ES3030741T3 - An assembly for sealing a fluid in a rotating machine - Google Patents

Abstract

Un sello incluye un anillo de acoplamiento (114) que gira respecto a un anillo primario de carbono poroso (116) en la interfaz del sello. Se introduce un gas amortiguador en el sello y pasa desde la parte posterior del anillo primario hasta la interfaz. El sello puede utilizarse como sello de separación o en combinación con otro sello. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un conjunto para sellar un fluido en una máquina giratoria

ANTECEDENTES

[0001]Las realizaciones ejemplares pertenecen a la técnica de los sellos y, en particular, a un sello sin contacto.

[0002]Los sellos de gas seco se utilizan típicamente para sellar los compresores centrífugos que se utilizan a menudo en el transporte y distribución de gases tales como el gas natural. Por ejemplo, en una tubería de gas natural, los compresores pueden estar ubicados a intervalos establecidos para aumentar la presión del gas para el procesamiento, para contrarrestar el efecto de las pérdidas de flujo a lo largo de las tuberías de transmisión y, en general, para mantener el gas en movimiento hacia su destino.

[0003]En general, los sellos de gas seco funcionan proporcionando un sello entre un anillo giratorio y un anillo estacionario. El anillo giratorio a veces se denomina "anillo de acoplamiento", ya que está acoplado al eje/rotor giratorio. El anillo giratorio se puede acoplar al rotor a través de un manguito del eje. El anillo estacionario a veces se puede denominar anillo primario y no gira durante el funcionamiento. En funcionamiento, se desarrolla una capa de gas entre los dos anillos que forma un sello al tiempo que permite que los anillos se muevan entre sí sin entrar en contacto entre sí. La capa de gas se forma a partir de gas de proceso o de sellado inyectado en el sello de gas seco.

[0004]Cuando se instalan en un compresor, dichos sellos de gas seco pueden estar ubicados junto o cerca de un cojinete o cavidad de cojinete del compresor u otra maquinaria. Estos cojinetes se pueden lubricar y operar, por ejemplo, con aceite u otro lubricante líquido.

[0005]Un sello de separación puede servir para evitar o reducir que el aceite u otros lubricantes del cojinete entren en el sello de gas seco. En el sello de separación típico, se inyecta un gas de separación entre dos casquillos para crear una barrera de presión entre el cojinete y el sello de gas seco. Más detalladamente, un sello de separación típico incluye una entrada donde se proporciona el gas de separación o amortiguador. El gas de separación se escapa axialmente hacia afuera tanto en la dirección hacia adentro como hacia afuera. El gas se proporciona entre dos casquillos que pueden entrar en contacto con el eje (o un manguito colocado sobre el mismo) en un sello de separación de contacto o estar ligeramente separados del eje en un sello de separación sin contacto.

[0006]El documento US 2019/049019 A1 describe un sello de cojinete de empuje sin ventilación de medios porosos que puede incluir un cojinete de empuje de medios porosos primarios que también sirve como un anillo de sello que incluye medios porosos colocados sobre una cámara impelente y un puerto conectado a la cámara impelente, y conductos conductores para comunicar fluido presurizado a las cámaras impelentes a través de los puertos del anillo primario. El cojinete de empuje sin ventilación de medio poroso también puede incluir un gas de proceso tratado suministrado a un puerto que está más cerca del gas de proceso no tratado, a una presión que es más alta que el gas de proceso no tratado. Se puede suministrar un gas inerte (o fluido en estado líquido) al puerto restante, a una presión que es la misma que el gas de proceso no tratado. Una cierta cantidad de gas de proceso tratado puede fluir hacia el gas de proceso no tratado y puede evitar que el gas no tratado ingrese al sello de medio poroso.

RESUMEN

[0007]Se describe un sello de separación para evitar que el fluido entre en un sello de gas seco que rodea un eje de una máquina giratoria. El sello de separación incluye un estator configurado para montarse alrededor del eje y configurado para unirse de forma fija a la máquina giratoria, el estator incluye una cámara de control de anillo primario formada en el mismo, un anillo primario poroso formado de un material poroso y que tiene una parte posterior, y un primer anillo de empuje al menos parcialmente dentro de la cámara de control del anillo primario y acoplado al anillo primario poroso. El sello también incluye un anillo de acoplamiento acoplado al eje que gira con el eje y con respecto al anillo primario poroso y uno o más miembros de desviación que empujan el anillo primario poroso hacia el anillo de acoplamiento para formar una interfaz de sellado entre el anillo primario poroso y el anillo de acoplamiento. En este sello, donde el estator incluye un paso construido y dispuesto para transportar gas amortiguador presurizado a la cámara de control del anillo primario de modo que el gas pase desde la parte posterior del anillo primario poroso, a través del anillo primario poroso y a la interfaz de sellado y el gas amortiguador que alcanza la interfaz de sellado pasa, en funcionamiento normal, tanto radialmente hacia dentro como radialmente hacia fuera a lo largo de la interfaz de sellado. El anillo de acoplamiento incluye ranuras formadas en una cara del mismo. En el caso de una reducción de suministro de gas amortiguador, las ranuras bombean gas desde un diámetro interior de la interfaz de sellado hasta un diámetro exterior de la interfaz de sellado.

[0008]En cualquier realización descrita en esta invención, el anillo primario poroso puede estar formado por carbono poroso.

[0009]En cualquier realización descrita en esta invención, el sello puede incluir uno o más elementos de sellado dispuestos entre el primer anillo de empuje y la parte posterior del anillo primario poroso y dentro de la cámara de control del anillo primario. Los elementos de sellado están separados de la parte posterior del sello de carbono poroso por un miembro de separación.

[0010]En una realización, los elementos de sellado están separados de la parte posterior del sello de carbono poroso por un miembro de separación. En una realización, el miembro de separación es un anillo y en otra es un segundo anillo de empuje.

[0011]También se describe un conjunto para sellar un fluido en una máquina giratoria que incluye un sello de gas seco primario adaptado y configurado para rodear un eje de la máquina giratoria y evitar que el fluido salga de la máquina giratoria; y un sello secundario conectado al sello de gas seco primario adaptado y configurado para evitar que un líquido entre en el sello de gas seco.

[0012]El sello secundario puede comprender cualquier sello mencionado o descrito de otra manera en esta invención.

[0013]En una realización según la invención, el sello secundario del conjunto incluye un estator configurado para montarse alrededor del eje y configurado para unirse de manera fija a la máquina giratoria, el estator incluye una cámara de control del anillo primario formada en el mismo; un anillo primario poroso formado por un material poroso y que tiene una parte posterior; y un anillo de empuje dividido al menos parcialmente dentro de la cámara de control del anillo primario y acoplado al anillo primario poroso, el anillo de empuje dividido que incluye un anillo interno y un anillo externo, donde el anillo interno está configurado para moverse axialmente hacia el interior con respecto al anillo externo en el caso de un aumento en el flujo de fluido a través del sello de gas seco primario. El sello secundario también incluye un anillo de acoplamiento acoplado al eje que gira con el eje y con respecto al anillo primario poroso; un miembro de desviación del anillo externo que empuja el anillo externo y el anillo primario poroso hacia el anillo de acoplamiento para formar una interfaz de sellado entre el anillo primario poroso y el anillo de acoplamiento; un miembro de desviación del anillo interno que empuja el anillo interno y el anillo primario poroso hacia el anillo de acoplamiento; y uno o más elementos de sellado dispuestos entre el anillo de empuje dividido y la parte posterior del anillo primario poroso y dentro de la cámara de control del anillo primario. En esta realización, el estator incluye un paso construido y dispuesto para transportar gas amortiguador presurizado a la cámara de control del anillo primario de tal manera que el gas pase desde la parte posterior del anillo primario poroso, a través del anillo primario poroso y a la interfaz de sellado.

[0014]En una realización, en el conjunto, el gas amortiguador que alcanza la interfaz de sellado pasa, en funcionamiento normal, tanto radialmente hacia dentro como radialmente hacia fuera a lo largo de la interfaz de sellado.

[0015]En una realización, en el conjunto, se proporciona un respiradero que recibe gas que pasa a través del sello de gas seco primario y el gas de amortiguación que se desplaza radialmente hacia adentro a lo largo de la interfaz del sello.

[0016]En una realización, en el conjunto, el estator define una vía de paso lateral de sellado de gas seco que permite que el gas amortiguador que pasa radialmente hacia adentro alcance el respiradero durante el funcionamiento normal.

[0017]En una realización, en el conjunto, el fluido es gas de proceso y, en el caso de que el gas de proceso de flujo a través del sello de gas primario aumente la presión en el respiradero por encima de un umbral, el gas de proceso que pasa a través del sello de gas primario se desplaza a lo largo del paso lateral del sello de gas seco hasta un diámetro interior de la interfaz de sellado.

