Válvula giratoria.

Una válvula giratoria (300) para realizar operaciones de proceso cíclicas,

que comprende:

- un estator de alimentación (310) que comprende una superficie de acoplamiento del estator de alimentación(312), una superficie trasera del estator de alimentación (314), y una pluralidad de orificios (316) de conexiónentre la superficie de acoplamiento del estator de alimentación (312) y la superficie trasera del estator dealimentación (314);

- un rotor de alimentación (320) adyacente al estator de alimentación (310) que comprende una superficie deacoplamiento del rotor de alimentación (321), una superficie trasera del rotor de alimentación (322), y unapluralidad de orificios (323, 324) dispuestos sobre la superficie de acoplamiento del rotor de alimentación (321)para dirigir el flujo de fluido entre la pluralidad de orificios del estator (323, 324) del estator de alimentación(310), pudiendo el rotor de alimentación (320) girar alrededor de un eje (A) perpendicular a la superficie delrotor de alimentación;

- un rotor de producto (330) acoplado con el rotor de alimentación (320) y que comprende una superficie deacoplamiento del rotor de producto (331), una superficie trasera del rotor de producto (332), una salida deproducto (339), y una pluralidad de orificios (333, 334, 335, 336, 337, 338) dispuestos sobre la superficie deacoplamiento (331) para dirigir el flujo de fluido entre una pluralidad de orificios (346) de un estator de producto(340), pudiendo el rotor de producto (330) girar alrededor de un eje (A) perpendicular a la cara del rotor deproducto;

- el estator del producto (340) adyacente al rotor de producto (330) que comprende una cara de acoplamientodel estator producto (342), una cara trasera del estator producto (344), y la pluralidad de orificios (346) deconexión entre el la cara de acoplamiento del estator de producto (342 ) y la cara trasera del estator producto(344); y

- al menos un muelle de compresión (350) dispuesto entre el rotor de alimentación (320) y el rotor de producto(330) configurado para aplicar una fuerza de compresión (F1) con un centro de fuerza en la cara trasera delrotor de alimentación (322) y en la cara trasera del rotor de producto (322),

caracterizada por que

- el centro de fuerza de la fuerza de compresión (F1) está situado a una distancia predeterminada mayor quecero desde el eje (A) de giro, de tal manera que la fuerza de compresión es configurada para minimizar el parrequerido para hacer girar el rotor de alimentación y el rotor de producto cuando la válvula está en operación.

Válvula giratoria

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere en general a una válvula giratoria, y más particularmente, a una válvula giratoria para sistemas de absorción por oscilación de presión.

Las válvulas giratorias se utilizan ampliamente en las industrias de procesos para dirigir fluidos desde una o más fuentes de proceso a uno o más destinos de proceso en etapas de proceso cíclicas repetibles. Estas válvulas, denominadas también válvulas de secuencia giratorias, se utilizan en procesos cíclicos o repetibles, tales como la separación de gas por adsorción por oscilación de presión o temperatura, separación de líquidos por adsorción por oscilación de concentración, cromatografía de gases o líquidos, procesos catalíticos regenerativos, sistemas de control secuenciales neumáticos o hidráulicos, y otros procesos cíclicos.

Un tipo de válvula giratoria ampliamente utilizado tiene una configuración circular plana en la que un rotor portado plano gira coaxialmente sobre un estator portado plano de tal manera que los orificios en el estator y en el rotor están bien alineados o bloqueados en una secuencia cíclica predeterminada. Típicamente se proporciona una junta haciendo coincidir en contacto directo la cara del rotor plana sobre la cara del estator plana. Se requiere un alto grado de precisión en la fabricación de estas superficies planas para evitar la fuga excesiva en las superficies de acoplamiento. Materiales rígidos tales como metales, cerámicas, y/o de carbono se utilizan típicamente para estos rotores y estatores, pero el desgaste de las partes o distorsiones causadas por diferenciales de temperatura pueden causar cambios en la forma de las superficies, permitiendo de esta manera la fuga a través de la junta formada entre las superficies.

Las válvulas giratorias con una configuración de junta circular giratoria plana son particularmente útiles en sistemas de adsorción por oscilación de presión (PSA) que utilizan múltiples lechos de adsorción paralelos que operan en etapas cíclicas superpuestas que incluyen las etapas de alimentación, compensación de la presión, despresurización, purga y de represurización. En una aplicación típica, se utiliza un estator que tiene múltiples orificios para conectar las líneas de gas de alimentación y de gas de desecho con los extremos de alimentación de una pluralidad de lechos de adsorción y también para conectar los extremos de producto de la pluralidad de las lechos para proporcionar la compensación de presión, purga, y otras etapas de transferencia de la lecho a lecho. Un rotor que tiene múltiples orificios gira de forma estanca en el estator de tal manera que las aberturas en la cara del estator coinciden secuencialmente con las aberturas en la cara del rotor, a medida que el rotor gira para dirigir el flujo de gas a las etapas del ciclo del proceso PSA deseadas.

