ITTV20060206A1 - HOLDING DEVICE. - Google Patents

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ITTV20060206A1
ITTV20060206A1 ITTV20060206A ITTV20060206A1 IT TV20060206 A1 ITTV20060206 A1 IT TV20060206A1 IT TV20060206 A ITTV20060206 A IT TV20060206A IT TV20060206 A1 ITTV20060206 A1 IT TV20060206A1
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Italy
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ring
self
compensating
fixed
per
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Italian (it)
Inventor
Giovanni Battista Ros
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Giovanni Battista Ros
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Publication date
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Description

DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE DESCRIPTION OF INDUSTRIAL INVENTION

Avente per titolo: DISPOSITIVO DI TENUTA With the title: SEALING DEVICE

A nome di: Ros Giovanni Battista On behalf of: Ros Giovanni Battista

Depositata i con numero Filed with number

Inventore designato: Ros Giovanni Battista sf DESCRIZIONE Designated inventor: Ros Giovanni Battista sf DESCRIPTION

11 problema tecnico che si intende risolvere è descritto con un esempio: The technical problem to be solved is described with an example:

nei motori e nei compressori a palette (fig.l), uno dei fattori di perdita importanti è costituito dalla fuga di aeriforme tra rotore e cassa in in motors and vane compressors (fig. 1), one of the important loss factors is the gas leakage between rotor and casing in

corrispondenza delle circonferenze accoppiate sui due lati. correspondence of the circumferences coupled on the two sides.

Attualmente per limitare tale inconveniente si impiegano i seguenti sistemi: A a) Tenuta frontale impiegando lavorazioni con tolleranze ristrette: tale sistema non consente di compensare le dilatazioni termiche, che si sommano alle tolleranze dimensionali. Currently, the following systems are used to limit this drawback: A a) Front seal using machining with restricted tolerances: this system does not allow to compensate for thermal expansion, which is added to dimensional tolerances.

b) Tenuta frontale adottando superile! flottanti premute contro il rotore da molle: tale metodo introduce un freno sul rotore, con difficile ottenimento e mantenimento del compromesso ottimale tra perdite per attrito e perdite volumetriche. b) Front seal by adopting surface! floats pressed against the rotor by springs: this method introduces a brake on the rotor, with difficulty obtaining and maintaining the optimal compromise between friction losses and volumetric losses.

c) Tenuta periferica a labirinto: ha il suo punto critico nelTeccentricità tra c) Peripheral labyrinth seal: its critical point is in the eccentricity between

rotore e sede fissa, che obbliga a tenere giochi più rilevanti di quelli possibili con un accoppiamento esattamente centrato. rotor and fixed seat, which makes it necessary to keep play more relevant than those possible with an exactly centered coupling.

TV 2006 A 0002 06 TV 2006 A 0002 06

Il dispositivo oggeto della presente domanda di brevetto, rappresentato in fig.2 e fig.3 di Tav.l, è costituito da: The device object of the present patent application, represented in fig. 2 and fig. 3 of Table 1, consists of:

♦ Anello fisso (particolare 1 ). ♦ Fixed ring (detail 1).

♦ Anello autocompensante (particolare 2). ♦ Self-compensating ring (detail 2).

♦ Ghiera di contenimento dell’anello autocompensante (particolare 3). ♦ Containment ring for the self-compensating ring (detail 3).

♦ Lamine di separazione e traino (particolare 4 di fig.2 e fig.3). Eventuali. ♦ Separation and towing plates (detail 4 of fig.2 and fig.3). Possible.

Note: Note:

• L’anello fisso ha la funzione di interface iarsi con l’anello autocompensante • The fixed ring has the function of interfacing with the self-compensating ring

costituendo la superficie preferibilmente, ma non esclusivamente, cilindrica del meato che viene a crearsi tra i due, constituting the preferably, but not exclusively, cylindrical surface of the meatus that is created between the two,

• L’anello autocompensante ha l’esterno preferibilmente, ma non esclusivamente, conico. Su questa superficie si possono ricavare una o più gole<">Λ con funzione di ridurre le perdite per attrito viscoso. • The self-compensating ring has the outside preferably, but not exclusively, conical. On this surface it is possible to obtain one or more grooves <"> Λ with the function of reducing losses due to viscous friction.

