PT1261820E - Vedação em labirinto entre componentes rotativos - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "VEDAÇÃO EM LABIRINTO ENTRE COMPONENTES ROTATIVOS" A invenção refere-se a uma vedação em labirinto, de acordo com o conceito genérico da primeira reivindicação.

Uma vedação em labirinto deste tipo, conhecida a partir do documento DE 4403776 Al, é aplicada na zona de um rolamento de esferas na transição de um motor de accionamento para uma engrenagem unida a este mediante um flange. Neste caso, um componente de caixa fixa está munido de elementos anelares orientados radialmente para o interior, dispostos paralelamente uns em relação aos outros e apresentando um diâmetro interno idêntico. Sobre o veio do rotor do motor de accionamento está assente um outro componente em forma de anel que apresenta, na zona das superfícies frontais de cada um dos elementos anelares, superfícies de estanqueidade cilíndricas adjacentes a estes. Este outro componente comporta ainda pontes de projecção orientadas radialmente para o exterior as quais engatam entre os elementos anelares. As superfícies frontais dos elementos anelares possuem um diâmetro minimamente maior do que o diâmetro das superfícies de estanqueidade cilíndricas correspondentes, de modo que, entre a respectiva superfície frontal e a superfície de estanqueidade correspondente, está formada uma fenda anelar de vedação estreita cilíndrica oca e rotativa. A superfície frontal e a superfície de estanqueidade formam, por conseguinte, a superfície de revestimento interior e a superfície de revestimento exterior de cada uma das fendas anelares de vedação 1 associadas. Na prática verifica-se que não é possível obter uma concentricidade absoluta das superfícies de estanqueidade. Devido a tais erros de forma e de posição tecnicamente inevitáveis, a largura da fenda anelar de vedação, aliás bastante reduzida, altera-se, por isso, dinamicamente com a frequência de rotação. Por conseguinte, caso por exemplo, escorra óleo, eventualmente em forma de gotas ou de espuma, a partir do rolamento de esferas para a vedação em labirinto, chegando, por conseguinte, às fendas anelares de vedação, então a superfície de estanqueidade excentricamente rotativa actua como se fosse uma bomba e transporta, assim, a sujidade produzida, passando através da fenda anelar de vedação e podendo deste modo chegar até ao motor, causando ali avarias. De modo a suprimir esta lacuna, na disposição em labirinto está integrada uma zona de relaxação, agregada a um difusor, mediante um canal, e actuando como um tubo Venturi, o qual está em contacto com a atmosfera exterior. A partir do documento US 5.029.876 é conhecida uma vedação em labirinto que é utilizada associada à refrigeração dos componentes de turbinas a gás, em que um fluxo de ar de refrigeração definido é conduzido, como fuga de fluxo, a partir de um lado de alta pressão através da vedação em labirinto de modo a conseguir um efeito refrigerador num componente situado no lado oposto à vedação em labirinto. A partir do documento GB 274049 A é conhecida uma vedação em labirinto em conformidade com o género, destinada a bombas centrífugas, turbinas a vapor ou hidráulicas em que é produzido um efeito de bombagem actuando contra a fuga de fluxo proveniente do lado da alta pressão através das fendas anelares de vedação inclinadas em direcção ao eixo de rotação. 2 A partir do documento EP 0608672 AI é também conhecida uma vedação em labirinto, em conformidade com o género, para uma disposição de chumaceiras de rolos lubrificada a óleo em que também deve ser evitada uma fuga de fluxo a partir do interior da caixa do mancai através de fendas anelares de vedação inclinadas em direcção ao eixo de rotação.

Nestas duas vedações em labirinto em conformidade com o género, o problema reside no facto de terem de ser mantidas condições de funcionamento especialmente precisas, em particular, condições de pressão precisas, de ambos os lados da vedação em labirinto, de modo a assegurar que por um lado, o agente em relação ao qual deve ser vedado, não saia para fora do interior da caixa, mas por outro, que seja também impedida a infiltração de impurezas na vedação ou mesmo no interior da caixa. Isto exige, entre outros, uma colocação muito exacta e minuciosa dos componentes.

