流体流量控制器

申请号 CN200680021267.2 申请日 2006-06-14 公开(公告)号 CN101287939A 公开(公告)日 2008-10-15
申请人 约西·达纳; 发明人 约西·达纳;
摘要 本 发明 涉及一种 磁性 流量 控制器 ,其随时间变化将缓慢减少的 流体 流量的压 力 转换成可测量的流体流量。一旦达到压差 阈值 ,流动通道通过流量控制器被快速地打开为相对较大的开口,从而产生大量的流体以最大的流量流过通道,尤其是允许以常规流量计进行流体容量的测量。本发明的装置结合这些低流量并将其转换为可测量的流体通量,因此这样的流体可以在流量计的最佳的误差范围内通过流量计测量。这可以在将流量计内的压降保持在允许的标准范围内的同时完成。因此,本发明以脉动状方式提供在基本上最大流体流量和没有流量之间相对迅速的转换。
权利要求

1.一种磁流量控制器,其包括:
具有入口和出口的流体流动通道;
穿过所述入口安装的止动元件;和
靠近所述止动元件设置在所述通道内的可移动的元件,
其中,所述止动元件和所述可移动的元件中的至少一个包括磁体,并且所 述止动元件和所述可移动的元件中的另一个包括磁性部分,以便产生足够的 作用于所述可移动的元件上的磁,以便促使可移动的元件啮合所述止动元件, 从而关闭和密封所述流动通道;
所述可移动的元件和所述流动通道构造为并适于将密封接合保持一段距 离,同时所述可移动的元件由在入口压力和出口压力之间的压差产生的力通过 所述流动通道朝向所述出口推动时,所述距离足够长以允许所述可移动的元件 在其松脱所述密封啮合以开启所述流动通道之前加速到预期的速度。
2.一种磁流量控制器,其包括:
本体,其在流体入口和流体出口之间限定一流体流动通道;
铁磁性止动元件,其安装在所述流体入口中;
环状密封元件,其安装在所述本体中,所述密封元件具有带有恒定直径部 分的内壁;
出口止动元件,其靠近所述流体出口设置;
可移动的元件,其包括由铁磁体围绕的磁体,所述可移动的元件设置在所 述流动通道内并配置成沿着内壁移动;
所述可移动的元件和所述密封元件的内壁构造为提供流体密封,同时可移 动的元件相对于所述密封元件移动选定的距离,以致增加可移动的元件的运动 速度,借此当流体密封开启时,该可移动的元件加速远离密封元件以提供开口, 该开口允许足够的流体流动流量以促使穿过流动通道的压差迅速降低,并且允 许可测量容积的流体流动通过该流动通道。
3.一种磁性流量控制器,其包括:
本体,其在流体入口和流体出口之间限定一流体流动通道;
铁磁性止动元件,其安装在所述流体入口中;
出口止动元件,其靠近所述流体出口设置;
可移动的元件,其包括由铁磁体围绕的磁体,并且可移动的元件的至少一 部分由密封材料围绕,所述可移动的元件设置在所述流动通道内,并配置成沿 着所述本体的内壁移动;
所述可移动的元件和所述本体的内壁构造为提供流体密封,同时可移动的 元件相对于所述密封元件移动选定的距离,以致增加可移动的元件的运动速度, 借此当流体密封开启时,该可移动的元件加速远离本体以提供开口,该开口允 许足够的流体流动流量以促使穿过流动通道的压差迅速降低,并且允许可测量 容积的流体流动通过该流动通道。
4.根据权利要求1或2所述的流量控制器,其中,所述流动通道包括密封 元件,所述密封元件适于并构造为与所述可移动的元件密封地啮合,并且所述 密封元件包括具有基本上恒定直径的细长部分,以便允许可移动的元件在保持 所述密封啮合的同时沿着流动通道在所述距离上移动。
5.根据前述权利要求之一所述的流量控制器,其中,所述可移动的元件具 有流体动力学形状,并且包括具有基本上恒定直径的细长部分,以便允许其在 保持密封啮合的同时沿着流动通道在所述距离上移动。
6.根据前述权利要求之一所述的流量控制器,其中,所述止动元件还包括 与所述磁体连接的调节螺钉,所述调节螺钉可移动地设置在壳体中,用于确定 所述可移动的元件和所述止动元件的啮合点。