[0018]En una realización, en el conjunto, el gas de proceso en el diámetro interior hace que el anillo interno se mueva axialmente con respecto al anillo externo cuando el gas en el respiradero excede el umbral.

[0019]En una realización, en el conjunto, el movimiento axial del anillo interno permite que el gas de proceso entre en la cámara de control del anillo primario.

[0020]En una realización, en el conjunto, el anillo de acoplamiento incluye ranuras formadas en una cara del mismo, donde las ranuras bombean gas de proceso desde el diámetro interior de la interfaz de sellado hasta un diámetro exterior de la interfaz de sellado.

[0021]En una realización, en el conjunto, el anillo primario poroso está formado por carbono poroso.

[0022]En una realización, en el conjunto, los elementos de sellado están separados de la parte posterior del sello de carbono poroso por un miembro de separación que puede ser, por ejemplo, un anillo.

[0023]En cualquier realización del sello o conjunto de la presente invención, la parte posterior del anillo primario puede incluir una o más ranuras para recibir un elemento de sellado.

[0024]En cualquier realización del sello o conjunto de la presente invención, la superficie delantera de cualquiera de los anillos de empuje interior y exterior puede ser plana o puede incluir ranuras para recibir un elemento de sellado.

[0025]En cualquier realización del sello o conjunto de la presente invención, los miembros de sellado pueden ser juntas tóricas con diferentes diámetros de sección transversal.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0026]Las características específicas de los derechos exclusivos descritos en la presente invención se señalan en particular y se reivindican claramente en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Lo anterior y otras características y ventajas de las realizaciones de la presente invención resultan evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, tomada junto con los dibujos adjuntos, donde:

La FIG. 1 es una sección transversal parcial de un sello de separación según una realización que está dispuesto adyacente a un sello de gas seco genérico;

La FIG. 2 muestra una versión más detallada del sello mostrado en la FIG. 1.

La FIG. 3 ilustra una sección transversal de una porción de un anillo primario de carbono poroso y una trayectoria de flujo de gas a través del mismo;

La FIG. 4 muestra el sello de la FIG. 2 funcionando con un suministro de gas amortiguador reducido;

La FIG. 5 es una vista en corte parcial del sello de la FIG. 2;

La FIG. 6 es una vista en despiece del sello de la FIG. 2;

La FIG. 7 es una sección transversal parcial de un sello de separación según una realización;

La FIG. 8 es una sección transversal del sello de separación de la FIG. 7;

La FIG. 9 muestra como ejemplo un conjunto de sello que incluye un sello primario y un sello secundario donde el sello secundario se ilustra que es igual o similar al que se muestra en las FIGs. 1-3;

La FIG. 10 muestra el sello secundario de la FIG. 9 funcionando durante un flujo aumentado de un fluido a través del sello primario;

La FIG. 11 muestra un ejemplo de un sello que incluye miembros de sellado que tienen diferentes tamaños/diámetros;

La FIG. 12 muestra un ejemplo de un sello donde una parte posterior del anillo primario proporciona diferentes planos de sellado;

Las FIGs. 13a y 13b muestran ejemplos de un sello donde una parte posterior del anillo primario proporciona diferentes planos de sellado debido a la formación de ranuras en el mismo; y

Las FIGs. 14a y 14b muestran diferentes combinaciones de sellos que tienen una combinación de ranuras en la parte posterior del anillo primario y diferentes planos frontales en los anillos de empuje interior y exterior.

[0027]Los diagramas representados en esta invención son ilustrativos. Puede haber muchas variaciones en el diagrama o en las operaciones descritas en el mismo sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones. Por ejemplo, las acciones se pueden realizar en un orden diferente o se pueden añadir, eliminar o modificar acciones. Asimismo, los términos "conectado", "acoplado" y similares y variaciones de los mismos describen que tienen una ruta de comunicaciones entre dos elementos y no implican una conexión directa entre los elementos sin elementos/conexiones intermedias entre ellos. Todas estas variaciones se consideran parte de la memoria descriptiva.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0028]En la presente invención se presenta una descripción detallada de una o más realizaciones del aparato y procedimiento descritos a modo de ejemplo y no de limitación con referencia a las Figuras.

[0029]En esta invención se describe un sello que incluye un anillo primario de carbono poroso. El sello puede ser un sello independiente que funciona, por ejemplo, como un sello de separación. Como alternativa, el sello puede funcionar como un sello de contención o de respaldo para un sello primario de gas seco. En ambos casos, el anillo primario de carbono está acoplado directa o indirectamente a un anillo de empuje. En funcionamiento normal, se proporciona un gas amortiguador o de separación al sello, el gas pasa a través del anillo de empuje y a través del anillo primario de carbono poroso, y el gas crea una película delgada entre las caras del anillo primario de carbono y un anillo de acoplamiento giratorio. Para abordar situaciones donde el flujo de gas puede reducirse (por ejemplo, por debajo de un umbral que evitará independientemente que los anillos entren en contacto entre sí o que puedan soportar la película delgada), el anillo de acoplamiento puede tener ranuras formadas en el mismo que bombean gas entre las caras para evitar que entren en contacto. En el caso de uso del sello de separación, el anillo de empuje puede ser un anillo de empuje único o dividido.

[0030]En los casos en que el sello se utiliza como sello de contención, en funcionamiento normal, el sello funciona generalmente como se indica anteriormente. Esto permite un sellado de respaldo de larga duración y sin contacto. El anillo de acoplamiento puede tener (pero no tiene que tener) las ranuras descritas anteriormente.

[0031]En tal caso, aunque pueden utilizarse anillos de empuje individuales y divididos, en una realización, el anillo de empuje es un anillo de empuje dividido que incluye dos partes que normalmente están acopladas pero que pueden separarse. Si el sello de gas seco primario tiene un aumento en el gas que pasa entre los anillos (por ejemplo, por encima de una presión que normalmente puede ventilarse a través de, por ejemplo, un estrangulador en el respiradero), la presión del gas que se escapa del sello primario hará que las partes del anillo de empuje se separen (por ejemplo, el anillo de empuje inferior/interior descrito a continuación se aleja del anillo primario de carbono poroso). El anillo de empuje superior/exterior se hace cargo y crea un nuevo diámetro de equilibrio. Las ranuras en el anillo de acoplamiento se harán cargo y extraerán gas a alta presión desde el lado del sello de gas seco y lo bombearán a través de la interfaz de sellado (por ejemplo, entre la cara de los anillos primario y de acoplamiento) para crear un nivel de flujo hacia el lado del cojinete. El resultado es el mantenimiento de una restricción positiva para prevenir o reducir las fugas de gas presurizado. Aunque se describe como un sello de "respaldo", se entenderá que dicho sello puede servir para un doble propósito como sello de respaldo y sello de separación. Esto puede permitir que se proporcione una sola unidad de sello que no requiera un sello de separación adicional.

[0032]La FIG. 1 es una sección transversal de un sello 100 según una realización. Esta realización muestra el sello 100 como un sello de separación, pero las enseñanzas relacionadas también se pueden aplicar a un sello de respaldo o sello de contención del conjunto de sello de gas seco. Por simplicidad, la discusión de la FIG. 1 se referirá al sello 100 simplemente como un sello, pero se puede usar en cualquier contexto. Además, la FIG. 1 se utilizará para describir el funcionamiento general del sello.

[0033]En un uso, el sello 100 está destinado a ubicarse entre un sello de gas seco 107 y una cavidad de cojinete 108. En la presente invención, se hará referencia al sello 100 como que tiene un lado interior (o sello) 103 y un lado exterior (o cojinete) 105. El lado interior 103 se dispone típicamente cerca de un sello de gas seco 107 y el lado exterior 105 se dispone típicamente cerca de un cojinete o cavidad de cojinete 108 que contiene un cojinete. Sin embargo, esta no es una orientación requerida de los elementos. Como se entenderá, el sello 100 y el sello de gas seco 107 se pueden incluir como parte de un cartucho que puede incluir uno o más elementos de sello de gas seco y de separación. Se pueden encontrar ejemplos de sellos de gas seco en la técnica anterior y el sello de gas seco 107 puede ser cualquier tipo de sello de gas seco. Lo mismo ocurre con los cojinetes en la carcasa del cojinete.

[0034]Tanto el sello 100 como el sello de gas seco 107 están dispuestos y diseñados para su unión al eje 102. En este caso, el término eje se usará generalmente para referirse a un eje de un turbocompresor. Las enseñanzas de la presente invención se pueden aplicar, sin embargo, a cualquier máquina giratoria y el eje principal puede no incluir un manguito en el mismo. En el caso de que se proporcione un manguito, el término "eje" incluirá la combinación del eje y el manguito.

