BR112016023078B1

BR112016023078B1 - Arranjo de vedação para uma bomba de alta pressão e bomba de alta pressão com referido arranjo de vedação

Info

Publication number: BR112016023078B1
Application number: BR112016023078-7A
Authority: BR
Inventors: Thomas Welschinger; Marco Carvalho
Original assignee: Sulzer Management Ag
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2022-08-02
Also published as: US10584710B2; RU2016145419A3; BR112016023078A2; ES2674258T3; US20170122331A1; CN106232995B; EP3140550A1; AU2015258040A1; RU2668052C2; CN106232995A; EP3140550B1; MX2016013774A; WO2015169548A1; CA2941677A1; SG11201607376VA; AU2015258040B2; RU2016145419A; KR20160148522A

Abstract

ARRANJO DE VEDAÇÃO PARA UMA BOMBA DE ALTA PRESSÃO E BOMBA DE ALTA PRESSÃO COM REFERIDO ARRANJO DE VEDAÇÃO. É proposto um arranjo de vedação para vedar um espaço de pressão (2) em uma bomba de alta pressão, que é limitado por um primeiro e um segundo elementos de limitação (3, 4) com um elemento de vedação separado (5) que tem uma primeira face de vedação (51) para cooperar com um primeiro elemento de limitação (3) e uma segunda face de vedação (52) para cooperar com o segundo elemento de limitação (4), no qual as duas faces de vedação (51, 52) são inclinadas uma em relação à outra, e cada uma tem uma fenda (53, 54) para acomodar um anel de vedação (55), e no qual o elemento de vedação (5) é arranjado e configurado tal que quando pressurizado ele é deslocável totalmente ao longo de um dos elementos de limitação (3, 4). Também é proposta uma bomba de alta pressão com tal arranjo de vedação.

Description

[001] A invenção é relativa a um arranjo de vedação para vedar uma câmara de pressão em uma bomba de alta pressão, bem como a uma bomba de alta pressão que tem tal arranjo de vedação.

[002] A câmara de pressão em uma bomba, na qual um fluido pressurizado a ser transportado pela bomba está presente, deve ser vedada em relação a seu ambiente. Com relação a isto, o ambiente da câmara de pressão pode ser o ambiente da bomba tipicamente presente em pressão atmosférica ou - no caso de uma bomba de múltiplos estágios - uma câmara de pressão diferente da bomba na qual o fluido a ser transportado está presente em uma pressão mais alta ou mais baixa.

[003] Quanto maior a pressão gerada pela bomba mais difícil é fornecer arranjos de vedação eficientes e confiáveis. Considerando altas pressões de, por exemplo, até 10 MPa (100 bar) de pressão de transporte, alongamentos ou deformações relacionados à pressão da carcaça da bomba ou de outros componentes, são frequentemente acarretados. Estes podem ter a consequência que espaços abram entre componentes que limitam a mesma câmara de pressão, por exemplo, entre a carcaça da bomba e a tampa da bomba. Tais espaços que, entre outras coisas, podem também surgir devido a diferentes expansões térmicas dos componentes, devem então ser vedados de maneira confiável para evitar um vazamento do fluido através dos espaços.

[004] A abertura de tais espaços induzida por pressão pode, por exemplo, ser evitada ou pelo menos ser limitada a um grau não critico, em que os componentes entre os quais surge o espaço, são configurados tão rígidos - e assim genericamente significando de paredes tão espessas - que também para pressões muito altas tais pequenos espaços apenas surgem de tal modo que a funcionalidade do arranjo de vedação não é tornada perigosa. Contudo, isto tem a desvantagem que significativamente mais material é requerido com relação ao projeto de parede espessa e que a bomba tem um peso consideravelmente aumentado. Ambos são efeitos bastante desvantajosos de um ponto de vista econômico.

[005] Por esta razão, esforça-se para criar arranjos de vedação que também vedem de maneira confiável e eficiente em pressões muito altas. Tendo em conta diversos arranjos de vedação, um anel-O é fornecido, o qual é tipicamente inserido em uma ranhura de uma superfície de vedação. No (PCT) Pedido de Patente Internacional PCT/EP 2012/071654, por exemplo, é sugerido um arranjo de vedação considerando que um rebaixo como ranhura é fornecido em um dos componentes entre os quais a vedação deveria ter lugar, o rebaixo como ranhura sendo configurado de tal maneira que na aplicação de pressão da ranhura uma força é exercida na direção sobre a superfície de vedação deste componente que pressiona esta superfície de vedação contra a superfície de vedação do componente adjacente a ela. Com relação a isto, a aplicação de pressão da ranhura pode trazer uma deformação elástica ou deformação plástica de suas paredes para assim evitar ou reduzir a abertura induzida por pressão dos espaços entre os componentes. Um anel-O é fornecido em uma das duas superfícies de vedação que contatam uma à outra, o anel-O consistindo de um elastômero, e sendo disposto em uma ranhura fornecida nesta superfície de vedação. O anel-O serve para uma vedação confiável entre duas superfícies de vedação que contatam uma à outra.

[006] Especificamente para arranjos de vedação com anéis-O existe o perigo com relação à extrusão do anel-O. Com relação a isto, quer-se significar que o anel-O é deformado na aplicação de pressão, de tal maneira que uma parte dele é comprimida para o interior de uma abertura de espaço sob pressão, o que pode ter a consequência de um dano do anel-O e, desta maneira, uma perda do efeito de vedação.

