BRPI0707622A2 - vedaÇço com taxa de bomba controlÁvel - Google Patents

Abstract

VEDAÇçO COM TAXA DE BOMBA CONTROLÁVEL. A presente invenção refere-se a uma vedação dinâmica que vantajosamente utiliza uma ranhura no lado ativo ou superfície da vedação para capturar um lubrificante vazado e hidrodinamicamente bombear o lubrificante de volta no lado lubrificante da vedação. A ranhura pára perto da borda condutora da vedação que faceia o lado lubrificante formando desse modo um bloqueio estático entre o ponto de terminação da ranhura e a borda de vedação. Quando a pressão do fluido dentro da ranhura adjacente ao bloqueio estático excede a pressão de abertura para a borda de vedação, o lubrificante dentro da ranhura é bombeado de volta no lado lubrificante da vedação. A ranhura pode ter uma zona de indução em que a elevação da pressão do fluido é gradual e uma zona do impulsionador em que a elevação da pressão do fluido é relativamente mais rápida do que na zona de indução. A zona do impulsionador é disposta adjacente ao bloqueio estático.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "VEDAÇÃOCOM TAXA DE BOMBA CONTROLÁVEL".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a vedações de eixo dinâmicas e,mais particularmente, a um projeto de vedação de eixo dinâmica com umataxa de bomba controlável.

Antecedentes da Invenção

Vedações de eixo giratório têm sido usadas em maquinário, naindústria automobilística, bem como em outras indústrias. A vedação tem umlado de ar e um lado lubrificante. A vedação ajuda a manter o lubrificante(por exemplo, óleo) no lado lubrificante. O lubrificante pode, no entanto, va-zar do lado Iubrificado para o lado não Iubrificado (ar) através da interaçãoda superfície ativa da vedação com o eixo. Vários arranjos foram projetadospara capturar o lubrificante vazado e soltá-lo de volta no lado vedado. Emum, as ranhuras em espiral ou arestas desenvolvidas (daqui por diante cole-tivamente referidas como ranhuras) dispostas no lado ativo da vedação, cap-turam o lubrificante vazado e hidrodinamicamente bombeiam o lubrificantede volta no lado Iubrificado devido à rotação relativa entre a vedação e o ei-xo em torno do qual a vedação está disposta.

As ranhuras usadas para hidrodinamicamente bombearem o lu-brificante são abertas no lado do óleo da vedação e se comunicam com olubrificante neste lugar. Ter as ranhuras abertas no lado do óleo da vedaçãocria problemas potenciais. Por exemplo, podem se desenvolver vazamentosestáticos. Adicionalmente, pode também ocorrer vazamento de ar durante oteste de pressurização do maquinário em que a vedação está sendo usadano final do estágio de montagem. Em uma tentativa de abordar esses obstá-culos, os pontos de saída das ranhuras em espiral no lado do óleo forambloqueados. Bloquear o ponto de saída no lado do óleo, no entanto, reduz ataxa da bomba tão significantemente que a performance de vedação degra-da e faz o uso de tal vedação não prática e/ou impossível. Uma outra tentati-va para abordar esses obstáculos é bloquear a ranhura de bombeamentonão no ponto de saída no lado interno, mas de 2 a 3 voltas da ranhura emdireção ao lado de ar. Fazer assim também reduz a taxa da bomba, mas nãoà extensão onde a performance da vedação degrada muito. Esse bloqueio,no entanto, leva a outras dificuldades. A mais pronunciada dificuldade é aestagnação de óleo próximo ao ponto de saída. Isso, por sua vez, leva a co-quificação do óleo na ranhura e eventualmente à falha de vedação. Dessamaneira, seria vantajoso fornecer uma vedação que efetivamente usasse asranhuras para hidrodinamicamente bombearem o lubrificante de volta aolado lubrificante embora minimizando e/ou eliminando os obstáculos men-cionados acima.

A vedação com uma taxa de bomba controlável de acordo com oprincípio da presente invenção vantajosamente utiliza uma ranhura no ladoativo ou superfície da vedação a capturar o lubrificante vazado e hidrodina-micamente bombear o lubrificante de volta no lado lubrificado. A ranhura seestende ao longo de uma porção do lado ativo da vedação. A ranhura, noentanto, não se estende para a borda condutora da vedação que faceia olado lubrificante. De preferência, a ranhura pára perto da borda condutoraformando dessa maneira um bloqueio estático ou banda entre a ranhura e aborda de vedação no lado lubrificante da vedação. O lubrificante que vazaalém da borda de vedação no lado lubrificante é capturado nas ranhuras edirecionado de volta para o lado lubrificante devido à rotação relativa entre avedação e o eixo em que a vedação está disposta. A pressão de fluido den-tro da ranhura cresce até alcançar um valor crítico em que a pressão do flui-do na ranhura excede a pressão de abertura da borda de vedação e o lubri-ficante então escapa no lado lubrificante da vedação. Em algumas modali-dades, a configuração da ranhura é tal que uma zona de indução é formadapor uma porção das ranhuras e uma zona impulsora é formada por uma por-ção diferente das ranhuras. A zona impulsora é adjacente ao bloqueio estáti-co. O crescimento da pressão do fluido é relativamente lento na zona de in-dução e se torna relativamente rápido na zona impulsora.

