BR112019016645B1 - Disposição de vedação - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a uma disposição de vedação (10), que compreende: uma primeira parte de máquina (12) e uma segunda parte de máquina (14), que estão dispostas distanciadas uma da outra, sob formação de uma fenda de vedação (18) e são móveis rotativamente, uma em relação à outra, em torno de um eixo de movimento (16); um anel de vedação radial do eixo (20) para vedar um lado de alta pressão (H) da fenda de vedação (18), que pode ser solicitado com pressão de um fluido, em relação a um lado de baixa pressão (N) da fenda de vedação, com uma seção de base (22), que está disposta retida em uma estrutura de retenção de vedação (24) da primeira parte de máquina (12) e com uma cabeça de vedação (26), que pode ser desviada de modo flexível em direção axial, em relação à seção de base (22) e que está encostada, protendida hermeticamente, na superfície de vedação da segunda parte de máquina (14).

Description

[001] A invenção refere-se a uma disposição de vedação, que compreende uma primeira parte de máquina e uma segunda parte de máquina, que sob formação de uma fenda de vedação estão dispostas distanciadas uma da outra e que podem ser movidas rotativamente uma à outra em torno de um eixo de movimento. A disposição e vedação apresenta um anel de vedação radial do eixo para vedação de um lado de alta pressão solicitado com pressão com um fluido em relação a um lado de baixa pressão da fenda de vedação. O anel de vedação radial do eixo compreende uma seção de base, que está disposta retida em uma estrutura de retenção de vedação da primeira parte de máquina e uma cabeça de vedação unida articuladamente de modo flexível na seção de base, que se encosta em uma direção radial de modo hermeticamente dinâmico na superfície de vedação da segunda parte de máquina.

[002] Essas disposições de vedação dinâmicas representam elementos de construção essenciais na construção de máquinas, bem como na construção de veículos. Ao mesmo tempo, esses anéis de vedação radial do eixo estão expostos, na prática, não por último, devido ao aprimoramento técnico dos agregados, a pressões de serviço, temperaturas e velocidade de deslizamento cada vez mais altas. A falha de anéis de vedação radial do eixo leva, nesse caso, a um vazamento indesejável do fluido a ser vedado, o que, particularmente, em aplicações críticas, pode ter consequências terríveis. Os anéis de vedação radial do eixo precisam, às vezes, satisfazer exigências cada vez mais altas à sua capacidade de vedação e nesse caso, devem apresentar, simultaneamente, uma vida útil aperfeiçoada.

[003] Um encurtamento de vida útil dos anéis de vedação radial do eixo, determinado por fricção, é combatido, na prática, predominantemente por uma lubrificação otimizada na região da seção de vedação do anel de vedação radial do eixo encostada na superfície de vedação, pelo uso de pares de material com fricção de deslizamento a menos possível, bem como por uma descarga de calor otimizada na região d zona de vedação. A esse respeito, também é tentado aperfeiçoar adicionalmente, a chamada capacidade de arrasto de retorno dos anéis de vedação do eixo radial.

[004] É tarefa da invenção indicar uma disposição de vedação, na qual o anel de vedação radial do eixo particularmente, também a velocidades de deslizamento grandes ou muito grandes, e mesmo a uma solicitação com pressão do lado da pressão alta da fenda de vedação, está mais bem protegida contra cargas mecânicas e térmicas excessivas.

[005] A disposição de vedação daí está indicada na reivindicação 1. Aprimoramentos da invenção são objeto das reivindicações secundárias

[006] A disposição de vedação de acordo com a invenção distingue-se, substancialmente, pelo fato de que a superfície de vedação apresenta uma primeira seção de superfície de vedação adjacente ao lado de pressão alta e uma segunda seção de superfície de vedação adjacente ao lado de pressão baixa. A primeira seção de superfície de vedação está disposta axialmente em direção ao lado de pressão baixa, em relação ao eixo de movimento, estendida obliquamente, sob um ângulo agudo. A primeira seção de superfície de vedação estende-se, nesse caso, com uma inclinação pequena em uma direção radial para fora do eixo de movimento ao lado de baixa pressão. A cabeça de vedação, a uma solicitação com pressão do lado de pressão alta H da fenda de vedação, encosta-se com uma pressão de serviço pw. que é menor do que uma pressão de serviço limite especificada plimit, na primeira seção de superfície de vedação da superfície de vedação. A segunda seção de superfície de vedação está disposta estendida obliquamente, de acordo com a invenção, em direção ao lado de pressão baixa, radialmente, em direção ao eixo de movimento e forma um esbarro axial para a cabeça de vedação, no qual a cabeça de vedação, a uma solicitação com pressão do lado de pressão alta, encosta-se hermeticamente com uma pressão de serviço pw. que é igual ou maior do que o valor da pressão de serviço limite pw, em direção axial.

[007] Em um movimento relativo rotativo das duas partes de máquina, o anel de vedação radial do eixo gira conjuntamente com a parte de máquina que apresenta a estrutura de retenção de vedação, em relação à superfície de vedação ou a parte de máquina, que apresenta a superfície de vedação, gira em relação ao anel de vedação radial do eixo. O fluido disposto no lado de alta pressão, nesse caso, é mudado para uma corrente dirigida em torno do eixo de movimento (a chamada corrente de Taylor-Couette), por sua fricção na superfície de vedação ou na primeira parte de máquina, com o anel de vedação radial do eixo sustentado na mesma, bem como por sua viscosidade inerente.

[008] Quando a parte de máquina que apresenta a superfície de vedação - com relação ao eixo de movimento das duas partes de máquina - a parte de máquina situada internamente em direção radial e posta em rotação, então o fluido acelerado na parte de máquina, que apresenta a superfície de vedação, a velocidades de rotação mais altas, é impelido para fora pela força centrífuga. Nesse caso, o fluido que contata a superfície de vedação, devido às forças de adesão existentes entre o fluido e a superfície de vedação na primeira seção de vedação no lado da pressão alta da superfície de vedação pode correr axialmente em direção ao lado da pressão alta. De uma maneira correspondente a isso, o fluido em uma primeira parte de máquina disposta situada externamente em direção radial e rotativa, devido à sua viscosidade e a interação com as forças adesivas ocorridas na superfície de vedação, corre ao longo da primeira seção de segmento de inserção de vedação (e só levemente inclinada ao eixo de movimento), axialmente em direção ao lado de pressão alta.

[009] Se a parte de máquina, que apresenta a superfície de vedação, for a parte de máquina disposta situada externamente em direção radial, então o fluido, devido à força centrífuga, é movido radialmente para fora e aflui a primeira seção de superfície de vedação em direção radial. Nesse caso, o fluido é represado e, opcionalmente, turbilhonado em direção ao lado da pressão baixa, na região da cabeça de vedação encostada na superfície de vedação, no lado da pressão alta. O fluido só consegue desviar em direção ao lado da pressão alta e, assim, correr na seção da superfície de vedação, em direção axial.

[0010] Particularmente, a velocidades de rotação grandes, devido à formação geométrica da superfície de vedação no lado da pressão alta da fenda de vedação, pode ser gerada uma corrente de fluido dirigida axialmente. Por essa corrente de fluido, a cabeça de vedação é afluída no lado de pressão alta, na região de sua seção de vedação encostada na superfície de vedação ou região de superfície de contato. Portanto, na região da zona de vedação pelo fluido realimentado no lado da pressão alta. Desse modo, a zona de vedação é lavada mecanicamente na operação da disposição de vedação e a lubrificação, bem como a descarga de calor da zona de vedação é aperfeiçoada adicionalmente. Se, devido à força centrífuga atuando sobre o fluido, ocorrerem turbulências no fluido, então, desse modo, é obtida uma mistura favorável do fluido para a descarga de calor no lado da pressão alta. Desse modo, também podem ser desprendidas e removidas por lavagem impurezas aderentes na superfície de vedação ou na cabeça de vedação da zona de vedação. No total, desse modo, a vida útil do anel de vedação radial do eixo pode ser aperfeiçoada adicionalmente por medidas construtivas simples.

[0011] A indução descrita acima de uma corrente de fluido dirigida axialmente, de acordo com um aprimoramento da invenção, pode ser reforçada adicionalmente pelo fato de que a primeira seção de superfície de vedação em sua seção de borda no lado da alta pressão, isto é, voltada para o lado da alta pressão, apresenta uma ou mais estruturas centrífugas ou estruturas tribológicas. A(s) estrutura(s) tribológicas está/estão formada(s), nesse caso, de tal modo que a(s) mesma(s) a um movimento relativo das duas partes de máquina, causam ou reforçam uma corrente de fluido afastada em direção axial do lado de baixa pressão, isso é, dirigida ao lado de alta pressão. A estrutura ou estruturas podem, nesse caso, compreender uma reentrância, particularmente, ranhura ou similar, e/ou uma elevação ou um prolongamento perfilado, que se estende em direção radial afastada da seção de borda da primeira seção de superfície de vedação. A cabeça de vedação do elemento de vedação radial, de preferência, não se encosta nessa seção de borda da primeira seção de superfície de vedação no estado não solicitado com pressão da disposição de vedação, isto é, em sua posição de repouso. Desse modo, ode ser combatido um desgaste indesejável ou uma danificação da cabeça de vedação.

