ES2588988T3

ES2588988T3 - Sello mecánico con conjunto de sello mejorado

Info

Publication number: ES2588988T3
Application number: ES10752996.8T
Authority: ES
Inventors: Ricardo Abarca Melo; Rodrigo Guzman Castro; Osvaldo Quiroz Venegas
Original assignee: Vulco SA
Current assignee: Vulco SA
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2016-11-08
Anticipated expiration: 2030-03-16
Also published as: CA2755489A1; BRPI1009403A2; AP3612A; EP2409055A1; WO2010105295A1; BRPI1009407A2; BRPI1009405B1; AP3152A; EP2409055B1; US9593777B2; ES2690533T3; AP2011005923A0; RU2480654C1; PL2409055T3; CN105114628B; AU2010225453A1; AU2010225453B2; CN102422063A; CN105587861A; CN102422061A

Abstract

Un sello mecánico (10) para un sellado entre un vástago giratorio (14) y un alojamiento (12), en donde el sello mecánico (10) comprende: un primer (16) y segundo (18) miembros de sellado opuestos, cada uno de los cuales tiene una cara de sellado anular (22, 24) que rodea el vástago (14), el primer miembro de sellado (16) adaptado para sellarse al vástago giratorio (14) y el segundo miembro de sellado (18) adaptado para sellarse al alojamiento (12), las caras de sellado (22, 24) disponiéndose para que hagan contacto con el fin de formar un sello entre ellas; y un conjunto de montaje dispuesto para asegurar uno de los miembros de sellado (16, 18) en posición respecto de una estructura de soporte (14, 34) del sello mecánico (10), el conjunto de montaje que incluye: un soporte (28, 38) que tiene una porción de base (72, 74) asegurada a un miembro de sellado (16, 18) y una porción de nervadura (76, 78); caracterizado por que la porción de nervadura (76, 78) sobresale hacia afuera desde la porción de base (72, 74) más allá de un miembro de sellado (16, 18) y en un plano paralelo a la cara de sellado (22, 24) de un miembro de sellado, teniendo la porción de nervadura (76, 78) un extremo libre opuesto a la porción de base (72, 74) separado de y que no está en contacto con un miembro de sellado (16, 18), el conjunto de montaje incluyendo, además, la estructura de soporte (14, 34), y una pieza de sujeción (30, 82) montada a la estructura de soporte (14, 34), la porción de nervadura (76, 78) estando dispuesta entre la pieza de sujeción (30, 82) y la estructura de soporte (14, 34) y quedando, de manera que se pueda soltar, fijada entre ellas para fijar la porción de nervadura (76, 78) respecto de la estructura de soporte (14, 34) para permitir la transferencia de par motor entre un miembro de sellado (16, 18) y la estructura de soporte, y el soporte (28, 38) está dispuesto para deformarse bajo carga con el fin de distribuir la carga de par motor en un miembro de sellado (16, 18).

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Sello mecanico con conjunto de sello mejorado Campo tecnico

La presente descripcion se refiere a un sello mecanico para proveer un sellado de fluidos entre componentes giratorios y fijos. La invencion se ha desarrollado especialmente, pero no exclusivamente, para su uso en bombas para fluidos, como, por ejemplo, bombas para lodos, donde el sello mecanico se monta entre un vastago de accionamiento giratorio y una carcasa de bomba y se describe en la presente memoria en dicho contexto. Sin embargo, segun se observa, dicho sello mecanico puede tener aplicaciones mas amplias y no se limita a dicho uso.

Antecedentes de la tecnica

Los sellos mecanicos se han usado para suministrar un sellado de fluidos entre un vastago giratorio y una camara contenedora de fluido. Como tales, los sellos mecanicos tienen aplicacion en bombas donde el vastago de accionamiento de un motor de bomba montado externamente se extiende a traves de una carcasa de bomba para accionar un impulsor de bomba. En dicha aplicacion, el sello mecanico se situa normalmente donde el vastago giratorio entra en o abandona la carcasa y se encaja en la carcasa y el vastago giratorio para suministrar un sello entre dichos componentes.

Dichos sellos mecanicos comprenden, en general, algunos componentes que rotan con el vastago (u otra porcion giratoria del equipo al que se encaja) y dichos componentes que se encajan en las partes fijas del equipo. En la interfaz entre dichos componentes giratorios y fijos se encuentran las caras de sellado por contacto, una de las cuales rota y la otra permanece fija. Estas caras de sellado estan en relacion opuesta y dispuestas para presionarlas con el fin de que hagan contacto para formar un sellado de fluidos entre ellas.

En el pasado, han surgido problemas al usar sellos mecanicos en algunas aplicaciones de bombeo, en particular, en bombas para lodos para minena, debido al duro ambiente creado en las bombas por el lodo, la alta carga inducida en los componentes de bomba durante la puesta en marcha y el funcionamiento, y la necesidad de un funcionamiento continuo de las bombas durante penodos prolongados. Por consiguiente, existe una necesidad continua de mejorar el diseno del sello mecanico para mejorar su idoneidad en aplicaciones de bombeo.

El documento WO2008/136757 describe un dispositivo de sellado mecanico que comprende un primer elemento de sello y un primer elemento contenedor que contiene el primer elemento de sello. El primer elemento de sello forma una primera superficie de sello, una superficie de apoyo opuesta y una superficie periferica exterior. El primer elemento contenedor tiene una superficie de soporte y una superficie interior. Un segundo elemento de sello, el cual forma una segunda superficie de sello, rota en relacion con el primer elemento de sello alrededor de un eje de rotacion de modo que el primer elemento de sello hace tope sellando la segunda superficie de sello en un plano radial. Un elemento de elastomero se suministra entre la superficie periferica exterior y la superficie interior. La superficie de apoyo opuesta se apoya ajustadamente en la superficie de soporte.

