ITMI971339A1 - Dispositivo di tenuta meccanica a sostentamento fluidodinamico - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: "DISPOSITIVO DI TENUTA MECCANICA A SOSTENTAMENTO FLUIDODINAMICO"

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di tenuta meccanica a sostentamento fluidodinamico comprendente un anello di battuta fisso ed un anello di battuta rotante presentanti rispettive facce di strisciamento ortogonali all'asse di detti anelli ed attestate l'una contro l'altra, dette facce di strisciamento comprendendo almeno una faccia presentante cavità fluidodinamiche a profondità e/o sezione variabile atte a comprimere un gas convogliato nelle stesse.

Come è noto, le tenute meccaniche sono dispositivi impiegati per impedire la fuoriuscita di fluidi attraverso le aperture ricavate per il passaggio di alberi od altri organi rotanti su un recipiente o su un condotto in cui gli stessi fluidi sono contenuti. Generalmente, tali dispositivi di tenuta meccanica comprendono un anello di battuta fisso ed un anello di battuta accoppiato all'organo rotante presentanti rispettive facce di strisciamento. Queste ultime sono ortogonali all'asse comune degli anelli e si attestano l'una contro l'altra elasticamente per mezzo di molle normalmente attive sull'anello rotante che ha la possibilità di traslare assialmente rispetto all'albero a cui è accoppiato. Inoltre, le facce di strisciamento devono essere perfettamente levigate ed in materiali a durezza superficiale differenziata. Ad esempio, la faccia di strisciamento di un anello è spesso in grafite, che presenta anche proprietà autolubrificanti, mentre la faccia di strisciamento dell'altro anello è in acciaio ad elevata durezza superficiale.

Il fluido, su cui la tenuta meccanica deve esercitare la propria azione di impedimento alla fuoriuscita, in pratica si insinua tra le facce di strisciamento, subisce una caduta di pressione passando dall'esterno all'interno degli anelli, si porta in equilibrio con la pressione dell'ambiente e sviluppa una forza di sostentamento che teoricamente dovrebbe impedire il contatto tra le facce di strisciamento, evitandone una rapida usura. In realtà, si crea generalmente una situazione di attrito misto, poiché si ha un'alternanza di zone secche e zone bagnate.

Nel caso in cui la tenuta meccanica venga utilizzata per fluidi costituiti da gas, per evitare un surriscaldamento della stessa tenuta, una prima tecnica nota ricorre all'impiego di una doppia tenuta con un liquido aggiuntivo in circolazione a pressione superiore a quella del gas.

Tale soluzione tecnica, pur presentando normalmente un efficace funzionamento, risulta tuttavia complessa e costosa, poiché è necessario impiegare due distinte tenute meccaniche ed un circuito aggiuntivo per la circolazione del liquido di tenuta.

Per superare gli inconvenienti citati, altre tecniche note si basano sull'impegno di tenute meccaniche presentanti, almeno su una faccia di strisciamento, cave fluidodinamiche a profondità e/o sezione variabile in cui il gas viene convogliato e subisce per effetto della riduzione di volume, un aumento di pressione sufficiente a creare un effetto di sostentamento fluidodinamico sull'anello mobile assialmente, cioè a mantenere leggermente distanziate le facce di strisciamento.

Tali cave fluidodinamiche possono presentare conformazione di vario tipo, ad esempio a spirale logaritmica con profondità e larghezza decrescenti a partire dal bordo esterno della faccia di strisciamento, oppure a forma di T o di L in cui il tratto verticale della T o della L definisce il canale di adduzione. La bocca di ingresso di tale canale è sempre in corrispondenza del bordo esterno o interno della faccia di strisciamento.

La caratteristica comune a tutte le cave fluidodinamiche di tipo noto è in ogni caso determinata dalla presenza, sulla faccia di strisciamento, di spigoli delle cave vere e proprie o dei loro canali di adduzione con un andamento che taglia radialmente la stessa faccia di strisciamento o che comunque è almeno parzialmente trasversale alle circonferenze che delimitano la corona circolare definita da quest'ultima.

Gli inconvenienti che presentano le tenute meccaniche note con cave fluidodinamiche e relativi canali di adduzione sopra illustrati consiste in un effetto raschiante dei loro spigoli ad andamento radiale sulla superficie della faccia. di strisciamento contro cui si attestano.

