ES2275862T3 - Junta de estanqueidad metalica elastica abierta con partes salientes descentradas. - Google Patents
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Abstract
Junta (10) de estanquidad metálica elástica abierta, que comprende un alma metálica elástica y una envolvente (14) metálica externa en la que está encastrada el alma metálica, presentando la junta (10), cuando está en reposo, una sección de forma circular abierta que define un eje (A2) medio, es decir, una recta que pasa por el centro geométrico de la sección de la junta en reposo, encontrándose la abertura (12) entre dos superficies (16) de liberación que son opuestas y que poseen, cada una de ellas, una parte (15) saliente cuyo vértice está destinado a formar un contacto estanco con un objeto (8) bajo el efecto de un esfuerzo de apriete determinado, que se caracteriza porque, en reposo, las partes (15) salientes están ligeramente descentradas con relación al eje (A2) medio por el lado opuesto de la abertura, de modo que se aproximan a este eje (A2) medio, bajo el efecto del esfuerzo de apriete.
Description
Junta de estanqueidad metálica elástica abierta
con partes salientes descentradas.
La invención se refiere al campo de la
estanquidad estática, y en particular, a una junta metálica elástica
que debe asegurar una estanquidad a fuerzas de apriete inferiores a
las que se necesitan para la eficacia de una junta cuya alma es un
resorte.
Tomando en consideración la elección de sus
materiales frente a su insensibilidad al fluido corrosivo, su buen
comportamiento a altas y bajas temperaturas y su buena uniformidad
con el tiempo, las juntas de estanquidad metálicas son utilizadas
en sectores de aplicación muy diversos, entre los que se pueden
citar, de forma no limitativa, las industrias química, petrolera y
nuclear, así como los sectores del automóvil y espacial. La calidad
de la estanquidad proporcionada por una junta de estanquidad depende
especialmente de la presión específica desarrollada entre las
superficies de contacto de la junta y las bridas de montaje en las
que se ha colocado la junta. En el transcurso del apriete inicial
del montaje, la presión específica debe ser suficiente para
permitir la adaptación de la junta a las irregularidades de las
superficies de las bridas. Está claro, por lo tanto, que la presión
específica de apriete debe ser relativamente elevada, y en cualquier
caso superior a la presión de fluido reinante en el interior del
volumen delimitado por la junta y por las superficies de las bridas
de apriete.
Por otra parte, en numerosas aplicaciones, el
esfuerzo de apriete debe permanecer bajo. Este es en particular el
caso cuando el conjunto es poco accesible y se hace difícil la
manipulación de las herramientas de apriete, como en la industria
nuclear y en la industria de los semiconductores, y cuando los
conjuntos fabricados con material de características superiores,
deben ser aligerados y no soportan esfuerzos elevados, como en las
industrias aeronáutica y espacial. Para obtener un resultado de ese
tipo, se han puesto a punto juntas tóricas metálicas que utiliza
como elemento elástico un tubo abierto, con preferencia recubierto
con una fina capa de material dúctil. Cada superficie de contacto
posee una parte saliente en el eje de la sección de la junta tórica
normal con las superficies de las bridas de apriete. Esto permite
reducir, en un factor de 2, los esfuerzos de apriete sobre este
tipo de junta. Se puede citar, a este efecto, la Patente
US-3 188 100. El principio y las desventajas del
funcionamiento de la junta descrita en la Patente
US-3 188 100, se explican con relación a las
Figuras 1 y 2.
Con referencia a la Figura 1, que muestra en
corte la junta descrita en esta Patente americana, se comprueba que
ésta es de forma anular, siendo su sección de revolución. Por el
contrario, esta última está abierta por medio de una abertura 2
dispuesta por el interior de la junta. Se ha constituido mediante
dos partes que son principalmente un alma 3 metálica, alrededor de
la cual se ha dispuesto una capa 4 externa más blanda. El conjunto
se ha mecanizado sobre las partes que deben entrar en contacto con
las piezas a estanquizar, con el fin de formar dos partes 5
salientes que sobresalen con respecto a una superficie 6 plana, por
cada lado de la junta. Estas dos partes 5 salientes están por tanto
destinadas a entrar en contacto con las dos superficies, con las
que debe contactar la junta, y ser parcialmente aplastadas contra
las mismas.