[0035]De vez en cuando, se utilizarán ciertas instrucciones en esta invención Una dirección hacia el exterior es la dirección que se extiende en la dirección de la flecha A y la dirección hacia el interior (por ejemplo, hacia el sello de gas seco 107 o la cámara de proceso 106 descrita a continuación) está en la dirección opuesta como indica la flecha A'. La dirección radialmente hacia adentro está en la dirección de la flecha B que está dirigida hacia un centro del eje 102 y la dirección radialmente hacia afuera está en la dirección opuesta como indica la flecha B'.

[0036]Al menos una porción del sello 100 se posiciona entre un eje de compresor giratorio 102 y una carcasa del compresor 104. El sello 100 también se coloca entre la cavidad del cojinete 108 y el sello de gas 107 para evitar que el aceite del cojinete incida en el sello de gas 107.

[0037]El eje del compresor giratorio 102 es generalmente parte de un compresor y está acoplado operativamente a un impulsor del compresor (no mostrado) dispuesto en una cavidad de proceso 106 del compresor, y está soportado por la carcasa 104 a través de un cojinete (no mostrado) dispuesto en una cavidad de cojinete 108 de la carcasa 104. El eje del compresor giratorio 102 es el rotor del compresor en la mayoría de los casos y puede denominarse simplemente como un eje giratorio de vez en cuando en la presente invención. Se entenderá que el eje giratorio no requiere que sea el rotor del compresor en sí, sino que podría ser cualquier eje conectado al rotor que gire con él, alrededor del cual se debe proporcionar un sello.

[0038]La carcasa del compresor 104 incluye un orificio 109 formado en ella que se extiende entre una cavidad de proceso 106 y una cavidad de cojinete 108 y define una cámara de sello anular 112 donde puede insertarse el sello 100 y el sello de gas seco 107. La cavidad de proceso 106 incluye el gas (típicamente un hidrocarburo) que es comprimido por el compresor. En la presente invención se hace referencia a ese gas como gas de proceso.

[0039]El sello 100 incluye un estator 117 que puede estar formado por uno o más componentes y unidos en una relación fija entre sí, así como con la carcasa del compresor 104 cuando está instalada. Como se muestra, el estator 117 está formado como un anillo de retención que puede sellarse a la carcasa del compresor 104 mediante cualquier elemento de sellado, tal como un sello radial 119.

[0040]El sello 100 también puede incluir un anillo de manguito 115 que puede estar formado por uno o más componentes y que está unido al eje giratorio 102 de modo que gire con el eje giratorio 102. El anillo de manguito de sellado de separación 115 ilustrado incluye dos partes 115a, 115b en la FIG. 1. En particular, el anillo de manguito de sellado de separación 115 incluye un anillo giratorio 115a que está configurado para contactar y girar con el eje giratorio 102. En la realización ilustrada, se incluye un espaciador o manguito de bloqueo 115b como parte del anillo de manguito 115. Naturalmente, el anillo de manguito 115 podría formarse como una pieza unitaria o podría incluir cualquier número de piezas que se unen entre sí o se mantienen estacionarias entre sí durante el funcionamiento (por ejemplo, todas las piezas giran juntas como una sola).

[0041]Suponiendo que el gas de proceso en la cavidad de proceso 106 está bajo presión, todos los componentes del sello 100 y el sello de gas seco 107 son empujados en la dirección exterior A hacia los anillos de empuje/retención 121/125 durante la operación. El movimiento axial del anillo de manguito 115 con respecto al eje giratorio 102 está limitado por un anillo de empuje del eje 125 recibido en una ranura en el eje giratorio 102. El movimiento axial del estator 117 está limitado por el anillo de empuje del estator 121 recibido en una ranura en el alojamiento 104.

[0042]En el ejemplo anterior, debe entenderse que el anillo de empuje del eje 125 puede fijarse con respecto al anillo del manguito 115 de modo que los dos elementos giren juntos. Además, en aras de la exhaustividad, se entenderá que se pueden unir otros elementos al anillo del manguito 115 para proporcionar soporte u otras funciones, pero no se describen específicamente en la presente invención.

[0043]El anillo del manguito 115 lleva y acopla de otro modo el anillo giratorio o de acoplamiento 114 al eje giratorio 102. Es decir, el anillo del manguito 115 que se acopla al eje giratorio 102 permite que el anillo de acoplamiento 114 también gire con el eje 102. El anillo de acoplamiento 114 puede incluir una o más ranuras 191 formadas en una cara del mismo.

[0044]Durante el funcionamiento, el gas 140 en la cavidad de proceso 106 que pasa a través de la interfaz de sellado formada por anillos de acoplamiento/primarios en el sello de gas seco puede salir por un respiradero 174 en la carcasa del compresor 104.

[0045]El sello 100 impide que el aceite de la cavidad del cojinete 108 alcance el sello de gas 107 de una manera que es similar a cómo funciona un sello de gas seco. En particular, como con un sello de separación típico, el sello 100 evita que el aceite se desplace hacia el interior debido a la interacción del anillo de acoplamiento 114 y un anillo primario 116. El anillo primario 116 también puede denominarse anillo estacionario, ya que no gira con el eje y, por lo tanto, está general o completamente estacionario en rotación con respecto a la carcasa 104 durante el funcionamiento. El número de referencia 113 identifica la ubicación de la interfaz de sellado formada entre el anillo de acoplamiento 114 y el anillo primario 116.

[0046]Como entenderá el experto en la materia, el anillo primario 116 se puede mover axialmente con respecto a la carcasa 104 durante el funcionamiento, de modo que se puede mantener una distancia controlada entre el anillo de acoplamiento 114 y el anillo primario 116 en la interfaz de sellado giratoria 113. En la realización ilustrada, se aplica una fuerza al anillo primario 116 mediante uno o más miembros de desviación 138.

[0047]Durante el funcionamiento, se proporciona un flujo de un gas a veces denominado "gas amortiguador" a una parte posterior 180 del anillo primario 116 a través de un paso de gas amortiguador 182. El paso de gas amortiguador 182 puede recibir el gas de una entrada de gas amortiguador 184 formada en la carcasa de compresor 104.

[0048]Como se muestra generalmente por las flechas 150, este gas pasa a través del anillo primario 116 y sale de él en o cerca de la interfaz de sellado 113 en la cara del anillo primario 116a. Este gas, en funcionamiento normal como se muestra en la FIG. 1, puede viajar tanto radialmente hacia adentro (dirección B) como radialmente hacia afuera. El gas que se desplaza fácilmente hacia afuera generalmente puede pasar a la cavidad del cojinete 108. El gas se desplaza radialmente hacia el interior pasa entre el estator 117 y el anillo del manguito 115 (en este caso, entre el espaciador o manguito de bloqueo 115b y el estator 117) y sale de la cámara de sellado 112 a través del respiradero 174. El gas amortiguador se muestra generalmente por las flechas 150 que identifican la trayectoria tomada por el gas a través del sello 100. El gas intermedio se puede proporcionar en el pasaje de gas intermedio 182 a una presión de gas intermedio. El gas que pasa a través de la interfaz de sellado 113 en la dirección radialmente hacia adentro (dirección B) y el gas 140 que escapa del sello de gas seco 107 pueden salir a través de un respiradero 174.

[0049]Ahora con referencia a ambas FIGs. 1 y 2, el gas del paso de gas amortiguador 182 se proporciona a una cámara de control de anillo primario 201. Esta cámara está formada en el estator 117. Este gas, en combinación con los miembros de desviación 138, puede desviar el anillo primario 116 hacia el anillo de acoplamiento 114.

[0050]Como se muestra, un anillo de empuje 202 está dispuesto en la cámara de control del anillo primario 201. El anillo de empuje 202 incluye un pasaje 203 formado en el mismo que permite que el gas amortiguador 150 pase a través del mismo, lo que le permite alcanzar el lado posterior 180 del anillo primario 116. El pasaje 203 puede tener un tamaño tal que el gas en el pasaje de gas amortiguador 182 pase a través e iguale la presión en ambos lados del anillo de empuje 202 a lo largo del tiempo. Con base en este equilibrio de presión, tanto los miembros de desviación 138 como el gas de la cámara de control del anillo primario 201 sirven para resistir el movimiento del anillo de acoplamiento en la dirección interior (por ejemplo, opuesta a la dirección A).

[0051]En una realización, el anillo primario 116 está formado por un material poroso que permite que el gas amortiguador pase a través de él desde el lado posterior 180 del mismo hasta su cara de anillo de acoplamiento (o sellado) 116a. El material poroso puede ser carbono en una realización. El anillo primario 116 puede configurarse de tal manera que el gas amortiguador se desplace desde el lado trasero 180 hasta la cara del anillo primario 116a.

