ES2968005T3 - Sellado de gas a alta presión - Google Patents

Abstract

Un sistema de procesamiento de gas incluye un recipiente (102) que define una cavidad (106) para procesar un gas. El recipiente incluye una entrada de gas de proceso (108) para aceptar gas de proceso a una presión de entrada, y una salida de gas de proceso (110) para descargar gas de proceso a una presión de salida. El sistema de procesamiento de gas incluye además un eje (122) acoplado al recipiente y un sistema de sellado multietapa (114) que comprende múltiples sellos (136) espaciados a lo largo del eje. El eje está configurado para transferir energía mecánica hacia o desde el gas en el recipiente. Cada par de sellos adyacentes define un espacio de presión correspondiente entre ellos. Uno de los espacios de presión es un espacio de presión de ecualización (144a) en comunicación hidráulica con la entrada de gas de proceso a través de una línea de flujo (116), de manera que en funcionamiento, la presión en el espacio de presión de ecualización se mantiene a una presión ecualizada con respecto a una presión en la entrada del gas de proceso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sellado de gas a alta presión

Esta invención se refiere al sellado de ejes de equipos de procesamiento de gas a alta presión, tales como compresores, particularmente con sistemas de sellado progresivo.

ANTECEDENTES

Los sistemas de sellado progresivos o de múltiples etapas se emplean comúnmente cuando se deben mantener altas presiones diferenciales, como por ejemplo entre la atmósfera y una cavidad de alta presión dentro de que se extiende un eje móvil. Un sellado eficaz y fiable suele requerir un sistema de sellado en el que la presión se reduzca a lo largo del eje por etapas o progresivamente a lo largo de un laberinto. La industria de la compresión se esfuerza por aumentar la presión de trabajo máxima permitida y la velocidad del sistema según lo requieran las exigentes especificaciones del cliente. Sin embargo, el aumento de la presión diferencial normalmente hace que sea más difícil contener gas dentro del sistema y también puede aplicar más tensión en los elementos de sellado asociados, aumentando de esta forma las pulsaciones de presión dentro del sistema, el consumo de aceite lubricante y la emisión no deseada de gas a la atmósfera. Se conocen sistemas de sellado similares a partir de los documentos RU2082488C1 y por CN101832248A.

SUMARIO

Un aspecto de la invención presenta un sistema de procesamiento de gas con un recipiente que define una cavidad para procesar un gas y que tiene una entrada de gas de proceso para aceptar gas de proceso a una presión de entrada, y una salida de gas de proceso para descargar gas de proceso a una presión de salida. Un eje está acoplado al recipiente y configurado para transferir energía mecánica hacia o desde el gas en el recipiente. El sistema tiene un sistema de sellado progresivo que define un espacio de presión intermedia entre sellos adyacentes espaciados a lo largo del eje entre la cavidad y la atmósfera. La presión máxima en el espacio de presión intermedia es menor que una presión mayor entre la presión de entrada y la presión de salida, y mayor que la presión atmosférica. "Progresivo" significa que el sistema de sellado tiene múltiples miembros de sellado entre un punto de alta presión y un punto de baja presión. En muchos casos, estos sistemas reducen progresivamente la presión en etapas entre los puntos de alta y baja presión. En particular, el espacio de presión intermedia está en comunicación hidráulica con la entrada de gas de proceso a través de una línea de flujo separada del eje. Con "hidráulico" no se quiere decir que se trata de un líquido.

En algunos casos, como en un sistema compresor de gas, la presión de salida es mayor que la presión de entrada.

En algunos ejemplos, el sistema de sellado define múltiples espacios de presión entre sellos adyacentes espaciados a lo largo del eje, incluido el espacio de presión intermedia y un segundo espacio que, durante el funcionamiento, alcanza una presión máxima inferior a una presión máxima en el espacio de presión intermedia y superior a la presión atmosférica.

Algunas realizaciones también tienen una fuente de gas de purga en comunicación hidráulica con el segundo espacio de presión y bajo presión suficiente para hacer que el gas de purga fluya desde la fuente de gas de purga hacia el sistema de sellado y a lo largo del eje alejándose del recipiente. Los múltiples espacios de presión pueden incluir un espacio de presión de ventilación, por ejemplo, en comunicación hidráulica con un respiradero para ventilar al menos parte del gas de purga.

En algún ejemplo, el sistema de sellado tiene una serie de cuatro sellos que definen tres espacios de presión. Algunos ejemplos tienen un número aún mayor de sellos que delimitan espacios de presión discretos. Los múltiples espacios de presión pueden incluir un espacio de presión en comunicación hidráulica con una fuente presurizada de lubricante.

En algunas realizaciones, el espacio de presión intermedia está en comunicación hidráulica directa con la entrada de gas de proceso. Con "directo" se quiere decir que no hay componentes del sistema trabajando activamente en el gas de proceso entre la trayectoria de flujo y la entrada de compresor, realizando trabajo sobre el gas o eliminando trabajo del gas.