La elección de una estructura general en forma
de tubo abierto, no permite satisfacer simultáneamente una baja
rigidez del conjunto y una alta estanquidad, a pesar de la presencia
de las partes 5 salientes. En efecto, la estructura en forma de
tubo abierto conduce a una deformación asimétrica de la sección de
la junta en el transcurso de su aplastamiento y, por consiguiente,
a una degradación de la estanquidad generada por un desplazamiento
de las partes 5 salientes, como muestra la Figura 2.
En esta última, los puntos C1 y C2 indican los
dos lugares de una parte saliente, respectivamente antes y después
del aplastamiento. En efecto, la junta 1 ha sido representada en
contacto con dos superficies que delimitan dos espacios que deben
ser estanquizados y que se aproximan, durante el aplastamiento. Se
produce un desplazamiento Da del emplazamiento C1 con relación al
emplazamiento C2 del punto de contacto. Se puede incluso constatar
que, durante el aplastamiento de la junta 1, los extremos 7 de la
estructura abierta que constituye la junta 1 se aproximan
ligeramente y se descentran hacia el exterior. En otros términos, si
el posicionamiento inicial de las partes salientes, referenciadas
con 5 en la Figura 1, se encuentra en mitad de la estructura
geométrica de la junta, como el punto C1 en la Figura 2, el punto
C2, que representa el posicionamiento de las partes salientes tras
el aplastamiento de la junta 1, no se encuentra en mitad de ésta,
sino en posición excéntrica. Este desplazamiento de este eje de la
sección de la junta, es por tanto perjudicial para la obtención de
la estanquidad que se busca. En una junta de ese tipo, el mejor
nivel de estanquidad se obtiene en el transcurso del aplastamiento
y no al final del aplastamiento, como pretenden los usuarios. Se
puede incluso asistir a una degradación de la estanquidad en el
transcurso del aplastamiento.
Las Patentes francesas FR-2 557
662 y FR-2 636 115 describen, cada una de ellas, un
tipo de junta metálica tórica cuya alma está constituida por un
resorte helicoidal, y que poseen dos partes salientes mecanizadas
sobre la envolvente externa. Sin embargo, la elección de un resorte
helicoidal para que constituya el alma central de la junta no
permite reducir el esfuerzo de apriete más allá de un cierto umbral,
puesto que existe un riesgo muy elevado de basculamiento de las
espiras del resorte y, como consecuencia, una reacción aleatoria
del resorte sobre el alcance de la estanquidad.
El objeto de la invención consiste por tanto en
subsanar estos inconvenientes, proponiendo otro tipo de junta
metálica elástica con partes sobresalientes.
A este efecto, el objeto principal de la
invención consiste en una junta de estanquidad metálica y elástica
abierta que comprende un alma metálica y una envolvente metálica
externa en la que se ha encastrado el alma metálica elástica, y que
presenta, cuando la junta está en reposo, una sección de tipo
circular abierta que define un eje medio, es decir, una recta que
pasa por el centro geométrico de la sección en reposo, encontrándose
la abertura de la estructura general de la junta entre dos
superficies de liberación opuestas que poseen, cada una de ellas,
una parte saliente, cuyo vértice está destinado a entrar en contacto
estanco con un objeto, bajo el efecto de un esfuerzo de apriete
determinado.
Según la invención, en reposo, las partes
salientes están ligeramente descentradas con relación al eje medio,
por el lado opuesto de la abertura, de modo que se aproximan a este
eje medio, bajo el efecto del esfuerzo de apriete.
Con preferencia, las partes salientes son
simétricas con relación al plano medio de la junta.