[007] Partindo deste estado da técnica, é assim um objetivo da invenção sugerir um arranjo de vedação para vedar uma câmara de pressão em uma bomba de alta pressão que ainda trabalhe de maneira confiável também para pressões muito altas, e no qual em particular, uma extrusão de um anel de vedação, mais especificamente de um anel-O em um espaço de abertura sob pressão, é impedida. Além disto, é um objetivo da invenção sugerir uma bomba de alta pressão que tem tal arranjo de vedação.

[008] O tema da invenção que satisfaz este objetivo é caracteri zado pelos aspectos das reivindicações de patente independentes da respectiva categoria.

[009] De acordo com a invenção, um arranjo de vedação é assim sugerido para vedar uma câmara de pressão em uma bomba de alta pressão, a câmara de pressão sendo limitada por um primeiro e um segundo elementos de limitação, tendo um elemento de vedação separado que tem uma primeira superfície de vedação para cooperar com o primeiro elemento de limitação, bem como tendo uma segunda superfície de vedação para cooperar com o segundo elemento de limitação, onde as duas superfícies de vedação são inclinadas uma em relação à outra, e cada uma tem uma ranhura para a acomodação de um anel de vedação e no qual o elemento de vedação é disposto e configurado de tal maneira que ele pode ser deslocado totalmente ao longo de um dos elementos de limitação na aplicação de pressão.

[0010] Tendo em vista este arranjo de vedação, o elemento de ve dação total pode consequentemente ser deslocado sob a aplicação de pressão ao longo de um dos elementos de limitação. Com isto é alcançado o efeito que um espaço de abertura na aplicação de pressão entre os dois elementos de limitação é coberto de maneira confiável por meio do elemento de vedação através do deslocamento do elemento de vedação, tal que uma extrusão de um anel de vedação para o interior da abertura do espaço é evitada. Isto assegura um efeito de vedação eficiente também com relação a pressões muito altas de, por exemplo, até 100 MPa (1000 bar).

[0011] O fornecimento de um elemento de vedação separado ten do as ranhuras para a acomodação de anéis de vedação tem, além disto, a vantagem que um material diferente pode ser selecionado para este elemento de vedação do que, por exemplo, o material do qual os elementos de limitação são feitos. Por esta razão, um material pode ser selecionado para o elemento de vedação cujas propriedades mecânicas tal como, por exemplo, as propriedades elásticas são tão ideais quanto possível sob aplicação de pressão.

[0012] Preferivelmente as duas superfícies de vedação do elemen to de vedação incluem um ângulo de substancialmente 90 graus. Esta medida é em particular vantajosa com relação à capacidade do elemento de vedação de ser deslocado sob aplicação de pressão.

[0013] Uma medida vantajosa é o fornecimento de um anel supor te para posicionar o elemento de vedação, em particular no estado sem pressão. Com isto, pode ser realizado que o elemento de vedação tenha uma posição de partida e/ou orientação de partida definida, tal que na aplicação de pressão ele reaja na maneira desejada.

[0014] Em uma modalidade preferida, o anel suporte contata uma superfície suporte do elemento de vedação no estado sem pressão, no qual a superfície suporte é diferente das duas superfícies de vedação do elemento de vedação. Com isto é assegurado que o elemento de vedação pode ser deslocado sob aplicação de pressão, sem obstrução pelo anel suporte.

[0015] De acordo com uma modalidade particularmente preferida que se provou na prática, o elemento de vedação tem uma seção transversal substancialmente conformada em L tendo uma espiga alongada que forma a primeira superfície de vedação, e tendo uma espiga curta que forma a segunda superfície de vedação.

[0016] Preferivelmente o elemento de vedação é disposto em uma maneira deslocável ao longo do segundo elemento de limitação. Isto é preferido em particular tendo em vista o projeto que tem a seção transversal substancialmente conformada em L. A superfície do elemento de vedação formado pela espiga alongada na qual uma pressão é aplicada, é maior do que a superfície formada pela espiga curta na qual uma pressão é aplicada. Uma força maior resulta assim através da pressão que é aplicada sobre a primeira dita superfície formada pela espiga longa, tal que o elemento de vedação é deslocado de maneira confiável por meio desta força maior ao longo do segundo elemento de limitação que coopera com a superfície de vedação formada pela espiga mais curta.

[0017] É particularmente preferido quando o elemento de vedação é disposto em uma maneira deslocável ao longo dos primeiro e segundo elementos de limitação, uma vez que um elemento de vedação pode seguir deslocamentos induzidos por pressão ou protuberâncias ao mesmo tempo do primeiro e também do segundo elementos de limitação. Com isto uma vedação confiável pode ser realizada em uma bomba de alta pressão, ao mesmo tempo na direção radial bem como na direção axial.

[0018] Outra medida vantajosa consiste em que a primeira super fície de vedação é configurada de maneira cônica entre a ranhura fornecida nela e sua extremidade voltada para a segunda superfície de vedação. Com relação a isto quer-se significar que a primeira superfície de vedação é configurada inclinada entre as duas superfícies de vedação começando da ranhura fornecida nela na direção da linha de contato. Isto tem a consequência que a primeira superfície de vedação move para longe ainda mais a partir da ranhura na direção da linha de contato a partir do primeiro elemento de limitação. Por meio desta medida é assegurado que aquela aresta que limita a ranhura na primeira superfície de vedação, e se situa mais próxima à linha de contato, entra em contato com os primeiros elementos de limitação primeiro na aplicação de pressão e que a pressão de superfície a mais elevada está presente nesta aresta, respectivamente na região desta aresta. Esta medida representa uma segurança adicional, tal que um anel de vedação inserido na ranhura, por exemplo, um a anel-O, não experimenta uma extrusão na aplicação de pressão.

[0019] Pela mesma razão é vantajoso quando a segunda superfí cie de vedação é de projeto cônico entre a ranhura fornecida nela e sua extremidade voltada para a primeira superfície de vedação.