O uso de um bloqueio estático na vedação da presente invençãoevita vantajosamente o vazamento estático e problemas associados comfluxo de fluido insuficiente (coquificação, carbonização, etc.). Uma outra van-tagem da presente invenção é que alguma quantidade de lubrificante estásempre presente na ranhura antes do bloqueio estático levantar. Esse lubri-ficante fornece lubrificação da borda de vedação aperfeiçoada reduzindodessa maneira o desgaste e efetivamente removendo o lubrificante coqueifi-cado e os resíduos que por sua vez podem estender o tempo de vedação.

Em um aspecto da presente invenção, uma vedação dinâmicainclui um lado lubrificante e um lado não-lubrificante. Uma porção de veda-ção é operável para engatar com e vedar contra um eixo. A porção de veda-ção inclui uma superfície ativa comunicando-se com o lado não-lubrificante euma borda de vedação em uma extremidade dela. A borda de vedação fa-ceia o lado lubrificante e define uma abertura em que um eixo pode estardisposto. A superfície ativa é operável para engatar com e vedar contra umeixo disposto na abertura. Existe pelo menos um elemento de bombeamentose estendendo ao longo da superfície ativa e parando perto da borda de ve-dação. O elemento de bombeamento tem um ponto de início e um ponto detérmino. O elemento de bombeamento é operável para capturar o lubrificanteque vaza além da borda de vedação e bombear o lubrificante em direção aoponto de terminação e de volta no lado lubrificante devido à rotação relativaentre a superfície ativa e um eixo.

Em um outro aspecto da presente invenção, é descrita uma ou-tra vedação dinâmica. A vedação dinâmica tem tanto um lado lubrificantequanto um lado não-lubrificante. Uma superfície ativa é operável para vedarcontra um eixo. Pelo menos uma ranhura se estende ao longo da superfícieativa do lado não-lubrificante em direção ao lado lubrificante com uma por-ção da superfície ativa disposta entre a ranhura e o lado lubrificante. A ra-nhura é operável para capturar o lubrificante que vaza entre a superfície ati-va e o eixo e bombear o lubrificante capturado no lado lubrificante além daporção da superfície ativa. Uma primeira porção da ranhura tem uma primei-ra característica. Uma segunda porção da ranhura tem uma segunda carac-terística diferente da primeira característica. A segunda porção da ranhura émais próxima do lado lubrificante do que a primeira porção da ranhura.

Ainda em um outro aspecto da presente invenção, é descrito ummétodo de retornar o lubrificante que vaza além de uma vedação dinâmicaem um eixo de volta a um lado lubrificante da vedação. O método inclui: (1)capturar o lubrificante que vaza além da vedação em uma ranhura em umasuperfície ativa da vedação, a ranhura parando perto do lado lubrificante davedação; (2) bombear o lubrificante capturado na ranhura de volta em dire-ção ao lado lubrificante da vedação; (3) aumentar uma pressão de fluido naranhura conforme a ranhura se aproxima do lado lubrificante da vedação; (4)desalojar uma porção da vedação adjacente ao lado lubrificante fora do eixocom a pressão do fluido na ranhura; (5) retornar o lubrificante capturado naranhura de volta ao lado lubrificante da vedação através de uma ranhuraentre a porção desalojada da vedação e do eixo.

Adicionais áreas de aplicabilidade da presente invenção tornar-se-ão aparentes a partir da descrição detalhada fornecida daqui por diante.Deve ser entendido que a descrição detalhada e os exemplos específicos,embora indicando a modalidade preferida da invenção, são pretendidos so-mente para propósitos de ilustração e não são pretendidos limitar o escopoda invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

A presente invenção tornar-se-á mais completamente entendidaa partir da descrição detalhada e desenhos em anexo, em que:

A figura 1 é uma vista em perspectiva simplificada da vedaçãoda presente invenção.

A figura 2 é uma vista em corte transversal da vedação da figura1 disposta em torno de um eixo.

A figura 3 é uma vista em corte transversal fragmentada amplia-da do lado ativo da vedação dentro do círculo 3 da figura.

A figura 4 é um gráfico da pressão lubrificante hipotética na ra-nhura como uma função de distância para uma configuração de vedação nafigura 3.

As figuras 5A - 5E são representações fragmentadas de váriasconfigurações ou geometria em corte transversal alternadas para as ranhu-ras usadas na vedação de acordo com o princípio da presente invenção.A figura 6 é uma modalidade alternada da vedação da figura 1mostrando uma configuração de ranhura diferente.

A figura 7 é uma modalidade alternada da vedação da figura 1mostrando uma configuração da ranhura em que nenhuma zona impulsora éutilizada.

