BR0209080B1 - junta de vedação metálica elástica aberta. - Google Patents
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Description
"JUNTA DE VEDAÇÃO METÁLICA ELÁSTICA ABERTA"
Domínio da invenção
A invenção se refere ao domínio da vedação estática e emparticular à junta metálica elástica que deve assegurar uma estanqueidade paraforças de aperto inferiores àquelas necessárias para a eficácia de uma juntacuja alma é uma mola.
Arte anterior e problema proposto
Tendo em conta a escolha de seus materiais em face de suainsensibilidade aos fluidos corrosivos, de seu bom comportamento a alta ebaixa temperaturas e de sua boa resistência no tempo, as juntas de vedaçãometálicas são utilizadas em domínios de aplicação muito diversos, dentre osquais pode-se citar, de maneira de nenhuma forma limitativa, as indústriasquímica, petrolífera e nuclear, assim como os setores automotivo e espacial. Aqualidade da estanqueidade obtida por uma junta de vedação dependenotadamente da pressão específica desenvolvida entre as superfícies decontato da junta e os flanges de montagem em que a junta é colocada. Nocurso do aperto inicial da montagem, a pressão específica deve ser suficientepara permitir a adaptação da junta às asperezas das superfícies dos flanges.Fica então claro que a pressão específica de aperto deve ser relativamenteelevada, em todo caso superior à pressão do fluido reinante no interior dovolume delimitado pela junta e as superfícies dos flanges de aperto.
Ademais, em numerosas aplicações, o esforço de aperto devepermanecer pequeno. Este é notadamente o caso quando a montagem é poucoacessível e torna difícil a manipulação das ferramentas de aperto, como naindústria nuclear e a indústria de semicondutores e quando as montagens dematerial com altas características devem ser leves e não suportam esforçoselevados, como nas indústrias aeronáutica e espacial. Para obter um talresultado, desenvolveu-se juntas tóricas metálicas utilizando como elementoelástico um tubo aberto, de preferência envolvido de uma fina camada dematerial dúctil. Cada superfície de contato possui uma parte saliente no eixoda seção da junta tórica normal às superfícies dos flanges de aperto. Istopermite diminuir de um fator de 2 os esforços de aperto sobre este tipo dejunta. Pode-se citar a este respeito a patente US 3.188.100. O princípio e asdesvantagens do funcionamento da junta descrita na patente US 3.188.100 sãoexplicitadas com relação às figuras 1 e 2.
Com referência à figura 1, que mostra em corte a junta descritanessa patente norte-americana, constata-se que esta última é de forma anular,sua seção sendo de revolução. Em contrapartida, esta última é aberta por umaabertura 2 colocadas sobre o interior da junta. Ela é constituída de duas partesque são principalmente uma alma metálica 3, em torno da qual é colocadauma camada externa 4 mais mole. O conjunto é usinado sobre as partes quedevem entrar em contato com as peças a vedar, de modo a formar duas partessalientes 5 que se salientam em relação a uma superfície plana 6, de cada ladoda junta. Estas duas partes salientes 5 são assim destinadas a vir entrar emcontato com as duas superfícies, que devem contactar a junta e ser esmagadasentre elas.
A escolha de uma estrutura geral em tubo aberto não permitesatisfazer simultaneamente a uma baixa rigidez do conjunto e a uma altaestanqueidade, a despeito da presença das partes salientes 5. Com efeito, aestrutura em tubo aberto conduz a uma deformação assimétrica da seção dajunta, no curso de seu esmagamento e, em conseqüência, a uma degradaçãoda estanqueidade gerada por um deslocamento das partes salientes 5, comomostra a figura 2.
Nesta última, os pontos Cl e C2 indicam os dois locais de umaparte saliente respectivamente antes e depois do esmagamento. Com efeito, ajunta 1 foi representada em contato com duas superfícies que delimitam doisespaços que devem ser vedados e que se aproximam, durante o esmagamento.