[0012] Naturalmente, em sistemas de vedação dinâmicos, não pode ser impedido completamente um vazamento - ainda que apenas pequeno - de fluido do lado de alta pressão a ser vedado para o lado da baixa pressão. Pelo movimento relativo das duas partes de máquina, o fluido que chega ao lado de baixa pressão da cabeça de vedação (fluido de vazamento), é movido pela força centrífuga, bem como por seu comportamento de adesão na superfície de vedação, ao longo da superfície de vedação em direção axial.

[0013] Se a segunda parte de máquina que apresenta a superfície de vedação for a parte de máquina da disposição de vedação situada externamente em direção radial, o fluido é retido pela formação geométrica da segunda seção de superfície de vedação na segunda seção de superfície de vedação. Essa segunda seção de superfície de vedação, por esse motivo, está realizada, pelo menos em seções, sob um ângulo maior em relação à primeira seção de superfície de vedação. Ao eixo de movimento, isto é estendida de modo mais inclinado. O fluido corre em sua maior parte ou completamente em direção axial para a zona de vedação. Desse modo, também é favorecida uma lubrificação no lado da baixa pressão da zona de vedação e um arrasto de retorno aperfeiçoado do fluido ao lado de alta pressão do anel de vedação radial do eixo.

[0014] Deve ser observado que a cabeça de vedação, sob uma solicitação com pressão do lado de alta pressão com uma pressão de serviço pw, com pw menor ou igual ao valor de pressão de serviço limite plimit pode defletir-se, isto é, deslocar-se ou desviar-se em relação à seção de base. Por uma solicitação com pressão do lado de alta pressão, é causada, portanto, um deslocamento linear - proporcional em pressão à pressão de serviço pw, em cada caso, existente no lado da alta pressão - entre cabeça de vedação e superfície de vedação, isto é, a região de superfície de contato das mesmas, em direção axial, em relação à superfície de vedação. Pelo fato de que a primeira seção de superfície de vedação estende-se obliquamente na direção do lado de baixa pressão, com uma pequena inclinação afastada do eixo de movimento, portanto, crescentemente afastada na extensão axial da estrutura de retenção de vedação da primeira parte de máquina, a cabeça de vedação pode ser descarregada com referência à sua pressão de superfície de contato na primeira seção de superfície de vedação da superfície de vedação. A pressão de superfícies de contato pode ser ajustada, nesse caso, na dependência de uma pressão de serviço existente no lado de alta pressão. Desse modo, pode ser combatido eficientemente um aumento indesejável da fricção entre a cabeça de vedação e a superfície de vedação, bem como uma carga térmica da cabeça de vedação associada a isso. No total, pode, portanto, ser reduzido um stress mecanotérmico do anel de vedação radial do eixo ou da cabeça de vedação no serviço da disposição de vedação. Isso vale, pelo menos, para o caso de que a cabeça de vedação, devido à elasticidade inerente ao material do anel de vedação radial do eixo, esteja encostado hermeticamente, sob protensão.

[0015] Se a pressão de serviço atingir ou exceder o valor depressão limite plimit especificado, então a cabeça de vedação do anel de vedação radial do eixo é comprimida em uma direção axial ao eixo de movimento contra o esbarro axial formado pela segunda seção de superfície de vedação. Desse modo, mesmo a pressões de serviço grandes, está garantida uma capacidade de vedação confiável do anel de vedação radial do eixo. Um chamado blowbye pode, nesse caso, ser evitado de modo confiável em direção radial por uma formação geométrica correspondente e dimensionamento da segunda seção de superfície de vedação. A esse respeito, a segunda seção de superfície de vedação estende-se no lado da baixa pressão, de preferência, de tal modo longe radialmente em direção à primeira parte de máquina, que a cabeça de vedação do anel de vedação radial do eixo está completamente coberto em direção axial pela segunda seção de superfície de vedação. A segunda seção de superfície de vedação pode de acordo com a invenção, estender-se, no caso extremo, até dentro de uma ranhura, por exemplo, uma ranhura de retenção, que serve como estrutura de retenção de vedação, da primeira parte de máquina, para, desse modo, pôr à disposição um apoio axial ou superfície de apoio a maior possível para a cabeça de vedação. Um blow-out da cabeça de vedação pode ser evitado desse modo. Pelo fato de que a cabeça de vedação do anel de vedação radial do eixo está unida articuladamente de modo flexível na seção de base, por um lado, podem ser recebidos ou compensados de modo confiável pelo anel de vedação radial do eixo, trepidações das duas partes de máquina, bem como, também, uma excentricidade praticamente inevitável na pratica, da segunda parte de máquina, que apresenta a superfície de vedação. Uma sobre carga mecânica local, bem como uma sobrecarga térmica associada a isso da cabeça de vedação na região de sua seção de vedação encostada na superfície de vedação, pode, assim, ser mais uma vez mais bem combatida.

[0016] A seção de conexão pode, nesse caso, estar realizada, particularmente, à maneira de membrana, para garantir um comportamento de resposta rápido e sensível do anel de vedação radial do eixo a mudanças da pressão de serviço pw no lado da alta pressão.

[0017] Para impedir uma pressão de contato excessiva da cabeça de vedação no esbarro axial no lado da baixa pressão, formado pela segunda seção de superfície de pressão, a disposição de vedação pode apresentar, facultativamente, um segundo esbarro axial paro anel de vedação radial do eixo. O segundo esbarro axial pode estar formado pela primeira parte de máquina ou estar fixado na primeira parte de máquina. Pode-se conceber, por exemplo, um perfil angular em forma de anel, que se estende radialmente em direção à segunda parte de máquina.

[0018] O anel de vedação radial do eixo pode estar disposto de acordo com a invenção em um cartucho, que está disposto retido na primeira parte de máquina. A montagem do anel de vedação radial do eixo pode, desse modo, se facilitada adicionalmente em cada caso. O cartucho, caso necessário, pode consistir em metal, em um plástico ou em um material composto e apresentar uma seção transversal, por exemplo, em forma de L ou U. O cartucho também pode estar realizado em partes múltiplas.

[0019] O primeiro segmento da superfície de vedação de acordo com a invenção pode apresentar em direção axial um contorno linear ou côncavo. No primeiro caso citado, a primeira seção de superfície de vedação está formada, portanto, em forma de superfície lateral cônica. Desse modo pode ser obtida uma descarga/carga finamente graduada da cabeça de vedação ao longo da primeira seção de superfície de vedação.

[0020] A segunda seção de superfície de vedação pode apresentar de acordo com a invenção, pelo menos em seções, um contorno côncavo. De modo particularmente preferido, a segunda seção de superfície de vedação apresenta, nesse caso, uma extensão em curvatura ou raio, que está realizada de modo correspondente ou complementar à extensão em curvatura ou raio da cabeça de vedação. Desse modo, a cabeça de vedação pode encostar-se ou apoiar-se em grande superfície no esbarro axial. Desse modo, podem ser combatidas cargas excessivas, particularmente, lesões de cisalhamento da cabeça de vedação. Além disso, desse modo pode ser combatido um emperramento indesejável da cabeça de vedação, no caso de uma queda de pressão de serviço no lado de alta pressão, de modo que a cabeça de vedação pode girar de volta em relação à superfície de vedação, na direção de sua posição inicial não solicitada com pressão. O raio da segunda seção de superfície de vedação está selecionado, de preferência, menor do que um raio facultativo da primeira seção de superfície de vedação

[0021] A superfície de vedação da segunda parte de máquina, de acordo com a invenção pode estar formada diretamente pela segunda parte de máquina, isto é, pela superfície da mesma. A configuração geométrica da superfície de vedação, porém, na dependência do material do segundo elemento de máquina, pode exigir um alto esforço de produção e, com isso, causar altos custos de produção. De modo particularmente preferido, a superfície de vedação, por esse motivo, pode estar formada, pelo menos parcialmente, de preferência, completamente, por um elemento de invólucro, que está disposto ou fixado na segunda parte de máquina. Por um lado, isso oferece vantagens em tecnologia de produção e permite, por outro lado, custos de produção menores. Assim, o elemento de invólucro pode estar produzido, particularmente de um material de valor mais alto do que a segunda parte de máquina e, nesse caso, ser produzido com custos favoráveis e com uma alta conservação de medidas Nesse tipo de construção, o material da segunda parte de máquina, além disso, pode ser selecionado de modo independente ou extensivamente independente de exigências, tais como as mesmas são feitas a contrassuperfícies para anéis de vedação radial do eixo, A segunda parte de máquina pode, assim, consistir em um plástico ou em um material composto de plástico, por exemplo, um material de fibra de carbono.

