ES2239039T3 - Dispositivo de seguridad en circuito de flujo. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de seguro contra fallos de flujo completo (100) para un sistema de flujo de fluido, que comprende: una carcasa (101) que comprende una pared interior (311) y que tiene aberturas (102, 103) en cada extremo de la misma para permitir que una corriente de fluido fluya a través de las mismas, donde una primera (103) de dichas aberturas admite una corriente de fluido en el dispositivo de seguro contra fallos, y una segunda (102) de dichas aberturas permite que dicha corriente de fluido salga por dicho dispositivo de seguro contra fallo; un tapón de sellado (105) que se puede colocar de forma móvil dentro de dicha carcasa (101), comprendiendo dicho tapón de sellado una superficie inferior (201) y una superficie superior (310), estando orientado dicho tapón de sellado (105) en una primera posición durante el flujo de fluido normal de dicho sistema para permitir el flujo de fluido a través de dicha carcasa (101), y siendo móvil hasta una segunda posición, en la que dicha superficie superior (310) de dicho tapón de sellado (105) forma un contacto de sellado con dicha segunda (102) de dichas aberturas, y caracterizado porque dicho tapón de sellado (105) es móvil cuando se incrementa la velocidad del fluido, siendo dicha velocidad de fluido incrementada de una magnitud indicativa de un funcionamiento inadecuado de dicho sistema, y que comprende, además, al menos un mecanismo de bloqueo (107), estando dispuesto dicho mecanismo de bloqueo (107) entre dicha pared interior (311) y dicha superficie inferior (201) de dicho tapón de sellado (105), soportando de esta manera dicho tapón de sellado (105) en dicha primera posición, siendo móvil dicho mecanismo de bloqueo (105) hacia abajo sobre una superficie interior (108) en pendiente de dicha carcasa (101) por la fuerza de la gravedad hasta una posición de bloqueo para bloquear dicho tapón de sellado (105) en dicha segunda posición en respuesta a dicho movimiento de dicho tapón de sellado (105).
Description
Dispositivo de seguridad en circuito de
flujo.
Esta invención se refiere, en general, a sistema
de control del flujo de fluido y a dispositivos mecánicos a prueba
de fallo o dispositivos de desconexión para prevenir el flujo de
fluidos (por ejemplo, corrientes de gases o de líquidos) después de
la rotura o fallo de componentes en el sistema, tales como filtros y
otros componentes. Más particularmente, la invención se refiere a
dispositivos para prevenir el flujo de corrientes de gases a altas
temperaturas (por ejemplo, hasta 982,2ºC (1800ºF)) después del daño
del filtro.
Los sistemas industriales, en los que fluyen
fluidos (tales como centrales de potencia de turbinas de gas,
plantas de procesamiento de combustible líquido, sistemas
hidráulicos, sistemas neumáticos y similares) y en los que se
filtran habitualmente gases de materiales en partículas arrastrados
o son tratados antes de entrar en contacto con componentes del
sistema que son susceptibles a tales materiales en partículas,
proporcionan habitualmente filtración para eliminar las impurezas
y/o para restringir el flujo a los niveles de diseño del sistema.
Para prevenir el daño a los componentes del sistema y/o al medio
ambiente, tales sistemas están provistos con frecuencia con
mecanismos de válvulas de limitación del flujo o de desconexión.
Después de que se ha producido un daño, una rotura o una retirada de
componentes de filtros, estos mecanismos de desconexión interrumpen
el flujo de fluido a través del sistema.
En particular, los sistemas de filtros de barrera
de alta temperatura y de alta presión son críticos para la
comercialización con éxito de sistemas de centrales de potencia
basados en carbón PFBC e IGCC. Actualmente, los sistemas de filtros
más apropiados comercialmente se basan en la tecnología de filtro de
bujía. Estos sistemas de filtros de barreras emplean generalmente un
gran número de elementos de filtros de bujías porosos individuales
en paralelo.
