UN DISPOSITIVO FUNCIONAL, TAL COMO UNA VÁLVULA DE APERTURA Y CIERRE, DOTADA DE MEDIOS DE ESTANQUIDAD.

Un dispositivo funcional, que comprende: - una pared (4) de confinamiento adecuada para definir una cámara (2) para contener un fluido bajo presión,

en el que la pared (4) de confinamiento citada posee al menos una abertura (6) para la conexión con el ambiente exterior a dicha cámara; - un vástago (1), al menos parcialmente alojado en la citada cámara (2), que tiene un eje de vástago (X-X), en el que dicho vástago comprende una porción de estanquidad (8) dispuesta a través de la citada abertura (6); - medios de estanquidad adecuados para proporcionar un cierre hermético a dicho fluido bajo presión, entre el citado vástago y la citada pared de la cámara; en el que dichos medios de estanquidad comprenden: - al menos un anillo de estanquidad (12) insertado sobre el citado vástago (1), estando el citado anillo de estanquidad (12), en una configuración operativa del dispositivo, radialmente comprimido contra dicho vástago (1) para formar el cierre hermético; - una pared de tope (14) adecuada para formar un tope axial para el citado anillo de estanquidad (12); en el que dichos medios de estanquidad comprenden, además, al menos un anillo (20) dispuesto de modo que se ve influenciado directamente por la acción de la presión de fluido hacia dicha cámara, en el que dicho anillo posee al menos una cavidad de expansión (22) en la que la presión de fluido provoca una acción de empuje de dicho anillo (20) hacia el citado anillo de estanquidad (12); y en el que dichos medios de estanquidad comprenden además una pared inferior (30), en el interior de la citada cámara (2), que sobresale radialmente, al menos de forma parcial, desde la pared (4) de confinamiento que delimita la citada abertura (6), estando dicho anillo de estanquidad (12) y el citado anillo (20) dispuestos entre la citada pared de tope (14) y la citada pared inferior (30); y en el que dicho anillo (20) apoya sobre la citada pared inferior (30); y en el que dicha pared inferior (30) posee una superficie extrema (32) que delimita radialmente la citada pared inferior (30), enfrentándose la citada superficie extrema axialmente al citado vástago (1); y en el que dicha pared inferior (30) posee un conducto de expansión (34) adecuado para la puesta de dicha cámara (2) en comunicación de fluido con la citada cavidad de expansión (22) del anillo (20); estando dicho dispositivo caracterizado porque: la cavidad de expansión (22) es anular y no está interrumpida anularmente, y se extiende radialmente desde la superficie del vástago (1) y está radialmente separada de la pared (4) de confinamiento por la pared lateral externa del anillo (20), estando formado el anillo (20) únicamente por la citada pared lateral externa y por una pared radial

Un dispositivo funcional, tal como una válvula de apertura y cierre, dotada de medios de estanquidad

La presente invención se refiere a un dispositivo funcional, tal como una válvula, un sistema de pistón -cilindro, o un eje giratorio, dotado de medios de estanquidad entre un vástago del dispositivo, por ejemplo un vástago giratorio o móvil, y una pared de la cámara bajo presión del dispositivo, desde la que sobresale el vástago.

Más en particular, la presente invención se refiere a una válvula que tiene un vástago de control, por ejemplo conectado a un mango para la apertura/ el cierre manual de la válvula, dotada de medios de estanquidad entre el vástago y la pared de la cámara bajo presión desde la que sobresale el vástago.

Por lo general, una válvula que puede ser accionada manualmente para su apertura o cierre presenta una cámara bajo presión en la que se aloja el dispositivo de apertura/ cierre de la válvula.

El dispositivo de apertura/ cierre está conectado a un vástago que sobresale desde la cámara para ser conectado a un mango accionable manualmente.

Se deben proporcionar medios de estanquidad entre el vástago y la pared de la abertura a través de la cual sobresale el vástago, para evitar la ventilación o el escape del fluido bajo presión desde la cámara.

En general, los medios de estanquidad consisten en un conjunto de anillos de estanquidad apilados, ajustados sobre el vástago y alojados en el espacio existente entre el vástago y la pared de la abertura.

Por el lado que se enfrenta a la cámara, los anillos de estanquidad apoyan contra una proyección de la pared, mientras que por el otro lado, es decir, por fuera de la cámara, éstos son presionados por un dispositivo de compresión que en el argot se conoce como “prensaestopas”.

Los anillos están normalmente fabricados con grafito expandido, que tiene la propiedad de una considerable deformación elástica. La compresión axial ejercida por el prensaestopas provoca una expansión radial de los anillos hacia el vástago.

La acción elástica de los anillos sobre el vástago asegura la estanquidad contra la ventilación o la fuga de fluido.