Perante este cenário, cabe à presente invenção o objectivo concreto de colocar à disposição uma vedação em labirinto, a qual, em condições de funcionamento alternantes, possibilite, facilmente, uma separação fiável entre os espaços de ambos os lados da vedação.

Este objectivo é solucionado, de acordo com a invenção, através da medida indicada na caracteristica da reivindicação 1.

Numa construção de uma vedação em labirinto, de acordo com a invenção, é produzido, adicionalmente, um componente radial na fenda anelar de vedação, devido à configuração cónica da fenda anelar de vedação no que se refere ao efeito de bombagem axial que é originado em consequência das alterações dinâmicas da 3 fenda anelar de vedação já referidas por causa de descentragens. Este componente radial do efeito de bombagem está dependente do número de rotações, do diâmetro e da expansão radial, bem como da inclinação da fenda anelar de vedação cónica na direcção do eixo. De um modo preferido, a largura radial da fenda é idêntica ao longo da extensão axial. Resulta então uma fenda anelar de vedação na forma de um cone truncado oco. Todavia, no outro componente ali associado, também é possível inclinar, em forma de cone, apenas uma das superfícies de revestimento da fenda anelar de vedação, isto é, ou a superfície frontal do elemento anelar, ou a superfície de estanqueidade. Ambas as superfícies de revestimento mencionadas anteriormente podem também estar inclinadas opostas em relação à direcção do eixo. Também pode ser vantajoso que a inclinação das superfícies de revestimento mencionadas anteriormente apenas se estenda ao longo de uma parte da sua expansão axial. Para a dimensão do efeito de bombagem afigura-se, neste caso, particularmente determinante a inclinação da superfície de revestimento exterior da fenda anelar de vedação. Neste caso, o efeito de bombagem está orientado para a extremidade da fenda anelar de vedação que apresenta o diâmetro maior. 0 diâmetro maior da fenda anelar de vedação é disposto, por conseguinte, do lado a partir do qual podem fluir para a vedação em labirinto, fluidos com efeito perturbador, em particular, óleo, água ou semelhantes. Neste caso, para o efeito de bombagem, a força centrífuga radial exercida sobre o fluído a ser retido pode ser importante, transportando para fora o fluído infiltrado na fenda anelar de vedação. Na superfície de revestimento exterior inclinada surge então um componente de fluxo que contraria o efeito de bombagem axial produzido pela rotação descentrada em relação ao fluído afluente. Mediante escolha da inclinação do cone e do número de rotações pode ser regulada, neste caso, a dimensão do componente 4 de força actuando contrariamente. De modo a poder manter o mais pequeno possível, o diâmetro do componente munido das superfícies de estanqueidade, estão associadas, umas às outras, superfícies de estanqueidade em forma de cone truncado sucedendo-se axialmente umas às outras e, visto em corte longitudinal, apresentando a forma de dente de serra, de modo que o diâmetro médio pode ser configurado, pelo menos, aproximadamente idêntico. Também é possível prover a vedação em labirinto de fendas anelares de vedação que estão inclinadas em sentido contrário. Então, por exemplo, a partir de uma secção da vedação em labirinto ventilada na zona média axial pode actuar-se contra a infiltração de fluidos a partir de ambas as zonas de extremidade. Além disso, a uma superfície de estanqueidade comum podem também estar opostas várias superfícies anelares. É também conveniente prever, pelo menos, entre algumas superfícies de estanqueidade adjacentes, anéis de projecção orientados radialmente para o exterior, os quais sobressaem entre elementos anelares adjacentes associados e projectam, radialmente, os fluidos infiltrados através das fendas anelares de vedação para dentro das ranhuras de admissão previstas entre os elementos anelares asssocidos. 0 fluído projectado pode depois ser escoado através de um canal colector comum.

