ITCO20110036A1 - Guarnizione per una macchina rotante - Google Patents

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ITCO20110036A1
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seal
rotor
labyrinth seal
dry gas
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IT000036A
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English (en)
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Matteo Berti
Stefano Bresciani
Alessandro Ciani
Ravindranath Ps
Lorenza Sassolini
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Nuovo Pignone Spa
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Description

TITLE / TITOLO
SEAL FOR A ROTARY MACHINE / GUARNIZIONE PER UNA MACCHINA ROTANTE
ARTE NOTA CAMPO TECNICO
Le realizzazioni dell’oggetto divulgato dal presente documento si riferiscono in generale a macchine rotanti o turbomacchine e, più particolarmente, a meccanismi e tecniche per la gestione del calore in compressori dotati di guarnizione per gas secco. RIASSUNTO DELL'ARTE NOTA
Nel corso degli ultimi anni, con l'aumento del prezzo dei combustibili fossili, è aumentato l'interesse in molti aspetti correlati alia lavorazione dei combustibili fossili. Durante il trattamento dei combustibili fossili, i fluidi vengono trasportati da località onshore o off-shore a stabilimenti di lavorazione per poi essere utilizzati. In altre applicazioni, i fluidi possono essere trasportati più localmente, per esempio, fra i sottosistemi di uno stabilimento di lavorazione per agevolare la distribuzione agli utenti finali.
Almeno parte delle stazioni di trasporto dei fluidi usano macchine rotanti, come compressori, ventole e/o pompe, azionati da turbine a gas. Alcune di tali turbine azionano l'apparato associato di trasporto fluidi mediante un differenziale che aumenta o diminuisce la velocità dell'albero motore di uscita della turbina a gas alla velocità predeterminata dell'albero motore dell'apparato. In altre macchine rotanti, i motori ad alimentazione elettrica o i motori elettrici vengono utilizzati al posto di (o in combinazione con) unità meccaniche (come le turbine a gas) per azionare la macchina rotante. Indipendentemente dal tipo di impostazione (on-shore, off-shore, ecc.) e dall'alimentazione della macchina rotante a turbina o a motore, sussiste l'esigenza di aumentare l'efficienza, diminuire i costi e ridurre l'impatto ambientale della lavorazione dei combustibili fossili e, in particolare, delle macchine rotanti impiegate nel trattamento.
Una particolare area d'interesse è rappresentata dalla gestione del calore. In particolare, le macchine e i compressori di tipo rotante o turbo spesso richiedono sistemi suppletivi per agevolare la gestione del calore, vale a dire per l'apporto o lo smaltimento di calore. La gestione del calore è diventata sempre più importante con l'utilizzo ora prevalente dei componenti ad alto rendimento che spesso sono più soggetti al problemi correlati al calore.
Per esempio, molte macchine rotanti ora incorporano l'uso di una o più guarnizioni a gas secco in modo da migliorare il rendimento della macchina e ridurre le perdite del fluido di processo. Le guarnizioni a gas secco includono uno statore (un anello non rotante) e un rotore (un anello rotante). Durante il funzionamento di una macchina rotante comprensiva di una guarnizione a gas secco, le scanalature nello statore e nel rotore generano una forza dinamica del fluido che spinge lo statore a separarsi dal rotore per creare un "divario intercorrente" fra lo statore e il rotore. Il "divario intercorrente" è solitamente minuscolo, nell'ordine dei micron. Con queste tolleranze limitate, le guarnizioni a gas secco possono danneggiarsi facilmente, soprattutto quando soggette a condizioni operative più impegnative rispetto a quelle per cui sono state progettate.
Per esempio, i fluidi di processo pressurizzati possono raggiungere temperature superiori a quelle dell'intervallo per il quale la guarnizione a secco è stata progettata. Se il fluido di processo è particolarmente caldo, anche l'esposizione temporanea di tali fluidi pressurizzati può determinare un aumento della temperatura della guarnizione a gas secco su valori esterni a quelli dell'intervallo per la quale è stata progettata. Pertanto, si raccomanda in talune circostanze di raffreddare il fluido di processo prima che lo stesso prema contro la guarnizione a gas secco.
