ES2592319T3 - Conjunto de aro de estanqueidad de compensación de desgaste - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de estanqueidad incluyendo: un aro de estanqueidad (212) en el que se ha formado un intervalo de aro de estanqueidad (216), una pared interior de aro de estanqueidad, una pared exterior de aro de estanqueidad, donde la pared exterior de aro de estanqueidad está enfrente de la pared interior de aro de estanqueidad, una pared superior de aro de estanqueidad y una pared inferior de aro de estanqueidad donde la pared inferior de aro de estanqueidad está enfrente de la pared superior de aro de estanqueidad, teniendo la pared superior de aro de estanqueidad una anchura radial de aro de estanqueidad (248), donde una de la pared interior de aro de estanqueidad y la pared exterior de aro de estanqueidad es una pared de estanqueidad (230); y un aro de cubierta (214) en el que se ha formado un intervalo de aro de cubierta (218), una pared interior de aro de cubierta, una pared exterior de aro de cubierta, donde la pared exterior de aro de cubierta está enfrente de la pared interior de aro de cubierta, una pared superior de aro de cubierta, y una pared inferior de aro de cubierta donde la pared inferior de aro de cubierta está enfrente de la pared superior de aro de cubierta, un rebaje anular (219) que tiene un suelo que está enfrente de la pared inferior de aro de cubierta y una pared de rebaje que está enfrente de una de la pared interior de aro de cubierta y la pared exterior de aro de cubierta, teniendo el suelo una anchura radial de rebaje (249) y un borde de estanqueidad (227) que es distal a la pared de rebaje; donde el aro de estanqueidad (212) y el aro de cubierta (214) tienen una posición montada en la que el aro de estanqueidad asienta en el rebaje anular (219) del aro de cubierta, el intervalo de aro de estanqueidad (216) no solapa el intervalo de aro de cubierta (218), donde el aro de estanqueidad y el aro de cubierta forman una primera región (268) y una segunda región (270) cuando están en la posición montada, donde la primera región (268) solapa el intervalo de aro de estanqueidad (216) y no el intervalo de aro de cubierta (218) y la segunda región (270) solapa el intervalo de aro de cubierta (218) y no el intervalo de aro de estanqueidad (216), caracterizado porque la anchura radial de rebaje (249) es menor que la anchura radial de aro de estanqueidad (248) en la segunda región (270), y la anchura radial de rebaje (249) es igual a la anchura radial de aro de estanqueidad (248) en la primera región (268).
Description
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DESCRIPCION
Conjunto de aro de estanqueidad de compensacion de desgaste Campo de la invencion
Un conjunto de estanqueidad para un piston alternativo o eje que compensa las tasas de desgaste no uniformes entre los componentes del conjunto de estanqueidad.
Antecedentes de la invencion
Los conjuntos segmentados para equipo de compresion y bombeo alternativos son conocidos en la tecnica. Los conjuntos de aro de estanqueidad segmentados conocidos tienen a menudo multiples piezas, por ejemplo un aro de cubierta y un aro de estanqueidad, que tenderan a desgastarse a tasas diferentes con el tiempo debido a las diferencias de presion ejercidas en las piezas. En sistemas de pistones alternativos, la tasa de desgaste de los aros de conjunto de estanqueidad es proporcional al esfuerzo de contacto que el aro respectivo experimenta cuando se pone en contacto con la superficie de deslizamiento (por ejemplo el interior del eje de cilindro). Cuanto mas alto es el esfuerzo de contacto, mas alta es la tasa de desgaste consiguiente. Este esfuerzo de contacto es proporcional a la presion sellada o, mas exactamente, la presion diferencial a traves del conjunto de estanqueidad. Cuanto mayor es esta presion diferencial, mayor es el esfuerzo de contacto que actua en el conjunto de estanqueidad.
Estas presiones diferenciales hacen que el aro de estanqueidad tienda a desgastarse mas rapidamente que el aro de cubierta debido a la forma en que la presion actua en cada uno de los aros durante la duracion del conjunto de estanqueidad. La tendencia del aro de estanqueidad a desgastarse a una tasa mas alta que el aro de cubierta se denomina en la tecnica "desgaste preferente". Con el tiempo, el desgaste preferente da lugar a un intervalo que se abre entre el aro de estanqueidad y el aro de cubierta, como se explica mejor aqrn. Este problema se reconocio en una publicacion tecnica de la tecnica anterior titulada "Influence of piston ring design on the capacity of dry-running hydrogen compressor” (Dr. Norbert Feistel; publicado por Burckhardt Compression AG de Winterthur, Suiza). Tal dispositivo de la tecnica anterior se describe en la Patente de Estados Unidos numero 4.185.842, que describe un conjunto de estanqueidad incluyendo un aro de estanqueidad y un aro de cubierta que tiene forma de L en seccion transversal.
El intervalo en el aro de cubierta permitina un escape similar a un aro de junta a tope, a excepcion de que el aro de estanqueidad cubre dicho intervalo en el aro de cubierta. Igualmente, el intervalo en el aro de estanqueidad permitina un escape similar a un aro de junta a tope, a excepcion de que el aro de cubierta cubre dicho intervalo en el aro de estanqueidad. Inicialmente, por lo tanto, como un conjunto de aros, el conjunto de estanqueidad es capaz de sellar toda la circunferencia del eje o piston. La presion diferencial que actua en el conjunto de estanqueidad es relativamente uniforme cuando es nuevo, con la excepcion del intervalo en el aro de cubierta donde el aro de estanqueidad esta expuesto y realiza toda la estanqueidad por sf mismo. En esta posicion es donde comienza a producirse el desgaste preferente. El aro de estanqueidad esta expuesto a toda la presion diferencial en esta posicion, de modo que el aro de cubierta no efectua estanqueidad alguna en esta posicion. Dado que el aro de estanqueidad tiene una presion diferencial alta a su traves en esta posicion y el aro de cubierta no, el esfuerzo de contacto que actua en el aro de estanqueidad es mucho mas alto que el esfuerzo de contacto que actua en el aro de cubierta. Por lo tanto, la tasa de desgaste del aro de estanqueidad es mucho mas alta que la tasa de desgaste del aro de cubierta. Cuando el aro de estanqueidad comienza a desgastarse, se abre un intervalo circunferencial entre el aro de cubierta y el aro de estanqueidad. Esto tiene el efecto de incrementar la posicion radial donde el aro de estanqueidad solo realiza toda la estanqueidad. Cuando aumenta la longitud radial de este intervalo circunferencial, el aro de cubierta ya no realiza ninguna estanqueidad, disminuye la presion diferencial a traves del aro de cubierta y el esfuerzo de contacto que actua en el aro de cubierta, y se reduce la tasa de desgaste del aro de cubierta. El intervalo circunferencial que se abre entre el aro de cubierta y el aro de estanqueidad sigue aumentando de tamano hasta que rodea toda la junta estanca. El aro de estanqueidad es asf similar a un aro de junta a tope, permitiendo que fluya gas a traves del intervalo en el aro de estanqueidad.
