ES2748818T3

ES2748818T3 - Sello de árbol activado por fluido

Info

Publication number: ES2748818T3
Application number: ES09759606T
Authority: ES
Inventors: Schoor Marthinus Van; David Gilbert; Andrew Cutler; Steven Klepper
Original assignee: Mide Technology Corp
Current assignee: Mide Technology Corp
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2029-06-08
Also published as: US7828299B2; EP2283258A1; WO2009149448A1; KR20110023879A; US20080303218A1; EP2283258B1; KR101322338B1

Abstract

Un sistema de sellado de mamparo de árbol activado por fluido que comprende: un mamparo (B), un árbol (852) de rotación, un soporte (804) anular fijado con respecto al mamparo (B) y alrededor del árbol (852) de rotación que se extiende a través del mamparo (B) y el soporte (804) anular; un portador (808, 1124, 1202, 1308) anular que incluye una superficie (856) separada desde el árbol (852, 1210, 1362) de rotación, el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular que incluye una superficie (832, 1340) interna que definen un canal (836, 1229, 1332) que recibe el soporte (804) anular en el mismo y el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular también incluye ranuras (840, 1336) opuestas cada una soporta un cada una soporta una junta (844, 1338) tórica que contacta una superficie (848) exterior del soporte (804) anular para sellar el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular con respecto al soporte (804) anular, el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular móvil con respecto al soporte (804) anular cuando el árbol (852) de rotación contacta la superficie (856); el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular soporta un sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde sobre lados opuestos del mismo, cada sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde incluye un bolsillo que mira hacia fuera entre una porción (816, 1178, 1206, 1368) de borde separada del árbol (852, 1210, 1362) de rotación y una porción colindante del portador (808, 1124, 1204, 1308) anular; retenedores (824, 1196, 1372), anulares uno acoplado a cada lado del portador (804, 1124, 1202 1308), cada retenedor (824, 1196, 1372) acopla cada sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde y un material (820, 1198, 1208, 1370) en gel en el bolsillo de cada sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde al portador (808, 1124, 1202, 1308) anular; el material (820, 1198, 1208, 1370) en gel configurado para expandirse en la presencia de un fluido que empuja las porciones (816, 1178, 1206, 1368) de borde de los sellos (814, 1174, 1204, 1366) de borde en contacto con la periferia del árbol (852, 1210, 1362) de rotación para sellar el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular con respecto al árbol (852, 1210, 1362) de rotación.

Description

DESCRIPCIÓN

Sello de árbol activado por fluido

Apoyo gubernamental

Porciones de los conceptos descritos en este documento se hicieron o desarrollaron con el apoyo del gobierno en virtud de los Números de Contrato N65538-04-M-0157 y N65540-05-C-0034. El gobierno federal puede tener ciertos derechos en dichos conceptos.

Campo técnico

La invención se refiere en general a sellos y, en particular, a sellos de árbol activados por fluido que incorporan un material en gel.

Antecedentes

Muchas aplicaciones industriales requieren que un árbol pase desde un área de una estructura a través de una pared hasta otra área de la estructura. El árbol generalmente pasa a través de una abertura en la pared y se mueve en relación con la posición de la pared. Por ejemplo, el árbol se puede trasladar, rotar o mover en alguna combinación de traslación y rotación (por ejemplo, torcer, doblar o estirar) alrededor de un eje del árbol a través de la superficie. En general existe un espacio libre entre el árbol y la abertura en la pared para facilitar este movimiento. Algunas aplicaciones que involucran árboles móviles requieren aislamiento de fluido entre las áreas separadas de la estructura de tal manera que una fuga o contaminación en un área de la estructura no migre o fluya a un área adyacente de la estructura a través del espacio libre entre el árbol y la abertura en la pared. Por ejemplo, un árbol de propulsión que se extiende a lo largo del casco de un barco pasa a través de varios mamparos que separan los diferentes compartimentos del barco. Evitar que una fuga de agua en un compartimento avance más allá de un mamparo en el siguiente compartimento a lo largo del árbol es fundamental para evitar que el casco se llene de agua y hunda el barco. Los sellos del árbol se utilizan normalmente para limitar el flujo de fluidos desde un compartimento al siguiente durante, por ejemplo, la rotación del árbol con respecto a la abertura del árbol en la estructura del barco.

Un ejemplo de un sello de árbol convencional diseñado para girar a medida que el árbol gira durante la operación del árbol es el sello de árbol tipo ND vendido por Wartsila-Lips, Inc. de Poulsbo, Washington. El sello tipo ND incluye una junta tórica colocada en una interfaz de moldura de goma-árbol, de tal manera que tanto la moldura como la junta tórica giran a medida que el árbol gira. Una presión diferencial a través de la junta tórica generada por una cantidad desigual de presión a cada lado de un mamparo hace que la moldura de goma se deforme y presione contra la carcasa, que se coloca alrededor de la abertura. La rotación de la moldura se ve obstaculizada cuando la moldura presiona contra la carcasa. La moldura estacionaria crea un sello contra la carcasa y fuerza la junta tórica en contacto con el árbol. La junta tórica también deja de girar y crea un sello de fluido con respecto al árbol.

Un inconveniente del sello del árbol de tipo ND es que el contacto entre los componentes de sellado y el árbol mientras los componentes de sellado están secos conduce a una falla prematura de los componentes de sellado provocada por el desgaste inducido por fricción asociado en la junta tórica y la moldura de goma. Las especificaciones actuales de construcción de barcos generalmente requieren un diferencial de presión entre las superficies opuestas de los componentes de sellado de aproximadamente 1/3 psig (libras por pulgada cuadrada manométrica o aproximadamente 234.1 kg/m2), o aproximadamente 8-9 pulgadas (aproximadamente 203-229 mm) de agua antes de que el sello se enganche en el árbol. La presencia de agua ayuda a crear una interfaz hermética al agua entre el árbol y los componentes de sellado (por ejemplo, la moldura y la junta tórica). Los sellos de tipo ND se han activado (por ejemplo, en contacto con el árbol) en presencia de tan solo 0.6- 0.9 pulgadas (aproximadamente 15.2-22.9 mm) de agua. Los componentes de sellado contactan el árbol mientras que los componentes de sellado están relativamente secos y conducen a un desgaste prematuro. Adicionalmente, se desarrolla un diferencial de presión insuficiente para generar un sello hermético a los fluidos entre los componentes de sellado opuestos cuando los componentes de sellado se activan en presencia de cantidades relativamente pequeñas de agua. Cuando no se desarrolla un sello hermético a los fluidos, las tasas de fuga asociadas con el árbol y los componentes de sellado pueden exceder las especificaciones del constructor de barcos.

Por ejemplo, las especificaciones de los constructores de barcos generalmente requieren sellos de árbol de mamparo autoactivados con una tasa de fuga máxima de 0.5 pinta estadounidense/hora (aproximadamente 0.065 ml/s). Los sellos de árbol autoactivados generalmente no requieren operación humana (por ejemplo, ajuste de los sellos) después de la instalación con respecto a un árbol y durante una fuga. Para el destructor de tipo DDG, la tasa de fuga máxima permitida según las especificaciones del constructor de barcos es de 1 pinta estadounidense/minuto (aproximadamente 0.1314 ml/s). La activación del sello en presencia de un diferencial de presión relativamente bajo (por ejemplo, la activación prematura provocada por niveles de agua relativamente bajos discutidos anteriormente) provoca un desgaste acelerado de los componentes del sello. El desgaste acelerado de un sello conduce a una falla prematura del sello y al incumplimiento de las especificaciones del constructor de barcos. El documento WO2006/086039 describe un sistema que reduce el flujo de un fluido que incluye placas de conexión dispuestas dentro de una carcasa y un anillo de alineación que se ajusta entre las placas de conexión.

Por lo tanto, subsiste la necesidad de sellos de árbol autoactivados que no se activen prematuramente en presencia de cantidades relativamente pequeñas de fluido. También subsiste la necesidad de sellos de árbol diseñados para resistir el desgaste prematuro. También subsiste la necesidad de sellos de árbol cuyo diseño se pueda escalar para sellar efectivamente árboles de una variedad de diámetros. Por ejemplo, existe la necesidad de diseños de sello de árbol para árboles de diámetro relativamente pequeño y árboles de diámetro relativamente grande, los cuales se pueden encontrar en destructores o en diversas aplicaciones industriales.

Resumen

Los conceptos descritos en este documento abordan estos y otros problemas asociados con los diseños actuales de sellos de árbol al asociar el sello con un material en gel que se expande cuando se expone a un fluido. En una realización, los diseños de sello que emplean dichos materiales generalmente no están en contacto con el árbol móvil en ausencia de un fluido. La separación entre el sello y el árbol prolonga la vida útil del sello al reducir los efectos de la fricción sobre el sello en ausencia de un fluido. Cuando el material en gel se expande, el sello se deforma y se empuja en contacto con el árbol. Varias características y ventajas asociadas con dichos sellos se describen a continuación.

De acuerdo con la invención, un sistema de sellado de mamparo de árbol activado por fluido se define por las características técnicas establecidas en la reivindicación 1.

Otros aspectos de la invención se definen por las reivindicaciones dependientes. Una realización de la invención puede proporcionar todas las características y ventajas anteriores.

Estas otras características se comprenderán más completamente con referencia a la siguiente descripción y dibujos, que son ilustrativos y no necesariamente a escala.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en sección transversal de una porción de un sistema que reduce un flujo de un fluido entre un árbol y una carcasa, que no forma parte de la invención.

La Figura 2 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de un sistema que reduce un flujo de un fluido entre un árbol y una carcasa, que no forma parte de la invención.

La Figura 3 es una vista en perspectiva en sección transversal de un sello de bordes que incluye un bolsillo diseñado para contener un material en gel, de acuerdo con una realización ilustrativa que no forma parte de la invención. La Figura 4 es una vista en sección transversal de un sistema que no forma parte de la invención.

La Figura 5 es una vista en perspectiva en sección transversal de un sello de bordes recíproco para uso en el sistema de la Figura 4.

La Figura 6 es una representación gráfica de datos de tasa de fuga para un sistema.

La Figura 7 es una vista en perspectiva en sección transversal de un sello de acuerdo con una realización ilustrativa, que no forma parte de la invención.

La Figura 8A es una vista en sección transversal de una porción de un sistema, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención.

La Figura 8B es una vista en perspectiva en sección transversal parcial de una porción del sistema de la Figura 8A. La Figura 8C es una vista en sección transversal de una porción de un sistema que incluye un componente portador alternativo, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención.

La Figura 9A es una vista en perspectiva de una porción de un componente de soporte, de acuerdo con una realización ilustrativa, que no forma parte de la invención.

La Figura 9B es una vista de plan superior de una estructura de soporte ensamblada.

La Figura 9C es una vista de plan superior de una estructura de mamparo, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención.

La Figura 9D es una vista en sección transversal de la estructura de mamparo de la Figura 9C.

La Figura 10A es una vista en sección transversal de un sistema de sellado que incluye un componente de retención y una porción de placa representada en un estado desactivado o en ausencia de un fluido que ilustra una realización de la invención.

La Figura 10B es una vista en sección transversal del sistema de sellado de la Figura 10A representado en un estado activado o en la presencia de un fluido.

La Figura 11A es una vista en perspectiva de un rodamiento, de acuerdo con una realización ilustrativa, que no forma parte de la invención.

La Figura 11B es una vista en perspectiva en sección transversal parcial de un sistema que incluye un componente portador que tiene una pluralidad de los rodamientos de la Figura 11A instalados en este.

La Figura 11C es una vista en perspectiva en sección transversal parcial de un sistema de sellado que incluye un rodamiento instalado en un componente portador que ilustra una realización, que no forma parte de la invención. La Figura 12A es una vista en sección transversal de un sistema que ilustra una realización de la invención.

La Figura 12B es una vista en elevación de una porción del sistema de la Figura 12A.

La Figura 12C es una vista en sección transversal de un protector de residuos.

La Figura 12D es una vista en elevación de un sistema que incluye una estructura de sujeción.

La Figura 13 es una vista en sección transversal de una porción de un sistema que incluye un portador de anillo de alineación que incorpora aspectos de la invención.

La Figura 14 es una vista en sección transversal en despiece ordenado de un sistema de portador de anillo de alineación de ejemplo.

Descripción detallada

La Figura 1 es una vista en sección transversal de un sistema 100 que reduce un flujo de un fluido entre un árbol y una carcasa. El sistema 100 se diseña para instalación y uso con un árbol 102 que define un eje A longitudinal. El sistema 100 incluye una carcasa 104 acoplada a una porción 106 extensa que define uno o más agujeros 108 pasantes. El sistema 100 se puede asegurar o montar de forma fija con respecto al árbol 102, por ejemplo, al pasar uno o más pernos a través de los agujeros 108 pasantes a agujeros correspondientes (no mostrados) sobre una superficie de soporte o mamparo (no mostrado). En algunas realizaciones, los pernos se enroscan directamente en los agujeros correspondientes. En algunas realizaciones, los agujeros correspondientes son en cambio agujeros pasantes, y el sistema 100 se asegura al enroscar los pernos de forma segura a una o más tuercas sobre los lados opuestos de la superficie de soporte o mamparo (por ejemplo, en un área diferente de la estructura).

El sistema 100 presenta dos placas 110a y 110b de conexión dispuestas dentro de la carcasa 104. Las placas 110a y 110b de conexión definen dos superficies 112a y 112b. La superficie 112a de la placa 110a de conexión enfrenta una superficie 114b interna de la carcasa 104. La superficie 112b de la placa 110b de conexión enfrenta una superficie 114a interna de la carcasa 104. El sistema 100 incluye un anillo 116 de alineación. El anillo 116 de alineación se diseña para encajarse relativamente entre las superficies 112a y 112b de las placas 110a y 110b de conexión. La combinación de las placas 110a y 110b de conexión y el anillo 116 de alineación se diseñan para encajarse relativamente flojas entre las superficies 114a y 114b de la carcasa 104. Las placas 110a y 110b de conexión definen ranuras 117 anulares. El anillo 116 de alineación define ranuras anulares correspondientes (no mostradas) para alojar una o más juntas 118 tóricas. En algunas realizaciones, las ranuras anulares del anillo 116 de alineación cooperan con las ranuras 117 anulares de las placas 110a y 110b de conexión para formar una ranura anular sustancialmente continua para sentar las juntas 118 tóricas. En algunas realizaciones, el anillo 116 de alineación se fabrica de o recubre con un material de bajo desgaste o baja fricción, por ejemplo, un material de Teflon®.

