las condiciones de flujo en el borde delantero de la paleta del rotor.
De preferencia, la distancia axial del anillo desde el cubo del rotor es entre 10% y 30% de la longitud de cuerda del anillo, con más preferencia, entre 15% y 25%, más preferiblemente de 20%.
De preferencia, la distancia axial del anillo desde el cubo del rotor es entre 1.0 mm y 3.0 mm, con más preferencia, entre 1.5 mm y 2.5 mm, con más preferencia , 2.0 mm.
De preferencia, el borde delantero del anillo es más delgado que el borde trasero del anillo.
De preferencia, el borde delantero del anillo es ahusado. Con más preferencia, el borde delantero del anillo es afilado.
De preferencia, el borde trasero del anillo no tiene filo. Con más preferencia, el borde trasero del anillo es cuadrado.
De preferencia, la forma del anillo es moldeable.
De preferencia, el anillo también se adapta para regular el flujo de fluido en la paleta del rotor.
De preferencia, el anillo también está adaptado para inducir el flujo turbulento corriente ,abajo del rotor. Con más preferencia, el flujo turbulento se induce en la salida del medidor de flujo. Al inducir el flujo turbulento, la presión y las pérdidas de calor a través del medidor de flujo se pueden reducir.
De preferencia, el anillo también está adaptado para liberar, por lo menos parcialmente la carga de empuje en el rotor.
De conformidad con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para esencialmente optimizar la exactitud y el intervalo de flujo de un medidor de flujo de fluido, el cual comprende: colocar un anillo corriente arriba desde y adyacente al rotor dentro de la trayectoria de flujo de fluido y ajustar las características y posición del anillo para esencialmente optimizar la exactitud y el intervalo de flujo.
De preferencia, las características comprenden por lo menos una de: el radio del anillo, el espesor del anillo, la longitud de cuerda del a n i|l I o y la forma en sección transversal del anillo.
De preferencia, la posición comprende por lo menos la distancia axial desde el rotor.
Ensamble Sensor De conformidad con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un medidor de flujo de fluido, el cual comprende: un medio para definir una trayectoria de flujo de fluido, un rotor colocado en la trayectoria de flujo de fluido, un objetivo inductivo en la fleclía del rotor y por lo menos un sensor inductivo, en donde el por lo menos un sensor está colocado adyacente al objetivo inductivo. Al utilizar los semsores inductivos, se reduce la resistencia a la rotación del rotor, y por lo tanto, la vida útil del medidor de flujo se incrementa ya que utiliza menos energía que un medidor convencional.
De preferencia, el medidor de flujo comprende por lo menos 2 y de preferencia, 3 sensores inductivos, de preferencia, los sensores están colocados en ángulos iguales entre sí alrededor de la flecha.
De preferencia, el rotor está arreglado para que el objetivo no provoque algún desequilibrio, el cual se podría alcanzar al tener una pluralidad de objetivos dispuestos a ángulos iguales y/o a distancias iguales, o se logra por el contrapeso del objetivo.
De preferencia, los objetivos se colocan en la cara de extremo de la flecha.
Rotor de Flotación Balanceada (método de inducción para fabricar el mismo) De conformidad con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un rotor para un medidor de flujo de fluido que es de flotación neutral y/o balanceada alrededor del eje de la flecha del rotor.
De preferencia, el rotor es de filtración balanceada. Como se utiliza aquí, la filtración balanceada de preferencia, se refiere a cuando un objeto está colocado en un fluido que permanece estático en cualquier orientación. Al proporcionar un rotor de filtración balanceada, la exactitud del medidor de flujo a bajas velocidades se puede mejorar. En una modalidad particularmente preferida, el rotor se balancea de manera que permanece en cualquier orientación cuando se coloca en el fluido. El rotor puede tener filtración balanceada en todos los 6 grados de libertad asociada con el rotor.
De preferencia, el rotor está balanceado en forma estática. De preferencia, el rotor está balanceado en forma dinámica (de prefe encia, cuando está en el fluido).
La invención se extiende a un medidor de flujo de fluido que incorpora el rotor como se menciona antes.
De conformidad con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para fabricar un rotor de filtración balanceada para un medidor de flujo de fluido, el cual comprende: girar el rotor, de preferencia, en el fluido, determinar la posición correcta para añadir masa o para remover masa y ya sea, añadir o remover la masa de conformidad con ello.
De preferencia, el rotor está balanceado en forma dinámica.