[0022] O elemento de invólucro, de acordo com a invenção pode consistir, particularmente, em metal, de preferência em um aço cementado ou também em um material cerâmico. Desse modo, a disposição de vedação pode ser projetada de maneira simples e a custos favoráveis para condições de uso diferentes. A disposição de vedação apresenta, com isso, um amplitude de uso particularmente alta.

[0023] De acordo com a invenção, o elemento de invólucro pode estar prensado, soldado, chumbado, colado com a segunda parte de máquina. Também é concebível que o elemento de involucro esteja disposto aparafusado com a segunda parte de máquina ou retido por engate na segunda parte de máquina.

[0024] De acordo com um aprimoramento particularmente preferido da invenção, o elemento de involucro está montado ou disposto através de um elemento intermediário elasticamente deformável ou vários elementos intermediários elasticamente deformáveis na segunda parte de máquina. O elemento intermediário está disposto, portanto, em direção radial entre a segunda parte de máquina e o elemento de invólucro. Nessa construção em sanduíche, o elemento intermediário pode estar formado, particularmente, em forma de anel ou luva e, caso necessário, estar formado em partes múltiplas. Pelo uso de um elemento intermediário desse tipo, por um lado, a montagem do elemento de invólucro pode ser simplificada adicionalmente. Irregularidades da segunda parte de máquina na região coberta pelo elemento de invólucro podem ser ajustadas (compensadas) pelo elemento intermediário, de modo que são dispensáveis processos de acabamento de precisão de custos elevados da segunda parte de máquina. Isso é vantajoso para os custos de produção da disposição de vedação.

[0025] Além disso, deve ser observado que o elemento de invólucro, por sua montagem sobre um elemento intermediário elasticamente deformável, pode ser realizado com uma espessura de material menor, sem que isso leve a prejuízos funcionais da disposição de vedação. Assim, desse modo, podem ser usados para a superfície de vedação materiais frágeis ou amorfos, opcionalmente, até mesmo em modalidades monocristalinas. São concebíveis aqui, particularmente, óxidos com metal, tal como, por exemplo, dióxido de silício (SiO2) ou óxido de alumínio (Al2O3). Desse modo, pode ser posta à disposição uma contrassuperfície mecanicamente, termicamente, bem como, caso necessário, quimicamente altamente resistente, com dispêndio de custos previsível. O elemento intermediário pode ser deformável, de acordo com a invenção, de modo elasticamente rígido ou também elasticamente de borracha. De acordo com a invenção o elemento de invólucro e o elemento intermediário ou parte de mancal podem estar conectados de modo não desprendível. Por uma conexão não desprendível é entendida, nesse caso, no sentido clássico, uma conexão não desprendível sem destruição. Um elemento deformável de um modo rigidamente elástico, permite uma montagem particularmente simples do elemento de invólucro sobre a segunda parte de máquina, particularmente, quando a mesma é comprimida na direção radial com o elemento intermediário e a segunda parte de máquina.

[0026] A cabeça de vedação do anel de vedação radial do eixo pode apresentar, pelo menos em seções, uma forma de seção transversal esférica, elíptica, particularmente oval ou então também poligonal. De modo particularmente preferido, a cabeça de vedação está formada de modo abaulado. Nesse caso, a cabeça de vedação apresenta um lado frontal formado de modo convexo em seção transversal. A cabeça de vedação, caso necessário, pode apresentar várias seções de vedação, que estão dispostas distanciadas uma da outra em direção axial.

[0027] A cabeça de vedação e a seção de base, sob pontos de vista construtivos, estão conectados um ao outro através de uma seção d e conexão elasticamente deformável. A seção de conexão pode estar realizada, particularmente, na forma de uma membrana (elastomérica). De modo particularmente preferido, a seção de conexão apresenta uma traçado de seção transversal não linear em direção radial. Por uma seção de conexão formada dessa maneira, por um lado, trepidações da parte de máquina que apresenta a superfície de vedação, bem como irregularidades da superfície de vedação, tais como as mesmas também podem formar-se só na operação da disposição de vedação, podem ser absorvidas ou compensadas, mais uma vez de modo mais confiável pela seção de conexão disso, Desse modo, pode ser combatida uma sobrecarga local da seção de vedação encostada na superfície de vedação e ser obtida uma capacidade de vedação mais uma vez mais confiável do anel de vedação radial do eixo. Além disso, desse modo, pode ser realizado um modo de construção particularmente compacto do anel de vedação radial do eixo. Isso é vantajoso para a largura de uso possível da disposição de vedação. Quando a seção de conexão forma com dois de seus lados um espaço livre aberto em direção ao lado de alta pressão, então o anel de vedação radial do eixo pode ser ativado para pressão por uma solicitação com pressão do lado de ala pressão da disposição de vedação. A cabeça de vedação, em outras palavras, é comprimida com pressão proporcional a uma pressão de serviço pw existente no lado de alta pressão, contra a superfície de vedação. Desse modo, a primeira seção de superfície de vedação da superfície de vedação, caso necessário, também pode estar formada estendida de modo mais inclinado ao eixo de movimento, para poder ajustar de acordo com a necessidade a corrente de fluido derivada da força centrífuga atuando sobre o fluido, axialmente em direção ao lado de alta pressão. Isso é particularmente vantajoso em outros fluidos como óleo de lubrificação, por exemplo, em gases. A seção de conexão apresenta para esse fim, vantajosamente (pelo menos em seções) um traçado de seção transversal em forma de arco ou de meandro, isto é, em forma U ou V.

[0028] De acordo com um aprimoramento da invenção, a seção de conexão apresenta várias regiões com material enfraquecido, que estão dispostas na direção periférica do anel de vedação radial do eixo, situadas uma atrás da outra, distanciadas uma da outra, de preferência, regularmente. Pelos enfraquecimentos de material previstos na direção periférica do anel de vedação radial do eixo, pode ser obtida uma lubrificação particularmente eficiente e, com isso, refrigeração da zona de vedação, isto é, da zona de contato da seção de vedação e da superfície de vedação. Desse modo, pode ser combatida, por exemplo, a formação de óleo carbonizado na região da zona de vedação dinâmica da disposição de vedação. Os enfraquecimentos de material da seção de conexão oferecem à cabeça de vedação, na operação da disposição de vedação, por um lado, um apoio de momentos menor do que as regiões de material não enfraquecido da seção de conexão. As mesmas estão dispostas intercaladas na direção periférica do anel de vedação radial do eixo. A um movimento relativo das duas partes de máquina desse modo, é causada uma extensão de pressão de contato correspondente ao padrão de distribuição espacial das regiões de material enfraquecido e regiões de material não enfraquecido da seção de conexão. A pressão (de superfície) de contato alternada ou inconstante na direção periférica do anel de vedação radial do eixo da seção de vedação da cabeça de vedação possibilita, nesse caso, uma lubrificação aperfeiçoada da seção de vedação ameaçada de desgaste pelo fluido disposto no lado de alta pressão da fenda de vedação ou da disposição de vedação. Isso, sem que desse modo seja influenciado negativamente o comportamento de vedação do anel de vedação radial do eixo.

[0029] Tal como já foi explicado acima, o encosto hermético da cabeça de vedação na superfície de vedação, protendido de modo determinante para a capacidade de vedação do anel de vedação radial do eixo, pode ser causado, totalmente ou pelo menos parcialmente, pela seção de conexão. Nos dois casos, portanto, a cabeça de vedação é comprimida em direção radial, contra a superfície de vedação pela seção de conexão, que está forçosamente apoiada através da seção de base, na parte de máquina que apresenta a estrutura de retenção de vedação. Nesse caso, a seção de base está encostada sob vedação estática na parte de máquina que apresenta a estrutura de retenção de vedação, em direção axial ou radial. Se, nesse caso, a seção de conexão apresentar os enfraquecimentos de material citados acima, então o curso de pressão de contato inconstante/alternante correspondente ao padrão de distribuição espacial dos enfraquecimentos de material da seção de vedação na superfície de vedação é intensificado adicionalmente. A seção de vedação da cabeça de vedação está encostada, nesse caso, com as regiões da seção de vedação, que estão alinhadas em uma direção ortogonal à superfície de vedação com os enfraquecimentos d material da seção de conexão, com uma pressão de (superfície) de contato menor na superfície de vedação, do que com as regiões que estão alinhadas com as regiões não enfraquecidas da seção de conexão em uma direção radial ao eixo de movimento. Desse modo, a autolubrificação da disposição de vedação na região da zona de vedação, isto é, uma camada de lubrificante suficiente na região da zona de contato entre a cabeça de vedação e a superfície de vedação, a vida útil do anel de vedação radial do eixo pode, portanto, ser mais uma vez aperfeiçoada adicionalmente.