7.根据权利要求6所述的流量控制器,其中,所述壳体包括顶部和底部开 口端、侧壁、用于密封所述壳体顶部开口端的帽,所述调节螺钉包括环形螺旋 螺纹,用于在所述壳体内通过所述侧壁中互补的环形螺旋螺纹沿着竖直轴线双 向移动。
8.根据权利要求6或7所述的流量控制器,其中,所述调节螺钉由未腐蚀 铁磁性材料构成,并且所述壳体由未腐蚀材料构成,而且它基本上是密封的。
9.根据前述权利要求之一所述的流量控制器,其中,还包括返回元件,其 适于并且构造为推动可移动的元件朝所述止动元件返回。
10.根据前述权利要求之一所述的流量控制器,其中,还包括返回元件, 其适于并且构造为推动可移动的元件朝所述止动元件返回。
11.根据权利要求10所述的流量控制器,其中,所述返回元件包括磁体。
12.根据前述权利要求之一所述的流量控制器,其中在渗漏的情况下,所 述可移动的元件在流量控制器内的移动具有滞后动作。
13.根据任意前述权利要求之一所述的流量控制器,其中,还包括传感器, 其设置成感测所述可移动的元件的移动并提供对应于所感测的移动的输出。
14.一种用于控制流体流量以测量流体的小流量的方法,该方法包括:
提供本体,其具有限定一流体流动通道的流体入口和流体出口;
将止动元件安装在所述入口中;
将可移动的元件安装在所述流体流动通道中;
其中,所述止动元件和所述可移动的元件中的至少一个包括磁体,并且所 述止动元件和所述可移动的元件中的另一个包括铁磁性部分,以便在它们之间 产生磁吸引;
所述可移动的元件适于和构造成,使得小的流体流量足够在所述入口和所 述出口之间产生压差的情况下,所述可移动的元件在预先选定的距离上朝所述 出口加速通过所述流动通道,以与该通道密封啮合,以致开启所述密封啮合, 其足够允许可测量流量的容积通过通道流向出口;并且
当所述磁吸引比所述压差大时,将所述可移动的元件返回到所述入口。
15.根据权利要求14所述的方法,其中还包括:在所述出口附近提供返回 元件,以便朝所述入口推动所述可移动的元件。
16.根据权利要求14或15所述的方法,其中还包括:提供在所述止动元 件内与磁体连接的调节螺钉,以便确定所述可移动的元件和所述止动元件的啮 合点。
17.根据权利要求14至16所述的方法,其中还包括:将所述调节螺钉和 所述磁体安装在所述止动元件中的壳体内。
18.根据权利要求14至17所述的方法,其中还包括:感测所述可移动的 元件的移动;并且
提供对应于所感测的移动的输出信号

说明书全文

技术领域

发明总体涉及用于允许测量小流体流量的装置,特别是涉及尤其用于与 表连接的、用来允许测量小水流量的流体流量控制器

背景技术

为了测量在系统中不同的用户的耗水量,在每个用户的给水管线中都配备 有水表,其测量和记录流过该水表的水量。这些测定量可以被用户使用以记录 他的用量,也可以被当地水供给例如城镇使用,以用于发出帐单。
在许多建筑物中有小量的泄漏及其他需水量,这些泄漏及需水量太小以致 于不能通过流量计测量。然而,由于这些流量整天连续,未测量的用量可能达 到供给到该建筑的总水量15%。通常,该问题可通过利用更高级别的测量系统, 即,从级别B到级别C,或甚至级别D处理。每种测量级别各有利弊。从级别 A转换到更高级别显著地改善了流量计测量低流量的能。然而,每个更高级 别对流量计的功能可靠性造成了更多的问题,因而也提高了利用系统的成本。
处理这些问题的另一种方法是采用较小直径的流量计,即从3/4″减少到 1/2″。因为直径越小,流量计长时间工作而不会损坏的额定容积的数值越小, 因此以这种方法,能够增加对低流量的测量,这种方法的缺点是,在给定的流 量下,水表两侧的压降与直径成反比地增加。因此,较小直径管可以在流量计 两侧产生不能接受的压降。此外,减少管的直径,并且由此降低了压力,可能 导致传递到消费者的水压力损失。为了防止这样的压力损失,在较高供给压力 下要求用较大的管。这就意味着基本设施更高的成本,并且由流量计两侧的压 力损失引起能量的浪费。因此,由于这些方法可能稍微减少未测量的水量的问 题,但是它们不能提供令人满意的解决方案,而且还导致了附加的问题。
