BRPI0716867A2 - Vedação de tambor de separador rotativo - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VEDAÇÃO DE TAMBOR DE SEPARADOR ROTATIVO".
A presente invenção refere-se a um maquinário de fluido, e mais especificamente a conjuntos de vedação para os separadores de fluido rota- tivos.
Os separadores rotativos para separar os sólidos de fluidos, os líquidos de gases, e/ou os gases de líquidos de densidades variáveis são conhecidos. Tais separadores rotativos tipicamente incluem um corpo tubu- lar rotativo ou "tambor" que tem um furo central com extremidades de entra- da e de saída. Com esta estrutura, o fluxo de fluido entra na extremidade de entrada e passa através do furo, de modo que os fluidos mais pesados (por exemplo, os líquidos) são direcionados para fora por sobre uma superfície interna de tambor, e geralmente passam através de aberturas através da mesma para coletamento, enquanto que os fluidos mais leves (por exemplo, os gases) passam através de uma extremidade de saída do tambor. Tipica- mente, o fluxo de fluido para fora da saída de tambor é direcionado para dentro de uma ou mais passagens, tais como uma entrada de um compres- sor ou um tubo de saída de um dispositivo separador "independente".
Para impedir o influxo de fluidos de entrada para o fluxo de saí- da, e assim impedir uma remistura de fluidos separados (por exemplo, líqui- dos), a extremidade de saída de tambor é normalmente vedada contra um membro estático localizado adjacente ao tambor. Tal membro estático pode ser uma parede divisória (por exemplo, um diafragma) em uma máquina de fluido, uma parede de entrada de um compressor, uma parede de carcaça de um separador independente, etc. Como deve existir alguma folga entre a extremidade de tambor e o membro estático para permitir uma rotação livre do tambor, a vedação entre o tambor e o membro estático é tipicamente sem contato. No entanto, com os projetos de vedação anteriormente conhecidos, existe um risco de fluidos separados indesejados (por exemplo, líquidos) passarem através do espaço de folga e de volta para dentro do fluxo de flui- do de saída.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Em um aspecto, a presente invenção é um conjunto de vedação para uma máquina de fluido que inclui uma carcaça e um eixo disposto den- tro da carcaça de modo a ser rotativo ao redor de um eixo geométrico cen- tral. O conjunto de vedação compreende um membro estático geralmente fixamente disposto dentro da carcaça e que tem uma superfície de extremi- dade e um membro rotativo acoplado com o eixo e espaçado axialmente do membro estático. O membro rotativo tem uma extremidade axial com uma superfície de extremidade geralmente radial que estende-se circunferencial- mente ao redor do eixo geométrico do eixo, a superfície de extremidade de membro rotativo estando localizada adjacente à e faceando a superfície de extremidade de membro estático de modo que um espaço de folga seja defi- nido geralmente entre as duas superfícies de extremidade. O membro rotati- vo ainda tem uma pluralidade de aberturas que estendem-se geralmente axialmente para dentro da superfície de extremidade de membro rotativo e espaçadas circunferencialmente ao redor do eixo geométrico do eixo de mo- do que seções de superfície de face são definidas sobre a superfície de ex- tremidade. As seções de superfície de face e/ou as aberturas estão configu- radas para pelo menos geralmente impedir um fluxo de fluido radialmente para dentro através do espaço de folga. Em outro aspecto, a presente invenção é um compressor, que
compreende uma carcaça, um eixo disposto dentro da carcaça de modo a ser rotativo ao redor de um eixo geométrico central, pelo menos um impulsor montado sobre o eixo e disposto dentro da carcaça, o pelo menos um impul- sor tendo uma entrada e uma saída. Um membro estático está geralmente fixamente disposto dentro da carcaça e tem uma superfície de extremidade e um membro separador acoplado com o eixo e espaçado axialmente do membro estático. O membro separador tem uma extremidade axial com uma superfície de extremidade geralmente radial que estende-se circunferencial- mente ao redor do eixo geométrico, a superfície de extremidade de membro separador estando localizada adjacente à e faceando a superfície de extre- midade de membro estático de modo que um espaço de folga seja definido geralmente entre as duas superfícies de extremidade. O compressor ainda inclui pelo menos um e de preferência todos os elementos de "vedação" se- guintes: 1) uma pluralidade de aberturas que estendem-se geralmente axi- almente para dentro da superfície de extremidade de membro separador e espaçadas circunferencialmente ao redor do eixo geométrico de modo que seções de superfície de face sejam definidas sobre a superfície de extremi- dade, pelo menos uma das seções de superfície de face e das aberturas estando configurada para pelo menos geralmente impedir o fluxo de fluido através do espaço de folga; 2) pelo menos uma crista externa geralmente anular que estende-se de uma superfície circunferencial interna do membro estático e na direção de uma superfície circunferencial externa do membro separador; 3) pelo menos uma crista interna geralmente anular que estende- se de uma superfície circunferencial externa do membro estático e na dire- ção de uma superfície circunferencial interna do membro separador; 4) se- ções de parede interna e externa geralmente anulares cada uma estenden- do-se geralmente axialmente da extremidade axial de membro estático e na direção do membro separador, as seções de parede anulares interna e ex- terna definindo um bolso geralmente anular configurado para receber uma porção da extremidade de saída de separador; e 5) uma porção de defletor geralmente anular que estende-se geralmente axialmente e geralmente radi- almente para fora da extremidade axial e estendendo-se circunferencialmen- te ao redor do eixo geométrico central, a porção de defletor sendo espaçada radialmente para fora da superfície de extremidade de membro estático e tendo uma superfície inclinada que faceia geralmente na direção do eixo ge- ométrico central e afastando da superfície de extremidade de membro está- tico.