[0030] A seção de conexão apresenta de acordo com a invenção, nas regiões de metal enfraquecidas, de preferência, em cada caso, uma espessura que perfaz menos de 90%, particularmente, menos de 50% da espessura máxima da seção de conexão. As regiões de material enfraquecidas não são, portanto, reentrâncias de passagem ou passagens da seção de conexão, mas vedam o lado de alta pressão todo o tempo em relação a uma passagem do fluido para o lado da baixa pressão. A seção de conexão pode estar moldada no centro ou, alternativamente, no lado da borda, particularmente, na borda da cabeça de vedação no lado da baixa pressão. No primeiro caso, portanto, a cabeça de vedação estende-se em direção axial, no caso de um anel de vedação radial do eixo, que com relação ao eixo de movimento apresenta uma vedação radial e, no caso de um anel de vedação radial do eixo com vedação axial, lateralmente afastada nos dois lados sobre a região de ligação da seção de conexão. Desse modo, a seção de vedação da cabeça de vedação pode ser comprimida perifericamente em direção radial de maneira simples contra a superfície de vedação. Nos dois casos, é criado espaço na cabeça de vedação para outros componentes funcionais ou anexos do anel de vedação radial do eixo.

[0031] Assim, a cabeça de vedação, de acordo com uma modalidade da invenção, pode apresentar pelo menos uma estrutura de retenção, retida e disposta em um ou junto a um elemento de protensão deformável elasticamente (por borracha), particularmente, uma mola helicoidal ou um anel elastomérico pela qual a cabeça de vedação é protendida em relação à superfície de vedação. Esse elemento de protensão, pode estar previsto de acordo com a invenção, adicionalmente ou alternativamente a uma protensão da cabeça de vedação contra a superfície de vedação, promovida pela seção de conexão. A estrutura de retenção, de acordo com a invenção, está disposta, de preferência, no lado traseiro da cabeça, voltado para sua seção de base. Sob aspectos de tecnologia de produção, bem como também em vista a uma montagem simples e segura do anel de vedação radial do eixo, a estrutura de retenção está formada, vantajosamente como uma ranhura anular. Quando a cabeça de vedação apresenta apenas uma estrutura de retenção desse tipo, e não a mesma está posicionada, vantajosamente, sobre o lado de alta pressão da cabeça de vedação. Desse modo, capacidade de vedação do anel de vedação radial do eixo pode ser mais uma vez aperfeiçoada adicionalmente.

[0032] De acordo com um aprimoramento preferido da invenção, a cabeça de vedação apresenta, de preferência, em seu lado traseiro, voltado para a seção de base, nos dois lados da seção d conexão, isto é, no lado da baixa pressão e no lado da alta pressão, uma estrutura de retenção desse tipo. Nas/junto às duas estruturas de retenção, de acordo com uma primeira alternativa de modalidade, pode estar disposto, retido, em cada caso, um elemento de protensão para a cabeça de vedação, deformável elasticamente (por borracha), particularmente, uma mola helicoidal ou um anel elastomérico. Pelos elementos de protensão, dispostos distanciados um do outro, a cabeça de vedação pode ser comprimida com sua seção de vedação, de modo particularmente confiável em direção radial na superfície de vedação. De acordo com uma segunda alternativa de modalidade na/junto à estrutura de retenção disposta no lado da baixa pressão, pode estar disposto, retido, um anel de apoio e na/junto à estrutura de retenção no lado da alta pressão, um elemento de protensão elasticamente deformável, particularmente, uma mola helicoidal ou um anel elastomérico.

[0033] O anel de apoio, em comparação com o material do anel de vedação radial do eixo ou da cabeça de vedação é, em si, rígido à flexão, isto é, de forma estável em direção radial e axial. O anel de apoio pode causar no lado de baixa pressão um apoio axial ou radial da cabeça de vedação e/ou da seção de conexão do anel de vedação radial do eixo e, assim, garantir a capacidade de funcionamento do anel de vedação radial do eixo, mesmo a altas pressões de serviço do fluido. Pelo elemento de protensão dispostos no lado da alta pressão, no uso em serviço da disposição de vedação, a qualquer momento, pode ser possibilitada uma pressão de contato suficiente da cabeça de vedação contra a superfície de vedação.

[0034] A vida útil do anel de vedação radial do eixo, de acordo com a invenção, pode ser mais uma vez aperfeiçoada adicionalmente, pelo fato de que o anel de vedação radial do eixo está doado no lado da alta pressão, particularmente, em seu lado frontal ou em seu flanco lateral voltado para o lado da alta pressão, de pelo menos uma estrutura tribológica, isto é, um elemento de corrente, pelo qual, a um movimento relativo das duas partes de máquina, é causada uma corrente de fluido na fenda de vedação, de tal modo que a cabeça de vedação é afluída no lado de alta pressão na região de sua seção de vedação, diretamente pela corrente de fluido ou por fluido realimentado à cabeça de vedação. Pelo elemento de corrente, portanto, na operação da disposição de vedação, pode ser gerada uma corrente de fluido do fluido disposto no lado da pressão alta, dirigida diretamente ou indiretamente à zona de vedação da disposição de vedação ou afastada da mesma.

[0035] O elemento de corrente, de acordo com a invenção, pode estar formado, particularmente como uma ranhura do anel de vedação radial do eixo. Essa ranhura, no processo original usado na posição de vedação, particularmente por meio da fundição injetada, pode ser gerado de modo simples e a custos favoráveis. De acordo com uma modalidade alternativa da invenção, o elemento de corrente também pode estar realizado como um furo de passagem do anel de vedação radial do eixo ou da cabeça de vedação. A ranhura citada acima está realizada de acordo com a invenção, particularmente aberta nas duas extremidades.

[0036] Para um efeito de lavagem particularmente eficiente na região da zona de vedação, a ranhura ou o furo de passagem pode estreitar-se, do lado da alta pressão para o lado de baixa pressão ou pelo menos em seções, a seção de vedação da cabeça de vedação, em sua seção transversal permeável para o fluido. Desse modo, a ranhura pode agir no sentido de um bocal e acelerar ainda mais eficientemente o fluido em direção à seção de vedação. Desse modo, o fluido pode ser alimentado através da ranhura à seção de vedação, com uma grande velocidade de corrente, Desse modo, o efeito de lavagem desejado do fluido pode, no total, mais uma vez aumentado adicionalmente, de modo que a formação de óleo carbonizado produzido mais uma vez pode ser desprendida de modo mais eficiente da seção de vedação ou da superfície de vedação e removida da região de vedação.

[0037] A ranhura também pode estar realizada de acordo com a invenção t como um canal cego aberto para o lado de alta pressão. Nesse caso especial, o fluido na extremidade da ranhura voltada para o lado de baixa pressão, é desviado de modo mais ou menos abrupto em direção à superfície de vedação. Nesse caso, a ranhura pode apresentar em sua extremidade voltada para o lado de baixa pressão uma superfície oblíqua em forma de rampa para o fluido, que está disposta estendida obliquamente à superfície de vedação.

[0038] A ranhura ou o furo de passagem pode estar conectado para fluido no lado da seção de vedação, com um canal de corrente anular da cabeça de vedação, isto é, sair nesse canal de corrente da cabeça de vedação. Desse modo, a seção de vedação pode ser banhada completamente pelo fluido no lado da alta pressão. Isso é vantajoso para a descarga de calor na região da zona de vedação. Desse modo, também é obtida uma lavagem mais uma vez otimizada adicionalmente da zona de vedação. O canal de corrente anular está vantajosamente limitado diretamente (em direção ao lado da baixa pressão), lateralmente, pela seção de vedação da cabeça de vedação encostada na superfície de vedação.

[0039] A seção de vedação da cabeça de vedação pode compreender uma banda de rodagem, que se estende pelo lado frontal para fora da cabeça de vedação. Essa banda de rodagem salienta-se, portanto, para além do contorno do lado frontal da cabeça de vedação. A banda de rodagem pode estar realizada de modo arredondado, isto é, com um raio, mas também apresentar bordas de vedação nos dois lados.

[0040] A banda de vedação está dotada, de acordo com a invenção, de preferência, de uma superfície de rodagem contínua, de preferência. macroscopicamente não estruturada. De acordo com uma modalidade alternativa, a cabeça de vedação pode apresentar várias dessas bandas de rodagem, que estão dispostas na cabeça de vedação, deslocadas lateralmente uma à outra.