Um deslocamento Aa da localização C1 em relação à localização C2 do pontode contato tem lugar. Pode-se mesmo constatar que, durante o esmagamentoda junta 1, as extremidades 7 da estrutura aberta que constitui a junta 1, seaproximam ligeiramente e se deslocam para o exterior.Em outros termo, se oposicionamento inicial das partes salientes, referenciadas 5 na figura 1, seencontra no meio da estrutura geométrica da junta, como o ponto Cl na figura2, o ponto C2 que representa o posicionamento das partes salientes, após oesmagamento da junta 1, não se encontra mais no meio desta última, porémdescentrado. Este deslocamento deste eixo da seção da junta é pois prejudicialà obtenção da estanqueidade procurada. Em uma tal junta, o melhor nível deestanqueidade é obtido no curso do esmagamento e não no fim doesmagamento, como é procurado pelos usuários. Pode-se mesmo assistir auma degradação da estanqueidade no curso do esmagamento.
As patentes francesas FR 2.557.662 e FR 2.636.115descrevem, cada uma, um tipo de junta metálica tórica cuja alma é constituídade uma mola helicoidal e possuindo duas partes salientes usinadas sobre abainha externa. Ora, a escolha de uma mola helicoidal para constituir a almacentral da junta não permite diminuir o esforço de aperto abaixo de um certolimite, porque há um risco muito elevado de basculamento das espiras damola e por via de conseqüência, uma reação aleatória da mola sobre a face devedação.
A finalidade da invenção é pois de paliar estes inconvenientespropondo um outro tipo de junta metálica elástica com partes salientes.
Sumário da invenção
A este respeito, o objetivo principal da invenção é pois umajunta de vedação metálica e elástica aberta que compreende uma almametálica elástica e uma bainha metálica externa na qual é encastrada a almametálica e apresentando, quando a junta está em repouso, uma seção de tipocircular aberta definindo um eixo mediano, ou seja, uma reta passando pelocentro geométrico da seção em repouso, uma abertura da estrutura geral dajunta encontrando-se entre duas superfícies de liberação opostas que possuem,cada uma, uma parte saliente, cujo ápice é destinado a entrar em contatoestanque com um objeto, sob o efeito de um esforço de aperto determinado.
De acordo com a invenção, em repouso, as partes salientes sãoligeiramente deslocadas em relação ao eixo mediano, do lado oposto àabertura, de maneira a se aproximar deste eixo mediano, sob o efeito doesforço de aperto.
De preferência, as partes salientes são simétricas em relação aoplano médio da junta.
Na realização preferencial da junta de acordo com a invenção,cada uma das duas superfícies de liberação é perpendicular a um eixo desimetria da parte saliente que lhe é associada e cujo eixo de simetria passapelo centro do círculo definido pela seção circular da junta.
Neste caso, quando a junta está em repouso, cada superfície deliberação possui uma parte saliente cujo eixo de simetria é inclinado de umângulo α determinado compreendido entre Io e 12°, este ângulo de inclinaçãoα tendo tendência a desaparecer sob o efeito do esforço de aperto.
Em um grande número de realizações da junta de acordo coma invenção, esta última é de forma geral anular. Neste caso, a abertura podeser posicionada na direção do eixo de simetria da junta ou em oposição a esteúltimo.
Ajunta pode igualmente ser de diferentes formas, por exemplode forma elíptica, de forma triangular, de forma geralmente trapezoidal, deforma geralmente elíptica ou de forma geralmente retangular.
De preferência, a altura das partes salientes, de seçãoaproximadamente triangular, fica compreendida entre 0,05 e 0,50 mm.
Lista das figuras
A invenção e suas diferentes características técnicas serãomelhor apreciadas pela leitura da descrição que se segue acompanhada devárias figuras, representando respectivamente:
- figura 1, uma junta metálica de acordo com a técnicaanterior;
- figura 2, o comportamento da junta metálica da técnicaanterior em funcionamento;
- figura 3, o princípio de funcionamento da junta metálicaelástica de acordo com a invenção;
- figura 4, a junta metálica elástica de acordo com a invenção;
- figuras 5 e 6, duas curvas relativas ao bom funcionamento dajunta metálica elástica de acordo com a invenção;
- figuras 7 a 10, diferentes formas que a junta pode ter; e
- figuras 11 a 14, diferentes formas que as partes salientespodem ter.
Descrição detalhada de um modo de realização da invenção
Com referência à figura 3, o funcionamento da junta de acordocom a invenção é baseado em um princípio similar àquele da junta da técnicaanterior, mencionado no documento norte-americano, porém com uma nuancepreponderante que é a seguinte.
