ES2932050T3

ES2932050T3 - Junta facial mecánica hidrostática

Info

Publication number: ES2932050T3
Application number: ES16922225T
Authority: ES
Inventors: Michael A Lapresti; Arnaud Milan; Bruce A Howard; Michael P Skocik
Original assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Current assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2023-01-09
Anticipated expiration: 2036-11-29
Also published as: BR112019010823B1; BR112019010823A2; KR20190082321A; CN110036224B; JP6872305B2; EP3545219A1; TW201825816A; EP3545219A4; SI3545219T1; WO2018097837A1; US9920839B1; EP3545219B1; CN110036224A; TWI752121B; KR102603068B1; JP2019535949A; ZA201902894B

Abstract

Un sello mecánico hidrostático de fugas controladas que elimina las fuentes de fricción de contacto; ubicar ventajosamente las fuerzas de fricción de contacto para que estén alineadas con el centroide de la cara del sello; optimiza el diseño de la cara del sello para lograr la máxima rigidez de la película hidrostática y la mínima sensibilidad a la conicidad radial; eliminar juntas tóricas innecesarias y otras fuentes de variación de fuerza significativa; utiliza un enfoque de diseño para la fabricación para diseñar hardware que se pueda fabricar consistentemente con tolerancias precisas; optimiza el sello del canal delta doble para lograr una compresión adecuada, una fuerza de fricción mínima y una máxima resistencia al desgaste; elimina las fuentes de ondulación circunferencial, como la precarga del perno y otras características no simétricas del eje; y, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Junta facial mecánica hidrostática

ANTECEDENTES

1. Campo

La presente invención se refiere, en general, a juntas de árboles giratorios y, más particularmente, a una junta facial mecánica para fugas controladas.

2. Técnica relacionada

En las centrales nucleares de agua a presión, se utiliza un sistema de refrigeración del reactor para transportar calor desde el núcleo del reactor hasta generadores de vapor para la producción de vapor. A continuación, el vapor se usa para accionar un generador de turbina para la producción de trabajo útil. El sistema de refrigeración del reactor incluye una pluralidad de circuitos de refrigeración separados, cada uno conectado al núcleo del reactor y que contiene un generador de vapor y una bomba de refrigeración del reactor.

La bomba de refrigerante del reactor suele ser una bomba centrífuga vertical de una sola etapa diseñada para mover grandes volúmenes de refrigerante del reactor a altas temperaturas y presiones, por ejemplo, 550 °F (288 °C) y a presiones de aproximadamente 2250 psi (155 bar). La bomba incluye básicamente tres secciones generales de abajo hacia arriba; sección hidráulica, de junta del árbol y de motor. La sección hidráulica inferior incluye un impulsor montado en un extremo inferior del árbol de la bomba que funciona dentro de la carcasa de la bomba para bombear refrigerante del reactor alrededor del circuito respectivo. La sección superior del motor incluye un motor que está acoplado para accionar el árbol de la bomba. La sección de junta del árbol central incluye tres conjuntos de juntas en tándem; conjuntos de junta primario inferior (junta número 1), secundario medio y terciario superior. Los conjuntos de junta están ubicados concéntricos y cerca del extremo superior del árbol de la bomba y su propósito combinado es proporcionar una fuga mínima de refrigerante del reactor a lo largo del árbol de la bomba hacia la atmósfera de contención durante condiciones normales de operación. Ejemplos representativos de conjuntos de junta de árbol de bomba conocidos en la técnica anterior se describen en las patentes US 3.522.948; 3.529.838; 3.632.117; 3.720.222 y 4.275.891. Un conjunto de junta facial mecánica hidrostática como se define en el preámbulo de la reivindicación 1 se divulga en la publicación de la solicitud de patente US 2011/0 084 454 A1. Un conjunto de junta hidrostática sustancialmente similar en una bomba de reactor nuclear se describe en la patente US 4.848.774.

Los conjuntos de juntas del árbol de la bomba que sellan mecánicamente la interfaz entre el límite de presión de la bomba estacionaria y el árbol giratorio deben ser capaces de contener la alta presión del sistema (aproximadamente 2250 psi (155 bar)) sin fugas excesivas. En un diseño comercial, se utiliza una disposición en tándem de tres conjuntos de juntas para descomponer la presión en etapas. Estos tres conjuntos de juntas de bomba mecánica son juntas de fugas controladas que, en funcionamiento, permiten una cantidad mínima de fugas controladas en cada etapa mientras evitan fugas excesivas del refrigerante del reactor desde el sistema de refrigeración principal a los puertos de fugas de las juntas respectivas.

Los reactores comerciales de agua a presión a menudo emplean juntas faciales mecánicas hidrostáticas para las juntas de fugas controladas entre el motor y las secciones hidráulicas de las bombas de refrigerante del reactor. Dichas juntas están diseñadas para permitir un volumen de fuga controlado y estable desde el sistema primario mientras experimentan un desgaste mínimo al mantener una separación constante mediante una película delgada de fluido entre las caras de la junta. La fuga a través de la junta depende de la geometría de la cara y del diseño mecánico, así como del estado termodinámico del fluido sellado. Los operadores de plantas de reactores nucleares buscan mantener una tasa de fuga volumétrica nominal de tres galones (3,78 litros) por minuto a través de las juntas de la bomba de refrigerante del reactor. Esta cantidad de fuga es lo suficientemente grande como para proporcionar un flujo de agua de refrigeración/búfer adecuado a través de las partes internas superiores de la bomba; sin embargo, es lo suficientemente pequeño como para ser compensado por el sistema de control químico y de volumen, de modo que el inventario del sistema de refrigeración del reactor permanece en un estado de equilibrio.

La tasa de fuga volumétrica a través de la junta está determinada principalmente por las dimensiones de fabricación de los componentes de la junta, las fuerzas de fricción de contacto en las interfaces de los componentes contiguos y la deformación mecánica y termoelástica resultante de la temperatura y la presión de funcionamiento del fluido sellado. Dado que los operadores de la planta desean mantener una tasa de fuga estable a través de la junta de la bomba de refrigerante del reactor, es necesario optimizar el diseño de la junta, de modo que las tolerancias de fabricación, las fuerzas de fricción de contacto y la deformación mecánica y termoelástica ejerzan la mínima influencia posible en la tasa de fuga de la junta.

