BRPI0803690B1

BRPI0803690B1 - Selo restritivo compacto para caixa de mancais

Info

Publication number: BRPI0803690B1
Application number: BRPI0803690-0A
Authority: BR
Inventors: Paulo Roberto Leite Nóbrega
Original assignee: Petróleo Brasileiro S/A - Petrobras
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2020-09-08
Also published as: US7878508B2; BRPI0803690A2; US20100225065A1; US20100052264A1

Abstract

selo restritivo compacto para caixa de mancais. a presente invenção refere-se a um selo restritivo tipo labirinto que apresenta uma dimensão externa reduzida. a invenção apresenta um defletor interno capaz de reter o óleo lubrificante com grande eficiência no interior da caixa de mancais, e um sistema de alta precisão no ajuste e alinhamento dos elementos dos labirintos, garantindo uma vida útil tecnicamente infinita. por apresentar dimensão externa bem reduzida, pode ser aplicado em substituição aos retentores comumente utilizados, sem causar problemas aos equipamentos acessórios conectados à bomba.

Description

SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE MANCAIS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um selo restritivo compacto para caixas de mancais de rolamentos de equipamentos rotativos em geral. O selo é provido de um labirinto interno capaz de reter o óleo lubrificante com grande eficiência no interior da caixa de mancal e impedir a entrada de umidade ou sujeira. Apresenta adicionalmente dimensão externa bem reduzida, podendo ser aplicado em substituição aos retentores comumente utilizados, sem causar problemas aos equipamentos acessórios conectados a bomba.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

A indústria petrolífera, e os diversos processos que a envolve, faz uso, com grande freqüência, de variados modelos de bombas centrífugas.
O petróleo, desde a sua extração nas plataformas de produção, passando pelos mais variados meios de transporte, tais como oleodutos ou navios tanque, e principalmente no processo propriamente dito de refino, dentro de parques industriais específicos, necessita ser bombeado através de milhares de metros de dutos, de centenas de sistemas, os quais, em uma linguagem popular, são conhecidos como processo de extração e refino de petróleo.

Assim, os elementos mais importantes e mais submetidos ao desgaste da indústria petrolífera, são as bombas, as quais são utilizadas em diversas aplicações, podendo apresentar os mais variados modelos e potência, necessitando da maior atenção na sua especificação e manutenção.

Por serem elementos imprescindíveis em qualquer etapa de processamento na indústria petrolífera, diversas bombas chegam a ser utilizadas ininterruptamente, com paradas apenas em caso de falha ou nas programações de manutenção.

No entanto as bombas possuem rolamentos no interior da caixa de mancais, que são sensíveis a qualquer contaminante oriundo do ambiente onde a bomba está operando. Também possuem um componente, particularmente sujeito à falha, que isola os rolamentos do interior da caixa de mancais do ambiente externo, como também impede que qualquer vestígio de lubrificante do interior da caixa de mancais contamine o meio ambiente.

Atualmente muitas bombas existentes nos parques industriais foram originalmente projetadas utilizando como elemento isolante os retentores, que são aplicados de modo a ficarem sempre dispostos no espaço compreendido pela espessura da própria caixa de mancais. Eles não ocupam espaço além das faces interna ou externa das caixas de mancais, e muitos equipamentos em funcionamento foram projetados com precisão para equipar estas bombas.

No entanto os retentores apresentam uma vida útil extremamente curta e uma baixa resistência a pressão do vapor de óleo que possa vir a ser gerada no interior das caixas de mancais; em alguns casos os retentores não resistem a três meses de operação. Assim, torna-se necessário substituir os retentores já aplicados por um dispositivo mais eficiente e duradouro, que é o selo.

Neste sentido foram criadas normas que determinam parâmetros mínimos que visam satisfazer ao máximo essas condições de isolamento, e que tornaram os retentores obsoletos. Uma dessas normas é a norma do American Petroleum Institute - API 610, 9th ed. (2003), que diz:
“5.10.2.7 - Caixas de mancais de rolamentos devem ser desenhadas para impedir contaminação por umidade, sujeira e outros corpos estranhos. Isto deve ser alcançado não pelo uso de injeção de ar comprimido, mas pela utilização de selagens do tipo labirinto ou selo magnético, nos locais onde o eixo atravessa a caixa”

No entanto, o cumprimento desta exigência com o uso de selo do tipo labirinto também é extremamente difícil, pois a maioria destes selos existente no mercado permite o vazamento do óleo da caixa de mancais em condições severas de uso. O problema é agravado quando se tenta aplicar selos dimensionados com espessura reduzida, em substituição aos antigos retentores já aplicados em antigos projetos.