Se ha mostrado que los sistemas a base de filtros
de bujía a escala piloto eliminan los materiales en partículas hasta
una concentración menor que 1 ppm (parte por millón) cuando están en
buenas condiciones de funcionamiento. Sin embargo, en el caso de
fallo incluso de un elemento de filtro individual, se incrementará
la carga de polvo de la salida del sistema de filtro y de esta
manera dañará potencialmente las palas de las turbinas de gas,
contaminará otros procesos de aguas abajo, y limitará la
disponibilidad del sistema de potencia. Un dispositivo de protección
contra fallo del filtro que previniese el flujo de gas cargado con
partículas a través de la localización del elemento de filtro
averiado serviría para reducir al mínimo el daño potencial al equipo
de aguas abajo, reduciría al mínimo las emisiones de polvo y
permitiría a la central de energía continuar funcionando hasta que
se pudiese alcanzar un rendimiento conveniente o programado.
Se conocen en la técnica anterior varios tipos de
mecanismos de limitación/desconexión del flujo, (ver las patentes de
los Estados Unidos Nº 5.424.581; 3.261.146; 2.892. 512; 2.833;117;
2.687.745; 2.680.451; 2.635.629; 1.983.791. Tales mecanismos se
caracterizan por su estructura complicada, por un número grande de
partes móviles, por la dificultad en la instalación, por intervalos
limitados de temperaturas de funcionamiento y/o por dependencia de
la concentración de las partículas arrastradas para la activación de
la característica de desconexión.
Existe una necesidad en la técnica de una mejora
de la estructura de dispositivos mecánicos de interrupción del flujo
de fluido.
El documento
DE-A-2547470 describe una válvula de
seguridad que tiene una porción de disco estacionaria 4 y una
porción de disco móvil 6 localizadas en un canal de flujo 2. El
disco 6 está bloqueado normalmente contra el disco estacionario 4
por medio de un acoplamiento de fricción de bola 8 mantenido en
posición por una barra de levas 12b. El disco 6 está tensado por
medio de un muelle helicoidal 7. Cuando la presión del gas que
circula en el canal excede una magnitud predeterminada contra la
superficie 121, provoca que la barra se mueva hacia la derecha,
liberando el acoplamiento de la barra 8 y provocando que el muelle 7
fuerce el disco móvil 6 hacia el extremo de la válvula, de tal
manera que el disco de la válvula 61 está sellado contra el asiento
de la válvula 11.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un dispositivo de seguro contra fallos de flujo completo
para un sistema de flujo de fluido, que comprende: una carcasa que
comprende una pared interior y que tiene aberturas en cada extremo
de la misma para permitir que una corriente de fluido fluya a través
de las mismas, donde una primera de dichas aberturas admite una
corriente de fluido en el dispositivo de seguro contra fallos, y una
segunda de dichas aberturas permite que dicha corriente de fluido
salga por dicho dispositivo de seguro contra fallo; un tapón de
sellado que se puede colocar de forma móvil dentro de dicha carcasa,
comprendiendo dicho tapón de sellado una superficie inferior y una
superficie superior, estando orientado dicho tapón de sellado en una
primera posición durante el flujo de fluido normal de dicho sistema
para permitir el flujo de fluido a través de dicha carcasa, y siendo
móvil hasta una segunda posición, en la que dicha superficie
superior de dicho tapón de sellado forma un contacto de sellado con
dicha segunda de dichas aberturas, y caracterizado porque dicho
tapón de sellado es móvil cuando se incrementa la velocidad del
fluido, siendo dicha velocidad de fluido incrementada de una
magnitud indicativa de un funcionamiento inadecuado de dicho
sistema, y que comprende, además, al menos un mecanismo de bloqueo,
estando dispuesto dicho mecanismo de bloqueo entre dicha pared
interior y dicha superficie inferior de dicho tapón de sellado,
soportando de esta manera dicho tapón de sellado en dicha primera
posición, siendo móvil dicho mecanismo de bloqueo hacia abajo sobre
una superficie interior en pendiente de dicha carcasa por la fuerza
de la gravedad hasta una posición de bloqueo para bloquear dicho
tapón de sellado en dicha segunda posición en respuesta a dicho
movimiento de dicho tapón de sellado.
