ES2280532T3 - Junta metalica elastica cerrada de estanquidad con partes salientes descentradas. - Google Patents
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Abstract
Junta metálica elástica cerrada (10, 20) de estanquidad, que comprende un alma metálica elástica y una envuelta externa (13, 23) de material dúctil, en la que está encastrada el alma metálica (12, 22), presentando la junta, cuando está en reposo, una sección de forma circular cerrada que define un eje medio (M), es decir, un lugar que pasa por el centro geométrico de la sección de la junta en reposo, poseyendo dos superficies (16, 26) de holgura que son opuestas y que poseen, cada una, al menos una parte saliente (14, 24) y cuyo vértice está destinado a entrar en contacto estanco con un objeto (1), bajo el efecto de un esfuerzo de apriete determinado, siendo las dos superficies (16, 26) de holgura paralelas entre sí y perpendiculares, cada una, al eje de simetría de la parte saliente (14, 24) a la que están asociadas; caracterizada porque, en reposo, las partes salientes (14, 24) están ligeramente desplazadas con respecto al eje medio (M) de la junta (10, 20).
Description
Junta metálica elástica cerrada de estanquidad
con partes salientes descentradas.
La invención se refiere al campo de la
estanquidad estática, y en particular a la junta metálica elástica
que debe asegurar una estanquidad con fuerzas de apriete inferiores
a las necesarias para la eficacia de una junta cuyo alma es un
muelle.
Teniendo en cuenta la elección de sus materiales
considerando su falta de sensibilidad a los fluidos corrosivos, su
buen comportamiento a temperaturas alta y baja y su buen rendimiento
en el tiempo, las juntas metálicas de estanquidad se utilizan en
campos de aplicación muy diversos, entre los que se puede citar, de
forma nada limitativa, las industrias química, petrolífera y
nuclear, así como los sectores automovilístico y espacial. La
calidad de la estanquidad procurada por una junta de estanquidad
depende particularmente de la presión específica desarrollada entre
las superficies de contacto de la junta y las bridas del montaje en
el que está situada 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 asperezas de las
superficies de las bridas. Está claro por lo tanto que la presión
específica de apriete debe ser relativamente elevada, en todo caso
superior a la presión del fluido existente en el interior del
volumen delimitado por la junta y las superficies de las bridas de
apriete.
Una junta de estanquidad similar a la que se
describe en el preámbulo de la reivindicación 1 es conocida por el
documento US-A-3188100.
Por otro lado, en numerosas aplicaciones, el
esfuerzo de apriete debe permanecer bajo. Este es el caso
particularmente cuando el montaje es poco accesible y hace difícil
la manipulación de herramientas de apriete, como en la industria
nuclear y la industria de semiconductores, y cuando los montajes de
materiales de altas prestaciones se deben aligerar y no soportan
esfuerzos elevados, como en las industrias aeronáutica y espacial.
Para obtener tal resultado, se han puesto a punto juntas tóricas
metálicas que utilizan como elemento elástico un tubo abierto,
preferentemente envuelto por 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 a las superficies de las bridas de
apriete. Esto permite reducir por un factor de 2 los esfuerzos de
apriete sobre este tipo de junta. Por el contrario, para este tipo
de junta, es difícil controlar los puntos exactos de contacto en
funcionamiento, es decir, una vez que la junta está aplastada. En
efecto, durante el aplastamiento de la junta, la deformación de la
misma no permite localizar de manera precisa estos puntos de
contacto que se desplazan perpendicularmente a la dirección de
aplastamiento.
Por otra parte, mediante la patente francesa
número 2636115, se conoce una junta metálica de estanquidad de
presión específica muy elevada y cuya estructura es cerrada. La
figura 1 muestra la sección de tal junta. Esta última permite
obtener una estanquidad con un esfuerzo bajo de apriete, pudiendo
aún así resistir temperaturas y presiones elevadas. Comprende un
alma metálica 2 que es elástica y de sección circular y cerrada. Una
envuelta exterior 3 de metal relativamente dúctil la rodea. Puede
estar cerrada o poseer una abertura lateral 5.
Esta junta está situada entre dos piezas 1 que
delimitan espacios que hay que separar de manera estanca uno con
respecto al otro. Para obtener una estanquidad con un apriete bajo,
se ve, en dos superficies 6 de holgura, opuestas una con respecto a
la otra y situadas cada una en correspondencia con una pieza 1, una
parte saliente 4, de sección aproximadamente triangular y situada
sobre toda la longitud de la junta.
Por el contrario, como se muestra en la figura
2, después de la aplicación del esfuerzo de apriete, las partes
salientes 4, por supuesto, son aplastadas parcialmente, pero la
presión que comunican a la envuelta externa 3 y al alma metálica 2
hace que estas últimas se deformen. La junta tiene por lo tanto
tendencia a adoptar una forma de ocho y a perder todas las
características mecánicas debidas a una forma tubular cilíndrica. En
particular, se constata que la deformación en ocho de la junta
provoca una modificación de la zona de contacto de la misma sobre
las piezas 1 entras las que se aprieta. La modelización confirma que
la presión específica desarrollada al inicio del aplastamiento,
justo en las partes salientes 4, se reduce a medida que aumenta el
aplastamiento, para repartirse sobre dos zonas adyacentes y
simétricas de la superficie 6 de holgura, a uno y otro lado de la
parte
saliente.
saliente.
