ES2645403T3 - Compresor de pistón horizontal - Google Patents

Abstract

Un compresor de pistón horizontal para comprimir un gas, que comprende: un bastidor (2) que tiene un cilindro (90) orientado a lo largo de un eje horizontal; un pistón (80) recibido de forma alternada en el cilindro, teniendo el pistón una cámara interior y unas paredes extremas primera y segunda, formando el pistón y el cilindro al menos una cámara de compresión (20, 22) en la que el gas está comprimido; una válvula (106) y un orificio (108) dispuestos en al menos una parte de la primera pared extrema (84), estando configurada la válvula y el orificio para admitir gas de la al menos una cámara de compresión a la cámara interior (82) durante una carrera de compresión de dicho pistón, y un cojinete de gas para soportar el pistón con respecto al bastidor, comprendiendo el cojinete de gas una abertura de salida (96, 98) para admitir el gas desde la cámara interior a un espacio entre el pistón y el cilindro, siendo la posición de al menos una abertura de salida y la presión del gas tales que el gas que admite el espacio ejerce una presión hacia arriba sobre la unidad de vástago de pistón, caracterizado porque el orificio (108) se extiende a través de una porción de cuerpo (116) de la válvula (106), teniendo la porción de cuerpo una pluralidad de trayectos de flujo (118) a través de los cuales el gas puede pasar desde el orificio a un área de asiento de válvula (120).

Description

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DESCRIPCION

Compresor de piston horizontal Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

Las realizaciones de la invencion se refieren en general a compresores de piston para comprimir gas, y mas particularmente a un compresor de piston horizontal que incorpora una disposicion de piston libre flotante.

Discusion de la tecnica relacionada

Los compresores de piston horizontal son conocidos, en general. Estos compresores de piston son en general grandes compresores de doble efecto con varios cilindros y se utilizan en la industria petrolera y petroqmmica. Las fuerzas de inercia que son el resultado de la gran masa de las partes alternativas del compresor son una razon importante para colocar los cilindros horizontalmente en el bastidor. Aunque una gran parte de estas fuerzas pueden ser compensadas equilibrando los movimientos de las unidades de piston /vastago de piston, las fuerzas restantes sobre el bastidor del compresor pueden ser absorbidas mas facilmente por la placa de soporte del compresor si se dirigen horizontalmente en lugar de verticalmente.

Los compresores de piston horizontal adolecen de un problema conocido en general con respecto a soportar la unidad de piston / embolo de piston alternativo con respecto a la parte estacionaria del compresor (es decir, el bastidor y el cilindro o cilindros que forman parte del mismo). En general, una unidad de piston / vastago de piston esta soportada en el lado de la cruceta por la cruceta que es guiada en el bastidor, y en el otro lado el piston descansa sobre la parte inferior de la pared del cilindro. El piston esta a menudo provisto de una o mas correas reemplazables, que se encuentran alrededor del piston en la direccion periferica y sobresalen del cuerpo del piston. Estas correas se conocen como anillos de conduccion.

Con el paso del tiempo, el desgaste de los anillos de conduccion conduce a un agotamiento, que es admisible solo dentro de ciertos lfmites. Generalmente, el aceite ha sido usado como lubricacion entre el piston y la pared del cilindro para evitar el desgaste excesivo de las superficies de apoyo y minimizar la aparicion de agotamiento. El problema con la lubricacion con aceite, sin embargo, es que el aceite lubricante puede contaminar el gas comprimido. Por consiguiente, existe una continua necesidad de compresores "sin aceite". Para fabricar un compresor "sin aceite" se requiere una cuidadosa seleccion del material de los anillos de conduccion y su fijacion al piston. En algunos casos los anillos de conduccion estan hechos de materiales con propiedades ventajosas de lubricacion y desgaste, tales como politetrafluoroetileno (PTFE), comunmente conocido como Teflon.

Como se ha indicado anteriormente, los compresores de piston horizontal se usan con frecuencia en situaciones en las que se requiere un funcionamiento continuo. Y aunque la construccion mecanica de tales compresores se ha desarrollado para que los compresores puedan operar continuamente con una alta eficiencia durante anos, la tasa de desgaste de los anillos de conduccion es mayor de la deseada. Asf, en la practica, los compresores tienen que ser cerrados despues de unos pocos meses para medir el desgaste de los anillos de conduccion y para poder sustituir cualquier anillo que pueda estar desgastado hasta niveles inaceptables.

Este mantenimiento afecta adversamente a la eficiencia total y la capacidad de servicio de este tipo de compresor. Por lo tanto, sena deseable proporcionar una disposicion de cojinete mejorada entre el piston y el cilindro del compresor que hace posible operar un compresor continuamente durante periodos considerablemente mas largos que los compresores actuales, como se describe p. ejemplo en el documento WO 96/15369.