L’interno ha larghezza ridota da un gradino. Sulla superficie interna o sui lati si possono ricavare tacche, gole ed altre fonne per il traino in sincronia con la The interior has a width reduced by a step. On the internal surface or on the sides it is possible to obtain notches, grooves and other shapes for towing in synchrony with the

ghiera e/o per migliorare la tenuta lato ghiera. ring nut and / or to improve sealing on the ring nut side.

* La ghiera ha la funzione principale, di contenere la spinta assiale sull 'anello autocompensante con una superficie che garantisca la tenuta pur consentendo scorrimenti all’anello stesso. Può inoltre fornire la sede alle lamine di separazione. Può essere filettata, calettata o, in altro modo, resa solidale col rotore. * The main function of the ring nut is to contain the axial thrust on the self-compensating ring with a surface that guarantees the seal while allowing the ring itself to slide. It can also provide the seat for the separation plates. It can be threaded, keyed or, in another way, made integral with the rotor.

• Le lamine di separazione, premute dalla forza centrifuga, dividono lo spazio tra l’anello autocompensante e la ghiera in settori, dando, ove previste, la • The separation plates, pressed by centrifugal force, divide the space between the self-compensating ring and the ring nut into sectors, giving, where provided, the

:ΛΛ fi : ΛΛ fi

uo h y uo h y

certezza che, settore per settore, la pressione sotto l’anello è esattamente quella esistente nel settore di macchina affacciato. certainty that, sector by sector, the pressure under the ring is exactly that existing in the facing machine sector.

• La funzione di separazione serve effettivamente nei casi in cui lo • The separation function is actually used in cases where it is

scostamento dal valore statico pj della pressione sotto l’anello, dovuto a flusso nel meato tra anello autoco mpensante e ghiera non sia efficacemente deviation from the static value pj of the pressure under the ring, due to flow in the meatus between the self-compensating ring and the ring nut is not effectively

compensato dalle forze che stabilizzano l’anello in posizione favorevole. compensated by the forces that stabilize the ring in a favorable position.

• Le lamine possono svolgere anche la funzione di traino dell’anello, ove si • The foils can also carry out the driving function of the ring, where yes

ritenga opportuno il sincronismo dello stesso con la ghiera (fig.3). deems it appropriate to synchronize it with the ring nut (fig. 3).

• Tenuta dell’ anello autocompensante verso la ghiera e/o traino possono, in • Sealing of the self-compensating ring towards the ring nut and / or towing can, in

alternativa, essere assicurati dall’ interposizione di un O-ring in una gola alternatively, be ensured by the interposition of an O-ring in a groove

ricavata tra ghiera ed anello autocompensante. obtained between the ring nut and the self-compensating ring.

• Il meato tra anello fisso ed anello autocompensante può avere sezione speculare, diventando, quindi, la superficie interna dell’anello fisso sagoma quella esterna dell’anello autocompensante cilindrica. • The meatus between the fixed ring and the self-compensating ring can have a specular section, thus becoming the internal surface of the fixed ring shapes the external surface of the cylindrical self-compensating ring.

Il meato tra anello fisso ed anello autocompensante può essere ricavato in parte sull’anello autocompensante ed in parte sull’anello fisso. The meatus between the fixed ring and the self-compensating ring can be obtained partly on the self-compensating ring and partly on the fixed ring.

• L’anello fisso può essere, eventualmente, integrato nella cassa. • The fixed ring can possibly be integrated into the case.

• La ghiera può essere parzialmente o completamente integrata nel rotore. • The ring nut can be partially or completely integrated into the rotor.

• Il dispositivo può essere realizzato in modo speculare, diventando, quindi, la ghiera di contenimento solidale con la cassa, l’anello fisso solidale col rotore, l’anello autocompensante con superficie interna sagomata ed esterno con larghezza ridotta da un gradino. • The device can be made in a specular way, thus becoming the containment ring integral with the case, the fixed ring integral with the rotor, the self-compensating ring with shaped internal surface and external with reduced width by a step.

éam 0 éam 0

Funzionamento Operation

Con riferimento alla fig.2: Fanello autoeompensante (2) effettua la tenuta verso Fanello fìsso (1) grazie ad un gioco limitato sul diametro. In direzione assiale la pressione interna pi preme Fanello (2) contro la ghiera (3) (super fici a With reference to Fig. 2: Self-compensating Linear (2) performs the seal towards fixed Linear (1) thanks to a limited clearance on the diameter. In the axial direction the internal pressure more presses Fanello (2) against the ring nut (3) (surface a

contatto lappate) garantendo la tenuta su questo Iato pur consentendo lapped contact) ensuring the seal on this side while allowing

scorrimenti. scrolling.