SUMARIO

En general, esta invención contempla una junta facial mecánica de fuga controlada como se define en la reivindicación 1, que tiene un primer anillo de soporte de la junta configurado para fijarse a un árbol giratorio de una bomba para girar con el árbol giratorio, teniendo el árbol una longitud axial, y una primera placa facial soportada en un lado del primer anillo de soporte de la junta y que tiene una superficie de sellado en un lado opuesto de la primera placa facial. La junta facial mecánica hidrostática también tiene un segundo anillo de soporte de la junta configurado para fijarse en el interior de una carcasa que rodea el árbol giratorio, con un grado de movimiento axial y una segunda placa facial apoyada en un lado del segundo anillo de soporte de la junta y que tiene una segunda superficie de sellado en un lado opuesto de la segunda placa facial, en el que la segunda superficie de sellado está colocada yuxtapuesta a la primera superficie de sellado. Una primera interfaz entre el primer anillo de soporte de la junta y la primera placa facial y una segunda interfaz entre el segundo anillo de soporte de la junta y la segunda placa facial están configuradas de modo que durante el funcionamiento de la bomba las fuerzas hidrostáticas sobre la primera superficie de sellado y la segunda superficie de sellado son suficientes para sujetar la primera placa facial contra el primer anillo de soporte de la junta y la segunda placa facial contra el segundo anillo de soporte de la junta con una trayectoria de fuga controlada entre ellos, sin ninguna fuerza mecánica.

En una realización, esta invención proporciona una bomba que tiene un árbol giratorio con una longitud axial y una carcasa que tiene una pared interior anular que rodea y está separada de al menos una porción de la longitud axial del árbol giratorio. Un primer anillo de soporte de la junta que tiene una cara en cada lado está unido de manera fija, se extiende alrededor y puede girar con el árbol giratorio. El primer anillo de soporte de la junta tiene una primera protuberancia que se extiende axialmente en una cara en o cerca de un extremo interior radial, adyacente al árbol giratorio, y una cubierta anular que se extiende axialmente en o cerca de un extremo exterior de una cara del primer anillo de soporte de la junta. Un labio en o cerca de un extremo axial periférico de la primera cubierta del anillo de soporte de la junta se extiende hacia el árbol giratorio. Un primer rebaje anular en una cara del primer anillo de soporte de la junta se extiende entre la primera protuberancia y la cubierta del primer anillo de soporte de la junta. Una primera placa facial está soportada en un extremo, opuesto a la cara del primer anillo de soporte de la junta, en al menos una porción de la primera protuberancia, separada del árbol giratorio. La primera placa facial tiene un reborde que se extiende radialmente en un lado exterior que encaja debajo del labio en la cubierta del primer anillo de soporte de la junta, con una primera isleta en una pared interna en la cubierta del primer anillo de soporte de la junta o en el lado exterior de la primera placa facial, debajo y separada del labio, que forma un punto muerto entre la cubierta del primer anillo de la junta y la primera placa facial. La primera placa facial tiene otro extremo, axialmente opuesto al extremo que forma una primera superficie de sellado, con la primera superficie de sellado extendiéndose axialmente más allá del labio en la cubierta del anillo de soporte de la primera junta, y la primera placa facial se extiende alrededor y puede girar con el árbol giratorio. Un segundo anillo de soporte de la junta que tiene una cara a cada lado está fijado al interior de la carcasa con un grado de libertad de movimiento axial, y está separado y se extiende al menos parcialmente alrededor del árbol giratorio. El segundo anillo de soporte de la junta tiene una segunda protuberancia que se extiende axialmente en una cara en o cerca de un extremo interior radial adyacente al árbol giratorio, y una cubierta anular que se extiende axialmente en o cerca de un extremo exterior de una cara del segundo anillo de soporte de la junta con un labio en o cerca de un extremo axial periférico de la cubierta del segundo anillo de soporte de la junta que se extiende hacia el árbol giratorio. Un segundo rebaje anular en una cara del segundo anillo de soporte de la junta se extiende entre la segunda protuberancia y la cubierta del segundo anillo de soporte de la junta. Una segunda placa facial está soportada en un extremo, opuesto a la cara del segundo anillo de soporte de la junta, en al menos una porción de la segunda protuberancia y está separada del árbol giratorio, con un extremo de la segunda placa facial abarcando sustancialmente el segundo rebaje y que tiene un reborde que se extiende radialmente en un lado exterior de la segunda placa facial que encaja debajo del labio en la segunda cubierta del anillo de soporte de la junta. Una segunda isleta en una pared interior de la cubierta del segundo anillo de soporte de la junta o en el lado exterior de la segunda placa facial, debajo y separada del labio de la cubierta del segundo anillo de soporte de la junta, forma un punto muerto entre la cubierta del segundo anillo de soporte de la junta y la segunda placa facial. La segunda placa facial tiene otro extremo, axialmente opuesto al segundo anillo de soporte de la junta, que forma una segunda superficie de sellado, con la segunda superficie de sellado extendiéndose axialmente más allá del labio en la cubierta del segundo anillo de soporte de la junta, yuxtapuesta a la primera superficie de sellado y la segunda placa facial se extiende sustancialmente alrededor del árbol giratorio y está separada del mismo.

En una realización de este tipo, al menos una de la primera superficie de sellado y la segunda superficie de sellado está configurada para tener una superficie contorneada que es simétrica al eje, pero no uniforme en una dirección radial para crear una distribución de presión no lineal entre la primera superficie de sellado y la segunda superficie de sellado. Preferiblemente, la segunda placa facial tiene la segunda superficie de sellado con la superficie contorneada simétrica al eje, pero no uniforme en una dirección radial para crear una distribución de presión no lineal entre la primera superficie de sellado y la segunda superficie de sellado.

En otra realización, la al menos una de la primera superficie de sellado y la segunda superficie de sellado es una superficie cónica que produce un ángulo convergente entre la primera superficie de sellado y la segunda superficie de sellado con la holgura axial más grande en el diámetro exterior y la holgura axial más pequeña en el diámetro interior. En una realización de este tipo, la al menos una de la primera superficie de sellado y la segunda superficie de sellado tiene una superficie de textura escalonada o no uniforme.

En otra realización de este tipo, aunque el reborde que se extiende radialmente en la primera placa facial se ajusta debajo del labio en la cubierta del primer anillo de soporte de la junta, durante el funcionamiento de la bomba, el primer anillo de soporte de la junta y la primera placa facial están configurados de modo que sustancialmente no se aplica fuerza mecánica a la primera placa facial para sujetar la primera placa facial contra el primer anillo de soporte de la junta y durante el funcionamiento de la bomba el reborde que se extiende radialmente no hace contacto con el labio en la cubierta del primer anillo de soporte de la junta. Preferiblemente, en tal realización, la bomba incluye una o ambas juntas tóricas alrededor de una superficie exterior de la primera protuberancia en una interfaz de la primera protuberancia con un extremo de la primera placa facial y una segunda junta tórica alrededor una superficie exterior de la segunda protuberancia en una interfaz de la segunda protuberancia con el extremo de la segunda placa facial. Deseablemente, el primer anillo de soporte de la junta comprende una primera ranura que rodea el árbol giratorio y una tercera junta tórica rodea el árbol giratorio dentro de la primera ranura y forma una junta entre el primer anillo de soporte de la junta y el árbol giratorio; y el segundo anillo de soporte de la junta comprende una segunda ranura que rodea una porción de la carcasa adyacente al árbol giratorio y una cuarta junta tórica rodea la porción de la carcasa, dentro de la segunda ranura, entre el segundo anillo de soporte de la junta y la porción de la carcasa y forma una junta entre el segundo anillo de soporte de la junta y la porción de la carcasa.

