ES2197236T3 - Anillo de obturacion de funcionamiento en seco. - Google Patents
Anillo de obturacion de funcionamiento en seco.Info
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- Y10S277/944—Elastomer or plastic
- Y10S277/945—Containing fluorine
- Y10S277/946—PTFE
Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN ANILLO DE OBTURACION, EN ESPECIAL PARA UN VASTAGO DE EMBOLO DE SECCION CIRCULAR, QUE PRESENTA EN SENTIDO AXIAL UNA ALTURA (H) Y UNA SUPERFICIE (2A) ORIENTADA HACIA UNA SUPERFICIE DE DESLIZAMIENTO (4). LA SUPERFICIE (2A) ESTA CONFORMADA DE FORMA CILINDRICA EN UNA PARTE (2B) DE LA ALTURA (H) PARA CONSTITUIR UNA SUPERFICIE DE OBTURACION (2B), Y EN OTRA PARTE (2C) SE VA ENSANCHANDO. EL ANILLO DE OBTURACION PRESENTA EN DIRECCION AXIAL UNA ELEVADA ESTANQUEIDAD, DE FORMA QUE LA MAYOR PARTE DEL GAS SALE ENTRE EL VASTAGO DEL EMBOLO Y LA SUPERFICIE DE OBTURACION (2B), CREANDOSE UN ALMACENAMIENTO DE GAS.
Description
Anillo de obturación de funcionamiento en
seco.
La invención se refiere a un anillo de obturación
de funcionamiento en seco según el preámbulo de la reivindicación
1.
Los anillos de obturación se disponen
habitualmente por parejas uno detrás de otro en un circuito en
serie y forman de esta manera una llamada empaquetadura. La presión
diferencial que actúa sobre los anillos de obturación individuales
provoca la compresión inicial de sus superficies de obturación en
la superficie de deslizamiento del cuerpo a obturar, por ejemplo de
un vástago de pistón. Se conocen, por ejemplo, por la patente CH
439 897 anillos de obturación de este tipo. Estos anillos de
obturación presentan el inconveniente de que las superficies de
obturación comprimidas inicialmente en la superficie de
deslizamiento provocan un calor de fricción intenso, lo que conduce
a un recalentamiento y a un desgaste rápido. Esto se aplica
especialmente con la utilización de anillos de obturación en
compresiones de pistón de funcionamiento en seco, que no requieren
lubricación externa en la parte de compresión. Tales compresores
presentan anillos de obturación fijos, por delante de los cuales se
mueve un vástago de pistón.
El cometido de la presente invención es proponer
un anillo de obturación adecuado para dispositivos que funcionan en
seco, cuya capacidad de obturación presenta un comportamiento
mejorado.
Este cometido se soluciona según las
características de la reivindicación 1. Las características
dependientes 2 a 7 se refieren a otras configuraciones ventajosas de
la invención. El dispositivo de obturación según la reivindicación
8 utiliza un anillo de obturación según la invención.
El anillo de obturación según la invención
presenta en dirección axial una altura H así como una superficie
orientada hacia la superficie de deslizamiento de funcionamiento en
seco del cuerpo a obturar, que está configurada de tal forma que se
extiende sobre una parte de la altura H paralelamente a la
superficie de deslizamiento y forma de esta manera una superficie de
obturación. La parte restante de la altura H del anillo de
obturación está distanciada de la superficie de deslizamiento.
En una configuración ventajosa del anillo de
obturación según la invención, la parte restante de la altura del
anillo de obturación, que no se apoya sobre la superficie de
deslizamiento, está configurada de forma que se ensancha
cónicamente.
El anillo de obturación se puede disponer en un
compresor de pistón de funcionamiento en seco, especialmente con
respecto al vástago de pistón, de tal forma que la región que se
ensancha cónicamente está alineada hacia el espacio cilíndrico y se
ensancha hacia el espacio cilíndrico. Un anillo de obturación de
este tipo presenta la ventaja de que la superficie de obturación,
que se apoya sobre el vástago de pistón, del anillo de obturación
es relativamente pequeña, lo que provoca, por ejemplo, una fricción
reducida. Otra ventaja de la configuración de la superficie según la
invención se puede ver en que a través de su conformación, en
combinación con la superficie de obturación reducida, el gas es
inducido a circular entre las superficies de obturación y el
vástago de pistón, de manera que entre la superficie de obturación
y el vástago de pistón se forma un alojamiento de gas. Un
alojamiento de gas de este tipo presenta la ventaja de que se
reduce adicionalmente la fricción entre el vástago de pistón y la
superficie de obturación.
