BR112014015750B1

BR112014015750B1 - Compressor alternativo e método para retroajustar um compressor alternativo

Info

Publication number: BR112014015750B1
Application number: BR112014015750-2A
Authority: BR
Inventors: Riccardo BAGAGLI; Leonardo Tognarelli
Original assignee: Nuovo Pignone S.P.A.
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2021-08-10
Also published as: MX2014007922A; ES2885498T3; RU2616144C2; JP2015504129A; RU2014123160A; CA2859275A1; ITMI20112396A1; KR101989489B1; WO2013098087A1; BR112014015750A2; IN2014CN04464A; CN104136776A; EP2798212B1; JP6266533B2; KR20140111659A; CN104136776B; EP2798212A1; CA2859275C; BR112014015750A8; US20140353535A1

Abstract

VÁLVULA ROTATIVA ATUADORA, COMPRESSOR ALTERNATIVO E MÉTODO PARA RETROAJUSTAR UM COMPRESSOR ALTERNATIVO. A presente invenção refere-se geralmente a válvulas rotativas utilizadas em compressores alternativos e, mais particularmente, a válvulas rotativas atuadoras que têm perfis vedantes entre o estator (algumas vezes também chamados de base) e o rotor (algumas vezes também chamado de contrabase). A válvula rotativa (500) atuadora, utilizável em um compressor alternativo para indústria de óleo e gás compreende um estator (510) que tem uma abertura (512) de estator; e um rotor (520) que tem uma abertura (522) de rotor, em que pelo menos um dentre o rotor (520) e o estator (510) tem um perfil de vedação (515, 525) que é extrudado a partir de uma superfície do rotor (520) ou do estator (510) em direção a uma interface entre isso, em que o perfil de vedação (515, 525) circunda uma respectiva abertura dentre uma abertura (522) de rotor ou a abertura (512) de estator.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se geralmente a válvulas rotativas utilizadas em compressores alternativos e, mais particularmente, a válvulas rotativas atuadoras que têm perfis vedantes entre o estator (algumas vezes também chamados de base) e o rotor (algumas vezes também chamado de contrabase).

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os compressores utilizados na indústria de óleo e gás precisam atender aos requisitos específicos da indústria que levam em consideração, por exemplo, que o fluido comprimido é frequentemente corrosivo e inflamável. O Instituto de Petróleo Americano (American Petroleum Institute - API), a organização que regulamenta o padrão de indústria reconhecido para equipamento utilizado na indústria de óleo e gás, expediu um documento, API618, que lista um conjunto completo de requisitos mínimos para compressores alternativos.

[003] Os compressores podem ser classificados como compressores de deslocamento positivo (por exemplo, compressores alternativos, de parafuso ou de palheta) ou compressores dinâmicos (por exemplo, compressores centrífugos ou axiais). Nos compressores de deslocamento positivo, o gás é comprimido ao aprisionar um volume fixo de gás e, então, esse volume é reduzido. Nos compressores dinâmicos, o gás é comprimido ao transferir a energia cinética de um elemento rotatório (tal como, um impulsor) para o gás ser comprimido pelo compressor.

[004] A Figura 1 é uma ilustração de um compressor alternativo de câmara dupla convencional 10 (isto é, um compressor de deslocamento positivo), que é utilizado na indústria de óleo e gás. A compressão ocorre em um cilindro 20. Um fluido a ser comprimido (por exemplo, gás natural) é inserido no cilindro 20 através de uma entrada 30 e, após a compressão, é retirado através de uma saída 40. O compressor opera em um processo cíclico durante o qual o fluido é comprimido devido a um movimento do pistão 50 no cilindro 20, entre uma extremidade de cabeçote 26 e uma extremidade de manivela 28. O pistão 50 divide o cilindro 20 em duas câmaras de compressão 22 e 24 que operam em fases diferentes do processo cíclico, em que o volume da câmara de compressão 22 está em seu valor mais baixo quando o volume da câmara de compressão 24 está em seu valor mais alto e vice-versa.

[005] As válvulas de sucção 32 e 34 se abrem para permitir que o fluido seja comprimido (isto é, tendo uma primeira pressão ou de sucção P1) a partir da entrada 30 para o interior das câmaras de compressão 22 e 24, respectivamente. As válvulas de descarga 42 e 44 abrem para permitir que o fluido que foi comprimido (isto é, que tem uma segunda pressão ou de descarga P2) seja retirado das câmaras de compressão 22 e 24, respectivamente, através da saída 40. O pistão 50 se move devido à energia transmitida de um virabrequim 60 através de um cabeçalho 70 e de uma haste de pistão 80.

[006] Convencionalmente, as válvulas de sucção e compressão utilizadas em um compressor alternativo são válvulas automáticas que são comutadas entre um estado fechado e um estado aberto devido a uma pressão diferencial transversal à válvula. As Figuras 2A e 2B ilustram a operação de uma válvula automática 100 que tem uma base 110 e uma contrabase 120. A Figura 2A ilustra a válvula 100 em um estado aberto e a Figura 2B ilustra a válvula 100 em um estado fechado.

