ITBO20130394A1 - Dispositivo di tenuta meccanica - Google Patents

Description

Descrizione

DISPOSITIVO DI TENUTA MECCANICA

Campo tecnico

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di tenuta meccanica destinato all’impiego in pompe centrifughe e simili.

Arte nota

È noto che le pompe centrifughe necessitano di essere opportunamente isolate dall’ambiente esterno. In particolare à ̈ richiesto che gli organi operativi della pompa non vengano in contatto con sostanze che possano danneggiarli. Una zona critica da questo punto di vista à ̈ costituita dall’accoppiamento fra gli organi motori e gli organi di pompaggio. L’albero motore fuoriesce infatti da un’apertura del corpo della pompa contenente gli organi motori per accoppiarsi con gli organi di pompaggio in contatto con il fluido.

Per impedire trafilamenti di fluido all’interno del corpo della pompa sono usualmente impiegati dispositivi di tenuta meccanica che impegnano l’albero motore. Un dispositivo di tenuta meccanica di tipo noto prevede l’impiego di un anello stazionario che à ̈ associato in maniera ermetica al corpo della pompa, in corrispondenza dell’apertura di uscita dell’albero motore. L’anello stazionario definisce una prima faccia di tenuta che à ̈ frontalmente a contatto con una seconda faccia di tenuta definita da un anello rotante, associato all’albero motore. La faccia di tenuta dell’anello rotante à ̈ mantenuta in contatto con la faccia di tenuta dell’anello stazionario mediante un organo di spinta sollecitato da opportuni mezzi elastici. L’organo di spinta à ̈ vincolato assialmente, ad esempio mediante un anello di fermo, all’albero motore della pompa.

Un dispositivo di tenuta meccanica di questo tipo à ̈ illustrato nel brevetto US 7,344,356. Tale dispositivo di tenuta meccanica prevede un gruppo rotante comprendente un anello rotante che à ̈ mantenuto in contatto con un anello stazionario associato al corpo della pompa mediante un organo a soffietto di materiale elastomerico. L’organo a soffietto à ̈ sollecitato da una molla elicoidale contenuta all’interno di un alloggiamento dell’organo a soffietto e agente a riscontro di un piatto di trattenimento, vincolato all’albero motore per mezzo di un anello di fermo. Un anello distanziatore à ̈ montato sull’albero tra il piatto di trattenimento della molla e l’alloggiamento dell’organo a soffietto per impedire disallineamenti dello stesso organo a soffietto.

Il brevetto EP 1 209 388 illustra a sua volta un dispositivo di tenuta meccanica comprendente un anello rotante che à ̈ in contatto scorrevole con un anello stazionario associato ermeticamente all’involucro della pompa e disposto coassialmente all’albero motore. L’anello rotante à ̈ connesso ermeticamente a un manicotto montato sull’albero motore, tramite il quale à ̈ mantenuto posizionato in direzione assiale. Il manicotto presenta una porzione di fermo che à ̈ innestata in corrispondenza dell’anello rotante senza che si abbia una rotazione relativa tra il manicotto e l’anello rotante.

Un limite degli attuali dispositivi di tenuta meccanica à ̈ costituito dallo slittamento assiale dell’organo a soffietto, che si può verificare a seguito di un uso prolungato nel tempo dello stesso dispositivo di tenuta. Il disallineamento assiale dell’organo a soffietto compromette il mantenimento del contatto tra le facce di tenuta rispettivamente dell’anello stazionario e dell’anello rotante, sicché non à ̈ garantita una tenuta stabile nel tempo.

Un ulteriore problema lamentato nei dispositivi di tenuta meccanica di tipo noto à ̈ costituito dalla difficoltà di montaggio, derivante anche dal numero rilevante di componenti. L’eventuale presenza di errori nella fabbricazione o nel montaggio di tali componenti può determinare un contatto non ottimale tra l’anello stazionario e l’anello rotante.

Pertanto le soluzioni attualmente note non soddisfano pienamente le esigenze degli utilizzatori sia in termini di efficienza che di funzionalità.

Presentazione dell’invenzione

Il compito della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i problemi citati, escogitando un dispositivo di tenuta meccanica che consenta di assicurare una tenuta stabile nel tempo in pompe centrifughe e simili.

Nell'ambito di tale compito, Ã ̈ ulteriore scopo della presente invenzione quello di fornire un dispositivo di tenuta meccanica in grado di evitare spostamenti assiali dei componenti condotti in rotazione.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo di tenuta meccanica che si presti a un agevole montaggio.

Un altro scopo ancora dell’invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo di tenuta meccanica di semplice concezione costruttiva e funzionale, dotato di funzionamento sicuramente affidabile, di impiego versatile, nonché di costo relativamente economico.