El grosor combinado de las placas 110a y 110b de conexión y el anillo 116 de alineación es ligeramente menor que la distancia 119a de la carcasa 104 (es decir, la distancia a lo largo del eje X entre las superficies 114a y 114b). Un ligero espacio 119b libre existe entre la carcasa 104 y la combinación del anillo 116 de alineación y las placas 110a y 110b de conexión. Las juntas 118 tóricas proporcionan un sello entre la combinación de las placas 110a y 110b de conexión y el anillo 116 de alineación y la carcasa 104 para evitar que el fluido ingrese en una región 114c interna de la carcasa 104. Adicionalmente, las juntas 118 tóricas permiten que las placas 110a y 110b de conexión y el anillo 116 de alineación se flexionen o muevan en relación con el árbol 102 para acomodar, por ejemplo, translaciones del árbol 102 a lo largo del eje X sin exceso de tensión en la carcasa 104 (por ejemplo, la porción 106 extensa, los agujeros 108 pasantes, o la superficie a la que se asegura la carcasa 104). En algunas realizaciones, el árbol 102 se mueve con respecto a la carcasa 104 (por ejemplo, un árbol de propulsión sobre un barco). El árbol 102 se puede mover mediante translación o rotación o alguna combinación de translación y rotación (por ejemplo, torsión) con respecto a la carcasa 104. En algunas realizaciones, el árbol 102 es estacionario con respecto a la carcasa 104.

Ejemplos de árboles estacionarios incluyen conductos, tuberías, cables eléctricos y otras estructuras que pasan a través de una superficie.

El sistema 100 también presenta dos sellos 120a y 120b posicionados en relación con el árbol 102. Los sellos 120a y 120b se posicionan en relación contigua a las placas 110a y 110b de conexión y el anillo 116 de alineación. En algunas realizaciones, los sellos 120a y 120b se acoplan al anillo 116 de alineación, por ejemplo, al unir los sellos 120a y 120b al anillo 116 de alineación. En algunas realizaciones, los sellos 120a y 120b y el anillo 116 de alineación son una estructura unitaria formada a partir del mismo material. Un anillo 122 se dispone entre el árbol 102 y una cara 124 inferiores del anillo 116 de alineación.

En algunas realizaciones, el anillo 122 se elabora de o recubre con un material de Teflon® u otro material de bajo desgaste o baja fricción. Durante el ensamble y en operación, el anillo 122 se puede utilizar para alinear los diversos componentes del sistema 100. Por ejemplo, el anillo 122 puede alinear el anillo 116 de alineación y las placas 110a y 110b de conexión con respecto a la carcasa 104 y el árbol 102. En algunas realizaciones, el anillo 122 no se incluye en el sistema 100. En algunas realizaciones, el anillo 122 se acopla al árbol 102 de tal manera que el anillo 122 se mueve (por ejemplo, rota o se traslada) cuando se mueve el árbol 102. En algunas realizaciones, un hueco entre el anillo 122 y el árbol 102 es lo suficientemente pequeño como para reducir un flujo de aire o fluido a través del hueco. En algunas realizaciones, el anillo 122 u otro material de bajo desgaste o baja fricción se asegura con respecto a los sellos 120a y 120b, por ejemplo, al unir, sentar, ajustar, acoplar, o alguna combinación de estos. En algunas realizaciones, los sellos 120a y 120b se pueden formar de o recubrir con un material de bajo desgaste o baja fricción. El anillo 122 u otro material de bajo desgaste se puede capturar por los sellos 120a y 120b, por ejemplo, por una ranura (no mostrada), un bolsillo (no mostrado), u otros tipos de ajustes, tales como un ajuste de interferencia diametral o un ajuste de fricción.

En esta realización, el anillo 122 tiene un grosor de aproximadamente 0.1 mm (a lo largo del eje Y), aproximadamente igual al espacio 130 libre radial entre los bordes 126a y 126b de de cada uno de los sellos 120a y 120b en relación con el árbol 102. Algunas realizaciones presentan un espacio 130 libre radial entre los bordes 126a y 126b y el árbol 102 que es mayor que el grosor del anillo 122. En algunas realizaciones, el espacio 132 libre entre la superficie que enfrenta el árbol de los bordes 126a y 126b de los sellos 120a y 120b y la superficie que enfrenta la placa de conexión de los sellos 120a y 120b es aproximadamente 25 mm. En algunas realizaciones, el espacio 132 libre es aproximadamente 12.7 mm. Se contemplan geometrías y dimensiones alternativas.

Los sellos 120a y 120b cada uno define un bolsillo 128a y 128b, respectivamente. Los bolsillos 128a y 128b se llenan con un material en gel (también mencionado en este documento como un gel). En algunas realizaciones, el material en gel es un hidrogel, un gel de acrilamida (por ejemplo, un gel “inteligente”), u otros geles que se expanden en la presencia de un fluido. En algunas realizaciones, los sellos 120a y 120b comprenden un material flexible o maleable, por ejemplo, un material elastomérico, un material de caucho natural, o un material de caucho sintético. En algunas realizaciones, el sello comprende un material que tiene una dureza de aproximadamente Shore A60. En general, el material en gel se expande cuando se expone a un fluido y reacciona contra las superficies internas de los bolsillos 128a y 128b. Debido a que los sellos 120a y 120b son flexibles, cuando se expande el material en gel, los bordes 126a y 126b de los sellos 120a y 120b se empujan en contacto con el árbol 102 para formar una disposición de sellado. De esta manera, los bordes 126a y 126b reducen o eliminan el área de flujo asociada con el espacio 130 libre entre los bordes 126a y 126b y el árbol 102. En algunas realizaciones, los sellos 120a y 120b incluyen un material de bajo desgaste o baja fricción, por ejemplo, un material de Teflon® para reducir el desgaste o fricción entre los sellos 120a y 120b y el árbol 102. Por ejemplo, el material de bajo desgaste se puede asegurar o aplicar (por ejemplo, moldear, unir, o recubrir la superficie) a los bordes 126a y 126b.

Las pruebas han mostrado que, en una realización, el material en gel puede producir más de aproximadamente 37 psi (aproximadamente 26.010 kg/m2) de presión contra los bordes 126a y 126b al forzar los bordes 126a y 126b a entrar en contacto con el árbol 102.

En esta realización, el sistema 100 define un primer compartimento I y un segundo compartimento II que generalmente no están en comunicación fluida entre sí. El compartimento I está separado del compartimento II por, por ejemplo, una superficie (por ejemplo, un mamparo de un barco) acoplada a la carcasa 104. La operación de ejemplo del sistema 100 se produce cuando se produce una fuga de fluido en un primer compartimento I. Se desarrolla un diferencial de presión entre el primer compartimento I y un segundo compartimento II. El fluido tiende a migrar desde el primer compartimento I al segundo compartimento II a través del espacio 130 libre entre los sellos 120a y 120b y el árbol 102.

En algunas realizaciones, el fluido entra en contacto con el material en gel dispuesto en el bolsillo 128b (por ejemplo, por salpicadura o inundación), haciendo que el material en gel se expanda y reaccione contra la superficie interna del bolsillo 128b para empujar el borde 126b al contacto con el árbol 102 En algunas realizaciones, el material en gel se expande y empuja al borde 126b a entrar en contacto con el árbol 102 dentro de varios segundos después de la exposición del material en gel al fluido. El sistema 100 se puede utilizar con una variedad de fluidos naturales o sintéticos, por ejemplo, agua dulce, agua salada, ácidos, fluidos alcalinos, sangre u otros fluidos biológicos y aceites. En general, el tipo de fluido presente influye en la elección del material en gel utilizado en el sistema 100. Los materiales en gel pueden responder (por ejemplo, expandirse y contraerse) basándose, en parte, en las propiedades del fluido.

En general, el sello 120b no se activa (es decir, el borde 126b no se mueve hacia el árbol 102) hasta que el fluido está presente porque el material en gel no se expande en ausencia de fluido. Cuando el borde 126b está en contacto con el árbol 102, el espacio 130 libre o hueco entre el borde 126b y el árbol 102 se reduce, lo que reduce el área de flujo a través del cual pasa el fluido migratorio. La diferencia de presión entre el primer compartimento I y el segundo compartimento II aumenta a medida que el borde 126b se acerca o entra en contacto con el árbol 102. En algunas realizaciones, la capacidad del borde 126b para reducir el flujo a través del espacio 130 libre aumenta a medida que aumenta la diferencia de presión entre el primer compartimento I y el segundo compartimento II. Las juntas 118 tóricas impiden que el fluido migre desde el primer compartimento I al segundo compartimento II a través de la carcasa 104 al sellar la combinación del anillo 116 de alineación y las placas de conexión 110a y 110b con respecto a las superficies 114a y 114b internas de la carcasa104.

En algunas realizaciones, el diferencial de presión que ocurre cuando el borde 126b engancha el árbol 102 también opera sobre el material en gel dispuesto en el bolsillo 128a del sello 120a que enfrenta el segundo compartimento II. El diferencial de presión hace que el material en gel en el bolsillo 128a se expanda, y también fuerza al borde 126a a engancharse con el árbol 102. En algunas realizaciones, el borde 126a del sello 120a forma un sello de respaldo para impedir que el fluido entre en el segundo compartimento II si el sello 120b (por ejemplo, el borde 126b) que enfrenta al primer compartimento I falla (por ejemplo, debido al desgaste). En algunas realizaciones, parte del fluido migra desde el primer compartimento I al segundo compartimento II y contacta o humedece el material en gel dispuesto en el bolsillo 128a. Cuando el material en gel en el bolsillo 128a se expone al fluido, el borde 126a del sello 120a se mueve hacia y/o en contacto con el árbol 102. De esta manera, se impide que el fluido en el segundo compartimento II migre de regreso al primer compartimento I por la operación del sello 120a.

Después de que los sellos 120a y 120b se han activado por exposición a un fluido, los bordes 126a y 126b permanecen en contacto con el árbol 102 hasta que se retira el líquido y se secan los sellos 120a y 120b (por ejemplo, mediante la aplicación de calor). En algunas realizaciones, los sellos 120a y 120b se secan por exposición al aire. El material en gel se contrae en ausencia de un fluido, por ejemplo, cuando el material en gel se seca. A medida que el material en gel se contrae, los sellos 120a y 120b se deforman de nuevo a la forma original que los sellos 120a y 120b ocupaban antes de la exposición al fluido (por ejemplo, antes de la fuga). El sistema 100 se puede utilizar para múltiples fugas sin ser reemplazado porque la expansión del material en gel es un efecto reversible (por ejemplo, por contracción del material en gel).

En general, un gel es un material coloide en el que las partículas dispersas se acoplan al medio de dispersión para formar un material semisólido. Los geles a veces se clasifican de acuerdo con el medio de dispersión asociado con el gel. Por ejemplo, el medio de dispersión para un hidrogel es agua, y el medio de dispersión para un gel de acrilamida es acetona.

Los materiales en gel utilizados en algunas realizaciones de la invención se generan al sumergir hebras de polímero (por ejemplo, partículas de gel) en una solución (por ejemplo, agua o acetona). En algunas realizaciones, las partículas de gel se suspenden en el medio de dispersión. En algunas realizaciones, un gel cambia el volumen (por ejemplo, se expande o contrae) en respuesta al entorno al que está expuesto el gel. El cambio en el volumen del material en gel es directamente proporcional a una propiedad del material en gel conocida como presión osmótica. La presión osmótica depende de una variedad de factores, por ejemplo, temperatura, ionización del medio de dispersión, concentración de la solución (por ejemplo, de acetona) o las fuerzas externas (por ejemplo, presión) que actúan sobre el material del gel. En general, el gel busca ocupar el estado con la energía termodinámica más baja (por ejemplo, la presión osmótica más baja). En ausencia de fuerzas externas (por ejemplo, presión osmótica de 0 N/m2), el gel se colapsa en sí mismo. Por ejemplo, algunos geles de acrilamida (también llamados “geles inteligentes”) pueden reducir su volumen en un factor de aproximadamente 1.000 cuando se exponen a condiciones externas apropiadas suficientes para causar un cambio de fase en el gel inteligente.

En general, los cambios ambientales afectan un material en gel al hacer que el gel experimente un cambio volumétrico reversible. Dichos cambios ambientales incluyen cambios en la temperatura, el pH del fluido, la fuerza iónica del fluido, la luz y los campos electromagnéticos en presencia del gel. Los cambios ambientales generalmente provocan que el volumen del material en gel se expanda o contraiga en respuesta a cambios en el ambiente. El rango de valores ambientales sobre los cuales el material en gel experimenta un cambio volumétrico se puede denominar la región de transición de fase de volumen ambiental del gel y varía dependiendo del tipo de material en gel. A modo de ejemplo, un gel particular puede contraerse a medida que aumenta la temperatura del gel o un fluido en contacto con el gel. De manera similar, el gel puede expandirse a medida que disminuye la temperatura del gel o fluido en contacto con el gel.

En algunas realizaciones, se selecciona un material en gel para uso en el sistema 100 en base a la capacidad del gel para experimentar un cambio de volumen “discontinuo”. Los cambios de volumen discontinuos implican una transición reversible por del material en gel desde el estado expandido al contraído (o colapsado) y viceversa. En algunas realizaciones, el cambio de volumen es un cambio de volumen sustancial en respuesta a un cambio relativamente pequeño en la condición ambiental. En algunas realizaciones, los cambios de temperatura de menos de aproximadamente 0.12C dan como resultado un cambio de volumen discontinuo. Dichos materiales en gel se pueden denominar “geles de transición de fase”. La condición ambiental se puede denominar “temperatura de transición de fase” porque el gel sufre un cambio volumétrico a la temperatura de transición de fase o aproximadamente. En algunas realizaciones, a medida que la temperatura cae por debajo de la temperatura de transición de fase, el material en gel se expande y empuja a los bordes 126a y 126b a entrar en contacto con el árbol 102. En algunas realizaciones, la ausencia de un fluido o cuando la temperatura aumenta por encima de la temperatura de transición de fase hace que el material en gel se contraiga y permite que los bordes 126a y 126b se deformen lejos del árbol 102.

En algunas realizaciones, el material en gel (por ejemplo, gránulos o paquetes de material en gel) se incorpora en un material de espuma. En algunas realizaciones, el material de espuma es un material de espuma de celda abierta. En algunas realizaciones, el material de espuma de celda abierta es un material de espuma de celda abierta suave. Ejemplos de materiales de espuma de celda abierta adecuados incluyen espuma de uretano o espuma de poliuretano de baja densidad, por ejemplo, vendida por Rynel, Inc. de Boothbay, Maine.

En algunas realizaciones, se utiliza menos material en gel cuando se utiliza un material de espuma porque el material de espuma ocupa espacio dentro de los bolsillos 128a y 128b. El material de espuma se utiliza como vehículo de contención para el material en gel (por ejemplo, partículas de gel individuales o hebras de polímero) y puede evitar la migración del material en gel. En algunas realizaciones, el material en gel dentro de la espuma se expande cuando se expone a un fluido. La expansión del gel hace que la espuma se expanda. La espuma expansiva reacciona contra los bolsillos 128a y 128b de los sellos 120a y 120b para deformar los sellos 120a y 120b y empujar a los bordes 126a y 126b a entrar en contacto con el árbol 102.