Preferentemente, para muchas aplicaciones, la presión en el espacio de presión intermedia se mantiene dentro del 30 por ciento de la presión de entrada.

En muchas aplicaciones, la línea de flujo es la única entrada o salida dentro o fuera del espacio de presión intermedia en funcionamiento, además de a lo largo de la superficie del eje.

En algunas realizaciones, el recipiente comprende un cilindro en el que el eje alterna, el eje alterna dentro del sistema de sellado. Por ejemplo, el recipiente puede ser un cilindro compresor.

En algunas otras realizaciones, el eje gira con respecto al recipiente durante la transferencia de energía entre el eje y el gas de proceso dentro del recipiente, girando el eje dentro del sistema de sellado. En algunas de dichas realizaciones, los sellos adyacentes son partes adyacentes de un sello laberíntico continuo, siendo el espacio de presión intermedia una parte intermedia de una trayectoria de flujo laberíntica a través del sello.

En algunos ejemplos, la trayectoria de flujo define un orificio de estrangulamiento que puede ser ajustable y/o controlable para afectar el flujo a lo largo de la trayectoria de flujo.

En algunos casos, la trayectoria de flujo incluye una válvula unidireccional que restringe el flujo a lo largo de la trayectoria de flujo hacia el espacio de presión intermedia, tal como para inhibir el flujo de gas de proceso hacia el sistema de sellado desde la entrada.

En algunas realizaciones, cada uno de los sellos está montado en uno respectivo de una pluralidad de carcasas de sello acopladas entre sí a lo largo del eje. La línea de flujo puede estar definida en parte por aberturas alineadas en múltiples carcasas de sello.

En algunas realizaciones, el recipiente, el eje y el sistema de sellado son componentes de una primera etapa de procesamiento de gas, incluyendo además el sistema de procesamiento de gas una segunda etapa de procesamiento de gas que tiene un segundo recipiente, un segundo eje y un segundo sistema de sellado de múltiples etapas. La primera y segunda etapas de procesamiento de gas están conectadas de manera que la salida de la primera etapa de procesamiento de gas esté conectada a una entrada de la segunda etapa de procesamiento de gas. El segundo sistema de sellado de múltiples etapas define un segundo espacio de presión intermedia en comunicación hidráulica con la entrada de gas de proceso del recipiente de la primera etapa de procesamiento de gas a través de una segunda línea de flujo.

Otro aspecto de la invención presenta un método para modificar un sistema de sellado progresivo que tiene una serie de sellos mantenidos en una pila de carcasas de sello alineadas para aceptar un eje a través de ellas. El método incluye colocar una carcasa de puerto contra una cara distal de la pila de carcasas de sello, definiendo el puerto una abertura central con un tamaño adecuado para alojar el eje y un puerto en comunicación hidráulica con la abertura central. La carcasa de puerto también aloja un sello de extremo configurado para restringir el flujo a lo largo del eje con el sistema de sellado instalado, definiendo el sello de extremo y uno de los sellos más cercano de la serie de sellos entre ellos un espacio de presión intermedia en comunicación hidráulica con el puerto. Durante la instalación en un recipiente de un sistema de procesamiento de gas, el puerto está conectado a una entrada del sistema de procesamiento de gas mediante una línea de flujo.

En algunas realizaciones, la carcasa de puerto tiene dos porciones de carcasa separables, que incluyen una primera parte que define la abertura central y una segunda parte que contiene el sello de extremo.

En algunos casos, el sello de extremo es un sello laberíntico.

Otro aspecto de la invención presenta un método para sellar un eje de un recipiente de procesamiento de gas que tiene una salida y una entrada que funcionan a diferentes presiones. El método incluye colocar múltiples sellos a lo largo del eje, definiendo los sellos al menos un espacio de presión intermedia entre sellos adyacentes; y durante el funcionamiento del recipiente de procesamiento de gas, dirigir el gas de proceso filtrado desde el recipiente al espacio de presión intermedia directamente de regreso a una entrada del recipiente de procesamiento de gas, fluyendo el gas de proceso encaminado como resultado de una diferencia de presión entre el espacio de presión intermedia y la entrada del recipiente.

La invención tiene una utilidad particular en el contexto de un sistema de procesamiento de gas con un recipiente de alta presión, tal como un compresor, que tiene un eje y un sistema de sellado de eje de múltiples etapas. En muchos ejemplos, la invención presenta la recirculación del gas de proceso filtrado a través de al menos uno de los sellos hasta una entrada de gas de proceso del recipiente. Esta recirculación interna del gas de proceso filtrado puede reducir eficazmente la presión entre varios sellos y la diferencia de presión entre los sellos. La reducción de la diferencia de presión puede reducir la presión de contacto y la generación de calor en los sellos, al tiempo que proporciona un efecto de enfriamiento a lo largo del sistema de sellado mediante la expansión del gas. Las mejoras descritas en el presente documento también pueden extender la vida útil del sello y reducir las pulsaciones de presión y la pérdida de gas de proceso, así como el consumo de aceite lubricante.