En un ciclo típico de PSA, los pasos internos de la válvula giratoria están a presiones diferentes a medida que avanza el ciclo de PSA. Cuando el ciclo de PSA incluye las etapas de proceso a presión positiva y bajo condiciones de vacío, las fugas impulsadas por los diferenciales de presión entre los orificios de válvula conectados a los extremos de alimentación y de producto de los lechos pueden conducir a diversos problemas operativos, si se producen fugas entre estos orificios.

Las válvulas secuencial giratorias, en las que un rotor portado plano gira coaxialmente sobre un estator portado plano de tal manera que los orificios en el estator y el rotor son alineados o bloqueados en una secuencia cíclica predeterminada, se utilizan para dirigir fluidos en procesos cíclicos que tienen una número de etapas repetibles. En el documento US 2007/0028971 A1 presentado el 8 de mayo de 2005, se desvela un sistema de válvula giratoria de rotor/estator dual que utiliza un solo muelle axialmente alineado para ayudar en el acoplamiento de una superficie del rotor contra una superficie del estator para ayudar en la junta estanca de las superficies del rotor y del estator una contra la otra y evitar fugas entre los orificios del estator y del rotor. Los orificios del rotor se sitúan en diferentes posiciones circunferenciales en las caras del rotor y operan a diferentes presiones.

Durante la operación de la válvula giratoria de la técnica anterior divulgada en el documento US 2007/0028971 A1, la diferencia en las presiones de los orificios da como resultado una fuerza no axial a través de la cara de acoplamiento del rotor y del estator. Cuando se requieren altas presiones de operación, se pueden requerir grandes fuerzas de compresión para cerrar herméticamente los rotores contra los estatores y evitar fugas. La cantidad de fuerza necesaria para girar los rotores estará directamente relacionada con la cantidad de la fuerza de compresión para comprimir los rotores contra los estatores. Si se requieren altas fuerzas de compresión para evitar fugas entre el rotor y el estator, se requerirán grandes fuerzas para girar los rotores. Estas grandes fuerzas aumentan el desgaste del rotor, requieren motores de rotor de mayor tamaño, y aumentan el desgaste del cojinete del rotor.

La disposición general de una vista en despiece de la técnica anterior de válvula giratoria 1, tal como se encuentra en el documento US 2007/0028971 A1, se muestra en la Figura 1. En la operación real, los componentes de la válvula 1 están en contacto entre sí. Como se puede observar en la Figura 1, la válvula giratoria 1 de la técnica anterior incluye un estator de alimentación 10, un rotor de alimentación 20, un rotor de producto 30, un estator de producto 40, y un muelle de compresión 50. En este ejemplo de realización de la técnica anterior, el rotor de alimentación 20 y el rotor de producto 30 están contenidos dentro de una carcasa formada por el estator de alimentación 10 y el estator de producto 40 como se muestra en la Figura 1.

En un proceso de adsorción por oscilación de presión (PSA) , los lechos de adsorción (no mostrados) se conectan a los orificios 11a, 11b, 11c, 11d del estator de alimentación 10 y a los orificios 41a, 41b, 41c, 41d del estator producto 40. El extremo de alimentación de los lechos (no mostrado ) se conecta típicamente a los orificios 11a, 11b, 11c, 11d del estator de alimentación 10, y los extremos de producto de los lechos (no mostrados ) se conecta típicamente a los orificios correspondientes 41a, 41b, 41c, 41d del estator de producto 40.

Como se puede observar en la Figura 1, el rotor de alimentación 20 y el rotor de producto 30 se configuran para acoplarse e inter-bloquearse. El muelle de compresión 50 se dispone entre el rotor de alimentación 20 y el rotor de producto 30. El muelle de compresión 50 presiona el rotor de alimentación 20 contra el estator de alimentación 10 para cerrar herméticamente el rotor de alimentación 20 contra el estator de alimentación 10. El muelle de compresión 50 presiona de manera similar el rotor de producto 30 contra el estator de producto 40 para cerrar herméticamente el rotor de producto 30 contra el estator de producto 40.

La válvula 1 conocida incluye además un eje de accionamiento 60 capaz de hacer girar el rotor de alimentación 20 y el rotor de producto 30. El eje de accionamiento 60 incluye un extremo de accionamiento positivo 62 que se configura para acoplarse a un elemento de acoplamiento (no mostrado) en el rotor de alimentación 20 de tal manera que cuando el eje de accionamiento 60 se hace girar, el rotor de alimentación 20 y el rotor de producto 30 se hacen girar del mismo modo alrededor de un eje perpendicular a la cara del rotor, y las ranuras en el rotor de alimentación 20 y en el rotor de producto 30 e alinean con los orificios en el estator de alimentación 10 y en el estator de producto 40, respectivamente, para seleccionar una conexión predeterminada de las líneas de proceso.

