BR112021013483A2

BR112021013483A2 - Montagem de vedação de múltiplos componentes

Info

Publication number: BR112021013483A2
Application number: BR112021013483-2A
Authority: BR
Inventors: Pierre Aouni Alfons AL-DARRA
Original assignee: A. W. Chesterton Company
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2021-09-14
Also published as: JP2022517302A; EP3908772A1; WO2020146883A1; EP3908772B1; CO2021009334A2; MX2021008415A; CA3121851A1; AU2020205761A1; CL2021001804A1; US20200224770A1; US11608896B2

Abstract

montagem de vedação de múltiplos componentes. a presente invenção refere-se a uma montagem de vedação que inclui primeiro, segundo e terceiro elementos de vedação, em que o primeiro elemento de vedação é disposto entre o segundo e o terceiro elemento de vedação. os elementos de vedação são formados de uma maneira complementar, de maneira que os elementos de vedação, quando montados, se alojam juntos. os elementos de vedação também têm valores de dureza diferentes associados com os mesmos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “MON- TAGEM DE VEDAÇÃO DE MÚLTIPLOS COMPONENTES”. Pedido Relacionado

[0001] O presente pedido reivindica a prioridade para o Pedido de Patente Provisório US No. de Série 62/791.530, depositado no dia 11 de janeiro de 2019, e intitulado Montagem de Vedação de Múltiplos Componentes, os conteúdos do qual estão incorporados neste docu- mento por referência. Antecedentes da Invenção

[0002] A presente invenção refere-se às montagens de vedação para dispositivos mecânicos, e mais especificamente refere-se a uma montagem de vedação para uso com um aparelho mecânico que tem um eixo alternado.

[0003] Montagens de vedação convencionais são empregadas em uma ampla variedade de ambientes e instalações, tais como por exemplo, em conexão com vários aparelhos mecânicos, para fornecer uma vedação estanque. As montagens de vedação são em geral posi- cionadas ao redor de um eixo rotativo, ou haste, que é montada em, e se salienta a partir de um alojamento mecânico estacionário.

[0004] As montagens de vedação são empregadas em uma ampla variedade de aparelhos mecânicos, tais como por exemplo válvulas e bombas, para fornecer uma vedação à prova de pressão e estanque, em relação ao eixo ou haste móvel do aparelho. A montagem de ve- dação é geralmente posicionada em torno de um eixo rotativo ou alter- nativo, ou haste que é montada em, e se salientando a partir de um alojamento estacionário. A montagem de vedação é geralmente mon- tada em uma estrutura de junta, que pode ser presa a um alojamento do aparelho na saída do eixo, desse modo evitando a perda de fluido do processo pressurizado do alojamento.

[0005] Um inconveniente das montagens de vedação convencio-

nais, é que quando o eixo ou haste moveis envelhecem, a face externa radial do eixo (isto é, a face do eixo voltada para a superfície de veda- ção do eixo) pode se tornar inconsistente, insignificante, furada, danifi- cada, ou de outra maneira ficar desnivelada. Se a superfície da mon- tagem de vedação não estiver de acordo com a superfície desnivelada do eixo, a montagem de vedação não é capaz de manter uma vedação estanque do fluido com o eixo. Sumário da Invenção

[0006] A presente invenção é direcionada para uma montagem de vedação do elemento de vedação múltiplo, apropriada para uso com um aparelho mecânico estacionário. A montagem de vedação pode ser uma montagem de vedação mecânica, para uso com eixos rotati- vos, ou uma montagem de vedação hidráulica para uso com uma has- te alternativa. De acordo com uma modalidade preferida, a montagem de vedação é uma montagem de vedação hidráulica para uso com uma haste alternativa. A montagem de vedação inclui um elemento de vedação intermediário, e um par de elementos de vedação final dis- posto em qualquer lado axial do elemento de vedação intermediário. O par de elementos de vedação final é configurado para ter regiões fi- nais, adjacentes ao elemento de vedação intermediário, que tem ca- racterísticas de superfície que são complementares na forma, às res- pectivas regiões finais do elemento de vedação intermediário. Isto possibilita o elemento de vedação se alojar junto para formar a monta- gem de vedação.

[0007] Os elementos de vedação da montagem de vedação da presente invenção também têm valores de dureza ou de Margem, que são diferentes uns em relação aos outros. De acordo com uma prática, os valores de dureza dos elementos de vedação diminuem na direção axial fora da borda, ou aumentam na direção axial interna.

[0008] A montagem de vedação da presente invenção é para uso em equipamento estacionário, que tem uma junta e uma haste móvel, a montagem de vedação compreendendo uma pluralidade de elemen- tos de vedação, para assentar dentro de uma ranhura formada na jun- ta do equipamento estacionário.

Os elementos de vedação incluem um primeiro elemento de vedação intermediário anular, que tem um corpo principal tendo uma primeira região final, e uma segunda região final oposta, em que o corpo principal tem uma superfície de parede radi- almente interna, e uma superfície de parede radialmente externa, e em que a primeira região final do corpo principal tem a primeira e a se- gunda superfícies de parede inclinadas opostas, que passam para uma superfície final relativamente plana, e em que a segunda região final inclui a primeira e a segunda porções de pernas alargadas opos- tas, que têm um recesso formado entre elas, e em que a superfície da parede radialmente interna do copo principal tem uma nervura formada sobre a mesma.

