ES2674258T3 - Dispositivo de estanqueidad para una bomba de alta presión y bomba de alta presión con tal dispositivo de estanqueidad - Google Patents

Abstract

Dispositivo de estanqueidad para la obturación de una cámara de presión (2) en una bomba de alta presión, que se delimita por un primero y un segundo elementos de limitación (3, 4), con un elemento de estanqueidad (5) separado, que presenta una primera superficie de estanqueidad (51) para la colaboración con el primer elemento de limitación (3) así como una segunda superficie de estanqueidad (52) para la colaboración con el segundo elemento de limitación (4), de manera que las dos superficies de estanqueidad (51, 52) están inclinadas una hacia la otra y de manera que el elemento de estanqueidad (5) está dispuesto y configurado de tal forma que en el caso de impulsión con presión, es desplazable, en general, a lo largo de uno de los elementos de limitación (3, 4), caracterizado porque las dos superficies de estanqueidad (51, 52) presentan, respectivamente, una ranura (53, 54) para el alojamiento de un anillo de estanqueidad (55).

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de estanqueidad para una bomba de alta presión y bomba de alta presión con tal dispositivo de estanqueidad

La invención se refiere a un dispositivo de estanqueidad para la obturación de una cámara de presión en una bomba de alta presión así como a una bomba de alta presión con un dispositivo de estanqueidad de este tipo.

La cámara de presión en una bomba, en la que se encuentra bajo presión el fluido a transportar por la bomba, debe obturarse frente a su medio ambiente. En este caso, el entorno de la cámara de presión puede ser el entorno de la bomba que está normalmente bajo presión atmosférica o - por ejemplo en el caso de una bomba de varias fases - puede ser otra cámara de presión, en la que el fluido a transportar está bajo presión más alta o más baja.

Cuanto mayor es la presión generada por la bomba, tanto más difícil es preparar dispositivos de estanqueidad eficientes y fiables. A altas presiones como, por ejemplo, hasta 1000 bares de presión de transporte, se producen con frecuencia dilataciones o deformaciones condicionadas por la presión de la carcasa de la bomba o de otros componentes. Éstas pueden tener como consecuencia que se abran intersticios entre los componentes, que delimitan la misma cámara de presión, por ejemplo entre la carcasa de la bomba y la tapa de la bomba. Tales intersticios, que pueden aparecer, por lo demás, también en virtud de diferentes dilataciones térmicas de los componentes, deben obturarse entonces de una manera fiable para evitar una fuga del fluido a través de los intersticios.

La apertura inducida por la presión de tales intersticios se puede evitar, por ejemplo, o al menos limitar a una medida no crítica, configurando los componentes, entre los que aparece el intersticio, tan rígidos - y esto significa, en general, de pared tan gruesa - que tampoco con presiones muy altas aparecen tales intersticio, de manera que no se pone en peligro la funcionalidad del dispositivo de estanqueidad. Pero esto tiene el inconveniente de que para la configuración de pared gruesa se necesita claramente más material y de que la bomba tiene considerablemente más masa. Ambas cosas tienen más bien consecuencias desfavorables desde aspectos económicos.

Por lo tanto, se realizan esfuerzos para crear dispositivos de estanqueidad, que obturan de una manera fiable y eficiente también en el caso de presiones muy altas. En muchos dispositivos de estanqueidad está prevista una junta tórica, que se inserta típicamente en una ranura de una superficie de estanqueidad. En la solicitud de patente internacional (PCT) PCT/EP2012/071654 se propone, por ejemplo, un dispositivo de estanqueidad, en el que en uno de los componentes, entre los que debe realizarse la estanqueidad, está prevista una escotadura en forma de ranura, que está alineada de tal manera que en el caso de una impulsión con presión de la ranura, se ejerce una fuerza en dirección a la superficie de estanqueidad de este componente, que presiona esta superficie de estanqueidad contra la superficie de estanqueidad de su componente vecino. En este caso, la impulsión con presión de la ranura solamente puede provocar una deformación elástica o plástica de su pared, para evitar o reducir de esta manera la apertura inducida por presión de intersticios entre los componentes. En una de las dos superficies de estanqueidad que contactan entre sí está prevista una junta tórica que está constituida por un elastómero, que está dispuesta en una ranura prevista en esta superficie de estanqueidad. Esta junta tórica sirve para una obturación fiable entre las dos superficies de estanqueidad que contactan entre sí.