En algunas realizaciones, el material en gel se dispone dentro de un manguito o tubo permeable a los líquidos (no mostrado). El manguito se puede colocar dentro de los bolsillos 128a y 128b de los sellos 120a y 120b. En algunas realizaciones, el manguito se elabora de un material de malla que permite que el agua penetre dentro y fuera del manguito, pero evita que el material en gel penetre fuera del manguito. Se puede fabricar y utilizar un manguito que contenga material en gel en sellos que tengan una variedad de geometrías porque el material de manguito y gel puede asumir la forma del sello o los bolsillos del sello. En algunas realizaciones, una mayor cantidad de material en gel puede estar contenida en un manguito de lo que de otro modo podría estar incorporado en un material de espuma.

La Figura 2 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de un sistema 200 que reduce un flujo de un fluido entre un árbol 102 y una carcasa. El sistema 200 incluye dos porciones 202a y 202b de carcasa que cooperan para formar una única carcasa (colectivamente 202) dispuesta circunferencialmente alrededor del árbol 102. El árbol 102 define un eje A longitudinal. Cada de una de las porciones 202a y 202b de carcasa definen una pluralidad de agujeros 108 pasantes para asegurar las porciones 202a y 202b de carcasa a una superficie o un mamparo (no mostrado) a través del cual pasa el árbol 102. Cada una de las porciones 202a y 202b de carcasa son una mitad de la estructura en forma de anillo cada una circunscribe aproximadamente una mitad del árbol 102. Son posibles otras configuraciones para las porciones de carcasa (por ejemplo, un cuarto de círculos o un tercio de círculos) para disponer la carcasa 202 alrededor del árbol 102.

El sistema 200 incluye dos anillos 206a y 206b de alineación que cooperan para formar un solo anillo de alineación dispuesto dentro de la carcasa 202 y circunferencialmente alrededor del árbol 102. Los anillos 206a y 206b de alineación se aseguran entre sí por las conexiones 208a y 208b. La conexión 208a presenta dos placas 210a y 210b de conexión. Se utiliza un conjunto idéntico de placas de conexión para la conexión 208b (oculto en perspectiva). Una pluralidad de conectores 212 (por ejemplo, pernos, tornillos, remaches o sujetadores) pasan a través de la primera placa 210a de conexión, una porción de uno o ambos anillos 206a y 206b de alineación, y la segunda placa 210b de conexión, y se aseguran axialmente para formar un ajuste perfecto entre los componentes. En algunas realizaciones, los anillos 206a y 206b de alineación se ajustan estrechamente para formar el anillo de alineación (por ejemplo, con un ajuste por fricción).

Cada uno de los anillos 206a y 206b de alineación y las placas 210a de conexión definen ranuras 117 anulares (por ejemplo, las ranuras 117 anulares de la Figura 1) para acomodar las juntas 118 tóricas. De manera similar, cada uno de los anillos 206a y 206b de alineación y las placas 210b de conexión definen ranuras 117 anulares (ocultas en perspectiva) para acomodar las juntas 118 tóricas (ocultas en perspectiva) sobre la cara opuesta a lo largo del eje A de los anillos 206a y 206b de alineación y placas 210b de conexión. Las juntas 118 tóricas son circunferencialmente continuas alrededor del árbol 102 dentro de la ranura 117 anular. En algunas realizaciones, las juntas 118 tóricas no son circunferencialmente continuas (por ejemplo, son juntas tóricas divididas) para permitir el posicionamiento alrededor del árbol 102 sin deslizar las juntas 118 tóricas a lo largo del árbol 102 (por ejemplo, a una ubicación de mitad de árbol).

El sistema 200 también incluye un anillo 122 y sellos 120a y sello 120b dispuestos circunferencialmente alrededor del árbol 102. Por claridad de ilustración, el sello 120a no se muestra. El anillo 122 y el sello 120b son circunferencialmente continuos alrededor del árbol 102. En algunas realizaciones, ni el anillo 122 de alineación ni el sello 120b son circunferencialmente continuos para permitir el posicionamiento alrededor del árbol 102 en la mitad del árbol similar a la junta tórica dividida.

La Figura 3 es una vista en perspectiva en sección transversal de un sello 300 de borde que incluye un bolsillo 308 diseñado para contener un material en gel. El sello 300 se ilustra como un semicírculo para disponer alrededor de un árbol (no mostrado) a lo largo del eje A longitudinal (por ejemplo, el eje A longitudinal del árbol 102 de las Figuras 1 y 2. En algunas realizaciones, el sello 300 está formado por un elastómero o un material de caucho. En algunas realizaciones, el sello 300 es una estructura unitaria y forma un anillo sustancialmente continuo para disponer alrededor del árbol. En algunas realizaciones, el sello 300 se puede formar por uno o más componentes que cooperan para formar un anillo sustancialmente continuo.

El sello 300 incluye una primera superficie 304 para disponer adyacente al eje y una segunda superficie 306 para reaccionar contra un componente externo (por ejemplo, el anillo 116 de alineación, la placa 110 de conexión, la carcasa 104, o una combinación de estos componentes de la Figura 1) El sello 300 define un bolsillo 308 diseñado para alojar o contener un material en gel (no mostrado) que se expande en presencia de un fluido. Cuando hay un fluido presente, el material en gel se expande y reacciona contra el interior del bolsillo 308.

En algunas realizaciones, el sello 300 está formado de un material suficientemente rígido para evitar que la primera superficie 304 se enganche con el árbol en ausencia de un fluido. El material es suficientemente flexible para permitir la expansión del material en gel para deformar el sello 300 en presencia de un fluido de tal manera que la primera superficie 304 se enganche en el árbol. Por ejemplo, el sello se puede formar de un material elastómero o un material de caucho (por ejemplo, caucho natural o sintético). Debido a que la segunda superficie 306 reacciona contra el componente externo relativamente fijo (por ejemplo, la carcasa 202 o los anillos 206a y 206b de alineación de la Figura 2), la primera superficie 304 se expande sustancialmente radialmente hacia el árbol que está alineado con el eje A.

En una realización, las pruebas han mostrado que, en ausencia de líquido, la distancia 310a es de aproximadamente 12.7 mm, y la distancia 310b es de aproximadamente 14.6 mm, lo que proporciona un espacio libre o hueco con respecto al árbol de aproximadamente 1 mm desde el sello. Cuando había fluido presente, el material en gel en el bolsillo 308 deformaba el sello 300. La distancia 310a permaneció aproximadamente igual (es decir, aproximadamente 12.7 mm). La distancia 310b se expandió a aproximadamente 16.5 mm, suficiente para superar el hueco de aproximadamente 1 mm de espacio libre entre el sello 300 y el árbol. En esta realización, la expansión de la distancia 310b excedió aproximadamente 16.5 mm cuando un componente externo (por ejemplo, la carcasa 202 o los anillos 206a y 206b de alineación de la Figura 2) estaba en contacto con la segunda superficie 306. La mayor expansión proporciona una interfaz de sellado más fuerte (por ejemplo, reforzada) y más robusta entre el sello 300 y el árbol.

La Figura 4 es una vista en sección transversal de un sistema 400 que incorpora la invención. El sistema 400 incluye una carcasa 402 dispuesta con respecto a un anillo 404 de alineación. La carcasa 402 se acopla a una porción 406 extensa que tiene uno o más agujeros 408 pasantes para asegurar el sistema 400 a una pared o superficie (por ejemplo, mamparo) a través de la cual un árbol 410 pasa a lo largo de un eje A longitudinal. La carcasa 402 define una superficie 412 interna. La superficie 412 interna puede crear un sello con respecto al anillo 404 de alineación al reaccionar contra una o más juntas 414 tóricas dispuestas con respecto al anillo 404 de alineación. Las ranuras 416 anulares dentro del anillo 404 de alineación acomodan las juntas 414 tóricas.

El sistema 400 incluye un sello 418 dispuesto con relación a una cavidad 420 en una porción 422 del anillo 404 de alineación configurado para disponerse adyacente al árbol 410. El sello 418 define un bolsillo 424 y una abertura 426 para permitir que un fluido interactúe con un material en gel (no mostrado) dispuesto en el bolsillo 424. En algunas realizaciones, el sello 418 se conoce como un sello “recíproco” porque cuando el material en gel se expande en presencia de un fluido, el material en gel reacciona contra las caras 428 opuestas del bolsillo 424 para forzar la porción 430 inferior (por ejemplo, dos bordes 432a y 432b axiales se orientan opuestamente) del sello 418 radialmente hacia el árbol 410. El sistema 400 también incluye dos anillos 434 dispuestos entre el árbol 410 y el sistema 400. En general, cada uno de los anillos 434 es similar al anillo 122 discutido anteriormente con respecto a la Figura 1)

En algunas realizaciones, el sello 418 está posicionado o asegurado con respecto al anillo 404 de alineación (por ejemplo, la cavidad 420), por ejemplo, mediante un ajuste por fricción. En algunas realizaciones, el sello 418 se acopla al anillo 404 de alineación, por ejemplo, al unir el sello 418 a la envoltura 420 o formar el sello 418 del mismo material que el anillo 404 de alineación. Cuando el fluido de un primer compartimento I migra a través de un hueco 436 o distancia radial entre el anillo 404 de alineación y el árbol 410 hacia el segundo compartimento II, el fluido entra en la abertura 426 del sello 418. El fluido que entra en la abertura 426 interactúa, contacta o humedece el material en gel dispuesto dentro del bolsillo 424. El material en gel se expande y fuerza a los bordes 432a y 432b a entrar en contacto con el árbol 410 para crear un sello hermético para el fluido con respecto al árbol 410. La expansión del material en gel dentro del bolsillo fuerza al sello 418 a enganchar el árbol 410. El sistema 400 resiste el desgaste prematuro del sello 418 asociado con fuerzas de fricción porque el sello 418 no contacta o contacta mínimamente el árbol 410 en ausencia de fluido. En general, el material en gel puede incluir una o más de las características descritas con respecto a las realizaciones discutidas en este documento.

La Figura 5 es una vista en perspectiva en sección transversal de un sello 500 de borde recíproco para uso en el sistema de la Figura 4 (como, por ejemplo, el sello 418 de la Figura 418). En algunas realizaciones, el sello 500 está formado de un elastómero o un material de caucho. En algunas realizaciones, el sello 500 es una estructura unitaria y forma un anillo sustancialmente continuo para disponer alrededor del árbol (no mostrado) que define el eje A longitudinal. En algunas realizaciones, el sello 500 se puede formar por uno o más componentes que cooperan para formar un anillo sustancialmente continuo.

El sello 500 incluye una primera porción 504 para disponer adyacente al eje y una segunda superficie 506 para reaccionar contra un componente externo (por ejemplo, el anillo 404 de alineación, la carcasa 402 o ambos componentes de la Figura 4). La primera porción 504 incluye dos bordes 508a y 508b que se enfrentan de forma opuesta con una abertura 426 dispuesta entre los bordes 508a y 508b. La abertura 426 permite que un fluido que fluye a lo largo de la primera porción 504 entre en contacto o humedezca un material en gel (no mostrado) dispuesto dentro de un bolsillo 424 del sello 500. El material en gel se expande en presencia de un fluido y reacciona contra un interior del bolsillo 424. A medida que el material en gel se expande, uno o ambos bordes 508a y 508b se deforman y se mueven hacia el árbol para establecer contacto con el árbol para crear una interfaz de sellado de fluido. El contacto entre los bordes 508a y 508b y el árbol reduce el flujo del fluido entre el eje y el sello 500. El material en gel continúa proporcionando fuerzas de expansión para reforzar o fortalecer el sello 500 con respecto al árbol a medida que aumenta el diferencial de presión entre los compartimentos de una estructura (por ejemplo, entre el compartimento I y el compartimento II de la Figura 4).

En algunas realizaciones, el sello 500 está formado de un material suficientemente rígido para evitar que la primera porción 504 o los bordes 508a y 508b se enganchen con el árbol en ausencia de un fluido. El sello 500 está formado de un material suficientemente flexible para permitir la deformación de los bordes 508a y 508b mediante la expansión del material en gel en presencia de un fluido para mover los bordes 508a y 508b hacia el árbol. Debido a que la segunda superficie 506 reacciona contra el componente externo relativamente fijo, la expansión es sustancialmente hacia el árbol. Aunque los sellos 300 y 500 de las Figuras 3 y 5 respectivamente se ilustran como semicírculos, se contemplan sellos que tienen otras geometrías (por ejemplo, geometrías rectilíneas u otras geometrías curvilíneas o combinaciones de las mismas).

La Figura 6 es una representación gráfica de datos de tasa de fuga para un sistema que incorpora la invención. Los datos se obtuvieron a partir de la observación del rendimiento de un sistema prototipo. El sistema prototipo fue diseñado como un modelo a escala aproximadamente 1/8avo de un sistema que podría utilizarse en el árbol de propulsión de un destructor de tipo DDG. El sistema incorporó los elementos de la Figura 1) Por ejemplo, el diámetro del árbol prototipo era de aproximadamente 63.5 mm. El diámetro del árbol a gran escala en una hélice destructora de tipo DDG es de aproximadamente 508 mm. Las revoluciones máximas por minuto (RPM) para el árbol a gran escala permitidas por las regulaciones de constructores de barcos son aproximadamente 168 RPM. El prototipo de escala 1/8avo se probó a aproximadamente 1.344 RPM para tener en cuenta la diferencia en el diámetro del árbol. La configuración de prueba incluyó un primer compartimento en un entorno de presión ambiental y un segundo compartimento en un entorno presurizado (por ejemplo, en presencia de agua). La caída de presión entre el primer compartimento y el segundo compartimento hizo que el agua buscara migrar hacia el primer compartimento de baja presión. La tasa de fuga de agua que ingresa al primer compartimento se midió durante el experimento.

El gráfico 600 incluye una primera curva 602 de la tasa de fuga obtenida con el sistema prototipo. La primera curva 602 corresponde a los valores de la tasa de fuga en pintas estadounidenses/hora del eje 604 vertical contra el tiempo (minutos) en el eje 606 horizontal. El gráfico 600 también incluye una segunda curva 608 que mapea la tasa de fuga en pintas estadounidenses/hora del eje 610 vertical contra el tiempo (minutos) en el eje 606 horizontal. La curva 608 representa el rendimiento previsto de un sistema diseñado para su uso en el sistema a gran escala para el destructor de tipo DDG que ilustra los datos esperados basados en el primer gráfico 602. Los datos representados por la segunda curva 608 son una extrapolación lineal de los datos representados por la primera curva 602 (escalada por un factor de 8 para compensar la escala 1/8avo del prototipo).