Compendio de la descripcion

En un primer aspecto, se describen realizaciones de un sello mecanico segun las caractensticas de la reivindicacion 1.

Cuando el sello mecanico se usa en una bomba, el soporte del conjunto de montaje ayuda a proteger los miembros de sellado, en particular, en la fase de puesta en marcha de la bomba. Durante la puesta en marcha, el par motor impartido por el vastago de accionamiento debe superar la resistencia friccional estatica que existe en las caras de sellado por contacto para permitir que el primer miembro de sellado (giratorio) se mueva respecto del segundo miembro de sellado (fijo). Dicha resistencia friccional puede ser alta y, por consiguiente, las fuerzas inducidas en los miembros de sellado pueden ser altas. El soporte permite que un miembro de sellado admita mejor estas fuerzas permitiendo al soporte absorber parte de la carga deformandose, actuando, de esta manera, como un amortiguador para el sello. Una ventaja adicional del soporte es que puede suministrar cierta elasticidad cerca de la interfaz de sellado permitiendo, de esta manera, que un miembro de sellado tenga cierta capacidad de ajustarse y moverse durante el funcionamiento, lo cual ayuda a mantener dichas superficies en contacto.

El soporte incluye una porcion de base y una nervadura de retencion que sobresale desde la porcion de cuerpo. La nervadura de retencion se sujeta con el fin de asegurar un miembro de sellado en posicion.

En un segundo aspecto, se describen realizaciones de un sello mecanico para un sellado entre un vastago giratorio y un alojamiento, comprendiendo el sello mecanico un primer y segundo miembro de sellado opuestos, cada uno de las cuales tiene una cara de sellado anular que rodea el vastago, donde el primer miembro de sellado se adapta para sellarse al vastago giratorio y el segundo miembro de sellado se adapta para sellarse al alojamiento, estando las caras de sellado dispuestas para presionarlas para hacer contacto con el fin de formar un sello entre ellas; y un

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

conjunto de montaje dispuesto para asegurar uno de los miembros de sellado en posicion respecto de una estructura de soporte del sello mecanico, el conjunto de montaje incluyendo un soporte que tiene una porcion de base asegurada a un miembro de sellado y una nervadura de retencion que sobresale desde la porcion de base, la nervadura de retencion fijandose a la estructura de soporte para permitir la transferencia de par motor entre un miembro de sellado y la estructura de soporte.

Segun cualquiera de los aspectos descritos anteriormente, la nervadura sobresale en un plano que es sustancialmente paralelo a la cara de sellado de un miembro de sellado.

Una ventaja de la nervadura segun el segundo aspecto es que la carga de par motor se distribuye de forma mas uniforme alrededor del miembro de sellado porque la superficie de contacto se extiende a lo largo de la nervadura fijada que puede extenderse alrededor de un miembro de sellado. En sistemas anteriores, el par motor se transfena a traves de sujetadores mecanicos, como, por ejemplo, pernos, que generan las concentraciones de tension en el miembro de sellado en las superficies de contacto entre el perno y el miembro de sellado.

El conjunto de montaje comprende ademas una pieza de sujecion que se dispone para sujetar, de forma que se pueda liberar, la nervadura de retencion para asegurar el miembro de sellado en posicion. Asimismo, en una realizacion particular, el conjunto de montaje comprende ademas una superficie de apoyo dispuesta para inhibir el movimiento axial del miembro de sellado respecto del eje de rotacion del vastago giratorio. En una forma particular, las superficies de tope forman parte de la pieza de sujecion.

En una forma, el miembro de sellado incluye una muesca en la que se encaja el soporte.

En una realizacion particular, el soporte tiene la forma de un anillo elastico fijado a un miembro de sellado. En una forma, el soporte se fabrica con un material viscoelastico y, en una realizacion particular, se une a un miembro de sellado. En una forma, el soporte se une, mediante un proceso de vulcanizacion, a un miembro de sellado.

En un tercer aspecto, se describen realizaciones de un sello mecanico para sellar un vastago giratorio y un alojamiento, el sello mecanico comprendiendo un primer y segundo miembro de sellado opuestos, cada uno de los cuales tiene una cara de sellado anular que rodea el vastago, en donde el primer miembro de sellado se adapta para sellarse a la porcion giratoria y el segundo miembro de sellado se adapta para sellarse al alojamiento, las caras de sellado disponiendose para presionarlas con el fin de hacer contacto para formar un sello entre ellas; y un conjunto de montaje dispuesto para asegurar uno de los miembros de sellado en posicion respecto de una estructura de soporte del sello mecanico, el conjunto de montaje incluyendo un anillo elastico que se une a dicho miembro de sellado y se conecta a la estructura de soporte para permitir la transferencia de par motor entre dicho miembro de sellado y la estructura de soporte.

El anillo del tercer aspecto de la caractenstica puede incluir las caractensticas del anillo elastico segun se describe mas arriba con respecto al primer o segundo aspecto de la descripcion.

En una forma tanto del primer, segundo, o tercer aspecto, el miembro de sellado se fabrica con un material ceramico. En una realizacion particular, el conjunto de montaje monta el primer miembro de sellado al vastago giratorio. De esta manera, el conjunto de montaje es responsable de transferir el par motor impartido desde el vastago giratorio hasta el primer miembro de sellado.

En una realizacion particular, el sello que comprende un segundo conjunto de montaje se dispone para asegurar el otro de los miembros de sellado en posicion respecto de una segunda estructura de soporte del sello mecanico. Este segundo conjunto de montaje puede incluir cualquiera de las caractensticas descritas mas arriba con referencia al conjunto de montaje del primer, segundo, o tercer aspecto de la invencion.

En un cuarto aspecto, se describen realizaciones de un conjunto de sello para un sello mecanico, el conjunto comprendiendo un miembro de sellado que tiene una cara de sellado anular y un soporte unido al miembro de sellado, segun lo mencionado en la reivindicacion 12.