La presente invención proporciona una mejora de
la técnica anterior, proporcionando, de acuerdo con una forma de
realización, un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo, que incluye un elemento de filtro para filtrar partículas
arrastradas desde una corriente de fluido, una carcasa que tiene
aberturas en cada uno de sus extremos para permitir que el flujo de
fluido fluya a través de ellas, estando acoplada una primera de
dichas aberturas al elemento de filtro, un tapón de sellado que está
colocado móvil dentro de la carcasa, estando orientado el tapón de
sellado en una primera posición durante el funcionamiento normal del
elemento de filtro para permitir el flujo de fluido a través de la
carcasa y, después del fallo o rotura del elemento de filtro, siendo
móvil a medida que se incrementa la velocidad del fluido hasta una
segunda posición, en la que dicho tapón de sellado forma un contacto
de sellado con una segunda de dichas aberturas, y un mecanismo de
bloqueo que soporta el tapón de sellado en la primera posición, y
que se mueve hasta una segunda posición de bloqueo para asegurar el
tapón de sellado en la segunda posición en respuesta al movimiento
de dicho tapón de sellado.
La presente invención se comprenderá más
fácilmente a partir de la descripción detallada dada a continuación
en combinación con los dibujos que se acompañan. Éstos se
proporcionan a modo de ilustración solamente y no están destinados a
limitar la presente invención, y en los que:
La figura 1 es un diagrama de la sección
transversal de un dispositivo de seguro contra fallo mecánico de
flujo completo 100 de acuerdo con una forma de realización preferida
de la invención, en un modo inactivo de funcionamiento (que permite
el flujo normal del fluido).
La figura 2 es un diagrama de la sección
transversal del dispositivo de seguro contra fallo mecánico de flujo
completo de acuerdo con la invención en un modo activo de
funcionamiento, que previene el flujo de fluido a través de un
elemento de filtro dañado 110.
La figura 3 es una vista en planta superior de la
superficie inferior en pendiente de la carcasa de dispositivo de
seguro contra fallo, que muestra la presencia de ranuras 109 para
bloquear esferas 107 (solamente se muestra una de ellas).
La figura 4 es una vista lateral del tapón de
sellado 105 con una superficie de sellado hemisférica 310, con una
vista en sección ampliada de superficie cónica 210 que muestra la
presencia de una indentación cóncava 202 para el mantenimiento de
las esferas de bloqueo 107 en posición en el modo inactivo; y
La figura 5 es una vista en planta superior del
bastidor 316 que asegura el pasador de alineación 205 a la carcasa
101 y establece la posición adecuada del pasador de alineación.
Con referencia a la figura 1, el dispositivo de
seguro contra fallo mecánico de flujo completo de acuerdo con una
forma de realización de la presente invención está particularmente
adecuado para sistemas de filtros de bujía que incluyen filtros de
bujía 110. Tales sistemas de filtros de bujía se utilizarían, por
ejemplo, en centrales de energía para eliminar el polvo y otros
agentes de polución o contaminantes en partículas sólidas
procedentes de gases a temperaturas hasta aproximadamente 898,9ºC
(1650ºF) que fluyen a través de varias etapas del equipo de la
central de energía.
Existen dos causas principales para que el polvo
llegue al lado limpio de los sistemas de filtros basados en bujías.
La primera es la existencia de fugas pequeñas alrededor de las
juntas de obturación de los elementos de filtros que resultan de
componentes de juntas defectuosos o de una instalación inadecuada.
En tal caso, la trayectoria del flujo de la fuga de gas cargado de
polvo a través de la lámina de tubos 302 eludiría el elemento de
filtro de bujía y su dispositivo de protección. La única solución
para un fallo de este tipo es la prevención a través del control de
calidad de los materiales de las juntas de obturación y de los
procedimientos de instalación.
La segunda causa en el caso en el que las
partículas sólidas rompen la lámina de tubos 302 como resultado de
fallo o rotura catastrófica de uno o más elementos de filtro de
bujía 110. Los fallos de este tipo han sido experimentados en muchos
sistemas de filtro Hot Gas Cleanup (HGCU) a escala piloto y a escala
de demostración, y presentan el reto principal para la fiabilidad
del sistema que es abordado por la presente invención.
