ES2344023T3 - Disposicion de sellado de cojinete con sello laberintico y junta de tipo rosca combinados. - Google Patents

Disposicion de sellado de cojinete con sello laberintico y junta de tipo rosca combinados. Download PDF

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Abstract

Una máquina rotatoria que comprende un rotor (9), un estátor (11), un cojinete (10) que soporta el rotor (9) para la rotación en torno al estátor (11), un sistema de sellado (1, 1'') a ambos lados del cojinete (11), comprendiendo cada sistema de sellado (1; 1'') un sello laberíntico (2) de acción radial que incluye componentes en superficies radiales enfrentadas del rotor (9) y del estátor (11); y una junta a rosca (3) de acción axial; en la que el sello laberíntico (2) comprende una serie de anillos (4) que se proyectan axialmente, una serie correspondiente de ranuras (5, 6, 7, 8) formadas en una superficie radial del rotor (9) y que soportan los anillos (4), y una serie correspondiente de ranuras enfrentadas (12, 13, 14, 15) formadas en una superficie radial del estátor que está enfrentada a la superficie radial del rotor; sobresaliendo los anillos (4) hacia las ranuras enfrentadas (12, 13, 14, 15); con lo que cada anillo (4) comprende una banda con perfiles de interconexión correspondientes en ambos extremos (27; 28) de la misma, de modo que los extremos (27, 28) pueden unirse para formar el anillo (4).

