SISTEMA MECÁNICO DE ESTAQUEIDAD Y PROCEDIMIENTO PARA MÁQUINAS ROTATIVAS.

Máquina rotativa (10), que comprende un rotor de máquina (12),

un estator de máquina (4); y una junta de estanqueidad a fluidos (16) dispuesta entre el rotor de máquina (12) y el estator de máquin5 a (14); que comprende un estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos que comprende un miembro (24) de estator configurado para desplazarse axialmente dentro de un alojamiento (26) de junta de estanqueidad a fluidos, un rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos, que comprende un miembro (28) de rotor dispuesto dentro de un alojamiento (30) de rotor, un resorte (34) que empuja el miembro de estator (24) contra el rotor (28) de junta de estanqueidad a fluidos y un mecanismo (44) de control de huelgo activo acoplado al estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos, y configurado para controlar un huelgo (22) entre el estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos y el rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos caracterizado porque el mecanismo (44) de control de huelgo activo comprende uno o más dispositivos (56) de aleación de memoria de forma acoplados al alojamiento (26) de junta de estanqueidad a fluidos y configurados para separar el miembro (24) de estator del rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos cuando se suministra corriente al dispositivo (56) de aleación de memoria de forma y cuando se suprime la alimentación eléctrica, el miembro (24) de estator se desplaza hacia el miembro (28) de rotor debido a la fuerza del resorte

La invención se refiere, en general, a una máquina rotativa y, más particularmente, a un sistema de estanqueidad para una interfaz entre componentes rotativos y estacionarios. En algunos aspectos, el sistema de estanqueidad incluye un sistema mecánico de estanqueidad entre un eje giratorio y una estructura circundante de turbocompresores. 5

El rendimiento y la eficiencia de las máquinas rotativas, por ejemplo, turbocompresores, son dependientes de un huelgo entre componentes rotativos y estacionarios dentro del turbomotor. Por ejemplo, el huelgo entre el eje giratorio y el alojamiento estacionario circundante proporciona un paso de flujo estrecho, dando como resultado una fuga de flujo de fluido de proceso que puede reducir el rendimiento de la máquina rotativa. Como el huelgo entre los componentes giratorios y los estacionarios aumenta, el flujo de fuga aumenta y la eficiencia de la máquina se 10 reduce.

Se usas juntas de gas seco en máquinas rotativas, tales como turbocompresores, para sellar fugas de un gas de proceso entre los componentes giratorios y estacionarios. Las juntas de gas seco son esencialmente juntas mecánicas frontales, que consisten en un anillo de acoplamiento (giratorio) y un anillo primario (estacionario). Durante el funcionamiento, las ranuras en el anillo giratorio generan una fuerza de dinámica de fluidos que hace 15 que el anillo estacionario se separe del anillo giratorio creando un “huelgo operativo” entre los dos anillos. Un gas de estanqueidad fluye por el huelgo entre los anillos giratorio y estacionario. Sin embargo, durante la parada y velocidades operativas inferiores de las máquinas rotativas, se reduce el flujo de gas de estanqueidad por el huelgo entre los anillos giratorio y estacionario. Los anillos giratorio y estacionario están mutuamente en contacto entre sí y causan fricción mecánica, desgaste y recalentamiento. 20

En algunos ejemplos, se pueden usarlos dispositivos accionadotes, tales como bombas auxiliares, para suministrar presión para abrir el huelgo entre los anillos giratorio y estacionario y evitar de este modo el contacto durante condiciones operativas de parada y de velocidades inferiores. El flujo de menos gas de estanqueidad por el huelgo entre los anillos giratorio y estacionario causa el recalentamiento de las piezas mecánicas de la junta que eventualmente da como resultado un daño en la junta. El flujo de demasiado gas de estanqueidad por el huelgo 25 entre los anillos giratorio y estacionario da como resultado un gran consumo de gas de estanqueidad y una reducción de la eficiencia de la máquina.