现在有多种不同种类的水表被使用,如多喷嘴的、单喷嘴的、正排量的、 液压的振动流量计等等。各个流量计的流量范围或者容积计量依照下列参数限 定,如图1所示。图1是常规水表的测量误差百分比与流量Q的关系图。Q开始 是流量计开始响应流过它的容积的流量。测量误差可能是百分之几十。如图所 示,由于不能用于测量,在0和Q开始间的范围,流量计停止。从最小流量Q 最小到较高流量Qt(Q过渡),大约±5%的误差是可接受的。在Qt(Q过渡),可接 受的测量的百分比误差不能高于±2%误差。如图所示,从Qt到Q最大(压降小 于1个大气压的情况下可能通过流量计的最大流量),测量在小于±2%误差的最 佳范围内。如图所示,在这种流量计中,缓慢的泄漏Q泄漏导致缓慢的、小容量 的流量,其可能比Q开始或者Q最小更小,并且根本不可被流量计检测到。
常规流量计被设计用于在较宽的范围内测量流量。然而,这意味着在该范 围的上下端值测量的结果是完全不准确的,如果是完全测量的话。为了在特定 的流量范围内提供更准确的测量,已经开发了组合流量计。组合水表包括与总 水管连通、用以确定较大水流量的主流量计和设置在旁通管中、用以确定较小 水流量的辅助流量计。这样的设备的制造和维护通常是非常昂贵的。
用于防止未测量的流体量流过流量计的机械装置图示在Meineke的英国专 利2083中。该专利描述了一种具有主水管和给水管的流量计,在主水管和给水 管之间设置有可变电阻。该装置包括设置在主水管和给水管之间的,所述阀 通过由滑锤加重的开槽的杆控制。当该滑锤位于向外的位置时,流体流动的阻 力是非常大的,但是由于流体压力在给水管中下降,阀和杆举起,使得滑锤滑 动到狭槽的另一端,并且阻力减小,从而允许阀迅速的打开。
存在已知的利用永磁体和由磁场吸引的可动提升阀芯的阀。通常,该提升 阀芯是圆形的,并且由磁体保持在阀座中,直到产生的压力足以将提升阀芯从 阀座移开而打开阀。一种上述的阀机构在欧洲专利公开925465中显示和描述。 该申请描述了压力打开和磁性关闭的用于流体的阀机构,所述阀机构具有密封 阀体,所述密封阀体具有至少一个圆形的横截面积,其尺寸设计成可以楔入阀 机构的开口中。
这种装置的另一个例子显示在Morris等的美国专利5,320,136中。该专利 描述了可磁性地操作的单向阀,所述单向阀具有阀体、设置在其中的可动提升 阀芯和磁体。当作用于提升阀芯的液体压力小于最小阈值时,该提升阀芯被吸 引到磁体上,从而关闭管道。如果液体一直缓慢流动,则液体通过提升阀芯收 集并保持,直到所收集的液体的压力超过磁力,使提升阀芯离开阀座到打开位 置。所述提升阀芯和磁体构造为俘获磁吸引的微粒,并且防止它们流动到阀座 区域。
在这些常规阀中,提升阀芯的运动立即使阀座打开相对小的表面面积,允 许少量流体通过阀,直到在吸引提升阀芯的磁力和作用于提升阀芯的减少的流 体压力之间达到平衡,提升阀不再离开阀座为止。因此,这些阀不能提供用于 通过常规水表测量的足够大的流量。
常规的电磁阀机构设计成在打开位置获得平衡。因此,当流体压力克服磁 场力时,提升阀芯从阀座移开,从而产生小的流体流动开口和缓慢减小的压力。 同时,当提升阀芯移动时,磁场力减小,只要在阈值之上有相对固定的通过阀 的流体流量,提升阀芯就能在打开位置达到平衡。
从美国专利6,317,051中还已知一种用于确定在垂直管(plumbing pipes) 中是否出现泄漏的水量监测系统,其中该垂直管具有在高压下流过管的水流。 该系统包括:安装到管的流量监测器;由定时器或聚集容积式流量计组成的控 制器,以确定流量何时在预先选择的时段连续或水量何时超过预先选择的聚集 容积阈值;和响应流量变化的逻辑元件,在流量变化时,阀被驱动以截断通过 管的流量。这样的方案对于制造和维护是非常复杂和昂贵的。