Los detalles de una o más realizaciones del objeto de esta divulgación se exponen en los dibujos adjuntos y en la descripción. Otras características, aspectos y ventajas del objeto se pondrán de manifiesto a partir de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 representa esquemáticamente un sistema de procesamiento de gas de una sola etapa con un sistema de sellado de múltiples etapas.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una parte de un compresor de eje alternante.

La figura 3 es una vista desde un extremo de la parte del compresor de la figura 2.

Las figuras 4 y 5 son vistas en sección transversal, ambas tomadas a lo largo de la línea 4/5-4/5 en la figura 3, que muestran el eje en los extremos opuestos de su recorrido.

La figura 6 es una vista en sección transversal parcial, tomada a lo largo de la línea 6-6 en la figura 3.

La figura 7 es una vista en sección transversal, tomada a lo largo de la línea 7-7 en la figura 3d

La figura 8 es una vista en sección transversal ampliada del sistema de sellado de múltiples etapas, tomada a lo largo de la línea 8-8 en la figura 3.

La figura 9 es una vista despiezada de la parte del compresor de la figura 2.

La figura 10 representa esquemáticamente un sistema de procesamiento de gas de múltiples etapas con dos compresores, cada uno de los cuales tiene un sistema de sellado de múltiples etapas.

La figura 11 es una vista en sección transversal de un sistema de sellado giratorio de múltiples etapas con igualación de presión integrada.

La figura 12 es una vista en sección transversal de un sistema de sellado giratorio de múltiples etapas adaptado para añadir igualación de presión.

La figura 13 es una vista en sección transversal de un sistema de sellado estándar de múltiples etapas para un eje alternante y un adaptador para agregar igualación de presión.

La figura 14 muestra el sistema de sellado y el adaptador de la figura 13 acoplados entre sí para formar un sistema de sellado con igualación de presión.

Los números de referencia iguales en diferentes figuras indican elementos similares.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Con referencia primero a la figura 1, el sistema de procesamiento de gas 100 incluye un compresor 102 que tiene un recipiente 104 que define una cavidad 106 con una entrada de gas de proceso 108 y una salida de gas de proceso 110. El compresor 102 puede ser, por ejemplo, un compresor de desplazamiento positivo (por ejemplo, un compresor giratorio tal como un compresor de lóbulos, un compresor de tornillo, un compresor de espiral o un compresor de paletas, o un compresor alternante tal como un compresor de doble efecto) o un compresor dinámico (por ejemplo, un compresor centrífugo o axial). El recipiente 104, configurado para contener gas de proceso, está acoplado operativamente a un eje que se extiende dentro del compresor. Un sistema de sellado de múltiples etapas 114, representado en la presente por una serie de cajas a lo largo del eje, inhibe las fugas de gas de proceso a lo largo del eje. El eje transfiere energía mecánica para procesar el gas en el recipiente 104 (por ejemplo, girando o trasladándose a lo largo de su eje longitudinal) y se extiende a través del sistema de sellado de múltiples etapas 114 hacia la cavidad 106. En un ejemplo, el eje impulsa una rueda de compresor dentro del recipiente 104 para aumentar sustancialmente la presión en la salida 110 con respecto a la presión en la entrada 108. Por ejemplo, el gas de proceso puede entrar en la entrada 108 de gas de proceso a una presión de aproximadamente 5,5 MPa (800 psig) y descargarse a través de la salida 110 de gas de proceso a una presión de aproximadamente 10 MPa (1500 psig). Preferentemente, la relación de compresión del compresor es al menos 1,5:1. Como se muestra, una trayectoria de flujo 116 deja escapar gas de proceso desde entre dos sellos del sistema de sellado de múltiples etapas 114 al flujo de gas que ingresa a la entrada 108. Como se muestra, la trayectoria de flujo 116 se conecta directamente a la entrada del compresor. Directamente, en este contexto, significa que no hay componentes del sistema trabajando activamente en el gas de proceso entre la trayectoria de flujo y la entrada del compresor, realizando trabajo sobre el gas o quitando trabajo del gas. La trayectoria de flujo 116 puede incluir un orificio de estrangulamiento 117, que puede ser fijo, ajustable o controlable activamente, para optimizar el flujo a lo largo de la trayectoria 116 para condiciones operativas particulares. Para algunas aplicaciones, se puede proporcionar una válvula de retención unidireccional 119 a lo largo de la trayectoria de flujo, para evitar el flujo desde la entrada 108 al sistema de sellado.

