ES2327793T3 - Junta en dispositivos de alta presion. - Google Patents

Abstract

Junta para piezas móviles unas con respecto a otras de dispositivos de alta presión, especialmente de émbolos buzos movidos de manera oscilante de bombas de alta presión, para medios líquidos, consistiendo la junta en un recipiente de alta presión metálico (1) o cilindro similar, en cuya abertura (2) puede disponerse la pieza móvil (4), un manguito (5), especialmente un casquillo metálico, que se adentra coaxialmente alrededor de la misma hacia el lado de alta presión (H), un anillo (6) o un anillo de empuje y un anillo de apoyo metálico (9), estando el anillo de apoyo (9) en contacto en la región externa (51) en el lado frontal del manguito (5) que se adentra con la superficie interna (22) de la abertura (2) del recipiente de alta presión (1) y con el anillo (6) o el anillo de empuje, anillo (6) que está en contacto con el manguito (5) en la región interna (61) o en la región (52) en el lado frontal adyacente a la pieza movida (4), caracterizada porque al menos la superficie externa (91) del anillo de apoyo (9) y/o al menos la superficie interna (22), que está en contacto con el anillo de apoyo (9), de la abertura (2) del recipiente de alta presión (1) presenta al menos un recubrimiento aplicado según un procedimiento de PVD (deposición física en fase vapor) y/o CVD (deposición química en fase vapor) y/o según un procedimiento de PACVD (deposición química en fase vapor asistida por plasma).

Description

Junta en dispositivos de alta presión.

La invención se refiere a una junta de piezas móviles unas con respecto a otras de dispositivos de alta presión, especialmente de émbolos buzos movidos de manera oscilante de bombas de alta presión, para medios líquidos, que consiste en un recipiente de alta presión metálico o cilindro similar, en cuya abertura se adentra la pieza móvil y, coaxialmente alrededor de la misma hacia el lado de alta presión, un manguito, especialmente un casquillo metálico, y un anillo de apoyo metálico está en contacto en la región externa en el lado frontal del manguito que se adentra con la superficie interna de la abertura del recipiente de alta presión y con un anillo o un anillo de empuje, anillo que, en la región interna o en la región en el lado frontal adyacente a la pieza movida, está en contacto con el manguito.

Un sistema de obturación de este tipo se describe por ejemplo en el documento EP 0 505 352 B1, no refiriéndose sin embargo la invención presente exclusivamente a esta disposición para la obturación de piezas móviles de dispositivos de alta presión.

El modo de acción de una obturación de alta presión hacia fuera ha de considerarse esencialmente en el sentido de que se realiza una obturación para medios líquidos con presiones hasta 1000 MPa, preferiblemente con aquéllas de desde 300 hasta 600 MPa, entre un recipiente de alta presión o cilindro de alta presión y una pieza movida, que se adentra en el mismo, especialmente un émbolo buzo, mediante un manguito o casquillo, que guía la mayoría de las veces a la pieza, que por un lado presenta una función de obturación hacia la pieza movida y por otro lado actúa conjuntamente con obturación con un anillo de junta o anillo de apoyo hacia la superficie interna del orificio en el recipiente de alta presión. Una pieza sobresaliente del casquillo o manguito y el anillo de junta o de apoyo se solicitan con fuerza mediante un anillo o pieza de presión desde la región de alta presión y se colocan con obturación contra la pieza movida y con contacto con la superficie interna del orificio.

En la superficie de contacto entre el anillo de junta o de apoyo y la superficie interna del orificio o del cilindro se detectan, dado el caso tras distintos tiempos de funcionamiento de una instalación de bombeo, fenómenos de desgaste por erosión del material de ambas piezas. Un desgaste de este tipo puede llevar, tras tiempos de funcionamiento más cortos o más largos a un fallo del sistema de junta.

Sin embargo, ensayos tribológicos intensivos no han mostrado ninguna relación inequívoca entre el tipo de desgaste, la velocidad de desgaste, los materiales del cilindro de presión así como del anillo de apoyo y las condiciones de líquido comprimido o agua a presión.

El motivo de los fenómenos de desgaste en las superficies de contacto entre la pared del recipiente de alta presión y el anillo de junta o de apoyo no ha podido aclarase todavía científicamente, porque, por un lado la solicitación colectiva tribológica según la norma DIN 50320 no es evaluable y, por otro lado, las medidas hasta el momento para la resolución de problemas no mostraban ningún enfoque para solucionarlos.

Ahora, es objetivo de la invención evitar en su mayor medida el desgaste y la erosión del material con frecuencia en algunos puntos en la región de contacto entre el recipiente de presión y el anillo de junta o de apoyo en el caso de carga por presión en aumento y, de tal manera, aumentar la duración de funcionamiento de la junta de dispositivos de alta presión.