La invención también contempla una junta facial mecánica hidrostática que tiene las propiedades anteriores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Se puede obtener una mayor comprensión de la invención a partir de la siguiente descripción de las realizaciones preferidas cuando se lee junto con los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 es una representación esquemática de un circuito de refrigeración de un sistema de refrigeración de un reactor nuclear convencional que incluye un generador de vapor y una bomba de refrigeración del reactor conectados en serie en un sistema de circuito cerrado con el reactor;

La figura 2 es una vista en perspectiva en corte de la sección de la junta del árbol de una bomba de refrigerante del reactor, que ilustra en sección transversal la carcasa de la junta y los conjuntos de junta primario inferior, secundario medio y terciario superior que están dispuestos dentro de la carcasa de la junta y que rodean el árbol de la bomba;

La figura 3 es una vista en sección transversal ampliada de una porción de la carcasa de la junta y los conjuntos de junta de la bomba de refrigerante del reactor de la figura 2;

La figura 4 es una vista en sección de la disposición de la junta del árbol que muestra una vista ampliada de la junta primaria inferior que se muestra en las figuras 2 y 3, al que se puede aplicar esta invención;

La figura 5 es una vista esquemática de la junta del árbol de esta invención;

La figura 6 es una vista esquemática de una cara de sellado cónica de una realización de esta invención;

La figura 7 es una vista esquemática de una cara de sellado escalonada de una segunda realización de esta invención; y

La figura 8 es una vista esquemática de una cara de junta con un contorno no uniforme de una tercera realización de esta invención.

DESCRIPCIÓN DE LA REALIZACIÓN PREFERIDA

En la siguiente descripción, los caracteres de referencia similares designan partes similares o correspondientes a lo largo de varias vistas. Además, en la siguiente descripción, debe entenderse que términos de dirección como "adelante", "atrás", "izquierda", "derecha", "hacia arriba", "hacia abajo" y similares, son palabras de conveniencia y no deben interpretarse como términos limitativos.

Bomba de refrigeración del reactor de la técnica anterior

Para comprender la invención, es útil comprender un entorno en el que operará la invención. Sin embargo, debe apreciarse que la invención tiene muchas otras aplicaciones. Con referencia a la figura 1, se muestra una representación esquemática de uno de una pluralidad de circuitos 10 de refrigeración de reactor de un sistema de refrigeración de un reactor nuclear convencional. El circuito 10 de refrigeración incluye un generador 12 de vapor y una bomba 14 de refrigeración del reactor conectados en serie en un sistema de refrigeración de circuito cerrado con el núcleo 16 del reactor nuclear. El generador 12 de vapor incluye unos tubos 18 primarios de intercambio de calor que se comunican con unas cámaras 20, 22 impelentes de entrada y salida del generador 12 de vapor. La cámara 20 impelente de entrada del generador 12 de vapor está conectada en comunicación de flujo con la salida del núcleo 16 del reactor para recibir refrigerante caliente del mismo a lo largo de la trayectoria 24 de flujo de rama caliente, comúnmente denominada rama caliente del sistema de circuito cerrado. La cámara 22 impelente de salida del generador 12 de vapor está conectada en comunicación de flujo con un lado de la sección de entrada de la bomba 14 de refrigerante del reactor a lo largo de las trayectorias 26 de flujo del sistema de circuito cerrado. El lado de presión de salida de la bomba 14 de refrigerante del reactor está conectado en comunicación de flujo con la entrada del núcleo 16 del reactor para suministrarle refrigerante relativamente frío a lo largo de la trayectoria 28 de flujo de la rama fría del sistema de circuito cerrado.

La bomba 14 de refrigerante bombea el refrigerante a alta presión alrededor del sistema de circuito cerrado. En particular, el refrigerante caliente que emana del núcleo 16 del reactor se conduce a la cámara 20 impelente de entrada del generador 12 de vapor y a través de los tubos 18 de intercambio de calor en comunicación con el mismo. Mientras se encuentra en los tubos 18 de intercambio de calor, el refrigerante caliente fluye en relación de intercambio de calor con el agua de alimentación fría suministrada al generador 12 de vapor a través de medios convencionales (no mostrados). El agua de alimentación se calienta y porciones de esta se convierten en vapor para su uso en el accionamiento de un generador de turbina (no mostrado). El refrigerante, cuya temperatura se ha reducido por el intercambio de calor, se recircula al núcleo 16 del reactor a través de la bomba 14 de refrigerante.

La bomba 14 de refrigerante del reactor debe ser capaz de mover grandes volúmenes de refrigerante del reactor a altas temperaturas y presiones alrededor del sistema de circuito cerrado. Aunque la temperatura del refrigerante que fluye desde el generador 12 de vapora través de la bomba 14 como resultado del intercambio de calor se ha refrigerado sustancialmente por debajo de la temperatura del refrigerante que fluye hacia el generador 12 de vapor desde el núcleo 16 del reactor antes del intercambio de calor, su temperatura sigue siendo relativamente alta, siendo típicamente alrededor de 550 °F (288 °C). Para mantener el refrigerante en estado líquido a estas temperaturas relativamente altas, el sistema se presuriza mediante bombas de inyección (no mostradas) y funciona a presiones de aproximadamente 2250 psi (155 bar).

Como se ve en las figuras 2 y 3, la bomba 14 de refrigerante del reactor de la técnica anterior generalmente incluye una carcasa 30 de la bomba que termina en un extremo en una carcasa 32 de la junta. La bomba también incluye un árbol 34 de la bomba que se extiende en el centro de la carcasa 30 de la bomba y está sellado y montado de forma giratoria dentro de la carcasa 32 de la junta. Aunque no se muestra, la porción inferior del árbol 34 de la bomba está conectada a un impulsor, mientras que su porción superior está conectada a un motor eléctrico de inducción de alta potencia. Cuando el motor hace girar el árbol 34, el impulsor dentro del interior 36 de la carcasa 30 de la bomba hace que el refrigerante del reactor presurizado fluya a través del sistema de refrigeración del reactor. Este refrigerante presurizado aplica una carga hidrostática dirigida hacia arriba sobre el árbol 34, ya que la porción exterior de la carcasa 32 de la junta está rodeada por la atmósfera ambiental.