Gli scopi citati vengono raggiunti, secondo la presente invenzione, dal dispositivo di tenuta meccanica secondo la rivendicazione 1.

Secondo la presente invenzione, il dispositivo di tenuta meccanica comprende un organo a soffietto che à ̈ atto a sollecitare elasticamente in direzione assiale un anello rotante associato coassialmente all’albero motore della pompa per mantenere lo stesso anello rotante a contatto con un anello stazionario associato al corpo della pompa, detto organo a soffietto presentando una porzione terminale atta ad inserirsi in corrispondenza di una sede praticata sul detto albero motore per bloccare lo spostamento assiale di detto anello rotante.

Preferibilmente detta sede praticata sul detto albero motore per bloccare lo spostamento assiale di detto anello rotante à ̈ costituita da una gola anulare. Detta porzione terminale dell’organo a soffietto à ̈ costituita da una corona anulare che risulta sporgente per una sua parte verso l’interno di detto albero motore per inserirsi in corrispondenza di detta sede praticata sullo stesso albero motore.

Preferibilmente detta corona anulare à ̈ provvista di una pluralità di scanalature che si estendono in direzione radiale attraverso l’intera sezione della stessa corona anulare.

L’organo a soffietto ha sostanzialmente la foggia di un manicotto con profilo interno cilindrico per il montaggio a misura su detto albero motore.

Preferibilmente detto manicotto presenta a un’estremità un labbro che à ̈ atto ad agganciare un bordo di forma coniugata del detto anello rotante associato coassialmente all’albero motore della pompa.

Detto manicotto presenta, alle estremità opposte, rispettivi spallamenti atti a fungere da riscontro a un organo elastico, agente in compressione per fornire una spinta elastica atta a mantenere detta faccia di tenuta dell’anello rotante a contatto con detta faccia di tenuta dell’anello stazionario.

Preferibilmente l’organo a soffietto à ̈ realizzato di materiale elastomerico.

Breve descrizione dei disegni

I particolari dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita del dispositivo di tenuta meccanica secondo l’invenzione, illustrato a titolo indicativo nell’unito disegno, in cui:

la figura 1 mostra una vista in sezione assiale del dispositivo di tenuta meccanica in oggetto posizione di impiego in una pompa centrifuga;

la figura 2 mostra una vista in prospettiva di un particolare ingrandito del dispositivo di tenuta meccanica secondo la presente invenzione.

Forme di realizzazione dell’invenzione

Con particolare riferimento a tali figure, si à ̈ indicato nell’insieme con 1 il dispositivo di tenuta meccanica destinato all’impiego in una pompa centrifuga e simili. In particolare il dispositivo 1 à ̈ destinato a essere associato all’albero motore 2 della pompa. L’albero motore 2 si estende esternamente a un corpo 3 della pompa, attraverso un’apertura 30; l’albero motore 2 à ̈ atto ad essere messo in rotazione, in modo di per sé noto, da un opportuno gruppo motore alloggiato all’interno del corpo 3, non illustrato in figura.

Il dispositivo di tenuta meccanica 1 comprende un anello stazionario 4, coassiale all’albero motore 2 e associato stabilmente al corpo 3 della pompa mediante l’interposizione di una guarnizione 5. La guarnizione 5 à ̈ atta ad assicurare la tenuta ermetica fra l’anello stazionario 4 e il corpo 3 della pompa. L’albero motore 2 attraversa con opportuno gioco l’anello stazionario 4, in maniera da essere liberamente girevole rispetto ad esso.

L’anello stazionario 4 definisce una prima faccia di tenuta 40 su un piano sostanzialmente perpendicolare all’asse dell’albero motore 2. Con l’anello stazionario 4 à ̈ atto a cooperare un anello rotante 6 che definisce a sua volta una seconda faccia di tenuta 60 su un piano sostanzialmente perpendicolare all’asse dell’albero motore 2, contraffacciata in posizione di montaggio alla prima faccia di tenuta 40 dell’anello stazionario 4.

L’anello rotante 6 à ̈ associato coassialmente all’albero motore 2, in modo da ruotare in sincronismo con esso, come precisato nel seguito.

Preferibilmente l’anello stazionario 4 e l’anello rotante 6 sono realizzati di materiali dotati di una elevata resistenza all’usura, quali ad esempio carburo di silicio, carburo di tungsteno e simili; alternativamente l’anello stazionario 4 e l’anello rotante 6 possono essere realizzati rispettivamente di teflon e allumina, in caso di impiego in condizioni altamente corrosive.

