BRPI0708450A2 - dispositivo de vedação para entrada de gás num forno ou congêneres - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE VEDAçãO PARA ENTRADA DE GáS NUM FORNO OU CONGêNERES. Uma tubulação (12) para alimentar um gás dentro de um forno, uma lareira, ou similares (tais como um forno IVQ/DVQ), e em particular numa estrutura de câmara de reação (16) dentro do forno, é provida com um dispositivo de vedação tubular (32) estanque a vazamento de gás que se estende radialmente por fora da tubulação e que define um caminho que é praticamente estanque a vazamento de gás, ao longo do qual se estende a tal tubulação de alimentação, O dispositivo de vedação tubular (32) é preferivelmente pelo menos parcialmente flexível na direção transversal e/ou direção axial de modo a acomodar problemas de posicionamento entre um local situado na câmara de reação (16) e um local onde a tubulação de alimentação de gás penetra no forno (cujos problemas podem ser devidos, por exemplo, a expansão/contração térmica assimétrica).

Description

"DISPOSITIVO DE VEDAÇÃO PARA UMA ENTRADA DE GÁS EM UMFORNO OU SIMILAR"

A presente invenção se refere de modo mais geral a fornos, fornalhas, câmaras detratamento, e similares, em que um gás reagente é introduzido como parte de uma etapade tratamento. Um exemplo em particular da invenção se refere a fornalhas parainfiltração de vapor químico/deposição de vapor químico (IVQ/DVQ) em que um gásreagente é introduzido como parte de um método de adensamento de elementos porosos,tais como pré-formas porosas para as partes de fricção.

De modo geral, o uso de fornos, fornalhas, câmaras de tratamento e similares em que umgás reagente é introduzido como parte de uma etapa de tratamento é conhecido (nadescrição abaixo, o termo "forno" também deverá ser compreendido de modo amplocomo sendo aplicável a fornalhas e outras câmaras de tratamento deste tipo). Umexemplo é o método de infiltração de vapor quí mico em que um gás reagente precursor éintroduzido em um forno com elementos porosos dispostos dentro deste (por exemplo, esem limitação, tal como pré-formas porosas para discos de freio).

Em geral, um forno convencional compreende um forno mais externo que reveste demodo a cercar um espaço de trabalho ou câmara de reação em que os objetos ouelementos para tratamento são colocados, um sistema para levar o gás reagente a fluirpara dentro e para fora do forno, e um sistema aquecedor para esquentar pelo menos umaporção interna da câm ara de reação.

De um modo conhecido, o gás reagente é forçado a se infiltrar na estrutura porosa doselementos porosos. O gás reagente pode compreender um hidrocarboneto gasoso tal comopropano.

Num exemplo conhecido, um gás reagente é introduzido num volume interno definidopor uma pilha de pré-formas anulares para discos de freio que estão substancialmentealinhados em uma câm ara de reação de um forno. Geralmente, o gás é forçado a sedeslocar do volume interno da pilha em direção ao exterior da pilha por difusão atravésdas estruturas porosas (por exemplo, fibras) das pré-formas e/ou pelo fluxo através dosespaços entre as pré-formas empilhadas adjacentes, como definido pelos espaçadores ousimilares.Pelo menos, o interior da câmara de reação é aquecido pelo sistema aquecedor. Assim,devido à temperatura relativamente alta das pré-formas de disco de freio, o gás reagenteé submetido à pirdise e deixa um produto da decomposição que é depositado sobre assuperfícies internas da estrutura porosa. Como modo de exemplo, com um hidrocarbonetogasoso, o produto de decomposição é carbono pirolítico, assim obtendo-se um materialcompósito que contém carbono (tal como um material carbono-carbono).Em geral, fornos deste tipo são constituídos por uma pluralidade de componentes que sãounidos por solda, aparafusamento, ou similares, de modo a definir as vá rias unidades daestrutura montada.

No entanto, vári os defeitos ou anomalias estruturais são comuns na estrutura de umforno. Por exemplo, as peças componentes podem ser mau alinhadas enquanto o fornoestá sendo construído. Em outras circunstância s, os defeitos intermitentes podem surgir,tal como alinhamento ruim entre as peças devido à s diferenças de expansão térmicaenquanto o forno este em uso. Isto acontece, por exemplo, quando materiais diferentesque apresentam coeficientes diferentes de expansão térmica são usados na mesmamontagem. Em geral, os defeitos estruturais naqueles locais criam espaços, lacunas ousimilares que ocorrem entre as peças, através dos quais o ar externo (que poderia contercontaminantes, por exemplo) podem penetrar no forno, e através dos quais o gá s reagente(que entre outras coisas é usualmente inflamável) pode escapar.