A figura 8 é uma representação esquemática simplificada deuma vista plana de topo da superfície ativa da vedação da figura 1 mostran-do duas ranhuras distintas se estendendo ao longo da superfície ativa davedação.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

A descrição a seguir da(s) modalidade(s) preferida(s) é mera-mente exemplar em natureza e não está de forma alguma pretendida limitara invenção, sua aplicação ou usos.

Com referência às figuras 1-3, é mostrada uma vedação dinâmi-ca 20 de acordo com a modalidade preferida da presente invenção. A veda-ção 20 é montada a um invólucro 22 que está disposto em um alojamentofixado 24 (melhor mostrado na figura 2) de uma maneira que é bem conhe-cida na técnica. A vedação 20 engata um eixo giratório 28 e fornece umarelação vedada entre o eixo giratório 28 e o alojamento 24 em que o invólu-cro 22 está disposto. Com referência à figura 2, a vedação 20 inclui umaporção de montagem 30 tendo um recesso anular nela. Uma porção de mon-tagem 22a dó invólucro 22 reside dentro do recesso anular 32. Deve serpercebido que a porção de montagem 30 e o invólucro 22 podem tomarquaisquer conformações e formas e não é considerado que sejam particu-larmente relevantes para a presente invenção. A porção de montagem 30 émontada no invólucro 22 que pode ser feito de plástico ou metal e a porçãode montagem 30 pode ser ligada a ele de acordo com técnicas de monta-gem bem conhecidas.

A vedação 20 inclui uma abertura central 36 através da qual oeixo 28 está disposto. O diâmetro da abertura 36 é dimensionado para sermenor do que o diâmetro do eixo 28 para fornecer uma elevação desejadaentre eles. Isto é, a porção de vedação 20 próxima à abertura 36 irá defor-mar conforme a vedação 20 está posicionada no eixo 28. A deformação davedação 20 é resistida e uma vedação estanque a fluido é formada contra oeixo 28.

A vedação 20 tem uma porção de vedação conformada em cone40 que se estende axial e radialmente da porção de montagem 30. A abertu-ra 36 está localizada na porção de vedação 40. A porção de vedação 40 temum lado/superfície ativo 44 que se engata com o eixo 28. A porção de veda-ção 40 também inclui um lado/superfície não ativo 48 que é oposto à super-fície ativa 44. A superfície não ativa não se engata com o eixo 28. Uma bor-da ou borda de vedação condutora 52 separa a superfície ativa 44 e a super-fície não ativa 48. A superfície ativa 44 é exposta ao lado de ar 49 enquantoa superfície não ativa 48 e a borda de vedação 52 são expostas ao lado lu-brificante (por exemplo, óleo) 50.

Pelo menos uma ranhura 60 (duas ranhuras são mostradas nafigura 8) está localizada na superfície ativa 44 e espirala em torno do eixo 28com as porções 62 da superfície ativa 44 dispostas entre elas. A ranhura 60se estende axialmente ao longo da superfície ativa 44 conforme ela se enro-la em torno do eixo 28 com as porções 62 da superfície ativa 44 dispostasentre elas. O paço da ranhura 60 pode variar e, se desejado, pode ser uni-forme ou constante. A ranhura 60 pode ser em cone, cortada em ou de outramaneira formada ao longo da superfície ativa 44.

A ranhura 60 é um elemento de bombeamento hidrodinâmico. Aranhura 60 captura o lubrificante que penetra além da borda de vedação 52e bombeia o lubrificante capturado de volta no lado lubrificante 50. Uma ro-tação relativa entre a superfície ativa 44 e o eixo 28 faz com que o lubrifican-te capturado dentro da ranhura 60 seja direcionado para o lado lubrificante50 e passe a borda de vedação 52, como descrito abaixo.

Com referência agora à figura 3, detalhes da superfície ativa 44e da ranhura 60 são aqui mostrados. A ranhura 60 pode ser uma ranhuraúnica que se estende de maneira helicoidal ou em espiral ao longo da super-fície ativa 44 entre o ponto de início 64 e um ponto de terminação 68. Alter-nativamente, como mostrado na figura 8, a vedação 20 pode ter múltiplasranhuras 60 que se estendem de maneira helicoidal ou em espiral ao longoda superfície ativa 44. Por exemplo, como mostrado, uma primeira ranhura60a pode se estender do ponto de início 64a para o ponto de terminação 68aenquanto uma segunda ranhura 60b se estende do ponto de início 64b parao ponto de terminação 68b. As ranhuras 60a, 60b não intersectam uma naoutra. Adicionalmente, as 60a, 60b espiralam ao longo da superfície ativa 44na mesma direção. A direção em que as ranhuras 60a, 60b espiralam de-termina a direção em que o lubrificante capturado é levado devido a rotaçãorelativa entre a vedação 20 e o eixo 28. Com ambas as ranhuras 60a, 60bespiralando na mesma direção, as ranhuras 60a, 60b fornecem uma ação debombeamento unidirecional de modo que ambas as ranhuras 60a, 60b bom-beiam lubrificante nesse lugar na mesma direção. Embora a vedação 20 sejamostrada como tendo tanto uma quanto duas ranhuras 60, deve ser apreci-ado que mais do que duas ranhuras podem ser utilizadas, se desejado.