Apesar de o selo tipo labirinto ser um pouco mais barato do que os selos herméticos, e apresentar uma vida útil tecnicamente indefinida, qualquer falha gera grandes perdas à indústria petrolífera, principalmente quando contabilizadas todas as horas paradas dos processos produtivos envolvidos durante os reparos, ou com os prejuízos ambientais decorrentes desses vazamentos. Os custos em homem / hora para debelar todos esses problemas são altos, assim como o prejuízo de uma possível repercussão negativa para a empresa envolvida em acidentes ambientais.

As perdas diretas puderam ser mensuradas devido a estudos que demonstraram a falha do selo no sentido interno, onde apenas a presença de 0,02% de água no óleo dos mancais já é o suficiente para reduzir a vida útil dos rolamentos em até 48%. As perdas indiretas podem ser maiores ainda, devido à possibilidade de falha do selo no sentido interno / externo, ocasionando vazamento de óleo e podendo propiciar uma imagem negativa da empresa em termos ambientais.

Qualquer parada não programada, principalmente as ocasionadas por falha do selo da caixa de mancais, não só interrompem o processo o qual aquela bomba pertence como também, invariavelmente, danifica diversos componentes da bomba.

Existem variados modelos de selo tipo labirinto, projetados segundo as normas vigentes, no entanto, uma das maiores preocupações dos técnicos responsáveis pela manutenção das bombas é conseguir substituir os retentores aplicados em projetos antigos por selos existentes no mercado, de modo a se evitar falhas, principalmente quando se trata de bombas centrífugas. E o selo tipo labirinto, quando não apresenta defeitos, é o mais indicado nestas aplicações devido a algumas considerações básicas.

É um dispositivo que apresenta menores dimensões axiais, o que permite maior possibilidade de adaptações na substituição de um retentor em equipamentos com pouco espaço interno.

A segunda razão é de sentido econômico. Por ser muito elevado o número de equipamentos que necessitam desta adaptação e o selo tipo labirinto apresentar o menor custo dentre os selos existentes no mercado, é a opção que desperta maior interesse.

Considerando que cada bomba necessita de pelo menos dois selos, e que em uma refinaria de médio porte são utilizadas em torno de 1000 bombas, facilmente evidencia-se o fator econômico causado pelo impacto das aplicações destes componentes.

No entanto os selos labirintos atualmente existentes no mercado, apesar de ser uma opção barata, apresentam alguns problemas que tornam o seu uso sujeito ainda a atenções especiais.

Alguns dos selos tipo labirinto mais utilizados atualmente na indústria de petróleo, apesar de vantajosos, também apresentam inconveniências que acarretam falhas prematuras ou necessidades de manutenções periódicas.

A título de exemplo, um dos selos tipo labirinto muito aplicado atualmente é o INPRO-VBX®.

Estes selos apesar de serem finos, ainda apresentam uma espessura axial comprometedora quando aplicado em substituição aos antigos retentores.

Já apresentaram falhas no isolamento quando submetidos a regimes severos de operação, ou mesmo quando há ocasionalmente excesso de óleo lubrificante na caixa de mancais.

Também foram detectadas falhas no isolamento no sentido interno /externo, pois a área de passagem do labirinto é pouco restritiva. É possível perceber que todos os selos tipo labirinto existentes atualmente no mercado apresentam um único defletor, disposto na face externa e, portanto, não prevêem uma proteção extra no sentido de fluxo interno/externo.

Outra desvantagem técnica encontrada na utilização deste dispositivo é a sua dificuldade de montagem ou desmontagem, pois necessita utilizar uma prensa. Além do uso da prensa ser uma dificuldade operacional, pode resultar em problemas de alinhamento, que conseqüentemente acarretarão falha no isolamento em qualquer dos sentidos, interno ou externo.

O alinhamento é uma condição muito difícil de ser alcançada nos selos para caixas de mancais dos modelos atualmente existentes, pois a sede se encontra na condição estacionária, e a vedação primária, fixada em uma luva rotativa. Por sua vez as luvas atualmente são providas de um único anel “O”. Esta disposição construtiva da luva sobre um único anel “O” pode acarretar desalinhamento no momento da sua instalação.

Nos modelos atualmente existentes no mercado, o perfeito alinhamento só é obtido com um trabalho de instalação muito minucioso e preferencialmente calibrado por um relógio comparador para centralização. É uma tarefa que além de exigir ferramental próprio, demanda tempo e deve ser feita por um técnico especialista.