Con referencia a la figura 2, un cilindro del compresor 102 tiene una carcasa 118 y una placa de extremo 120 que se atornilla a la carcasa y a través de la cual se extiende el eje 122. El cilindro compresor 102 es un compresor alternante lineal con dos entradas 108 y dos salidas 110. Un conducto 124 forma parte de la trayectoria de flujo (116 de la figura 1) que alimenta el gas de proceso filtrado de regreso a una de las dos entradas.

Como se muestra en la figura 3, esta placa de extremo particular 120 tiene cuatro puertos que se comunican con el sistema de sellado de múltiples etapas del compresor. Estos incluyen un puerto de igualación de presión 126, un puerto de gas de purga 128, un puerto de lubricación 130 y un puerto de ventilación 132. En algunos ejemplos hay menos o más puertos.

A continuación, haciendo referencia a las figuras 4 y 5, el sistema de sellado de múltiples etapas 114 está dispuesto alrededor del eje 122 y en este ejemplo incluye cinco sellos 136 espaciados a lo largo del eje y un anillo de varilla 138 de ruptura presión. Cada sello puede incluir múltiples elementos de sellado o anillos de varilla apilados muy juntos en el eje, para formar una serie apretada de interfaces de sellado con el eje. El anillo de varilla 138 es un sello de un solo elemento que forma el primer sello del sistema de sellado de múltiples etapas y controla las fugas para regular el reflujo hacia el cilindro durante el recorrido de succión y para evitar dañar los anillos y desengancharlos de la varilla. Los rompedores de presión también reducen el flujo de gas que sale del cilindro en el recorrido de descarga. El anillo de varilla 138 puede modificarse para proporcionar un orificio efectivo óptimo en relación con el flujo que se espera que regrese desde detrás del anillo de varilla a la entrada, como se analiza a continuación. El término "sello" no implica que no haya espacio libre en la superficie del eje o que no haya fugas a través del sello. Como entenderán las personas que trabajan en el campo de la maquinaria de gas a alta presión, se esperarán algunas fugas más allá de los sellos diferenciales de alta presión, e incluso pueden ser necesarias para evitar una alta fricción y una falla prematura del sello. La expansión del gas entre los sellos y la superficie del eje puede crear un enfriamiento beneficioso del eje, lo que resulta en un menor desgaste del sello.

Cada una de las entradas 108 y las salidas 110 del cilindro compresor tiene una válvula unidireccional que permite el flujo dentro (entrada) o fuera (salida) del cilindro compresor, al tiempo que inhibe el flujo en la dirección opuesta. Cada válvula puede tener múltiples aberturas de flujo en paralelo. Las entradas y salidas funcionan en pares, funcionando cada par en una dirección de recorrido del eje respectiva. Por ejemplo, durante el recorrido del pistón de derecha a izquierda habrá una abertura de la entrada derecha 108 y la salida izquierda 110, en diferentes puntos durante el recorrido. De manera similar, durante el recorrido de retorno de izquierda a derecha habrá una abertura de la entrada izquierda 108 y la salida derecha 110 y diferentes puntos durante el recorrido, mientras que la entrada derecha y la salida izquierda permanecen cerradas. Durante este recorrido de retorno de izquierda a derecha, el extremo sellado del cilindro estará sujeto a un aumento de presión hasta al menos la presión de salida del compresor. Esta alta presión se reducirá progresivamente a lo largo del eje a través de varias etapas, comenzando con el anillo de varilla 138 de ruptura de presión. Durante el recorrido de derecha a izquierda, la presión instantánea en el anillo de varilla de ruptura de presión estará a veces por debajo de la presión de entrada o de succión del compresor, y el flujo en el conducto 124 puede ser en la dirección opuesta, hacia el sistema de sellado. Por lo tanto, el sistema de sellado no sólo necesita soportar altas presiones, sino que también debe adaptarse a ondas o ciclos de presión extrema que pueden fluctuar muy rápidamente.

