MXPA00008706A - Sello de eje mecanico - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una estructura de sello mecánico, para sellar entre un alojamiento estacionario y una flecha giratoria, caracterizada porque comprende:una placa estacionaria que tiene una pared interior y una pared exterior, la pared interior se localiza cercanamente adyacente a la posición de la flecha giratoria extendiéndose pasante, y la pared exterior se localiza radialmente lejos de la flecha para definir un rebajo que se extiende radialmente en la placa estacionaria para contener un material de empaque, y la placa estacionaria se va a montar en el alojamiento estacionario;una placa seguidora que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior se localiza cercanamente adyacente a la flecha giratoria que se extiende pasante, la placa seguidora además se define para incluir una porción convexa que se extiende paralela a la flecha y define para derivar cercanamente y extenderse en el rebajo en la placa estacionaria;y una placa de tensionamiento que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior es adyacente a y se monta en la flecha giratoria extendiéndose pasante, la placa de tensionamiento además se define para incluir un medio de derivación para aplicar presión paralela a la flecha contra la placa seguidora en la dirección de la placa estacionaria.

Description

SELLO DE EJE MECÁNICO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a estructuras de sello mecánico. En particular, la invención se refiere a una estructura de sello mecánico, para utilizar en un eje o flecha rotatoria y diseñada para proporcionar fuertes capacidades de sello con bajo mantenimiento y vida útil con bajo desgaste. Las estructuras de sello mecánicas son bien conocidas en el campo de mezclado y otro equipo rotatorio, y las dificultades y retos de una construcción de sello fuerte y de bajo mantenimiento también son bien conocidas. En la aplicación usual, el sello mecánico se somete a substancial desgaste por fricción, degradación térmica y corrosión. Además, las estructuras de sello mecánicas a menudo se requieren para proporcionar un sello para vapor o presión tal como por ejemplo aplicaciones de mezclado para las industrias de alimentos o química. En estas situaciones, la degradación térmica, presión, corrosión o desgaste de flecha, pueden crear problemas más pronunciados ya que incluso una degradación modesta de la superficie de sello puede resultar en la pérdida de presión o una pérdida de vacío y puede proporcionar un medio para contaminación. En la mayoría de las construcciones, el sello mecánico se monta en el alojamiento, en el punto en donde la flecha giratoria sale del alojamiento. La fricción desde el punto de contacto entre el alojamiento, la flecha y la estructura de sello, de esta manera se concentra en una o más áreas finitas y estas áreas se vuelven puntos focales de mantenimiento. Para lograr el sello actual, un material de empaque desechable a menudo se interpone dentro de la estructura de sello para sostener la fricción y degradación térmica. Como resultado de este desgaste y abrasión, el material de empaque desechable debe reemplazarse periódicamente. El equipo usualmente debe retirarse de servicio durante el reemplazo del empaque y a menudo la flecha, alojamiento y otros conectores deben retirarse a fin de lograr el reemplazo del empaque. Con muchas estructuras de sello convencionales, un problema común experimentado es dado que el material de empaque estacionario se aplica directamente a la flecha rotatoria, la rotación continua de la flecha sirve para desgastar o comprimir el material de empaque o su alojamiento. Como resultado, una trayectoria o ruta para contaminación se desarrolla y un ambiente hermético a presión dentro del alojamiento de mezclado o bombeo no puede ser mantenido. Diversos dispositivos de la técnica previa han atendido este problema con diversos grados de éxito. En la patente de los E.U.A. No. 5,571,268 otorgada a Azibert, se emplean diversos medios para dirigir presión al interior hacia la flecha, para mantener un sello incluyendo el uso de una tira de plástico con asas (Figura 11). En la patente de los E.U.A. No. 5,509,664 por Borkiewicz, una pluralidad de segmentos de sello circunferenciales mate se disponen respecto a la flecha rotatorio y estos segmentos de sello se someten a una fuerza circunferencial mediante un resorte helicoidal de compresión. Otras desventajas a menudo caracterizadas en los dispositivos de la técnica previa, incluyen el aspecto de que a menudo los medios de sello se logran con un anillo tórico elastomérico u otro material de empaque que funciona en el punto de contacto entre los miembros rotatorios y estacionarios . Mientras que un miembro más plegable es auxiliar para formar un sello hermético a presión y vapor, esta construcción no es óptima debido a que un medio plegable localizado en el punto de contacto preciso entre las superficies estacionaria y giratoria, se deteriora rápidamente, resultando