因此,长久以来的感觉是需要这样一种装置,其聚集少量的流体容积并且 阻止流体流动直到存在可释放的足够的容积以作为可测量的流量,它们可以通 过常规流量计以可接受的百分比误差测量,同时还期望有这样一种装置,其在 作用于其上的流体压力下降时迅速地关闭流动通道。

发明内容

依照本发明提供了一种磁流量控制器,其随时间变化将低压输入流量转换 为高于预定阈值压力的高压流体容量,并且其控制流体的通道,因此提供可测 量的大流量的输出流量。因此,该流量控制器能在流体容积基本上位于常规流 量计的最佳测量范围内时允许测量流量,因此测量误差将是最小的。
所以,本发明提供一种包括具有磁体的流体流动通道的磁流量控制器,可 移动的磁密封元件设置在该通道内,所述可移动的元件和流体流动通道构造为 在可移动的元件通过流动通道的第一运动期间保持密封状态,从而逐渐地聚集 流体容量和作用于该可移动的元件的压力,并且构造为迅速地完全打开密封, 以致产生通过通道的可测量的流体容量。
依照优选的实施例,该流量控制器还包括返回元件,其适用于并构造为使 可移动的元件朝磁体返回。
依照优选的实施例,该流量控制器还包括与磁体连接的调节螺钉,所述调 节螺钉安装在用于确定可移动的元件和调节螺钉的接合点的止动元件上。
依照本发明的一个实施例,流量控制器包括:流动通道,其在带有磁体 的流体入口和流体出口之间限定密封壁;可移动的、可磁性地吸引的密封元件, 其密封地设置在流动通道内,该密封壁和密封元件具有互相作用的轮廓以允许 可移动的元件通过流动通道的滑动运动,同时在密封元件和密封壁之间保持密 封,直到达到能克服减小的磁场的预定压差,在该点处,可移动的元件从密封 壁离开并加速远离流体入口,以致产生突然的压降,并且允许可测量的容积/流 体流动脉动流过通道。
依照本发明优选的实施例,可移动的元件在流量控制器内的运动的特征在 于滞后动作。
依照本发明的一个实施例,可移动的元件具有流体动力学的形状,其具有 恒定直径的中央伸长部分,以在保持密封的同时允许沿密封壁的运动。该中央 部分控制可移动的元件的滞后动作,可移动的元件又控制流体脉动容量。
附图说明
依据下列详细描述并结合附图可以对本发明进一步地理解和领会,其中:
图1是常规水表的百分比测量误差与流量Q的曲线图;
图2a是依照本发明的一个实施例构造和操作的流体流量控制器在关闭和 密封位置的示意图;
图2b是沿图2a的线B-B截取的剖面图;
图2c是依照本发明的一个实施例的流体流量控制器在打开和未密封位置 的侧剖面示意图;
图2d是依照本发明的一个实施例的流体流量控制器在关闭和密封位置的 侧剖面示意图;
图3是依照图2的流体流量控制器在移动且密封位置的示意图;
图4是依照图2的流体流量控制器在进一步移动且密封位置的示意图;
图5是依照图2的流体流量控制器在打开和未密封位置的示意图;
图6是本发明的优选的实施例的可移动的元件的滞后曲线图;
图7是由依照本发明的装置产生的随时间变化的流量图;
图8是依照本发明的安装在水表上的流体流量控制器的示意图;和
图9是依照本发明的安装在替换的水表上的流体流量控制器的示意图。

具体实施方式

本发明涉及磁流量控制器,其随时间变化将压力缓慢减小的流体流量转换 成可测量的流体流量。一旦达到压差阈值,通过流量控制器的流动通道快速地 打开至相对较大的开口,从而产生以较大流量流过通道的大量的流体,尤其是 允许以常规流量计进行流体容量的测量。本发明的装置结合这种低流量并将其 转换为可测量的流体流量(在短时间内流过的较大容量),因此这样的流体可以 在流量计的最佳误差范围内通过流量计测量。当在流量计内保持在许可标准范 围内的压降时执行上述测量(即对于处于最大容量的多喷嘴流量计来说,小于1 个大气压)。因此,本发明在控制器的下游以类似脉动方式在基本上较大流体流 量和没有流量之间提供相对迅速的转换。