El objetivo de la invención es por lo tanto
paliar este inconveniente proponiendo un tipo de junta metálica
diferente.
El objeto principal de la invención es por lo
tanto una junta metálica elástica cerrada de estanquidad que
comprende un alma metálica elástica y una envuelta externa de
material dúctil, en la que está encastrada el alma metálica. La
junta presenta, cuando está en reposo, una sección de forma circular
cerrada que define un eje medio, es decir, un lugar que pasa por el
centro geométrico de la sección de la junta en reposo. Posee dos
superficies de holgura que son opuestas y que poseen, cada una, una
parte saliente cuyo vértice está destinado a entrar en contacto
estanco con un objeto, bajo el efecto de un esfuerzo de
apriete
determinado.
determinado.
Según la invención, en reposo, las partes
salientes están ligeramente desplazadas a un lado y a otro del eje
medio de la junta y las dos superficies de holgura son paralelas
entre sí y perpendiculares, cada una, al eje de simetría de la
parte saliente a la que están asociadas.
En un gran número de realizaciones de la junta
según la invención, ésta es de forma general anular. En ese caso,
la abertura puede estar posicionada hacia el eje de simetría de la
junta o en oposición al mismo.
La junta puede ser igualmente 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.
Preferentemente, la altura de las partes
salientes, de sección aproximadamente triangular, está comprendida
entre 0,25 y 0,50 mm.
Una variante particularmente interesante
consiste en utilizar sobre cada superficie de holgura dos partes
saliente situadas a un lado y a otro del eje medio.
La invención y sus diferentes características
técnicas se apreciarán mejor con la lectura de la descripción
siguiente, acompañada de varias figuras que representan
respectivamente:
- la figura 1, ya descrita, en corte, la sección
de una junta metálica elástica según la técnica anterior;
- la figura 2, ya descrita, en corte, la sección
de la misma junta de la técnica anterior, representada en la figura
1, pero después del aplastamiento;
- la figura 3, en corte, la sección de una junta
metálica elástica según una primera realización de la invención,
antes del aplastamiento;
- la figura 4, en corte, la sección de la misma
junta según la invención descrita en la figura 3, pero después del
aplastamiento;
- la figura 5, dos curvas características de
esta junta metálica elástica según la invención;
- la figura 6, en corte, la sección de una junta
metálica elástica según la invención, en una segunda
realización;
- las figuras 7 y 8, curvas características del
funcionamiento de las juntas metálicas según la invención;
- las figuras 9 a 12, diferentes formas que
puede tener la junta; y
- las figuras 13 a 16, diferentes formas que
pueden tener las partes salientes.
La figura 3 representa, antes de su
aplastamiento, una junta metálica elástica según la invención, en
una primera realización. Comparativamente con la figura 1, se
encuentran las dos mismas piezas 1 que van a aplastar las junta 10.
Ésta comprende de manera análoga un alma metálica 12 rodeada por la
envuelta externa 13. El alma metálica 12 está realizada lo más
frecuentemente en acero inoxidable endurecido por acritud, pero se
puede realizar igualmente en aleación de níquel o de titanio. La
envuelta externa 13 puede estar constituida por materiales muy
dúctiles, tales como aluminio, oro o cobre, o menos dúctiles, tales
como níquel o acero inoxidable o materiales de ductilidad
equivalente.
Las superficies 16 de holgura se proporcionan de
manera paralela entre sí. En el lugar de la superficie de la
envuelta externa 13 que debe entrar en contacto con las piezas 1,
siempre se encuentra una parte saliente 14. Como se esquematiza
mediante la posición de dos ejes, el eje medio M de la junta 10 y un
eje A que pasa por los vértices de dos partes salientes 14, éstas
dos últimas están desplazadas con respecto al eje medio M. En otras
palabras, sobre cada una de las superficies 16 de holgura se
encuentra una parte saliente 14 desplazada con respecto al centro
de esta misma parte 16 de holgura. Se aprecia que las dos partes
salientes 14 están desplazadas al mismo lado. En esta ocasión, se
precisa que la presencia de la abertura 15 en la envuelta externa
16 no es obligatoria, y puede estar situada no importa a qué lado de
la junta 10. En efecto, la deformación de la sección tubular de la
junta ofrece una simetría durante la fase del aplastamiento, por el
hecho de la simetría de la
junta.
junta.
La altura h de las partes salientes 14 es
función del espesor e13 de la envuelta externa 13. Para valores de
espesor e13 de la envuelta 13 comprendidos entre 0,25 mm y 1 mm, la
altura h de las partes salientes 14 es del orden del 10 a 50% del
espesor
e13.
e13.