en esfuerzos de inspección y mantenimiento substanciales. Otra desventaja seria de muchas estructuras de sello convencionales que se encuentran en la técnica previa es que están mal equipadas para utilizar en una flecha rotatoria que se ha dañado con muchos años de uso. No es poco común en muchas industrias de proceso el encontrar equipo con flecha rotatoria que tiene 50 o más años de antigüedad y con superficies de flecha que están desgastadas y picadas debido a uso pesado. Con muchas estructuras de sello convencionales, los miembros se construyen de manera tal que no puede lograrse un sello hermético a presión en una flecha imperfecta. De hecho, la naturaleza de muchos sellos convencionales es tal que contribuyen enormemente a la degradación de la superficie de sello en la proximidad del alojamiento estacionario, lo que conduce a gasto y tiempo no operativo considerable para reemplazar o reparar o la flecha. Otro problema que a menudo compromete la utilidad de los dispositivos de la técnica previa es que si la flecha se dobla o el alojamiento se desgasta, la flecha no girará realmente, respecto al alojamiento. Este problema se conoce como "descentrado" y crea un problema de sello para muchos dispositivos de la técnica previa, que dependen de un alineamiento perpendicular estable entre la flecha y el alojamiento. Algunos de los problemas asociados con reemplazo de sellos mecánicos pueden superarse a través del uso de una estructura de sello dividido. Las construcciones de sello dividido son bien conocidas en la técnica y proporcionan la ventaja de que la remoción de la flecha o alojamiento de motor normalmente no se requiere, ya que los componentes mecánicos divididos pueden estar colocados concéntricamente alrededor de la flecha sin remoción. En muchas construcciones de sello dividido, el sello consiste de al menos dos anillos de sello ya sea espaciados axialmente entre sí o adyacentes entre sí. En la mayoría de las construcciones, un anillo de sello se monta o conecta a la flecha y gira con la flecha, mientras que el otro se monta o deriva a un alojamiento estacionario. Un ejemplo de una estructura de sello mecánico completamente dividido puede encontrarse en la patente de los E.U.A. No. 5,662,340 de Bessette y colaboradores. El dispositivo de Bessette proporciona ventajas inherentes frente a muchos sellos en la técnica previa, sin embargo aún caracteriza la desventaja de que el punto directo de contacto de sello está directamente sobre la flecha. Por lo tanto, este dispositivo no atiende la meta de proteger la flecha contra un desgaste irregular. Además, las propiedades de sello pueden estar comprometidas y la flecha giratoria en cuestión caracteriza una superficie picada o imperfecta. La patente de los E.U.A. No. 5,403,020 otorgada a McOnie describe un dispositivo de sello dividido que caracteriza un inserto de hule vulcanizado que acopla un anillo de sello fracturado respecto a la flecha giratoria. Una serie de anillos fracturados adicionales y otros cuerpos giratorios se conectan a y entre el inserto de hule y un cuerpo estacionario para formar el sello. El dispositivo de McOnie pretende ser económico y fácil de fabricar y las líneas de fractura no uniformes y diametralmente opuestas de los miembros de anillo ayudan en evitar fugas . Un número mínimo de las piezas se someten a desgaste resultando en costos de mantenimiento reducidos. Sin embargo, el dispositivo de McOnie caracteriza una gran cantidad de piezas, y la naturaleza del dispositivo es tal que el extremo de la flecha rotatoria debe ser completamente accesible para instalación inicial . La aplicabilidad a flechas existentes, especialmente una con una superficie imperfecta, puede ser cuestionable. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN El objetivo de esta invención es proporcionar una estructura de empaque de sello mecánico para utilizar en un alojamiento estacionario para sellar una flecha giratoria que se monta en y proyecta desde el alojamiento estacionario. Un objetivo adicional de esta invención es superar las limitaciones de las estructuras de sello previas al proporcionar un sello más fuerte con una expectativa de vida útil más larga o más prolongada del empaque y cara de sello, tal que se reduzcan enormemente los esfuerzos de mantenimiento o tiempo no operativo. Un objetivo adicional de esta invención es proporcionar una estructura de sello que puede emplearse en una flecha giratoria picada o imperfecta sin comprometer la integridad de sello mientras que se protege la flecha contra mayor degradación y desgaste. Además, el sello de la presente invención es mucho menos afectado por "descentrado" de la flecha provocado por cojinetes desplazados u otros problemas para mantener un alineamiento uniforme de la flecha. Un objetivo adicional de esta invención es proporcionar una estructura de sello que utiliza componentes de reemplazo menos costosos, es decir una placa seguidora de acero y empaque. Como tal, el presente dispositivo representa una mejora