ES2308024T3 - Dispositivo de conexion altamente hermetico. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de conexión (1) para empalmar un conducto de fluidos (2) con otro elemento (3), que presenta una superficie de sellado (15), con un extremo de conducto (4) que pertenece al conducto de fluidos (2) y en el que esta conformado un resalte radial (9) y una superficie axial de sellado (14), con un elemento de sellado(17), que está ubicado entre la superficie axial de sellado (14) y la superficie de sellado (15) a través de una palanca de empalme (21), que presenta un segmento de soporte (22) para apoyarse en un estribo (23) provisto en un elemento (3), y una superficie de presión (29) que esta asignada a un resalte radial (9) y un segmento de sujeción (31) con el que se puede sujetar contra un elemento (3) a través de un dispositivo de apriete (32), caracterizado porque el segmento de soporte (22) esta conformado como un gancho, que engancha el estribo (23) conformado en el elemento (3).

Description

Dispositivo de conexión altamente hermético.

El presente invento trata de un dispositivo de conexión para unir un conducto de fluidos con otro elemento.

Instalaciones que conducen fluidos contienen por lo general, varios dispositivos de conexión con los cuales se empalman conductos, por ejemplo, tubos y mangueras entre sí, o con los que son conectados o agregados, por ejemplo, compresoras, condensadoras, radiadores, vaporizadores u otros grupos constructivos. Dichos dispositivos de conexión deben ser herméticos de acuerdo a las condiciones dadas. Esto presenta una mayor exigencia a los dispositivos de conexión, cuando las presiones de fluido que actúan en el dispositivo de conexión son altas o los valores de presión se alteran. Para sistemas cerrados de fluido se exige la tasa de fuga más baja posible. Fluidos de bajo peso molecular como el CO2 presentan particularmente en este caso altas exigencias. Además, deben tomarse en cuenta algunas restricciones a las que pertenecen la resistencia al cambio de temperatura, la resistencia a la vibración, la protección contra la corrosión, la estabilidad a largo plazo, facilidad de montaje y mantenimiento entre otras.

Según el documento US-PS 5513882 se conoce un dispositivo de conexión al que pertenece una pieza receptora con forma de vaso y un extremo de tubo asignado a éste con una brida radial. En la base de la pieza receptora con forma de vaso se encuentra, en una ranura anular, un anillo en O que está distribuido de una manera concéntrica hacia un canal de paso de fluidos. En este anillo en O y en las áreas anulares circundantes de la base se apoya la brida anular de la pieza contraria. Para asegurar la conexión se coloca horizontalmente a la pieza de conexión un gancho en forma de U a través de las perforaciones correspondientes del vaso. Con el anillo en O se completa el sellado.

Por el documento DE 100 58 087 A1 se conoce además, un dispositivo de conexión al que pertenece una pieza de conexión con una brida radial y una pieza receptora en forma de vaso con un Anillo en O colocado en la parte del suelo. Para el ajuste de una deformación definida del Anillo en O y para la conservación de una fuerte conexión mecánica de las piezas del dispositivo de conexión se le ha asignado a éste un dispositivo de sujeción de cuña. Este contiene una cuña de sujeción que tensa la brida radial fuertemente contra la superficie del equipo en la pieza en forma de vaso.

Por el documento GB 2153908 A se conoce una instalación de empalme para asegurar inyectores de carburante. Esta instalación de empalme comprende una palanca de empalme recta, que presiona con una superficie abultada contra el inyector de combustible, cuando éste es sujetado en su lugar. La palanca se apoya con un extremo en un estribo mientras que con el otro extremo se sujeta a través de un tornillo.

El inyector de combustible se acomete al medio de la palanca. De esta manera, la palanca suministra una transmisión de fuerza referente a la fuerza de apriete de aproximadamente 1 al 2.

Tomando en cuenta esto, el invento tiene la tarea de crear un dispositivo de conexión que es apto especialmente para sistemas con fluido en los cuales el fluido se encuentra, al menos de vez en cuando, bajo una presión alta.

