JUNTA MECÁNICA CON ANILLO DE ACOPLAMIENTO ESTABLE TÉRMICAMENTE.
Un conjunto (10) de junta que proporciona una junta estanca a los fluidos entre un alojamiento (20) y un eje giratorio (16),
comprendiendo dicho conjunto de junta: un componente (22, 24, 26) del alojamiento que define una cámara estanca anular (23) que rodea el eje, un anillo primario (34) amovible de forma axial que puede ser girado con el eje (16) y que define una cara anular (40) de cierre estanco dirigida de forma radial; un anillo (44) de acoplamiento fijado contra giro con respecto al componente del alojamiento que define una cara anular (58) de cierre estanco dirigida de forma radial, definiendo dichas caras (40, 58) de cierre estanco de dichos anillos (34, 44) una superficie de contacto de cierre estanco que puede ser girada relativamente, incluyendo dicho anillo (44) de acoplamiento una porción anular (56) que se extiende de forma axial que define una superficie cilíndrica externa (60) de cierre estanco dispuesta hacia dentro de forma radial de dichas superficies dirigidas de forma radial de dicho componente del alojamiento; caracterizado: porque dicho componente del alojamiento define una superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial, y una superficie anular (77) de contacto de empuje dirigida de forma radial separada de la superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial; por un anillo anular (46, 146) de compresión dispuesto entre dichas superficies (76, 77) dirigidas de forma radial de dicho componente del alojamiento, incluyendo dicho miembro de anillo anular de compresión una superficie (83) de compresión dirigida de forma radial y una superficie (87) de contacto de empuje dirigida de forma radial; por un elemento anular (48) de compresión flexible dispuesto entre dicha superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial de dicho componente (22) del alojamiento y dicha superficie anular (83) de compresión dirigida de forma radial de dicho miembro (46) de anillo de compresión; y por un miembro (52, 152, 252) de empuje dispuesto entre dicha superficie anular (77) de contacto de empuje dirigida de forma radial de dicho componente (22, 24, 26) del alojamiento y dicha superficie anular (87) de contacto de empuje dirigida de forma radial de dicho anillo (46) de compresión; porque dicho miembro (52) de empuje impulsa dicho anillo (46) de compresión hacia dicha superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial de dicho componente del alojamiento para comprimir de forma axial dicho elemento (48) de compresión flexible y empujarlo de forma radial en contacto con dicha superficie cilíndrica externa (60) de cierre estanco de dicha porción anular (56) que se extiende de forma axial de dicho anillo de acoplamiento
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/066160.
Solicitante: JOHN CRANE INC..
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 6400 WEST OAKTON STREET MORTON GROVE, IL 60053 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: CASUCCI,DAVID,P, FISHER,DANIEL.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 6 de Abril de 2007.
Fecha Concesión Europea: 21 de Julio de 2010.
Clasificación PCT:
- F16J15/38 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL. › F16J PISTONES; CILINDROS; RECIPIENTES A PRESION EN GENERAL; JUNTAS DE ESTANQUEIDAD. › F16J 15/00 Juntas de estanqueidad. › estanco mediante una empaquetadura.
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.
Fragmento de la descripción:
Antecedentes de la invención
La presente invención versa acerca de conjuntos de junta mecánica de la cara extrema. Más en particular, versa acerca de un conjunto de junta mecánica de la cara extrema de alta temperatura con un anillo de acoplamiento estable térmicamente.
Las bombas, especialmente aquellas en refinerías y en fábricas de productos químicos, tratan a menudo líquidos que son difíciles de sellar, incluyendo propano, butano, y otros líquidos inestables, combustibles o tóxicos. Estos líquidos pueden provocar una vida corta de las juntas y una fuga no deseable del producto.
Son conocidos conjuntos de junta mecánica de la cara extrema y representan una solución exitosa para una fuga del producto (por ejemplo, el documento US-A-4 364 571). Los conjuntos de junta mecánica de la cara extrema encuentran amplias aplicaciones para sellar líquidos en bombas que tienen un alojamiento y un eje giratorio que se extiende. Los conjuntos de junta incluyen normalmente un par de anillos anulares de junta que definen un par de caras anulares de junta que pueden ser giradas relativamente, que están empujadas una contra la otra para definir una superficie de contacto de estanqueidad. Estos anillos de junta están soportados sobre el eje y el alojamiento por componentes del conjunto. Un anillo de junta, el anillo primario, puede ser movido de forma axial y se empuja por medio de un resorte de compresión o un fuelle metálico en contacto cara a cara con el otro anillo de junta, el anillo de acoplamiento, que está fijado contra un movimiento axial o giratorio con respecto al alojamiento.