En la realización preferente de la junta
conforme a la invención, las dos superficies de liberación son
perpendiculares, cada una de ellas, a un eje de simetría de la
parte saliente a la que se asocian, y cuyo eje de simetría pasa por
el centro del círculo definido por la sección circular de la
junta.
En este caso, cuando la junta está en reposo,
cada superficie de liberación posee una parte saliente cuyo eje de
simetría está inclinado en un ángulo \alpha determinado,
comprendido entre 1º y 12º, teniendo este ángulo \alpha de
inclinación tendencia a desaparecer bajo el efecto del esfuerzo de
apriete.
En un gran número de realizaciones de junta
según la invención, ésta tiene forma general anular. En ese caso,
la abertura puede ser posicionada hacia el eje de simetría de la
junta, o bien opuesta a éste.
La junta puede ser asimismo de diferentes
formas, por ejemplo de forma elíptica, de forma triangular o de
forma rectangular.
Las partes salientes pueden ser de varias
formas, por ejemplo de forma generalmente triangular, de forma
generalmente trapezoidal, de forma generalmente elíptica, o de
forma generalmente rectangular.
Con preferencia, la altura de las partes
salientes, de sección aproximadamente triangular, está comprendida
entre 0,05 y 0,50 mm.
La invención y sus diferentes características,
podrán ser mejor descritas con la lectura de la descripción que
sigue, acompañada de varias Figuras que representan
respectivamente:
- la Figura 1, una junta metálica según la
técnica anterior;
- la Figura 2, el comportamiento de la junta
metálica de la técnica anterior en funcionamiento;
- la Figura 3, el principio de funcionamiento de
la junta metálica elástica según la invención;
- la Figura 4, la junta metálica elástica según
la invención;
- las Figuras 5 y 6, curvas relativas al buen
funcionamiento de la junta metálica elástica según la invención;
- las Figuras 7 a 10, diferentes formas que se
puede dotar a la junta, y
- las Figuras 11 a 14, diferentes formas que
pueden tener las partes salientes.
Con referencia a la Figura 3, el funcionamiento
de la junta según la invención está basado en un principio similar
al de la junta de la técnica anterior, evocado en el documento
americano con, no obstante, un matiz preponderante que es el
siguiente.
La junta 10 posee una estructura cilíndrica
abierta con una abertura 12. La misma posee, en cada superficie 16
de liberación, una parte saliente que debe entrar en contacto con
los objetos a estanquizar, cada uno en relación con el otro. Sin
embargo, esta parte 15 saliente está situada en un emplazamiento,
referenciado como D1 o D2, sobre un eje A1, de forma libremente
desplazada con relación a un eje A2 medio de la junta 10 con
anterioridad al aplastamiento, que pasa por el centro geométrico de
la sección de la junta 10. En otros términos, existe una pequeña
distancia \Deltaa entre el eje A1 que pasa por los dos puntos D1 y
D2, esquematizando cada uno de ellos una parte saliente, y el eje
A2 medio de la junta 10 con anterioridad al aplastamiento.
De este modo, mediante la Figura que muestra las
posiciones de antes y de después del aplastamiento, se aprecia que
la junta 10 se desplaza ligeramente hacia el exterior con relación
al eje A3 medio de la junta, como esquematiza el cambio de posición
de los extremos 17 de la junta 10 con relación a la abertura 12. En
otros términos, al final del aplastamiento, el eje de simetría de
cada parte saliente debe encontrarse en el entorno de D'1 o D'2, en
contacto estanco frente a las partes 8, sobre o muy cerca del eje A2
medio de la junta 10. En consecuencia, conviene prever por tanto la
posición, en reposo, de las partes salientes, desplazada del eje A2
medio, como esquematizan los emplazamientos D1 y D2. Cualquiera que
sea la posición de la abertura 12, las partes 165 salientes se
sitúan por el lado opuesto a esta abertura.