[0052]La rotación del anillo de acoplamiento 114, debido a su conexión al eje giratorio 102, hará que parte del gas amortiguador en la interfaz de sellado 113 se dirija hacia el diámetro exterior. Sin embargo, debido a la presión del gas amortiguador, el gas puede desplazarse entre las caras hacia los diámetros interior y exterior del anillo de acoplamiento 114/anillo primario 116 de tal manera que se desplaza de la forma descrita anteriormente. La presencia y presión del gas amortiguador 150 en la interfaz de sellado 113 y el movimiento relativo de los anillos de acoplamiento/primarios 114, 116 da lugar al denominado "despegue" que resulta en la separación física de los anillos.

[0053]Durante el funcionamiento normal, como se describió anteriormente, la presión en la cavidad de proceso 106, así como el calor, pueden hacer que el eje giratorio 102 se mueva o expanda axialmente. Los miembros de desviación 138 pueden permitir que el anillo primario 116 mantenga una distancia constante durante la operación entre sí mismo y el anillo de acoplamiento 114, incluso cuando el anillo de acoplamiento 114 se mueve axialmente debido a dicho movimiento del eje giratorio 102.

[0054]Se pueden proporcionar uno o más sellos radiales 205 para dirigir el gas amortiguador 150 de modo que el gas que sale de la cámara de control del anillo primario 201 se desplace a través de la interfaz de sellado 113 (por ejemplo, entre el anillo primario 116 y el estator 117). Los sellos pueden estar formados por un polímero o un elastómero y un ejemplo de dicho sello es un sello de labio. En la FIG. 2, el sello se ilustra como la primera y segunda juntas tóricas 205a, 205b, pero eso es solo a modo de ejemplo y no pretende ser limitante. Las juntas tóricas 205a, 205b también sirven para sellar el anillo de empuje 202 y el anillo primario 116. Por lo tanto, como se muestra, a medida que el anillo primario 116 se mueve (ya sea debido al despegue o al movimiento del eje), el anillo de empuje 202 se moverá con respecto al estator 117. Este movimiento puede dañar las perforaciones 205 en algunos casos.

[0055]Ahora con referencia a la FIG. 3, se muestra un ejemplo del anillo primario 116. El anillo primario ilustrado 116 puede estar formado por un material poroso tal como carbono en una realización. El anillo primario 116 incluye una cara de anillo primario 116a y una parte trasera 180. El anillo primario 116 puede configurarse para promover el movimiento del gas amortiguador 150 desde el lado posterior hasta la cara del anillo de acoplamiento como se muestra mediante las flechas en la FIG. 3.

[0056]En la realización mostrada en las FIGs. 1-3, el anillo primario 116 incluye una parte frontal o de cara 312 que incluye la cara de anillo primario 116a. El anillo primario 116 también incluye la sección posterior 314. La sección posterior 314 puede ser más estrecha que la parte frontal 312 en una realización. Como se ilustra en las FIGs. 1 y 2, parte o la totalidad de la sección posterior 314 puede disponerse dentro de la cámara de control del anillo primario 201. Por lo tanto, en una realización, la cámara de control del anillo primario 201 está dimensionada y dispuesta para recibir una parte del anillo primario 116 y, en particular, una parte de la sección posterior 314 del anillo primario 116. Además, la cámara de control del anillo primario 201 también puede estar dimensionada para que reciba al menos un miembro de sellado (por ejemplo, el sello radial 205) y un anillo de empuje 202.

[0057]El anillo de acoplamiento 114 puede incluir ranuras 191 formadas en el mismo que extraen gas del diámetro interior hacia la interfaz de sellado 113. Como se describe con más detalle a continuación, estas ranuras 191 pueden ayudar a evitar que los anillos de acoplamiento y primario 114,116 entren en contacto entre sí en caso de que el flujo de gas del gas amortiguador cese o sea ineficaz para formar una película de gas entre los anillos de acoplamiento y primario 114, 116.

[0058]La forma de las ranuras 191 está optimizada para mejorar el rendimiento del sello. Como se conoce en la técnica, las ranuras 191 típicamente están mecanizadas o grabadas solo hasta el punto medio radial de la cara del anillo de acoplamiento 114 y tienen una profundidad muy baja de solo unos pocos micrómetros. Las ranuras están conformadas para tener una punta de modo que el gas que entra en las ranuras se comprima debido a la reducción de volumen en las puntas.

[0059]En los ejemplos anteriores, se entenderá que durante su funcionamiento normal el gas amortiguador de alta presión 150 fluye a través del anillo primario 116 a su cara 116a en la interfaz de sellado 113. En dicha operación, el gas amortiguador 150 deja la interfaz hacia los lados del cojinete y del sello de gas seco (por ejemplo, radialmente hacia adentro y radialmente hacia afuera). Debido a la presencia de las ranuras 191, potencialmente, un mayor flujo del gas amortiguador 150 se dirige radialmente hacia afuera hacia la cavidad del cojinete 108, lo que proporciona una mayor restricción contra el aceite del cojinete.

[0060]Independientemente del flujo particular, la presión del gas amortiguador 150 presente en la interfaz de sellado 113 después de pasar el material poroso del anillo primario 116 crea una película delgada (y separación/espacio) entre los anillos de acoplamiento y primario 114, 116. Dicha separación puede crear un régimen de funcionamiento sin contacto. Además, la presión del gas amortiguador 150 tal como se proporciona desde la entrada 184 puede permitir una rigidez de película mucho mayor que en un sello sin contacto típico y puede proporcionar una mayor contrapresión para resistir la entrada de aceite desde el lado del cojinete.

[0061]Las realizaciones de la presente invención también pueden funcionar eficazmente en situaciones donde se disminuye el suministro de gas amortiguador 150. Ahora con referencia a la FIG. 4, en caso de un flujo de gas amortiguador disminuido, fluye menos gas a través de la entrada 184, el pasaje 182 o el anillo primario 116. En tal caso, las ranuras 191 servirán para garantizar que los anillos de acoplamiento y primario no entren en contacto de manera que se destruyan o se dañen significativamente de otro modo. Como se ha descrito anteriormente, las ranuras 191 aspiran gas a baja presión 410 desde el lado del sello de gas seco (por ejemplo, en el ID) y lo bombean a través de la interfaz de sellado giratoria 113 para crear un flujo radialmente hacia afuera 401 hacia el OD y la cavidad del cojinete 108. Más detalladamente, las ranuras 191 comprimen el aire cuando éste es aspirado (o bombeado) desde el ID hacia el OD. A medida que se comprime, el aire en las puntas de las ranuras se comprime y tiene una presión más alta. El área de presión de gas ligeramente más alta crea una presa de presión y da como resultado el "despegue" descrito anteriormente, lo que resulta en la separación física de los anillos de acoplamiento y primario 114, 116. Como en el caso anterior, cuando están en funcionamiento, las ranuras 191 crearán una película delgada (y separación/espacio) entre el anillo de acoplamiento 114 y el anillo primario 116. En funcionamiento, este espacio será suficiente para evitar el desgaste prematuro del sello al garantizar un régimen sin contacto. Las ranuras 191 pueden ser ranuras unidireccionales o bidireccionales.

[0062]En todos los ejemplos anteriores, el anillo de empuje 202 se ha mostrado como formado por dos piezas separadas (por ejemplo, anillos de empuje exterior e interior 202a/202b). Sin embargo, el anillo puede formarse como una sola pieza. Un ejemplo de dicho anillo de una sola pieza 202 se muestra en la FIG. 7. En tal caso, generalmente es aplicable la descripción anterior. Cabe señalar que dicho anillo único se puede utilizar en cualquier realización descrita en la presente invención.

[0063]La FIG. 5 muestra una vista en perspectiva en corte del sello 100 de las realizaciones anteriores que incluye un anillo de empuje de dos piezas 202. Esta sección transversal se muestra sin eje y se utiliza para mostrar la separación relativa y para identificar los pasos de salida de gas con más detalle. En particular, el gas que sale de la interfaz de sellado 113 como el ID del anillo primario 116 puede atravesar la vía de paso lateral de sellado de gas interior o seco 504 en la dirección interior (dirección A'). Este gas se puede liberar a través del respiradero 174 (FIG.

1) a la atmósfera en una realización. El anillo de empuje 202 puede estar formado como un solo anillo con uno o más pasajes 203 (por ejemplo, orificios) formados en el mismo o puede estar formado por dos elementos diferentes donde los espacios entre los elementos definen el pasaje (véase, por ejemplo, los elementos 202a/202b en la FIG. 6 a continuación). Como referencia, también se muestra un anillo de empuje de un solo anillo en las FIGs. 7 y 8 a continuación y dicho anillo se puede usar en todas las realizaciones.

[0064]De manera similar, el gas que sale de la interfaz de sellado 113 como el OD del anillo primario 116 puede atravesar el pasaje externo 502 en la dirección externa A. Este gas puede liberarse a través del respiradero 174 (FIG. 1) a la atmósfera en una realización.