El conjunto de junta puede incluir una única junta, una junta en tándem, o una junta doble en la que se suministra una presión de fluido amortiguador a una mayor presión que el fluido de proceso que va a ser sellado para evitar la fuga del fluido de proceso a través de las caras del anillo de junta. Tales juntas metálicas están disponibles en John Crane Inc., Morton Grove, Illinois, EE. UU., y están dadas a conocer en las patentes U.S. nos 5.901.965 y 5.954.341, cuyas revelaciones están incorporadas en el presente documento por referencia. La presente invención representa un perfeccionamiento en las juntas mecánicas del tipo de las patentes
U.S. nos 5.901.965 y 5.954.341.
La Figura 1 ilustra un conjunto tradicional (técnica anterior) 1010 de junta mecánica estacionaria de alta temperatura para lograr una estanqueidad entre un alojamiento 1020 y un eje giratorio 1016. El conjunto 1010 de junta mecánica de la Figura 1 tiene una única configuración de junta, aunque también son conocidas en la técnica otras configuraciones de junta, tal como configuraciones de junta dual, en tándem o triple.
El conjunto 1010 de junta mecánica incluye una placa 1022 de prensa fijada al alojamiento 1020. El conjunto 1010 de junta mecánica incluye, además, un anillo primario 1034 que puede ser movido de forma giratoria con el eje giratorio 1016 y un anillo 1044 de acoplamiento fijado contra un movimiento giratorio.
El anillo primario 1034 y el anillo 1044 de acoplamiento definen caras 1040 y 1058 de la junta que se extienden de forma radial que mantienen una relación de acoplamiento mutuo. El anillo primario 1034 está ajustado con apriete en una cubierta 1036. Un fuelle 1038 empuja a la cubierta 1036 y el anillo primario 1034 hacia el anillo 1044 de acoplamiento.
El anillo 1044 de acoplamiento incluye una porción 1046 de disco que se extiende hacia fuera de forma radial. La porción 1046 de disco del anillo 1044 de acoplamiento está colocada dentro de una ranura anular 1072 definida en la placa 1022 de prensa.
También hay situada una junta secundaria 1048 enrollada en espiral, formada de acero inoxidable y grafito flexible, en la ranura anular 1072 definida en la placa 1022 de prensa. En la posición instalada, la junta secundaria 1048 enrollada en espiral está ubicada entre la porción 1046 de disco del anillo 1044 de acoplamiento y el alojamiento 1020.
Una serie de fijaciones 1028 que se extienden de forma axial fijan la placa 1022 de prensa al alojamiento 1020. La junta secundaria 1048 y la porción 1046 de disco del anillo 1044 de acoplamiento están colocadas de forma axial entre la placa 1022 de prensa y el alojamiento 1020. El apriete de las fijaciones 1028 fija la junta secundaria 1048 y la porción 1046 de disco del anillo 1044 de acoplamiento de forma axial para fijar el anillo 1044 de acoplamiento de forma axial y radial. Aunque esta disposición es eficaz para fijar el anillo 1044 de acoplamiento a la placa 1022 de prensa y al alojamiento 1020, la aplicación de una fuerza de apriete sobre la porción 1046 de disco del anillo 1044 de acoplamiento puede deformar la cara 1058 de la junta del anillo 1044 de acoplamiento.
La Figura 2 ilustra otro conjunto tradicional (técnica anterior) 1110 de junta mecánica estacionaria elevada para lograr una estanqueidad entre un alojamiento 1120 y un eje giratorio 1116. El conjunto 1110 de junta mecánica incluye una placa 1122 de prensa fijada al alojamiento 1120. Además, el conjunto 1110 de junta mecánica incluye un anillo primario 1134 amovible de forma giratoria con el eje giratorio 1116 y un anillo 1144 de acoplamiento fijado contra un movimiento giratorio.
El anillo primario 1134 y el anillo 1144 de acoplamiento definen caras 1140 y 1158 de junta que se extienden de forma radial en una relación de acoplamiento mutuo.
El anillo 1144 de acoplamiento incluye una porción 1146 de disco que se extiende hacia fuera de forma radial. La porción 1146 de disco del anillo 1144 de acoplamiento está colocada dentro de una ranura anular 1172 definida en la placa 1122 de prensa.