Em um aspecto adicional, a presente invenção é um conjunto de vedação para uma máquina de fluido que inclui uma carcaça e um eixo dis- posto dentro da carcaça de modo a ser rotativo ao redor de um eixo geomé- trico central. O conjunto de vedação inclui um membro estático geralmente fixamente disposto dentro da carcaça e que tem uma extremidade axial com uma superfície de extremidade e seções de parede interna e externa geral- mente anulares cada uma estendendo-se geralmente axialmente da extre- midade axial de membro estático e na direção do membro separador. A su- perfície de extremidade estende-se entre as seções de parede anulares in- terna e externa e as duas seções de parede definindo um bolso geralmente anular. Um membro rotativo está acoplado com o eixo e está espaçado axi- almente do membro estático e tem superfícies circunferenciais interna e ex- terna e uma extremidade axial com uma superfície de extremidade geral- mente radial que estende-se circunferencialmente ao redor do eixo geomé- trico. A superfície de extremidade de membro rotativo estando localizada adjacente à e faceando a superfície de extremidade de membro estático de modo que um espaço de folga seja definido geralmente entre as duas super- fícies de extremidade e uma porção da extremidade axial de membro rotati- vo está disposta dentro do bolso de membro estático. Ainda, o membro está- tico também inclui pelo menos uma crista interna geralmente anular que es- tende-se radialmente para fora da seção de parede anular interna de mem- bro estático na direção da superfície interna de membro rotativo, a crista a- nular interna sendo configurada para prover uma vedação de labirinto para pelo menos geralmente inibir o fluxo de fluido entre a seção de parede anu- lar interna de membro estático e a superfície interna de membro rotativo. Também, o membro estático inclui pelo menos uma crista externa geralmen- te anular que estende-se radialmente para dentro da seção de parede anular externa de membro estático na direção da superfície externa de membro rotativo, a crista anular externa sendo configurada para prover uma vedação de labirinto para pelo menos geralmente inibir o fluxo de fluido entre a seção de parede anular externa de membro estático e a superfície externa do membro rotativo.
BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DOS DESENHOS
O sumário acima, assim como a descrição detalhada das moda- lidades preferidas da presente invenção serão melhor compreendidos quan- do lidos em conjunto com os desenhos anexos. Para o propósito de ilustrar a invenção, estão mostradas nos desenhos, os quais são diagramáticos, as modalidades que são presentemente preferidas. Deve ser compreendido, no entanto, que a presente invenção não está limitada às disposições e instru- mentalidades precisas mostradas. Nos desenhos:
Figura 1 é uma vista em corte transversal axial de uma combina- ção de separador e dispositivo de compressor que inclui uma vedação e um conjunto de manipulação de fluido de acordo com a presente invenção;
figura 2 é uma vista em corte transversal axial ampliada, partida,
de uma metade superior do separador/compressor, que mostra uma vista mais detalhada do separador e do compressor;
figura 3 é uma vista em corte transversal axial mais ampliada, partida, do separador e de um membro estático que forma uma entrada de compressor;
figura 4 é uma vista em corte transversal axial grandemente am- pliada, partida, de uma interface entre o membro separador e o membro es- tático;
figura 5 é uma vista em corte transversal ainda mais ampliada, partida, de uma porção do membro separador e do membro estático, mos- trado espaçado para melhor ilustrar as porções da vedação;
figura 6 é uma vista plana lateral, partida, de uma superfície de extremidade de separador feita na linha 6-6 da figura 5;
figura 7 é uma vista em corte transversal axial muito grandemen- te ampliada, partida, da vedação na interface entre o separador e o membro estático; e
figura 8 é uma vista em perspectiva, partida, de porções do membro separador e do membro estático. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO Certa terminologia é utilizada na descrição seguinte para conve-
niência somente e não é limitante. As palavras "direito", "esquerdo", "inferi- or", "superior", "para cima", "baixo" e "para baixo" designam as direções nos desenhos aos quais a referência é feita. As palavras "interno", "para dentro" e "externo", "para fora" referem-se a direções na direção e afastando de, respectivamente, uma linha de centro ou centro geométrico designado de um elemento que está sendo descrito, o significado específico ficando pron- tamente aparente do contexto da descrição. Ainda, como aqui utilizada, a palavra "conectado" pretende incluir as conexões diretas entre dois mem- bros sem nenhum outro membro interposto entre estes e as conexões indire- tas entre os membros nas quais um ou mais membros estão interpostos en- tre os mesmos. A terminologia inclui as palavras especificamente acima mencionadas, seus derivativos, e palavras de significado similar.