A montagem de vedação também inclui um segundo elemento de vedação anular, disposto adjacente à primeira região final do primeiro elemento de vedação intermediário, em que o segundo elemento de vedação tem um corpo principal, que tem uma primeira região final terminando em uma superfície final relativamente plana, e uma segunda região final oposta que é disposta adjacente à primeira região final do primeiro elemento de vedação intermediário, em que a segunda região final inclui um recesso, que tem uma forma que é complementar à forma da primeira região final do primeiro elemento de vedação intermediário.

Adicionalmente, a montagem de vedação inclui um terceiro elemento de vedação anular, disposto adjacente à segun- da região final do primeiro elemento de vedação intermediário, em que o terceiro elemento de vedação tem uma primeira região final, disposta adjacente à segunda região final do primeiro elemento de vedação in- termediário, e uma segunda região final oposta, em que a primeira re- gião final do terceiro elemento de vedação tem uma forma que é com-

plementar à forma do recesso formado na segunda região final do pri- meiro elemento de vedação intermediário.

[0009] De acordo com a presente invenção, cada uma das primei- ra e segunda superfícies de parede inclinada, da primeira região final do primeiro elemento de vedação intermediário, forma um ângulo. Ain- da, o ângulo pode preferivelmente ser cerca de 45 graus. Além disso, cada uma das primeira e segunda porções de pernas alargadas, do primeiro elemento de vedação intermediária, tem uma borda de veda- ção associada com as mesmas, em que a largura do primeiro elemen- to de vedação intermediário, como medido na faixa nas bordas de ve- dação da primeira e segunda porções de perna alargada, é maior do que uma largura de cada um dos segundo e terceiro elementos de ve- dação. Ainda além disso, uma ou ambas as bordas de vedação têm uma superfície inclinada associada com as mesmas, e é configurada para se estender para cima, em relação a um plano final, que é orto- gonal a um eixo de centro do primeiro elemento de vedação intermedi- ário. Uma ou ambas as superfícies padrão formam um ângulo de cerca de 10 graus em relação ao plano final.

[0010] De acordo com a presente invenção, o recesso do primeiro elemento de vedação intermediário, compreende uma primeira porção substancialmente circular, e uma segunda porção externa axialmente adjacente a uma entrada para o recesso, que tem geralmente uma primeira e segunda porções de parede plana, se estendendo axial- mente opostas. A primeira região final do terceiro elemento de veda- ção tem uma forma substancialmente circular, e a segunda região final tem um formato de haste, tendo a primeira e segunda superfícies de parede opostas se estendendo axialmente.

[0011] O recesso do primeiro elemento de vedação intermediária, compreende uma primeira porção substancialmente circular, e uma segunda porção axialmente externa adjacente a uma entrada para o recesso, que tem geralmente uma primeira e uma segunda porções de parede, se estendendo axialmente opostas planas, por meio da qual a primeira região substancialmente circular do recesso é complementar em forma, para a primeira região final substancialmente circular do ter- ceiro elemento de vedação, e a segunda porção axialmente externa do recesso é complementar na forma para, pelo menos, uma porção da segunda região final do terceiro elemento de vedação.

[0012] O recesso da segunda região final do segundo elemento de vedação, inclui a primeira e a segunda porções de parede opostas in- clinadas, e um chão relativamente plano, em que, quando montada a superfície final plana do primeiro elemento de vedação intermediário, contata o chão do recesso do segundo elemento de vedação, e a pri- meira e a segunda superfícies da parede inclinada do primeiro elemen- to de vedação intermediária contata, respectivamente, a primeira e a segunda porções de parede inclinada do segundo elemento de veda- ção.

[0013] Ainda adicionalmente, cada um dos elementos de vedação tem um valor de dureza associado com os mesmos, e em que os valo- res de dureza dos elementos de vedação diferem em relação uns aos outros. O primeiro elemento de vedação intermediário, tem um primei- ro valor de dureza associado com o mesmo, o segundo elemento de vedação tem um segundo valor de dureza associado com o mesmo, e o terceiro elemento de vedação tem um terceiro valor de dureza asso- ciado com o mesmo, em que o primeiro, segundo e terceiro valores de dureza diferem em relação uns aos outros, e em que os valores de du- reza dos elementos de vedação diminuem em uma direção axial, a partir do segundo elemento de vedação para o terceiro elemento de vedação.

[0014] A montagem de vedação tem um primeiro comprimento, e a ranhura da junta tem um segundo comprimento, em que o primeiro comprimento é maior do que o segundo comprimento. Além disso, ca- da uma das superfícies inclinadas forma um ângulo, em relação ao plano final. Breve Descrição dos Desenhos

[0015] Estas e outras características e vantagens da presente in- venção serão mais completamente entendidas, com referência à des- crição detalhada a seguir, em conjunto com os desenhos em anexo, em que numerais de referência similares referem-se a elementos simi- lares através de todas as vistas diferentes. Os desenhos ilustram os principais da invenção e, embora não esteja em escala, mostram di- mensões relativas.

[0016] A FIG. 1 é uma vista de corte transversal de um aparelho mecânico convencional, empregando o sistema de vedação da pre- sente invenção.

[0017] A FIG. 2 é uma vista isométrica da montagem de vedação montada da presente invenção.

[0018] A FIG. 3 é uma vista de corte transversal da montagem de vedação da presente invenção.

[0019] A FIG. 4 é uma vista de corte transversal do componente de vedação intermediário, da montagem de vedação de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

[0020] A FIG. 5 é uma vista de corte transversal do segundo com- ponente de vedação final da montagem de vedação, de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

[0021] A FIG. 6 é uma vista de corte transversal do terceiro com- ponente de vedação final oposto, da montagem de vedação de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

[0022] A FIG. 7 é uma vista em perspectiva do terceiro elemento de vedação anular da FIG. 2, mostrando uma abertura de pressão em isolamento de acordo com as características da presente invenção.