Anche le basse temperature del fluido di processo minacciano il corretto funzionamento delle guarnizioni a gas secco. Per esempio, durante gli episodi di temporanea sospensione dell'attività della macchina, una parte del fluido di processo in prossimità di una guarnizione a gas secco subisce un processo endotermico, per esempio la depressurizzazione, durante il quale la temperatura del fluido di processo cala significativamente. Un precipitante o un altro componente non gassoso può essere quindi prodotto nel fluido di processo. Tali precipitanti o altri componenti non gassosi possono presentare un elevato grado di resistenza e assumere la forma del particolato. Se all'avvio si dirigono verso la guarnizione a gas secco, tali particolati possono, per esempio, erodere le superfici del rotore e/o dello statore che delimitano il "divario intercorrente". Tali danni possono comportare costose riparazioni nonché la sospensione dell'attività della macchina. Pertanto, si raccomanda in talune circostanze anche di riscaldare il fluido di processo prima che lo stesso prema contro la guarnizione a gas secco.
È anche importante notare che il riscaldamento o il raffreddamento del fluido di processo spesso si rileveranno inefficaci a impedire i danni correlati alla temperatura alla macchina rotante e più precisamente alla guarnizione a gas secco, se la temperatura del fluido di processo varia più velocemente di quella del gas. In altre parole, se la temperatura del gas di processo varia bruscamente, per esempio, durante una fase di sovrapressione, e la soluzione, i mezzi o la struttura per il raffreddamento del gas di processo vengono implementati in modo che il ritardo nella temperatura del fluido di processo si rivela eccessiva, allora, indipendentemente dal tentativo di riscaldare o raffreddare il fluido di processo, il sigillo del gas secco potrebbe danneggiarsi.
Pertanto, si raccomanda in talune circostanze di garantire la possibilità di cambiare rapidamente la temperatura del fluido di processo che potrebbe premere contro la guarnizione a gas secco.
RIEPILOGO
Secondo una realizzazione esemplificativa, una macchina rotante comprende un rotore e uno statore. Una guarnizione a labirinto e una guarnizione a gas secco sono disposte fra il rotore e lo statore della macchina rotante. La guarnizione a gas secco è disposta a valle della guarnizione a labirinto. Inoltre, la guarnizione a labirinto include un rotore e uno statore avente una cavità contenente un mezzo per il trasferimento del calore configurato per trasferire calore fra lo statore e una zona adiacente allo statore della guarnizione del fluido, in modo da raffreddare o riscaldare un fluido di processo pressurizzato prima che il fluido di processo prema contro la guarnizione a gas secco.
Secondo un'altra realizzazione esemplificativa, un metodo di funzionamento di una macchina rotante per processare un fluido include la sigillatura di un rotore della macchina rotante mediante una guarnizione a gas secco e una guarnizione a labirinto, laddove la perdita del suddetto fluido scorre dalla guarnizione a labirinto verso la guarnizione a gas secco e la temperatura del detto fluido di perdita si modifica mentre lo stesso fluido attraversa la suddetta guarnizione a labirinto.
Secondo un'altra realizzazione esemplificativa, una macchina rotante comprende un rotore e uno statore. Una prima guarnizione è disposta fra il rotore e lo statore della macchina rotante. Una seconda guarnizione è disposta fra il rotore e lo statore della macchina rotante, laddove la seconda guarnizione è disposta a valle della prima. La prima guarnizione include un rotore e uno statore avente una cavità contenente un mezzo per il trasferimento del calore configurato per trasferire calore fra lo statore e una zona adiacente allo statore, in modo da raffreddare o riscaldare un fluido di processo pressurizzato prima che il fluido di processo prema contro la seconda guarnizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
I disegni tecnici allegati nella descrizione dettagliata, e di cui costituiscono parte integrante, rappresentano una o più forme di realizzazione e, unitamente alla descrizione, spiegano tali forme di realizzazione. Nei disegni:
La Figura 1 è una veduta trasversale di una macchina rotante, secondo una realizzazione esemplificativa, avente una guarnizione a labirinto e una guarnizione a gas secco.
La Figura 2 è una sezione trasversale di uno statore di una guarnizione a labirinto secondo una realizzazione esemplificativa.
La Figura 3 è una sezione trasversale di uno statore di una guarnizione a labirinto secondo una realizzazione esemplificativa.
