Compresor axial en voladizo (58) que comprende:

una carcasa (60) configurada para ser dividida verticalmente a lo largo de un eje vertical (72) para accedera un interior de la carcasa (60);

un cartucho extraíble (62) configurado para encajar dentro de la carcasa (60) y que está 5 unido de maneraamovible a la carcasa (60), incluyendo el cartucho extraíble (62),

un eje (92) dispuesto a lo largo de un eje horizontal (74), que es sustancialmente perpendicular al ejevertical (72), estando configurado el eje (92) para girar, cuando está en uso, alrededor del eje horizontal(74),

un sistema de cojinetes (98) unido al cartucho extraíble (62) y configurado para soportar de manera giratoriaun primer extremo (96) del eje (92), y

una pluralidad de aspas (90) dispuestas hacia un segundo extremo (94) del eje (92) de tal manera que elsegundo extremo (94) está en voladizo dentro de la carcasa (60), y

un mecanismo de palas de guía (66) configurado para conectarse al cartucho extraíble (62), estandoconfigurado el mecanismo de palas de guía (66) para ajustar un flujo de un fluido a la pluralidad de aspas(90).

Compresor axial del tipo en voladizo

Antecedentes

Campo técnico

Realizaciones de la materia aquí divulgada se refieren, en general, a procedimientos y sistemas y, más particularmente, a mecanismos y técnicas para comprimir un fluido.

Descripción de los antecedentes

Durante los últimos años, la demanda de diversos productos químicos ha aumentado. Un ejemplo es la demanda de productos de polietileno y de polipropileno, que se utilizan, por ejemplo, en la industria del plástico, la industria de tuberías de múltiples fases, etc. La fabricación de estos productos también ha aumentado en consecuencia. Uno de los componentes mecánicos utilizados en una planta (reactor) para producir los productos de polietileno o polipropileno es un compresor centrífugo.

Los compresores se dividen generalmente en compresores de desplazamiento positivo y compresores dinámicos. Los compresores de desplazamiento positivo incluyen los compresores alternativos y rotativos, los cuales no se describen aquí. Los compresores dinámicos incluyen, entre otros, los compresores centrífugos, los compresores axiales y los compresores de flujo mixto.

Un ejemplo de un compresor centrífugo se muestra en la figura 1. La figura 1 muestra el compresor centrífugo 10 que tiene un impulsor 12 conectado a un eje 14. El eje 14 está soportado por cojinetes 16 y 18. El impulsor 12 tiene una porción de buje 20 y una porción de aspa 22. Un fluido entra en el compresor 10 en una entrada 24, a lo largo de una dirección entrante A. El fluido alcanza el impulsor 12, donde se aumenta su energía cinética y su dirección de flujo se cambia antes de su descarga en la salida 26 a lo largo de la dirección B. Como que el impulsor 12 no está soportado sobre el eje 14 entre los cojinetes 16 y 18, esta disposición se llama compresor “en voladizo”, a diferencia de un diseño "entre cojinetes", donde el (los) impulsor (es) están soportados entre los cojinetes. Además, como se utiliza una fuerza centrífuga producida por el impulsor 12 para acelerar el fluido que entra en el compresor 10, el compresor que se muestra en la figura 1 se le llama un compresor centrífugo en voladizo.