La invención se extiende a un medidor de flujo de fluido que incorpora un rotor fabricado como se menciona antes.
Rueda objetivo inductiva con Múltiples Objetivos Inductivos De conformidad con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un ensamble de sensor para un medidor de flujo de fluido, el cual comprende: una rueda objetivo inductiva con una pluralidad de objetivos inductivos, cuya rotación se adapta para proporcionar una medición del flujo de fluido.
De preferencia, el ensamble del rotor también comprende una pluralidad de sensores inductivos, arreglados de manera que la pluralidad de objetivos inductivos inducen una señal en los sensores.
De preferencia, el número de objetivos inductivos de la rueda objetivo no es un múltiplo del número de sensores inductivos.
De preferencia, el número de objetivos inductivos en la rueda objetivo es 4, 8, 12 o más.
De preferencia, el número de sensores inductivos es 3.
La invención se extiende a un medidor de flujo de fluido que incorpora el ensamble de sensor como se menciona antes.
Breve Descripción de la Invención El aparato y el método se caracterizan porque se pueden intercambiar según sea apropiado y pueden ser provistos en forma independiente uno de otro. Cualquier característica en un aspecto de la invención puede aplicarse en cualquier otro aspecto de la invención, en cualquier combinación apropiada. En particular, los aspectos del método se pueden aplicar en los aspectos del método, y viceversa.
La invención será ahora descrita, solamente a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos acompañantes.
Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una sección a través de una vista en perspectiva del medidor de flujo.
La Figura 2 es una vista en planta de un medidor de flujo, e indica el número de secciones transversales detalladas en las Figuras 3, 4 y 5.
La Figura 3 es una sección a través de un medidor de flujo, en la posición A-A.
La Figura 4 es una sección a través de un medidor de flujo, en la posición B-B.
La Figura 5 es una sección a través de un medidor de flujo, en la posición C-C.
La Figura 6 es una vista detallada de una conexión de registro en el punto E, como se muestra en la Figura 4.
La Figura 7 es una vista detallada de una parte del ensamble de sensor en el punto D, como se muestra en la Figura 4.
La Figura 8 son vistas detalladas del ensamble de sensor.
La Figura 9 es una gráfica que muestra el funcionamiento de un medidor con y sin un anillo de flujo.
La Figura 10 es una gráfica que muestra el funcionamiento de un medidor con un diámetro variable del medidor de flujo.
La Figura 11 es una representación CFD de un flujo de líquido a través de un medidor de flujo.
La Figura 12 es una sección a través de un medidor de flujo que utiliza la transmisión para emitir la rotación del rotor.
La Figura 13 es una sección a través del medidor de flujo que utiliza sensores inductivos para provocar la rotación del rotor.
La Figura 14 son varios objetivos del rotor; y La Figura 15 muestra un corte del medidor de flujo que utiliza los objetivos inductivos con múltiples objetivos inductivos.
Descripción Detallada de la Invención Con referencia a la Figura 1, la sección a través del medidor de flujo muestra las diferentes características que comprenden al medidor 100 de flujo. Los números de referencia que indican las partes iguales se utilizan a través de las diferentes vistas.
El medidor 100 de flujo comprende un recinto 102 externo que tiene una conexión 104 de entrada con reborde y una conexión 106 de salida con reborde. Dentro del recinto 102 externo se encuentra alojado el inserto 108 del ensamble medidor. El inserto 108 del ensamble medidor de comprende un rotor 110, un ensamble 112 de sensor, un anillo 114 de acondicionamiento de flujo, una primera pieza de extremo (la nariz) 116 y una segunda pieza (la cola) 118 de extremo para ubicar el rotor con el uso de soportes (por ejemplo, cojinetes de aguja) y varias costillas 1†9 para mantener la primera y segunda piezas de extremo dentro del ensamble 108 de medición. La primera y segunda piezas de extremo se mantienen por las costillas de modo que el eje del rotor y el eje del medidor de flujo son coincidentes. El rotor comprende una flecha, un cubo del rotor y paletas del rotor. El cubo del rotor tiene esencialmente el mismo diámetro que las piezas de extremo.
El recinto 102 externo, hecho de hierro fundido o de otro material similar, es provisto en un intervalo de dimensiones estándar 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250 y 300 mm (equivalente al tamaño del tlubo de conexión). Sin embargo, el inserto 108 solamente es provisto en tres diferentes tamaños. Con el fin de que el inserto se pueda utilizar en una variedad de entrada y salidas del alojamiento externo, varía de secciones divergentes/convergentes (como se muestra en la Figura 1) a secciones convergentes/divergentes. En algunos casos, una proporción del flujo de fluido puede ser desviado al elemento de medición.