[0020] Com relação a isto, foi provado na prática quando o ângulo do cone respectivamente se eleva a no máximo 2 graus, preferivelmente no máximo 1 grau.

[0021] De acordo com uma modalidade preferida o arranjo de ve dação é configurado como um arranjo de vedação radial.

[0022] Além disto, uma bomba de alta pressão é sugerida pela in venção, compreendendo um arranjo de vedação de acordo com a invenção. Por meio deste arranjo de vedação a bomba de alta pressão pode também ser operada de maneira segura de em segurança em pressões muito altas, por exemplo, de até 100 MPa (1000 bar).

[0023] Com relação a uma modalidade preferida, a bomba de alta pressão é dotada de uma tampa de bomba e uma carcaça de bomba, na qual o arranjo de vedação é fornecido para vedar entre a tampa da bomba e a carcaça da bomba.

[0024] De acordo com uma aplicação preferida, a bomba de alta pressão é configurada como uma bomba de múltiplos estágios.

[0025] Em uma modalidade preferida da bomba de alta pressão o arranjo de vedação é fornecido para vedar entre uma câmara de pressão e uma câmara de pressão intermediária.

[0026] Outro projeto preferido da bomba de alta pressão é quando o arranjo de vedação é fornecido para vedar entre um elemento de separação e a carcaça da bomba, ou entre a tampa da bomba e a carcaça da bomba.

[0027] Outras medidas vantajosas e projetos da modalidade resul tam das reivindicações dependentes.

[0028] No que segue, a invenção será descrita em detalhe por meio de modalidades e com referência ao desenho. No desenho esquemático é mostrado, parcialmente em seção:

[0029] na figura 1, uma ilustração em seção de uma modalidade de um arranjo de vedação de acordo com a invenção;

[0030] na figura 2, uma ilustração esquemática de uma primeira variante para o arranjo do elemento de vedação;

[0031] na figura 3, uma ilustração esquemática de uma segunda variante para o arranjo do elemento de vedação;

[0032] na figura 4, uma ilustração esquemática de uma terceira variante para o arranjo do elemento de vedação;

[0033] na figura 5, uma ilustração esquemática de uma quarta va riante para o arranjo do elemento de vedação;

[0034] na figura 6, uma ilustração esquemática de uma modalida de de uma bomba de alta pressão de acordo com a invenção;

[0035] Em uma ilustração em seção esquemática, a figura 1 mos tra uma modalidade de um arranjo de vedação de acordo com a invenção que é totalmente referida com o numeral de referência 1, e serve para a vedação de uma câmara de pressão 2 em uma bomba de alta pressão 100 (ver figura 6). A câmara de pressão 2 é limitada por um primeiro elemento de vedação 3 e por um segundo elemento de vedação 4. O arranjo de vedação 1 ainda compreende um elemento de vedação separado 5 que tem uma primeira superfície de vedação 51 para cooperar com o primeiro elemento de limitação 3 bem como uma segunda superfície de vedação 52 para cooperar com o segundo elemento de limitação 4. O termo elemento de vedação separado com relação a isto, significa que o elemento de vedação 5 não é um componente integral, por exemplo, de um dos elementos de limitação 3, 4 mas é configurado como seu próprio componente.

[0036] Como pode ser reconhecido de forma clara, a ilustração da figura 1 apenas mostra uma parte do arranjo de vedação 1, a saber, por exemplo, a metade superior. Em uma bomba de alta pressão 100, o elemento de vedação 5 é genericamente configurado simétrico em rotação em relação ao eixo da bomba que está indicado na figura 1 por um eixo geométrico de rotação A ao redor do qual as partes rotativas da bomba giram no estado de operação. Isto significa que o elemento de vedação 5 é tipicamente de projeto como anel. Assim, apenas uma seção transversal através do elemento de vedação conformado em anel 5 está ilustrada na figura 1. Também a câmara de pressão 2 é tipicamente configurada como um espaço de anel que circunda o eixo da bomba.

[0037] Uma ranhura respectiva é fornecida em cada uma das duas superfícies de vedação 51, 52 do elemento de vedação 5, a saber, uma primeira ranhura 53 e uma segunda ranhura 54 que servem, cada uma, para a acomodação de um anel de vedação 55 que é, por exemplo, configurado como um anel-O. Os anéis de vedação 55, em uma maneira conhecida por si mesma, servem para a vedação entre a respectiva superfície de vedação 51 ou 52 e os elementos de limitação 3 ou 4 que cooperam entre eles, e são, por exemplo, fabricados de um material elastômero.

[0038] É entendido que os anéis de vedação também podem ser outros meios de vedação conhecidos por si mesmos, por exemplo, anéis de metal ou discos de anel, ou meios de vedação de um plástico tal como de PTFE ou de PEEK.

[0039] Como está mostrado na figura 1, as duas superfícies de vedação 51, 52 do elemento de vedação 5, são inclinadas uma em relação à outra e contatam uma à outra ao longo de uma linha de contato 56. Mais especificamente, as duas superfícies de vedação 51, 52 desta modalidade incluem um ângulo de substancialmente 90 graus. O elemento de vedação 5 de acordo com a figura 1 tem uma seção transversal substancialmente conformada em L, que tem uma espiga longa 57 que forma a primeira superfície de vedação 51, e com a qual a primeira limitação 3 coopera, e tem uma espiga curta 58 que forma a segunda superfície de vedação 52 e com a qual o segundo elemento de limitação 4 coopera.