É igualmente importante salientar que por ser um produto importado, apresenta um custo a mais, além de necessitar de uma logística por parte do departamento de estoque para que não falte o produto, principalmente em situações emergenciais.

Assim, quanto melhor a qualidade do isolamento, o alinhamento e disponibilidade apresentados pelo selo tipo labirinto, melhor será a durabilidade do equipamento. E é neste sentido que os técnicos projetistas da indústria petrolífera tentam superar as exigências da norma API 610, 9th ed. (2003), e direcionam seus projetos para que a vedação de caixas de mancais com o uso de selo tipo labirinto supere os problemas atualmente existentes, principalmente em bombas centrifugas.

A presente invenção visa prover um selo tipo labirinto para caixas de mancais que atenda plenamente a norma API 610 para esse segmento de selos. Outros objetivos que o selo restritivo compacto para caixas de mancais, objeto da presente invenção, se propõe alcançar são a seguir elencados:

a. Melhorar a estanqueidade contra vazamentos de óleo para o meio;
b. Melhorar a estanqueidade contra entrada de contaminantes do meio para dentro da caixa de mancais;
c. Melhorar a proteção contra jatos de líquidos;
d. Melhorar a estanqueidade em situações de excesso de óleo na caixa.
e. Diminuir a necessidade de profissionais especializados para efetuar uma operação de montagem do selo mecânico;
f. Eliminar a necessidade de prensa para montagem do selo;
g. Previsão de uma vida útil maior que o da própria bomba onde será instalado;
h. Montagem facilitada pela auto-regulagem do alinhamento;
i. Montagem com ajuste axial feito com o próprio selo;
j. Sede rotativa;
k. Utiliza menos espaço externo;
l. Possibilidade de utilização em bomba, especificamente as centrífugas.
m. Possibilidade de uso em uma ampla gama de equipamentos rotativos como: motores elétricos, misturadores, redutoras, turbinas, etc.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Refere-se a presente invenção a um selo tipo labirinto de fácil montagem e desmontagem, provido com um sistema duplo de defletores, um sistema de labirinto bi-funcional, e bem mais fino do que os selos congêneres existentes no mercado.

A invenção compreende um conjunto de elementos conhecidos, tais como: luva, alojamento, labirintos, anéis “O” de vedação, anéis elásticos e defletores, arranjados de forma tal que suas configurações e disposições construtivas peculiares permitem compor um labirinto que restringe ao máximo a comunicação entre o meio interno e externo da caixa de mancais, e após a montagem, atinge uma espessura total bem menor do que os selos atualmente existentes.

Em linhas gerais o conjunto é arranjado da seguinte forma:
Uma luva circular com perfil em forma de “J” deitado, no qual a porção mais extensa é paralela ao eixo e tem sua extremidade livre direcionada para fora da caixa de mancais.

O próximo elemento formador do selo restritivo compacto é um alojamento, no qual se fixa um anel trava expansor e um anel centralizador. O alojamento tem o perfil em corte em forma de “J”, sendo que a porção mais extensa e paralela ao eixo é voltada para o interior da caixa de mancais, onde se fixa. Esta porção mais extensa do alojamento se subdivide em duas seções com funções específicas, a saber: a primeira seção distingue-se por estar totalmente sob a projeção da parede da caixa de mancais, e a segunda seção por estar fora da caixa de mancais.

A primeira seção é provida, em sua face interna, de dois canais subseqüentes; em um dos canais é montado o anel trava expansor, sendo que o anel trava expansor juntamente com o canal subsequente, a porção menor da luva e a extremidade livre da porção vertical da dita luva, formam concomitantemente um labirinto interno e uma câmara de drenagem interna ao longo de todo o perímetro interno do selo.

A segunda seção não faceia totalmente a parede externa da caixa de mancais, sendo ligeiramente separada da parede externa da dita caixa de mancais por um dente, formando assim, um canal entre a parede externa da caixa de mancais e o corpo externo do selo.

Já porção vertical do dito alojamento é provida com um formato que espelha a face interna de um defletor externo, e há pelo menos um canal principal que juntamente com um dente formam uma semicâmara de drenagem externa. A porção mais curta do mesmo alojamento, também disposta no sentido paralelo ao eixo, tem sua extremidade livre voltada para o interior da caixa de mancais.