El ensamble 112 sensor comprende un cuerpo con forma de herradura que coloca tres sensores inductivos alrededor de la flecha del rotor aproximadamente a intervalos de 120°. El ASIC (circuito integrado de aplicación específica) que se utiliza para acondicionar la señal de sensor antes de enviarla al registro, está colocado cerca de los sensores. El ASIC está colocado en cercana proximidad para que se reduzca al mínimo la degradación en la señal desde los sensores, y por lo tanto, se reduzca el requerimiento de energía. El ASIC también contiene los datos de calibración para el ensamble del sensor, y para que el registro se pueda cambiar en cualquier punto, por ejemplo, cuando se ve dañada.
En forma alternativa, el ensamble sensor contiene dos juegos de tres sensores inductivos, con cada juego desplazado desde el otro a lo largo del eje del rotor. Esto reduce efectivamente la separación angular entre los sensores de 120° a 60°, y por lo tanto incrementa la sensibilidad general del ensamble sensor. Como otra alternativa, cada juego de sensores inductivos puede comprender 1, 2 o más sensores.
Los cables de la señal desde el ASIC se extienden a través del cuerpo del ensamble sensor, y fuera del alojamiento del medidor a través de la parte superior del ensamble 112 sensor, los cables de la señal están embebidos en la parte superior del ensamble de sensor para proporcionar un sello. La parte superior del ensamble 112 sensor sobresale a través de una placa 120 de presión y se sella con el uso de un sello radial, ta'l como una junta tórica o su similar. Un reborde o diafragma, está arreglado alrededor de la parte superior del ensamble sensor para que la placa de presión coloque el ensamble sensor en su lugar, y para que la presión del fluido dentro del alojamiento actúa en el reborde/diafragma para mantener el sello entre la placa de presión y el ensamble sensor.
El rotor 110 tiene un objetivo inductivo que comprende un tira 126 de hoja de metal colocada alrededor de 120° a 220° de la flecha deil rotor. Con el fin de equilibrar el balance del rotor otra tira 128 de hoja de metal está colocada en la flecha del rotor en el lado opuesto del rotor y el lado opuesto de la flecha. Con el uso de los tres sensores inductivos y la tira colocada aproximadamente a 120° a 220° de la flecha, se puede determinar la velocidad de rotación y la dirección del rotor. Con el uso de un sensor inductivo, se incrementa el intervalo del flujo operativo y la exactitud del medidor de flujo, comparado con un medio mecánico o magnético para determinar la velocidad de rotación del rotor. El intervalo y exactitud del flujo operativo se incrementan ya que las pérdidas se deben a un EMF inverso, y estos son muy bajos con relación a las pérdidas en un medidor equivalente con el uso de medios mecánicos o magnéticos para determinar la velocidad de rotación del rotor.
Las tiras de hoja de metal se colocan en la flecha del rotor, opuestas a la cara de extremo del cuerpo del rotor, ya que la distancia entre el sensor y la hoja de metal es critica para estabilizar la detección y por lo tanto, la exactitud. El rotor gira en los cojinetes (por ejemplo, cojinetes de aguja) y por lo tanto, tiene un extremo flotante, de este modo, con el uso de la hoja de metal en la cara de extremo del rotor llevará a una distancia variable entre el sensor y la hoja de metal.
Con el fin de reducir las pérdidas asociadas con el arrastre hidrodinámico, las tiras de hoja de metal están moldeadas dentro del rotor durante la fabricación. Esto se logra primero al moldear el núcleo interno de la flecha del rotor, las dos tiras de hoja de metal en su lugar, y por último, sobre moldear el núcleo y las tiras con el rotor de polipropileno, u otro material similar.
En forma alternativa, un sistema mecánico, tal como una transmisión, se puede utilizar para medir la rotación del rotor. En este caso, se utiliza un acoplamiento inductivo, magnético o mecánico para conectar la salida de la transmisión con el registro.
El ensamble de medición y la placa de presión están arreglados para ser un inserto removible que tiene la capacidad de adaptarse en una infraestructura existente, por ejemplo, para reemplazar una ensamble de medición mecánico existente.
Un registro 124 es provisto sobre la placa 120 de presión para registrar la rotación del rotor y por lo tanto, el volumen de flujo y queda protegido del ambiente por una cubierta o gualdera.