GB 2 206 669 A describe ejemplos de conjuntos de estanqueidad incluyendo cada uno un aro de cubierta hendido y uno o varios aros de estanqueidad hendidos.
DE 733 653 C describe una junta estanca de piston para motores de combustion donde un aro de impacto en forma de L esta dispuesto en una ranura de aro de piston ademas de un aro de estanqueidad. El diametro exterior del aro de impacto es menor que el agujero de cilindro. El aro de impacto puede estar hendido o no hendido. Si esta hendido, los extremos del aro de impacto apoyan uno con otro con una holgura cero y enclavamiento por medio de dientes orientados radialmente. El aro de impacto esta dispuesto en la ranura de aro de piston con una holgura radial. La presion diferencial actua consiguientemente solo en el aro de estanqueidad.
Un conjunto de estanqueidad que incluye un aro de cubierta hendido en forma de L y un aro de estanqueidad a nivel con el aro de cubierta en toda la circunferencia exterior del conjunto de estanqueidad se describe en US 6.899.595 B2. Se indica que, en una realizacion particular, el aro de estanqueidad puede sobresalir algo de la circunferencia
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exterior del aro de cubierta. La superficie de contacto del conjunto de estanqueidad de ese tipo consta consiguientemente solo de la superficie circunferencial exterior del aro de estanqueidad.
US 1.538.105 B describe un conjunto de estanqueidad que incluye un aro de cubierta hendido y una cinta continua de un metal relativamente blando que se extiende alrededor y fija en toda su longitud en una ranura en la circunferencia exterior del aro de cubierta. Los extremos de la cinta estan situados perifericamente en la misma posicion que los extremos del aro de cubierta hendido. La cinta sobresale ligeramente mas alla de la superficie exterior del aro de cubierta de tal manera que la cinta blanda se regule o desgaste rapidamente a la pared de cilindro formando una junta estanca con ella.
Otras referencias relevantes de la tecnica anterior incluyen la Publicacion de la Solicitud de Patente de Estados Unidos numero 2003/0006562 y la Patente de Estados Unidos numero 6.322.080. La Publicacion de la Solicitud de Patente de Estados Unidos numero 2003/0006562 describe un conjunto de estanqueidad que tiene una disposicion concentrica de lengueta y ranura que acopla mecanicamente los dos aros conjuntamente formando el conjunto de estanqueidad. Con esta disposicion, los dos aros estan acoplados conjuntamente de modo que el desgaste en el aro de estanqueidad tienda a producir una fuerza en el aro de cubierta en la direccion de la presion. En efecto, el aro de estanqueidad 'tira' del aro de cubierta al eje o cilindro contra el que se mueve el aro de estanqueidad. Haciendolo asf, el aro de cubierta presiona contra el eje de accionamiento o cilindro, incrementando su esfuerzo de contacto contra la superficie de deslizamiento y disminuyendo el esfuerzo de contacto del aro de estanqueidad contra la superficie de deslizamiento. Acoplando los dos aros conjuntamente de esta manera, se puede minimizar el desgaste no uniforme del aro. Sin embargo, la presencia de la disposicion de lengueta y ranura en este diseno produce concentraciones de esfuerzo cortante en la porcion de lengueta del aro de estanqueidad, y puede dar lugar a fallo del conjunto de estanqueidad. La Patente de Estados Unidos numero 6.322.080 describe un aro de estanqueidad que tiene un grosor de pared radial que disminuye hacia la zona del intervalo de aro de estanqueidad. En contraposicion a la presente invencion, solamente el aro de estanqueidad de este dispositivo hace contacto con la superficie de deslizamiento (es decir, el eje movil del piston) y no el aro de cubierta.
Se necesita un diseno de conjunto de estanqueidad que compense las diferentes tasas de desgaste del aro de cubierta y el aro de estanqueidad de una manera que no introduzca otros modos de fallo prematuro potencial asociados con la tecnica anterior.