A dita extremidade livre da porção mais curta é provida com uma cavidade dentada em torno de todo o perímetro do alojamento, e a esta cavidade dentada é fixado um anel centralizador, preferencialmente composto por uma liga polimérica.

O último componente do selo a ser acoplado é o defletor externo, o qual tem um formato circular fechado, com perfil em corte em forma de “L”, a sua porção mais longa é disposta perpendicularmente ao eixo e sua extremidade livre apresenta um chanfro em formato de “V”, a jusante é provido um dente. Este perfil apresentado pela perna mais longa do defletor externo combina com o perfil complementar do canal principal e do dente da porção vertical do alojamento.

A porção mais curta do defletor externa paralela ao eixo, é provida com dois canais, um em cada extremidade do segmento da porção. O canal mais interno é configurado para guarnecer o anel de vedação “O”, já o canal mais externo, abriga um anel trava restritivo. O dito anel após a montagem do selo apresenta-se disposto em uma posição intermediária entre o canal mais externo e o canal da luva.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será descrita a seguir mais detalhadamente, em conjunto com os desenhos abaixo relacionados, os quais, meramente a título de exemplo, acompanham o presente relatório, do qual é parte integrante, e nos quais:
A Figura 1 retrata uma vista em corte da seção superior do selo restritivo compacto acoplado em um eixo e em uma caixa de mancal.
A Figura 2 retrata uma vista em corte simples e explodida da seção superior dos componentes do selo restritivo compacto.
A Figura 3 retrata uma vista em corte da seção inferior do selo restritivo compacto.
A Figura 3A retrata uma vista frontal interna da seção inferior do selo restritivo compacto.
A Figura 3B retrata uma vista frontal externa da seção inferior do selo restritivo compacto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A invenção se relaciona a um selo tipo labirinto para caixas de mancais, desenvolvido principalmente para aplicação em bombas centrífugas. Além de cumprir seu objetivo principal de vedação, é também dimensionado para apresentar alta durabilidade e condições severas de uso, ocupando o mínimo de espaço axial além da face externa da caixa de mancais.

Em sua alternativa construtiva preferida, o selo restritivo compacto para caixas de mancais tem por objetivo prover dois setores de labirinto, um operando em referência à face interna da caixa de mancais e outro à face externa. Desse modo consegue-se manter estanqueidade de maior qualidade entre os meios internos e externos da caixa de mancal durante toda vida útil da bomba.

O selo restritivo compacto para caixas de mancais é adicionalmente projetado para que a força centrífuga impressa ao fluido que venha a manter contato com o corpo do selo trabalhe a favor da estanqueidade.

A Figura 1 retrata uma visão típica esquemática e em corte, do selo restritivo compacto (1) montado em um eixo (100) e acoplado a uma caixa de mancal (110). Observando a Figura 1 pode-se perceber que alguns componentes estão fixados em série solidários à caixa de mancal (110), enquanto que outros, em outra série, estão fixados solidários a um eixo (100). Assim, o selo restritivo para caixas de mancais (1) operará com uma série de componentes acompanhando a rotação do eixo (100), enquanto outra série de componentes permanece afixada à caixa de mancal (110), e, portanto, estática.

A Figura 2 retrata em visão explodida uma concretização preferida do selo restritivo compacto para caixas de mancais (1). Nesta visão pode-se identificar cada componente constitutivo do selo restritivo compacto para caixas de mancais (1), disposto de acordo com a ordem de montagem, ditos componentes compreendendo basicamente:

A) Uma luva (10) de formato circular fechado com perfil em corte preponderantemente em forma de “J” que se encaixa a um eixo (não mostrado nesta figura).
B) Um defletor externo (20), com formato circular fechado com perfil em corte preponderantemente em forma de “L”, que devido à ação do anel de vedação “O” (c), gira solidário ao movimento da luva (10).
C) Um anel trava restritivo (30) de formato circular aberto com perfil em corte preponderantemente em forma poligonal, preferencialmente retangular, e que depois de montado, conecta a luva (10) ao defletor externo (20). No sentido oposto temos os seguintes componentes, todos fixados em série à caixa de mancal (não mostrada nesta figura), a saber:
D) Um alojamento (40) de formato circular fechado com perfil em corte preponderantemente em forma de “J”, que se fixa diretamente à caixa de mancais (110).
E) Um anel trava expansor (50) de formato circular aberto com perfil em corte preponderantemente em forma poligonal, preferencialmente retangular, que também atua como parte de um labirinto interno.
F) Um anel centralizador (60) de formato circular fechado com perfil em corte preponderantemente em forma poligonal, que se fixa à extremidade interna do alojamento (40).