[0040] De acordo com a invenção, o elemento de vedação cinco é disposto e configurado de tal maneira que ele pode ser deslocado totalmente ao longo de pelo menos um dos elementos de limitação 3, 4 sob uma aplicação de pressão. Isto será explicado no que segue, com referência à figura um.

[0041] No estado sem pressão, isto significa quando o nenhuma sobrepressão está presente na câmara de pressão 2 em relação a seu ambiente, o primeiro elemento de limitação 3 contata a superfície limite 43 do segundo elemento de limitação 4. Isto pode ser realizado em uma bomba, por exemplo, tal que o componente que forma o primeiro elemento de limitação 3 é aparafusado de maneira fixa àquele componente que forma o segundo elemento de limitação 4. Quando uma pressão sempre crescente é agora gerada na câmara de pressão 2, então pode acontecer que um espaço 6 abra entre os elementos de limitação 3, 4 por meio de deformações induzidas por pressão, por exemplo, protuberâncias do primeiro ou do segundo elementos de limi- tação 3, 4. Este estado está ilustrado na figura 1. Uma vez que a pressão na câmara de pressão 2 é também aplicada no elemento de vedação 5 e este é totalmente deslocável ao longo do segundo elemento de limitação 4, o elemento de vedação completa 5 é movido para cima de acordo com a ilustração, e com isto fecha o espaço 6 em relação à câmara de pressão 2, tal que nenhum fluido pode escapar da câmara de pressão 2 através do espaço 6, mas, sim o efeito de vedação é mantido também com relação a pressões muito altas.

[0042] Se o segundo elemento de limitação 4 é deslocado sob a in fluência da pressão na câmara de pressão 2 em relação ao primeiro elemento de limitação 3 ao longo da superfície limite 43, por exemplo, para a esquerda de acordo com a ilustração da figura 2, então o elemento de vedação 5 pode também seguir este movimento, a saber, em que o elemento de vedação 5 é totalmente deslocado ao longo do primeiro elemento de limitação 3. Com relação a este deslocamento o elemento de vedação substancialmente conformado em anel 5 expande.

[0043] Com relação ao eixo geométrico de rotação A, o elemento de vedação 5 pode assim ser deslocado totalmente em ambos na direção radial - isto significa para cima de acordo com a ilustração da figura 1 (ou para baixo) - bem como na direção axial - isto significa para a direita (ou para a esquerda) de acordo com a ilustração da figura 1. O deslocamento na direção axial está então naturalmente associado com uma expansão do elemento de vedação substancialmente conformado em anel 5.

[0044] Por meio desta capacidade de ser deslocado em ambas, em uma direção axial bem como em uma direção radial, espaços 6 entre os elementos de limitação 3, 4 não são apenas fechados, mas é bastante mais vantajosamente evitado que um espaço abra ou seja formado entre a primeira superfície de vedação 51 e o primeiro elemento de limitação 3, ou entre a segunda superfície de vedação 52 e o segundo elemento de limitação 4 em uma aplicação de pressão.

[0045] Por meio desta capacidade de ser deslocado do elemento de vedação 5, é assim assegurado que uma vedação confiável da câmara de pressão 2 é realizada também para pressões muito altas na câmara de pressão 2 de, por exemplo, até 100 MPa (1000 bar).

[0046] Ela em particular assegura a capacidade radial de ser des locado do elemento de vedação 5 tal que a abertura de espaço 6 na aplicação de pressão entre estes dois elementos de limitação 3 e 4 é fechada de maneira confiável pelo elemento de vedação 5. Por meio do fechamento do espaço 6 por meio do elemento de vedação 5, uma extrusão dos anéis de vedação 55, em particular dos anéis-O 55, para o interior do espaço 6 é impedida de forma eficientemente.

[0047] Tendo em vista uma aplicação de pressão do elemento de vedação 5, sua capacidade de ser deslocado é geralmente combinada com uma deformação do elemento de vedação 5, isto significa além do deslocamento do elemento de vedação 5 ou durante o deslocamento do elemento de vedação o elemento de vedação pode também ser deformado. Esta deformação é preferivelmente uma deformação elástica, isto significa uma deformação que é completamente reversível na remoção da pressão. Uma vez que o elemento de vedação 5 é configurado como um componente separado, isto significa que ele, por exemplo, não é um componente integral de um dos elementos de limitação 3, 4, tem-se o maior grau possível de liberdade com relação à seleção de material para o elemento de vedação 5. Assim, um material pode ser selecionado para o elemento de vedação 5 que seja ideal para o respectivo caso de aplicação com relação a suas propriedades elásticas. Titânio foi descoberto ser um material particularmente preferido para o elemento de vedação 5.

[0048] Para realizar um nível de proteção ainda mais alto dos anéis de vedação 55 respectivamente dos anéis-O 55 contra extrusão, as medidas descritas no que segue são vantajosas.

[0049] A primeira superfície de vedação 51 é de projeto cônico en tre a primeira ranhura 53 e a linha de contato 56 na qual as duas superfícies de vedação 51, 52 contatam uma à outra e, aliás, é configurada tal que no estado sem pressão, o espaçamento entre a primeira superfície de vedação 51 e o primeiro elemento de limitação 3 é mínimo em relação àquela aresta de limitação da primeira ranhura 53 que é mais próxima da linha de contato 56 (na figura 1 a aresta de limitação esquerda de acordo com a ilustração) e então aumenta na direção da linha de contato 56. Esta inclinação da primeira superfície de vedação 51 está ilustrada na figura 1 e o ângulo associado do cone está referido com α. Por meio desta medida é assegurado que na aplicação de pressão no elemento de vedação 5 esta aresta de limitação es-querda da primeira ranhura 53 respectivamente da região na aresta de limitação da espiga longa 57 de acordo com a ilustração, entra em contato primeiro com o primeiro elemento de limitação 3 é que a pressão de contato a mais alta também existe aí (com relação à primeira superfície de vedação 51). Pode com isto ser evitado em uma maneira melhorada que uma extrusão do anel de vedação 55 da primeira ranhura 53 seja trazida entre a primeira superfície de vedação 51 e o primeiro elemento de limitação 3.