Breve resumen de la invencion
En un aspecto, la presente invencion elimina los inconvenientes de los dispositivos de la tecnica anterior proporcionando un conjunto de estanqueidad incluyendo un aro de estanqueidad en el que se ha formado un intervalo de aro de estanqueidad, una pared interior de aro de estanqueidad, una pared exterior de aro de estanqueidad, donde la pared exterior de aro de estanqueidad esta enfrente de la pared interior de aro de estanqueidad, una pared superior de aro de estanqueidad y una pared inferior de aro de estanqueidad donde la pared inferior de aro de estanqueidad esta enfrente de la pared superior de aro de estanqueidad, teniendo la pared superior de aro de estanqueidad una anchura radial de aro de estanqueidad, donde una de la pared interior de aro de estanqueidad y la pared exterior de aro de estanqueidad es una pared de estanqueidad; y un aro de cubierta en el que se ha formado un intervalo de aro de cubierta, una pared interior de aro de cubierta, una pared exterior de aro de cubierta, donde la pared exterior de aro de cubierta esta enfrente de la pared interior de aro de cubierta, una pared de aro de cubierta superior, y una pared inferior de aro de cubierta donde la pared inferior de aro de cubierta esta enfrente de la pared superior de aro de cubierta, un rebaje anular que tiene un suelo que esta enfrente de la pared inferior de aro de cubierta y una pared de rebaje que esta enfrente de una de la pared interior de aro de cubierta y la pared exterior de aro de cubierta, teniendo el suelo una anchura radial de rebaje y un borde de estanqueidad que es distal a la pared de rebaje; donde el aro de estanqueidad y el aro de cubierta tienen una posicion montada en la que el aro de estanqueidad asienta en el rebaje anular del aro de cubierta, el intervalo de aro de estanqueidad no solapa el intervalo de aro de cubierta, donde el aro de estanqueidad y el aro de cubierta forman una primera region y una segunda region cuando estan en la posicion montada, donde la primera region solapa el intervalo de aro de estanqueidad y no el intervalo de aro de cubierta y la segunda region solapa el intervalo de aro de cubierta y no el intervalo de aro de estanqueidad, y donde la anchura radial de rebaje es igual a la anchura radial de aro de estanqueidad en la primera region y menor que la anchura radial de aro de estanqueidad en la segunda region.
En otro respecto, la presente invencion elimina los inconvenientes de los dispositivos de la tecnica anterior proporcionando un aparato incluyendo un cilindro; y un piston que esta situado dentro del cilindro y que esta configurado operativamente para alternar dentro del cilindro, teniendo el piston al menos un conjunto de estanqueidad, asentando cada uno del al menos unico conjunto de estanqueidad en una ranura anular e incluyendo el conjunto de estanqueidad expuesto en el parrafo anterior.
En otro respecto, la presente invencion elimina los inconvenientes de los dispositivos de la tecnica anterior proporcionando un aparato incluyendo un cilindro que tiene al menos un conjunto de estanqueidad, asentando cada uno del al menos unico conjunto de estanqueidad en una ranura anular e incluyendo el conjunto de estanqueidad expuesto en el parrafo anterior al precedente; y un eje que esta situado dentro del cilindro y que esta configurado
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operativamente para alternar dentro del cilindro.
La presente descripcion proporciona aspectos adicionales de la invencion, como se expone en detalle mas adelante. Aspecto 1. Un conjunto de estanqueidad incluyendo:
un aro de estanqueidad en el que se ha formado un intervalo de aro de estanqueidad, una pared interior de aro de estanqueidad, una pared exterior de aro de estanqueidad, donde la pared exterior de aro de estanqueidad esta enfrente de la pared interior de aro de estanqueidad, una pared superior de aro de estanqueidad y una pared inferior de aro de estanqueidad donde la pared inferior de aro de estanqueidad esta enfrente de la pared superior de aro de estanqueidad, teniendo la pared superior de aro de estanqueidad una anchura radial de aro de estanqueidad, donde una de la pared interior de aro de estanqueidad y la pared exterior de aro de estanqueidad es una pared de estanqueidad; y
un aro de cubierta en el que se ha formado un intervalo de aro de cubierta, una pared interior de aro de cubierta, una pared exterior de aro de cubierta, donde la pared exterior de aro de cubierta esta enfrente de la pared interior de aro de cubierta, una pared superior de aro de cubierta, y una pared inferior de aro de cubierta donde la pared inferior de aro de cubierta esta enfrente de la pared superior de aro de cubierta, un rebaje anular que tiene un suelo que esta enfrente de la pared inferior de aro de cubierta y una pared de rebaje que esta enfrente de una de la pared interior de aro de cubierta y la pared exterior de aro de cubierta, teniendo el suelo una anchura radial de rebaje y un borde de estanqueidad que es distal a la pared de rebaje;
donde el aro de estanqueidad y el aro de cubierta tienen una posicion montada en la que el aro de estanqueidad asienta en el rebaje anular del aro de cubierta, el intervalo de aro de estanqueidad no solapa el intervalo de aro de cubierta, donde el aro de estanqueidad y el aro de cubierta forman una primera region y una segunda region cuando estan en la posicion montada, donde la primera region solapa el intervalo de aro de estanqueidad y no el intervalo de aro de cubierta y la segunda region solapa el intervalo de aro de cubierta y no el intervalo de aro de estanqueidad,
y donde la anchura radial de rebaje es igual a la anchura radial de aro de estanqueidad en la primera region y menor que la anchura radial de aro de estanqueidad en la segunda region.
Aspecto 2. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos 1 y 3-9, donde la primera region se extiende un angulo radial de al menos 15 grados en una direccion hacia la derecha y hacia la izquierda desde un punto medio del intervalo de aro de estanqueidad.
Aspecto 3. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos 1, 2, y 4-9, donde la pared de estanqueidad sobresale mas alla del borde de estanqueidad del suelo del rebaje anular en la segunda region.
Aspecto 4. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos 1-3 y 5-9, donde una longitud arqueada de una porcion del aro de cubierta situada dentro de la primera region es al menos 5 veces, preferiblemente al menos 8 veces, una anchura radial del conjunto de estanqueidad.
Aspecto 5. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos 1-4 y 6-9, donde una longitud arqueada de una porcion del aro de cubierta situada dentro de la primera region es entre 8 y 10 veces una anchura radial del conjunto de estanqueidad.
Aspecto 6. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos 1-5 y 7-9, donde la anchura radial de aro de estanqueidad es constante en toda la primera region y la segunda region.
Aspecto 7. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos 1-6, 8 y 9, donde el rebaje anular tiene una seccion transversal rectangular.
Aspecto 8. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos 1-7 y 9, donde el aro de estanqueidad tiene una seccion transversal rectangular.
Aspecto 9. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos precedentes, incluyendo ademas medios para evitar la rotacion del aro de estanqueidad con relacion al aro de cubierta cuando el aro de estanqueidad y el aro de cubierta estan en la posicion montada.