Este objetivo se soluciona porque al menos la superficie externa del anillo de apoyo y/o al menos la superficie interna en contacto con el anillo de apoyo de la abertura del recipiente de alta presión presenta al menos un recubrimiento aplicado según un procedimiento de PVD (deposición física en fase vapor, (Physical Vapour Deposition)) y/o CVD ((deposición química en fase vapor, (Chemical Vapour Deposition)) y/o según un procedimiento de PACVD ((deposición química en fase vapor asistida por plasma, (Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition)).

El recubrimiento según la invención de la superficie externa del anillo de apoyo y/o de la superficie interna de la abertura del recipiente de alta presión o del cilindro de alta presión crea en la región del contacto de las piezas sorprendentemente una característica de desgaste favorable en el caso de una solicitación colectiva tribológica dada.

Aunque todavía no se han aclarado el hecho y las dimensiones de una deformación por contacto según la teoría de Hertz, así como un desgaste por choque y por golpes y una deformación de fricción a pesar de una estabilidad lo más alta posible de una fijación de las piezas, que hasta ahora podía provocar los deterioros en el material, esto es, aún no están aclarados los mecanismos de desgaste tales como abrasión, descomposición superficial, adhesión o reacciones tribológicas, con un recubrimiento según la invención podía conseguirse una alta protección contra el desgaste. No se han podido detectar erosiones del material de pequeña superficie en la superficie de contacto tampoco tras un largo tiempo de funcionamiento del dispositivo de alta presión ni en la superficie del orificio ni en la superficie del anillo de apoyo, incluso cuando sólo una de las superficies estaba recubierta según la invención.

Sin suficientes pruebas científico-técnicas para un modo de acción del recubrimiento puede suponerse que la capa es eficaz como obstáculo de una unión por soldadura a presión local de los materiales, como barrera de difusión en las superficies y como reducción de la fricción en el caso de un movimiento idéntico de las piezas en el caso de altas presiones de contacto.

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Para evitar, en el caso de una carga específica superficial, aunque alta, una rotura del recubrimiento como consecuencia de deformaciones del sustrato y, de este modo, prolongar la duración de funcionamiento de la junta, es ventajoso cuando el anillo de apoyo y/o el recipiente de alta presión con la abertura están formados por un acero inoxidable con una dureza superior a 28 HRC, preferiblemente consisten en un acero inoxidable con aditivos especiales, especialmente en un acero según la norma DIN, el material número 1.4545.

De esta manera también es posible minimizar fenómenos de corrosión que actúan de manera desventajosa, que pueden aparecer especialmente en el caso de una parada de la bomba de alta presión.

En el funcionamiento práctico, ha resultado especialmente ventajoso para largos tiempos de funcionamiento a plena carga, cuando el recubrimiento está formado por varias capas individuales, como denominada capa "de múltiples capas" ("Multiple Layer").

Cuando, tal como puede preverse de manera favorable en cuanto a un acero aleado con cromo como material de base, el recubrimiento o al menos una capa del mismo está formado como capa de carburo, nitruro o carbonitruro, resultan de esta manera recubrimientos de alta dureza con propiedades de fricción mejoradas y/o una estabilidad similar de los mismos y una durabilidad esencialmente prolongada también en el funcionamiento interrumpido.

Ha resultado especialmente ventajoso para una minimización del desgaste de las superficies de contacto, cuando el recubrimiento o la capa interna unida con la superficie parcial del recubrimiento de múltiples capas esté formado con nitruro de cromo. De tal manera puede alcanzarse de manera evidente una adherencia especialmente buena del recubrimiento en la superficie parcial, especialmente de una aleación que templa por precipitación que contiene cromo.

En una forma de realización preferida adicional de la invención se ha mostrado que, cuando un recubrimiento o la capa externa del recubrimiento de múltiples capas está formado como capa de carbono que contiene metal o libre de metal con carbono amorfo o carbono tipo diamante (DLC), también en el caso de medios líquidos se aumenta esencialmente una durabilidad de la junta.

Se encontró un comportamiento de obturación ventajoso en el caso de un desgaste reducido de las superficies de presión, cuando la superficie externa del anillo de apoyo y la superficie interna de la abertura tienen un recubrimiento de nitruro de cromo (CrN).

Aunque los materiales para capas de CrN, en comparación con otros materiales para capas, tienen sólo una microdureza reducida (HV 0,05) de aproximadamente 1750, ha resultado, en el caso de un recubrimiento de ambas superficies de contacto, un efecto de obturación a largo plazo esencialmente mejorado.

Por medio de la figura 1, que muestra esquemáticamente una forma de realización de una disposición para la obturación de piezas móviles de dispositivos de alta presión según el documento EP 0 505 352 B1, y concretamente una bomba de alta presión con émbolos buzos movidos, se explicará con más detalle la junta según la invención.

Una lista de números de referencia siguiente será una ayuda para la asignación de las piezas o superficies parciales.