El rotor está arreglado para ser neutralmente flotante, cuando está en un fluido de medición, tal como el agua, y además tiene una filtración balanceada en todos los 6 grados de rotación. El rotor está arreglado para tener tanto balance estático como y de preferencia, balance dinámico, el balance estático es cuando el rotor no está girando, es decir, el rotor quedará en cualquier posición cuando se coloca en el fluido de medición, y el balance dinámico es cuando el rotor está girando, es decir cuando gira y las fuerzas ejercidas en los cojinetes del rotor son constantes con un flujo de fluido constante. Esto permite que el medidor opere sobre un amplio rango de velocidades de flujo (por ejemplo, desde el equivalente a 1.5 rpm a 4000 rpm), con una exactitud apropiada a través del intervalo completo. La geometría del núcleo del rotor está diseñada para permitir que la filtración neutral, y el núcleo está hecho de un material diferente al del rotor. La filtración neutral y la filtración balanceada es deseable a bajas velocidades de flujo para permitir que el rotor gire a una velocidad constante, dado que el rotor está dinámicamente balanceado y es deseable a velocidades más altas de flujo para reducir el desgaste.
Con el fin de compensar cualquier defecto en el proceso de moldeo, el rotor se balancea después de su fabricación. Es proceso involucra girar el rotor y determinar la posición correcta para añadir masa, por ejemplo, pequeños pasadores de acero (incrustados por calor dentro del cubo del rotor) o para remover material, por ejemplo, cuando existe un hueco con el fin de mantener una densidad esencialmente igual.
La Figura 2 muestra una vista en planta del medidor 100 de flujo e indica tres secciones transversales A-A, B-B y C-C. Cada sección transversal indicada será descrita con detalle con referencia a las Figuras acompañantes.
Con referencia a la Figura 3, se muestra la sección A-A (una vista en sección transversal a la mostrada en la Figura 1), en donde se pueden observar detalles adicionales. El sello 300 radial, como se describe antes, se puede ver sellando la parte superior del ensamble sensor con la placa de presión. Además, una junta tórica o su similar 302 se puede ver proporcionando un sellado adicional entre el reborde/diafragma 304 y la placa de presión. Además, una junta tórica o su similar 306 se utiliza para sellar la placa de presión con el recinto externo. Por último, los empaques 308 y 310 se utilizan para conectar el recinto externo con la tubería externa.
La placa de presión y el ensamble de medición se conectan juntos, para formar el inserto, con el uso de perno 312. Esto permite una fácil inserción de la unidad dentro de la tubería externa.
El conector 314 se utiliza para conectar el ensamble sensor con el registro, para que la emisión del ASIC se pueda registrar.
Con referencia a la Figura 4, que muestra la sección B-B, se puede observar la vista en sección perpendicular a la mostrada en las Figuras 1 y 2. Además, se indican dos vistas D y E detalladas y estas vistas detalladas se muestran en las Figuras 5 , 6 y 7, respectivamente. El registro 124 se muestra también con la gualdera 400 que cubre la pantalla del registro. Además, también se muestra el perno 402 que asegura el registro de la placa de presión.
Como se describe antes, el ensamble 112 sensor está en la forma de una herradura y está ubicada alrededor de la flecha del rotor. Esto permite que el ensamble sensor sea insertado alrededor de la flecha del rotor fácilmente durante la fabricación, y cuando sea necesario, cuando el medidor está en su sitio, es decir, cuando está dañado. Debido a que el anillo de acondicionamiento de flujo se requiere para extenderse alrededor de la periferia completa de la trayectoria de flujo, el alojamiento del ensamble sensor contiene una porción del anillo y por lo tanto, completa el anillo cuando se inserta dentro del ensamble 108 de medición.
En forma alternativa, el ensamble sensor está en la forma de un anillo anular ubicado alrededor de la flecha del rotor y esta alternativa proporciona un espacio adicional para ubicar los diferentes sensores. Por ejemplo, eso puede ser requerido para medidores relativamente pequeños.
El anillo 114 de acondicionamiento de flujo, antes descrito, se puede observar con detalle. El anillo de acondicionamiento de flujo está ubicado en su lugar por varias costillas 404. Las fuerzas hidrodinámicas que actúan en el anillo pueden ser importantes y así, el número sustancial de costillas requeridas puede también ser importante. Además de ubicar el anillo, las costillas (o púas) actúan para enderezar el flujo de flui'do. El anillo actúa para acondicionar el flujo de fluido antes de que el flujo choque con el rotor. Además, el anillo actúa para reducir la carga de empuje en el rotor durante altas velocidades de flujo al crear áreas de baja presión enfrente del rotor.