Aspecto 10. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos precedentes, donde una longitud arqueada de una porcion del aro de cubierta situada dentro de la primera region es a lo sumo 15 veces, preferiblemente a lo sumo 10 veces, una anchura radial del conjunto de estanqueidad.
Aspecto 11. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos 1 a 5 y 7 a 10, donde la anchura radial de rebaje es constante en toda la primera region y la segunda region.
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Aspecto 12. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de los aspectos precedentes, donde la primera region (268) se extiende un angulo radial en una direccion hacia la derecha y tambien en una direccion hacia la izquierda desde un punto medio del intervalo de aro de estanqueidad (216) sobre ambos extremos circunferenciales del intervalo de aro de estanqueidad (216).
Aspecto 13. Un aparato incluyendo:
un cilindro; y
un piston que esta situado dentro del cilindro y esta configurado operativamente para alternar dentro del cilindro, teniendo el piston al menos un conjunto de estanqueidad, asentando cada uno del al menos unico conjunto de estanqueidad en una ranura anular e incluyendo el conjunto de estanqueidad expuesto en alguno de los aspectos precedentes.
Aspecto 14. Un aparato incluyendo:
un cilindro que tiene al menos un conjunto de estanqueidad, asentando cada uno del al menos unico conjunto de estanqueidad en una ranura anular e incluyendo el conjunto de estanqueidad expuesto en alguno de los aspectos 113; y un eje que esta situado dentro del cilindro y esta configurado operativamente para alternar dentro del cilindro.
Breve descripcion de las varias vistas de los dibujos
La figura 1A es una vista despiezada de un primer conjunto de estanqueidad de la tecnica anterior, destinado a estanqueidad dentro de un cilindro.
La figura 1B es una vista inferior, una vista del lado de presion baja, del conjunto de estanqueidad de la tecnica anterior de la figura 1A en una configuracion montada.
La figura 2A es una vista en seccion transversal parcial del conjunto de estanqueidad de la tecnica anterior de la figura 1A instalado en un sistema de piston alternativo tfpico, antes del desgaste de los componentes del conjunto de estanqueidad.
La figura 2B es una vista en seccion transversal parcial del mismo, despues del desgaste de los componentes del conjunto de estanqueidad.
La figura 3A es una vista despiezada de un segundo conjunto de estanqueidad de la tecnica anterior, destinado a estanqueidad en un eje.
La figura 3B es una vista inferior del conjunto de estanqueidad de la tecnica anterior de la figura 3A en una configuracion montada.
La figura 4A es una vista en seccion transversal parcial del conjunto de estanqueidad de la tecnica anterior de la figura 3A instalado en un sistema de piston alternativo tfpico, antes del desgaste de los componentes del conjunto de estanqueidad.
La figura 4B es una vista en seccion transversal parcial del mismo, despues del desgaste de los componentes del conjunto de estanqueidad.
La figura 5A es una vista inferior, una vista desde el lado de presion baja, de una primera realizacion de un conjunto de estanqueidad segun la presente invencion.
La figura 5B es una vista superior del mismo.
La figura 6A es una vista en seccion transversal parcial tomada a lo largo de la lmea 6A-6A de la figura 5B instalado en un sistema de piston alternativo tfpico, antes del desgaste de los componentes del conjunto de estanqueidad.
La figura 6B es una vista en seccion transversal parcial del mismo, despues del desgaste de los componentes del conjunto de estanqueidad.
La figura 7A es una vista en seccion transversal parcial de una segunda realizacion de un conjunto de estanqueidad segun la presente invencion, antes del desgaste de los componentes del conjunto de estanqueidad.
La figura 7B es una vista en seccion transversal parcial del mismo, despues del desgaste de los componentes del conjunto de estanqueidad.
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Y la figura 8 es una vista inferior de una tercera realizacion de un conjunto de estanqueidad segun la presente invencion.
Descripcion detallada de la invencion
La descripcion detallada siguiente proporciona realizaciones preferidas ejemplares solamente, y no se ha previsto limitar el alcance, la aplicabilidad o la configuracion de la invencion. Mas bien, la descripcion detallada siguiente de las realizaciones preferidas ejemplares proporcionara a los expertos en la tecnica una descripcion que les permitira implementar las realizaciones ejemplares preferidas de la invencion. Se debera entender que se puede hacer varios cambios en la funcion y la disposicion de elementos sin apartarse del espmtu y alcance de la invencion.
Con el fin de ayudar a describir la invencion, se puede usar terminos direccionales en la memoria descriptiva y las reivindicaciones para describir porciones de la presente invencion (por ejemplo, superior, inferior, izquierdo, derecho, etc). Se ha previsto que estos terminos direccionales ayuden simplemente a describir y reivindicar la invencion y no tienen la finalidad de limitar la invencion de ninguna forma. Ademas, los numeros de referencia que se han introducido en la memoria descriptiva en asociacion con una figura del dibujo se pueden repetir en una o varias figuras posteriores sin descripcion adicional en la memoria descriptiva con el fin de proporcionar el contexto para otros elementos.
En el sentido en que se usa aqrn, los terminos "radial" o "radialmente" se refieren a una medicion hecha a lo largo de un radio.
Como se ha explicado con mas detalle anteriormente, el problema primario que resuelve esta invencion es la incapacidad de los conjuntos de aro de estanqueidad segmentados conocidos de mantener una estanqueidad consistente con el tiempo cuando los componentes del conjunto de estanqueidad se desgastan.
Las figuras 1A-2B muestran un primer ejemplo de un conjunto de estanqueidad 10 segun la tecnica anterior, y las figuras 3A-4B muestran un segundo ejemplo de un conjunto de estanqueidad 110 segun la tecnica anterior. En la realizacion representada en las figuras 3A-4B, los elementos compartidos con la primera realizacion se muestran con los numeros de referencia incrementados en 100. Por ejemplo, el aro de estanqueidad 12 de la realizacion de las figuras 1A-2B corresponde al aro de estanqueidad 112 de la realizacion de las figuras 3A-4B. En aras de la concision, algunos elementos de la segunda realizacion que son compartidos con la primera realizacion se numeran en las figuras 3A-4B, pero no se repiten en la memoria descriptiva. Los conjuntos de estanqueidad 10, 110 de la tecnica anterior se incluyen en la descripcion detallada de la invencion porque comparten elementos con realizaciones ejemplares de la invencion que aqrn se facilita, y por lo tanto proporcionan una mejor comprension de la presente invencion.
