ES2856488T3

ES2856488T3 - Dispositivo de sellado

Info

Publication number: ES2856488T3
Application number: ES16710404T
Authority: ES
Inventors: René Nölle; Martin Oberscheidt; Gerald Schubring
Original assignee: Hammelmann GmbH
Current assignee: Hammelmann GmbH
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2021-09-27
Anticipated expiration: 2036-03-02
Also published as: SI3271621T1; EP3271621A1; DE102015104073A1; CN107567556B; WO2016146388A1; DK3271621T3; PL3271621T3; JP2018511018A; HUE053976T2; AU2016232510A1; EP3271621B1; PT3271621T; HRP20210439T1; RS61468B1; US20180051807A1; JP6637527B2; AU2016232510B2; US10480652B2; CN107567556A

Abstract

Dispositivo de sellado con un manguito (8) intermedio que, para crear una junta de separación, va alojado entre un manguito (7) exterior y un cuerpo (6) interior que va alojado en su interior y gira respecto al mismo, caracterizado por que entre el casquillo (8) intermedio y el manguito (7) exterior limítrofe van dispuestas cámaras (9) que se rellenan con un fluido a presión y están delimitadas lateralmente por juntas (11), constando cada una de las juntas de un anillo (13) de sellado que va sujeto en un soporte (12) y se apoya, por un lado, en la pared interior del manguito (7) exterior y, por otro, en el casquillo (8) intermedio.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de sellado

La invención se refiere a un dispositivo de sellado de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Los dispositivos de sellado de este tipo se emplean principalmente en aquellas aplicaciones en las que se manejan equipos con líquidos a altas presiones (200-4000 bares).

Dadas las condiciones operativas extremas que predominan en estos casos, para el sellado de las piezas que se mueven relativamente entre sí, es decir, de acuerdo con su género entre un cuerpo interior cilíndrico y un manguito exterior, se utilizan juntas de separación de baja fricción que presentan preferiblemente un casquillo intermedio hecho de metal no ferroso que va posicionado entre una pared de un orificio del manguito exterior y el cuerpo interior para formar una separación.

Para ello, se asume una filtración condicionada por el sistema que, no obstante, deriva en una considerable pérdida de energía. Así, a una presión de fluido de, por ejemplo, 2000 bares en un dispositivo de sellado conocido con el sistema optimizado se filtra una cantidad de aproximadamente 600 ml/min y, a una presión de fluido de 3000 bares, una cantidad de aproximadamente 1200 ml/min. No obstante, desde un punto de vista económico, esto va en detrimento del óptimo funcionamiento del equipo.

Además, también hay que tener en cuenta que una filtración grande conduce a un desgaste por erosión de las piezas afectadas, con la consecuencia de una reducción relativa de la vida útil y costes de reparación y mantenimiento derivados.

A este respecto, este tipo de dispositivos de sellado se utilizan en equipos en los que el movimiento relativo del manguito interior respecto al manguito exterior es axial o rotativo.

El equipo rotativo puede estar concebido, por ejemplo, a modo de un mecanismo de accionamiento rotativo para una herramienta hidráulica. En el caso de un mecanismo de accionamiento eléctrico del mecanismo de accionamiento rotativo, el manguito exterior va acoplado a un rotor que interactúa con un estátor, mientras que el cuerpo interior, que, por el contrario, está fijo, consta de un manguito a través del cual se conduce el fluido sometido a alta presión.

En cada uno de los documentos DE 103 16730 A1 y DE 19951 317 A1, así como JP H09 131700 A se describe un dispositivo de sellado para transmisiones de rotación que, a diferencia de su género, presenta para el sellado anillos de sellado que están en contacto.

En el documento EP 2083200 A1 se da a conocer un dispositivo de sellado para transmisiones de rotación en el que se emplea una junta de separación entre el rotor y el estátor. El estátor lleva instalada una placa perforada con orificios pasantes que permiten el paso de fluido entre el fluido a presión disponible en la junta de separación y una de las cámaras separadas entre sí por travesaños en el lado posterior de la placa enfrentado al estátor.