Esta tarea se soluciona con el dispositivo de conexión según la reivindicación 1:

El dispositivo de conexión sirve para empalmar un conducto de fluidos con otro elemento que esté provisto de al menos una superficie de sellado. El otro elemento puede ser una parte de una instalación para fluidos, de un agregado o de cualquier otro elemento como una pieza de acoplamiento o algo similar. El extremo del conducto que va a ser conectado presenta un resalte radial, al que puede colocarse una palanca de empalme para fijar el extremo del conducto de manera axial contra el elemento. Entre la superficie axial de sellado del extremo del conducto y la superficie de sellado del elemento está situado un elemento de sellado, que asume las características del fluido que debe ser sellado y la presión a éste.

La palanca de empalme presenta un segmento de soporte para apoyarse en el estribo, una superficie de presión asignada al resalte radial y un segmento de apoyo en el que puede actuar un dispositivo de apriete, por ejemplo, en forma de un tornillo. La superficie de presión está colocada entre el segmento de soporte y el segmento de fijación. Es preferible que el brazo de la palanca situado entre la superficie de presión y el estribo o el segmento de apoyo, sea mucho mas corto que el brazo de la palanca situado entre el estribo y el segmento de fijación, o bien el dispositivo de apriete. De este modo es posible generar a través de la reducción de la palanca producida, una fuerza axial de tensión muy alta mediante un único dispositivo de apriete, por ejemplo un tornillo. La presión existente en el sistema de fluidos actúa a través de la superficie circular encerrada por la superficie de sellado como fuerza axial con la tendencia de alejar el extremo de conducto lejos del elemento. En caso de que el dispositivo de conexión sea hermético para presiones de estallido de más de cien bares se pueden producir fuerzas axiales de varios miles de N con pequeñas secciones transversales de por ejemplo, un centímetro cuadrado. Estas fuerzas se pueden controlar de una manera segura gracias a la reducción de la palanca con dispositivos de apriete de relativamente bajas dimensiones (por ejemplo, tornillos de máquina M5 o M6).

La superficie de presión actúa preferentemente sólo en el centro de la brida radial. En particular esto puede ser una superficie en forma de líneas horizontales o verticales que esté orientada paralelamente a un eje de bisagra definido por un estribo. Esa área en forma de líneas horizontales y verticales se extiende en dirección radial en el resalte radial transversal a la palanca de empalme y está situada encima de una línea que va por el centro del resalte radial. De este modo, la presión efectuada por la palanca de empalme se transmite de manera uniforme a la superficie axial de sellado y a la superficie de sellado del elemento, de modo que el elemento de sellado esté expuesto a una presión axial a lo largo de su extensión. De esta manera se evitan zonas no herméticas originadas por una distribución asimétrica de la fuerza.

La palanca de empalme ejerce fuerza axial sobre el extremo del conducto, sirviendo la superficie de sellado del elemento como superficie de referencia para la alineación del extremo del conducto. La alineación exacta del extremo del conducto hacia el elemento está determinada sólo por la superficie de sellado y la superficie de sellado axial, y no por contactos con otras superficies. Esta medida crea la base para un apriete de superficie uniforme en el elemento de sellado, lo que permite bajas tasas de fuga y fuerte resistencia a presiones. Adicionalmente, el extremo del conducto puede tener elementos de soporte, que lo asisten cuando es cargado con fuerzas de flexión laterales. Cuando se encuentra libre de fuerzas el alineamiento se practica exclusivamente a través de la superficie de sellado y la superficie axial de sellado. En el caso de elementos flexibles de sellado el elemento o el resalte radial puede estar provisto de una superficie de soporte adicional, que evite que la compresión del elemento de sellado sea demasiado fuerte. Pero en ambos casos, el alineamiento del extremo del conducto en el elemento ubicado cerca del lugar de sellado se determina a través de las superficies previstas y no a través del dispositivo de fijación formada por la palanca de empalme.

El extremo del conducto puede estar provisto de una pieza de conexión, en el que se encuentra el resalte radial. Éste puede ser un brida anular o de disco, que está formada de manera continua o interrumpida en dirección periférico. La pieza de conexión puede estar estañada, soldada o unida de otra forma al conducto de fluidos.

También es posible situar el resalte radial en el conducto de fluidos de tal manera, que la pieza de conexión y el conducto de fluidos formen una única pieza.

Es preferible que la superficie axial de sellado sea una superficie plana pero también pude ser cónica.