La Figura 4 è una sezione trasversale di uno statore di una guarnizione a labirinto secondo una realizzazione esemplificativa.
La Figura 5 è una sezione trasversale di uno statore di una guarnizione a labirinto secondo una realizzazione esemplificativa.
La Figura 6 è una sezione trasversale di uno statore di una guarnizione a labirinto secondo una realizzazione esemplificativa.
La Figura 7 è uno spaccato prospettico di una guarnizione a labirinto secondo una realizzazione esemplificativa.
La Figura 8 è una sezione trasversale laterale di uno statore di una guarnizione a labirinto secondo una realizzazione esemplificativa.
La Figura 9 rappresenta lo schema di un compressore secondo una realizzazione esemplificativa.
La Figura 10 è un diagramma di flusso indicante un metodo per il funzionamento di una macchina rotante secondo una realizzazione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
La seguente descrizione delle forme di realizzazione esemplificative fa riferimento ai disegni tecnici allegati. Numeri di riferimento uguali, ricorrenti in disegni diversi, rappresentano elementi simili o identici. La seguente descrizione dettagliata non limita l’invenzione. Al contrario, il campo di applicazione dell'invenzione è definito dalle rivendicazioni incluse. Le seguenti realizzazioni sono trattate, per ragioni di semplicità, in relazione alla terminologia e struttura di una macchina rotante provvista di uno statore e di un rotore. Tuttavia, le forme di realizzazione che saranno successivamente discusse non si limitano a questi sistemi esemplificativi, ma si possono applicare ad altri sistemi.
In tutta la descrizione dettagliata il riferimento a “una realizzazione” sta a indicare che una particolare caratteristica, struttura o proprietà descritta in relazione a una realizzazione è inclusa in almeno una realizzazione dell'oggetto divulgato. Pertanto, l'utilizzo dell'espressione "in una realizzazione" in vari punti della descrizione dettagliata non farà necessariamente riferimento alla medesima realizzazione. Inoltre, le particolari caratteristiche, strutture o proprietà possono essere combinate in una o più realizzazioni secondo la modalità appropriata.
Una realizzazione esemplificativa di una macchina rotante 14 secondo l'invenzione presente viene illustrata in Fig. 1. La macchina rotante 14 è un compressore centrifugo comprensivo di un rotore 16, avente un albero montato sospeso sulla girante, e uno statore 18, sottoforma di alloggiamento. Il compressore 14 può essere utilizzato per pressurizzare un fluido, tipicamente un gas o diversi gas di processo, in modo da rendere il fluido più adatto al successivo trattamento o utilizzo. I gas di processo includono fra gli altri anidride carbonica, idrogeno solforato, butano, metano, etano, propano, gas naturale liquefatto o una loro combinazione.
Come mostrato in Fig. 1, il compressore 14 include una guarnizione a labirinto 20 e una guarnizione a gas secco 30. Più specificatamente, entrambe le guarnizioni sono disposte fra il rotore 16 e lo statore 18 della macchina rotante per impedire perdite del fluido di processo dal compressore. Come ulteriormente illustrato in Figura 1, la guarnizione a gas secco 30 è disposta intorno al rotore 16 a valle della guarnizione a labirinto 20 relativa al fluido di processo pressurizzato. Come risultato di questa configurazione, solo i fluidi di processo che attraversano la guarnizione a labirinto 20 premono contro la guarnizione a gas secco 30.
Nella realizzazione esemplificativa mostrata in Fig. 1, una guarnizione a labirinto 20 secondo una realizzazione esemplificativa include un rotore 22 e uno statore 24 avente una cavità 26. La cavità 26 è provvista di un mezzo di trasferimento del calore 28 che serve a trasferire il calore fra la guarnizione a labirinto 20 e una zona adiacente allo statore della guarnizione a labirinto 24. Nella realizzazione esemplificativa mostrata in Fig. 1, questa zona è indicata generalmente con il numero 32 e definisce l'intera area circostante lo statore della guarnizione a labirinto 24. Come sarà descritto più dettagliatamente di seguito, lo statore della guarnizione a labirinto 24 può essere configurato per fornire determinate caratteristiche della zona. Per esempio, Io statore della guarnizione a labirinto 24 può delimitare un'unica zona ben localizzata oppure, secondo un altro esempio, la stessa guarnizione può essere configurata per fornire molteplici zone definite, aventi ciascuna forma e/o velocità di conduzione termica diverse.