Para que el árbol 34 de la bomba pueda girar libremente dentro de la carcasa 32 de la junta mientras se mantiene el límite de presión de 2250 psi (155 bar) entre el interior de la carcasa de la bomba 36 y el exterior de la carcasa 32 de la junta, los conjuntos 38, 40, 42 de junta primario inferior, secundario medio secundario y terciario superior dispuestos en tándem se proporcionan en las posiciones ilustradas en las figuras 2 y 3 alrededor del árbol 34 de la bomba dentro de la carcasa 32 de la junta. La junta primaria inferior 38 que realiza la mayor parte del sellado a presión (aproximadamente 2200 psi (152 bar)) es del tipo hidrostático sin contacto, mientras que los conjuntos 40, 42 de junta secundario medio y terciario superior son del tipo mecánico de contacto o frotamiento.

Cada uno de los conjuntos 38, 40, 42 de junta de la bomba 14 generalmente incluye una corredera 44, 46, 48 anular respectivo que está montada en el árbol 34 de la bomba para girar con el mismo y un anillo 50, 52, 54 de junta anular respectivo que está montado estacionario dentro de la carcasa 32 de la junta. Las respectivas correderas 44, 46, 48 y los anillos 50, 52, 54 de sellado tienen superficies 56, 58, 60 y 62, 64, 66 superior e inferior que están enfrentadas entre sí. Las superficies 56, 62 enfrentadas de la corredera 44 y el anillo 50 de sellado del conjunto 38 de sellado primario inferior normalmente no están en contacto entre sí, sino que normalmente fluye una película de fluido entre ellos. Por otro lado, las superficies 58, 64 y 60, 66 faciales de las correderas y los anillos 46, 52 y 48, 54 de sellado de los conjuntos 40 y 42 de junta secundario medio y terciario superior normalmente contactan o rozan entre sí.

Debido a que el conjunto 38 de sellado primario normalmente funciona en un modo de montaje de película, se deben tomar algunas medidas para manejar el fluido refrigerante que se escapa en el espacio entre la pared 33 anular de la carcasa 32 de la junta y el árbol 34 montado de forma giratoria en el mismo. En consecuencia, como se muestra en la figura 2, la carcasa 32 de la junta incluye un puerto 69 de fuga principal, mientras que los puertos 71 de fuga acomodan la fuga de fluido refrigerante de los conjuntos 40, 42 de junta secundario y terciario.

La figura 4 es una sección transversal de la carcasa de la junta en el área de la junta número 1 o la junta inferior primaria del tipo ilustrado en las figuras 2 y 3 y brinda una mejor comprensión de la operación de la junta número 1 y cómo interactuará con esta invención. La estructura mostrada comprende una carcasa 32 que tiene una pared 33 anular adaptada para formar una cámara 35 de presión dentro de la carcasa 32; un árbol 34 montado giratoriamente dentro de la carcasa 32; un conjunto 44 de corredera de junta y un conjunto 50 de anillo de junta dispuestos dentro de la carcasa 32. Como se mencionó anteriormente, el árbol 34 puede ser accionado por un motor adecuado (no mostrado) y utilizado para accionar el impulsor de una bomba centrífuga (no mostrada) que hace circular el refrigerante en el sistema presurizado. El agua de inyección se puede suministrar a la cámara 35 a una presión más alta que la desarrollada por la bomba. El conjunto 44 de corredera comprende un soporte 70 anular y una placa 72 de sellado anular. De manera similar, el conjunto 50 de anillo de junta comprende un soporte 74 y una placa 76 facial anular.

El soporte 70 gira con el árbol 34, ya que está montado sobre un soporte 78 anular que se acopla con un reborde 80 en el árbol 34 y se fija al árbol por medio de un manguito 82 que se monta sobre el árbol 34 entre el árbol y una pata 84 que se extiende hacia arriba del soporte 78 que generalmente tiene forma de L en sección transversal. Debe apreciarse que, aunque esta realización de la invención se describe aplicada a una bomba que emplea un manguito sobre el árbol de la bomba, la invención también puede emplearse en árboles de bomba que no emplean manguitos. Un reborde 86 en el soporte 70 se apoya sobre el extremo superior de la pata 84, y un reborde 88 en el manguito 82 retiene el soporte 70 en el soporte 84. Se presiona un pasador 90 en un rebaje 92 en el manguito 82 y se acopla a una ranura 94 axial en el soporte 70. Se ejerce una fuerza de sujeción axial sobre el manguito 82 y el soporte 78 desde una tuerca (no mostrada) que hace que el manguito 82 y el soporte 78 giren con el árbol 34. El pasador 90, a su vez, hace que el soporte 70 gire con el manguito 82 que gira con el árbol 34. Se proporcionan juntas 96 y 98 tóricas entre el soporte 78 y el árbol 34 y el soporte 70, respectivamente. También se proporciona una junta 100 tórica en la interfaz 102 entre el soporte 70 y la placa 72 de junta.

La placa 72 de junta está compuesta de un material resistente a la corrosión y a la erosión que tiene sustancialmente el mismo coeficiente de expansión térmica que el material del que está compuesto el soporte 70, y el soporte 70 tiene un alto módulo elástico. De manera similar, la placa 76 facial está compuesta de un material resistente a la corrosión y erosión que tiene sustancialmente el mismo coeficiente de expansión térmica que el material del soporte 74 que tiene un alto módulo elástico. Ejemplos de materiales adecuados son los carburos y las cerámicas. Se proporciona una junta 104 tórica en la interfaz 106 entre el soporte 74 y la placa 76 facial.

El soporte 74 está montado de manera móvil en una pata 108 que se extiende hacia abajo de un inserto 110 de anillo de sellado anular que generalmente tiene una sección transversal en forma de L. El inserto 110 se retiene en la carcasa 32 mediante unos tornillos 112 de cabeza. Se proporciona una junta 114 tórica en la interfaz entre el inserto 110 y la carcasa 32. De manera similar, una junta 118 tórica se proporciona en la interfaz 120 entre el soporte 74 y la pata 108 del inserto 110. El movimiento giratorio del soporte 74 se evita mediante el pasador 122, que se presiona en el inserto 110. El pasador 122 se extiende hacia un pozo 124 en el soporte 74 con espacio suficiente entre la pared del pozo 126 y el pasador 122 para permitir el movimiento axial del soporte 74, pero limitando el movimiento giratorio del soporte 74.

