Sellado de huelgo por recirculación parcial de fluido en intercambiador rotativo de calor.

Sellado de huelgo por recirculación parcial de fluido en intercambiador rotativo de calor.

El sellado consiste en una estructura con dos bocas o huecos paralelos en el confín que hay ante cada cara del rotor en el extremo interior del correspondiente tabique separador entre los circuitos de calentamiento y enfriamiento, estando las bocas conectadas con el circuito de su lado a través de los huelgos con la cara del rotor, y habiendo entre ambas bocas un labio central diametral que las separa, y estando la boca del lado del circuito que está a baja presión relativa, conectada a una toma de fluido que está aguas debajo de la máquina impulsora de escape de ese circuito, por lo que se recircula una fracción de fluido hacia dicha boca, subiendo su presión e inhibiendo así el cruce de fluido de un circuito a otro.

W090/14976. En los últimos años, en el campo de las turbinas de gas, y de queroseno de muy alta temperatura, los árabes de la turbina se protegen mediante estrechas películas de aire frío que se inyectan desde dentro del álabe hacia afuera, pues en la parte exterior están los gases procedentes de la cámara de combustión, a alta presión y alta temperatura. De esa manera se evita que los gases tan calientes afecten directamente al álabe, como puede verse en los documentos US2010/0080707 y US2013/0213057.

En el ámbito concreto en el que se inscribe esta invención, hay utilización de flujos de aire de carácter auto-oscilante en rotores regenerativos tanto para calentadores horizontales basados en diafragmas, y descritos en el documento MXPA02010654A, como en rotores verticales, descritos en el documento MXPA02010901A. No obstante, estas invenciones se refieren a las pérádas de aire por otras vías.

En concreto sobre el huelgo antedicho entre cada cara del tambor y su tabique correspondiente, la mayor parte de las invenciones hacen referencia a sellos mecánicos, como se describe en el documento US4111257. O a sellos, también mecánicos, pero más flexibles, que incluyen escobillas, como se describe en el documento US5529113. Posiblemente el documento más cercano en la configuración de los tabiques separadores sea US20130161911A 1.

Ninguno de estos documentos ni ningún otro que sea conocido de los solicitantes, aborda el tema basándose en la recirculación parcial del flujo de alta presión en la parte adecuada de cada circuito, que es la base de la invención aquí propuesta.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER

El problema a resolver es evitar que haya paso de un fluido (típicamente gas, y usualmente aire) desde un lado del tabique de separación entre circuitos, al otro lado del tabique, a través del huelgo que queda entre el confin del tabique y la cara rotativa del rotor o tambor de relleno, que gira muy próximo a dicho confín. la manera habitual de reducir ese flujo cruzado indeseable es utilizar unas escobillas o juntas de caucho que prácticamente froten contra la cara del rotor; pero las escobillas implican multitud de pequeños canales por los cuales el aire o el gas pueden atravesar, si la diferencia de presiones entre un lado y otro del tabique es suficientemente alta.

Este es el caso de los intercambiadores rotativos; pues en cada circuito, el compartimento que está aguas arriba del rotor está a presión más alta que el compartimento aguas abajo del rotor. Como ambos circuitos funcionan a contrafase, junto a cada compartimento a alta presión está, al otro lado del tabique, el compartimento de menor presión del otro circuito; siendo succionado el fluido (generalmente un gas, y por lo común, aire) de este último compartimento por el circulador o máquina impulsora (generalmente un ventilador) que hay a la salida de ese circuito para su expulsión del intercambiador. Dicha succión del circulador de escape por ese lado, succiona asimismo a través del huelgo entre el confín del tabique y la cara rotativa del rotor y hace que entre el fluido de alta presión que estaba en disposición de atravesar el rotor en el otro circuito, pase a la zona de baja presión citada, desde la cual es succionado por el circulador o máquina impulsora.

