ES2224084T3 - Junta de obturacion. - Google Patents
Junta de obturacion.Info
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Abstract
Instalación de obturación para un árbol (2) o vástago, que está montado móvil en una guía dispuesta entre una cámara de alta presión (10) y una zona de baja presión (11) de una carcasa (1) resistente a la presión, que delimita la cámara de alta presión (10), y que está rodeado por un anillo de obturación (3), que se deforma parcialmente por medio de un anillo de presión (4) deformable, que se apoya bajo presión en la periferia exterior y que se apoya o casi se apoya periféricamente en el árbol (2) o el vástago, caracterizada porque el anillo de obturación (3) está constituido por metal duro o cerámica.
Description
Junta de obturación.
La presente invención se refiere a una
instalación de obturación según el preámbulo de la reivindicación
1.
Para la obturación de un árbol o vástago móvil en
la zona de transición entre una cámara de alta presión, que
conduce, por ejemplo, un medio líquido, y una cámara de baja
presión, se conoce insertar juntas de obturación de materiales
termoplásticos o de elastómero que, se apoyan, por una parte,
periféricamente en el árbol y, por otra parte, en la carcasa o en
partes de ella. Se conoce, por ejemplo, por el documento
GB-A-2 115 518 una junta de
obturación de este tipo.
En virtud de las altas presiones, que están en
tales sistemas por encima de 200 bares, así como de una diferencia
de la presión, que resulta a partir de ello con relación a la zona
de baja presión, de la velocidad de movimiento del árbol, de la
temperatura y del tipo del medio a obturar, hay que lamentar un
desgaste muy alto de los anillos de obturación, de donde resulta
una duración de vida útil sólo reducida con un tiempo de actividad
correspondientemente bajo del sistema, en el que se utiliza una
instalación de obturación de este tipo. En general, la fiabilidad
duradera del sistema está muy limitada.
Además, naturalmente, el desgaste descrito
condicionado por el funcionamiento de los anillos de obturación y
las interrupciones del funcionamiento frecuentes implicadas con
ello conducen a costes considerables, a los que se añaden los
costes de puesta en funcionamiento, de manera que una instalación de
obturación del tipo indicado al principio se opone a un
funcionamiento económico optimizado.
Para eludir estos inconvenientes de las
instalaciones de obturación conocidas, otras soluciones de
obturación consisten en prever un anillo de obturación, que rodea
el árbol con un intersticio de estrangulamiento periférico reducido.
Sobre la longitud de este intersticio de estrangulamiento se
elimina la diferencia de la presión entre la cámara de alta presión
y la zona de baja presión.
Sin embargo, esto va unido con una corriente de
fuga relativamente alta, que contribuye también a través de la
velocidad de la circulación a un desgaste por erosión, a través del
cual se incrementa el intersticio de estrangulamiento. En último
término, esto conduce a fugas inaceptables, que deben ser eliminadas
a través de reparaciones correspondientes.
Para la eliminación de estos inconvenientes, el
intersticio de estrangulamiento debe estar mantenido muy pequeño, lo
que solamente se puede realizar, por ejemplo, en virtud de la
exactitud necesaria, con un gasto de fabricación muy alto y con
costes de fabricación correspondientes. Por lo tanto, la mayoría de
las veces no se producen componentes de dimensiones mayores.
Por consiguiente, la presente invención tiene el
cometido de desarrollar adicionalmente una instalación de obturación
del tipo mencionado al principio de tal forma que sea posible una
obturación con mayor resistencia al desgaste y se reduzcan de esta
manera, en general, en una medida esencial los costes de
funcionamiento.
Este cometido se soluciona a través de una
instalación de obturación, que presenta las características de la
reivindicación 1.
De una manera más conveniente, el anillo de
obturación se forma a partir de un casquillo, que está constituido
con preferencia de metal duro o de cerámica y que está configurado
e forma de cordón en la zona de la deformación parcial. La zona
restante del anillo de obturación abarca el árbol con distancia
intersticial reducida. De la misma manera que el anillo de
obturación, también el árbol puede estar constituido por cerámica o
metal duro, en cada caso de la misma composición o de composición
diferente que el anillo de obturación.