Nella realizzazione esemplificativa mostrata in Fig. 1, il mezzo di raffreddamento è preferibilmente un liquido, come l'acqua, per facilitare il trasferimento del calore fra lo statore della guarnizione a labirinto 24 e la zona 32. È importante notare che il mezzo di trasferimento del calore può anche essere un liquido non acquoso, un solido, un gas o una loro combinazione. Per esempio, il mezzo di trasferimento del calore può essere una sostanza composta che protegge solo dai picchi di temperatura del fluido di processo. Per esempio, il mezzo di trasferimento del calore può essere configurato in modo che si attivi una volta raggiunta una temperatura soglia. Per esempio, il mezzo di trasferimento del calore può essere configurato per sublimare instantaneamente a una determinata temperatura e fornire pertanto una funzione fusiva, vale a dire il raffreddamento del fluido di processo come protezione da danni correlati al calore. Si noti che il mezzo di trasferimento del calore 28 può essere sostituito con qualsiasi struttura o mezzo meccanico, chimico o elettrico che causa il trasferimento di calore fra lo statore della guarnizione a labirinto 24 e la zona 32.
Come ulteriormente mostrato in Fig. 1, lo statore della guarnizione a labirinto include una parte della superficie di tenuta 34 con una pluralità di scanalature o denti 21 , una prima parte laterale 36, una seconda parte laterale 38 e una terza parte laterale 40. I denti 21 sulla superficie di tenuta 34 sono configurati per indurre la turbolenza, ossia piccole correnti localizzate, nel fluido pressurizzato in modo da impedire l'avanzare del fluido di processo nella guarnizione.
Il numero di scanalature o denti è configurato per formare un percorso tortuoso ("labirinto") fra la parte fissa ("statore") e la parte rotante ("rotore") del compressore. Le guarnizioni a labirinto possono essere statoriche, se i denti sono posizionati sullo statore, o rotoriche, se i denti sono ubicati sul rotore. Le scanalature o denti della guarnizione a labirinto e la superfìcie opposta impediscono il flusso dei fluidi dalla regione ad alta pressione alla regione a bassa pressione attraverso la guarnizione a labirinto. Tuttavia, è necessario mantenere uno spazio vuoto fra le scanalature o denti della guarnizione a labirinto e una superficie opposta in modo da consentire la rotazione del rotore. Pertanto, sebbene le guarnizioni a labirinto impediscano il flusso del fluido, lo spazio vuoto consente al fluido ad alta pressione di fluire dalla regione ad alta pressione verso la regione a bassa pressione a causa del differenziale di pressione attraverso la guarnizione a labirinto. Le guarnizioni a labirinto sono progettate per contenere questa perdita.
La perdita che fluisce attraverso la guarnizione a labirinto può essere limitata riducendo lo spazio libero. A tal fine, è necessario applicare delle guarnizioni a labirinto abrasive. Le guarnizioni a labirinto abrasive sono guarnizioni a labirinto rotoriche dove la parte statorica che si oppone ai denti rotorici è formata da materiale abrasivo. Gli spazi liberi nelle guarnizioni a labirinto abrasive possono essere realizzati in dimensioni molto limitate poiché quando i denti rotorici toccano lo statore abrasivo, a causa per esempio della vibrazione rotorica durante le condizioni transitorie, i denti rotorici entrano nel materiale abrasivo dello statore determinando un aumento dello spazio libero disponibile.
Secondo questa realizzazione, i denti 21 della parte della superficie di tenuta dello statore della guarnizione a labirinto 34 sono configurati per assolvere non solo a una funzione di tenuta ma anche di scambio di calore. Più specificatamente, i denti 21 sono configurati per fornire un'area di superficie che venga a contatto con il fluido di processo. Dal momento che la guarnizione a labirinto applica una turbolenza sul fluido mentre il fluido di processo viaggia attraverso il "percorso tortuoso" definito dai denti 21 , la velocità alla quale il calore può essere scambiato fra la parte della superficie di tenuta 34 e la zona 32 viene ulteriormente incrementata.