图2a、2b、2c和2d是依照本发明的一个实施例构造和操作的磁流量控制 器10在关闭和密封取向的侧面和横截面的示意图,其设置在流体流动管道11 中。流量控制器10包括穿过具有流体入口14和流体出口16的本体20的流体 流动通道12。流体入口14与流体源,例如供水系统连接。流体出口16在下游 与消耗装置,例如通入居室中的供水管线连接。在图示的实施例中,流体入口 14包括铁磁止动元件18,所述止动元件18可以包括铁磁体或者由铁磁材料形 成。止动元件18连接到本体20上,并且包括一个或多个密封元件,在此图示 为环状密封元件19。
一密封元件22安装在本体20内,密封元件22可以是环形元件,在此图示 为具有恒定直径部分和内壁23的细长的密封元件。多个导向部件24可以沿着 流动通道12的长度设置于本体20内,或者本体20可以构造为还包括内部导向 部件。出口止动元件26设置在本体元件20的下游端,并且通过支架构件28安 装在本体20中,流体在支架构件之间流出流体出口16。
可移动的元件30设置在流动通道12中,位于导向部件24之间,并且设置 为在密封元件22的内壁23之间移动。可移动的元件30和密封元件22构造为 当可移动的元件30相对于密封元件22移动通过选定的距离时提供流体密封, 从而增大可移动的元件的运动速度。这促使可移动的元件加速到这样的速度, 即当脱离密封接合时,可移动的元件连续地远离入口移动,并且提供快速的和 完全打开的流体流动通道。在图示的实施例中,可移动的元件30适于并构造为 抵靠止动元件18,且防止流体在关闭取向时流入流动通道12中。优选的是,可 移动的元件30具有流体动力学的形状,以免在流动通道处于打开状态时防碍流 体流动。在图示的实施例中,可移动的元件30包括具有基本恒定直径的部分32, 在此图示为圆柱状部分。在圆柱状部分32与密封元件22至少部分地彼此对准 时,圆柱状部分32适于并构造为沿密封元件22滑动并密封地接合密封元件22。 可以理解,密封元件22或可移动的元件30的每个或者两者可以包括细长部分 以在保持密封啮合的同时允许沿着细长部分相对运动,用于增加可移动的元件 的速度。
依照本发明在图2d中所示的另一个实施例,至少可移动的元件30的部分 32可以包括用于密封接合本体20的密封材料45,因此不再需要密封元件22。 包括密封材料45的可移动的元件30的部分32构造为当可移动的元件30相对 于本体20在选定的距离移动时提供流体密封,因此增大可移动的元件的运动速 度。如图2d所示,当可移动的元件30在关闭和密封取向时,部分32的密封材 料45与本体20密封接合。
磁体34安装在可移动的元件30中,或者可移动的元件30可以由磁性材料 构成。优选的是,一铁磁材料36还围绕磁体34安装在可移动的元件30中, 以便闭合磁路。
优选的是,返回元件38与可移动的元件30结合。返回元件38配置并设置 成促使可移动的元件从完全打开的取向向止动元件18返回。在图示的实施例中, 返回元件38是在可移动的元件30上的肩部39和止动元件26之间偏压的压缩 弹簧。依照可选的实施例,返回元件38可以为金属体或者另一磁体(未显示), 其设置在止动元件26中或靠近止动元件26设置,并且布置成产生磁力以抵抗 在可移动的元件30中的磁体34。
依照本发明的一个实施例,磁性传感器31靠近流量控制器连接。传感器 31可以是簧片开关,或者线圈或者任意其它适当的传感器,其能够检测可移动 的元件的动作并由此提供相应的输出信号。传感器31优选的是与计算机33连 接,或者与其它的用于接收由该传感器提供的输出信号和编译数据的装置连接。 这些数据被处理以确定是否可移动的元件的运动表明有泄漏的存在。如果需要, 计算机33可以与用于提供警告,例如警报或者其它的渗漏指示的控制器35连 接。
可以理解的是,依照本发明替换的实施例,磁体可以安装在入口的止动元 件中,并且可移动的元件可以由铁磁性材料构成,或者两者都可以包括磁体。 唯一的要求是在这两者之间产生的磁力足够强以在没有流体流动的情况下保持 可移动的元件与止动元件的密封接触,并且其在可移动的元件移动离开止动元 件时逐渐地减少。
