BR112015005207B1

BR112015005207B1 - Junta de estanqueidade circular

Info

Publication number: BR112015005207B1
Application number: BR112015005207-0A
Authority: BR
Inventors: Laurent Guimet; Christophe Mengelle; Frédéric Sauvinet; Michel Lefrancois; Olivier Constant; Philippe Reynaud
Original assignee: Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; Technetics Group France Sas
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2020-09-08
Also published as: WO2014037547A2; PL2893227T3; ES2610222T3; RU2623339C2; RU2015113270A; FR2995379A1; CA2884556A1; EP2893227B1; CN104603508A; CN104603508B; US20150226331A1; WO2014037547A3; FR2995379B1; CA2884556C; JP2015529315A; EP2893227A2; BR112015005207A2; JP6235019B2; US9157531B2

Abstract

junta de estanqueidade circular e junta com escova a junta compreende uma caixa composta de duas porções (1, 2) crimpadas uma na outra com um ajuste de posição preciso e estanque em interfaces (15, 6b) e uma estrutura compósita que compreendem no interior da caixa um núcleo (24) vantajosamente flexível e elástico e um enrolamento (20) de cerdas de escova. essa estrutura se estende diretamente diante das faces internas (9, 10) uma em frente à outra na caixa, que as comprime e possui uma forma arqueada com um raio de curvatura ligeiramente superior. a estrutura compósita é mantida em uma posição precisa firmemente, mas sem pressão.

Description

JUNTA DE ESTANQUEIDADE CIRCULAR

[001] A presente invenção trata de uma junta de estanqueidade circular com escova, tipicamente utilizada para a estanqueidade entre dois compartimentos pressurizados de um turborreator (ou de uma turbomáquina).

[002] Os turborreatores possuem compartimentos tubulares nos quais prevalecem pressões diferentes. Através desses compartimentos passa uma única árvore de rotor. Na passagem da árvore entre os referidos compartimentos, é, portanto, importante assegurar uma estanqueidade entre um estator (a estrutura dos compartimentos) e um rotor (a árvore). Devido às condições extremas desse tipo de ambiente (temperaturas elevadas, fortes dilatações diferenciais radiais entre o rotor e o estator), uma tecnologia apropriada é a da junta com escova como, por exemplo, em WO 2010/063269. A junta com escova possui um nível de estanqueidade suficiente para tais aplicações, para suportar temperaturas elevadas se for construída com materiais apropriados, e uma boa adaptabilidade às dilatações diferenciais radiais.

[003] Em WO 2010/063269, a junta com escova é constituída em seção de um anel elástico central em torno do qual estão enrolados consecutivamente a rede de cerdas e uma gaiola em forma de C aberta em seu diâmetro interno; essa gaiola serve para manter e proteger a referida rede. Em outro modo de realização, apresentado em FR 2692019, o anel elástico central é substituído por uma junta com mola circundada por invólucros, descrita por sua vez em FR 2151186, que devido a sua elasticidade assegura um contato íntimo entre o C e as superfícies em contato. Isso é particularmente muito interessante se a junta com escova estiver entre dois pedaços de compartimentos diferentes: ela assegura então a estanqueidade entre os dois pedaços de compartimentos em relação ao meio externo ao turborreator.
Nessa realização, o C é usualmente prolongado em seu diâmetro interno por duas lâminas paralelas cuja função é manter a estrutura da rede de cerdas o mais perto possível do rotor, a fim de evitar o emaranhamento da rede ao entrar em contato com o referido rotor.

[004] As concepções visíveis em WO 2010/063269 ou FR 2692019 apresentam um inconveniente comum: o fechamento do C se tiver de ser feito de acordo com os casos por estampagem ou informação contínua, processos que dão por natureza tolerâncias dimensionais amplas. Essas tolerâncias amplas implicam em diversas limitações na construção do turborreator.

[005] Em EP-A-1203178, o inventor usa como base uma construção na qual uma junta com escova com anel elástico e gaiola em C está por sua vez montada em uma caixa em duas partes, e uma crimpagem assegura preferencialmente a ligação entre as duas partes da referida caixa. Se essa caixa crimpada apresenta a vantagem de ter tolerâncias geométricas estreitas, ela possui, em compensação, o inconveniente de aumentar o tamanho desse módulo de junta com escova, o que torna mais difícil alojá-lo em seu ambiente. Além disso, a altura dessa caixa depende da altura inicial do C; o problema de amplas tolerâncias não está, portanto, resolvido em relação à altura.