Os locais através dos quais o gás é introduzido no forno podem apresentar um problemaparticular, pelo menos referente ao gás reagente que poderia escapar da via de fluxo degás ao invés de ser enviado de modo útil para dentro da zona do forno onde as pré-formasde disco de freio ou similares estão localizadas.

A partir do acima citado, pode se ver que é desejável reduzir os vazamentos de gá sreagente dos locais onde o gás é introduzido no forno e na câ mara de reação que seencontra neste. Simultaneamente, é útil para a estrutura do forno conservar suaadequabilidade estrutural para acomodar os erros e imperfeições de fabricação, esimilares.

De modo geral, de acordo com a presente invenção, um dispositivo de vedação tubularflexível é disposto em torno de uma extremidade de uma tubulação de entrada de gásnum local onde a tubulação de entrada de gás é introduzida no corpo do forno, e terminanas proximidades de uma abertura de entrada de gás formada na câm ara de reação.

Preferivelmente, pelo menos uma porção do dispositivo de vedação tubular étransversalmente flexível (em relação a um eixo ao longo do qual o dispositivo devedação tubular se estende entre a parede do forno e a abertura de entrada do gás dacâmara de reação), e/ou axialmente. Esta porção flexível pode ter uma estrutura em fole,por exemplo. A porção restante do dispositivo de vedação tubular pode sercomparavelmente rígida. Num exemplo da invenção, a porção flexível do dispositivo devedação tubular é feito de aço inoxidável e apresenta uma espessura que permite o graurequerido de flexibilidade, enquanto a porção restante do dispositivo tubular de vedação éfeito de uma liga Inconel, ou similares.

Pelo menos a extremidade axial do dispositivo tubular de vedação adjacente à entrada datubulação de entrada de gás dentro do revestimento do forno é soldada no lugar de modoa melhorar a integridade do dispositivo de vedação de gás.

Conseqüentemente, o dispositivo tubular de vedação como descrito e aqui reivindicadodesejavelmente fornece vedação em torno de uma extremidade da tubulação de entrada degás onde esta penetra no corpo do forno e onde termina nas proximidades de umaabertura de entrada de gás formada na câm ara de reação. Adicionalmente, a função devedação é mantida apesar de qualquer mau alinhamento entre a tubulação de entrada degás e a abertura de entrada de gás (por exemplo, devido aos defeitos na construção ouinstalação). Finalmente, a função de vedação também é mantida mesmo se o espaço entrea tubulação de entrada de gás e a abertura de entrada de gás variar em operação devidoàs partes diferentes do forno expandirem com diferentes quantidades devido a seusdiferentes coeficientes de expansão térmica.

A presente invenção pode ser melhor compreendida com referência às figuras anexas, em que:

- A figura 1 é uma vista em seção transversal diagramática de um forno da presenteinvenção, no local onde uma tubulação de entrada de gás reagente é introduzida no corpodo forno e termina nas proximidades de uma abertura de entrada de gás formada numacâmara de reação disposta no corpo do forno;- A figura 2 é uma vista em perspectiva explodida do dispositivo tubular de vedação dapresente invenção; e

- A figura 3 é uma vista fragmentada numa escala ampliada de uma conexão entreprimeira e segunda porções axiais do dispositivo tubular de vedação da invenção.

Em geral, um forno usado para um processo IVQ/DVQ compreende uma parede ourevestimento que separa o lado interno do forno do externo definindo um volume neste.No volume interno do forno há uma estrutura de câmara de reação. A câmara de reaçãono forno IVQ/DVQ pode ele próprio definir um outro volume dentro do volume do forno.Os artigos que são para ser tratados ou modificados, tais como pré-formas de disco defreio porosas, são dispostos na câmara de reação.

Em geral, um sistema de circulação de gás reagente é provido para introduzir o gá sreagente no forno e para removê-lo deste. Particularmente, o gás reagente é introduzidona câmar a de reação dentro do forno.

O gás é extraído do forno por qualquer mecanismo adequado conhecido no estado da artee/ou na indústria, incluindo, mas sem estar limitado a este, pelo efeito da pressão do gá sdentro do forno comparado com a pressão fora do forno, ou por vários mecanismos desucção ou evacuação que seja conhecido na arte.