Especialmente en dispositivos de estanqueidad con juntas tóricas existe el peligro de la extrusión de la junta tórica. Con ello se entiende que la junta tórica se deforma bajo impulsión con presión de tal manera que una parte de ella es presionada en un intersticio que se abre bajo presión, lo que puede tener como consecuencia un daño de la junta tórica y, por lo tanto, una pérdida de la acción de estanqueidad.

Un dispositivo de estanqueidad del tipo indicado al principio para la obturación de una cámara de presión en una turbomáquina se muestra en el documento US 4 239 124 A y en el documento DE 696 21 545 T2.

Partiendo de este estado de la técnica, por lo tanto, un cometido de la invención es proponer un dispositivo de estanqueidad para la obturación de una cámara de presión en una bomba de alta presión, que trabaja todavía de manera fiable también a presiones muy altas y en el que se impide especialmente una extrusión del anillo de estanqueidad, especialmente de una junta tórica, en un intersticio que se abre bajo presión. Por lo demás, un cometido de la invención es proponer una bomba de alta presión con un dispositivo de estanqueidad de este tipo.

Los objetos de la invención que solucionan este cometido se caracterizan por las características de las reivindicaciones independientes de la patente de la categoría respectiva.

Por lo tanto, según la invención se propone un dispositivo de estanqueidad para la obturación de una cámara de presión en una bomba de alta presión, que se delimita por un primero y un segundo elementos de limitación, con un elemento de estanqueidad separado, que presenta una primera superficie de estanqueidad para la colaboración con el primer elemento de limitación así como una segunda superficie de estanqueidad para la colaboración con el

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segundo elemento de limitación, de manera que las dos superficies de estanqueidad están inclinadas una hacia la otra y presentan en cada caso una ranura para el alojamiento de un anillo de estanqueidad, y de manera que el elemento de estanqueidad está dispuesto y configurado de tal forma que en el caso de impulsión con presión, es desplazable, en general, a lo largo de uno de los elementos de limitación.

Por lo tanto, en este dispositivo de estanqueidad, todo el elemento de estanqueidad se puede desplazar, en el caso de impulsión con presión, a lo largo de uno de los elementos de limitación. De esta manera, se provoca que se cubra de una manera fiable un intersticio que se abre bajo presión entre los dos elementos de limitación también a través del desplazamiento del elemento de estanqueidad por el elemento de estanqueidad, de manera que se evita una extrusión de un anillo de estanqueidad en el intersticio que se abre. Esto garantiza una acción de estanqueidad eficiente también con presiones muy altas, por ejemplo, de hasta 1000 bares.

La previsión de un elemento de estanqueidad separado con las ranuras para el alojamiento de anillos de estanqueidad tiene, además, la ventaja de que para este elemento de estanqueidad se puede seleccionar un material diferente que, por ejemplo, el material, del que se fabrican los elementos de limitación. Por lo tanto, para el elemento de estanqueidad se puede seleccionar un material, cuyas propiedades mecánicas, como por ejemplo las propiedades elásticas, se pueden adaptar de una manera óptima bajo carga de presión.

Con preferencia, las dos superficies de estanqueidad del elemento de estanqueidad forman un ángulo esencialmente de 90°. Esta medida es especialmente ventajosa para la capacidad de desplazamiento del elemento de estanqueidad bajo carga de presión.

Una medida ventajosa es que está previsto un anillo de apoyo para el posicionamiento del elemento de estanqueidad, especialmente en el estado sin presión. De esta manera, se puede realizar que el elemento de estanqueidad tenga una posición de partida o bien una situación de salida definida, de manera que bajo carga de presión reacciona de la manera deseada.