Antes del montaje del anillo de obturación, éste
presenta una pared interior lisa continua. Solamente a través de la
impulsión del anillo de presión deformable con una fuerza se lleva
a cabo la deformación parcial en la dirección del árbol a través de
las fuerzas de deformación de transmisión del anillo de presión. De
acuerdo con la fuerza aplicada en cada caso, se produce una
deformación más o menos fuerte, es decir, una configuración más o
menos fuerte del anillo de cordón, por lo que se puede ajustar con
exactitud lo ajustado con que se apoya este anillo de cordón en el
árbol.
Incluso en el caso de desgaste de este anillo de
cordón de apoyo a través del movimiento axial y/o del movimiento de
rotación del árbol, se puede compensar este desgaste a través de un
reajuste y de una deformación adicional condicionada por ello del
anillo de presión.
El anillo de presión propiamente dicho está
constituido por metal o por un plástico adecuado y se apoya, por
otra parte, en la pared de la carcasa resistente a la presión, que
representa en este aspecto un cojinete opuesto.
La fuerza para la deformación del anillo de
presión y, por lo tanto, para la deformación del anillo de
obturación se puede transmitir a través de un anillo de presión y
se puede generar a través de tornillos, rosca o una instalación
hidráulica, que incide en la zona de baja presión y que es mayor
que la fuerza opuesta que resulta a partir de la presión de
funcionamiento que predomina en la cámara de alta presión, siendo
ajustable la fuerza libremente.
La deformación transversal elástica, que conduce
a la configuración del anillo de cordón mencionado, reduce el
intersticio presente originalmente también en esta zona entre el
anillo de obturación y el árbol, y en concreto de acuerdo con los
requerimientos deseados en este caso con respecto a la cantidad de
fuga, las tolerancias de fabricación a compensar y/o la
compensación del desgaste precedente. En caso necesario, se pueden
reducir las corrientes de fuga incluso hasta cero.
Puesto que el anillo de obturación o bien toda la
instalación de obturación trabaja casi libre de desgaste, se
consiguen, naturalmente, ventajas considerables frente al estado de
la técnica, especialmente con respecto a los costes de
funcionamiento. No es necesaria una substitución del anillo de
obturación tampoco después de muchas horas de funcionamiento, de
manera que se incrementa en una medida significativa el tiempo de
actividad del dispositivo, en el que está montada una instalación de
obturación de este tipo, con las ventajas de costes que se derivan
de ello.
Otros desarrollos de la invención están
identificados en las reivindicaciones dependientes.
A continuación se describen ejemplos de
realización de la invención con la ayuda de los dibujos adjuntos. En
este caso:
Las figuras 1 a 3 muestran, respectivamente, una
instalación de obturación en una semisección.
En las figuras se representa, respectivamente,
una instalación de obturación para un árbol 2, de forma alternativa
un vástago, que está montado de forma móvil en una guía dispuesta
entre una cámara de alta presión 10 y una zona de baja presión 11
de una carcasa 1 que delimita la cámara de alta presión 10. El árbol
2 se puede mover tanto en vaivén en la dirección axial como también
de forma giratoria o articulada.
La instalación de obturación presenta un anillo
de obturación 3, que está constituido con preferencia de metal duro
o de cerámica, que está configurado como casquillo y rodea el árbol
2, siendo el diámetro interior del anillo de obturación 2 mayor
esencialmente en una medida insignificante que el diámetro del árbol
2, de manera que se forma un intersticio interior 7.
En una parte de la envolvente exterior del anillo
de obturación 3 se apoya un anillo de presión 4 que forma una junta
de obturación estática y que es deformable y que puede estar
constituido por metal o plástico. Por otra parte, este anillo de
presión 4 se apoya en la pared de la carcasa 1 resistente a la
presión, penetrando en un alojamiento 22 en el ejemplo mostrado en
las figuras 1 y 3.