Las mediciones experimentales y las consideraciones teóricas muestran que los anillos de la parte superior, es decir, los que cierran el prensaestopas, están en una condición de fuerte compresión y considerable expansión radial, mientras que los anillos de la parte inferior, es decir, los que son cercanos a la proyección de pared, están en una condición de pobre compresión y pobre expansión radial.

Tal distribución no uniforme de la compresión es la causa de varias desventajas.

Con el fin de obtener una acción de estanquidad útil también mediante los anillos de la parte inferior, es necesario proporcionar altas cargas de apriete de los tornillos del prensaestopas, mientras se sobrecargan los anillos de la parte superior.

Se ha encontrado que, con el tiempo, la respuesta elástica de los anillos de grafito expandido tiende a disminuir debido a un tipo de “hábito” del material. En otras palabras, el estado de compresión prolongado al que se someten los anillos, genera una re-disposición de la estructura laminar del material, de modo que éste se relaja y pierde las características elásticas del mismo, anulando así la acción de estanquidad sobre el vástago.

Esta relación es más rápida cuanto más alto es el estado de compresión al que se encuentre sometido el material, y por lo tanto, la condición de alta compresión de los anillos, y en particular de los anillos de la parte superior, resulta altamente indeseada.

Además, la acción de estanquidad demasiado alta de los anillos superiores sobre el vástago provoca un par torsor resistente a la rotación del vástago, lo que provoca una difícil acción de control del propio vástago.

Tales desventajas han sido tratadas con anillos de grafito de baja densidad para ser instalados con apriete controlado de los tornillos del prensaestopas, o utilizando anillos de sección trapezoidal o utilizando arandelas Belleville sobre los tornillos del prensaestopas.

Sin embargo, ninguna de las soluciones propuestas resuelve en absoluto los problemas mencionados en lo que antecede, especialmente debido al hecho de que éstas tratan de oponerse a los efectos de la relajación del material, lo que ocurre en cualquier caso, sin evitar la ocurrencia del propio fenómeno.

Soluciones conocidas han sido divulgadas, por ejemplo, en los documentos DE 3400314 y DE 3937956, refiriéndose el último a una válvula parcialmente subterránea con un vástago de control previsto para ser girado, que está montado herméticamente con un conjunto habitual de anillos de estanquidad con prensaestopas, equipado con un sistema para utilizar tales anillos de estanquidad en la citada válvula parcialmente subterránea.

Una solución adicional ha sido divulgada, por ejemplo, en el documento US 5.398.944, el cual se refiere al campo de las bombas de aceite, en las que un vástago está en movimiento y está sellado estancamente mediante anillos de estanquidad dispuestos de una manera convencional.

Otra solución adicional ha sido divulgada en el documento US 2003/0052457, relacionado con un sistema de estanquidad para turbinas de vapor, particularmente eficiente solo cuando existe una alta presión que tiene influencia sobre el anillo.

El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo funcional con medios de estanquidad tales como para asegurar una mejor distribución del estado de deformación de los anillos de estanquidad, en todas las condiciones operativas del dispositivo.

Este objeto se ha alcanzado mediante un dispositivo conforme a la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes describen variantes de realización.

Las características y ventajas del dispositivo funcional conforme a la presente invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción que sigue, realizada a título de ejemplo indicativo y no limitativo, con referencia a las figuras anexas, en las que:

- la figura 1 muestra una vista parcialmente en sección de una válvula de apertura – cierre, que comprende medios de estanquidad de acuerdo con la presente invención, en concordancia con una variante de realización;

- las figuras 2b, 2c, 2e y 2h muestran realizaciones posibles de medios de estanquidad de acuerdo con la presente invención, mientras que las figuras 2a, 2d, 2f y 2g muestran un esquema de realizaciones adicionales de medios de estanquidad que no forman parte de la invención;

- la figura 3a muestra un gráfico que representa un esquema de distribución de la deformación por compresión en medios de estanquidad convencionales; y

- la figura 3b muestra un gráfico que representa un ejemplo de esquema de distribución de la deformación por compresión en medios de estanquidad conforme a la presente invención.

Con referencia a las figuras anexas, la referencia numérica 1 indica un vástago de un dispositivo funcional.

Dicho dispositivo funcional es, por ejemplo, una válvula o un sistema de cilindro -pistón, o dicho vástago es un eje giratorio de dicho dispositivo funcional.

El vástago 1 presenta un eje de vástago X-X, a lo largo del cual presenta dicho vástago su extensión predominante.

En la descripción que sigue, con referencia a la dirección de dicho eje de vástago X-X, se hará referencia a una dirección “axial”, que significa una dirección paralela a dicho eje de vástago X-X, y a una dirección “radial”, que significa una dirección que se extiende en un plano perpendicular a dicho eje de vástago X-X.

Además, por motivos de claridad de la descripción, en lo que sigue se hace referencia explícita a una válvula de apertura -cierre a título de ejemplo.