Como se muestra en estas secciones transversales, el sistema de sellado de múltiples etapas comprende múltiples carcasas de sello 140 apiladas a lo largo del eje y dispuestas dentro de un agujero de la carcasa 118. La carcasa de sellado más interna está sellada contra una cara de la carcasa del cilindro mediante una junta de punta 141. En algunos casos, la carcasa 118 está dividida en dos piezas, con una pieza de hierro fundido que forma el cilindro principal y un mamparo de acero atornillado al extremo del cilindro para contener el sistema de sellado. Cada carcasa de sello 140 contiene un sello 136 respectivo, con el sello más externo (un anillo de doble acción) contenido dentro de la placa de extremo 120. Como se entiende en esta técnica, cada sello 136 puede ser una pila de múltiples elementos, tales como un anillo de sello intercalado entre otros dos anillos que tienen la función de sellado. Todas las carcasas de sello están conectadas axialmente a la placa de extremo 120 mediante tirantes 142 roscados en la carcasa de sello distal que contiene el anillo de varilla de ruptura de presión, para mantener unida la pila de carcasas de sello para su transporte y montaje. Los tirantes 142 también pueden proporcionar una función de alineación. Las carcasas de sellos tienen pasajes alineados que conectan los puertos de la placa de extremo con espacios específicos entre los sellos. Por ejemplo, estas secciones transversales muestran que el puerto de lubricación 130 está en comunicación con el espacio entre el segundo y el tercer sello a lo largo del eje, de manera que el aceite lubricante introducido a través del puerto 130 alcanza la superficie del eje entre esos dos sellos y lubrica al menos parte de las interfaces de sellado del sistema de sellado. Se observará que hay un pasaje ciego en la tercera carcasa de sello desde la izquierda que no está en comunicación con el puerto de lubricación. No tiene ningún propósito, pero es el resultado de utilizar el mismo diseño de carcasa de sello para múltiples carcasas de sello del conjunto. Como se ve en la figura 6, el puerto de ventilación 132 está en comunicación con el espacio entre los dos sellos más externos y sirve para recolectar cualquier gas de proceso residual que pueda haberse filtrado más allá de los primeros cuatro sellos, de modo que pueda recolectarse o destruirse de manera segura sin llegar a la atmósfera.

A continuación, haciendo referencia a las figuras 7 y 8, el sistema de sellado de múltiples etapas define espacios de presión a lo largo de la superficie del eje, delimitados por los diferentes sellos. Moviéndose desde el extremo de alta presión del sistema de sellado al extremo de presión atmosférica, el gas de proceso de alta presión que se escapa más allá del anillo de varilla de ruptura de presión alcanza primero el espacio de presión intermedia 144a entre el anillo de varilla 138 de ruptura de presión y el primer sello 136a, que consiste en tres elementos de sellado apilados o anillos de varilla 146. Este espacio de presión 144a es con el que se comunica el puerto de igualación de presión 126, alimentando parte del gas de proceso filtrado que ingresa a este primer espacio de regreso a la entrada de baja presión del compresor. Esta conexión de gas desde el espacio de presión 144a de vuelta a la entrada del compresor a, por ejemplo, 5,5 MPa (800 psig), puede dar como resultado una presión operativa dentro del espacio 144a de sólo 5,5 MPa (800 psig). En otras palabras, puede haber una diferencia de presión a través del primer sello (el anillo de varilla 138 de ruptura de presión) de aproximadamente 4,8 MPa (700 psig), o entre 40 y 60 por ciento de la diferencia de presión total a través del sistema de sellado de múltiples etapas. El gas de proceso que se escapa desde el espacio de presión intermedia 144a más allá del sello 136a ingresa al espacio de presión 144b a una presión de, por ejemplo, aproximadamente 4,1 MPa (600 psig). Una fuga adicional más allá del sello 136b alcanza el espacio de presión 144c, que puede estar a una presión, por ejemplo, de aproximadamente 500 psig. Como se muestra en estas secciones transversales, el puerto de gas de purga 128 se comunica con el espacio de presión 144c, que es el mismo espacio con el que se comunica el puerto de lubricación. De este modo, durante el funcionamiento, el sistema de sellado de múltiples etapas define una serie de espacios de presión a presiones progresivamente decrecientes a lo largo del eje, creando cada sello una presión diferencial entre dos espacios de presión. La cantidad de fuga que pasa a través de un sello y la diferencia de presión a través del sello están interrelacionados. En general, cuanto mayor sea la diferencia de presión a través de un sello, mayor será la fricción de funcionamiento del sello y mayor la generación de calor en el sello. Como se señaló anteriormente, igualar la presión en el espacio de presión 144a a través del puerto de igualación de presión 126 da como resultado un perfil de presión de 10-5,5-4,1-3,5-1,4-0,35-0 Mpa (1500-800-600 500-200-50-0 psig) a lo largo del sistema de sellado de múltiples etapas. Sin dicha igualación de presión, el perfil de presión en condiciones operativas similares puede ser 10-8,3-6,9-4,1-1,7-0,35-0 Mpa (1500-1200-1000-600-250-50-0 psig). La igualación de presión proporcionada a través del puerto de igualación de presión 126 también puede reducir las pulsaciones de presión dentro del sistema de sellado.

En algunos casos, se introduce gas de purga (por ejemplo, un gas inerte tal como nitrógeno) en el espacio de presión 144c a una presión superior a la presión en el espacio de presión 144b, para provocar que cualquier fuga en el sello 136b se desplace hacia el compresor. En tal caso, el perfil de presión puede ser 10-5,5-4,1-4,3-2,8-1,4-0 Mpa (1500 800-600-620-400-200-0 psig), y el gas conducido de regreso a la entrada del compresor puede ser una mezcla del gas de proceso y el gas de purga. En algunos casos se omite el puerto de gas de purga. En algunos casos se omiten tanto el puerto de gas de purga como el respiradero.