[0023] A FIG. 8 é uma vista de topo do terceiro elemento de veda- ção anular da FIG. 2, de acordo com os ensinamentos da presente in- venção. Descrição Detalhada

[0024] A presente invenção fornece uma montagem de vedação, a fim de fornecer vedação para um eixo móvel, ou outro dispositivo apropriado. A invenção será descrita abaixo em relação às modalida- des ilustradas. Aqueles versados na técnica vão compreender que a presente invenção pode ser implementada em um número diferente de aplicações e modalidades, e não está especificamente limitada neste pedido às modalidades em particular descritas neste documento.

[0025] O termo “eixo” é destinado a referir-se a qualquer dispositi- vo apropriado em um sistema mecânico, ao qual uma vedação pode ser montada, e inclui eixos, rodas e outros dispositivos conhecidos.

[0026] Os termos “axial” e “axialmente” usados neste documento, referem-se a uma direção geralmente paralela ao eixo de uma haste. Os termos “radial” e “radialmente” usados neste documento, referem- se a uma direção geralmente perpendicular ao eixo de uma haste. Os termos “fluido” e “fluidos” referem-se aos líquidos, gases, e combina- ções dos mesmos.

[0027] O termo “axialmente interno” como usado neste documento, refere-se àquela porção do equipamento estacionário, e/ou aos com- ponentes de uma montagem de vedação mecânica, que são dispostos próximos do sistema mecânico empregando a montagem de vedação. Como tal, os componentes da montagem de vedação são montados dentro do equipamento, ou são dispostos o mais profundo dentro, ou mais próximo do equipamento (por exemplo, interno). De maneira in- versa, o termo “axialmente externo” como usado neste documento, refere-se à porção de equipamento estacionário, e a uma montagem de vedação distal do sistema mecânico (por exemplo, externo).

[0028] O termo “radialmente interno” como usado neste documen- to, refere-se à porção da montagem de vedação, ou componentes as- sociados que estão próximos de um eixo (haste). De maneira inversa, o termo “radialmente externo” como usado neste documento, refere-se à porção da montagem de vedação ou componentes associados, que são distais do eixo.

[0029] Os termos “equipamento estacionário” e/ou “superfície está- tica” como usados neste documento, são destinados a incluir qualquer estrutura estacionária apropriada alojando um eixo ou haste, à qual é presa uma vedação que tem uma junta. Aqueles de conhecimento co- mum vão também reconhecer que a montagem da junta pode fazer parte da vedação mecânica, ou parte do equipamento estacionário.

[0030] A presente invenção é direcionada a uma montagem de vedação, para vedar contra um alojamento de um equipamento estaci- onário, que tem um eixo móvel ou haste. A montagem de vedação po- de ser uma montagem mecânica, para uso com um eixo rotativo ou uma montagem de vedação hidráulica, para uso com uma haste alter- nativa. De acordo com uma modalidade preferida, a montagem de ve- dação é uma montagem de vedação hidráulica, embora aqueles de conhecimento comum prontamente reconhecerão que a montagem de vedação 30 da presente invenção, pode ser usada com qualquer dis- positivo mecânico apropriado que tem uma junta. A montagem de ve- dação da presente invenção inclui múltiplos elementos de vedação, que são configurados para vedar juntos, a fim de formar uma monta- gem de vedação. Como ilustrado nas FIGS. 1-3, a presente invenção é direcionada para um sistema de vedação 10, que inclui uma junta 14, que é disposta concentricamente em torno de um eixo móvel ou haste

12. A haste 12 pode fazer parte de qualquer equipamento estacionário selecionado, tal como uma bomba ou uma válvula, que requer estrutu- ra de vedação para formar uma vedação estanque com o eixo. A junta

14 pode ser presa ou montada ao alojamento do equipamento, através de técnicas de fixação conhecidas. A junta pode ter qualquer configu- ração selecionada, dependendo do tipo específico de equipamento que é empregado, como é conhecido na técnica. Por exemplo, no exemplo ilustrado, a junta 14 inclui um alojamento 16 que inclui uma superfície interna 18, que tem uma ranhura 20 formada naquele lugar. O alojamento da junta pode também incluir uma passagem de fluido 24, a fim de introduzir um fluido selecionado, tal como um fluido de resfriamento ou barreira, para a superfície do eixo. A ranhura da junta 20 pode ser dimensionada ou configurada, para assentar a montagem de vedação 30 da presente invenção. A montagem de vedação 30 po- de incluir múltiplos elementos de vedação separados e discretos, ou os componentes 40, 60, 80 que podem ser acoplados juntos, e insta- lados com a ranhura 20. A ranhura tem um par de paredes laterais opostas 20A, 20B e uma porção de chão (solo) 20C. A montagem de vedação 30 se encaixa perfeitamente dentro da ranhura 20, de tal ma- neira que os componentes de vedação contatam o chão 20C da ranhu- ra, como também as extremidades opostas 20A, 20B para formar uma vedação estanque. Os elementos de vedação também ajudam a for- mar uma vedação estanque contra a haste 12, de maneira a manter o fluido do processo do aparelho mecânico contido naquele lugar. A has- te 12 pode ser um eixo rotativo, ou um eixo alternado, dependendo do tipo de aparelho mecânico que é empregado.