[007] No estado aberto ilustrado na Figura 2A, o obturador 130 é pressionado para baixo para o interior da contrabase 120, o que permite que o fluido flua através de uma entrada140 e das saídas 150. A forma do obturador 130 pode ser um disco, um gatilho, multigatilhos ou anéis, na qual a diferença na forma dá o nome da válvula: válvula de disco, válvula de gatilho, válvula de múltiplos gatilhos ou válvula anelar. As Figuras 2A e 2B representam uma configuração genérica independente dos detalhes relacionados à forma atual do obturador 130.

[008] Uma mola 160 está localizada entre o obturador 130 e a contrabase 120. Dependendo do estado de deformação, a mola 160 participa ativamente no estabelecimento de um ponto de abertura da válvula, a força de deformação elástica sobrepõe uma pressão ao longo da trajetória do fluxo (a pressão sobreposta é igual à força dividida pela área do obturador 130). No estado aberto, a primeira pressão p1 a partir da fonte do fluido (não mostrado) e ao longo da entrada 140 é maior que a pressão p2 ao destino do fluido (não mostrado) e ao longo das saídas 150. Se a mola 160 é deformada quando o obturador 130 é pressionado para baixo para dentro da contrabase 120 (conforme mostrado na Figura 2A), a diferença de pressão (p1- p2) tem que ser maior que a pressão devido à mola 160 (isto é, uma razão da força de deformação elástica dividida pela área do obturador).

[009] No estado fechado ilustrado na Figura 2B, o obturador 130 impede que o fluido flua da entrada 140 em direção às saídas 150. A mola 160 é muitas vezes configurada para favorecer um fechamento mais rápido da válvula (e manter a válvula fechada) e, então, é conhecida como uma mola de “retorno”. A mola 160 ajuda a fechar a válvula 100 mesmo se as pressões na fonte p1 e no destino p2 forem iguais (p1= p2).

[010] As válvulas descritas acima são conhecidas como válvulas automáticas que são comutadas entre o estado aberto e o estado fechado devido à diferença de pressão transversal à válvula (p1- p2) (isto é, entre a pressão p1 na fonte do fluido e a pressão p2 no destino do fluido).

[011] Uma fonte de ineficiência no compressor alternativo está relacionada ao volume de folga, que é um volume a partir do qual o fluido comprimido não pode ser evacuado. Parte do volume de folga é devido a um volume relacionado às válvulas. As válvulas rotativas requerem menos volume de folga, mas operam apenas se ativadas. Outra vantagem das válvulas rotativas é uma área de fluxo aumentada. As válvulas rotativas são conhecidas há muito tempo, por exemplo, elas foram descritas na Patente n° U.S. 4.328.831 de Wolff e na Patente n° U.S. 6.598.851 de Schiavone, entre outros.

[012] As Figuras 3A e 3B ilustram uma válvula rotativa convencional 200. A válvula inclui um estator 210 e um rotor 220. O estator 210 e o rotor 220 são discos coaxiais com aberturas que transpõem um setor do mesmo tamanho em volta de um eixo 230. O rotor 210 pode ser ativado para girar em torno do eixo 230 a partir da primeira posição (Figura 3A) na qual a abertura do rotor 212 sobrepõe a abertura do estator 222 para uma segunda posição (Figura 3B) na qual a abertura do rotor 212 e a abertura do estator 222 (mostrado ao utilizar linha pontilhada) transpõem setores diferentes. Quando o rotor 220 está na primeira posição, a válvula rotativa 200 está no estado aberto que permite que um fluido flua de um lado da área de estator de rotor para outro lado do rotor. Quando o rotor 220 está na segunda posição, a válvula rotativa 200 está no estado fechado que impede que o fluido flua de um lado da área de estator de rotor para outro lado do rotor.

[013] As válvulas rotativas convencionais não são utilizadas atualmente em compressores alternativos utilizados na indústria de óleo e gás devido ao fato de que uma vedação entre o estator e o rotor não é efetiva e a ativação não é precisa. Adicionalmente, quando ativa-se o rotor, forças de atrito altas podem ocorrer devido à (1) diferença de pressão que empurra o rotor em direção ao estator e, então, aumenta a força de atrito e (2) à superfície de atrito grande. Além disso, o atrito estático é, provavelmente, substancialmente maior que o atrito dinâmico o qual a diferença torna ainda mais difícil de determinar o tempo propriamente e controlar a força de ativação.