En una realizacion particular, el montaje de sello se utiliza en un sello mecanico segun cualquiera de las formas descritas mas arriba con referencia al primer, segundo, o tercer aspecto de la invencion. En particular, en una forma el soporte se fabrica con un anillo elastico unido al miembro de sellado. En una forma, el soporte se fabrica con un material viscoelastico. En una disposicion particular, el soporte se une, mediante un proceso de vulcanizacion, a al menos un miembro de sellado. En una forma, el soporte incluye una porcion de cuerpo y una nervadura de retencion que sobresale desde la porcion de cuerpo, estando la nervadura de retencion dispuesta para sujetarse de manera tal que asegure el miembro de sellado en posicion en el sello mecanico.

En un aspecto adicional, se describen realizaciones de una bomba que incluye una carcasa de bomba que tiene una abertura, un vastago de accionamiento que se extiende a traves de la abertura, y un sello mecanico segun cualquiera de las formas descritas mas arriba con referencia al primer, segundo o tercer aspecto de la invencion otorgando un sellado de fluidos entre la carcasa y el vastago de accionamiento, en el que el vastago giratorio del

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

sello mecanico se monta al vastago de accionamiento y el alojamiento del sello mecanico se monta a la carcasa de bomba.

Breve descripcion de los dibujos

Es conveniente describir una realizacion del sello mecanico con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: la Figura 1 es una vista en perspectiva (con un cuarto de seccion eliminado) de un sello mecanico;

la Figura 2 es una vista en alzado lateral del sello mecanico de la Figura 1;

la Figura 3 es una vista del despiece de los componentes del sello mecanico de la Figura 1;

la Figura 4 es una ilustracion esquematica del sello mecanico de la Figura 1 conectado a una carcasa de bomba y

vastago de accionamiento;

la Figura 5 es una vista en perspectiva (con un cuarto de seccion eliminado) de otra realizacion de un sello mecanico que es similar a la realizacion de la Figura 1;

la Figura 6 es una vista en alzado lateral del sello mecanico de la Figura 5;

la Figura 6a es una vista en perspectiva de una porcion del sello mecanico de la Figura 6;

la Figura 7 es una vista en alzado lateral del sello mecanico de la Figura 5; y

la Figura 7a es una vista en perspectiva de una porcion del sello mecanico de la Figura 7.

Descripcion detallada de las realizaciones espedficas

Volviendo a los dibujos, en la Figura 1 se describe un sello mecanico 10 que se usa para ofrecer una interfaz de sellado entre componentes giratorios y fijos. En terminos generales, el sello mecanico 10 incluye una parte fija o alojamiento 12 en la forma de un reborde o anillo con forma, en general, anular 31 y una parte giratoria en general en forma de camisa de vastago 14 que se extiende a traves del alojamiento 12 y que gira alrededor de un eje CL. Hay varios componentes que conectan las partes giratorias y fijas, los cuales se describiran a continuacion.

Con el fin de formar un sellado de fluidos entre el reborde anular fijo 31 y la camisa de vastago giratorio 14, se provee un par de miembros de sellado en la forma de anillos continuos 16, 18. Durante el uso, los anillos 16,18 se montan a las respectivas estructuras de soporte del sello 10. En la realizacion tal y como se muestra, uno de los anillos de sellado 16 rota y se fija a la camisa de vastago 14, mientras el otro anillo de sellado 18 permanece fijo y ajustado al alojamiento fijo 12 a traves de un conjunto de soporte 20 (cuyos diferentes componentes se describiran de forma breve). Cada uno de los anillos de sellado 16, 18 incluye una cara de sellado anular respectiva (22, 24) que, durante el uso, se ubica en relacion opuesta y tiene un acabado regular. Las caras de sellado 22, 24 estan dispuestas para presionarse con el fin de hacer contacto entre sf para formar un sellado de fluidos entre ellas, tal y como se describira.

El sello mecanico 10, segun la forma mencionada anteriormente, es apropiado para su uso en una bomba centnfuga (por ejemplo, tal y como se muestra en la Figura 4). El sello mecanico 10 provee una barrera de fluidos entre una carcasa de bomba 100 y el vastago de accionamiento giratorio 102 equipado con una camisa de vastago 14. La camisa de vastago 14 aloja (y gira con) el vastago de accionamiento giratorio 102, que conecta un motor directo (no se muestra) a un impulsor de bomba (no se muestra) que se ubica dentro de una camara de bombeo de la bomba. La carcasa de bomba 100 se atornilla al alojamiento 12 del sello mecanico 10 mediante tornillos que encajan en los orificios de recepcion 13. El vastago de accionamiento giratorio 102 se ajusta mediante pernos, remaches o tornillos 92 que se ubican dentro de los orificios de recepcion 15 para ajustarlo a la camisa de vastago giratorio 14 del sello mecanico 10.

La camisa de vastago giratorio 14 del sello mecanico 10 se fabrica, normalmente, con un material como, por ejemplo, acero inoxidable mecanizado (por ejemplo, AISI 316). La camisa de vastago 14 incluye un collar de accionamiento 26 montado en un extremo posterior 27 de la camisa de vastago 14, el cual se encuentra en el lado exterior del alojamiento fijo 12 y carcasa de bomba 100, y sin contacto alguno con el fluido dentro de la bomba. La camisa de vastago 14 incorpora asimismo el anillo de sellado giratorio 16 en un extremo opuesto (frontal) 29 de la camisa de vastago 14, el cual se encuentra en la region del sello mecanico 10 que esta en contacto con el fluido, dentro de la bomba. El anillo de sellado 16 se dispone en una superficie exterior 33 de la camisa de vastago 14 y se orienta de modo tal que su cara de sellado respectiva 22 mira hacia atras al extremo posterior 27 de la camisa de vastago 14. El anillo de sellado 16 (que, normalmente, se fabrica con una ceramica como, por ejemplo, carburo de silicio, o un material de metal duro como, por ejemplo, carburo de tungsteno) se acopla a la camisa de vastago 14 mediante un conjunto de montaje que incluye un soporte en la forma de un acople elastomerico 28 y un collar de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

fijacion 30 que se fija alrededor del anillo de sellado 16 y lo sujeta a la camisa de vastago 14 usando una disposicion de atornillado 25. La funcion y funcionamiento del conjunto de montaje se describiran de manera mas detallada mas abajo.