L’anello rotante 6 à ̈ sollecitato in direzione assiale da un organo a soffietto 7, preferibilmente realizzato di materiale elastomerico, disposto coassialmente sull’albero motore 2. L’organo a soffietto 7 à ̈ atto a mantenere la faccia di tenuta 60 dell’anello rotante 6 a contatto con la faccia di tenuta 40 dell’anello stazionario 4, mediante una idonea spinta elastica.

L’organo a soffietto 7 ha sostanzialmente la foggia di un manicotto con profilo interno cilindrico per il montaggio a misura sull’albero motore 2. Tale manicotto presenta a un’estremità un labbro 8 che à ̈ atto ad agganciare un bordo di forma coniugata dell’anello rotante 6; all’estremità opposta, il manicotto presenta uno spallamento 9 che à ̈ atto a fungere da riscontro a un organo elastico 10, ad esempio costituito da una molla elicoidale, agente in compressione su una contrapposta superficie 13 dell’organo a soffietto 7 per fornire la citata spinta elastica atta a mantenere la faccia di tenuta 60 dell’anello rotante 6 a contatto con la faccia di tenuta 40 dell’anello stazionario 4. Opportunamente la molla 10 agisce sull’organo a soffietto 7 per interposizione di guarnizioni metalliche 11, 12 atte a preservarne le superfici.

Dal lato rivolto verso l’esterno, rispetto al corpo 3 della pompa, l’organo a soffietto 7 conforma una porzione terminale 14 atta ad inserirsi in corrispondenza di una sede 20 praticata sull’albero motore 2; la sede 20 à ̈ costituita ad esempio da una gola anulare, praticata a margine di un tratto scanalato 21 dell’albero destinato all’accoppiamento con gli organi di pompaggio. A tal fine la porzione terminale 14 dell’organo a soffietto 7 risulta sporgente per una sua parte verso l’interno dell’albero motore 2, rispetto al citato profilo interno del manicotto.

Come visibile in dettaglio in fig.2, la porzione terminale 14 dell’organo a soffietto 7 à ̈ costituita da una corona anulare avente sezione trasversale circolare o quadra destinata ad essere posizionata nella citata gola 20 dell’albero motore 2. Opportunamente la porzione terminale 14 à ̈ provvista di una pluralità di scanalature 15, regolarmente distanziate, che si estendono in direzione radiale attraverso l’intera sezione della corona anulare; ovviamente à ̈ possibile prevedere che la suddetta porzione terminale dell’organo a soffietto sia priva di tali scanalature radiali.

Il funzionamento del dispositivo di tenuta meccanica risulta facilmente comprensibile dalla descrizione che precede.

Per eseguire il montaggio del dispositivo di tenuta meccanica, si provvede a inserire sull’albero motore 2 il gruppo rotante comprendente l’anello 6 e l’organo a soffietto 7. L’inserimento dell’organo a soffietto 7 à ̈ facilitato dalle scanalature radiali 15 presenti sulla porzione terminale 14 che consentono l’allargamento della corona anulare costituente tale porzione terminale. Opportunamente la corona anulare presenta, dal lato di introduzione, uno smusso che facilita il succitato allargamento.

Al termine dell’inserimento, la porzione terminale 14 dell’organo a soffietto 7 si inserisce nella sede 20 anulare prevista sull’albero motore 2, in maniera da bloccare in direzione assiale lo stesso organo a soffietto 7. È da osservare che dal lato opposto allo smusso la corona anulare costituente la porzione terminale 14 risulta opportunamente spianata, così da andare a riscontro del contrapposto fianco della sede 20 e impedire in tal modo la fuoriuscita dalla stessa sede 20. Oltre a bloccare in direzione assiale l’organo a soffietto 7, la porzione terminale 14 svolge anche una funzione di calettamento dell’organo a soffietto 7 sull’albero motore 2.

In fase di funzionamento della pompa, l’organo a soffietto 7 esercita tramite la molla 10 un’adeguata spinta sull’anello rotante 6, così da mantenere a contatto la faccia di tenuta 60 di tale anello rotante 6 con la contrapposta faccia di tenuta 40 dell’anello stazionario 4 montato sul corpo 3 della pompa. La porzione terminale 14 dell’organo a soffietto 7 assicura il bloccaggio sull’albero motore 2, impedendo eventuali spostamenti assiali dell’organo a soffietto 7.

Il dispositivo secondo la presente invenzione raggiunge pertanto lo scopo di realizzare una tenuta meccanica che risulti stabile nel tempo, evitando eventuali spostamenti assiali del gruppo rotante.

Questo risultato à ̈ ottenuto essenzialmente grazie all’idea inventiva di rendere autobloccante l’organo a soffietto tramite l’impegno di una sua porzione terminale in una apposita sede anulare realizzata sull’albero motore della pompa. Non sono pertanto richiesti organi accessori per bloccare assialmente l’organo a soffietto rispetto all’albero motore, come viceversa avviene nella tecnica nota.