También hay situadas dos juntas secundarias 1148 y 1149 enrolladas en espiral en la ranura anular 1172 definida en la placa 1122 de prensa. En la posición instalada, hay ubicada una junta secundaria 1148 enrollada en espiral entre la porción 1146 de disco del anillo 1144 de acoplamiento y el alojamiento 1120. La otra junta secundaria 1149 enrollada en espiral está ubicada entre la porción 1146 de disco del anillo 1144 de acoplamiento y la placa 1122 de prensa.
Las fijaciones 1128 que se extienden de forma axial fijan la placa 1122 de prensa al alojamiento 1120. Las dos juntas secundarias 1148 y 1149 y la porción 1146 de disco del anillo 1144 de acoplamiento están colocadas de forma axial entre la placa 1122 de prensa y el alojamiento 1120, el apriete de las fijaciones 1128 fija las juntas secundarias 1148 y la porción 1146 de disco del anillo 1144 de acoplamiento de forma axial para fijar el anillo 1144 de acoplamiento de forma axial y radial. De forma similar al conjunto 1410 de junta mecánica de la Figura 1, la aplicación de una fuerza de apriete sobre la porción 1146 de disco del anillo 1144 de acoplamiento puede deformar la cara 1158 de la junta del anillo 1144 de acoplamiento.
La Figura 3 ilustra un conjunto tradicional (técnica anterior) 1210 de junta mecánica estacionaria elevada, que tiene dos juntas en una configuración de junta en tándem, para lograr una estanqueidad entre un alojamiento 1220 y un eje giratorio 1216. El conjunto 1210 de junta mecánica comprende una junta interior 1212, más cercana al alojamiento 1220, y una junta exterior 1214 que actúan conjuntamente para sellar el eje 1216 con respecto al alojamiento 1220. Además, el conjunto 1210 de junta mecánica incluye una placa interior 1222 de prensa, una placa exterior 1224 de prensa y una camisa 1226 de la prensa.
La junta interior 1212 incluye un anillo primario 1234 amovible de forma giratoria con el eje giratorio 1216 y un anillo 1244 de acoplamiento fijado contra un movimiento giratorio. El anillo primario 1234 y el anillo 1244 de acoplamiento definen caras 1240 y 1258 de la junta que se extienden de forma radial en una relación de acoplamiento mutuo. El anillo 1244 de acoplamiento incluye una porción 1246 de disco que se extiende hacia fuera de forma radial. La porción 1246 de disco del anillo 1244 de acoplamiento está colocada dentro de una ranura anular 1272 definida en la placa interior 1222 de prensa y una ranura anular 1227 definida en la camisa 1226 de la prensa.
También hay situadas dos juntas secundarias 1248 y 1249 enrolladas en espiral en las ranuras anulares 1272 y 1227 definidas en la placa interior 1222 de prensa y la camisa 1226 de la prensa. En la posición instalada, una junta secundaria 1248 enrollada en espiral está ubicada entre la porción 1246 de disco del anillo de acoplamiento y la placa interior 1222 de prensa....
Reivindicaciones:
1. Un conjunto (10) de junta que proporciona una junta estanca a los fluidos entre un alojamiento (20) y un eje giratorio (16), comprendiendo dicho conjunto de junta:
un componente (22, 24, 26) del alojamiento que define una cámara estanca anular
(23) que rodea el eje, un anillo primario (34) amovible de forma axial que puede ser girado con el eje (16) y que define una cara anular (40) de cierre estanco dirigida de forma radial; un anillo (44) de acoplamiento fijado contra giro con respecto al componente del alojamiento que define una cara anular (58) de cierre estanco dirigida de forma radial, definiendo dichas caras (40, 58) de cierre estanco de dichos anillos (34, 44) una superficie de contacto de cierre estanco que puede ser girada relativamente, incluyendo dicho anillo (44) de acoplamiento una porción anular (56) que se extiende de forma axial que define una superficie cilíndrica externa (60) de cierre estanco dispuesta hacia dentro de forma radial de dichas superficies dirigidas de forma radial de dicho componente del alojamiento; caracterizado:
porque dicho componente del alojamiento define una superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial, y una superficie anular (77) de contacto de empuje dirigida de forma radial separada de la superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial; por un anillo anular (46, 146) de compresión dispuesto entre dichas superficies (76, 77) dirigidas de forma radial de dicho componente del alojamiento, incluyendo dicho miembro de anillo anular de compresión una superficie (83) de compresión dirigida de forma radial y una superficie (87) de contacto de empuje dirigida de forma radial; por un elemento anular (48) de compresión flexible dispuesto entre dicha superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial de dicho componente (22) del alojamiento y dicha superficie anular (83) de compresión dirigida de forma radial de dicho miembro (46) de anillo de compresión; y por un miembro (52, 152, 252) de empuje dispuesto entre dicha superficie anular (77) de contacto de empuje dirigida de forma radial de dicho componente (22, 24, 26) del alojamiento y dicha superficie anular (87) de contacto de empuje dirigida de forma radial de dicho anillo (46) de compresión; porque dicho miembro (52) de empuje impulsa dicho anillo (46) de compresión hacia dicha superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial de dicho componente del alojamiento para comprimir de forma axial dicho elemento (48) de compresión flexible y empujarlo de forma radial en contacto con dicha superficie cilíndrica externa (60) de cierre estanco de dicha porción anular (56) que se extiende de forma axial de dicho anillo de acoplamiento.