Los datos asociados con el gráfico 602 reflejan un sello (por ejemplo, los sellos 120a y 120b) que tienen una dureza de aproximadamente el durómetro Shore de A60. Los sellos de otra dureza también fueron probados con éxito. También se han utilizado sellos que tienen una dureza en un rango de aproximadamente un durómetro Shore de A20 a aproximadamente un durómetro Shore de A60. En algunas realizaciones, el valor de dureza elegido para un sello particular depende de los parámetros de uso asociados con el sello, por ejemplo, la cantidad de tiempo que el sello estará activo. Durante la prueba, el material en gel dispuesto dentro del sello (por ejemplo, dentro de un bolsillo del sello) respondió a la presencia de un fluido, en este caso agua, a los pocos segundos de la exposición al fluido. La primera curva 602 ilustra que la tasa de fuga desde el primer compartimento I al segundo compartimento II disminuye a aproximadamente 1.5 pintas estadounidenses/hora (aproximadamente 0.197 ml/s) después de aproximadamente 10 minutos. Adicionalmente, la tasa de fuga es inferior a 0.1 pintas estadounidenses/hora (aproximadamente 0.0131 ml/s) después de aproximadamente una hora.

La segunda curva 608 ilustra que se espera que la tasa de fuga sea aproximadamente 9 pintas estadounidenses/hora (aproximadamente 1.183 ml/s) después de aproximadamente 10 minutos y menos de aproximadamente 0.5 pintas estadounidenses/hora (aproximadamente 0.065 ml/s) después de una hora. Adicionalmente, la tasa de fuga observada bajo diferenciales de presión de ejemplo de aproximadamente 7.5 psid (diferencia de libras por pulgada cuadrada) (aproximadamente 5-273 kg/m2) y 15.0 psid (aproximadamente 10.550 kg/m2) fue menor que la de la primera curva 602 o la segunda curva 608 porque los aumentos en la presión diferencial aumentan la capacidad de sellado del sello. En algunas realizaciones, se obtuvieron tasas de fuga marginalmente más altas cuando el árbol a escala 1/8avo giraba a aproximadamente 720 y 1440 RPM (correspondiente a aproximadamente 90 y 180 RPM para el árbol a escala completa).

La Figura 7 es una vista en perspectiva en sección transversal de un sello 700. El sello 700 incluye una porción 702 de borde y una porción 704 superior. Un bolsillo 706 está definido por la porción 702 de borde y la porción 704 superior. En algunas realizaciones, un material en gel (no mostrado) se dispone dentro del bolsillo 706. El sello 700 incluye dos porciones 708a y 708b de conector (generalmente 708) que se extienden desde la porción 702 de borde hacia la porción 704 superior a lo largo del eje Y. La porción 704 superior define las superficies 710a y 710b correspondientes (generalmente 710) configuradas para acoplarse con las porciones 708a y 708b de conector. En algunas realizaciones, el sello 700 se elabora de un material elastómero o un material de caucho (por ejemplo, caucho natural o sintético).

En algunas realizaciones, las porciones 708a y 708b de conector evitan que la porción 702 de borde se aleje de la porción 704 superior (por ejemplo, a lo largo del eje Y) bajo, por ejemplo, la influencia de la gravedad o del peso del material en gel sobre la porción 702 de borde. En presencia de un fluido, el material en gel dentro del bolsillo 708 se expande y empuja la porción 702 de borde lejos de la porción 704 superior. Las porciones 708a y 708b de conector reaccionan contra las superficies 710a y 710b correspondientes de la porción 704 superior para resistir el movimiento de la porción 702 de borde. El material en gel proporciona una fuerza de expansión suficiente para superar esta resistencia y desalojar las porciones 708a y 708b de conector de las superficies 710a y 710b correspondientes. Después de que las porciones 708a y 708b de conector se hayan desalojado, el material en gel puede alejar la porción 702 de borde de la porción 704 superior. Se contemplan geometrías, cantidades y configuraciones alternativas de las porciones 708 de conector y las superficies 710 correspondientes en realizaciones alternativas de la invención.

La Figura 8A es una vista en sección transversal de una porción de un sistema 800, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención. El sistema 800 incluye un componente 804 de soporte y un componente 808 portador. El sistema 800 también incluye un sistema 812 de sellado. El sistema 812 de sellado incluye un primer sello 814a de borde que incluye una primera porción 816a de borde y un segundo sello 814b de borde que incluye una segunda porción 816b de borde, así como un primer material 820a en gel y un segundo material 820b en gel (generalmente 820). El material 820a y 820b en gel se puede incorporar en una espuma de celda abierta dura o una espuma de celda abierta suave. Como se ilustra, el material 820 en gel se incorpora en una espuma de celda abierta. La espuma de celda abierta es un material permeable a los fluidos que absorbe parcialmente el fluido y permite que el fluido interactúe con el material 820a-820b en gel, lo que resulta en la expansión del material 820a-820b en gel. El sistema 812 de sellado se comporta de manera similar a los sellos 120a-120b en respuesta a la exposición a un fluido.

Un primer componente 824a de retención acopla el primer sello 814a de borde y el primer material 820a en gel al componente 808 portador. Un segundo componente 824b de retención acopla el segundo sello 814b de borde y el segundo material 820b en gel al componente 808 portador. El primer componente 824a de retención y el segundo componente 824b de retención acoplan los sellos 814a-814b de borde (generalmente 814) y el material 820 en gel al componente 808 portador. Los sellos 814 de borde y el material 820 en gel se pueden acoplar al componente portador a través de un ajuste de interferencia (por ejemplo, un ajuste de interferencia diametral), un ajuste mecánico (por ejemplo, utilizando sujetadores mecánicos, tales como tornillos o pernos para sujetar los componentes 824a 824b de retención (generalmente 824) al componente 808 portador), un ajuste adhesivo (por ejemplo, mediante unión) o combinaciones de estas técnicas de ajuste. Se pueden utilizar otras técnicas para acoplar los sellos 814 de borde y el material 820 en gel al componente 808 portador.

El componente 808 portador define una superficie 828 exterior y una superficie 832 interna. La superficie 832 interna define un canal 836 o espacio abierto. El componente 808 portador también define dos ranuras 840a-840b. Las juntas 844a-844b tóricas (generalmente 844) se disponen dentro de las ranuras 840a-840b para crear un sello entre la superficie 832 interna del componente 808 portador y una superficie 848 exterior definida por el componente 804 de soporte. Las juntas 844a-844b tóricas reducen el tamaño de una ruta potencial desde el compartimento I hasta el compartimento II (y viceversa) para que fluya el fluido (por ejemplo, entre la superficie 848 exterior del componente 804 de soporte y la superficie 832 interna del portador componente 808 y/o a través del canal 836). En algunas realizaciones, el componente 804 de soporte, el componente 808 portador, el sistema 812 de sellado (por ejemplo, los sellos 814 de borde), el componente 824 de retención, las juntas 844 tóricas o una combinación de estos elementos se elaboran de material que tiene poca absorción de agua o fluidos. Se pueden utilizar materiales de baja absorción, por ejemplo, para reducir o prevenir el hinchamiento de los componentes del sistema 800, distintos del material 820 en gel, que puede absorber fluido y expandirse. En algunas realizaciones, el hinchamiento puede dar como resultado la unión de componentes del sistema 800 contra el árbol 852, lo que puede conducir a la fricción y/o falla del sistema 800. Un ejemplo de un material de baja absorción de agua es un material Garolite G-10/FR4, vendido, por ejemplo, por Professional Plastics, de Fullerton, California. También se pueden utilizar otros materiales plásticos fenólicos.

El sistema 800 también incluye un árbol 852. Durante condiciones de operación normales, el árbol 852 se coloca en una relación separada de una superficie 856 definida por una porción 860 extensa del componente 808 portador. En algunas realizaciones, un anillo de alineación, por ejemplo, el anillo 116 de alineación de la Figura 1, se coloca entre el árbol 852 y la superficie 856 (por ejemplo, unido o adherido a la superficie 856 en una relación espaciada con el árbol 852). El anillo de alineación se puede elaborar de un material de baja fricción o de bajo desgaste. En algunas realizaciones, el anillo de alineación incluye un material de Teflon®. El árbol 852 también está en una relación separada de los sellos 814 de borde (por ejemplo, y las porciones 816a-816b de borde (generalmente 816)). La relación espaciada entre el árbol 852 y la superficie 856 y los sellos 814 de borde define un hueco 864. Durante la operación normal, el hueco 864 permite que el árbol 852 gire sin estar en contacto con los sellos 814 de borde o la superficie 856, lo que reduce la fricción entre el árbol 852 y los sellos 814 de borde y/o la superficie 856. El hueco 864 es una ruta potencial de fluido entre el compartimento I al compartimento II.

El árbol 852 se puede mover a lo largo de una dirección paralela al eje x o a lo largo de una dirección paralela al eje y, o alguna combinación de ambas direcciones. El árbol 852 puede entrar en contacto con la superficie 856 en respuesta al movimiento del árbol 852 a lo largo del eje y. Cuando el árbol 852 contacta con la superficie 856 del componente 808 portador, el componente portador también se puede mover en una dirección paralela al eje y. La superficie 832 interna del componente 808 portador se acopla de forma deslizante a la superficie 848 exterior del componente 804 de soporte en respuesta al movimiento correspondiente por el árbol 852. Como resultado, el componente 808 portador se puede mover en respuesta al movimiento del árbol 852 independientemente de si los sellos 814 de borde (o las porciones 816 de borde) se acoplan o están en contacto con el árbol 852. La distancia a lo largo del eje y entre el canal 836 y el componente 804 de soporte está relacionada con la cantidad de movimiento que el árbol 852 del sistema 800 puede soportar sin dañar o afectar la operación de los componentes del sistema 800 (por ejemplo, el componente 804 de soporte, componente 808 portador o sistema 812 de sellado).

Las juntas 844a-844b tóricas dispuestas en las ranuras 840a-840b en la superficie 832 interna proporcionan un sello hermético entre el componente 808 de soporte y el componente 808 portador al tiempo que facilitan el movimiento deslizante del componente 808 portador en relación con el componente 804 de soporte (por ejemplo, a lo largo del eje y) en respuesta al movimiento del árbol 852 a lo largo del eje y.

Cuando el material 820a en gel en el sistema 812 de sellado se expone a un fluido, el material 820a en gel se expande, empujando la porción 816a de borde del sello 814a de borde hacia o en contacto con el árbol 852. Cuando la porción 816a de borde se empuja hacia o en contacto con el árbol 852, se reduce el tamaño del hueco 864 (por ejemplo, medido a lo largo del eje y o medido como el área entre el árbol 852 y el sistema 800). En esta realización, el fluido interactúa con el material 820a en gel al pasar a través de un hueco 866 entre el sello 814a de borde y/o la porción 816a de borde y el componente 824a de retención.

En algunas realizaciones, la porción 816a de borde no entra en contacto con el árbol 852 cuando el material 820a en gel se expone a un fluido, pero el tamaño del hueco 864 se reduce por el movimiento de la porción 816a de borde hacia el árbol 852. En algunas realizaciones, la porción 816a de borde se empuja al contacto nominal con el árbol 852. El contacto nominal implica que la porción 816a de borde contacta físicamente al árbol, pero la porción 816a de borde no ejerce una presión sustancial sobre el árbol 852. El contacto nominal no implica una cantidad sustancial de fricción entre el árbol 852 y la porción 816a de borde. En algunas realizaciones, el contacto nominal se refiere a la situación en la que el componente normal de la fuerza sobre la porción 816a de borde por el árbol 852 no es sustancial. En algunas realizaciones, el contacto nominal produce un efecto Venturi para restringir o controlar el flujo del fluido a través del hueco 864.

En algunas realizaciones, la porción 816a de borde se empuja para engancharse con el árbol 852. El enganche con el árbol 852 implica el contacto físico entre el árbol 852 y la porción 816a de borde, que ejerce presión entre ellos. Adicionalmente, cuando la porción 816a de borde se engancha con el árbol 852, se desarrolla fricción entre la porción 816a de borde y el árbol 852 (por ejemplo, el componente normal de la fuerza de fricción entre la porción 816a de borde y el árbol 852 es mayor que durante el contacto nominal). Algunas implementaciones cuentan con un protector de residuos (por ejemplo, suciedad o polvo) (no mostrado) dispuesto alrededor del sistema 800 para reducir la cantidad de residuos que de otro modo entrarían entre el sistema 800 y el árbol 852. Un ejemplo de protección contra residuos es una funda antipolvo de goma, que se monta en el componente 804 de soporte, el componente 808 portador o la estructura del mamparo B. La protección contra residuos reduce o elimina los residuos que ingresan al hueco 864 desde el compartimento I y/o el compartimento II. En algunas realizaciones, la protección contra residuos incluye una estructura de sellado que actúa como un sello primario o como un sello de respaldo para la estructura 812 de sellado. Esto se describe, por ejemplo, con más detalle a continuación con respecto a las Figuras 12A-12C.

La expansión del material 820a en gel es un efecto reversible. Por ejemplo, el material 820a en gel se expande cuando el material 820a en gel se expone a un fluido. El material 820a en gel se contrae en ausencia del fluido (por ejemplo, cuando se seca el material 820a en gel o el material de espuma de celda abierta). La contracción del material 820a en gel permite o hace que la porción 816a de borde vuelva a su forma original y/o aumente el tamaño del hueco 864. Cuando la porción 816a de borde está en contacto nominal con el árbol, la contracción del material 820a en gel puede formar el hueco 864 permitiendo que la porción 816a de borde se salga del contacto nominal con el árbol 852 (formando de esta manera el hueco 864). Cuando la porción 816a de borde está en contacto con el árbol 852, la contracción del material 820a en gel puede dar como resultado un contacto nominal de la porción 816a de borde con el árbol 852 o puede hacer que la porción 816a de borde se salga del contacto con el árbol 852 (formando de esta manera el hueco 864).

En algunas realizaciones, el efecto reversible asociado con el material 820a en gel implica la dependencia de la temperatura del material 820a en gel. Por ejemplo, la expansión y/o contracción del material 820a en gel puede depender de la temperatura de transición de fase del tipo particular de material en gel seleccionado. El material 820a en gel puede expandirse en respuesta a la temperatura del material 820a en gel que cae por debajo de la temperatura de transición de fase del tipo particular de material en gel seleccionado (el material 820a en gel luego se contrae en respuesta a la temperatura del material 820a en gel que excede la temperatura de transición de fase). Más aún, en otras realizaciones, el material 820a en gel puede contraerse en respuesta a la temperatura del material 820a en gel que excede la temperatura de transición de fase del tipo particular de material en gel seleccionado (el material 820a en gel luego se contrae en respuesta a la temperatura del material 820a en gel que cae por debajo de la temperatura de transición de fase).