Un anillo de obturación de este tipo según la
invención se puede aplicar de una manera especialmente ventajosa
cuando los elementos de obturación fijos presentan en dirección
axial una hermeticidad alta, de manera que se produce un alojamiento
de gas, porque una gran parte del gas circula hacia fuera entre el
vástago de pistón y la superficie de obturación.
La configuración de la superficie orientada hacia
la superficie de deslizamiento en la dirección de extensión axial
se puede realizar a través de una pluralidad de formas de
realización tales que la superficie presenta una primera región
parcial con una superficie que se extiende paralela a la superficie
de deslizamiento y una segunda región parcial con una superficie que
se distancia con respecto a la superficie de deslizamiento.
El anillo de obturación según la invención es
adecuado especialmente para la obturación de compresores de pistón
de funcionamiento en seco, que funcionan a presión muy alta.
Las figuras siguientes describen varios ejemplos
de realización de la invención. En este caso:
La figura 1a muestra una vista de una pieza de
obturación en forma de anillo.
La figura 1b muestra una vista lateral de la
pieza de obturación según la figura 1a.
La figura 1c muestra una vista en proyección
sobre una pieza de cierre.
La figura 1d muestra una vista lateral de la
pieza de cierre según la figura 1c.
La figura 1e muestra un anillo de obturación
compuesto en vista en proyección.
La figura 1f muestra una vista lateral del anillo
de obturación compuesto según la figura 1e.
La figura 1g muestra una sección a través de la
pieza de obturación según la figura 1a a lo largo de la línea
A-A.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de
otra forma de realización de un anillo de obturación.
La figura 3 muestra una vista longitudinal a
través de una disposición de obturación de funcionamiento en
seco.
La figura 4 muestra una vista en proyección sobre
el anillo de obturación según la figura 2.
La figura 4a muestra una sección transversal a
través del anillo de obturación a lo largo de la línea
(B-B).
La figura 4b muestra otra sección transversal a
través del anillo de obturación a lo largo de la línea
(C-C).
La figura 4c muestra una vista lateral sobre el
anillo de obturación desde la dirección (E).
La figura 1a muestra una pieza de obturación 2 en
forma de anillo, que presenta un fragmento 3 en forma de sector, de
manera que la pieza de obturación 2 presenta un orificio en este
lugar. La pieza de obturación 2 presenta una superficie 2a orientada
hacia el vástago de pistón. La figura 1g muestra una sección a lo
largo de la línea A-A, y muestra la sección
transversal en forma de L, que presenta la pieza de obturación 2 en
la presente forma de realización. La superficie 2a presenta una
altura H, donde una parte 2b de la superficie 2a está configurada
cilíndrica y se apoya sobre el vástago de pistón 4 indicado con
línea de trazos y forma una superficie de obturación 2b. La
superficie de obturación 2b tiene una anchura de al menos 1 mm en
dirección axial. Otra parte 2c de la superficie 2a presenta una
superficie que se distancia cónicamente desde la superficie del
vástago de pistón 4. El gas (G) que circula desde el lado del
cilindro penetra entre la parte 2c que se extiende cónicamente y el
vástago de pistón 4 y circula adicionalmente entre la superficie de
obturación 2b y el vástago de pistón. De esta manera, aparece un
alojamiento de gas entre estas dos superficies, lo que reduce en
gran medida la fricción.
El anillo de obturación 12 total presenta un
comportamiento elástico y está rodeado de una manera más ventajosa
por un muelle de manguera 13 que se encuentra en la ranura 1a, de
manera que el anillo de obturación 12 se apoya, pretensado
elásticamente, sobre el vástago de pistón 4. El gas que circula
entre la superficie de obturación 2b y el vástago de pistón 4
provoca una fuerza opuesta a la acción del muelle de manguera. El
gas que circula entre la superficie de obturación 2b y el vástago
de pistón 4 provoca de esta manera una reducción de la fuerza de
apriete del elemento de obturación en el vástago de pistón 4.