El documento JP 6226 1764 describe un dispositivo de junta de eje en el cual el par de arranque del equipo se reduce proporcionando un resorte de una aleación de memoria de forma para variar la presión entre los anillos giratorio y fijo. 30

Los documentos US4643437 y US4447063 describen un dispositivo de junta de eje con mecanismo de control de huelgo activo.

En consecuencia, existe la necesidad de un sistema y un procedimiento para mantener una fuerza de contacto mínima entre las piezas giratorias y estacionarias de un sistema de escala durante condiciones operativas de transición de la máquina rotativa. 35

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona una máquina rotativa, que comprende un rotor de máquina, un estator de máquina; y una junta de estanqueidad a fluidos dispuesta entre el rotor de máquina y el estator de máquina; que comprende un estator de junta de estanqueidad a fluidos que comprende un miembro de estator configurado para desplazarse axialmente dentro de un alojamiento de junta de estanqueidad a fluidos, un rotor de junta de estanqueidad a fluidos, un resorte que empuja el miembro de estator contra el rotor de junta de 40 estanqueidad a fluidos y un mecanismo de control de huelgo activo acoplado al estator de junta de estanqueidad a fluidos, y configurado para controlar un huelgo entre el estator de junta de estanqueidad a fluidos y el rotor de junta de estanqueidad a fluidos en el cual el mecanismo de control de huelgo activo comprende uno o más dispositivos de aleación de memoria de forma acoplados al alojamiento de junta de estanqueidad a fluidos y configurados para separar el miembro de estator del rotor de junta de estanqueidad a fluidos cuando se suministra corriente al 45 dispositivo de aleación de memoria de forma y cuando se suprime la alimentación eléctrica, el elemento de estator se desplaza hacia el elemento de rotor debido a la fuerza del resorte.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para hacer funcionar una máquina rotativa que comprende un rotor de máquina; un estator de máquina, y una junta de estanqueidad a fluidos dispuesta entre el rotor de máquina y el estator de máquina y que comprende un estator de junta de estanqueidad a 50 fluidos y un rotor de junta de estanqueidad a fluidos, comprendiendo el procedimiento controlar activamente un flujo de un fluido de estanqueidad por un huelgo entre el estator de junta de estanqueidad a fluidos y el rotor de junta de estanqueidad a fluidos en el cual el control activo comprende el accionamiento de un dispositivo de aleación de memoria de forma para separar el estator de junta de estanqueidad a fluidos del rotor de junta de estanqueidad a fluidos cuando se suministra corriente a la memoria de forma durante las velocidades operativas inferiores de la 55 máquina rotativa.

Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor en la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos anexos, en los cuales los caracteres iguales representan partes idénticas a través de todos los dibujos, en los cuales:

La figura 1 es una vista en perspectiva parcial de la máquina rotativa que con fines ejemplares se ilustra en forma de turbocompresor, con una junta de estanqueidad a fluidos según una realización ejemplar de la 5 presente invención;

y

La figura 2 es una vista esquemática de una junta de estanqueidad a fluidos que tiene un mecanismo de control de huelgo activo de tipo electromecánico según una realización ejemplar de la presente invención.

Como se ha mencionado anteriormente, la presente invención proporciona una máquina rotativa, en la cual 10 se dispone una junta de estanqueidad a fluidos entre un rotor de máquina y un estator de máquina. La junta de estanqueidad a fluidos ejemplar incluye un estator de junta de estanqueidad a fluidos, un rotor de junta de estanqueidad a fluidos, y un mecanismo de control de huelgo activo acoplado al estator de junta de estanqueidad a fluidos. La junta de estanqueidad a fluidos ejemplar está configurada para controlar el flujo de una junta de estanqueidad a fluidos por un huelgo entre el estator de junta de estanqueidad a fluidos y el rotor de junta de 15 estanqueidad a fluidos. En una realización ejemplar, el mecanismo de control de huelgo activo incluye un dispositivo electromecánico acoplado al estator de junta de estanqueidad a fluidos. El dispositivo electromecánico es un dispositivo de aleación de memoria de forma, acoplado al estator de junta de estanqueidad a fluidos. El mecanismo de control de huelgo activo según las realizaciones ejemplares de la presente invención evita el contacto mutuo y facilita el mantenimiento de un huelgo entre el estator de junta de estanqueidad a fluidos y el rotor 20 de junta de estanqueidad a fluidos durante todas las condiciones operativas de la máquina rotativa.