El efecto reversible puede estar asociado con estímulos distintos o adicionales a la temperatura. Ejemplos de dichos estímulos incluyen cualquiera de los siguientes, ya sea solos o en combinación: pH del fluido (medido utilizando, por ejemplo, unidades de escala total, escala libre o escala de agua de mar), salinidad del fluido, concentración o pureza del fluido, composición química del fluido, densidad o viscosidad del fluido (por ejemplo, viscosidad cinemática o dinámica). En algunas realizaciones, la capacidad de respuesta del material 820 en gel a estímulos externos se puede seleccionar para prescribir cómo se expandirá o contraerá el material 820 en gel en función de las condiciones de operación a las que está expuesto el sistema 800. Por ejemplo, la capacidad de respuesta del material 820 en gel (por ejemplo, la velocidad y/o la cantidad de expansión o contracción volumétrica) puede afectar ^{la capacidad del sistema}812 ^{de sellado para prevenir o reducir el flujo de un fluido desde el compartimento I hasta}el compartimento II, y viceversa.

En algunas realizaciones, el componente 804 de soporte es un cuerpo anular que se puede montar o asegurar a una estructura de mamparo B. En algunas realizaciones, el componente 804 de soporte forma parte de la estructura de mamparo (ilustrada por ejemplo en la Figura 9C). Por ejemplo, la superficie 848 exterior de la estructura de mamparo B puede conformarse (por ejemplo, mecanizada o acabada) para tener una porción relativamente lisa que facilite el enganche deslizable con la superficie 832 interna del componente 808 portador. Dichas realizaciones generalmente implican un componente 808 portador con un radio exterior R mayor que las realizaciones en las que el componente 804 de soporte se monta o asegurado a la estructura del mamparo.

En algunas realizaciones, el fluido en el compartimento II se expone o interactúa con el primer material 820a en gel, haciendo que el primer material 820a en gel se expanda y empuja la porción 816a de borde hacia o en contacto con el árbol 852. En dichas realizaciones, el fluido en el compartimento II no causa necesariamente que el segundo material 820b en gel se expanda (por ejemplo, a menos que el segundo material 820b en gel también esté expuesto al fluido). Por ejemplo, el fluido en el compartimento II se aísla del segundo material 820b en gel mediante la expansión de la primera porción 816a de borde hacia o en contacto con el árbol 852. En otras realizaciones, el fluido en el compartimento II puede exponerse al segundo material 820b en gel (por ejemplo, por salpicadura), haciendo que el segundo material 820b en gel se expanda empujando la segunda porción 816b de borde hacia o en contacto con el árbol 852. Por lo tanto, la expansión del material 820a en gel reduce el tamaño o elimina una ruta de flujo desde el compartimento II al compartimento I (por ejemplo, a través del hueco 864). Cuando el fluido también está presente en el compartimento I y el segundo material 820b en gel se expone al fluido, el segundo material 820b en gel se expande, empujando la porción 816a de borde hacia o en contacto con el árbol 852. Como resultado, cuando el fluido está presente tanto en el compartimento I como en el compartimento II, las porciones 816a-816b de borde y los materiales 820a- 820b en gel reducen o eliminan una ruta de flujo desde el compartimento I hasta el compartimento II y desde el compartimento II al compartimento I. Por lo tanto, la primera porción 816a de borde y el primer material 820a en gel actúan como un sello de respaldo para reducir o eliminar el tamaño de una ruta de flujo desde el compartimento I hasta el compartimento II si la porción 816b de borde no elimina la ruta de flujo desde el compartimento I hasta el compartimento II (por ejemplo, si la porción 816b de borde no está en contacto nominal o enganchado con el árbol 852. De manera similar, la segunda porción 816b de borde y el segundo material 820b en gel actúan como un sello de respaldo para reducir o eliminar el tamaño de una ruta de flujo desde el compartimento II al compartimento I si la porción 816a de borde no elimina la ruta de flujo desde el compartimiento II al compartimento I.

En algunas realizaciones, el componente 808 portador está configurado o conformado para facilitar el posicionamiento del sello 500 de la Figura 5 con respecto al árbol 852, de manera similar a la configuración representada en la Figura 4) Por ejemplo, la región 868 del componente 808 portador que está cerca del árbol 852 se puede fabricar para parecerse a la porción 422 del anillo 404 de alineación de la Figura 4)

La Figura 8B es una vista en perspectiva en sección transversal parcial del sistema 800 de la Figura 8A. El componente 804 de soporte mostrado en la Figura 8B incluye una región 872 de interfaz que define una pluralidad de agujeros 876 pasantes que corresponden a agujeros (no mostrados) en una estructura de mamparo (no mostrada). El sistema 800 se puede montar en la estructura del mamparo al pasar los sujetadores (por ejemplo, pernos de carro o tirafondos) a través de los agujeros 876 pasantes y los agujeros correspondientes en la estructura del mamparo. Cuando el sistema 800 se monta en la estructura de mamparo B, la región 872 de interfaz puede contactar físicamente con la estructura de mamparo B de la Figura 8A o una superficie 892 de los mismos.

En algunas realizaciones, los agujeros 876 pasantes se utilizan para montar el sistema 800 a una carcasa (no mostrada) que ya está asegurada a una estructura de mamparo. Por ejemplo, en un sistema que incorpora una carcasa similar a la carcasa 104 de la Figura 1, el componente 804 de soporte se puede montar en una parte de la estructura de la carcasa en lugar de directamente en la estructura del mamparo. Tal configuración da como resultado que el sistema 800 sea conveniente para adaptar el sistema 800 con estructuras de carcasa existentes.

El componente 804 de soporte, como se representa, es una estructura anular semicircular. El componente 804 de soporte incluye una pestaña 880 de acoplamiento que se acopla con una pestaña correspondiente (no mostrada) de un segundo componente de soporte semicircular (no mostrado) para rodear un árbol (no mostrado) y posicionar el sistema 812 de sellado alrededor del árbol. Por lo tanto, para montar el sistema 800 en una estructura de mamparo, el componente 804 de soporte ilustrado se asegura a la estructura de mamparo B de la Figura 8A y se asegura a un segundo componente de soporte a través de la pestaña 880 de acoplamiento. La pestaña 880 de acoplamiento incluye una pluralidad de agujeros 884 pasantes que corresponden a orificios pasantes (no mostrados) en la pestaña de acoplamiento correspondiente del segundo componente de soporte. También se pueden utilizar configuraciones alternativas para el componente 804 de soporte (por ejemplo, la configuración representada en las Figuras 9A-9C). En general, cualquiera de los componentes 804 de soporte, el componente 808 portador, el sello 814 de borde, el material 820 en gel, el componente 824 de retención o las juntas 844 tóricas pueden ser de forma semicircular o semianular. Una forma semicircular o semianular permite que cualquiera de los componentes 804 de soporte, el componente 808 portador, el sello 814 de borde, el material 820 en gel, el componente 824 de retención o las juntas 844 tóricas se monten o instalen sobre el árbol 852 (por ejemplo, dispuesto alrededor de una circunferencia o perímetro del árbol 852) en dos piezas que se acoplan entre sí (por ejemplo, mecánicamente con, por ejemplo, fricción, pernos, tornillos, clavijas, imanes o remaches o adhesivamente con, por ejemplo, un adhesivo químico o agente de unión). Por ejemplo, dos mitades semicirculares o semianulares (no mostradas) del componente 808 portador se pueden colocar en una relación circunscrita al árbol 852. Las mitades semicirculares o semianulares se pueden asegurar juntas para formar una estructura de componente 808 portador único o unitario que está dispuesta alrededor de una circunferencia o perímetro del árbol 852.

En algunas realizaciones, el componente 804 de soporte se asegura a la estructura de mamparo antes de ser asegurado al segundo componente de soporte. En otras realizaciones, el componente 804 de soporte se asegura primero al segundo componente de soporte antes de que los componentes de soporte ensamblados se monten o aseguren a la estructura de mamparo. El componente 804 de soporte tiene una forma tal que la pestaña 880 de acoplamiento se coloca con relación a la región 872 de interfaz. La posición de la pestaña 880 de acoplamiento permite que el componente 804 de soporte encaje dentro de una abertura (no mostrada) definida por la estructura de mamparo.

El componente 824a de retención en la Figura 8B incluye una pluralidad de rendijas 888 que permiten que el fluido pase a través de ellas e interactúe con el material 820a en gel. El tamaño y la colocación de las rendijas 888 se pueden manipular o controlar para controlar la cantidad de fluido que interactúa con el material 820a en gel. Por ejemplo, aumentar el número o el tamaño de las rendijas 888 puede reducir la cantidad de fluido requerida para que el material 820a en gel se expanda e instar a la porción 816a de borde hacia o en contacto con el árbol (por ejemplo, más rendijas 888 permiten que interactúe más fluido con el material 820a en gel). Por el contrario, disminuir el número o el tamaño de las rendijas 888 puede aumentar la cantidad de fluido requerida para que el material 820a en gel se expanda e impulse la porción 816a de borde hacia o en contacto con el árbol.

Una ventaja del sistema 800 mostrado en la Figura 8B es que el componente 804 de soporte es relativamente liviano en comparación con otros mecanismos para posicionar el componente 808 portador o el sistema 812 de sellado con relación al árbol. El componente 804 de soporte se puede elaborar de un material tal como aluminio bronce. La forma anular generalmente plana del soporte 804 es una razón por la que el componente 804 de soporte es relativamente liviano en comparación con otros componentes utilizados para colocar un componente 808 portador o un sistema 812 de sellado con respecto al árbol. Por ejemplo, la carcasa de las Figuras 1 y 3 requieren más material porque la carcasa rodea el anillo de alineación (por ejemplo, una superficie interna de la carcasa se engancha con una superficie exterior del anillo de alineación). Por el contrario, en la realización de las Figuras 8A-8B, una superficie 832 interna del componente 808 portador se aplica a una superficie 848 exterior del componente 804 de soporte, permitiendo que el componente 804 de soporte se fabrique (por ejemplo, fundido) con menos material. Como ventaja adicional, donde el componente 804 de soporte no excede un peso especificado, el sistema 800 puede instalarse sin la ayuda de un instalador. Además de ser relativamente liviano, el componente 804 de soporte es relativamente fácil de mecanizar o fundir en metal en comparación con los componentes de soporte que tienen otras formas. Adicionalmente, el componente 808 portador también se puede elaborar de un material relativamente liviano como, por ejemplo, un material Garolite G-10/FR4. Dicho material es suficientemente ligero y rígido.

Ventajas adicionales serán evidentes. Por ejemplo, el ancho Wc del componente 808 portador es independiente del ancho Ws del componente de soporte mostrado en la Figura 8A. Como resultado, el componente 808 portador se puede ensanchar a lo largo del eje x para facilitar la inclusión de rodamientos, como se discute a continuación con respecto a las Figuras 11B-11C, independiente del ancho Ws del componente 804 de soporte.

La Figura 8C es una vista en sección transversal de una porción de un sistema 800’que incluye un componente 808’ portador alternativo. El componente 808’ portador incluye una primera pieza 890 y una segunda pieza 892 que se puede montar o asegurar de manera desmontable a la primera pieza 890. La segunda pieza 892 se puede montar en la primera pieza mecánicamente (por ejemplo, utilizando pernos, tornillos o un ajuste de interferencia), adhesivamente (por ejemplo, mediante unión) o alguna combinación de mecánica y adhesiva. La segunda pieza 892 define una ranura 894 para alojar una junta 896 tórica. Cuando la segunda pieza 892 se monta en la primera pieza 890, la junta 896 tórica facilita un sellado hermético al fluido entre ellas, reduciendo o eliminando una ruta de flujo desde el primer compartimento I al segundo compartimento II, por ejemplo, entre la primera pieza 890 y la segunda pieza 892 (y a través del canal 836).

En algunas realizaciones, la primera pieza 890 en lugar de la segunda pieza 892 puede definir una ranura (no mostrada) para asentar la junta 896 tórica para facilitar un sello hermético a los fluidos. Una ventaja para el componente 808’ portador de la Figura 8C incluye permitir que el sistema 800’ se instale en espacios relativamente pequeños (por ejemplo, en el que el espacio libre C entre el componente 804 de soporte y el árbol 852 a lo largo del eje y es menor que la distancia h1 entre el canal 836 y una superficie 898 de diámetro exterior del componente 808’ de soporte). Dicha configuración permite un movimiento relativamente grande a lo largo del eje y por el árbol (por ejemplo, la distancia d entre el canal 836 y el componente 804 de soporte) mientras se retiene un tamaño pequeño del sistema 800’.

La Figura 9A es una vista en perspectiva de una porción de un componente 900 de soporte. El componente 900 de soporte define una forma semicircular y define una superficie 904 de diámetro exterior y una superficie 908 de diámetro interno. El componente 900 de soporte también define una superficie 912 anular que incluye una porción 916 de interfaz. El componente 900 de soporte también incluye una segunda superficie 918 anular que es sustancialmente paralela a y se enfrenta de forma opuesta a la superficie 912 anular. La superficie 912 anular y la segunda superficie 918 anular se pueden disponer en una disposición alternativa (por ejemplo, no paralela). La porción 916 de interfaz define una pluralidad de agujeros 920 pasantes que se extienden a través del componente 900 de soporte (por ejemplo, desde la superficie 912 anular hasta la segunda superficie 918 anular). La pluralidad de agujeros 920 pasantes facilita el montaje del componente 900 de soporte en una estructura de mamparo (por ejemplo, colocando la porción 916 de interfaz en contacto físico con una superficie correspondiente (no mostrada) de una estructura de mamparo). El componente 900 de soporte incluye una primera región 924a de acoplamiento y una segunda región 924b de acoplamiento. Las regiones 924a-924b de acoplamiento se acoplan a las regiones de acoplamiento correspondientes (no mostradas) de un segundo componente de soporte semicircular (no mostrado). Las regiones 924a-924b de acoplamiento son una alternativa a la pestaña 880 de acoplamiento del componente 804 de soporte de la Figura 8B.

La Figura 9B es una vista de plano superior de una estructura 940 de soporte ensamblada. La estructura 940 de soporte incluye el componente 900 de soporte de la Figura 9A y un componente 900’ de soporte simétrico. La primera región 924a de acoplamiento del componente 900 de soporte se asegura a una región 924a’ de acoplamiento correspondiente del componente 900’ de soporte. De manera similar, la segunda región 924b de acoplamiento del componente 900 de soporte se asegura a la región 924b’ de acoplamiento correspondiente del componente 900’ de soporte. La estructura 940 de soporte es una estructura anular o similar a anillo que define una abertura 944 a través de la cual puede pasar un árbol (por ejemplo, un árbol giratorio). La estructura 940 de soporte define una superficie 948 de interfaz para acoplar a una superficie correspondiente de una estructura de mamparo (no mostrada). La superficie 948 de interfaz está dispuesta a lo largo de un diámetro exterior D de la estructura 940 de soporte. La estructura 940 de soporte también incluye una superficie 952 dispuesta a lo largo de un diámetro interno d de la estructura 940 de soporte. La superficie 952 facilita el enganche deslizable con una superficie interna correspondiente (por ejemplo, la superficie 832 de la Figura 8A) de un componente portador (por ejemplo, el componente 808 portador de la Figura 8A).

