ES2198536T3 - Junta mecanica de estanqueidad sin contacto. - Google Patents
Junta mecanica de estanqueidad sin contacto.Info
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Abstract
UNA JUNTA ESTANCA SUPERFICIAL DISTAL MECANICA DEL TIPO DE NO CONTACTO INCLUYE UN ANILLO (38) PRIMARIO DE JUNTA QUE TIENE UNA SECCION (50) POSTERIOR, UNA SECCION (46) SUPERFICIAL DE JUNTA Y UNA SECCION (56) INTERMEDIA ENTRE LA SUPERFICIE DE LA JUNTA (46) Y LAS SECCIONES POSTERIORES (50), TENIENDO CADA SECCION PRIMARIA DEL ANILLO UNA DIMENSION RADIAL, DEFINIDA COMO LA DIFERENCIA ENTRE EL RADIO MAS EXTERIOR Y EL RADIO MAS INTERIOR DE DICHA SECCION RESPECTIVA. LA RELACION RELATIVA ENTRE LA DIMENSION RADIAL DE LA SECCION (50) POSTERIOR Y DICHA SECCION (56) MEDIA ES ENTRE APROXIMADAMENTE 1,5 Y APROXIMADAMENTE 3,1, Y MAS PREFERENTEMENTE ENTRE APROXIMADAMENTE 1,9 Y APROXIMADAMENTE 2,5, Y MAS PREFERENTEMENTE ENTRE APROXIMADAMENTE 2,0 Y APROXIMADAMENTE 2,3. ADICIONALMENTE, EL ANILLO COMPLEMENTARIO (48) DE JUNTA INCLUYE UNOS SURCOS (32) EXTENDIDOS DESDE UNA CIRCUNFERENCIA DEL ANILLO DE JUNTA HACIA LA OTRA Y TERMINANDO ADYACENTE A UN RETEN CON UN RADIO R SUB,G}, SIENDO BENEFICIOSO QUE TENGA LA SEPARACION ENTRE LOS SURCOS Y EL RETEN UN RADIO R SUB,G} LIGERAMENTE MAYOR O MENOR, DENTRO DE APROXIMADAMENTE EL 10 % DEL RADIO EXTERNO DE LA SECCION MEDIA (56).
Description
Junta mecánica de estanqueidad sin contacto.
Esta invención se refiere genéricamente a juntas
de estanqueidad sin contacto con caras extremas y más
específicamente a juntas de estanqueidad que pueden soportar
grandes diferencias de presión entre el lado exterior y el lado
interior de tales juntas de estanqueidad.
Las juntas de estanqueidad mecánicas del tipo sin
contacto físico con caras extremas son elementos de alta
tecnología que pueden utilizarse en una diversidad de industrias.
Este tipo de juntas de estanqueidad se diseñan con gran cuidado y
prestando suma atención a los materiales, formas, dimensiones y
tolerancias de las piezas componentes. Esta atención a los
detalles del diseño es necesaria para poder cumplir un gran número
de características, cualquiera de las cuales puede afectar al
rendimiento o al funcionamiento de las juntas de estanqueidad de
este tipo. Cambios o alteraciones menores de cualquiera de las
aproximadamente 10 propiedades físicas de una junta de estanqueidad,
de sus componentes o de su entorno de junta de estanqueidad pueden
producir, y en la mayoría de los casos lo harán, un cambio en las
características de las juntas de estanqueidad, la capacidad de
junta de estanqueidad, el desgaste, la resistencia y/o la
integridad. En la mayoría de los casos, es deseable que las juntas
de estanqueidad de este tipo funcionen sin mantenimiento y sin
averías durante largos periodos de tiempo, del orden de años. Las
juntas de estanqueidad se utilizan en máquinas que no pueden estar
paradas durante mucho tiempo sin afectar severamente al
funcionamiento y al rendimiento de grandes instalaciones, por
ejemplo plantas químicas o refinerías.
Las juntas de estanqueidad de este tipo pueden
utilizarse a veces como juntas de estanqueidad duales o dobles,
estando los dos juntas de estanqueidad separadas axialmente sobre
un eje que pasa a través de la abertura de una carcasa. Las juntas
de estanqueidad dobles incluyen también genéricamente un fluido
amortiguador en la cámara intermedia definida por la carcasa y
encerrada entre los dos juntas de estanqueidad. En las Patentes
Estadounidenses Nº 4.290.611 y 5.375.853, del solicitante, y que se
incorporan aquí como referencia, se describen varios dispositivos
con juntas de estanqueidad dobles.
La Patente Estadounidense Nº 5.375.853 ilustra y
describe particularmente una junta de estanqueidad doble del tipo
sin contacto físico que tiene como fluido amortiguador un gas
relativamente inerte, tal como nitrógeno, a una presión superior a
la presión del líquido encerrado en la carcasa.
Se ha descubierto que las juntas de estanqueidad
del tipo descrito e ilustrado en la Patente Estadounidense Nº
5.375.853 funcionan bien en la mayoría de las condiciones. No
obstante, debido a que los dispositivos de junta de estanqueidad
fabricados según la Patente Estadounidense Nº 5.375.853 fueron
desarrollados para condiciones de presión específicas, surgen
limitaciones en el caso de que la presión del fluido de proceso o
del gas amortiguador superen las presiones máximas especificadas
para la junta de estanqueidad. Manteniendo iguales los otros
factores, las juntas de estanqueidad sometidos a diferencias de
presión superiores a 1360 kPa (200 psi) entre el diámetro interno y
externo de los anillos de la junta de estanqueidad sufren
complicaciones que afectan a la capacidad de junta de
estanqueidad. Se ha apreciado que con diferencias de presión
superiores a 1360- 1700 kPa (200-250 psi), se
produce un giro angular de los anillos de la junta de estanqueidad,
vistos en sección transversal, sobre un punto conocido como
centroide. Aunque de hecho la rotación es más bien una alteración
de la forma del anillo de la junta de estanqueidad, que pasa de
una configuración cilíndrica a una cónica, el fenómeno se comprende
más fácilmente si se representan los anillos de la junta de
estanqueidad en sección transversal, ya que la sección transversal
del anillo aparece realmente como si girase sobre su centroide. Por
facilidad de representación y de descripción, se mantendrá esta
convención en la siguiente descripción y en las ilustraciones.
Se sabe que un calentamiento desigual puede
producir una distorsión térmica en un anillo de la junta de
estanqueidad y que las altas diferencias de presión entre el
diámetro interno y externo de los anillos de la junta de
estanqueidad pueden producir distorsiones por presión. Tales
distorsiones son indeseables porque hacen que las caras de la junta
de estanqueidad de los anillos, que normalmente están planas la una
frente a la otra, diverjan con respecto a la posición normal de
las caras de los anillos de la junta de estanqueidad. En una junta
de estanqueidad sin contacto físico, la distorsión de los anillos de
la junta de estanqueidad provoca normalmente que el diámetro
exterior de cada cara de anillo de la junta de estanqueidad gire
sobre el centroide hacia el eje del anillo de la junta de
estanqueidad, haciendo que el huelgo de la junta de estanqueidad
aumente en el diámetro interior de la interfaz entre los anillos
de la junta de estanqueidad y disminuya en el diámetro exterior.
Esta distorsión y este cambio de la profundidad axial del huelgo
del anillo de la junta de estanqueidad no afecta a la capacidad de
junta de estanqueidad, porque los efectos de las ranuras en
espiral que bombean gas contra un cerramiento se disipan si el
cerramiento no se encuentra adyacente a la cara opuesta de la junta
de estanqueidad coincidente. En una junta de estanqueidad sin
contacto físico, el estrechamiento del huelgo en el diámetro
externo es indeseable, porque un huelgo más pequeño hace que las
caras de la junta de estanqueidad puedan sufrir un contacto
indeseable, lo cual produce un desgaste prematuro de las caras de
la junta de estanqueidad.