Compendio de la descripcion

La presente invencion esta definida por las reivindicaciones adjuntas. Se describe un compresor de piston horizontal para comprimir un gas. El compresor puede incluir un bastidor que tiene un cilindro orientado a lo largo de un eje horizontal, y un piston recibido de forma alternativa en el cilindro. El piston puede tener una camara interior y unas paredes extremas primera y segunda. El piston y el cilindro pueden formar al menos una camara de compresion en la que se comprime el gas. El compresor puede incluir ademas una valvula y un orificio dispuestos en al menos una parte de la primera pared extrema del piston. La valvula y el orificio pueden estar configurados para admitir gas desde la camara de compresion a la camara interior durante una carrera de compresion de dicho piston. El compresor puede incluir tambien un cojinete de gas para soportar el piston con relacion al bastidor. El cojinete de gas puede comprender una abertura de salida para admitir gas desde la camara interior a un espacio entre el piston y el cilindro. La posicion de la al menos una abertura de salida y la presion del gas pueden ser tales que el gas admitido en el espacio ejerza una presion hacia arriba sobre la unidad de vastago de piston.

En algunas realizaciones, la valvula comprende una valvula cargada por resorte y el orificio comprende un inserto de orificio situado entre la valvula y la camara de compresion. En otras realizaciones no limitativas, la valvula es una valvula nominal de 1 pulgada y el inserto de orificio puede tener un diametro de orificio de aproximadamente 2 milfmetros a aproximadamente 5 milfmetros y una longitud de garganta de aproximadamente 7 milfmetros. Se

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apreciara que estos valores son meramente ilustrativos y que pueden usarse otros tipos de valvula, tamanos, diametros de orificio y longitudes de garganta sin apartarse del alcance de la descripcion.

En algunas realizaciones no limitativas, la abertura de salida esta configurada para mantener una relacion de presion diferencial entre la camara interior y el espacio entre el piston y el cilindro de aproximadamente 0,6 a aproximadamente 0,8. Se apreciara que estos valores son meramente ilustrativos y que pueden usarse otros valores. Se apreciara ademas que el valor de la presion diferencial esta determinado por la masa de la unidad de piston / vastago de piston.

La al menos una camara de compresion puede incluir primera y segunda camaras de compresion, donde la primera camara de compresion esta formada por el cilindro y la primera pared extrema del piston, y la segunda camara de compresion esta formada por el cilindro y la segunda pared extrema del piston. La primera camara de compresion puede tener primeras valvulas de entrada y salida y la segunda camara de compresion puede tener segundas valvulas de entrada y salida.

Cuando la presion del gas en la al menos una camara de compresion se eleva por encima de una presion de craqueo de la valvula, el gas en la al menos una camara de compresion puede ser admitido a traves de la valvula dentro de la camara interior del piston.

En algunas realizaciones, la abertura de salida incluye una pluralidad de aberturas de salida. El compresor puede incluir ademas primero y segundo anillos de conduccion dispuestos alrededor de la periferia del piston, donde el primer y segundo anillos de conduccion incluyen la pluralidad de aberturas de salida. En otras realizaciones, la pluralidad de aberturas de salida estan dispuestas en una porcion inferior del primer y segundo anillos de conduccion.

El compresor puede incluir una pluralidad de anillos de piston dispuestos alrededor de la periferia del piston. Al menos uno de la pluralidad de anillos de piston puede estar dispuesto entre el primer anillo de conduccion y la primera pared extrema del piston y al menos otro de la pluralidad de anillos de piston puede estar dispuesto entre el segundo anillo de conduccion y la segunda pared extrema del piston.

Se describe un piston para su uso en un compresor de piston horizontal. El piston puede estar configurado para recibir de forma alternativa un cilindro del compresor. El piston puede incluir una camara interior y unas paredes extremas primera y segunda y puede estar configurado para formar al menos una camara de compresion con el cilindro en el que se comprime un gas. El piston puede incluir una valvula y un orificio dispuestos en al menos una parte de la primera pared extrema. La valvula y el orificio pueden estar configurados para admitir gas desde la camara de compresion a la camara interior durante una carrera de compresion del piston. El piston puede formar un cojinete de gas para soportar el piston con respecto a un bastidor del compresor. El cojinete de gas puede comprender una abertura de salida para admitir gas desde la camara interior a un espacio entre el piston y el cilindro. La posicion de al menos una abertura de salida y la presion del gas pueden ser tales que el gas admitido en el espacio ejerza una presion hacia arriba sobre el piston.

Breve descripcion de los dibujos

Los dibujos adjuntos ilustran realizaciones preferidas del metodo descrito hasta ahora ideado para la aplicacion practica de sus principios, y en los que:

• la figura 1 es una vista en seccion transversal de un compresor de piston de doble efecto horizontal a modo de ejemplo que incluye el piston libre flotante descrito;

• la figura 2 es una vista lateral de un anillo de conduccion a modo de ejemplo para uso en el compresor de la figura 1;

• la figura 3 es una vista en seccion transversal, tomada a lo largo de la lmea 3-3 de la figura 2, del anillo de conduccion de la figura 2;

• la figura 4 es una vista desde abajo del anillo de conduccion de la figura 2;

• la figura 5 es una vista en seccion transversal de una realizacion a modo de ejemplo de la disposicion de piston libre flotante (FFP - Free Floating Piston) descrita;

• la figura 6 es una vista en seccion transversal de una valvula FFP a modo de ejemplo para uso en la disposicion FFP de la figura 5; y

• la figura 7 es una vista en seccion transversal de la disposicion FFP a modo de ejemplo de la figura 5 que ilustra un ejemplo de flujo de gas a traves del FFP.