El compresor centrífugo en voladizo se usa ampliamente en la industria química y petroquímica. Sin embargo, una desventaja de este compresor es su gran tamaño para un conjunto dado de parámetros de procesamiento, por ejemplo, parámetros de flujo. Por ejemplo, la figura 2 muestra un gráfico de un coeficiente de carga de un compresor respecto a su coeficiente de flujo. El coeficiente de carga está relacionado con una presión de salida del compresor y es un coeficiente adimensional. El coeficiente de flujo está relacionado con un índice de flujo volumétrico del fluido a través del compresor. La figura 2 muestra una variación en el tiempo en que los coeficientes de carga y los coeficientes de flujo de los compresores existentes desarrollados para la industria de polietileno/polipropileno, con los puntos a la izquierda siendo anteriores en el tiempo, y después los puntos en la derecha. Este gráfico indica que los coeficientes de carga más pequeños y los coeficientes de flujo mayores han sido requeridos por los operadores de las plantas a través del tiempo. Siguiendo esta tendencia, el peso de los compresores centrífugos (especialmente la carcasa) ha aumentado en los últimos diez años desde un promedio de 20 toneladas a un promedio de 40 toneladas con un diámetro del impulsor aumentando de 45 cm a más de 90 cm. Al aumentar el peso y el tamaño de los compresores, el peso y el tamaño de los componentes asociados, es decir, el difusor, etc., también ha aumentado.

Otro inconveniente del compresor centrífugo es el hecho de que una eficiencia politrópica del compresor disminuye a medida que el coeficiente de flujo aumenta más allá de un cierto punto. Los compresores de flujo mixto se han utilizado para abordar las deficiencias de los compresores centrífugos cuando el coeficiente de flujo es demasiado grande. Sin embargo, estos compresores están también llegando a sus límites en términos de eficiencia y peso deseable y actualmente están sufriendo los mismos problemas que los compresores centrífugos. Los compresores de flujo mixto son similares a los compresores centrífugos, pero el fluido es expulsado en un ángulo respecto a un eje longitudinal de los compresores. En otras palabras, la dirección del fluido saliente está entre las direcciones A y B mostradas en la figura 1, no siendo ni de flujo axial (dirección A) ni de flujo radial (dirección B) .

La figura 3 muestra la variación del diámetro del impulsor (para un compresor de flujo mixto) respecto a la velocidad de rotación (curva 30) para un requisito de cabeza politrófica dado. Además, el coeficiente de flujo se representa respecto a la velocidad rotacional del impulsor (curva 32) para un requisito de flujo dado. Se observa que para un impulsor de diámetro de 41 pulgadas (punto 34) el coeficiente de flujo correspondiente es de aproximadamente 0, 172 (punto 36) , que está en el intervalo generalmente deseado de menos de aproximadamente 0, 25 para impulsores de flujo mixto. Sin embargo, al intentar reducir el tamaño del impulsor a aproximadamente 27 pulgadas (punto 38) , que es aproximadamente un 35% de reducción en el tamaño, el coeficiente de flujo sube a 0, 4, lo que está fuera del intervalo deseado para una buena eficiencia.

Un compresor axial se ilustra en la figura 4. El compresor axial 42 tiene un eje 44 en el que una pluralidad de

superficies de sustentación 46 están conectadas. Un fluido entra en la entrada 48 y se acelera a través de la pluralidad de superficies de sustentación 46, a lo largo de una dirección axial C, hasta que el fluido es expulsado a la salida 50. Sin embargo, debido a las partículas de suciedad en el fluido, se pueden formar depósitos en las superficies de sustentación 46 y en la carcasa 52 del compresor 42. Para la limpieza de las superficies de sustentación y la carcasa, una parte superior (no mostrada) del compresor se retira para acceder a las partes que se han de limpiar. Esta división de la carcasa 52 del compresor axial a lo largo de un plano horizontal hace este compresor un compresor axial con carcasa con división horizontal. Además, el compresor axial típico tiene ambos extremos 54 del eje 44 soportados por cojinetes y las superficies de sustentación 46 están dispuestas entre los cojinetes de soporte del eje 44.

El compresor axial alcanza un coeficiente de flujo mejor y un impulsor de menor tamaño (superficies de sustentación) que los compresores centrífugos y/o de flujo mixto, y por lo tanto, un menor peso y tamaño. Sin embargo, el inconveniente con los compresores axiales existentes es la dificultad de mantener el compresor axial si se utiliza bajo condiciones de gas de proceso sucio, tal como se encuentran en la industria del polietileno/polipropileno, ya que las superficies de sustentación se tapan y la apertura del compresor axial y la limpieza de sus componentes consume tiempo y es costosa.