La placa 76 facial está unida al soporte 74 mediante un medio 128 de sujeción que incluye un anillo 130 de retención, un anillo 132 de sujeción, un anillo 134 de bloqueo, una pluralidad de tornillos 136 de cabeza y resortes 138 Belleville montados en el tornillo 136 de cabeza entre el anillo 134 de bloqueo y el anillo 132 de sujeción. Los tornillos 136 de cabeza se extienden a través del anillo 130 de retención, el anillo 132 de sujeción y los resortes 138 Belleville y se enroscan en los anillos 134 de bloqueo. La interfaz 106 del soporte 74 está rebajada en 140 para proporcionar un punto 142 de apoyo anular en la interfaz con un diámetro exterior que es menor que el diámetro exterior de la interfaz de la placa 76 facial. El anillo 130 de retención tiene un reborde que se extiende hacia dentro con un reborde 144 que se acopla con la porción 146 de la placa 76 facial que se extiende más allá del punto 142 de apoyo. El anillo 132 de sujeción tiene una pestaña que se extiende hacia dentro con un reborde 148 que se acopla con una placa 146 facial en el soporte 74. Por lo tanto, cuando los tornillos 136 de cabeza se aprietan para acercar el anillo 132 de sujeción y el anillo 130 de retención, se produce una fuerza que ejerce un efecto de voladizo sobre la placa 76 facial alrededor del punto 142 de apoyo. Durante la acción de sujeción, los resortes 138 Belleville se comprimen parcialmente y la placa 76 facial se deforma por la fuerza de sujeción.

La placa 72 de junta está unida al soporte 70 mediante un medio 151 de sujeción de manera similar a la descrita con referencia a la placa 76 facial. Sin embargo, el punto 152 de apoyo en la interfaz 102 del soporte 70 está ubicado más cerca del diámetro exterior de la placa 72 de junta que el punto 142 de apoyo en el soporte 74. Por lo tanto, la fuerza de sujeción en la placa 72 de junta no produce tanta deformación de la placa facial alrededor del punto 152 de apoyo como la que se produce en la placa 76 facial. Si se desea, los puntos 142 y 152 de apoyo pueden colocarse en los mismos lugares con respecto a sus placas faciales correspondientes.

Como se describió anteriormente, el anillo 50 de junta está montado para un movimiento axial limitado en relación con el árbol 34 y el conjunto 44 de corredera de junta. Además, el movimiento giratorio del conjunto 50 de anillo de junta está limitado por el pasador 122 antigiratorio que encaja sin apretar en el pozo 124 en el soporte 74 del anillo de junta. Una cara 154 de junta en la placa 76 facial está cargada hacia la cara 156 de junta enfrentada en la placa 72 de junta por gravedad.

En el funcionamiento de la bomba accionada por el árbol 34, las superficies 158 y 160 del soporte 74 del anillo de junta están sujetas a la presión total en la cámara 35 de alta presión. Es deseable proporcionar una barrera de presión entre la cámara 35 de alta presión y una región 162 anular de baja presión adyacente al manguito 82. El conjunto de anillo de junta se utiliza como medio de barrera de presión, pero permite una cantidad controlada de flujo de fuga de fluido a la región 162 desde la cámara 35 de presión a través de un espacio 164 de junta proporcionado entre las superficies 154 y 156 de junta enfrentadas en las placas 76 y 72 de junta, respectivamente.

Durante el funcionamiento, se mantiene una posición equilibrada o de equilibrio del conjunto 50 de anillo de obturación móvil axialmente de acuerdo con la presión sobre las caras opuestas del conjunto de anillo de obturación. El espesor del fluido en el espacio 164 y, en consecuencia, la cantidad de flujo de fuga a través del espacio 164 está determinada por la configuración del espacio 164.

Para obtener una restauración automática de la posición relativa del conjunto 50 de anillo de junta y el conjunto 44 de corredera ante una variación en el espacio 164 de junta, se proporciona una trayectoria de flujo de fluido de espesor decreciente desde un borde o extremo 166 de alta presión a una posición entre los extremos enfrentados a la junta. Más específicamente, en la estructura ilustrada, la trayectoria del flujo de fluido de espesor decreciente se extiende entre el borde 166 exterior y un círculo concéntrico intermedio ubicado en 168 en la cara 154 de sellado.

Como se muestra en la presente estructura, el espesor decreciente de la trayectoria de flujo se forma al estrechar ligeramente la superficie 154 alejándola de la superficie 156 enfrentada de la cara de la placa 72 de junta entre el círculo 168 y el borde 166 exterior de la placa 76 facial. El ángulo entre las superficies 154 y 156 que se muestra en el dibujo está exagerado. Esta configuración o estructura se conoce como junta facial cónica. El funcionamiento de una junta de este tipo se describe detalladamente en la patente US 3.347.552, publicada el 17 de octubre de 1967, de Erling Frisch.

En consecuencia, las bombas de refrigerante del reactor y máquinas similares que utilizan árboles giratorios para transferir energía mecánica entre un impulsor como un motor y un fluido de proceso requieren el uso de juntas de árbol, como la descrita anteriormente, para aislar el fluido de proceso a lo largo del árbol a medida que el árbol penetra la frontera del proceso. Las juntas faciales mecánicas hidrostáticas equilibradas se usan comúnmente para esta aplicación, particularmente en casos que requieren alta fiabilidad, fugas controladas y desgaste limitado. Dichas juntas utilizan dos elementos de interfaz, uno de los cuales está fijado al árbol giratorio, mientras que el otro está fijado a la carcasa estacionaria. Cada elemento tiene una "cara de junta" diseñada con precisión que interactúa entre sí con una pequeña holgura axial, de modo que las caras no hacen contacto entre sí, pero las fugas se controlan a un nivel manejable.

La junta mejorada de esta invención

Como se muestra en la figura 5, la junta de esta invención también emplea dos conjuntos opuestos: un conjunto 226 giratorio está fijado al árbol 230 de la bomba y un conjunto 228 estacionario está fijado a la carcasa 232. Cada conjunto comprende una placa 210, 212 facial de junta de cerámica sostenida por un anillo 204, 222 de soporte de base y una cubierta 234, 236 de soporte. El fluido de proceso de la bomba está en la superficie exterior de la junta y las superficies interiores están conectadas al sistema de purga de baja presión. La fuga pasa a través del espacio axial entre las caras de la junta desde el diámetro exterior al diámetro interior, y la presión se reduce en la trayectoria desde la presión del fluido del proceso hasta la presión del sistema de purga.