La pieza de obturación 2 presenta una parte
principal 2e, que termina a ambos lados en las piezas extremas 2i,
2d. A partir de la vista lateral de la figura 1b se deduce que las
dos partes extremas 2i, 2d están configuradas más finas que la parte
principal 2e en la dirección de una perpendicular S con respecto a
un plano que se extiende a través de la pieza de obturación o bien
con respecto a la dirección de movimiento del vástago de pistón. La
figura 1c muestra una pieza de conexión 1, que presenta una parte
principal 1e, así como piezas extremas 1g, que se conectan a ambos
lados de la misma, que están configuradas en forma de anillo. La
figura 1d muestra una vista lateral de la representación según la
figura 1c de la pieza de conexión 1, donde la pieza de conexión 1
presenta en dirección circunferencial una escotadura 1a para el
alojamiento de un muelle de manquera 13. Tanto la pieza de
obturación 2 como también la pieza de conexión 1 presentan
propiedades elásticas. La figura 1e muestra un anillo de obturación
12 compuesto por la pieza de cierre 1 y por la pieza de obturación
2. En este caso, la pieza de cierre 1 está colocada sobre la pieza
de obturación 2 de tal forma que la pieza de cierre 1 se apoya sobre
la pieza inferior 2f de la pieza de obturación 2, y porque la pieza
de obturación 1 rodea a la parte superior 2g de la pieza de
obturación 2 en forma de anillo. La parte principal 1e cubre el
fragmento 3 de la pieza de obturación 3, y se apoya sobre las
piezas extremas 2i, 2d en la dirección de la perpendicular S. La
parte principal 1e puede presentan sobre la superficie dirigida
hacia el vástago de pistón 4 un desarrollo como se representa en la
figura 1g. De esta manera, el anillo de obturación 12 presenta una
función de obturación sobre toda la superficie envolvente del
vástago de pistón 4. La parte principal 1e así como la pieza de
obturación 2 presentan un juego en la dirección circunferencial de
la pieza de obturación 2. De manera más ventajosa, el anillo de
obturación 12 está rodeado por un muelle de manguera 13, de manera
que el disco del anillo de obturación está bajo una tensión previa.
Durante el empleo del anillo de obturación 12 como elemento de
obturación, el movimiento del vástago de pistón conduce a un
desgaste de la superficie de obturación 2a, lo que provoca una
erosión del material. El muelle de manguera 13, el juego S1 así como
las propiedades elásticas del disco del anillo de obturación
garantizan que la superficie de obturación 2a se pueda apoyar,
además, sobre la superficie del vástago de pistón. La figura 1f
muestra una vista lateral del anillo de obturación 12 según la
figura 1e.
La figura 2 muestra en dibujo despiezado ordenado
otro anillo de obturación 12, que está constituido por una pieza de
obturación 2, un anillo de cubierta 1 que se puede disponer en la
dirección circunferencial del anillo de obturación 2 sobre este
anillo de obturación así como un muelle de manguera 3 que tensa el
anillo de cubierta 1 en dirección circunferencial. El anillo de
cubierta cierra herméticamente el punto de unión 21 en dirección
radial así como en dirección axial.
La vista en proyección, representada en la figura
4, de la pieza de obturación 2 presenta una superficie 2a, 2b que
se extiende de forma circular a lo largo del circuito interior, la
cual está dirigida hacia el vástago de pistón 4 y ejerce una función
de obturación. La pieza de obturación 2 está configurada como un
anillo de una sola pieza con una división 21, de manera que la pieza
de obturación 2 termina en dos extremos 2h, 2k. El extremo 2k está
configurado de tal forma que presenta una sección 2i que se
extiende en la dirección circunferencial de la pieza de obturación
2, cuya sección configura junto con el otro extremo 2h un punto de
unión a solada en la dirección circunferencial. La pieza de
obturación 2 presenta propiedades elástica, de manera que presenta
un juego S en la región de la división 21. En el presente ejemplo
de realización, la pieza de obturación 2 está configurada de tal
forma que su espesor de pared radial D se reduce de forma continua
partiendo del punto Dmax, opuesto a la división 21, hacia la
división 21, es decir, en dirección D1 o D2. De esta manera, también
una pieza de obturación, que está fabricada de un material con un
módulo de elasticidad elevado, como por ejemplo un polímero de alta
temperatura, presenta un comportamiento cada vez más elástico o cada
vez más blando a flexión.