In direzione radiale, settore per settore, si ha la seguente situazione: pressione In the radial direction, sector by sector, the following situation occurs: pressure

pi che, a titolo esemplificativo ma non esclusivo, agisce sul 75% della more than, by way of example but not exclusively, acts on 75% of the

larghezza dell’anello, pressione p2sul restante 25% , con una pressione interna media: ring width, pressure p2 on the remaining 25%, with an average internal pressure:

p,= P2+ 0,75 (pt - pj) p, = P2 + 0.75 (pt - pj)

Considerando laminare il moto del fluido nel meato tra i due anelli, la Considering the laminar fluid motion in the meatus between the two rings, the

pressione esterna media peè una funzione di t2/t[ che varia tra: mean external pressure p and is a function of t2 / t [which varies between:

pc- P2<+>0,5 (pi - p2) con distanza t2sufficiente per considerare t2/ti=l , e: pe= p2+ 1 ,0 (pi - p2) quando la distanza t2si annulla e, quindi, : t2/t|-0 . pc- P2 <+> 0.5 (pi - p2) with distance t2 sufficient to consider t2 / ti = l, and: pe = p2 + 1, 0 (pi - p2) when the distance t2 vanishes and, therefore,: t2 / t | -0.

Scelti una t2opportuna ed il rapporto t2/tj in modo che sia: pt.= p, , Choose a suitable t2 and the ratio t2 / tj so that it is: pt. = P,,

Fanello autoeompensante si posiziona concentricamente a quello fisso, a Self-compensating fanello is positioned concentrically to the fixed one, a

distanza t2= cost, e pc= p, per tutti i settori. distance t2 = cost, and pc = p, for all sectors.

Le oscillazioni dell’anello sono contrastate fino a Δρε= ± 0,25 (pi - p2) e, quindi, la posizione è stabile. The ring oscillations are counteracted up to Δρε = ± 0.25 (pi - p2) and, therefore, the position is stable.

Ciò significa automatica compensazione dell’ eccentricità, dovuta a tolleranze geometriche cd assestamento dell’asse dei cuscinetti sotto carico, sensìbile ad esempio, nelle macchine a palette . This means automatic compensation of eccentricity, due to geometric tolerances, so-called settlement of the bearing axis under load, which is sensitive for example in vane machines.

La distanza t2e, quindi, il diametro d2ideale a tolleranza zero, vengono determinati in modo teorico-sperimentale come segue: The distance t2e, therefore, the ideal diameter d2 with zero tolerance, are determined in a theoretical-experimental way as follows:

1) Si esprimono le perdite per fughe residue ed attrito viscoso in funzione di t2e t,.1) The losses due to residual leaks and viscous friction are expressed as a function of t2e t ,.

2) Si determina il rapporto t2/ti corrispondente al rapporto (pc-p2)/(pi-p2) desiderato (ad es. 0,75) per equilibrare pi. A questo punto le perdite diventano 2) The ratio t2 / ti corresponding to the ratio (pc-p2) / (pi-p2) desired (e.g. 0.75) is determined to equilibrate pi. At this point the losses become

funzione della sola t2. function of t2 alone.

3) La t2corrispondente al minimo della somma delle perdite è il valore cercato. 3) The t2 corresponding to the minimum of the sum of the losses is the value sought.

4) Si ricavano, quindi, ti dal rapporto t2/t|noto e la conseguente forma dell’anello autocompensanle. 4) Therefore, ti are obtained from the known t2 / t | ratio and the consequent shape of the self-compensating ring.

Qualora, per effetto delle tolleranze di lavorazione, il diametro d2venga ad If, due to the machining tolerances, the diameter d2 comes to

essere inferiore a quello ideale, si consideri inizialmente l’anello centrato su quello fisso. La distanza sarà maggiore di quella ideale t2e quindi ogni settore sarà attratto verso l’esterno dalle forze stabilizzanti. be less than the ideal one, initially consider the ring centered on the fixed one. The distance will be greater than the ideal t2 and therefore each sector will be attracted to the outside by the stabilizing forces.