Todos estes componentes estão ligados entre si e à caixa de mancal (110); por conseqüência, apresentam-se estáticos em relação ao eixo (100).

A descrição detalhada de cada componente do selo restritivo compacto (1) será feita com o auxílio das Figuras 1, 2 e 3, para que suas funções possam ser mais bem compreendidas.

A parede interna da luva (10) que faceia a superfície do eixo (100) é provida de cavidades (10a e 10b), para acomodar anéis de vedação em forma de “O” (a e b). Os anéis de vedação “O” (a e b) estabelecem a vedação entre a face interna da luva (10) e o eixo (100). Como os anéis de vedação “O” (a e b) se localizam nas extremidades da luva (10), eles também são responsáveis pelo perfeito alinhamento axial da luva (10) ao eixo (100).

Esta disposição construtiva facilita e agiliza a montagem do selo restritivo compacto para caixas de mancais (1), pois dispensa o uso de ferramentas especiais de alinhamento.

A obtenção de um perfeito alinhamento é fundamental para que não haja desgaste dos elementos que compõem os labirintos.

A luva (10) apresenta um corte com perfil predominantemente em “J” deitado, no qual se destaca uma primeira porção extensa paralela ao eixo (100); uma segunda porção perpendicular a esta, que forma a outra parte do "J" e uma terceira porção menor (11), afastada da primeira, também paralela ao eixo (100), que atuará como parte de um labirinto interno.

A porção mais extensa tem sua extremidade livre direcionada para fora da caixa de mancal (100), e apresenta dois níveis de espessura ao longo de todo seu perímetro: um nível mais alto que serve como um dente (12) de apoio e trava ao próximo componente, enquanto o nível mais baixo (13) será a base para acoplagem do anel de vedação “O” (c) e do defletor externo (20), como mostrado na Figura 1. Na sua extremidade livre ainda há um chanfro (14) terminado em um canal (15), como mostrado na Figura 2.

Por ordem de montagem, o próximo elemento formador do selo restritivo compacto (1) é o alojamento (40) já com o anel trava expansor (50) e o anel centralizador (60), acoplados.

Na Figura 1 é possível perceber que o alojamento (40) tem o perfil em corte preponderantemente em forma de “J”, invertido em relação à luva (10), e também se pode distinguir que a porção mais extensa (41) e paralela ao eixo (100) é voltada para o interior da caixa de mancais (110), onde se fixa.

Esta porção mais extensa (41) do alojamento (40) se subdivide em duas seções com funções específicas, a saber: A primeira seção (41a) distingue-se por estar totalmente sob a projeção da parede da caixa de mancais, e a segunda seção (41b) por estar fora da caixa de mancais.

A primeira seção (41a) é provida, em sua face interna, de dois canais subseqüentes (42) e (43).

No canal (43) é montado o anel trava expansor (50). Este anel tem a função precípua de impulsionar a porção mais extensa (41) do alojamento (40) contra a caixa de mancais (110), de modo a fixar firmemente o selo (1) na caixa. No entanto, o anel trava expansor (50) tem outra função igualmente importante: juntamente com o canal (42), a porção menor (11) da luva (10) e a extremidade livre da porção vertical também da luva (10), formam um labirinto interno e uma câmara de drenagem interna (2) ao longo de todo o perímetro interno do selo (1).

Este labirinto interno formado pelos componentes acima descritos, inédito em selos do tipo labirinto, além de intensificar a estanqueidade do selo em uma eventual falha do labirinto principal - que será descrito mais adiante, também funciona como um restritor à ação do óleo do interior da caixa de mancais sobre o dito labirinto principal.

Qualquer porção de óleo que consiga penetrar pela fina fenda (3), que separa luva (10) rotativa do alojamento (40), é dirigida para a câmara de drenagem interna (2), onde tenderá a tomar contato com a porção menor (11) da própria luva (10). Como esta também se encontra em rotação, pela ação da força centrífuga, impelirá o óleo contra o canal (42), que por sua vez conduzirá o fluxo para um dreno específico - descrito mais adiante - provido na seção inferior do selo (1).

A segunda seção (41b) da porção mais extensa (41) do alojamento (40) se encontra fora da caixa de mancais (110), mas não faceia totalmente a parede externa da caixa de mancais (110). A segunda seção (41b) é ligeiramente separada da parede externa da dita caixa de mancais por um dente (44), formando assim, um canal entre parede externa da caixa de mancais (110) e o corpo externo do selo (1). Este canal tem como função facilitar a desmontagem do selo, pois pode abrigar a ponta de uma espátula que atuará como alavanca.