El conjunto de soporte 20 esta ubicado entre la camisa de vastago 14 y el alojamiento 12 y esta dispuesto para "flotar", es decir, no se acopla de manera ngida ni al alojamiento 12 ni a la camisa de vastago 14. El conjunto de soporte 20 tiene multiples funciones, a saber:

- dar apoyo al anillo de sellado fijo 18;

- ofrecer una fuerza de desviacion al anillo de sellado 18 para presionarlo con el fin de que haga contacto con el anillo de sellado giratorio 16;

- ofrecer una barrera de fluidos entre el alojamiento 12 y el anillo de sellado 18. Cuando se ajusta a una bomba, la barrera de fluidos formada por el conjunto de soporte 20 se vuelve una superficie interna de la camara de bomba; y

- dar apoyo a la camisa de vastago giratorio 14 respecto del reborde anular fijo 31 formando el alojamiento 12.

Con el fin de permitir estas funciones diferentes, el conjunto de soporte 20 comprende:

- una porcion de base en forma de un cubo anular 40 que se encaja dentro del reborde anular 31 del alojamiento 12 y alrededor de la camisa de vastago 14 y un cilindro o camisa circunferencial 32 que sobresale desde el cubo 40 y se extiende alrededor, y separada, de la camisa de vastago 14;

- una porcion que se puede mover en la forma de un saliente con reborde circunferencial 34; y

- un dispositivo de desviacion en la forma de un anillo elastomerico 36 dispuesto entre la camisa 32 y el saliente con reborde que se puede mover 34.

El saliente con reborde que se puede mover 34 tiene el anillo de sellado fijo 18 del sello mecanico encajado en un extremo delantero del mismo a traves de un segundo conjunto de montaje que incluye un segundo soporte en forma de un acople elastomerico 38. El anillo elastomerico elastico 36 se dispone para impartir una fuerza de desviacion en el saliente con reborde que se puede mover 34 para presionar el anillo de sellado 18 con el fin de que se mueva respecto de la camisa circunferencial de base 32 y para que haga contacto cara a cara con el anillo de sellado giratorio 16.

El reborde anular 31 y el cubo 40 se fabrican, normalmente, con acero mecanizado, como, por ejemplo, acero inoxidable mecanizado (por ejemplo AISI 316). El cubo 40 incluye una abertura central 42 a traves de la cual se extiende la camisa de vastago 14, con una pequena distancia de espacio circunferencial D alrededor de la misma. Una superficie interior 44 del cubo 40 incluye un cojinete 46 que se extiende a lo largo de la distancia de espacio D y sobre el cual rota la camisa de vastago 14. En la forma ilustrada, el cojinete 46 se forma como un anillo colector de carbono de seccion transversal rectangular.

La superficie circunferencial exterior 48 del cubo 40 esta en contacto deslizante con una superficie circunferencial interior 50 del reborde anular 31 del alojamiento 12, para formar un empalme entre ellas. Con el fin de reducir la friccion entre dichas superficies, se incorpora una ranura anular 52 en la superficie exterior 48 del cubo 40. Tambien se dispone un sello de junta torica 54 en una pequena ranura circunferencial situada en la superficie interior 50 del reborde anular 31 y se posiciona entre las superficies de contacto 48, 50 para ofrecer un sellado de fluidos secundario entre ellas.

Una cubierta elastomerica 56 se extiende a lo largo de la cara frontal del reborde anular 31 para cubrir parcialmente, el reborde anular 31 y todo el cubo 40, cubriendo tambien el empalme entre estos componentes 31,40 e inhibiendo la penetracion de fluidos entre la superficie interior 50 del reborde anular 31 y la superficie exterior 48 del cubo 40. Dicha cubierta 56 provee un sello primario contra el ingreso de fluidos y partfculas en el lado del sello mecanico 10 que esta en contacto con el fluido dentro de la bomba, pero sin limitar de forma indebida la naturaleza deslizante del contacto entre el cubo 40 y el reborde anular 31.

Una caractenstica del sello mecanico 10 es que las superficies de contacto 48, 50 del cubo 40 y el reborde anular 31 son curvilmeas y, mas espedficamente, la superficie exterior 48 del cubo es, en parte, esferica con el fin de formar un empalme esferico (o empalme de rotula) entre el cubo y la porcion de reborde anular 31 del alojamiento 12. Esto permite al conjunto de soporte 20 y a la camisa de vastago giratorio 14 "flotar" e inclinarse respecto del alojamiento fijo 12, de tal modo que el eje de rotacion del vastago de accionamiento 102 y la camisa de vastago 14 puedan moverse en todas las direcciones lejos de la alineacion con el eje central CL de la abertura 42 del cubo 40. De

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

hecho, el empalme esferico formado entre el cubo 40 y el reborde anular 31 en el sello mecanico 10 puede admitir una variacion angular relativamente grande entre estos dos ejes (en el orden de hasta 5-10°). Esto constituye una ventaja ya que permite al sello mecanico 10 encajarse en el equipo donde el vastago giratorio no esta alineado con la carcasa de equipo que se une al reborde anular 31 (mediante tornillos en los orificios de recepcion 13). Asimismo, y de manera significativa, esta capacidad de admitir dicha variacion angular se puede lograr sin conllevar una desalineacion consiguiente de las caras del sellado 22, 24 de los respectivos anillos de sellado 16, 18 y un derrame de fluidos entre ellas.