Una ventaja principal de las juntas de
estanqueidad sin contacto físico es que el desgaste del anillo de
la junta de estanqueidad se mantiene prácticamente al mínimo, e
idealmente ocurre únicamente durante el arranque o la parada del
giro del árbol. El contacto es indeseable además porque el calor
producido por el rozamiento de tal contacto provoca una
distribución de calor desigual en los anillos de la junta de
estanqueidad, y por lo tanto una distorsión térmica de los
anillos. Para evitar el contacto excesivo en los diámetros
externos de la junta de estanqueidad, el anillo primario de las
juntas de estanqueidad fabricados según la Patente Estadounidense
Nº 5.375.853 puede incluir un resalto en el diámetro externo. Otro
procedimiento para evitar el contacto en el diámetro externo de una
junta de estanqueidad está descrito en la Patente Estadounidense Nº
3.499.653, del solicitante, que utiliza una cara convexa en el
anillo de la junta de estanqueidad primario.
La Patente Estadounidense Nº 4.407.512, del
solicitante, describe una construcción de junta de estanqueidad en
la cual se utilizan parámetros específicos de la junta de
estanqueidad, tales como la relación dimensional, los rebajes
semicirculares de poca profundidad (hidroatenuaciones) en la parte
radialmente externa de la cara de la junta de estanqueidad y un
momento negativo neto sobre el centroide cuando la junta de
estanqueidad se encuentra funcionando, para resistir la alta presión
existente en el diámetro externo de la junta de estanqueidad. Sin
embargo, la junta de estanqueidad descrita en esta Patente es una
junta de estanqueidad de contacto, de manera que el calor generado
por el contacto de fricción entre las caras de la junta de
estanqueidad produce distorsiones térmicas. La junta de
estanqueidad está diseñada de manera que estas distorsiones
térmicas compensen hasta cierto grado las distorsiones producidas
por las altas presiones diferenciales sobre la cara de la junta de
estanqueidad.
En el contexto de una junta de estanqueidad del
tipo sin contacto físico, la Patente Estadounidense Nº 3.804.424,
del solicitante, describe una junta de estanqueidad a gas con
compensación de la distorsión térmica y por presión. La junta de
estanqueidad cuenta con varios orificios que atraviesan uno de los
anillos para producir un aumento de presión en la interfaz de la
junta de estanqueidad de manera que la diferencia de presión no
caiga, cuyos orificios ponen en comunicación el fluido a alta
presión que se está cerrando mediante el diámetro externo de la
junta de estanqueidad y una cámara existente entre el diámetro
interno y externo de un cerramiento del anillo primario.
En consecuencia, se provee una junta de
estanqueidad que comprende un árbol rotativo capaz de girar dentro
de una carcasa que rodea a dicho árbol rotativo, unos medios para
cerrar dicha carcasa para proporcionar una junta de estanqueidad
hermética a los fluidos para un fluido del proceso a presión
contenido en dicha carcasa, un primer anillo de la junta de
estanqueidad axialmente móvil y preparado para ser colocado
anularmente alrededor de dicho árbol y sujeto a uno de entre dicho
árbol o dicha carcasa, con una relación de hermeticidad a los
fluidos, teniendo dicho primer anillo de la junta de estanqueidad
axialmente móvil una sección de cara de la junta de estanqueidad
que incluye una primera cara radial de junta de estanqueidad, una
sección posterior que incluye una cara posterior axialmente opuesta
a dicha cara de la junta de estanqueidad, y una sección intermedia
que une dicha sección de cara de la junta de estanqueidad y dicha
sección posterior, comprendiendo además dicha junta de estanqueidad
un segundo anillo de la junta de estanqueidad preparado para ser
colocado anularmente alrededor de dicho árbol y sujeto al otro de
entre dicho árbol o dicha carcasa, con una relación de hermeticidad
a los fluidos, incluyendo dicho segundo anillo de la junta de
estanqueidad una segunda cara radial de junta de estanqueidad (30)
situada en relación de oposición con dicha primera cara de la junta
de estanqueidad, definiendo dichas partes coincidentes opuestas de
dichas caras de la junta de estanqueidad una interfaz de junta de
estanqueidad, incluyendo dicha segunda cara de la junta de
estanqueidad un medio para bombear un fluido a través de la
interfaz de junta de estanqueidad, comprendiendo además dicha junta
de estanqueidad un medio de empuje para empujar dichas caras de la
junta de estanqueidad de los anillos la una hacia la otra en una
relación coincidente y enfrentada, cuya junta de estanqueidad está
caracterizada porque la sección posterior tiene una dimensión
radial cuya relación con dicha dimensión radial de la sección
intermedia está comprendida entre 1,5 y 3,1, preferiblemente entre
aproximadamente 1,9 y aproximadamente 2,5 y mas preferiblemente
entre aproximadamente 2,0 y aproximadamente 2,3, definiéndose la
dimensión radial de cada sección como la diferencia entre el radio
exterior y el radio interior de dichas secciones respectivas.
La Figura 1 ilustra una junta de estanqueidad
sencilla que tiene un anillo primario según la presente
invención;
la Figura 2 ilustra una vista de la cara de la
junta de estanqueidad del anillo primario parcialmente seccionada
aproximadamente por las líneas 2-2 de la Figura
1;
la Figura 3 muestra un par de anillos de la junta
de estanqueidad convencionales y una "rotación" sobre el
centroide esquemáticamente exagerada cuando la junta de
estanqueidad se encuentra sometida a una alta presión;
la Figura 4 ilustra esquemáticamente un par de
anillos de la junta de estanqueidad, con un anillo primario según
la presente invención, mostrando una distorsión exagerada y fuera
de escala de los anillos de la junta de estanqueidad;
la Figura 5 ilustra otra realización de un anillo
primario según la presente invención;
la Figura 6 ilustra otra realización mas de un
anillo primario según la presente invención;
la Figura 7 ilustra otra realización mas de la
junta de estanqueidad según la presente invención;
la Figura 8 ilustra un dispositivo de junta de
estanqueidad mecánica doble sin contacto físico en la cual los
anillos primarios de junta de estanqueidad de cada una de las
juntas de estanqueidad incorpora características según la presente
invención;
la Figura 9 ilustra una junta de estanqueidad
mecánica doble sin contacto físico que incluye unos anillos
primarios según la presente invención dispuestos el uno encima del
otro.
Las propiedades de esta invención pueden
utilizarse en dispositivos de junta de estanqueidad sencilla o
doble. En su mayoría, los demás elementos del dispositivo de junta
de estanqueidad, tanto la doble como la sencilla, son similares a
los elementos de una junta de estanqueidad convencional como la
descrita y reivindicada en las anteriormente citadas Patentes
Estadounidenses Nº 4.212.475 y 5.375.853. En consecuencia, no se
detallará la descripción de los otros elementos de la junta de
estanqueidad. Únicamente se describirán con detalle las diferencias
sustanciales entre los dispositivos de junta de estanqueidad y las
realizaciones que se describen a continuación.
