Un compresor centrífugo (20) que comprende:

un impulsor (85) que define un diámetro exterior y que puede girar en torno a un eje para proporcionar un flujo de fluido comprimido,

pasando una porción del fluido comprimido en torno al diámetro exterior para definir un flujo de escape;

una extensión (200) que se extiende desde el impulsor (85) que incluye una primera porción (215) de junta; y

un anillo estacionario (270) de junta que incluye una segunda porción (275) de junta,

caracterizado porque la primera porción (215) de junta tiene una pluralidad de escalones (250) en una dirección del flujo de escape, teniendo el primero de la pluralidad de escalones (250) un primer diámetro, siendo el diámetro de cada escalón subsiguiente menor que un escalón adyacente corriente arriba; y

la segunda porción (275) de junta tiene una pluralidad de dientes (320), dispuesto cada diente (320) adyacente a uno de la pluralidad de escalones (250) para definir una pluralidad de puntos de junta que inhiben el paso del flujo de escape

Compresor centrífugo que incluye un sistema de juntas.

Antecedentes

La presente invención versa acerca de un impulsor para un compresor centrífugo. Más en particular, la invención versa acerca de un impulsor para un compresor centrífugo que incluye una superficie de estanqueidad en una porción trasera.

La compresión de un gas en los compresores centrífugos, también conocidos como compresores dinámicos, está basada en la transferencia de energía desde un conjunto de álabes giratorios del impulsor al gas. Un compresor centrífugo convencional de gas incluye un alojamiento estacionario y un impulsor dentro del alojamiento que puede girar en torno a un eje. El gas, tal como aire, es dirigido en una dirección generalmente axial a los bordes anteriores de los álabes del impulsor, y sale en los bordes posteriores de los álabes en una dirección generalmente radial, normalmente hacia un difusor y luego hacia una voluta. Los álabes giratorios imparten energía al cambiar el momento o la velocidad, y la presión del gas. Se convierte el momento del gas, que está relacionado con la energía cinética, en energía de presión al reducir la velocidad del gas en el difusor estacionario y en los sistemas de recogida corriente abajo (por ejemplo, la voluta). Se aumenta la presión del gas en los bordes posteriores de los álabes en comparación con el gas en los bordes anteriores de los álabes. Debido a que los compresores centrífugos incluyen tanto componentes estacionarios como giratorios, se requieren juntas para contener el gas comprimido descargado desde el impulsor.

Debido a una rigidez no simétrica del impulsor, las fuerzas del cuerpo relacionadas con la masa inducidas por el giro (por ejemplo, fuerzas centrífugas) imparten al impulsor, un desplazamiento característico dirigido hacia el lado del álabe del impulsor.

Se puede absorber el empuje axial neto que actúa sobre un eje que incluye uno o más impulsores por medio de un cojinete de empuje que tiene una capacidad sustentadora que depende generalmente del tipo, diseño, rendimiento y coste del cojinete. Durante la operación del impulsor, se pueden desarrollar distintas condiciones inducidas aerodinámicamente, de forma que se puede invertir la dirección del empuje neto, requiriendo de esta manera un cojinete de empuje adicional para mantener el conjunto rotor en la porción axial apropiada con respecto a las estructuras estacionarias circundantes del compresor.

El documento CH 138 087 A (Escher Wyss Machf AG [CH]), que da a conocer todas las características de la primera parte de la reivindicación 1, describe un compresor centrífugo que comprende un impulsor giratorio que tiene una extensión que define una porción de estanqueidad que forma un cierre hermético contra un anillo estacionario de junta.

El documento DE 41 25 763 A1 (MAN B & W Diesel AG [DE]) describe un impulsor de un compresor radial que tiene álabes y discos que están separados de la tapa de un alojamiento por medio de rebordes de estanqueidad.

El documento EP 0 518 027 A1 (Mitsubishi Heavy Ind Ltd [JP]) describe un compresor centrífugo en el que está dispuesto un miembro de junta de forma anular y múltiple en la parte trasera de un impulsor para sellar un hueco entre el impulsor y su alojamiento.

Resumen

En una realización, la invención proporciona un compresor centrífugo que incluye un impulsor que define un diámetro externo y puede girar en torno a un eje para proporcionar un flujo de fluido comprimido. Una porción del fluido comprimido pasa en torno al diámetro exterior para definir un flujo de escape. Se extiende una extensión desde el impulsor e incluye una primera porción de junta que tiene una pluralidad de escalones en una dirección del flujo de escape. Un primero de la pluralidad de escalones tiene un primer diámetro, siendo el diámetro de cada escalón subsiguiente más pequeño que un escalón adyacente corriente arriba. Un anillo estacionario de junta incluye una segunda porción de junta que tiene una pluralidad de dientes. Cada diente está dispuesto adyacente a uno de la pluralidad de escalones para definir una pluralidad de puntos de cierre hermético que inhiben el paso del flujo de escape.