[0050] De maneira vantajosa, também a segunda superfície de vedação 52 é de projeto cônico entre a segunda ranhura 54 e a linha de contato 56 na qual as duas superfícies de vedação 51, 52 contatam uma à outra e, aliás, tal que no estado sem pressão, o espaçamento entre a segunda superfície de vedação 52 e o segundo elemento de limitação 4 é mínimo naquela aresta de limitação da segunda ranhura 54 que é mais próxima da linha de contato 56 (a aresta de limitação superior de acordo com a ilustração da figura 1) e então aumenta na direção da linha de contato 56. Esta inclinação da segunda superfície de vedação 52 está ilustrada na figura 1, e o ângulo associado do cone está referido com β. Por meio desta medida é assegurado que na aplicação de pressão no elemento de vedação 5 esta primeira aresta limite superior da segunda ranhura 54 respectivamente da região nesta aresta de limitação da espiga curta 58 de acordo com a ilustração, entra em contato com o segundo elemento de limitação 4 e que também aí existe a pressão de contato a mais alta (com relação à segunda superfície de vedação 52). Pode com isto ser ainda evitado de maneira mais confiável que uma extrusão do anel de vedação 55 da segunda ranhura 54 seja trazida entre a segunda superfície de vedação 52 e o segundo elemento de limitação 4.

[0051] Uma outra medida vantajosa opcional é trazida quando a espiga longa 57 ou a espiga curta 58, ou preferivelmente ambas as espigas 57 e 58 sejam respectivamente configuradas de maneira cilíndrica e cortadas na região entre a primeira ou a segunda ranhura 53, 54 e a extremidade colocada afastada da linha de contato 56 (isto significa não são cônica- mente e não são inclinadas). Na figura 1 isto pode ser reconhecido em que estas regiões respectivamente correm em paralelo até o primeiro e até o segundo elemento de limitação 3, 4 e têm um espaçamento maior a partir do primeiro e do segundo elemento de limitação 3, 4, respectivamente, do que a respectiva aresta de limitação da primeira e da segunda ranhuras 53, 54 que se situa mais perto da linha de contato 56. Também por meio desta medida, o efeito é suportado que respectiva pressão de contato maior da primeira e da segunda superfícies de vedação 51, 52 está presente na região daquela aresta de limitação da primeira e da segunda ranhuras 53, 54 que se situa mais perto da linha de contato 56.

[0052] Os dois ângulos α e β do respectivo cone da primeira e da segunda superfícies de vedação 5, 52 podem ser iguais ou diferentes. Na prática foi provado quando α e β respectivamente medem no má- ximo 2 graus e preferivelmente no máximo 1 grau. Em particular, valores para α e β entre 1,0 grau e 1,2 graus provaram ter sucesso.

[0053] É entendido que não apenas um espaço induzido por pres são, mas também espaços induzidos de maneira térmica, tal como por exemplo aqueles que podem ser provocados por coeficientes de expansão térmica diferentes de componentes que limitam um ao outro, podem ser fechados em uma maneira análoga por meio do arranjo de vedação por meio do deslocamento do elemento de vedação 5.

[0054] Além da seção transversal conformada em L do elemento de vedação 5 descrito neste contexto, naturalmente também outras geometrias são possíveis como uma seção transversal do elemento de vedação, por exemplo, as duas espigas 57 e 58 podem também ter um comprimento igual, tal que a superfície de seção transversal é como aquela de uma seção angular que tem a forma de um isósceles alternativamente arredondamentos podem ser fornecidos.

[0055] Tendo em vista a descrição subsequente de diferentes vari antes para o arranjo do elemento de vedação 5, bem como de uma modalidade de uma bomba de alta pressão de acordo com a invenção, partes que têm uma função igual ou função equivalente são referidas com os mesmos numerais de referência como na figura 1 e, em relação a isto, têm o mesmo significado que aquele descrito em associação com a figura 1. Por razões de melhor clareza, a ilustração de diferentes particulares foi obtida das figuras 2 a 6. Assim, por exemplo, os anéis de vedação 55 que são fornecidos nas ranhuras 53 e 54 e que são preferivelmente configurados como um anel-O, não estão ilustrados. Também o projeto cônico descrito das superfícies de vedação 51, 52 descrito em conexão com a figura 1 não está ilustrado nas figuras 2 até 6. Contudo, é entendido que todas as medidas que estão descritas em conexão com a figura 1 tal como, por exemplo, o recorte e o projeto cilíndrico das superfícies de vedação 51, 52 na região entre a primeira e a segunda ra- nhuras 53, 54 respectivamente e sua extremidade disposta afastada da linha de contato 56, podem assim também ser realizadas em uma maneira análoga com relação às modalidades ilustradas nas figuras 2 a 6, respectivamente, por si próprias, ou em uma combinação arbitrária uma com a outra. Vice-versa, as explicações feitas em conexão com as figuras 2 a 6 são também verdadeiras em uma maneira análoga com relação à modalidade de acordo com a figura 1 e com relação às respectivas outras modalidades das figuras 2 a 6.