A ranhura 60 pára perto de alcançar a borda de vedação 52. Es-pecificamente, um bloqueio estático 70 está disposto entre a borda de veda-ção 52 e o ponto de terminação 68. O bloqueio estático 70 é adjacente àborda de vedação 52 e está em contato direto com o eixo 28 e forma umavedação em oposição à vedação. Para facilitar o bombeamento hidrodinâmi-co de lubrificante vazado de volta para o lado lubrificante 50, uma ranhura 60inclui duas regiões distintas ou seções 74, 76. A primeira região 74 é referidacomo a zona de indução enquanto a segunda região 76 é referida como azona do impulsionador. A zona de indução 74 é caracterizada pela ranhura60 tendo uma área em seção transversal que é substancialmente constante.Ao contrário, a zona do impulsionador 76 é caracterizada por ter uma áreaem seção transversal que diminui a zero conforme a ranhura 60 se aproximado ponto de terminação 68 adjacente ao bloqueio estático 70. Na modalida-de preferida, a largura W da ranhura 60 tanto na zona de indução 74 quantona zona do impulsionador 76 é a mesma enquanto a profundidade da ranhu-ra 60 na zona de indução 74 é diferente da profundidade da ranhura 60 nazona do impulsionador 76. Especificamente, na zona de indução 74 a pro-fundidade da ranhura 60 é substancialmente constante enquanto na zona doimpulsionador 76 a profundidade da ranhura 60 diminui conforme a ranhura60 se aproxima do ponto de terminação 68. Por conseguinte, a área em se-ção transversal da ranhura 60 na zona de indução 74 é substancialmenteconstante enquanto a área em seção transversal da ranhura 60 na zona doimpulsionador 76 se aproxima de zero conforme a ranhura 60 se aproximado ponto de terminação 68. A área em seção transversal da ranhura 60 nazona do impulsionador 76 vantajosamente facilita o retorno de lubrificante daranhura 60 de volta para o lado lubrificante 50, como descrito abaixo.

Com referência à figura 4, é mostrado um exemplo hipotético dapressão do fluido (curva 82) dentro da ranhura 60 como uma função da posi-ção dentro da ranhura 60, a rotação relativa entre a vedação 20 e o eixo 28aciona o lubrificante em direção ao ponto de terminação 68. Como resultado,a pressão de fluido dentro da ranhura 60 aumenta conforme o ponto de ter-minação 68 é aproximado. No projeto da ranhura da presente invenção, ocrescimento da pressão do fluido (curva 82a) na zona de indução 74 é umataxa menor (mais lenta) do que o crescimento da pressão do fluido (curva82b) dentro da zona do impulsionador 76. Especificamente, devido à áreaem seção transversal substancialmente uniforme da ranhura 60 na zona deindução 74, a pressão do fluido cresce em uma taxa relativamente lenta quepode ou não pode ser uma taxa constante. Quando o lubrificante entra nazona do impulsionador 76, no entanto, a redução da área em seção trans-versal da ranhura 60 nesse lugar faz com que a pressão do fluido aumentemais rapidamente conforme a ranhura 60 se aproxima do ponto de termina-ção 68. A taxa de crescimento da pressão do fluido na zona do impulsiona-dor 76 pode ser uma taxa constante ou inconstante. Por conseguinte, ocrescimento da pressão do fluido é relativamente lento na zona de indução74 e se torna relativamente rápida na zona do impulsionador 76.

A pressão do fluido dentro da ranhura 60 continua a crescer atéum valor crítico (a pressão de abertura na borda de vedação 52, como re-presentado pela linha 84) ser satisfeito ou excedido. Assim que a pressão dofluido satisfaz ou excede o valor crítico, a construção da pressão do fluido nazona do impulsionador 76 excede a pressão de abertura na borda de veda-ção e o lubrificante é bombeado no lado lubrificante 50. Por conseguinte, apressão dentro da zona do impulsionador 76 aumenta para um valor que fazcom que o bloqueio estático 70 desaloje o eixo 28 e permite que o lubrifican-te dentro da ranhura 60 flua de volta para o lado lubrificante 50. Uma vezque a pressão do fluido dentro da ranhura 60 cai abaixo da pressão crítica, obloqueio estático 70 se move de volta e veda contra o eixo 28 e o fluxo delubrificante da ranhura 60 no lado lubrificante 50 cessa. O lubrificante irá ou-tra vez começar a coleta dentro da ranhura 60 e fazer com que a pressão dofluido aí aumente. Uma vez que a pressão do fluido exceda o valor críticooutra vez, o bloqueio estático 70 irá se separar do eixo 28 e permitirá que olubrificante dentro da ranhura 60 outra vez flua no lado lubrificante 50 até talmomento conforme a pressão do fluido cai abaixo do valor crítico. Esse pro-cesso continua por toda a operação de vedação 20.

