Sellado de eje de expulsor estático y dinámico resistente a la presión.

Un conjunto (100) de sellado de eje para el sellado estático y dinámico de un eje (10) móvil giratorio,

situado en elcentro, que comprende al menos un primer elemento (8, 32) de sellado que sella dicho eje (10), al menos unelemento (3, 6) de rotor fijado a dicho eje (10), y un elemento (1) de estator fijado a una carcasa (30),en el que dicho primer elemento (8, 32) de sellado está dispuesto en un rebaje (7, 31) en dicho elemento (3, 6)de rotor,

en el que el primer elemento (8, 32) de sellado está configurado para moverse axial y radialmente lejos de suposición de sellado estático con el giro del eje (10),

caracterizado por que

dicho primer elemento (8, 32) de sellado está adaptado para mantener el rendimiento del sellado de dicho sello,durante el sellado estático, sin degradación del mismo, causado por una presión diferencial presente en ladirección axial entre los medios en ambos lados del conjunto (100) de sellado de eje, en el que dicho primerelemento (8, 32) de sellado está dispuesto para formar un sello estático contra una superficie orientada demanera sustancialmente radial del elemento (1) de estator, una superficie (42) orientada de manerasustancialmente radial de dicho rebaje (7, 31) y una superficie (43) orientada de manera sustancialmente axialde dicho rebaje (7),

y en el que el sellado dinámico se consigue con el giro de dicho eje (10) por dicho elemento de rotor.

Sellado de eje de expulsor estático y dinámico resistente a la presión Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, al campo de los dispositivos de sellado de eje y, más particularmente, a una disposición de sellado de eje estático y dinámico e, incluso más particularmente, a un sellado de eje expulsor, que proporciona, de manera efectiva, un sellado estático cuando un eje está en reposo, y que proporciona, de manera efectiva, un sellado dinámico cuando el eje está girando, así como durante las transiciones entre el funcionamiento estático y dinámico, en el que una disposición de sellado cambia la configuración para sellar estáticamente, de manera efectiva, por medio de un contacto mecánico en una superficie de sellado y sin fricción cuando el eje está girando, y en el que la disposición de sellado proporciona un buen efecto de sellado incluso para una presión diferencial en los medios circundantes, tales como líquido, gas o polvo, entre ambos lados de la disposición de sellado, tanto en el funcionamiento estático como en el funcionamiento dinámico.

Antecedentes de la invención En la actualidad, los sellos de labios se usan principalmente para el aislamiento de cojinetes en equipos giratorios. Los sellos y los cojinetes representan el origen de un gran número de fallos de los equipos giratorios y hay una estrecha relación entre la vida de estos dos componentes críticos. El fallo de dicho sello puede causar que los cojinetes fallen y un mal estado del cojinete puede reducir la vida del sello. La entrada de agua de lluvia, fugas de producto, residuos y agua de limpieza en la caja de cojinete contamina el lubricante del cojinete y tiene un efecto devastador en la vida útil del cojinete. Cantidades muy pequeñas de agua u otros contaminantes pueden acortar considerablemente la vida del cojinete.

Se usan dispositivos auxiliares de sellado de eje de un equipo mecánico, denominados a veces anillos de sellado o aisladores de cojinete, para el equipo, que están diseñados para funcionar en aplicaciones hostiles, en las que el equipo está expuesto a contaminantes potenciales, tales como polvo, por ejemplo. De esta manera, los sellos de eje elastoméricos se desgastan y fallan rápidamente en dichos entornos hostiles. El polvo y otros contaminantes exteriores no pueden ser excluidos del interior de una carcasa sellada por un dispositivo de sellado estándar que ha fallado. Tampoco puede prevenirse que el aceite u otros fluidos se escapen de los dispositivos de transmisión pasando por un sello de labios desgastado. Tampoco es posible prevenir la entrada de contaminantes y la salida de fluidos lubricantes cuando existe una presión diferencial en los medios que rodean los dispositivos de sellado, tales como líquidos, gas o polvo, entre ambos lados del dispositivo de sellado. Tanto en el funcionamiento estático como en el funcionamiento dinámico, una presión diferencial contribuye a una fuga en los sellos conocidos y apoya el transporte de contaminantes través de la barrera de los sellos.

