Dispositivo rotativo de transferencia de presión que utiliza un rotor generalmente cilíndrico (15) con una pluralidad de canales,

que gira con sus caras extremas planas yuxtapuestas con las caras extremas planas de un par de cubiertas laterales de extremo (19, 21), las cuales están provistas de un conducto de entrada y de un conducto de descarga. El diseño es tal que hay sólo rampas oblicuas (65) en los conductos del lado de alta presión, que crean una corriente direccional de líquido que es la que origina el giro del rotor en la dirección deseada. Los conductos (27a, 27b) en el lado de baja presión se pueden diseñar de tal modo que la entrada y la descarga de líquido entre los canales y los conductos sean esencialmente longitudinal, o bien los canales (71) se pueden construir de tal modo que se cree una corriente direccional que retarde ligeramente el giro del rotor en la citada dirección deseada.

Dispositivo rotativo de transferencia de presión.

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica la prioridad de la Solicitud Provisional de Estados Unidos número 60/977.789, presentada el 5 de octubre de 2007, cuya descripción se incorpora a este documento como referencia.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a dispositivos rotativos de transferencia de presión, en los que un primer fluido, a una elevada presión, comunica hidráulicamente con un segundo fluido a presión inferior para transferir presión entre los fluidos y producir una corriente de descarga a elevada presión del segundo fluido. Más particularmente, la invención se refiere a dispositivos rotativos de transferencia de presión de esta clase, en los que los diseños de cubiertas de extremos se mejoran para disminuir la mezcladura de los fluidos en el dispositivo y para controlar mejor el funcionamiento global.

Sumario de la invención

Los dispositivos rotativos actuales de transferencia de presión emplean un rotor que tiene una pluralidad de canales que están con frecuencia, de manera razonable, ampliamente separados, y un par de cubiertas o tapas de extremo opuestas, cada una de las cuales tiene al menos un paso o conducto de entrada y al menos un paso o conducto de descarga. Por lo tanto, cuando el rotor efectúa una revolución completa, cada canal recibirá flujo entrante al menos dos veces, es decir, al menos una vez con líquido a elevada presión que entra desde un extremo y al menos una vez con líquido a baja presión que entra desde el extremo o puesto. Cada canal descargará simultáneamente al menos dos veces cuando estos canales longitudinales del rotor giran o rotan pasando por respectivos pares alineados de pasos de entrada y de descarga, de las cubiertas extremas opuestas.

En estos dispositivos rotativos, tales como los dados a conocer en las patentes de Estados Unidos números 6.540.487 y 7.201.557, se usan con frecuencia cubiertas extremas que dirigen líquido entrante, tanto a alta como a baja presión, oblicuamente en los canales del rotor para crear una fuerza de impacto en los canales, que induce la rotación. El líquido es parcialmente desviado por tales rampas oblicuas de las cubiertas de extremo desde una dirección longitudinal del flujo a una dirección del flujo que tiene una componente de velocidad sustancial que impactará contra las paredes radiales de los canales del rotor. Los ángulos de las rampas oblicuas en las corrientes de alta y baja presión son en esencia típicamente iguales, de tal manera que el flujo de cada corriente contribuye de manera aproximadamente igual a la fuerza total que impulsa la rotación del rotor. Como consecuencia, los flujos entrantes de líquidos, tanto de alta como de baja presión, mueven la interfaz entre los dos líquidos en un canal del rotor esencialmente en la misma distancia axial en cada dirección, a lo largo de la longitud del rotor, en cada llenado de un canal del rotor, en tanto haya disponibles flujos de alta y baja presión.