Nel caso di pressione variabile lungo il perimetro, come nei motori e nei compressori a palette, il prevalere delle forze nei settori a pressione più elevata fa si che l’anello si ponga in posizione eccentrica favorevole. Il calcolo, svolto In the case of variable pressure along the perimeter, as in motors and vane compressors, the prevalence of forces in the higher pressure sectors causes the ring to be placed in a favorable eccentric position. The calculation, done

con tolleranza IT6, evidenzia una sostanziale indifferenza della somma delle perdite già dette, cioè l’automatica compensazione delle tolleranze with IT6 tolerance, shows a substantial indifference to the sum of the losses already mentioned, i.e. the automatic compensation of tolerances

dimensionali da parte dell’anello. dimensional by the ring.

Nel caso di pressione uniforme lungo il perimetro, come nelle turbomacchine, te tolleranze hanno riflessi modesti sull’efficienza se si rimane in un intorno abbastanza ristretto del punto di minimo. In the case of uniform pressure along the perimeter, as in turbomachinery, the tolerances have modest repercussions on efficiency if one remains in a fairly narrow neighborhood of the minimum point.

Calcoli preliminari fanno ritenere che il dispositivo possa ridurre le perdite localizzate su questa tenuta anche di un ordine di grandezza rispetto ai sistemi esistenti, rimuovendo un grave handicap da alcune famiglie di macchine. Preliminary calculations suggest that the device can reduce localized losses on this seal even by an order of magnitude compared to existing systems, removing a serious handicap from some families of machines.

Treviso, 10-11-2006 Treviso, 10-11-2006

Claims (12)

