Método y aparato para sellar un sistema de fluido de presión ultraalta.

Un conjunto de sellado para un sistema de fluido de presión ultraalta (10),

que comprende:

una junta (22) que tiene un ánima (23) a través de la cual se mueve en vaivén un pistón (12);

un cojinete (24) que tiene un ánima (25) a través del cual se mueve en vaivén el pistón (12);

un portajuntas (26) que rodea circunferencialmente el cojinete (24),

caracterizado porque

el cojinete está posicionado al lado de la junta (22), y el portajuntas (26) está sometido a una fuerza compresiva,siendo suficientemente alta la fuerza compresiva para aplastar circunferencialmente el portajuntas en una direcciónradial contra el cojinete (24).

Método y aparato para sellar un sistema de fluido de presión ultraalta Campo de la invención La presente invención se refiere a sistemas de fluido de presión ultraalta y, en particular, a métodos y conjuntos para sellar sistemas de presión ultraalta, tales como bombas de presión ultraalta.

Descripción de la técnica relacionada Las bombas de alta presión aspiran un volumen de fluido hasta la bomba durante una carrera de admisión de un pistón, y durante una carrera de presión del pistón presurizan el volumen de fluido hasta una presión deseada, hasta y más allá de 599, 8 MPa (87.000 psi) . El fluido presurizado fluye a través de un cuerpo de válvula de retención hasta una válvula de retención de salida. Si la presión del fluido es mayor que una fuerza de solicitación proporcionada por un fluido de alta presión en un área de salida que actúa sobre un extremo aguas abajo de la válvula de retención de salida, el fluido de alta presión supera la fuerza de solicitación y atraviesa la válvula de retención de salida hacia el área de salida. Típicamente, una bomba tiene múltiples cilindros y el fluido presurizado del área de salida de cada bomba es recogido en un acumulador. El fluido de alta presión recogido de esta manera se usa después selectivamente para realizar una función deseada, tal como cortar o limpiar. Tales bombas son fabricadas, por ejemplo, por la cesionaria de la presente invención, Flow International Corporation of Kent, Washington.

La solicitante cree que sería deseable en muchas situaciones operar tales bombas a presiones mayores que las que puedan lograrse fiablemente en el momento actual. Por ejemplo, cuando diversos componentes de la bomba, tales como juntas dinámicas, son sometidos a altas presiones, de hasta y más allá de 599, 8 MPa (87.000 psi) , las juntas tienen una vida de fatiga relativamente corta, fallando a intervalos indeseablemente cortos y provocando paradas de la máquina y productividad perdida.

Más particularmente, cuando el pistón se mueve en vaivén dentro de un ánima del diámetro de la bomba, el pistón atraviesa una junta dinámica que impide que el fluido presurizado del cilindro fluya más allá del pistón hacia el interior de la bomba.

Una de tales juntas dinámicas se muestra en la patente norteamericana número 6.086.070, que ha sido cedida a la cesionaria de la presente solicitud, Flow International Corporation. La junta dinámica de la patente norteamericana número 6.086.070 incluye un portajuntas 12 de que funciona como un anillo de respaldo de la junta 18. El portajuntas incluye además un cojinete de guiado anular posicionado en una acanaladura anular del portajuntas, estando el cojinete de guiado axialmente separado de la junta. Un diámetro interior del portajuntas en la región entre la junta y el cojinete de guiado es mayor que un diámetro interior del cojinete de guiado, de tal manera que existe un pequeño hueco entre el portajuntas y el pistón. Aunque tal disposición funciona bien a presiones muy altas, de hasta y más allá de 275, 8 MPa (40.000 psi) , la junta tiende a extruirse a través del hueco entre el portajuntas y el pistón cuando se expone tal junta dinámica a presiones de hasta y más allá de 599, 8 MPa (87.000 psi) .