El anillo está biselado desde un borde delantero más delgado hasta un borde trasero más grueso, el cual ayuda en la reducción de carga de empuje. La parte exterior del anillo es paralela a la trayectoria de flujo.
El anillo está colocado para que quede ubicado justo corriente arriba del rotor y tiene un radio mayor que el radio del cubo del rotor. Con el fin de acondicionar el flujo apropiadamente, el anillo está ubicado idealmente entre 40% y 60% de la distancia desde el cubo del rotor hasta la punta de las paletas (ya que las paletas del rotor tienen el tamaño para ajustarse dentro del orificio del elemento de medición, la posición del anillo de flujo también se puede definir con el uso del radio del orificio del elemento, y resultará en proporciones similares) de preferencia, entre 45% y 55%, con más preferencia 53%.
En forma axial, el anillo está ubicado entre 1.0 mm y 3.0 mm, de preferencia, entre 1.5 mm y 2.5 mm, con más preferencia, 2.0 mm desde la paleta del rotor. Esto proporciona un acondicionamiento óptimo de flujo mientras permite que los residuos pasen a través del medidor.
La longitud de cuerda del anillo (con respecto a la dirección de flujo) es aproximadamente 10 a 20 mm, probablemente 10 ó 12 a 15 mm. Un anillo esencialmente más estrecho no proporciona el acondicionamiento de flujo adecuado y es difícil de fabricar, mientras un anillo esencialmente más ancho no acondiciona adecuadamente el flujo.
En general, el anillo está diseñado para optimizar las condiciones de flujo y por lo tanto, optimiza el desempeño comparado con un medidor de flujo sin un anillo de acondicionamiento de flujo.
Un vórtice se propaga desde la sección de entrada divergente del recinto externo, lo cual reduce la exactitud del medidor cuando no está acondicionado correctamente. El anillo actúa para romper el vórtice y proporciona un medio para producir un flujo esencialmente uniforme sobre las paletas del rotor sobre un amplio intervalo de velocidades de flujo. Al producir un flujo esencialmente uniforme sobre las paletas del rotor, las condiciones de flujo se mejoran, tal que el desempeño, en términos de exactitud y precisión, también se mejora.
El intervalo de condiciones operativas, especialmente las velocidades de flujo, cuando el anillo actúa para romper/interrumpir el vórtice es menor que el intervalo tasado del medidor de flujo de fluido, pero más que 25% o 33% o 50% o 75% del intervalo tasado.
Además o en forma alternativa, bajo por lo menos algunas del intervalo de las condiciones operativas (intervalo el cual puede o no traslaparse con el intervalo sobre el cual se interrumpe la propagación del vórtice), el anillo se cambiar el flujo de fluido laminar en un flujo de fluido turbulento, lo cual proporciona un flujo esencialmente uniforme en el borde delantero de las paletas del rotor.
De este modo, el anillo se puede optimizar para "aplanar" la gráfica de la salida del sensor no corregida contra la velocidad de flujo. Al "aplanar" la gráfica el proceso de linealización se facilita mucho, y se produce un medidor más exacto sobre un amplio intervalo de velocidades de flujo.
Con referencia a la Figura 5, que muestra el detalle D, como se indica en la Figura 4, se puede observar el sello 300 radial (una junta tórica). El compuesto 500 de encapsulado se utiliza para sellar el conector 502 del ensamble ASIC sensor y el conector 504 con el registro dentro de la parte superior del ensamble sensor.
Con referencia a las Figuras 6 y 7, que muestran el detalle E, como se indica en la Figura 4, el perno 402 y la arandela 600 se utilizan para conectar el registro con la placa de presión. El accesorio 700 de bayoneta también se utiliza en la conexión del registro con la placa de presión.
Se pueden utilizar otras formas de registro, por ejemplo, las que proporcionan telemetría u otra lectura remota en lugar de o además de una pantalla local, o una pantalla mecánica, mejor que electrónica. También se pueden proporcionar salidas de flujo instantáneo mejor que las de flujo total (integradas) para procesar las aplicaciones de control.
La Figura 8 muestra un ejemplo de un ensamble 112 sensor. Se muestra el arreglo 800 de herradura y la parte del anillo 802 de flujo acoplado con el ensamble sensor. Los tres sensores 804 inductivos se muestran colocados a 120° alrededor del ensamble sensor de herradura.