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Descripcion de realizaciones

Se describe un piston mejorado para su uso en compresores de piston horizontal. El piston mejorado esta disenado para flotar sobre una pelfcula de gas creada entre el piston y la pared del cilindro asociada, reduciendo as^ el desgaste de los componentes del piston en funcionamiento. Al reducir el desgaste, el diseno descrito permite que el compresor asociado funcione durante penodos mas largos entre la renovacion del componente en comparacion con los disenos anteriores. Como se describira con mayor detalle mas adelante, el diseno descrito tambien acomoda una gama mas amplia de presiones de funcionamiento diferenciales (succion frente a descarga) y diametros de piston mas pequenos, en comparacion con dispositivos anteriores que emplean dicha tecnologfa de pelfcula de gas, un ejemplo de los cuales se describe en el documento EP 0 839 280, cuya totalidad se incorpora aqu como referencia.

Haciendo referencia a las figuras 1 a 4, se muestra un compresor 1 de piston horizontal a modo de ejemplo. El compresor puede incluir un bastidor 2, en el que un cilindro 4 esta dispuesto de manera deslizable. El cilindro 4 contiene un piston 6 que puede moverse alternativamente en el cilindro 4. La parte inferior del piston se muestra en seccion y la parte superior en elevacion.

Un vastago de piston 8 esta fijado al piston 6 en su extremo derecho, y en su extremo izquierdo esta conectado a la cruceta 10. La cruceta10 esta guiada alternativamente en una lmea recta horizontal en el bastidor 2 del compresor por medio de las grnas 12. El movimiento de la cruceta 10 es producido por una manivela, tal como se conoce en general en el caso de compresores de piston horizontal. El movimiento giratorio del arbol de accionamiento 14 se transmite a la cruceta 10 por medio de la manivela 16 a la que esta conectado y la biela 18, que esta acoplada entre la manivela 16 y la cruceta10.

El compresor es del tipo de doble efecto, en el que se forman camaras de compresion 20 y 22 en el cilindro 4 a cada lado del piston 6. Cada una de las camaras de compresion 20, 22 esta provista de una valvula de entrada 24, 26 y una valvula de salida 28, 30, respectivamente. En el movimiento del piston 6 en la direccion del mecanismo de manivela (es decir, a la izquierda en la figura 1), el gas a una presion de succion se introduce por medio de la valvula de entrada 24 en la camara de compresion 20. Al mismo tiempo, el gas presente en la camara de compresion 22 es comprimido y descargado a una presion de descarga por medio de la valvula de salida 30. Aunque no se muestra, una fuente de gas esta acoplada a las valvulas de entrada 24, 26 de las camaras de compresion 20, 22, mientras que las valvulas de salida 28, 30 se acoplaran a una tubena de descarga apropiada.

Como puede verse, el bastidor 2 del compresor esta situado sobre una placa de soporte de tal manera que el cilindro 4 esta situado en una posicion horizontal. Se describe una disposicion para el soporte de cojinete de la unidad de piston / vastago de piston, formada por el piston 6 y el vastago de piston 8. En el extremo izquierdo de la figura 1, la unidad descansa a traves de la cruceta 10 sobre el bastidor 2, siendo introducido generalmente aceite lubricante entre las grnas 12 y la cruceta 10. Sin embargo, este soporte en la cruceta 10 no puede impedir que el piston 6 se arrastre a lo largo de la parte inferior de la pared del cilindro 4, en particular porque habra un cierto grado de juego entre la cruceta 10 y las grnas 12, lo que permite la inclinacion de la cruceta 10, y porque el delgado vastago de piston 8 se doblara. Los otros medios de cojinete que soportan la unidad de piston / vastago de piston se describen a continuacion.

Alrededor del piston 6, cerca de cada cara extrema del mismo, un anillo de conduccion, que se explicara con mas detalle con referencia a las figuras 2, 3 y 4, esta montado en una ranura periferica en el cuerpo del piston 6. Los anillos de conduccion 32 y 34 se proyectan a una corta distancia mas alla del cuerpo del piston 6. Tambien puede estar dispuesto un conjunto de anillos de piston 36 alrededor del cuerpo del piston 6. En la realizacion ilustrada, los anillos de piston 36 estan dispuestos entre los anillos de conduccion 32, 34. Se apreciara, sin embargo, que en otras realizaciones los anillos de piston 36 pueden estar dispuestos entre los anillos de conduccion 32, 34 y los extremos del piston 6. Como se apreciara, los anillos de piston 36 pueden actuar para evitar que el gas fluya desde el lado de alta presion del cilindro 4 hasta el lado de baja presion.