La prima parte laterale 36 e la seconda parte laterale 38 dello statore della guarnizione a labirinto 24 si estende dalla parte di tenuta 34 alla terza parte laterale 40 dello statore della guarnizione a labirinto 24. Inoltre, nella realizzazione esemplificativa mostrata in Fig. 1 , la parte di tenuta 34, la prima parte laterale 36 e la seconda parte laterale 38 presentano Io stesso spessore. È importante notare tuttavia che ogni parte può presentare anche spessori diversi, per esempio per stabilire caratteristiche specifiche per la zona 32. Come mostrato in Fig. 2, per esempio, uno statore della guarnizione a labirinto 281 può includere una parte della superficie di tenuta 341 avente spessore inferiore a quello della prima parte laterale 361 e della seconda parte laterale 381. Tale configurazione può essere per esempio impiegata per fornire una velocità di trasferimento del calore maggiore a quella della superficie di tenuta, ossia alla zona speciale 321 , e/o per aumentare la rigidità dello statore della guarnizione a labirinto 281.
Si noti che ciascuna superficie di tenuta 34, prima parte laterale 36, seconda parte laterale 38 e terza parte laterale 40 sono dotate di una superficie esterna frontale alla zona 32 e una superficie interna frontale alla cavità 26. Nella realizzazione mostrata in Fig. 1 , queste superfici esterna e interna sono sostanzialmente parallele. Pertanto, nella realizzazione esemplificativa mostrata in Fig. 1 , la cavità 26 presenta generalmente una forma squadrata trasversale. Sono previste anche altre forme trasversali della cavità 26 quali per esempio le forme regolari mostrate nelle Figure 3 e 4 come la cavità rotonda 262 e la cavità triangolare 263 o le forme irregolari, come la cavità a L 264 mostrata in Fig. 5. Inoltre, la forma trasversale della cavità 26 può variare in lunghezza, per esempio presentare una larghezza maggiore in corrispondenza dello statore della guarnizione a labirinto dove la zona 32 è particolarmente calda. Inoltre, più cavità possono essere utilizzate come statore della guarnizione a labirinto secondo la presente invenzione, per esempio, vedere le cavità circolari laterali 265 mostrate in Fig. 6. Ciascuna cavità può includere un diverso mezzo di trasferimento del fluido, per esempio una cavità può comprendere un mezzo di trasferimento termico a base acquosa a una prima temperatura e l'altra cavità un mezzo di trasferimento termico a base oleosa a una seconda temperatura. Come mostrato in Fig. 7, una guarnizione a labirinto 146 secondo una realizzazione esemplificativa può essere configurata con una cavità 266 che si estende continuamente intorno allo statore della guarnizione a labirinto 246. Tuttavia, sono possibili anche altre configurazioni per la cavità 26. Per esempio, come mostrato nella realizzazione esemplificativa di Fig. 8, uno statore della guarnizione a labirinto 247 può essere configurato per fornire una cavità segmentata 267.
Nella realizzazione esemplificativa mostrata in Fig. 1, lo statore della guarnizione a labirinto 24 include una pluralità di alette 46 che si estendono nella cavità 26. Le alette 46 possono essere utilizzate, per esempio, per esporre una maggiore quantità di area della superficie dello statore della guarnizione a labirinto 24 al mezzo di trasferimento del calore e/o per indurre o ridurre la turbolenza nel mezzo di trasferimento del calore 28. Le alette 46 posizionate sulla superficie interna della parte della superficie di tenuta 34 possono essere configurate con i denti 21 sulla parte della superficie di tenuta dello statore della guarnizione a labirinto 34 per ottimizzare il trasferimento di calore fra il fluido di processo nella parte di zona 32 interna alla guarnizione a labirinto 20 e il mezzo di trasferimento del calore 28. Occorre notare che queste e altre modifiche, quali rigatura, zigrinatura, placcatura elettrica e/o mordenzatura, possono essere utilizzate in genere per incrementare la velocità di trasferimento del calore fra lo statore della guarnizione a labirinto 24 e la zona 32 o, altrimenti, per migliorare il rendimento della guarnizione a labirinto 20. Come mostrato nella vista schematica di Fig. 9, la macchina rotante 14 può essere dotata anche di uno scambiatore di calore 44 in comunicazione fluida con la cavità 26 nello statore della guarnizione a labirinto 24. Il mezzo di trasferimento del calore 28 può circolare fra la cavità 26 e lo scambiatore di calore 44, per esempio, per convezione naturale, o, secondo un altro esempio, con l'aiuto di una pompa (non mostrata). È importante notare che nella rappresentazione schematica mostrata in Figura 7, la macchina rotante 14 può avere linee di andata e ritorno indipendenti, in comunicazione fluida con la cavità 26 e lo scambiatore di calore 44. Inoltre, come sarà descritto in dettaglio di seguito, la macchina rotante 14 può presentare molteplici linee di andata e ritorno in tale comunicazione fluida con una o più cavitià interne allo statore della guarnizione a labirinto 24.