[0031] A montagem de vedação 30 da presente invenção, pode incluir qualquer número selecionado de elementos de vedação sepa- rados, discretos, e preferivelmente inclui três elementos de vedação 40, 60, 80. Os elementos de vedação são configurados de tal maneira para ser complementares em forma, em relação uns aos outros, de maneira que os elementos de vedação, quando montados na ranhura 20, se alojam juntos para formar a montagem de vedação 30. Como mostrado nas Figuras 1-4, a montagem de vedação 30 inclui um pri- meiro elemento de vedação anular intermediário 40, uma segunda ex- tremidade anular ou elemento de vedação interno 60, e uma terceira extremidade anular ou elemento de vedação externo 60. O elemento de vedação intermediário ilustrado 40, fornece a vedação contra a has- te 12 como descrito em mais detalhes abaixo. O elemento de vedação 40 inclui um corpo principal 42, que tem uma primeira extremidade axial recoberta 44, e uma segunda extremidade axial de pernas alar- gadas opostas 46. A extremidade axial recoberta 44 tem um par de superfícies da face de parede inclinadas 48A, 48B, que passam para uma superfície plana axialmente externa 50. A superfície da parede inclinada interna, ou do lado do eixo 48a, é menor em comprimento do que a superfície da parede inclinada do lado da ranhura externa 48B. A diferença em comprimentos das paredes inclinadas, é um resultado da porção ou metade da largura radial interna 51A do elemento de ve- dação 40, ao redor da linha central 51, sendo menor do que a porção externa radial ou metade 51B do elemento de vedação. A superfície externa plana 50 é adaptada para assentar contra, ou contatar a pare- de lateral 20B da ranhura, enquanto também contata o chão 20C da ranhura, quando montada naquele lugar. As superfícies cônicas 48A, 48B são anguladas em relação à superfície radialmente interna 42A, e a superfície radialmente externa 42B para formar os ângulos 49A, 49B, respectivamente. Os ângulos são preferivelmente cerca de 45 graus em relação à direção axial, e desse modo combinam ou são comple- mentares em forma, para a extremidade adjacente do elemento de ve- dação 20. O ângulo corrente é empregado para possibilitar que os elementos de vedação suficientemente se alojem juntos durante a montagem e o uso.

[0032] O elemento de vedação intermediária 40 ilustrado pode ser composto de qualquer material apropriado, que tem qualquer dureza selecionada. De acordo com uma prática, o elemento de vedação in- termediária 40 pode ser composto de um material elastomérico, que tem um valor de dureza ou de Margem A de cerca de 95. Aqueles de conhecimento comum na técnica, irão prontamente reconhecer que outros tipos de elementos de vedação, compostos de materiais dife- rentes, podem ser empregados, tais como NBR, FKM e FFKM. O ver- sado na técnica será prontamente capaz de determinar a faixa de du- reza, com base no ambiente do equipamento, aplicações específicas, a superfície lisa e baça da haste em termos de idade e condição, e a área da superfície de contato, tipos de fluido e lubrificante e compor- tamento esperado, velocidade da haste, temperatura, pressão e os similares.

[0033] Com referência ainda às FIGS. 1, 3 e 4, a segunda extre- midade oposta 46 do elemento de vedação 40 tem uma aba ou seção alargada, que inclui um par de porções de pernas opostas 52, 54 que amarram e formam naquele lugar uma ranhura 55. A ranhura 55 é pre- ferivelmente formada, de uma maneira que é complementar na forma, a uma extremidade de combinação do terceiro elemento de vedação anular 80. A ranhura tem uma primeira porção 55A que é substancial- mente ou geralmente na forma, e tem um raio 55D associado com a mesma. O versado na técnica será prontamente capaz de determinar a faixa de raio apropriada, com base no ambiente, específicos de apli- cação, superfície de combinação da haste em termos de idade, e con- dição e contato da área de superfície, tipos de fluido e lubrificante e o comportamento esperado, velocidade da haste, temperatura, pressão e similares. A ranhura 55 também tem uma segunda porção externa axial associada com a mesma, adjacente a uma entrada para o reces- so, que tem geralmente porções de parede se estendendo axialmente opostas planas 55B, 55C. A seção da extremidade alargada 46, do elemento de vedação intermediário 40, tem uma largura radial 36 na porção mais larga do mesmo, que se estende para além da profundi- dade da ranhura 20, e da largura 38 do elemento de vedação 60, de maneira a contatar a haste 12 quando montada naquele lugar. A perna 54 radialmente interna (por exemplo, do lado do eixo), tem uma borda de vedação radialmente interna 54A para dinamicamente contatar, e em consequência vedando contra a haste 12. A perna radialmente ex- terna 52 tem uma perna de vedação radialmente externa 54B, para estaticamente vedar contra o solo 20C da ranhura da junta 20. Além disso, cada uma as bordas de vedação 54A, 54B inclui uma superfície inclinada, que são formadas ou configuradas para se estender para cima, em relação a um plano ou eixo final que é ortogonal ao eixo de centro 51. As superfícies padrão das bordas de vedação 54A, 54B em relação a este plano, formam na extremidade interna radial um ângulo 56a, e na extremidade radialmente externa, um ângulo 56B. Os ângu- los 56A e 56B podem ser qualquer ângulo selecionado, e podem ser os mesmos ou diferentes ângulos. De acordo com uma modalidade preferida, os ângulos 56A, 56B são os mesmos e são cerca de 10 graus. O versado na técnica será prontamente capaz de determinar a variação de raio apropriada, com base no ambiente do equipamento, aplicações específicas, superfície de combinação da haste em termos de idade e condição e área da superfície de contato, tipos de fluido e lubrificante e comportamento esperado, velocidade da haste, tempera- tura, pressão e similares. Os ângulos relativamente rasos ou peque- nos, fazem surgir uma película de lubrificação comparativamente pe- quena nas bordas 52A, 54A, e ajudam a evitar qualquer vazamento ocorrer.