A porção vertical do alojamento (40) é provida com um formato que espelha a face interna do defletor externo (20) e há pelo menos um canal principal (45) que juntamente com um dente (46) formam uma semicâmara de drenagem externa (4). Tal como ocorre com a câmara de drenagem interna (2), qualquer líquido que entre em contato com o defletor externo (20) será impelido para fora pela força centrifuga gerada no fluido pelo defletor externo (20).

A porção mais curta do alojamento (40), também disposta no sentido paralelo ao eixo (100), tem sua extremidade livre voltada para o interior da caixa de mancais (110). A dita extremidade livre é provida com uma cavidade dentada (47) em torno de todo o perímetro do alojamento (40). A esta cavidade dentada (47) é fixado o anel centralizador (60) com uma seção preponderantemente poligonal.

O anel centralizador (60) é preferencialmente composto com uma liga mais fraca do que o material da luva (10), em uma das concretizações foi usado TEFLON® impregnado com bronze a uma percentagem 40% a 70% de bronze, particularmente uma percentagem 55% de bronze.

No momento da montagem do selo (1), o anel centralizador (60) atuará como uma ferramenta que deslocará a luva (10) para a exata posição de funcionamento do dito selo. Isto é possível devido à interferência do anel centralizador (60) sobre o dente (12) da luva (10).

Após a montagem do selo (1), devido ao esforço de montagem, não haverá folga entre estes três elementos: a cavidade dentada (47), o anel centralizador (60) e o dente (12) da luva (10). No entanto, como o anel centralizador (60) é composto por uma liga de teflon® impregnado com bronze, logo após as primeiras rotações da luva (10) haverá um desgaste programado da face de contato do anel centralizador (60). Este desgaste originará uma folga muito pequena, mas suficiente para impedir o atrito entre os componentes fixos e móveis do selo restritivo compacto (1) agora proposto.

Deve-se salientar que a configuração em degraus sucessivos da porção mais curta do alojamento (40), somado ao ajuste de alta precisão entre o anel centralizador (60) e o dente (12) da luva (10), atuam como um labirinto principal de alta performance.

O último componente do selo a ser acoplado é o defletor externo (20), que tem um formato circular fechado com perfil em corte preponderantemente em forma de “L”. A porção mais longa deste componente é disposta perpendicularmente ao eixo (100); sua extremidade livre apresenta um chanfro (21) em formato de “V”, e provido à jusante com um dente (22). Este perfil complementa o perfil do canal principal (45) e do dente (46) da porção vertical do alojamento (40), formando a semicâmara de drenagem externa (4) referida anteriormente.

A porção mais curta do defletor externo (20), que é paralela ao eixo (100), é provida com dois canais (23) e (24), um em cada extremidade do segmento da porção. O canal mais interno (23) é configurado para abrigar o anel de vedação “O” (c). O canal mais externo (24), preferencialmente de formato poligonal, abriga um anel trava restritivo (30). Como o dito anel trava restritivo após a montagem do selo apresenta-se disposto em uma posição intermediária entre o canal mais externo (24) e o canal (15) da luva (10), é necessário que seu diâmetro médio seja tal que os dois canais fiquem perfeitamente alinhados.

O anel trava restritivo (30) apresenta duas funções importantes:
Em um primeiro momento ele impede que o defletor externo (20), ultrapasse a posição ideal de ajuste durante a montagem. Assim há uma garantia que o perfil complementar do canal principal (45) e do dente (46) da porção vertical do alojamento (40), nunca encoste ou se afaste da câmara de drenagem externa (4).
Em um segundo momento, ele atua como ferramenta de saque da luva (10), quando se extrai o alojamento (40) com uma espátula atuando no dente (44).

A Figura 3 apresenta um perfil em corte do selo restritivo compacto (1), porém em um segmento inferior do dito selo.

É fácil perceber com o auxílio da vista frontal interna (Figura 3A) a existência de um dreno (D1) no ponto mais inferior do selo (1). O dreno (D1) esgota de volta para o interior da caixa de mancais (110), todo o óleo que foi impelido contra o canal (42) da câmara de drenagem interna (2). Esta capacidade de drenagem torna o selo (1) altamente eficiente no isolamento do fluxo de óleo no sentido interior/exterior, principalmente em situações severas de uso, ou em casos esporádicos de excesso de óleo na caixa de mancais.