Las Figuras 9 y 10 muestran el efecto de incluir el anillo de flujo dentro de la trayectoria de flujo. Como se puede observar en la Figura 9, la exactitud del medidor se mejora a través de la mayoría de la envoltura operativa (indicada por el recuadro punteado). La Figura 10 muestra la optimización del diámetro del anillo de flujo para un medidor específico de 50 mm. Como se puede observar, el mejor diámetro del anillo para el medidor de flujo de 50 mm es de aproximadamente 111% del diámetro del cubo del rotor.
La Figura 11 muestra una representación CFD del flujo de líquido a través del medidor de flujo con y sin un anillo de flujo. Como se puede observar en el Area A, el flujo de fluido ha sido regulado en el rotor por el anillo, esto se muestra como una reducción en la velocidad de flujo en esta área. Además, el perfil de velocidad sobre la paleta del rotor es más uniforme. Como se puede observar en el área B, el perfil de velocidad es esencialmente plano, que es una evidencia del flujo turbulento, el flujo turbulento inducido en esta área reducirá las pérdidas totales (presión y cabeza) a través del medidor de flujo.
La Figura 12 muestra el medidor de flujo con el uso de una transmisión para emitir la velocidad de rotación del rotor. El elemento 1200 de medición aloja al rotor 1202 ubicado en el soporte 1204 del rotor corriente arriba y el soporte 1206 del rotor corriente abajo. El ensamble de husillo se adapta para emitir la velocidad de rotación del rotor con el uso de la transmisión hasta el lado seco del medidor a través del tapón 1210 de diafragma, y se sella por la junta tórica 1212. Una aleta de calibración está indicada por el 1214. El anillo 1216 de flujo, como se describe antes, está adaptado para mejorar la exactitud del medidor de flujo.
La Figura 13 muestra una vista alternativa del medidor de flujo que utiliza sensores inductivos para medir la velocidad de rotación del rotor 1300. El rotor 1300 está ubicado por el soporte 1302 del rotor corriente arriba.
La Figura 14 muestra variaciones de las ruedas 1400 óbjetivo' inductivas, cada una con múltiples objetivos inductivos. Los objetivos inductivos, junto con el ensamble sensor inductivo pueden ser utilizados, para reacondicionar un medidor de flujo mecánico con el fin de permitir la salida electrónica. Un ejemplo de tal medidor de flujo se muestre en la Figura 15, en donde la unidad mecánica de registro convencional ha sido reemplazada por una unidad 1500 de registro inductiva. La rueda 1400 objetivo tiene múltiples objetivos inductivos que se detectan por los sensores 1502 inductivos, de los cuales tres se colocan a 120° separados alrededor del objetivo inductivo. En forma convencional, se utiliza un único objetivo inductivo, pero esto limita la resolución de la salida. Al proporcionar múltiples objetivos inductivos, la resolución se incrementa en proporción al número de objetivos utilizados. Sin embargo, el número de objetivos inductivos utilizados está limitado por el diámetro de la rueda objetivo, ya que cada objetivo inductivo puede ser suficientemente grande para proporcionar una señal consistente en el sensor inductivo. Además, cuando se utilizan 3 sensores inductivos, el número de objetivos puede no ser un múltiplo de 3, ya que con este número de objetivos la dirección de la rueda objetivo no se puede determinar. El incrementar el número de objetivos inductivos también incrementa el desempeño de baja velocidad de flujo del medidor debido a una reducción en el arrastre de la transmisión motriz al eliminar tal transmisión motriz.
La rueda objetivo se puede insertar en un medidor de flujo in situ, y por lo tanto cualquier medidor existente con una salida de husillo se puede actualizar con una salida inductiva.
Cada característica descrita en esta especificación (término que incluye las reivindicaciones) y/o mostrada en los dibujos se puede incorporar en la invención en forma independiente de otra característica ilustrada y/o descrita. En particular, sin limitar, las características de cualquiera de las reivindicaciones dependientes de una reivindicación independiente particular se puede introducir dentro de esa reivindicación independiente en cualquier combinación.
Por supuesto, se debe entender que la invención no tiene la intención de estar restringida a los detalles de las modalidades mencionadas, que se describen a manera de ejemplo y se pueden realizar modificaciones en los detalles dentro del alcance de la invención.