substancial frente a algunos dispositivos de la técnica previa, en donde frentes de sello de carbón, cerámica o carburo de tungsteno deben reemplazarse periódicamente. En la modalidad preferida de la invención, esta estructura de sello es una estructura de sello mecánico dividido que facilita la instalación en el equipo de flecha giratoria existente sin la necesidad por retirar la flecha u otro desarmado principal. Como una alternativa a la modalidad preferida, la estructura de sello puede construirse como una estructura no dividida para una instalación original o para utilizar en escenarios en donde el esfuerzo de desarmado requerido no es tan extenso y/o el tiempo no operativo no es tan crítico. Los componentes primarios que constituyen los elementos de la invención pueden elaborarse a partir de una variedad de materiales típicos. Por ejemplo, las placas pueden ser de bronce, acero, carbón - grafito, cerámica, poliméricas o una combinación de las mismas. La presente invención opera para sellar una flecha utilizando todos los tipos convencionales de materiales de empaque . El material de empaque puede elaborarse de una amplia variedad de materias primas tales como fibras de algodón o fibras de vidrio y puede o no estar revestido con material tal como teflón. El empaque puede cortarse en tramos graduados o embobinados espiralmente en la plaza estacionaria. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Características y utilidad adicional de esta invención será más completamente aparentes para aquéllos con destreza en la especialidad por referencia a los siguientes dibujos, en donde todos los componentes se designan por números semejantes y describen más específicamente : La Figura 1 es una vista en elevación seccional de la estructura completa del sello de flecha mecánica de acuerdo con esta invención montado en un alojamiento estacionario y una flecha rotatoria; La Figura 2 es una vista en elevación de lado exterior cóncavo (respecto al alojamiento) de la placa estacionaria del empaque de sello; La Figura 3 es una vista en elevación de lado exterior (respecto al alojamiento) de la placa seguidora de empaque de sello; La Figura 4 es una vista en elevación de lado exterior (respecto al alojamiento) de la placa de tensionamiento de empaque de sello; La Figura 5 es una vista despiezada de los tres componentes primarios del sello de flecha mecánica de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS La Figura 2 ilustra la placa estacionaria de empaque de sello 1, que es uno de los tres elementos primarios, que comprende el sello dividido mecánico en la modalidad preferida de la invención. La placa estacionaria 1 consiste de dos secciones divididas la y Ib, que se sostienen unidad por un par de pernos (no mostrados) insertados en cavidades respectivas 4 y 4 pasadores guía 6 que alinea las dos mitades de la placa estacionaria unidas.

Medios alternos de conexión también pueden utilizarse. La placa estacionaria 1 se construye de manera tal que define una área cóncava 9 a fin de contener el material de empaque 10 (mostrado en la Figura 1) .

La placa estacionaria 1 también caracteriza cuatro aberturas rebajadas 8 dentro de las cuales 4 pernos avellanados (no mostrados) se utilizan para sujetar la placa estacionaria 1 con una pared externa 5 del alojamiento de cuerpo estacionario utilizando los orificios de perno 7 como se ilustra en la Figura 1. Un empaque convencional 18 se sitúa entre la placa estacionaria 1 y la pared externa 5 del alojamiento estacionario para asegurar un ajuste hermético. Como una alternativa, un collar o espaciador puede emplearse para situar toda la estructura de sello alejada del alojamiento de cuerpo estacionario. A fin de proporcionar lubricación, se localiza una ranura 11 cerca de la flecha giratoria, como se ilustra en la Figura 1, para sostener un sello de grasa. La grasa lubricante se proporciona en la superficie entre el material de empaque 10 y la extensión seguidora con forma de anillo 17 a través compuertas de grasa 25. La Figura 3 ilustra el seguidor de empaque de sello 2 que consiste de dos secciones divididas 2a y 2b. La placa seguidora 12 se sostiene unida por un par de pernos (no mostrados) insertados en cavidades 13 y avellanados 14 que enclavan las dos mitades de la placa unidas como se ilustra. La placa seguidora crea el sello entre la flecha rotatoria 12 y la placa estacionaria 1. Dos ranuras interiores 16 se forman en la superficie interior de la placa seguidora inmediatamente adyacentes a la flecha de impulso 12. Acoplados dentro de la ranura 16 está al menos uno (de preferencia dos) anillos tóricos 15, para asegurar un sello hermético entre la flecha de impulso 12 y la placa seguidora 2. La placa seguidora 2 incluye una extensión en forma de anillo 17 que acopla esencialmente con el material de empaque 10 en la placa estacionaria 1. La superficie en donde el material de empaque 10 y la extensión en forma de anillo 17 hace contacto forman un sello. Ya que la placa seguidora 2 se mueve