ES2884113T3

ES2884113T3 - Accionador de bomba de solenoide

Info

Publication number: ES2884113T3
Application number: ES16791063T
Authority: ES
Inventors: Gary Haffenden
Original assignee: Aspen Pumps Ltd
Current assignee: Aspen Pumps Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: GB2543832B; US20180320673A1; WO2017072532A1; EP3368769B1; GB2543832A; GB201519246D0; EP3368769A1

Abstract

Un método de accionamiento de una bomba de solenoide del tipo que comprende una lanzadera de metal impulsada por un solenoide contra un resorte proporcionando el resorte la fuerza para una carrera de bombeo de la lanzadera, comprendiendo el método aplicar un voltaje de accionamiento periódico al solenoide emitiendo el voltaje de accionamiento periódico desde un circuito de accionador, en donde cada período del voltaje de accionamiento comprende una primera porción durante la cual el voltaje de accionamiento siempre está aumentado desde un voltaje mínimo a un voltaje máximo para comprimir el resorte, una segunda porción durante la cual el voltaje de accionamiento disminuye desde el voltaje máximo al voltaje mínimo para liberar el resorte, y una tercera porción durante la cual el voltaje de accionamiento se mantiene en el voltaje mínimo, en donde la duración de la segunda porción es sustancialmente menor que la duración de la primera porción, comprendiendo el método además proporcionar una tasa de flujo requerida a través de la bomba controlando uno o más de: la duración de la tercera porción; el voltaje máximo; y la frecuencia del voltaje de accionamiento.

Description

DESCRIPCIÓN

Accionador de bomba de solenoide

Esta invención se relaciona con un método y aparato para accionar una bomba electromagnética.

Antecedentes

La figura 1 es una vista en sección de una construcción conocida de una bomba electromagnética (o solenoide), por ejemplo como se muestra en el documento US 9,028,227. La bomba está configurada para bombear fluido, tal como agua, desde una conexión 1 de entrada a una conexión 2 de salida en la dirección de la flecha A. La conexión 1 de entrada está formada como un moldeo de plástico, que define una cámara en la cual se recibe un resorte 3 de potencia y una lanzadera 4. Un solenoide 5 eléctrico rodea la cámara. Un núcleo 6 magnético exterior rodea el solenoide 5. Un espaciador 7 no magnético rompe el circuito magnético del núcleo 6 magnético exterior. La lanzadera 4 está hecha de acero inoxidable y por lo tanto es movible magnéticamente por el solenoide 5. La lanzadera 4 proporciona un núcleo y un pistón. El núcleo se recibe dentro de la cámara y se acopla al resorte 3 de potencia en su extremo proximal. El pistón se extiende desde el núcleo y se recibe dentro de un cilindro 8. La lanzadera 4 es hueca y proporciona un paso de fluido a través del núcleo y el pistón. El paso de fluido se cierra en el extremo distal del pistón mediante una válvula 9 de no retorno de pistón, que se retiene en posición mediante un resorte dentro del paso de fluido. Una arandela 10 de retención ubica el pistón dentro del cilindro 8 y una junta tórica 11 de sellado sella el extremo proximal del cilindro 8. Se proporciona una válvula 12 de no retorno entre el cilindro 8 y la conexión 2 de salida para sellar el extremo distal del cilindro 8. Se proporciona un resorte secundario 13 entre el núcleo y la pared distal de la cámara para amortiguar el movimiento de la lanzadera 4.

En operación, el solenoide 5 se energiza eléctricamente, lo cual mueve el núcleo (y de este modo toda la lanzadera 4) hacia la conexión 1 de entrada, comprimiendo el resorte 3 de potencia. La lanzadera 4 se mueve hacia arriba y entre la brecha creada en el núcleo 6 magnético exterior por el espaciador 7 no magnético. El movimiento de la lanzadera 4 reduce la presión dentro del cilindro 8, que está cerrado por la válvula 12 de no retorno. La presión reducida en el cilindro 8 abre la válvula 9 de no retorno de pistón, que permite que el fluido pase desde la conexión 1 de entrada a través de la cámara y el paso de fluido dentro de la lanzadera 4 hacia el cilindro 8. En la carrera de retorno de la bomba, el resorte 3 de potencia empuja el núcleo (y de este modo toda la lanzadera 4) hacia la conexión 1 de salida. La válvula 9 de no retorno de pistón se cierra contra la presión del fluido en el cilindro 8 y esta presión hace que la válvula 12 de no retorno se abra de tal manera que el pistón expulse el fluido del cilindro 8 a través de la conexión 2 de salida bajo la acción del resorte 3 de potencia.