[0056] Na figura 2, uma primeira variante está ilustrada para o ar ranjo do elemento de vedação 5. Mais especificamente, este é um arranjo para a vedação radial tal como ela pode ser usada em uma bomba de múltiplos estágios. Tendo em vista bombas de múltiplos estágios, em particular tendo em vista tais bombas que têm um arranjo assim chamado costas com costas (ver também figura 6) pelo menos uma pressão intermediária existe entre a pressão na entrada da bomba, por exemplo, pressão atmosférica, e a pressão a mais alta na câmara de pressão que é tipicamente conectada à saída da bomba. A pressão intermediária tipicamente estando presente tendo em vista um arranjo costas com costas no meio entre a pressão na entrada e a pressão a mais alta na câmara de pressão 2, assim, por exemplo, a pressão na entrada pode ser pressão atmosférica, a pressão na câmara de pressão 2 pode chegar a por exemplo 100 MPa (1000 bar), e a pressão intermediária pode se situar em 50 MPa (500 bar). Duas câmaras de pressão intermediária 7 e 8 são fornecidas além da câmara de pressão 2 na figura 2, a pressão do fluido a ser transportado respectivamente sendo aproximadamente metade tão grande nas câmaras de pressão intermediária 7 ou 8 quando comparada à câmara de pressão 2. Tendo em vista a variante mostrada na figura 2, o primeiro elemento de limitação 3 é configurado como uma carcaça de bomba 3 e o segundo elemento carcaça 4 serve a separação entre as duas câmaras de pressão intermedi- ária 7, 8 bem como a respectiva separação de cada uma das câmaras de pressão intermediária 7, 8 da câmara de pressão 2. Dois elementos de vedação 5 são fornecidos, os quais são, cada um, uma parte de um arranjo de vedação radial e dos quais ou um elemento de vedação 5 serve a vedação entre a câmara de pressão 2 e a câmara de pressão intermediária 7 e o outro elemento de vedação serve a vedação entre a câmara de pressão 2 e a câmara de pressão intermediária 8. Em adição aos componentes descritos na figura 1, um anel suporte 9 é respectivamente também fornecido para estes arranjos de vedação, a função do anel suporte sendo o posicionamento do respectivo elemento de vedação 5 no estado sem pressão. O anel suporte 9 pode, por exemplo, ser configurado como um anel partido, isto significa que ele pode ser composto de dois ou mais segmentos que são, por exemplo, inseridos na câmara de pressão 2 e são aparafusados à sua parede. Com rela-ção a isto, o anel suporte 9 é aparafusado e/ou ligado com relação ao elemento de vedação 5 com folga, uma vez que o anel suporte 9 deveria somente posicionar o elemento de vedação 5 mas não fixá-lo, ou impedir ou influenciar a capacidade de ser deslocado do elemento de vedação 5 em uma maneira não desejada. Nenhuma função de vedação está associada com o anel suporte 9, ele deveria apenas assegurar que o elemento de vedação 5 está presente em uma posição definida no estado sem pressão.

[0057] Tendo em vista o projeto mostrado neste exemplo, o anel su porte 9 respectivamente tem uma seção transversal substancialmente conformada em L. Com uma das espigas do L o anel suporte se suporta na parede interior da câmara de pressão 2, a outra espiga formando a superfície que suporta o elemento de vedação 5 no estado sem pressão. A superfície suporte do elemento de vedação 5 que contata ou anel suporte no estado sem pressão, neste exemplo, respectivamente, é a face extrema da espiga longa 57 do elemento de vedação 5.

[0058] Se a câmara de pressão 2 é agora pressurizada, então uma protuberância ou outra extensão da carcaça de bomba 3 pode ser trazida, pelo que, um espaço pode abrir entre a carcaça de bomba 3 e o segundo elemento de limitação 4. Este é efetivamente fechado como está explicado em conexão com a figura 1 por meio do deslocamento dos elementos de vedação V.

[0059] É entendido que também com relação às modalidades mos tradas na figura 1, bem como com relação às modalidades de acordo com as figuras 3 a 6, um a anel suporte 9 pode ser fornecido em uma maneira análoga.

[0060] Uma segunda variante para o arranjo do elemento de veda ção 5 está ilustrada na figura 3. Tendo em vista esta variante, o elemento de vedação 5 serve para a vedação entre a carcaça da bomba que representa o primeiro elemento de limitação 3 neste exemplo, e uma tampa de bomba que neste exemplo representa o segundo elemento de limitação 4. Tipicamente a tampa de bomba 4 é aparafusada de maneira fixa à carcaça de bomba 3 por meio de uma pluralidade de parafusos 41, dos quais somente um está ilustrado na figura 3. Tipicamente pressão atmosférica está presente fora da carcaça da bomba 3 enquanto uma pressão aumentada existe na câmara de pressão 2. Tendo em vista pressões muito altas na câmara de pressão 2, a tampa de bomba 4 "incha", pelo que, um espaço abre entre a carcaça de bomba 3 e a tampa de bomba 4. Uma vez que o elemento de vedação 5 pode mover na direção axial, isto significa na direção do eixo geométrico de rotação A, o elemento de vedação é deslocado para a direita na aplicação de pressão de acordo com a ilustração, e assim, de maneira confiável, fecha o espaço entre a tampa de bomba 4 e a carcaça de bomba 3. A carcaça de bomba 3 pode também, adicionalmente, expandir, isto significa que ela virtualmente pode ser inflada. Também este movimento pode ser seguido pelo elemento de vedação 5, uma vez que ele pode ser deslocado também com relação à direção radial. Este deslocamento com relação à direção radial é geralmente associado com uma expansão do elemento de vedação 5 quando sob uma expansão da carcaça de bomba 3 seu diâmetro interno é também aumentado na direção radial.