A través de un anillo de linterna 6 que funciona
como anillo de presión, partiendo de la zona de baja presión 11, se
aplica una fuerza F en dirección axial, de manera que se deforma el
anillo de presión 4, estando retenido fijo contra dilatación por
tres lados del alojamiento 22, que se forman, por una parte, por la
pared de la carcasa 1 y, por otra parte, por un apéndice en forma
de escalón del anillo de obturación 3 (figuras 1 y 3). En la
carcasa 1 y en el anillo de linterna 6 están previstos taladros de
alimentación 15, 16, a través de los cuales se puede conducir
líquido entre el anillo de linterna 6 y el árbol 2 para
refrigeración y lubricación.
Un espacio de alojamiento, que es comparable al
alojamiento 22, en el que está colocado el anillo de presión 4, está
delimitado, en el ejemplo de realización mostrado en la figura 2,
además del anillo de obturación 3 y de la pared de la carcasa 1,
por una superficie lateral frontal de una pieza de presión 12, que
está dispuesta entre el anillo de obturación 3 y el anillo de
linterna 6 y que rodea el árbol 2 en forma de anillo.
Cuando se aplica la fuerza F, se conducen las
fuerzas de deformación, que actúan sobre el anillo de presión 4,
radialmente en la dirección del árbol 2, por lo que resulta una
deformación parcial bajo la configuración de un anillo de cordón 5
en la pared interior del anillo de obturación 3, que conduce, de
acuerdo con la fuerza F aplicada, a que este anillo de cordón 5 se
apoye o casi se apoye en este árbol 2.
En el ejemplo de realización mostrado en la
figura 1, el anillo de obturación 3 es desplazado axialmente a
través de la presión ejercida sobre el anillo de linterna 6,
experimentando una tensión previa a través de la reducción axial de
una cámara 9 que está colocada adyacente a la carcasa 1. En este
caso, la fuerza F es mayor que el producto de la presión del medio
en la cámara de alta presión 10 y la superficie anular impulsada
con presión del anillo de obturación 3 en la cámara de alta presión
10 menos la presión en la zona de baja presión 11 multiplicada por
la superficie anular efectiva del anillo de linterna 6.
De acuerdo con el ajuste de la fuerza F a través
de tornillos, rosca o instalaciones hidráulicas, el anillo de
cordón 5 se aproxima más o menos al árbol 2. En este caso, el
anillo de cordón 5 puede ejercer incluso una cierta tensión de
presión sobre el árbol 2.
Mientras que, en los ejemplos de realización
según las figuras 1 y 3, el anillo de obturación 3 está montado
desplazable axialmente, en el ejemplo mostrado en la figura 2, está
colocado fijamente, es decir, que se apoya en el fondo de un
saliente 23, mientras que lleva un anillo de presión 4 en el
extremo opuesto. La deformación del anillo de cordón 5 se lleva a
cabo en este caso de la misma manera que se ha descrito
anteriormente sobre el anillo de linterna 6, pero de forma
indirecta, puesto que la pieza de presión 12 está dispuesta entre
el anillo de obturación 3 y el anillo de linterna 6.
Se impide un ensanchamiento del intersticio
interior 7 del cuerpo de obturación 3 en virtud de la presión
interior y una reducción implicada con ello del efecto de
obturación del anillo de cordón 5 por medio de un intersticio
exterior 8, que está formado porque el diámetro exterior del anillo
de obturación 3 en una zona longitudinal, que se proyecta
esencialmente en la cámara de alta presión 10, es menor que el
diámetro interior de la cámara de alta presión
10.
10.
Este intersticio exterior 8 está en comunicación
con la cámara de alta presión 10, de manera que en el intersticio
interior 7, que está en comunicación igualmente con la cámara de
alta presión 10, y en el intersticio exterior 8, predomina la misma
presión que en la cámara de alta presión 10.
