ITMI940618A1

ITMI940618A1 - Guarnizione per alberi con anelli di tenuta disposti consecutivamente

Info

Publication number: ITMI940618A1
Application number: IT000618A
Authority: IT
Inventors: Axel Harms
Original assignee: Mtu Motoren Und Turbinen Union Munchen Gmbh
Priority date: 1993-05-06
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-01
Also published as: US5480160A; ITMI940618A0; GB9404422D0; FR2704923B1; GB2277783A; DE4315004C1; FR2704923A1; GB2277783B; IT1273397B

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Guarnizione per alberi con anelli di tenuta disposti consecutivamente"

Riassunto del trovato

Una guarnizione (5) per alberi per velocità periferiche superiori a 30 m/s e per una pressione differenziale fra i due spazi da chiudere a tenuta superiore a 100 kP, presenta più anelli di tenuta (12a, b, 20, 22 ) disposti consecutivamente. Almeno due anelli di tenuta, lato-alta pressione, sono realizzati come anelli di scorrimento (12a, b) , che per mezzo di una molla di .trazione (17), avvolta attorno alla superficie periferica esterna, vengono serrati contro l'albero. Un anello di tenuta lato-bassa pressione è previsto come guarnizione (20) a spazzola. Fra questa guarnizione (20) a spazzola da un lato e gli anelli di scorrimento (12a, b) dall'altro lato è disposto un anello (22) di aria di sbarramento, che con'l'albero (1) forma una intercapedine radiale (24) sollecitata dalla pressione di sbarramento. In tal caso la pressione dell'aria di sbarramento è inferiore alla pressione nello spazio (HD) di alta pressione ed è superiore alla pressione nello spazio (ND) di bassa pressione. E' vantaggiosa l'elevata ermeticità e inoltre la resistenza all'usura della guarnizione (5) per alberi, anche per velocità periferiche estremamente alte dell'albero di oltre 100 m/s.

(Figura 1).

Descrizione del trovato

L'invenzione riguarda una guarnizione per alberi per chiudere a tenuta due camere di differente pressione, con più anelli di tenuta, che sono disposti consecutivamente assialmente in una cassa, e dei quali uno oppure più anelli sono realizzati come anelli di scorrimento poggianti l'uno sull'altro e segmentati in direzione periferica, e gli anelli di scorrimento sono serrati elasticamente contro l'albero. Una tale guarnizione per albero è nota dal brevetto statunitense US-A-2 908 516.

Le guarnizioni ad anelli di 'scorrimento sono guarnizioni per alberi generalmente usuali per alti numeri di giri ed elevate velocità periferiche. Tali guarnizioni ad anelli di scorrimento vengono utilizzate per evitare in misura estremamente ampia uno scambio di fluido o una compensazione di pressione fra due spazi, che sono separati da una cassa di macchina attraversata dall'albero. Spesso le guarnizioni ad anelli di scorrimento in corrispondenza della loro superficie periferica lato-albero presentano cave collegate con uno spazio del fluido della cassa. In seguito all'effetto idrodinamico del fluido fra albero ed anello di scorrimento, gli anelli di scorrimento si sollevano dall'albero riducendo in tal modo lo sfregamento della guarnizione. Tali conformazioni ad anelli di scorrimento sono illustrate, ad esempio, dal brevetto tedesco DE 26 46 475 B2. Per mantenere tuttavia entro limiti la fuga per difetto di tenuta nell'intercapedine fra l'albero e l'anello di scorrimento, dal brevetto statunitense US-2 908 516 è previsto il fatto di serrare contro l'albero mediante una molla di trazione l'anello di scorrimento, segmentato in direzione periferica, in corrispondenza della sua superficie periferica lato-cassa. Tuttavia è risultato che tali guarnizioni ad anelli di scorrimento per una velocità periferica superiore a circa 30 m/s e per una pressione differenziale fra i due spazi da chiudere a tenuta, di circa più di 100 kPa, non possono più garantire la necessaria ermeticità.

Partendo da ciò l'invenzione si pone il compito di realizzare una guarnizione per alberi del genere in questione, che, anche con alte velocità periferiche dell'albero mantiene modesta la corrente di fughe per difetto di tenuta fra gli spazi da chiudere a tenuta e sollecitati con differente pressione. Infine è necessario provvedere ad un funzionamento della guarnizione per alberi il più.possibile senza abrasione.