Aunque la bomba descrita actualmente usa el electroimán para llenar el cilindro 8 y cargar el resorte 3 de potencia, y usa el resorte 3 de potencia cargado para expulsar el fluido del cilindro 8 a través de la conexión 2 de salida, se conoce que tiene una bomba que opera en el sentido opuesto. Es decir, se conoce el uso del resorte para introducir fluido en el cilindro, y el uso del electroimán para expulsar el fluido del cilindro a través de la conexión de salida.

Típicamente, el solenoide 5 eléctrico es accionado por un voltaje rectificado de media onda a la frecuencia de red (50 Hz en Europa), que proporciona una señal de voltaje de accionamiento simple al solenoide 5.

La presente invención, al menos en sus realizaciones preferidas, proporciona un método alternativo de accionamiento de una bomba de solenoide.

Breve resumen de la divulgación

De acuerdo con la presente invención se proporciona un método de accionamiento de una bomba de solenoide del tipo que comprende una lanzadera de metal impulsada por un solenoide contra un resorte proporcionando el resorte la fuerza para una carrera de bombeo de la lanzadera, por ejemplo la bomba de solenoide descrita con referencia a la figura 1. El método comprende aplicar un voltaje de accionamiento periódico al solenoide emitiendo el voltaje de accionamiento periódico desde un circuito de accionador. Cada período del voltaje de accionamiento comprende una primera porción durante la cual el voltaje de accionamiento aumenta desde un voltaje mínimo a un voltaje máximo para comprimir el resorte, una segunda porción durante la cual el voltaje de accionamiento disminuye desde el voltaje máximo al voltaje mínimo para liberar el resorte, y una tercera porción durante la cual el voltaje de accionamiento se mantiene en el voltaje mínimo. La duración de la segunda porción es sustancialmente menor que la duración de la primera porción. El método comprende además proporcionar una tasa de flujo requerida a través de la bomba controlando uno o más de: la duración de la tercera porción; el voltaje máximo; y la frecuencia del voltaje de accionamiento.

De este modo, de acuerdo con la invención, el voltaje de accionamiento se reduce de manera relativamente rápida desde el voltaje máximo hasta el voltaje mínimo durante la segunda porción. De esta forma, el resorte se libera rápidamente para proporcionar la fuerza para la carrera de bombeo de la lanzadera con la mínima energía que se desperdicia por el voltaje de accionamiento haciendo que el solenoide actúe contra el resorte liberado.

El voltaje de accionamiento puede disminuir gradualmente desde el voltaje máximo al voltaje mínimo, por ejemplo linealmente. La duración de la segunda porción puede ser menos de la mitad de la duración de la primera porción, particularmente menos de 10% de la duración de la segunda porción. En una realización particular, el voltaje de accionamiento puede disminuir desde el voltaje máximo al voltaje mínimo de manera sustancialmente instantánea durante la segunda porción. De este modo, la duración de la segunda porción puede ser insignificante en comparación con la duración de la primera porción.

En realizaciones de la invención, el voltaje de accionamiento aumenta desde el voltaje mínimo hasta el voltaje máximo de manera sustancialmente lineal durante la primera porción. Aunque esta configuración se prefiere actualmente, es posible que el voltaje de accionamiento aumente de otra manera que no sea linealmente durante la primera porción. En realizaciones de la invención, el voltaje de accionamiento tiene una forma de onda en diente de sierra.

La frecuencia del voltaje de accionamiento puede ser diferente a la frecuencia de un voltaje de suministro que proporciona potencia eléctrica para el voltaje de accionamiento. De este modo, la frecuencia del voltaje de suministro no se limita a 50 Hz/60 Hz. Por lo tanto, donde la frecuencia del voltaje de accionamiento se controla para proporcionar la tasa de flujo requerida, la frecuencia del voltaje de accionamiento puede comprender controlar la frecuencia del voltaje de accionamiento para que sea diferente a la frecuencia del voltaje de suministro que proporciona potencia eléctrica para el voltaje de accionamiento.

Típicamente, el voltaje mínimo es cero voltios.

La invención se extiende a un circuito de accionador de bomba de solenoide configurado para generar un voltaje de accionamiento de acuerdo con el método de la invención. El circuito de accionador puede ser un circuito analógico, un circuito digital o una combinación de circuitería analógica y digital. El circuito de accionador puede usar modulación de ancho de pulso (PWM) para generar una forma de onda en diente de sierra, u otra. La invención se extiende además a una bomba de solenoide en combinación con el circuito de accionador.