En aún otra junta dinámica actualmente existente, mostrada en la figura 1, un pistón se mueve en vaivén a través de una junta dinámica que tiene una junta de plástico, un anillo tórico y una junta de anilla metálica que están soportados por un anillo de respaldo fabricado de un material de cojinete, tal como aluminio-bronce. El cilindro se aprieta a lo largo de su superficie plana con el anillo de respaldo al apretar unos tirantes, tal como se conoce en la técnica. A presiones muy altas, por ejemplo de hasta y más allá de 599, 8 MPa (87.000 psi) , el hueco entre el anillo de respaldo y el pistón no se cierra uniformemente bajo presión y, de nuevo, la junta se extruye a través de cualquier hueco disponible provocando el fallo de la junta dinámica. Dada la muy corta vida de los componentes, se requiere un reemplazo frecuente de componentes, dando como resultado paradas de la máquina, productividad pérdida y posibles daños a la bomba. No solo se deben tales fallos a la extrusión de la junta, sino que también el fallo puede ser el resultado del hendido de la junta de plástico y del fallo prematuro del anillo tórico y la anilla de junta causado por el movimiento relativo entre los componentes de alta presión.

Por tanto, existe una necesidad de una junta dinámica mejorada que pueda soportar presiones por encima de 275, 8 MPa (40.000 psi) y, más particularmente, presiones de hasta y más allá de 599, 8 MPa (87.000 psi) . La presente invención satisface esta necesidad.

Breve sumario de la invención La presente invención proporciona una junta dinámica mejorada para uso en un sistema de fluido de presión ultraalta, tal como una bomba de fluido de presión ultralata, por ejemplo los fabricados por Flow International Corporation. La junta dinámica mejorada proporcionada según la presente invención puede soportar presiones por encima de 275, 8 MPa (40.000 psi) y, más preferiblemente, presiones de hasta y más allá de 599, 8 MPa (87.000 psi) . Por tanto, la presente invención permite que las bombas funcionen fiablemente a presiones que anteriormente eran inalcanzables, dando como resultado una productividad y eficiencia aumentadas.

En una primera realización, un sistema de fluido de presión ultraalta proporcionado según la presente invención tiene una junta dinámica a través de la cual se mueve en vaivén un pistón, impidiendo la junta dinámica que el fluido presurizado fluya más allá del pistón. El conjunto de sellado dinámico incluye una junta de plástico que tiene un ánima a través de la cual el pistón se mueve en vaivén, y un cojinete posicionado al lado de la junta, que también tiene un ánima a través del cual el pistón se mueve en vaivén. Un portajuntas rodea la circunferencia del cojinete y está sometido a una fuerza compresiva que es lo suficientemente alta como para aplastar circunferencialmente el portajuntas en una dirección radial contra el cojinete. Este aplastamiento del portajuntas contra el cojinete hace que una superficie interior del ánima a través del cojinete logre un contacto circunferencial sustancialmente uniforme con una superficie exterior del pistón cuando el conjunto es sometido a cargas durante el ensamblaje, eliminando así los huecos que aparecen en sistemas de la técnica anterior. Eliminando cualquier hueco entre el portajuntas y el cojinete, y entre el cojinete y el pistón, la presente invención elimina cualquier ruta a través de la cual la junta podría extruirse en caso contrario, particularmente cuando se la somete a presiones altas de hasta y más allá de 275, 8 MPa (40.000 psi) y, más particularmente, de hasta y más allá de 599, 8 MPa (87.000 psi) .

La fuerza compresiva sobre el portajuntas se logra apretando tirantes del sistema que cargan un cilindro posicionado al lado de la junta y el portajuntas, asentándose el cilindro contra el portajuntas de tal manera que forme una junta estática a lo largo de un área de sellado tangencial. En una realización preferida, esta fuerza compresiva es suficientemente grande y se aplica de tal manera, dada la geometría del sistema, que el portajuntas se deforma uniformemente para eliminar sustancialmente cualquier hueco que pudiera existir entre el portajuntas y el cojinete y, a su vez, aplasta con precisión el cojinete sobre el pistón para eliminar sustancialmente cualquier hueco entre el cojinete y el pistón, particularmente en una región al lado de la junta. Dependiendo de la resistencia del material usado, esta deformación puede ser de naturaleza elástica o plástica.