Un ejemplo de un conjunto de sellado de eje estático y dinámico se describe en la patente US Nº 5.221.095, en el que un elemento de sellado anular sólido, circunferencialmente estirable, está montado en una superficie hembra del rotor y se acopla a una superficie macho del estator cuando el rotor y el elemento sellado están en reposo. El elemento de sellado deformable es estirado circunferencialmente en la dirección radial por la fuerza centrífuga desacoplándolo del estator cuando el rotor y el elemento de sellado se mueven a velocidades operativas, eliminando, de esta manera, la fricción del elemento de sellado.

Sin embargo, aunque el conjunto de sellado ofrece protección contra la entrada de agua de lluvia, las fugas de producto, los desechos y el agua de limpieza en la caja de cojinete, el conjunto de sellado descrito no proporciona un sellado cuando existe una diferencia de presión a través del conjunto de sellado de eje. La diferencia de presión puede ser causada por ejemplo, por un efecto de bombeo en el lado del cojinete o por una sobrepresión en el lado exterior. Por ejemplo, dicha una sobrepresión en el lado exterior del conjunto de sellado es causada, por ejemplo, por equipos de limpieza, tales como aparatos de lavado de alta presión, o si la carcasa está posicionada bajo el agua, esto causa un aumento de la presión exterior debido a la columna de agua existente sobre la carcasa. La presión diferencial puede ser generada también por variaciones de temperatura, por ejemplo, causadas por la exposición al calor del sol durante el día y al enfriamiento durante la noche, o por el calor generado en el interior de la carcasa, por ejemplo, por fricción o por disipación de la energía de los dispositivos de accionamiento. Cuando se calienta, el fluido en el interior de la carcasa se expande y resulta en un aumento de la presión y viceversa. Dichas presiones diferenciales causan que los elementos de sellado conocidos se levanten y se aflojen y pierdan el contacto mecánico con la superficie de sellado contigua, lo que resulta en una pérdida de sellado que da lugar a un paso para los contaminantes, por ejemplo, a un cojinete y, acortando, de esta manera, la vida útil del equipo que comprende el eje sellado.

Además, el conjunto de sellado descrito en la patente US Nº 5.221.095 es difícil de montar ya que el elemento de sellado elástico debe ser posicionado contra su elasticidad de contracción en el conjunto de sellado.

Otro conjunto de sellado de eje se describe en los documentos CH-369329 y US 3042417, en los que una junta tórica sella estáticamente un eje. La junta tórica está ubicada en un rebaje del rotor que tiene paredes coaxiales con un cierto ángulo de inclinación con respecto a un estator orientado radialmente. De esta manera, la junta tórica es presionada, por medio de su elasticidad, contra una superficie radial del estator y se consigue un efecto de sellado. Con la rotación del eje, se hace que la junta tórica se expanda circunferencialmente debido a la fuerza centrífuga experimentada. Por medio de una de las paredes circunferenciales inclinadas, la junta tórica se desplaza adicionalmente, de manera axial y radial, lejos del estator. De esta manera, se elimina la fricción de contacto de la junta tórica con la rotación del eje. Este conjunto de sellado de eje es más fácil de montar que el conjunto descrito anteriormente, descrito en la patente US Nº 5.221.095. Sin embargo, este conjunto de sellado de eje adolece, de manera similar, de la desventaja de que el conjunto de sellado no proporciona un sellado cuando existe una presión diferencial en los medios circundantes en los dos lados del conjunto de sellado de eje.

De esta manera, el problema a resolver es proporcionar un nuevo conjunto de sellado de eje que no sea sensible a las presiones diferenciales en los medios en ambos lados del conjunto de sellado, asegurando la protección contra la entrada de contaminantes y la salida de lubricantes, tanto en un modo de funcionamiento estático como dinámico.

Otro problema a resolver por la invención es proporcionar un sello para máquina del tipo descrito anteriormente, en el que un elemento de sellado sólido se acopla tanto a un estator de sello como a un rotor de sello cuando el eje está en reposo, y en el que el elemento de sellado se expande alejándose del estator cuando el eje gira.

Todavía otro problema a resolver por la invención es proporcionar un sello del tipo descrito anteriormente, que proporcione un montaje y una fabricación fáciles y un ciclo de vida del producto largo.