La válvula presenta una cámara 2 en la que existe un fluido bajo presión, de acuerdo con el uso de la válvula. En el caso de una válvula de apertura -cierre de un sistema de extracción, dicho fluido es una mezcla de hidrocarburo, o en el caso de una válvula de apertura -cierre de un sistema de presión de aceite, es aceite.

La cámara 2 de la válvula está al menos parcialmente delimitada por una pared 4 que... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo funcional, que comprende:

- una pared (4) de confinamiento adecuada para definir una cámara (2) para contener un fluido bajo presión, en el que la pared (4) de confinamiento citada posee al menos una abertura (6) para la conexión con el ambiente exterior a dicha cámara;

- un vástago (1), al menos parcialmente alojado en la citada cámara (2), que tiene un eje de vástago (X-X), en el que dicho vástago comprende una porción de estanquidad (8) dispuesta a través de la citada abertura (6);

- medios de estanquidad adecuados para proporcionar un cierre hermético a dicho fluido bajo presión, entre el citado vástago y la citada pared de la cámara;

en el que dichos medios de estanquidad comprenden:

- al menos un anillo de estanquidad (12) insertado sobre el citado vástago (1), estando el citado anillo de estanquidad (12), en una configuración operativa del dispositivo, radialmente comprimido contra dicho vástago (1) para formar el cierre hermético;

- una pared de tope (14) adecuada para formar un tope axial para el citado anillo de estanquidad (12);

en el que dichos medios de estanquidad comprenden, además, al menos un anillo (20) dispuesto de modo que se ve influenciado directamente por la acción de la presión de fluido hacia dicha cámara, en el que dicho anillo posee al menos una cavidad de expansión (22) en la que la presión de fluido provoca una acción de empuje de dicho anillo

(20) hacia el citado anillo de estanquidad (12);

y en el que dichos medios de estanquidad comprenden además una pared inferior (30), en el interior de la citada cámara (2), que sobresale radialmente, al menos de forma parcial, desde la pared (4) de confinamiento que delimita la citada abertura (6), estando dicho anillo de estanquidad (12) y el citado anillo (20) dispuestos entre la citada pared de tope (14) y la citada pared inferior (30);

y en el que dicho anillo (20) apoya sobre la citada pared inferior (30);

y en el que dicha pared inferior (30) posee una superficie extrema (32) que delimita radialmente la citada pared inferior (30), enfrentándose la citada superficie extrema axialmente al citado vástago (1);

y en el que dicha pared inferior (30) posee un conducto de expansión (34) adecuado para la puesta de dicha cámara

(2) en comunicación de fluido con la citada cavidad de expansión (22) del anillo (20);

estando dicho dispositivo caracterizado porque:

la cavidad de expansión (22) es anular y no está interrumpida anularmente, y se extiende radialmente desde la superficie del vástago (1) y está radialmente separada de la pared (4) de confinamiento por la pared lateral externa del anillo (20), estando formado el anillo (20) únicamente por la citada pared lateral externa y por una pared radial.

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho anillo (20) posee una superficie superior (24) en contacto con el citado anillo de estanquidad (12), y una superficie inferior (26), axialmente opuesta a dicha superficie superior (24), en la que abre la citada cavidad de expansión (22).

3. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha pared (4) de confinamiento posee un conducto de expansión (34).

4. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho conducto de expansión (34) abre desde la citada superficie extrema (32) hacia la citada cavidad de expansión (22).

5. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha cavidad de expansión (22) tiene una sección longitudinal que se extiende, al menos mayoritariamente, más allá de la línea central de la sección longitudinal de dicho anillo de estanquidad (12).

6. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho anillo (20) es adecuado para obtener una deformación por compresión que es menor que la deformación por compresión de dicho anillo de estanquidad (12), en igualdad de condiciones de deformación.

7. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho anillo de estanquidad (12) está hecho de grafito.

8. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en el que dicho anillo (20) está hecho de acero.

9. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de estanquidad (12) comprenden una pluralidad de anillos de estanquidad (12) apilados, dispuestos en el espacio de separación entre el citado vástago (1) y la pared que delimita la citada abertura.

10. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, en el que al menos uno de los citados anillos de estanquidad

(12) está configurado a modo de trencilla.

11. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho anillo (20) posee además, al menos, un asiento anular realizado en la citada superficie superior (24).

12. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dichos medios de estanquidad comprenden además al menos un anillo de estanquidad (13) secundario, dispuesto en el citado asiento anular.

13. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dicho anillo de estanquidad (13) secundario está hecho de grafito.

14. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho dispositivo es una válvula de apertura – cierre para fluido, en la que dicho vástago (1) es el vástago de control de la válvula para la apertura/ el cierre de dicha válvula.

15. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho dispositivo es un sistema de cilindro -pistón, siendo dicho vástago (1) el vástago del pistón.

16. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho vástago (1) es un eje giratorio.