En algunas realizaciones, la estructura 940 de soporte se forma a partir de una porción de la estructura del mamparo en sí, en lugar de ser montable en la estructura del mamparo. Un ejemplo de dichas realizaciones se ilustra en la Figura 9C, que es una vista de plano de una estructura 960 de mamparo, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención. La Figura 9D es una vista en sección transversal de la estructura 960 de mamparo de la Figura 9C. En las realizaciones de las Figuras 9C-9D, un componente portador (por ejemplo, el componente 808 portador de la Figura 8C) se engancha a la estructura 960 de mamparo sin la necesidad de una estructura de soporte separada (por ejemplo, la estructura 940 de soporte de la Figura 9B) que se puede montar en la estructura 960 de mamparo.

La estructura 960 de mamparo define una primera superficie 964 en el compartimento I y una segunda superficie 968 en el compartimento II. La estructura de mamparo define una abertura 944’ que pasa desde la primera superficie 964 en el compartimento I a la segunda superficie 968 en el compartimento II. La primera superficie 964 define una primera región 972 anular adyacente a la abertura 944’, y la segunda superficie 968 define una segunda región 976 anular adyacente a la abertura 944’. Las regiones 972, 976 anulares definen una superficie para el enganche deslizable con una superficie interna correspondiente de un componente de soporte (por ejemplo, similar en estructura y operación al canal 832 en el componente 808 portador de la Figura 8A o el componente 808’ portador de la Figura 8C). De esta manera, las regiones 972, 976 anulares son similares a las regiones 912, 918 anulares de la Figura 9A o la superficie 952 de la estructura 940 de soporte de la Figura 9B, que facilitan el enganche deslizable con un componente de soporte.

La Figura 10A es una vista en sección transversal de un sistema 1000 de sellado que incluye un componente 1004 de retención y una porción 1008 de placa representada en un estado desactivado o en ausencia de un fluido que ilustra una realización de la invención. El sistema 1000 de sellado incluye un sello 1012 de bordes y un material 1016 en gel. Cuando el material 1016 en gel está seco o, en ausencia de un fluido, el sistema 1000 está en un estado “desactivado”. El material 1016 en gel puede estar dispuesto en una espuma de celda abierta o dura permeable a los fluidos (no mostrada). En el estado desactivado, el material en gel y de espuma están en una forma original. De manera similar, una porción 1020 de bordes del sello 1012 de bordes tiene una forma original no deformada. La Figura 10A también representa una porción 1024 de árbol. Un hueco G separa la porción 1020 de bordes del sello 1012 de bordes de la porción 1024 de árbol.

La porción 1008 de placa incluye un pivote 1028 alrededor del cual rota la porción 1008 de placa. La porción 1008 de placa acopla el material 1016 en gel al sello 1012 de bordes. Una abertura 1032 está definida por el componente 1004 de retención y la porción 1008 de placa. La abertura 1032 facilita la interacción entre un fluido y el material 1016 en gel al permitir que el fluido entre en el sistema 1000 para contactar el material 1016 en gel. La exposición al fluido hace que el material 1016 en gel se expanda.

La Figura 10B es una vista en sección transversal del sistema 1000 de sellado de la Figura 10A representado en un estado activado o en presencia de un fluido. A medida que el material 1016 en gel se expande, el material 1016 en gel reacciona contra la porción 1008 de placa y empuja a la porción 1008 de placa a moverse alrededor del pivote 1028. A medida que la porción 1008 de placa gira alrededor del pivote 1028, la porción 1008 de placa reacciona contra la porción 1020 de bordes del sello 1012 de bordes, y empuja la porción 1020 de bordes hacia o en contacto con la porción 1024 de árbol. En algunas realizaciones, el movimiento de la porción 1020 de bordes elimina el hueco G de la Figura 10A. La porción 1020 de bordes también puede reducir el tamaño del hueco G (por ejemplo, la distancia a lo largo del eje x entre la porción 1024 de árbol y la porción 1020 de bordes) en respuesta a la expansión por el material 1016 en gel.

La porción 1008 de placa amplifica el efecto de expansión del material 1016 en gel. Por ejemplo, en un sistema de sellado que no incluye la porción 1008 de placa, la expansión del material 1016 en gel en una cantidad fija mueve la porción 1020 de bordes proporcionalmente a la cantidad de expansión del material 1016 en gel. En el sistema 1000 de sellado de la Figura 10A-10B, la porción 1020 de bordes se mueve una mayor distancia en respuesta a la misma cantidad de expansión del material 1016 en gel. Por ejemplo, la expansión del material 1016 en gel contra la porción 1008 de placa empuja a la porción 1008 de placa, que actúa como una palanca con respecto a la porción 1020 de bordes, aumentando de esta manera la distancia que se mueve la porción 1020 de bordes en respuesta a la expansión del material 1016 en gel.

Una ventaja del sistema 1000 de las Figuras 10A-10B es que el sistema de sellado 1000 se puede mover más lejos de la porción 1024 de árbol (por ejemplo, definiendo un hueco G más grande que un sistema sin la porción 1008 de placa), mientras que todavía reduce adecuadamente el tamaño o elimina el hueco G cuando el material en gel está expuesto a un fluido. Un tamaño mayor del hueco G reduce el desgaste en la porción 1020 de bordes del sello 1012 de bordes, ya que se requiere un movimiento mayor de la porción 1024 de árbol a lo largo del eje x antes de que la porción 1024 de árbol contacte con la porción 1020 de bordes. Una reducción en el contacto incidental entre la porción 1024 de árbol y la porción 1020 de bordes reduce el desgaste en la porción de borde.

La Figura 11A es una vista en perspectiva de un rodamiento 1100, de acuerdo con una realización ilustrativa de la invención. El rodamiento 1100 define una superficie 1104 de diámetro exterior y una superficie 1108 circular. Un buje 1112 pasa a través del rodamiento 1100 y se extiende hacia afuera desde la superficie 1108 circular a lo largo del eje A. El rodamiento 1100 es generalmente simétrico y giratorio alrededor del eje A que se extiende a través del centro de la superficie 1108 circular. El rodamiento 1100 puede girar alrededor del eje A en respuesta al contacto con un árbol (no mostrado). En algunas realizaciones, el rodamiento 1100 gira alrededor del buje 1112, que permanece estacionario en respuesta al contacto del árbol con la superficie 1104 de diámetro exterior del rodamiento 1100. El buje 1112 transfiere una cantidad de fuerza o carga desde el rodamiento 1100 a otros rodamientos (no mostrados) para reducir la fricción en el rodamiento 1100 en respuesta a la rotación del rodamiento 1100 o al contacto desde el árbol. El rodamiento 1100 también es simétrico con respecto al plano P, que es perpendicular al eje A. El buje 1112 define una superficie 1116 de buje. Cuando el rodamiento 1100 se instala en un sistema de sellado, la superficie del buje 1116 es preferiblemente coplanar con una superficie (no mostrada) de un componente portador (no mostrado). Esto se ilustra a continuación con respecto a las Figuras 11B-11C.

En algunas realizaciones, un recubrimiento (no mostrado) se dispone sobre la superficie 1104 de diámetro exterior del rodamiento 1100. El recubrimiento se puede elaborar de o incluir un material de bajo desgaste, un material de baja fricción o un material de baja corrosión. En algunas realizaciones, el recubrimiento se elabora de o incluye un material de baja fricción, bajo desgaste y baja corrosión. En algunas realizaciones, el material de recubrimiento se selecciona con base en su resistencia a la fricción, desgaste, corrosión o alguna combinación de estos.

La Figura 11B es una vista en perspectiva en sección transversal parcial de un sistema 1120 que incluye un componente 1124 portador que tiene una pluralidad de los rodamientos 1100 de la Figura 11A instalado en el mismo. El componente 1124 portador incluye una porción 1128 de diámetro interno que define una pluralidad de hendiduras 1132. La porción 1128 de diámetro interno también define una superficie 1136 que enfrenta el árbol. La superficie 1136 que enfrenta el árbol es similar a la superficie 856 del componente 808 portador de la Figura 8A. Los huecos 1132 en la porción 1128 de diámetro interno albergan la pluralidad de rodamientos 1100. Cada uno de la pluralidad de rodamientos 1100 incluye un eje A alrededor del cual cada rodamiento 1100 puede girar en respuesta al contacto con un árbol (no mostrado). Las hendiduras 1132 en el componente 1124 portador están dimensionados para permitir que la pluralidad de rodamientos 1100 gire. En esta realización, las hendiduras 1132 tienen forma rectangular, pero también son posibles otras geometrías.

Cuando se instala la pluralidad de rodamientos 1100, los rodamientos 1100 se extienden más allá de la superficie 1136 que enfrenta el árbol del componente 1124 portador hacia el centro C del sistema 1120. Como resultado, en respuesta al movimiento del árbol hacia el componente 1124 portador, el árbol primero contacta uno o más de los rodamientos 1100 antes de contactar el componente 1124 portador. Los rodamientos que están en contacto con el árbol giran, transfieren o distribuyen la carga a otros rodamientos en el sistema 1120, y/o absorben el choque del impacto del árbol, reduciendo así la fricción en el componente 1124 portador y un sello 1140 de bordes. Los rodamientos 1100 pueden centrar y/o posicionar el sistema 1120 con relación al árbol (por ejemplo, por contacto con el árbol). Por ejemplo, los rodamientos 1100 pueden alinear o colocar el sello 1140 de bordes a una distancia generalmente uniforme alrededor de una circunferencia del árbol. En algunas realizaciones, los rodamientos 1100 están en contacto con el árbol tras la instalación del sistema 1120 y permanecen en contacto con el árbol durante la operación o la rotación del árbol.

Una ventaja para el sistema 1120 de la Figura 11B es que los rodamientos 1100 reducen la fricción entre el sistema 1120 y el árbol. Específicamente, el coeficiente de fricción observado utilizando una pluralidad de rodamientos 1100 es menor que el coeficiente de fricción observado utilizando un componente circunscriptor (por ejemplo, el componente 122 circunscriptor de la Figura 1). Por ejemplo, un componente circunscriptor compuesto de un material de polifluorotetraetileno (“PTFE”) que forma un anillo hueco lleno de bronce exhibió un coeficiente dinámico de fricción de entre aproximadamente 0.12-0.16 kg/cm2. Un sistema prototipo que incorpora los elementos del sistema 1120 de la Figura 11B exhibió un coeficiente dinámico de fricción de aproximadamente 0.0015 kg/cm2. El coeficiente dinámico de fricción del sistema 1120 se puede reducir aún más al recubrir los rodamientos 1100 con un material de baja fricción.

En algunas realizaciones, la fricción reducida resulta del hecho de que solo hay contacto periódico entre los rodamientos 1100 y el árbol durante la operación (por ejemplo, cuando los rodamientos están separados del árbol a menos que el árbol se mueva hacia el componente 1124 portador). En realizaciones en las que los rodamientos 1100 transfieren una carga impuesta por el árbol, la fricción reducida en los rodamientos individuales resulta de la carga transferida que se distribuye a otros rodamientos. En realizaciones en las que los rodamientos están en contacto sustancialmente constante con el árbol, se produce una fricción reducida porque los únicos puntos de contacto entre el eje y el sistema 1120 ocurren a través de los rodamientos, en contraste con un componente (no mostrado) que circunscribe un perímetro del árbol y, que por lo tanto estaría en contacto constante con el árbol alrededor de la circunferencia del árbol.

Dicho componente circunscriptor (por ejemplo, el anillo 122 de alineación de la Figura 1) puede, sin embargo, ser ventajoso por otras razones (por ejemplo, coste, facilidad de fabricación o instalación, peso u otros factores). Más aún, la fricción resultante de un componente circunscriptor se puede reducir de otras maneras (por ejemplo, al seleccionar un material que exhiba bajo desgaste, baja fricción, baja corrosión o alguna combinación de estas propiedades). Como resultado, se puede utilizar un componente circunscriptor o un componente 1124 portador configurado para alojar una pluralidad de rodamientos 1100, dependiendo de la aplicación de sellado particular.

El componente 1124 portador incluye una primera pieza 1124a portadora y una segunda pieza 1124b portadora. La primera pieza 1124a portadora incluye agujeros 1144a, 1148a pasantes, y la segunda pieza 1124b portadora incluye agujeros 1144b, 1148b pasantes. La primera pieza portadora incluye la porción 1144b’ de conexión y la porción 1148b’ de conexión. La segunda pieza portadora incluye la porción 1144a’ de conexión y la porción 1148a’ de conexión. Las porciones 1144a’, 1144b’, 1148a’ y 1148b’ de conexión se pueden roscar. Para instalar el componente 1124 portador sobre un árbol que pasa a través del centro C del sistema 1120, los sujetadores se pasan a través de los agujeros 1144a, 1144b, 1148a y 1148b pasantes y se conectan a las porciones 1144a’, 1144b’, 1148a’ y 1148b’ de conexión para asegurar la primera pieza 1124a portadora a la segunda pieza 1124b portadora. Como se ilustra en la Figura 11B, el componente 1124 portador no representa una superficie interna que define un canal (por ejemplo, similar a la superficie 832 interna que define el canal 836 en la Figura 8A); sin embargo, se apreciará que el componente 1124 portador de la Figura 11B puede incluir una superficie interna y un canal para el enganche deslizable con una superficie correspondiente de un componente de soporte o una estructura de mamparo.

La Figura 11C es una vista en perspectiva en sección transversal parcial de un sistema 1150 de sellado que incluye un rodamiento 1100 instalado en un componente 1124 portador. El componente 1124 portador define un cuerpo 1154 anular. El cuerpo 1154 anular puede definir un canal (no mostrado) a lo largo de una circunferencia 1158 exterior. El canal está formado en el cuerpo 1154 anular (similar al canal 836 ilustrado en la Figura 8A). Alternativamente, el cuerpo 1154 anular se puede utilizar dentro de una carcasa (por ejemplo, la carcasa 104 de la Figura 1). En dichas realizaciones, el cuerpo 1154 anular no necesita definir un canal. El cuerpo 1154 anular define una porción 1162 extensa a lo largo de una superficie 1166 interna del cuerpo 1154 anular.

La porción 1162 extensa del cuerpo 1154 anular incluye una región 1132 con hendidura. La región 1132 con hendidura aloja el rodamiento 1100 y facilita la rotación del rodamiento 1100. La porción 1162 extensa también define una superficie 1170 exterior que es parte del cuerpo 1154 anular. El sistema 1150 incluye un sello 1174 de bordes que incluye un componente 1176 vertical y una porción 1178 de borde. El componente 1176 vertical del sello 1174 de bordes se coloca a lo largo de la superficie 1170 exterior de la porción 1162 extensa cuando el sello 1174 de bordes está instalado en el sistema 1150.