La figura 1A representa una vista despiezada del conjunto de estanqueidad 10. El conjunto de estanqueidad 10 incluye un aro de estanqueidad 12 y un aro de cubierta 14. Segun se ve en la figura 1B, el aro de cubierta 14 tiene un rebaje anular 19 formado en el en el que el aro de estanqueidad 12 asienta cuando el conjunto de estanqueidad 10 esta montado. En este ejemplo, el rebaje anular 19 tiene una seccion transversal rectangular, incluyendo un suelo de rebaje 20 que interseca una pared de rebaje 21 en un angulo recto. El aro de estanqueidad 12 tiene un intervalo de aro de estanqueidad 16 situado en el, y un aro de cubierta 14 tiene un intervalo de aro de cubierta 18 situado en el. En esta realizacion, como se ve mejor en la figura 1B, estos intervalos 16, 18 estan dispuestos exactamente uno enfrente de otro, es decir, dispuestos a 180 grados uno de otro. Esta disposicion opuesta de los intervalos 16, 18 se puede mantener proporcionando al menos un saliente (no representado) en uno del aro de estanqueidad 12 o el aro de cubierta 14, y al menos un receptaculo de forma complementaria (no representado) en el otro del aro de estanqueidad 12 o el aro de cubierta 14. Cuando el conjunto de estanqueidad 10 esta instalado alrededor de un piston 34 y en un cilindro 36 (vease la figura 2A), los intervalos 16, 18 estan ligeramente comprimidos. Asf se crea una fuerza elastica autogena dentro de los aros 12, 14, que hace que los aros 12, 14 presionen hacia fuera contra la superficie interior del cilindro 36, contribuyendo por ello a mejorar la calidad de la estanqueidad entre ellos.
El aro de estanqueidad 12 tiene una pared interior de aro de estanqueidad 22, una pared exterior de aro de estanqueidad 24, una pared inferior de aro de estanqueidad 23, y una pared superior de aro de estanqueidad 25. El aro de estanqueidad 12 es rectangular en seccion transversal. Cuando el aro de estanqueidad 12 esta colocado en el rebaje anular 19, la pared superior de aro de estanqueidad 25 del aro de estanqueidad 12 descansa contra el suelo de rebaje 20 del aro de cubierta 14 y crea un borde de estanqueidad 27 en la periferia exterior donde el aro de estanqueidad 12 y el aro de cubierta 14 se encuentran. El aro de cubierta 14 tiene una pared interior de aro de cubierta 26, una pared exterior de aro de cubierta 28, una pared inferior de aro de cubierta 33, y una pared superior de aro de cubierta 37. En esta realizacion, la pared exterior de aro de estanqueidad 24 forma una pared de estanqueidad 30 y la pared exterior de aro de cubierta 28 forma una pared de estanqueidad 32.
La figura 2A es una vista en seccion transversal parcial del conjunto de estanqueidad 10 instalado en un sistema de piston alternativo tfpico, que representa el conjunto de estanqueidad 10 con poco o nulo desgaste. El conjunto de estanqueidad 10 se representa instalado en un rebaje anular 40 formado en un piston 34, y rodeado por un cilindro
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36 en el que alterna el piston 34. El rebaje anular 40 en el piston 34 tiene una altura 42 y una anchura 44. El conjunto de estanqueidad 10 tiene una altura 38 y una anchura radial 39. El aro de estanqueidad 12 tiene una altura 46 y una anchura radial 48, y el rebaje anular 19 del aro de cubierta 14 tiene una altura 46 y una anchura radial 49. La diferencia entre la altura 38 de todo el conjunto de estanqueidad 10 y la altura 46 del aro de estanqueidad 12 se indica con el numero de referencia 50, que en esta realizacion corresponde a la altura de la pared exterior de aro de cubierta 28. Un diametro exterior 54 del piston 34 se mide entre una lmea central compartida 35 del piston 34 y el cilindro 36, y un diametro interior 52 del cilindro 36 se mide a partir de esta lmea central 35. La diferencia entre estos dos diametros 52, 54 es igual al tamano del intervalo 56 entre el piston 34 y el cilindro 36. En este ejemplo, las paredes de estanqueidad 30, 32 sellan el intervalo entre el piston 34 y el cilindro 36.
Antes de que tenga lugar algun desgaste del conjunto de estanqueidad 10, la anchura radial 39 del conjunto de estanqueidad 10 es uniforme porque la anchura radial del rebaje anular 19 del aro de cubierta 14 es igual a la anchura radial 48 del aro de estanqueidad 12 a lo largo de todo el penmetro del conjunto de estanqueidad 10 (con la excepcion de las posiciones de los intervalos 16, 18). Como se ha explicado anteriormente, cuando el conjunto de estanqueidad 10 empiece a desgastarse, la pared exterior de aro de estanqueidad 24 se desgastara a una tasa mas alta que la pared exterior de aro de cubierta 28. En otros terminos, la anchura radial 48 del aro de estanqueidad 12 comenzara a disminuir de tamano mas rapidamente que la anchura radial 49 del rebaje anular 19 del aro de cubierta 14. En consecuencia, como se representa en la figura 2B, comenzara a abrirse un intervalo 58 entre la pared de rebaje 21 del rebaje anular 19 y la pared interior de aro de estanqueidad 22. En la figura 2B, se representan la anchura de la porcion desgastada 60 del aro de cubierta 14 y la anchura de la porcion desgastada 62 del aro de estanqueidad 12. Realmente, los numeros de referencia 60, 62 no muestran exactamente las anchuras completas de las porciones desgastadas del aro de estanqueidad 12 o el aro de cubierta 14, dado que la posicion de los aros 12, 14 dentro del rebaje anular 40 cambiara con el tiempo debido a la fuerza elastica autogena generada por los intervalos 16, 18 en los aros 12, 14. Como se ha explicado anteriormente, en esta realizacion, el intervalo circunferencial 58 entre el aro de cubierta 14 y el aro de estanqueidad 12 continuara aumentando de tamano hasta que haya rodeado todo el conjunto de estanqueidad 10. El conjunto de estanqueidad 10 comenzara entonces a fallar porque el gas fluye libremente a traves del intervalo 58.