En referencia a la figura 1, se ilustra una máquina rotativa ejemplar (tal como un turbocompresor) según una realización ejemplar de la presente invención. La máquina 10 incluye un rotor 12 (tal como un eje de compresor) dispuesto dentro de un estator 14 de máquina (a veces denominado como “alojamiento”). Se dispone una junta 16 de estanqueidad a fluidos entre el rotor 12 de máquina y el estator 14 de máquina. En una realización 25 la junta de estanqueidad a fluidos comprende una junta de gas seco configurada para reducir la fuga de un gas de proceso. Para facilitar la ilustración, muchos ejemplo hacen referencia en la presente memoria a una junta de gas seco, sin embargo, los principios se pueden aplicar más generalmente a juntas estancas a los líquidos. El gas de proceso puede incluir gases tales como dióxido de carbono, sulfido de hidrógeno, butano, metano, etano, propano, gas natural licuado o una combinación de los mismos. En algunas realizaciones, se pueden usar dos o más juntas 30 de gas seco 16, una en cada extremo del rotor 14 de máquina. En algunas otras realizaciones,... [Seguir leyendo]

1. Máquina rotativa (10), que comprende

un rotor de máquina (12),

un estator de máquina (4); y

una junta de estanqueidad a fluidos (16) dispuesta entre el rotor de máquina (12) y el estator de máquina 5 (14); que comprende

un estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos que comprende un miembro (24) de estator configurado para desplazarse axialmente dentro de un alojamiento (26) de junta de estanqueidad a fluidos,

un rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos, que comprende un miembro (28) de rotor dispuesto dentro de un alojamiento (30) de rotor, 10

un resorte (34) que empuja el miembro de estator (24) contra el rotor (28) de junta de estanqueidad a fluidos y

un mecanismo (44) de control de huelgo activo acoplado al estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos, y configurado para controlar un huelgo (22) entre el estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos y el rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos 15

caracterizado porque

el mecanismo (44) de control de huelgo activo comprende uno o más dispositivos (56) de aleación de memoria de forma acoplados al alojamiento (26) de junta de estanqueidad a fluidos y configurados para separar el miembro (24) de estator del rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos cuando se suministra corriente al dispositivo (56) de aleación de memoria de forma y 20

cuando se suprime la alimentación eléctrica, el miembro (24) de estator se desplaza hacia el miembro (28) de rotor debido a la fuerza del resorte.

2. Máquina rotativa (10) según la reivindicación 1, que comprende, además, una unidad de control (54) para controlar la cantidad de corriente aplicada al o los dispositivos (56) de aleación de memoria de forma con el fin de controlar el huelgo (22) entre el miembro de estator (24) y el rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos. 25

3. Máquina rotativa (10) según la reivindicación 2 en el cual el mecanismo (44) de control de huelgo activo comprende al menos un microsensor electromecánico (50) configurado para detectar una distancia entre el rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos y el estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos.

4. Procedimiento para operar una máquina (10) rotativa que comprende un rotor (12) de máquina; un estator (14) de máquina, y una junta (16) de estanqueidad a fluidos dispuesta entre el rotor (12) de máquina y el estator 30 (14) de máquina y que comprende un estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos y un rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos que comprende

controlar activamente un flujo de un fluido de estanqueidad por un huelgo (22) entre el estator (18) de junta de estanqueidad a fluidos y el rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos caracterizado porque el control activo comprende accionar un dispositivo de aleación de memoria de forma para separar el estator (18) de junta de 35 estanqueidad a fluidos del rotor (20) de junta de estanqueidad a fluidos cuando se suministra corriente a la memoria de forma (56) durante las velocidades operativas inferiores de la máquina rotativa (10).