con la flecha de impulso 12, la extensión en forma de anillo 17 se mueve en un círculo mientras que presiona con el material de empaque 10. Tanto la placa de tensionamiento 3 como la placa seguidora 2 giran con la flecha. La placa de tensionamiento 3, como se ilustra en la Figura 4, se emplea para sostener la placa seguidora 2 en la flecha de impulso 12 y mantener la presión en el sello entre la placa seguidora 2 y el material de empaque 10. La placa de tensionamiento 3 consiste de dos secciones divididas 3a y 3b y se mantienen unidas por un par de pernos (no mostrados) que se insertan en cavidades respectivas 20 y 4 pasadores de montaje 21 que alinean las dos mitades de la placa de tensionamiento entre sí. La placa de tensionamiento incluye cuatro orificios ahusados 19 que son perpendiculares a la flecha y avellanados al interior de la placa de tensionamiento como se ilustra en la Figura 4. Cuatro tornillos de ajuste (no mostrados) se utilizan para sujetar la placa de tensionamiento 3 a la flecha de impulso 12 a través de los orificios ahusados 19, aunque también pueden utilizarse otros medios de conexión. A fin de proporcionar una presión de derivación constante para desplazar la placa seguidora 2 hacia el material de empaque 10, cuatro resortes helicoidales 22 se colocan entre la placa de tensionamiento 3 y la placa seguidora 2. Cuatro orificios 23 se taladran y aterrajan en la placa seguidora 2 como se ilustra en la Figura 3 y cuatro orificios correspondientes 24 se taladran en la placa de tensionamiento 3 como se ilustra en la Figura 4. Para armado, cuatro pernos prisioneros (no mostrados) se aprietan en la placa seguidora 2, y los resortes helicoidales 22 se montan en los pernos prisioneros proyectante. A continuación, la placa tensionadora 3 se desliza sobre los pernos prisioneros y cuatro tuercas (no mostradas) se aprietan sobre el exterior de la placa tensionadora 3 de manera tal que se desplace apretadamente la placa de tensión 3 contra la placa seguidora 2, lo que a su vez se desplaza apretadamente contra el material de empaque 10. Esta estructura luego se fija a la flecha de impulso 2 utilizando los cuatro tornillos de ajuste insertados a través de los avellanados 19. Una vez que la estructura se fija seguramente a la flecha de impulso 12, las cuatros tuercas (no mostradas) se retiran y los resortes helicoidales 22 proporcionarán tensión provocando un sello contra el material de empaque 10. Conforme el material de empaque 10 retrocede y comprime a través del desgaste y deterioro normal, los resortes helicoidales comprimidos 22 continúan desplazando la placa seguidora en el rebajo de empaque cóncavo de la placa estacionaria 1.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES 1. Una estructura de sello mecánico, para sellar entre un alojamiento estacionario y una flecha giratoria, caracterizada porque comprende: una placa estacionaria que tiene una pared interior y una pared exterior, la pared interior se localiza cercanamente adyacente a la posición de la flecha giratoria extendiéndose pasante, y la pared exterior se localiza radialmente lejos de la flecha para definir un rebajo que se extiende radialmente en la placa estacionaria para contener un material de empaque, y la placa estacionaria se va a montar en el alojamiento estacionario; una placa seguidora que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior se localiza cercanamente adyacente a la flecha giratoria que se extiende pasante, la placa seguidora además se define para incluir una porción convexa que se extiende paralela a la flecha y define para derivar cercanamente y extenderse en el rebajo en la placa estacionaria; y una placa de tensionamiento que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior es adyacente a y se monta en la flecha giratoria extendiéndose pasante, la placa de tensionamiento además se define para incluir un medio de derivación para aplicar presión paralela a la flecha contra la placa seguidora en la dirección de la placa estacionaria.
2. 2. La estructura de sello mecánico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la placa de sello estacionaria está constituida por un par de segmentos de placa estacionarios, estos segmentos se colocan axialmente respecto a la flecha rotatoria con medios para conectar los segmentos para formar una placa de sello estacionaria continua.
3. 3. La estructura de sello mecánico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la placa seguidora está constituida por un par de segmentos de placa rotatoria, los segmentos se colocan axialmente respecto a la flecha rotatoria con medios para conectar los segmentos para formar una placa seguidora continua.
4. 4. La estructura de sello mecánico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la placa de tensionamiento está constituida por un par de segmentos de placa rotatoria, estos segmentos se van a colocar axialmente respecto a la flecha giratoria, con medios para conectar los segmentos para formar una placa de tensionamiento continuo.