El problema a resolver es CÓmo introducir una pérdida de carga manométrica o unas condiciones de presión dadas en el antedicho huelgo, para minimizar o anular el paso del gas de un circuito a otro; y aplicar la solución encontrada a cada cara del rotor.

EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN

La invención se aplica a cada cara del rotor de un intercambiador rotativo, en el huelgo que queda entre dicha cara y el confín del tabique correspondiente de separación entre los circuitos de calentamiento y de enfriamiento, y comprende:

una configuración del confin del tabique en la que existe un labio central diametral, que está encarado frente a un diámetro virtual del rotor, que deja un huelgo con la cara rotativa del rotor, que es el huelgo central diametral; un labio lateral por el lado del circuito que está a alta presión relativa en esa zona, dejando entre este labio y el labio central diametral, una boca o hueco dentro del tabique, susceptible de llenarse del fluido (usualmente gas) a alta presión existente en el comportamiento de ese lado; un labio lateral por el lado del circuito que está a baja presión relativa en esa zona, dejando entre este labio y el labio central diametral, una boca o hueco dentro del tabique, estando esta boca, por su pared más alejada del confin del tabique, conectada a un conducto que aporta una fracción del fluido impulsado por el circulador o máquina impulsora que empuja el escape desde ese circuito; pues dicho conducto de recirculación está conectado a una toma de aire o gas que está aguas abajo de la impulsión del circulador o máquina impulsora de escape de dicho circuito, y una fracción del gas o aire impulsado por el circulador o máquina impulsora hacia afuera vuelve por la toma antedicha, y subsiguiente conducto, hasta la boca del labio de baja presión, desde la cual pasa al compartimento de ese circuito que está aguas abajo del rotor, con lo que se completa la recirculación de esa fracción de fluido; y estando ambas bocas, a cada lado del labio central diametral, conectadas a un manómetro diferencial, cuya senal de salida, de tipo eléctrico, es proporcional a la diferencia de presiones entre la boca lateral del labio del circuito de baja presión, cuya presión de dicha boca se toma en el manómetro como minuendo, y la boca lateral del labio del circuito de alta presión, cuya presión de dicha boca se toma en el manómetro como sustraendo; estando dicho conducto de recirculación gobernado por una electroválvula que se activa en función de la senal recibida desde el manómetro diferencial ya descrito, y cuando la señal del manómetro es positiva, se cierra la válvula, y se anula el caudal de recirculación; y cuando la señal es negativa, se aumenta la apertura de la válvula, lo cual aumenta dicho caudal, y la presión en dicha boca.

Actuando sobre la electroválvula según lo indicado, se mantiene una presión prácticamente igual en ambas bocas, lo cual hace que el huelgo del labio central diametral quede en equilibrio barómetrico, quedando anulado el gradiente de presión a través de dicho huelgo, lo cual anula la causa que produce el flujo cruzado desde un lado del tabique al otro, en cada cara del rotor.

EXPLICACiÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra una perspectiva de un rotor regenerativo encastrado en su armadura y suspendido por su eje de giro desde los tabiques que hacen de separación, por cada cara, entre el circuito de enfriamiento y el circuito de calentamiento.

La figura 2 muestra un corte transversal de todo el conjunto en el que se encuentra el rotor en el medio, y por cada lado los tabiques de separación entre los circuitos correspondientes de calentamiento y enfriamiento, señalándose así mismo los flujos principales de aire o gas, y los flujos indeseables de desviación o cruce desde un circuito a otro.

La figura 3 es una ampliación de la zona del huelgo entre el confin del tabique y la cara correspondiente del rotor.

La figura 4 muestra un corte a lo largo de un plano de un tabique, frente a una cara del rotor, y en la parte del tabique un dobfe montaje de recirculación de gas o de aire, uno para el semiespacio superior del tabique y el otro para el inferior, por tener una estructura dinámica distinta, dado que en un caso el rotor al girar ve primero el labio lateral de un costado del tabique, y en el otro semiespacio ve primero el labio del otro costado.