La figura 3 muestra una sección longitudinal a
través de una disposición de junta de funcionamiento en seco o bien
de una llamada empaquetadura 6. A ella pertenece al menos una
cámara de obturación 14, que rodea el vástago de pistón 4, que se
forma por dos anillos de cámara 5, y que están enroscados
herméticamente hacia el espacio cilíndrico asociado. En la cámara de
obturación 14 está dispuesto un anillo de obturación 12 de dos
partes, que comprende una pieza de obturación 2 así como un anillo
de obturación 1. Además, un muelle de manguera 13 tensa el anillo de
obturación 1. La superficie de obturación 2a presenta una
superficie 2c que se ensancha en forma de cuña hacia el espacio de
compresión 15.
La pieza de obturación 2 según la figura 4
presenta una superficie 2a con una superficie parcial 2c que se
extiende en forma de cono. La superficie parcial 2c está
interrumpida en tres partes por medio de una nervadura 2p. La
figura 4a muestra una sección a través de la pieza de obturación 2
a lo largo de la línea B-B y muestra la superficie
parcial 2c que se configura extendida de forma cónica, que se
extiende en dirección axial, así como la superficie parcial 2b que
se extiende cilíndricamente, que provoca la obturación entre la
pieza de obturación 2 y el vástago de pistón 4. La superficie
parcial 2c que se extiende de forma cónica incide, bajo un ángulo
\beta, sobre la superficie del árbol 4. La figura 4b muestra una
sección a través de una nervadura 1p de la pieza de obturación 2 a
lo largo de la línea C-C. Una nervadura 2p está
configurada de tal forma que la superficie interior 2a presenta en
dirección axial una anchura que corresponde a la anchura H de la
pieza de obturación 2 y se extiende paralelamente a la superficie
del árbol 4. Una nervadura 2p se apoya, sobre toda la anchura H,
sobre el árbol 4 y sirve para la estabilización de la posición de
la pieza de obturación 2. El ejemplo de realización representado
muestra tres nervaduras 2p dispuestas distribuidas sobre la
periferia de la superficie 2a, estando dispuesta una nervadura 2p en
la región de la división 21. Una pieza de obturación 2 puede estar
configurada, naturalmente, también sin nervadura 2p, de manera que
la superficie parcial cónica 2c se extiende sin interrupción sobre
toda la periferia de la superficie 2a.
La superficie parcial 2c que se extiende
cónicamente presenta, según la figura 4a, una distancia máxima B
con respecto al árbol 4. En una forma de realización de la pieza de
obturación 2, el juego S está configurado de una anchura tal que
presenta una anchura de ``2 por Pi (\Pi) por B''. Un anillo de
obturación 12 con una pieza de obturación configurada de esta manera
forma en una primera fase de funcionamiento un anillo de fricción y
en una segunda fase de funcionamiento un anillo de circulación. En
la primera fase de funcionamiento, la pieza de obturación 2 presenta
una superficie parcial 2c que se extiende cónicamente. A medida que
aumenta el desgaste en la superficie de obturación 2b, se retrasa
la superficie parcial 2c que se extiende cónicamente hasta que la
superficie de obturación 2b se extiende sobre toda la anchura H. Si
se configura ahora el juego S de acuerdo con una anchura de ``2 por
Pi (\Pi) por B'', entonces el juego es igual a cero tan pronto
como la superficie parcial 2c se ha retrasado totalmente. En este
estado, la pieza de obturación 2 se convierte en un anillo de
circulación, puesto que el juego es igual a cero, apenas se produce
un desgaste de la superficie de obturación 2b, de manera que la
pieza de obturación 2 presenta una falta de hermeticidad casi
constante durante la segunda fase de funcionamiento, o bien el
anillo de obturación 1 presenta una resistencia máxima a la
circulación, casi constante durante la segunda fase de
funcionamiento.
La figura 4c muestra una vista lateral del anillo
de obturación según la figura 4 desde la dirección E. El punto de
unión de la pieza de obturación 2 presenta los dos extremos 2h, 2k,
presentando el extremo 2h la sección extrema 2i que se extiende en
la dirección circunferencial, de manera que resulta un punto de
unión a solapa en la dirección circunferencial con una división 21 o
bien con un juego S.
La superficie parcial 2c está configurada no sólo
de manera que se extiende cónicamente sino que puede adoptar
cualquier desarrollo discrecional, de tal forma que en la región de
la superficie parcial 2c se forma una distancia entre el árbol 4 y
la pieza de obturación 2.