[0034] O elemento de vedação ilustrado 40 também inclui uma se- ção intermediária que uma superfície apresenta, tal como a haste ou viga (faixa) 58, que se estende radialmente para fora, a partir de uma superfície axial interna 42A. A viga 58 se estende para fora a partir da superfície interna 42A, a uma distância suficiente de maneira a se es- tender para fora da ranhura 20, quando o elemento de vedação 40 é montado naquele lugar, de modo a contatar a haste 12. Nesta configu- ração, o elemento de vedação intermediário 40 no local da nervura 58, é mais largo do que os outros elementos de vedação 60, 80 como também a ranhura 20. A ranhura é também dimensionada, de maneira a evitar que a superfície radialmente interna 42A do elemento de ve- dação 40, entre em contato com a haste 12 sobre uma grande área de contato. Isto é importante uma vez que, se a montagem de vedação 30 é exposta às pressões altas, a área menor de contato da viga 58 ajuda a evitar fricção excessiva e desse modo geração de calor.

[0035] Com referência às FIGS. 1-3 e 5, a montagem de vedação 30 da presente invenção também inclui um segundo elemento de ve- dação anular 60, que ajuda a suportar e guiar o primeiro elemento de vedação intermediário 40. O elemento de vedação ilustrado 60 inclui um corpo principal 62, que inclui uma superfície radial interna 62A e uma superfície radial externa 62B. O elemento de vedação 60 também inclui uma primeira extremidade externa axial 64A, e uma segunda ex- tremidade oposta 64B. A primeira extremidade 64A termina em uma superfície relativamente plana 68, que é configurada para confinar contra, e em consequência contatar uma parede lateral da ranhura 20, tal como por exemplo, a parede lateral 20B. A segunda extremidade oposta 64B tem um recesso 70 formado neste lugar, e inclui um par de paredes laterais inclinadas 72A, 72B e um chão 72C 70. O recesso 70 é configurado para ser complementar na forma, para e em consequên- cia combinar com a extremidade cônica 44, do elemento de vedação intermediário 40. Além disso, as paredes laterais inclinadas 72A, 72B têm geralmente o mesmo ângulo, que as paredes inclinadas 48A, 48B do elemento de vedação intermediário 40.

[0036] O segundo elemento de vedação 60 tem um valor de dure-

za ou Margem A que é mais alto do que o elemento de vedação inter- mediário 40. Como tal, o elemento de vedação 60 ajuda a evitar o elemento intermediário 40 de se deformar radialmente, quando os elementos de vedação são montados juntos. Especificamente, a dife- rença em valores de dureza ajuda a evitar o elemento de vedação in- termediário 40 se estender de forma nivelada na haste 12 no caso de condições de pressão alta, que levariam à fricção aumentada. Além do mais, o elemento de vedação final 60 evita uma extrusão de material, tal como o elemento de vedação intermediário 40, em uma lacuna ou folga formada entre a haste 12 e a junta 14 em altas pressões. Final- mente, se a haste 12 não é apropriadamente guiada por qualquer um dos rolamentos correspondentes (não mostrados), ou os rolamentos adquiriram descarga excessiva, devido ao envelhecimento ou desgas- te, o segundo elemento de vedação final 60 adquire parte da função guia. Uma vez que este guia auxiliar é fornecido, adjacente ao elemen- to de vedação intermediário 40, a longevidade do elemento de veda- ção intermediário 40 é intensificada, e em consequência a função de vedação é aumentada no caso de hastes 12 impropriamente guiadas (por exemplo, desviadas do centro) 12. De acordo com a presente in- venção, o elemento de vedação final 60 tem um valor de dureza ou Margem D de cerca de 80. Aqueles de conhecimento comum serão prontamente capazes de determinar a dureza apropriada, ou faixa de dureza, com base nos tipos de materiais usados no elemento de veda- ção, como também garantindo que o elemento de vedação guia e evita a extrusão do elemento de vedação intermediário 40. Além disso, o elemento de vedação 60 pode ser composto de qualquer material apropriado, tal como por exemplo de um material de cetona de éter de poliéter (PEEK), um material de poliamida (PA), POM ou similares.

[0037] Além disso, o propósito do elemento de vedação final 60, é principalmente não fornecer uma função de vedação relativa à haste

12, uma vez que nenhuma porção da mesma se estende radialmente para dentro, até a borda de vedação 54 do elemento de vedação in- termediário 40. Em vez disso, o elemento de vedação final 60 serve principalmente para fornecer suporte estrutural, para o elemento de vedação intermediário 40, e também para fornecer orientação.

[0038] Com referência às FIGS. 1-3 e 6-8, a montagem de veda- ção 30 da presente invenção inclui um terceiro elemento de vedação anular 80. O elemento de vedação 80 é disposto em uma extremidade axial do elemento de vedação intermediário 40, que é oposta à extre- midade adjacente para o segundo elemento de vedação final 60. O elemento de vedação 80 tem um corpo principal 82, que inclui uma primeira porção final 84A, e uma porção final oposta 84B. A primeira porção final 84A é geralmente em forma circular, e o raio associado pode ser facilmente determinado, ou selecionado por uma pessoa de conhecimento comum na técnica, com base no tipo de material usado como também baseado na combinação específica, ou configurações de alojamento das regiões finais adjacentes. A primeira porção final tem um tamanho ou largura, que é maior do que o tamanho ou largura da segunda porção final 84B. A segunda porção final 84B forma uma extensão da porção final circular 84A, e tem um par de porções de pa- rede planas relativamente opostas 88A, 88B, que termina em uma face final relativamente plana ou superfície 90.