MODO PREFERENTE DE REALlZACION DE LA INVENCION

Para facilitar la comprensión de las figuras de la invención, y de sus modos de realización, a continuación se relacionan los elementos relevantes de la misma:

1. Tambor cilíndrico giratorio, o rotor.

2. Armadura de contención del rotor

3. Eje de giro del rotor, encastrado en un rodamiento puesto en el centro del confín del tabique

4. Tabique derecho

5. Confín del tabique derecho

6. Tabique izquierdo

7. Boca de admisión del circuito de calentamiento

8. Filtro a la entrada del circuito de calentamiento

9. Zona del circuito de calentamiento previa al rotor, con nivel de presión alto, en relación a su compartimento vecino, 26.

10. Indicación de flujo cruzado por el huelgo desde el circu~o de calentamiento al circuito de enfriamiento

. Indicación de la dirección del flujo principal en el circuito de calentamiento.

12. Zona de minima presión en el circuito de calentamiento

13. Indicación de flujo...

-Se/fado de huelgo por recirculación parcial de fluido en intercambiador rotativo de calor, que se aplica a cada cara del rotor de un intercambiador rotativo, en el huelgo que queda entre dicha cara y el confin del tabique correspondiente de separación entre los circuitos de calentamiento y de enfriamiento, caracterizado porque comprende:

una conf¡guración del confin del tabique (4, 6) en la que se existe un labio central diametral (37) , que está encarado frente a un diámetro virtual del rotor (1) , y que deja un huelgo (41) con la cara rotativa (46) del rotor, que es el huelgo central diametral; un labio lateral (38) por el lado del circuito que está a alta presión relativa en esa zona, dejando entre este labio y el labio central diametral (37) , una boca (23) o hueco dentro del tabique, susceptible de llenarse del fluido a alta presión existente en el compartimento (36) del circuito de ese lado;

un labio lateral (39) por el lado del circuito que está a baja presión relativa en esa zona, dejando entre este labio y el labio central diametral (37) , una boca (24) o hueco dentro del tabique, estando conectada esta boca, por su pared más alejada del confin (40) del tabique, a un conducto (16) que aporta una fracción del fluido impulsado por el circulador o máqUina impulsora (14) que empuja el escape desde ese circuito; por estar dicho conducto (16) conectado a una toma de fluido (15) que está aguas abajo de la impulsión del circulador de escape de dicho circuito, y una fracción del fluido impulsado por el circulador hacia afuera vuetve por la toma (15) antedicha, y subsiguiente conducto (16) , hasta la boca (24) del labio de baja presión, desde la cual pasa al compartimento de ese circuito que está aguas abajo del rotor, con lo que se completa la recirculadón de esa fracción de fluido.

-Sellado de huelgo por recirculación parcial de fluido en intercambiador rotativo de calor, según reivindicación primera, caracterizado porque ambas bocas (23, 24) a cada lado del labio central diametral (37) , están conectadas a un manómetro diferencial (21) , cuya señal de salida, de tipo eléctrico, es proporcional a la diferencia de presiones entre la boca lateral (24) del labio del circuito de baja presión, cuyo presión de dicha boca se toma en el manómetro como minuendo, y la boca lateral (23) del labio del circuito de alta presión, cuya presión de dicha boca se toma en el manómetro como sustraendo; estando el

caudal del conducto de recirculación (16) gobernado por una electroválvula (17) que se activa en función de la señal recibida desde el manómetro diferencial (21) ya descrito, y cuando la señal del manómetro es positiva, se cierra la electroválvula, y se anula el caudal de recirculación; y cuando la señal es negativa, se aumenta la apertura de la electroválvula (17) , lo cual aumenta dicho caudal, y la presión en dicha boca (24) a la que se recircula el fluido.

Figura 1

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Figura 2

Figura 3

Figura 4