[0041] De acordo com um aprimoramento preferido da invenção, o elemento de corrente da cabeça de vedação estende-se para fora da cabeça de vedação. O elemento de corrente está realizado, portanto, no sentido de um prolongamento perfilado da cabeça de vedação. O elemento de corrente, nesse caso, está de preferência, moldado diretamente na cabeça de vedação. Desse modo, o elemento de corrente está disposto, ao mesmo tempo, retido à prova de perda na cabeça de vedação. O elemento de corrente atua no sentido de um conjunto de pás (pá) da cabeça de vedação. Nesse caso, o elemento de corrente pode apresentar uma forma de seção transversal oval, elíptica, poligonal ou triangular. Também é concebível uma forma de seção transversal em formato livre no sentido de um perfil de asa. O efeito (de empuxo) do elemento de corrente formado como prolongamento perfilado do anel de vedação radial do eixo é ajustável de modo correspondente à necessidade por um dimensionamento correspondente bem como uma formação da(s) superfícies (s), que podem ser afluídas ou estão afluídas no uso em serviço; Por uma seleção apropriada da inclinação da(s) superfície(s) de afluência do elemento de corrente em relação ao eixo de movimento ou em relação ao raio local do anel de vedação radial do eixo, bem como de uma possível inclinação da(s) superfície(s) de afluência do elemento de corrente, pode ser influenciada uma aceleração do fluido pelo elemento de corrente. O elemento de corrente também pode estar formado para ação bidirecional, isto é, causar nas duas direções de movimento das partes de máquina uma corrente de fluido dirigida axialmente uma em relação à outra sobre o lado de alta pressão da fenda de vedação.

[0042] A lubrificação e refrigeração da seção de vedação do anel de vedação radial do eixo pode ser mais uma vez aperfeiçoada adicionalmente, de acordo com a invenção pelo fato de que o anel de vedação radial do eixo está dotado de uma pluralidade dos elementos de corrente citados acima. Desse modo, também pode ser combinada mais uma vez, de modo mais eficiente, uma sobrecarga do fluido e, com isso, por exemplo, a formação de depósito/inclusão de óleo carbonizado na seção de vedação do anel de vedação radial do eixo. Assim, podem estar dispostos na cabeça de vedação, particularmente, um ou mais elementos de corrente combinados entre si, afastados do anel de vedação radial do eixo. O ou os elemento(s) de corrente em forma de ranhura pode(m) estar disposto(s),por exemplo, no lado frontal da cabeça de vedação voltada para a superfície de vedação. E o ou o(s) elemento(s) de corrente afastado(s)da cabeça de vedação, podem estar dispostos em um flanco lateral do anel de vedação radial do eixo ou da cabeça de vedação. Particularmente, pelos elementos de corrente afastados da cabeça de vedação, ao mesmo tempo pode ser obtida uma mistura de fluido vantajosa sob aspectos térmicos.

[0043] A pluralidade de elementos de corrente pode estar disposta na direção periférica do anel de vedação radial do eixo em uma fila ou também em filas múltiplas na cabeça de vedação.

[0044] Deve ser observado que o anel de vedação radial do eixo pode apresentar perfis ou elementos de retorno no lado da pressão baixa, que estão dispostos na cabeça de vedação. Desse modo, fluido vindo do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão é transportado de volta à seção de vedação da cabeça de vedação, mais uma vez de modo mais confiável, ao lado de alta pressão e, desse modo, a lubrificação, refrigeração, bem como também a capacidade de arrasto de retorno do anel de vedação radial do eixo, mais uma vez podem ser aperfeiçoados adicionalmente. Os elementos transportadores de retorno podem estar formados em forma de ranhura ou também como prolongamentos perfilados de maneira correspondente aos elementos de corrente citados previamente do anel de vedação radial do eixo.

[0045] A invenção é explicada mais detalhadamente, a seguir, por meio dos exemplos de modalidade reproduzidos no desenho.

[0046] No desenho mostram:

[0047] Figura 1 uma disposição de vedação com duas partes de máquina, que podem ser movidas uma à outra em torno de um eixo de movimento, que por meio de um anel de vedação radial do eixo estão vedadas uma em relação à outra, que se encosta em direção radial de modo hermeticamente dinâmico em uma superfície de vedação de uma das duas partes de máquina, sendo que uma cabeça de vedação do anel de vedação radial do eixo pode ser desviada em relação à superfície de vedação, e a superfície de vedação está formada, em forma de cava, em uma vista parcial cortada;

[0048] Figura 2 a disposição de vedação de acordo com afigura 1, em um outro estado de serviço, no qual o lado de alta pressão está solicitado com pressão com uma pressão de serviço pw e sendo que a pressão de serviço é maior ou igual a um valor de pressão de serviço limite plimit, em uma vista parcial cortada;

[0049] Figura 3 uma disposição de vedação similar à da figura 1, na qual o anel de vedação radial do eixo apresenta adicionalmente, no lado da alta pressão, uma pluralidade de elementos de corrente, pelos quais, a um movimento relativo dos elementos de máquina, é causada uma corrente dirigida axialmente do fluido disposto no lado da alta pressão;

[0050] Figura 4 um anel de vedação radial do eixo, tal como o mesmo pode chegar ao uso na disposição de vedação mostrada na figura 3, sendo que o anel de vedação radial do eixo apresenta primeiros elementos de corrente em forma de ranhura ou estria e segundos elementos de corrente formados na forma de prolongamentos perfilados, para gerar uma corrente axial no fluido disposto no lado de alta pressão da fenda de vedação, em um detalhe em perspectiva isolado;

[0051] Figura 5 uma superfície de vedação da segunda parte de máquina de uma disposição de vedação de acordo com a figura 1, na qual uma seção de superfície de vedação apresenta uma seção de borda, que está dotada de uma estrutura tribológica à maneira de ranhura, pela qual, no caso de um movimento relativo das duas partes de máquina, pode ser gerada ou reforçada a corrente de fluido dirigida axialmente;

[0052] Figura 6 uma superfície de vedação similar à da figura 5, com várias estruturas tribológicas à maneira de ranhuras, em uma vista lateral parcial;

[0053] Figura 7 uma superfície de vedação similar à da figura 5, com várias estruturas tribológicas, que se estendem na forma de um prolongamento perfilado em direção radial, para fora da superfície de vedação, sendo que as estruturas tribológicas apresentam aqui, em cada caso, uma forma de seção transversal triangular, em uma vista lateral parcial; e

[0054] Figura 8 uma superfície de vedação similar à da figura 5, com várias estruturas tribológicas, que se estendem na forma de um prolongamento perfilado com forma oval transformada em direção radial, para fora da superfície de vedação, em uma vista lateral parcial.

[0055] Nas Figuras 1 e 2 está mostrada uma disposição de vedação 10, com uma primeira e uma segunda parte de máquina 12, 14, que estão dispostas de modo rotativo uma em relação à outra em torno de um eixo de movimento designado com 16. Entre as duas partes de máquina 12, 14 está formada uma fenda de vedação 18. A fenda de vedação apresenta um lado de alta pressão H a ser vedado, no qual está disposto um fluido a ser solicitado com uma pressão de serviço pw, particularmente um lubrificante, tal como, por exemplo, óleo. O lado de alta pressão H está vedado por meio de um anel de vedação radial do eixo (RWDR) 20 em relação a um lado de baixa pressão N da fenda de vedação.

[0056] O elemento de vedação 20 pode consistir, no total, em um material elasticamente deformável, de preferência, um elastômero, e está formado, de preferência, em uma peça. Entende-se que no material do elemento de vedação 20, podem estar embutidas parcialmente ou completamente partes de apoio ou reforço (não mostradas).

[0057] Uma seção de base 22 do elemento de vedação 20 está disposto, retido, em uma estrutura de retenção de vedação 24,aqui, uma ranhura de retenção, da primeira parte da máquina. A seção de base 22 pode encostar-se de modo estaticamente hermético em direção radial e/ou axial. A seção de base 22 está disposta, retida sob aperto na estrutura de retenção de vedação 24. A seção de base 22 também pode ser fixada de outra maneira familiar ao técnico, na parte de máquina 12, 14, que apresenta a estrutura de retenção de vedação 24, por exemplo, fixada por pinos ou colada.