Em seguida, a invenção é explicada mais pormenorizadamente com base num exemplo de realização de uma vedação em labirinto representado no desenho. Mostram:

Fig. 1 um corte longitudinal através de uma vedação em labirinto colocada de forma fixa na protecção da chumaceira de um motor e

Fig. 2 uma representação ampliada da vedação anelar na 5 zona de uma fenda anelar de vedação.

De acordo com a figura 1, no espaço 1 interior de uma caixa de um motor eléctrico, assente de forma fixa, está fixada uma armadura 2 sobre um veio 3. Mediante uma chumaceira 4 de rolos o veio 3 está encaixado de forma rotativa numa protecção 5 da chumaceira da caixa. A extremidade do veio 3 que sobressai do espaço 1 interior da caixa para o exterior está ligada em accionamento a uma engrenagem mecânica directamente ligada à protecção 5 da chumaceira, engrenagem essa da qual simplesmente está mostrada uma disposição de rodas 6 de engrenagem. As rodas 6 de engrenagem correm num banho de óleo não representado. A quantidade de óleo transportada pelas rodas 6 de engrenagem serve também para a lubrificação da chumaceira 4 de rolos. De modo a evitar, neste caso, que o óleo de engrenagem, que circula axialmente através da chumaceira 4 de rolos, chegue ao espaço 1 interior da caixa do motor, adjacente à chumaceira 4 de rolos, está disposta axialmente uma vedação em labirinto de câmaras múltiplas que se estende em direcção axial para a armadura 2. A vedação em labirinto constitui-se por um componente 8 interior em forma de manga que está fixado sobre o veio 3 e que roda juntamente com o veio 3, e por um componente 7 exterior, que envolve em forma de concha o componente 8 interior, ligado fixamente à protecção 5 da chumaceira. Na parede interior do componente 7 exterior encontram-se elementos 9 anelares orientados radialmente para o interior, dispostos axialmente afastados uns dos outros e entre os quais se encontram espaços 10 ocos com uma secção transversal em forma de U. Tal como ilustrado na figura 2, as superfícies 11 frontais dos elementos 9 anelares, apontando radialmente para o interior, formando uma fenda 12 anelar de vedação, estão opostas e apertadamente adjacentes e sem estabelecer contacto, respectivamente a uma 6 superfície 13 de estanqueidade que está configurada na parede exterior do componente 8 em forma de manga e que roda juntamente com o veio 3. Uma vez que a superfície 13 de estanqueidade não roda exactamente de forma concêntrica em condições práticas de funcionamento, a largura da fenda 12 anelar de vedação medida na direcção radial altera-se com a frequência de rotação do veio 3. Isto leva a que, por exemplo, na fenda 12 anelar de vedação o óleo de lubrificação proveniente da chumaceira 4 de rolos seja bombeado através da fenda 12 anelar de vedação, apesar da largura da fenda ser mantida muito reduzida.