En algunos casos, es particularmente importante reducir al mínimo la cantidad de mezcladura que ocurre entre los dos líquidos; sin embargo, existe una reluctancia a disminuir la eficacia del dispositivo de transferencia de presión para conseguir tal finalidad. En algunos dispositivos de transferencia de presión de este tipo general, por ejemplo los que se muestran en las Patentes de Estados Unidos números 3.431.747, 6.537.035 y 6.773.226, es invocado el uso de canales de sección transversal circular en los que están dispuestos pistones o separadores en cada uno de los canales con el fin de evitar físicamente la mezcladura (véanse las bolas 34 en la patente '226). Sin embargo, se percibe que tales soluciones al problema de la mezcladura no sólo reducen la eficacia ocupando parte del volumen de cada canal, sino que también complican el dispositivo al requerir controles complejos para evitar que los pistones choquen contra uno de los extremos del canal. Ello podría ocurrir si los flujos de alta y baja presión resultaran desiguales, un estado que podría resultar de variaciones de flujo naturales en el proceso o, con más frecuencia, durante la puesta en marcha o la detención de las operaciones.

Como consecuencia, se han buscado otras soluciones para reducir al mínimo la mezcladura de líquidos en dispositivo rotativo de transferencia de presión de este tipo y para proteger contra fluctuaciones importantes en los caudales de flujo de alimentación.

Se ha descubierto ahora que si se incluyen rampas oblicuas, cada una de las cuales crea flujo de entrada direccional para producir la rotación de rotor, sólo en los pasos de entrada y de descarga en el lado de alta presión y al líquido de baja presión se le permite fluir hacia dentro y fuera de los canales en una dirección esencialmente longitudinal, no sólo puede ser suministrada una segunda corriente de líquido a presión, que muestra mínima evidencia de mezcladura, sino que resultan otras ventajas funcionales significativas junto con la citada reducción al mínimo de la mezcladura.

En un aspecto particular, la invención proporciona un dispositivo de transferencia de presión para transferir energía de presión desde un primer fluido a elevada presión a un segundo fluido a presión inferior, para proporcionar un segundo fluido a presión, cuyo dispositivo incluye:

un rotor cilíndrico montado para girar alrededor de su eje geométrico y que tiene un par de caras extremas planas opuestas con al menos dos canales que se extienden axialmente a través del mismo entre aberturas situadas en dichas caras extremas planas; y

un par de cubiertas o tapas de extremo opuestas que tienen superficies de extremo axialmente hacia dentro y hacia fuera, acoplándose dichas superficies extremas hacia dentro, y aplicándose de manera deslizante y obturada, con dichas respectivas caras extremas opuestas del citado rotor,

teniendo cada una de dichas cubiertas de extremo uno o más pasos de entrada y uno o más pasos de descarga que desembocan en dichas superficies axialmente hacia dentro, estando dichas cubiertas de extremo opuestas alineadas de manera que cuando un canal del rotor está alineado con una abertura del paso de entrada de una de dichas cubiertas de extremo, está también alineado con una abertura del paso de descarga de la citada otra cubierta de extremo,

estando dichas aberturas del paso de entrada y del paso de descarga, de la misma cubierta extrema, aisladas constantemente entre sí durante la operación por una región de obturación de la superficie entre dicha cara extrema del rotor y dicha superficie de cubierta de extremo,

por lo que, como consecuencia de una revolución del citado rotor, cada uno de dichos canales es llevado, en secuencia alternante, a alineación parcial o total con una abertura del paso de entrada a alta presión de una de las citadas cubiertas de extremo y una abertura del paso de descarga de alta presión de la otra de las citadas cubiertas de extremo y a continuación a alineación parcial o total con una abertura del paso de descarga de baja presión de dicha primera cubierta de extremo, de manera que cada uno de los citados canales es alternativamente suministrado con el primer fluido de alta presión a través de dicha una cubierta de extremo y después con el segundo fluido a través de la citada otra cubierta de extremo,

comprendiendo la mejora rampas oblicuas en dichos pasos de entrada y de descarga de alta presión en las citadas cubiertas de extremo, las cuales originan flujo direccional del fluido de alta presión hacia dentro y fuera de los citados canales del rotor para proporcionar una fuerza que hace que dicho rotor gire en un primer sentido angular, mientras que los citados pasos de entrada y de descarga de baja presión están exentos de cualquiera de las citadas rampas que dirigirían así el flujo para proporcionar impulsos adicionales para hacer que el citado rotor gire en el primer sentido angular.