[0039] A porção final circular 84A é dimensionada e configurada para colocar dentro de uma porção circular 55A, da ranhura do ele- mento de vedação intermediário 40. Especificamente, a porção final circular 84A e a porção da ranhura 55A, são complementares na forma de maneira a receber e vedar a porção final circular 84A do terceiro elemento de vedação anular 80. Quando a porção final circular 84A é colocada dentro da ranhura 55 do elemento de vedação intermediário 40, a montagem de combinação e engajamento dos componentes de vedação, e especificamente a porção final circular 84A, ajuda a evitar que as porções das pernas 52, 54 desabem durante condições de pressão negativas. Além do mais, o comprimento axial do terceiro elemento de vedação final 80 é projetado de tal maneira, que a mon- tagem de vedação inteira 30 tem uma extensão total em uma direção axial, que é ligeiramente mais comprida do que o comprimento da ra- nhura 20 formada na junta 14. Consequentemente, quando a monta- gem de vedação 30 é montada dentro da ranhura 20 na junta 14, o elemento de vedação 80 é comprimido ou empurrado para dentro de uma relação de vedação mecânica de montagem friccional com a ra- nhura 20. Além disso, a porção final circular 84A é empurrada para dento do recesso 55 do elemento de vedação intermediário 40, dessa maneira forçando as pernas radiais interna e externa 52, 54 a parte, de tal maneira para aumentar a pressão de contato entre as bordas de vedação 54A, 54A e a haste 12 e a junta 14, e desse modo aumentar a capacidade de vedação total do elemento de vedação intermediário

40. Além do mais, uma vez que a porção final da linha de tronco de largura menor 84B, do elemento de vedação 80, confina contra a pa- rede da extremidade axial 20B da ranhura 20 na junta 14, a montagem de vedação 30 não sofre de movimento axial, em particular nos casos em que a pressão nos lados opostos do elemento de vedação 80, é invertida durante o ciclo de trabalho da haste 12 ou similares, em que a montagem de vedação 30 é empregada.

[0040] O terceiro elemento de vedação anular 80 tem um valor de dureza, que é preferivelmente mais baixo do que aquele do elemento de vedação intermediário 40, e do segundo elemento de vedação de extremidade 60. Por exemplo, o elemento de vedação 80 pode ser fei- to de um material de elastômero, e tem um valor de dureza ou Margem A de entre cerca de 60 e cerca de 85. O versado na técnica será pron- tamente capaz de determinar os valores de dureza apropriados do ter-

ceiro elemento de vedação com base no ambiente, aplicações especí- ficas, superfície de combinação da haste, em termos de idade e condi- ção e área de superfície contato, tipos de fluido e lubrificante e com- portamento esperado, velocidade da haste, temperatura, pressão e similares. Como tal, e quando convertendo os valores de Margem A para Margem D, de acordo com técnicas bem conhecidas, a vedação mais endurecida, ou a vedação com o valor de dureza mais alto, é o segundo elemento de vedação de extremidade 60 (Margem D de 80); o elemento de vedação intermediário 40 é o próximo mais endurecido, e tem um valor de Margem A de 95 (por exemplo, um valor de Margem D de cerca de 46); e o elemento de vedação mais macio ou menos duro 80, que tem um valor de dureza ou Margem A de 85 (por exem- plo, um valor da Margem D de 38). O terceiro elemento de vedação anular 80 preferivelmente tem o valor de dureza mais baixo, de manei- ra a fornecer as porções de pernas chamejantes 52, 54 e as bordas de vedação associadas 54A, 54B, com a capacidade intensificada para vedar contra a haste 12. Isto ocorre uma vez que o terceiro elemento de vedação 80 é mais resiliente, em relação aos outros elementos de vedação.

[0041] A porção da extremidade tipo tronco 84B ilustrada, do ele- mento de vedação 80, pode também ter, formadas naquele lugar, uma ou mais aberturas de pressão 94 para a pressão de equalização em qualquer lado da porção final 84B durante o uso. De acordo com uma modalidade, o elemento de vedação 80 pode incluir uma pluralidade de aberturas de pressão espacialmente separadas 94, que são distri- buídas cerca de, e preferivelmente igualmente cerca de, uma circunfe- rência anular da porção final 84B. As aberturas de pressão 94 preferi- velmente se estendem entre as superfícies de parede 88A, 88B da porção final 84B. As aberturas de pressão 94 permitem a equalização da pressão, nos lados radialmente interno e radialmente externo da porção final 84B. A equalização da pressão efetivamente evita a de- formação indesejável da porção final 84B do elemento de vedação 80, que pode de outra maneira ocorrer devido a uma diferença de pres- são, nos lados radialmente interno e radialmente externo da porção final 84B.

[0042] De acordo com outra prática da invenção, se o aparelho mecânico empregando a junta 14, a haste 12, e a montagem de veda- ção 30 da presente invenção, está processando um material agressi- vo, então um ou ambos os elementos de vedação final 60, 80 podem ser formados, a partir de um material apropriado, tal como por exemplo de um material de fluorelastômero tal como FKM ou FFKM, ou uma borracha de butadieno acrilonitrila hidrogenada (H-NBR).