Referindo agora aos desenhos em detalhes, em que números iguais são utilizados para indicar os elementos iguais em toda parte, está mostrado nas Figuras 1-8 um conjunto de vedação 10 para uma máquina de fluido 1, de preferência um compressor 2 com um separador rotativo 3 Iocali- zado na entrada 4a de um primeiro (ou único) estágio de compressão 4, co- mo abaixo descrito. A máquina de fluido 1 de preferência inclui uma carcaça e um eixo 6 disposto pelo menos parcialmente dentro da carcaça 5 de mo- do a ser rotativo ao redor de um eixo geométrico central 6a. O conjunto de vedação 12 basicamente compreende um membro rotativo 12, um membro estático 16, e um ou mais "elementos de vedação" formados dentro ou sobre o membro estático 12 ou o membro estático 16, como abaixo descrito. Mais especificamente, o membro estático 16 está geralmente fixamente disposto dentro da carcaça 5 e tem uma extremidade axial 18 com uma superfície de extremidade 19 que estende-se circunferencialmente ao redor do eixo geo- métrico 6a. O membro rotativo 12 está acoplado com o eixo 6 e espaçado axialmente do membro estático 16, o membro rotativo 12 tendo uma extre- midade axial 14 com uma superfície de extremidade geralmente radial 15 que estende-se ao redor do eixo geométrico 6a e localizada geralmente ad- jacente à e faceando a superfície de extremidade de membro estático 19 de modo que um espaço de folga Sc seja definido entre as duas superfícies 15, 19. Ainda, o conjunto de vedação 10 inclui pelo menos um e de preferência todos os seguintes elementos/componentes de "vedação":
1) uma pluralidade de aberturas 20 na superfície de extremidade de membro rotativo 12 que formam dentes de labirinto para vedar o es-
paço de folga Sc;
2) uma ou mais cristas anulares externas 34 que estendem-se para dentro de uma superfície circunferencial interna 29 do membro estático 16 na direção de uma superfície externa 58b do membro rotativo 12, e/ou uma ou mais cristas anulares internas 32 que estendem-se para fora de uma superfície circunferencial externa 27 do membro estático 16 e na direção de uma superfície interna 58a do membro estático 16, de modo a formar uma vedação de labirinto entre as duas superfícies 29/58b e/ou 31/58a;
3) um "bolso" 30 formado na extremidade axial de membro está- tico 18 para receber uma porção 58 da extremidade axial de membro rotativo 16; e
4) uma parede defletora anular 36 que estende-se da extremida- de axial de membro estático 18 e espaçada radialmente para fora do mem- bro rotativo para defletir o fluxo da interface Is entre as superfícies de extre- midade de membro rotativo e estático 15, 19.
Apesar de preferivelmente incluir todos os quatro dos elementos ou componentes acima, o conjunto de vedação 12 da presente invenção po- de incluir qualquer um ou mais destes elementos/componentes, por exem- plo, somente os dentes de labirinto "radiais" rotativos formados pelas abertu- ras de extremidade de membro rotativo 20.
Referindo às Figuras 4-7, a pluralidade de aberturas 20 do membro rotativo 12 está formada na extremidade axial 14 de modo que cada abertura 20 estenda-se geralmente axialmente para dentro do membro rota- tivo 12 da superfície de extremidade radial de membro 15 e espaçada cir- cunferencialmente ao redor da superfície de extremidade 15. De preferência, cada uma da pluralidade de aberturas do membro rotativo 12 está formada como um furo geralmente circular 23 que tem uma extremidade interna fe- chada 23, mas pode ter qualquer outra forma apropriada (por exemplo, elíp- tica) e/ou pode estar formado como um "furo vazado" (nenhuma alternativa mostrada). Ainda, as aberturas 20 estão de preferência dispostas em pelo menos uma primeira e uma segunda filas geralmente circulares de aberturas 20, mais de preferência três filas R1, R2, R3 (vide Figura 6), de modo que as aberturas 20 "ocupem" uma porção substancia da superfície de extremidade de membro 15. A segunda fila R2 de aberturas 20 está espaçada radialmen- te para fora da primeira fila Ri de aberturas 20 e a terceira fila R3 de abertu- ras 20 está espaçada radialmente para fora tanto da primeira quanto da se- gunda filas R1, R2. De preferência, cada abertura 20 na primeira fila Ri de aberturas 20 está geralmente radialmente alinhada com uma separada das aberturas 20 da segunda fila R2 e uma abertura 20 separada da terceira fila R3. No entanto, as aberturas 20 podem estar alternativamente dispostas de modo que as aberturas 20 das duas ou mais filas Rn fiquem radialmente não alinhadas ou "escalonadas".
Ainda, as aberturas 20 definem uma pluralidade de seções de face ou "faces" 22 entre as aberturas 20 sobre a superfície de extremidade 15, as quais são deslocáveis deslizantes geralmente contra a superfície de extremidade de membro estático 19 durante a rotação do membro rotativo 12. As faces 22 e/ou as aberturas 20 estão configuradas para pelo menos geralmente impedir um fluxo de fluido através do espaço de folga Cs entre os membros rotativo e estático 12, 16, respectivamente. Especificamente, as faces 22 e as aberturas 20 estão configuradas para prover uma vedação de labirinto "radial" 21 entre a superfície de extremidade de membro rotativo 15 e a superfície de extremidade de membro estático 19, na qual as faces 22 funcionam como "dentes de labirinto". Em outras palavras, as extremidades externas 22a de cada face ou dente 22 estão localizadas na proximidade da superfície de extremidade de membro estático 19, de modo a limitar o espa- ço disponível para o fluxo entre as superfícies de extremidade 17, 19 facean- tes, e as aberturas 20 atuam como câmaras para "capturar" qualquer fluido que penetre além das faces/dentes 22 para uma subsequente ejeção por foras centrífugos geradas pela rotação do membro 12. Especificamente, ca- da pluralidade de aberturas 20 está configurada para coletar o líquido dire- cionado para dentro da abertura 20 e subseqüentemente direcionar o líquido coletado para fora da abertura 20 e radialmente para fora afastando do eixo geométrico central 6a durante a rotação do membro rotativo 12. Isto é, pelo menos uma porção de qualquer líquido que entra entre as faces 22 e a su- perfície de extremidade de membro estático 19 tende a ser puxada para dentro das aberturas 20 durante a rotação do membro rotativo 12, tanto im- pedindo que a porção de líquido específica flua através do espaço de folga Sc (Figura 7) quanto atuando como uma barreira contra um fluxo de líquido adicional através do espaço Sc.
Como melhor mostrado na Figura 6, as faces 22 incluem tanto porções que estendem-se radialmente ou radiais 24 quanto porções que es- tendem-se circunferencialmente ou circunferenciais 25. As porções radiais de face 24 estão cada uma configuradas para direcionar ou "arremessar" o líquido que contacta a porção radial de face 24 radialmente para fora do eixo geométrico central 6a durante a rotação do membro rotativo 12. Também, as porções circunferenciais de face 25 estão configuradas para direcionar o líquido que contacta as porções circunferenciais 25 ou na direção da porção radial 24 mais próxima para um subsequente "arremesso" para fora do es- paço de folga Sc, ou para dentro de pelo menos uma pluralidade de abertu- ras 20 de modo a geralmente impedir o fluxo de líquido através do espaço de folga Sc.