El dispositivo de seguro mecánico contra fallo
100 de acuerdo con una forma de realización preferida de la presente
invención incluye una carcasa cilíndrica 101, de aproximadamente
7,62 cm (3 pulgadas) de diámetro y aproximadamente de 10,16 a 12,7
cm (4 a 5 pulgadas) de altura. Las aberturas 102 y 103 están
centradas en la parte superior y en la parte inferior de la carcasa
10 y permiten que el gas de la combustión filtrado fluya hacia
arriba a través del dispositivo en una dirección del flujo indicada
por las flechas 104 durante el funcionamiento normal y que el gas de
limpieza a impulsos fluya hacia abajo a través del dispositivo en
una dirección opuesta, cuando un elemento de filtro intacto y
operativo 110 está conectado al dispositivo de seguro contra
fallo.
Un tapón de sellado 105 está previsto en el
interior de la carcasa cilíndrica 101. El tapón de sellado 105 está
configurado esencialmente en forma de una semiesfera unida en su
superficie plana inferior a la superficie plana de un cono del mismo
diámetro que la semiesfera. El tapón de sellado 105 está soportado
en la carcasa por tres esferas de bloqueo 107 (solamente se muestra
una de ellas para simplicidad) que están colocadas de una manera
preferida a 120º unas con respecto a las otras alrededor de la
porción cónica del tapón de sellado. Las esferas descansan en
muescas o canales 109 en una superficie cónica 108 en el interior de
la carcasa y contactan también con la superficie acodada interior
311 de la carcasa 101. Como se muestra en la figura 3, las muescas
109 están cortadas en las superficies 108 debajo de las esferas 107
para guiar su movimiento cuando se activa el dispositivo mecánico de
seguro contra fallo, como se explica más adelante. Adicionalmente,
como se muestra en la figura 4, una indentación continua 202 está
formada alrededor de la circunferencia de la superficie inferior 201
del tapón de sellado, en una posición en la que la indentación 202
contacta con las esferas, como se muestra en la figura 1, para
ayudar a retener el tapón de sellado en la posición inactiva durante
la aparición de vibraciones que pueden ser experimentadas en el
depósito del filtro durante la instalación y durante el
funcionamiento normal.
El diámetro de las esferas 107, las dimensiones
de la carcasa 101, el tapón de sellado 105, las superficies cónicas
108 y 201, las aberturas 101, 103 y el intersticio anular 304 entre
la superficie interior de la carcasa 101 y el tapón de sellado 105
en su dimensión más ancha están diseñados de tal manera que con el
caudal de flujo normal de gas filtrado hacia arriba hacia el
dispositivo de seguro contra fallos, la presión ascendente sobre el
tapón de sellado 105 no será suficiente para provocar que el tapón
de sellado 105 sea levantado desde su posición de reposo sobre las
esferas 107 cuando el elemento de filtro 110 está intacto. El peso
del tapón de sellado 105 se puede seleccionar durante el diseño
ajustando el tamaño del volumen interno 303, o en otras palabras una
porción del interior del tapón de sellado puede ser sólida para
establecer el peso óptimo para asegurar la estabilidad adecuada del
tapón sobre las esferas durante el funcionamiento normal para los
parámetros de flujo particulares del sistema en el que está
instalado.
En la forma de realización preferida que se
muestra en las figuras 1, 2 y 4, la porción hemisférica 312 del
tapón está prevista como una pieza separada desde la porción cónica
313. Esto permite seleccionar la cantidad de volumen interno 303 en
la etapa de fabricación, ya sea a través de la fabricación de
porciones cónicas 312 de volumen interno variable, o rellenando el
volumen interno 303 con una cantidad adecuada de un material
adecuado para ajustar el peso del tapón de sellado 105. Las dos
pieza 310 y 313 se unen entonces juntas. Como se muestra en la
figura 1, se puede prever una conexión roscada 314 para este fin; se
pueden utilizar otros métodos de unión de una manera equivalente. El
peso del tapón de sellado se determina también a través del grado
que debe incrementarse el flujo ascendente (como ocurriría en un
fallo) para elevar el tapón de sellado y activar el dispositivo de
seguro contra fallos (como se muestra en la figura 2). Para una
aplicación de instalación de filtro de barrera específica como se
muestra en la figura 1, el peso del tapón de sellado y la dimensión
del intersticio se ajustan para que solamente el caudal de flujo
encontrado en un fallo del elemento de filtro sea suficiente para
elevar el tapón de filtro en una medida suficiente para activar el
dispositivo de seguro contra fallos.
