Montaje de anillo de estanqueidad mecánico con mecanismo de bombeo hidrodinámico.

Una configuración de anillo de estanqueidad adaptada para quedar dispuesta alrededor de un árbol (16) paracerrar de forma estanca un fluido,

comprendiendo la configuración de anillo de estanqueidad:

un anillo de estanqueidad coincidente (18) que incluye una cara (24) de junta de estanqueidad; un anillo deestanqueidad primario (28) axialmente amovible que incluye una cara (32) de junta de estanqueidad enrelación opuesta a la cara (24) de junta de estanqueidad del anillo coincidente para definir una superficie decontacto de junta de estanqueidad;

en la que una entre dicha cara (18) de junta de estanqueidad de anillo de estanqueidad coincidente y dichacara (32) de junta de estanqueidad de anillo de estanqueidad primario define una sección rebajada anular(40) y una sección de barrera anular (42), estando dicha sección rebajada anular (40) axialmentedesplazada con respecto a dicha sección de barrera anular (42);

en la que dicha cara (32) de junta de estanqueidad del anillo de estanqueidad coincidente, incluye undiámetro interior (38) y un diámetro exterior (36) e incluye una superficie que define dicha sección debarrera anular (42) que se extiende desde uno de dichos diámetros interior (38) y diámetro exterior (36)hasta un borde circunferencial intermedio (37) y una superficie que define dicha sección rebajada anular(40) que se extiende desde el otro de dichos diámetro interior (38) y diámetro exterior (36) hasta dichoborde circunferencial intermedio (37), en la que dicha superficie que define dicha sección rebajada anular(40) está axialmente desplazada sobre toda su extensión con respecto a dicha superficie que define dichasección de barrera (42); y, un mecanismo de bombeo definido por un diseño (44) de cara principal;caracterizada por dicho diseño (44) de cara principal conformado sobre dicha superficie que define dicha secciónrebajada anular (40), y que se extiende desde dicho uno de dichos diámetro interior (38) y diámetro exterior (36)hasta dicho borde circunferencial intermedio (37), presentando dicho diseño (44) de cara principal una profundidadaxial con respecto a dicha superficie que define dicha sección de barrera anular (42) mayor que la profundidad axialde dicha superficie que define dicha sección rebajada anular (40), de tal manera que la profundidad axial de dichodiseño (44) de cara principal es mayor que la profundidad axial de dicha superficie que define dicha secciónrebajada anular (40) sobre toda la extensión de dicho diseño (44) de cara principal y dicha sección rebajada anular(40).

Montaje de anillo de estanqueidad mecánico con mecanismo de bombeo hidrodinámico Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a unas juntas de estanqueidad mecánicas de caras terminales rotatorias y, más concretamente, a unas juntas de estanqueidad que incluyen alguna forma de mecanismo de bombeo sobre una de las caras de junta de estanqueidad.

Las juntas de estanqueidad de caras terminales dependen de la constante aplanamiento y paralelidad de sus caras de cooperación dispuestas radialmente para la efectividad de la junta de estanqueidad producida por estas caras. Inicialmente, las caras son pulidas aplanándolas y alisándolas para que cuando se coloquen juntas no exista espacio a través del cual el fluido que debe ser cerrado herméticamente pueda escapar. En uso, sin embargo, estas caras están sometidas a un desgaste desigual debido a (1) la diferencia de las velocidades lineales de las caras producidas por los diferentes radios de las caras; (2) la falta de homogeneidad del material de las caras; (3) la distorsión de las caras por la presión del fluido sobre los anillos sobre los cuales las caras están formadas; y (4) la lubricación deficiente.

El primer factor puede ser eliminado, dado que es inherente al funcionamiento de dos superficies planas que se frotan mutuamente con un movimiento rotatorio.

El segundo factor puede ser controlado hasta cierto punto pero, dado que el material de los anillos viene determinado por la naturaleza del fluido que va a ser cerrado herméticamente, la elección del material es limitada. En aplicaciones hidráulicas de gran diámetro con alta presión, uno de los anillos de estanqueidad está hecho de carbono. Este material es difícil de moldear hasta el punto de que es perfectamente homogéneo en los grandes diámetros y masas requeridos para soportar las presiones implicadas.

El tercer factor ha llevado a crear diversas posiciones de equilibro y a incrementos en la cantidad de material del anillo, esto último para proporcionar una mayor rigidez para proporcionar resistencia a la presión del fluido. Sin embargo, el equilibro es eficaz en una dirección axial y tiene escaso o ningún efecto en las diferencias de presión radial que son en gran medida responsables de la distorsión del anillo debido a la presión. El incremento de la masa del anillo agrava la dificultad de asegurar la homogeneidad del material del anillo.