[0058] O elemento de vedação 20 apresenta, ainda, uma cabeça de vedação 26. A cabeça de vedação está encostada, aqui, hermeticamente, sob protensão, em direção radial, com uma seção de vedação 28 em uma superfície de vedação 30 da segunda parte de máquina 14. A cabeça de vedação serve, portanto, para uma vedação dinâmica da fenda de vedação 18.Deve ser observado que o anel de vedação radial do eixo pode ser realizado de acordo com a Figura 1 com vedação interna ou então, de maneira não mostrada mais detalhadamente, com vedação externa. A cabeça de vedação 28 e a seção de base 24 estão aqui conectados um ao outro através de uma seção de conexo 32 deformável de modo elástico por borracha A seção de conexão 32 apresenta aqui em uma direção radial ao eixo de movimento, um traçado de seção transversal não linear. Pela seção de conexão 3 pode ser causada, pelo menos parcialmente ou, tal como é o caso aqui, também unicamente, o encosto hermético protendido da cabeça de vedação 26 na superfície de vedação 30. A cabeça de vedação 26, no exemplo de modalidade mostrado, ou tal como é também o caso aqui, protendido contra a superfície de vedação 30 do segundo elemento de máquina 14. A seção de conexão 32 está realizada aqui à maneira de membrana, de modo que a cabeça de vedação 26 está unida articuladamente de modo flexível em direção axial, na seção de base 22. Pelo curso da seção transversal não linear em direção radial da seção de conexão 32, a cabeça de vedação 26, além disso, unicamente, pela capacidade de restauração elástica inerente ao material da seção de conexão, está montada de modo elástico em relação ao primeiro elemento de máquina 12, em uma direção radial ao eixo de movimento 16. Desse modo, o anel de vedação radial do eixo 20 pode compensar uma excentricidade da segunda parte de máquina 14, sem que ocorra uma sobrecarga local da cabeça de vedação 26 na região de superfície de encosto da cabeça de vedação 26 e da superfície de vedação 30. A cabeça de vedação 26 do anel de vedação radial do eixo 20 apresenta aqui uma forma de seção transversal configurada de modo abaulado, com um lado frontal 34 realizado de modo convexo. Entende-se que a cabeça de vedação 26 também pode apresentar uma outra forma de seção transversal, por exemplo, oval, elíptica, poligonal ou em forma livre.

[0059] A superfície de vedação 30apresena uma configuração geométrica especial. Assim, a superfície de vedação 30 compreende uma primeira seção de superfície de vedação 30a adjacente ao lado de ala pressão HY e uma segunda seção de superfície de vedação 30b, subsequente à mesma em direção axial e adjacente ao lado de baixa pressão N. As duas seções de superfície de vedação 30a, 30b, passam continuamente uma para dentro da outra. A primeira seção de superfície de vedação 30a estende-se axialmente em direção ao lado de baixa pressão N, para fora da estrutura de retenção de vedação 24 e, nesse caso, subtende (sobre toda a sua extensão longitudinal) um ângulo agudo α com o eixo de movimento 16. A superfície de vedação 30 está realizada, portanto, na região de sua primeira seção de superfície de vedação 30a em forma de superfície lateral cônica. Em outras palavras, uma primeira seção de superfície de vedação 30a apresenta em direção axial um contorno linear. A segunda seção de superfície de vedação 30b está disposta em direção ao lado de baixa pressão, aqui curvado, estendida radialmente em direção à estrutura de retenção de vedação 24 da primeira parte de máquina 12. Essa segunda seção de superfície de vedação forma um esbarro axial 36 para a cabeça de vedação 16. Um raio R da segunda seção de superfície de vedação está designado com 38. A segunda seção de superfície de vedação 28 apresenta, portanto, um contorno côncavo.

[0060] A cabeça de vedação 16, na solicitação do lado de alta pressão H da fenda de vedação, encosta-se com uma pressão de serviço pw, que é menor do que um valor de pressão de serviço limite plimit na primeira superfície de vedação 30a da superfície de vedação 30. A uma pressão de serviço pw, que é igual ou maior do que a plimit, a cabeça de vedação encosta-se aqui, adicionalmente, em direção axial, hermeticamente na segunda seção de superfície de vedação 30b da superfície de vedação 30 Desse modo, mesmo a pressões de serviço grandes, está garantida uma capacidade de vedação confiável do anel de vedação radial do eixo. A segunda seção de superfície de vedação 30b estende-se na região da extremidade no lado da baixa pressão de tal modo radialmente longe em direção à primeira parte de máquina 12, que a cabeça de vedação 16 do anel de vedação radial do eixo 20 está completamente coberta em direção axial pela segunda seção de superfície de vedação 30b. Desse modo, pode ser impedida uma extrusão indesejável da cabeça de vedação 16 na fenda de vedação 18, mesmo a pressões de serviço pw muito grandes.

[0061] Na disposição de vedação 10 mostrada nas Figuras 1 e 2,o anel de vedação radial do eixo 20, junto com a pare de máquina 12 que apena a estrutura de retenção de vedação 24, pode girar em relação à superfície de vedação ou à parte de máquina 14 que apresenta a superfície de vedação 30, em relação ao anel de vedação radial do eixo 20, em torno do eixo de movimento. O fluido disposto no lado da alta pressão H, nesse caso, pela fricção na superfície de vedação 30 ou no primeiro elemento de máquina 12, bem como por sua viscosidade inerente, é posto em uma corrente em torno do eixo de movimento 16 (a chamada corrente de Taylor-Couette). Quando a parte de máquina 12, 14, que apresenta a superfície de vedação - com relação ao eixo de movimento das duas partes de máquina - a parte de máquina 12, 14 situada internamente em direção radial e posta em rotação, tal como está ilustrado pela seta dupla, então o fluido acelerado na superfície de vedação, a velocidades de rotação mais altas, é impelido adicionalmente para fora pela força centrífuga FZF. O fluido que contata a superfície de vedação 30, devido às forças de adesão existentes entre o fluido e a superfície de vedação 30 na primeira seção de vedação 30 A no lado da pressão alta da superfície de vedação 30, pode ser impelido axialmente em direção ao lado da pressão alta H. Se o elemento de máquina 12, 14, que apresenta a superfície de vedação 30, for o elemento de máquina 12, 14 disposto externamente em direção radial, então, a uma rotação dos dois elementos de máquina 12,14 um em relação ao outro, o fluido corre na direção de rotação em torno do eixo de movimento 16. Devido à força centrífuga atuando sobre o fluido, o fluido, é movido radialmente para fora e aflui a primeira seção de superfície de vedação 30 a da superfície de vedação 30. O fluido é represado e turbilhonado no lado da alta pressão, em direção ao lado da baixa pressão N, na região da cabeça de vedação 16 encostada na superfície de vedação. Desse modo, o fluido corre predominantemente em direção ao lado da alta pressão H.

[0062] Particularmente, a velocidades de rotação grandes, devido à formação geométrica da superfície de vedação 30 no lado da alta pressão H da fenda de vedação 18, pode ser gerada uma corrente de fluido dirigida axialmente. Por essa corrente de fluido, a cabeça de vedação 16 é afluída no lado da alta pressão, na região de sua seção de vedação 28 (região da superfície de contato) portanto, na região da zona de vedação dinâmica 40 pelo fluido realimentado ao lado da alta pressão H. Desse modo, a zona de vedação 40 é lavada mecanicamente na operação da disposição de vedação 10, opcionalmente liberada de impurezas, e e a lubrificação, bem como uma descarga de calor da zona de vedação 40 é aperfeiçoada adicionalmente. Se, devido à força centrífuga FZK atuando sobre o fluido, ocorrerem turbulências suficientemente grandes no fluido, então, desse modo, é obtida com isso uma mistura do fluido favorável para a descarga de calor no lado da alta pressão H. Desse modo, também podem ser desprendidas impurezas aderentes na superfície de vedação 30 ou na cabeça de vedação 16 e removidas por lavagem da zona de vedação 40. No total, desse modo, a vida útil do anel de vedação radial do eixo 20 pode ser aperfeiçoada adicionalmente por medidas construtivas simples. Vantajosamente, a primeira seção de superfície de vedação 20 a da superfície de vedação 30 pode estar dotada na região de sua seção de borda 41 no lado da alta pressão de estruturas centrífugas ou tribológicas T, pelas quais o fluido é acelerado a um movimento relativo, rotativamente circundante das duas partes de máquina 12, 14, em direção ao lado de alta pressão H D esse modo, a região da zona de vedação 40 pode, mais uma vez, ser lavada de modo mais eficiente, liberada de impurezas e a lubrificação, bem como uma descarga de calor da zona de vedação 40 ser aperfeiçoada adicionalmente, superfície de vedação. A cabeça de vedação 20, no estado não solicitado com pressão, de preferência, não se encosta na seção de borda 41 no lado da alta pressão, dotada de estruturas tribológicas T, da primeira seção de superfície de vedação 30a, para evitar uma fricção excessiva da cabeça de vedação 26 na superfície de vedação, bem como lesões de cisalhamento ameaçadoras da cabeça de vedação 26. As estruturas tribológicas T, são abordadas mais detalhadamente em conexão com as Figuras 5 a 9.