Serán evidentes otras características y ventajas de la invención para los expertos en la técnica tras el estudio de la siguiente descripción detallada, de las reivindicaciones y de los dibujos.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista en corte transversal de un sistema de compresión de fluido que implementa la invención y que se realiza por medio de un eje de giro;

la Fig. 2 es una vista ampliada en corte transversal de un impulsor del sistema de compresión de fluido de la Fig. 1;

la Fig. 3 es una vista en corte transversal de una porción del impulsor de la Fig. 2;

la Fig. 4 es otra vista en corte transversal de una porción del impulsor de la Fig. 2;

la Fig. 5 es un corte transversal de un anillo estacionario de junta de la Fig. 1 tomado a través de un eje de giro;

la Fig. 6 es una vista en corte transversal de dos dientes del anillo estacionario de junta de la Fig. 5;

la Fig. 7 es una vista en corte transversal de otro anillo estacionario de junta que implementa la invención e incluye un recorrido del flujo a través del mismo;

la Fig. 8 es una vista en corte transversal de una porción del compresor centrífugo de la Fig. 2;

la Fig. 9 es una vista en corte transversal de otra porción del compresor centrífugo de la Fig. 2;

la Fig. 10 es una ilustración esquemática de una distribución de la presión para un impulsor de la técnica anterior; y

la Fig. 11 es una ilustración esquemática de una distribución de la presión para el impulsor de la Fig. 2.

Descripción detallada

Antes de que se expliquen en detalle cualquiera de las realizaciones de la invención, se debe comprender que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de construcción y a la disposición de los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los siguientes dibujos. La invención es susceptible de otras realizaciones y de ser puesta en práctica o de ser llevada a cabo de diversas formas. Además, se debe comprender que la fraseología y la terminología utilizadas en el presente documento son para el propósito de la descripción y no deberían ser consideradas como limitantes. Se pretende que el uso de "que incluye", "que comprende" o "que tiene" y variaciones de los mismos en el presente documento que abarquen los artículos enumerados a partir de entonces y equivalentes de los mismos al igual que artículos adicionales. El orden de las limitaciones especificadas en cualquier reivindicación del procedimiento no significa que las etapas o las acciones expuestas en las mismas deban ser llevadas a cabo en ese orden, a no ser que se exponga explícitamente un orden en la memoria.

La Fig. 1 ilustra un sistema 10 de compresión de fluido que incluye una fuente energética primaria, tal como un motor 15 acoplado a un compresor 20 y operable para producir un fluido comprimido. En la construcción ilustrada, se emplea un motor eléctrico 15 como la fuente energética primaria. Sin embargo, otras construcciones pueden emplear otras fuentes energéticas primarias tal como motores de combustión interna, motores diesel, turbinas de combustión, etc., pero no limitados a los mismos.

El motor eléctrico 15 incluye un rotor 25 y un estátor 30 que define un diámetro interior 35 del estátor. El rotor 25 está soportado para girar sobre un eje 40 y está colocado sustancialmente dentro del diámetro interior 35 del estátor. El rotor ilustrado 25 incluye imanes permanentes 45 que interactúan con un campo magnético producido por el estátor 30 para producir un giro del rotor 25 y del eje 40. Se puede variar el campo magnético del estátor 30 para variar la velocidad de giro del eje 40. Por supuesto, otras construcciones pueden emplear otros tipos de motores eléctricos (por ejemplo, motores de CC síncronos, de inducción, con escobillas, etc.) si se desea.

El motor 15 está colocado dentro de un alojamiento 50 que proporciona tanto un soporte como una protección para el motor 15. Un cojinete 55 está colocado en cada extremo del alojamiento 50 y está soportado de forma directa o indirecta por el alojamiento 50. A su vez, los cojinetes 55 soportan el eje 40 para su giro. En la construcción ilustrada, se emplean los cojinetes magnéticos 55 con otros cojinetes (por ejemplo, de...

1. Un compresor centrífugo (20) que comprende:

un impulsor (85) que define un diámetro exterior y que puede girar en torno a un eje para proporcionar un flujo de fluido comprimido, pasando una porción del fluido comprimido en torno al diámetro exterior para definir un flujo de escape;

una extensión (200) que se extiende desde el impulsor (85) que incluye una primera porción (215) de junta; y

un anillo estacionario (270) de junta que incluye una segunda porción (275) de junta,

caracterizado porque la primera porción (215) de junta tiene una pluralidad de escalones (250) en una dirección del flujo de escape, teniendo el primero de la pluralidad de escalones (250) un primer diámetro, siendo el diámetro de cada escalón subsiguiente menor que un escalón adyacente corriente arriba; y

la segunda porción (275) de junta tiene una pluralidad de dientes (320), dispuesto cada diente (320) adyacente a uno de la pluralidad de escalones (250) para definir una pluralidad de puntos de junta que inhiben el paso del flujo de escape.

2. El compresor centrífugo (20) de la reivindicación 1, en el que el número de escalones (250) es sustancialmente igual al número de dientes (320).

3. El compresor centrífugo (20) de cualquier reivindicación precedente, en el que cada diente (320) tiene una punta (335) que define un diámetro de la punta y en el que se reducen los diámetros de punta de los dientes (320) en la dirección del flujo de escape, de forma que cada punta (335) de diente coopera con un escalón adyacente (250) para definir un hueco sustancialmente uniforme.

4. El compresor centrífugo (20) de cualquier reivindicación precedente, en el que cada escalón (250) incluye una primera porción (260) que se extiende generalmente de forma radial y una segunda porción (255) que se extiende generalmente de forma axial.

5. El compresor centrífugo (20) de cualquier reivindicación precedente, en el que cada diente (320) se extiende desde el anillo estacionario (270) de junta en una dirección que tiene tanto un componente axial como un componente radial.

6. El compresor centrífugo (20) de cualquier reivindicación precedente, en el que la pluralidad de escalones (250) y la pluralidad de dientes (320) cooperan para definir un diámetro medio de la junta que es mayor o igual que aproximadamente el 50 por ciento del diámetro exterior.