En el documento JP S49 120953 U se da a conocer otro dispositivo de sellado para transmisiones de rotación con junta de separación entre el rotor y el estátor en el que entre el rotor y el estátor va dispuesta una pluralidad de cuerpos de sellado anulares, lo que contribuye a que estos sean presionados unos contra otros axialmente con diferentes fuerzas debido a la elevada presión que se genera en el lado frontal y, con ello, se incremente la presión en la dirección axial de un cuerpo de sellado a otro cuerpo de sellado.

La invención cumple con el objetivo de desarrollar un dispositivo de sellado del tipo de acuerdo con su género de tal manera que se mejore su efecto sellante.

Este objetivo se consigue con un dispositivo de sellado con las características de la reivindicación 1.

Como sorprendentemente se ha demostrado, la invención conduce a una notable reducción de la cantidad filtrada ya que, al contrario que con un dispositivo de sellado de acuerdo con el estado de la técnica, no se permite prácticamente ninguna expansión de la separación anular a causa del funcionamiento.

Para ello el fluido sometido a alta presión entre el cuerpo interior y el casquillo intermedio se alimenta a las cámaras correspondientes a través de los orificios pasantes asignados a cada una de las cámaras, con lo que en las cámaras se obtiene un perfil de presiones que reproduce de forma escalonada el perfil de presiones de la separación anular. Gracias a esta compensación prácticamente completa entre la presión interna y externa se evita casi totalmente que la separación anular se expanda. A este respecto, cabe optimizar la compensación de la presión mediante el número de cámaras.

La ubicación y la distribución de las cámaras y de los orificios pasantes pueden condicionar la expansión de la separación entre el casquillo intermedio y el cuerpo interior, teniendo cada cámara al menos un orificio pasante asignado.

En lugar de compensar la presión mediante el paso del fluido, si se prescinde de los orificios pasantes, la presión externa que se ejerce sobre el casquillo intermedio se puede generar con una bomba particularmente externa por medio de la que se transfiere a las cámaras un fluido a la presión adecuada. En condiciones ideales, dicha presión externa se corresponderá con la presión interna en la separación anular entre el cuerpo interior y el casquillo intermedio. Para ello, la presión externa se puede adaptar a la presión interna a determinar mediante la regulación correspondiente de la bomba.

Mientras que, hasta ahora, como ya se ha mencionado, las cantidades filtradas se incrementaban desproporcionadamente a medida que crecía la presión del fluido, ahora ya no se da un crecimiento desproporcionado de este tipo de las filtraciones en función de la presión operativa. Esto significa que la presión operativa permitida solo queda limitada por la resistencia de las piezas, de tal manera que se pueden emplear diámetros nominales más grandes que con las juntas conocidas.

Si se compara con las cantidades filtradas previamente citadas de acuerdo con el estado de la técnica, ahora se filtran aproximadamente 90 ml/min a una presión operativa de 2000 bares y, a una presión operativa de 3000 bares, una cantidad casi similar, concretamente de 92 ml/min.

Además de la notable reducción en las cantidades filtradas, lo que mejora considerablemente la rentabilidad operativa del equipo gracias a la consiguiente reducción en la pérdida de energía, mediante la invención también se logra un incremento destacable de la vida útil del dispositivo de sellado que se debe originalmente a la reducción de la carga y al consiguiente menor desgaste de las piezas afectadas.

Como los ensayos bien han demostrado, en un dispositivo de sellado de acuerdo con el estado de la técnica a una presión operativa de 2500 bares tras cerca de 125 horas, la cantidad filtrada se incrementa hasta los 1600 ml/min, mientras que a una mayor presión operativa, de 2800 bares, y el mismo tiempo de funcionamiento, el nuevo dispositivo de sellado presenta una filtración de unos 150 ml/min, es decir, de tan solo cerca del 9 %.

En general, la invención proporciona una notable mejora en lo relativo a la rentabilidad operativa de un equipo dotado de un dispositivo de sellado.