Para acomodar el movimiento axial del árbol 230 de la bomba con respecto a la carcasa 232, como el que puede ocurrir debido a la excitación mecánica o a la expansión térmica diferencial, el conjunto 228 estacionario no está restringido en la dirección axial y puede trasladarse libremente. La posición axial del conjunto 228 estacionario con respecto al conjunto 226 giratorio se establece por el equilibrio de fuerzas que actúan sobre el conjunto estacionario. La presión del fluido del proceso actúa sobre la superficie superior del conjunto 228 estacionario fuera de la junta 202 tórica dinámica, y la presión del sistema de purga actúa sobre la superficie superior del conjunto 228 estacionario dentro de la junta 202 tórica dinámica. La fuerza hidrostática neta resultante de estas presiones y el peso del conjunto 228 estacionario actúa para empujar el conjunto estacionario hacia el conjunto 226 giratorio. En oposición a esta fuerza, la distribución de la presión entre las caras de los conjuntos estacionario y giratorio actúa para empujar el conjunto 228 estacionario alejándolo del conjunto 226 giratorio. La forma de la distribución de la presión del fluido entre las caras 208, 216 de la junta no es lineal y depende de la geometría de la trayectoria del flujo entre los conjuntos estacionario y giratorio. En consecuencia, la forma de la distribución de la presión cambia a medida que el conjunto 228 estacionario se aleja o se acerca al conjunto 226 giratorio. A medida que el conjunto 228 estacionario se aleja más del conjunto 226 giratorio, la distribución de la presión se vuelve más lineal y la fuerza hidrostática resultante disminuye. Por otro lado, a medida que el conjunto 228 estacionario se acerca al conjunto 226 giratorio, la distribución de la presión se vuelve más plana y la fuerza hidrostática resultante aumenta. Este comportamiento se denomina "soporte de carga" y hace que la junta mantenga una holgura finita y estable entre las caras 208, 216 de la junta independientemente de las cargas aplicadas externamente. La junta, por lo tanto, mantiene una holgura axial constante de manera que las caras no se tocan, el desgaste es mínimo y la tasa de fuga es relativamente constante.

La posición axial de las superficies 208, 216 de la junta se establece mediante los anillos 204, 222 de soporte. El anillo 222 de soporte para el conjunto giratorio se une al árbol 230 de la bomba y su posición axial se establece mediante un reborde 206 en el árbol. El par se transmite entre el anillo 222 de soporte y el árbol 230 mediante una o más llaves o tornillos 218 que encajan en una ranura compatible en el anillo 222 de soporte. El anillo 222 de soporte acepta una junta 224 tórica que interactúa con el árbol 230 de la bomba y forma una junta sellada estática entre los lados de alta y baja presión de la junta. El anillo 222 de soporte también acepta una junta 220 tórica en la cara superior del anillo 222 de soporte inferior que forma una junta estática sellada entre la parte superior del anillo 222 de soporte y la parte inferior de la placa 210 facial entre los lados de alta y baja presión de la junta. La posición radial de la junta 220 tórica se selecciona de modo que la diferencia de fuerza resultante de la presión hidrostática sobre la superficie 216 de la película de la placa 210 facial sea mayor que la fuerza resultante de la presión hidrostática sobre la superficie inferior de la placa 210 facial. La fuerza neta hace que la placa 210 facial se sujete firmemente contra el anillo 222 de soporte. La posición radial de la junta tórica también se selecciona, junto con la forma de la geometría de la superficie 216 de la película, de modo que el momento neto que actúa sobre la placa 210 facial produzca una deformación angular aceptable de la placa facial sobre el centroide de la placa facial para mantener la geometría de interfaz deseada de la película de fluido que pasa entre las caras 208 y 216 de la junta. El anillo 222 de soporte también acepta uno o más pasadores 218 de accionamiento que se utilizan para la transmisión de torsión entre el anillo 222 de soporte y la placa 210 facial, de modo que no se permite la rotación relativa entre el árbol 230, el anillo 222 de soporte y la placa 210 facial.

El anillo de soporte 204 para el conjunto 228 estacionario mantiene la placa 212 facial del conjunto estacionario alineada con el conjunto 226 giratorio y acepta una junta 202 tórica dinámica que rompe la presión entre los lados de alta y baja presión de la junta a lo largo la interfaz deslizante entre el conjunto 228 estacionario y el inserto 200 de carcasa. El anillo 204 de soporte del conjunto estacionario también acepta una junta 224 tórica en su cara adyacente a la placa 212 facial, y de la misma manera que el anillo 222 de soporte del conjunto giratorio, la posición radial de la junta 224 tórica se selecciona de tal manera que la diferencia de fuerza resultante de la presión hidrostática sobre la superficie 208 de la película de la placa 212 facial es mayor que la fuerza resultante de la presión hidrostática sobre la superficie posterior de la placa 212 facial. Como tal, la placa 212 facial del conjunto estacionario se mantiene en contacto firme con el anillo 204 de soporte del conjunto estacionario. La posición radial de la junta 224 tórica también se selecciona, junto con la forma de la geometría de la superficie de la película de la superficie 208 de sellado, de modo que el momento neto que actúa sobre la placa 212 facial produzca una deformación angular aceptable de la placa 212 facial sobre el centroide de la placa facial para mantener la geometría de interfaz deseada de la película de fluido que pasa entre las caras 208 y 216 de la junta. El anillo 204 de soporte del conjunto estacionario también acepta uno o más pasadores (tal como los pasadores 218 en el conjunto 226 giratorio) que evitan la rotación relativa entre la placa 212 facial del conjunto estacionario y el anillo 204 de soporte del conjunto estacionario.

Tanto el conjunto 226 giratorio como el conjunto 228 estacionario tienen unas cubiertas 234, 236 de soporte que se fijan a los anillos 204, 222 de soporte con unos sujetadores 214 mecánicos. Las cubiertas 234, 236 de soporte sirven para proporcionar un centrado radial de sus respectivas placas 212, 210 faciales, para sujetar las placas 212, 210 faciales en los anillos 204, 222 de soporte para el montaje y la puesta en marcha, para proporcionar compresión inicial de las juntas 224, 220 tóricas de la placa facial y proporcionan una barrera térmica para proteger las superficies exteriores de las placas 212, 210 faciales de los cambios rápidos de temperatura del fluido del proceso y la consiguiente distorsión termoelástica que puede alterar la geometría de la junta y la tasa de fuga. Las cubiertas 234, 236 de soporte tienen un tamaño tal que, durante el funcionamiento normal, existe una pequeña holgura axial entre el reborde correspondiente de la placa 212 facial, 210 y la cara interior de la cubierta 234, 236 de soporte.

La forma de las placas 212, 210 faciales se seleccionan de manera que el momento neto resultante de la presión, las cargas mecánicas y térmicas produzcan una ligera desviación simétrica del eje que lleva los bordes exteriores de las superficies 208, 216 de la película de las placas 212, 210 faciales de los conjuntos estacionarios y giratorios a una distancia axial más cercana. La placa 212 facial estacionaria tiene una superficie 208 contorneada que es simétrica al eje, pero no uniforme en la dirección radial. El contorno de la superficie crea una distribución de presión no lineal entre las placas 212, 210 faciales que crea soporte de carga como se discutió anteriormente. La realización preferida descrita en el presente documento utiliza una superficie 208 ahusada en la placa 212 facial del conjunto estacionario que produce un ángulo convergente entre las placas 212, 210 faciales del conjunto estacionario y giratorio con la holgura axial más grande en el diámetro exterior y la holgura axial más pequeña en el diámetro interior, como se muestra en la figura 6. Se pueden realizar realizaciones alternativas de la invención utilizando una superficie escalonada como se muestra en la figura 7 o una textura de superficie no uniforme como se muestra en la figura 8 en lugar de una superficie de película cónica o en combinación con ella. Dado que las placas 212, 210 faciales están diseñadas para permitir una ligera deflexión torsional, la magnitud del ángulo de convergencia cambia en respuesta a las diferencias de presión y de temperatura entre el proceso y los lados de purga de la junta. El diseñador puede ajustar la forma de la placa 212, 210 facial y el contorno de la superficie para lograr una tasa de fuga de la junta, un aumento de temperatura y una relación de flujo de presión adecuada para la aplicación particular.