Como puede verse en la figura 1, una camara 42 del piston 6 esta en comunicacion con una o mas aberturas de flujo de salida 38, 40 formadas en cada anillo de conduccion. La fuente, que esta formada por una camara 42 combinada con la parte del compresor que suministra gas a presion a dicha camara 42, debe estar disenada de tal manera que durante el funcionamiento del compresor el gas a presion fluya constantemente fuera de la camara 42 hacia las aberturas de salida 38 y 40. Como se apreciara, el gas forma una pelfcula de gas entre los anillos de conduccion 32, 34 y la pared lisa del cilindro 4. La capacidad de soporte de esta pelfcula de gas esta determinada por la presion del gas en la pelfcula y la superficie sobre la cual actua la presion sobre la parte de la unidad de piston / barra de piston a ser soportada. Esta superficie sera una seccion de la mitad inferior del anillo de conduccion.

Se apreciara que en algunas realizaciones los anillos de conduccion no pueden estar dispuestos en una ranura en el cuerpo del piston, sino que mas bien el cuerpo del piston puede estar construido de varios segmentos separados, y un anillo de conduccion puede estar sujeto entre dos segmentos.

Una realizacion a modo de ejemplo de los anillos de conduccion 32 y 34 se describira ahora en relacion con el anillo de conduccion 32 de las figuras 2, 3 y 4. El anillo de conduccion 32 es un elemento anular con un diametro interno cilmdrico preciso, que esta adaptado a la ranura periferica que se ha de formar en el cuerpo del piston, en cuya

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ranura se coloca el anillo. Sin embargo, la periferia exterior del anillo de conduccion 32 no es exactamente cilmdrica. Como puede verse en la figura 2, el segmento inferior de la periferia exterior cuando el anillo de conduccion esta montado tiene un radio ligeramente mayor que el segmento superior que se conecta al mismo. El segmento inferior se extiende a traves de un angulo a cada lado de la vertical 41, y el radio se corresponde virtualmente con el radio del cilindro a lo largo del cual se mueve el anillo de conduccion. Las razones de este diseno de la periferia exterior es que para formar la pelfcula de gas entre el anillo de conduccion 32 y el cilindro 4 debe estar configurada para mover el piston 6 hacia arriba una pequena distancia y debe quedar suficiente juego para la deformacion mecanica y termica.

Puede verse en la figura 3 que una boquilla 44 esta acoplada al anillo de conduccion, con un orificio que se abre en una cara extrema 45 circular. La cara extrema 45 se halla rebajada con respecto a la periferia exterior del anillo de conduccion 32. Para el ajuste de la pelfcula de gas puede ser importante que la abertura de salida 46 en la boquilla 44 pueda restringir el flujo de gas. La abertura de salida 46 esta en comunicacion con la camara 42 por medio de un orificio 48 en la pared del piston 6 (vease la figura 1).

Como se ha descrito anteriormente, se determina la capacidad de soporte de este sistema de cojinete de gas, entre otros, por la superficie efectiva sobre la cual la pelfcula de gas soporta la unidad de piston / vastago de piston. Con el fin de obtener una superficie grande con una pelfcula de gas estable, se proporciona un patron de ranuras en el segmento inferior del anillo de conduccion 32, que puede verse en particular en la figura 4. En una realizacion, el patron de ranuras comprende dos ranuras principales paralelas 48, 50, que se encuentran a cada lado de la boquilla 44. Se puede observar en la figura 2 que cada una de las ranuras principales 48, 50 se extiende de forma simetrica hacia uno y otro lado a lo largo de la abertura de salida 46 de la boquilla 44 situada en la vertical 42. Una ranura transversal central 52 conecta las dos ranuras principales 48, 50 a la abertura de salida 46. En sus extremos, las ranuras principales 48, 50 estan conectadas por ranuras transversales 54. Las ranuras transversales 56 a 62, situadas simetricamente con respecto a la vertical 42, conectan las dos ranuras principales 48, 50 y de esta manera forman los campos 64 a 78. Los campos 64 a 78 estan alineados con la parte restante del segmento inferior del anillo de conduccion 32.

Se apreciara que el patron ilustrado de ranuras es solo una solucion posible, y por lo tanto no es limitativa. Se contempla que en ciertas aplicaciones se puede eliminar el patron de ranuras y, en su lugar, se pueden proporcionar una o mas aberturas de salida en forma de un simple agujero. Los anillos de conduccion 32 y 34 pueden estar hechos de un material que tiene propiedades de funcionamiento de emergencia ventajosas, de manera que, si la pelfcula de gas cae accidentalmente, no se producira ningun desgaste indeseable de la pared del cilindro. Un ejemplo no limitativo de un material adecuado es PTFE.