Breve descripción de las varias vistas de los dibujos La figura 1 es una vista en sección transversal de una junta dinámica para una bomba de presión ultraalta proporcionada según un sistema de la técnica anterior.

La figura 2 es una vista en planta y en sección transversal parcial de una bomba de presión ultraalta, que incorpora una junta dinámica proporcionada según la presente invención.

La figura 3 es una vista en planta y en sección transversal agrandada de la junta dinámica de la figura 2, mostrada con un pistón.

La figura 4 es una vista en planta y en sección transversal agrandada de la junta dinámica de la figura 2, mostrada sin un pistón.

Descripción detallada de la invención En muchas situaciones, sería deseable operar bombas de fluido de presión ultraalta a presiones mayores que las que pueden lograrse fiablemente en el momento actual. Por ejemplo, una bomba multiplicadora de presión ultraalta, tal como las fabricadas por Flow International... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto de sellado para un sistema de fluido de presión ultraalta (10) , que comprende:

una junta (22) que tiene un ánima (23) a través de la cual se mueve en vaivén un pistón (12) ;

un cojinete (24) que tiene un ánima (25) a través del cual se mueve en vaivén el pistón (12) ;

un portajuntas (26) que rodea circunferencialmente el cojinete (24) ,

caracterizado porque el cojinete está posicionado al lado de la junta (22) , y el portajuntas (26) está sometido a una fuerza compresiva, siendo suficientemente alta la fuerza compresiva para aplastar circunferencialmente el portajuntas en una dirección radial contra el cojinete (24) .

2. El conjunto de sellado según la reivindicación 1, en el que una superficie interior del ánima (25) del cojinete (24) está en contacto circunferencial sustancialmente uniforme con una superficie exterior (28) del pistón (12) cuando el conjunto se somete a carga durante el ensamblaje.

3. El conjunto de sellado según la reivindicación 1, que además comprende una pluralidad de tirantes (29) que son apretados para aplicar la fuerza compresiva sobre el portajuntas (26) .

4. El conjunto según la reivindicación 1, en el que el portajuntas (26) está al lado de la junta (22) , de tal manera que la junta está soportada a través de su anchura tanto por el portajuntas (26) como por el cojinete (24) .

5. El conjunto según la reivindicación 1, en el que el portajuntas (26) incluye un vaso (30) que se extiende a lo largo de una superficie exterior (31) de la junta (22) .

6. El conjunto según la reivindicación 5, en el que la junta (22) y el vaso (30) del portajuntas están configurados para garantizar que una fuerza de compresión sobre el vaso (30) sea mayor que una fuerza de expansión sobre el vaso

(30) cuando el conjunto sea sometido a presión ultraalta.

7. El conjunto según la reivindicación 1, que además comprende un cilindro (11) posicionado al lado de la junta (22) y el portajuntas (26) , asentándose el cilindro (11) contra el portajuntas (26) para formar una junta estática a lo largo de un área de sellado tangencial (32) , y en el que un primer extremo (33) de la junta al lado del cojinete (34) está aguas abajo de un punto central (35) del área de sellado tangencial (32) .

8. El conjunto según la reivindicación 1, en el que el portajuntas (26) está fabricado de un primer material y el cojinete (24) está fabricado de un segundo material.

9. Una bomba de presión ultraalta, caracterizada por comprender:

un pistón (12) y el conjunto de sellado de la reivindicación 1.

