IT201600081995A1

IT201600081995A1 - Sistema di tenuta meccanica per un albero di trasmissione che si estende attraverso un’apertura in una paratia

Info

Publication number: IT201600081995A1
Application number: IT102016000081995A
Authority: IT
Inventors: Mattia Chiodetti
Original assignee: Microtem Di Mattia Chiodetti E Savino Larocca Snc
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2018-02-03
Also published as: EP3279527A1; EP3279527B1; ES2924849T3

Description

"Sistema di tenuta meccanica per un albero di trasmissione che si estende attraverso un'apertura in una paratia"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un sistema di tenuta meccanica per un albero di trasmissione che si estende attraverso un'apertura in una paratia.

L'invenzione è di seguito descritta in relazione all'ambito navale, ma è chiaramente applicabile a qualsivoglia ambito industriale in cui sia necessario garantire una tenuta ad una paratia, e non è pertanto limitata alle paratie di natanti.

Attualmente gli alberi di trasmissione sono supportati da almeno due cuscinetti posti sugli opposti lati della paratia e ad una certa distanza dalla paratia stessa. La tenuta della paratia è garantita da un dispositivo di tenuta a labbro radiale in gomma.

Questi sistemi noti presentano tuttavia degli evidenti svantaggi. Innanzitutto i cuscinetti sono grossi ed ingombranti, e pertanto sono molto costosi e richiedono ampi spazi di installazione, che non sempre possono essere garantiti dalle dimensioni del natante. In seconda istanza, il materiale in gomma di cui è costituito il dispositivo di tenuta è infiammabile, e non garantisce quindi una resistenza alla fiamma e all'incendio che invece sempre più spesso è richiesta dalle normative e dai costruttori .

Esiste pertanto una esigenza non soddisfatta di un sistema di tenuta di una paratia che sia compatto, poco costoso, facile da installare e resistente alla fiamma .

La presente invenzione mira a superare gli inconvenienti dei sistemi noti con un sistema di tenuta meccanica come descritto all'inizio, il quale inoltre comprende un elemento intermedio atto ad alloggiare parte dell'albero di trasmissione, il quale elemento tubolare è provvisto di una flangia intermedia avente mezzi di fissaggio al bordo della detta apertura. L'elemento intermedio presenta due estremità opposte lungo l'asse di rotazione dell'albero di trasmissione, ciascuna estremità essendo provvista di un rispettivo dispositivo di tenuta meccanica. Ciascun dispositivo di tenuta meccanica comprende una parte stazionaria accoppiata all'elemento tubolare ed una parte rotante accoppiata in modo ruotabile alla parte stazionaria ed in modo solidale all'albero di trasmissione. La parte stazionaria e la parte rotante sono provviste rispettivamente di un elemento anulare di scorrimento stazionario e di un elemento anulare di scorrimento rotante, i quali elementi anulari di scorrimento sono provvisti ciascuno di una faccia planare di contatto, essendo le due facce di contatto in ciascun dispositivo di tenuta meccanica complanari e poste in contatto tra loro.

In una forma esecutiva preferita l'elemento intermedio è un elemento tubolare che supporta la detta parte dell'albero di trasmissione mediante un cuscinetto .

Ciò consente di ottenere un unico blocco molto compatto che comprende un cuscinetto centrale di supporto dell'albero di trasmissione e due tenute meccaniche rivolte in versi opposti. La flangia intermedia consente di fissare tutto il sistema ai bordi dell'apertura nella paratia, sigillando contestualmente tale apertura. In questo modo l'albero di trasmissione non è più supportato da una pluralità di cuscinetti molto ingombranti ma è supportato da un unico cuscinetto solidale alla paratia .

I mezzi di fissaggio della flangia al bordo dell'apertura possono essere di qualsivoglia tipo attualmente noto; preferibilmente tali mezzi comprendono bulloni, in modo tale per cui la flangia può essere saldata alla paratia e fissata mediante tali bulloni .

In una forma esecutiva preferita il cuscinetto è di tipo idrodinamico.

I cuscinetti idrodinamici, o boccole idrodinamiche, sono costituiti da un unico pezzo cilindrico in cui viene fatto scorrere del fluido in pressione ed hanno coefficienti d'attrito molto bassi. Tra i vantaggi dei cuscinetti idrodinamici c'è la scarsa necessità di manutenzione, che deriva dalla mancanza di parti in movimento. Il rischio di grippaggio causato da polveri o residui di lavorazione è quasi nullo, e la funzione di supporto offerta dal cuscinetto è esercitata dallo strato di fluido di lavoro o lubrificante che riveste internamente la boccola.