Lista de números de referencia

1

Recipiente de alta presión o cilindro de alta presión

12

Elemento de sujeción

2

Abertura u orificio en el recipiente de alta presión

21

Superficie interna de la abertura

22

Superficie interna de la abertura en la región de obturación

4

Pieza móvil

5

Manguito o casquillo metálico

51

Región externa en el lado frontal del manguito

52

Región interna en el lado frontal del manguito, adyacente a la pieza móvil

6

Anillo o anillo de empuje

61

Región interna de la superficie de presión del anillo

9

Anillo de apoyo o medio de obturación

91

Superficie externa del anillo de apoyo

H

Lado de alta presión

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En el caso de una junta mostrada en la figura 1 de un recipiente de alta presión 1 y de una pieza móvil, está fijado de manera estable y esencialmente con libertad de movimiento mediante un elemento de sujeción 12 desmontable un manguito 5 que se adentra en un orificio 2 del recipiente de alta presión 1.

El manguito 5 presenta en el lado frontal hacia el lado de alta presión H una superficie cónica 51, 52, actuando conjuntamente una región externa 51 de la misma por un lado y una superficie externa de un manguito 5 por otro lado con un anillo de apoyo 9 triangular en el caso dado en sección transversal. A este respecto se coloca por presión una superficie externa cilíndrica 91 de un anillo de apoyo 9 en contacto con la superficie interna 22 de un orificio 2, porque un anillo o anillo de empuje 6 se solicita por presión por el lado de alta presión H.

Las superficies de obturación y de contacto de dispositivos de alta presión 1 entre piezas de metal, tales como especialmente un anillo de apoyo 9, y la superficie 22 de un orificio 2 pueden llevar, independientemente de una forma del anillo de apoyo 9, a fenómenos de desgaste. Según la invención, al menos una pieza en la región de contacto o de obturación de la pieza metálica presenta un recubrimiento por PVC y/o CVD y/o PACVD, preferiblemente en cada caso un recubrimiento de nitruro de cromo (CrN) con un espesor de capa en cada caso de desde 1 \mum hasta 5 \mum.

Los procedimientos y una configuración de un recubrimiento respectivo según la invención así como las condiciones para la misma son estado de la técnica y son parte del conocimiento del experto en la técnica. Esto es válido tanto para capas de nitruro, carburo, carbonitruro y dado el caso compuestos con óxido y capas similares como para una capa de carbono que contiene metal y/o libre de metal de un recubrimiento, por ejemplo "de múltiples capas".

Claims (7)

1. Junta para piezas móviles unas con respecto a otras de dispositivos de alta presión, especialmente de émbolos buzos movidos de manera oscilante de bombas de alta presión, para medios líquidos, consistiendo la junta en un recipiente de alta presión metálico (1) o cilindro similar, en cuya abertura (2) puede disponerse la pieza móvil (4), un manguito (5), especialmente un casquillo metálico, que se adentra coaxialmente alrededor de la misma hacia el lado de alta presión (H), un anillo (6) o un anillo de empuje y un anillo de apoyo metálico (9), estando el anillo de apoyo (9) en contacto en la región externa (51) en el lado frontal del manguito (5) que se adentra con la superficie interna (22) de la abertura (2) del recipiente de alta presión (1) y con el anillo (6) o el anillo de empuje, anillo (6) que está en contacto con el manguito (5) en la región interna (61) o en la región (52) en el lado frontal adyacente a la pieza movida (4), caracterizada porque al menos la superficie externa (91) del anillo de apoyo (9) y/o al menos la superficie interna (22), que está en contacto con el anillo de apoyo (9), de la abertura (2) del recipiente de alta presión (1) presenta al menos un recubrimiento aplicado según un procedimiento de PVD (deposición física en fase vapor) y/o CVD (deposición química en fase vapor) y/o según un procedimiento de PACVD (deposición química en fase vapor asistida por plasma).

2. Junta según la reivindicación 1, caracterizada porque el anillo de apoyo (9) y/o el recipiente de alta presión (1) con la abertura (2) están formados por un acero inoxidable con una dureza superior a 28 HRC, preferiblemente consisten en un acero inoxidable con aditivos especiales, especialmente en un acero, según la norma DIN, el material número 1.4545.

3. Junta según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el recubrimiento está formado por varias capas individuales como capa denominada "de múltiples capas".

4. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el recubrimiento o al menos una capa del mismo está formado como capa de carburo, nitruro o carbonitruro.

5. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el recubrimiento o la capa interna del recubrimiento de múltiples capas unida con la superficie de la pieza está formado de nitruro de cromo.

6. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el recubrimiento o la capa externa del recubrimiento de múltiples capas está formado como capa de carbono que contiene metal o libre de metal.

7. Junta según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la superficie externa (91) del anillo de apoyo (9) y la superficie interna (22) de la abertura (2) tienen un recubrimiento de CrN.