[0061] O termo de acordo com o qual o elemento de vedação é "disposto de maneira deslocável" deveria assim ser entendido na estrutura desta invenção tal que uma inflação e/ou uma extensão de um elemento de vedação anular está entendida e/ou compreendida.

[0062] Tendo em vista a terceira variante ilustrada na figura 4, o elemento de vedação 5 também serve à finalidade de vedar a câmara de pressão 2 de uma bomba com relação a uma câmara de pressão intermediária 7. A pressão máxima de, por exemplo, 100 MPa (1000 bar) está presente na câmara de pressão 2 e uma pressão intermediária arbitrária existe na câmara de pressão intermediária 7, a pressão intermediária se situando entre a pressão atmosférica, respectivamente a pressão ambiente, e a pressão na câmara de pressão 2, por exemplo, a pressão intermediária é metade tão grande quanto a pressão na câmara de pressão 2. Tendo em vista esta variante, a carcaça de bomba forma o primeiro elemento de limitação 3. O segundo elemento de limitação 4 é um componente, por exemplo, um elemento de separação 4 que limita a câmara de pressão intermediária 7 da câmara de pressão 2.

[0063] A quarta variante ilustrada na figura 5 para o arranjo dos elementos de vedação 5 está ilustrada similar àquela mostrada na figura 2. Este arranjo é especificamente adequado para bombas de múltiplos estágios em arranjos de costas com costas. Tendo em vista estas bombas, substancialmente dois blocos idênticos existem, nos quais cada um pode incluir uma pluralidade de estágios de bomba. Estes dois blocos são dispostos um em relação ao outro em simetria de es- pelho, isto significa costas com costas, tal que a câmara de pressão 2 na qual existe a pressão a mais alta e que é conectada à saída da bomba, é tipicamente disposta como um espaço anular no centro da bomba. Te3ndo em vista esta variante dois elementos de vedação 5 são fornecidos. O primeiro elemento de limitação 3 é formado pela carcaça de bomba três enquanto o segundo elemento de limitação 4 é disposto como um elemento de separação que é a parede de separação entre os blocos dispostos costas com costas. A câmara de pressão intermediária 7 é associada com um dos blocos e a câmara de pressão intermediária 8 é associada com um outro bloco. Pressão atmosférica ou pressão ambiente existe fora da carcaça de bomba 3 e substancialmente a mesma pressão existe nas duas câmaras de pressão intermediária 7 e/ou 8, a pressão intermediária respectivamente tipicamente sendo metade tão grande quanto a pressão na câmara de pressão 2.

[0064] Uma modalidade de uma bomba de alta pressão de acordo com a invenção está ilustrada de maneira esquemática e em seção na figura 6, a bomba de alta pressão sendo referida na totalidade com o numeral de referência 100. A bomba de alta pressão 100 é uma bomba de alta pressão de múltiplos estágios - neste exemplo uma bomba de alta pressão de quatro estágios tendo um arranjo costas com costas que é configurado como uma bomba centrífuga radial. A bomba de alta pressão 100 tem uma carcaça de bomba 103, uma tampa de bomba 112 para fechar a carcaça de bomba 103, uma entrada 110 através da qual o fluido a ser transportado, por exemplo, um líquido tal como água ou petróleo cru pode chegar na bomba de alta pressão 100, e uma saída 111 através da qual o fluido então pressurizado sai da bomba de alta pressão 100. Para acionar a bomba de alta pressão 100 um eixo de bomba 113 é fornecido, o qual gira ao redor do eixo geométrico de rotação A no estado de operação, e que é acionado por uma unidade de acionamento não ilustrada.

[0065] A bomba de alta pressão 100 tem quatro estágios de proje to substancialmente iguais, a saber, um primeiro estágio 114, um segundo estágio 115, um terceiro estágio 116 e um quarto estágio 117. Cada um destes estágios 114-117 respectivamente tem um impelidor 120. Cada impelidor 120 é conectado de maneira fixa em rotação ao eixo de bomba 113. O primeiro e o segundo estágio 114, 115 pertencem a um primeiro bloco 130. O terceiro e o quarto estágio 116, 117 pertencem a um segundo bloco 140. Os dois blocos 130, 140 são separados um do outro por um elemento de separação 104 que é fixado em relação à carcaça de bomba 103. Os dois blocos 130, 140 de projeto substancialmente igual são dispostos em simetria de espelho com relação ao elemento de separação 104, isto significa que estes são dispostos costas com costas, pelo que este conjunto é também referido como um arranjo costas com costas.

[0066] A extensão de fluxo do fluido através da bomba de alta pressão 100 está ilustrada na figura 6 por meio de setas, das quais somente a primeira é referida na entrada 110, usando o numeral de referência 150. O fluido flui da entrada 110 na direção axial para o im- pelidor 120 do primeiro estágio 114 e é guiado desde a sua saída na direção axial para o impelidor do segundo estágio 115. Da saída do segundo estágio 115 que simultaneamente também forma a saída do primeiro bloco 130, o fluido é guiado através de uma conexão de fluxo 160 que é fornecida no elemento de separação 104 para o interior de uma câmara de pressão intermediária 108 do segundo bloco 140 através do qual o fluido chega à entrada para o terceiro estágio 116. Da saída do terceiro estágio 116 o fluido é guiado na direção axial para a entrada do quarto estágio 117o qual finalmente avança o fluido para a alta pressão com a qual ele é tornado disponível na saída 111 da bomba de alta pressão 100. Na saída do quarto estágio 117 uma co- nexão de fluxo de alta pressão 170 conduz para a câmara de pressão 102 que é conectada à saída 111 da bomba de alta pressão 100. A câmara de pressão 102 é substancialmente configurada como um espaço anel que conduz radialmente para fora ao redor do elemento de separação 104.