Refiriéndose a la Figura 1, se ilustra una
realización de la junta de estanqueidad de la invención en un
dispositivo de junta de estanqueidad sencillo 10. El dispositivo de
junta de estanqueidad 10, al igual que todas las realizaciones aquí
descritas, está previsto para encerrar un fluido a alta presión
mediante un dispositivo de junta de estanqueidad sin contacto
físico que tiene algún medio para bombear un fluido, ya sea gas o
líquido, según se aprecia en las Figuras, desde el diámetro externo
de los anillos de la junta de estanqueidad hacia el diámetro
interno. Según se describe en las Patentes Estadounidenses Nº
4.212.475 y 5.375.853, el medio para bombear comprende unos canales
en espiral en el anillo correspondiente, aunque también existen
otros medios tales como ranuras en forma de T, o canales que no
tengan forma de espiral.
Como en la mayoría de las juntas de estanqueidad
mecánicos, el dispositivo de junta de estanqueidad 10 pretende
encerrar un fluido en el interior de una cámara 11 definida por
una carcasa 12. La carcasa 12 tiene una abertura 14 a través de la
cual se extiende un eje 16. Dado que el eje 16 tiene que girar con
respecto a la carcasa 12, debe proveerse un medio para impedir o
inhibir la fuga del fluido de proceso desde la cámara 11.
El dispositivo de junta de estanqueidad mecánica
10 incluye un anillo 18 complementario rotativamente con relación a
una placa de empaquetadura 20 mediante un pasador 22. La placa de
empaquetadura 20 está sujeta a la carcasa 12 mediante un tornillo
24 y sellada a la carcasa mediante una junta 26.
Una segunda junta tórica 28 sella el anillo de la
junta de estanqueidad 18 con la placa de empaquetadura 20 para que
no se produzcan fugas a través de estas conexiones. El anillo de la
junta de estanqueidad 18, también denominado anillo complementario,
incluye una cara de la junta de estanqueidad 30. Refiriéndose
también a la Figura 2, la cara de la junta de estanqueidad 30
incluye una pluralidad de canales en espiral 32, representados con
líneas de trazos en la cara de la junta de estanqueidad 30 de la
Figura 1. Los canales 32 que se extienden desde el borde de la cara
de la junta de estanqueidad 30 bombean fluido desde la cámara 11
hacia la atmósfera o entorno E exterior al dispositivo de junta de
estanqueidad 10. La cara de la junta de estanqueidad 30 del anillo
de la junta de estanqueidad tiene también un área sin acanalar,
denominada cerramiento 34, situada entre el punto de terminación
de los canales 32 y el borde exterior de la cara 30 de la junta de
estanqueidad. El límite entre la terminación de los canales 32 y el
cerramiento 34 es el mismo para cada uno de los canales y tiene un
radio específico identificado como R. El área de cada una de las
caras de la junta de estanqueidad 18 adyacente a la cara de la
junta de estanqueidad opuesta del otro anillo se denomina área de
interfaz de la junta de estanqueidad o simplemente interfaz de la
junta de estanqueidad.
Un anillo primario 38, axialmente móvil, se
encuentra retenido dentro de un conjunto de manguito de retención
40 y está empujado axialmente por un medio de empuje, tal como una
pluralidad de muelles uniformemente separados, estando representado
un muelle 42 en la Figura 1. El medio de empuje empuja el anillo
primario 38 hacia el anillo coincidente 18, poniendo una cara de
la junta de estanqueidad 44 del anillo primario en contacto con la
cara de la junta de estanqueidad 30 del anillo coincidente 18.
Según se conoce en la técnica, la acción de bombeo de los canales
en espiral 32 se produce cuando al girar el eje crea una presión
de fluido entre las caras de la junta de estanqueidad que abre un
pequeño huelgo en el área de interfaz entre las caras de la junta de
estanqueidad.
El punto donde terminan los canales 32, definido
como dimensión radial R_{g}, es un punto de importancia en la
configuración. Los canales 32 están abiertos por un borde de la
interfaz de junta de estanqueidad a un fluido de proceso contenido a
presión en la cámara 11. Cuando el eje 16 gira en la abertura 14
de la carcasa 12, los canales 32 tienden a bombear el fluido de la
cámara 11 hacia la interfaz, aumentando así la presión del fluido
entre las caras 30, 44 de la junta de estanqueidad. La presión del
fluido va aumentando como consecuencia de la acción de bombeo
según avanza hacia el radio en el cual terminan los canales,
alcanzando una "presión máxima" en el radio R_{g} o
inmediatamente junto al mismo. Naturalmente, con fluidos gaseosos
este efecto es mucho más pronunciado, porque el gas es
compresible. Sin embargo, el bombeo de un fluido de proceso líquido
puede provocar un aumento de presión si se diseña adecuadamente la
forma y la profundidad de los canales 32.
El aumento de presión en la interfaz de la junta
de estanqueidad y el valor máximo producido en R_{g} proporciona
una fuerza "elástica" de presión que mantiene relativamente
constante el huelgo entre las caras 30, 44. Si aparece alguna
condición que haga disminuir la presión en un punto de la interfaz
de la junta de estanqueidad, las caras de la junta de estanqueidad
se aproximan una hacia otra, comprimiendo más el gas en ese punto.
Esta compresión produce un aumento de la fuerza de separación, que
produce un aumento del huelgo de separación. Por el contrario, si
el huelgo aumenta demasiado en algún punto, se produce una
disminución de la presión y de las fuerzas de compresión, lo cual
produce una disminución de las fuerzas de separación entre las
caras 20, 44 de la junta de estanqueidad poniendo las caras de la
junta de estanqueidad más próximas en ese punto.
Así pues, se alcanza un equilibrio entre las
fuerzas de separación por presión que tiende a mantener un huelgo
constante. Además, según se describe en la Patente Estadounidense
Nº 4.212.475, puede elegirse una gama adecuada de parámetros
específicos de la junta de estanqueidad para que ésta mantenga una
autocorrección del huelgo de separación, de manera que el huelgo de
la junta de estanqueidad sea mínimo pero que a la vez se evite que
el contacto entre las caras de la junta de estanqueidad 30, 44.
Sin embargo, a presiones elevadas los anillos de
la junta de estanqueidad tienden a distorsionarse y a girar. En
las juntas de estanqueidad que están sometidos a presión por el
diámetro exterior, el giro se produce desde el diámetro exterior de
cada cara de la junta de estanqueidad hacia el interior y hacia la
línea central del CL del eje 16. Refiriéndose a la Figura 3, el
giro (representado por flechas) provocado por la presión del fluido
de proceso hace que los bordes del diámetro exterior de las caras
de la junta de estanqueidad de una pareja de anillos de la junta
de estanqueidad convencional, 30, 18C, 38C se aproximen entre sí,
mientras que las caras de la junta de estanqueidad se separan por
los bordes del diámetro interior. Este giro está muy exagerado en
la Figura 3, pero no obstante la distorsión afecta al huelgo y
hace que las caras de la junta de estanqueidad 30, 44 pierdan su
orientación paralela deseable. El huelgo creado por las caras de la
junta de estanqueidad cuando no están paralelas es indeseable
debido al aumento de la separación entre las caras de la junta de
estanqueidad 30, 44 en el radio R_{g}, lo cual provoca una
disminución de la fuerza de separación que se crea al comprimir el
fluido de proceso. Esto hace que se cierre el huelgo en el
diámetro exterior, restringiendo así la cantidad de fluido de
proceso disponible en los canales en espiral 32C para bombear
fluido de proceso hacia el área de interfaz de la junta de
estanqueidad, lo cual a su vez reduce las fuerzas de compresión
disponibles para mantener el huelgo de separación. Adicionalmente,
la disminución del huelgo de separación en el diámetro exterior
también es indeseable porque el contacto entre las caras de la
junta de estanqueidad por sus respectivos diámetros exteriores,
aunque sea muy pequeño, puede provocar un desgaste excesivo y un
calentamiento por fricción que aún distorsionará más los anillos
de la junta de estanqueidad.