Esto se debe, por un lado, a la ya citada reducción en la pérdida de energía y, por otro, a una vida útil más larga, ya que las piezas afectadas no deben sustituirse hasta bastante tiempo más tarde de lo que era habitual hasta ahora. Esto resulta especialmente ventajoso en el caso de utilizar el dispositivo de sellado en un mecanismo de accionamiento rotativo eléctrico, porque los trabajos de montaje y desmontaje en estos casos son laboriosos y, por lo tanto, caros.

Otras realizaciones ventajosas de la invención se desprenden las reivindicaciones secundarias.

A continuación, se describen ejemplos de realización de la invención en referencia a los dibujos adjuntos.

Se muestra en la:

Figura 1 una sección longitudinal de un dispositivo de sellado de acuerdo con el estado de la técnica,

Figura 2 una sección longitudinal de un mecanismo de accionamiento rotativo equipado con un dispositivo de sellado de acuerdo con la invención,

Figura 3 de nuevo una sección longitudinal de un detalle del mecanismo de accionamiento rotativo,

Figura 4 una sección longitudinal de una representación ampliada de una sección del detalle de acuerdo con la Figura 3,

Figura 5 otra representación ampliada de la sección de acuerdo con la Figura 4,

Figura 6 de nuevo una sección longitudinal de otro ejemplo de realización de la invención.

En la Figura 1 se muestra un dispositivo de sellado de acuerdo con el estado de la técnica (véase, por ejemplo, el documento DE 9216438U) con un cuerpo 6 interior concebido a modo de manguito, un casquillo 8 intermedio que lo envuelve y que va alojado en un manguito 7 exterior para crear una junta de separación, conformándose entre el cuerpo 6 interior y el casquillo 8 intermedio una separación 15 anular. Con este diseño la presión del líquido que se debe sellar provoca una expansión del manguito intermedio, lo que deriva en un incremento de las filtraciones.

En la Figura 2 se representa un mecanismo de accionamiento rotativo eléctrico para una herramienta hidráulica con una carcasa 1, un estátor 2 en ella alojado a prueba de giro, así como un rotor 3 en el que va alojado a prueba de giro el manguito 7 exterior a través del que pasa el fluido sometido a una alta presión (> 2000 bares) que se puede introducir por medio de una toma 4 de fluidos.

El manguito 7 exterior forma parte del dispositivo 5 de sellado de acuerdo con la invención, que se puede apreciar en mayor grado de detalle en las vistas ampliadas de las Figuras 3 a 6. Alineado con el manguito 7 exterior, otro componente del dispositivo 5 de sellado es el cuerpo 6 interior, que va alojado en el casquillo 7 exterior y que puede moverse respecto al casquillo 7 exterior. En otras palabras, en el ejemplo el cuerpo 6 interior, concebido a modo de manguito abierto pasante en la dirección axial, va unido a prueba de giro con la toma 4 de fluidos y, con ello, con la carcasa 1, mientras que el manguito 7 exterior puede girar respecto a aquel.

Entre el manguito 7 exterior y el cuerpo 6 interior va alojado el casquillo 8 intermedio para crear una junta de separación, estando el casquillo 8 intermedio fabricado preferiblemente a partir de un acero inoxidable u otro material adecuado, por ejemplo, cerámica o similar.

De acuerdo con la invención, entre el casquillo 8 intermedio y el manguito exterior se conforman cámaras 9 que quedan delimitadas lateralmente por juntas 11, constando una junta 11 de un anillo 13 de sellado, por ejemplo, una junta tórica, que va sujeto por un soporte 12.

Además, el casquillo 8 intermedio presenta orificios 10 pasantes orientados en la dirección radial o diagonal que, partiendo de una separación 15 anular creada entre el cuerpo 6 interior y el casquillo 8 intermedio, desembocan en una de las cámaras 10. Esto se puede apreciar de manera particularmente clara en las Figuras 4 y 5.