Como se muestra en la figura 1, el dispositivo de
seguro contra fallos 100 está fijado a la lámina de tubos 302 con la
ayuda de una abrazadera de montaje o pestaña 114. Se pueden utilizar
otros mecanismos de fijación, en función del diseño de la lámina de
tubos. Una junta de obturación 106a está prevista entre el
dispositivo de seguro contra fallos y el filtro, y una junta de
obturación adicional 106b está prevista entre el elemento de filtro
110 y la lámina de tubos 302. Las juntas de obturación 106a y 106b
se pueden fabricar de Nextel® o de un material similar.
La carcasa 101 se puede construir de dos piezas
separadas, unidas juntas en la pestaña 307 o por otros medios de
unión equivalentes, para permitir la instalación y eliminación del
tapón de sellado y de las esferas de bloqueo.
Las esferas 102, 103 y el intersticio anular 304
deberían dimensionarse para que se mantengan trayectorias de flujo
suficientes dentro del dispositivo de seguro contra fallos para el
paso de gas de la combustión filtrado y de gas de limpieza a
impulsos para reducir al mínimo la adición de resistencia al flujo
del sistema por el dispositivo de seguro contra fallos durante las
operaciones de filtrado o durante la limpieza a impulsos.
En el modo de funcionamiento inactivo (es decir,
normal, el flujo ascendente 104 del gas de la combustión filtrado
proporciona una presión incrementada en la porción inferior del
dispositivo de seguro contra fallos 100, que tiene una magnitud
determinada por la velocidad v y por la densidad \rho del gas de
acuerdo con el término de Benoulli ½ \rhov^{2}. Una proporción
grande de esta presión será disipada de acuerdo con el intersticio
anular 304. Las constricciones en el intersticio anular actúan como
un orificio anular para el flujo de gas; cuanto más pequeño es el
orificio anular, mayor es la presión que se disipa a medida que el
gas pasa a través del mismo.
Durante la aplicación de impulsos inversos de gas
utilizados para limpiar los elementos de filtro, o en otros casos en
los que el flujo de carga descendente es la dirección de flujo
normal, la presión descendente ejercida sobre el tapón por el flujo
305 a partir de tales impulsos, o el flujo, se transfiere a través
de las esferas 107 hasta la pared interior 311 y la superficie
interior inclinada 108 de la carcasa.
Cuando se rompe el elemento de filtro 110, como
se muestra en la figura 2, dos condiciones cambian en la proximidad
del dispositivo mecánico de seguro contra fallos 100. El primero es
que la velocidad ascendente del gas a través de la parte restante
del elemento de filtro roto y el dispositivo mecánico de seguro
contra fallos se incrementa muy rápidamente, impulsado por la caída
de la presión de la lámina de tubos (no se muestra) en el instante
de la rotura. La segunda es que el gas cargado con partículas o no
filtrado o no tratado avanza desde el punto de rotura del elemento
de filtro 110 hacia la parte superior del elemento de filtro de
bujía y el dispositivo mecánico de seguro contra fallos 100. Debido
a que el dispositivo de seguro contra fallos es desactivado casi de
forma instantánea en respuesta al incremento rápido de la velocidad
del gas ascendente experimentado en un fallo de un elemento de
filtro, es previsible que el gas cargado con partículas pequeñas o
sin partículas o el gas no tratado salga por la parte superior del
dispositivo de seguro contra fallos antes de que el dispositivo de
seguro contra fallos sea activado totalmente y se cierre el flujo de
gas.