De modo a diminuir a quantidade de fluído indesejado que passa através da fenda 12 anelar de vedação, a mesma está configurada de forma cónica. Para isso, no presente caso, tanto a superfície 11 frontal no elemento 9 anelar, como também a superfície 13 de estanqueidade associada, estão configuradas de forma cónica. A inclinação na superfície 11 frontal e na superfície 13 de estanqueidade em relação ao eixo 14 indicado do veio 3 é, neste caso, de igual dimensão e seleccionada numa direcção idêntica. A fenda 12 anelar de vedação apresenta, assim, a forma de um cone truncado oco cujo diâmetro se prolonga contra a direcção a partir da qual o fluído a ser retido, no presente caso, o óleo de lubrificação, se precipita. Com o veio 3 a rodar e com a superfície 13 de estanqueidade a rodar juntamente, o fluído que penetrou até à fenda 12 anelar de vedação é projectado radialmente para fora aquando da infiltração na fenda 12 anelar de vedação e é sujeito a um desvio na correspondente superfície 11 frontal inclinada, desvio esse que possui um componente de força contrário à direcção de afluxo do fluído. Mediante a escolha da inclinação e tendo em consideração o número de rotações do veio 3, o componente de força pode ser escolhido de tal modo que o efeito de bombagem 7 produzido pela rotação descentrada na fenda 12 anelar de vedação actua em contrário, sendo compensado pelo menos em parte. Através de uma configuração múltipla de uma vedação de fenda em labirinto, configurada desta maneira, a passagem de fluido através de uma vedação em labirinto configurada correspondentemente, pode pelo menos ser reduzida até ao ponto de não serem necessárias medidas adicionais, ou seja, com um efeito vedante idêntico em relação a disposições com fenda anelar de vedação puramente cilíndrica ser apenas necessário um número reduzido de fendas 12 anelares de vedação, compostas de elemento 9 anelar e de superfície 13 de estanqueidade.

Divergindo da forma de realização representada, na qual as superfícies 11 e 13 cónicas de revestimento da fenda 12 anelar de vedação apresentam inclinação idêntica, também pode ser suficiente configurar, de forma cónica, apenas a superfície 11 frontal ou a superfície 13 de estanqueidade, sendo que, todavia, a direcção do componente de força daí resultante, no que se refere à relação de estanqueidade melhorada pretendida, tem de ser observada.

De modo a poder manter tão reduzida quanto possível a espessura radial da parede do componente 8 interior, o diâmetro médio de pelo menos duas fendas 12 anelares de vedação cónicas dispostas adjacentes uma à outra, é escolhido pelo menos dimensão aproximadamente idêntico. As superfícies 13 de estanqueidade associadas, em forma de cone truncado, previstas axialmente ao lado umas das outras no componente 8 encaixado de forma rotativa, configuram, neste caso, uma forma de dente de serra no corte longitudinal axial. 8

De modo a melhorar a projecção de fluído, ainda assim penetrado através da fenda 12 anelar de vedação, estão previstos na zona das extremidades dos dentes de serra, respectivamente entre as superfícies 13 de estanqueidade adjacentes, anéis 15 de projecção orientados radialmente para o exterior, que sobressaem entre os elementos 9 anelares adjacentes associados.

Quando existe a possibilidade de fluidos não desejáveis poderem infiltrar-se a partir de ambos os lados da vedação, afiqura-se conveniente preverem-se, nas zonas de extremidade axiais da vedação em labirinto, fendas 12 anelares de vedação com inclinação contrária. No exemplo de realização, a secção terminal do componente 8 interior, virada para a armadura 2, está correspondentemente provida de uma superfície 13 de estanqueidade cuja inclinação em relação ao eixo 14 está configurada contrariamente à inclinação da superfície 13 de estanqueidade junto à extremidade da vedação em labirinto situada oposta e virada para a engrenagem. No entanto, correspondentemente, também as superfícies 11 frontais estão inclinadas em sentido contrário em relação aos elementos 9 anelares associados. Entre as zonas com inclinação das fendas 12 anelares de vedação contrária, está introduzida, no presente caso, uma câmara 16 neutra na vedação em labirinto a partir da qual é escoado para fora o fluído infiltrado. Em compensação, a partir do espaço 10 oco, virado para a engrenagem, o óleo ali expelido, no presente caso, portanto, o óleo da engrenagem, pode ser reconduzido à chumaceira 4 de rolos, ou seja, à engrenagem.