La camisa 32 del conjunto de soporte 20 se apoya en, y sobresale desde, el cubo 40. La camisa 32, la cual se fabrica normalmente con acero, como, por ejemplo, acero inoxidable, rodea, pero esta separada de, la camisa de vastago giratorio 14, y suministra un asiento para la circunferencia interior del anillo elastomerico 36. En la forma ilustrada, el anillo elastomerico 36 se fabrica con un material viscoelastico como, por ejemplo, un elastomero polimerico. El anillo 36 se extiende alrededor de la superficie exterior 60 de la camisa 32 y se une a la camisa 32 preferiblemente mediante un proceso de vulcanizacion con el fin de formar una fuerte conexion que sea impermeable a los fluidos.

El saliente con reborde 34 (que se conecta al anillo de sellado fijo 18) se forma como un anillo en forma de L en seccion transversal y tiene una superficie interior 64 que se encaja, y se une, a una circunferencia exterior del anillo elastomerico 36, otra vez preferiblemente mediante un proceso de vulcanizacion para suministrar una fuerte conexion entre dichos elementos que sea impermeable a los fluidos. El saliente con reborde 34 se fabrica, normalmente, con metal como, por ejemplo, acero inoxidable y, junto con las otras partes de la porcion que se puede mover del conjunto de soporte 20, se extiende alrededor, pero esta separada, de la camisa de vastago giratorio 14. De esta manera, el saliente con reborde 34 se apoya totalmente en el anillo elastomerico 36.

El anillo elastomerico elastico 36 no solo da apoyo a la porcion que se puede mover (saliente con reborde 34) del conjunto de soporte 20, sino que se dispone para presionar dicha porcion hacia adelante (es decir, hacia el extremo de vastago 29) con el fin de mantener las caras de sellado 22, 24 de los respectivos anillos de sellado 16, 18 en contacto. Esto se logra precargando el anillo elastomerico 36, mediante el movimiento/posicionamiento del saliente con reborde 34 en relacion con la camisa 32 con el fin de deformar el anillo elastomerico 36 y ubicar dicho anillo en tension, y luego sostener dichos componentes en dicha posicion (es decir, el anillo elastomerico 36 se coloca en tension por el movimiento del saliente con reborde 34 hacia atras hacia el extremo posterior 27 del vastago). De esta manera, esta tension induce una fuerza de desviacion en el anillo de sellado 18 para presionarlo hacia adelante contra el anillo de sellado exterior 16 y para mantener un espacio cerrado entre ellos. La estructura del anillo elastomerico 36 permite aplicar la fuerza de desviacion de forma uniforme sobre el anillo de sellado 18 y alrededor del eje de rotacion de la camisa de vastago giratorio 14 y el anillo de sellado giratorio 16.

La cantidad de precarga aplicada al anillo elastomerico 36 depende de la cantidad de movimiento axial del saliente con reborde 34 respecto de la camisa 32. Mientras la camisa de vastago 14 se puede mover respecto del cubo 40 (y, por lo tanto, se puede mover axialmente a lo largo del vastago de accionamiento 102), es necesario limitar dicho movimiento axial para mantener la precarga en el anillo elastomerico 36. Esto se logra mediante el uso de pestanas de apoyo en forma de T 66 montadas al cubo 40 y retiradas en el momento de instalacion del sello mecanico 10. Las pestanas de apoyo 66 se fijan, normalmente, al cubo 40 mediante pernos o tornillos 68 y se disponen para anclarse alrededor del collar de accionamiento 26 para fijar la posicion axial del cubo 40 en la camisa de vastago 14. En la forma ilustrada, las pestanas de apoyo 66 se disponen para apoyarse contra el collar de accionamiento 26. Con las pestanas de apoyo 66 en su lugar, el anillo elastomerico 36 permanece en su estado precargado mientras el conjunto de soporte 20 no puede expandirse axialmente a lo largo del vastago (que descargana la tension en el anillo elastomerico 36) debido a que esta confinado axialmente entre el anillo de sellado giratorio frontal 16 y el collar de accionamiento 26 en la parte posterior del vastago.

La construccion del conjunto de soporte 20 con el anillo de sellado elastomerico 36 dispuesto entre la camisa 32 y el saliente con reborde 34 ofrece una disposicion donde la fuerza aplicada al anillo de sellado fijo 18 es concentrica y uniforme alrededor del eje de rotacion Cl de la camisa de vastago giratorio 14.

El conjunto de soporte 20 suministra una barrera de fluidos para el sello mecanico 10 que se extiende desde el anillo de sellado fijo 18 hasta el reborde anular 31 del alojamiento 12, y que se convierte, en efecto, en una pared interna de la carcasa de bomba. De esta manera, el anillo de sellado 36 queda expuesto al fluido en la bomba 100 durante el funcionamiento. El anillo 36 forma una parte integrada de esta barrera impermeable a los fluidos (que comprende el anillo de sellado continuo 36 que se une a la camisa 32 y tambien al saliente con reborde 34).