El descentramiento \Deltaa entre el eje medio
M y el eje A de las partes salientes 14 se obtiene mediante una
modelización de la presión de contacto. Su valor es función del
diámetro exterior del tubo que constituye el alma metálica 12, del
espesor e12 del alma metálica 12 y del grado de aplastamiento
deseado. Para un grado de aplastamiento habitual del orden del 10%,
el desplazamiento \Deltaa varía entre 0,15 y 0,30 mm para
diámetros de tubo metálico de 3 a 4 mm.
La figura 4 muestra que, después del
aplastamiento que se produce de forma simétrica, el desplazamiento
\Deltab entre el eje medio M y el eje A de las partes salientes
14 es superior al desplazamiento \Deltaa de estos dos ejes antes
del aplastamiento. Se constata igualmente que las superficies 16 de
holgura tienen tendencia a entrar en contacto sobre una parte
bastante grande con las piezas 1 de contacto. Esto aparece por una
gran ductilidad de la envuelta externa
13.
13.
La figura 5 muestra, en superposición, la
repartición de la presión de contacto sobre la superficie 16 para
un aplastamiento de 0,30 mm (curva en trazo discontinuo) y para un
aplastamiento de 1 mm (curva de trazo continuo). Se constata que la
presión de contacto es, por supuesto, máxima en el lugar de la parte
saliente 14.
La figura 6 muestra una segunda realización de
la junta metálica según la invención.
Como se puede constatar, la principal novedad de
esta segunda junta metálica 20 es la presencia, sobre cada una de
las superficies 26 de holgura de la envuelta externa 23, de dos
partes salientes 24. Están situadas a un lado y a otro del eje
medio M de la junta metálica 20. permiten por lo tanto poder
soportar fuerzas de aplastamiento un poco más importantes y de
forma simétrica. Además, la presencia de dos partes salientes 24
separadas por un pequeño espacio puede jugar el papel de dos
barreras de estanquidad.
La figura 7 muestra una curva de aplastamiento
de la junta según la invención. Esta curva es representativa de la
relación entre el esfuerzo lineal F de apriete, en función del
aplastamiento \DeltaE de la junta.
La figura 8 muestra el valor Q de fuga, en
función del esfuerzo lineal F.
En estas dos curvas, hay que tener en cuenta la
orientación de las flechas que indican el sentido de progreso de
los procesos de apriete y de desapriete de la junta.
En un gran número de realizaciones de la junta
según la invención, ésta es de forma generalmente anular.
En otras realizaciones de la junta según la
invención, ésta puede ser elíptica (figura 9), rectangular,
generalmente rectangular con esquinas redondeadas (figura 10),
triangular, oblonga (figura 11) o de alguna otra forma que resulta
de una combinación y/o de una modificación de estas formas (figura
12).
En el caso representado, la altura de las partes
salientes, de sección aproximadamente triangular, está comprendida
entre 0,25 y 0,50 mm.
Para una sección aproximadamente triangular, la
altura se mide perpendicularmente a la superficie 16, desde el
vértice de la parte saliente hasta dicha superficie. En otras
realizaciones de la junta según la invención, la parte saliente
puede ser elíptica (figura 13), rectangular, generalmente
rectangular con esquinas redondeadas (figura 14), triangular
(figura 15), trapezoidal (figura 16) o de alguna otra forma. Para
una sección aproximadamente trapezoidal, redondeada o de alguna
otra forma, la altura se mide perpendicularmente a la superficie 16,
desde el vértice de la parte saliente hasta dicha superficie.
Claims (11)
1. Junta metálica elástica cerrada (10, 20) de
estanquidad, que comprende un alma metálica elástica y una envuelta
externa (13, 23) de material dúctil, en la que está encastrada el
alma metálica (12, 22), presentando la junta, cuando está en
reposo, una sección de forma circular cerrada que define un eje
medio (M), es decir, un lugar que pasa por el centro geométrico de
la sección de la junta en reposo, poseyendo dos superficies (16,
26) de holgura que son opuestas y que poseen, cada una, al menos una
parte saliente (14, 24) y cuyo vértice está destinado a entrar en
contacto estanco con un objeto (1), bajo el efecto de un esfuerzo de
apriete determinado, siendo las dos superficies (16, 26) de holgura
paralelas entre sí y perpendiculares, cada una, al eje de simetría
de la parte saliente (14, 24) a la que están asociadas;
caracterizada porque, en reposo, las partes salientes (14,
24) están ligeramente desplazadas con respecto al eje medio (M) de
la junta (10, 20).
2. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque la altura (h) de las partes salientes
(14, 24) está comprendida entre 0,025 mm y 0,50 mm.
3. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque posee, sobre cada superficie (26) de
holgura, dos partes salientes (24) situadas a un lado y a otro del
eje medio (M).
4. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque las partes salientes (14, 24) son de
forma generalmente triangular.
5. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque las partes salientes son de forma
generalmente trapezoidal.
6. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque las partes salientes son de forma
generalmente elíptica.
7. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque las partes salientes son de forma
generalmente rectangular.
8. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque es de forma generalmente anular.
9. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque es de forma elíptica.
10. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque es de forma triangular.
11. Junta según la reivindicación 1,
caracterizada porque es de forma rectangular.
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