Description

Disposición de sellado de cojinete con sello laberíntico y junta de tipo rosca combinados.
Campo técnico
Las realizaciones se refieren a sellos y juntas, en concreto como los utilizados en torno a cojinetes en maquinaria rotatoria. Más en concreto, las realizaciones se refieren a sistemas de sellado sin contacto utilizados en máquinas eólicas tales como turbinas eólicas, generadores eólicos y similares.
Antecedentes
En la maquinaria rotatoria, tal como las máquinas eólicas, se utilizan cojinetes para soportar con la mínima fricción posible componentes rotatorios. Para reducir la fricción, a menudo se utilizan lubricantes en los cojinetes, pero dichos lubricantes deben ser retenidos en el interior de los cojinetes. Las fugas pueden conducir a un incremento en la fricción, a un fallo de los cojinetes, y a contaminación de áreas y/o productos adyacentes a los cojinetes. De este modo, deben utilizarse sellos para retener el lubricante en el interior de los cojinetes.
El sellado en la técnica de cojinetes puede realizarse de varias maneras. Por ejemplo, algunos cojinetes utilizan sistemas de sellado por contacto, como son los sistemas de sello de labios. Este tipo de sellos no son deseables para aplicaciones de diámetro grande, por varias razones. Debido al grado de desgaste que experimentan este tipo de sellos, los sellos tienden a debilitarse, en concreto en el caso de materiales elastoméricos. En el caso de juntas grandes, la sustitución es dificultosa, si es que es posible, y es muy costosa. Para reducir la dificultad de la sustitución, algunos sistemas conocidos segmentan o subdividen dichas juntas en lugar de fabricarlas de una sola pieza. Sin embargo, las juntas segmentadas pueden tener problemas, tal como fugas en las uniones de los segmentos, con los sellos que se supone proporcionan, en concreto a lo largo de las uniones de los segmentos.
Una alternativa al problemático sistema de sellado por contacto, es el sello laberíntico. Se han utilizado diversos sellos laberínticos conocidos para reducir o eliminar el flujo de fluidos desde un lado de un sello al otro lado del sello. Por ejemplo, en los compresores centrífugos de aire, los sellos laberínticos se utilizan a menudo para impedir la entrada de aceite lubricante hacia la cámara de compresión desde los cojinetes. Sin embargo, para situaciones de diámetros grandes, los sellos laberínticos no han sido prácticos económicamente puesto que las tolerancias de fabricación requeridas son muy precisas. Adicionalmente, debido a que los sellos laberínticos conocidos dependen de la formación de vórtices en el fluido contra el cual se utilizan, típicamente solo reducen sensiblemente las fugas de fluido en lugar de eliminarlas, lo cual no es deseable en ciertas instalaciones.
Para reducir las fugas de los sellos laberínticos, ciertas instalaciones conocidas utilizan en su lugar juntas de bombeo que empujan de vuelta el fluido hacia el depósito de fluido (el cojinete). Sin embargo, las juntas conocidas que bombean activamente el lubricante, en particular en las aplicaciones de diámetros grandes, son costosas, difíciles de fabricar y sensibles a defectos. El documento GB 2 266 937 A da a conocer una máquina herramienta en la que se combina una junta de tipo rosca con un sello laberíntico. El sello laberíntico incluye un anillo, que se proyecta axialmente desde un reborde anular unido a un huso rotatorio y está maquinado integralmente con el reborde, y una ranura anular, que está fabricada en un inserto estacionario y que aloja el anillo.
El sistema de sellado identificado arriba puede accionarse en una máquina rotatoria de tamaño pequeño, pero es difícilmente aplicable a una máquina rotatoria de gran tamaño como son las máquinas eólicas, debido a que un sellado adecuado requiere gran precisión para el anillo y la ranura, e implica un coste elevado. Además, el anillo puede resultar dañado durante el montaje.
Resumen
De acuerdo con la presente invención, se da a conocer una máquina rotatoria que comprende un rotor, un estátor, un cojinete que soporta el rotor para rotar en torno al estátor, un sistema de sellado a ambos lados del cojinete, comprendiendo cada sistema de sellado un sello laberíntico de acción radial que incluye componentes en superficies radiales enfrentadas del rotor y del estátor; y una junta a rosca de acción axial; en la que el sello laberíntico comprende una serie de anillos que se proyectan axialmente, una serie correspondiente de ranuras formadas en una superficie radial del rotor y que soportan los anillos, y una serie correspondiente de ranuras enfrentadas formadas en una superficie radial del estátor que se opone a la superficie radial del rotor; proyectándose los anillos hacia las ranuras enfrentadas; con lo que cada anillo comprende una banda con correspondientes perfiles de interconexión a ambos lados de la misma, de manera que pueden unirse los extremos para formar el anillo.
Breve descripción de los dibujos
Se describirán realizaciones haciendo referencia a los dibujos anexos.
La figura 1 muestra una sección parcial esquemática a través de un sistema para la instalación de un cojinete en una turbina eólica.
La figura 2 muestra un detalle de la parte de la figura 1 en la que está instalado un grupo de sellos de las realizaciones.
La figura 3 muestra una vista frontal parcial, esquemática, de una banda radial del rotor.
Descripción
Una máquina rotatoria, tal como una máquina eólica, incluye típicamente un rotor 9 soportado, a través de un cojinete 10, por un estátor 11. El rotor 9 está soportado por el cojinete 10 para rotar en torno al estátor 11. Un grupo de sellos 1, 1' a ambos lados del cojinete 10 impiden la fuga de lubricante desde el cojinete. Cada grupo de sellos es un sistema o disposición 1, 1' de sellado sin contacto, acorde con las realizaciones, que incluye un sello laberíntico 2 y una junta de tipo rosca 3, tal como se ve en las figuras 1 a 3. El sello laberíntico 2 está en disposición perpendicular al eje de rotación del rotor y está montado en superficies radiales enfrentadas, del rotor y del estátor. Tal como se ha discutido anteriormente, el sello laberíntico 2 proporciona un sellado frente a fluidos en una dirección radial. La junta 3 a rosca está montada en superficies axiales enfrentadas del rotor y del estátor, sobre hombros enfrentados, siendo las superficies enfrentadas de los hombros paralelas al eje de rotación del rotor.
El sello laberíntico 2 incluye una serie de anillos 4 en disposición concéntrica, en ranuras concéntricas 5, 6, 7 y 8 en la superficie del rotor 9 soportado por un cojinete 10. Los anillos 4 de las realizaciones se extienden hacia ranuras enfrentadas 12, 13, 14 y 15 fabricadas en una superficie correspondiente del estátor 11. Por simplicidad, varios componentes se describen estando sobre el rotor 9 y otros sobre el estátor 11, pero debe entenderse que en las realizaciones pueden conmutarse las posiciones de estos componentes. Preferentemente, los anillos 4 tienen cierta tolerancia en sus respectivas ranuras radiales 12 a 15. Tal como se muestra en la figura 3, los anillos 4 de las realizaciones no están cerrados, teniendo cada uno partes extremas 27, 28 con perfiles correspondientes de manera que las dos partes extremas 27, 28 solapan para formar un anillo completo 4, una vez que el anillo 4 está instalado en su ranura respectiva 5 a 8. Preferentemente, las ranuras enfrentadas 12 a 15 se forman en un inserto 17 acoplado al estátor 11, tal como con un tornillo 18 o similar.
Sobre el hombro 19 del rotor, está formado un asiento 20 para sujetar la junta a rosca 3. El hombro 19 incluye preferentemente muescas o similares para retener una sección 21 de la junta a rosca 3. De acuerdo con realizaciones, una llave 23 en forma de anillo insertada en la sección 21, fuerza la sección 21 hacia las muescas. Preferentemente, la sección 21 está fabricada de un material elastomérico. Hay formados filetes 22 en una superficie externa de la sección 21, filetes 22 que tienen un perfil helicoidal en general puesto que corren diametralmente a lo largo de la periferia interior de la sección 21 tal como se ve, por ejemplo, en la figura 1 y se indica mediante el número de referencia 24. En otras palabras, los filetes 22 forman roscas en la superficie interior de la superficie axial del rotor. Los filetes 22 rotan con el rotor 9 de manera que sus perfiles helicoidales 24 (roscas) bombean lubricante de vuelta al sello laberíntico 2.
En las realizaciones, los anillos 4 son elementos compuestos, cada uno con un anillo interno de un material duradero, tal como metal, en torno al cual está formado un anillo de desgaste. Preferentemente, el anillo de desgaste está fabricado de plástico u otro material adecuado. El anillo de desgaste de plástico puede estar moldeado en torno al anillo duradero interior, o puede estar compuesto de partes acopladas al anillo interior duradero, por ejemplo con adhesivo.
De este modo, las realizaciones proporcionan sellos laberínticos 2 para impedir la contaminación del cojinete desde fuentes externas mientras reducen en gran medida las fugas desde los cojinetes, proporcionando al mismo tiempo juntas a rosca 3 que devuelven hacia los cojinetes el fluido que se fuga de los sellos laberínticos 2. Mientras los anillos 4 de los sellos laberínticos utilizan componentes de desgaste de plástico en las realizaciones, los anillos internos de metal proporcionan más durabilidad. La junta a rosca 3 de las realizaciones, con su llave 23 en forma de anillo actuando con las muescas 20 del asiento y la sección 21, proporciona una junta de bombeo relativamente económica, de larga duración.
Se apreciará que algunas de las características y funciones dadas a conocer anteriormente y otras, o alternativas de las mismas, pueden combinarse de manera deseable en muchos otros sistemas o aplicaciones diferentes. Se apreciará asimismo que pueden ser posteriormente realizadas por los expertos en la materia diversas alternativas, modificaciones, variaciones o mejoras de las mismas, actualmente imprevistas o inesperadas, si bien el alcance de la invención está limitado por las reivindicaciones anexas.
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Referencias citadas en la descripción La lista de referencias citadas por el solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha tomado especial cuidado en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este respecto. 
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Documentos de patentes citados en la descripción
\bullet GB 2 266 937 A [0005]