[0065]En la FIG. 6 se ilustran determinados aspectos de las realizaciones anteriores para mayor claridad. El sello ilustrado 100 incluye, como anteriormente, un estator 117. El estator 117 puede estar formado como un anillo. El estator 117 puede definir la cámara de control del anillo primario 201 donde se dispone el anillo de empuje 202. El anillo de empuje 202 puede ser un anillo único con pasajes (orificios) formados en el mismo como se ha analizado anteriormente.

[0066]Los anillos 202a, 202b están preferentemente conformados y dispuestos de tal manera que, cuando están acoplados, existen uno o más pasajes entre ellos a través de los cuales puede pasar el gas amortiguador 150 descrito anteriormente. Los anillos 202a, 202b que se muestran en la FIG. 6 incluyen elementos de acoplamiento tales como pestañas de acoplamiento 602 (en el anillo 202a) y regiones de recepción 604 (en el anillo 202b) para permitir que los anillos se separen en funcionamiento. Se podrían utilizar otros tipos de elementos de acoplamiento. En una realización, las pestañas 106 pueden alojar los elementos de desviación. Como se analiza más adelante, en algunos casos, los anillos 202a, 202b pueden separarse en determinadas circunstancias con un movimiento relativo entre los dos en la dirección interior A'. En el ejemplo que se analiza a continuación, el anillo interno 202a puede moverse axialmente hacia adentro con respecto al anillo de empuje externo 202b. El movimiento en la otra dirección será detenido por la parte posterior 620 del anillo primario 116 (u otro elemento como el anillo 320 de la FIG. 3 u otro anillo de empuje como se muestra a continuación).

[0067]Los sellos interior y exterior (juntas tóricas 205a, 205b) están dispuestos entre los respectivos anillos interior y exterior 202a, 202b y la parte posterior 620 de los anillos de acoplamiento. Estos sellos pueden servir para sellar la sección posterior 314 del anillo primario 116 en la cámara de control de anillo primario 201 en esta realización.

[0068]En referencia a las FIGs. 4 y 6, se pueden proporcionar uno o más elementos de retención 440 que se acoplan con una extensión de anillo 116b del anillo primario 116 para alinear el anillo durante el montaje. Dichos elementos de retención 440 son opcionales y se pueden omitir en ciertos casos.

[0069]Como se ha indicado anteriormente y con referencia ahora a las FIGs. 5-6, en general, durante su funcionamiento el gas amortiguador 150 se introduce desde un suministro de gas. El gas amortiguador 150 puede ser un gas inerte tal como nitrógeno, helio, neón o argón. El gas 150 se proporciona en la cámara de control del anillo primario 201 y generalmente impulsa el anillo primario 116 (y el primer y segundo anillos de empuje 202, 720) en la dirección exterior A. Debe entenderse que los miembros de desviación 138 descritos anteriormente también impulsan el anillo primario 116 hacia el anillo de acoplamiento 114.

[0070]El gas amortiguador 150 se desplaza a través del material poroso del anillo primario 116 desde su parte posterior 620 y sale en el anillo primario 116 en su cara 116a (por ejemplo, en la interfaz de sellado 113 formada entre los anillos de acoplamiento y primario 114/116).

[0071]Como se ha descrito en los ejemplos anteriores, las realizaciones en la presente invención incluyen la cámara de control del anillo primario 201 que incluye al menos un anillo de empuje 202 dispuesto al menos parcialmente en la misma. Además, como se muestra en las FIGs. 7 y 8, las porciones de un segundo anillo de empuje 720 también pueden estar dispuestas en la cámara de control del anillo primario 201. Adicional o alternativamente, en algunos casos, puede disponerse otro anillo, tal como el anillo 320 que se muestra en la FIG. 3, entre el anillo de empuje 202 y la parte posterior 620 del anillo primario poroso 116. Por lo tanto, se puede decir que la realización de la FiG. 7 incluye un primer anillo de empuje 202 y un segundo anillo de empuje 720 (por supuesto, el anillo 202 de cualquier realización anterior puede denominarse primer anillo de empuje en algunos casos).

[0072]El sello que se muestra en la FIG. 7 se ilustra sin un eje y se utiliza para mostrar la separación relativa de los anillos de empuje primero y segundo 202, 720 y para identificar los pasajes de salida de gas. En particular, el gas que sale de la interfaz de sellado 113 como el ID del anillo primario 116 puede atravesar la vía de paso lateral de sellado de gas interior o seco 504 en la dirección interior (dirección A'). Este gas se puede liberar a través del respiradero 174 (FIG. 1) a la atmósfera en una realización. De manera similar, el gas que sale de la interfaz de sellado 113 como el OD del anillo primario 116 puede atravesar la vía de paso exterior 502 en la dirección exterior A. Este gas puede liberarse a través del respiradero 174 (FIG. 1) a la atmósfera en una realización.

[0073]En referencia a ambas FIGs. 7 y 8, y como en las realizaciones anteriores, la cámara 201 de control del anillo primario puede incluir uno o más miembros de desviación 138 que empujan el primer anillo de empuje 202 hacia el anillo de acoplamiento 114 (por ejemplo, en la dirección A exterior). El gas amortiguador entra en la cámara de control del anillo primario 201 a través de la entrada 182 como se ha indicado anteriormente también sirve para empujar el primer anillo de empuje 202 en la dirección exterior.

[0074]El primer anillo de empuje 202 puede estar formado como un solo anillo con uno o más pasajes 203 (por ejemplo, orificios) formados en el mismo. Naturalmente, podría formarse como un anillo dividido como se ha descrito anteriormente. Como se ilustra, todo el primer anillo de empuje 202 está dispuesto en la cámara de control del anillo primario 201. El sello 100 incluye el primer y segundo elementos de sellado 205a, 205b. Estos pueden ser cualquier tipo de elemento de sellado y, como se ilustra, están formados como juntas tóricas. El primer y segundo elementos de sellado 205a, 205b dirigen el gas en la cámara de control del anillo primario 201 a través del paso 203 formado en el primer anillo de empuje 202. El primer y segundo elementos de sellado 205a, 205b también forman un sello entre el primer anillo de empuje 202 y el segundo anillo de empuje 720 de modo que el gas de barrera en la cámara de control del anillo primario 201 se dirige a través de la parte posterior 180 del anillo primario poroso 116 y a continuación a través del anillo primario 116 a la cara 116a.

[0075]Como se muestra mejor en la FIG. 8, uno o más elementos de sellado 740a, 740b están dispuestos entre el segundo anillo de empuje 720 y la parte posterior del anillo primario poroso 116. El segundo anillo de empuje 720 puede estar conformado y dispuesto de tal manera que mantenga los elementos de sellado 740a, 740b entre él y el anillo primario 116. Además, el segundo anillo de empuje 720 puede estar conformado y dispuesto de tal manera que tanto él como el primer anillo de empuje 202 se muevan, los elementos de sellado 740a, 740b no entren en contacto con ninguna superficie estacionaria (por ejemplo, las paredes 201a de la cámara de control del anillo primario 201) Esto puede evitar posibles daños a los elementos de sellado 740a, 740b en algunas realizaciones.

[0076]En general, la realización mostrada en las FIGs. 7 y 8 funciona generalmente de la misma manera que se ha descrito anteriormente. Cabe señalar que el anillo primario poroso 116 puede ser igual o similar al descrito anteriormente. Sin embargo, en aspectos de esta realización, la sección posterior 314 (FIG. 3) del anillo primario poroso 116 puede no estar dispuesta dentro de la cámara de control del anillo primario 201. En una realización particular, ninguna de la sección posterior 314 del anillo primario poroso 116 está dispuesta dentro de la cámara de control del anillo primario 201. En otra, parte de la sección posterior 314 (FIG. 3) del anillo primario poroso 116 puede estar dispuesta dentro de la cámara de control del anillo primario 201, pero en tal caso puede ser preferible garantizar que ninguno de los elementos de sellado 740a, 740b pueda entrar en contacto con las paredes 201a de la cámara de control del anillo primario 201.

[0077]Como se ha indicado anteriormente y con referencia ahora a las FIGs. 7-8, en general, durante su funcionamiento el gas amortiguador 150 se introduce desde un suministro de gas. El gas amortiguador 150 puede ser un gas inerte tal como nitrógeno, helio, neón o argón o cualquier otro tipo de gas (por ejemplo, aire). El gas 150 se proporciona en la cámara de control del anillo primario 201 y generalmente impulsa el anillo primario 116 (y el anillo de empuje 202) en la dirección exterior A. Los miembros de desviación 138 discutidos anteriormente también impulsan el anillo primario 116 hacia el anillo de acoplamiento 114.