En el caso de una rotura de un elemento de
filtro, la velocidad incrementada del gas a través de dispositivo
mecánico de seguro contra fallos 100 crea una caída de la presión
significativamente más alta a través de los orificios anulares
alrededor del tapón de sellado, incrementando de esta manera en una
medida significativa la presión ascendente sobre el tapón de sellado
propiamente dicho. El grado hasta el que se incrementará la
velocidad del gas que entra en el dispositivo mecánico de seguro
contra fallos después de la rotura de un elemento de filtro depende
principalmente de la caída de la presión de la lámina de tubos y de
las dimensiones de la porción del elemento de filtro roto que
permanece fijado a la lámina de tubos. Los cálculos han indicado
que, después de la rotura de un elemento de filtro, la velocidad del
gas a través del dispositivo mecánico de seguro contra fallos se
podría incrementar en un factor de 10 o más (con el incremento
concomitante de la presión ascendente sobre el tapón de sellado que
se incrementa en un factor de 100 o más).
Después de la aparición de una caída de la
presión suficientemente alta a través del orificio anular alrededor
del tapón de sellado, como sucedería después de la rotura de un
elemento de filtro 110, la presión incrementada del gas ascendente
sobre el tapón de sellado elevará el tapón de sellado hacia arriba
desde su posición de reposo sobre las esferas, El tapón continuará
moviéndose hacia arriba hasta que contacte con la superficie
superior de sellado 306 alrededor de la abertura superior 102, como
se muestra en la figura 2. El diámetro de esta superficie superior
de sellado se hace igual que el diámetro de la superficie
hemisférica del tapón de sellado, de manera que se formará una junta
de alta calidad cuando estas dos superficies contacten entre sí en
el modo activado, como se muestra en la figura 2.
Como se muestra en la figura 1, el interior de la
carcasa 101 puede ser configurado de tal manera que la presión a
través del orificio anular adyacente a la porción más ancha del
tapón de sellado se incremente a medida que el tapón se desplaza
hacia arriba estrechando el intersticio anular a medida que el tapón
se aproxima a la superficie de sellado 306 en la parte superior de
la carcasa 101.
Una vez que el tapón de sellado alcanza la parte
superior de la carcasa y contacta totalmente con la superficie de
sellado 306, el flujo de gas se bloquea completamente y la fuerza
ascendente se reduce a cero. Justamente antes de este instante, las
esferas 107 comienzan a rodar hacia abajo por la superficie
inclinada 108 en dirección recta con la ayuda de las muescas 109,
como se muestra en la figura 2, hasta que las esferas son pinchadas
en posición en la parte inferior del tapón de sellado 105 en el
lugar 319, entre el tapón y las muescas 109 en la superficie
inclinada de la carcasa. A este respecto, las dimensiones de las
esferas, de la carcasa y del tapón de sellado están diseñadas para
prevenir que las esferas se caigan hacia abajo a través de la
abertura 103 en la parte inferior de la carcasa (ver la figura 1).
Cuando las esferas alcanzan su posición final, como se muestra en la
figura 2, sirven como bloqueos que aseguran el tapón de sellado
contra la superficie de sellado 306 de la abertura superior 102 de
la carcasa, para prevenir de esta manera el flujo de polvo y/o de
gas no tratado más allá del dispositivo de seguro contra fallos y
también para prevenir que el tapón de sellado sea forzado de nuevo
hacia abajo dentro de la carcasa por la presión que procede de los
impulsos de limpieza del flujo de gas inverso.
Como se muestra en la figura 2, se puede fijar un
pasador de alineación axial opcional 205 a la parte superior de la
carcasa y se extiende dentro del cuerpo del tapón de sellado a
través de un taladro de guía 308 de tolerancia estrecha y a través
del cuerpo en un segundo taladro de guía 309. Como se muestra en la
figura 5, el pasador de alineación puede estar fijado a la parte
superior de la carcasa con un bastidor 316 a través de una conexión
roscada 318. El bastidor 316 se puede fijar a la carcasa con
tornillos 317. El pasador de alineación se puede fijar
alternativamente al tapón de sellado y se puede extender a través de
taladros de guía en la carcasa. El pasador de alineación 205 ayuda
al asiento adecuado del tapón de sellado contra la superficie de
sellado 306 de la carcasa.
Adicionalmente, durante la instalación en el
recipiente del filtro, se puede utilizar una pequeña cantidad de
parafina para retener el tapón de sellado y las esferas en sus
posiciones adecuadas dentro de la carcasa por la aplicación a las
superficies de contacto de las esferas. La parafina debería fundirse
y quemarse a medida que el sistema de filtro es precalentado durante
un proceso de arranque del sistema. La reaplicación de parafina
sería innecesaria, excepto cuando se ha retirado, se ha
reacondicionado o se ha reinstalado un dispositivo de seguro contra
fallos, después de la activación por el fallo de su elemento de
filtro.