El elemento de sellado puede ser un Anillo en O, preferible un Anillo en O metálico. Este está conformado por ejemplo, por un pequeño tubo de acero de muelles encerrado en sí mismo en forma circular, rellenado con un gas a presión (nitrógeno). Es preferible que la junta sea una junta anular, que desde un principio es relativamente plana en sentido axial. Sin embargo, la junta es preferentemente un disco metálico recubierto de material sellador. El material sellador puede ser una capa delgada de elastómero. También puede estar formada por un metal cuya capacidad de deformación es mayor que la del disco metálico. De esta manera se logra una tasa de fuga muy baja a una alta consistencia mecánica y capacidad de resistencia.

La palanca de empalme puede estar colocada de manera segura en un conducto que deba ser conectado. En tal caso, presenta una abertura con un borde cerrado, por el cual pasa el extremo de conducto. También existe la posibilidad de colocar en este lugar un borde interrumpido, de tal manera que la palanca de empalme puede ser utilizada en el extremo del conducto si es necesario.

Otras particularidades sobre los modelos de fabricación más convenientes del invento se obtienen de la descripción, del plano y de las sub-reivindicaciones.

En el plano se visualizan los ejemplos de fabricación del invento. Se muestran en la:

figura 1, el dispositivo de conexión según el invento presentado en representación esquemática y en corte longitudinal.

figura 2, el dispositivo de conexión según figura 1 representado en forma segmentada.

figura 3, un modelo de fabricación modificado del dispositivo de conexión en forma segmentada y en corte longitudinal.

figura 4, un elemento de sellado para un dispositivo de conexión presentado en forma segmentada.

En la figura 1 se visualiza un dispositivo de conexión 1, que puede servir para conectar un conducto de fluidos 2 con otro elemento 3, que puede ser un dispositivo técnico para fluidos, un conducto o algo parecido. Al dispositivo de conexión 1 pertenece un conducto 4 del conducto de fluidos 2 y una área de conexión 5 del elemento 3. Ambos son atravesados por un canal para fluidos 6, que es sellado hacia su parte externa. El extremo del conducto 4 esta provisto de una pieza de conexión 7, que presenta un segmento cilíndrico hueco 8 con una superficie exterior e interior cilíndrica. En el extremo que sale del elemento 3 se conecta en el segmento 8 una brida en forma de disco que conforma un resalte radial 9. En su otro extremo axial la pieza de conexión 7 presenta un suelo 12 atravesado por una perforación central 11, en el cual se encuentra una superficie axial de sellado 14. La superficie axial de sellado 14 es una superficie anular situada de manera concéntrica hacia el canal para fluidos 6, que en el ejemplo de ejecución presentado está formado de manera plana. A la superficie axial de sellado también se asigna una superficie anular de sellado plana 15, que está situada en el elemento 3 de manera coaxial hacia el canal de fluidos 6. La superficie de sellado 15 está conformada en el suelo por una perforación saquiforme 16 por la cual atraviesa el canal para fluidos 6 y cuyas paredes interiores cilíndricas presentan un diámetro que sobrepasa el diámetro exterior de la pieza de conexión 7. De esta manera tiene suficiente espacio en la perforación saquiforme 16.

Entre la superficie axial de sellado 14 y la superficie de sellado 15 esta situado un elemento de sellado 17, como se puede visualizar de manera separada en la figura 2. El elemento de sellado 17 está formado por un Anillo en O metálico en el presente ejemplo de fabricación. El Anillo en O de sellado metálico, el cual en un estado relajado presenta una forma toroidal, es un pequeño tubo de acero de muelles encerrado en sí mismo y sin final, cuyo espacio interior 18 está relleno de nitrógeno a presión.

En inmediata proximidad a la superficie axial de sellado 14 está conformado un resalte 19 unido a la pieza de conexión 7, cuya la superficie frontal axial, se ajusta al suelo de la perforación saquiforme 16, limitando de esta manera la deformación del elemento de sellado 17, permitiendo una instalación segura para la pieza de conexión 7.

Adicionalmente pertenece al dispositivo de conexión 1 una palanca de empalme 21 (figura 1) la cual sirve para sujetar la pieza axial de conexión 7 al suelo de la perforación saquiforme 16. Para lo cual, esta palanca de sujeción 21 ofrece un segmento de soporte 22, que permite el alojamiento de la palanca de empalme 21 en el elemento 3. En el presente ejemplo se observa que el segmento de soporte 22 está dibujado como un gancho que se agarra del estribo 23 del elemento 3. El estribo, por ejemplo, está formado con una cavidad 24 en la superficie de alojamiento 25 la cual tiene forma de ranura y se desprende de la perforación saquiforme 16. A la curvatura de la superficie de alojamiento 25 se le ha colocado un saliente 26 que se apoya en la curvatura de la superficie de alojamiento 25. La curvatura de la superficie de alojamiento 25 y el saliente 26 determinan un eje abatible 27, que puede ser visto como eje bisagra.