En el ejemplo mostrado en la figura 2, la
comunicación entre la cámara de alta presión 10 y el intersticio
exterior 8 se establece a través de ranuras radiales 14 previstas
en el anillo de obturación 3, que están previstas sobre el lado
frontal del anillo de obturación 3, que se apoya en el saliente 23
de la carcasa 1.
Por lo demás, a través del intersticio interior 7
resulta un estrangulamiento y, por lo tanto, una reducción parcial
de la presión, de manera que en la zona de obturación formada a
través del anillo de cordón 5 existe una presión más reducida que
en la cámara de alta presión 10.
La variante de realización según la figura 2, en
la que el anillo de obturación 3 se apoya fijamente en el saliente
23 en la dirección de la fuerza F y se aplica la fuerza F a través
de la pieza de presión 12 sobre el anillo de presión 4, ofrece la
ventaja de una capacidad de ajuste mejorada, especialmente en el
caso de longitudes mayores de la instalación de obturación. Además,
se pueden utilizar materiales diferentes, óptimos para la función
respectiva para el anillo de obturación 3 y la pieza de presión
12.
En la instalación de obturación representada en
la figura 3, el anillo de obturación 3 está mantenido relativamente
corto frente al mostrado en la figura 1. El estrangulamiento de la
presión se lleva a cabo aquí a través de un casquillo 17, en uno de
cuyos lados se apoya el cuerpo de obturación 3 y que presenta sobre
su lado dirigido hacia el cuerpo de obturación 3, en la
prolongación de un intersticio interior 19, un chaflán 21, a través
del cual se proporciona una reducción de la superficie de contacto
con el cuerpo de obturación 3 y una elevación implicada con ello de
la tensión de contacto axial, que es mayor que la presión en la
cámara de alta presión 8. De esta manera se genera una acción de
obturación, que impide una compensación de la presión entre un
intersticio exterior 18 abierto hacia la cámara de alta presión 10 y
el intersticio interior 19, siendo el intersticio exterior 18 más
corto que el intersticio interior 19, que se extiende en este caso
sobre toda la longitud del casquillo 17.
Para generar una tensión previa inicial, está
previsto un muelle de compresión 20, que se apoya, por una parte,
en el saliente 23 de la carcasa y, por otra parte, en el lado
frontal del casquillo 17 que está alejado del anillo de obturación
3.
- 1
- Carcasa
- 2
- Árbol
- 3
- Anillo de obturación
- 4
- Anillo de presión
- 5
- Anillo de cordón
- 6
- Anillo de linterna
- 7
- Intersticio interior
- 8
- Intersticio exterior
- 9
- Cámara
- 10
- Cámara de alta presión
- 11
- Zona de baja presión
- 12
- Pieza de presión
- 13
- Cámara
- 14
- Ranura radial
- 15
- Taladro de alimentación
- 16
- Taladro de alimentación
- 17
- Casquillo de tope
- 18
- Intersticio
- 19
- Intersticio
- 20
- Muelle de compresión
- 21
- Chaflán
- 22
- Alojamiento
- 23
- Saliente
Claims (20)
1. Instalación de obturación para un árbol (2) o
vástago, que está montado móvil en una guía dispuesta entre una
cámara de alta presión (10) y una zona de baja presión (11) de una
carcasa (1) resistente a la presión, que delimita la cámara de alta
presión (10), y que está rodeado por un anillo de obturación (3),
que se deforma parcialmente por medio de un anillo de presión (4)
deformable, que se apoya bajo presión en la periferia exterior y
que se apoya o casi se apoya periféricamente en el árbol (2) o el
vástago, caracterizada porque el anillo de obturación (3)
está constituido por metal duro o cerámica.
2. Instalación de obturación según la
reivindicación 1, caracterizada porque la presión que actúa
sobre el anillo de presión (4) o bien el anillo de obturación (3)
se puede regular libremente.
3. Instalación de obturación según la
reivindicación 1, caracterizada porque el anillo de
obturación (3) está guiado a reducida distancia, bajo la formación
de un intersticio interior (7) sobre el árbol (2), teniendo lugar la
deformación parcial bajo la configuración de un anillo de cordón
(5) en la zona del intersticio interior (7).