Pode-se perceber a existência de um dreno equivalente na face externa do selo (1). A vista frontal externa (Figura 3B) ajuda a visualizar a existência de um dreno (D2) no ponto mais inferior do selo (1). O dreno (D2) esgota para fora, todo o fluido ou umidade que foi impelido contra o canal (45) da câmara de drenagem externa (4).

O selo restritivo compacto para caixas de mancais (1), objeto da atual invenção, apresenta diversas vantagens em relação aos selos tipo labirintos existentes no mercado.

Com base na descrição detalhada apresentada, é possível perceber que o selo restritivo compacto (1) possui três pontos distintos de proteção:

(i) o labirinto formado pela câmara de drenagem interna (2),
(ii) o labirinto formado pela câmara de drenagem externa (4), e
(iii) um ponto de ajuste de alta precisão estabelecido entre o dente (12) da luva (10) e o anel centralizador (60).

Pode-se garantir, devido ao excelente alinhamento e por não haver geração de atrito, grande durabilidade dos labirintos, com a manutenção precisa dos ajustes ideais entre seus diversos componentes, pois o selo (1) possui meios de auto-alinhamento, tais como a existência de dois anéis de vedação “O”, e o anel trava restritivo (30). A existência destes componentes também permite que a montagem seja realizada como peça única, e dispense a utilização de prensa, podendo-se substituir a prensa por macete de borracha.

As dimensões dos selos são proporcionais e relativas ao diâmetro do eixo (100), e os eixos dos equipamentos situam-se geralmente em uma faixa de diâmetro de 20 mm a 100 mm.

Assim a faixa de espessura aplicada ao selo restritivo compacto para caixas de mancais (1), pode variar proporcionalmente aos diâmetros dos eixos dos equipamentos, mas em média o selo proposto pode ser de 2 mm a 4 mm mais finos dos que os existentes no mercado.

Estas espessuras são muito menores do que as espessuras encontradas nos selos atualmente conhecidos, portanto, esta nova faixa de espessuras de trabalho permite a aplicação do dito selo em bombas centrífugas e outros equipamentos de precisão.

A invenção foi aqui descrita com referência sendo feita à suas concretizações preferidas. Deve, entretanto, ficar claro, que a invenção não está limitada a essas concretizações, e aqueles com habilidades na técnica irão imediatamente perceber que alterações e substituições podem ser feitas dentro deste conceito inventivo aqui descrito.