El documento GB 500, 965, que se considera que representa la técnica anterior más próxima, divulga un compresor axial en voladizo del tipo que comprende una carcasa, un eje dispuesto a lo largo de un eje horizontal, que es sustancialmente perpendicular al eje vertical, estando configurado el eje para girar alrededor del eje horizontal, un sistema de cojinetes configurado para soportar giratoriamente un primer extremo del eje, una pluralidad de aspas dispuestas hacia un segundo extremo del eje de tal manera que el segundo extremo está en voladizo dentro de la carcasa, y un mecanismo de palas de guía, estando configurado el mecanismo de palas de guía para ajustar un flujo de un fluido a la pluralidad de aspas.

Por consiguiente, sería deseable proporcionar compresores y procedimientos que eviten los problemas y los inconvenientes descritos anteriormente.

Sumario

De acuerdo con una realización de ejemplo, hay un compresor axial en voladizo que incluye una carcasa configurada para ser dividida verticalmente a lo largo de un eje vertical para el acceso a un interior de la carcasa y un cartucho extraíble. El cartucho extraíble está configurado para encajar dentro de la carcasa y para unirse de manera amovible a la carcasa, e incluye un eje dispuesto a lo largo de un eje horizontal, que es sustancialmente perpendicular al eje vertical, estando configurado el eje para girar alrededor del eje horizontal, un sistema de cojinete conectado al cartucho... [Seguir leyendo]

1. Compresor axial en voladizo (58) que comprende:

una carcasa (60) configurada para ser dividida verticalmente a lo largo de un eje vertical (72) para acceder a un interior de la carcasa (60) ;

un cartucho extraíble (62) configurado para encajar dentro de la carcasa (60) y que está unido de manera amovible a la carcasa (60) , incluyendo el cartucho extraíble (62) ,

un eje (92) dispuesto a lo largo de un eje horizontal (74) , que es sustancialmente perpendicular al eje vertical (72) , estando configurado el eje (92) para girar, cuando está en uso, alrededor del eje horizontal (74) ,

un sistema de cojinetes (98) unido al cartucho extraíble (62) y configurado para soportar de manera giratoria un primer extremo (96) del eje (92) , y

una pluralidad de aspas (90) dispuestas hacia un segundo extremo (94) del eje (92) de tal manera que el segundo extremo (94) está en voladizo dentro de la carcasa (60) , y

un mecanismo de palas de guía (66) configurado para conectarse al cartucho extraíble (62) , estando configurado el mecanismo de palas de guía (66) para ajustar un flujo de un fluido a la pluralidad de aspas (90) .

2. Compresor axial en voladizo según la reivindicación 1, en el que el mecanismo de palas de guía está fijado a la carcasa cuando el cartucho extraíble se retira de la carcasa.

3. Compresor axial en voladizo según la reivindicación 1, en el que el mecanismo de palas de guía está fijado al cartucho extraíble y es amovible junto con el cartucho extraíble.

4. Compresor axial en voladizo según cualquier reivindicación anterior, que también comprende:

una entrada conectada a la carcasa y configurada para conducir un fluido entrante a la pluralidad de aspas a lo largo del eje vertical.

5. Compresor axial en voladizo según cualquier reivindicación anterior, que también comprende:

una salida conectada a la carcasa y configurada para conducir un fluido saliente a lo largo del eje horizontal.

6. Compresor axial en voladizo según cualquier reivindicación anterior, que también comprende:

una interfaz de anillo de corte que conecta el cartucho extraíble a la carcasa y es la única conexión entre el cartucho extraíble y la carcasa que mantiene el cartucho extraíble conectado a la carcasa.

7. Compresor axial en voladizo según cualquier reivindicación anterior, que también comprende:

un sistema de tampón previsto en la carcasa, estando unido el sistema de tampón a la carcasa y estando configurado para proporcionar un gas de tampón limpio a áreas predeterminadas que van a estar desprovistas de partículas acumuladas.