È possibile tuttavia prevedere altri tipi di cuscinetti noti allo stato dell'arte, come ad esempio cuscinetti radenti, cuscinetti radiali a una o più corone di sfere, cuscinetti a rulli cilindrici o conici, o simili.

Secondo una forma esecutiva, tra ciascun dispositivo di tenuta e l'albero di trasmissione è previsto almeno in parte un interstizio in comunicazione con il cuscinetto idrodinamico. È previsto un circuito di flussaggio di un fluido di lavoro, il quale circuito comprende almeno un condotto, almeno una pompa e almeno un serbatoio.

In questo modo il fluido di lavoro che fa parte del cuscinetto idrodinamico bagna anche la parte interna dei dispositivi di tenuta grazie all'interstizio previsto tra tali dispositivi e l'albero di trasmissione, ed in particolare bagna gli elementi anulari di ciascun dispositivo di tenuta garantendone la lubrificazione delle facce planari di contatto. Con un unico circuito di flussaggio si garantisce pertanto il funzionamento del cuscinetto idrodinamico e la lubrificazione dei dispositivi di tenuta .

Secondo un perfezionamento, il circuito è posto in comunicazione con l'interstizio mediante almeno un ingresso ed almeno un'uscita presenti rispettivamente nelle parti stazionarie dei due dispositivi di tenuta .

Secondo un perfezionamento ulteriore, è previsto almeno un foro di passaggio per il fluido nella flangia intermedia.

Il fluido di lavoro viene quindi fatto scorrere in pressione all'interno del sistema da una estremità all'altra, entrando in corrispondenza di un primo dispositivo di tenuta ed uscendo in corrispondenza dell'ulteriore dispositivo di tenuta. Il foro di passaggio nella flangia intermedia è oltrepassato dal condotto che costituisce il circuito idraulico, o in alternativa è provvisto di un collettore passante a cui sono collegati i condotti sugli opposti lati della flangia.

In questo modo il circuito di flussaggio non ha necessità di ulteriori fori nella paratia, ma è compreso nel medesimo blocco del sistema, e può pertanto essere almeno per la maggior parte assemblato in fase di fabbricazione preventiva all'installazione. È tuttavia possibile praticare fori nella paratia in corrispondenza dei fori nella flangia intermedia, in modo da identificare un unico passaggio attraverso i due elementi per il fluido di lavoro .

In un esempio esecutivo è previsto un manicotto di rivestimento dell'albero di trasmissione interposto tra l'albero di trasmissione stesso ed il cuscinetto e tra l'albero di trasmissione stesso ed i dispositivi di tenuta.

Ciò consente di non accoppiare direttamente le parti rotanti dei dispositivi di tenuta all'albero di trasmissione ma di accoppiare le stesse al detto manicotto comune, che si estende per tutta la lunghezza del sistema lungo l'asse di rotazione. Questo accorgimento ha il grande vantaggio di consentire un precarico dei dispositivi di tenuta, ed in particolare dei mezzi di spinta degli elementi anulari di scorrimento, che sono necessari per mantenere le due facce di contatto in ciascun dispositivo di tenuta poste in contatto tra loro. Tale operazione può essere effettuata preventivamente all'installazione e permette quindi di non dover effettuare l'operazione di carico in modo asimmetrico prima da una parte e poi dall'altra, operazione resa ancora più difficoltosa dalla presenza della paratia stessa. È comunque possibile prevedere una variante esecutiva in cui non è presente il manicotto ed in cui il cuscinetto supporta direttamente l'albero di trasmissione e l'albero di trasmissione è accoppiato direttamente alle parti rotanti dei dispositivi di tenuta.

In un esempio esecutivo preferito è previsto un collarino di serraggio per l'accoppiamento del manicotto di rivestimento all'albero di trasmissione.

Secondo una forma esecutiva, l'elemento tubolare è provvisto alle opposte estremità di flange terminali aventi mezzi di fissaggio alle parti stazionarie dei rispettivi dispositivi di tenuta.

Secondo una forma esecutiva ulteriore, ogni parte accessibile dall'esterno è di materiale non infiammabile .

Ciò consente di avere un sistema di tenuta completamente resistente alla fiamma.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi non limitativi illustrati nei disegni allegati in cui:

la fig. 1 illustra una vista in sezione del sistema;

la fig. 2 illustra una vista laterale;

le figg. 3 e 4 illustrano due viste prospettiche sugli opposti lati della paratia;

la fig. 5 illustra una vista in sezione di un ulteriore esempio esecutivo.