Todavía otro problema adicional a resolver por la presente invención es proporcionar un sellado para ejes giratorios con grandes diámetros de hasta aproximadamente 3 m, tal como de aproximadamente 1 m. Los ejes con dichos diámetros grandes, que requieren un sellado estático y dinámico efectivo, se usan, por ejemplo, en las turbinas accionadas por agua en las centrales hidroeléctricas o en sellos de eje de hélices de barcos.

Además, la persona con conocimientos en la materia será capaz de identificar otros problemas asociados con la técnica anterior, que no se indican explícitamente en el texto de la presente solicitud, pero que se resuelven mediante la presente invención.

Sumario de la invención La presente invención supera las deficiencias identificadas anteriormente en la técnica y resuelve al menos los problemas identificados anteriormente, individualmente o en cualquier combinación, proporcionando un conjunto de sellado de eje según las reivindicaciones de patente adjuntas.

La solución general según la invención es proporcionada por un conjunto de sellado axial para un sellado estático y dinámico, preferiblemente... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto (100) de sellado de eje para el sellado estático y dinámico de un eje (10) móvil giratorio, situado en el centro, que comprende al menos un primer elemento (8, 32) de sellado que sella dicho eje (10) , al menos un elemento (3, 6) de rotor fijado a dicho eje (10) , y un elemento (1) de estator fijado a una carcasa (30) ,

en el que dicho primer elemento (8, 32) de sellado está dispuesto en un rebaje (7, 31) en dicho elemento (3, 6) de rotor,

en el que el primer elemento (8, 32) de sellado está configurado para moverse axial y radialmente lejos de su posición de sellado estático con el giro del eje (10) ,

caracterizado por que dicho primer elemento (8, 32) de sellado está adaptado para mantener el rendimiento del sellado de dicho sello, durante el sellado estático, sin degradación del mismo, causado por una presión diferencial presente en la dirección axial entre los medios en ambos lados del conjunto (100) de sellado de eje, en el que dicho primer elemento (8, 32) de sellado está dispuesto para formar un sello estático contra una superficie orientada de manera sustancialmente radial del elemento (1) de estator, una superficie (42) orientada de manera sustancialmente radial de dicho rebaje (7, 31) y una superficie (43) orientada de manera sustancialmente axial de dicho rebaje (7) ,

y en el que el sellado dinámico se consigue con el giro de dicho eje (10) por dicho elemento de rotor.

2. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 1, en el que dicho elemento (3, 6) de rotor comprende al menos un elemento (3, 6) de rotor expulsor, adaptado para generar una presión para que dicho sellado dinámico compense dicha presión diferencial, y dispuesto contiguo a dicho elemento (1) de estator para causar un sellado dinámico con el giro de dicho eje (10) .

3. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 2, en el que dicho elemento (3, 6) de rotor expulsor tiene protuberancias (4) de expulsor contiguas y rebajes (5) de expulsor orientados hacia dicho estator, para causar dicho efecto de sellado dinámico.

4. Conjunto (100) de sellado de eje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho rebaje (7) es un rebaje (7, 31) anular en dicho elemento (3, 6) de rotor y dicho primer elemento (8) de sellado está encerrado en dicho rebaje (7, 31) anular en dicho elemento (6, 7) de rotor, en el que dicho rebaje (7, 31) está dispuesto para enfrentarse a dicha superficie (45) radial de dicho elemento (1) de estator.

5. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 4, en el que dicho rebaje (7, 31) anular tiene una superficie (42) de rebaje anular, inclinada de manera sustancialmente radial, que puentea una segunda superficie

(43) de rebaje anular, posicionada radialmente hacia el interior, orientada de manera sustancialmente axial, y una tercera superficie (44) de rebaje anular, posicionada hacia fuera, orientada radialmente, inclinada de manera sustancialmente axial.

6. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 5, en el que dicho elemento (8) de sellado para formar un sello estático forma un sello estático contra dicha primera superficie (42) de rebaje anular, inclinada de manera sustancialmente radial, dicha segunda superficie (43) de rebaje anular, posicionada hacia el interior, orientada de manera sustancialmente radial y axial, y dicha superficie (45) de estator sustancialmente radial, de manera que dicha presión diferencial causa una presión de sellado de soporte de dicho elemento (8) de sellado sobre dichas superficies de sellado.