[006] Finalmente, em todas essas construções, não é visto nenhum elemento que assegure explicitamente a manutenção da junta com escova em rotação. Ela é sistematicamente assegurada por meio de uma compressão axial. Uma perda da referida compressão em funcionamento, devida, por exemplo, a dilatações diferenciais, implicaria, portanto, em uma perda da referida manutenção em rotação.

[007] A presente invenção propõe uma construção de junta com escova que possui tolerâncias externas estreitas e com dimensões totais reduzidas Para resumir, trata-se de uma junta com escova, da qual é retirada a estrutura em C em torno da rede de cerdas, e onde a rede de cerdas é inserida diretamente em uma caixa externa, fechada em princípio por crimpagem. Graças a sua construção, essa junta permite assegurar a estanqueidade em relação ao exterior entre dois pedaços de compartimentos diferentes que retêm a referida junta, apesar da ausência do C. Um sistema que permite a manutenção da junta em rotação em seu alojamento pode igualmente ser integrado.

[008] A caixa circular comporta primeiramente uma primeira porção, chamada "gaiola”. Em seção, essa gaiola compreende uma parte cilíndrica e um retorno radial orientado para dentro ou para fora dependendo do fato da caixa circundar a escova ou que da escova circundar a caixa; e essa seção evoca assim a forma de um "L” maiúsculo.

[009] A face interna do referido retorno radial serve de face de apoio para uma estrutura compósita que compreende um núcleo central, em torno do qual a rede de cerdas da junta com escova está embrulhada. A orientação das duas extremidades de cada cerda é a mesma que a do referido retorno radial (para centro ou para forma). A estrutura compreende no final dois diâmetros: um diâmetro formado pelas extremidades dos cerdas, denominado a seguir ‟diâmetro de escova”, e um outro na área de enrolamento em torno do núcleo, denominado a seguir ‟diâmetro liso”.

[0010] Uma segunda porção da caixa, chamada ‟calço”, é inserida, em seguida, na gaiola inferior, centrada na parte cilíndrica da referida gaiola. A face interna desse calço vem se apoiar sobre a referida estrutura compósita. A posição axial desse calço na gaiola é limitada por um contato axial, geralmente metal-metal, entre duas superfícies planas opostas em cada uma das duas peças. Temos de fato uma tolerância precisa em relação à altura da caixa. A posição desse contato é igualmente calculada de modo a gerar uma ligeira compressão da estrutura compósita, o que permite uma boa manutenção mecânica da rede de cerdas, em particular graças à elasticidade da mola que faz parte do núcleo, em algumas das melhores realizações da presente invenção. Essa compressão fica confiável graças ao referido contato metal-metal, e o esforço de reação da mola pode ser repetido de uma peça para outra. Essa reação elástica apropriadamente utilizada torna a crimpagem confiável ao longo do tempo.

[0011] O calço superior pode compreender sobre sua face externa à caixa uma parte axialmente saliente. O fechamento da caixa é feita por crimpagem. O topo da parte cilíndrica é dobrado sobre a parte saliente, o que assegura a estanqueidade da crimpagem. Assim, um caminho de vazamento gerado pela ausência de estrutura em C em torno da rede de cerdas é fechado. Paralelamente, as dimensões totais são otimizadas através da supressão dessa mesma estrutura em C.

[0012] Um aspecto importante da presente invenção consiste na otimização da geometria das duas superfícies de apoio da referida estrutura compósita. Sobre a gaiola bem como sobre calço, são escavadas axialmente cubas côncavas sobre os referidos retornos radiais em vez de optar por superfícies de apoio retilíneas. Em corte, elas possuem uma forma de arco. O centro de cada um dos arcos está preferencialmente situado sobre um diâmetro idêntico ao diâmetro médio do núcleo. O raio de cada arco é igual ou superior ao maior raio da rede de cerdas, depois que ela estiver enrolada sobre o núcleo. A presença dessas cubas permite uma auto-centragem da estrutura compósita através de um meio diferente do seu diâmetro liso, com um ajuste às tolerâncias pouco precisas na caixa. As tensões de cisalhamento sobre a rede de cerdas são igualmente reduzidas. A manutenção da rede em rotação é igualmente melhorada, pois a área de contato entre a rede e as faces de apoio é apenas pontual, mas se estende sobre uma maior largura.