[0078]El gas amortiguador 150 pasa a través del primer y segundo anillos de empuje 202, 720 y a continuación se desplaza a través del material poroso del anillo primario 116 desde su parte posterior 620 y sale en el anillo primario 116 en su cara 116a (por ejemplo, en la interfaz de sellado 113 formada entre el acoplamiento y los anillos primarios 114/116).

[0079]En caso de una reducción en el suministro de gas amortiguador, el sello funcionará como se ha descrito anteriormente con respecto a la FIG. 4. En caso de una reducción de gas amortiguador, el gas ya no puede fluir apreciablemente a través de la entrada 184, el pasaje 182 o el anillo primario 116. En tal caso, las ranuras 191 servirán para garantizar que los anillos de acoplamiento y primario no entren en contacto de manera que se destruyan o se dañen significativamente de otro modo. Como se ha descrito anteriormente, las ranuras 191 aspiran gas a baja presión desde el lado del sello de gas seco (por ejemplo, en el ID) y lo bombean a través de la interfaz de sellado giratoria 113 para crear un flujo radialmente hacia afuera hacia el OD y la cavidad del cojinete 108. En funcionamiento, este espacio será suficiente para evitar el desgaste prematuro del sello al garantizar un régimen sin contacto.

[0080]En la descripción anterior, el sello que incluye un anillo primario poroso se ilustró como un sello de separación que estaba separado del sello de gas seco. En otra realización, y como se muestra en la FIG. 9, dicho sello también se puede utilizar como un sello de respaldo o de contención del sello de gas seco que incluye dos sellos (por ejemplo, un sello en tándem). En particular, el montaje de sello de gas seco 900 incluye en el primer sello o sello primario 902 y un sello secundario, de respaldo o de contención 904 (sello secundario en lo sucesivo). El sello secundario 904 incluye el anillo primario 116 formado de un material poroso como en el caso anterior.

[0081]Al menos una porción del conjunto de sellado de gas seco 900 se posiciona entre un eje de compresor giratorio 102 y una carcasa de compresor 104. El eje del compresor giratorio 102 es generalmente parte de un compresor y está acoplado operativamente a un impulsor del compresor (no mostrado) dispuesto en una cavidad de proceso 106 del compresor, y está soportado por la carcasa 104 a través de un cojinete (no mostrado) dispuesto en una cavidad de cojinete 108 de la carcasa 104. El eje del compresor giratorio 102 es el rotor del compresor en la mayoría de los casos y puede denominarse simplemente como un eje giratorio de vez en cuando en la presente invención. Se entenderá que el eje giratorio no requiere que sea el rotor del compresor en sí, sino que podría ser cualquier eje conectado al rotor que gire con él, alrededor del cual se debe proporcionar un sello.

[0082]La carcasa del compresor 104 incluye un orificio 109 formado en ella que se extiende entre la cavidad de proceso 106 y la cavidad de cojinete 108 y define una cámara de sellado anular 112 donde puede insertarse el conjunto de sellado de gas seco 900. La cavidad de proceso 106 incluye el gas (típicamente un hidrocarburo) que es comprimido por el compresor. En la presente invención se hace referencia a ese gas como gas de proceso.

[0083]Se puede proporcionar una cubierta opcional no mostrada que puede incluir un sello de laberinto y que se extiende sobre una abertura que se extiende radialmente formada entre el eje giratorio 102 y la carcasa del compresor 104 para inhibir el flujo libre de gas de proceso desde la cavidad de proceso 106 hacia el orificio 109. La cubierta 126 está dispuesta en el orificio 109 y, como se ilustra, lleva un sello de laberinto 128 que sirve para evitar total o parcialmente el flujo libre de gas de proceso desde la cavidad de proceso 106 hacia el orificio 109. La combinación de la cubierta 126 y el sello de laberinto 128 se extiende sobre una abertura que se extiende radialmente formada entre el eje giratorio 102 y la carcasa del compresor 104. Como se ilustra, la cubierta 126 y el sello de laberinto 128 se muestran como dos elementos separados, pero podrían formarse como una unidad integrada en una realización. El montaje de sello de gas seco 900 ilustrado en la FIG. 9 incluye el primer sello 902 y el sello secundario 904. Típicamente, los componentes del primer y segundo sellos 902/904 se preensamblan en un cartucho y a continuación se disponen en la cámara de sellado 112. El cartucho 118 incluye un primer estator 917 que puede estar formado por uno o más componentes y unidos en una relación fija entre sí, así como con la carcasa del compresor 104 cuando está instalada.

[0084]El cartucho también puede incluir un anillo de manguito 115 que puede estar formado por uno o más componentes y que está unido al eje giratorio 102 de tal manera que gira con el eje giratorio 102. El anillo de manguito ilustrado 115 incluye cuatro porciones 915, 917, 919, 921. La primera porción 915 lleva porciones giratorias del primer sello 902 y la cuarta porción 921 lleva porciones giratorias del sello secundario 904. Como se muestra, dos anillos espaciadores 917, 919 están ubicados entre la primera y segunda porciones del anillo de manguito. Las porciones pueden formarse como anillos giratorios configurados para ponerse en contacto y girar con el eje giratorio 102. Naturalmente, el anillo de manguito podría formarse como una pieza unitaria o podría incluir cualquier número de piezas que se unen entre sí o se mantienen estacionarias entre sí durante el funcionamiento (por ejemplo, todas las piezas giran juntas como una sola).

[0085]Suponiendo que el gas de proceso en la cavidad de proceso 106 está bajo presión, todos los componentes del conjunto de sellado de gas seco 900 se impulsan en la dirección hacia los anillos de empuje 121 y 125 (dirección A) durante el funcionamiento. El movimiento axial del sello de gas seco primario 902 con respecto al eje giratorio 102 está limitado por un anillo de empuje del eje 125 recibido en una ranura en el eje giratorio 102.

[0086]En el ejemplo anterior, debe entenderse que el anillo de empuje del eje 125 puede fijarse con respecto a los anillos de manguito de modo que los dos elementos giren juntos. Además, en aras de la exhaustividad, se entenderá que se pueden unir a los manguitos para proporcionar soporte u otras funciones, pero no se describen específicamente en la presente invención.

[0087]La porción 915 transporta y de otro modo acopla el primer anillo giratorio o de acoplamiento del sello 914 al eje giratorio 102. Es decir, la porción 915 se acopla al eje giratorio 102 y permite que el primer anillo de acoplamiento de sello 914 también gire con el eje 102. El primer anillo de acoplamiento 914 puede incluir una o más ranuras (no se muestran) formadas en una cara del mismo.

[0088]Se entenderá que durante el funcionamiento normal el sello secundario 904 funciona de la misma manera que se ha descrito anteriormente con respecto a las FIGs. 1-4 con el gas 150 desplazándose de la manera que se muestra en la FIG. 2. Es decir, el gas amortiguador 150 entra en la cámara de control del anillo primario 201 a través del paso de gas amortiguador 182. Como se ha indicado anteriormente, este gas pasa a través del anillo primario 116 y sale de él en o cerca de la interfaz de sellado 113 en la cara del anillo primario 116a. Este gas, durante su funcionamiento normal, puede viajar a lo largo de la interfaz de sellado 113 tanto radialmente hacia adentro (dirección B) como radialmente hacia afuera (dirección B'). El gas que viaja radialmente hacia afuera generalmente puede pasar a la cavidad del cojinete 108. El gas se desplaza radialmente hacia adentro y pasa entre el estator 117 y el anillo de manguito 115 (en este caso, entre la tercera porción 919 y el estator 117) y sale de la cámara de sellado 112 a través del respiradero 974 después de pasar por la cámara de ventilación 974a. El gas intermedio se puede proporcionar en el pasaje de gas intermedio 182 a una presión de gas intermedio. En caso de una reducción del flujo de gas amortiguador, el sello secundario 904 extraerá gas de la cámara de ventilación 974a debido a las ranuras 191 como se ha descrito anteriormente. A continuación, se describe el funcionamiento del sello secundario 904.

[0089]Durante el funcionamiento, el gas presente en la cavidad de proceso 106, que puede alcanzar presiones de 6500 psi-g (450 bar-g) o superiores, se sella de la cavidad del cojinete 108 y del entorno mediante la interacción del primer anillo de acoplamiento de sello 914 y un primer anillo primario de sello 916. El primer anillo primario de sello 916 también puede denominarse anillo estacionario, ya que no gira con el eje y, por lo tanto, está general o completamente estacionario en rotación con respecto a la carcasa durante el funcionamiento. El número de referencia 913 identifica la ubicación de la interfaz de sellado formada entre el primer anillo de acoplamiento de sellado 914 y el primer anillo primario de sellado 916.