A conformação física e dimensões da ranhura 60 são escolhidaspara fornecer uma taxa de bomba que é igual a ou maior do que a taxa devazamento esperada do lubrificante que passa da borda de vedação 52 parao tempo esperado de vedação 20. Isto é, durante a tempo de vedação 20, ataxa de vazamento além da borda de vedação 52 pode aumentar. As dimen-sões da ranhura 60 são escolhidas para fornecer uma taxa de bombeamentoque satisfaça ou exceda a taxa de vazamento esperada do lubrificante alémda borda de vedação 52 junto com o fornecimento de uma elevação dapressão do fluido que exceda o valor crítico para possibilitar que o lubrifican-te seja bombeado de volta para o lado lubrificante da vedação.

Dependendo da taxa de vazamento do lubrificante que passa aborda de vedação 52, é possível um regime de estado estável da ranhura 60descarregar o lubrificante de volta no lado lubrificante 50. Isto é, dependendodo projeto da ranhura 60, a performance da borda de vedação 52 e a rota-ção relativa entre a vedação 20 e o eixo 28, pode ser possível para um fluxocontínuo de lubrificante vazar além da borda de vedação 52, ser capturadopela ranhura 60, e transportado de volta ao lado lubrificante 50 pela manu-tenção da pressão dentro da ranhura 60 adjacente ao bloqueio estático 70igual a ou maior do que a pressão crítica. Por conseguinte, deve ser apreci-ado que o retorno do lubrificante capturado para o lado lubrificante 50 podeser uma ocorrência de estado não estável ou uma ocorrência de estado es-tável.

A área em seção transversal substancialmente constante da ra-nhura 60 na zona de indução 74 e a diminuição da área em seção transver-sal da ranhura 60 na zona do impulsionador 76 vantajosamente facilitam oretorno do lubrificante capturado para o lado lubrificante 50. A área de seçãotransversal substancialmente constante na zona de indução 74 permite quea pressão do fluido dentro da zona de indução 74 gradualmente aumenteconforme o lubrificante se aproxima da zona do impulsionador 76. A zona deindução 74 pode ser configurada de modo que durante operação nominal davedação 20 (isto é, com a vedação 20 experimentando vazamento antecipa-do normal de lubrificante além da borda de vedação 52) a pressão críticanão seja alcançada. Não alcançando a pressão crítica dentro da zona deindução 74, uma porção maior (esta porção entre a zona de indução 74 e aborda de vedação 52) da superfície ativa 44 pode manter contato com o eixo28 ajudando dessa maneira a impedir o lubrificante de vazar através da ve-dação 20. A redução da área em seção transversal da ranhura 60 na zonado impulsionador 76 vantajosamente aumenta a pressão do fluido dentro dazona do impulsionador 76 acima da pressão crítica 84 em um local que éadjacente ao bloqueio estático 70. A ruptura do contato entre o bloqueio es-tático 70 e o eixo 28 nesse local reduz a quantidade da superfície ativa 44que é deslocada de contato imediato com o eixo 28 durante o retorno do lu-brificante capturado para o lado lubrificante lado lubrificante 50. Deve serapreciado que embora seja preferido que a área em seção transversal daranhura 60 dentro da zona de indução 74 seja substancialmente constante, avariação na área em seção transversal é possível. Isto é, pode ser emprega-da uma variação na área de seção transversal que faz com que a taxa maislenta da pressão do fluido aumente mais do que na zona do impulsionador76 e/ou evita ou minimiza o potencial para a pressão do fluido nesse lugarpara exceder a pressão crítica, ainda que todas as vantagens da presenteinvenção possam não ser realizadas.A conformação em seção transversal da ranhura 60 pode variar.Por exemplo, como mostrado na figura 3, a conformação em seção transver-sal ou geometria da ranhura 60 pode ser triangular. No entanto, como mos-trado nas figuras 5A - 5E, outras geometrias ou conformações em seçãotransversal podem ser empregadas. Por exemplo, a conformação em seçãotransversal pode ser quadrada ou retangular, como mostrado na figura 5A,curvada ou arredondada, como mostrado na figura 5B, trapezoidal, comomostrado na figura 5C, e/ou inclinado na direção ou para longe da borda devedação 52, como mostrado nas figuras 5D e 5E, respectivamente. Deve serapreciado que, embora seja preferido manter a área em seção transversalda ranhura 60 substancialmente constante na zona de indução 74, a geome-tria da ranhura 60 pode mudar enquanto mantém a área em seção transver-sal substancialmente constante. Isto é, se desejado, a geometria da ranhura60 pode mudar (por exemplo, de triangular para retangular), embora man-tendo a área em seção transversal substancialmente constante e ainda re-sultando em uma construção gradual de pressão de fluido dentro da zona deindução 74. A geometria da ranhura 60 pode também mudar na zona do im-pulsionador 76 uma vez que uma redução na área em seção transversal sejaalcançada e se aproxime de zero no ponto de terminação. Por conseguinte,a geometria da ranhura 60 pode mudar uma vez que as exigências com res-peito à área em seção transversal são satisfeitas.