Las figuras 3A muestran una vista despiezada del conjunto de estanqueidad 110 segun la tecnica anterior. En esta realizacion, el rebaje anular 140 en el que asienta el conjunto de estanqueidad 110 esta situado en el cilindro 136, en lugar de en el piston 134. El rebaje anular 119 en el aro de cubierta 114 esta situado en su lado interior (es decir, adyacente a la pared interior de aro de cubierta 126). Asf, en esta realizacion, la pared de estanqueidad 130 del aro de estanqueidad 112 corresponde a la pared interior de aro de estanqueidad 122 y la pared de estanqueidad 132 del aro de cubierta 114 corresponde a la pared interior de aro de cubierta 126. De otro modo, la realizacion del conjunto de estanqueidad 110 segun la tecnica anterior es funcionalmente equivalente a la realizacion del conjunto de estanqueidad 10 de las figuras 1A-2B, y las personas que tengan conocimientos ordinarios en la tecnica apreciaran que el conjunto de estanqueidad 110 es propenso a tener problemas de desgaste similares a los del conjunto de estanqueidad 10.
Al objeto de simplificar la descripcion y los dibujos, solamente se representa un conjunto de estanqueidad 10 en las figuras 2A-2B y solamente se representa un conjunto de estanqueidad 110 en las figuras 4A-4B. Se debera indicar que es comun proporcionar multiples conjuntos de estanqueidad 10 en un solo piston 34 en una aplicacion de piston alternativo o multiples conjuntos de estanqueidad 110 en un solo eje 136 en una aplicacion de eje alternativo.
Las figuras 5A-6B muestran una primera realizacion de un conjunto de estanqueidad 210 segun la presente invencion. En la realizacion representada en las figuras 5A-6B, los elementos compartidos con las realizaciones del conjunto de estanqueidad 10 se representan con los numeros de referencia incrementados en 200. Por ejemplo, el aro de estanqueidad 212 de la realizacion de las figuras 5A-6B corresponde al aro de estanqueidad 12 de la realizacion de las figuras 1A-2B. En aras de la concision, algunos elementos de la segunda realizacion que son compartidos con la primera realizacion se numeran en las figuras 5A-6B, pero no se repiten en la memoria descriptiva.
Con referencia a la figura 6A, el aro de estanqueidad 212 se fabrica con una primera region 268 en la que una anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 es igual a una anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212 y una segunda region 270 en la que la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 es menor que la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212. Esto da lugar a que la pared de estanqueidad 230 del aro de estanqueidad 212 sobresalga mas alla de la pared exterior de aro de cubierta 228 en la segunda region 270, pero no en la primera region 268.
En esta realizacion ejemplar, la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 se disminuye en la segunda region 270 con el fin de hacer que sea menor que la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212. Consiguientemente, la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212 permanece constante en toda su circunferencia. Alternativamente, sena posible aumentar la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212 en la segunda region y mantener constante la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 en toda su circunferencia.
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En esta realizacion, la pared exterior de aro de estanqueidad 224 es la pared de estanqueidad 230. Consiguientemente, la diferencia en las anchuras radiales del rebaje anular 219 y el aro de estanqueidad 212 hacen que la pared exterior de aro de estanqueidad 224 sobresalga hacia fuera mas alla de la pared exterior de aro de cubierta 228. En una realizacion en la que la pared interior de aro de estanqueidad 222 es la pared de estanqueidad (de forma analoga al conjunto de estanqueidad 110), la diferencia en las anchuras radiales del rebaje anular 219 y el aro de estanqueidad 212 hara que la pared interior de aro de estanqueidad 222 sobresalga hacia dentro mas alla de la pared interior de aro de cubierta 226.
La primera region 268 solapa la posicion del intervalo de aro de estanqueidad 216. Consiguientemente, la pared de estanqueidad 232 del aro de cubierta 214 esta en contacto con el cilindro 236 en la region en la que la presencia del intervalo de aro de estanqueidad 216 permitina que fluyese aire por el conjunto de estanqueidad 210 si la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 fuese menor que la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212. Como se ha explicado con mas detalle aqrn, la primera region 268 se extiende preferiblemente mas alla de la posicion del intervalo de aro de estanqueidad 216:
Con referencia a la figura 6B, cuando el conjunto de estanqueidad 210 comienza a desgastarse, el "sobredimensionamiento" inicial de la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212 en la segunda region 270 compensa las tasas de desgaste diferenciales de los aros 212, 214 y evita la formacion de un intervalo entre la pared de rebaje 221 del rebaje anular 219 y la pared interior de aro de estanqueidad 222. El desgaste preferente del aro de estanqueidad 212 da lugar gradualmente a una reduccion de la diferencia entre la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 y la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212 en la segunda region 270. Eventualmente, como se representa en la figura 6B, la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 sera igual a la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212.
La presion del fluido a sellar se usa para empujar el aro de cubierta 214 contra el aro de estanqueidad 212, de modo que no se abra ningun intervalo entre los dos aros 212, 214. Si empezase a abrirse algun intervalo entre los aros 212, 214, la fuerza de contacto que actua en el aro de estanqueidad 212 comenzana a disminuir y la fuerza de contacto que actua en el aro de cubierta 214 comenzana a aumentar, lo que tendena a reducir el tamano del intervalo. Por lo tanto, el diseno del conjunto de estanqueidad 210 permite que el conjunto de estanqueidad 210 experimente mas desgaste antes de que se forme un intervalo entre el aro de estanqueidad 212 y el aro de cubierta 214. Esto permite que el conjunto de estanqueidad 210 tenga una duracion operativa mas larga que los conjuntos de estanqueidad 10, 110.