Poiché generalmente quest'ultima è costituita da grafite, l'azione di raschiamento dà luogo alla formazione di pulviscolo che tende nel tempo ad intasare le cavità fluidodinamiche provocando una riduzione od un annullamento dell'aumento di pressione del gas tra le facce di strisciamento e quindi dell'effetto di sostentamento fluidodinamico. In questa situazione, il compito tecnico posto alla base della presente invenzione è ideare un dispositivo di tenuta meccanica in grado di ovviare sostanzialmente agli inconvenienti citati.

Nell'ambito di detto compito tecnico, è un importante scopo dell'invenzione ideare un dispositivo di tenuta meccanica a sostentamento fluidodinamico che eviti qualsiasi azione di raschiamento sulle facce di strisciamento della stessa tenuta e ne consenta perciò un funzionamento efficace ed 'affidabile anche nel caso di utilizzi molto prolungati nel tempo.

Il compito tecnico precisato e lo scopo specificato sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo di tenuta meccanica a sostentamento fluidodinamico che si caratterizza per il fatto di comprendere canali di alimentazione di dette cavità fluidodinamiche ricavati internamente al rispettivo anello di battuta e presentanti ciascuno una bocca di- uscita sfociante in corrispondenza di una zona di fondo di massima profondità di una rispettiva cavità.

Viene ora riportata, a titolo di esempio indicativo e non limitativo, la descrizione di alcune forme di esecuzione preferite ma non esclusive di un dispositivo di tenuta meccanica secondo l'invenzione, illustrate negli uniti disegni, nei quali:

- la fig. 1 mostra una semi-sezione longitudinale di un dispositivo di tenuta meccanica secondo l'invenzione accoppiato ad un albero e ad una parete di un recipiente di contenimento gas;

- la fig. 2 illustra una vista frontale di un anello fisso del dispositivo di fig. 1 presentante una prima forma di esecuzione di cave fluidodinamiche e di relativi canali di alimentazione delle stesse; - la fig. 3 illustra una vista frontale di un anello fisso presentante una seconda forma di esecuzione di cave fluidodinamiche;

- la fig. 4 evidenzia in vista prospettica una porzione dell'anello di fig. 2 sezionato secondo il piano III-III; e

- la fig. 5 presenta, in vista prospettica, una porzione di un anello presentante la seconda forma di esecuzione di cave fluidodinamiche ed una seconda forma di canali di alimentazione delle stesse;

- le figg. 6 e 7 mostrano ulteriori forme di cave fluidodinamiche .

Con riferimento alle figure citate, il dispositivo di tenuta meccanica secondo l'invenzione è globalmente indicato con il numero 1.

Esso comprende un anello di battuta fisso 2 solidale ad una flangia 3 a sua volta impegnata, ad esempio, ad una parete 4 di un recipiente in cui è contenuto un gas in pressione. La flangia 3 e la parete 4 sono dotate di rispettive aperture passanti 3a e 4a attraversate da un albero rotante 5. A quest'ultimo è solidale un corpo anulare di base 6 atto ad impegnare mezzi elastici 7 attivi su un anello di battuta rotante 8 mobile lungo la direzione di un asse longitudinale 9 dell'albero 5.

Tra la flangia 3 e l'anello fisso 2 e tra l'anello rotante 8 e l'albero 5 sono interposte rispettive tenute realizzate da opportune guarnizioni ad anello 1°.

L'anello fisso 2 e l'anello rotante 8 presentano rispettive facce di strisciamento 2a e 8a ortogonali all'asse longitudinale 9 comune anche ai due anelli ed attestate l'una contro l’altra dall'azione esercitata dai mezzi elastici 7.

In particolare, la faccia di strisciamento 2a (fig.

2) presenta cavità fluidodinamiche 11 a profondità e/o sezione variabile atte a comprimere il gas convogliato in esse producendo il noto effetto di sostentamento fluidodinamico. Più precisamente, il gas viene inviato nelle cavità fluidodinamiche 11 attraverso canali di alimentazione 12 ricavati internamente all'anello fisso 2 e presentanti ciascuno una bocca di uscita 12a sfociante in corrispondenza di una zona di fondo 12a di massima profondità di una rispettiva cavità 11.

In una prima forma di esecuzione, illustrata nelle figure 1, 2 e 3, i canali di alimentazione 12 sono costituiti da fori radiali presentanti una bocca di ingresso 12b disposta su una superficie cilindrica esterna 2b dell'anello 2.