Como se ve mejor en la figura 8, la comunicación hidráulica entre el puerto de igualación de presión 126 y el espacio 144a (expuesto a la superficie del eje) se realiza a través de canales alineados 148 en las carcasas de sello apilados 140, que conducen a una hendidura 150 detrás del sello 136a. Esta hendidura está abierta al espacio de presión 136a en el borde delantero del sello. La hendidura y los canales alineados 148 forman partes de la trayectoria de flujo (116 en la figura 1) de regreso a la entrada del compresor. El flujo desde el espacio de presión 144a de regreso a la entrada del compresor puede controlarse, ya sea pasivamente mediante un orificio a lo largo de la trayectoria de flujo o activamente mediante una válvula controlada en función de una señal de presión para mantener una presión de funcionamiento deseada en el espacio de presión 144a. En tales casos, el espacio de presión 144a estará a una presión algo mayor que la entrada del compresor, pero aún una presión menor que sin ninguna igualación de presión. Cabe señalar que si bien el puerto de igualación de presión 126 se muestra comunicándose con el espacio de presión 144a entre el anillo de varilla 138 de ruptura de presión y el sello 136a, de forma alternativa podría comunicarse con el espacio de presión 144b entre los sellos 136a y 136b, en cuyo caso el perfil de presión puede ser 10 -8,3-5,5-4,1 2,8-1,4-0 Mpa (1500-1200-800-600-400-200-0 psig).

A continuación, haciendo referencia a la figura 9, la placa de extremo 120 y su pila conectada de carcasas de sello 140, alineadas y mantenidas juntas por tirantes 142, se insertan en el agujero de la carcasa del compresor 118 y se mantienen en su lugar mediante pernos de carcasa 152.

Con referencia a la figura 10, para algunas aplicaciones los compresores 102 pueden acoplarse en serie para crear presiones de trabajo más altas. En este ejemplo, el sistema de compresión de múltiples etapas 154 consiste en dos compresores 102 acoplados en serie, de modo que la salida 110a de la primera etapa de compresión alimenta la entrada 108b de la segunda etapa. La primera etapa de compresión es como se analizó anteriormente, con la trayectoria de flujo 116a alimentando gas desde un espacio designado entre los sellos en el primer sistema de sellado de múltiples etapas de regreso a la entrada 108a del compresor. En el sistema 154, una trayectoria de flujo 116b alimenta gas desde un espacio designado entre los sellos en el segundo sistema de sellado de múltiples etapas, también a la entrada 108a del compresor de primera etapa. La trayectoria 116b puede estrangularse según sea necesario para proporcionar el perfil de presión deseado para la segunda etapa de compresión, dado que la presión en la salida 110b es significativamente mayor que la presión en la salida 110a.

Los sistemas anteriores se han descrito con respecto a un compresor alternante, en el que la potencia del eje actúa sobre el gas de proceso para crear un flujo de gas a alta presión que se puede poner a trabajar en otras partes del sistema. Los mismos principios de sellado se pueden aplicar a un motor de gas alternante lineal que utiliza un flujo de gas a alta presión para impulsar un eje hacia adelante y hacia atrás de manera alternante.

El mismo principio de igualación de presión también se puede emplear en un sistema de sellado de eje giratorio. Con referencia a la figura 11, el sistema giratorio de sellado de eje de múltiples etapas 160 se emplea para sellar un eje giratorio 162 que se extiende desde un recipiente de alta presión (no mostrado), con el extremo izquierdo del sistema de sellado expuesto a la alta presión del recipiente 164. En el extremo de alta presión del sistema de sellado, un sello laberíntico 166 se acopla al sello en múltiples puntos a lo largo de su longitud, reduciendo efectivamente la presión de forma progresiva a lo largo del ancho del laberinto entre la alta presión del recipiente y un primer espacio de presión 168. Una interfaz de sello deslizante de primera etapa 170 separa el espacio de presión 168 de un segundo espacio de presión 172. Una interfaz de sello deslizante de segunda etapa 174 separa el espacio de presión 172 de un tercer espacio de presión 176, que está expuesto a los sellos de eje 178 en el extremo de baja presión del sistema de sellado. Un puerto de gas de purga 180 permite que un gas de purga presurizado, tal como nitrógeno, se entregue al primer espacio de presión 168, y el puerto de ventilación 182 permite que una mezcla de gas de proceso filtrado y gas de purga se retire del sistema para su recolección o eliminación/destrucción. Un puerto de ventilación secundario opcional 184 permite ventilar el gas residual desde el espacio de presión 176. La igualación de presión se proporciona conectando el puerto de presión de igualación 186 al lado de baja presión (entrada) del compresor, como se analizó anteriormente. Dicha conexión aumenta efectivamente la reducción de presión a lo largo del sello laberíntico, reduciendo la presión en el espacio de presión 168, reduciendo de este modo la diferencia de presión que deben mantener las interfaces de sello deslizante 170 y 174.