8. Compresor axial en voladizo según la reivindicación 7, en el que el sistema de tampón comprende:

una primera cavidad de tampón configurada para recibir un fluido limpio a una presión mayor que el fluido saliente para evitar que un fluido de proceso entre en la primera cavidad de tampón, en el que la primera cavidad de tampón está dispuesta a lo largo del eje horizontal y está radialmente alineada con el eje.

9. Compresor axial en voladizo según la reivindicación 8, en el que el sistema tampón también comprende:

una segunda cavidad de tampón dispuesta a lo largo de una circunferencia interna de la carcasa alrededor de la primera cavidad de tampón.

10. Reactor químico (130) para la manipulación de una sustancia química, comprendiendo el reactor químico (130) : una primera tubería (132) proporciona la sustancia química a presión; un compresor (58) que tiene una entrada conectada a la primera tubería (132) y configurado para comprimir

la sustancia química; y una segunda tubería (134) conectada a una salida del compresor y configurada para recibir la sustancia

química comprimida, en el que

el compresor (58) incluye,

una carcasa (60) configurada para dividirse verticalmente a lo largo de un eje vertical (72) para acceder a un interior de la carcasa (60) ,

un cartucho extraíble (62) configurado para encajar dentro de la carcasa (60) y para estar unido de manera amovible a la carcasa (60) , incluyendo el cartucho extraíble (62) ,

un eje (92) dispuesto a lo largo de un eje horizontal (74) , que es sustancialmente perpendicular al eje vertical (72) , estando configurado el eje (92) para girar alrededor del eje horizontal (74) ,

un sistema de cojinetes (98) unido al cartucho extraíble (62) y configurado para soportar giratoriamente un primer extremo (96) del eje (92) , y

una pluralidad de aspas (90) dispuestas hacia un segundo extremo (94) del eje (92) de tal manera que el segundo extremo (94) está en voladizo dentro de la carcasa (60) , y

un mecanismo de palas de guía (66) configurado para conectarse al cartucho extraíble (62) , estando configurado el mecanismo de palas de guía (66) para ajustar un flujo de un fluido a la pluralidad de aspas (90) .

11. Reactor según la reivindicación 10, en el que el mecanismo de palas de guía está fijado a la carcasa cuando el cartucho extraíble se retira de la carcasa.

12. Reactor según la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en el que el mecanismo de palas de guía está fijado al cartucho extraíble y es amovible junto con el cartucho extraíble.

13. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que también comprende:

un interfaz de anillo de corte que conecta el cartucho extraíble a la carcasa y es la única conexión entre el cartucho extraíble y la carcasa que mantiene el cartucho extraíble fijado a la carcasa.

14. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, que también comprende:

un sistema de tampón previsto en la carcasa, estando unido el sistema de tampón a la carcasa y estando configurado para recibir un fluido de proceso desde el cartucho extraíble.

15. Procedimiento para fabricar un compresor axial en voladizo (58) , comprendiendo el procedimiento:

insertar un cartucho extraíble (66) en una carcasa (60) , que está configurada para dividirse verticalmente a lo largo de un eje vertical (72) para acceder a un interior de la carcasa (60) , en el que el cartucho extraíble

(66) incluye un eje (92) dispuesto a lo largo de un eje horizontal (74) , que es sustancialmente perpendicular al eje vertical (72) , estando configurado el eje (92) para girar alrededor del eje horizontal (74) , un sistema de cojinetes (98) unido al cartucho extraíble (66) y configurado para soportar giratoriamente un primer extremo

(96) del eje (92) , y una pluralidad de aspas (90) dispuestas hacia un segundo extremo (94) del eje (92) de tal manera que el segundo extremo ( 94) está en voladizo dentro de la carcasa (60) ; y

conectar un mecanismo de palas de guía (66) al cartucho extraíble (62) , estando configurado el mecanismo de palas de guía (66) para ajustar un flujo de un fluido a la pluralidad de aspas (90) .