Durante il funzionamento del compressore 14, una parte del gas di processo compresso viaggia attraverso la guarnizione della superficie della guarnizione a labirinto 34 spingendo sulla guarnizione a gas secco 30. Come discusso in precedenza, se la temperatura del gas di processo è eccessivamente alta o bassa, aumenta il rischio che si verifichino danni alla guarnizione a gas secco 30. Pertanto, secondo altre realizzazioni esemplificative, il gas di processo può essere riscaldato o raffreddato dalla guarnizione a labirinto 20 posizionata a monte della guarnizione a gas secco 30, per cui il rischio di danni alla guarnizione a gas secco 30 viene in gran parte ridotta o eliminata.
Durante il funzionamento costante della macchina rotante 14, il gas di processo caldo può urtare contro la seconda parte laterale 38 della guarnizione a labirinto 20 facendo in modo che il calore proveniente dal gas di processo si propaghi attraverso la parte laterale 38 dello statore della guarnizione a labirinto 24 in un mezzo di trasferimento del calore 28, determinando pertanto un abbassamento della temperatura del gas di processo. Durante il funzionamento costante della macchina rotante 14, il gas di processo caldo può urtare contro la seconda parte laterale 34 della guarnizione a labirinto 20 facendo in modo che il calore proveniente dal gas di processo si propaghi attraverso la parte laterale 38 dello statore della guarnizione a labirinto 24 in un mezzo di trasferimento del calore 28, determinando pertanto un abbassamento della temperatura del gas di processo.
La cavità 28 può essere configurata in modo che una corrente di convezione naturale "si configuri” facilmente in modo che il mezzo di trasferimento del calore trasporti il calore lontano dalla regione più calda, per esempio, adiacente alla seconda parte della parete laterale 38 e/o dalla parte della superficie di tenuta 34 verso una regione più fredda, per esempio, adiacente alla terza parte laterale 40, dove il mezzo di trasferimento del calore può raffreddarsi prima di tornare alla regione più calda nella cavità 26. In questo modo, il gas di processo può essere raffreddato e quindi premere in condizioni di maggiore sicurezza contro la guarnizione a gas secco 30.
Nelle realizzazioni della macchina rotante 14 che includono uno scambiatore di calore 44, la velocità alla quale il calore può essere aggiunto o rimosso dal gas di processo viene considerevolmente aumentata. Questa capacità viene ulteriormente aumentata quando si utilizza una pompa (non mostrata) per far circolare il mezzo di trasferimento del calore fra la cavità 26 e lo scambiatore di calore 44.
Un altro aspetto delle diverse realizzazioni è la prossimità della cavità 26, e pertanto del mezzo di trasferimento del calore 28, alla parte della superficie di tenuta dello statore della guarnizione a labirinto 24, ossia la parte di zona 32 adiacente ai denti dello statore della guarnizione a labirinto 21. A causa di tale prossimità, il ritardo nella risposta del fluido di processo può essere significativamente ridotto. Questa caratteristica è utile (ma non necessaria) dal momento che consente "correzioni" istantanee applicabili alla temperatura del gas di processo.