En los ejemplos descritos anteriormente, el puerto de igualación de presión y los canales asociados se han integrado en el sistema de sellado. Sin embargo, los principios discutidos anteriormente se pueden aplicar a los sistemas de sellado de múltiples etapas existentes proporcionando hardware de actualización adecuado. Por ejemplo, el sistema mostrado en la figura 12 incluye un sistema de sellado de múltiples etapas de eje giratorio típico 188 y un adaptador de igualación de presión 190 atornillado o fijado de otro modo en el extremo de alta presión del sistema de sellado alrededor del eje 162. El adaptador 190 incluye una carcasa de adaptador 192 configurada para fijarse mecánicamente a la carcasa del sistema de sellado existente, e incluye un anillo de varilla de ruptura de presión 138 y define el puerto de igualación de presión. En el ejemplo mostrado, la carcasa del adaptador es una pila de dos placas, una que define el puerto de igualación de presión y la otra que aloja el anillo de varilla. Con el adaptador montado en el sistema de sellado preexistente, se define un nuevo espacio de presión 194 entre el anillo de varilla de ruptura de presión 138 y el sello laberíntico 166. De este modo, la presión en el espacio de presión 194 es moderada por el sistema de igualación de presión, reduciendo la presión en el lado de alta presión del sello laberíntico.

A continuación, haciendo referencia a las figuras 13 y 14, un sistema de sellado de múltiples etapas 196 existente para un compresor de eje alternante puede modificarse para proporcionar los beneficios de igualación de presión descritos anteriormente agregando un adaptador atornillable 190 como se describió anteriormente. Tal como está ensamblado, el sistema de sellado de múltiples etapas modificado (figura 14) define un nuevo espacio de presión 144a entre el sello de varilla rompedora de presión 138 y el sello 136a, y el puerto 186 proporciona comunicación entre este nuevo espacio de presión 144a y una entrada del compresor asociado. El sistema modificado funciona de manera similar al sistema descrito anteriormente con respecto a la figura 8.

Se han descrito realizaciones particulares del tema en cuestión. Otras realizaciones, alteraciones y permutaciones de las realizaciones descritas están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones, como resultará evidente para los expertos en la técnica.

En consecuencia, las realizaciones ilustrativas descritas anteriormente no definen ni limitan esta divulgación. También son posibles otros cambios, sustituciones y modificaciones sin desviarse del alcance de las reivindicaciones.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de procesamiento de gas que comprende:

un recipiente (102) que define una cavidad (106) para procesar un gas y que comprende una entrada de gas de proceso (108) para aceptar gas de proceso a una presión de entrada, y una salida de gas de proceso (110) para descargar gas de proceso a una presión de salida;

un eje (122) acoplado al recipiente y configurado para transferir energía mecánica hacia o desde el gas en el recipiente; y

un sistema de sellado progresivo (114) que define un espacio de presión intermedia entre sellos adyacentes (136) espaciados a lo largo del eje entre la cavidad y la atmósfera,

caracterizado por que

el espacio de presión intermedia (144a) entre los sellos adyacentes espaciados a lo largo del eje está en comunicación hidráulica con la entrada de gas de proceso del recipiente a través de una línea de flujo (116) separada del eje, y en donde el sistema de procesamiento de gas está configurado de manera que, durante el funcionamiento, la presión máxima en el espacio de presión intermedia sea menor que la presión de entrada y la presión de salida, y mayor que la presión atmosférica.

2. El sistema de procesamiento de gas de la reivindicación 1, en donde la presión de salida es mayor que la presión de entrada, y/o preferentemente en donde el sistema de sellado define múltiples espacios de presión entre sellos adyacentes (136) espaciados a lo largo del eje, incluido el espacio de presión intermedia (144a) y un segundo espacio que, durante el funcionamiento, alcanza una presión máxima inferior a una presión máxima en el espacio de presión intermedia (144a) y superior a la presión atmosférica, o preferentemente que comprende además una fuente de gas de purga (128) en comunicación hidráulica con el segundo espacio de presión (144c) y bajo presión suficiente para hacer que el gas de purga fluya desde la fuente de gas de purga hacia el sistema de sellado y a lo largo del eje lejos del recipiente, y/o preferentemente en donde los múltiples espacios de presión incluyen un espacio de presión de ventilación (144e) en comunicación hidráulica con un respiradero (132) para ventilar al menos parte del gas de purga.