Claims (56)

REIVINDICACIONES
1. Un medidor de flujo de fluido, caracterizado porque comprende: un medio para definir una trayectoria de flujo de fluifdo, un rotor con por lo menos una paleta, colocada en la trayectoria de flujo de fluido y un anillo colocado corriente arriba y adyacente al rotor, en donde el anillo está adaptado para acondicionar el flujo de fluido en el borde delantero de la paleta del rotor sobre un amplio intervalo de condiciones operativas.
2. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el anillo está adaptado para mejorar las condiciones de flujo en el borde delantero de la paleta del rotor sobre un amplio intervalo de condiciones operativas.
3. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el intervalo de condiciones operativas es un intervalo de velocidades de flujo.
4. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el intervalo de velocidades de flujo es menor que el intervalo tasado de la velocidad de flujo del medidor de flujo de fluido, pero de preferencia, más que 25% o 33%, o 55% o 75% del intervalo tasado.
5. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 2, 3 ó 4, cuando dependen de la reivindicación 2, caracterizado porque bajo el intervalo de condiciones operativas, las condiciones de flujo se mejoran en comparación con no proporcionar un anillo corriente arriba de la paleta del rotor.
6. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque de acuerdo 'con el intervalo de condiciones operativas, el anillo está adaptado para suavizar el flujo.
7. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque de acuerdo a por lo menos parte del intervalo de condiciones operativas, el anillo está adaptado para inducir un flujo esencialmente turbulento en el borde delantero de la paleta del rotor.
8. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el radio del anillo se optimiza con el fin de mejorar las condiciones de flujo en el borde delantero de la paleta del rotor.
9. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el radio del anillo es mayor que el radio del cubo del rotor.
10. El medidor de flujo de fluido de conformidad la reivindicación 9, caracterizado porque el radio del anillo es mayor que el radio del cubo del rotor por entre 40% y 60% de la distancia desde el cubo del rotor hasta la punta de las paletas, de preferencia, entre 45% y 55%, con más preferencia 53%.
11. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el radio del anillo es mayor que el radio del cubo del rotor por entre 35% y 55% de la distancia desde el cubo del rotor hasta el medio que define la trayectoria de flujo, de preferencia, entre 40% y 50%, con más preferencia 45%:
12. El medidor de flujo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el medio que define la trayectoria de flujo tiene una forma esencialmente cilindrica.
13. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el radio del anillo está entre 65% y 85% del radio del medio cilindrico que define la trayectoria de flujo, de preferencia entre 70% y 80%, con más preferencia 75%.
14. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anillo está colocado centrado dentro de la trayectoria de flujo de fluido.
15. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la distancia axial del anillo desde el cubo del rotor se optimiza para mejorar las condiciones de flujo en el borde delantero de la paleta del rotor.
16. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la distancia axial del anillo desde el cubo del rotor está entre 10% y 30% de la longitud de cuerda del anillo, con más preferencia entre 15% y 25%, con más preferencia 20%.
17. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 ó 16, caracterizado porque la distancia axlial del anillo desde el cubo del rotor está entre 1.0 mm y 3.0 mm, con más preferencia, entre 1.5 mm y 2.5 mm, con más preferencia 2.0 mm.
18. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el borde delantero del anillo es más delgado del borde trasero del anillo.
19. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el borde delantero del anillo es ahusado.
20. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 18 ó 19, caracterizado porque el borde delantero del anillo es afilado.
21. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el borde trasero del anillo no tiene filo.
22. El medidor de flujo de fluido de conformidad Con la reivindicación 21, caracterizado porque el borde trasero del anillo es cuadrado.
23. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la forma del anillo se puede moldear.
24. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anillo también se adapta para regular el flujo de fluido en la paleta del rotor.
25. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anillo también está adaptado para inducir un flujo turbulento corriente abajo del rotor.
26. El medidor de flujo de fluido de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el flujo turbulento se induce en la salida del medidor de flujo.
27. El medidor de flujo de fluido de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anillo también está adaptado para liberar, por lo menos parcialmente, la carga de empuje en el rotor.
28. Un método para optimizar la exactitud y el intervalo de fluido de un medidor de flujo de fluido, caracterizado porque comprende: colocar un anillo corriente arriba desde y adyacente a un rotor dentro de una trayectoria de flujo de fluido y ajustar las características y posición del anillo para optimizar esencialmente la exactitud y el intervalo de flujo.
29. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque las características comprenden por lo menos uno de: radio del anillo, espesor del anillo, longitud de cuerda del anillo y la forma en sección transversal del anillo.