El dispositivo mecánico de seguro contra fallos
de flujo completo de la presente invención presenta varias ventajas
sobre los dispositivos de dispositivo de seguro contra fallos que
utilizan las partículas arrastradas en el gas de circulación para
formar una junta de obturación. La formación de una junta utilizando
tales partículas arrastradas tiene lugar gradualmente, mientras que
el dispositivo mecánico de seguro contra fallos de la invención
cierre el flujo de gas cargado con partículas casi inmediatamente
después de la rotura del filtro. La efectividad del dispositivo
mecánico de seguro contra fallos es independiente, por lo tanto, de
la concentración de partículas. Adicionalmente, las juntas de
obturación que dependen de la obstrucción de las trayectorias de
flujo de las partículas arrastradas pueden ser comprometidas por la
aplicación de impulsos de gas de limpieza de flujo inverso
periódico. Por el contrario, el dispositivo de seguro contra fallos
de la presente invención proporciona una junta de obturación
positiva contra la fuerza ejercida por tales impulsos de limpieza.
En el caso de que se produzca un fallo durante la aplicación de un
impulso de limpieza, el dispositivo de seguro contra fallos se
activará a medida que se restablezca la dirección del flujo de
fluido normal.
El reacondicionamiento del dispositivo de seguro
contra fallos activado es muy sencillo. Todos los componentes están
hechos con preferencia de material adecuado (tal como acero 310 SS,
que es muy adecuado para aplicaciones de filtros HGCU), que se puede
lavar, SECAM reconfigurar a un modo inactivo, y reinstalar.
Los principios básicos del dispositivo mecánico
de seguro contra fallos se pueden adaptar en formas de realización
alternativas para aplicaciones distintas a la filtración de
partículas HGCU. Por ejemplo, se pueden utilizar dispositivos
similares a escala mucho mayor en una tubería de petróleo o de gas.
El dispositivo de seguro contra fallos estaría colocado a intervalos
periódicos a lo largo de tales tuberías, en secciones verticales
cortas donde la dirección del flujo es ascendente. En el caso de un
fallo de una tubería, el flujo de fluido se incrementaría de forma
inmediata aguas arriba desde el dispositivo de seguro contra fallos,
activándolo y cerrando el flujo, reduciendo al mínimo de esta manera
la pérdida de fluido así como los potenciales riesgos de seguridad y
para el medio ambiente.
Otra forma de realización alternativa de la
invención podría configurarse de tal manera que incluso un flujo
ascendente pequeño activase el dispositivo. Esta forma de
realización sería útil para prevenir el flujo de retorno en un
sistema en el que la dirección del flujo de fluido normal era
descendente.
Claims (16)
1. Un dispositivo de seguro contra fallos de
flujo completo (100) para un sistema de flujo de fluido, que
comprende:
una carcasa (101) que comprende una pared
interior (311) y que tiene aberturas (102, 103) en cada extremo de
la misma para permitir que una corriente de fluido fluya a través de
las mismas, donde una primera (103) de dichas aberturas admite una
corriente de fluido en el dispositivo de seguro contra fallos, y una
segunda (102) de dichas aberturas permite que dicha corriente de
fluido salga por dicho dispositivo de seguro contra fallo;
un tapón de sellado (105) que se puede colocar de
forma móvil dentro de dicha carcasa (101), comprendiendo dicho tapón
de sellado una superficie inferior (201) y una superficie superior
(310), estando orientado dicho tapón de sellado (105) en una primera
posición durante el flujo de fluido normal de dicho sistema para
permitir el flujo de fluido a través de dicha carcasa (101), y
siendo móvil hasta una segunda posición, en la que dicha superficie
superior (310) de dicho tapón de sellado (105) forma un contacto de
sellado con dicha segunda (102) de dichas aberturas, y
caracterizado porque
dicho tapón de sellado (105) es móvil cuando se
incrementa la velocidad del fluido, siendo dicha velocidad de fluido
incrementada de una magnitud indicativa de un funcionamiento
inadecuado de dicho sistema,
y que comprende, además, al menos un mecanismo de
bloqueo (107), estando dispuesto dicho mecanismo de bloqueo (107)
entre dicha pared interior (311) y dicha superficie inferior (201)
de dicho tapón de sellado (105), soportando de esta manera dicho
tapón de sellado (105) en dicha primera posición, siendo móvil dicho
mecanismo de bloqueo (105) hacia abajo sobre una superficie interior
(108) en pendiente de dicha carcasa (101) por la fuerza de la
gravedad hasta una posición de bloqueo para bloquear dicho tapón de
sellado (105) en dicha segunda posición en respuesta a dicho
movimiento de dicho tapón de sellado (105).