[0013] Nessa montagem aperfeiçoada, é agora possível deixar uma folga entre o diâmetro liso da estrutura compósita e o diâmetro em frente da gaiola inferior, mas sem degradar a centragem da estrutura compósita na gaiola. Isso permite durante a crimpagem evitar um contato radial da estrutura compósita com a gaiola durante o esmagamento da junta. Tal contato teria por efeito aumentar consideravelmente a rigidez do núcleo quando ele for elástico e flexível, levando de fato a um risco de ruptura da crimpagem.

[0014] Depois de montada, a junta apresenta duas superfícies planas externes. Isso permite inserir, se necessário, um dispositivo de antirrotação da junta em seu alojamento, tal como um furo cego que permite acomodar um pino de comprimento superior à profundidade do referido furo. Depois que esse pino estiver montado, ele ultrapassará e estará pronto a ser inserido em um furo do alojamento da junta, para assegurar finalmente a manutenção em rotação.

[0015] Em um modo de realização preferido, o calço bem como a gaiola compreendem, cada um, um lábio com uma protuberância circular radial orientada na mesma direção que as extremidades das cerdas. Essas protuberâncias circundam a rede de cerdas e permitem manter a rede de cerdas muito perto de suas extremidades (na área de contato com o rotor) e, portanto, evitar o desalinhamento(emaranhamento) da referida rede durante o funcionamento da junta. Além disso, a espessura da rede de cerdas é controlada, graças ao contato metal-metal citado acima, o que permite otimizar o desempenho em termos de estanqueidade da escova assim formada.

[0016] Essas protuberâncias podem ser arredondadas na extremidade da área de contato com as cerdas a fim de limitar um cisalhamento e um risco de seccionamento dessas cerdas, se eles forem forçados a se dobrar axialmente contra as referidas protuberâncias.

[0017] O diâmetro liso da caixa (oposto à escova) pode ser usinado de modo a permitir uma cintagem no alojamento e otimizar assim a estanqueidade entre a junta e o referido alojamento.

[0018] Finalmente, em certos casos, o núcleo pode ser escolhido com uma flexibilidade suficiente para evitar uma rigidez muito elevada, tendo por efeito de evitar a crimpagem ou o super-esmagamento das cerdas. Tal núcleo flexível poderia ser composto unicamente de um invólucro circular aberto com seção em C, em vez de tal invólucro coberto de uma mola com espiras.

[0019] Outras vantagens e características da presente invenção aparecerão com a leitura da descrição de um de seus modos de realização, dado a título de exemplo puramente ilustrativo, em relação aos desenhos anexos, nos quais:

- a Figura 1 representa uma vista em corte de tal junta de acordo com a presente invenção, no caso com uma escova sobre seu diâmetro interno;
- a Figura 2 representa uma vista em perspectiva da junta em escova;
- e a Figura 3 representa uma vista em corte tridimensional da junta com escova.

[0020] A junta com escova representada é circular em torno de um eixo central 23. Ela compreende primeiramente uma gaiola 1 inferior (de acordo a representação escolhida aqui para os desenhos). Ela compreende ainda uma estrutura compósita, composta de uma camada de cerdas 3 e de um núcleo 24. Este último possui aqui uma seção oca e composta de um mola 5 metálica com espiras, enrolado em anel em torno da junta e de um invólucro 4 igualmente metálico, que possui uma seção aberta em C, que circunda e protege a mola 5. Tais juntas são conhecidas e vendidas, em particular, com a marca HELICOFLEX®. A presente invenção os incorpora em algumas de suas realizações preferidas; são possíveis outras realizações do núcleo, que compreendem, por exemplo o invólucro 4 apenas, o que confere maior flexibilidade. A camada de cerdas 3 possui uma parte circundante 20, enrolada em torno do núcleo 24, e filamentos 21 e 22 paralelos, dirigidos radialmente para dentro e responsáveis pela estanqueidade. O maior diâmetro do enrolamento 20 é denominado ‟diâmetro liso” e se estende, quando a junta estiver montada, a uma pequena distância de uma face, interna à caixa, de uma parte cilíndrica 6 que constitui uma primeira parte da gaiola 1.