Assim, as forças centrífugas atuam sobre o líquido capturado
dentro das aberturas 20 ou disposto sobre as faces 22 de modo que o líqui- do seja direcionado radialmente para fora afastando do eixo geométrico cen- tral 6a. Especificamente, a força centrífuga faz com que as porções radiais de face 24 arremesse o líquido localizado nas mesmas radialmente para fo- ra, como acima descrito, e também tende a empurrar o líquido dentro das aberturas 20 por sobre as faces 22. Isto é, a força centrífuga faz com que o líquido localizado dentro das aberturas 20 flua em uma direção radialmente para fora saindo da abertura 20 e por sobre as porções de face 24 ou 25 adjacentes para um arremesso subsequente das mesmas. Referindo agora às Figuras 4, 5 e 7, o conjunto de vedação 10
de preferência ainda compreende uma primeira seção de parede anular in- terna 26 e uma segunda seção de parede externa geralmente anular 28 es- paçada radialmente para fora da primeira seção de parede anular interna 26, cada seção de parede anular 26, 28 estendendo-se geralmente axialmente da extremidade axial de membro estático 18 e geralmente na direção do membro rotativo 12. A seção de parede interna 26 tem uma superfície cir- cunferencial externa 27 e a seção de parede anular externa 28 tem uma su- perfície circunferencial interna 29, as superfícies de parede interna e externa 27, 29 definindo um bolso geralmente anular 30 (Figura 5) dimensionado para receber uma porção 58 da extremidade axial de membro rotativo 14, como abaixo descrito. De preferência, o conjunto de vedação 10 ainda com- preende pelo menos uma crista geralmente anular 32 que estende-se para fora da seção de parede interna 26 e pelo menos uma e de preferência uma pluralidade de cristas internas geralmente anulares 34 que estende-se cir- cunferencialmente ao redor do eixo geométrico central 6a. As cristas anula- res interna e externa 32, 34 cada uma estende-se na direção da porção de membro rotativo 58 localizada dentro do bolso 30 e estão configuradas para prover as vedações de labirinto "circunferencial" interna e externa 33, 35, respectivamente, entre as seções de parede anular 26, 28 e o membro rota- tivo 12.
Mais especificamente, a(s) crista(s) interna(s) 32 estão configu- radas para prover uma vedação de labirinto circunferencial interna 33 para geralmente impedir ou pelo menos inibir o fluxo através de um espaço de folga anular interno SACi (Figura 7) entre a seção de parede anular interna 26 e uma superfície circunferencial interna 58a do membro rotativo 12. Ain- da, a(s) crista(s) externa(s) 34 estão configuradas para prover uma vedação de labirinto circunferencial externa 35 que impede/inibe o fluxo através de um espaço de folga anular externo SACo (Figura 7) entre a seção de parede anular externa 28 e uma superfície circunferencial externa 58b do membro rotativo 12.
Apesar de apresentadas nos desenhos como tendo cristas ou dentes de labirinto 32, 34 formados pela provisão de ranhuras anulares nas paredes anulares interna e externa 26, 28 (por exemplo, através de corte, usinagem, etc.), as cristas/dentes 32, 34 podem alternativamente ser forma- das pela provisão de projeções anulares que estendem-se para fora das se- ções de parede restantes (por exemplo, fundição, moldagem, etc.) ou em qualquer outro modo apropriado. Ainda, apesar dos desenhos apresentarem a crista interna 32 como sendo de tamanho geralmente uniforme e tendo seções transversais axiais geralmente em forma de V e as cristas externas como tendo seções transversais axiais geralmente retangulares (vide, por exemplo, Figura 5), as cristas/dentes 32, 34 podem ter qualquer forma apro- priada, tal como por exemplo, geralmente semicircular, ou podem ser "esca- lonadas" ou desigualmente espaçadas.
Referindo às Figuras 3-5, o conjunto de vedação 10 também de
preferência compreende uma porção de defletor ou "defletor" 36 que esten- de-se axialmente e radialmente para fora da seção de parede externa de membro estático 28. O defletor 36 é geralmente anular e estende-se geral- mente axialmente e geralmente radialmente para fora da extremidade axial de membro estático 18, e estende-se circunferencialmente ao redor do eixo geométrico central de eixo 6a. O defletor 36 está espaçado radialmente para fora da superfície de extremidade de membro estático 19 e tem uma superfí- cie inclinada 38 que faceia geralmente na direção do eixo geométrico central 6a e afastando da superfície de extremidade de membro estático 19. Com esta estrutura, a superfície de defletor 38 está configurada para geralmente defletir qualquer líquido que contacte a superfície 38 em uma direção geral- mente afastando da extremidade axial de membro rotativo 30. Como tal, o defletor 36 funciona para pelo menos geralmente inibir ou impedir que o lí- quido localizado externamente ao membro rotativo 12 entre no espaço de folga SC. De preferência, o defletor 36 também tem uma superfície inclinada externa 39 que faceia geralmente radialmente para fora e afastando do eixo geométrico central 6a, o qual de preferência tem uma rampa (não indicada) que é menos "íngreme" se comparada com a superfície inclinada interna 38. A superfície inclinada externa 39 atua para defletir o fluxo de fluido principal que flui externamente ao membro rotativo 12 geralmente para cima e afas- tando da interface Is entre os membros rotativo e estático 12, 14.