[0090]Como entenderá el experto en la materia, el primer anillo primario de sellado 916 se puede mover axialmente con respecto a la carcasa 104 durante el funcionamiento, de modo que se pueda mantener una distancia controlada entre el primer anillo de acoplamiento de sellado 914 y el primer anillo primario de sellado 916 en la interfaz de sellado 913. En la realización ilustrada, se aplica una fuerza de resorte al primer anillo primario de sellado 916 mediante uno o más miembros de desviación 938 dispuestos entre un anillo de retención 917a y el primer anillo primario de sellado 916. Como se muestra, los miembros de desviación 938 están dispuestos entre el estator 917 y un anillo portador 970 que está unido o entra en contacto de otro modo con el primer anillo primario de sellado 916. El experto en la técnica se dará cuenta de que, en diferentes tipos de sellos, el diseño y la geometría del sello primario/primero pueden variar respecto a los que se muestran en la FIG.9 y las realizaciones de la presente invención no se limitan al diseño y la geometría del sello primario/primero particulares que se muestran en esta solicitud.

[0091]Durante el funcionamiento, parte del gas de proceso se desplaza entre la interfaz de sellado 913 del primer acoplamiento de sellado y los anillos primarios 914, 916. El gas de proceso que viaja de este modo se identifica mediante la flecha 950.

[0092]En más detalle, la rotación del primer anillo de acoplamiento de sellado 914 debido a su conexión al eje giratorio 102 y/o la presión del gas de proceso en la cámara de proceso 106 hará que parte del gas de proceso se extraiga de un diámetro externo del primer anillo de acoplamiento de sellado 914 hacia las ranuras formadas en el mismo. La forma de las ranuras está optimizada para mejorar el rendimiento del sello. Como se conoce en la técnica, las ranuras típicamente se mecanizan solo hasta el punto medio radial de la cara del primer anillo de acoplamiento de sellado 914 y tienen una profundidad muy baja de solo unos pocos micrómetros. Las ranuras pueden estar conformadas para tener una punta de modo que el gas que entra en las ranuras se comprima debido a la reducción de volumen en las puntas. El área de presión de gas ligeramente más alta crea una presa de presión y da como resultado el llamado "despegue", lo que resulta en la separación física de los anillos primario y de acoplamiento 914, 916. Como tal, en funcionamiento, el gas fluye sobre el área de presa (entre los anillos primario y de acoplamiento 914, 916) a un lado de baja presión 960 de la interfaz de sellado del primer sello 913. El gas que pasa a través de la interfaz de sellado puede salir del conjunto de sellado de gas seco 100 a través de un respiradero 974 en la carcasa del compresor 104.

[0093]Para permitir el despegue descrito anteriormente, se proporciona el anillo portador 970 como medio para permitir el movimiento requerido. El anillo portador 970 está acoplado al estator 917 por los miembros de desviación 938. Los miembros de desviación 938 pueden ser un elemento singular o estar compuestos por una pluralidad de elementos. Los miembros de desviación 938 comprenden uno o más resortes en una realización. Naturalmente, la forma y el diseño del anillo de soporte en el primer sello pueden variar.

[0094]Durante el funcionamiento, como se describió anteriormente, la presión en la cavidad de proceso 106, así como el calor, pueden hacer que el eje giratorio 102 se mueva o expanda axialmente. Los miembros de desviación 938 pueden permitir que el primer anillo primario de sellado 916 mantenga una distancia constante durante el funcionamiento entre sí mismo y el primer anillo de acoplamiento de sellado 914 incluso cuando el anillo de acoplamiento 914 se mueve axialmente debido a dicho movimiento del eje giratorio 102.

[0095]Como se ha mencionado anteriormente, el sello secundario 904 recibe un flujo de un gas amortiguador. Debe entenderse que el sello secundario puede formarse de la misma manera o similar a cualquier realización descrita anteriormente de las FIGs. 1-8. Por lo tanto, la discusión que allí se recoge se incorpora como si se repitiera íntegramente aquí.

[0096]El gas, después de pasar a través de la interfaz de sellado 113, se desplaza tanto radial como axialmente hacia afuera a la cavidad de cojinete 108 y radial y axialmente hacia adentro (dirección A') hacia la cavidad de proceso 106. En la FIG. 9, se proporciona un respiradero 974 (que incluye un pasaje de ventilación 974a) que permite la liberación controlada tanto del gas amortiguador que se desplaza axialmente hacia adentro como del gas de proceso 950 que ha pasado a través de la interfaz de sellado del primer sello 913 para escapar durante la operación normal. Dichos respiraderos son conocidos en la técnica y pueden incluir típicamente un estrangulador que limita el flujo de gas a un nivel de o por debajo de aproximadamente 3-4 barg.

[0097]En funcionamiento normal, la presión en el respiradero 974 es aproximadamente presión atmosférica o ligeramente más alta. En el caso de que se reduzca el flujo de gas amortiguador, el sello secundario 904 funcionará de la manera descrita anteriormente con respecto a la FIG. 4 y aspirará gas desde el respiradero 974 a través de la vía de paso lateral de sellado de gas seco 504 en la dirección axialmente hacia afuera A.

[0098]En caso de que el sello primario 902 tenga fugas, y ahora con referencia a la FIG. 10 que muestra el sello secundario 904 funcionando en dichas condiciones, el gas escapará del sello primario 902 y alcanzará el pasaje de ventilación 974a. Como se ha analizado anteriormente, el respiradero 974 incluye un estrangulador que generalmente evitará que el gas se escape. En algunos casos, la fuga de gas a través del primer sello elevará la presión del gas suministrado al paso de la cámara de ventilación 974a por encima de lo que el estrangulador permitirá escapar. Como se muestra en la FIG. 10, esto puede dar como resultado que el gas de proceso 950 se desplace desde la cámara de ventilación 974a en la dirección axialmente hacia afuera (dirección A) a través de la vía de paso lateral de sellado de gas seco 504 hasta el ID del anillo primario 116 a una presión más alta que en la operación normal (por ejemplo, por encima de la presión a la que se permite escapar a través del estrangulador).

[0099]El gas de proceso de alta presión 950 también puede hacer que el anillo de empuje interno 202a y el sello interno 205a se empujen axialmente hacia adentro como se ilustra en la FIG. 10. Cuando esto sucede, la presión detrás del anillo primario poroso 116 se volverá aproximadamente igual a la presión del gas de proceso 950 que se fuga a través del primer sello y la presión en la interfaz de sellado 113 generalmente será menor y disminuirá en el espacio desde el ID al OD. Se entenderá que se evitará que el gas de proceso 950 escape completamente de la cámara de control del anillo primario 201 debido a un estrangulamiento en el respiradero 184.

[0100]Después de que la presión se haya estabilizado en la cámara de control del anillo primario 201, el anillo de empuje exterior 202 define un nuevo diámetro de equilibrio del sello secundario 904 y las ranuras 191 en el anillo de acoplamiento 114 extraerán el gas de proceso de alta presión 950 del ID y a través de la interfaz de sellado 113 para crear un flujo de nivel hacia la cámara de cojinete 108. De esta manera, el sello secundario 904 puede mantener una restricción positiva en este evento catastrófico y evitar fugas extremas de gas presurizado a la atmósfera.

[0101]Hay diversas variaciones que se pueden aplicar a las enseñanzas en esta invención. Por ejemplo, y como se muestra en la FIG. 11, los sellos radiales 205 de cualquier realización anterior se pueden implementar como juntas tóricas. Estas juntas tóricas pueden tener diferentes diámetros. Como se muestra en la FIG. 11, la primera junta tórica 110ba tiene un diámetro de sección transversal más pequeño que la segunda junta tórica 1105b. En otra realización, esta relación podría invertirse con la primera junta tórica 1105a que tiene un diámetro mayor que la segunda junta tórica 1105b.

[0102]En la FIG. 11 y las figuras que siguen, las trayectorias de flujo de gas se muestran en el estado de funcionamiento normal. Se entenderá que las realizaciones en estas figuras pueden funcionar en todas las diversas condiciones discutidas anteriormente.

[0103]En otra realización, y como se muestra en la FIG. 12, la parte posterior 180 del anillo primario 116 puede configurarse de manera que defina planos de sellado irregulares. Por ejemplo, el plano de sellado externo 1280b en la parte posterior del anillo primario 116 puede estar axialmente hacia adentro con respecto al plano de sellado interno 1280a en la parte posterior del anillo primario. Esto dará como resultado un ligero ajuste en la alineación de las caras frontal (exterior) de los anillos de empuje interior y exterior 202a/202b.

[0104]Se entenderá que se contemplan variaciones adicionales en la parte posterior del anillo primario. Por ejemplo, las ranuras 1302a/1302b se pueden formar en la parte posterior 180 del anillo primario 116 como se muestra en la FIG. 13A. Este concepto de ranuras puede extenderse o combinarse de otro modo con la variación de los planos de sellado de la FIG. 12 para proporcionar unos planos ranurados donde un plano de sellado exterior 1380b en la parte posterior del anillo primario puede estar axialmente hacia el interior con respecto al plano de sellado interior 1380a en la parte posterior del anillo primario.