Como se ha indicado anteriormente, el gas no se muestra, y se apreciara que se contemplan una diversidad de disposiciones de suministro diferentes. En principio, la condicion principal que tal fuente debe cumplir es que el gas debe fluir constantemente fuera de una o mas de las aberturas de salida, con el fin de mantener una pelfcula de gas entre el cilindro y el piston. El flujo de salida del gas desde una abertura de salida dependera, en este caso, entre otros, sobre la presion en la region a la cual fluye el gas. En algunas realizaciones puede ser importante que la fuente pueda suministrar gas a una presion que sea mas alta o considerablemente menor que la presion maxima de suministro del gas en una camara de compresion del compresor. Por ejemplo, es posible que la fuente sea formada por una etapa de presion mas alta del mismo compresor o de otro compresor.

Con referencia ahora a figura 5 se describira con mayor detalle un piston 80 a modo de ejemplo para su uso con el compresor 1 descrito. El piston 80 es un elemento en general cilmdrico que tiene una camara interior 82 y unos extremos primero y segundo 84, 86. Un vastago de piston 88 se extiende a traves de aberturas en el primer y segundo extremos 84, 86 para mover el piston 80 de una manera redproca dentro del cilindro 90. El piston 80 puede incluir un primer y un segundo anillos de conduccion 92, 94 dispuestos en ranuras circunferenciales formadas en la superficie exterior del piston. El primer y el segundo anillos de conduccion 92, 94 pueden tener una construccion sustancialmente igual a los anillos de conduccion descritos en relacion con las figuras. 2 a 4. De este modo, una parte inferior de cada anillo puede incluir una abertura de salida 96, 98 en comunicacion con un orificio 100, 102 respectivo formado en la pared del piston para permitir que el gas en la camara interior 82 salga a traves de las aberturas y taladros de salida. El piston 80 puede incluir tambien una pluralidad de anillos de piston 104 situados entre los anillos de conduccion 92, 94 y los respectivos extremos 84, 86 del piston. Los anillos de piston 104 pueden estar dispuestos en ranuras circunferenciales formadas en la superficie exterior del piston. La realizacion ilustrada emplea dos pares de anillos de piston 104 entre cada anillo de conduccion y el respectivo extremo del piston. Se apreciara que tambien se pueden usar disposiciones alternativas.

Una valvula 106 puede estar dispuesta en el primer extremo 84 (o alternativamente, el segundo extremo 86) del piston 80 para proporcionar una trayectoria de flujo para que el gas se desplace desde la camara de compresion 22 del cilindro 4 (vease la figura 1) en la camara interior 82 del piston. Como se describira con mas detalle mas adelante, la valvula 106 puede incluir un orificio 108 situado aguas arriba de la valvula. En una realizacion, la valvula 106 es una valvula cargada por resorte y el orificio 108 esta integrado solidariamente a la valvula 106. De esta manera, se puede admitir gas en la camara interior 82 cuando se logra una presion predeterminada en la camara de compresion 22 del cilindro. El gas puede entonces pasar a traves de las aberturas de salida 96, 98 en los anillos de

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conduccion 92, 94 a lo largo de la direccion de la flecha "A" para proporcionar la capa de gas antes mencionada entre la superficie exterior del piston 80 y la superficie interna del cilindro 4.

Haciendo referencia a la figura 6, se muestra una realizacion a modo de ejemplo no limitativa de una valvula 106 para su uso con el piston 80 de la figura 5. La valvula 106 puede incluir una porcion de orificio integral 108 que, en la realizacion ilustrada, consiste en un inserto roscado recibido en una porcion de entrada 110 de la valvula. Se apreciara que, aunque se muestra un inserto de orificio roscado, tal disposicion no es limitativa, y tambien se contemplan otras disposiciones de orificios. En la realizacion ilustrada, la porcion de orificio 108 puede tener un cuerpo roscado 112 y un orificio 114. El orificio 114 puede tener un diametro de orificio "OD" y una longitud de garganta "TL". En una realizacion a modo de ejemplo no limitativa, el diametro del orificio "OD" puede ser de aproximadamente 2 milfmetros (mm) a aproximadamente 5 mm, y la longitud de la garganta puede ser de un mmimo de aproximadamente 7 mm. Se apreciara, sin embargo, que pueden usarse tambien otras valvulas, y otros orificios que tienen otras dimensiones de orificio y longitudes de garganta. La valvula 106 puede incluir una porcion de cuerpo 116 que tiene una pluralidad de trayectorias de flujo 118 a traves de las cuales el gas puede pasar desde la porcion de orificio 108 al area de asiento 120. Una porcion 122 de vastago de valvula puede incluir una superficie 122 enfrentada que esta solicitada por resorte para entrar en contacto con una parte 124 de asiento de valvula del cuerpo de valvula a traves de un resorte 126 montado alrededor del vastago 128 de valvula. La interaccion entre la superficie enfrentada 122 y la porcion de asiento de valvula 124 bloquea el flujo de gas desde los trayectos de flujo 118 cuando la presion de gas en la valvula es inferior a una presion de craqueo predeterminada. Cuando la presion del gas en la valvula excede la presion de craqueo predeterminada, el resorte 126 se comprime y la superficie 122 enfrentada se aleja de la parte del asiento de la valvula, permitiendo que el gas fluya a traves de la valvula y dentro de la camara interna 82 del piston (vease la figura 5). La figura 6 ilustra la valvula 106 en la configuracion abierta en la que el gas puede pasar de la camara de compresion 22 a la camara interna 82 del piston (figura 5). Cuando la presion del gas en la valvula se reduce a un valor por debajo de la presion de craqueo predeterminada, la fuerza del resorte 126 mueve entonces la superficie enfrentada 122 en acoplamiento con la porcion de asiento de valvula 124, impidiendo el flujo de gas entre el cuerpo y el asiento.