2. El conjunto de junta como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el anillo (46) de compresión incluye una superficie límite cilíndrica (85) que se extiende de forma axial que forma una ranura anular (84) con dicha superficie anular (83) de compresión dirigida de forma radial, y dicho elemento anular (48) de compresión flexible está dispuesto en dicha ranura (84) y está comprimido de forma radial entre dicha superficie límite cilíndrica (85) que se extiende de forma axial y dicha superficie cilíndrica externa
(60) de cierre estanco de dicha porción anular (56) que se extiende de forma axial de dicho anillo (44) de acoplamiento.
3. Un conjunto de junta como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en el que dicho componente del alojamiento incluye al menos una placa (22) de prensa y dicha al menos una placa de prensa incluye dicha superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial.
**(Ver fórmula)**
Un conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho componente del alojamiento incluye una placa interior (22) de prensa, una placa exterior (24) de prensa y una camisa (26) de prensa, dicha placa interior (22) de prensa incluye dicha superficie anular (76) de compresión dirigida de forma radial y dicha camisa de prensa incluye dicha superficie anular (77) de contacto de empuje dirigida de forma radial.**(Ver fórmula)**
El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho miembro (52) de empuje comprende un resorte que tiene un corte transversal con forma de Z.**(Ver fórmula)**
El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, en el que dicho miembro (52) de empuje comprende un resorte (252) que tiene un corte transversal con forma de L y en el que uno de dicha placa de prensa y dicho anillo de compresión incluye un reborde (227) que se extiende de forma axial hacia dicho resorte.**(Ver fórmula)**
El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, en el que dicho miembro (52) de empuje comprende un resorte que comprende una arandela de resorte y en el que dicha placa de prensa y dicho anillo de compresión incluyen cada uno un reborde (147, 127) que se extiende de forma axial hacia dicha arandela (52) de resorte.**(Ver fórmula)**
El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho elemento (48) de compresión flexible está formado de grafito flexible.**(Ver fórmula)**
El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho elemento de compresión flexible está formado de un elastómero.10. El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho elemento (48) de compresión flexible es un anillo troquelado de cinta enrollada de grafito flexible.
11. El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la relación de ⎪A/B⎪ es menor o igual que 0,4, en la que A es la distancia axial desde el centro de presión (386) provocada por dicho elemento (48) de compresión flexible con respecto al segundo momento del área de corte transversal del anillo de acoplamiento con respecto al eje centroidal (388) y B es la longitud axial total del anillo de acoplamiento.
12. El conjunto de junta como se reivindica en la reivindicación 11, en el que la relación de ⎪A/S⎪ es mayor o igual que 0,28 y es menor o igual que 0,38.
13. El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho conjunto comprende, además, una junta plana radial (50) de estanqueidad colocada de forma axial entre dicho anillo (44) de acoplamiento y dicha placa (22) de prensa.
14. El conjunto de junta de la reivindicación 13, en el que dicha placa de prensa incluye una superficie (68) de cierre estanco que se extiende de forma radial y dicho anillo (44) de acoplamiento incluye una superficie (70) que se extiende de forma radial, dicha junta plana radial de estanqueidad está colocada entre dichas superficies (68, 70) que se
5 extienden de forma radial y comprende grafito flexible.
15. El conjunto de junta como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el coeficiente de expansión térmica del material que forma dicho anillo (46) de compresión es menos de dos veces el coeficiente de expansión térmica del material que
10 forma dicho anillo (44) de acoplamiento.
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