Un'altra caratteristica della macchina rotante 14 è rappresentata dal fatto che la guarnizione a gas secco 30 è collocata a valle, lontana della guarnizione a labirinto, quindi sussiste un intervallo temporale dal momento in cui il fluido di processo attraversa la guarnizione a labirinto e quello in cui il fluido di processo preme contro la guarnizione a gas secco. Per esempio, è necessario tenere in considerazione che la temperatura viene misurata con un sensore (non mostrato) o con più sensori (non mostrati) dentro, fuori, intorno o in prossimità della macchina rotante 14, secondo un'altra realizzazione. Se queste misurazioni indicano che, nonostante il raffreddamento dello statore della guarnizione a labirinto, una temperatura del fluido di processo in uscita dalla guarnizione a labirinto 20 è tale che viene indicato un rischio di danni alla guarnizione a gas secco 30, allora, a causa del tempo di percorrenza del fluido di processo, è possibile implementare vari passaggi per proteggere la guarnizione a gas secco 30; per esempio, la macchina rotante può essere spenta o, secondo un altro esempio, è possibile avviare una procedura di super raffreddamento laddove un mezzo di traferimento del calore super raffreddato, per esempio azoto liquido, viene immesso nella cavità della guarnizione a labirinto 26.
Secondo alcune realizzazioni, il sistema può essere provvisto di un sensore della temperatura. Il sensore della temperatura può essere posizionato a valle del sistema di raffreddamento per monitorare la temperature dei mezzi di raffreddamento. Il valore della temperatura rilevata tramite sensore può essere utilizzato per regolare il flusso massa dei mezzi di raffreddamento, variando per esempio il trasferimento di calore basato sulla temperatura rilevata tramite sensore e le specifiche di temperatura della guarnizione a gas secco. La temperatura rilevata tramite sensore può anche, o in alternativa, essere utilizzata per proteggere il compressore in modo che, per esempio, quando la temperatura dei mezzi di raffreddamento supera un valore conserntito massimo, allora il compressore può essere spento. Occorre notare che il compressore centrifugo illustrato è puramente una realizzazione esemplificativa e una guarnizione a labirinto conforme alla realizzazione descritta può essere applicata anche in altre macchine che richiedono una guarnizione avente la capacità di riscaldare o raffreddare un fluido di processo.
Pertanto, secondo una realizzazione mostrata nel diagramma di flusso di Figura 10, un metodo di funzionamento di una macchina rotante include il passaggio di sigillatura (1000) di un rotore mediante una guarnizione a gas secco e una guarnizione a labirinto e il passaggio di variazione (1002) della temperatura del fluido di perdita mentre il fluido attraversa la guarnizione a labirinto.
Le realizzazioni sopra descritte sono intese a illustrare a tutti gli effetti, ma non in senso restrittivo, la presente invenzione. Tutte le siffatte variazioni e modifiche devono essere considerate entro lo scopo e lo spirito della presente invenzione, come definite nelle seguenti rivendicazioni. Nessun elemento, atto o istruzione utilizzato nella descrizione della presente applicazione va inteso come critico o essenziale ai fini dell’invenzione, a meno che non sia esplicitamente descritto come tale. Inoltre, nel presente documento l'articolo indeterminativo "uno/a” si intende comprensivo di uno o più oggetti.

Claims (10)

  1. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. Una macchina rotante comprendente: un rotore; uno statore; una guarnizione a labirinto disposta fra suddetto rotore e suddetto statore; una guarnizione a gas secco disposta fra suddetto rotore e suddetto statore e a valle della suddetta guarnizione a labirinto; suddetta guarnizione a labirinto comprendente: un rotore e uno statore avente una cavità contenente un mezzo per il trasferimento del calore configurato per trasferire calore fra suddetto statore della guarnizione a labirinto e una zona adiacente al suddetto statore, in modo da raffreddare o riscaldare un fluido di processo pressurizzato prima che il fluido di processo prema contro la guarnizione a gas secco. 2. Una macchina rotante secondo la rivendicazione 1, laddove il suddetto statore della guarnizione a labirinto è configurato per raffreddare il fluido di processo pressurizzato a una temperatura inferiore a quella operativa massima della guarnizione a gas secco. 3. Una macchina secondo la rivendicazione 1, laddove il suddetto mezzo di trasferimento del calore contiene acqua. 4. Una macchina secondo la rivendicazione 1 , laddove il fluido di processo pressurizzato passa attraverso la suddetta zona. 5. Una macchina rotante secondo la rivendicazione 1 , laddove il suddetto statore della guarnizione a labirinto comprende inoltre una parte della superficie di tenuta dotata di denti, una prima parte laterale, una seconda parte laterale e una terza parte laterale, in cui la prima e la seconda parte laterale si estendono dalla parte della superficie di tenuta alla terza parte laterale. 