Claims

SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais, compreendendo uma luva (10), um alojamento (40), selos de labirinto, anéis de vedação "O", anel de trava e um defletor externo, os quais são montados entre si de modo a estruturar um selo tipo labirinto para caixas de mancais, em que os elementos que compõem o selo tipo labirinto restringem ao máximo a comunicação entre o meio interno e externo da caixa de mancais, sendo adicionalmente caracterizado por ser a luva (10) circular fechada com perfil em corte preponderantemente em forma de "J" deitado, no qual se distingue uma porção extensa e paralela ao eixo (100), uma porção perpendicular, e uma menor porção (11) também paralela ao eixo (100); parede interna da luva (10) que faceia a superfície do eixo (100) é provida de cavidades (10a e 10b), para acomodar anéis de vedação em forma de "O" (a e b); esta mesma porção que é a mais extensa tem sua extremidade livre direcionada para fora da caixa de mancais (110), e apresenta dois níveis de espessura ao longo de todo seu perímetro: um nível mais alto que serve como um dente (12) de apoio e trava ao próximo componente, enquanto o nível mais baixo (13) será a base de acoplagem do defletor externo (20); na sua extremidade livre ainda há um chanfro (14) terminado em um canal (15); por ordem de montagem, o próximo elemento formador do selo restritivo compacto (1) é o alojamento (40) com um dos anéis de retenção sendo o anel trava expansor (50) e o anel centralizador (60) acoplados; o alojamento (40) tem o perfil em corte preponderantemente em forma de "J", em que existe uma porção mais extensa e paralela ao eixo (100) é voltada para o interior da caixa de mancais (110), onde se fixa; a porção mais extensa (41) do alojamento (40) é subdividida em duas seções com funções especificas, a saber: a primeira seção (41a) distingue-se por estar totalmente sob a projeção da parede da caixa de mancais (110), e a segunda seção (41 b) por estar fora da caixa de mancais; a primeira seção (41a) é provida, em sua face interna, de dois canais subsequentes (42) e (43); no canal (43) é montado o anel trava expansor (50); o anel trava expansor (50) juntamente com o canal (42), a porção menor (11) da luva (10) e a extremidade livre da porção vertical também da luva (10), forma concomitantemente um selo interno de labirinto dos selos de labirinto e uma câmara de drenagem interna (2) ao longo de todo o perímetro interno do selo (1); a segunda seção (41b) não faceia totalmente a parede externa da caixa de mancais (110), sendo ligeiramente separada da parede externa da dita caixa de mancais por um dente (44), formando assim, um canal entre parede externa da caixa de mancais (110) e o corpo externo do selo (1); a porção vertical do alojamento (40) é provida com um formato que espelha a face interna do defletor externo (20) e há pelo menos um canal principal (45) que juntamente com o dente (46) formam uma semi câmara de drenagem externa (4); a porção mais curta do alojamento (40), também disposta no sentido paralelo ao eixo (100), tem sua extremidade livre voltada para o interior da caixa de mancais (110); a dita extremidade livre é provida com uma cavidade dentada (47) em torno de todo o perímetro do alojamento (40), a esta cavidade dentada (47) é fixado o anel centralizador (60); que por sua vez apresenta formato circular fechado com perfil em corte preponderantemente em forma poligonal, e preferencialmente composto por uma liga com uma liga mais fraca do que o material da luva (10); o último componente do selo (1) a ser acoplado é o defletor externo (20), que tem um formato circular fechado com perfil em corte preponderantemente em forma de "L" em que existe uma porção mais longa que é disposta perpendicularmente ao eixo (100) e sua extremidade livre apresenta um chanfro (21) em formato de "V", a jusante é provido um dente (22); este perfil apresentado pela perna mais longa do deflator externo (20), combina com o perfil complementar do canal principal (45) e do dente (46) da porção vertical do alojamento (40), formando uma câmara de drenagem externa (4); a porção mais curta do defletor externo (20), paralela ao eixo (100) é provida com dois canais (23) e (24), um em cada extremidade do segmento da porção; o canal mais interno (23) é configurado para guarnecer um dos anéis de vedação "O" (c), já o canal mais externo (24), preferencialmente de formato poligonal, abriga o anel trava restritivo (30); o dito anel após a montagem do selo apresenta-se disposto em uma posição intermediária entre o canal mais externo (24) e o canal (15) da luva (10).
SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo anel centralizador (60) possuir formato circular fechado com perfil em corte preponderantemente em forma poligonal, composto por uma liga de PTFE impregnado com bronze a uma percentagem 40% a 70% de bronze, preferencialmente 55%.
SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos anéis de vedação "O" (a e b) se localizarem nas extremidades da luva (10), contribuindo substancialmente para o perfeito alinhamento axial da luva (10) ao eixo (100).
SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo anel trava expansor (50) juntamente com o canal (42), a porção menor (11) da luva (10) e a extremidade livre da porção vertical da luva (10), formar concomitantemente o selo interno de labirinto e a câmara de drenagem interna (2) ao longo de todo o perímetro interno do selo (1).
SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela segunda seção (41b) da porção mais extensa (41) do alojamento (40), que se encontra fora da caixa de mancais (110), não facear totalmente a parede externa da caixa de mancais (110); sendo ligeiramente separada da parede externa da dita caixa de mancais pelo dente (44), formando assim, o canal entre parede externa da caixa de mancais (110) e o corpo externo do selo (1).
SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por no momento da montagem do selo restritivo compacto (1), o anel centralizador (60) atuar como uma ferramenta que deslocará a luva (10) para a exata posição de funcionamento do dito selo.
SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por após as primeiras rotações da luva (10) a seguir da montagem do selo restritivo compacto (1), haver um desgaste programado entre a face de contato do anel centralizador (60) e o dente (12) da luva (10), suficiente para impedir o atrito entre os componentes fixos e móveis do selo restritivo compacto (1).
SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo anel trava restritivo (30), após a montagem do selo apresentar-se disposto em uma posição intermediária entre o canal mais externo (24) do defletor externo (20), e o canal (15) da luva (10), e exercer duas funções importantes: em um primeiro momento, impedir que o defletor externo (20) ultrapasse a posição ideal de ajuste durante a montagem, em um segundo momento, atuar como ferramenta de saque da luva (10).
SELO RESTRITIVO COMPACTO PARA CAIXA DE mancais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por sua montagem poder ser realizada como peça única, dispensando a utilização de prensa, e podendo ser utilizado um macete de borracha.