Refiriéndose de nuevo a la Figura 1, el anillo
primario de junta de estanqueidad 38 tiene unas características de
junta de estanqueidad calculadas para compensar las distorsiones
del anillo de la junta de estanqueidad provocadas por las altas
presiones, y mantener así el paralelismo entre las caras de los
anillos de la junta de estanqueidad. A efectos de esta
descripción, el anillo de la junta de estanqueidad primario
comprende tres secciones, una primera sección 46, o cara de la
junta de estanqueidad, que incluye la cara de la junta de
estanqueidad 44 y una parte axial del anillo primario 38 que se
proyecta aproximadamente hasta una superficie 48 extendida
radialmente. Una segunda sección 50 que incluye la parte del
anillo primario 38 axialmente más alejada de la cara de la junta de
estanqueidad, y está situada entre la cara posterior 52 y
aproximadamente una superficie 54 extendida radialmente.
La tercera sección 56, o sección intermedia,
incluye la parte del anillo primario 38 que une la sección de cara
de la junta de estanqueidad 46 y la sección posterior 50. La
sección intermedia 56 está definida además por un tramo axial
situado entre las superficies 48 y 54 extendidas radialmente que
tiene, al menos en una parte, un diámetro o radio exterior
apreciablemente más pequeño que el diámetro exterior de la sección
posterior 50, o también que el de la sección de cara de la junta de
estanqueidad 46.
Refiriéndose a las Figuras 1 y 4, esta
configuración del anillo primario 38 proporciona unas
características que permiten a la cara de la junta de estanqueidad
44 alterar su orientación radial para compensar la distorsión del
correspondiente anillo coincidente 18. Idealmente, la sección
intermedia 56 tiene una dimensión radial, es decir, la diferencia
entre el diámetro exterior y el diámetro interior de la sección
intermedia 56, apreciablemente inferior a la correspondiente
dimensión radial de la sección posterior 50 y también de la
sección de la cara de la junta de estanqueidad 46.
La configuración del anillo primario proporciona
una mayor flexibilidad que hace que el anillo sea mucho más
adaptable y sensible a la presión del proceso. La dimensión radial
más pequeña de la sección intermedia 56 proporciona mayor
flexibilidad al anillo de la junta de estanqueidad, de manera que
cualquier distorsión del anillo de la junta de estanqueidad que
provoque un giro de la parte posterior 50 sobre un centroide 58 no
hace que la parte de la cara de la junta de estanqueidad 46 gire
también sobre el centroide. Se cree que la sección intermedia 56
sufre una distorsión adicional que hace que la sección intermedia
56 y la sección de cara 46 se desplacen en las respectivas
direcciones de las flechas indicadas en la Figura 4, haciendo que
las caras de la junta de estanqueidad 44 y 30 vuelvan a una
orientación esencialmente paralela. Esta distorsión adicional
resulta del aumento de presión en la interfaz de la junta de
estanqueidad provocada por la acción de bombeo de los canales 32
que actúa sobre la cara de la junta de estanqueidad 44 opuesta a
la superficie radial 48, con lo cual se ejerce una fuerza axial
debida a la presión sobre la sección de la cara 46.
El ángulo de la cara de la junta de estanqueidad,
tanto del anillo coincidente como del anillo primario, se
distorsiona cuando aumenta la presión del fluido de proceso.
Además, la deflexión de la cara de la junta de estanqueidad de ambos
anillos de la junta de estanqueidad se produce simultáneamente,
haciendo que las caras mantengan un ángulo relativo deseado dentro
de unos límites de presiones mucho mayor, y especialmente en el
límite de altas presiones comprendidas entre 2040 kPa - 4080 kPa
(300 psi y 600 psi).
Refiriéndose a las Figuras 5 y 6, se ilustra en
las mismas unas realizaciones alternativas de anillos primarios que
utilizan las características de la presente invención. El anillo
primario 60 representado en la Figura 5 tiene una dimensión axial
mucho más corta, según se mide entre la cara de la junta de
estanqueidad 62 y la cara posterior 64. En esta realización
particular, esto se traduce en una correspondiente sección
intermedia 66 más corta, definida entre la pared posterior radial
68 de la sección de la cara de la junta de estanqueidad 70 y la
pared radial 72 de la sección posterior 74.
Por el contrario, el anillo primario 80 de la
realización representada en la Figura 6 tiene una dimensión axial
mucho más larga que el anillo primario 60 (Figura 5). Las
dimensiones axiales relativas de los anillos primarios pueden
depender de la aplicación particular o del espacio disponible en
la cámara 11.
El anillo primario de la junta de estanqueidad
incluye además una sección intermedia 86 axialmente mucho más corta
con respecto a la longitud axial del anillo 80 que en el caso del
anillo 60. La pared extendida radialmente 88 que define la sección
delantera 90, y la pared extendida radialmente 92 que define la
sección trasera 94, tienen una separación entre una y otra
inferior a la dimensión axial existente entre la cara 82 y la cara
posterior 84. No obstante, la distancia real de ambas realizaciones
de anillo primario 60, 80 puede ser idéntica si se mide entre las
paredes 68, 72 y 88, 92.
La característica importante de la invención que
reside en cada realización del anillo primario, ya sea el anillo
primario 38, 60, 80 o cualquiera de las configuraciones de anillo
primario que se describen más adelante con respecto a las Figuras 7
a 9, es la dimensión radial relativa, que puede considerarse como
espesor radial, de las secciones intermedia 56, 66 y 86 en
comparación con la de las otras secciones. Más específicamente, si
el espesor radial del anillo primario se define como el radio
exterior R_{O} menos el radio interior R_{I}, la relación
entre los espesores radiales de las secciones posteriores 56, 66,
86, definida por la ecuación
\frac{R_{OB}-R_{I}}{R_{OM}-R_{I}}
se encuentra comprendida entre 1,5 y 3,1,
preferiblemente entre 1,9 y 2,5, y más preferiblemente entre 2,3 y
2,5, dependiendo de la aplicación particular. Pruebas recientes,
realizadas después de haber sido presentada la Solicitud de Patente,
han demostrado que la gama ampliada de las dimensiones radiales es
adecuada para algunas aplicaciones de junta de estanqueidad, y
permite cerrar las presiones más altas con mayor
eficacia.
Por ejemplo, el anillo primario 160 (Figura 5)
tiene un radio específico para cada una de las superficies
anulares que definen la sección posterior 174, la sección
intermedia 166 y la sección de la cara de la junta de estanqueidad
170, según se muestra. La dimensión radial (espesor) de la sección
posterior 174 es aproximadamente 22,27mm (0,877 pulgadas), mientras
que en la sección intermedia 166 tiene aproximadamente 7,36mm
(0,290 pulgadas), lo cual supone una relación aproximada de 3,02. El
anillo de la junta de estanqueidad primario 160 se encuentra cerca
del límite superior del margen de relaciones, y de hecho lo
sobrepasa ligeramente. Esto es consecuencia de la pequeña dimensión
axial del anillo primario 160, en la cual se requiere una
flexibilidad adicional para distorsionar la sección intermedia 166
para obtener la correcta orientación de la sección de cara de la
junta de estanqueidad 170 y, más particularmente, de la cara de la
junta de estanqueidad 167. Esta disposición es adecuada en
aplicaciones en las que existan grandes presiones
diferenciales.