Nella vista in sezione di figura 1 sono visibili tutti gli elementi che costituiscono il sistema di tenuta meccanica per il passaggio dell'albero di trasmissione, non illustrato nelle figure, attraverso una paratia.

Il sistema comprende un elemento tubolare 1 atto ad alloggiare e supportare parte dell'albero di trasmissione mediante un cuscinetto idrodinamico 2. In figura 1 è visibile il vano di alloggiamento 3 dell'albero di trasmissione definito dall'elemento tubolare 1 e l'asse di rotazione R dell'albero di trasmissione .

L'elemento tubolare 1 è provvisto di una flangia intermedia 10 atta a fissare il sistema al bordo dell'apertura nella paratia. Ovviamente la flangia 10 deve avere diametro maggiore rispetto all'apertura nella paratia, in modo da sovrapporsi per una predeterminata estensione anulare al bordo della paratia, al quale può essere fissata mediante opportuni mezzi di fissaggio quali saldatura e bulloni.

L'elemento tubolare 1 presenta due estremità 11 e 12 opposte lungo l'asse di rotazione R dell'albero di trasmissione ed è accoppiato in corrispondenza di ciascuna estremità ad un rispettivo dispositivo di tenuta meccanica 41 e 42.

Ciascun dispositivo di tenuta meccanica 41 e 42 comprende una parte stazionaria 410 e 420 accoppiata all'elemento tubolare 1 ed una parte rotante 411 e 421 accoppiata in modo ruotatale alla parte stazionaria 410 e 420 ed in modo solidale all'albero di trasmissione. La parte stazionaria 410 e 420 e la parte rotante 411 e 421 sono provviste rispettivamente di un elemento anulare di scorrimento stazionario 412 e 422 e di un elemento anulare di scorrimento rotante 413 e 423, i quali elementi anulari di scorrimento sono provvisti ciascuno di una faccia planare di contatto, essendo le due facce di contatto complanari e poste in contatto tra loro.

Come dispositivi di tenuta meccanica 41 e 42 sono preferibilmente utilizzati dispositivi come descritti nel documento EP2762758 della stessa titolare .

L'elemento tubolare 1 è accoppiato ai due dispositivi di tenuta 41 e 42 grazie alla presenza alle opposte estremità 11 e 12 di flange terminali 110 e 120 aventi mezzi di fissaggio alle parti stazionarie 410 e 420 dei rispettivi dispositivi di tenuta 41 e 42. Tali mezzi di fissaggio sono preferibilmente viti e/o bulloni.

L'accoppiamento delle parti stazionarie 410 e 420 in modo solidale all'albero di trasmissione ed il supporto dell'albero di trasmissione da parte del cuscinetto 2 sono effettuati in presenza di un manicotto 5 di rivestimento dell'albero di trasmissione, il quale manicotto 5 è interposto tra l'albero di trasmissione stesso ed il cuscinetto 2 ed i dispositivi di tenuta 41 e 42.

Il manicotto 5 si estende per tutta la lunghezza del sistema lungo l'asse di rotazione R e garantisce la tenuta, ossia impedisce il trafilamento di liquido lungo l'albero di trasmissione, grazie ad un anello di guarnizione o o-ring 51 interposto tra l'albero di trasmissione e il manicotto 5, ed alloggiato in una opportuna sede radiale ricavata nella parete interna del manicotto 5.

Il manicotto di rivestimento 5 è accoppiato all'albero di trasmissione mediante un collarino di serraggio 6, previsto ad una estremità del manicotto di rivestimento 5. Il collarino è costituito da due complementari elementi semianulari, i quali sono accoppiabili e disaccoppiabili tra di loro tramite mezzi di fissaggio amovibile rispettivamente in una condizione di serraggio e di apertura dell'elemento anulare rispetto all'albero di trasmissione e al manicotto 5. Il bordo anulare radialmente più interno del collarino 6 è provvisto di uno scalino radiale, in modo da essere suddiviso in due zone con differente distanza dall'asse di rotazione R: una prima zona ha diametro corrispondente al diametro dell'albero di trasmissione e una seconda zona ha diametro corrispondente al diametro del manicotto 5, in modo tale per cui il collarino si sovrappone in parte all'albero di trasmissione ed in parte al manicotto 5 ed in condizione di serraggio stringe entrambi tali elementi accoppiandoli tra di loro.

Le parti rotanti 411 e 421 sono accoppiate al manicotto 5, preferibilmente mediante grani.