Secondo l'invenzione il problema viene risolto per il fatto che dal lato di bassa pressione nella cassa è prevista una guarnizione a spazzola, che forma con l'albero una intercapedine radiale, sollecitata da pressione di sbarramento, e la pressione dell'aria di sbarramento è inferiore alla pressione nello spazio di alta pressione e superiore alla pressione nello spazio di bassa pressione. La disposizione secondo l'invenzione presenta il vantaggio che la corrente di fuga per difetto di tenuta, anche per una velocità periferica dell'albero superiore a 100 m al secondo, e un numero di giri superiore a 15.000 giri al minuto, può essere mantenuta entro limiti accettabili. L'ermeticità della disposizione di tenuta, elevata rispetto alle soluzioni note dall'attuale stato della tecnica, alla richiesta elevata velocità periferica dell'albero, viene ottenuta introducendo la guarnizione ad aria di sbarramento fra gli anelli di scorrimento lato-alta pressione e la guarnizione a spazzola lato-bassa pressione, che riduce ampiamente una fuoriuscita dell'aria di sbarramento nello spazio di bassa pressione. Un influenzamento dell'intercapedine idrodinamica fra albero ed anelli di scorrimento, ottimizzante l'ermeticità e la durata utile degli anelli di scorrimento, viene reso possibile mediante l'impostazione della pressione secondo l'invenzione tramite l'aria di sbarramento. Anche per una pressione differenziale fra gli spazi da chiudere a tenuta dell'ordine di 200 kPa ed oltre, non si riscontra alcun sostanziale aumento della corrente di fuga per difetto di tenuta. Con la disposizione assiale compatta degli anelli di tenuta inoltre si risparmia spazio costruttivo radiale. Preferibilmente per il materiale degli anelli di scorrimento si utilizza un poliammide con aggiunta di grafite. Il materiale divenuto noto con il marchio Vespel, è caratterizzato da un'incrementata resistenza all'abrasione e dall'elevata resistenza termica a fatica. Mediante una protezione degli anelli di scorrimento contro rotazione periferica, si evita che gli attestamenti periferici dei segmenti ad anelli di scorrimento durante il funzionamento dell'albero ruotano dalla preassegnata disposizione sfalsata e riducono l'ermeticità della guarnizione per albero. Si ottiene una ermeticità ottimale quando gli anelli di scorrimento fra cassa e loro superficie periferica esterna formano una intercapedine che è sbarrata a tenuta di pressione rispetto alla camera ad alta pressione. Infatti durante il funzionamento è risultato che con una minore pressione nell'intercapedine fra anello di scorrimento e cassa si forma un'ottimale pellicola di scorrimento idrostatica fra anello di scorrimento ed albero, che mantiene modesta l'abrasione degli anelli di scorrimento con buona ermeticità della guarnizione per alberi.

Per il funzionamento della guarnizione per alberi risulta parimenti vantaggiosa una esecuzione, secondo la quale gli anelli di scorrimento in corrispondenza della loro superficie periferica esterna vengono circondati da un anello di sostengo segmentato, che mediante una molla di trazione che è collocata attorno alla sua superficie periferica esterna, serra gli anelli di scorrimento contro l'albero. E' parimenti vantaggioso poter fare a meno di una pluralità di molle di trazione suscettibili di avaria. E' possibile migliorare la facilità di montaggio e la funzionalità della guarnizione per albero, in quanto gli anelli di tenuta vengono sostenuti assialmente fra i fianchi di un anello della cassa a forma di profilato ad U. Una forma di realizzazione preferita dell'invenzione viene illustrata nel seguito con riferimento al disegno allegato. In particolare:

la figura 1 mostra un dettaglio di una sezione longitudinale di un supporto d'albero con guarnizione per alberi in una cassa di macchina, e

la figura 2 mostra una vista parziale prospettica di una guarnizione per alberi con anello di cassa, e

la figura 3 mostra una sezione trasversalme della guarnizione per alberi con anello di cassa secondo la figura 2.

La figura 1 mostra un punto di supporto di un albero 1 in una cassa 2 di macchina. Il cuscinetto 3, disposto concentricamente fra l'albero 1 e la sede di supporto 4 della cassa 2 della macchina, può essere realizzato come cuscinetto a rotolamento o a scorrimento. A distanza assiale dal cuscinetto 3 una guarnizione 5 per alberi è disposta concentricamente fra l'albero 1 e una sede di tenuta 6 della cassa 2 della macchina. L'albero 1 attraversa la cassa 2 della macchina in un'apertura 7 alloggiente la sede di supporto e la sede di guarnizione 4, 6. La cassa 2 della macchina in particolare separa spazialmente uno spazio HD di alta pressione da uno spazio ND di bassa pressione. La guarnizione 5 dell'albero 1, estendentesi dallo spazio HD di altra pressione fino nello spazio ND di bassa pressione, chiude a tenuta la cassa della macchina rispetto allo spazio di alta pressione, rispettivamente di bassa pressione, per evitare fughe per difetto di tenuta oppure perdita di pressione. Come è rappresentato dettagliatamente nelle figure 2 e 3, la guarnizione 5 per alberi si compone di quattro anelli di tenuta disposti consecutivamente assialmente. In esecuzione alternativa rispetto alla disposizione degli anelli di tenuta, rappresentata in figura 1, nella cassa 2 della macchina gli anelli di tenuta sono qui sostenuti assialmente fra i fianchi 9 di un anello 10 della cassa a forma di profilo ad U. A tale scopo i due fianchi 9 si estendono radialmente verso l'interno e il ponticello 11, collegante i fianchi 9, dell'anello 10 della cassa concentrico all'albero 1 forma la chiusura radiale della guarnizione 5 per alberi. Come è mostrato inoltre nelle figure 2 e 3, due anelli di tenuta poggianti l'uno sull'altro sono realizzati come anelli di scorrimento segmentati 12a, b. Per formare un'ottimale pellicola di fluido idrodinamica fra albero 1 e anello di scorrimento 12 l'anello di scorrimento 12a lato-fianco sulla propria superficie di scorrimento 13, ossia sulla propria superficie periferica lato-albero, è dotato di una cava 15 estendentesi in direzione periferica. Tramite una pluralità di canali 15, reciprocamente distanziati in direzione periferica, la cava 14 è in collegamento fluidico con l'attiguo spazio di alta pressione HD. Per garantire movimenti radiali di compensazione degli anelli di scorrimento 12a, b, gli anelli di scorrimento 12a, b sono formati da segmenti 16 di anelli di scorrimento. I rispettivi punti di commettitura o attestamento dei segmenti 16 di un anello di scorrimento 12a sono disposti rispettivamente sfalsati in direzione periferica rispetto ai punti di attestamento ocommettitura del secondo anello di scorrimento 12b. In tal modo si ottiene una maggiore ermeticità. Per un contatto a tenuta fra i due anelli di scorrimento 12a, b, rispetto all'albero 1 provvede una molla di trazione 17 anulare. Questa è avvolta attorno al contorno radialmente esterno di un anello di sostegno 18 segmentato, laddove l'anello di sostegno 18 abbraccia i due anelli di scorrimento 12a, b in corrispondenza delle loro superfici periferiche radialmente esterne 19 . Pertanto la molla di trazione 17 serra, gli anelli di scorrimento 12a, b rispetto all'albero 1.