Breve descripción de los dibujos

Realizaciones de la invención se describen además de aquí en adelante con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales:

La figura 1 es una vista en sección de una bomba electromagnética;

La figura 2 es un gráfico que muestra una comparación entre un método de accionamiento conocido para la bomba electromagnética de la figura 1 y un método de accionamiento de acuerdo con una realización de la presente invención;

La figura 3 es un gráfico que ilustra un método de accionamiento de acuerdo con una realización adicional de la presente invención;

La figura 4 es un gráfico que ilustra un método de accionamiento de acuerdo con una realización aún adicional de la presente invención; y

La figura 5 es un esquema de un circuito de accionamiento de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción detallada

La figura 2 muestra, en el gráfico superior, una comparación de un voltaje de accionamiento en diente de sierra para una bomba de solenoide de acuerdo con una realización de la invención (línea discontinua) con un voltaje de accionamiento rectificado de media onda de la técnica anterior (línea continua). La bomba de solenoide puede ser del tipo descrito en relación con la figura 1. El gráfico inferior en la figura 2 muestra la fuerza de resorte correspondiente del resorte 3 de potencia. Como se muestra en la figura 2, para lograr la misma fuerza de resorte del resorte 3 de potencia, el voltaje de accionamiento en diente de sierra requiere sólo 60% del voltaje máximo del voltaje de accionamiento rectificado. Adicionalmente, la rápida disminución del voltaje de accionamiento en diente de sierra desde el voltaje máximo (60%) a cero voltios, también ahorra energía. La cantidad de energía que se ahorra usando el voltaje de accionamiento en diente de sierra está sombreada en la figura 2.

La figura 3 muestra una variación del voltaje de accionamiento en diente de sierra de una realización de la invención en una representación que corresponde a la figura 2. En este caso, la primera porción de la forma de onda en diente de sierra tiene una duración de 10ms, como en la forma de onda de la figura 2. La segunda porción de la forma de onda en diente de sierra, en la cual el voltaje de accionamiento cae desde un valor máximo a cero voltios es sustancialmente instantánea. En la figura 3, la duración de la tercera porción de la forma de onda en diente de sierra en la cual el voltaje de accionamiento se mantiene a cero voltios se reduce en relación con la forma de onda que se muestra en la figura 2 desde 10ms a 8ms. De esta forma, la frecuencia del voltaje de accionamiento se incrementa desde 50 Hz a 56 Hz. La duración más corta de cada período de la forma de onda en diente de sierra aumenta la tasa de flujo a través de la bomba.

La figura 4 muestra una variación del voltaje de accionamiento en diente de sierra de una realización de la invención en una representación que corresponde a las figuras 2 y 3. En este caso, la primera porción de la forma de onda en diente de sierra tiene una duración de 8ms, que es más corta que en la forma de onda de las figuras 2 y 3. La tasa de cambio (gradiente) del voltaje de accionamiento permanece igual, sin embargo, de tal manera que el voltaje máximo alcanzado durante la primera porción de la forma de onda se reduce, en comparación con las figuras 2 y 3. De nuevo, la segunda porción de la forma de onda en diente de sierra, en la cual el voltaje de accionamiento cae desde un valor máximo a cero voltios es sustancialmente instantáneo. En la figura 4, la duración de la tercera porción de la forma de onda en diente de sierra en la cual el voltaje de accionamiento se mantiene a cero voltios es mayor que en las formas de onda de las figuras 2 y 3 a 12ms. De esta forma, la frecuencia del voltaje de accionamiento se mantiene a 50 Hz, como en la figura 3, pero la tasa de flujo a través de la bomba se reduce ya que el resorte 3 de potencia solo alcanza 80% de su compresión máxima.

El voltaje de accionamiento en diente de sierra tiene la ventaja de que usa menos energía para lograr la misma fuerza de resorte que un voltaje de accionamiento convencional. Esto significa que se puede usar una fuente de alimentación más pequeña y se genera menos calor durante operación de la bomba, lo cual aumenta el ciclo de trabajo de la bomba. Adicionalmente, la frecuencia de operación de la bomba se puede "ajustar" para lograr el mínimo ruido mecánico de los componentes de bomba. Por ejemplo, se ha encontrado que las bombas conocidas pueden operar en su nivel más silencioso a una frecuencia de accionamiento de 47 Hz, en lugar de los 50 Hz convencionales. Se puede usar cualquier circuito de accionador adecuado para generar la forma de onda en diente de sierra requerida.

La figura 5 es un esquema de un circuito de accionamiento de acuerdo con una realización de la presente invención. El circuito 20 de accionamiento comprende una fuente 22 de alimentación conectada a un microcontrolador 24. El microcontrolador está conectado a un solenoide 28 de bomba a través de un circuito 26 de conmutación. El solenoide de bomba es típicamente el solenoide 5 como se describe en la figura 1. El microcontrolador 24 comprende una memoria y al menos un procesador. La memoria del microcontrolador 24 incluye instrucciones que, cuando se ejecutan, hacen que el al menos un procesador controle el circuito 26 de conmutación y el solenoide 28 de bomba opere de acuerdo con métodos como se describen previamente. El circuito 26 de conmutación proporciona entradas para que el microcontrolador 24 controle la operación del solenoide 28 de bomba.