La superficie posterior 70 del anillo de sellado 36 esta en contacto con el fluido dentro de la bomba porque el fluido es capaz de penetrar el espacio entre el extremo del saliente con reborde 34 y la cubierta 56. Esto entonces permite que la presion de fluido en la bomba ayude a desviar el saliente con reborde 34 del conjunto de soporte 20 hacia adelante en la direccion del extremo 29, contribuyendo, de esta manera, con la fuerza de desviacion que mantiene las caras de sellado anular 22, 24 en contacto. Un aumento en la presion de fluido dentro de la camara de bomba puede aumentar la fuerza de desviacion. Esta fuerza de desviacion adicional contrarresta, al menos en cierta

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

medida, la fuerza que se aplica mediante la presion de fluido en el empalme de los anillos de sellado 16, 18 que tiende a separar estos miembros. Como tal, el sello mecanico 10 puede funcionar de forma eficaz bajo diferentes presiones de fluido. Esto es beneficioso en aplicaciones de bombeo donde la presion de fluido puede fluctuar considerablemente desde la puesta en marcha hasta estar totalmente en funcionamiento.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, cada uno de los anillos de sellado 16, 18 se mantienen en su lugar mediante conjuntos de montaje. Estos conjuntos de montaje incluyen acoples elastomericos 28, 38 disenados para admitir la carga de par motor, superficies de tope 94, 96 contra las cuales se ubican los anillos de sellado 16, 18, y las cuales impiden que los anillos de sellado 16, 18 se muevan axialmente, y collares de fijacion 30, 82 que fijan los respectivos acoples elastomericos 28, 38. Ademas, uno de los collares de fijacion 30 incluye la superficie de tope 94, mientras que el otro collar de fijacion 82 esta disenado para mantener el anillo de sellado 18 contra la superficie de tope 96.

En la forma ilustrada, los anillos de sellado 16, 18 (que son, normalmente, de ceramica) tienen una porcion o muesca recortada en la cara posterior (la cara opuesta a sus respectivas caras de sellado anular 22, 24). Los acoples elastomericos 28, 38 tienen, cada uno, una porcion de base (72, 74 respectivamente) que se monta en dicha muesca y se une, normalmente, en su lugar mediante un proceso de vulcanizacion. Los acoples elastomericos 28, 38 tambien incluyen respectivas porciones de nervadura 76, 78 que se extienden hacia afuera desde las porciones de base 72, 74 mas alla de los respectivos anillos de sellado 16, 18 a los cuales se encajan, y en un plano paralelo a las respectivas caras de sellado anular 22, 24. Estas porciones de nervadura 76, 78 se fijan de forma que se puedan soltar durante el uso para mantener los anillos de sellado 16, 18 acoplados en el lugar. Espedficamente, el anillo de sellado giratorio 16 se sostiene mediante una pieza de sujecion en la forma del collar de fijacion 30 fijando la porcion de nervadura 76 a la superficie frontal 23 de la camisa de vastago 14. Una junta torica 80 puede, asimismo, ajustarse para suministrar una barrera de agua entre el collar 30 y el anillo de sellado 16. El collar de fijacion 30 incluye la superficie de tope 94 en una cara interior y se apoya contra la cara posterior del anillo de sellado 16 con el fin de evitar el movimiento axial del anillo de sellado 16 lejos del otro anillo de sellado 18. El anillo de sellado fijo 18 se sostiene mediante una pieza de sujecion en la forma del collar de fijacion 82 que fija la porcion de nervadura 78 sobre la superficie delantera 85 del saliente con reborde 34. Ademas, el anillo de sellado 18 se fija en una posicion donde su cara posterior se apoya contra la superficie de tope 96 formada en la cara exterior del saliente con reborde 34.

Los acoples elastomericos fijados 28, 38 tienen la forma de anillos elasticos y estan disenados para admitir el par motor y ayudar a proteger los anillos de sellado 16, 18, en particular en la fase de puesta en marcha de uso de una bomba. Durante la puesta en marcha, es necesario que el par motor impartido por el vastago de accionamiento 102 supere la resistencia friccional estatica que existe en las caras de sellado por contacto 22, 24 para permitir que el anillo de sellado giratorio 16 se mueva respecto del anillo de sellado fijo 18. Esta resistencia friccional puede ser alta y, por consiguiente, las fuerzas inducidas en los anillos de sellado 16,18 pueden ser altas. Los acoples elastomericos 28, 38 permiten a los anillos de sellado 16, 18 admitir mejor estas fuerzas, asegurando que el par motor se transfiera y distribuya a lo largo de los anillos de sellado 16, 18 (debido a la superficie de contacto continuo entre los collares de fijacion 30, 82 y las porciones de nervadura 76, 78 de los acoples elastomericos 28, 30) y, asimismo, permitiendo que los acoples elastomericos 28, 30 absorban parte de la carga mediante la deformacion, actuando, de esta manera, como un amortiguador para el sello mecanico 10. Una ventaja adicional de un acople elastomerico 28, 30 es que suministra cierta elasticidad cerca de la interfaz de sellado permitiendo, de esta manera, que los anillos de sellado 16, 18 tengan cierta capacidad de ajustarse y moverse durante el funcionamiento que ayuda a mantener las superficies de las caras de sellado 22, 24 en contacto. Para los acoples 28, 30, y para cualquiera de las otras partes elastomericas a las que se hace referencia en la presente memoria, el material de fabricacion puede ser un material viscoelastico como, por ejemplo, un elastomero polimerico, o un caucho o compuesto de caucho natural o sintetico, o una mezcla espedfica de productos de caucho (por ejemplo, marca Viton). En realizaciones adicionales, los acoples elastomericos 28, 30 pueden estar presentes en la forma de multiples segmentos, posiblemente discontinuos, en forma de arco fijados a un anillo de sellado respectivo 16, 18 en lugar de una forma de anillo continuo.

En la forma ilustrada, el collar 82 tiene una superficie que mira hacia adelante 84 que incorpora aletas que se extienden radialmente 86. Estas aletas se disenan para promover el flujo turbulento en las cercamas de los anillos de sellado 16, 18 que ayudan a refrigerar los anillos de sellado 16, 18 alejando el calor friccional generado en sus cercamas generales durante el uso. Con el fin de ayudar a crear este flujo turbulento, se describen aletas adicionales 88 en la cara frontal de la cubierta 56. Se ha descubierto en pruebas experimentales que el flujo turbulento es suficiente para refrigerar el sello mecanico 10 especialmente en las cercamas de los anillos de sellado 16, 18, y sin la necesidad de incorporar un sistema de enfriamiento rapido separado al sello mecanico 10. Esto ofrece una ventaja considerable tanto en terminos de simplificacion de diseno como de reduccion de costes de funcionamiento continuo.