El cuarto factor es más difícil de detectar que de remediar.

Con el paso de los años, los diseñadores de las juntas de estanqueidad han desarrollado determinados principios de diseño los cuales sirven para ayudarles a resolver los problemas de diseño de las juntas de estanqueidad. Estos son (a) un equilibro de las juntas de estanqueidad incrementado para reducir la presión axial sobre las caras de las juntas de estanqueidad y, por tanto, del desgaste de dichas caras, (b) una anchura de las caras incrementada para reducir la presión por unidad sobre las caras (c) un momento de giro cero del anillo y del asiento alrededor del centroide de sus secciones axiales a las presiones operativas para asegurar la paralelidad de las caras de las juntas de estanqueidad, por tanto, un desgaste equilibrado en dichas puntas y, (d) el uso de las áreas rebajadas (“hydropads”) (segmentos hidráulicos) sobre al menos una cara de estanqueidad para aspirar lubricante entre las caras cuando se desplazan entre sí. La Patente estadounidense No. 4, 407, 512 transferida mediante el procedimiento legal común, de Tr y tek divulga dichos segmentos hidráulicos constituidos sobre la cara de estanqueidad del anillo primario para aspirar lubricante entre las caras del anillo coincidente y del anillo primario para reducir la fricción entre las caras.

La presente invención es una mejora respecto de la disposición de junta de estanqueidad divulgada en la Patente estadounidense No. 4, 407, 512, así como respecto de otras disposiciones de junta de estanqueidad sin contacto. Se espera que constituya una mejora y un complemento virtualmente para toda disposición de junta de estanqueidad de caras diseñadas donde se desea la modulación de la eficacia de bombeo del diseño.

Es habitual el empleo de un diseño de una junta de estanqueidad mecánica de caras terminales para crear un mecanismo de bombeo en el movimiento del fluido de la disposición entre las caras. Dichos diseños de caras crean una elevación hidrodinámica para crear una película de fluido entre las caras. Las disposiciones de juntas de estanqueidad son empleadas en bombas, compresores, mezcladores y otros dispositivos para retener un fluido, como por ejemplo un gas o un líquido. A menudo el mecanismo de bombeo está dispuesto para bombear un gas tampón entre las caras contra el flujo del fluido del proceso. Las Patentes estadounidenses Nos. 4, 212, 475; 4, 407, 512; 4, 836, 561; 5, 092, 617; 5, 556, 111; 5, 938, 206; 5, 947, 481; 6, 446, 976; 6, 454, 268; y 6, 626, 436 no son sino unas pocas de las numerosas disposiciones de estanqueidad que ilustran una diversidad de aplicaciones de estanqueidad mecánica de caras terminales en las que se emplea un mecanismo de bombeo.

Se ha encontrado que, para determinadas aplicaciones, es conveniente moderar la eficacia de bombeo del mecanismo de bombeo. Por ejemplo, en determinadas aplicaciones, se ha encontrado que aunque es importante un mecanismo de bombeo sobre la cara para el funcionamiento y la durabilidad de la estanqueidad, su empleo puede traducirse en la aparición de fugas indeseables o excesivas.

La presente invención proporciona una estructura que atempera la eficacia del mecanismo de bombeo y, así mismo, proporciona una vía genéricamente anular alrededor de la cara de la junta de estanqueidad que permite una distribución uniforme del fluido bombeado por el mecanismo de bombeo. De acuerdo con la presente invención, se dispone una superficie rebajada sobre toda el área que forma el mecanismo de bombeo. Es decir, en disposiciones de estanqueidad conocidas con un mecanismo de bombeo, como por ejemplo una junta de estanqueidad con segmentos hidráulicos, una junta de estanqueidad de caras onduladas o una junta de estanqueidad con surcos en espiral, la cara incluye un área de barrera y un área de diseño de la cara. El área de barrera es la superficie anular axialmente más externa, la cual está en relación enfrentada con respecto al anillo de estanqueidad opuesto. El área de diseño de la cara, la cual puede estar radialmente hacia fuera o radialmente hacia dentro a partir del área de barrera incluye un diseño conformado axialmente dentro del anillo de estanqueidad en alguna cantidad mensurable desde el plano de la cara del área de barrera. Dependiendo del diseño empleado el área de diseño en disposiciones de estanqueidad conocidas con anterioridad incluye, así mismo, unas áreas que son coplanares con el plano del área de barrera. Este es el caso con la cara de estanqueidad con un mecanismo de bombeo con surcos en espiral o con una disposición de segmentos hidráulicos.