2. Un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho
mecanismo de bloqueo (107) comprende una esfera.
3. Un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha esfera
(107) rueda hacia abajo entre dicho tapón de sellado (105) y dicha
superficie inferior (108) en pendiente hasta la posición de bloqueo
que bloquea dicho tapón de sellado (105) en contacto de sellado con
dicha segunda abertura (102) después de dicho movimiento de dicho
tapón de sellado (105).
4. Un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende, además,
dos esferas adicionales (107) localizadas alrededor de la superficie
inferior (201) de dicho tapón de sellado (105).
5. Un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende, además,
una muesca (109) cortada en dicha superficie interior (108) en
pendiente para guiar el movimiento de dicha esfera (107).
6. Un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende, además,
una indentación (202) en la superficie inferior (201) de dicho tapón
de sellado (105) que contacta con dicha esfera (107), para retener
dicha esfera (107) en su posición durante las condiciones normales
de funcionamiento del sistema de flujo de fluido.
7. Un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además,
un pasador de alineación (205) que está montado sobre dicha carcasa
(101) para mantener la alineación del tapón de sellado (105) con
respecto a dicha segunda abertura (102) después del movimiento de
dicho tapón (105) en contacto con dicha segunda abertura (102).
8. Un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el interior
de dicha carcasa (101) está dimensionado para provocar presión hacia
arriba contra dicho tapón de sellado (105) para incrementarla a
medida que dicho tapón de sellado (105) avanza hacia dicha segunda
abertura (102) después de un incremento anormal del flujo de
fluido.
9. Un dispositivo de seguro contra fallo de flujo
completo de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además,
una junta de obturación (106) que está montada dentro de dicha
segunda abertura (102).
10. Un dispositivo de seguro contra fallo de
flujo completo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho
fluido es un gas.
11. Un dispositivo de seguro contra fallo de
flujo completo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho
fluido es un líquido.
12. Un dispositivo de seguro contra fallo de
flujo completo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha
superficie inferior (201) de dicho tapón de sellado (105) es una
superficie en pendiente sobre una porción inferior de la misma.
13. Un dispositivo de seguro contra fallo de
flujo completo de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende, además, un elemento de
filtro (110) para filtrar partículas arrastradas desde una corriente
de fluido, estando acoplada la primera (103) de dichas aberturas a
dicho elemento de filtro (110) y en el que dicho tapón de sellado
(105) forma el contacto de sellado con la segunda (102) de dichas
aberturas, después del fallo o rotura de dicho elemento de filtro
(110).
14. Un dispositivo de seguro contra fallo de
flujo completo de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicho
elemento de filtro (110) es una filtro de bujía.
15. Un dispositivo de seguro contra fallo de
flujo completo de acuerdo con la reivindicación 13, cuando depende
de la reivindicación 6, en el que la indentación (202) en la
superficie (201)de dicho tapón de sellado (15) que contacta
con dicha esfera (107) retiene dicha esfera en posición durante las
condiciones normales de funcionamiento de dicho elemento de filtro
(110).
16. Un dispositivo de seguro contra fallo de
flujo completo de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el
interior de dicha carcasa (101) está dimensionado para provocar
presión hacia arriba contra dicho tapón de sellado (105) para
incrementarla a medida que dicho tapón de sellado (105) avanza hacia
dicha segunda abertura (102) después del fallo o rotura del
filtro.
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