Durante el uso, el sello mecanico 10 se incluye con el dispositivo de desviacion en la forma del anillo elastomerico 36, estando precargado. El sello mecanico 10 se encaja en la bomba 100 ubicando la camisa de vastago 14 en el

vastago de accionamiento 102 de la bomba 100. El reborde anular 31 puede inclinarse sobre el cubo 40 del sello mecanico 10, si fuera necesario, de modo tal que el reborde anular 31 se alinea con la carcasa de bomba. El sello mecanico 10 se asegura luego en su lugar, con el reborde anular 31 empernado a la carcasa mediante pernos 90 que se ubican en los orificios de recepcion 13. La camisa de vastago 14 se ajusta al vastago de accionamiento 102 5 mediante pernos, remaches o tornillos 92 que se extienden a traves de los orificios de recepcion 15 en el collar de accionamiento 26 y que muerden el vastago de accionamiento 102. Una vez fijadas en su lugar, las pestanas de apoyo 66 se pueden quitar, lo cual asegura que haya espacio de funcionamiento adecuado entre el collar de accionamiento 26 y el cubo 40 y que los diferentes componentes del conjunto de soporte 20 esten en tension y contacto apropiado. El sello mecanico 10 esta ahora en lugar y la bomba, lista para funcionar.

10 En una realizacion adicional que se muestra en la Figura 5, el sello mecanico 10A es, en todos los aspectos, el mismo que el sello mecanico 10 que se muestra en la Figura 1 a la Figura 4, y, por motivos de simplicidad, se ha otorgado a las partes iguales un numero de parte similar con la letra adicional "A". La principal diferencia entre los sellos mecanicos 10, 10A es la presencia de un sistema de enfriamiento rapido 97 en el sello mecanico 10A. El sistema de enfriamiento rapido 97 incluye un puerto 98 que forma un conducto interno que se extiende a traves del 15 reborde anular 31A del alojamiento fijo 12A y el cubo 40A. El puerto 98 esta dispuesto para la posible introduccion de agua de refrigeracion dentro de la camara de sello que se ubica entre la camisa de vastago 14 y los diferentes componentes del conjunto de soporte, asf como la posibilidad de eliminar cualquier partfcula que hubiera entrado en la camara de sello durante el uso. Asimismo, se incluye un segundo puerto (no se muestra) que forma un conducto interno similar al puerto 98 pero que esta espaciado angularmente alrededor del eje CL del puerto 98 y ofrece un 20 punto de descarga para el agua de refrigeracion introducida en la camara de sello mediante el puerto 98.

Con referencia a las Figuras 6, 6a, 7 y 7a en relacion con el sello mecanico 10A, se muestra un mayor detalle de los acoples elastomericos 28A, 38A. En las Figuras 6 y 6a, el acople elastomerico 28A se muestra con mayor detalle de perspectiva cuando se une al anillo de sellado 16A. En las Figuras 7 y 7a, el acople elastomerico 38A se muestra con mayor detalle de perspectiva cuando se une al anillo de sellado 18A.

25 Por consiguiente, se ofrece un sello mecanico que se adapta idealmente a las bombas. El sello es de construccion simple y puede funcionar bajo presiones de fluido fluctuantes para suministrar una fuerza de desviacion uniforme en las caras de sellado para mantener estas caras de sellado en contacto. El sello mecanico no requiere un enfriamiento rapido separado para refrigerar las caras de sellado (aunque esto se encuentra disponible de manera opcional en ciertas realizaciones), y puede ajustarse a los vastagos de accionamiento que no estan alineados con la 30 carcasa de bomba.

En las reivindicaciones de abajo y en el compendio de la invencion que precede, excepto cuando el contexto requiere lo contrario debido al lenguaje expreso o implicacion necesaria, la expresion "que comprende" se usa en el sentido de "que incluye", es decir, las caractensticas determinadas pueden asociarse a caractensticas adicionales en varias realizaciones de la invencion.

35 En la descripcion anterior de las realizaciones preferidas, se ha utilizado terminologfa espedfica en aras de la claridad. Sin embargo, la invencion no pretende limitarse a los terminos espedficos seleccionados, y se comprendera que cada termino espedfico incluye todos los equivalentes tecnicos que funcionan de manera similar para lograr un proposito tecnico similar. Los terminos como, por ejemplo, "frontal" y "posterior", "interior" y "exterior", "mas arriba" y "mas abajo" y similares se usan como palabras de conveniencia para suministrar puntos de referencia 40 y no se interpretaran como terminos restrictivos.

La referencia en la presente memoria a cualquier publicacion anterior (o informacion que surja de ella), o a cualquier cuestion conocida, no se tomara como un reconocimiento o admision o cualquier forma de sugerencia de que dicha publicacion anterior (o informacion que surja de ella) o cuestion conocida forma parte del conocimiento comun general en el campo al cual se refiere la presente memoria.