La Figura 4 muestra con detalle una realización
preferente de la junta según la invención. Ésta comprende un alma
13 metálica realizada con frecuencia con un material que posee un
elevado límite elástico, tal como acero inoxidable laminado en
frío, cuproberilio, y aleaciones de níquel o de titanio. Alrededor
de esta alma 13 metálica, se encuentra la envolvente 14 externa,
prevista en un material muy dúctil, tal como aluminio, plata, oro o
cobre, u otro material de ductibilidad equivalente, o menos dúctil,
tal como níquel o acero inoxidable.
Dos superficies 16 de liberación, han sido
previstas en posiciones casi diametralmente opuestas, y son planas.
Sin embargo, no son paralelas, puesto que están inclinadas las dos
hacia un mismo lado con un mismo ángulo \alpha de inclinación. En
una zona intermedia, con preferencia en mitad de cada una de las
superficies 16 de liberación, se ha previsto una parte 15 saliente
de sección aproximadamente triangular. El eje A5 de simetría de cada
parte 15 saliente se encuentra así inclinado con un mismo ángulo
\alpha de inclinación con respecto al eje A2 medio, y pasa por el
centro geométrico de la sección de la junta 10.
Debido a esta inclinación de las superficies 16
de liberación, éstas pueden tener, cada una de ellas, un extremo 19
en contacto con una de las piezas 8 con relación a las cuales debe
asegurarse la estanquidad. Así, eligiendo una altura h de las
partes 15 salientes, un ángulo \alpha de inclinación de las
superficies 16 de liberación y una longitud de estas superficies 16
de liberación, es posible obtener, cuando la junta se encuentra
colocada con anterioridad al aplastamiento, un doble contacto entre
ésta y las piezas 8. En efecto, se puede prever que cada una de
estas piezas 8, cuyas superficies son paralelas, puede estar en
contacto a la vez con los vértices de una parte 15 sobresaliente y
con un extremo 19 de la superficie 16 de liberación correspondiente
al comienzo del aplastamiento, pero este doble contacto no es
perjudicial para un buen funcionamiento al final del
aplastamiento.
A título de ejemplo, el ángulo \alpha de
inclinación debe ser pequeño, y puede variar entre 1 y 15º. La
elección de su valor exacto viene impuesta por la doble exigencia
de obtener un nivel de estanquidad óptimo al final del apriete, y
mantener este mismo nivel de estanquidad para un esfuerzo de umbral
lo más bajo posible en fase de descompresión.
Para una envolvente de aluminio, con un espesor
de 0,5 mm, y para un diámetro exterior de 4,2 mm, se puede prever
un ángulo \alpha de inclinación del orden de 8º, lo que conduce a
un descentrado de los ejes A1 y A2 de la Figura 3, del orden de
0,30 mm para una altura h de 0,1 mm.
La Figura 5 representa una curva característica
del esfuerzo lineal de apriete F, en función del aplastamiento E
aplicable tanto a las juntas de la técnica anterior como a las
juntas conforme a la invención.
La Figura 6 es representativa de la evolución
del valor de fuga Q en el transcurso del ciclo de aplastamiento, en
función de la fuerza de aplastamiento. En esta Figura 6, se han
comparado los comportamientos de la junta según la invención (curva
I, de trazos continuos), con relación a los comportamientos de una
junta según la técnica anterior que no posea excentricidad de las
partes salientes (curva (a), de trazos discontinuos).
Se comprueba que la junta según la técnica
anterior, obtiene más rápidamente una mejor estanquidad al comienzo
del aplastamiento. Por el contrario, esta estanquidad se degrada
enseguida, en particular cuando se alcanzan 0,7 mm de
aplastamiento, para un ejemplo considerado. Además, la junta según
la invención, para la que el ángulo \alpha de inclinación es
igual a 8º, presenta una mejora constante de la estanquidad en la
fase de compresión, y una muy buena estanquidad al final del
aplastamiento para el mismo valor de 0,7 mm de aplastamiento. Esta
muy buena estanquidad varía muy poco en la descompresión, hasta un
umbral de esfuerzo lineico de 4 a 5 newtons por milímetro de
circunferencia media de la junta.