Existe un margen de relaciones óptimo que debe
tenerse en cuenta al diseñar el anillo primario para obtener las
características deseadas de integridad y flexibilidad del anillo
de la junta de estanqueidad que permitan resistir diferencias de
presión extremas. Si la sección intermedia es demasiado gruesa con
respecto a la sección posterior, un grado mínimo de flexibilidad
en la sección intermedia hará que el anillo primario sea
insuficientemente sensible a la diferencia de presión, lo cual hará
que se distorsione el correspondiente anillo coincidente, pero no
el anillo primario. Pruebas realizadas con dispositivos de junta
de estanqueidad a presiones muy elevadas han demostrado la eficaz
adaptación del anillo primario en un margen óptimo mayor que el
establecido en la solicitud de Patente Estadounidense serie Nº
08/743.012. Por el contrario, si la sección intermedia es
demasiado delgada, es decir con una relación superior a 3,1, el
resultado es una pérdida de soporte estructural entre la sección
posterior y la sección de cara de la junta de estanqueidad y un
correspondiente aumento de las tensiones producidas en la sección
intermedia. Un espesor insuficiente de la sección intermedia puede
provocar la fractura del anillo por la sección intermedia debido a
esfuerzos de tracción excesivos, especialmente en aplicaciones de
juntas de estanqueidad en los que la presión del fluido de proceso
sufre grandes fluctuaciones, tales como ocurre cuando el
dispositivo, ya sea una bomba, un compresor, etc., en la cual está
instalado la junta de estanqueidad, tiene periodos cíclicos de
utilización y de parada. En tales casos, la flexión continuada de la
sección intermedia de un anillo primario puede tener un impacto
negativo sobre la integridad del anillo de la junta de
estanqueidad primario hasta que aparezca una fractura. La
flexibilidad del anillo primario puede obtenerse también eligiendo
un material adecuado para la fabricación del mismo. La creencia
convencional en el diseño y fabricación de las juntas de
estanqueidad de alta presión era que se necesitaban materiales
fuertes y resistentes. El material usado normalmente para el
anillo coincidente en juntas de estanqueidad sin contacto es
generalmente el carburo de tungsteno. El uso de anillos de la junta
de estanqueidad primarios convencionales, tales como el
representado en la Figura 3, también requería un material duro,
tal como carburo de silicio, que pudiera soportar las altas
presiones del fluido de proceso, y que pudiera resistir además el
desgaste excesivo de las caras de la junta de estanqueidad durante
el contacto, lo cual ocurre normalmente cuando el eje comienza a
girar o cuando el equipo está parando. Durante estos periodos, los
anillos de la junta de estanqueidad no giran entre si lo
suficiente para que la acción de bombeo de los canales mantenga el
levantamiento de las caras de la junta de estanqueidad. Sin embargo,
el uso de dos anillos "duros", tales como carburo de
tungsteno contra carburo de silicio, puede conducir a un fallo
catastrófico de los anillos de la junta de estanqueidad en el caso
de que se produzca un contacto a alta velocidad durante el
funcionamiento normal.
La característica de flexibilidad obtenida con el
uso de la construcción inventiva aquí descrita también permite la
utilización de anillos primarios normales de grafito, que es el
material para anillos primarios que se utiliza genéricamente en
juntas de estanqueidad convencionales, es decir en juntas de
estanqueidad que no se utilizarán a presiones excesivamente
elevadas. Debido a que el anillo primario puede soportar las
presiones excesivas y sin embargo evitar el contacto entre caras a
elevadas velocidades de rotación, se trata de una característica
añadida el hecho de que la construcción del anillo primario de la
invención permita el uso de un material de grafito constituye una
característica añadida. El uso de grafito es también preferible
siempre que pueda soportar diferencias de presión elevadas, ya que
es el que mejor se comporta en el caso de un contacto entre caras
de la junta de estanqueidad de los anillos de la junta de
estanqueidad a altas velocidades de rotación. En lugar de la
fractura y desintegración del anillo de la junta de estanqueidad
que puede producirse con un anillo primario de carburo de silicio,
en el anillo de grafito simplemente se desprende por rozamiento
parte del grafito, pero mantiene su integridad.
Refiriéndose a la Figura 7, se describe otro
aspecto de esta invención. Se representa un dispositivo 110 de
junta de estanqueidad simple para cerrar una carcasa 12 que tiene
una abertura 14 a través de la cual se extiende un eje 16 de modo
que sean mínimas las fugas del fluido de proceso. La mayoría de
los elementos del dispositivo de junta de estanqueidad 110 son
similares o idénticos a los del dispositivo de junta de estanqueidad
10 (Figura 1) excepto que existe una transposición de las piezas
giratorias y de las piezas estacionarias. Esta transposición de
anillos de la junta de estanqueidad es conocida por los expertos en
la técnica, y puede ser adecuada dependiendo de la aplicación de la
junta de estanqueidad.
Por ejemplo, el dispositivo de junta de
estanqueidad 110 incluye un anillo coincidente 118 rotativo y un
anillo primario 138 relativamente estacionario. La placa de
empaquetadura 120 tiene unas aberturas 122 adecuadas que retienen el
anillo primario 138 y los muelles que aplican sobre el anillo
primario 138 unas fuerzas de empuje que tienden a poner en
contacto la cara de la junta de estanqueidad 144 del anillo primario
con la cara de la junta de estanqueidad opuesta 130 del anillo
coincidente 118. En esta configuración, es el anillo coincidente
118 el que está soportado herméticamente por una combinación de
manguito de retención 140, con la cual gira junto con el eje 16.
Existe una diferencia de construcción evidente
del anillo primario 138 en la dimensión radial de la sección de
cara de la junta de estanqueidad 156. La aplicación preferida de
las juntas de estanqueidad con grandes superficies de cara de la
junta de estanqueidad es en juntas de estanqueidad sometidas a
altas presiones de fluido, pero con velocidades de giro que no
sean excesivas, para reducir el desgaste de las caras de la junta
de estanqueidad, pero es más significativo que se necesita una mayor
área de interfaz de junta de estanqueidad entre las caras de la
junta de estanqueidad opuestas 130, 144 para que pueda crearse la
presión suficiente para producir el levantamiento y mantener el
huelgo.
Sin embargo, a pesar de la mayor área de la cara
de la junta de estanqueidad, se mantiene la relación entre las
dimensiones radiales de la sección posterior 150 y la sección
intermedia 156 del anillo primario. Si se calcula para el anillo de
la junta de estanqueidad primario 138, la relación es
aproximadamente 1,9, próxima al límite del margen óptimo de
relaciones de "espesor" identificado anteriormente. El mayor
espesor relativo de la sección intermedia 156 puede utilizarse
porque con un mayor radio de la parte de cara de la junta de
estanqueidad 146, la presión creada en la interfaz de junta de
estanqueidad tiene una "palanca" más larga sobre la cual
actuar, permitiendo así que la fuerza de la presión distorsione
una sección intermedia 156 relativamente más gruesa.
La otra característica ilustrada en la Figura 7
es la presión creada por los canales 132 del correspondiente
anillo coincidente 118. Según reconocen generalmente los expertos
en la técnica de las juntas de estanqueidad, los canales 132 que
tengan una configuración similar a la representada en la Figura 2
proporcionarán una presión mayor a medida que el gas es bombeado
desde el diámetro exterior hacia el cerramiento 134 de la cara de
la junta de estanqueidad 130. Se considera que la presión máxima se
produce en el límite entre la terminación del canal y el
cerramiento, o cerca del mismo, y que luego disminuye desde ese
máximo hasta alcanzar la presión ambiental del espacio E justo fuera
del dispositivo de sello 110. El ambiente E puede estar a la
presión atmosférica o a cualquier otra presión si se utiliza un
dispositivo de junta de estanqueidad doble, según se describirá más
adelante.