Um sistema aquecedor é disposto para aquecer pelo menos dentro da câ mara de reação.Aquecer um forno deste tipo é geralmente conhecido na arte. Dois exemplos particularesconhecidos de sistemas aquecedores compreendem calor condutivo e calor resistivo.

De modo a simplificar a presente descrição da estrutura, as várias passagens, tubulações,ou similares as quais é feita referência são descritas enquanto se assume que estasapresentam uma seção transversal que é praticamente circular, contudo, que não énecessariamente sempre verdade.

A figura 1 é uma vista fragmentada em seção transversal da zona onde uma tubulação dealimentação de gás reagente 12 passa através da parede do forno 10 de modo a liberar umfluxo de gás reagente dentro do lado interno do forno (como representado pela seta A nafigura 1).

Num possível exemplo, o diâmetro da passagem de entrada de gás 14 formada nacâmara de reação 16 pode ser definida ou ajustada por meio de uma inserção. A inserçãocompreende um tubo 18 montado na posição e fixado ou de outro modo mantido emrelação a uma placa de montagem anular 20 que possui uma abertura central 20ageralmente alinhada com o tubo 18. A placa de montagem 20 é por sua vez fixada a umasuperfície da câmara de reação 16, por exemplo, por meio de tarraxas 22, comomostrado na figura 1. Um material convencional de isolamento pode ser colocado emtorno da borda do tubo 18, e mais particularmente pode estar presente na forma de umapluralidade de camadas anulares (não mostradas) que são mantidas juntas, por exemplo,por tarraxas 24 ou similares.

Finalmente, uma porção externa da câmara de reação 16 pode opcionalmente serrevestida com um material isolante térmico convencional representado, de modo geral,como uma camada 28.

A tubulação de alimentação de gás reagente é terminada num local que é pelo menosadjacente a uma passagem de entrada de gás formada na câmara de reação 16. Emalgumas configurações, a tubulação de alimentação de gás reagente 12 pode entrar emcontato com a estrutura que define a passagem de entrada de gás 14, ou pode vir emencontro contra esta de qualquer outra maneira. Por questões que são explicadas abaixo,pode ser desejável manter a tubulação de alimentação de gás reagente 12 independenteda passagem de entrada de gás 14 (isto é, não serem mantidas fixas uma em relação aoutra), e até mesmo manter um espaço entre a tubulação de alimentação de gás reagente12 e a passagem de entrada de gás passagem de entrada de gás 14.De acordo com a presente invenção, o dispositivo tubular de vedação (dado, de modogeral pela referência 12) é provido. O dispositivo tubular de vedação 32 geralmentecircunda a transição entre a tubulação de alimentação de gás 12 e a passagem de entradade gás 14 de modo circunferencial e o torna praticamente a prova de vazamento. Demodo a tornar possível atender às condições de operação dentro do forno(particularmente em referência a temperatura), o dispositivo tubular de vedação 32 épreferivelmente feito de metal.

Pelo menos uma porção do dispositivo tubular de vedação 32 é flexível, e maisparticularmente transversalmente e/ou axialmente flexível em relação a um eixo ao longodo qual o dispositivo tubular de vedação 32 se estende. Esta flexibilidade compensa osdefeitos de alinhamento ou desvios entre a tubulação de alimentação de gás 12 e apassagem de entrada de gás passagem de entrada de gás 14, por exemplo, causados pordefeitos e construção ou tensões térmicas assimétricas, como acima discutidos. Assim,por exemplo, a distâ ncia entre a extremidade terminal da tubulação de alimentação degás 12 e a câmara de reação 16 (contendo a passagem de entrada de gás 14 formadanesta) pode variar na operação enquanto o lado interno do forno está sendo aquecido,devido aos diferentes coeficientes de expansão térmica. Conseqüentemente, mesmo seacontecer de haver um espaço por aumento ou decréscimo de tamanho entre a tubulaçãode alimentação de gás 12 e a passagem de entrada de gás 14, ou mesmo se estes semoverem lateralmente saindo de alinhamento, a montagem permanece praticamenteisolada de modo hermético de modo a ser capaz de acomodar vários defeitos dealinhamento e similares.

O dispositivo de vedação tubular 32 preferivelmente compreende pelo menos doissegmentos axiais: uma primeira porção axial 32a que é flexível e uma segunda porçãoaxial 32b que é comparativamente rígida (comparada com a primeira porção axial).