3. El sistema de procesamiento de gas de la reivindicación 2, en donde el sistema de sellado comprende una serie de cuatro sellos (136) que definen tres espacios de presión (144), o preferentemente en donde los múltiples espacios de presión incluyen un espacio de presión (144c) en comunicación hidráulica con una fuente presurizada (130) de lubricante.

4. El sistema de procesamiento de gas de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el espacio de presión intermedia está en comunicación hidráulica directa con la entrada de gas de proceso (108), y/o preferentemente configurado de tal manera que, en funcionamiento, la presión en el espacio de presión intermedia (144a) es mantenida dentro del 30 por ciento de la presión de entrada, y/o preferentemente en donde la línea de flujo (148) es la única entrada o salida dentro o fuera del espacio de presión intermedia (144a) en funcionamiento, aparte de a lo largo de una superficie del eje (122), y/o preferentemente en donde el recipiente comprende un cilindro en el que el eje alterna, alternando el eje dentro del sistema de sellado, o preferentemente en donde el recipiente es un cilindro compresor.

5. El sistema de procesamiento de gas de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el eje gira con respecto al recipiente durante la transferencia de energía entre el eje y el gas de proceso dentro del recipiente, el eje gira dentro del sistema de sellado, y/o preferentemente en donde los sellos adyacentes son partes adyacentes de un sello laberíntico continuo, siendo el espacio de presión intermedia una parte intermedia de una trayectoria de flujo laberíntica a través del sello, y/o preferentemente en donde la trayectoria de flujo define un orificio de estrangulamiento (117), y preferentemente en donde el orificio de estrangulamiento es ajustable y/o controlable.

6. El sistema de procesamiento de gas de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la trayectoria de flujo define una válvula unidireccional (119) que restringe el flujo a lo largo de la trayectoria de flujo hacia el espacio de presión intermedia, y/o preferentemente en donde cada uno de los sellos está montado en una respectiva de una pluralidad de carcasas de sello (140) acopladas entre sí a lo largo del eje (122) y preferentemente en donde la línea de flujo (116) está definida en parte por aberturas alineadas (148) en múltiples carcasas de sello (140).

7. El sistema de procesamiento de gas de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el recipiente, el eje y el sistema de sellado son componentes de una primera etapa de procesamiento de gas, comprendiendo además el sistema de procesamiento de gas una segunda etapa de procesamiento de gas que tiene un segundo recipiente, un segundo eje y un segundo sistema de sellado de múltiples etapas, la primera y segunda etapas de procesamiento de gas conectadas de manera que la salida de la primera etapa de procesamiento de gas está conectada a una entrada de la segunda etapa de procesamiento de gas, y en donde el segundo sistema de sellado de múltiples etapas define un segundo espacio de presión intermedia en comunicación hidráulica con la entrada de gas de proceso del recipiente de la primera etapa de procesamiento de gas a través de una segunda línea de flujo.

8. Un método para modificar un sistema de sellado progresivo que tiene una serie de sellos mantenidos en una pila de carcasas de sello alineados para aceptar un eje a través de los mismos, comprendiendo el método

colocar una carcasa de puerto contra una cara distal de la pila de carcasas de sello, definiendo el puerto una abertura central con un tamaño adecuado para alojar el eje, y un puerto en comunicación hidráulica con la abertura central, alojando la carcasa de puerto un sello de extremo configurado para restringir el flujo a lo largo el eje con el sistema de sellado instalado, con el sello de extremo y uno de los sellos más cercano de la serie de sellos definiendo entre ellos un espacio de presión intermedia en comunicación hidráulica con el puerto; y

durante la instalación en un recipiente de un sistema de procesamiento de gas, conectar el puerto a una entrada de gas del recipiente del sistema de procesamiento de gas.

9. El método de la reivindicación 8, en donde la carcasa de puerto comprende dos partes de la carcasa separables, que incluyen una primera parte que define la abertura central y una segunda parte que contiene el sello de extremo, y/o preferentemente en donde el sello de extremo es un sello laberíntico, y/o preferentemente en donde el sistema de sellado progresivo modificado es un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

10. Un método para sellar un eje de un recipiente de procesamiento de gas que tiene una salida de gas de proceso y una entrada de gas de proceso, en donde la salida de gas de proceso y la entrada de gas de proceso operan a presiones diferentes, comprendiendo el método:

colocar múltiples sellos a lo largo del eje, definiendo los sellos al menos un espacio de presión intermedia entre sellos adyacentes;

durante el funcionamiento del recipiente de procesamiento de gas, dirigir el gas de proceso filtrado desde el recipiente de procesamiento de gas al espacio de presión intermedia directamente de regreso a la entrada de gas de proceso del recipiente de procesamiento de gas, fluyendo el gas de proceso dirigido como resultado de una diferencia de presión entre el espacio de presión intermedia y la entrada de gas de proceso del recipiente de procesamiento de gas.

11. El método de la reivindicación 10, en donde el recipiente de procesamiento de gas es un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.