Il vano 20 per il fluido del cuscinetto idrodinamico è in comunicazione idraulica con due interstizi 21 e 22 previsti tra parte di ciascun dispositivi di tenuta 41 e 42 e l'albero di trasmissione. Gli interstizi 21 e 22 ed il vano 20 costituiscono pertanto un'unica camera di forma sostanzialmente tubolare attorno al manicotto 5. Per ciascun dispositivo di tenuta 41 o 42 l'interstizio 21 o 22 si estende per tutta la parte stazionaria 410 o 420 e per la zona degli elementi anulari di scorrimento, terminando in corrispondenza della parte rotante 411 o 421, la quale parte rotante è provvista di un anello di guarnizione o o-ring interposto tra la parte rotante stessa e il manicotto 5.

È previsto un circuito di flussaggio 7 di un fluido di lavoro, schematizzato in figura 1. Il circuito 7 comprende un condotto 70, una pompa 71 e un serbatoio 72.

Grazie alla presenza di un'unica camera costituita dal vano 20 e dagli interstizi 21 e 22, il fluido di lavoro ha il duplice scopo di sostegno del manicotto 5 nel cuscinetto idrodinamico 2 e di lubrificazione delle facce planari di contatto degli elementi anulari 412, 413, 422 e 423 di ciascun dispositivo di tenuta 41 e 42.

Il circuito 7 è posto in comunicazione con la camera costituita dal vano 20 e dagli interstizi 21 e 22 mediante un ingresso 73 ed un'uscita 74 presenti rispettivamente nelle parti stazionarie dei due dispositivi di tenuta: l'ingresso 73 è previsto nella parte stazionaria 420 del dispositivo di tenuta 42 e l'uscita 74 è prevista nella parte stazionaria 410 del dispositivo di tenuta 41.

In una forma esecutiva alternativa, illustrata ad esempio nelle figure 3 e 4, l'ingresso 73 e l'uscita 74 sono previsti nella parte stazionaria del medesimo dispositivo di tenuta.

In figura 2 è illustrato il sistema in una vista laterale dall'esterno. È possibile riconoscere l'elemento tubolare 1, con la flangia intermedia 10 e le flange terminali 110 e 120 a cui sono accoppiati i dispositivi di tenuta 41 e 42. In prossimità del dispositivo di tenuta 42 è posizionato il collarino di serraggio 6.

Ogni parte accessibile dall'esterno è di materiale non infiammabile. In una forma esecutiva preferita tale materiale è metallico, in particolare bronzo. Tutti gli elementi di materiale infiammabile, come ad esempio gli anelli di guarnizione visibili in figura 1, si trovano all'interno del sistema e non sono raggiungibili dalle fiamme. Gli elementi anulari di scorrimento 412, 422, 413 e 423 sono preferibilmente in grafite e/o in carburo di silicio. Tuttavia tali elementi anulari di scorrimento non sono raggiungibili dall'esterno dalle fiamme, in quanto la feritoia presente nei dispositivi di tenuta tra la parte stazionaria e la parte rotante è di dimensioni estremamente ridotte.

Nelle figure 3 e 4 il sistema è illustrato in condizione accoppiata alla paratia 8. Come è visibile, la flangia intermedia 10 è applicata sul bordo del foro nella paratia, ed è fissata mediante bulloni. Come già detto, e come appare evidente dalla figura, la flangia intermedia 10 deve avere diametro maggiore dell'apertura nella paratia 8; le flange terminali 110 e/o 120 e i dispositivi di tenuta 41 e/o 42, al contrario, devono avere diametro minore dell'apertura per poter esservi inseriti.

Sono visibili due condotti 70 che fanno parte del circuito di flussaggio 7, e sono rispettivamente collegati ad un ingresso 73 e a un'uscita 74 presenti nel dispositivo di tenuta 41.

Sono inoltre previsti due fori di passaggio per il fluido di lavoro nella flangia intermedia 10 e nei corrispondenti punti della paratia, e sono presenti collettori per i condotti 70 e per ulteriori condotti, non illustrati in figura, collegabili dall'altra parte della paratia alla pompa e 71 e al serbatoio 72, anche essi non illustrati in figura.