Se apreciara que el orificio 108 puede montarse por separado en el cuerpo del piston, y por lo tanto no necesita ser solidario de la valvula 106. El diametro del orificio esta disenado para limitar el caudal a aproximadamente el 1% del flujo de suministro del piston espedfico. La presion de craqueo se determina por la carga de resorte en la cara de placa 122 y es el parametro principal para la estabilidad (apertura y cierre gradual) de la cara 122. En algunas realizaciones, la presion de craqueo puede ser inferior al 0,5% de la presion en las camaras 20 y/o 22 (figura 5).

La figura 7 muestra un ejemplo de recorrido de flujo de gas a traves del orificio FFP 108, valvula 106 y piston 80 durante el funcionamiento. Como se puede ver, el piston 80 esta posicionado para movimiento redproco dentro del cilindro 90, de manera que cuando el piston 80 se mueve dentro del cilindro 90, el gas es arrastrado dclicamente a traves de las valvulas de entrada 24, 26 hacia las camaras de compresion 20, 24 respectivamente y es descargado a traves de las valvulas de salida 28, 30, respectivamente. En la posicion ilustrada, el movimiento de derecha a izquierda del piston 80 esta haciendo pasar gas a la camara de compresion 20 a traves de la valvula de entrada 24. Al mismo tiempo, el gas que fue previamente aspirado a traves de la valvula de entrada 26 esta siendo comprimido en la camara de compresion 22 y esta siendo descargado en la direccion de la flecha "B" a traves de la valvula de salida 28. A medida que el gas en la camara de compresion 22 alcanza la presion de craqueo de la valvula 106 (es decir, una presion que supera la fuerza de empuje del resorte de valvula 126), la superficie 122 enfrentada de la valvula 106 se aleja de la porcion de asiento de valvula 124 permitiendo que el gas comprimido entre en la camara interna 82 del piston 80 como se muestra por la flecha "C”. El gas comprimido en la camara interior 82 del piston 80 fluye a continuacion a traves de las aberturas de salida 96, 98 en los anillos de conduccion 92, 94 (es decir, a lo largo de la direccion de la flecha "D") para crear una fina capa de gas entre el piston 80 y el cilindro 90. Esta delgada capa de gas proporciona una fuerza hacia arriba deseada sobre el piston 80, contrarrestando de este modo la gran fuerza hacia abajo sobre los anillos de piston 104 y los anillos de conduccion 92, 94 que de otro modo existinan. Minimizar la fuerza hacia abajo sobre los anillos de conduccion y los anillos de piston reduce asf el desgaste por friccion durante la vida util del compresor.

Aunque la figura 7 muestra que solo se ha descrito la carrera de derecha a izquierda del piston 80, se apreciara que se realizara un esquema de compresion de gas similar por una carrera de izquierda a derecha (es decir, el gas sera aspirado a la camara 22 a traves de la valvula de entrada 26 y el gas comprimido sera expulsado de la camara 20 por medio de la valvula de salida 28). Sin embargo, la diferencia es que con la carrera de izquierda a derecha del piston 80 no se admite gas en la camara interior 82 del piston 80.

En algunas realizaciones no limitativas, la disposicion de FFP descrita puede abarcar aplicaciones que tienen un diferencial entre las presiones de succion y de descarga del cilindro espedfico en exceso de 50 bares (hasta aproximadamente 250 bares) y con diametros de piston de 500 mm o menos. Se apreciara que tambien pueden abarcarse otras diferencias de presion utilizando el diseno descrito.

Como se ha descrito, la valvula FFP 106 se abre cuando la presion en la camara de compresion 22 supera la presion en la camara interior 82 del piston 80. La presion de la capa de gas (es decir, la capa entre el cilindro y el piston) esta dictada por el peso del piston y el perfil de las aberturas de salida 96, 98 en los anillos de conduccion 92, 94. Esta capa de gas puede denominarse "cojinete de gas".

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Como se apreciara, la presion diferencial entre el cojinete de gas y la camara interior 82 disminuye a traves de las aberturas de salida 96, 98. Las aberturas de salida limitan el flujo de gas y, por tanto, la separacion (es dedr, el espesor) del cojinete de gas. No obstante, las aberturas de salida 96, 98 no influyen en la fuerza de elevacion, de modo que cuando la diferencia de presion entre la camara interior y el cojinete de gas es alta, las aberturas de salida no pueden limitar adecuadamente el flujo de gas, que es indeseable. Cuando la relacion de presion sobre las aberturas de salida 96, 98 se aproxima a una relacion cntica (<0,6), las propiedades de apoyo del cojinete de gas pueden llegar a ser inestables. Esto significa que el cojinete de gas puede no responder a variaciones en la carga, la "rigidez" del cojinete esta en o cerca de cero, y el cojinete rebotara.