[014] Consequentemente, seria desejável fornecer válvulas rotativas utilizáveis em compressores alternativos para a indústria de óleo e gás que evita os problemas e defeitos descritos antes.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[015] A presente invenção minimiza as forças de atrito em válvulas rotativas, que permitem uma ativação rápida e precisa ou as válvulas, através disso, tornam essas válvulas rotativas utilizáveis em compressores alternativos para equipamento de indústria de óleo e gás. Ao utilizar válvulas rotativas em compressores alternativos tem-se a vantagem de uma área de fluxo de passagem aumentada que produz uma eficiência aumentada do compressor ao aumentar a fase de sucção e/ou descarga.

[016] De acordo com uma realização, é fornecida uma válvula rotativa atuadora utilizável em um compressor alternativo para indústria de óleo e gás, a válvula que está localizada entre um bocal e uma câmara de compressão do compressor alternativo. A válvula inclui (1) um estator que tem uma abertura de estator por meio de uma direção do bocal para uma câmara de compressão, (2) uma haste atuadora configurada para ser girada por um atuador e (3) um rotor que tem uma abertura de rotor através disso na direção do bocal para a câmara de compressão e que está anexado de modo fixo à haste atuadora. O rotor e o estator são discos coaxiais e são coaxiais com a haste atuadora que passa através disso. Pelo menos um dentre o rotor e o estator tem um perfil de vedação que é extrudado a partir de uma superfície do rotor ou do estator em direção a uma interface entre isso, em que o perfil de vedação circunda uma respectiva dentre uma abertura de rotor ou a abertura de estator.

[017] De acordo com outra realização , um compressoralternativo utilizado na indústria de óleo e gás tem (1) uma câmara de compressão configurada para comprimir um fluido que entrou na câmara de compressão através de um bocal de sucção e é evacuado da câmara de compressão através de um bocal de descarga, (2) um atuador configurado para fornecer um deslocamento angular e (3) uma válvula configurada para impedir que o fluido flua para dentro ou para fora da câmara de compressão através de um bocal de sucção ou de um bocal de descarga. A válvula inclui (1) um estator que tem uma abertura de estator através disso em direção à câmara de compressão, (2) uma haste atuadora conectada a e configurada para ser girada pelo atuador e (3) um rotor que tem uma abertura de rotor através disso na direção em direção à câmara de compressão e que está anexado de modo fixo à haste atuadora. O rotor e o estator são discos coaxiais e são coaxiais com a haste atuadora que passa através disso. Pelo menos um dentre o rotor e o estator tem um perfil de vedação que é extrudado a partir de uma superfície do rotor ou do estator em direção a uma interface entre isso, em que o perfil de vedação circunda uma respectiva abertura dentre a abertura de rotor ou a abertura de estator.

[018] De acordo com outra realização , um método para retroajustar um compressor alternativo utilizado na indústria de óleo e gás e que inicialmente tem uma válvula automática que é fornecida. O método inclui remover uma válvula mecanizada posicionada para fazer a interface de um bocal e uma câmara de compressão do compressor alternativo e presa de modo fixo a um estator de uma válvula rotativa atuadora entre o bocal e a câmara de compressão. O método inclui adicionalmente fornecer um atuador configurado para suprir um deslocamento angular e se conectar ao atuador, uma haste atuadora que passa através do estator e que tem um rotor preso a ela.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[019] As figuras anexas o documento, as quais são incorporadas e constituem uma parte da especificação, ilustram uma ou mais realizações e, junto com a descrição, explicam essas realizações. Nas figuras:- A Figura 1 é um diagrama esquemático de um compressor alternativo de câmara dupla convencional;- As Figuras 2A e 2B são diagramas esquemáticos que ilustram a operação de uma válvula automática;- As Figuras 3A e 3B são ilustrações de uma válvula rotativa convencional;- A Figura 4 é um diagrama esquemático de um compressor que inclui, pelo menos, uma válvula rotativa de acordo com uma realização ;- A Figura 5 é um corte transversal através de uma válvula rotativa que tem um perfil de vedação entre um estator e um rotor do mesmo, de acordo com uma realização ;- As Figuras 6A e 6B ilustram vistas de superfície de um estator e de um rotor, respectivamente, ou uma válvula rotativa que tem perfis vedantes de acordo com uma realização ;- A Figura 7 é um diagrama esquemático de uma válvula rotativa utilizada como uma válvula de sucção de um compressor alternativo, de acordo com uma realização ;- A Figura 8 é um diagrama esquemático de uma válvula rotativa utilizada como uma válvula de descarga de um compressor alternativo, de acordo com uma realização ; e- A Figura 9 é um fluxograma que ilustra um método para retroajustar um compressor que tem, pelo menos, uma válvula rotativa que tem um perfil de vedação entre o estator e o rotor, de acordo com uma realização .

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[020] A descrição seguinte das realizações s se refere às figuras anexas o documento. Os mesmos números de referência em figuras diferentes identificam os mesmos elementos ou elementos similares. A descrição detalhada a seguir não limita a invenção. Ao invés disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexadas. As realizações seguintes são discutidas, por simplicidade, em relação à terminologia e estrutura dos compressores alternativos utilizados na indústria de óleo e gás. No entanto, as realizações que serão discutidas a seguir não estão limitadas a esse equipamento, mas podem ser aplicadas a outro equipamento.