Ciò determina altresì una semplificazione della struttura del dispositivo di tenuta meccanica, che presenta in particolare un numero ridotto di componenti.

Una prerogativa del dispositivo secondo la presente invenzione à ̈ di rendere più semplice e rapida la fase di montaggio del dispositivo di tenuta meccanica, non essendo richiesto il bloccaggio assiale del gruppo rotante.

Un ulteriore vantaggio offerto dal dispositivo secondo la presente invenzione à ̈ l’aumentata superficie di contatto dell’organo a soffietto con l’albero motore, che rende più stabile l’organo a soffietto.

È inoltre da osservare che, nel caso in cui in fase di montaggio venisse danneggiata la porzione di estremità dell’organo a soffietto, non sarebbe comunque compromessa l’effettiva funzione di tenuta del dispositivo in quanto tale funzione à ̈ legata al contatto assiale tra l’anello stazionario e l’anello rotante sollecitato elasticamente dall’organo a soffietto.

Il dispositivo di tenuta meccanica descritto a titolo esemplificativo à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti a seconda delle diverse esigenze.

Nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali impiegati, nonché la forma e le dimensioni, possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Laddove le caratteristiche tecniche menzionate in ogni rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati inclusi al solo scopo di aumentare la comprensione delle rivendicazioni e di conseguenza essi non hanno alcun valore limitativo sullo scopo di ogni elemento identificato a titolo d’esempio da tali segni di riferimento.

Claims (9)

1. Rivendicazioni 1) Dispositivo di tenuta meccanica in una pompa comprendente un corpo (3) di alloggiamento di un organo motore e un albero motore (2) che si estende esternamente attraverso un’apertura (30) del detto corpo (3); detto dispositivo comprendendo un anello stazionario (4) associato in maniera ermetica a detto corpo (3) della pompa e definente una prima faccia di tenuta (40) su un piano sostanzialmente perpendicolare all’asse del detto albero motore (2); un anello rotante (6) associato coassialmente a detto albero motore (2) e definente una seconda faccia di tenuta (60) su un piano sostanzialmente perpendicolare all’asse del detto albero motore (2), contraffacciata in posizione di montaggio a detta prima faccia di tenuta (40) dell’anello stazionario (4); un organo a soffietto (7) associato coassialmente a detto albero motore (2) e atto a sollecitare in direzione assiale detto anello rotante (6) per mantenere detta seconda faccia di tenuta (60) dell’anello rotante (6) a contatto con detta prima faccia di tenuta (40) dell’anello stazionario (4), caratterizzato dal fatto che detto organo a soffietto (7) presenta una porzione terminale (14) atta ad inserirsi in corrispondenza di una sede (20) praticata sul detto albero motore (2) per bloccare lo spostamento assiale di detto anello rotante (6).
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sede (20) praticata sul detto albero motore (2) per bloccare lo spostamento assiale di detto anello rotante (6) Ã ̈ costituita da una gola anulare.
3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta porzione terminale (14) di detto organo a soffietto (7) à ̈ costituita da una corona anulare che risulta sporgente per una sua parte verso l’interno di detto albero motore (2) per inserirsi in corrispondenza di detta sede (20) praticata sullo stesso albero motore (2).
4. 4) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 3, caratterizzato dal fatto che detta porzione terminale (14) di detto organo a soffietto (7) à ̈ provvista di una pluralità di scanalature (15) che si estendono in direzione radiale attraverso l’intera sezione della stessa porzione terminale (14).
5. 5) Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta porzione terminale (14) di detto organo a soffietto (7) presenta, dal lato di introduzione del detto organo a soffietto (7) su detto albero motore (2), uno smusso atto a facilitare l’allargamento dello stesso organo a soffietto (7).
6. 6) Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto organo a soffietto (7) ha sostanzialmente la foggia di un manicotto con profilo interno cilindrico per il montaggio a misura su detto albero motore (2).
7. 7) Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto manicotto presenta a un’estremità un labbro (8) che à ̈ atto ad agganciare un bordo di forma coniugata del detto anello rotante (6).
8. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che detto manicotto presenta, alle estremità opposte, rispettivi spallamenti (9, 13) atti a fungere da riscontro a un organo elastico (10), agente in compressione per fornire una spinta elastica atta a mantenere detta faccia di tenuta (60) dell’anello rotante (6) a contatto con detta faccia di tenuta (40) dell’anello stazionario (4).
9. 9) Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto organo a soffietto (7) Ã ̈ realizzato di materiale elastomerico.