Por lo tanto, como se apreciara, las aberturas de salida en los anillos de conduccion 92, 94 determinan la rigidez del cojinete de gas. La relacion de presion optima a traves de las aberturas de salida 96, 98 esta entre aproximadamente 0,6 y 0,8. En el caso de una presion diferencial en el cilindro espedfico, por encima de 50 bares, esto puede no ser suficiente para limitar el flujo de gas al cojinete de gas. En tal caso, debe reducirse la presion dentro de la camara interna del piston 82. El area de paso de gas, por ejemplo, de una valvula de 25,4 mm (1 pulgada)(valvula 106) puede ser demasiado grande para el flujo requerido, incluso con la elevacion minima de la placa de valvula. La solucion, como se ha descrito, es reducir la presion de suministro a un nivel tal que la relacion de presion sobre las aberturas de salida 96, 98 este dentro del intervalo deseado (0,6 a 0,8). La reduccion de la presion de suministro puede obtenerse por la reduccion del flujo que pasa a traves de la valvula FFP 106. Para estrangular el flujo, se instala un orificio 108 en la entrada de la valvula 106. El taladro de este orificio 108 puede ajustarse para conseguir una zona de estrangulacion deseada segun sea apropiado para la aplicacion.

El orificio 108 funciona para proteger la valvula para presiones diferenciales elevadas y, con ello, altas velocidades de impacto en el area de asiento de valvula 120. Las condiciones de funcionamiento de la valvula FFP 106 son muy diferentes de las valvulas compresoras "estandar", ya que estan sometidas a presiones diferenciales crecientes incluso cuando la valvula esta abierta, y a fuerzas de aceleracion debidas al movimiento del piston 80.

La aplicacion de un orificio de estrangulacion aguas arriba de la placa de valvula normalmente no se hace, ya que el orificio introduce perdidas de flujo, lo cual no es deseable en las valvulas de compresor de succion y descarga tradicionales. Con la disposicion descrita, la combinacion de orificio / valvula es capaz de mantener la presion del gas en la camara interna 82 del piston 80 a un nivel deseado de modo que la relacion de presion diferencial a traves de las aberturas de salida 96, 98 se mantenga entre aproximadamente 0,6 y aproximadamente 0,8. Se apreciara que este intervalo no es limitativo y que la disposicion descrita puede usarse con diferentes relaciones de presion diferencial.

Este diseno descrito es apropiado, pero no esta limitado a, uso en cilindros de compresores de alta presion. Esto hace que los rangos de aplicacion sean mas flexibles. La invencion se puede aplicar a cualquier tamano de valvulas o diametros de cilindro

Aunque se describe en relacion con compresores de doble efecto, quedara claro que la disposicion descrita anteriormente para el soporte de cojinete de la unidad de piston / vastago de piston con relacion a las partes estacionarias del compresor tambien se puede usar para compresores de simple efecto o tandem. Aunque se ha descrito la presente invencion con referencia a ciertas realizaciones, son posibles numerosas modificaciones, alteraciones y cambios en las realizaciones descritas sin apartarse del espmtu y alcance de la invencion, como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por consiguiente, se pretende que la presente invencion no se limite a las realizaciones descritas, sino que tiene el alcance completo definido por el lenguaje de las siguientes reivindicaciones.

Claims (14)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Un compresor de piston horizontal para comprimir un gas, que comprende:

   un bastidor (2) que tiene un cilindro (90) orientado a lo largo de un eje horizontal;

   un piston (80) recibido de forma alternada en el cilindro, teniendo el piston una camara interior y unas paredes extremas primera y segunda, formando el piston y el cilindro al menos una camara de compresion (20, 22) en la que el gas esta comprimido;

   una valvula (106) y un orificio (108) dispuestos en al menos una parte de la primera pared extrema (84), estando configurada la valvula y el orificio para admitir gas de la al menos una camara de compresion a la camara interior (82) durante una carrera de compresion de dicho piston, y