En otro aspecto particular, la invención proporciona un dispositivo de transferencia de presión para transferir energía de presión desde un primer fluido a elevada presión a un segundo fluido a presión inferior para proporcionar un segundo fluido a presión, cuyo dispositivo incluye:

un rotor cilíndrico montado para girar alrededor de su eje geométrico y que tiene un par de caras de extremo planas opuestas con al menos dos canales que se extienden axialmente a través de ellas, entre aberturas situadas en las citadas caras...

1. En un dispositivo de transferencia de presión para transferir energía de presión desde un primer fluido a elevada presión a un segundo fluido a presión inferior para proporcionar un segundo fluido presurizado, cuyo dispositivo incluye:

un rotor cilíndrico montado para girar alrededor de su eje geométrico y que tiene un par de caras extremas planas opuestas con al menos dos canales que se extienden axialmente a través de ellas entre aberturas situadas en dichas caras extremas planas; y

un par de cubiertas de extremo opuestas que tienen superficies extremas axialmente hacia dentro y hacia fuera, acoplándose dichas superficies extremas hacia dentro, y aplicándose de manera deslizante y obturada, con dichas respectivas caras extremas opuestas del citado rotor,

teniendo cada citada cubierta de extremo uno o más pasos de entrada y uno o más pasos de descarga que desembocan en las citadas superficies axialmente hacia dentro, estando dichas cubiertas de extremo opuestas alineadas de manera que cuando un canal del rotor se alinea con una abertura del paso de entrada en una de las citadas cubiertas de extremo, aquel también se alinea con una abertura del paso de descarga de la citada otra cubierta de extremo,

estando dichas aberturas, de los pasos de entrada y de los pasos de descarga de la misma cubierta de extremo, aisladas entre sí durante el funcionamiento por una región de obturación en la interfaz entre la citada cara extrema del rotor y dicha superficie de cubierta de extremo,

por lo que, como consecuencia del giro del citado rotor, cada uno de dichos canales del rotor es llevado, en secuencia alternante, a alineación parcial o total con una abertura de paso de entrada de alta presión de la citada una cubierta de extremo y una abertura de paso de descarga de alta presión en la citada otra cubierta de extremo y a continuación a alineación parcial o total con una abertura de paso de descarga de baja presión de la citada una cubierta de extremo y una abertura de paso de entrada de baja presión de la citada otra cubierta de extremo, de manera que cada uno de los citados canales es alternativamente suministrado con el primer fluido a elevada presión a través de la citada una cubierta de extremo y a continuación con el segundo fluido a través de dicha otra cubierta de extremo,

la mejora que comprende rampas oblicuas en dichos pasos de entrada y de descarga de alta presión de dichas cubiertas de extremo, que originan flujo direccional de fluido de alta presión hacia dentro y fuera de los citados canales del rotor para proporcionar fuerza que hace que el citado rotor gire en un primer sentido angular, mientras que dichos pasos de entrada y de descarga de baja presión están desprovistos de cualquiera de las citadas rampas que podrían así dirigir flujo para proporcionar impulso añadido para hacer que el citado rotor gire en el primer sentido angular.

2. La mejora de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las citadas rampas oblicuas están orientadas según un ángulo de entre 12 y 65 grados con respecto a dichas caras extremas planas del rotor.

3. La mejora de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichas rampas oblicuas están orientadas según un ángulo de entre 12 y 30 grados con respecto a las citadas caras extremas planas del rotor.

4. La mejora de acuerdo con la reivindicación 1, en la que las ciadas rampas oblicuas están orientadas según un ángulo de entre unos 18 grados y unos 24 grados con respecto a las citadas caras extremas planas del rotor.

5. La mejora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dichos pasos de baja presión están conformados de manera que el fluido a baja presión fluye en esencia axialmente hacia dentro y fuera de los citados canales del rotor.

6. La mejora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dichos pasos de entrada y de descarga de baja presión incluyen rampas oblicuas orientadas en sentido inverso, las cuales están orientadas según un ángulo mayor con respecto a las citadas caras extremas planas del rotor que dichas rampas oblicuas, de manera que la entrada y salida direccionales de fluido en dichos pasos de baja presión retardan las revoluciones del citado rotor en dicho primer sentido angular.