ftrt vy r, RIVENDICAZIONI 1 )Dispositivo di tenuta caratterizzato da anello fisso, anello autocompensante, ghiera di contenimento. ftrt vy r, CLAIMS 1) Sealing device characterized by a fixed ring, self-compensating ring, containment ring nut. 2) Dispositivo come da rivendicazione (1) in cui Panello fisso ha la funzione di interface iarsi con l’anello autocompensante costituendo la superficie 2) Device as per claim (1) in which the fixed panel has the function of interfacing with the self-compensating ring constituting the surface preferibilmente, ma non esclusivamente, cilindrica del meato che viene a crearsi tra i due. preferably, but not exclusively, cylindrical of the meatus which comes to be created between the two. 3) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui l’anello rotante 3) Device as per the previous claims in which the rotating ring autocompensante ha la superfìcie esterna preferibilmente, ma non esclusivamente, conica, sulla quale possono essere ricavate una o più gole. self-compensating has an external surface preferably, but not exclusively, conical, on which one or more grooves can be obtained. L’interno ha larghezza ridotta da un gradino. Con qualunque andamento della The interior has a width reduced by a step. With any trend of the pressione da contenere questa conformazione è tale che, associata eventualmente alla separazione dei settori di cui alle rivendicazioni successive, in ogni punto la pressione media esterna uguaglia esattamente ed in modo stabile quella media interna all’anello stesso. Infatti, settore per settore, si ha la pressure to contain this conformation is such that, associated optionally to the separation of the sectors according to the subsequent claims, at each point the average external pressure equals exactly and in a manner the average internal to the ring itself is stable. In fact, sector by sector, we have the seguente situazione: pressione pi che agisce su una frazione b della larghezza dell’anello, pressione p2sulla parte restante , con una pressione interna media: pi= p2+ b (pi — p2) La pressione esterna media peè una funzione di t2/t]: Pe= P2 φ (Pi -P2) con φ = 1 per t2/t|= 0 e φ = 0,5 per l2/t|= 1 Scelti una t2opportuna ed il rapporto t2/t| in modo che sia: <p=b , l’anello autocompensante si posiziona concentricamente a quello fisso, con pe= p, per tutti i settori. Le oscillazioni dell’anello sono contrastate da: Apc= (b -φ) (pi - p2) [ad esempio fino a Δρε= ± 0,25 (pi - p2) se b=0,75]. Quindi, la posizione è stabile, conferendo all’anello le caratteristiche di autocompensazione dell’eccentricità e delle tolleranze dimensionali da cui TV 200δ A 00 02 06 prende il nome, e che consentono, in definitiva, di minimizzare la somma delle perdite per attrito viscoso e fughe sulla tenuta, riducendole anche di un ordine di grandezza rispetto ai sistemi esistenti, following situation: pressure pi acting on a fraction b of the width of the ring, pressure p2 on the remaining part, with an average internal pressure: pi = p2 + b (pi - p2) The average external pressure pe is a function of t2 / t]: Pe = P2 φ (Pi -P2) with φ = 1 for t2 / t | = 0 and φ = 0.5 for l2 / t | = 1 Choose a suitable t2 and the ratio t2 / t | so that it is: <p = b, the self-compensating ring is positioned concentrically to the fixed one, with pe = p, for all sectors. The ring oscillations are counteracted by: Apc = (b -φ) (pi - p2) [for example up to Δρε = ± 0.25 (pi - p2) if b = 0.75]. Therefore, the position is stable, giving the ring the self-compensation characteristics of eccentricity and dimensional tolerances from which TV 200δ A 00 02 06 takes its name, and which allow, ultimately, to minimize the sum of the losses due to viscous friction and leaks on the seal, also reducing them by an order of magnitude compared to existing systems, 4) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui la ghiera, solidale col rotore, ha la funzione principale di contenere la spinta assiale sull’anello 4) Device as per the previous claims in which the ring nut, integral with the rotor, has the main function of containing the axial thrust on the ring autocompensante garantendo nel contempo la tenuta tra le superfici a contatto e la possibilità di scorrimento deH’anello autocompensante. self-compensating while ensuring the seal between the contact surfaces and the possibility of sliding the self-compensating ring. 5) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui, nei casi ove lo scostamento dal valore statico pi della pressione sotto l’anello dovuto a flusso nel meato tra anello autocompensante e ghiera non sia efficacemente compensato dalle forze stabilizzanti, è prevista la presenza delle lamine di 5) Device as per the previous claims in which, in cases where the deviation from the static value pi of the pressure under the ring due to flow in the meatus between the self-compensating ring and the ring nut is not effectively compensated by the stabilizing forces, the presence of the plates of separazione che dividono lo spazio tra l’anello autocompensante e la ghiera in settori, dando la certezza che, settore per settore, la pressione pi sotto l’anello autocompensante è esattamente quella esistente nel settore di macchina affacciato. Le sedi per le lamine di separazione possono essere ricavate sulla ghiera o, in alternativa, direttamente sul rotore. separation that divide the space between the self-compensating ring and the ring nut into sectors, giving the certainty that, sector by sector, the pressure below the self-compensating ring is exactly that existing in the facing machine sector. The seats for the separation plates can be obtained on the ring nut or, alternatively, directly on the rotor. 6) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui le lamine di separazione, ove previste, possono svolgere anche la funzione di traino dell’anello autocompensante, ove sia opportuno il sincronismo dello stesso con la ghiera. 6) Device as per the previous claims in which the separation plates, where provided, can also perform the driving function of the self-compensating ring, where it is appropriate to synchronize it with the ring nut. 7) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui la tenuta dell’anello autocompensante contro la ghiera e/o il traino sono assicurati dall’interposizione di un O-ring in una gola ricavata tra ghiera e anello, 7) Device as per the previous claims in which the sealing of the self-compensating ring against the ring nut and / or the drive is ensured by the interposition of an O-ring in a groove formed between the ring nut and the ring, 8) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui la forma del meato tra anello fisso ed anello autocompensante può essere speculare, diventando, quindi, la superficie esterna dell’anello autocompensante cilindrica e quella interna dei Fanello fisso sagomata. 8) Device according to the previous claims in which the shape of the meatus between the fixed ring and the self-compensating ring can be mirrored, becoming therefore, the outer surface of the cylindrical self-compensating ring and the inner surface of the shaped fixed Fanello. 9) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui il meato tra anello 9) Device according to the preceding claims in which the meatus between the ring fisso ed anello autocompensante può essere ricavato in parte sul Fanello autocompensante ed in parte sull’ anello fisso. fixed and self-compensating ring can be obtained partly on the self-compensating fanello and partly on the fixed ring. 10) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui Fanello fisso può essere integrato nella cassa. 11) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti in cui la ghiera può essere 10) Device as per the preceding claims in which fixed Fanello can be integrated into the casing. 11) Device according to the preceding claims in which the ring nut can be integrata parzialmente o completamente nel rotore. partially or completely integrated in the rotor. 12) Dispositivo come da rivendicazioni precedenti realizzato in modo speculare, diventando, quindi, la ghiera di contenimento solidale con la cassa, Fanello fìsso solidale col rotore, Fanello autocompensante con superficie interna sagomata ed esterno con larghezza ridotta da un gradino. Treviso, 10-11-2006 12) Device as per the preceding claims made in a mirror-like manner, thus becoming the containment ring integral with the casing, fixed Linear integral with the rotor, self-compensating Linear with shaped internal surface and external with reduced width by a step. Treviso, 10-11-2006
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