A junta 10 possui uma estrutura cilíndrica aberta com umaabertura 12. Ela possui, sobre cada superfície de liberação 16, uma partesaliente que deve entrar em contato com os objetos a vedar um em relação aooutro. Ora, esta parte saliente 15 é colocada em uma localização, referenciadaD1 ou D2, sobre um eixo A1 de modo ligeiramente deslocada em relação aum eixo A2 mediano da junta 10 antes do esmagamento, que passa pelocentro geométrico da seção da junta 10. Em outros termos, existe umapequena distância Aa entre o eixo A1 que passa pelos dois pontos D1 e D2,esquematizando, cada um, uma parte saliente e o eixo mediano A da junta 10antes do esmagamento.
Desta maneira, a figura mostrando as posições antes e depoisdo esmagamento, percebe-se que a junta 10 se desloca ligeiramente para oexterior em relação ao eixo mediano A2 da junta, como esquematizado pelamudança de posição das extremidades 17 da junta 10 em face da abertura 12,Em outros termos, no fim do esmagamento, o eixo de simetria de cada parte saliente deve se encontrar no local DΊ ou D'2 em contato estanque face àspartes 8, sobre o ou muito perto do eixo mediano A2 da junta 10. Emconseqüência, convém então prever a posição, em repouso, das partessalientes, deslocada do eixo mediano A2, como simbolizado pelaslocalizações Dl e D2. Qualquer que seja a posição da abertura 12, as partes salientes 15 são colocadas do lado oposto a esta abertura.
A figura 4 mostra em detalhe uma realização preferencial dajunta de acordo com a invenção. Ela compreende uma alma metálica 13 feitao mais freqüentemente de material possuindo um alto limite elástico, tal comoo aço inoxidável temperado, o cuproberílio ou as ligas de níquel ou de titânio. Em torno desta alma metálica 13, encontra-se a bainha externa 14 prevista emum material muito dúctil, tal como o alumínio, a prata, o ouro ou o cobre ouum outro material de ductilidade equivalente, ou menos dúctil, tal como oníquel ou o aço inoxidável.
Duas superfícies de liberação 16 são previstas de maneira quase diametralmente oposta e são planas. Todavia, elas não são paralelas,porque elas são ambas inclinadas para um mesmo lado de um mesmo ângulode inclinação a. Em uma zona mediana, de preferência no meio da cadasuperfície de liberação 16, é prevista uma parte saliente 15 de seçãoaproximadamente triangular. O eixo de simetria A5 de cada parte saliente 15 se encontra então inclinada de um mesmo ângulo de inclinação α em relaçãoao eixo mediano A2 e passa pelo centro geométrico da seção da junta 10.
Devido a esta inclinação das superfícies de liberação 16, estasúltimas podem ter, cada uma, uma extremidade 19 em contato com uma daspeças 8 em relação às quais a estanqueidade deve ser assegurada. Assim,escolhendo uma altura h das partes salientes 15, um ângulo α de inclinaçãodas superfícies de liberação 16 e um comprimento destas superfícies deliberação 16, é possível obter, quando a junta é colocada antes doesmagamento, um duplo contato entre esta última e as peças 8. Com efeito,pode-se considerar que estas peças 8 cujas superfícies são paralelas, possamestar, cada uma, em contato ao mesmo tempo com os ápices de uma partesaliente 15 e uma extremidade 19 da superfície de liberação 16correspondente ao início do esmagamento, mas este duplo contato não éprejudicial ao bom funcionamento no fim do esmagamento.
A título de exemplo, o ângulo de inclinação α deve serpequeno e pode variar entre 1 e 15°. A escolha de seu valor exato é ditada peladupla exigência de obter um nível de estanqueidade ótimo no fim do aperto ede manter este mesmo nível de estanqueidade para um limiar de esforço omais baixo possível em fase de descompressão.
Para uma bainha de alumínio de espessura de 0,5 mm e paraum diâmetro exterior de 4,2 mm, pode-se considerar um ângulo de inclinaçãoα da ordem de 8o, o que conduz a um deslocamento dos eixos Al e Al dafigura 3, da ordem de 0,30 mm para uma altura há da 0,1 mm.
A figura 5 representa uma curva característica do esforçolinear de aperto F, em função do esmagamento E aplicável às juntas datécnica anterior, assim como às juntas de acordo com a invenção.
A figura 6 é representativa da evolução do valor de fuga Q emcurso do ciclo de esmagamento, em função da força de esmagamento. Nestafigura 6, comparou-se os desempenhos da juta de acordo com invenção(curva I em linha cheia) em relação aos desempenhos de uma junta de acordocom a técnica anterior que não possui descentralização das partes salientes(curva (a) em linha interrompida).