7. La mejora de acuerdo con la reivindicación 6, en la que dichas rampas oblicuas inversas son de longitud menor que las citadas rampas oblicuas.

8. En un dispositivo de transferencia de presión para transferir energía de presión desde un primer fluido a elevada presión a un segundo fluido a presión inferior para proporcionar un segundo fluido presurizado, cuyo dispositivo incluye:

un rotor cilíndrico montado para girar alrededor de su eje geométrico y que tiene un par de caras extremas planas opuestas con al menos dos canales que se extienden axialmente a través de ellas entre aberturas situadas en las citadas caras extremas planas; y

un par de cubiertas de extremo opuestas que tienen superficies extremas axialmente hacia dentro y hacia fuera, acoplándose dichas superficies extremas hacia dentro, y aplicándose de manera deslizante y obturada, con las citadas respectivas caras extremas opuestas del citado rotor,

teniendo cada una de las citadas cubiertas de extremo uno o más pasos de entrada y uno o más pasos de descarga que desembocan en las citadas superficies axialmente hacia dentro, estando dichas cubiertas de extremo opuestas alineadas angularmente de manera que cuando un citado canal de dicho rotor se alinea con una abertura de paso de entrada en una citada cubierta de extremo, aquel está también alineado con una abertura del paso de descarga de dicha otra cubierta de extremo,

estando cada una de dichas aberturas de paso de entrada y cada una de dichas aberturas de paso de descarga de la citada misma cubierta de extremo constantemente aisladas entre sí durante la operación por medio de una región de obturación en la interfaz entre la citada cara extrema del rotor y la citada superficie de cubierta de extremo,

por lo que, como consecuencia de la rotación del citado rotor, cada dicho canal es llevado, en secuencia alternante, a alineación parcial o total con una abertura de paso de entrada de alta presión de dicha una cubierta de extremo y una abertura de paso de descarga de alta presión de la citada otra cubierta de extremo y a continuación a alineación parcial o total con una abertura de paso de descarga de baja presión de la citada una cubierta de extremo y una abertura de paso de entrada de baja presión de la citada cubierta de extremo, de manera que cada canal citado es alternativamente suministrado con el primer fluido a elevada presión a través de la citada una cubierta de extremo y después con el segundo fluido a través de dicha otra cubierta de extremo,

la mejora que comprende rampas oblicuas en dichos pasos de entrada y de descarga de alta presión de las citadas cubiertas de extremo, las cuales originan flujo direccional de fluido a elevada presión hacia dentro y fuera de los citados canales del rotor para proporcionar fuerza que hace que dicho rotor gire en un primer sentido angular, y rampas oblicuas inversas en dichos pasos de entrada y de descarga de baja presión que originan flujo direccional de fluido de baja presión hacia dentro y fuera de los citados canales del rotor, de un modo que tienden a retardar el giro del rotor en el primer sentido angular.

9. La mejora e acuerdo con la reivindicación 8, en la que dichas rampas oblicuas inversas están orientadas según un ángulo, con respecto a las citadas caras extremas planas del rotor, mayor que el ángulo de orientación de las citadas rampas oblicuas.

10. La mejora de acuerdo con la reivindicación 8 o la 9, en la que dichas rampas oblicuas inversas son de longitud menor que las citadas rampas oblicuas.

11. La mejora de acuerdo con la reivindicación 8 o la 9, en la que las citadas rampas oblicuas están orientadas según un ángulo de entre 12 y 65 grados con respecto a las citadas caras extremas planas del rotor.

12. La mejora de acuerdo con la reivindicación 8 o la 9, en la que las citadas rampas oblicuas están orientadas según un ángulo de entre 12 y 30 grados con respecto a las citadas caras extremas planas del rotor.

13. La mejora de acuerdo con la reivindicación 8 o la 9, en la que dichas rampas oblicuas están orientadas según un ángulo de entre unos 18 y unos 24 grados con respecto a las citadas caras extremas planas del rotor.

14. La mejora de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, en la que dichas rampas oblicuas inversas están orientadas según un ángulo entre unos 45 y unos 80 grados.