La válvula giratoria conocida 1 incluye diversos orificios y pasos de fluido, cuya función se describe más completamente en el documento US 2007/0028971 A1. La operación de un proceso cíclico específico, tal como el PSA, no necesita explicarse completamente en el presente documento para comprender la operación de la válvula, y es entienda por un experto en la materia. En general, las operaciones de proceso incluyen alterar la posición girada del rotor de alimentación 20 y del rotor de producto 30 de la válvula 1 conocida para permitir que los vapores de fluido seleccionados se reciclen. A continuación se proporciona una descripción general de la operación de la válvula giratoria 1 de la técnica anterior.

A medida que el rotor de alimentación 20 y el rotor de producto 30 se hacen girar a posiciones predeterminadas, los orificios en las... [Seguir leyendo]

1. Una válvula giratoria (300) para realizar operaciones de proceso cíclicas, que comprende:

- un estator de alimentación (310) que comprende una superficie de acoplamiento del estator de alimentación (312) , una superficie trasera del estator de alimentación (314) , y una pluralidad de orificios (316) de conexión entre la superficie de acoplamiento del estator de alimentación (312) y la superficie trasera del estator de alimentación (314) ;

- un rotor de alimentación (320) adyacente al estator de alimentación (310) que comprende una superficie de acoplamiento del rotor de alimentación (321) , una superficie trasera del rotor de alimentación (322) , y una pluralidad de orificios (323, 324) dispuestos sobre la superficie de acoplamiento del rotor de alimentación (321) para dirigir el flujo de fluido entre la pluralidad de orificios del estator (323, 324) del estator de alimentación (310) , pudiendo el rotor de alimentación (320) girar alrededor de un eje (A) perpendicular a la superficie del rotor de alimentación;

- un rotor de producto (330) acoplado con el rotor de alimentación (320) y que comprende una superficie de acoplamiento del rotor de producto (331) , una superficie trasera del rotor de producto (332) , una salida de producto (339) , y una pluralidad de orificios (333, 334, 335, 336, 337, 338) dispuestos sobre la superficie de acoplamiento (331) para dirigir el flujo de fluido entre una pluralidad de orificios (346) de un estator de producto (340) , pudiendo el rotor de producto (330) girar alrededor de un eje (A) perpendicular a la cara del rotor de producto;

- el estator del producto (340) adyacente al rotor de producto (330) que comprende una cara de acoplamiento del estator producto (342) , una cara trasera del estator producto (344) , y la pluralidad de orificios (346) de conexión entre el la cara de acoplamiento del estator de producto (342 ) y la cara trasera del estator producto (344) ; y

- al menos un muelle de compresión (350) dispuesto entre el rotor de alimentación (320) y el rotor de producto

(330) configurado para aplicar una fuerza de compresión (F1) con un centro de fuerza en la cara trasera del rotor de alimentación (322) y en la cara trasera del rotor de producto (322) ,

caracterizada por que

- el centro de fuerza de la fuerza de compresión (F1) está situado a una distancia predeterminada mayor que cero desde el eje (A) de giro, de tal manera que la fuerza de compresión es configurada para minimizar el par requerido para hacer girar el rotor de alimentación y el rotor de producto cuando la válvula está en operación.

2. La válvula giratoria de la reivindicación 1, donde el rotor de alimentación (320) y el rotor de producto (330) son configurados para girar alrededor de un eje central (A) de giro.

3. La válvula giratoria de la reivindicación 1 a 2, que comprende además al menos un elemento de posicionamiento de muelles (327) situado en la cara trasera del rotor de alimentación (322) opuesto a al menos un elemento de posicionamiento de muelles (361) situado en la cara trasera del rotor de producto (332) configurado para asegurar y situar el al menos un muelle de compresión (350) entre el rotor de alimentación (320) y el rotor de producto (330) en una posición fija.

4. La válvula giratoria de la reivindicación 1 a 2, donde dos o más elementos de posicionamiento de muelles (327) están situados simétricamente con respecto a un plano que pasa a través del eje (A) de giro en la cara trasera del rotor de alimentación (322) opuestos a dos o más elementos de posicionamiento de muelles (361) configurados de manera similar en la cara trasera del rotor de producto (332) para asegurar y situar dos o más muelles de compresión (350) entre el rotor de alimentación (320) y el rotor de producto (330) en una posición fija.

5. Un sistema de adsorción por oscilación de presión que comprende:

- una pluralidad de lechos de adsorción; y

- la válvula giratoria de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.