[0021] A caixa é fechada por um calço 2 superior e que está crimpado na gaiola 1. A parte cilíndrica 6 comporta para isso um recesso em sua extremidade superior, em torno do qual ela permanece em forma de um lábio 7 mais fino. O calço 2 está em contato centrado com a parte cilíndrica 6 da gaiola 1 por uma interface periférica 6b de contato entre sua face de maior diâmetro e a face interna de a lábio 7, bem como por uma interface de batente 15 de extensão, de modo vantajoso perfeitamente plana, entre sua face inferior e uma face plana que constitui o fundo do recesso da parte cilíndrica 6. O ajuste é bastante preciso para estabelecer uma estanqueidade da caixa graças, em particular, à planeidade das faces que pertencem à interface de batente 15, e especialmente pelo fato de que a gaiola 1 e o calço 2 são geralmente construídos de metal e, portanto, rígidos.

[0022] As faces internas à caixa diante uma da outra da gaiola 1 e do calço 2 são formadas côncavas, em cubas 9 e 10, respectivamente de modo a reter a estrutura compósita. O enrolamento 20 possui um diâmetro maior que a distância entre fundos 16 e 17 cubas 9 e 10. As cubas 9 e 10 são simétricas e possuem raios de curvatura pelo menos iguais, e aqui maiores, que o raio do enrolamento 20. Finalmente, os centros de curvatura, bem como os fundos 16 e 17 das cubas 9 e 10 estão alinhados com o centro do enrolamento 20 e do núcleo 24 para cada uma das seções da junta, e estão de preferência a uma mesma distância do eixo central 23. Graças a essa constituição, a estrutura compósita é mantida em uma posição conhecida e repetitiva para cada seção e cada junta construída da mesma maneira, e o enrolamento 20 e o núcleo 24 são mantidos no lugar, sendo ligeiramente comprimidos nos fundos 16 e 17 das cubas 9 e 10. Eles se deformam assim achatando-se ligeiramente, ocupando parcialmente as cubas 9 e 10 e em alargando-se, em particular em direção à parte cilíndrica 6. A folga radial 18 entre o enrolamento 20 e a parte cilíndrica 6 permite, todavia, uma deformação sem tensão excessiva da estrutura compósita no interior da caixa. Existe também uma folga existe do lado oposto da caixa, do lado dos filamentos 21 e 22. Essa compressão se torna possível em boas condições pela flexibilidade e a elasticidade do núcleo 24 descritas aqui.

[0023] A caixa é fechada por crimpagem, e o lábio 7 da gaiola 1 é dobrado graças a uma ferramenta sobre o calço 2 cobrindo a borda de sua face externa à caixa, oposta à cuba 10. Na área de cobertura, o calço 2 possui duas porções angulosas 8a e 8b das quais a última é saliente para forma em direção ao eixo central (23) da junta. Durante o fechamento do lábio 7, sobre essa porção saliente, a estanqueidade da crimpagem é garantida.

[0024] A gaiola 1 compreende um furo cego 19 em sua face externa, que se destina a receber um pino 27 de comprimento superior à profundidade desse furo e que será, portanto, saliente. Ele constituirá um sistema de parada em rotação da junta com escova em seu alojamento.

[0025] A gaiola 1 e o calço 2 contêm, cada um, um lábio, respectivamente 11 e 12, protuberantes a partir dos diâmetros internos, e cuja função é manter os filamentos 21 e 22 no lugar envolvendo-os. A distância entre os lábios 11 e 12 é definida pelo batente na interface 15, bem como a densidade das cerdas da escova nessa área ativa. Os lábios 11 e 12 apresentam partes arredondadas 13 e 14 em sua borda adjacente às cerdas a fim de evitar os riscos de cisalhamento se elas forem fletidas durante o uso.