5. 5. La estructura de sello mecánico dividida, para sellar entre un alojamiento estacionario y una flecha giratoria, caracterizada porque comprende: un par de segmentos de placa estacionarios, los segmentos se van a colocar axialmente respecto a la flecha rotatoria para formar una placa estacionaria y que tiene una pared interior y una pared exterior, la pared interior se va a localizar cercanamente adyacente a la colocación de la flecha giratoria que se extiende pasante, la pared exterior se localiza radialmente lejos de la flecha para definir un rebajo de extensión radial en la placa estacionaria para contener un material de empaque y la placa estacionaria para montarse en el alojamiento estacionario; un par de segmentos de placa giratoria, estos segmentos se van a colocar axialmente respecto a la flecha giratoria para definir una placa seguidora que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior se localiza cercanamente adyacente a la flecha giratoria que se extiende pasante, la placa seguidora además se define para incluir una porción convexa que se extiende paralela a la flecha y definida para derivar cercanamente y extender en el rebajo en la placa estacionaria; y un par de segmentos de placa rotatoria, estos segmentos se colocan axialmente respecto a la flecha giratoria para definir una placa de tensionamiento que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior adyacente a y montado a la flecha giratoria que se extiende pasante, la placa de tensionamiento además se define para incluir un medio de derivación, para aplicar presión paralela a la flecha contra la placa seguidora en la dirección de la placa estacionaria .
6. 6. El montaje de sello mecánico de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 5, caracterizado además porque los medios para montar la placa de tensionamiento a la flecha giratoria son tornillos de ajuste .
7. 7. El montaje de sello mecánico de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 5, caracterizado además porque los medios de derivación para aplicar presión paralela a la flecha contra la placa seguidora comprenden un resorte .
8. 8. Un montaje de sello mecánico dividido para sellar entre un alojamiento estacionario y una flecha giratoria, caracterizado porque comprende: un par de segmentos de placa estacionaria, estos segmentos se colocan axialmente respecto a la flecha giratoria para formar una placa estacionaria que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior se localiza cercanamente adyacente a la flecha giratoria que se extiende pasante, la placa estacionaria además se define para incluir una porción convexa que se extiende paralela a la flecha y definida para extenderse lejos del alojamiento estacionario; un par de segmentos de placa rotatoria, estos segmentos se colocan axialmente respecto a la flecha giratoria para definir una placa seguidora que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior se localiza cercanamente adyacente a la flecha giratoria que se extiende pasante, el borde exterior se localiza radialmente lejos de la flecha para definir un rebajo que se extiende radialmente en la placa seguidora para contener un material de empaque, y la placa seguidora además se define para derivar cercanamente a la placa estacionaria para ajustar cercanamente dentro de la placa estacionaria al comprimir el material de empaque; y un par de segmentos de placa rotatoria, estos segmentos se colocan axialmente respecto a la flecha giratoria para definir una placa de tensionamiento que tiene un borde interior y un borde exterior, el borde interior está adyacente a y montado a la flecha giratoria que se extiende pasante, la placa de tensionamiento además se define para incluir un medio de derivación para aplicar presión paralela a la flecha contra la placa seguidora en la dirección de la placa estacionaria . RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un montaje de sello mecánico (Figura 5) para utilizar entre un cuerpo estacionario (5) y una flecha giratoria (12) . La 5 estructura de sello (Figura 5) incluye un elemento estacionario (1) un elemento de derivación rotatoria (2) y una placa de tensionamiento giratoria (3) . El elemento de derivación rotatoria (3) se sella a la flecha giratoria (12) utilizando un sello de anillo tórico (15) . El miembro jflfc 10 de tensionamiento (3) se monta rígidamente en la flecha (12) utilizando un ajuste por interferencia respaldado por tornillos de ajuste (19) o equivalentes. La estructura estacionaria (1 y 10) se centra respecto a la flecha (12) y sujeta rígidamente al cuerpo estacionario (5) . Ya sea el 15 elemento estacionario (1) de o el elemento seguidor rotatorio (2) pueden retener el empaque (10) en una ranura de empaque radial (9) como un medio de sello. Una fuerza ^ de derivación axial que se proporciona por resortes helicoidales (22) u otros medios de compresión en la 20 periferia de la placa seguidora giratoria (2) y sujeta por elementos de tensionamiento rotatorio (3) asegura contacto íntimo del medio de empaque (10) al elemento estacionario (1) y la cara de sello del elemento de derivación rotatorio (2) de esta manera proporciona un sello de equipo fluido. 25 En la modalidad preferida, los elementos se proporcionan como un diseño totalmente dividido (Figuras 2 y 3) permitiendo que este sello (Figura 5) se ensamble en una flecha rotatoria (12) sin necesidad por acceso al extremo de la flecha (12) .