In questo caso, a differenza dell'esempio di figura 1, non c'è un condotto che esce da un primo dispositivo di tenuta meccanica, passa la paratia, viene condotto al serbatoio 72 e conseguentemente alla pompa 71 e viene quindi reimmesso nell'ulteriore dispositivo di tenuta meccanica, ma il condotto esce e rientra nello stesso dispositivo di tenuta meccanica 41 e passa la paratia per essere congiunto dall'altro lato con il serbatoio 72 e la pompa 71. Il fluido viene comunque fornito ad entrambi i dispositivi di tenuta meccanica 41 e 42 e al cuscinetto idrodinamico 2, essendo tutti i tre elementi collegati idraulicamente l'uno all'altro. Il serbatoio 72 e la pompa 71 possono essere dallo stessa parte della paratia del dispositivo di tenuta meccanico provvisto di ingresso ed uscita per il condotto; in questo caso il condotto non prevede passaggi di paratia.

In alternativa è possibile prevedere in entrambi i dispositivi di tenuta meccanica 41 e 42 un ingresso ed un'uscita per il condotto 70.

L'elemento tubolare 1 può estendersi in direzione dell'asse di rotazione R in misura qualsivoglia, come da stabilirsi in fase di progettazione. In un caso limite illustrato in figura 5, l'elemento tubolare non si estende in direzione dell'asse di rotazione R, e l'elemento intermedio è pertanto costituito unicamente dalla flangia 10, a cui sono fissati i dispositivi di tenuta meccanica 41 e 42 rivolti in versi opposti tra loro.

È possibile in questo caso sia prevedere il cuscinetto idrodinamico 2, in comunicazione idraulica con i dispositivi di tenuta meccanica 41 e 42, sia omettere il cuscinetto idrodinamico.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di tenuta meccanica per un albero di trasmissione che si estende attraverso un'apertura in una paratia (8), caratterizzato dal fatto che comprende un elemento intermedio (1) atto ad alloggiare parte dell'albero di trasmissione, il quale elemento intermedio (1) è provvisto di una flangia intermedia (10) avente mezzi di fissaggio al bordo della detta apertura, presentando l'elemento intermedio (1) due estremità (11, 12) opposte lungo l'asse di rotazione (R) dell'albero di trasmissione, ciascuna estremità (11, 12) essendo provvista di un rispettivo dispositivo di tenuta meccanica (41, 42) comprendente una parte stazionaria (410, 420) accoppiata all'elemento intermedio (1) ed una parte rotante (411, 421) accoppiata in modo ruotabile alla parte stazionaria (410, 420) ed in modo solidale all'albero di trasmissione, essendo la parte stazionaria (410, 420) e la parte rotante (411, 421) provviste rispettivamente di un elemento anulare di scorrimento stazionario (412, 422) e di un elemento anulare di scorrimento rotante (413, 423), i quali elementi anulari di scorrimento (412, 413, 422, 423) sono provvisti ciascuno di una faccia planare di contatto, essendo le due facce di contatto in ciascun dispositivo di tenuta (41, 42) complanari e poste in contatto tra loro.
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui l'elemento intermedio è un elemento tubolare (1) che supporta la detta parte dell'albero di trasmissione mediante un cuscinetto (2).
3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il cuscinetto (2) è di tipo idrodinamico.
4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui tra ciascun dispositivo di tenuta (41, 42) e l'albero di trasmissione è previsto almeno in parte un interstizio (21, 22) in comunicazione con il cuscinetto idrodinamico (2), essendo previsto un circuito di flussaggio (7) di un fluido di lavoro, il quale circuito (7) comprende almeno un condotto (70), almeno una pompa (71) e almeno un serbatoio (72).
5. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui il circuito (7) è posto in comunicazione con l'interstizio (21, 22) mediante almeno un ingresso (73) ed almeno un'uscita (74) presenti rispettivamente nelle parti stazionarie (410, 420) dei due dispositivi di tenuta (41, 42) o presenti nella parte stazionaria (410, 420) del medesimo dispositivo di tenuta (41, 42).
6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui è previsto almeno un foro di passaggio per il fluido nella flangia intermedia (10).
7. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui è previsto un manicotto di rivestimento (5) dell'albero di trasmissione, il quale manicotto (5) è interposto tra l'albero di trasmissione stesso ed il cuscinetto (2) e tra l'albero di trasmissione stesso ed i dispositivi di tenuta (41, 42).
8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui è previsto un collarino di serraggio (6) per l'accoppiamento del manicotto (5) all'albero di trasmissione .
9. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui l'elemento tubolare (1) è provvisto alle opposte estremità (11, 12) di flange terminali (110, 120) aventi mezzi di fissaggio alle parti stazionarie (410, 420) dei rispettivi dispositivi di tenuta (41, 42).
10. Sistema secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui ogni parte accessibile dall'esterno è di materiale non infiammabile.