En un gran número de realizaciones de la junta
según la invención, ésta es de forma general anular.
En otras realizaciones de la junta según la
invención, ésta puede ser elíptica (Figura 7), rectangular,
rectangular en general con esquinas redondeadas (Figura 8),
triangular, oblonga (Figura 9), o según una de entre otras formas 7
resultantes de una combinación y/o de una modificación de estas
formas (Figura 10).
En el caso representado, la altura de las partes
salientes, de sección aproximadamente triangular, está comprendida
entre 0,05 y 0,50 mm.
Para una sección aproximadamente triangular, la
altura se mide perpendicularmente a la superficie 16, a partir del
vértice de la parte sobresaliente hasta la citada superficie. En
otras realizaciones de la junta según la invención, la parte
saliente puede ser elíptica (Figura 11), rectangular, generalmente
rectangular con esquinas redondeadas (Figura 12), triangular
(Figura 13), trapezoidal (Figura 14), o con una de entre otras
formas 8. Para una sección aproximadamente trapezoidal, redondeada o
de otra forma, la altura se mide perpendicularmente a la superficie
16, a partir del vértice de la parte sobresaliente hasta la citada
superficie.
Claims (16)
1. Junta (10) de estanquidad metálica elástica
abierta, que comprende un alma metálica elástica y una envolvente
(14) metálica externa en la que está encastrada el alma metálica,
presentando la junta (10), cuando está en reposo, una sección de
forma circular abierta que define un eje (A2) medio, es decir, una
recta que pasa por el centro geométrico de la sección de la junta
en reposo, encontrándose la abertura (12) entre dos superficies
(16) de liberación que son opuestas y que poseen, cada una de ellas,
una parte (15) saliente cuyo vértice está destinado a formar un
contacto estanco con un objeto (8) bajo el efecto de un esfuerzo de
apriete determinado,
que se caracteriza porque, en reposo, las
partes (15) salientes están ligeramente descentradas con relación
al eje (A2) medio por el lado opuesto de la abertura, de modo que se
aproximan a este eje (A2) medio, bajo el efecto del esfuerzo de
apriete.
2. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque las partes (15) salientes son simétricas
con relación al plano de simetría de la junta (10).
3. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque cada una de las dos superficies (16) de
liberación es perpendicular al eje (A5) de simetría de la parte
(15) saliente a la que se asocia.
4. Junta según la reivindicación 3, que se
caracteriza porque el eje (A5) de simetría pasa por el centro
del círculo definido por la sección de la junta (10).
5. Junta según la reivindicación 4, que se
caracteriza porque cada superficie (16) de liberación posee
en su centro una parte saliente cuyo eje (A5) de simetría está
inclinado un ángulo \alpha con una inclinación determinada
comprendida entre 1 y 12º, teniendo este ángulo determinado de
inclinación \alpha tendencia a desaparecer bajo el efecto del
esfuerzo de apriete.
6. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque es de forma anular.
7. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque la altura (h) de las partes (15)
salientes, que son de sección aproximadamente triangular, está
comprendida entre 0,05 mm y 0,50 mm.
8. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque las partes (15) salientes son de forma
generalmente triangular.
9. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque las partes (15) salientes son de forma
generalmente trapezoidal.
10. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque las partes (15) salientes son de forma
generalmente elíptica.
11. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque las partes salientes son de forma
generalmente rectangular.
12. Junta según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque es de forma general anular.
13. Junta según la reivindicación 12, que se
caracteriza porque es de forma elíptica.
14. Junta según la reivindicación 12, que se
caracteriza porque es de forma triangular.
15. Junta según la reivindicación 12, que se
caracteriza porque es de forma rectangular.
16. Junta según la reivindicación 12, que se
caracteriza porque la abertura (12) está posicionada hacia el
eje de simetría de la junta, o de forma opuesta a ésta.
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