   un cojinete de gas para soportar el piston con respecto al bastidor, comprendiendo el cojinete de gas una abertura de salida (96, 98) para admitir el gas desde la camara interior a un espacio entre el piston y el cilindro, siendo la posicion de al menos una abertura de salida y la presion del gas tales que el gas que admite el espacio ejerce una presion hacia arriba sobre la unidad de vastago de piston, caracterizado porque el orificio (108) se extiende a traves de una porcion de cuerpo (116) de la valvula (106), teniendo la porcion de cuerpo una pluralidad de trayectos de flujo (118) a traves de los cuales el gas puede pasar desde el orificio a un area de asiento de valvula (120).
2. 2. El compresor de piston horizontal de la reivindicacion 1, en el que la valvula comprende una valvula cargada por resorte y el orificio comprende un inserto de orificio situado entre la valvula y la al menos una camara de compresion.
3. 3. Compresor de piston horizontal segun la reivindicacion 1, en el que la abertura de salida esta configurada para mantener una relacion de presion entre la camara interior y el espacio entre el piston y el cilindro, siendo la relacion de presion mayor de aproximadamente 0,6.
4. 4. Compresor de piston horizontal de la reivindicacion 1, en el que la abertura de salida esta configurada para mantener una relacion de presion entre la camara interior y el espacio entre el piston y el cilindro, estando la relacion de presion entre aproximadamente 0,6 y 0,8.
5. 5. Compresor de piston horizontal segun la reivindicacion 1, en el que la al menos una camara de compresion comprende una primera y una segunda camaras de compresion, estando la primera camara de compresion formada por el cilindro y la primera pared extrema del piston, estando la segunda camara de compresion formada por el cilindro y la segunda pared extrema del piston, teniendo la primera camara de compresion primeras valvulas de entrada y salida y teniendo la segunda camara de compresion segundas valvulas de entrada y salida.
6. 6. Compresor de piston horizontal segun la reivindicacion 1, en el que, cuando la presion del gas en la al menos una camara de compresion se eleva por encima de una presion de craqueo de la valvula, el gas en la al menos una camara de compresion es admitida a traves de la valvula dentro de la camara interior del piston.
7. 7. Compresor de piston horizontal segun la reivindicacion 1, en el que la abertura de salida comprende una pluralidad de aberturas de salida, comprendiendo ademas el compresor de piston horizontal unos primeros y segundos anillos de conduccion dispuestos alrededor de una periferia del piston, comprendiendo el primer y el segundo anillo de conduccion la pluralidad de aberturas de salida.
8. 8. El compresor de piston horizontal de la reivindicacion 7, que comprende ademas una pluralidad de anillos de piston dispuestos alrededor de la periferia del piston, estando al menos uno de la pluralidad de anillos de piston dispuestos entre el primer anillo de conduccion y la primera pared extrema del piston y al menos otro de la pluralidad de anillos de piston dispuestos entre el segundo anillo de conduccion y la segunda pared extrema del piston.
9. 9. Un piston (80) para uso en un compresor de piston horizontal, que comprende:

   un piston (80) configurado para ser recibido de forma alternada en un cilindro (90) de dicho compresor, teniendo el piston una camara interior (82) y una primera y segunda paredes extremas, configurandose el piston para formar al menos una camara de compresion con el cilindro en que se comprime un gas;

   una valvula (106) y un orificio (108) dispuesto en al menos una parte de al menos una de las primera y segunda paredes extremas (84, 86), estando configurados la valvula y el orificio para admitir gas desde al menos una camara de compresion a la camara interior durante una carrera de compresion de dicho piston, y

   un cojinete de gas para soportar el piston (980) con respecto a un bastidor del compresor, comprendiendo el cojinete de gas una abertura de salida (96, 98) para admitir el gas desde la camara interior a un espacio entre el piston y el cilindro, siendo la al menos una abertura de salida y la presion del gas tales que el gas admitido en el espacio ejerce una presion hacia arriba sobre el piston, caracterizado porque el orificio (108)

   se extiende a traves de una porcion de cuerpo (116) de la valvula, teniendo la porcion de cuerpo una pluralidad de trayectos de flujo (118), aunque el gas puede pasar desde el orificio a un area de asiento de valvula (120).
10. 10. El piston de la reivindicacion 9, en el que la valvula comprende una valvula cargada por resorte y el orificio 5 comprende un inserto de orificio situado entre la valvula y la al menos una camara de compresion.
11. 11. Piston segun la reivindicacion 9, en el que la abertura de salida esta configurada para mantener una relacion de presion entre la camara interior y el espacio entre el piston y el cilindro, siendo la relacion de presion mayor de aproximadamente 0,6.
12. 12. El piston de la reivindicacion 9, en el que el orificio y la valvula estan configurados para admitir gas en la camara 10 interior del piston cuando una presion de gas adyacente a la primera pared extrema o la segunda pared extrema se

    eleva por encima de una presion de craqueo de la valvula.
13. 13. Piston segun la reivindicacion 9, en el que la abertura de salida comprende una pluralidad de aberturas de salida, comprendiendo ademas el piston unos primeros y segundos anillos de conduccion dispuestos alrededor de una periferia del piston, estando la pluralidad de aberturas de salida dispuestas en una parte inferior del primer y

    15 segundo anillos de compresion.
14. 14. Piston segun la reivindicacion 13, que comprende ademas una pluralidad de anillos de piston dispuestos alrededor de la periferia del piston, estando al menos uno de la pluralidad de anillos de piston dispuestos entre el primer anillo de conduccion y la primera pared extrema del piston y al menos otro de la pluralidad de anillos de piston dispuestos entre el segundo anillo de conduccion y la segunda pared extrema del piston.

    20 15. El piston de la reivindicacion 9, en el que la abertura de salida esta configurada para mantener una relacion de

    presion entre la camara interior y el espacio entre el piston y el cilindro, estando la relacion de presion entre aproximadamente 0,6 y 0,8.