[021] A referência durante a especificação a “uma realização” ou “uma realização” significa que um aspecto particular, estrutura ou característica descritos em conexão com uma realização são incluídos em, pelo menos, uma realização do assunto revelado. Dessa forma, a aparição das frases “em uma realização” ou “em uma realização” em vários lugares durante a especificação não se refere necessariamente à mesma realização. Adicionalmente, os aspectos particulares, estruturas ou características podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais realizações.

[022] Em algumas realizações descritas abaixo, válvulas rotativas atuadoras que têm um perfil de vedação disposto em, pelo menos, uma superfície na interface entre o rotor e o estator são utilizadas ao invés de válvulas automáticas, a fim de (1) aumentar a eficiência de um compressor alternativo ao diminuir o volume de folga e (2) superar os problemas relacionados ao atrito alto em válvulas rotativas. Quando as válvulas rotativas são utilizadas em compressores alternativos, uma área de fluxo de passagem entre a parte de dentro e a parte de fora dos compressores aumenta. A área de fluxo de passagem aumentada resulta em uma eficiência aumentada do compressor devido uma fase de sucção e/ou descarga mais curta e mais eficiente.

[023] A Figura 4 é uma representação esquemática de um compressor alternativo 300 que tem uma ou mais válvulas rotativas com perfis vedantes. O compressor 300 é um compressor alternativo de câmara dupla. No entanto, as montagens de válvula de acordo com realizações similares às descritas doravante podem ser também utilizadas em compressores alternativos de câmara única. A compressão ocorre em um cilindro 320. Um fluido a ser comprimido (por exemplo, gás natural) é inserido no cilindro 320 através de uma entrada330 e, após a compressão, é retirado através de uma saída 340. A compressão ocorre devido ao movimento para frente e para trás do pistão 350 ao longo do cilindro 320, entre uma extremidade de cabeçote326 e uma extremidade de manivela 328. O pistão 350 divide o cilindro 320 em duas câmaras de compressão 322 e 324 que operam em fases diferentes do processo cíclico, em que o volume da câmara de compressão 322 está em seu valor mais baixo quando o volume da câmara de compressão 324 está em seu valor mais alto e vice-versa.

[024] As válvulas de sucção 332 e 334 abrem para permitir que fluido seja comprimido (isto é, que tem uma primeira pressão p1) a partir da entrada 330 para o interior das câmaras de compressão 322 e 324, respectivamente. As válvulas de descarga 342 e 344 abrem para permitir que o fluido que foi comprimido (isto é, que tem uma segunda pressão p2) seja retirado das câmaras de compressão 322 e 324, respectivamente, através da saída 340. O pistão 350 se move devido à energia recebida, por exemplo, de um virabrequim (não mostrado) através de um cabeçalho (não mostrado) e uma haste de pistão 380. Na Figura 3, as válvulas 332, 334, 342 e 344 são ilustradas como estando localizadas em uma parede lateral do cilindro 320. No entanto, as válvulas 332 e 342, 334 e 344 podem estar localizadas naextremidade de cabeçote 326 e/ou na extremidade de manivela 328 do cilindro 320, respectivamente.

[025] Em contraste com uma válvula automática, que está no estado aberto ou no estado fechado que depende de uma pressão diferencial em lados opostos de uma parte móvel da válvula, uma válvula rotativa atuadora, tal como 332 na Figura 3, abre quando um atuador, tal como 337 na Figura 3, aplica uma força (torque) transmitida através de um eixo 335 para uma parte móvel (isto é, um rotor) 333 da válvula 332 e, através disso, induz um deslocamento angular da parte móvel 333. Uma válvula, algumas ou todas as válvulas do compressor alternativo 300 podem ser válvulas rotativas atuadoras que têm um perfil de vedação. Uma combinação de válvulas rotativas atuadoras (que têm um perfil de vedação) e válvulas automáticas pode também ocorrer em algumas realizações. Por exemplo, em uma realização, as válvulas de sucção podem ser válvulas rotativas enquanto as válvulas de descarga podem ser válvulas automáticas; em outra realização, as válvulas de descarga podem ser válvulas rotativas atuadoras, enquanto as válvulas de sucção podem ser válvulas automáticas.