La junta facial mecánica hidrostática mejorada de esta invención representa una desviación de la tecnología existente principalmente en el método con el cual las placas 212, 210 faciales de la junta cerámica se soportan, orientan y unen a los conjuntos giratorios y estacionarios. El diseño existente emplea un "anillo de sujeción" que ejerce una fuerza de sujeción mecánica sobre la placa facial de cerámica. La fuerza de sujeción mecánica se debe a la precarga de los sujetadores mecánicos y una fuerza hidrostática generada por un área diferencial sellada entre dos juntas tóricas que se conecta al lado de baja presión de la junta. El anillo de sujeción sirve para sujetar la placa facial a la base y para controlar la distorsión de la conicidad radial debida a la distribución desigual de las presiones alrededor del perímetro de la placa facial. La disposición existente es problemática porque la fuerza de sujeción ejercida sobre la placa facial causa ondulación y carga de alta fricción y también provoca una sensibilidad significativa asociada con la compresión, la fricción y el comportamiento dependiente del tiempo de las juntas tóricas en el anillo de sujeción hidrostático. Estos efectos hacen que la junta reaccione de formas potencialmente impredecibles.

El diseño mejorado elimina el anillo de sujeción hidrostático y lo reemplaza con una cubierta de soporte que sirve para fijar la placa facial a la base durante el montaje y la puesta en marcha. Aunque el diseño existente se basa en el contacto con el anillo de sujeción hidrostático para fijar la placa facial a la base y controlar la conicidad radial durante todos los modos de operación, el diseño mejorado es tal que, durante la operación normal, la placa facial no hace contacto con la cubierta de soporte. Este enfoque elimina la ondulación potencial, la carga de fricción y la sensibilidad de la junta tórica asociadas con el anillo de sujeción hidrostático. Para eliminar la fuerza de sujeción mecánica, la junta mejorada ha sido diseñada de tal manera que las fuerzas hidrostáticas solas fijan la placa facial al anillo de soporte y controlan la conicidad radial. Esto se logra colocando las juntas tóricas entre la placa facial y el anillo de soporte dentro del diseño, de modo que la fuerza hidrostática que actúa sobre la superficie de la película de las placas faciales sea ligeramente mayor que la fuerza hidrostática que actúa sobre la parte posterior de las placas faciales. La fuerza axial resultante crea una carga neta que fija la placa facial al anillo de soporte sin ningún mecanismo de sujeción mecánico ni sujetadores. El control de la conicidad radial se logra diseñando la sección transversal y la topografía de la cara de las placas faciales de tal manera que las fuerzas hidrostáticas aplicadas generen el momento de torsión deseado sobre el centroide de la sección transversal de la placa facial, de modo que, a medida que aumenta la presión diferencial, el cono radial convergente neto entre las caras de la junta disminuye. El diseñador puede ajustar la tasa de fuga de la junta y la relación presión-flujo modificando la posición de la junta tórica de respaldo, el diseño de la topografía de la cara y la forma de la cara de la junta para lograr una tasa de fuga de la junta adecuada para la aplicación en particular.

Aunque se han descrito en detalle realizaciones específicas de la invención, los expertos en la técnica apreciarán que podrían desarrollarse diversas modificaciones y alternativas a esos detalles a la vista de las enseñanzas generales de la divulgación. En consecuencia, las realizaciones particulares descritas pretenden ser únicamente ilustrativas y no limitativas en cuanto al ámbito de la invención, que debe recibir toda la amplitud de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una junta facial mecánica hidrostática de fuga controlada, que comprende:

un primer anillo (222) de soporte de la junta configurado para fijarse a un árbol (230) giratorio de una bomba para girar con el árbol (230) giratorio, teniendo el árbol una longitud axial;

una primera placa (210) facial soportada en un lado del primer anillo (222) de soporte de la junta y que tiene una primera superficie (216) de sellado en un lado opuesto de la primera placa (210) facial;

un segundo anillo (204) de soporte de la junta configurado para fijarse al interior de una carcasa (232) que rodea el árbol (230) giratorio, con un cierto grado de movimiento axial;

una segunda placa (212) facial soportada en un lado del segundo anillo (204) de soporte de la junta y que tiene una segunda superficie (208) de sellado en un lado opuesto de la segunda placa (212) facial, en la que la segunda superficie (208) de sellado se coloca yuxtapuesta a la primera superficie (216) de sellado; y

en la que una primera interfaz entre el primer anillo (222) de soporte de la junta y la primera placa (210) facial y una segunda interfaz entre el segundo anillo (204) de soporte de la junta y la segunda placa (212) facial están configuradas de modo que durante el funcionamiento de la bomba, las fuerzas hidrostáticas en la primera superficie (216) de sellado y la segunda superficie (208) de sellado son suficientes para sostener la primera placa (210) facial contra el primer anillo (222) de soporte de la junta y la segunda placa (212) facial contra el segundo anillo (204) de soporte de la junta con una trayectoria de fuga controlada entre ellos, sin ninguna fuerza mecánica aplicada a la primera placa (210) facial o la segunda placa (212) facial,

caracterizada por que

el primer anillo (222) de soporte de la junta tiene una cara a cada lado con el primer anillo de soporte de la junta configurado para unirse de manera fija, extendiéndose alrededor y girando con el árbol (230) giratorio que, además de algunas fugas controladas, la junta mecánica hidrostática está destinada a aislar sustancialmente un fluido de proceso en una superficie exterior del primer anillo (222) de soporte de la junta, teniendo el primer anillo (222) de soporte de la junta una primera protuberancia que se extiende axialmente en una cara del primer anillo de soporte de la junta en o cerca de un extremo interior radial adyacente al árbol (230) giratorio, y una cubierta (236) anular que se extiende axialmente en o cerca de un extremo exterior de una cara del primer anillo (222) de soporte de la junta, con un labio en o cerca de un extremo axial periférico de la cubierta (236) del primer anillo de soporte de la junta que se extiende hacia el árbol (230) giratorio, con un primer rebaje anular en una cara del primer anillo (222) de soporte de la junta que se extiende entre la primera protuberancia y la cubierta (236) del primer anillo de soporte de la junta;