Com referência agora à figura 6, é mostrada uma primeira moda-lidade alternada de uma vedação 120 de acordo com os princípios da pre-sente invenção. Na vedação 120, a diminuição da área em seção transversalda zona do impulsionador 176 é diferente daquela na modalidade preferida.Especificamente, a profundidade D da ranhura 160 tanto na zona de indução174 quanto na zona do impulsionador 176 permanece substancialmenteconstante. Para diminuir a área em seção transversal da ranhura 160 dentroda zona do impulsionador 176, a largura da ranhura 160 no plano de contatoda superfície ativa 144 diminui conforme a ranhura 160 se aproxima do pon-to de terminação 168. A diminuição da área em seção transversal da ranhura160 na zona do impulsionador 176 faz com que a pressão do fluido aumenterapidamente na zona do impulsionador 176, permitindo a operação de veda-ção 120 junto dos mesmos princípios discutidos acima com referência à ve-dação 20. Deve ser apreciado que a maneira em que a área em seçãotransversal da ranhura 160 é diminuída dentro da zona do impulsionador 176pode variar daquela mostrada. Por exemplo, pode ser empregada uma com-binação de uma diminuição da profundidade e de uma diminuição da largurada ranhura 160 para reduzir a área em seção transversal da ranhura 160 nazona do impulsionador 176 conforme a ranhura 160 se aproxima do ponto determinação 168. Adicionalmente, uma geometria de mudança para a ranhura160 pode também ser utilizada, como discutido acima.

Com referência agora à figura 7, é mostrada uma segunda mo-dalidade alternada de uma vedação 220 de acordo com os princípios da pre-sente invenção. Nessa modalidade, uma zona do impulsionador não é utili-zada. De preferência, a ranhura 260 termina no ponto de terminação 268com o bloqueio estático 270 disposto entre o ponto de terminação 268 e aborda de vedação 252. A área em seção transversal da ranhura 260 é ge-ralmente uniforme por todo seu comprimento. Como resultado, a pressão dofluido dentro da ranhura 260 constrói em um passo gradual até eventualmen-te superar a pressão crítica (a pressão de abertura da borda de vedação252) e direcionar o lubrificante capturado de volta ao lado lubrificante 50. Oprojeto da ranhura 260 é configurado para assegurar que a pressão do fluidodentro da ranhura 260 no ponto de terminação 268 excede a pressão críticaembora mantendo uma taxa de bomba suficiente para levar o lubrificantecapturado de volta ao lado lubrificante 50. Por conseguinte, nessa modalida-de, a superfície ativa 244 inclui uma ranhura 260 que tem um ponto de ter-minação 268 que pára perto de alcançar a borda de vedação 252, por con-seguinte, formando um bloqueio estático 270 entre elas. Deve ser apreciadoque embora a segunda modalidade alternada seja operável para retornar olubrificante ao lado lubrificante 50 da vedação 220, todos os benefícios deusar a modalidade preferida podem não ser realizados.

As vedações 20, 120, 220 podem ser feitas de uma variedade decomposições de material. Por exemplo, a vedação dinâmica pode incluirplástico, borracha, ou qualquer de uma ampla variedade de elastômeros co-nhecidos, tais como PTFE, TPE (elastômeros termoplásticos), TPV (vulcani-zações termoplásticas), e material de Flouroprene™, uma composição des-crita na Patente US 6.806.306, entre outras.

A vedação de acordo com os princípios da presente invençãotem muitas vantagens. Primeiramente, o vazamento estático e problemasassociados com fluxo de fluido insuficiente (coqueificação, carbonização,etc.) são facilmente controlados por ajustar apropriadamente os parâmetrosdo projeto, e, por conseguinte, fornecer uma função de vedação confiável.Uma outra vantagem é que alguma quantidade de lubrificante está semprepresente na ranhura antes de desalojar o bloqueio estático do eixo. Esselubrificante aperfeiçoa a lubrificação da borda de vedação aperfeiçoada, re-duzindo dessa maneira o desgaste, removendo efetivamente o lubrificantecoqueificado e os resíduos de desgaste, que por sua vez estendem o tempode vedação. Por conseguinte, a vedação de acordo com os princípios dapresente invenção fornece muitas vantagens.