依照本发明如图2c所示的实施例,止动元件18还包括设置在基本上为圆 柱状的壳体13中的调节螺钉37,该壳体13具有顶部开口端(未显示)和底部 开口端15、侧壁17、具有基本上为圆柱状的突起25的帽21,该突起25包括用 于保持O型密封圈27的环形槽,以便密封壳体13的顶部开口端。可以领会的 是,壳体13可以设置成不同的几何的形状,密封圈27;帽21和突起25的形状 可以设计成密封壳体13的顶端。
仍然依照图2c所示的实施例,壳体13适于并且设置成用于保持磁体29与 具有环形的螺旋螺纹41的调节螺钉37的连接。优选的是,调节螺钉37可以由 未腐蚀铁磁性材料构成以增强磁吸引并防止磁体29被腐蚀。优选的是,可以仅 仅通过磁吸引实现磁体29与调节螺钉37的连接。调节螺钉37设置在壳体13 中,并且通过侧壁17内的辅助环形螺旋螺纹43支撑,侧壁17位于底端15附 近。通过设置在调节螺钉的顶面上的螺丝刀凹槽39中的螺丝刀的旋转,调节螺 钉37可以通过转动位于调节螺钉37顶表面上的螺丝起子凹槽39内的螺丝起子 沿着壳体13内的竖直轴线双向移动。可移动的调节螺钉37提供用于确定可移 动的元件30和调节螺钉37的接合点。优选的是,调节螺钉37的底表面适于并 且构造为基本上完全接合可移动的元件30的顶表面。可以理解的是,因为调节 螺钉37优选的是由铁磁性材料形成,它有助于穿过其中的磁力传导,以更好地 将可移动的元件30吸引到磁体29上。通过旋转调节螺钉37,可以最优化其底 表面和可移动的元件30的顶表面之间的接合,从而使磁体29和可移动的元件 30之间的磁吸引最大。此外,可移动的调节螺钉37,促使磁体29更靠近或更 远离可移动的元件30移动,从而依照要求增加或者减少其间的磁吸引力。
还可以理解的是,通过确定可移动的元件30和调节螺钉37的接合点,还 确定了在可移动的元件30的部分32和密封元件22之间的啮合表面。因此,调 节螺钉可用于优化其间的密封啮合。还可以理解的是,调节螺钉37允许利用不 那么精确、从而廉价的元件构造依照本发明的流量控制器,而且其仍然在磁体 29和可移动的元件30之间具有良好的密封以及良好的磁吸引力。优选的是,壳 体13由未腐蚀材料构成,并且基本上通过帽21和调节螺钉37进行密封以防止 磁体29被腐蚀。
现在参照附图2a、3、4和5描述本发明的该实施例的操作。图2a显示了 在关闭和密封取向的本发明的装置。如上所述,可移动的元件30抵靠入口的止 动元件18,这样,在供应压力Ps下,流体在流体入口14外部的可移动的元件 30上方被俘获。当一定量的流体被用户使用或者排向下游时,流动通道12内的 压力减少,从而在流体入口14两侧产生压差。当大量流体被利用时,例如通过 打开水龙头,压差是很大的,并且可移动的元件30迅速地移动到流动通道12 中,从而允许流体流入并通过流量控制器。只有仍然有需求,就会有压差,并 且流体连续地压靠可移动的元件30,并且流过该元件并通过流动通道,正如所 已知的。
然而,如果在泄漏或者流量控制器的下游有小的流体流动的情况下,压差 较小,并且缓慢和逐渐地建立,并且磁力起作用以使可移动的元件保持抵靠止 动元件,因此该可移动的元件没有移动。当压差增大时,达到阈值,其中沿流 体输出方向作用于可移动的元件30的压差力等于沿流体输入方向作用于可移动 的元件30的磁力。当超过这个阈值时,可移动的元件30开始朝向流体出口移 动,并穿过流动通道12。
本发明的特别特征在于,可移动的元件30和流动通道12(或者在流动通 道内的密封元件22)的形状设计成,使得可移动的元件可以以预先选择的距离 移动通过流动通道而不会开启它们之间的密封。在这个实施例中,这是通过具 有基本上恒定直径的部分32提供的。因此,如图3所示,可移动的元件30的 圆柱状部分32在保持密封啮合的同时沿着密封元件22移动。这意味着本发明 流量控制器中的流体入口两侧的压差连续地增加而不会打开流动通道,这与随 着提升阀芯的运动立即打开流动通道的常规磁性设备不同。