A primeira porção axial 32a preferivelmente apresenta uma forma e uma estrutura quefornece a flexibilidade requerida nas direções transversal e/ou axial. Por exemplo, e comomostrado nas figuras, a primeira porção axial 32a apresenta uma forma do tipo fole.Num exemplo da presente invenção, a primeira porção axial 32a é feita de açoinoxidável (tal como ASME 321) ou de liga Inconel, preferivelmente selecionado para sercapaz de suportar temperaturas que alcançam cerca de 500°C. Deve-se compreender quetambém será necessário considerar a espessura do material tal que a flexibilidaderequerida seja obtida.

A segunda porção axial 32b pode meramente ser tubular, apresentando uma forma deseção transversal que corresponde àquela da primeira porção axial 32a de modo afornecer continuidade. Num exemplo da presente invenção, a segunda porção axial 32bpode ser feita de Inconel. Comparado com a primeira porção axial 32a, a segunda porçãoaxial 32b é mais rígida.

Como acima mencionado, o dispositivo tubular de vedação 32 é geralmente na forma deum envelope tubular que é axialmente e lateralmente flexível próximo da transição entre atubulação de alimentação de gás 12 e a passagem de entrada de gás 14 de modo a limitarvazamentos de gás reagente. O dispositivo tubular de vedação se estende geralmenteaxialmente entre o local 34 na parte interna da parede do forno 10 e um local 36 pelomenos adjacente a câ mar a de reação 16, se não contíguo a este.

No exemplo de construção mostrado nas figuras, a primeira porção axial 32a é fixada auma placa anular 38 por qualquer meio adequado que forneça quase completa vedaçãorelativa a passagem de gás entre a primeira porção axial 32a e a placa anular 38, porexemplo, por solda.

A placa anular 38 é fixamente montada na parte interna da parede do forno 10. Qualquermétodo de fixação pode ser usado, desde que forneça boa vedação ao gás entre a placaanular 38 e a parede do forno 10, em particular é possível utilizar tarraxas 42 ousimilares, como mostrado nas figuras. A vedação entre a placa anular 38 e a parede doforno 10 pode ainda ser melhorada de modo convencional pelo uso de anéis de vedaçãoou similares dispostos entre estes, e/ou por solda, como mostrado de modo geral em 39.Na extremidade axial oposta do dispositivo tubular de vedação 32, e pelo modo deexemplo, a segunda porção axial 32b pode terminar meramente em um anel anular 44 quepode ser mantido no lugar sem estar genuinamente ligado ou fixado entre uma superfícieda câmar a de reação 16 (e/ou do material de isolamento 28) e uma superfície externa dasegunda porção axial 32b.

Como modo de exemplo, o anel anular 44 pode apresentar uma superfície que vem emencontro a uma face oposta da placa de montagem 20. Em algumas configurações, podeser vantajoso interpor um ou mais anéis de vedação 45 entre o anel anular 44 e a placa demontagem 20. Como modo de exemplo, os anéis de vedação 45 poderiam ser feitos degrafite. Na figura 1, apenas dois desses anéis de vedação 45 são mostrados com opropóãto de ilustração. Em algumas configurações, um ou mais anéis de vedaçãoadicionais 49 poderiam também apresentar um diâmetro externo que se estenderadialmente para fora de modo a ser disposto entre a placa de montagem 20 e a superfícieda câmar a de reação 16.

Em um exemplo da presente invenção, as primeira e segunda porções axiais 32a e 32bque constituem o dispositivo tubular de vedação 32 são porções separadas que sãoconectadas de modo vedado ao gás as extremidades axiais adjacentes destas por qualquermétodo convencional que fornece um grau adequado de vedação entre as primeira esegunda porções axiais 32a e 32b.

Num exemplo particular, como mostrado nas figuras, primeira porção axial 32a (quecomo acima descrita pode ser constituída de uma tira de metal relativamente fina, porexemplo, de aço inoxidável) pode apresentar uma porção de formação de flange 50(relativo a um eixo da primeira porção axial 32a) na sua extremidade adjacente a segundaporção axial 32b (ver particularmente nas figuras 2 e 3).

De modo correspondente, a segunda porção axial 32b apresenta uma flange ou anel 48que se estende transversalmente que é presa a esta de modo convencional, por exemplo,por solda (que serve particularmente para fornecer uma vedação efetiva ao gás entreestes).

Como mostrado nas figuras, e em particular na figura 3, a porção de formação de flange50 e a flange 48 são dispostas face a face, uma em relação à outra. Um anel de vedação52 (por exemplo, feito de grafite) pode ser interposto entre as respectivas flanges de modoa aumentar a segurança contra vazamento entre si.

