Válvula rotatoria.

Una válvula rotatoria (500) para realizar operaciones de procesos cíclicos,

que comprende:

una carcasa de estátor (520) que tiene unos orificios;

un rotor (510) que comprende unos orificios y una superficie posterior, estando el rotor (510) en contacto rotatorio alrededor de un eje (B) central de rotación con la carcasa de estátor (520) en una superficie de contacto (515);

al menos un resorte de compresión (530) que tiene una fuerza elástica (F1) con un centro de fuerza dispuesto entre la superficie posterior del rotor (510) y una corredera de empuje (540);

un cojinete de empuje (570) dispuesto entre la corredera de empuje (540) y la carcasa de estátor (520);

caracterizada por que

el centro de fuerza de la fuerza elástica (F1) está localizado a una distancia predeterminada mayor que cero desde el eje (B) de rotación, lo que da como resultado el par mínimo o minimizado requerido para hacer girar el rotor (510) para la fuerza elástica (F1) dada cuando la válvula (500) está en funcionamiento.

Válvula rotatoria

Antecedentes de la invención 5

La presente invención se refiere, en general, a una válvula rotatoria, y más especialmente, a una válvula rotatoria para sistemas de adsorción por oscilación de presión.

Las válvulas rotatorias se usan ampliamente en las industrias de procesos para dirigir fluidos desde una o más 10 fuentes de proceso a uno o más destinos de proceso en etapas de procesos cíclicos repetibles. Estas válvulas, también denominadas válvulas secuenciales rotatorias, se usan en procesos cíclicos o repetibles, tales como la separación de gases mediante la adsorción por oscilación de presión o temperatura, la separación de líquidos mediante la adsorción por oscilación de concentración, la cromatografía de gases o líquidos, los procesos catalíticos regenerativos, los sistemas de control secuenciales neumáticos o hidráulicos, y otros procesos cíclicos. 15

Un tipo ampliamente usado de válvula rotatoria tiene una configuración circular plana en la que un rotor perforado plano rota coaxialmente en un estátor perforado plano, de tal manera que los orificios en el estátor y el rotor o se alinean o se bloquean en una secuencia cíclica predeterminada. Habitualmente, el sellado se proporciona mediante un acoplamiento de contacto directo de la cara de rotor plana sobre la cara de estátor plana. Se requiere un alto 20 grado de precisión en la fabricación de estas superficies planas para evitar fugas excesivas en las superficies de acoplamiento. Habitualmente, se usan materiales rígidos tales como metales, cerámicas, y/o carbono para estos rotores y estátores, pero el desgaste de las piezas o las distorsiones provocadas por las diferencias de temperatura pueden provocar cambios en la forma de las superficies, permitiendo de este modo fugas a través de la junta formada entre las superficies. 25

Las válvulas rotatorias con una configuración de junta circular rotatoria plana son especialmente útiles en los sistemas de adsorción por oscilación de presión (PSA) que utilizan múltiples lechos de adsorción paralelos que funcionan en etapas cíclicas superpuestas que incluyen las etapas de alimentación, ecualización de presión, despresurización, purga y represurización. En una aplicación típica, se usa un estátor que tiene múltiples orificios 30 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 los lechos para proporcionar ecualización de presión, purga, y otras etapas de transferencia de lecho a lecho. Un rotor que tiene múltiples orificios rota de forma estanca sobre el estátor, de tal manera que las aberturas en la cara del estátor se ajustan secuencialmente con las aberturas en la cara del rotor a medida que el rotor rota para dirigir el flujo de 35 gas para las etapas cíclicas del proceso PSA deseadas.

En un ciclo PSA típico, los pasos internos de la válvula rotatoria están a presiones diferentes a medida que avanza el ciclo PSA. Cuando el ciclo PSA incluye etapas de proceso a presión positiva y en condiciones de vacío, las fugas provocadas por las diferencias de presión entre los orificios de válvula conectados a los extremos de alimentación y 40 de producto de los lechos pueden dar lugar a diversos problemas de funcionamiento si se producen fugas entre estos orificios.

Las válvulas secuenciales rotatorias, en las que un rotor perforado plano rota coaxialmente sobre un estátor perforado plano, de tal manera que los orificios en el estátor y el rotor se alinean o se bloquean en una secuencia 45 cíclica predeterminada, se usan para dirigir fluidos en procesos cíclicos que tienen un número de etapas repetibles. En el documento US 2007/0028971A1 presentado el 8 de mayo de 2005, se desvela un sistema de válvula rotatoria de rotor/estátor doble que usa un solo resorte alineado axialmente para ayudar en el acoplamiento de una superficie de rotor contra una superficie de estátor para ayudar en el sellado de las superficies del rotor y del estátor una contra la otra y evitar fugas entre los orificios del estátor y del rotor. Los orificios de rotor están localizados en diferentes 50 posiciones circunferenciales en las caras del rotor y funcionan a diferentes presiones.