Claims (7)

1. Una máquina rotatoria que comprende un rotor (9), un estátor (11), un cojinete (10) que soporta el rotor (9) para la rotación en torno al estátor (11), un sistema de sellado (1, 1') a ambos lados del cojinete (11), comprendiendo cada sistema de sellado (1; 1') un sello laberíntico (2) de acción radial que incluye componentes en superficies radiales enfrentadas del rotor (9) y del estátor (11); y una junta a rosca (3) de acción axial; en la que el sello laberíntico (2) comprende una serie de anillos (4) que se proyectan axialmente, una serie correspondiente de ranuras (5, 6, 7, 8) formadas en una superficie radial del rotor (9) y que soportan los anillos (4), y una serie correspondiente de ranuras enfrentadas (12, 13, 14, 15) formadas en una superficie radial del estátor que está enfrentada a la superficie radial del rotor; sobresaliendo los anillos (4) hacia las ranuras enfrentadas (12, 13, 14, 15); con lo que cada anillo (4) comprende una banda con perfiles de interconexión correspondientes en ambos extremos (27; 28) de la misma, de modo que los extremos (27, 28) pueden unirse para formar el anillo (4).
2. La máquina rotatoria de la reivindicación 1, en el que cada anillo (4) comprende un anillo interno de un material duradero y un anillo de desgaste de un material menos duradero.
3. La máquina rotatoria de la reivindicación 2, en la que el anillo interno es de metal y el anillo de desgaste es de plástico.
4. La máquina rotatoria de la reivindicación 2, en la que el anillo de desgaste está moldeado en torno al anillo interno.
5. La máquina rotatoria de la reivindicación 2, en la que el anillo de desgaste está unido con adhesivo al anillo interno.
6. La máquina rotatoria de la reivindicación 1, en la que la junta a rosca (3) comprende una serie de filetes (22) montados en el rotor (9), comprendiendo los filetes (22) un perfil sustancialmente helicoidal (24), diametralmente a lo largo de una periferia interna de la junta a rosca (3).
7. La máquina rotatoria de la reivindicación 1, en la que la junta a rosca (3) comprende una sección, un asiento formado en el rotor (9) y en el cual está insertada la sección, y una llave (23) en forma de anillo insertada en la sección para forzar la sección hacia el asiento y retenerla en éste.
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