En la palanca de empalme 21 hay adicionalmente una abertura 28, a través de la cual se extiende el extremo del conducto 4. La abertura 28 se conecta con una superficie de presión 29 la cual, preferiblemente, ha sido diseñada en forma abombada o abultada. Debido a esto, la superficie de presión 29 de acuerdo con la presentación en la figura 1 se apoya solamente por encima y por debajo del nivel del plano en segmentos lineales o en forma de rayas, en resalte radial plano 9. Esta zona de contacto se encuentra sobre una línea situada perpendicularmente respecto al nivel del plano, la cual apunta en forma paralela al eje abatible 27. La distancia a medir transversalmente respecto al extremo del conducto 4, entre el eje abatible o bisagra 27 y la posición del área de contacto entre la superficie de presión 29 y la resalte radial 9, forman un pequeño brazo de palanca.

La palanca de empalme 21 presenta en la parte final del segmento de soporte 22, un segmento de fijación 31, al cual le ha sido asignado un dispositivo de apriete 32, por ejemplo en forma de tornillo de máquina 33. Éste está atornillado en un taladro roscado 34 del elemento 3, atravesando el segmento de fijación 31 de la palanca de empalme 21. La distancia b que se mide horizontal- transversalmente al extremo del conducto 4, entre el eje abatible 27 y el tornillo de máquina 33 conforma un brazo de palanca largo para apretar el dispositivo de conexión 1.

En el saliente o ranura de la palanca de empalme 21 puede colocarse una pieza de empalme 35, que en un taladro correspondiente es abrazada por el tornillo de máquina 33. El taladro es preferentemente alargado o muestra al menos respecto al tornillo de máquina 33, un mínimo exceso. Se extiende hasta prácticamente el extremo del conducto 4 para ofrecerle un área de soporte. La abertura 28 sobresale en demasía al extremo el conducto 4 en dirección al segmento de fijación 31, de modo que en este caso no ofrece ningún tipo de soporte al extremo del conducto 4. Esto es asumido por la pieza de empalme 35. Aún así, la pieza de empalme 35 ha sido conformada y colocada de tal manera, que cuando el dispositivo de conexión 1 esté apretado, el extremo del conducto 4 conduce hacia la abertura 28 sin tocar las paredes y en un estado de libre apriete. Se pretende lograr ésto, para que la orientación del extremo de conducto 4 pueda ser determinada de la colocación del resalte 19 al suelo de la perforación saquiforme 16.

El dispositivo de conexión 1 descrito hasta el momento funciona de la siguiente manera:

Para producir la conexión se parte de un conducto de fluidos 2 que está provisto de la pieza de empalme 7 y la palanca de empalme 21. Luego se coloca la pieza de empalme 7 con su elemento de sellado 17 en la perforación saquiforme 16 y se engancha la palanca de empalme 21 detrás del estribo 23. Esto es posible, debido a que la pieza de empalme 35 se encuentra lejos y la palanca de empalme 21 se puede mover lentamente. A continuación se coloca el tornillo 23 y la pieza de empalme 35 en el segmento de fijación 31 de la palanca de empalme 21 y se ajusta. De esta forma, la fuerza de apriete axial del tornillo se fortalece por el factor b/a con la pieza de empalme 7, presionando ésta en la perforación saquiforme 16. En este caso no depende ni de la posición de la palanca de empalme ni de ningún ajuste. La presión de la superficie en el lado frontal de la pieza de empalme 7 es en gran parte constante a lo largo del perímetro. La deformación del elemento de sellado 17 es limitada por la colocación del resalte 19 al suelo de la perforación saquiforme 16. Mediante la selladura metálica se reduce principalmente la tasa de fuga.