Finalmente, a flange 48, a flange 50, e o anel de vedação 52 entre estas são mantidosunidos por um método de fixação convencional, por exemplo, por meio de porcas eparafusos 54, 56.

Com exceção da estrutura do dispositivo tubular de vedação como acima descrito, éconsiderado que os materiais e/ou a construção, por exemplo, da parede do forno 10, datubulação de alimentação de gás 12, da câmara de reação 16, do isolamento térmico 28,etc. são conhecido no estado da arte. Em geral, todos os componentes acima descritosdevem ser capazes de suportar apropriadamente as temperaturas de operação usualmenteencontradas no forno durante um processo IVQ/DVQ. Particularmente, a primeira porçãoaxial 32a flexível deve conservar sua flexibilidade ao longo de um tempo de vida detrabalho razoável, considerando as temperaturas de operação que este se encontra emuso. Finalmente, alguns dos componentes precisam ser feitos de materiais que sãosubstancialmente não-re ativos (em particular nas altas temperaturas acima mencionadas)de modo a evitar a interferência com a química do processo de adensamentoimplementado no forno.

De modo desejável, o dispositivo tubular de vedação como acima descrito e como aquireivindicado é fáci 1 de ser instalado e removido de um forno durante a manutenção doforno.

Embora a presente invenção seja descrita acima com referência a alguns exemplosparticulares com o propósito de ilustrar e explicar a invenção, deve-se compreender que ainvenção não é limitada somente com referência a detalhes específicos daquelesexemplos. Mais particularmente, a pessoa versada na arte compreenderá prontamente quemodificações e desenvolvimentos podem ser feitos nas realizações preferidas sem destemodo, irem além do âm bito da invenção como definida nas reivindicações anexas.

Claims (7)

1. Dispositivo de entrada de gás para passar um gás para dentro de umforno a partir de uma porção externa ao forno em direção a uma passagem de entrada degás (14) formada numa câmara de reação (16) situada dentro do forno, o dispositivo deentrada compreendendo:- uma tubulação de gás (12) para transportar um gás para dentro do forno,a tubulação de gás (12) se estendendo entre uma porção externa do forno, e tendo umaextremidade que termina pelo menos nas proximidades da passagem da entrada de gásformada na câmara de reação (16); e- um dispositivo de vedação tubular (32) situado radialmente por fora emrelação à tubulação de gás, o dispositivo de vedação tubular (32) sendo mantido de modoestanque a vazamento de gás numa primeira extremidade deste, num local da superfícieinterna do forno adjacente ao local onde a tubulação de gás (12) penetra no forno, e seestende em direção a um local adjacente à passagem de entrada de gás, sendo mantidonesta de modo vedado;- o dispositivo de entrada de gás sendo CARACTERIZADO pelodispositivo de vedação tubular compreender uma primeira porção axial (32a) que éflexível e uma segunda porção axial (32b) que é relativamente rígida.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpela primeira porção axial (32a) apresentar uma estrutura de fole.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2,CARACTERIZADO pela primeira porção axial (32a) ser feita de metal.

4. Dispositivo de acordo com as reivindicações 1 a 3,CARACTERIZADO pela primeira porção axial (32a) ser feita de aço inoxidável.

5. Dispositivo de entrada de gás de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pela segunda porção axial (32b) da porção devedação tubular ser feita de metal.

6. Dispositivo de entrada de gás de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pela segunda porção axial (32b) da porção devedação tubular ser feita de Inconel.

7. Método de alimentação de um gás numa passagem de entrada de gás deum susceptor numa câmara de reação (16), o método consistindo em:- dispor uma tubulação de transporte de gás com uma porção externa aoforno em comunicação com uma porção interna deste, a tubulação terminando pelo menosnas proximidades da passagem de entrada de gás; e- isolar substancialmente a tubulação de transporte de gás envolvendo-acom um dispositivo de vendação tubular (32) que é praticamente estanque a vazamento degás e que se estende a partir de uma parede interna do forno para o local onde a tubulaçãopenetra no forno num local adjacente a passagem de entrada de gás da câmara de reação(16);o método sendo, CARACTERIZADO pelo dispositivo de vedação tubular(32) ser mantido no lugar de modo a formar uma parte que é praticamente estanque avazamento de gás através da qual a tubulação se estende, e em que pelo menos umaporção do dispositivo de vedação tubular (32) é transversalmente flexível para acomodardiferenças de posição entre as respectivas extremidades do dispositivo de vedaçãotubular (32) nos locais onde o conjunto de vedação é mantido na parede do forno e éadjacente à passagem da entrada de gás.