[026] A Figura 5 é um corte transversal através de uma válvula rotativa atuadora 500 que tem um perfil de vedação entre um estator 510 e um rotor 520 do mesmo. O estator 510 tem uma abertura 512 através disso e o rotor 520 tem uma abertura 522 através disso. O rotor 520 é preso a uma haste atuadora 530, que gira em volta de um eixo geométrico 535 devido a uma força (torque) fornecida por um atuador (não mostrado na Figura 5, por exemplo, 337 na Figura 4). O estator 510 é posicionado de modo fixo entre uma parede 540 do cilindro do compressor (por exemplo, 322 na Figura 4), uma parede 545 de um bocal (duto) que leva à válvula e à haste atuadora 530. A válvula é aberta e permite que um fluido flua a partir de um lado da válvula (por exemplo, o bocal) para o outro lado da válvula (por exemplo, a câmara de compressão) quando a abertura 522 do rotor 520 sobrepõe à abertura 512 do estator 510 (conforme mostrado na Figura 5). A válvula é fechada para impedir que o fluido flua a partir de um lado da válvula (por exemplo, o bocal) para o outro lado da válvula (por exemplo, a câmara de compressão), quando a abertura 522 do rotor 520 não sobrepõe à abertura 512 do estator 510.

[027] Na realização ilustrada na Figura 5, um primeiro perfil de vedação 515 é formado para projetar-se a partir da superfície do estator 510 em direção ao rotor 520 e um segundo perfil de vedação 525 é formado para projetar-se a partir da superfície do rotor 520 em direção ao estator 510. Os perfis vedantes 515 e 525 podem ser mais largos em uma interface com o estator 510 e o rotor 520 do que em uma zona de contato entre isso. Embora a válvula rotativa ilustrada na Figura 5 tenha perfis vedantes dispostos tanto no estator 510 quanto no rotor 520, em outra realização, um perfil de vedação único pode ser formado e preso a um dos estatores 510 e ao rotor 520.

[028] O estator 510 e o rotor 520 podem ser feitos de aço inoxidável e aço de liga. Os perfis vedantes 515 e 525 podem ser feitos de um material não metálico, tal como poliéter éter cetona (PEEK) ou aço inoxidável. Em uma realização, o primeiro perfil de vedação 515 e o estator 510 podem ser formados como uma peça única e/ou o segundo perfil de vedação 525 e o rotor 520 podem ser formados como uma peça única feita, por exemplo, de aço inoxidável. Alternativamente, os perfis vedantes 515 e 525 podem ser formados separadamente a partir do (e a partir de um material diferente) estator 510 e do rotor 520, respectivamente, que estão presos de modo fixo nos mesmos. Em uma realização, um sulco pode ser formado em uma superfície na qual o perfil de vedação respectivo é preso, uma altura do sulco que é menor que uma altura do perfil de vedação respectivo. O perfil de vedação pode ser colado ou soldado nas superfícies respectivas (que depende também dos materiais utilizados para manufaturar os perfis vedantes).

[029] A fim de impedir que o fluido escape entre no cilindro compressor e no bocal, uma vedação 550 é colocada em uma interface entre o estator 510 e a parede 540 do cilindro do compressor. A vedação 540 pode ser um anel-O e pode ser colocada em um sulco entalhado dentro do corpo do estator 510. Adicionalmente, para o mesmo propósito de vedação de fluido, um coxim radial 555 é colocado entre o estator 510 e a haste atuadora 530.

[030] Em adição aos componentes principais descritos acima da montagem da válvula, a válvula rotativa atuadora 500 inclui uma pluralidade de outros componentes fornecidos para aumentar a operação da válvula (e/ou do compressor) e/ou como uma estrutura de apoio. Um coxim 560 pode ser colocado entre um colar 532 da haste atuadora 530 e do estator 510. Outra vedação 565 de um tipo diferente e em uma localização diferente do coxim radial 555 pode ser também colocada entre o estator 510 e a haste atuadora 530. Um anel retentor 570 pode ser colocado em um sulco do estator 510 para manter o coxim radial 555 na posição pretendida. Uma mola 575, um espaçador 580 e uma contraporca 585 presos à haste atuadora 530 para apoiar e empurrar o rotor 520 em direção ao estator 510.

[031] A Figura 6A ilustra uma vista de superfície de um estator 610 que tem um perfil de vedação 615, e a Figura 6B ilustra uma vista de superfície de um rotor 620 que tem um perfil de vedação 625. O estator 610 e o rotor 620 têm aberturas 612 e 622, respectivamente. Em uma válvula rotativa atuadora, em que o rotor 620 está em uma primeira posição na qual a abertura do rotor 622 sobrepõe a abertura do estator 612, a válvula rotativa é aberta. Quando o rotor 620 está em uma segunda posição na qual a abertura do rotor 622 não sobrepõe a abertura do estator 612, a válvula rotativa é fechada.