30. El método de conformidad con la reivindicación 28 ó 29, caracterizado porque la posición comprende por lo menos la distancia axial desde el rotor.
31. Un medidor de flujo de fluido caracterizado porque comprende un medio para definir una trayectoria de flujo de fluido, un rotor colocado en la trayectoria de flujo de fluido, por lo menos un objetivo inductivo en la flecha del rotor y por lo menos un sensor inductivo, en donde el por lo menos un sensor está colocado adyacente al por lo menos un objetivo inductivo.
32. El medidor de flujo de conformidad con la reivindicaciión 31, caracterizado porque además comprende por lo menos 2, de preferencia 3 sensores inductivos.
33. El medidor de flujo de conformidad con la reivindicación 32 caracterizado porque los sensores están colocados en ángulos iguales entre sí alrededor de la flecha.
34. El medidor de flujo de conformidad con la reivindicación 31, 32 ó 33 caracterizado porque el rotor está arreglado para que el por lo ¡menos un objetivo no genere ningún desbalance en el rotor.
35. El medidor de flujo de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque comprende una pluralidad de objetivos, en donde los objetivos están dispuestos a ángulos iguales alrededor de la flecha.
36. El medidor de flujo de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque comprende una pluralidad de objetivos, en donde los objetivos están dispuestos a distancias ¡guales alrededor de la flecha.
37. El medidor de flujo de conformidad con la reivindicación 34,, 35 ó 36 caracterizado porque además comprende contrapesos adaptados para contrarrestar el peso del por lo menos un objetivo.
38. El medidor de flujo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 31 a la 33, caracterizado porque el por lo menos un objetivo está dispuesto en la cara de extremo de la flecha.
39. Un rotor para un medidor de flujo de fluido que es de filtración neutral y/o balanceado alrededor del eje de la flecha del rotor.
40. El rotor de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque el rotor es de filtración balanceada.
41. El rotor de conformidad con la reivindicación 39 ó 40, caracterizado porque el rotor está balanceado de modo que queda en cualquier orientación cuando se coloca en el fluido.
42. El rotor de conformidad con la reivindicación 41m caracterizado porque el rotor tiene una filtración balanceada en todos los 6 grados de libertad asociados con el rotor.
43. El rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 39 a la 42, caracterizado porque el rotor está balanceado en forma estática.
44. El rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaiciones 39 a la 43, caracterizado porque el rotor está balanceado en forma dinámica, de preferencia, cuando está en el fluido.
45. Un medidor de flujo de fluido que incorpora un rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 39 a la 44.
46. Un método para fabricar un rotor de filtración balanceada para un medidor de flujo de fluido, caracterizado porque comprende: girar 'el rotor, de preferencia, en el fluido, determinar la posición correcta para añadir masa o remover masa y ya sea añadir o remover la masa de conformidad con ello.
47. El método de conformidad con la reivindicación 46, caracterizado porque el rotor está balanceado en forma dinámica.
48. El método de conformidad con la reivindicación 47, caracterizado porque el rotor es un rotor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 39 a la 44.
49. Un medidor de flujo de fluido que incorpora un rotor fabricado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 46, 47 ó 48.
50. Un ensamble sensor para un medidor de flujo de fluido, caracterizado porque comprende: una rueda objetivo inductiva con una pluralidad de objetivos inductivos, cuya rotación se adapta, para proporcionar una medición del flujo de fluido.
51. El ensamble sensor de conformidad con la reivindicación 50, caracterizado porque el ensamble sensor también comprende una pluralidad de sensores inductivos, arreglados de tal forma que la pluralidad de objetivos inductivos inducen una señal en los sensores.
52. El ensamble sensor de conformidad con la reivindicación 51, caracterizado porque el número de objetivos inductivos de la rueda de objetivo no es un múltiplo del número de sensores inductivos.
53. El ensamble sensor de conformidad con la reivindicación 51 ó 52, caracterizado porque el número de objetivos inductivos en la; rueda objetivo es 4, 8, 12 ó más.
54. El ensamble sensor de conformidad con la reivindicación 51, 52 ó 53, caracterizado porque el número de sensores inductivos es 3.
55. Un medidor de flujo de fluido que incorpora un ensamble sensor de conformidad con las reivindicaciones 50 a la 54.
56. Un medidor de flujo de fluido esencialmente como se describe aquí con referencia a las Figuras 1 a la 13 o las Figuras 14 y 15.
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