Como acima discutido, apesar do conjunto de vedação 10 de preferência incluir todos os componentes acima notados, especificamente os furos axiais 20 e as faces 22 que provêem uma vedação de labirinto radial 21, as paredes anulares interna e externa com as cristas anulares formando as vedações de labirinto, e o defletor externo 36, o conjunto de vedação 10 da presente invenção pode incluir qualquer um ou mais de tais componen- tes. Isto é, um conjunto de vedação 10 de acordo com a presente invenção pode somente incluir uma vedação de labirinto radial 21, somente as veda- ções de labirinto circunferencial interna e externa 33, 35, apenas o defletor 36, etc., ou qualquer combinação de dois destes componentes (por exemplo, a vedação de labirinto radial 21 e a vedação circunferencial interna 33, etc.).
Referindo às Figuras 1 e 2, o membro rotativo 12 e o membro estático 16 formam um conjunto de manipulação de fluido 40 para a máquina de fluido 1, mais de preferência as porções de um separador rotativo 3 e um membro de "transição" 44 adjacente entre o separador rotativo 3 e um dis- positivo ou componente subsequente (por exemplo, um impulsor de com- pressor, um tubo de saída, etc.). Como acima discutido, a máquina de fluido 1 é de preferência um compressor 2 que inclui um ou mais estágios de com- pressão 4, cada estágio 4 incluindo um impulsor 8 montado no eixo 6 e cada impulsor 8 tendo uma entrada 8a e uma saída 8b. A carcaça 5 tem uma câ- mara interna Cc e o eixo de rotor 6 estende-se geralmente centralmente e longitudinalmente através da câmara Cc- No entanto, a máquina de fluido 1 pode alternativamente ser qualquer outro dispositivo de manipulação de flui- do apropriado, tal como por exemplo, um separador rotativo "independente", etc., no qual um membro rotativo interfaceia ou veda contra um membro es- tático.
Referindo às Figuras 2-5, com a aplicação preferida acima des- crita, o membro rotativo 12 é de preferência pelo menos parte de um sepa- rador rotativo 3 que inclui um corpo geralmente tubular 50 montado no eixo de rotor 6 de modo a ser rotativo com o mesmo. O corpo tubular 50 tem ex- tremidades de entrada e de saída opostas 52, 54, a extremidade de saída 54 provendo a vedação de extremidade axial 14 contra o membro estático 16, e um furo central 56 estendendo-se entre as duas extremidades 52, 54. O cor- po tubular 50 tem um eixo geométrico central 51, o qual é geralmente coli- near com o eixo geométrico central de máquina 6a, e as superfícies circunfe- renciais interna e externa 53A, 53B, respectivamente, estendendo-se circun- ferencialmente ao redor do eixo geométrico 51. Mais de preferência, o corpo tubular ou "tambor" 50 inclui duas seções de corpo conectadas, axialmente espaçadas 51 A, 51 Β; especificamente, uma primeira porção cilíndrica ge- ralmente circular 51A que provê a extremidade de entrada 52 e uma segun- da seção geralmente cônica 51B que provê a extremidade de saída 54. A seção cônica de tambor 51B tem um diâmetro interno (não indicado) que afina de um valor maior mais próximo da seção cilíndrica 52 para um valor menor geralmente mais próximo da extremidade de saída 54, de modo que o líquido separado é forçado na direção da extremidade de entrada 52. Como melhor mostrado na Figura 3, a seção cônica de tambor 51B ainda tem uma ranhura de coletamento circunferencial 55 e uma pluralidade de furos vaza- dos de saída de líquido 57 que estende-se radialmente para fora da ranhura 55, através dos quais o líquido separado passa para um subsequente cole- tamento. Ainda, como indicado na Figura 5, a seção cônica de corpo 51B também inclui uma porção geralmente circular que estende-se radialmente para fora 58 na extremidade de saída 54, como acima discutido, a qual pro- vê seções de superfície interna e externa substancialmente circulares 58a, 58b contra as quais veda as uma ou mais cristas anulares interna e externa 32, 34, respectivamente.
Referindo às Figuras 2-5, o membro estático 16 é de preferência pelo menos uma porção de uma parede de entrada de impulsor 60 fixamente disposta dentro da carcaça 5, mas pode alternativamente ser uma parede divisória ou "diafragma" localizada entre a extremidade de saída de separa- dor 54 e uma parede de entrada de impulsor (estrutura não mostrada). A parede de entrada 60 de preferência inclui um corpo como anel geralmente cônico 62 com uma primeira e uma segunda extremidades axiais 64, 65, respectivamente. A primeira extremidade 64 provê a extremidade axial de membro estático 18 como acima descrito, e a segunda extremidade 65 está conectada com uma parede de diafragma 70 que define parcialmente as passagens de fluido 72 para o primeiro estágio de compressor 4 (vide Figura 2). A parede de entrada estática 62 inclui pelo menos uma passagem 66 que estende-se para dentro da extremidade axial de membro estático 18, de pre- ferência um furo ou perfuração vazado central 68 que estende-se completa- mente através do corpo 62 entre as extremidades de corpo 64, 65. Ainda, o furo de membro estático 68 está acoplado fluidamente com o furo de sepa- rador 56 de modo que o fluxo de fluido F através do furo de separador 56 entra na pelo menos uma passagem de membro estático 66/furo 68 para uma manipulação subsequente, de preferência uma compressão dentro do primeiro estágio de compressão 4. Ainda, um membro de palheta de destur- bilhonamento 76 está de preferência montada dentro do furo de membro estático central 68, o qual funciona para desturbilhonar e distribuir circunfe- rencialmente o fluxo de fluido que entra no primeiro estágio de compressão 4, como melhor mostrado nas Figuras 3 e 8. O membro de palheta de des- turbilhonamento 76 inclui uma pluralidade de palhetas inclinadas 80 a qual divide o furo 68 em uma pluralidade de passagens de fluxo separadas 82 fluidamente conectadas com a entrada 8a do primeiro ou do único impulsor 8.