[032] Os perfis vedantes 615 e 625 projetam-se a partir da superfície do estator 610 e do rotor 620, respectivamente. A altura do perfil de vedação pode ser 2 a 3 mm. O perfil de vedação 615 na superfície do estator 610 inclui dois perímetros fechados de forma semelhantemente adjacente 617 e 619, o primeiro, 617, que envolve a abertura 612 através do estator 610 e o segundo, 619, que tem um lado em comum 618 com o primeiro, 617. O perfil de vedação 625 na superfície do rotor 620 inclui um perímetro fechado 627 que envolve a abertura 622 do rotor e que tem substancialmente a mesma forma que os perímetros fechados 617 e 619 e as extensões de vedação 629, 631, 633, e 635 se estendem de forma circunferencial pelos lados do perímetro 627. As extensões de vedação 629, 631, 633 e 635 podem ter uma diminuição de altura (isto é, são inclinadas para baixo) em direção à superfície do rotor 620.

[033] Na primeira posição, o perímetro 627 do perfil de vedação 625 combina com o perímetro 617 do perfil de vedação 615 e, na segunda posição, o perímetro 627 do perfil de vedação 625 sobrepõe o perímetro 619 do perfil de vedação 615.

[034] A área de contato reduzida da interface rotor-estator que utiliza os perfis vedantes apenas para uma armação limite com espessura pequena leva a uma força de atrito menor. Quando o rotor é ativado para comutar a partir da segunda posição para a primeira posição, a pressão dentro do cilindro compressor pode ainda exceder a pressão no bocal no outro lado da válvula rotativa. Uma força de ativação (ou torque) tem que superar tanto a inércia quanto o atrito. A quantidade de atrito é proporcional à área de contato. Quanto menor é a área de contato, menor é à força de atrito. Adicionalmente, qualquer força capilar que possa ocorrer devido à aderência do líquido à interface rotor-estator que também é proporcional à área de contato.

[035] Conforme conhecido na técnica, o atrito estático é maior que o atrito dinâmico. Dessa forma, se o atrito é grande, uma força grande tem que ser aplicada em um começo da ativação do rotor. Quanto maior é a força inicialmente aplicada relativa à força aplicada depois que o rotor começa a se mover, mais difícil se torna controlar a ativação. O tempo de ativação é de poucos milésimos de segundo e o deslocamento angular pode ser de até 120°. O momento preciso e a faixa de ativação são críticos para alcançar um desempenho bom do compressor. Dessa forma, é mais fácil fornecer válvulas rotativas atuadoras capazes de um controle aprimorado, o que faz com que o uso de válvulas rotativas se torne uma solução técnica atrativa para compressores alternativos utilizados na indústria de óleo e gás.

[036] A maneira de dispor as válvulas rotativas em um compressor alternativo fornece força de alavanca para aumentar a vedação enquanto a válvula é fechada.

[037] A Figura 7 é um diagrama esquemático de uma válvula rotativa 700 utilizada como uma válvula de sucção de um compressor alternativo. Um atuador 710 gira uma haste atuadora 720. Um rotor 730 da válvula rotativa é preso à haste atuadora 720 e comuta entre uma primeira posição e uma segunda posição. Quando o rotor 730 está na primeira posição, uma abertura 732 do rotor 730 sobrepõe uma abertura 742 através do estator 740, sendo que a válvula rotativa que está aberta permite que o fluido flua a partir de um bocal de sucção 750 dentro do cilindro compressor. Quando o rotor 730 está na segunda posição, as aberturas 732 e 742 do rotor 730 e do estator 740, respectivamente, não se sobrepõe, a válvula é fechada e o fluido não flui através da válvula. O rotor 730 está localizado mais próximo à câmara de compressão que o estator 740. Pelo menos uma vedação dinâmica 760 é fornecida entre o estator 740 e a haste atuadora 720 e, pelo menos, uma vedação estática 765 é fornecida entre o estator 760 e o corpo do compressor 770. A montagem da válvula na Figura 7 também inclui um invólucro 780 conectado ao corpo do compressor 770.

[038] A Figura 8 é um diagrama esquemático de uma válvula rotativa 800 utilizada como uma válvula de descarga de um compressor alternativo. Um atuador 810 gira uma haste atuadora 820. Um rotor 830 da válvula rotativa é preso à haste atuadora 820 e comuta entre uma primeira posição e uma segunda posição. Quanto o rotor 830 está na primeira posição, uma abertura 832 do rotor 830 se alinha com uma abertura 842 através do estator 840, a válvula rotativa é aberta, o que permite que o fluido flua a partir do cilindro compressor em direção a um bocal de descarga 850. Quando o rotor 830 está na segunda posição, as aberturas 832 e 842 do rotor 830 e do estator 840, respectivamente, não estão alinhadas e a válvula é fechada e o fluido não está fluindo através da válvula. O rotor 830 está localizado mais distante da câmara de compressão que o estator 840. Pelo menos uma vedação dinâmica 860 é fornecida entre o estator 840 e a haste atuadora 820 e, pelo menos, uma vedação estática 865 é fornecida entre o estator 860 e o corpo do compressor 870. A montagem da válvula na Figura 8 também inclui um invólucro 880 conectado ao corpo do compressor 870.