10. La bomba según la reivindicación 9, que además comprende un cilindro (11) posicionado al lado del portajuntas (26) , asentándose el cilindro (11) contra el portajuntas (26) para formar una junta estática a lo largo del área de sellado tangencial (32) , y en donde la bomba comprende además unos tirantes (29) que son acoplados al cilindro

(11) y apretados para aplicar la fuerza compresiva sobre el portajuntas (26) a través del cilindro (11) .

11. La bomba según la reivindicación 9, en la que el portajuntas (26) incluye un vaso (30) que se extiende a lo largo de una superficie exterior de la junta (22) , estando configurados la junta (22) y el vaso (30) del portajuntas (26) una con relación a otro y con relación al cilindro (11) para garantizar que una fuerza de compresión sobre el vaso (30) sea mayor que una fuerza de expansión sobre el vaso (30) .

12. La bomba según la reivindicación 9, que además comprende:

un cuerpo (14) de válvula de retención acoplado con un primer extremo del cilindro (11) , estando el cuerpo (14) de válvula de retención provisto de una pluralidad de válvulas (16; 37) que permiten selectivamente una comunicación de fluido entre el ánima (13) del cilindro (11) y una fuente de fluido (18) y un área (20) de salida, en la que la junta (22) está posicionada dentro del ánima (13) del cilindro (11) ; y

el portajuntas (26) está posicionado al lado del cilindro (11) y la junta (22) , estando prevista una superficie de cojinete alrededor de un ánima (25) del portajuntas (26) , a través de la cual se mueve en vaivén el pistón (12) , siendo forzada la superficie de cojinete contra una superficie exterior del pistón (12) de una manera sustancialmente uniforme por la fuerza compresiva ejercida contra el portajuntas (26) por el cilindro (11) .

13. La bomba según la reivindicación 12, en la que la fuerza compresiva sobre el portajuntas (26) es suficientemente alta para deformar sustancialmente de manera uniforme el portajuntas (26) , eliminado así sustancialmente cualquier

hueco que pudiera existir entre la superficie de cojinete y el pistón (12) .

14. Un método para instalar un conjunto de sellado en un sistema de fluido de presión ultraalta (10) , que comprende: proporcionar un portajuntas (26) que tiene un ánima dentro de la cual se encaja por presión un cojinete (24) ; posicionar una junta (22) al lado del portajuntas (26) y del cojinete (24) ;

proporcionar un pistón (12) a través de ánimas del cojinete (24) y la junta (22) ; aplicar una fuerza compresiva sobre el portajuntas (26) para aplastar el portajuntas (26) en una dirección radial contra el cojinete (24) y forzar el cojinete (24) de manera sustancialmente uniforme alrededor de la circunferencia del pistón (12) .

15. El método según la reivindicación 14, que además comprende:

posicionar un cilindro (11) al lado del portajuntas (26) , y aplicar la fuerza compresiva sobre el portajuntas (26) a través del cilindro (11) .

16. El método según la reivindicación 15, que además comprende apretar una pluralidad de tirantes (29) acoplados con el cilindro (11) para aplicar la fuerza compresiva sobre el portajuntas (26) a través del cilindro (11) .

17. El método según la reivindicación 14, en el que la fuerza compresiva es suficientemente grande para deformar

sustancialmente de manera uniforme el portajuntas (26) con el fin de eliminar cualquier hueco que pudiera existir entre el portajuntas (26) y el cojinete (24) .

18. El método según la reivindicación 14, que además comprende:

eliminar sustancialmente cualquier hueco entre el portajuntas (26) y el cojinete (24) ; y eliminar sustancialmente cualquier hueco entre el cojinete (24) y el pistón (12) al lado de la junta (22) .

19. El método según la reivindicación 14, que además comprende.

seleccionar un material para el portajuntas (26) que tenga una resistencia conocida y seleccionar un diámetro interior del ánima a través del portajuntas (26) para lograr una cantidad seleccionada de contacto entre el cojinete (24) y el pistón (12) para una fuerza compresiva dada.

(Técnica Anterior)

Fuente de Fluido