7. Conjunto (100) de sellado de eje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento (8) de sellado está realizado en un material elástico, deformable elásticamente.

8. Conjunto (100) de sellado de eje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho conjunto

(100) de sellado de eje está dispuesto para sellar un cojinete.

9. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 8, en el que dicho conjunto (100) de sellado de eje está integrado con dicho cojinete.

10. Conjunto (100) de sellado de eje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho elemento

(6) de rotor está equipado con un elemento (9) de acoplamiento por fricción dispuesto de manera inter-bloqueante entre dicho eje (10) y dicho elemento (6) de rotor.

11. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 10, en el que dicho elemento de rotor comprende un

rebaje radial anular que aloja sustancialmente dicho elemento (9) de acoplamiento por fricción.

12. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 10 ú 11, en el que dicho elemento (9) de acoplamiento por fricción está dispuesto de manera que un par de torsión que causa un movimiento giratorio relativo entre dicho eje (10) y dicho elemento (6) de rotor causa la compresión de dicho elemento (9) de acoplamiento por fricción y una mayor fricción entre el eje (10) y el rotor (6) , de manera que se consigue frenar dicho movimiento giratorio relativo.

13. Conjunto (100) de sellado de eje según las reivindicaciones 10 a 12, en el que dicho elemento (9) de acoplamiento por fricción tiene una forma de anillo anular, protuberancias (50, 52) contiguas y rebajes (51, 53) .

14. Conjunto (100) de sellado de eje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un canal (91) se extiende radialmente hacia el interior para una comunicación fluida desde la parte inferior de dicho estator (1) , en el que dicho canal (91) está en comunicación con el interior del conjunto (100) de sellado y el interior de la carcasa (30) .

15. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 14, en el que dicho canal (91) está adaptado para transportar un fluido, de manera que la expulsión de dicho fluido fuera y lejos desde dicho elemento (3, 6) de rotor expulsor se consigue con el giro de dicho eje (10) .

16. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 15, en el que dicho fluido es un fluido de limpieza que expulsa el material acumulado durante el sellado estático en dichos rebajes (5) del expulsor desde el conjunto (100) de sellado con el giro de dicho eje (1) .

17. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 15, en el que dicho fluido es un fluido lubricante.

18. Conjunto (100) de sellado de eje según la reivindicación 17, en el que dicho fluido lubricante es aceite, siendo convertido dicho aceite en una neblina de aceite cuando es expulsado desde el conjunto de sellado.

19. Conjunto (100) de sellado de eje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el eje tiene un diámetro de hasta 3 m.

20. Conjunto (100) de sellado de eje según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos elementos (3, 6) de rotor, elemento (1) de estator y elemento (8) de sellado están fabricados en un material elastomérico mediante extrusión.

21. Procedimiento de sellado de un eje, de manera estática y dinámica, por medio de un conjunto de sellado de eje según la reivindicación 1, caracterizado por que

apoya dicho sellado estático mediante una presión diferencial presente en la dirección axial entre los medios en los dos lados de dicho eje,

empujando un primer elemento (8) de sellado dispuesto en el elemento (3) de rotor contra una superficie orientada de manera sustancialmente radial del elemento (1) de estator, una superficie (42) orientada de manera sustancialmente radial de un rebaje (7) que aloja dicho elemento (8) de sellado y una superficie (43) orientada de manera sustancialmente axial de dicho rebaje (7) , y

moviendo centrífugamente el elemento (8) de sellado estático haciendo girar el eje (10) axial y radialmente lejos de su posición de sellado estático.

22. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado por que dicho movimiento centrífugo del elemento (8) de sellado estático con el giro del eje (10) axial y radialmente lejos de su posición de sellado estático elimina la fricción entre el elemento (8) de sellado y el estator (1) durante el sellado dinámico.

23. Procedimiento según la reivindicación 22, caracterizado por realizar dicho sellado dinámico mediante una diferencia de presión en el rotor dinámico causada por un efecto de turbina del elemento (3, 6) de rotor, y

compensar dicha presión diferencial presente en la dirección axial entre los medios en los dos lados de dicho eje con dicha diferencia de presión dinámica en el rotor, de manera que se mantiene el sellado durante el funcionamiento dinámico.