[039] Para entender a vantagem de dispor as válvulas rotativas da maneira descrita relativa às Figuras 7 e 8, uma visão geral breve de um ciclo de compressão ideal é necessária. Um ciclo de compressão ideal inclui, pelo menos, quatro fases: expansão, sucção, compressão e descarga. Quando o fluido comprimido é evacuado a partir de uma câmara de compressão (por exemplo, 322 ou 324 na Figura 4) no final de um ciclo de compressão, uma quantidade pequena de fluido à pressão de distribuição permanece presa em um volume de folga (isto é, o volume mínimo da câmara de compressão). Durante a fase de expansão e a fase de sucção do ciclo de compressão, o pistão (por exemplo, 350 na Figura 4) se move para aumentar o volume da câmara de compressão. No começo da fase de expansão, a válvula de distribuição fecha (a válvula de sucção permanece fechada) e, então, a pressão do fluido preso cai visto que o volume da câmara de compressão disponível para o fluido aumenta. A fase de sucção do ciclo de compressão começa quando a pressão dentro da câmara de compressão diminui para ser igual à pressão de sucção. Durante a fase de sucção, o volume da câmara de compressão e a quantidade de fluido a ser comprimido (à pressão p1) aumenta até que um volume máximo da câmara de compressão seja alcançado. A válvula de sucção, então, fecha.

[040] Durante as fases de compressão e descarga do ciclo de compressão, o pistão se move em uma direção oposta à direção de movimento durante as fases de expansão e compressão para diminuir o volume da câmara de compressão. Durante a fase de compressão tanto a sucção quanto as válvulas de distribuição estão fechadas, a pressão do fluido na câmara de compressão aumenta (a partir da pressão de sucção até a pressão de distribuição) devido ao fato de que o volume da câmara de compressão diminui. A fase de distribuição do ciclo de compressão começa quando a pressão dentro a câmara de compressão se torna igual à pressão de distribuição, aciona a válvula de distribuição para abrir. Durante a fase de distribuição, o fluido à pressão de distribuição é evacuado a partir da câmara de compressão até que o volume mínimo (de folga) da câmara de compressão seja alcançado.

[041] A pressão dentro da câmara de compressão é maior que a pressão de sucção durante todas as fases do ciclo de compressão (expansão, compressão e descarga) durante a qual a válvula de sucção é fechada. Através disso, durante essas fases, a diferença de pressão transversal à válvula faz com que uma força empurre o rotor 730 da válvula rotativa utilizada como válvula de sucção em direção ao estator 740 e, dessa forma, aumente a vedação entre isso.

[042] A pressão dentro da câmara de compressão é menor que a pressão de descarga durante todas as fases do ciclo de compressão (expansão de sucção e compressão) na qual a válvula de descarga é fechada. Através disso, durante essas fases, a diferença de pressão transversal à válvula faz com que a força empurre o rotor 830 da válvula rotativa utilizada como válvula de descarga em direção ao estator 840 e, dessa forma, aumente a vedação entre isso.

[043] Os compressores alternativos utilizados na indústria de óleo e gás e que têm válvulas mecanizadas podem ser retroajustados para o uso de válvulas rotativas atuadoras com perfis vedantes. Um fluxograma de um método 900 para retroajustar um compressor alternativo (por exemplo, 10) utilizado na indústria de óleo e gás e que tem inicialmente uma válvula automática é ilustrado na Figura 9. O método 900 inclui remover uma válvula mecanizada do compressor alternativo, a S910. O método 900 adicionalmente inclui montar uma válvula rotativa atuadora em uma localização a partir da qual a válvula mecanizada foi removida, a S920. Pelo menos um dentre o rotor e o estator da válvula rotativa atuadora tem um perfil de vedação que é extrudado a partir de uma superfície do rotor ou do estator em direção a uma interface entre isso, o perfil de vedação que circunda uma respectiva abertura dentre uma abertura de estator ou uma abertura de rotor.

[044] O método 900 também inclui fornecer um atuador configurado para suprir um deslocamento angular, a S930, e conectar o atuador à válvula através de uma haste atuadora, a S940. No método 900, (1) se a válvula é uma válvula de sucção, o rotor pode ser montado para estar mais próximo à câmara de compressão que o estator e (2) se a válvula é uma válvula de descarga, o estator pode ser montado para estar mais próximo à câmara de compressão que o rotor.

[045] O método 900 pode adicionalmente incluir, pelo menos, (1) fornecer uma vedação localizada e configurada para impedir que um fluido escape entre o estator e uma parede da câmara de compressão e (2) fornecer um coxim radial colocado e configurado para impedir que um fluido escape entre o estator e a haste atuadora.