[0043] Em operação, os elementos de vedação 40, 60 e 80, são montados antes da inserção dentro da ranhura 20 da junta 14. A por- ção final circular 84A do elemento de vedação 80, é inserida dentro da ranhura ou recesso 55, formado na porção final 46 do elemento de ve- dação intermediário 40. O recesso 55 e especificamente a porção de recesso 55A , é formada de uma maneira complementar, para a por- ção final 84A do elemento de vedação 80. Como tal, a porção final 84A está colocada dentro do recesso, e está em um contato profundo, de frente com quase a superfície inteira com a porção de recesso 55A. As superfícies formadas complementarmente fornecem uma vedação confortável, montada dentro da dentro da ranhura 20.

[0044] O recesso 70 do elemento de vedação 60, é também com- plementar em forma para a porção final 44 do elemento de vedação

40. Como tal, a porção final 44 se ajusta dentro, e está em contato de frente profundo com quase a inteireza do recesso 70. Especificamente, a face final 50 do elemento de vedação intermediário 40, entra em contato com o chão 72C da ranhura 70, e as superfícies anguladas 48A, 48B contatam a superfície inclinada 72A, 72B, respectivamente,

da ranhura 70. Os elementos de vedação montados 40, 60, 80 formam a montagem de vedação 30. A montagem de vedação 30 é depois montada dentro da ranhura 20. Uma vez que o comprimento axial da montagem de vedação 30, é maior do que o comprimento ou largura da ranhura 20, a montagem de vedação 30 é em consequência com- primida na ranhura 20, em consequência retida naquele lugar por uma montagem friccional. Quando montada dentro da ranhura 20, a super- fície externa plana 60 do membro de vedação 60 contata a parede 20A da ranhura, e a superfície final plana 90 do membro de vedação 80 contata a parede 20B, oposta ao segundo membro de vedação final

60. Da mesma maneira, a parede 42B e o rebordo 52, 54B do elemen- to de vedação intermediário, contata o chão 20C da ranhura e, desse modo, fornece uma vedação de fluido. A parede lateral 62B também contata o chão 20C. Em relação à haste 12, a viga 58 e a flange 54A contatam a haste e criam uma vedação estanque.

[0045] Os ângulos 56A e 56B das porções de pernas alargadas são configurados para formar um ângulo relativamente raso, a fim de fazer uma película de lubrificante comparativamente pequena surgir nas bordas 54A, 54B, e desse modo evitar qualquer vazamento ocor- rer. Além disso, o elemento de vedação intermediário 40 também inclui uma viga 58 para contatar a haste 12, em adição à borda de vedação 54A, para criar uma vedação de fluido estanque. As regiões de contato específicas do elemento de vedação 40, são significativamente reduzi- das em relação às montagens de vedação convencionais, de maneira a evitar grandes áreas da vedação (por exemplo, superfície interna 42A) de entrarem em contato com o eixo. Especificamente, a viga 58 é dimensionada de maneira a evitar que a superfície radialmente interna 42A do elemento de vedação 40, entre em contato com a haste 12 so- bre uma grande área de contato. Isto é importante uma vez que a montagem de vedação 30 é exposta a grandes pressões, a área de contato menor da viga 58, ajuda a evitar fricção excessiva e, desse modo, de ocorrer a geração de calor.

[0046] Quando a porção final circular 84A, do terceiro elemento de vedação anular 80, é vedada com a ranhura 55 do elemento de veda- ção intermediário 40, a montagem combinada e o engajamento dos componentes de vedação, e especificamente a porção final circular 84A, com a porção circular 55A da ranhura, ajuda a evitar que as por- ções de pernas 52, 54 desabem durante condições de pressão negati- va que podem ser aplicadas para o final externo da montagem de ve- dação.

[0047] Os elementos de vedação são também configurados, de tal maneira que a dureza dos elementos de vedação diminui na direção axial para a extremidade externa da montagem de vedação. Isto é, o elemento de vedação 60 tem um valor de dureza mais alto, o elemento de vedação intermediário 40 tem o próximo valor de dureza mais alto, e depois o elemento de vedação 80 tem o valor de dureza mais baixo. Especificamente, o elemento de vedação final axial 60 tem um valor de dureza ou Margem, que é maior do que o elemento de vedação inter- mediário 40. Como tal, o segundo elemento de vedação anular 60, ajuda a evitar o elemento de vedação intermediário 40 se deformar radialmente, quando os elementos de vedação são montados juntos. Especificamente, a diferença em valores de dureza ajuda a evitar o elemento de vedação intermediário 40 cair de maneira plana na haste 12, no caso de condições de pressão alta, que levaria à fricção au- mentada. Além do mais, o segundo elemento de vedação anular 60 ajuda a evitar uma extrusão do material, tal como o elemento de veda- ção intermediário 40, em uma lacuna ou folga formada entre a haste 12 e a junta 14 em pressões altas.

[0048] A porção final em formato de haste 84B ilustrada, do ele- mento de vedação 80, pode também ser formada nesse lugar, uma ou mais aberturas de pressão 94, para equalizar a pressão no lado da porção final 84B durante o uso. As aberturas de pressão 94 possibili- tam a equalização da pressão, nos lados radialmente internos e radi- almente externos da porção final 84B. A equalização da pressão efeti- vamente evita a deformação indesejável da porção final 84B do ele- mento de vedação 80, que pode de outra maneira ocorrer devido a uma diferença na pressão, nos lados radialmente interno e radialmente externo da porção final 84B.

[0049] Será desse modo visto que a invenção eficientemente al- cança os objetivos estabelecidos acima, entre aqueles feitos evidentes a partir da descrição anterior. Uma vez que certas mudanças podem ser feitas nas elaborações acima, sem se afastar do escopo da inven- ção, ela é destinada a toda a matéria contida na descrição acima, ou mostrada nos desenhos em anexo, a ser interpretada como ilustrativa e não em um sentido limitante.