El límite entre los canales y el cerramiento 134
aparece representado en la Figura 7 como radio R_{g}. Se ha
descubierto que es deseable que exista una relación relativamente
fija entre el diámetro exterior de la sección intermedia 156 y el
radio del límite R_{g}. En todas las juntas de estanqueidad
fabricadas según esta invención esa relación es que el radio
R_{OM} de la sección intermedia debe ser aproximadamente igual a
R_{g}. El radio R_{g} debe ser ligeramente superior o inferior
al radio R_{OM} hasta un máximo del 10% del espesor de la
interfaz de la junta de estanqueidad, es decir, diez por ciento del
diámetro exterior superior o inferior al diámetro interior de la
interfaz de la junta de estanqueidad. Preferiblemente, y según se
muestra en la mayoría de las realizaciones aquí descritas, es
ligeramente inferior a R_{OM}, lo cual traslada la mayor parte de
la fuerza axial sobre la parte del diámetro exterior de cada
sección de cara de la junta de estanqueidad 46, 70, 90, 146, etc. La
fuerza de la presión aplicada en el radio R_{g} es la más
deseable para proporcionar la fuerza axial sobre el anillo
primario que distorsione favorablemente las respectivas secciones
intermedias, tendiendo así hacia el paralelismo de las caras de la
junta de estanqueidad.
Refiriéndose a las Figuras 8 y 9, se ilustran dos
dispositivos de junta de estanqueidad doble para juntas de
estanqueidad tales como las descritas en la Patente Estadounidense
Nº 5.375.853 anteriormente citada. En esta configuración, dos
juntas de estanqueidad definen entre ambas una cámara intermedia,
cuya cámara intermedia está comunicada con una fuente de un gas
amortiguador a presión. En la Patente Estadounidense Nº 5.375.853,
el gas amortiguador se mantiene a una presión superior a la presión
prevista para el fluido de proceso durante el funcionamiento,
aunque esto no es genéricamente indispensable para utilizar las
características de esta invención. Naturalmente las características
de esta invención están más adaptadas para un dispositivo en la
cual existan altas diferencias de presión a través de una o de
ambas juntas de estanqueidad de un dispositivo de doble junta de
estanqueidad.
Refiriéndose a la Figura 8, se describe un
dispositivo 210 de doble junta de estanqueidad que tiene una
primera junta de estanqueidad interior 212 y una segunda junta de
estanqueidad exterior 214 axialmente separadas sobre un eje 16 que
se extiende a través de una abertura 14 de una carcasa 12. La
carcasa 12 encierra una cámara 11, parte de la cual es visible en
la Figura 8, que contiene un fluido de proceso a presión. En su
mayor parte, el dispositivo de junta de estanqueidad 210 es similar
al dispositivo de junta de estanqueidad descrito en la Patente
Estadounidense Nº 5.375.853, excepto que los anillos coincidentes
de las juntas de estanqueidad 212, 214 son giratorios y los anillos
primarios están mantenidos racionalmente estacionarios por una
serie de empaquetaduras 216, 218, 220, que están sujetas entre sí
y a la carcasa por unos tornillos, según se muestra. Un conducto
222 que atraviesa las empaquetaduras 218 y 220 proporciona
comunicación con una fuente de un gas amortiguador inerte, tal como
nitrógeno, que está contenido a presión en la cámara intermedia
211 definida por las juntas de estanqueidad 212, 214.
Las características generales de tal dispositivo
están descritas genéricamente en el texto de la Patente
Estadounidense Nº 5.375.853, y están al alcance de cualquier
experto en la técnica, pero no puede encontrarse en esa Patente
ninguna descripción de las características de la presente
invención. Por esa razón, los otros elementos tales como juntas de
estanqueidad secundarias, muelles de empuje, etcétera no serán
descritas aquí con detalle.
El anillo primario 238 de la junta de
estanqueidad interno 212 y el anillo de la junta de estanqueidad
primario 250 de la junta de estanqueidad externo 214 pueden ser
idénticos entre sí excepto por su orientación axial, a pesar de que
la diferencia de presión a través de la junta de estanqueidad 212
sea muy inferior a la diferencia de presión a través de la junta
de estanqueidad 214. El gas amortiguador de la cámara de la junta de
estanqueidad intermedia 211 se mantiene a unos 178 - 267 kPa
(20-30 psi) por encima de la presión máxima
prevista para el proceso. Sin embargo, la presión del fluido de
proceso puede ser superior a la esperada en los dispositivos de
junta de estanqueidad previstos para la aplicación según la
Patente Estadounidense 5.375.853. En este caso, la presión del gas
amortiguador puede ser superior a la presión nominal de tales
dispositivos de junta de estanqueidad, en cuyo caso se requiere
una modificación, según las enseñanzas de este documentos, como
mínimo en el anillo primario 250 de la junta de estanqueidad
externo 214.
Según se describió anteriormente, como mínimo el
diámetro exterior de la sección intermedia 256 del anillo primario
250 deberá incluir las características de esta invención para
permitir que las caras de la junta de estanqueidad se mantengan
paralelas a pesar de las grandes diferencias de presión. Las
dimensiones radiales relativas R_{g} y R_{OM} también se
mantienen según se muestra en la Figura 8.
La realización de doble junta de estanqueidad de
la Figura 8 ilustra también la adaptabilidad del anillo primario
238 a diversas situaciones de presión, y para ajustar la
orientación de la cara de la junta de estanqueidad debido a la
distorsión del anillo de la junta de estanqueidad por grandes
fluctuaciones de la presión del proceso o del gas amortiguador.
Puesto que la magnitud de la distorsión de ambos anillos primario y
coincidente depende de la diferencia de presión a través de la
interfaz de junta de estanqueidad, cualquier fluctuación brusca de
la presión del proceso o del fluido amortiguador afectará
simultáneamente a ambos anillos de la junta de estanqueidad, y por
lo tanto la orientación paralela de las caras de la junta de
estanqueidad se mantiene a pesar de tales fluctuaciones. Debido a
esta orientación ajustable, si la diferencia de presión es muy
pequeña, tal como ocurre a través de la junta de estanqueidad
interna 212, no se produce ninguna distorsión de los anillos de la
junta de estanqueidad, en cuyo caso las caras de la junta de
estanqueidad son paralelas por virtud de su fabricación
convencional.
Refiriéndose a la Figura 9, se ilustra un
dispositivo 310 de doble junta de estanqueidad en la cual existe un
pequeño espacio axial en la cámara 311 para la introducción de unas
juntas de estanqueidad separadas axialmente. En el dispositivo de
junta de estanqueidad 310, la junta de estanqueidad interna 312 está
colocada radialmente por fuera de la junta de estanqueidad externa
314, dejando una cámara intermedia 311 en el espacio radial
existente entre ambos. Este dispositivo puede requerir que como
mínimo los anillos de la junta de estanqueidad 330 y 332 de la
junta de estanqueidad 312 tengan una dimensión axial inferior a
los anillos de la junta de estanqueidad 350, 352 de la junta de
estanqueidad 314, según se muestra. Por lo tanto para reducir la
extensión axial de la junta de estanqueidad, puede utilizarse en
la junta de estanqueidad 312 un anillo primario similar al anillo
primario 60 representado en la Figura 5. Una vez más, ambas juntas
de estanqueidad 312 y 314 incluyen unos anillos primarios 330, 350
que utilizan las características de esta invención, entre las que
se incluye que los anillos primarios 330, 350 tengan una relación
de dimensiones radiales entre las secciones posteriores 340, 360 y
las secciones intermedias 336, 356 comprendida entre 1,5 y 3,1,
según se describió anteriormente. El radio R_{g} de cada anillo
coincidente 332, 352 es también ligeramente menor que el
correspondiente radio exterior R_{OM} de la sección intermedia,
aunque esto no es obligatorio, ya que Rg puede ser ligeramente
mayor que R_{OM}.