[0067] Também fornecida no primeiro bloco 130 está uma câmara de pressão intermediária 107 que é substancialmente configurada como um anel, e é disposta se situando para dentro na carcaça de bomba 103. Esta câmara de pressão intermediária 107 é conectada à saída do segundo estágio 115 através de uma conexão de fluxo não ilustrada na figura 6, tal que a mesma pressão existe nas duas câmaras de pressão intermediária 107 e 108, a pressão correspondendo aproximadamente à metade da pressão da pressão na câmara de pressão 102 devido ao projeto substancialmente igual dos quatro estágios 114117.

[0068] Como está enfatizado pelas setas na figura 6, o fluido es coa através do segundo bloco 140 em uma direção invertida com relação à direção axial quando comparada ao primeiro bloco 130. De acordo com a ilustração, o primeiro bloco 130 é escoado da direita para a esquerda, enquanto o segundo bloco é escoado da esquerda para a direita.

[0069] O elemento de separação 104 por um lado limita a câmara de pressão 102 na qual a pressão a mais alta atua, e por outro lado limita as duas câmaras de pressão intermediária 107, 108 nas quais uma pressão aproximadamente metade tão grande atua como uma câmara de pressão 102. Isto corresponde genericamente à configuração ilustrada na figura 2. Para vedar a câmara de pressão 102 com relação às câmaras de pressão intermediária 107, 108, um elemento de vedação 5 é respectivamente fornecido, o qual forma uma modalidade do arranjo de vedação 1 de acordo com a invenção tendo os elementos de limitação adjacentes. Na figura 6 a carcaça de bomba 103 forma o primeiro elemento de limitação 3 e o elemento de separação forma o segundo elemento de limitação 4. Este arranjo de vedação 1 é adequado para pressões muito altas. Assim, a pressão na câmara de pressão 102 pode, por exemplo, montar a 100 MPa (1000 bar). Então a pressão nas câmaras de pressão intermediária 107 e 108 é respectivamente aproximadamente 50 MPa (500 bar).

[0070] É entendido que o arranjo de vedação 1 de acordo com a invenção pode também ser usado em outras posições de uma bomba de alta pressão. Com relação à modalidade mostrada na figura 6, um elemento de vedação 5 pode, por exemplo, também ser fornecido no limite entre a tampa de bomba 112 e a carcaça de bomba 103.

Claims

1. Arranjo de vedação para vedar uma câmara de pressão (2) em uma bomba de alta pressão, a câmara de pressão (2) sendo limitada por um primeiro e um segundo elemento de limitação (3, 4) tendo um elemento de vedação separado (5) que tem uma primeira superfície de vedação (51) para cooperar com o primeiro elemento de limitação (3) bem como tendo uma segunda superfície de vedação (52) para cooperar com o segundo elemento de limitação (4), sendo que as duas superfícies de vedação (51, 52) são inclinadas uma em relação à outra, e no qual o elemento de vedação (5) é disposto e configurado de tal maneira que pode ser deslocado totalmente ao longo de um dos elementos de limitação (3, 4) na aplicação de uma pressão, caracterizado pelo fato de que as duas superfícies de vedação têm uma ranhura (53, 54) para acomodação de um anel de vedação (55).

2. Arranjo de vedação de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de as duas superfícies de vedação (51, 52) do elemento de vedação (5) incluírem um ângulo de substancialmente 90 graus.

3. Arranjo de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de um anel suporte (9) ser fornecido para posicionar o elemento de vedação (5) em particular no estado sem pressão.

4. Arranjo de vedação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o anel suporte (9) contatar uma superfície suporte do elemento de vedação (5) no estado sem pressão, no qual a superfície suporte é diferente das duas superfícies de vedação (51, 52) do elemento de vedação (5).

5. Arranjo de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o elemento de vedação (5) ter uma seção transversal substancialmente conformada em L, tendo uma espiga longa (57) que forma a primeira superfície de vedação (51) e tendo uma espiga curta (58) que forma a segunda superfície de vedação (52).

6. Arranjo de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o elemento de vedação (5) ser disposto de uma maneira deslocável ao longo do primeiro e do segundo elementos de limitação (3, 4).

7. Arranjo de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a primeira superfície de vedação (51) ser conicamente formada entre a ranhura (53) fornecida nela e sua extremidade ser voltada para a segunda superfície de vedação (52).

8. Arranjo de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a segunda superfície de vedação (52) ser conicamente formada entre a ranhura (54) fornecida nela e sua extremidade ser voltada para a primeira superfície de vedação (51).

9. Arranjo de vedação de acordo, com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de o ângulo do cone (α, β) respectivamente montar a no máximo 2 graus, preferivelmente no máximo 1 grau.

10. Arranjo de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de ser configurado como um arranjo de vedação radial.

11. Bomba de alta pressão, caracterizada pelo fato de ter um arranjo de vedação como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.

12. Bomba de alta pressão, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de compreender uma tampa de bomba (4) e uma carcaça de bomba (3), na qual o arranjo de vedação (1) é for- necido para vedar entre a tampa de bomba e a carcaça de bomba.

13. Bomba de alta pressão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizada pelo fato de ser configurada como uma bomba de múltiplos estágios.

14. Bomba de alta pressão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizada pelo fato de o arranjo de vedação (1) ser fornecido para vedar entre uma câmara de pressão (102) e uma câmara de pressão intermediária (107, 108).

15. Bomba de alta pressão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizada pelo fato de o arranjo de vedação (5) ser fornecido para vedar entre um elemento de separação (104) e a carcaça de bomba (103) ou entre a tampa de bomba (112) e a carcaça de bomba (103).