Con referencia de nuevo a las figuras 5A y 5B, que muestran respectivamente vistas inferior y superior del conjunto de estanqueidad 210, se puede ver en esta realizacion que la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212 es mas grande que la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 alrededor de aproximadamente 85% de la circunferencia del conjunto de estanqueidad 210, estando centrada esta porcion alrededor del intervalo de aro de cubierta 218. La porcion de la circunferencia del conjunto de estanqueidad 210 en la que la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212 es inicialmente mas grande que la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 define la segunda region 270. El penmetro de un sector 267 de un cfrculo puede ser definido por la segunda region 270 y dos lmeas que irradian desde un punto central 264 de la circunferencia del conjunto de estanqueidad 210 a los puntos en la circunferencia del conjunto de estanqueidad 210 donde la anchura radial 248 y anchura radial de rebaje 249 son iguales.
La porcion de la circunferencia del conjunto de estanqueidad 210 en la que la anchura radial 248 del aro de estanqueidad 212 es inicialmente de dimensiones iguales a la anchura radial de rebaje 249 del rebaje anular 219 define la primera region 268. En esta realizacion, la primera region 268 esta centrada preferiblemente alrededor de un punto medio 274 del intervalo de aro de estanqueidad 216 y se extiende un angulo radial de aproximadamente 30 grados en direcciones hacia la derecha y hacia la izquierda desde el punto medio 274.
Como se ha indicado anteriormente, la primera region 268 se extiende preferiblemente al menos alrededor de la porcion de la circunferencia del conjunto de estanqueidad 210 correspondiente a la anchura del intervalo de aro de estanqueidad 216. El penmetro de un sector 266 de un cfrculo puede ser definido por la primera region 268 y dos lmeas que irradian desde el punto central 264 a los bordes del intervalo de aro de estanqueidad 216. En esta realizacion, la longitud arqueada combinada de la primera region 268 y la segunda region 270 incluyen toda la circunferencia del conjunto de estanqueidad 210.
La longitud arqueada de la porcion del aro de cubierta 214 que cae dentro de la primera region 268 es preferiblemente al menos cinco (5) veces la anchura radial 239 del conjunto de estanqueidad 210. Mas preferiblemente, la longitud arqueada de la porcion del aro de cubierta 214 que cae dentro de la primera region 268 es del rango de 8-10 veces la anchura radial 239 del conjunto de estanqueidad 210.
Las figuras 7A y 7B muestran una segunda realizacion de un conjunto de estanqueidad 310 segun la presente invencion. En la realizacion representada en las figuras 7A y 7B, los elementos compartidos con las realizaciones de los conjuntos de estanqueidad 110, 210 se indican con los numeros de referencia incrementados en 100 y 200, respectivamente. En aras de la concision, algunos elementos de la segunda realizacion que son compartidos con la
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primera realizacion se numeran en las figuras 7A y 7B, pero no se repiten en la memoria descriptiva. Ademas, muchos de los elementos dimensionales descritos con respecto a la primera realizacion del conjunto de estanqueidad 210, tal como la anchura radial 239, no se representan en la figura 7A o 7B o describen con respecto a la segunda realizacion del conjunto de estanqueidad 310, pero se debera entender que estan presentes en la segunda realizacion del conjunto de estanqueidad 310.
La figura 7A muestra una vista en seccion transversal parcial de una segunda realizacion de un conjunto de estanqueidad 310, que sella un eje 334 destinado a alternar dentro de un cilindro 336. En esta realizacion, el rebaje anular 340, en el que asienta el conjunto de estanqueidad 310, esta situado en el cilindro 336. El rebaje anular 319 en el aro de cubierta 314 esta situado en su lado interior (es decir, adyacente a la pared interior de aro de cubierta 326). Asf, en esta realizacion, la pared de estanqueidad 330 del aro de estanqueidad 312 corresponde a la pared interior de aro de estanqueidad 322 y la pared de estanqueidad 332 del aro de cubierta 314 corresponde a la pared interior de aro de cubierta 326. Por lo demas, esta segunda realizacion del conjunto de estanqueidad 310 es funcionalmente equivalente a la primera realizacion del conjunto de estanqueidad 210 de las figuras 5A-6B, como apreciaran las personas con conocimientos ordinarios en la tecnica.
La figura 8 muestra una vista inferior de una tercera realizacion de un conjunto de estanqueidad 410 segun la presente invencion. El conjunto de estanqueidad incluye un aro de estanqueidad 412 que tiene un intervalo de aro de estanqueidad 416 y un aro de cubierta 414 que tiene un intervalo de aro de cubierta 418. En esta realizacion, con el fin de evitar la rotacion de los aros 412, 414 uno con relacion a otro, el conjunto de estanqueidad 410 incluye medios para evitar la rotacion del aro de estanqueidad 412 con relacion al aro de cubierta 414, de modo que la posicion del intervalo de aro de estanqueidad 416 permanezca enfrente de la posicion del intervalo de aro de cubierta 418. En esta realizacion, tales medios incluyen dotar al aro de cubierta 414 de un rebaje anular 419 que no se extiende alrededor de toda su circunferencia, de modo que se cree una porcion elevada 480 en el aro de cubierta 414. Cuando el aro de estanqueidad 412 esta montado con el aro de cubierta 414, el intervalo de aro de estanqueidad 416 esta colocado de modo que flanquee la porcion elevada 480 en el aro de cubierta 414, evitando por ello la rotacion del aro de estanqueidad 412 con relacion al aro de cubierta 414. Otro ejemplo de medios para evitar la rotacion del aro de estanqueidad 412 con relacion al aro de cubierta 414 incluyen el uso de una disposicion de pasador y ranura, un pasador insertado a traves de ambas partes, u otros medios para evitar la rotacion relativa de los dos aros.