Pueden hacerse otras modificaciones y
alteraciones a los parámetros de junta de estanqueidad de los
anillos de la junta de estanqueidad primarios sin apartarse del
alcance de la presente invención. Por ejemplo, las paredes 68, 72,
88, 92, etc. se representan extendiéndose radialmente hacia fuera
desde el eje. Sin embargo, las paredes no tienen por qué extenderse
radialmente, sino que pueden extenderse formando ángulos
convergentes respecto a un plano radial transversal. Similarmente,
los diámetros exteriores de cada una de las secciones intermedias
se representan uniformemente en el mismo radio, pero esto tampoco
es indispensable. El radio exterior de la sección intermedia puede
ser cóncavo o formar un ángulo con respecto al eje CL, para situar
con mayor precisión la distorsión del anillo primario o para
ajustar la posición en la que se produzca la distorsión.
La invención también es utilizable con una junta
de estanqueidad presurizada en la cual la alta presión esté en
contacto con el diámetro interior de los anillos de la junta de
estanqueidad. Esta modificación puede exigir que los canales de
bombeo estén expuestos por su diámetro interior al fluido de la
respectiva cámara, pero la disminución de la dimensión radial de
la sección intermedia del anillo primario puede realizarse ya sea
en el diámetro interior del anillo o en el diámetro exterior,
dependiendo de la aplicación particular. Alternativamente, las
características inventivas pueden utilizarse con un dispositivo de
junta de estanqueidad en la cual los canales estén expuestos al
fluido de baja presión, como las juntas de estanqueidad fabricados
según la Patente Estadounidense Nº 4.290.611, del solicitante, en
las cuales los canales de bombeo están expuestos a la baja presión
ya sea del proceso o del fluido amortiguador, entendiéndose que
pueden ser necesarias otras modificaciones adecuadas.
Otras alteraciones y modificaciones serán además
obvias a los expertos en la técnica una vez hayan alcanzado una
comprensión total de la presente invención. Por estas razones las
anteriores realizaciones deben considerarse únicamente como
ejemplos, y no limitaciones del alcance de esta invención. Se debe
considerar que el alcance de la invención sólo está limitado por
las reivindicaciones adjuntas.
Claims (6)
1. Una junta de estanqueidad (10) que comprende
un árbol rotativo (16) capaz de girar dentro de una carcasa (12)
que rodea a dicho árbol rotativo, unos medios para cerrar
herméticamente dicha carcasa para proporcionar una junta de
estanqueidad hermética a los fluidos para un fluido de proceso a
presión contenido en dicha carcasa, un primer anillo de la junta de
estanqueidad (38) axialmente móvil y preparado para ser colocado
anularmente alrededor de dicho árbol y sujeto a uno de entre dicho
árbol o dicha carcasa, con una relación de hermeticidad a los
fluidos, teniendo dicho primer anillo de la junta de estanqueidad
axialmente móvil una sección de cara de la junta de estanqueidad
(46) que incluye una primera cara radial de junta de estanqueidad
(44), una sección posterior (50) que incluye una cara posterior
(52) axialmente opuesta a dicha cara de la junta de estanqueidad
(44), y una sección intermedia (56) que une dicha sección de cara
de la junta de estanqueidad (46) y dicha sección posterior (50),
comprendiendo además dicha junta de estanqueidad un segundo anillo
de la junta de estanqueidad (18) preparado para ser colocado
anularmente alrededor de dicho árbol y sujeto al otro de entre
dicho árbol o dicha carcasa, en una relación de hermeticidad a los
fluidos, incluyendo dicho segundo anillo de la junta de
estanqueidad (18) una segunda cara radial de junta de estanqueidad
(30) situada en relación de oposición con dicha primera cara de la
junta de estanqueidad (44), definiendo dichas partes coincidentes
opuestas de dichas caras de la junta de estanqueidad (30, 44) una
interfaz de junta de estanqueidad, incluyendo dicha segunda cara de
la junta de estanqueidad (30) un medio (32) para bombear un fluido
a través de la interfaz de junta de estanqueidad, comprendiendo
además dicha junta de estanqueidad un medio de empuje (42) para
empujar dichas caras de la junta de estanqueidad (30, 44) de los
anillos la una hacia la otra en una relación coincidente y
enfrentada,
caracterizada porque
dicha sección posterior (50) tiene una dimensión
radial con una relación respecto a dicha dimensión radial de dicha
sección intermedia (56) comprendida entre 1,5 y 3,1, definiéndose
la dimensión radial de cada sección como la diferencia entre el
radio más exterior y el radio más interior de dichas secciones
respectivas.
2. La junta de estanqueidad según la
reivindicación 1 en la cual la relación entre dicha dimensión
radial de la sección posterior y dicha dimensión radial de la
sección intermedia está comprendida entre aproximadamente 1,9 y
aproximadamente 2,5.
3. La junta de estanqueidad según la
reivindicación 1 en la cual la relación entre dicha dimensión
radial de la sección posterior y dicha dimensión radial de la
sección intermedia está comprendida entre aproximadamente 2,0 y
aproximadamente 2,3.
4. La junta de estanqueidad según cualquiera de
las reivindicaciones 1-3 en la cual el medio de
bombeo de dicha segunda cara de la junta de estanqueidad (30)
comprende unos canales (32) que terminan en una parte de
cerramiento (34) de dicha segunda cara de la junta de
estanqueidad, definiendo dicha parte de cerramiento y dichos canales
un límite situado a un radio R_{g}, siendo R_{g}
aproximadamente igual al radio más exterior de dicha sección
intermedia.
5. La junta de estanqueidad según cualquiera de
las reivindicaciones 1-3 en la cual el medio de
bombeo de dicha segunda cara de la junta de estanqueidad (30)
comprende unos canales (32) que terminan en una parte de
cerramiento (34) de dicha segunda cara de la junta de
estanqueidad, definiendo dicha parte de cerramiento y dichos canales
un límite situado a un radio R_{g}, siendo R_{g} ligeramente
menor que el radio más exterior de dicha sección intermedia
(56).
6. La junta de estanqueidad según cualquiera de
las reivindicaciones 1-3 en la cual el medio de
bombeo de dicha segunda cara de la junta de estanqueidad (30)
comprende unos canales (32) que terminan en una parte de
cerramiento (34) de dicha segunda cara de la junta de estanqueidad,
definiendo dicha parte de cerramiento y dichos canales un límite
situado a un radio R_{g}, siendo R_{g} ligeramente superior al
radio exterior de dicha sección intermedia.