[0063] Na operação da disposição de vedação 10, um pequeno vazamento do fluido ocorrido na região da cabeça de vedação 16 dinamicamente hermética, do lado de alta pressão H a ser vedado para o lado da baixa pressão N, não pode ser impedido completamente. Pelo movimento relativo das duas partes de máquina 12, 14, o fluido (de vazamento), disposto sobre o lado de baixa pressão N da cabeça de vedação 16, pelo comportamento de adesão em interação com a força centrífuga ZFK, que atua sobre o fluido, é movido ao longo da superfície de vedação 30 em direção axial. O fluido corre em sua maior parte ou completamente em direção axial para a zona de vedação 40. Desse modo, também é favorecida uma lubrificação no lado da baixa pressão da zona de vedação 40 ou da região da superfície de contato da cabeça de vedação 16 e da superfície de vedação 30, bem como um comportamento de arrasto de retorno aperfeiçoado do anel de vedação radial do eixo 20 em direção ao lado de alta pressão H.

[0064] A superfície de vedação 30 da segunda parte de máquina está formada aqui por um elemento de invólucro 42, que está fixado na segunda parte de máquina 14. A segunda parte de máquina 14 pode, desse modo, consistir em um material de custo favorável ou não apropriado para a contrassuperfície de rodagem do anel de vedação radial do eixo 20.Tambémpode ser dispensado um acabamento fino da superfície da segunda parte de máquiana14. O elemento de invólucro 42, na dependência do respectivo material do elemento de invólucro 42 e da segunda parte de máquina 14 pode ser prensado, soldado, chumbado ou colado ou aparafusado na segunda parte de máquina ou ser engatado com a mesma. O elemento de invólucro 42 consiste aqui, exemplificadamente, em metal, mais precisamente, em um aço cementado. Alternativamente, o elemento de invólucro 42 pode consistir, por exemplo, em um material cerâmico. Também é concebível um elemento de invólucro de um material composto com uma estrutura de suporte de metal ou plástico e uma camada deslizante disposta sobre a mesma, que forma a superfície de vedação 30, por exemplo, de óxido de alumínio.

[0065] No exemplo de modalidade aqui mostrado, o elemento de invólucro 42 está disposto através de um elemento de suporte ou intermediário 44, elasticamente deformável na segunda parte de máquina 14. O elemento de invólucro pode estar comprimido sobre a segunda parte de máquina, particularmente, com o elemento intermediário 44. e pode estar retido no mesmo à prova de torção, bem como fixado em posição em direção axial.

[0066] O anel de vedação radial do eixo 20, de acordo com o exemplo de modalidade mostrado na Figura 3, pode apresentar uma seção de conexão 32 em forma de arco ou meandro. Pela seção de conexão 32 está limitado em direção radial, internamente bem como externamente, um espaço livre 46. Por espaço livre é entendido no presente um volume de espaço, no qual não está disposto nenhum componente da disposição de vedação 10. Esse espaço livre 46 circunda a cabeça de vedação 16 perifericamente. O espaço livre 46 está conectado com o lado da alta pressão H da disposição de vedação 10. O espaço livre 46 está conectado em fluido com o lado de alta pressão H. Quando o lado de alta pressão H e, com o mesmo, a cabeça de vedação 16 são comprimidos, desse modo, com pressão proporcional à pressão pw, em cada caso, existente no lado de alta pressão H. Desse modo, o anel de vedação radial do eixo 20 pode, no total, ser ativado por pressão.

[0067] A cabeça de vedação 16 também pode apresentar pelo menos um elemento de protensão 48, formado separadamente do anel de vedação radial do eixo, pelo qual a cabeça de vedação 16 está protendida contra a superfície de vedação. Aqui, a cabeça de vedação 16 apresenta uma ranhura 50, na qual no lado da alta pressão estão dispostos, retidos, um elemento de protensão 48, aqui, uma mola helicoidal, e, no lado da baixa pressão, um apoio 52. Nessa modalidade do anel de vedação radial do eixo 10, a cabeça de vedação 16, é comprimida, portanto, pelo menos parcialmente, pelo elemento de protensão 48 contra a superfície de vedação 30. Uma descarga da cabeça de vedação 16, promovida pela primeira seção de superfície de vedação 30a em forma de rampa, sob solicitação com pressão do lado de alta pressão H, é compensada, pelo menos parcialmente, pelo elemento de protensão 48.

[0068] O anel de apoio 52 consiste em um material com um módulo de elasticidade maior, em comparação com o material elastomérico do anel de vedação radial do eixo 20. O anel de apoio 52 é, em si, de forma estável e por forças que se apresentam no serviço da disposição de vedação 10 não é deformável ou apenas de modo insignificante. A uma solicitação compressão do lado de alta pressão H, a cabeça de vedação 26 bem como também a seção de conexão 32 podem apoiar-se em direção axial ao eixo de movimento 16 no anel de apoio 52. Além disso, a seção de conexão 32 pode apoiar-se no anel de apoio 52, em direção à superfície de vedação 30, isto é, em uma direção radial ao eixo de movimento 16.Desse modo, o anel de vedação radial do eixo 16 pode ser estabilizado mecanicamente em direção axial e a cabeça de vedação 26 protegida contra uma compressão excessiva na superfície de vedação 30.

[0069] A seção de conexão pode apresentar, caso necessário, várias regiões com enfraquecimentos de material 34, que estão dispostas na direção periférica do elemento de vedação, situadas uma atrás da outra, distanciadas uma da outra, de preferência, regularmente. A seção de conexão 32 apresenta nas regiões com enfraquecimentos de material 54, em cada caso, uma espessura d, que perfaz menos de 90%, de preferência, menos 50% da espessura máxima dmax da seção de conexão 32 em suas regiões não enfraquecidas (representadas na Figura 3 com linhas tracejadas). Deve ser observado que a seção de conexão 32 está livre de reentrâncias de passagem ou similares. A seção de conexão 32 é, portanto, impermeável para fluidos. Pelas regiões com enfraquecimento de material 54 da seção de conexão 32 é causado um curso de pressão de contato inconstante em direção periférica entre a cabeça de vedação 26 e a superfície de vedação 30. Desse modo, o comportamento de lubrificação da disposição de vedação 10 na região da zona de vedação 40 pode mais uma vez ser adicionalmente aperfeiçoado.

[0070] A seção de vedação da cabeça de vedação pode compreender uma banda de rodagem, 56 anular. A banda de rodagem 56 estende-se para fora do lado frontal 34 da cabeça de vedação26, pelo menos no estado de serviço do anel de vedação radial do eixo radialmente em direção à superfície de vedação 30. De acordo com a Figura 3, a banda de rodagem 56 pode apresentar uma forma de seção transversal retangular. As duas bordas da banda de rotação 56 estão designadas com 58. A banda de rodagem 5 pode apresentar uma superfície de rodagem 60 anular contínua, que, de preferência, está realizada de modo macroscopicamente não estruturado. Vantajosamente, também na disposição de vedação mostrada na Figura 3, a seção de borda 41 no lado da alta pressão da primeira seção de superfície de vedação 30 a pode estar dotada de estruturas tribológicas T, para mais uma vez aperfeiçoar adicionalmente a refrigeração, lavagem e lubrificação da região de superfície de contato da cabeça de vedação 26 e da superfície de vedação.

[0071] Para uma refrigeração, lubrificação e lavagem mais uma vez mais intensiva da zona de vedação 40 dinâmica, a cabeça de vedação 26 pode estar dotada no lado da alta pressão de um sistema perfilado 62.

[0072] O sistema perfilado 62 compreende aqui uma pluralidade de primeiros elementos de corrente 64, que estão realizados como reentrâncias em forma de ranhura. Os primeiros elementos de corrente apresentam de acordo com a vista isolada de um anel de vedação radial do eixo 20 de acordo com a Figura 4 uma primeira abertura 66, voltada para o lado de alta pressão H e uma segunda abertura 68, voltada para o lado de pressão baixa. As ranhuras estão dispostas estendidas obliquamente em relação a um raio local 70, em cada caso, pelo menos em seções, para um lado (em uma direção de rotação das partes de máquina 12, 14), de modo que a um movimento relativo das duas peças de máquina 12, 14 em torno do eixo de movimento - aqui, bidirecional - é causada uma corrente de fluido no lado de alta pressão H da fenda de vedação, pela qual a cabeça de vedação 26 é afluída pelo fluido indiretamente ou diretamente, no lado da alta pressão, na região ou de sua zona de vedação. As ranhuras podem estreitar-se adicionalmente em direção axial, em direção à seção de vedação 28 da cabeça de vedação 20, para acelerar o fluido nas ranhuras de modo ainda mais eficiente. Pelo menos uma parte dos primeiros elementos de corrente 64 pode, por um lado, sair em um canal de corrente 72 anular da cabeça de vedação 26.O canal de corrente no lado frontal 72, nesse caso, está diretamente limitado lateralmente, de preferência, em direção ao lado de baixa pressão N pela seção de vedação 28 da cabeça de vedação 26 ou de sua banda de rodagem 58. O sistema perfilado 62 da cabeça de vedação 26, pode apresentar, adicionalmente ou alternativamente aos primeiros elementos de corrente 64, segundos elementos de corrente74, que se estendem, em cada caso, na forma de saliências perfiladas para fora da cabeça de vedação 26. Esses segundos elementos de corrente 24 formam um conjunto de pás da cabeça de vedação. Os segundos elementos de corrente 74 podem apresentar, por exemplo, uma forma de seção transversal elíptica, oval ou poligonal.