Aunque las implementaciones ejemplares de los sistemas y/o metodos aqrn descritos se han descrito en detalle anteriormente, los expertos en la tecnica apreciaran facilmente que muchas modificaciones adicionales son posibles en las realizaciones ejemplares sin apartarse materialmente de las nuevas ideas y ventajas de los sistemas y metodos aqrn descritos. Consiguientemente, se preve que estas y todas las demas modificaciones queden incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones siguientes.
Claims (14)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Un conjunto de estanqueidad incluyendo:un aro de estanqueidad (212) en el que se ha formado un intervalo de aro de estanqueidad (216), una pared interior de aro de estanqueidad, una pared exterior de aro de estanqueidad, donde la pared exterior de aro de estanqueidad esta enfrente de la pared interior de aro de estanqueidad, una pared superior de aro de estanqueidad y una pared inferior de aro de estanqueidad donde la pared inferior de aro de estanqueidad esta enfrente de la pared superior de aro de estanqueidad, teniendo la pared superior de aro de estanqueidad una anchura radial de aro de estanqueidad (248), donde una de la pared interior de aro de estanqueidad y la pared exterior de aro de estanqueidad es una pared de estanqueidad (230); yun aro de cubierta (214) en el que se ha formado un intervalo de aro de cubierta (218), una pared interior de aro de cubierta, una pared exterior de aro de cubierta, donde la pared exterior de aro de cubierta esta enfrente de la pared interior de aro de cubierta, una pared superior de aro de cubierta, y una pared inferior de aro de cubierta donde la pared inferior de aro de cubierta esta enfrente de la pared superior de aro de cubierta, un rebaje anular (219) que tiene un suelo que esta enfrente de la pared inferior de aro de cubierta y una pared de rebaje que esta enfrente de una de la pared interior de aro de cubierta y la pared exterior de aro de cubierta, teniendo el suelo una anchura radial de rebaje (249) y un borde de estanqueidad (227) que es distal a la pared de rebaje;donde el aro de estanqueidad (212) y el aro de cubierta (214) tienen una posicion montada en la que el aro de estanqueidad asienta en el rebaje anular (219) del aro de cubierta, el intervalo de aro de estanqueidad (216) no solapa el intervalo de aro de cubierta (218), donde el aro de estanqueidad y el aro de cubierta forman una primera region (268) y una segunda region (270) cuando estan en la posicion montada, donde la primera region (268) solapa el intervalo de aro de estanqueidad (216) y no el intervalo de aro de cubierta (218) y la segunda region (270) solapa el intervalo de aro de cubierta (218) y no el intervalo de aro de estanqueidad (216),caracterizado porquela anchura radial de rebaje (249) es menor que la anchura radial de aro de estanqueidad (248) en la segunda region (270), yla anchura radial de rebaje (249) es igual a la anchura radial de aro de estanqueidad (248) en la primera region (268).
- 2. El conjunto de estanqueidad de la reivindicacion 1, donde la primera region (268) se extiende un angulo radial de al menos 15 grados en direccion hacia la derecha y al menos 15 grados en una direccion hacia la izquierda cada una desde un punto medio del intervalo de aro de estanqueidad (216).
- 3. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la pared de estanqueidad (230) sobresale mas alla del borde de estanqueidad (227) del suelo del rebaje anular (219) en la segunda region (270).
- 4. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, donde una longitud arqueada de una porcion del aro de cubierta (214) situada dentro de la primera region (268) es al menos 5 veces, preferiblemente al menos 8 veces, una anchura radial (239) del conjunto de estanqueidad (210; 410).
- 5. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, donde una longitud arqueada de una porcion del aro de cubierta (214) situada dentro de la primera region (268) es a lo sumo 15 veces, preferiblemente a lo sumo 10 veces, una anchura radial del conjunto de estanqueidad (210; 410).
- 6. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, donde una longitud arqueada de una porcion del aro de cubierta (214) situada dentro de la primera region (268) es entre 8 y 10 veces una anchura radial (239) del conjunto de estanqueidad (210; 410).
- 7. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la anchura radial de aro de estanqueidad (248) es constante en toda la primera region (268) y la segunda region (270).
- 8. El conjunto de estanqueidad de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la anchura radial de rebaje es constante en toda la primera region y la segunda region.
- 9. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, donde el rebaje anular (219) tiene una seccion transversal rectangular.
- 10. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, donde el aro de estanqueidad (212) tiene una seccion transversal rectangular.510152025
- 11. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, incluyendo ademas medios (480) para evitar la rotacion del aro de estanqueidad (412) con relacion al aro de cubierta (414) cuando el aro de estanqueidad y el aro de cubierta estan en la posicion montada.
- 12. El conjunto de estanqueidad de alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la primera region (268) se extiende un angulo radial en direccion hacia la derecha y tambien en una direccion hacia la izquierda desde un punto medio del intervalo de aro de estanqueidad (216) en ambos extremos circunferenciales del intervalo de aro de estanqueidad (216.
- 13. Un aparato incluyendo: un cilindro (236); yun piston (234) que esta situado dentro del cilindro y esta configurado operativamente para alternar dentro del cilindro, teniendo el piston al menos un conjunto de estanqueidad (210), estando asentado cada uno del al menos unico conjunto de estanqueidad en una ranura anular (240) e incluyendo el conjunto de estanqueidad (210; 410) expuesto en alguna de las reivindicaciones precedentes.
- 14. Un aparato incluyendo:un cilindro (336) que tiene al menos un conjunto de estanqueidad (310), estando asentado cada uno del al menos unico conjunto de estanqueidad (310) en una ranura anular (340) e incluyendo el conjunto de estanqueidad (310) expuesto en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12; yun eje (334) que esta situado dentro del cilindro (336) y esta configurado operativamente para alternar dentro del cilindro.
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