In una seconda forma di esecuzione, illustrata in fig. 5, i canali di alimentazione 12 comprendono una cavità anulare di adduzione 13 che può essere ricavata sulla superficie esterna 2b o su quella interna dell'anello 2 ed una pluralità di diramazioni 14 ciascuna sviluppantesi tra detta cavità anulare 13 e la zona di fondo Ila di ogni cavità 11. Le cavità fluidodinamiche 11, nel caso si preveda un unico senso di rotazione dell'albero 5 e perciò dell'anello rotante 8, presentano uno sviluppo a segmento di corona circolare a profondità decrescente in allontanamento dalla zona di fondo Ila di massima profondità, cioè a partire dalla bocca di uscita 12a del canale di alimentazione (vedere figg. 2 e 4).

Se si prevede la possibilità, di una rotazione dell'albero 5 in entrambi i sensi, ciascuna cavità fluidodinamica 11 comprende due porzioni simmetriche llb e Ile a profondità decrescente, sempre in allontanamento dalla zona di fondo Ila, e presentanti ciascuna uno sviluppo a segmento di corona circolare (fig. 3).

In ogni caso le cavità fluidodinamiche 11 possono essere a sezione variabile sia in profondità che in larghezza, come illustrato a titolo di esempio nelle figure 6 e 7.

Infine , vantaggiosamente, nei canali di alimentazione 12 possono essere disposti opportuni filtri 15 atti a filtrare il gas da convogliare nelle cavità fluidodinamiche 11 in modo da garantire che in questi ultimi non pervengano impurità che ne potrebbero compromettere l'efficacia operativa.

L'invenzione consegue importanti vantaggi.

Infatti, innanzi tutto, sulla superficie della faccia di strisciamento in cui sono ricavate le cavità fluidodinamiche non esistono spigoli raschianti orientati radialmente, non solo poiché le stesse cavità presentano spigoli di contorno orientati solo circonferenzialmente, avendo una conformazione a segmento di corona circolare, ma anche per il fatto che i canali di alimentazione sono ricavati esclusivamente internamente al corpo dell 'anello .

Non si verifica perciò una formazione di polvere e, mantenendo una perfetta pulizia tra le facce di strisciamento, soprattutto per l'adozione di filtri, l'effetto di sostentamento fluidodinamico tra gli anelli risulta costantemente al massimo livello.

Si sottolinea inoltre che l'adduzione del gas alle cavità da bocche di canali interni non disturba la vena fluida che si forma tra le facce degli anelli.

L'assenza di turbolenza del gas accresce sensibilmente l'azione fluidodinamica che tende a mantenere separate le facce stesse.

L'invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Ad esempio, le cavità fluidodinamiche ed i relativi canali di alimentazione possono essere ricavati, anziché sull'anello fisso, sull'anello rotante oppure su entrambi gli anelli di battuta.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di tenuta meccanica a sostentamento fluidodinamico, comprendente un anello di battuta fisso ed un anello di battuta rotante presentanti rispettive facce di strisciamento ortogonali all'asse di detti anelli ed attestate l'una contro l'altra, dette facce di strisciamento comprendendo almeno una faccia presentante cavità fluidodinamiche a profondità e/o sezione variabile atte a comprimere un gas convogliato nelle stesse, caratterizzato dal fatto di comprendere canali di alimentazione di dette cavità fluidodinamiche ricavati internamente al rispettivo anello di battuta e presentanti ciascuno una bocca di uscita sfociante in corrispondenza di una zona di fondo di massima profondità di una rispettiva cavità.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuno di detti canali di alimentazione presenta una bocca di ingresso disposta su una superficie esterna o interna di un detto anello di battuta e si sviluppa radialmente tra detta bocca di ingresso e detta bocca di uscita.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti canali di alimentazione comprendono una cavità anulare di adduzione ricavata su una superficie esterna di detto anello di battuta ed una pluralità di diramazioni ciascuna sviluppantesi tra detta cavità anulare e la detta zona di fondo di ogni detta cavità fluidodinamica.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un filtro atto a filtrare il gas convogliato in detti canali di alimentazione.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna detta cavità fluidodinamica presenta su detta faccia di strisciamento uno sviluppo a segmento di corona circolare.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette cavità fluidodinamiche comprende due porzioni simmetriche a profondità decrescente in allontanamento da detta zona di fondo di massima profondità.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette porzioni simmetriche presenta su detta faccia di strisciamento uno sviluppo a segmento di corona circolare .