[0050] É também para ser entendido que as reivindicações em anexo são para cobrir todas as características genéricas e específicas da invenção, descritas neste documento, e todas as afirmações do es- copo da invenção que, como uma matéria de linguagem, podem ser ditas para se enquadrar entre tudo isso.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Montagem de vedação para uso em equipamento estaci- onário que tem uma junta e uma haste móvel, caracterizada pelo fato de que compreende uma pluralidade de elementos de vedação, para vedar dentro de uma ranhura formada na junta do equipamento esta- cionário, a pluralidade de elementos de vedação incluindo um primeiro elemento de vedação anular intermediá- rio, que tem um corpo principal tendo uma primeira região final e uma segunda região final oposta, em que o corpo principal tem uma super- fície de parede radialmente interna, e uma superfície de parede exter- na radialmente oposta, em que a primeira região final do corpo princi- pal tem superfícies de parede primeira e segunda inclinadas opostas que passam para uma superfície final relativamente plana, e em que a segunda região final inclui a primeira e a segunda porções opostas da perna alargada, tendo um recesso formado entre elas, e em que a su- perfície de parede radialmente interna do corpo principal tem estria formada sobre a mesma, um segundo elemento de vedação anular, disposto adjacente à primeira região final do primeiro elemento de vedação in- termediário, em que o segundo elemento de vedação tem um corpo principal, que tem uma primeira região final terminando em uma super- fície final relativamente plana, e uma segunda região final oposta que é disposta adjacente à primeira região final do primeiro elemento de vedação intermediário, em que a segunda região final inclui um reces- so tendo uma forma que é complementar à forma da primeira região final do primeiro elemento de vedação intermediário, e um terceiro elemento de vedação anular, disposto ad- jacente à segunda região final do primeiro elemento de vedação inter- mediário, em que o terceiro elemento de vedação tem uma primeira região final, disposta adjacente à segunda região final do primeiro elemento de vedação intermediário, e uma segunda região final opos- ta, em que a primeira região final do terceiro elemento de vedação tem uma forma, que é complementar à forma do recesso formado na se- gunda região final do primeiro elemento de vedação intermediário.

2. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada uma das primeira e segunda su- perfícies da parede inclinada da primeira região final do primeiro ele- mento de vedação intermediário, tem um ângulo de cerca de 45 graus.

3. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada uma das primeira e segunda por- ções de perna alargada do primeiro elemento de vedação intermediá- rio, tem uma borda de vedação associada com a mesma, em que a largura do primeiro elemento de vedação intermediário, como medido na nervura e nas bordas de vedação, da primeira e segunda porções da perna alargada, é maior do que uma largura de cada um dos se- gundo e terceiro elementos de vedação.

4. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que cada uma das bordas de vedação tem uma superfície inclinada associada com a mesma, e sendo configura- da para se estender para cima em relação a um plano final que é orto- gonal a um eixo geométrico do centro do primeiro elemento de veda- ção intermediário.

5. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que cada uma das superfícies inclinadas forma um ângulo em relação ao plano final de cerca de 10 graus.

6. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o recesso do primeiro elemento de ve- dação intermediário compreende uma primeira porção substancial- mente circular.

7. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 6,

caracterizada pelo fato de que o recesso ainda compreende uma se- gunda porção axialmente externa, adjacente a uma entrada para o re- cesso, que tem geralmente primeira e segunda porções de parede planas se estendendo axialmente opostas.

8. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira região final do terceiro ele- mento de vedação tem uma forma substancialmente circular, e a se- gunda região final tem um formato de haste, que tem uma primeira e segunda superfícies de parede se estendendo axialmente opostas.

9. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o recesso do primeiro elemento de ve- dação intermediário compreende uma primeira porção substancial- mente circular e uma segunda porção axialmente externa adjacente a uma entrada para o recesso, que geralmente tem uma primeira e uma segunda porções de parede plana opostas se estendendo axialmente, dessa maneira, a primeira região substancialmente circular do recesso é complementar em forma para a primeira região final substancialmen- te circular do terceiro elemento de vedação, e a segunda porção axi- almente externa do recesso é complementar em forma para pelo me- nos uma porção da segunda região final do terceiro elemento de veda- ção.

10. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o recesso da segunda região final do segundo elemento de vedação inclui as primeira e segunda porções opostas da parede inclinada e um chão relativamente plano em que, quando montada a superfície final plana do primeiro elemento de ve- dação intermediário, contata o chão do recesso do segundo elemento de vedação, e as primeira e segunda superfícies de parede inclinada do primeiro elemento de vedação intermediário contatam, respectiva- mente, as primeira e segunda porções da parede inclinada do segundo elemento de vedação.

11. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada um dos elementos de vedação tem um valor de dureza associado com a mesma, e em que os valores de dureza dos elementos de vedação diferem um em relação ao outro.

12. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro elemento de vedação in- termediário tem um primeiro valor de dureza associado com ao mes- mo, o segundo elemento de vedação tem um segundo valor de dureza associado com o mesmo, e o terceiro elemento de vedação tem um terceiro valor de dureza associado com o mesmo, em que o primeiro, segundo e terceiro valores de dureza diferem um em relação ao outro, em que os valores de dureza dos elementos de vedação diminuem na direção axial do segundo elemento de vedação para o terceiro elemen- to de vedação.

13. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a montagem de vedação tem um primeiro comprimento, e a ranhura da junta tem um segundo compri- mento, em que o primeiro comprimento é maior do que o segundo comprimento.

14. Montagem de vedação de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que cada uma das superfícies inclinadas forma um ângulo em relação ao plano final.