Aliás, também é possível atribuir pelo menos dois elementos 9 anelares a uma superfície 13 de estanqueidade comum, de ambos os lados da câmara 16 neutra, como está representado no exemplo de realização, conforme a figura 1. 9

Na globalidade, através da configuração cónica da fenda 12 anelar de vedação é obtida uma melhoria do efeito vedante, sem espaço adicional de montagem ou quaisquer outros meios auxiliares. Por outro lado, através do componente de força disponível por este meio, podem ser reduzidas as exigências de efeito estrangulador da fenda 12 anelar de vedação, podendo ser aumentada, portanto, eventualmente, a largura radial da fenda, de modo que a produção dos componentes pode processar-se com precisão reduzida. Com uma largura da fenda ampliada reduz-se também a sua alteração dinâmica relativa no caso de um veio 3 em rotação, o que, por sua vez, conduz à redução do efeito de bombagem não desejável, a partir do lado do óleo afluente para o lado situado opostamente. Neste caso, o diâmetro do componente 8 interior não precisa de ser aumentado, apesar da configuração cónica da superfície 13 de estanqueidade, quando as superfícies 13 de estanqueidade, visto em corte longitudinal, são colocadas ao lado umas das outras, axialmente, em forma de dente de serra. Por motivos de montagem, o componente 7 exterior, juntamente com as pontes 9 anelares está realizado em partes, enquanto o componente 8 interior, com as superfícies 13 de estanqueidade e os anéis 15 de projecção é uma unidade de construção de uma peça inteiriça. Ambos os componentes 7 e 8 podem ser rodados um contra o outro e fixados axialmente, excepto em deslocamentos condicionados pelo funcionamento. Também a parte da respectiva superfície 13 de estanqueidade, associada directamente a uma superfície 11 frontal, está configurada em direcção axial, sem interrupção.

Lisboa, 07 de Novembro de 2006 10

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Vedação em labirinto entre dois componentes (7, 8) podendo rodar em torno de um eixo (14) um em relação ao outro e fixados axialmente, com pelo menos duas fendas (12) anelares de vedação ininterruptas em forma de anel, dispostas axialmente uma atrás da outra, cada uma entre uma superfície (11) frontal de um elemento (9) anelar disposto num componente (7) e de uma superfície (13) de estanqueidade oposta de forma apertada adjacente e sem entrar em contacto com outro componente (8) , sendo que a superfície (11) frontal e a superfície (13) de estanqueidade formam as superfícies de revestimento da fenda (12) anelar de vedação associada, em que pelo menos uma superfície (11, 13) de revestimento de pelo menos uma fenda (12) anelar de vedação está confiqurada de forma cónica, caracterizada por, para produzir uma reacção contra a infiltração de fluídos de ambas as extremidades da vedação em labirinto, as superfícies (11) frontais e as superfícies (13) de estanqueidade de fendas (12) anelares de vedação, numa extremidade da vedação em labirinto, estarem configuradas com uma inclinação contrária em relação às superfícies (11) frontais e às superfícies (13) de estanqueidade de fendas (12) anelares de vedação na outra extremidade da vedação em labirinto.
2. 2. Vedação em labirinto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por uma superfície (11) frontal estar configurada de forma cónica. 1 Vedação em labirinto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por uma superfície (13) de estanqueidade estar configurada de forma cónica. Vedação em labirinto, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por ambas as superfícies (11, 13) de revestimento de uma fenda (12) anelar de vedação estarem configuradas de forma cónica e apresentarem inclinação idêntica. Vedação em labirinto, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por os diâmetros médios de pelo menos duas fendas (12) anelares de vedação cónicas dispostas adjacentes uma à outra serem pelo menos aproximadamente idênticos. Vedação em labirinto, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por pelo menos dois elementos (9) anelares se situarem opostos a uma superfície (13) de estanqueidade contínua comum. Vedação em labirinto, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por várias superfícies (13) de estanqueidade cónicas estarem dispostas axialmente umas atrás das outras num componente (8). Vedação em labirinto, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por, entre as superfícies (13) de estanqueidade adjacentes, estarem dispostos anéis (15) de projecção, orientados radialmente para o exterior, os quais 2 adj acentes sobressaem entre os elementos (9) anelares associados. Lisboa, 07 de Novembro de 2006 3