De una manera más ventajosa, en el punto de unión
21 está dispuesta, en cada pieza extrema 2k, 2h, respectivamente,
una nervadura 2p, para conseguir una buena hermeticidad del anillo
de obturación. A lo largo de la superficie (2a) pueden estar
dispuestas también una pluralidad de nervaduras 2p, distribuidas en
dirección circunferencial, tal como, por ejemplo, 2, 4, 7, 12 ó 24
nervaduras 2p. Las nervaduras 2p pueden estar configuradas muy
estrechas en la dirección circunferencial, de manera que, con
respecto a la dirección circunferencial, la distancia entre dos
nervaduras 2p es mayor que un múltiplo que la anchura de una
nervadura 2p. Las nervaduras 2p pueden estar realizadas con una
anchura constante o pueden presentar también anchuras
diferentes.
La pieza de obturación (2) puede estar fabricada
de un plástico como politetrafluoretileno (PTFE), un polímero de
alta temperatura modificado, como polieteretercetona (PEEK),
polietercetona (PEK), poliimida (PI), sulfuro de polifenileno (PPS),
polibenzimidazol (PBI), poliamidimida (PAI).
Claims (8)
1. Anillo de obturación (12) de funcionamiento en
seco para un vástago de pistón (4) de funcionamiento en seco con
una sección transversal de forma circular, que presenta en
dirección axial una altura (H) así como una superficie (2a)
orientada hacia una superficie de deslizamiento (4a), y que
presenta una superficie frontal que se extiende radialmente con
respecto a la dirección axial, caracterizado porque toda la
superficie (2a) orientada hacia la superficie de deslizamiento (4a)
está constituida por dos superficies parciales (2b, 2c) dispuestas
consecutivamente en la dirección de la extensión de la altura (H),
por una primera superficie parcial (2b) libre de escalón, que está
configurada de forma que se extiende cilíndricamente, para formar
una superficie de obturación y por una segunda superficie parcial
(2c), que está configurada de manera que, partiendo desde la primera
superficie parcial (2b), se extiende en la dirección de la
extensión de la altura (H), y porque la primera superficie parcial
(2b) se extiende partiendo desde la superficie frontal en la
dirección de la altura (H).
2. Anillo de obturación de funcionamiento en seco
según la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda
superficie parcial (2c) se ensancha cónicamente.
3. Anillo de obturación de funcionamiento en seco
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el anillo de obturación presenta un punto de unión (21) con
un juego de compensación (S), porque la segunda superficie parcial
(2c) se ensancha en dirección radial en la medida de una distancia
máxima B, y porque el juego de compensación (S) presenta una anchura
de ``2 por \Pi por B''.
4. Anillo de obturación de funcionamiento en seco
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque a lo largo de la superficie (2a) están dispuestas una
pluralidad de nervaduras (2p) distribuidas en dirección
circunferencial.
5. Anillo de obturación de funcionamiento en seco
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque éste comprende una pieza de obturación (2), que está
fabricada de un plástico como politetrafluoretileno (PTFE), un
polímero de alta temperatura modificado, como polieteretercetona
(PEEK), polietercetona (PEK), poliimida (PI), sulfuro de
polifenileno (PPS), polibenzimidazol (PBI), poliamidimida
(PAI).
6. Anillo de obturación de funcionamiento en seco
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque éste está configurado de tal forma que la segunda superficie
parcial (2c), que se ensancha cónicamente, se puede disponer hacia
la cámara cilíndrica.
7. Anillo de obturación de funcionamiento en seco
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque éste presenta una división (21) y porque la pieza de
obturación (2) presenta un espesor de pared radial que se reduce
hacia la división (21).
8. Anillo de obturación de funcionamiento en seco
de un vástago de pistón (4) de funcionamiento en seco con un anillo
de obturación (12) de funcionamiento en seco según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anillo
de obturación de funcionamiento en seco delimita un lado de alta
presión con respecto a un lado de baja presión, y porque el anillo
de obturación de funcionamiento en seco está dispuesto de tal
manera que la segunda superficie parcial (2c) está dispuesta hacia
el lado de alta presión y se ensancha hacia el lado de alta
presión.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP95810400 | 1995-06-14 | ||
| EP95810400 | 1995-06-14 |
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