[0073] Os primeiros e os segundos elementos de corrente 64, 74 permitem uma afluência pelo fluido mais uma vez reforçada adicionalmente da cabeça de vedação 16, na região de sua superfície frontal 34 ou seção de vedação 28. Uma lavagem, refrigeração e lubrificação aperfeiçoada da cabeça de vedação 26 são a consequência.

[0074] A cabeça de vedação 26 pode apresentar no lado da baixa pressão, além disso, perfis de transporte de retorno 76, pelos quais, por um lado, a capacidade de arrasto de retorno da disposição de vedação 10 e, por outro lado, a partir do lado de baixa pressão N, pode ser obtida uma lubrificação adicional da seção de vedação 28 da cabeça de vedação 26, encostada na superfície de vedação 30, encostada na superfície de vedação 30. Os perfis de transporte de retorno 76 podem, nesse caso, estar formados de modo correspondente aos primeiros e segundos elementos de corrente 64,74 da cabeça de vedação 26.

[0075] Nas Figuras 5 a 8 estão mostradas estruturas de centrifugação ou tribológicas diferentes, tais como pode apresentar a respectiva seção de borda no lado de alta pressão do primeiro segmento de superfície de vedação 30a das disposições de vedação 10.

[0076] De acordo com a Figura 5 a estrutura tribológica T pode compreender uma ranhura helicoidal ou em forma de caracol 78 do elemento de invólucro 42, que forma a superfície de vedação ou da parte de máquina 12, 14, que forma a superfície de vedação ou estar formada como tal. A ranhura 78 pode alargar-se vantajosamente em sua seção transversal em direção ao lado de alta pressão.

[0077] As estruturas tribológicas T da seção de borda 41 no lado da alta pressão do primeiro segmento de superfície de vedação 30a da superfície de vedação 30 também podem compreender várias ranhuras 78 tal como está mostrado na Figura 6. Vantajosamente, pelo menos uma parte das ranhuras 78 está disposta deslocada uma à outra em direção axial. As ranhuras também podem estar realizadas em comprimentos diferentes. As ranhuras também podem apresentar uma seção transversal interna/livre, que se alarga axialmente em direção ao lado de alta pressão, para combater uma pressão indesejável do fluido nas ranhuras. As ranhuras 78, em sua projeção sobre o eixo de movimento 16, estão dispostas estendidas obliquamente em ângulo agudo, de preferência, ao eixo de movimento.

[0078] As estruturas tribológicas da seção de borda 41 no lado da alta pressão da primeira seção de superfície de vedação da superfície de vedação 30, de acordo com os exemplos de modalidade, mostrados nas Figuras 7 e 8, também podem estar realizadas na forma de elevações ou prolongamentos perfilados 80 da primeira seção de superfície de vedação 30. Os prolongamentos perfilados 80 podem ter uma seção transversal em forma triangular, de acordo com a Figura 8, ou, de acordo com a Figura 9, também uma forma de seção transversal elíptica (modificada). Outras formas de seção transversal poligonais ou uma seção transversal em forma livre são concebíveis.

Claims (21)

1. Disposição de vedação (10), caracterizada pelo fato de compreender: - uma primeira parte de máquina (12) e uma segunda parte de máquina (14), que estão dispostas distanciadas uma da outra, sob formação de uma fenda de vedação (18) e são móveis rotativamente, uma em relação à outra, em torno de um eixo de movimento (16); - um anel de vedação radial do eixo (20) para vedar um lado de alta pressão (H) da fenda de vedação (18), que pode ser solicitado com pressão com um fluido, em relação a um lado de baixa pressão (N) da fenda de vedação, o anel de vedação radial do eixo (20) tendo uma seção de base (22), que está disposta retida em uma estrutura de retenção de vedação (24) da primeira parte de máquina (12) e com uma cabeça de vedação (26), que pode ser desviada de modo flexível em direção axial em relação à seção de base (22) e que está encostada, protendida hermeticamente, em uma superfície de vedação da segunda parte de máquina (14); - sendo que a superfície de vedação (30) apresenta uma primeira seção de superfície de vedação (30a) adjacente ao lado de alta pressão (H) e uma segunda seção de superfície de vedação (30b) adjacente à primeira seção de superfície de vedação (30a) na direção axial e adjacente ao lado de baixa pressão (N), sendo que a primeira seção de superfície de vedação (30a) está estendida para fora da estrutura de retenção de vedação (24), em direção ao lado de baixa pressão (N) e forma com o eixo de movimento (16) um ângulo agudo a, sendo que a cabeça de vedação (26) encosta-se na primeira seção de superfície de vedação (30a) quando uma pressão de serviço pw, que é menor do que um valor de pressão de serviço limite plimit especificado, é exercida no lado de alta pressão (H), e - sendo que a segunda seção de superfície de vedação (30b) estende-se radialmente em direção ao lado de baixa pressão (N) em direção à estrutura de retenção de vedação (24) da primeira parte de máquina (12) e forma um esbarro axial (36) para a cabeça de vedação (26), no qual a cabeça de vedação (26) se encosta hermeticamente em direção axial quando uma pressão de serviço pw, que é igual ou maior do que um valor de pressão de serviço limite plimit especificado, é aplicada ao lado de alta pressão (H).

2. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro segmento de superfície de vedação (30a) apresenta em direção axial um contorno estendido linearmente.

3. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o segundo segmento de superfície de vedação (30b) apresenta em direção axial, um contorno côncavo, que, de preferência, apresenta um raio R correspondente ao contorno externo da cabeça de vedação (26) do anel de vedação radial do eixo (20).

4. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a primeira seção de superfície de vedação (30a) apresenta uma seção de borda (41) no lado de alta pressão, que está dotado de pelo menos uma estrutura tribológica, que está formada, de preferência, na forma de uma ranhura (78) ou na forma de uma ranhura (78) ou de uma saliência perfilada (80) radialmente afastada da superfície de vedação.

5. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a superfície de vedação (30) da segunda parte de máquina (14) está formada por um elemento de invólucro (42), que está fixado na segunda parte de máquina (14).

6. Anel de vedação radial do eixo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o elemento de invólucro (42) está prensado, soldado, chumbado ou colado com a segunda parte de máquina (14).

7. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o elemento de invólucro (42) consiste, pelo menos parcialmente, em metal, um plástico ou em um material cerâmico.

8. Anel de vedação radial do eixo de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o elemento de invólucro (42) está montado ou fixado na segunda parte de máquina (14) através de um elemento intermediário (44) deformável de borracha rígida ou elástica.

9. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a cabeça de vedação (26) do anel de vedação radial do eixo (20) apresenta uma forma de seção transversal esférica, oval ou elíptica.

10. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o anel de vedação radial do eixo (20) consiste, pelo menos parcialmente ou completamente, em um material elastomérico.

11. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o anel de vedação radial do eixo (20) está dotado, no lado de alta pressão de pelo menos um elemento de corrente (64, 74), pelo qual, a um movimento relativo das duas partes de máquina (12, 14), está causada uma corrente de fluido, de tal modo, que a cabeça de vedação (26) é afluída no lado de alta pressão, na região de sua seção de vedação (28), pelo fluido.

12. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cabeça de vedação (26) tem elementos de corrente (64, 74) que são providos por uma pluralidade de ranhuras ou uma pluralidade de projeções, ou uma combinação destes.

13. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de ranhuras está realizada aberta nos dois lados.

14. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de ranhuras é afunilada.

15. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que uma ranhura no lado da seção de vedação está conectada em fluido com um canal de corrente (72) anular da cabeça de vedação (26).

16. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o canal de corrente (72) está limitado lateralmente, diretamente, pela seção de vedação (28) da cabeça de vedação (26) encostada na superfície de vedação (30).

17. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a seção de vedação (28) da cabeça de vedação (26) compreende pelo menos uma banda de rodagem (56) anular, que está dotada, de preferência, de uma superfície de rodagem (60) contínua.

18. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o elemento de corrente (64, 74) apresenta uma forma de seção transversal elíptica, circular, poligonal ou triangular.

19. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 18, caracterizado pelo fato de que o anel de vedação radial do eixo (20) está dotado de uma pluralidade de elementos de corrente (64,74).

20. Disposição de vedação de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que os elementos de corrente (64,74) estão dispostos em direção periférica do anel de vedação radial do eixo (20), enfileirados um atrás do outro na cabeça de vedação (26).

21. Disposição de vedação de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a cabeça de vedação (26) está dotada de um elemento de protensão (48) elasticamente deformável ou de um anel de apoio (52).