6. Una macchina rotante secondo la rivendicazione 5, laddove la suddetta parte della superficie di tenuta, la suddetta prima parte laterale e la suddetta seconda parte laterale presentano lo stesso spessore. 7. Una macchina rotante secondo la rivendicazione 5, laddove la suddetta parte della superficie di tenuta, la suddetta prima parte laterale, la suddetta seconda parte laterale e la suddetta terza parte laterale sono ciascuna dotata di una superficie esterna frontale alla suddetta zona e una superficie interna frontale alla suddetta cavità. 8. Una macchina secondo la rivendicazione 7, laddove le suddette superfici esterna e interna sono sostanzialmente parallele. 9. Un metodo di funzionamento di una macchina rotante per processare un fluido comprendente: sigillatura di un rotore della macchina rotante mediante una guarnizione a gas secco e una guarnizione a labirinto, laddove la perdita del suddetto fluido scorre dalla guarnizione a labirinto alla guarnizione a gas secco; e variazione della temperatura del suddetto fluido di perdita mentre il fluido di perdita attraversa la suddetta guarnizione a labirinto. 10. Una macchina rotante comprendente: un rotore; uno statore; una prima guarnizione disposta fra suddetto rotore e suddetto statore; una seconda guarnizione disposta fra suddetto rotore e suddetto statore e a valle della suddetta seconda guarnizione; suddetta prima guarnizione comprendente: un rotore e uno statore, laddove il suddetto statore ha una cavità contenente un mezzo per il trasferimento del calore configurato per trasferire calore fra suddetto statore della prima guarnizione e una zona adiacente al suddetto statore, in modo da raffreddare o riscaldare un fluido di processo pressurizzato prima che il fluido di processo prema contro la seconda guarnizione. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. A rotary machine, comprising: a machine rotor; a machine stator; a labyrinth seal disposed between said machine rotor and said machine stator; a dry gas seal disposed between said machine rotor and said machine stator, said dry gas seal being disposed downstream of said labyrinth seal ; said labyrinth seal comprising: a labyrinth seal rotor; and, a labyrinth seal stator, said labyrinth seal stator having a cavity containing a heat transfer medium configured to transfer heat between said labyrinth seal stator and a zone adjacent said labyrinth seal stator to cool or heat a pressurized process fluid before the process fluid bears against said dry gas seal.
  2. 2. A rotary machine according to claim 1 wherein said labyrinth seal stator is configured to cool said pressurized process fluid to a temperature less than a maximum operating temperature of said dry gas seal.
  3. 3. A rotary machine according to claim 1 wherein said heat transfer medium includes water.
  4. 4. A rotary machine according to claim 1 wherein pressurized process fluid, passes through said zone.
  5. 5. A rotary machine according to claim 1 wherein said labyrinth seal stator further comprises a sealing face portion with sealing teeth, a first side portion, a second side portion, and a third side portion, said first and second side portions extending between said sealing face portion and said third side portion.
  6. 6. A rotary machine according to claim 5 wherein said sealing face portion, said first side portion and said second side portion are equal in thickness.
  7. 7. A rotary machine according to claim 5 wherein said sealing face portion, said first side portion, said second side portion and said third side portion are each provided with an outer surface facing said zone and an inner surface facing said cavity.
  8. 8. A rotary machine according to claim 7 wherein said outer and inner surfaces are substantially parallel.
  9. 9. A method of operating a rotary machine to process a fluid comprising:, sealing a rotor of the rotary machine using a dry gas seal and a labyrinth seal, wherein leakage of said fluid flows from the labyrinth seal to the dry gas seal; and changing a temperature of said leakage fluid as the leakage fluid passes said labyrinth seal.
  10. 10. A rotary machine, comprising: a machine rotor; a machine stator; a first seal disposed between said machine rotor and said machine stator; a second seal disposed between said machine rotor and said machine stator, said second seal being disposed downstream of said first seal; said first seal comprising: a seal rotor; and, a seal stator, said seal stator having a cavity containing a heat transfer medium configured to transfer heat between said first seal stator and a zone adjacent said first seal stator to cool or heat a pressurized process fluid before the process fluid bears against said second seal.
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