[0026] O diâmetro externo 25 da gaiola 1 é uma área em que a estanqueidade com o futuro alojamento da junta deverá ser assegurada. Ele poderá, portanto, ser usinado com uma precisão suficiente para permitir ser cintado nesse alojamento.

[0027] A caixa pode ser dotada de meios de estanqueidade em suas faces externas. A figura 1 ilustra que a realização proposta aqui compreende facas 28, que são lábios de seção triangular que se afinam em direção à extremidade livre, erguendo-se sobre a face externa, plana, da gaiola 1. As facas 28 são circulares, concêntricas e estão apoiadas sobre uma face oposta, que é também plana, 29 da peça 30 de suporte da junta quando ela estiver montada. E o diâmetro externo 25 da gaiola 1 (face periférica) pode compreender um lábio flexível 31 saliente radialmente para fora e apoiado sobre uma face com furo 32 da peça 30.

[0028] A deformação desses relevos da gaiola 1 sobre a peça 30 assegura, portanto, a estanqueidade da junta evitando vazamentos em torno dela. Juntas tóricas dispostas nos mesmos lugares e alojadas nas ranhuras da gaiola 1 teriam o mesmo efeito.

Claims

JUNTA DE ESTANQUEIDADE CIRCULAR compósita com escova, que compreende:
- - uma caixa circular composta de duas porções crimpadas, das quais uma primeira porção, chamada gaiola (1), que compreende uma parte cilíndrica (6) e um retorno radial ligado à parte cilíndrica e que compreende uma première face de apoio (9) radial interna à caixa, e uma segunda porção, chamada calço (2), centrada na parte cilíndrica (6), de extensão e que compreende uma segunda face de apoio (10) interna à caixa e diante da primeira face de apoio (9);
- - uma estrutura compósita que consiste em um núcleo interno (24) à caixa e uma rede de cerdas disposta em um enrolamento (20) em torno do núcleo (24) e que compreende dois filamentos (21, 22) paralelos que saem da caixa entre a gaiola (1) e o calço (2);
caracterizada por:
- - a parte cilíndrica (6) e o calço (2) possuírem uma interface (15) de extensão de batente mútua;
- - o enrolamento (20) estar em contato com as faces de apoio (9, 10);
- - e as faces de apoio (9, 10) estarem recurvadas em cubas côncavas, que possuem raios de curvaturas pelo menos iguais ao do enrolamento (20).
JUNTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo núcleo (24) ser metálico e com uma seção oca.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo núcleo ser composto de uma mola (5) com espiras e de um invólucro (4) com seção aberta que circunda a mola.
JUNTA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelas cubas possuírem fundos separados por uma distância inferior a um diâmetro externo livre do enrolamento em uma posição de montagem da caixa, e por uma folga permanecer entre o enrolamento (20) e a parte cilíndrica (6).
JUNTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelas cubas serem simétricas e possuirem fundos (16, 17) situados, da mesma forma que um centro do núcleo e do enrolamento, a uma mesma distância de um eixo central da junta.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela gaiola e o calço compreenderem, cada um, um lábio (11, 12), e os lábios enquadram(emolduram) os filamentos das cerdas em estendendo-se paralelamente entre eles e radialmente do lado oposto da parte cilíndrica (6).
JUNTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela parte cilíndrica comportar um recesso cujo fundo é formado pela interface (15) de extensão de batente mútua, e que é delimitado por um lábio (7) extremo da parte cilíndrica, sendo que o calço (2) é circundado pelo lábio extremo e em contato com ele por uma interface periférica (6b), e o lábio extremo é curvado cobrindo uma borda de uma face de o calço que é oposto à segunda face de apoio e externo à caixa.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo calço possuir pelo menos uma porção angulosa (8b) na interface periférica.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pela porção angulosa ser saliente em direção de um eixo central (23) da junta.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela interface (15) de extensão de batente ser plana.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela primeira porção da caixa comportar um furo (19) cego de alojamento de um pino (27) de parada em rotação da junta.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela caixa comportar meios de estanqueidade externos.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelos meios de estanqueidade compreenderem relevos salientes.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelos relevos que compreenderem facas (28) de seção triangular.
JUNTA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelos relevos compreenderem um lábio (31) deformável.