4. Instalación de obturación según la
reivindicación 1, caracterizada porque el anillo de
obturación (3) está configurado como casquillo.
5. Instalación de obturación según la
reivindicación 1, caracterizada porque el anillo de presión
(4) es deformable por medio del anillo de obturación (3).
6. Instalación de obturación según la
reivindicación 5, caracterizada porque el anillo de
obturación (4) está insertado en un alojamiento (22) de la carcasa
(1).
7. Instalación de obturación según la
reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque el anillo de
obturación (3) está alojado de forma desplazable axialmente sobre
el árbol (2).
8. Instalación de obturación según una de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque se puede
aplicar una fuerza (F) a través de un anillo de presión, con
preferencia en forma de un anillo de linterna (6), sobre el anillo
de obturación (3).
9. Instalación de obturación según la
reivindicación 8, caracterizada porque la fuerza (F) se
puede aplicar a través de tornillos, rosca o hidráulicamente.
10. Instalación de obturación según la
reivindicación 1 ó 3, caracterizada porque entre el anillo
de obturación (3) y la pared adyacente de la carcasa (1) está
formado un intersticio exterior (8), estando el intersticio interior
(7) y el intersticio exterior (8) en comunicación con la cámara de
presión (10).
11. Instalación de obturación según la
reivindicación 1, caracterizada porque el anillo de presión
(4) está constituido por metal o plástico.
12. Instalación de obturación según la
reivindicación 1, caracterizada porque el anillo de
obturación (3) y/o el árbol (2) o vástago están constituidos por
metal duro o cerámica de la misma o diferente composición.
13. Instalación de obturación según la
reivindicación 1, caracterizada porque el anillo de
obturación (3) se apoya en el lado frontal en un saliente (23) de
la carcasa (1) cuando se aplica la carga a través de la fuerza
(F).
14. Instalación de obturación según la
reivindicación 12 ó 13, caracterizada porque en la zona de
apoyo del anillo de obturación (3) con el saliente (23) están
previstas ranuras radiales (14), a través de las cuales se ha
establecido una comunicación entre el intersticio exterior (8) y la
cámara de alta presión (10).
15. Instalación de obturación según la
reivindicación 13, caracterizada porque el anillo de presión
(4) es deformable por medio de una pieza de presión (12) guiada
axialmente sobre el árbol (2), apoyándose el anillo de presión (4)
en el anillo de obturación (3) y en la pared de la carcasa (1).
16. Instalación de obturación según la
reivindicación 15, caracterizada porque la pieza de presión
(12) está dispuesta entre el anillo de linterna (6) y el anillo de
obturación (3).
17. Instalación de obturación según la
reivindicación 1, caracterizada porque el anillo de
obturación (3) se apoya con su lado frontal, dispuesto aguas abajo
del anillo de presión (4), visto en la dirección de actuación de la
fuerza (F), en el lado frontal de un casquillo (17), que se apoya,
por otra parte, en un muelle de compresión (20), que descansa sobre
el saliente (23) de la carcasa (1).
18. Instalación de obturación según la
reivindicación 17, caracterizada porque entre el árbol (2) y
el casquillo (17) está formado un intersticio interior (19), que se
ensancha en la zona extrema dirigida hacia el anillo de obturación
(3), en forma de un chaflán (21) y se extiende sobre toda la
longitud del casquillo (17).
19. Instalación de obturación según la
reivindicación 17, caracterizada porque entre el casquillo
(17) y la pared asociada de la carcasa (1) está formado un
intersticio exterior (18), que está abierto hacia la cámara de alta
presión (10) y se extiende sobre una longitud parcial del casquillo
(17).
20. Instalación de obturación según una o varias
de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada porque en la
carcasa (1) y en el anillo de linterna (6) están previstos taladros
de alimentación (15, 16), a través de los cuales se puede conducir
líquido para la refrigeración y lubricación entre el anillo de
linterna (6) y el árbol (2).
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