可以理解的是,当可移动的元件30由于流体入口两侧的压差作用而移动离 开止动元件18时,止动元件18内的铁磁体与可移动的元件30内的磁体34之 间的磁场力变小。沿流体入口方向作用的磁力的减少以及沿出口方向的力由于 作用于打开流体入口的水量压力作用而形成的增加一起作用,用来加速可移动 的元件30通过流动通道12朝向流体出口16的运动,并且用于增大可移动的元 件30离开入口的速度并因而增大它从密封元件22移开的距离。
因此,可移动的元件30沿流体出口方向连续移动,如图4所示。可以看到 的是,可移动的元件30相对于流动通道12移动通过选定的距离,并且由于密 封元件22和可移动的元件30的内壁的互补形状,它们之间的密封依然没有开 启。上述距离由密封元件22和可移动的元件30之间的密封啮合长度确定。该 长度这样选择,以使在沿出口方向移动时,允许可移动的元件30形成足够的速 度以继续它的运动,超过流动通道12被打开的点。由于上述速度,可移动的元 件30移动离开止动元件18,因此在相反方向上推动可移动的元件的磁力减小, 并且可移动的元件能沿出口方向继续它的运动。允许可移动的元件30移动足够 的距离,这样,即使由于通过通道的流体流动的减少,压差仍然大于磁力。在 这种情况下,依照本发明的流量控制器防止可移动的元件30在流动通道12的 关闭和打开位置之间振动(也称为″不规则振荡″现象,其由磁力引起,磁力仍 然足够大以抵消由作用在可移动的元件30上使之沿流体出口16方向移动的压 差所施加的力)。
当磁场力的作用变小时,作用在出口方向的压力保持不变或者增大,可移 动的元件30以加速的速度通过密封元件22移动到开启位置,如图5所示。可 移动的元件30和流动通道12设计成,使得流动路径迅速地打开到基本上完全 开启的、具有相对大的表面面积的位置,从而允许先前俘获的流体以高流量快 速地围绕可移动的元件30流动并通过流动通道,如上所述,这样可移动的元件 离开密封元件足够远,以致于磁力不足以上促使它改变方向和关闭流动通道。 具有带有流体动力学形状的可移动的元件的宽扩的通道的本体的设计提供相对 小的通过装置的压头损失并防止湍流。依照本发明的优选实施例,流量控制器 与流量计(未显示)结合,并且由流量控制器产生的高流量设计在流量计的最 佳测定范围内。
在这个阶段,使替代退回下游的足够量的流体已流过流动通道,并且压力 Pc上升,因此作用于可移动的元件的压差减少,直到Ps再次与Pc相等。此时沿 出口方向基本上没有压差作用于可移动的元件上,并且磁场开始作用于磁体上, 朝流体入口拉回可移动的元件。当它接近流体入口时,作用于可移动的元件上 的磁力不断地增加,从而促使可移动的元件朝向入口加速运动。此外,如果存 在返回元件38,则返回元件38此时作用于可移动的元件30上,将其沿止动元 件18的方向推回。在图示的实施例中,弹簧38朝止动元件18推动可移动的元 件30。当可移动的元件30朝向止动元件18移动时,作用于可移动的元件上的 磁场力增加,而压差仍然较小。在这种情况下,可移动的元件30从完全打开的 取向加速至密封的然后关闭的取向,直到压差再次增加,如上所述。这可以防 止相当大量的流体未被检测地就流过流动通道12。
本发明的特别特征在于,作用于可移动的元件上的力促使可移动的元件首 先在开启流动通道的方向上加速运动,然后在关闭流动通道的方向上加速运动, 从而允许流体以在流量计的可测量范围内的流量脉动值(in pulses of flux value) 通过流量控制器。
依照本发明优选的实施例,可移动的元件30在渗漏的情况下朝向和离开止 动元件18的运动的特征在于滞后动作。这种滞后曲线的一个例子的示意图如图 6所示。点40与图2对应,其中可移动的元件抵靠止动元件,并且流量控制器 是关闭和密封的。在该位置,入口两侧没有压差,因此作用于可移动的元件上 的力的总和基本上为零,并且可移动的元件30没有移动。作用于可移动的元件 上的力的总和基本上可以通过下列等式描述:
∑Fi=Fs-F磁场-Fk+ΔP*A
其中Fs是止动元件18作用于可移动的元件上的力,F磁场是磁力,Fk是返 回元件的力,ΔP等于Ps-Pc,A是在可移动的元件上的压力作用面积。
当流量控制器的下游有泄漏时,压差(Ps-Pc)开始慢慢地增加,但是可移 动的元件仍然不能移动,因为磁场力和返回力保持恒定,而止动元件18的力下 降了相应的数值。当压差加上开启流动通道的任意其它的力达到比关闭流动通 道的磁体和返回元件的力更高的数值时,可移动的元件开始移动。本发明特别 的特征在于,当可移动的元件开始移动时,磁力下降而压差增加,可移动的元 件朝向出口加速运动,如曲线上箭头44所示。可移动的元件继续加速运动,同 时保持密封,直到与止动元件18的距离X等于LH,其中LH是可移动的元件在 开启流动通道之前移动的距离。LH是滞后效应产生的主要参数,并且是可移动 的元件和流动通道或者密封元件的互补形状的结果。重要的是,参数LH足够大 以防止在渗漏的情况下可移动的元件在打开取向的平衡状态,并且防止不规则 振荡(急速开启和关闭流量控制器)。
在超过LH后,压差逐渐地减少,而作用于可移动的元件上的主要力变成 磁力,这使得可移动的元件朝向流体出口的运动减速,如通过带有附图箭头46 的曲线所示,直到可移动的元件停止在X最大,即可移动的元件离开止动元件的 最大位移,位于点48。在此,在图示的实施例中,可移动的元件碰击止动元件 26,并且不能再进一步移动。在这个阶段,磁场增加的力F磁场,与来自返回元 件的助推力(boost)一起,提供作用在可移动的元件上的力的阶跃增加,并且 使可移动的元件的运动方向反向。如附图标记50所示,现在可移动的元件朝止 动元件18加速返回,如曲线上的箭头52所示。当可移动的元件碰击止动元件 18时,作用于可移动的元件上的力的总和以阶跃方式减少到降低到初始值,如 曲线上的箭头54所示。可以理解的是,当正常的水量流过装置时,它保持开启 以免妨碍流动。然而,在缓慢流动时,其通常不会通过流量计测量,如上所述 的装置允许流量基本上以脉动形式从0到Qt波动,并在位于Qt范围内的脉动部 分时通过常规流量计提供对相对较小的流量测量。
通过本发明的一个实施例产生的随时间变化的通过流动通道的流量的示意 性图解说明显示在图7中。可以利用流量计在最小的误差下测量的流量值为Qt。 如图所示,Q泄漏太小而不能在该范围之内进行测量。本发明的流量控制器结合 这些小流量(Q泄漏)并将其转变成可在Qt范围内的流体流量脉动60,这样该波 动可以由流量计在最佳误差范围内测量。流量的快速增加62是流体流动通道的 快速和较宽的开启(如图6中箭头46所示)引起的,而脉动60的相对急剧下 降64是入口的急速关闭(由X最大和LH之间的曲线50指示)引起的。可移动的 元件30的恒定直径部分32和/或密封元件22的长度确定Qt处的脉动宽度66。
优选的是,本发明的装置的尺寸设计成,使得它可以安装在现有的供应管 路中而不用切断流体流动管道。图8和9是安装在水表管路中的本发明流量控 制器的两个实施例的示意图。如图所示,安装凸缘70可以设置在磁性流量控制 器的任意一端上,以允许流量控制器安装在适当的位置上以便操作。在图8的 实施例中,流量控制器72在靠近该流量控制器的流体出口处具有安装凸缘。此 实施例适合于具有流量控制器可以配合在其中的出口管道的流量计。可替换的, 如图9所示,安装凸缘70可以设置在流量控制器74的流体入口附近。以这种 方式,流量控制器可以牢固地以记录的方式安装,而不是安装在流量计内。
至此已经根据有限数量的实施例描述了本发明,可以理解的是,可以对本 发明进行许多变化、改进及其他应用。还可以理解的是,本发明不局限于在上 文中仅仅作为举例说明的内容。更确切的是,本发明由随后的权利要求唯一地 限定。
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