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|---|---|---|---|---|
| GB2347180B (en) * | 1998-09-16 | 2002-07-31 | Aes Eng Ltd | Mechanical seals |
| US6299173B1 (en) * | 1998-10-16 | 2001-10-09 | John Crane Inc. | Mechanical end face seal ring having a compliant seal face |
| EP1031775A1 (en) * | 1999-02-25 | 2000-08-30 | Dresser Rand S.A | Shaft seal |
| DE19947007A1 (de) * | 1999-09-30 | 2001-07-26 | Zexel Valeo Compressor Europe | Wellenabdichtung, insbesondere für Axialkolbenverdichter |
| US6655693B2 (en) | 2001-04-26 | 2003-12-02 | John Crane Inc. | Non-contacting gas compressor seal |
| WO2005049955A2 (en) * | 2003-11-17 | 2005-06-02 | Tempress Technologies, Inc. | Low friction face sealed reaction turbine rotors |
| US20050242515A1 (en) * | 2004-04-28 | 2005-11-03 | Brooks Melvin D | Dry gas seal and method for making the same |
| US7377518B2 (en) * | 2004-05-28 | 2008-05-27 | John Crane Inc. | Mechanical seal ring assembly with hydrodynamic pumping mechanism |
| ZA200507096B (en) * | 2004-09-07 | 2006-06-28 | Crane John Inc | Sealing system for slurry pump |
| US20060104806A1 (en) * | 2004-11-18 | 2006-05-18 | Giesler William L | Low friction O-ring for use in a carbon face seal |
| DE202004019718U1 (de) * | 2004-12-21 | 2005-03-03 | Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg | Anordnung aus einer Welle mit darauf montierter Gleitringdichtung |
| CN101094724B (zh) * | 2004-12-30 | 2010-11-10 | 泰姆普瑞斯技术有限公司 | 具有改进喷射质量的浮动头反作用涡轮转子 |
| US20060188381A1 (en) * | 2005-02-24 | 2006-08-24 | Honeywell International, Inc. | Seal assembly for hydraulic pump output shaft |
| CN102378872A (zh) * | 2009-03-31 | 2012-03-14 | 伊格尔工业股份有限公司 | 波纹管型机械密封 |
| US8607896B2 (en) * | 2009-06-08 | 2013-12-17 | Tempress Technologies, Inc. | Jet turbodrill |
| US8298349B2 (en) * | 2009-08-13 | 2012-10-30 | Nlb Corp. | Rotating fluid nozzle for tube cleaning system |
| DE102010024284B4 (de) * | 2010-04-23 | 2015-05-07 | Carl Freudenberg Kg | Gleitringdichtung mit stationärem Gleitring mit Ausnehmungen |
| US8528649B2 (en) | 2010-11-30 | 2013-09-10 | Tempress Technologies, Inc. | Hydraulic pulse valve with improved pulse control |
| US9279300B2 (en) | 2010-11-30 | 2016-03-08 | Tempress Technologies, Inc. | Split ring shift control for hydraulic pulse valve |
| JP5712067B2 (ja) * | 2011-06-27 | 2015-05-07 | 株式会社日立製作所 | 高温流体用軸封装置 |
| GB201210611D0 (en) * | 2012-06-14 | 2012-08-01 | Aes Eng Ltd | Hygienic seal & system |
| WO2014014959A1 (en) | 2012-07-16 | 2014-01-23 | Tempress Technologies, Inc. | Extended reach placement of wellbore completions |
| US8888105B1 (en) | 2013-05-29 | 2014-11-18 | Stephen J. Andrews | Mechanical seal system |
| US9399230B2 (en) | 2014-01-16 | 2016-07-26 | Nlb Corp. | Rotating fluid nozzle for tube cleaning system |
| US9611749B2 (en) * | 2014-03-26 | 2017-04-04 | General Electric Company | Face seal with locally compliant hydrodynamic pads |
| JP6773649B2 (ja) * | 2014-10-06 | 2020-10-21 | ジョン クレーン インコーポレーテッド | ハイドロパッド面プロファイルを有するメカニカルシール |
| US9745857B2 (en) * | 2014-12-01 | 2017-08-29 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Sealing assembly |
| CN105156687A (zh) * | 2015-09-25 | 2015-12-16 | 兰州理工大学 | 一种干气密封装置 |
| US11796064B2 (en) | 2016-06-10 | 2023-10-24 | John Crane Uk Limited | Reduced emission gas seal |
| JP6985380B2 (ja) * | 2016-06-10 | 2021-12-22 | ジョン クレーン ユーケイ リミテッド | 低減された排出ガスシール |
| US11459956B2 (en) * | 2020-11-25 | 2022-10-04 | Raytheon Technologies Corporation | Face seal arrangement with reduced balance ratio |
| CN115898937B (zh) * | 2021-08-18 | 2025-08-01 | 艾志(南京)环保管接技术股份有限公司 | 液体用集装式机械密封装置 |
| CN114165590A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-11 | 上海远安流体设备科技有限公司 | 一种轴封装置和泵 |
| IT202300023436A1 (it) * | 2023-11-07 | 2025-05-07 | Umbra Meccanotecnica | Tenuta meccanica con serbatoio. |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3499653A (en) * | 1968-06-05 | 1970-03-10 | Crane Packing Co | Rotary mechanical seal of the gap type |
| US3804424A (en) * | 1972-04-24 | 1974-04-16 | Crane Packing Co | Gap seal with thermal and pressure distortion compensation |
| DE2222082A1 (de) * | 1972-05-05 | 1973-11-15 | Klein Schanzlin & Becker Ag | Beruehrungsfreie wellendichtung |
| GB1555765A (en) * | 1975-09-04 | 1979-11-14 | Crane Packing Ltd | Rotary mechanical face seals |
| US4407512A (en) * | 1976-01-02 | 1983-10-04 | John Crane-Houdaille, Inc. | High pressure rotary mechanical seal |
| US4212475A (en) * | 1979-01-15 | 1980-07-15 | Crane Packing Co. | Self aligning spiral groove face seal |
| US4290611A (en) * | 1980-03-31 | 1981-09-22 | Crane Packing Co. | High pressure upstream pumping seal combination |
| US4643437A (en) * | 1985-10-21 | 1987-02-17 | Borg-Warner Industrial Products, Inc. | Mechanical seal with automatic gap convergence control |
| GB8625391D0 (en) * | 1986-10-23 | 1986-11-26 | Crane Packing Ltd | Mechanical face seals |
| US4691927A (en) * | 1986-12-01 | 1987-09-08 | A. W. Chesterton Company | Temperature-compensating mechanical face seal |
| US4792146A (en) * | 1987-02-17 | 1988-12-20 | University Of New Mexico | Radially compliant - zero net thermal radial taper mechanical face seal |
| US4884945A (en) * | 1988-07-21 | 1989-12-05 | John Crane, Inc. | Dynamic seal arrangement for impeller pump |
| US5143384A (en) * | 1989-04-14 | 1992-09-01 | Eg&G Sealol, Inc. | Bi-directional, non-contact face seal |
| JPH0814322B2 (ja) * | 1989-12-07 | 1996-02-14 | 株式会社タンケンシールセーコウ | 非接触メカニカルシール |
| US5375853B1 (en) * | 1992-09-18 | 1998-05-05 | Crane John Inc | Gas lubricated barrier seal |
| CA2100230C (en) * | 1993-07-09 | 2002-04-02 | Revolve Technologies Inc. | Simple gas shaft sealing device with flexible rotor |
| US5609342A (en) * | 1993-07-09 | 1997-03-11 | Revolve Technologies, Inc. | Gas shaft seal with flexible converging sealing faces |
| US5421593A (en) * | 1993-08-05 | 1995-06-06 | Nippon Pillar Packing Co., Ltd. | Shaft seal device |
| US5468002A (en) * | 1993-10-25 | 1995-11-21 | John Crane Inc. | Mechanical end face seal having an improved mating ring |
| US5681047A (en) * | 1996-11-01 | 1997-10-28 | John Crane Inc. | Pressure responsive primary ring geometry for a non-contacting mechanical end face seal |
-
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