[046] As realizações reveladas fornecem válvulas rotativas atuadoras com perfis vedantes entre um rotor e um estator do mesmo, compressores alternativos que utilizam essas válvulas e métodos relacionados. Deve-se entender que essa descrição não pretende limitar a invenção. Pelo contrário, as realizações pretendem cobrir alternativas, modificações e equivalentes, que estão incluídos no escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações anexadas. Adicionalmente, na descrição detalhada das realizações, detalhes específicos numerosos são apresentados a fim de fornecer um entendimento abrangente da invenção reivindicada. No entanto, um técnico no assunto entenderia que várias realizações podem ser praticadas sem tais detalhes específicos.

[047] Embora as estruturas e elementos das realizações s presentes sejam descritos nas realizações em combinações particulares, cada aspecto ou elemento pode ser utilizado sozinho sem as outras estruturas e elementos das realizações ou em várias combinações com ou sem outras estruturas e elementos revelados no presente documento.

[048] Essa descrição escrita utiliza exemplos da matéria revelados para capacitar um técnico no assunto a praticar o mesmo, o que inclui fazer e utilizar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da matéria é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrem a um técnico no assunto. Tais outros exemplos têm como intenção estar dentro do escopo das reivindicações.

Claims

1. COMPRESSOR ALTERNATIVO (300), utilizado naindústria de óleo e gás, compreendendo:uma câmara de compressão (322, 324);um atuador (337) configurado para suprir um deslocamento angular; euma válvula (500) que inclui:um estator (510) que tem uma abertura (512) de estator,uma haste atuadora (335) conectada a, e configurada para ser girada pelo atuador (337), eum rotor (520) que tem uma abertura (522) de rotor, em que pelo menos um dentre o rotor (520) e o estator (510) tem um perfil de vedação (515, 525) que é extrudado a partir de uma superfície do rotor (520) ou do estator (510) em direção a uma interface entre isso, em que o perfil de vedação (515, 525) circunda uma respectiva abertura de uma abertura (512) de estator ou uma abertura (522) de rotor,caracterizado pelo perfil de vedação (515) no estator (510) incluir dois perímetros fechados unidos, que têm formatos similares, em que um dos perímetros circunda a abertura (512) de estator; epelo perfil de vedação de rotor (525) no rotor (520) incluir um perímetro fechado, que tem forma similar com qualquer um dos dois perímetros fechados unidos, em que o perímetro fechado de rotor circunda a abertura (522) de rotor.

2. COMPRESSOR ALTERNATIVO, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo respectivo ao menos um dentre o rotor (520) e o estator (510) ter um sulco respectivo na superfície, sendo que o perfil de vedação (515, 525) está anexado de modo fixo no interior do sulco.

3. COMPRESSOR ALTERNATIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo perfil de vedação (515, 525) ser colado ao respectivo pelo menos um dentre o rotor (520) e o estator (510).

4. COMPRESSOR ALTERNATIVO, de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo perfil de vedação (515, 525) ser formado como um pedaço com o respectivo ao menos um dentre o rotor (520) e o estator (510).

5. COMPRESSOR ALTERNATIVO, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por tanto o rotor (520) quanto o estator (510) terem perfis vedantes (515, 525) em uma respectiva superfície em direção à interface entre isso.

6. COMPRESSOR ALTERNATIVO, de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo perfil de vedação de rotor (525) incluir laterais (629, 631, 633, 635) que se estendemcircunferencialmente de extensões de vedação do perímetro fechado, em que as extensões de vedação estão inclinadas para baixo até a superfície do rotor.

7. COMPRESSOR ALTERNATIVO, de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por, se a válvula for uma válvula de sucção, o rotor (520) estar localizado mais próximo da câmara de compressão que o estator (510), e, se a válvula for uma válvula de descarga, o estator (510) estar localizado mais próximo da câmara de compressão que do rotor (520).

8. MÉTODO PARA RETROAJUSTAR UM COMPRESSORALTERNATIVO, utilizado na indústria de óleo e gás, e que tem inicialmente uma válvula automática, sendo método caracterizado por compreender:remover uma válvula mecanizada do compressor alternativo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7;montar uma válvula rotativa atuadora (500) em uma localização da qual a válvula mecanizada foi removida, em que pelo menos um dentre um rotor (520) e um estator (510) da válvula rotativa atuadora tem um perfil de vedação (515, 525) que é extrudado a partir de uma superfície do rotor ou do estator em direção a uma interface entre isso, em que o perfil de vedação circunda uma respectiva abertura dentre uma abertura (512) de estator ou uma abertura (522) de rotor;em que o perfil de vedação (515) no estator (510) inclui dois perímetros fechados unidos, que têm formatos similares, em que um dos perímetros circunda a abertura (512) de estator; eo perfil de vedação de rotor (525) no rotor (520) inclui um perímetro fechado, que tem forma similar com qualquer um dos dois perímetros fechados unidos, em que o perímetro fechado de rotor circunda a abertura (522) de rotor;fornecer um atuador configurado para suprir um deslocamento angular; econectar o atuador à válvula rotativa atuadora através de uma haste atuadora.