En resumen, se divulga un método de accionamiento de una bomba de solenoide del tipo que comprende una lanzadera de metal impulsada por un solenoide contra un resorte proporcionando el resorte la fuerza para la carrera de bombeo de la lanzadera. El método comprende aplicar un voltaje de accionamiento periódico al solenoide. Cada período del voltaje de accionamiento comprende una primera porción durante la cual el voltaje de accionamiento aumenta desde un voltaje mínimo a un voltaje máximo para comprimir el resorte, una segunda porción durante la cual el voltaje de accionamiento disminuye desde el voltaje máximo al voltaje mínimo para liberar el resorte, y una tercera porción durante la cual el voltaje de accionamiento se mantiene al voltaje mínimo. La duración de la segunda porción es sustancialmente menor que la duración de la primera porción y puede ser sustancialmente instantánea. El voltaje de accionamiento aumenta desde el voltaje mínimo hasta el voltaje máximo de manera sustancialmente lineal durante la primera porción, de tal manera que el voltaje de accionamiento tiene una forma de onda en diente de sierra.

A lo largo de la descripción y reivindicaciones de esta especificación, las palabras "comprende" y "contiene" y variaciones de ellas significan "que incluyen pero no se limitan a", y no están previstas para (y no) excluyen otros componentes, enteros o etapas. A lo largo de la descripción y reivindicaciones de esta especificación, el singular abarca el plural a menos que el contexto requiera otra cosa. En particular, donde se usa el artículo indefinido, la especificación debe entenderse como que contempla tanto pluralidad así como singularidad, a menos que el contexto requiera otra cosa.

Se debe entender que los rasgos, enteros, características o grupos descritos en conjunto con un aspecto, realización o ejemplo particular de la invención son aplicables a cualquier otro aspecto, realización o ejemplo descrito en este documento a menos que sea incompatible con el mismo. Todos los rasgos divulgados en esta especificación (incluyendo cualquier reivindicación, resumen y dibujos acompañantes), y/o todas las etapas de cualquier método o proceso así divulgados, pueden combinarse en cualquier combinación, excepto combinaciones donde al menos algunos de tales rasgos y/o etapas son mutuamente excluyentes. La invención no está restringida a los detalles de ninguna realización anterior. La invención se extiende a cualquier novedad, o cualquier combinación novedosa, de los rasgos divulgados en esta especificación (incluyendo cualquier reivindicación, resumen y dibujos acompañantes), o a cualquier novedad, o cualquier combinación novedosa, de las etapas de cualquier método o proceso así divulgado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de accionamiento de una bomba de solenoide del tipo que comprende una lanzadera de metal impulsada por un solenoide contra un resorte proporcionando el resorte la fuerza para una carrera de bombeo de la lanzadera, comprendiendo el método aplicar un voltaje de accionamiento periódico al solenoide emitiendo el voltaje de accionamiento periódico desde un circuito de accionador, en donde cada período del voltaje de accionamiento comprende una primera porción durante la cual el voltaje de accionamiento siempre está aumentado desde un voltaje mínimo a un voltaje máximo para comprimir el resorte, una segunda porción durante la cual el voltaje de accionamiento disminuye desde el voltaje máximo al voltaje mínimo para liberar el resorte, y una tercera porción durante la cual el voltaje de accionamiento se mantiene en el voltaje mínimo, en donde la duración de la segunda porción es sustancialmente menor que la duración de la primera porción, comprendiendo el método además proporcionar una tasa de flujo requerida a través de la bomba controlando uno o más de: la duración de la tercera porción; el voltaje máximo; y la frecuencia del voltaje de accionamiento.

2. Un método como se reivindica en la reivindicación 1, en donde el voltaje de accionamiento disminuye desde el voltaje máximo al voltaje mínimo de manera sustancialmente instantánea durante la segunda porción.

3. Un método como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en donde el voltaje de accionamiento aumenta desde el voltaje mínimo al voltaje máximo de manera sustancialmente lineal durante la primera porción.

4. Un método como se reivindica en las reivindicaciones 1, 2 y 3, en donde el voltaje de accionamiento tiene una forma de onda en diente de sierra.

5. Un método como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en donde cuando la frecuencia del voltaje de accionamiento se controla para proporcionar la tasa de flujo requerida, la frecuencia del voltaje de accionamiento se controla para que sea diferente a la frecuencia de un voltaje de suministro que proporciona potencia eléctrica para el voltaje de accionamiento.

6. Un método como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en donde el voltaje mínimo es cero voltios.

7. Un circuito de accionador de bomba de solenoide configurado para generar un voltaje de accionamiento de acuerdo con el método de cualquier reivindicación precedente.

8. Una bomba de solenoide en combinación con el circuito de accionador de la reivindicación 7.