[0105]En las realizaciones anteriores que tienen ranuras en la parte posterior del anillo primario 116, debe entenderse que una de las ranuras podría omitirse. Además, en tales casos, aunque no es necesario, una o más de las caras exteriores del anillo de empuje podrían ajustarse para que no incluyan un área de recepción para una junta tórica (FIG. 14a/14b). Más detalladamente, el anillo de empuje exterior 202b en la FIG. 14a incluye un área de recepción 1402b para recibir la junta tórica exterior 1405b. La cara frontal 1402a del anillo de empuje interno 202a en la FIG. 14a se muestra como sustancialmente plana. Esta variación dará como resultado cambios en los planos de sellado y podría usarse con el anillo primario 116 que incluye la ranura 1280a que se muestra en la FIG. 14a o con cualquier anillo primario 116 que se muestra en la presente invención (por ejemplo, sin o sin ranuras en su parte posterior).

[0106]En las FIGs. 14a/14b se ilustran juntas tóricas de diferentes tamaños 1405a/1405b, pero eso no es necesario y podrían ser del mismo diámetro.

[0107]En aras de la exhaustividad, la FIG. 14b muestra la situación inversa de la FIG. 14b. En particular, con más detalle, el anillo de empuje exterior 202b en la FIG. 14b es sustancialmente plano y tiene una cara frontal 1404b. El anillo de empuje interno 202a incluye un área de recepción 1404a para recibir el anillo tórico interno 1405a. La cara frontal 1402a del anillo de empuje interno 202a en la FIG. 14a se muestra como sustancialmente plana. Esta variación dará como resultado cambios en los planos de sellado y podría usarse con el anillo primario 116 que incluye la ranura 1280b que se muestra en la FIG. 14b o con cualquier anillo primario 116 que se muestra en la presente invención (por ejemplo, sin o sin ranuras en su parte posterior).

[0108]En la presente invención se han descrito varias realizaciones de la invención con referencia a los dibujos relacionados. Se pueden idear realizaciones alternativas de la invención sin apartarse del alcance de esta invención. Varias conexiones y relaciones posicionales (por ejemplo, sobre, debajo, adyacentes, etc.) se establecen entre los elementos en la siguiente descripción y en los dibujos. Estas conexiones y/o relaciones posicionales, a menos que se especifique lo contrario, pueden ser directas o indirectas, y la presente invención no pretende ser limitativa a este respecto. Por consiguiente, un acoplamiento de entidades puede referirse a un acoplamiento directo o indirecto, y una relación posicional entre entidades puede ser una relación posicional directa o indirecta. Por lo tanto, cualquier acoplamiento o conexión en la presente invención se puede denominar directo más adelante en las reivindicaciones a continuación, incluso si anteriormente no se menciona específicamente de esa manera. Además, las diversas tareas y etapas de proceso descritas en esta invención se pueden incorporar en un procedimiento o proceso más completo que tiene etapas o funcionalidades adicionales no descritas en detalle en esta invención.

[0109]El término "aproximadamente" pretende incluir el grado de error asociado con la medición de la cantidad particular según el equipo disponible en el momento de depositar la solicitud.

[0110]La terminología utilizada en esta invención tiene el propósito de describir realizaciones particulares solamente y no pretende limitar la presente descripción. Como se usa en esta invención, las formas singulares “un”, “una” y “el/la” pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá además que los términos “comprende” y/o “comprendiendo”, cuando se usan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, integrantes, etapas, operaciones, elementos y/o componentes indicados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, integrantes, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.

[0111]Si bien la presente descripción se ha descrito con referencia a una realización o realizaciones ejemplares, los expertos en la materia entenderán que se pueden realizar diversos cambios y que se pueden sustituir elementos de los mismos por equivalentes sin apartarse del alcance de la presente descripción. Además, pueden hacerse muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la presente descripción sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se pretende que la presente descripción no se limite a la realización particular descrita como el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta presente descripción, sino que incluya todas las realizaciones comprendidas dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto para sellar un fluido en una máquina giratoria, comprendiendo el conjunto:

un sello de gas seco primario (902) adaptado y configurado para rodear un eje (102) de la máquina giratoria y evitar que el fluido salga de la máquina giratoria; y

un sello secundario (904) conectado al sello de gas seco primario (902) adaptado y configurado para evitar que un líquido ingrese al sello de gas seco (902), comprendiendo el sello secundario:

un estator (117) configurado para montarse alrededor del eje (102) y configurado para unirse de forma fija a la máquina giratoria, el estator (117) que incluye una cámara de control del anillo primario (201) formada en el mismo;

un anillo primario poroso (116) formado por un material poroso y que tiene una parte posterior (180);

un anillo de empuje dividido (202) al menos parcialmente dentro de la cámara de control del anillo primario (201) y acoplado al anillo primario poroso (116), donde el anillo de empuje dividido (202) incluye un anillo interno (202a) y un anillo externo (202b), donde el anillo interno (202a) está configurado para moverse axialmente hacia adentro con respecto al anillo externo (202b) en caso de un aumento en el flujo del fluido a través del sello de gas seco primario (902);

un anillo de acoplamiento (114) acoplado al eje (102) que gira con el eje y con respecto al anillo primario poroso (116);

un miembro de desviación del anillo externo (138) que empuja el anillo externo (202b) y el anillo primario poroso (116) hacia el anillo de acoplamiento (114) para formar una interfaz de sellado (113) entre el anillo primario poroso (116) y el anillo de acoplamiento (114);

un miembro de desviación del anillo interno (138) que empuja el anillo interno (202a) y el anillo primario poroso (116) hacia el anillo de acoplamiento (114); y

uno o más elementos de sellado (205a/205b) dispuestos entre el anillo de empuje dividido (202) y la parte posterior del anillo primario poroso (116) y dentro de la cámara de control del anillo primario (201); donde el estator (117) incluye un paso (182) construido y dispuesto para transportar gas amortiguador presurizado a una presión de gas amortiguador durante el funcionamiento normal a la cámara de control de anillo primario (201) de tal manera que el gas pase desde la parte posterior (180) del anillo primario poroso (116), a través del anillo primario poroso (116) y a la interfaz de sellado (113).

2. El sello de conjunto según la reivindicación 1, donde el gas amortiguador que alcanza la interfaz de sellado (113) pasa, en funcionamiento normal, tanto radialmente hacia dentro como radialmente hacia fuera a lo largo de la interfaz de sellado (113).

3. El conjunto según la reivindicación 2, donde se proporciona un respiradero (174/974) que recibe el gas que pasa a través del sello de gas seco primario (902) y el gas amortiguador que se desplaza radialmente hacia adentro a lo largo de la interfaz de sellado (113).

4. El conjunto según la reivindicación 3, donde el estator (117) define un paso lateral de sellado de gas seco (504) que permite que el gas amortiguador que pasa radialmente hacia el interior alcance el respiradero (174/974) durante el funcionamiento normal.

5. El conjunto según la reivindicación 4, donde el fluido es gas de proceso y, en caso de que el gas de proceso de flujo a través del sello de gas primario (902) aumente la presión en el respiradero (174/974) por encima de un umbral, el gas de proceso que pasa a través del sello de gas primario (902) se desplaza a lo largo del paso lateral del sello de gas seco (504) hasta un diámetro interior de la interfaz de sellado (113).

6. El conjunto según la reivindicación 5, donde el gas de proceso en el diámetro interno hace que el anillo interno (202a) se mueva axialmente con respecto al anillo externo (202b) cuando el gas en el respiradero (174/974) excede el umbral.

7. El conjunto según la reivindicación 6, donde el movimiento axial del anillo interno (202a) permite que el gas de proceso entre en la cámara de control del anillo primario (201).

8. El conjunto según la reivindicación 7, donde el anillo de acoplamiento (114) incluye ranuras (191) formadas en una cara del mismo, donde las ranuras bombean gas de proceso desde el diámetro interior de la interfaz de sellado (113) hasta un diámetro exterior de la interfaz de sellado (113).

9. El conjunto según la reivindicación 1, donde el anillo primario poroso (116) está formado de carbono poroso.

10. El conjunto según la reivindicación 9, donde los elementos de sellado (205a/205b) están separados de la parte posterior (180) del sello de carbono poroso por un miembro de separación.

11. El conjunto según la reivindicación 10, donde el miembro de separación es un anillo (320).

12. El conjunto según la reivindicación 1, donde la parte posterior del anillo primario poroso (116) incluye una o más ranuras móviles (1302a/1302b) formadas en el mismo para recibir uno o más elementos de sellado (205a/205b).