45 Finalmente, se comprendera que se pueden incorporar varias alteraciones, modificaciones y/o puntos adicionales a las diferentes construcciones y disposiciones de partes, estando el alcance de proteccion definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Un sello mecanico (10) para un sellado entre un vastago giratorio (14) y un alojamiento (12), en donde el sello mecanico (10) comprende:

un primer (16) y segundo (18) miembros de sellado opuestos, cada uno de los cuales tiene una cara de sellado anular (22, 24) que rodea el vastago (14),

el primer miembro de sellado (16) adaptado para sellarse al vastago giratorio (14) y el segundo miembro de sellado (18) adaptado para sellarse al alojamiento (12),

las caras de sellado (22, 24) disponiendose para que hagan contacto con el fin de formar un sello entre ellas; y un conjunto de montaje dispuesto para asegurar uno de los miembros de sellado (16, 18) en posicion respecto de una estructura de soporte (14, 34) del sello mecanico (10),

el conjunto de montaje que incluye:

un soporte (28, 38) que tiene una porcion de base (72, 74) asegurada a un miembro de sellado (16, 18) y una porcion de nervadura (76, 78);

caracterizado por que

la porcion de nervadura (76, 78) sobresale hacia afuera desde la porcion de base (72, 74) mas alla de un miembro de sellado (16, 18) y en un plano paralelo a la cara de sellado (22, 24) de un miembro de sellado, teniendo la porcion de nervadura (76, 78) un extremo libre opuesto a la porcion de base (72, 74) separado de y que no esta en contacto con un miembro de sellado (16, 18), el conjunto de montaje incluyendo, ademas,

la estructura de soporte (14, 34), y

una pieza de sujecion (30, 82) montada a la estructura de soporte (14, 34), la porcion de nervadura (76, 78) estando dispuesta entre la pieza de sujecion (30, 82) y la estructura de soporte (14, 34) y quedando, de manera que se pueda soltar, fijada entre ellas para fijar la porcion de nervadura (76, 78) respecto de la estructura de soporte (14, 34) para permitir la transferencia de par motor entre un miembro de sellado (16, 18) y la estructura de soporte, y

el soporte (28, 38) esta dispuesto para deformarse bajo carga con el fin de distribuir la carga de par motor en un miembro de sellado (16, 18).
2. Un sello mecanico (10) segun la reivindicacion 1, en el que el conjunto de montaje comprende ademas una superficie de tope dispuesta para inhibir el movimiento axial de un miembro de sellado (16, 18) respecto del eje de rotacion del vastago giratorio.
3. Un sello mecanico (10) segun la reivindicacion 2, en el que la superficie de apoyo (94, 96) forma parte de la pieza de sujecion (30, 82).
4. Un sello mecanico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el soporte (28, 38) presenta la forma de un anillo elastico fijado a un miembro de sellado (16, 18) o fabricado, como alternativa, con uno o mas miembros elasticos fijados a un miembro de sellado (16, 18).
5. Un sello mecanico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un miembro de sellado (16, 18) incluye una muesca en la que se encaja el soporte (28, 38).
6. Un sello mecanico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el soporte (28, 38) se fabrica con un material viscoelastico.
7. Un sello mecanico (10) segun la reivindicacion 6, en el que el soporte (28, 38) se une al miembro de sellado (16, 18).
8. Un sello mecanico (10) segun la reivindicacion 7, en el que el soporte (28, 38) se une, mediante un proceso de vulcanizacion, al miembro de sellado (16, 18).
9. Un sello mecanico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el miembro de sellado (16, 18) se fabrica con material ceramico.
10. Un sello mecanico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el conjunto de montaje monta el primer miembro de sellado (16) al vastago giratorio (14).

5

10

15

20

25

30
11. Un sello mecanico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que ademas comprende un segundo conjunto de montaje dispuesto para asegurar el otro de los miembros de sellado (16, 18) en posicion respecto de una segunda estructura de soporte del sello mecanico (10), siendo el segundo conjunto de montaje de una forma tal a la que se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 con respecto al conjunto de montaje.
12. Un conjunto de sello para un sello mecanico (10), comprendiendo el conjunto un miembro de sellado (16, 18) que presenta una cara de sellado anular (22, 24), una pieza de sujecion (30, 82), una estructura de soporte (14, 34), y un soporte (28, 38) unido al miembro de sellado (16, 18) en el que el soporte (28, 38) incluye una porcion de base (72, 74) y una porcion de nervadura (76, V 78);

caracterizado por que

la porcion de nervadura (76, 78) sobresale hacia afuera desde la porcion de base (72, 74) mas alla del miembro de sellado y en un plano paralelo a la cara de sellado, teniendo la porcion de nervadura (76, 78) un extremo libre opuesto a la porcion de base (72, 74) separado de y que no esta en contacto con dicho miembro de sellado (16, 18), estando la nervadura de retencion (76, 78) fijada, de modo que se pueda soltar, por una pieza de sujecion (30, 82) montada a la estructura de soporte (14, 34), estando la porcion de nervadura (76, 78) dispuesta entre la pieza de sujecion (30, 82) y la estructura de soporte (14, 34) y estando fijada entre ellas con el fin de asegurar el miembro de sellado (16, 18) en posicion en el sello mecanico (10).
13. Un conjunto de sello segun la reivindicacion 12, en el que el soporte (28, 38) se fabrica con al menos un miembro elastico (28, 38) unido al miembro de sellado (16, 18).
14. Un conjunto de sello segun la reivindicacion 13, en el que el soporte (28, 38) presenta la forma de un anillo elastico (28, 38).
15. Un conjunto de sello segun cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que el soporte (28, 38) se fabrica con un material viscoelastico.
16. Un conjunto de sello segun la reivindicacion 15, en el que el soporte (28, 38) se une, mediante un proceso de vulcanizacion, al miembro de sellado (16, 18).
17. Un conjunto de sello segun cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, en el que el miembro de sellado (16, 18) incluye una muesca en la que se encaja el soporte (28, 38).
18. Un conjunto de sello segun cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en el que el miembro de sellado (16, 18) se fabrica con un material ceramico.
19. Una bomba que incluye una carcasa de bomba (100) que tiene una abertura, un vastago de accionamiento (102) que se extiende a traves de la abertura, y un sello mecanico (10) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 otorgando un sellado de fluidos entre la carcasa (100) y el vastago de accionamiento (102), en el que el vastago giratorio (14) del sello mecanico (10) se monta al vastago de accionamiento (102) y el alojamiento (12) del sello mecanico (10) se monta a la carcasa de bomba (100).