El rodamiento 1100 se asegura al componente 1124 portador con un buje 1112. Más específicamente, el rodamiento 1100 se asegura en una región 1132 con hendidura de la porción 1162 extensa del cuerpo 1154 anular. El buje 1112 incluye una primera pieza 1180a de buje y una segunda pieza 1180b de buje. En algunas realizaciones, una porción 1182a macho de la primera pieza 1180a de buje se engancha de forma roscada a una porción 1182b hembra de la segunda pieza 1180b de buje para asegurar la primera pieza 1180a de buje a la segunda pieza 1180b de buje. El buje 1112 posiciona el rodamiento 1100 con respecto a la región 1132 con hendidura del cuerpo 1154 anular. La segunda pieza 1180b de buje define una circunferencia 1184 exterior alrededor de la cual gira el rodamiento 1100 en respuesta al contacto con un árbol (no mostrado).

La segunda pieza 1180b de buje define una superficie 1186 de buje (por ejemplo, similar a la superficie 1116 de buje de la Figura 11A). Cuando el rodamiento 1100 se instala en el componente 1124 portador, la superficie 1186 de buje se extiende a lo largo y generalmente es coplanar con la superficie 1170 exterior de la porción 1162 extensa, permitiendo así que el componente 1176 vertical del sello 1174 de bordes se posicione contra la porción 1162 extensa. La porción 1162 extensa también define una segunda superficie 1188 exterior paralela y opuesta que se enfrenta en relación a la superficie 1170 exterior. La primera pieza 1180a de buje define una superficie 1190 de buje que generalmente es coplanar con la superficie 1188 exterior paralela, que se enfrenta opuesta de la porción 1162 extensa para permitir que el componente 1192 vertical del sello 1194 de bordes se posicione contra la porción 1162 extensa. Las superficies 1170, 1188 exteriores pueden definir la superficie exterior de la porción 1162 extensa. El sistema 1150 también incluye un componente 1196 de retención para acoplar y colocar el sello 1174 de bordes con respecto al componente 1124 portador. El sistema 1150 también incluye un material 1198 en gel. Cuando el material 1198 en gel se expone a un fluido, el material 1198 en gel se expande, empujando la porción 1178 de borde hacia o en contacto con un árbol. El material 1198 en gel se contrae en ausencia de fluido para formar o aumentar el tamaño de un hueco (no mostrado) entre el eje y la porción 1178 de borde.

La Figura 12A es una vista en sección transversal de un sistema 1200 que ilustra una realización de la invención. El sistema 1200 incluye un componente 1202 portador que incluye una primera pieza 1202a y una segunda pieza 1202b. El sistema 1200 incluye un primer sello 1204a que tiene una primera porción 1206a de borde y un primer material 1208a en gel. El sistema 1200 incluye un segundo sello 1204b (colectivamente con el primer sello 1204a, 1204) que tiene una segunda porción 1206b de borde y un segundo material 1208b en gel. El sistema 1200 se dispone alrededor de un árbol 1210, que se puede mover con relación al sistema 1200 (por ejemplo, mediante traslación, rotación o una combinación de los mismos).

El sistema 1200 incluye un primer protector 1212a de residuos y un segundo protector 1212b de residuos (colectivamente 1212). El primer protector 1212a de residuos se dispone en un primer compartimento I y el segundo protector 1212b de residuos se dispone en un segundo compartimento II (por ejemplo, compartimentos separados en un buque o barco por un mamparo u otra estructura). Como se apreciará a partir de la Figura 12A, el primer protector 1212a de residuos y el segundo protector 1212b de residuos son sustancialmente idénticos. El primer protector 1212a de residuos define un cuerpo 1214a flexible que se dispone alrededor del árbol 1210 cuando se instala el primer protector 1212a de residuos (por ejemplo, asegurado al componente 1202 portador). El cuerpo 1214a flexible permite que el protector 1212a de residuos se traslade, sin falla, en el caso de que el árbol 1219 se traslade radialmente (por ejemplo, a lo largo de una dirección paralela al eje y), por ejemplo, durante un evento de choque. En algunas realizaciones, el cuerpo 1214a flexible se elabora de un material elastomérico (por ejemplo, un material fluoroelastomérico). El cuerpo 1214a flexible también se puede elaborar de un material de tela o un material de tela reforzado con una estructura de soporte (no mostrada) tal como, por ejemplo, uniones o rebordes metálicos. Una función del protector 1212a de residuos es prevenir o reducir una cantidad de material o contaminantes (no mostrados) como polvo, suciedad o residuos en el primer compartimento I que entren en contacto con el primer sello 1204a o el segundo sello 1204b o de pasar al segundo compartimento II.

El primer protector 1212a de residuos incluye una porción 1216a de diámetro externo y una porción 1218a de diámetro interno. La porción 1216a de diámetro exterior define una superficie 1220a para interactuar con una superficie 1222 correspondiente definida por la primera pieza 1202a del componente 1202 portador. El primer protector 1212a de residuos se asegura a la primera pieza 1202a del componente 1202 portador con una estructura 1224. La estructura 1224 puede ser un anillo anular posicionable con respecto a la porción 1216a de diámetro exterior. En algunas realizaciones, la estructura 1224 y el protector 1212a de residuos están aseguradas a la primera pieza 1202a del componente 1202 portador por uno o más componentes 1226 de aseguramiento que pasan a través de la estructura 1224 y la porción 1216a de diámetro exterior en un orificio 1228 correspondiente en el componente 1202 portador. El componente 1226 de aseguramiento puede ser, por ejemplo, un tornillo, un perno o un remache. En algunas realizaciones, la estructura 1224 se acopla a la primera pieza 1202a utilizando otras técnicas, por ejemplo, atracción magnética. Algunas realizaciones no emplean la estructura 1224 y acoplan la porción 1216a de diámetro exterior a la primera pieza 1202 mediante la disposición de un adhesivo entre la superficie 1220a de interfaz y la superficie 1222 de la primera pieza 1202. Las combinaciones de estas técnicas también se pueden utilizar para colocar y/o asegurar el protector 1212a de residuos al componente 1202 portador. El componente 1202 portador incluye un canal 1229 que interactúa con una superficie correspondiente (no mostrada) de un mamparo (no mostrado) o un componente de soporte (no mostrado), similar a la operación del sistema 800 de la Figura 8A o la estructura 960 de mamparo descrita con respecto a las Figuras 9C-9D.

El protector 1212a de residuos incluye una porción 1230 de sellado colocada con relación a la porción 1218a de diámetro interno. La porción 1230 de sellado incluye un bolsillo 1232, una porción 1234 de borde y una abertura 1236. Un material 1238 en gel se dispone dentro del bolsillo 1232. Cuando el material 1238 en gel se expone a un fluido (no mostrado), por ejemplo, un fluido que pasa a través de la abertura 1236, el material en gel se expande e impulsa la porción 1234 de borde hacia o en contacto con el árbol 1210. En algunas realizaciones, la porción 1234 de borde se forma o recubre con un material de bajo desgaste, baja fricción y/o baja corrosión. En algunas realizaciones, la porción 1230 de sellado es un sello de respaldo (por ejemplo, que actúa como un segundo sello en relación con el primer sello 1204a o el segundo sello 1204b).

El protector 1212a de residuos incluye una porción 1240a extensa a lo largo de la porción 1218a de diámetro interno. El sistema 1200 incluye un anillo 1242a que se acopla a la porción 1240a extensa del protector 1212a de residuos y que circunscribe el árbol 1210. La porción 1240a extensa alinea y/o coloca el anillo 1242a con respecto al árbol 1210 y/o el sello 1204. En algunas realizaciones, hay un pequeño espacio libre entre el anillo 1242a y el árbol 1210. El anillo 1242a también puede contactar con el árbol 1210 sin causar un desgaste excesivo, por ejemplo, cuando el anillo se elabora de un material liviano tal como, por ejemplo, un material TEFLON®.

El sistema 1200 incluye un anillo 1244 de alineación dispuesto entre una superficie 1246 interna del componente 1202 portador (por ejemplo, la segunda pieza 1202b) y el árbol 1210. El anillo 1244 de alineación se puede elaborar de un material de bajo desgaste, baja fricción y/o baja corrosión, por ejemplo, un material TEFLON®. En algunas realizaciones, el sistema 1200 incluye un conjunto de rodamientos (no mostrados) en lugar del anillo 1244 de alineación. Por ejemplo, la pluralidad de rodamientos 1100 de las Figuras 11A-11B se puede utilizar con el sistema 1200 (por ejemplo, tras la modificación apropiada del componente 1202 portador como, por ejemplo, se describió anteriormente con respecto a las Figuras 11B-11C).

En algunas realizaciones, el sistema 1200 no incluye el primer sello 1204a y el segundo sello 1204b. En dichas realizaciones, el primer protector 1212a de residuos y el segundo protector 1212b de residuos evitan o reducen la cantidad de fluido que pasa del primer compartimento I al segundo compartimento II y viceversa. Dicha realización se puede utilizar, por ejemplo, cuando es relativamente baja la presión diferencial mantenida a través de la estructura de sellado (por ejemplo, la porción 1230a de sellado).

La Figura 12B es una vista en elevación de una parte del sistema 1200 de la Figura 12A. La Figura 12B ilustra una primera estructura 1250a semicircular y una segunda estructura 1250b semicircular (colectivamente, 1250). En algunas realizaciones, la estructura 1250 es la estructura 1224 de seguridad de la Figura 12A. La estructura 1250 incluye una pluralidad de agujeros 1252 pasantes para asegurar el sistema 1200 a un componente portador (no mostrado) o un componente de soporte (no mostrado), por ejemplo, mediante pernos, tornillos, remaches, clavijas u otros sujetadores mecánicos que pasan a través de los agujeros 1252 pasantes y dentro de los orificios correspondientes (no mostrados) en el componente portador o componente de soporte. La primera estructura 1250a y la segunda estructura 1250b son semicirculares para facilitar el montaje alrededor del árbol (no mostrado) que pasa a través de la abertura 1254 definida por el protector 1212 de residuos y el anillo 1242a.

La Figura 12C es una vista en sección transversal de un protector 1260 de residuos. El protector 1260 de residuos incluye una porción 1262 de diámetro exterior que define un orificio 1264 pasante para facilitar el montaje del protector 1212 de residuos y el acoplamiento de una superficie 1266 de interfaz a una superficie correspondiente (no mostrada) de un componente portador (no mostrado) o componente de soporte (no mostrado). El protector 1260 de residuos se acopla a una estructura 1268 de sellado que está posicionada con respecto a una porción 1270 de diámetro interno del protector 1260 de residuos. La estructura 1268 de sellado incluye una porción 1272 de borde y un material 1274 en gel dispuesto dentro de un bolsillo 1276 de la estructura 1268 de sellado. La estructura 1268 de sellado y/o la porción 1272 de borde pueden estar hechas de un material elastomérico. Como se ilustra, la estructura 1268 de sellado está formada de un material diferente al cuerpo 1278 del protector 1260 de residuos. En algunas realizaciones (por ejemplo, la realización ilustrada en la Figura 12A), el protector 1212a de residuos y la porción 1230 de sellado se pueden formar integralmente (por ejemplo, del mismo material, tal como un material elastomérico).

Cuando el material 1274 en gel se expone a un fluido, el material 1274 en gel se expande, empujando la porción 1272 de borde hacia o en contacto con un árbol (no mostrado). En ausencia de fluido (por ejemplo, al secarse), el material 1274 en gel se contrae, permitiendo que la porción 1272 de borde regrese a una posición original o no deformada. La porción 1272 de borde puede enganchar el árbol o contactar nominalmente el árbol tras la expansión por el material 1274 en gel.

El protector 1260 de residuos también incluye una porción 1280 extensa dispuesta con respecto a la porción 1270 de diámetro interno. La porción 1280 extensa está conformada para caber dentro de un bolsillo 1282 con forma correspondiente de un anillo 1284. La porción 1280 extensa alinea y/o coloca el anillo 1284 con relación al árbol. La Figura 12D es una vista en elevación de un sistema 1286 que incluye una estructura 1288 de sujeción. El sistema 1286 incluye un protector 1212’ de residuos y un anillo 1290 que circunscribe un árbol 1210. El protector 1212’ de residuos puede ser el protector 1212 de residuos de la Figura 12A o el protector 1260 de residuos de la Figura 12C. El anillo puede ser el anillo 1242a de la Figura 12A o el anillo 1284 de la Figura 12C. El anillo 1290 se puede elaborar de un material de bajo desgaste, baja fricción y/o baja corrosión (por ejemplo, un material TEFLON®). La estructura 1288 de sujeción se puede formar integralmente con el protector 1212’ de residuos o el anillo 1290. La estructura 1288 de sujeción incluye una primera sección 1292a de sujeción y una segunda sección 1292b de sujeción (colectivamente 1292) con un espacio 1294 entre ellas. Las secciones 1292 de sujeción están unidas por un sistema 1296 de conector ajustable. Como se ilustra, el sistema 1296 conector incluye un perno 1296a que pasa a través de la primera sección 1292a de sujeción y la segunda sección 1292b de sujeción. Una tuerca 1296b se asegura al perno 1296a.

El sistema 1286 se puede utilizar para el control de siniestros (por ejemplo, para controlar o limitar más fugas de fluido en caso de falla catastrófica de otros componentes de sellado no mostrados). En dicha situación, el árbol 1210 se detiene si el árbol se mueve, y la tuerca 1296b y/o el perno 1296a se aprieta, reduciendo la distancia d entre ellos, lo que reduce correspondientemente la distancia g entre las secciones 1292 de sujeción. La tuerca 1296b y/o el perno 1296a se aprietan hasta que el sistema 1286 contacta con el árbol 1210 (por ejemplo, hasta que un diámetro 1298 interno del anillo 1290 o el protector 1212’ de residuos estén en contacto con el árbol 1210).

La Figura 13 es una vista en sección transversal de una porción de un sistema 1300 que incluye un portador 1304 de anillo de alineación que incorpora aspectos de la invención. El sistema 1300 incluye un componente 1308 portador y el portador 1304 de anillo de alineación. El portador 1304 de anillo de alineación incluye un primer componente o cuerpo 1312 y un segundo componente o cuerpo 1316. El primer componente 1312 incluye una superficie 1320 exterior dispuesta a lo largo de una circunferencia exterior del primer componente 1312. La superficie 1320 exterior interactúa con una superficie 1324 correspondiente del componente 1308 portador (por ejemplo, para acoplamiento y/o alineación). Un conjunto de juntas 1328a-1328b tóricas (colectivamente, 1330) se disponen entre la superficie 1320 exterior del primer componente 1312 y la superficie 1324 correspondiente del componente 1308 portador. El conjunto de juntas 1328a-1328b tóricas se alojan dentro de las ranuras 1330a-1330b definidas por el primer componente 1312. En algunas realizaciones, el conjunto de juntas tóricas puede alojarse en ranuras (no mostradas) definidas por el componente 1308 portador o una cooperación de ranuras (no mostradas) dispuestas en cada uno de los componentes 1308 portadores y el primer componente 1312. Las juntas 1330 tóricas proporcionan un sello que reduce el flujo de un fluido entre el portador 1304 del anillo de alineación (por ejemplo, el primer componente 1312) y el componente 1308 portador.