la primera placa (210) facial se apoya en un extremo, opuesto a la cara del primer anillo (222) de soporte de la junta, en al menos una porción de la primera protuberancia, separada del árbol (230) giratorio, con un extremo de la primera placa (210) facial que abarca sustancialmente el primer rebaje y

que tiene un reborde que se extiende radialmente en un lado exterior que encaja debajo del labio en la cubierta del primer anillo (236) de soporte de la junta, con una primera isleta en una pared interna en la cubierta del primer anillo (222) de soporte de la junta o en el lado exterior de la primera placa (210) facial, debajo y separado del labio, que forma un punto muerto entre la cubierta (236) en el primer anillo (222) de soporte de la junta y la primera placa (210) facial, teniendo la primera placa facial otro extremo, axialmente opuesto al extremo que forma una primera superficie (216) de sellado, con la primera superficie de sellado extendiéndose axialmente más allá del labio en la cubierta del anillo de soporte del primer junta (236) y estando configurada la primera placa (210) facial para extenderse alrededor y girar con el árbol (230) giratorio,

el segundo anillo (204) de soporte de la junta tiene una cara a cada lado, con el segundo anillo (204) de soporte de la junta configurado para fijarse al interior de una carcasa (232) que rodea una longitud del árbol giratorio, con un grado de libertad de movimiento axial y espaciado y extendiéndose al menos parcialmente alrededor del árbol (230) giratorio, teniendo el segundo anillo (204) de soporte de la junta una segunda protuberancia que se extiende axialmente en una cara del segundo anillo (204) de soporte de la junta en o cerca de un extremo interior radial adyacente al árbol (230) giratorio, y una cubierta (234) anular que se extiende axialmente en o cerca de un extremo exterior de una cara del segundo anillo (204) de soporte de la junta con un labio en o cerca de un extremo axial periférico de la cubierta (234) del segundo anillo de soporte de la junta que se extiende hacia el árbol (230) giratorio, con un segundo rebaje anular en la cara del segundo anillo (204) de soporte de la junta que se extiende entre la segunda protuberancia y la cubierta (234) del segundo anillo de soporte de la junta; y

la segunda placa (212) facial se apoya en un extremo, opuesto a la cara del segundo anillo (204) de soporte de la junta, en al menos una porción de la segunda protuberancia, separada del árbol (230) giratorio, con el extremo de la segunda placa (212) facial que abarca sustancialmente el segundo rebaje y tiene un reborde que se extiende radialmente en un lado exterior de la segunda placa (212) facial que encaja debajo del labio en la segunda cubierta (234) del anillo de soporte de la junta con una segunda isleta en una pared interior en la cubierta del segundo anillo (204) de soporte de la junta o en el lado exterior de la segunda placa facial, debajo y separado del labio en la cubierta (234) del segundo anillo de soporte de la junta, que forma un punto muerto entre la cubierta (234) en el segundo anillo (204) de soporte de la junta y la segunda placa (212) facial, teniendo la segunda placa (212) facial otro extremo, axialmente opuesto al extremo de la segunda placa (212) facial, que forma una segunda superficie (208) de sellado, con la segunda superficie de sellado extendiéndose axialmente más allá del labio en la cubierta del segundo anillo (204) de soporte de la junta, yuxtapuesta a la primera superficie (216) de sellado, y estando configurada la segunda placa (212) facial para extenderse sustancialmente alrededor y estar separada del árbol (230) giratorio.

2. La junta facial mecánica hidrostática de la reivindicación 1, en la que al menos una de la primera superficie (216) de sellado y la segunda superficie (208) de sellado está configurada para tener una superficie contorneada que es simétrica al eje, pero no uniforme en una dirección radial para crear una distribución de presión no lineal entre la primera superficie (216) de sellado y la segunda superficie (208) de sellado.

3. La junta facial mecánica hidrostática de la reivindicación 1, en la que la segunda placa (212) facial tiene la segunda superficie (208) de sellado con la superficie contorneada que es simétrica al eje, pero no uniforme en una dirección radial para crear una distribución de presión no lineal entre la primera superficie (216) de sellado y la segunda superficie (208) de sellado.

4. La junta facial mecánica hidrostática de la reivindicación 1, en la que al menos una de la primera superficie (216) de sellado y la segunda superficie (208) de sellado es una superficie cónica que produce un ángulo convergente entre la primera superficie (216) de sellado y la segunda superficie (208) de sellado con la holgura axial más grande en el diámetro exterior y la holgura axial más pequeña en el diámetro interior.

5. La junta facial mecánica hidrostática de la reivindicación 1 o 4, en la que al menos una de la primera superficie (216) de sellado y la segunda superficie (208) de sellado tiene una superficie de textura escalonada o no uniforme.

6. La junta facial mecánica hidrostática de la reivindicación 1, que incluye una primera junta (220) tórica alrededor de una superficie exterior de la primera protuberancia en una interfaz de la primera protuberancia con el extremo de la primera placa (210) facial.

7. La junta facial mecánica hidrostática de la reivindicación 6, en la que mientras el reborde que se extiende radialmente en la primera placa (210) facial encaja debajo del labio en la cubierta del anillo de soporte de la primera junta (236), durante el funcionamiento de la bomba, el primer anillo (222) de soporte de la junta y la primera placa (210) facial están configuradas de modo que sustancialmente no se aplica fuerza mecánica a la primera placa (210) facial para sujetar la primera placa facial contra el primer anillo (222) de soporte de la junta y durante la operación de la bomba, el borde que se extiende radialmente no contacta con el labio en la cubierta (236) del primer anillo de soporte de la junta.

8. La junta facial mecánica hidrostática de la reivindicación 6, que incluye una segunda junta (224) tórica alrededor de una superficie exterior de la segunda protuberancia en una interfaz de la segunda protuberancia con el extremo de la segunda placa (212) facial.

9. La junta facial mecánica hidrostática de la reivindicación 8, en la que el primer anillo (222) de soporte de la junta comprende una primera ranura que rodea el árbol (230) giratorio y una tercera junta (224) tórica rodea el árbol (230) giratorio dentro de la primera ranura y forma un junta entre el primer anillo (222) de soporte de la junta y el árbol (230) giratorio; y el segundo anillo (204) de soporte de la junta comprende una segunda ranura que rodea una porción de la carcasa (232) junto al árbol (230) giratorio y una cuarta junta (202) tórica rodea la porción de la carcasa (232) dentro de la segunda ranura entre el segundo anillo (204) de soporte de la junta y la porción de la carcasa (232) y forma una junta entre el segundo anillo (204) de soporte de la junta y la porción de la carcasa (232).

10. Una bomba (14), que comprende:

un árbol (230) giratorio que tiene una longitud axial;

una carcasa (232) que tiene una pared interior anular que rodea y está separada de al menos una porción de la longitud axial del árbol (230) giratorio; y

una junta facial mecánica hidrostática de fuga controlada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.