Para el conformado de las cámaras, en el ejemplo mostrado en las Figuras 3 a 5 se prevén anillos 14 que se ciñen a la pared del manguito 7 exterior y están dimensionados de tal manera que su diámetro interno es más grande que el diámetro externo del casquillo 8 intermedio, de modo que las cámaras 9 quedan conformadas entre los anillos 14 y el casquillo 8 intermedio. Para ello, la junta 11 correspondiente se apoya tanto en la pared del manguito 7 exterior, como en el casquillo 8 intermedio.

En la Figura 6 se muestra otra variante para el conformado de las cámaras 9. Al prescindir de los anillos 14, el casquillo 8 intermedio lleva dispuestas perforaciones en forma de ranura a través de las que se conforman las cámaras 9 junto con la pared del manguito 7 exterior. A este respecto, los soportes 12 de las juntas 11 aparecen representados como una única pieza junto con el casquillo 8 intermedio y se apoyan en la pared interior del manguito 7 exterior.

En el ejemplo, las cámaras se extienden por todo el perímetro, es decir que conforman un espacio anular. También es factible prever varias cámaras 9 en la dirección perimetral, desembocando en cada caso al menos un orificio 10 pasante en cada una de las cámaras 9.

En lugar de un movimiento relativo rotativo entre el manguito 7 exterior y el cuerpo 6 interior, como se da en el mecanismo de accionamiento giratorio mostrado en el ejemplo, el movimiento relativo también puede desarrollarse en la dirección axial, en cuyo caso el cuerpo 6 interior también puede estar hecho a partir de un material sólido, por ejemplo, un eje o varilla.

Obviamente, la invención se puede realizar tanto con un manguito 7 exterior de movimiento axial o rotativo y un cuerpo 6 interior fijo, como con un cuerpo 6 interior de movimiento axial o rotativo y un manguito 7 exterior fijo respecto a este.

Listado de signos de referencia

1 Carcasa

2 Estátor

3 Rotor

4 Toma de fluidos

5 Dispositivo de sellado

6 Cuerpo interior

7 Manguito exterior

8 Casquillo intermedio

9 Cámara

10 Orificio pasante

11 Junta

12 Soporte

13 Anillo de sellado

14 Segmento de anillo

15 Separación angular

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de sellado con un manguito (8) intermedio que, para crear una junta de separación, va alojado entre un manguito (7) exterior y un cuerpo (6) interior que va alojado en su interior y gira respecto al mismo, caracterizado por que entre el casquillo (8) intermedio y el manguito (7) exterior limítrofe van dispuestas cámaras (9) que se rellenan con un fluido a presión y están delimitadas lateralmente por juntas (11), constando cada una de las juntas de un anillo (13) de sellado que va sujeto en un soporte (12) y se apoya, por un lado, en la pared interior del manguito (7) exterior y, por otro, en el casquillo (8) intermedio.

2. Dispositivo de sellado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el casquillo (8) intermedio presenta orificios (10) pasantes dispuestos preferiblemente en la dirección radial y que desembocan en las cámaras (9).

3. Dispositivo de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que cada una de las cámaras (9) lleva asignado al menos un orificio (10) pasante.

4. Dispositivo de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que cada una de las cámaras (9) está concebida a modo de espacio anular que se extiende por todo el perímetro.

5. Dispositivo de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se prevén varias cámaras (9) distribuidas por todo el perímetro.

6. Dispositivo de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el manguito (7) exterior puede girar o desplazarse en la dirección axial respecto al cuerpo (6) interior.

7. Dispositivo de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, para el conformado de las cámaras (9), se prevén anillos (14) que se ciñen a la pared interior del manguito (7) exterior.

8. Dispositivo de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, para la creación de las cámaras (9), el casquillo (8) intermedio presenta perforaciones en forma de ranura que quedan delimitadas en la dirección axial del casquillo (8) intermedio por el soporte (12) conformado.

9. Dispositivo de sellado de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que las cámaras (9) van unidas a una bomba con la que se puede alimentar un fluido a presión.