El primer componente 1312 define un canal 1332a a lo largo de la circunferencia exterior del primer componente 1312. El componente 1308 portador también define un canal 1332b a lo largo de una circunferencia exterior del componente 1308 portador. El componente 1308 portador, en algunas realizaciones, define una forma anular. El canal 1332a en el primer componente 1312 y el canal 1332b en el componente 1308 portador cooperan para formar un canal 1332 que se engancha de forma deslizante a una superficie correspondiente (no mostrada) de un componente de soporte (no mostrado) o un mamparo (no mostrado). El componente 1308 portador también define dos ranuras 1336a-1336b. Las juntas 1338a-1338b tóricas (generalmente 1338) se disponen dentro de las ranuras 1336a-1336b para crear un sello entre la superficie 1340 interna del componente 1308 portador y una superficie exterior correspondiente (no mostrada) definida por el componente de soporte. Las juntas 1338a-1338b tóricas reducen el tamaño de una ruta de flujo potencial desde el compartimento I hasta el compartimento II (y viceversa) para que fluya el fluido.

Aunque no se muestra, el primer componente 1312 también puede definir un conjunto de ranuras con respecto a una superficie 1342 que define el canal 1332a para alojar un segundo conjunto de juntas tóricas (no mostradas) para facilitar el sellado entre el primer componente 1312 y la superficie exterior del componente de soporte. En algunas realizaciones, tanto el componente 1308 portador como el primer componente 1312 incluyen juntas tóricas dentro del canal 1332 para facilitar el sellado entre el sistema 1300 y el componente de soporte (por ejemplo, para reducir una ruta de flujo desde el compartimento I hasta el compartimento II a través de un hueco (no mostrado) entre el sistema y el componente de soporte).

El segundo componente 1316 del portador 1304 del anillo de alineación se asegura al primer componente 1312. El segundo componente 1316 define una superficie 1344 que se asegura a una superficie 1346 correspondiente del primer componente 1312. Por ejemplo, se puede pasar una pluralidad de pernos (no mostrados) a través de una pluralidad de agujeros pasantes (no mostrados) definidos por el segundo componente 1316 y se asegura al primer componente 1312 para llevar las superficies 1344 y 1346 dentro de un contacto de acoplamiento relativamente hermético.

El primer componente 1312 define una superficie 1348 interna. El primer componente 1312 también define una estructura 1350a que se acopla y/o acomoda una estructura 1352a correspondiente de un anillo 1356 de alineación o interfaz. Como se ilustra, la estructura 1350a es una ranura y la estructura 1352a correspondiente es una pestaña u hombro. El segundo componente 1316 define una superficie 1358 que se pone en contacto con la superficie 1348 interna del primer componente 1312 cuando el segundo componente 1316 se asegura al primer componente 1312. El segundo componente 1316 define una estructura 1350b que se acopla y/o acomoda una estructura 1352b correspondiente del anillo 1356 de alineación. Como se ilustra, la estructura 1352b correspondiente es una pestaña y la estructura 1350b es una ranura formada por la cooperación del primer componente 1312 y el segundo componente 1316. Específicamente, cuando el segundo componente 1316 se asegura al primer componente 1312, la superficie 1358 del segundo componente 1316 y la superficie 1348 interna del primer componente 1312 cooperan para formar una ranura.

El anillo 1356 de alineación define una superficie 1360 externa que se extiende desde la primera estructura 1352a correspondiente hasta la segunda estructura 1352b correspondiente. El primer componente 1312 y el segundo componente 1316 cooperan para formar un espacio ocupado por el anillo 1356 de alineación en la Figura 13) En algunas realizaciones, asegurar el segundo componente 1316 al primer componente 1312 asegura la superficie 1360 externa del anillo 1356 de alineación a la superficie 1348 interna del primer componente 1312. Asegurar el segundo componente 1316 al primer componente 1312 también limita el anillo 1356 de alineación dentro del espacio (por ejemplo, el anillo de alineación está restringido de alejarse del primer componente en una dirección a lo largo del eje y hacia el árbol 1362).

En algunas realizaciones, el anillo 1356 de alineación es el primer elemento del sistema 1300 en contactar con el árbol 1362 durante la operación normal o durante un evento de choque. De acuerdo con lo anterior, el anillo de alineación puede ser propenso al desgaste y/o falla antes que otros elementos del sistema 1300. El anillo 1356 de alineación se puede fabricar o recubrir con un material de bajo desgaste, tal como TEFLON® para prolongar la vida útil operativa. En el caso de que el anillo 1356 de alineación use o requiera mantenimiento o reemplazo antes de otros elementos del sistema 1300, el portador 1304 del anillo de alineación permite que el anillo 1356 de alineación sea reemplazado sin requerir un desmontaje completo de todo el sistema 1300 (por ejemplo, accediendo al portador 1304 de anillo de alineación y el segundo componente 1316 del segundo compartimento II sin retirar el componente 1308 portador de la estructura de soporte o mamparo).

El sistema 1300 también incluye un sistema 1364 de sellado. El sistema 1364 de sellado incluye un primer sello 1366a de bordes que incluye una primera porción 1368a de borde y un segundo sello 1366b de bordes que incluye una segunda porción 1368b de borde, así como un primer material 1370a en gel y un segundo material 1370b en gel (generalmente 1370). El material 1370 en gel se puede incorporar en una espuma de celda abierta dura o una espuma de celda abierta suave. Como se ilustra, el material 1370 en gel se incorpora en una espuma de celda abierta. La espuma de celda abierta es un material permeable a los fluidos que absorbe parcialmente el fluido y permite que el fluido interactúe con el material 1370a-1370b en gel, lo que resulta en la expansión del material 1370a-1370b en gel. El sistema 1364 de sellado se comporta de manera similar a los sellos 120a-120b en respuesta a la exposición a un fluido (por ejemplo, el material 1370a-1370b en gel empuja la porción 1368a-1368b de borde, respectivamente, hacia o en contacto con el árbol 1362).

Un primer componente 1372a de retención acopla el primer sello 1366a de bordes y el primer material 1370a en gel al componente 1308 portador. Un segundo componente 1372b de retención acopla el segundo sello 1366b de bordes y el segundo material 1370b en gel al componente 1308 portador. El primer componente 1372a de retención y el segundo componente 1372b de retención acoplan los sellos 1366a-1366b de bordes (generalmente 1366) y el material 1370 en gel al componente 1308 portador. Los sellos 1366 de bordes y el material 1370 en gel se pueden acoplar al componente portador a través de un ajuste de interferencia (por ejemplo, un ajuste de interferencia diametral), un ajuste mecánico (por ejemplo, utilizando sujetadores 1374 mecánicos, tales como tornillos o pernos para sujetar los componentes 1372a-1372b de retención (generalmente 1372) al componente 1308 portador), un ajuste adhesivo (por ejemplo, mediante unión) o combinaciones de estas técnicas de ajuste. Se pueden utilizar otras técnicas para acoplar los sellos 1366 de bordes y el material 1370 en gel al componente 1308 portador. El sistema 1300 es una alternativa o complemento al sistema 800 descrito anteriormente con respecto a las Figuras 8A-8C en la que la porción 860 extensa del componente 808 portador ha sido reemplazada y/o alterada para acomodar el portador 1304 de anillo de alineación. La discusión con respecto a las Figuras 8A-8C de componentes en el sistema 800 que tiene componentes análogos en el sistema 1300 se incorpora con respecto a la Figura 13)

La Figura 14 es una vista en sección transversal en despiece ordenado de un sistema 1400 de portador de anillo de alineación de ejemplo. El sistema 1400 incluye un primer componente 1404 que define un canal 1408 a lo largo de una circunferencia exterior. El primer componente 1404 también define una superficie 1412 interna para la relación de acoplamiento con una superficie 1416 correspondiente de un anillo 1420 de alineación. El primer componente define una primera estructura 1424 de restricción para interactuar y acomodar una estructura 1428 correspondiente del anillo 1420 de alineación. El sistema 1400 incluye un segundo componente 1432 que incluye una superficie 1436 para interactuar con una superficie 1440 correspondiente del primer componente 1404. El segundo componente 1432 incluye una estructura 1444 de restricción para interactuar y acomodar una estructura 1428b correspondiente del anillo 1420 de alineación. Al igual que el primer componente 1312 de la Figura 13, la estructura 1424 de restricción del primer componente 1404 es una ranura definida por el primer componente 1404; la estructura 1428a correspondiente del anillo 1420 de alineación es un hombro o pestaña. La estructura 1444 de restricción del segundo componente 1432 es una ranura definida por el segundo componente 1432, y la estructura 1428b correspondiente del anillo 1420 de alineación es un hombro o pestaña. Cuando el segundo componente 1432 se asegura al primer componente 1404, la estructura 1428a se ajusta contra y/o dentro de la estructura 1424 de restricción del primer componente 1404 y la estructura 1428b se ajusta contra y/o dentro de la estructura 1444 de restricción del segundo componente 1432 para capturar o confinar el anillo 1420 de alineación. Asegurar el segundo componente 1432 al primer componente 1404 también puede asegurar la superficie 1416 del anillo 1420 de alineación con respecto a la superficie 1412 interna del primer componente 1404.

Como se ilustra en la Figura 14, el anillo 1420 de alineación define un perfil en sección transversal “en forma de T”. También se pueden utilizar anillos de alineación con perfiles de sección transversal de diferentes geometrías. Un ejemplo sería un perfil de sección transversal “en forma de t” en el que alguna parte del anillo 1420 de alineación se extiende en una dirección normal a un hombro o pestaña. En otro ejemplo, el anillo 1420 de alineación podría definir un perfil de sección transversal trapezoidal o rectangular de tal manera que las superficies no horizontales definan la estructura del anillo de alineación restringida por una estructura correspondiente (por ejemplo, una superficie de acoplamiento) de cada uno de los primeros y segundos componentes. En dicha realización, podría utilizarse un ajuste de interferencia, fricción, unión o alguna combinación de estas técnicas para asegurar el anillo de alineación con respecto al componente de anillo de alineación (por ejemplo, asegurar el segundo componente al primer componente crea un espacio (por ejemplo, un espacio trapezoidal o rectangular) para confinar el anillo de alineación mientras permite que el anillo de alineación haga interfaz con el árbol (no mostrado). En algunas realizaciones, se puede utilizar un anillo de alineación que tiene un perfil de sección transversal circular o elipsoide. En dicha realización, la estructura de restricción del primer o segundo componente podría ser superficies correspondientes que cooperan para formar un espacio (por ejemplo, un espacio circular o elipsoidal) que confina el anillo de alineación mientras permite que el anillo de alineación interactúe con el árbol. Las geometrías alternativas para el anillo de alineación (y las estructuras de restricción correspondientes) también están dentro del alcance de la invención.

Si bien la invención se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a realizaciones específicas, aquellos expertos en la técnica deben comprender que se pueden realizar varios cambios en la forma y los detalles de la misma sin apartarse del alcance de la invención según lo definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de sellado de mamparo de árbol activado por fluido que comprende:

un mamparo (B), un árbol (852) de rotación,

un soporte (804) anular fijado con respecto al mamparo (B) y alrededor del árbol (852) de rotación que se extiende a través del mamparo (B) y el soporte (804) anular;

un portador (808, 1124, 1202, 1308) anular que incluye una superficie (856) separada desde el árbol (852, 1210, 1362) de rotación, el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular que incluye una superficie (832, 1340) interna que definen un canal (836, 1229, 1332) que recibe el soporte (804) anular en el mismo y el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular también incluye ranuras (840, 1336) opuestas cada una soporta un cada una soporta una junta (844, 1338) tórica que contacta una superficie (848) exterior del soporte (804) anular para sellar el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular con respecto al soporte (804) anular, el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular móvil con respecto al soporte (804) anular cuando el árbol (852) de rotación contacta la superficie (856);

el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular soporta un sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde sobre lados opuestos del mismo, cada sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde incluye un bolsillo que mira hacia fuera entre una porción (816, 1178, 1206, 1368) de borde separada del árbol (852, 1210, 1362) de rotación y una porción colindante del portador (808, 1124, 1204, 1308) anular;

retenedores (824, 1196, 1372), anulares uno acoplado a cada lado del portador (804, 1124, 1202 1308), cada retenedor (824, 1196, 1372) acopla cada sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde y un material (820, 1198, 1208, 1370) en gel en el bolsillo de cada sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde al portador (808, 1124, 1202, 1308) anular;

el material (820, 1198, 1208, 1370) en gel configurado para expandirse en la presencia de un fluido que empuja las porciones (816, 1178, 1206, 1368) de borde de los sellos (814, 1174, 1204, 1366) de borde en contacto con la periferia del árbol (852, 1210, 1362) de rotación para sellar el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular con respecto al árbol (852, 1210, 1362) de rotación.

2. El sistema de sellado del árbol activado por fluido de la reivindicación 1 en el que la superficie (832, 1340) interna del portador (808, 1124, 1202, 1308) anular incluye las ranuras (840, 1336) opuestas cada una soporta una junta (844, 1338) tórica que contacta la superficie (848) exterior del soporte (804) anular.

3. El sistema de sellado del árbol activado por fluido de la reivindicación 1 en el que cada retenedor (824) anular incluye cavidades (888) separadas permitiendo que el fluido entre en contacto el material (820, 1198, 1208, 1370) en gel.

4. El sistema de sellado del árbol activado por fluido de la reivindicación 1 en el que la superficie (856) está más cerca del árbol (852) que las porciones (816, 1178, 1206, 1368) de borde de cada sello (814, 1174, 1204, 1366) de borde cuando el material (820, 1198, 1208, 1370) en gel no se expande.

5. El sistema de sellado del árbol activado por fluido de la reivindicación 1 en el que el material (820, 1198, 1208, 1370) en gel se configura para contratar en ausencia del fluido que retorna las porciones (816, 1178, 1206, 1368) de borde de los sellos (814, 1174, 1204, 1366) de borde en una relación separada con respecto al árbol (852, 1210, 1362).

6. El sistema de sellado del árbol activado por fluido de la reivindicación 1 en el que se presenta un par de sellos (814, 1174, 1204, 1366) de borde, uno a cada lado del portador (808, 1124, 1202, 1304) anular.

7. El sello del árbol activado por fluido de la reivindicación 1 en el que el portador (808, 1124, 1202, 1308) anular incluye una porción extensa (860) que definen la superficie (856).

8. El sello del árbol activado por fluido de la reivindicación 1 en el que el material (820, 1198, 1208, 1370) en gel se incorpora en espuma de celda abierta.

9. El sello del árbol activado por fluido de la reivindicación 1 en el que un anillo (116) de alineación se posiciona entre el árbol (852) y la superficie (856).