Durante el funcionamiento de la válvula rotatoria de la técnica anterior desvelada en el documento US 2007/0028971A1, 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 estátor. Cuando se requieren altas presiones de funcionamiento, pueden 55 requerirse grandes fuerzas elásticas para sellar los rotores contra los estátores y evitar fugas. La cantidad de fuerza necesaria para hacer girar los rotores estará directamente relacionada con la cantidad de fuerza con la que el resorte comprime los rotores contra los estátores. Si se requieren grandes fuerzas elásticas para evitar fugas entre el rotor y el estátor, se requerirán grandes fuerzas para hacer girar los rotores. Estas grandes fuerzas aumentan el desgaste del rotor, requieren motores de rotor más grandes, y aumentan el desgaste del cojinete de rotor. 60

La disposición general de una vista despiezada de la válvula 1 rotatoria de la técnica anterior, tal como se encuentra en el documento US 2007/0028971A1, se muestra en la figura 1. Durante el funcionamiento real, los componentes de la válvula 1 están en contacto entre sí. Como puede observarse en la figura 1, la válvula 1 rotatoria de la técnica anterior incluye un estátor 10 de alimentación, un rotor 20 de alimentación, un rotor 30 de producto, un estátor 40 de 65 producto, y un resorte 50 de compresión. En esta realización ejemplar de la técnica anterior, el rotor 20 de alimentación y el rotor 30 de producto están contenidos dentro de una carcasa formada por el estátor 10 de alimentación y el estátor 40 de producto 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 estátor 10 de alimentación y a los orificios 41a, 41b, 41c, 41d del estátor 40 de 5 producto. Los extremos de alimentación de los lechos (no mostrados) se conectan, habitualmente, a los orificios 11a, 11b, 11c, 11d del estátor 10 de alimentación, y los extremos de producto de los lechos (no mostrados) se conectan, habitualmente, a los orificios 41a, 41b, 41c, 41d correspondientes del estátor 40 de producto.

Como puede observarse en la figura 1, el rotor 20 de alimentación y el rotor 30 de producto están configurados para 10 acoplarse e interbloquearse. El resorte 50 de compresión está dispuesto entre el rotor 20 de alimentación y el rotor 30 de producto. El resorte 50 de compresión presiona el rotor 20 de alimentación contra el estátor 10 de alimentación para sellar el rotor 20 de alimentación contra el estátor 10 de alimentación. El resorte 50 de compresión presiona de manera similar el rotor 30 de producto contra el estátor 40 de producto para sellar el rotor 30 de producto contra el estátor 40 de producto. 15

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

La válvula 1 rotatoria conocida incluye diversos orificios y pasos de fluido, cuya función se desvela con más detalle en el documento US 2007/0028971A1. El funcionamiento de un proceso cíclico específico, tal como el PSA, no necesita explicarse por completo en el presente documento para entender el funcionamiento de la válvula, y debería entenderse por los expertos en la materia. En general, las operaciones de proceso incluyen la modificación de la posición rotada del rotor 20 de alimentación y el rotor 30 de producto de la válvula 1 conocida para permitir 30 seleccionar los vapores de fluido que deben completar el ciclo. A continuación, se proporcionará una descripción general del funcionamiento de la válvula 1 rotatoria de la técnica anterior.... [Seguir leyendo]

1. Una válvula rotatoria (500) para realizar operaciones de procesos cíclicos, que comprende:

una carcasa de estátor (520) que tiene unos orificios;

un rotor (510) que comprende unos orificios y una superficie posterior, estando el rotor (510) en contacto rotatorio 5 alrededor de un eje (B) central de rotación con la carcasa de estátor (520) en una superficie de contacto (515) ;

al menos un resorte de compresión (530) que tiene una fuerza elástica (F1) con un centro de fuerza dispuesto entre la superficie posterior del rotor (510) y una corredera de empuje (540) ;

un cojinete de empuje (570) dispuesto entre la corredera de empuje (540) y la carcasa de estátor (520) ;

caracterizada por que 10

el centro de fuerza de la fuerza elástica (F1) está localizado a una distancia predeterminada mayor que cero desde el eje (B) de rotación, lo que da como resultado el par mínimo o minimizado requerido para hacer girar el rotor (510) para la fuerza elástica (F1) dada cuando la válvula (500) está en funcionamiento.

2. La válvula rotatoria (500) de la reivindicación 1, que comprende además al menos un elemento de localización de 15 resorte en la superficie posterior del rotor (510) .

3. La válvula rotatoria (500) de la reivindicación 1 o 2, en la que al menos un par especular de elementos de localización de resorte están localizados en la superficie posterior del rotor (510) simétricamente con un plano que pasa a través del eje (B) de rotación. 20

4. La válvula rotatoria (500) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la corredera de empuje (540) está unida a un árbol (550) o al rotor (510) mediante unos pasadores (560) .

5. La válvula rotatoria (500) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la fuerza elástica (F1) del al menos 25 un resorte de compresión (530) mantiene el contacto entre el rotor (510) y la carcasa de estátor (520) en la superficie de contacto (515) .

6. La válvula rotatoria (500) de la reivindicación 5, en la que el rotor (510) está sellado contra la carcasa de estátor (520) en la superficie de contacto (515) . 30

7. La válvula rotatoria (500) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que los orificios están configurados en las superficies de acoplamiento del rotor (510) y la carcasa de estátor (520) .

8. La válvula rotatoria (500) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que el al menos un resorte de 35 compresión (530) comprende dos resortes de compresión (530) .

9. La válvula rotatoria (500) de la reivindicación 8, en la que los dos resortes de compresión (530) tienen fuerzas elásticas desiguales.

10. La válvula rotatoria (500) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que la válvula rotatoria (500) se usa como una válvula rotatoria de alimentación o una válvula rotatoria de producto en un sistema de adsorción por oscilación de presión.

11. Un sistema de adsorción por oscilación de presión que comprende la válvula rotatoria (500) de cualquiera de las 45 reivindicaciones 1 a 10.