L'anello di tenuta 8 fronteggiante il fianco 9a lato-anello di scorrimento è realizzato come guarnizione 20 a spazzola. Le setole 21, contattanti l'albero 1, della guarnizione 20 a spazzola aumentano in particolare l'effetto di tenuta della guarnizione 5 per alberi.

L'anello di tenuta 8 disposto assialmente fra la guarnizione 20 a spazzola e gli anelli di scorrimento 12a, è realizzato come anello 22 di aria di sbarramento. Tramite fori radiali 23 l'intercapedine di sbarramento 24, formata radialmente fra albero 1 e superficie periferica radialmente interna dell'anello 22 di aria di sbarramento, viene sollecitata con una pressione di sbarramento Ps. Durante il funzionamento la pressione di sbarramento Ps in tal caso è impostata in modo tale che questa è superiore alla pressione nello spazio ND di bassa pressione e inferiore alla pressione nello spazio HD di alta pressione.

Si ottiene un ottimale effetto di tenuta quando la guarnizione 5 per alberi è montata nella cassa 2 della macchina, in modo tale che gli anelli di scorrimento 12a, b, sono contigui allo spazio HD ad alta pressione e la guarnizione 20 a spazzola è contigua allo spazio ND a bassa pressione .

Claims

Rivendicazioni 1. Guarnizione per alberi, per chiudere a tenuta due spazi di differente pressione, con più anelli di tenuta, che sono disposti assialmente consecutivamente in una cassa e dei quali uno o più sono realizzati come anelli di scorrimento situati l'uno contro l'altro e segmentati in direzione periferica, e gli anelli di scorrimento sono fissati elasticamente contro l'albero, caratterizzata dal fatto che dal lato di bassa pressione nella cassa (2) è prevista una guarnizione (20) a spazzola e fra gli anelli di scorrimento (12a, b) da un lato e la guarnizione (20) a spazzola dall'altro lato è disposto un anello (22) di aria di sbarramento, il quale con l'albero (1) forma una intercapedine radiale (24) sollecitata con aria di sbarramento, e la pressione dell'aria di sbarramento è inferiore alla pressione nello spazio (HD) ad alta pressione e superiore alla pressione nello spazio (ND) a bassa pressione.
2. Guarnizione per alberi secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il materiale degli anelli di scorrimento (12a, b) è un poliammide con aggiunta di grafite .
3. Guarnizione per alberi secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzata dal fatto che gli anelli di scorrimento (12a, b) sono reciprocamente assicurati contro rotazioni relative in direzione periferica.
4. Guarnizione per alberi secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli anelli di scorrimento (12a, b) fra cassa (2) e loro superficie periferica (19) formano una intercapedine sbarrata a tenuta di pressione rispetto alla camera (HD) ad alta pressione.
5. Guarnizione per alberi secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli anelli di scorrimento (12a, b) in corrispondenza della loro superficie periferica esterna (19) vengono abbraciati da un anello di sostegno (18) segmentato, che per mezzo di una molla di trazione (17), collocata attorno alla sua superficie periferica esterna, serra gli anelli di scorrimento (12a, b) contro l'albero (1).
6. Guarnizione per alberi secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli anelli di tenuta (12a, b, 20, 22) vengono sostenuti assialmente fra i due fianchi (9) di un anello (10) della cassa a forma di profilo ad U.
7. Guarnizione per alberi secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che almeno l'anello di scorrimento (12a) lato-alta pressione sulla propria superficie di scorrimento è dotato di una cava (14), che si estende in direzione periferica e presenta collegamenti verso lo spazio (HD) ad alta pressione per l'adduzione di fluido.