La presente invención incorpora la supresión de parte de la superficie situada dentro del área de diseño, la cual, de no ser así, se situaría en el mismo plano que el área de barrera. La entera área del diseño de cara está provista de una superficie rebajada que es desplazada axialmente rebajada con respecto al plano de la superficie de barrera anular en una dirección alejada de la superficie de contacto de la junta de estanqueidad con la cara de estanqueidad opuesta del anillo. Esta configuración proporciona un espacio libre permanente entre el área del diseño y la cara opuesta constituida sobre el otro anillo de estanqueidad. El diseño, por consiguiente, define unas áreas rebajadas que están rebajadas con respecto al plano del área rebajada anular.

Mediante la provisión del área rebajada a lo largo del diseño de las caras, la eficacia del bombeo del mecanismo de bombeo queda disminuida en alguna medida. Este resultado deriva del hecho de que las caras que rotan en relación están más separadas de lo que lo estarían en el caso de una disposición de estanqueidad que no incorporara la presente invención. El espacio entre la superficie rebajada y la cara del anillo cooperante, proporciona, así mismo, una vía genéricamente anular para la distribución del fluido alrededor de la entera superficie de contacto anular del anillo de estanqueidad. Esta relación mejora la lubricación y la refrigeración del anillo de estanqueidad y reduce la distorsión térmica de las caras de juntas de estanqueidad.

La presente invención se considera puede resultar apropiada... [Seguir leyendo]

1. Una configuración de anillo de estanqueidad adaptada para quedar dispuesta alrededor de un árbol (16) para cerrar de forma estanca un fluido, comprendiendo la configuración de anillo de estanqueidad:

un anillo de estanqueidad coincidente (18) que incluye una cara (24) de junta de estanqueidad; un anillo de estanqueidad primario (28) axialmente amovible que incluye una cara (32) de junta de estanqueidad en relación opuesta a la cara (24) de junta de estanqueidad del anillo coincidente para definir una superficie de contacto de junta de estanqueidad;

en la que una entre dicha cara (18) de junta de estanqueidad de anillo de estanqueidad coincidente y dicha cara (32) de junta de estanqueidad de anillo de estanqueidad primario define una sección rebajada anular (40) y una sección de barrera anular (42) , estando dicha sección rebajada anular (40) axialmente desplazada con respecto a dicha sección de barrera anular (42) ;

en la que dicha cara (32) de junta de estanqueidad del anillo de estanqueidad coincidente, incluye un diámetro interior (38) y un diámetro exterior (36) e incluye una superficie que define dicha sección de barrera anular (42) que se extiende desde uno de dichos diámetros interior (38) y diámetro exterior (36) 15 hasta un borde circunferencial intermedio (37) y una superficie que define dicha sección rebajada anular

(40) que se extiende desde el otro de dichos diámetro interior (38) y diámetro exterior (36) hasta dicho borde circunferencial intermedio (37) , en la que dicha superficie que define dicha sección rebajada anular

(40) está axialmente desplazada sobre toda su extensión con respecto a dicha superficie que define dicha sección de barrera (42) ; y, un mecanismo de bombeo definido por un diseño (44) de cara principal;

caracterizada por dicho diseño (44) de cara principal conformado sobre dicha superficie que define dicha sección rebajada anular (40) , y que se extiende desde dicho uno de dichos diámetro interior (38) y diámetro exterior (36) hasta dicho borde circunferencial intermedio (37) , presentando dicho diseño (44) de cara principal una profundidad axial con respecto a dicha superficie que define dicha sección de barrera anular (42) mayor que la profundidad axial de dicha superficie que define dicha sección rebajada anular (40) , de tal manera que la profundidad axial de dicho diseño (44) de cara principal es mayor que la profundidad axial de dicha superficie que define dicha sección rebajada anular (40) sobre toda la extensión de dicho diseño (44) de cara principal y dicha sección rebajada anular (40) .

2. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho diseño (44) de cara incluye una pluralidad de segmentos hidráulicos.

3. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho diseño (244; 544) de cara es un diseño con ondulaciones inclinadas.

4. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho diseño (144) de cara incluye una pluralidad de surcos en espiral.

5. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho anillo 35 de estanqueidad (18, 28) que define una sección rebajada es un anillo primario (28) .

6. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicho anillo de estanqueidad (18, 28) que define una sección rebajada es un anillo coincidente (18) .

7. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicha sección rebajada (40) está situada en posición adyacente al lado del diámetro interior y la sección de barrera (42)

está situada en posición adyacente al lado del diámetro exterior.

8. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dicha sección rebajada (40) está situada en posición adyacente al lado del diámetro exterior y la sección de barrera (42) está situada en posición adyacente al lado del diámetro interior.

9. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la 45 profundidad de la sección rebajada (40) con respecto a la sección de barrera (42) oscila entre 0, 76 y 12, 7 micrómetros.

10. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la profundidad de la sección rebajada (40) con respecto a la sección de barrera (42) oscila entre 1, 27 y 3, 81 micrómetros.

50 11. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque la profundidad axial de al menos ciertas porciones de dicho diseño (44) de cara con respecto a la sección de barrera (42) es de al menos 254 micrómetros.

12. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque la profundidad axial del diseño (44) de cara con respecto a la sección de barrera (42) es de al menos 381 micrómetros.

13. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque la profundidad axial de al menos una porción de dicho diseño (244; 544) de cara con respecto a dicha sección de barrera (242; 542) es de al menos 2, 54 micrómetros.

14. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque la profundidad axial de al menos una porción de dicho diseño (244; 544) con respecto a dicha sección de barrera (242) oscila entre 2, 54 y 7, 62 micrómetros.

15. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque la profundidad axial de al menos una porción de dicho diseño (144) de cara con respecto a dicha sección de barrera

(142) es de al menos 2, 54 micrómetros.

16. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque la profundidad axial de al menos una porción de dicho diseño (144) de cara con respecto a dicha sección de barrera

(142) oscila entre 2, 54 y 7, 62 micrómetros.

17. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque la distancia entre los surcos que forman los segmentos hidráulicos y la línea central axial del anillo de estanqueidad primario (28) es aproximadamente la misma distancia existente entre el diámetro exterior de la sección rebajada (40) y la línea central del anillo de estanqueidad primario (28) .

18. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque la diferencia entre la distancia entre los surcos que forman los segmentos hidráulicos y la línea central axial del anillo de estanqueidad primario (28) y la distancia entre el diámetro exterior de la sección rebajada (40) y la línea central del anillo de estanqueidad primario (28) es inferior a 254 micrómetros.

19. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, es una disposición de junta de estanqueidad simple.

20. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque la profundidad axial de dicha poción rebajada (240; 540) es inferior a la profundidad axial máxima de las superficies inferiores de dicho diseño (244; 544) de ondulaciones inclinadas.

21. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizada porque la profundidad axial máxima de dichas superficies inferiores de dicho diseño (244; 544) de ondulaciones inclinadas es de al menos 2, 54 micrómetros.

22. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizada porque la profundidad axial máxima de dichas superficies inferiores de dicho diseño (244, 544) de ondulaciones inclinadas oscila entre 2, 54 y 7, 62 micrómetros.

23. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizada porque la profundidad de la sección rebajada (240; 540) con respecto a dicha sección de barrera (242; 542) oscila entre 0, 51 y 1, 52 micrómetros.

24. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizada porque la profundidad de la sección rebajada (240; 540) con respecto a dicha sección de barrera (242; 542) oscila entre 0, 64 y 1, 02 micrómetros.

25. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizada porque la profundidad de la sección rebajada (240; 540) con respecto a dicha sección de barrera (242; 542) oscila entre 0, 51 y 1, 52 micrómetros.

26. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizada porque la profundidad de la sección rebajada (240; 540) con respecto a dicha sección de barrera (242; 542) oscila entre 0, 64 y 1, 02 micrómetros.

27. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque la profundidad axial de dicha sección rebajada (140) es inferior a la profundidad axial máxima de las superficies inferiores de dichos surcos en espiral (144) .

28. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 27, caracterizada porque la profundidad axial máxima de dichas secciones superiores de dicho surco en espiral (144) oscila entre 0, 51 y 1, 52 micrómetros.

29. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizada porque la profundidad axial máxima de dichas superficies inferiores de dichos surcos en espiral (144) oscila entre 0, 64 y 1, 02 micrómetros.

30. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizada porque la 5 profundidad axial de los surcos en espiral (144) con respecto a dicha sección de barrera (142) oscila entre 2, 54 y 7, 62 micrómetros.

31. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 30, caracterizada porque la profundidad axial de los surcos en espiral (144) con respecto a dicha sección de barrera (142) es de al menos 2, 54 micrómetros.

32. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 29, caracterizada porque la profundidad axial de los surcos en espiral (144) con respecto a dicha sección de barrera (142) oscila entre 2, 54 y 7, 62 micrómetros.

33. La configuración de anillo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 32, caracterizada porque la profundidad axial de los surcos en espiral (144) con respecto a dicha sección de barrera (142) es de al menos 2, 54

micrómetros.