Embora a presente invenção tenha sido descrita e ilustrada comreferência a modalidades específicas, deve ser apreciado que essas modali-dades são meramente exemplares por natureza e que variações que partemda modalidade mostrada são pretendidas estarem dentro do escopo da pre-sente invenção. Por exemplo, embora uma variedade de geometrias sejamostrada para a configuração em seção transversal da ranhura, deve serapreciado que essas geometrias em seção transversal são meramente e-xemplares e que outras geometrias em seção transversal podem ser empre-gadas. A conformação das porções 62, 162, 262 de superfícies ativas 44,144, 244 pode variar. Por exemplo, as porções 62, 162, 262 podem ter umalargura que varie e pode ser reduzida a, ou ser, um ponto, se desejado. Adi-cionalmente, embora a vedação tenha sido mostrada com referência a umaporção de vedação 40 particular, à uma porção de montagem 30 e ao invó-lucro 22, deve ser apreciado que estes são meramente exemplares e queoutras configurações que permitem uma superfície ativa de uma vedaçãoengatar com um eixo podem ser empregadas. Além disso, a vedação 20,120, 220 não necessita vedar contra o diâmetro externo do eixo 28. De pre-ferência, a vedação 20, 120, 220 pode ter uma superfície ativa 44, 144, 244que veda contra um componente anexado ao eixo 28, tal como uma áreachata ou superfície de um eslinga axial ou flange. Tais aplicações podemfornecer uma ação de bombeamento na direção radial. Além do mais, embo-ra a descrição de múltiplas ranhuras na figura 8 mostre que os pontos determinação e de conclusão para as ranhuras respectivas sejam diretamenteatravés um do outro, deve ser apreciado que eles não necessitam ter tal po-sicionamento relativo e podem ser inclinados um do outro. Além disso, deveser apreciado que as dimensões mostradas aqui para a vedação 20, sãomeramente exemplares para facilitar um entendimento dos princípios e fun-cionalidade da presente invenção. Como tal, as dimensões mostradas aquipodem variar sem se desviar do espírito e escopo da presente invenção.Adicionalmente, embora os materiais particulares de construção tenham sidodescritos como sendo adequados para uso na vedação, deve ser apreciadoque tal lista é meramente ilustrativa e não exaustiva dos tipos de materiaisque podem ser usados para formar uma vedação de acordo com os princí-pios da presente invenção. Além do mais, deve ser apreciado que embora oelemento de bombeamento seja descrito como ranhuras, o uso de arestaselevadas na superfície ativa da vedação pode ser utilizado em vez das ra-nhuras embora todos os benefícios da presente invenção possam não serrealizados. Além disso, deve ser apreciado que embora o eixo 28 seja des-crito como sendo um eixo giratório, o eixo 28 poderia ser estacionário e avedação 20 poderia girar em torno do eixo 28. Por conseguinte, as variaçõesque não se afastam do ponto essencial da invenção são pretendidas esta-rem dentro do escopo da invenção. Tais variações não são para serem con-sideradas como um departamento do espírito e escopo da invenção.

Claims (26)

1. Vedação dinâmica compreendendo:um lado lubrificante;um lado não-lubrificante;uma porção de vedação operável para engatar com ê vedar con-tra um eixo, a dita porção de vedação incluindo uma superfície ativa comuni-cando-se com o dito lado não-lubrificante e uma borda de vedação em umasua extremidade, a dita borda de vedação faceando o dito lado lubrificante, adita borda de vedação definindo uma abertura em que um eixo pode estardisposto, e a dita superfície ativa para engatar com e vedar contra um eixodisposto na dita abertura; epelo menos um elemento de bombeamento se estendendo aolongo da dita superfície ativa e parando perto da dita borda de vedação, odito elemento de bombeamento tendo um ponto de início e um ponto de ter-minação, o dito elemento de bombeamento operável para capturar o lubrifi-cante que vaza além da dita borda de vedação e bombear o dito lubrificanteem direção ao dito ponto de terminação e de volta no dito lado lubrificantedevido a uma rotação relativa entre a dita superfície ativa e um eixo.

2. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 1, emque o dito pelo menos um elemento de bombeamento é pelo menos umaranhura na dita superfície ativa.

3. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 2, emque uma primeira porção da dita ranhura tem uma área em seção transver-sal que é substancialmente constante, uma segunda porção da dita ranhuratem uma área em seção transversal que diminui conforme a dita ranhura seestende em direção ao dito ponto de terminação, e a dita segunda porção dadita ranhura inclui o dito ponto de terminação.

4. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 3, emque a dita ranhura tem uma largura que é substancialmente constante.

5. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 3, emque a dita ranhura tem uma profundidade que é substancialmente constante.

6. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 3, emque pelo menos uma da dita primeira e da dita segunda porções da dita ra-nhura tem uma geometria que varia conforme a dita ranhura se estende aolongo da dita superfície ativa.

7. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 3, emque a dita ranhura tem um passo que varia conforme a dita ranhura se es-tende ao longo da dita superfície ativa.

8. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 3, emque a dita ranhura tem um passo constante conforme a dita ranhura se es-tende ao longo da dita superfície ativa.

9. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 2, emque a dita pelo menos uma ranhura é uma de uma pluralidade de ranhurasque não intersectam na dita superfície ativa.

10. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 1, emque um bloqueio está disposto entre a dita borda e o dito ponto de termina-ção do dito elemento de bombeamento, o dito bloqueio vedando contra umeixo disposto na dita abertura, e uma porção do dito bloqueio é deslocada doeixo quando o lubrificante é bombeado no dito lado lubrificante através dodito elemento de bombeamento.

11. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 10, emque o dito bloqueio é uma porção da dita superfície ativa.

12. Vedação dinâmica compreendendo:um lado lubrificante;um lado não-lubrificante;uma superfície ativa operável para vedar contra um eixo;pelo menos uma ranhura se estendendo ao longo da dita super-fície ativa do dito lado não-lubrificante em direção ao dito lado lubrificantecom uma porção da dita superfície ativa disposta entre a dita ranhura e odito lado lubrificante, a dita ranhura operável para capturar o lubrificante quevaza entre a dita superfície ativa e o dito eixo e bombeia o dito lubrificantecapturado no dito lado lubrificante além da dita porção da dita superfície ati-va;uma primeira porção da dita ranhura tendo uma primeira carac-terística; euma segunda porção da dita ranhura tendo uma segunda carac-terística diferente da dita primeira característica, a dita segunda porção dadita ranhura estando mais perto do dito lado lubrificante do que a dita primei-ra porção da dita ranhura.

13. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 12, emque a dita primeira característica é uma área em seção transversal substan-cialmente constante e a dita segunda característica é uma área em seçãotransversal variada.

14. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 12, emque a dita primeira característica é uma área em seção transversal variada ea dita segunda característica é uma área em seção transversal que varia emuma taxa diferente daquela da dita primeira característica.

15. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 12, emque a dita primeira característica é uma profundidade de ranhura substanci-almente constante e a dita segunda característica é uma profundidade deranhura variada.

16. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 12, emque a dita primeira característica é uma largura de ranhura substancialmenteconstante e a dita segunda característica é uma largura de ranhura variada.

17. Vedação dinâmica de acordo com a reivindicação 12, emque a dita primeira característica é uma primeira taxa de aumento da pres-são do fluido e a dita segunda característica é uma segunda taxa de aumen-to da pressão do fluido, a dita segunda taxa sendo maior do que a dita pri-meira taxa.

18. Método de retorno de lubrificante que vaza além de umavedação dinâmica em um eixo de volta ao lado lubrificante da vedação, ométodo compreendendo:(a) capturar o lubrificante que vaza além da vedação emuma ranhura em uma superfície ativa da vedação, a ranhura parando pertodo lado lubrificante da vedação;(b) bombear o lubrificante capturado na ranhura de volta emdireção ao lado lubrificante da vedação;(c) aumentar uma pressão de fluido na ranhura conforme aranhura se aproxima do lado lubrificante da vedação;(d) elevar uma porção da vedação adjacente ao lado Iubrifi-cante fora do eixo com a pressão do fluido na ranhura; e(e) retornar o lubrificante capturado na ranhura de volta aolado lubrificante da vedação através de uma fenda entre a porção desalojadada vedação e o eixo.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, em que (d)inclui gerar uma pressão de fluido na porção da ranhura adjacente o lubrifi-cante da dita vedação em excesso de uma vedação de pressão elevada.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, em que (c)inclui aumentar a pressão do fluido em uma primeira porção da ranhura emuma primeira taxa e aumentar a pressão do fluido em uma segunda porçãoda ranhura em uma segunda taxa maior do que a dita primeira taxa.-20. Método de acordo com a reivindicação 19, em que (c) incluiaumentar a pressão do fluido em uma primeira porção da ranhura em umaprimeira taxa e aumentar a pressão do fluido em uma segunda porção daranhura em uma segunda taxa maior do que a dita primeira taxa.

21. Método de acordo com a reivindicação vedação 20, emque (c) inclui aumentar a pressão do fluido na primeira taxa na primeira por-ção da ranhura tendo uma área em seção transversal substancialmenteconstante e aumentar a pressão do fluido na segunda taxa na segunda por-ção da ranhura tendo uma área em seção transversal diminuindo conforme aranhura se aproxima do lado lubrificante da vedação.

22. Método de acordo com a reivindicação 21, em que (c)inclui aumentar a pressão do fluido na segunda taxa na segunda porção daranhura tendo uma profundidade da ranhura que diminui conforme a ranhurase aproxima do lado lubrificante da vedação.

23. Método de acordo com a reivindicação 21, em que (c)inclui aumentar a pressão do fluido na segunda taxa na segunda porção daranhura tendo uma largura de ranhura que diminui conforme a ranhura seaproxima do lado lubrificante da vedação.

24. Método de acordo com a reivindicação vedação 20, emque (d) inclui gerar uma pressão do fluido na segunda porção da ranhura emexcesso de uma vedação de pressão elevada.

25. Método de acordo com a reivindicação 19, em que (c)inclui reduzir uma área em seção transversal da ranhura conforme a ranhurase aproxima do lado lubrificante da vedação.

26. Método de acordo com a reivindicação 18, em que a ra-nhura é uma de uma pluralidade de ranhuras e (a)-(e) são executadas com apluralidade de ranhuras.