Referindo às Figuras 2 e 5, com a aplicação de entrada de com- pressor preferida acima descrita, o conjunto de vedação 10 também de pre- ferência inclui pelo menos uma e de preferência uma pluralidade de passa- gens de fluido 78 (somente uma mostrada) que estende-se pelo menos par- cialmente axialmente através do membro estático 16 e espaçada circunfe- rencialmente ao redor do eixo geométrico 6a. Cada passagem de fluido 78 tem uma entrada 78a fluidamente acoplada com uma saída de impulsor e uma saída 78b que estende-se através da superfície de extremidade de membro estático 19. Como tal, cada passagem de fluido 78 está configurada para direcionar o fluido do impulsor 8 associado geralmente para dentro do espaço de folga Sc- Especificamente, cada passagem 78 está configurada para direcionar um fluxo de "purga" fp de gás comprimido, de preferência aspirado da saída de impulsor 8b do primeiro estágio de compressão 4, para dentro do espaço de folga Sc. O fluxo de purga fP das passagens 78 cria uma pressão positiva na interface Is entre o membro rotativo 12 e o membro estático 16, o que força os líquidos afastando da(s) entrada(s) para a área de vedação para por meio disto impedir a "ingestão" de líquidos dentro do conjunto de vedação 10.
Será apreciado por aqueles versados na técnica que mudanças poderiam ser feitas nas modalidades acima descritas sem afastar-se do seu amplo conceito inventivo. É compreendido, portanto, que esta invenção não está limitada às modalidades específicas descritas, mas pretende cobrir as modificações dentro do espírito e do escopo da presente invenção como ge- ralmente definido nas reivindicações anexas.
Claims (34)
1. Conjunto de vedação para uma máquina de fluido que inclui uma carcaça e um eixo disposto dentro da carcaça de modo a ser rotativo ao redor de um eixo geométrico central, o conjunto de vedação compreenden- do: um membro estático geralmente fixamente disposto dentro da carcaça e que tem uma superfície de extremidade; e um membro rotativo acoplado com o eixo e espaçado axialmente do membro estático, o membro rotativo tendo uma extremidade axial com uma superfície de extremidade geralmente radial que estende-se circunfe- rencialmente ao redor do eixo geométrico, a superfície de extremidade de membro rotativo estando localizada adjacente à e faceando a superfície de extremidade de membro estático de modo que um espaço de folga seja defi- nido geralmente entre as duas superfícies de extremidade, o membro rotati- vo ainda tendo uma pluralidade de aberturas que estendem-se geralmente axialmente para dentro da superfície de extremidade de membro rotativo e espaçadas circunferencialmente ao redor do eixo geométrico do eixo de mo- do que seções de superfície de face são definidas sobre a superfície de ex- tremidade, pelo menos uma das seções de superfície de face e as abertas sendo configuradas para pelo menos geralmente impedir um fluxo de fluido radialmente para dentro através do espaço de folga.
2. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que as seções de superfície de face da superfície de extremidade de mem- bro rotativo estão configuradas para funcionar como uma pluralidade de den- tes de vedação de labirinto.
3. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 2, em que cada seção de superfície de face da superfície de extremidade de mem- bro rotativo está configurada para direcionar o fluido que contacta a seção de superfície geralmente radialmente para fora afastando do eixo geométrico central durante a rotação do membro rotativo.
4. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 2, em que as seções de superfície de face são deslocáveis deslizantes geralmente contra a superfície de extremidade de membro estático.
5. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que a superfície de extremidade de membro rotativo está configurada para direcionar o líquido que entra no espaço de folga pelo menos um de: radialmente para fora ao longo de pelo menos uma das seções de superfície de face; e para dentro de pelo menos uma pluralidade de aberturas de mo- do a geralmente impedir o fluxo de líquido através do espaço de folga.
6. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que cada pluralidade de aberturas do membro rotativo está configurada para coletar o líquido direcionado para dentro da abertura e subseqüentemente direcionar o líquido coletado para fora da abertura e radialmente para fora afastando do eixo geométrico central durante a rotação do membro rotativo.
7. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que cada pluralidade de aberturas do membro rotativo está configurada para coletar o líquido que flui para dentro através do espaço de folga.
8. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que as seções de superfície de face da superfície de extremidade de mem- bro rotativo incluem porções que estendem-se geralmente radialmente, cada porção radial de superfície de face sendo configurada para direcionar o lí- quido que contacta a porção radial geralmente radialmente para fora afas- tando do eixo geométrico central durante a rotação do membro rotativo.
9. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 8, em que as seções de superfície de face incluem porções circunferenciais, cada porção circunferencial de superfície de face sendo configurada para direcio- nar o fluido que contacta a porção circunferencial geralmente na direção de uma porção radial de superfície de face adjacente durante a rotação do membro rotativo.
10. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 8, em que cada pluralidade de aberturas do membro rotativo está configurada para coletar o líquido que flui radialmente para dentro através da folga e subse- qüentemente direcionar o fluido coletado para fora da abertura e radialmente para fora afastando do eixo geométrico central durante a rotação do membro rotativo.
11. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que cada pluralidade de aberturas do membro rotativo está formada como um furo geralmente circular que tem uma extremidade interna fechada.
12. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que a pluralidade de aberturas do membro rotativo está disposta em pelo menos uma primeira e uma segunda filas de aberturas geralmente circula- res, a segunda fila de aberturas sendo espaçada radialmente para fora da primeira fila de aberturas.
13. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 12, em que cada abertura no primeiro conjunto de aberturas está geralmente radi- almente alinhada com uma separada das aberturas do segundo conjunto de aberturas.
14. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo: uma primeira seção de parede geralmente anular que estende- se geralmente axialmente da extremidade axial de membro estático e que tem uma superfície circunferencial interna; e uma segunda seção de parede geralmente anular que estende- se geralmente axialmente do membro estático na direção da extremidade axial de membro rotativo, a segunda parede anular sendo espaçada radial- mente para dentro da primeira seção de parede anular e que tem uma su- perfície circunferencial externa, as superfícies de parede interna e externa definindo um bolso geralmente anular dimensionado para receber uma por- ção da extremidade axial de membro rotativo.
15. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 14, em que: a seção de parede externa geralmente anular inclui pelo menos uma crista geralmente anular que estende-se geralmente radialmente para dentro na direção da porção de extremidade de membro separador e circun- ferencialmente ao redor do eixo geométrico central; e a seção de parede anular interna inclui pelo menos uma crista geralmente anular que estende-se geralmente radialmente para fora na dire- ção da porção de extremidade de membro separador e circunferencialmente ao redor do eixo geométrico central.
16. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 15, em que pelo menos a seção de parede externa inclui uma pluralidade das cris- tas anulares que estendem-se radialmente para dentro.
17. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 15, em que: a pelo menos uma crista anular da parede anular externa de membro estático está configurada para prover uma vedação de labirinto para pelo menos geralmente inibir o fluxo de fluido entre a seção de parede anu- lar externa de membro estático e uma superfície circunferencial externa do membro rotativo; e a pelo menos uma crista anular da parede anular interna de membro estático está configurada para prover uma vedação de labirinto para pelo menos geralmente inibir o fluxo de fluido entre a seção de parede anu- lar interna de membro estático e uma superfície circunferencial interna do membro rotativo.
18. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que o membro estático tem uma extremidade axial que provê a superfície de extremidade e uma porção de defletor geralmente anular que estende-se geralmente axialmente e geralmente radialmente para fora da extremidade axial e que estende-se circunferencialmente ao redor do eixo geométrico central, a porção de defletor sendo espaçada radialmente para fora da su- perfície de extremidade de membro estático e que tem uma superfície incli- nada que faceia geralmente na direção do eixo geométrico central e afas- tando da superfície de extremidade de membro estático, a superfície inclina- da de defletor sendo configurada para defletir o líquido que contacta a super- fície inclinada em uma direção geralmente afastando da extremidade axial de membro rotativo.
19. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que: o membro rotativo inclui um tambor geralmente tubular que tem extremidades axiais de entrada e de saída opostas e um furo central que estende-se entre as duas extremidades, a superfície de extremidade radial sendo disposta sobre a extremidade de saída de corpo tubular; e o membro estático tem uma abertura central configurada para conectar fluidamente o furo de tambor com uma entrada de impulsor.
20. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 19, em que o furo de tambor de membro rotativo é fluidamente conectável com uma fonte de fluido e o tambor ainda tem uma superfície de separação interna que estende-se circunferencialmente ao redor do eixo geométrico central, a superfície de separação sendo configurada para separar pelo menos uma porção de líquido em fluido que contacta a superfície de separação.
21. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que a máquina de fluido é um compressor com pelo menos um primeiro es- tágio de compressão que tem uma entrada, o membro estático está localiza- do na primeira entrada de membro e o membro rotativo é um tambor de se- parador.
22. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que: a máquina de fluido inclui pelo menos um impulsor montado so- bre o eixo e disposto dentro da carcaça, o pelo menos um impulsor tendo uma entrada e uma saída; e o membro estático está disposto adjacente à entrada de impul- sor e ainda tem pelo menos uma passagem de fluido, a passagem de fluido tendo uma entrada fluidamente acoplada com a saída de impulsor e uma saída que estende-se através da superfície de extremidade de membro está- tico de modo que a passagem seja configurada para direcionar o fluido do impulsor geralmente para dentro do espaço de folga.
23. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que: a máquina de fluido inclui pelo menos um impulsor montado so- bre o eixo e disposto dentro da carcaça, pelo menos um impulsor tendo uma entrada e uma saída; e o membro estático é um de pelo menos uma porção de uma en- trada da entrada de impulsor e uma parede divisória disposta entre o sepa- rador e a entrada de impulsor.
24. Conjunto de vedação de acordo com a reivindicação 1, em que: o membro separador inclui um corpo geralmente tubular e o membro estático inclui um corpo como disco geralmente circular.
25. Compressor, que compreende: uma carcaça; um eixo disposto dentro da carcaça de modo a ser rotativo ao redor de um eixo geométrico central; um membro estático geralmente fixamente disposto dentro da carcaça e que tem uma superfície de extremidade; e um membro separador acoplado com o eixo e espaçado axial- mente do membro estático, o membro separador tendo uma extremidade axial com uma superfície de extremidade geralmente radial que estende-se circunferencialmente ao redor do eixo geométrico, a superfície de extremi- dade de membro separador sendo localizada adjacente à e faceando a su- perfície de extremidade de membro estático de modo que um espaço de fol- ga é definido geralmente entre as duas superfícies de extremidade, em que pelo menos um de: o membro separador tem uma pluralidade de aberturas que es- tendem-se geralmente axialmente para dentro da superfície de extremidade de membro separador e espaçadas circunferencialmente ao redor do eixo geométrico de modo que seções de superfície de face são definidas sobre a superfície de extremidade, pelo menos uma das seções de superfície de fa- ce e das aberturas sendo configurada para pelo menos geralmente impedir o fluxo de fluido através do espaço de folga; o membro estático inclui pelo menos uma crista externa geral- mente anular que estende-se de uma superfície circunferencial interna do membro estático e na direção de uma superfície circunferencial externa do membro separador; o membro separador inclui pelo menos uma crista interna geral- mente anular que estende-se de uma superfície circunferencial externa do membro estático e na direção de uma superfície circunferencial interna do membro separador; o membro estático tem seções de parede interna e externa ge- ralmente anulares cada uma estendendo-se geralmente axialmente da ex- tremidade axial de membro estático na direção do membro separador, as seções de parede anulares interna e externa definido um bolso geralmente anular configurado para receber uma porção da extremidade de saída de separador; o membro estático tem uma porção de defletor geralmente anu- lar que estende-se geralmente axialmente e geralmente radialmente para fora da extremidade axial e estende-se circunferencialmente ao redor do ei- xo geométrico central do eixo, a porção de defletor sendo espaçada radial- mente para fora da superfície de extremidade de membro estático e que tem uma superfície inclinada que faceia geralmente na direção do eixo geométri- co central e afastando da superfície de extremidade de membro estático.