La conformación de la pieza de empalme 7 y del elemento de sellado 17 ilustrados en la figura 3, puede ser utilizada en todos los modelos de fabricación descritos arriba y a continuación. El elemento de sellado 17 ha sido ilustrado como disco de sellado 37 con dos superficies de sellado casi planas 38, 39, las cuales se desprenden en direcciones opuestas. El disco de sellado 37 se puede apreciar adicionalmente en la ilustración de la figura 4. Aquí se muestra una soporte metálico 41 de un material duro y poco deformable. Éste está provista de una capa de sellado 42 de un elastómero o de un metal moldeable, como aluminio blando, plomo, estaño o similares. El disco de sellado 37 se encuentra entre la parte frontal de la pieza plana del empalme 7 y el suelo de la perforación saquiforme 16. La superficie axial de sellado 14 se apoya de esta manera, por encima del disco de sellado 37 indirectamente en la superficie de sellado 15. Con esta forma de selladura, es el disco de sellado 37 quien determina la alineación del extremo del conducto al elemento 3. La palanca de empalme 21 ejerce solamente la presión axial, por lo que no influye ninguna fuerza lateral ni otro tipo de fuerza del dispositivo de conexión sobre la pieza de empalme 7.

El dispositivo de conexión 1 presenta una pieza de conexión 7, que en su parte frontal está ubicado en una superficie de sellado 15 de un elemento 3 en forma hermética. El alineamiento de la pieza de conexión 7 hacia la superficie de sellado 15 se regula solamente a través del contacto de áreas entre la pieza de conexión 7 y la superficie de sellado 15 (con o sin cojinete intermedio en un elemento de sellado 17). La fuerza axial proviene de la palanca de empalme batiente 21, que se encuentra próxima al lugar de sellado, en cuyo brazo de palanca más largo actúa un dispositivo de apriete 32. Dicho dispositivo de conexión resulta sencillo en la fabricación y en el montaje, así como fácil a la hora de armar y fiable, presentando además, una baja tasa de fugas.

Claims (18)

1. Dispositivo de conexión (1) para empalmar un conducto de fluidos (2) con otro elemento (3), que presenta una superficie de sellado (15), con un extremo de conducto (4) que pertenece al conducto de fluidos (2) y en el que esta conformado un resalte radial (9) y una superficie axial de sellado (14), con un elemento de sellado(17), que está ubicado entre la superficie axial de sellado (14) y la superficie de sellado (15) a través de una palanca de empalme (21), que presenta un segmento de soporte (22) para apoyarse en un estribo (23) provisto en un elemento (3), y una superficie de presión (29) que esta asignada a un resalte radial (9) y un segmento de sujeción (31) con el que se puede sujetar contra un elemento (3) a través de un dispositivo de apriete (32), caracterizado porque el segmento de soporte (22) esta conformado como un gancho, que engancha el estribo (23) conformado en el elemento (3).

2. Dispositivo de conexión, según la reivindicación 1, caracterizado porque el extremo del conducto (4) esta provisto con una pieza de conexión (7), en el que está conformado un resalte radial (9).

3. Dispositivo de conexión según la reivindicación 2 caracterizado porque la pieza de conexión (7) está soldada al conducto de fluidos (2).

4. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque el resalte radial (9) esta moldeado en el conducto de fluidos (2).

5. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque el resalte radial (9) esta conformado por una brida de disco.

6. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie axial de sellado (14) es una superficie plana.

7. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie axial de sellado (14) está junto a un resalte de soporte (19).

8. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de sellado (17) es un anillo en O metálico.

9. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de sellado (17) es un disco metálico (37) cubierto de material de sellado.

10. Dispositivo de conexión según la reivindicación 9, caracterizado porque el material de sellado es elastómero.

11. Dispositivo de conexión según la reivindicación 9, caracterizado porque el material de sellado es un metal, cuya capacidad de deformación es mayor que la del disco metálico.

12. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque la palanca de empalme (21) presenta una abertura (28) por la cual se extiende el conducto de fluidos (2).

13. Dispositivo de conexión según la reivindicación 12, caracterizado porque la abertura (28) presenta un borde cerrado.

14. Dispositivo de conexión según la reivindicación 12, caracterizado porque la abertura (28) presenta un borde continúo.

15. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque el segmento de soporte (22) de la palanca de empalme (21) y el estribo (23) conforman una bisagra.

16. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de presión (29) es una superficie abombada.

17. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de presión (29) contacta el resalte radial (9) en la parte central.

18. Dispositivo de conexión según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de apriete (32) está conformado por un tornillo (33).