Constata-se que a juta de acordo com a técnica anterior obtémmais rapidamente uma melhor estanqueidade no início do esmagamento. Emcontrapartida, esta estanqueidade se degrada em seguida, em particular quandoatinge 0,7 mm de esmagamento, para um exemplo considerado. Além disso, ajunta de acordo com a invenção, para a qual o ângulo de inclinação α é igual a8o, apresenta um melhoramento constante da estanqueidade no fim doesmagamento para o mesmo valor de 0,7 mm de esmagamento. Estaestanqueidade muito boa varia muito pouco em descompressão, até um limiarde esforço linear de 4 a 5 newtons por milímetro de circunferência média dajunta.
Em um grande número de realizações da junta de acordo coma invenção, esta última é de forma geral anular.
Em outras realizações da junta de acordo com a invenção, estaúltima pode ser elíptica (figura 7), retangular, geralmente retangular comcantos arredondados (figura 8), triangular, oblonga (figura 9) ou de uma dasoutras formas 7 resultando de uma combinação e/ou de uma modificaçãodestas formas (figura 10).
No caso representado, a altura das partes salientes, de seçãoaproximadamente triangular, fica compreendida entre 0,05 e 0,50 mm.
Para uma seção aproximadamente triangular, a altura é medidaperpendicularmente à superfície 16, a partir do ápice da parte saliente até adita superfície. Em outras realizações da junta de acordo com a invenção, aparte saliente pode ser elíptica (figura 11), retangular, geralmente retangularcom cantos arredondados (figura 12), triangular (figura 13), trapezoidal(figura 14) ou de uma das outras formas 8. Para uma seção aproximadamentetrapezoidal, arredondada ou de uma outra forma, a altura é medidaperpendicularmente à superfície 16, a partir do ápice da parte saliente até adita superfície.
Claims (16)
1. Junta de vedação metálica elástica aberta (10) quecompreende uma alma metálica elástica e uma bainha metálica externa (14)na qual é encastrada a alma metálica, a junta (10) apresentando, quando elaestá em repouso, uma seção de forma circular aberta definindo um eixomediano (A2), ou seja, uma reta passando pelo centro geométrico da seção dajunta em repouso, uma abertura (12) se localizando entre duas superfícies deliberação (16) que são opostas e que possuem, cada uma, pelo menos umaparte saliente (15) e cujo ápice é destinado a entrar em contato estanque comum objeto (8), sob o efeito de uma força de aperto determinada,caracterizada pelo fato de que, em repouso, as partes salientes (15) sãoligeiramente deslocadas em relação ao eixo mediano (A2) do lado oposto daabertura, de modo a se aproximarem deste eixo mediano (A2) sob o efeito doesforço de aperto.
2. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que as partes salientes (15) são simétricas em relação ao plano desimetria da junta (10).
3. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que cada uma das duas superfícies de liberação (16) é perpendicularao eixo de simetria (A5) da parte saliente (15) que lhe é associada.
4. Junta de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelofato de que o eixo de simetria passa pelo centro do círculo definido pela seçãoda junta (10).
5. Junta de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelofato de que cada superfície de liberação (16) possui em seu meio, uma partesaliente cujo eixo de simetria (A5) é inclinado de um ângulo α de inclinaçãodeterminado compreendido entre 1 e 12°, este ângulo determinado deinclinação α tendo tendência a desaparecer sob o efeito do esforço de aperto.
6. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que ela é de forma anular.
7. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que a altura (h) das partes salientes (15), que são de seçãoaproximadamente triangular, fica compreendida entre 0,05 mm e 0,50 mm.
8. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que as partes salientes (15) são de forma geralmente triangular.
9. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que as partes salientes (15) são de forma geralmente trapezoidal.
10. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partes salientes (15) são de forma geralmente elíptica.
11. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que as partes salientes são de forma geralmente retangular.
12. Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de que ela é de forma geral anular.
13. Junta de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelofato de que ela é de forma elíptica.
14. Junta de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelofato de que ela é de forma triangular.
15. Junta de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que ela é de forma retangular.
16. Junta de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelofato de que a abertura (12) é posicionada na direção do eixo de simetria dajunta ou em oposição a este último.
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