26. Compressor de acordo com a reivindicação 25, ainda com- preendendo pelo menos um impulsor montado sobre o eixo e disposto den- tro da carcaça, pelo menos um impulsor tendo uma entrada e uma saída, o membro estático sendo disposto adjacente à entrada de impulsor e ainda tem uma passagem com uma entrada fluidamente acoplada com a saída de impulsor e uma saída que estende-se através da superfície de extremidade de membro estático de modo que a passagem seja configurada para dire- cionar o fluido do impulsor geralmente para dentro do espaço de folga.
27. Compressor de acordo com a reivindicação 25, em que: o membro separador tem extremidades de entrada e de saída e uma superfície circunferencial interna que define um furo central, o furo cen- tral estendendo-se entre as extremidades de entrada e de saída; e o membro estático tem uma abertura central configurada para conectar fluidamente o furo de separador com a entrada de impulsor.
28. Compressor de acordo com a reivindicação 25, em que o membro separador inclui um tambor geralmente tubular que tem extremida- des axiais de entrada e de saída opostas e um furo central que estende-se entre as duas extremidades, a superfície de extremidade radial sendo dis- posta sobre a extremidade de saída de corpo tubular.
29. Compressor de acordo com a reivindicação 28, em que o furo de tambor de membro rotativo é fluidamente conectável com uma fonte de fluido e o tambor ainda tem uma superfície de separação interna que es- tende-se circunferencialmente ao redor do eixo geométrico central, a super- fície de separação sendo configurada para separar pelo menos uma porção de líquido em um fluido que contacta a superfície de separação.
30. Compressor de acordo com a reivindicação 25, em que o membro estático é um de uma entrada da entrada de impulsor e uma parede divisória disposta entre o separador e a entrada de impulsor.
31. Compressor de acordo com a reivindicação 25, em que cada seção de superfície de face da superfície de extremidade de membro rotati- vo está configurada para direcionar o fluido que contacta a seção de superfí- cie geralmente radialmente para fora afastando do eixo geométrico central durante a rotação do membro rotativo.
32. Compressor de acordo com a reivindicação 25, em que a superfície de extremidade de membro rotativo está configurada para direcio- nar o líquido que entra no espaço de folga pelo menos um de: radialmente para fora ao longo de pelo menos uma das seções de superfície de face; e para dentro de pelo menos uma pluralidade de aberturas de mo- do a geralmente impedir o fluxo de líquido através do espaço de folga.
33. Compressor de acordo com a reivindicação 25, em que pelo menos um de: a pelo menos uma crista anular externa de membro estático es- tende-se da parede anular externa de membro estático e está configurada para prover uma vedação de labirinto para pelo menos geralmente inibir o fluxo de fluido entre a seção de parede anular externa de membro estático e uma superfície circunferencial externa do membro separador; e a pelo menos uma crista anular interna de membro estático es- tende-se para dentro da seção de parede anular interna de membro estático e está configurada para prover uma vedação de labirinto para pelo menos geralmente inibir o fluxo de fluido entre a seção de parede anular interna de membro estático e uma superfície circunferencial interna do membro sepa- rador.
34. Conjunto de vedação para uma máquina de fluido que inclui uma carcaça e um eixo disposto dentro da carcaça de modo a ser rotativo ao redor de um eixo geométrico central, o conjunto de vedação incluindo: um membro estático geralmente fixamente disposto dentro da carcaça e que tem uma extremidade axial com uma superfície de extremida- de e seções de parede interna e externa geralmente anulares cada uma es- tendendo-se geralmente axialmente da extremidade axial de membro estáti- co, a superfície de extremidade estendendo-se geralmente radialmente entre as seções de parede anulares interna e externa e as duas seções de parede definindo um bolso geralmente anular; e um membro rotativo acoplado com o eixo e espaçado axialmente do membro estático, o membro rotativo tendo superfícies circunferenciais interna e externa e uma extremidade axial com uma superfície de extremi- dade geralmente radial que estende-se circunferencialmente ao redor do eixo geométrico do eixo, a superfície de extremidade de membro rotativo sendo localizada adjacente à e faceando a superfície de extremidade de membro estático de modo que um espaço de folga seja definido geralmente entre as duas superfícies de extremidade, uma porção da extremidade axial de membro rotativo sendo disposta dentro do bolso de membro estático; em que o membro estático ainda inclui pelo menos uma crista interna geralmente anular que estende-se radialmente para fora da seção de parede anular interna de membro estático na direção da superfície interna de membro rotativo, a crista anular interna sendo configurada para prover uma vedação de labirinto para pelo menos geralmente inibir o fluxo de fluido entre a seção de parede anular interna de membro estático e a superfície interna de membro rotativo, e pelo menos uma crista anular geralmente externa que estende-se radialmente para dentro da seção de parede anular externa de membro estático na direção da superfície externa de membro rotativo, a cris- ta anular externa sendo configurada para prover uma vedação de labirinto para pelo menos geralmente inibir o fluxo de fluido entre a seção de parede anular externa de membro estático e a superfície circunferencial externa do membro rotativo.
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