En una configuración preferida, el anillo de apoyo se apoya en el estado sin presión en una superficie de apoyo del elemento de estanqueidad, de manera que la superficie de apoyo es diferente de las dos superficies de estanqueidad del elemento de estanqueidad. De esta manera, se garantiza que el elemento de estanqueidad pueda desplazarse, bajo carga de presión, sin impedimento a través del anillo de apoyo.

De acuerdo con un ejemplo de realización especialmente preferido, que ha dado buen resultado en la práctica, el elemento de estanqueidad presenta una sección transversal esencialmente en forma de L con un brazo largo, que forma la primera superficie de estanqueidad, y con un brazo corto, que forma la segunda superficie de estanqueidad.

Con preferencia, el elemento de estanqueidad está dispuesto desplazable a lo largo del segundo elemento de limitación. Esto es especialmente preferido en la configuración con la sección transversal esencialmente en forma de L. La superficie impulsada con presión del elemento de estanqueidad, formada por el brazo largo, es mayor que la superficie impulsada con presión formada por el brazo corto. De ello resulta a través de la presión una fuerza mayor sobre la primera superficie mencionada formada por el brazo largo, de manera que el elemento de estanqueidad se desplaza a través de esta fuerza mayor de una manera fiable a lo largo del segundo elemento de limitación, que colabora con la superficie de estanqueidad formada por el brazo más corto.

Es especialmente preferido que el elemento de estanqueidad esté dispuesto desplazable a lo largo del primero y del segundo elementos de limitación, puesto que de esta manera el elemento de estanqueidad puede seguir desplazamientos inducidos por presión o curvaturas tanto del primero como también del segundo elemento de limitación. De este modo se puede realizar en una bomba de alta presión una obturación fiable tanto en dirección radial como también en dirección axial.

Otra medida ventajosa consiste en que la primera superficie de estanqueidad está configurada cónica entre la ranura prevista en ella y su extremo dirigido hacia la segunda superficie de estanqueidad. Con ello se entiende que la primera superficie de estanqueidad está configurada biselada comenzando desde la ranura prevista en ella en dirección a la línea de contacto entre las dos superficies de estanqueidad. Esto tiene como consecuencia que la primera superficie de estanqueidad se aleja desde la ranura en la dirección de la línea de contacto cada vez más desde el primer elemento de limitación. A través de esta medida se asegura que aquel canto, que limita la ranura en la primera superficie de estanqueidad y está más cerca de la línea de contacto, en el caso de una impulsión con presión entra primero en contacto con la presión superficial máxima. Esta medida representa una seguridad adicional de que un anillo de estanqueidad, por ejemplo una junta tórica, insertada en la ranura experimenta una extrusión durante la impulsión con presión.

Por el mismo motivo, es ventajoso que la segunda superficie de estanqueidad esté configurada cónica entre la ranura prevista en ella y su extremo dirigido hacia la primera superficie de estanqueidad.

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En la práctica se ha probado que el ángulo del cono tiene en cada caso como máximo 2°, con preferencia como máximo 1°.

De acuerdo con un ejemplo de realización preferido, el dispositivo de estanqueidad está configurado como dispositivo de estanqueidad radial.

A través de la invención se propone, además, una bomba de alta presión con un dispositivo de estanqueidad de acuerdo con la invención. A través de este dispositivo de estanqueidad se puede accionar la bomba de alta presión de una manera segura y fiable también a presiones muy altas de por ejemplo hasta 1000 bares.

En una configuración preferida, la bomba de alta presión está provista con una tapa de bomba y con una carcasa de bomba, estando previsto el dispositivo de estanqueidad para la obturación entre la tapa de la bomba y la carcasa de la bomba.

De acuerdo con una aplicación preferida, la bomba de alta presión está configurada como bomba de varias fases.

En una configuración preferida de la bomba de alta presión, el dispositivo de estanqueidad está previsto para la obturación entre una cámara de presión y una cámara de presión intermedia.

Otra configuración preferida de la bomba de alta presión es que el dispositivo de estanqueidad está previsto para la obturación entre un elemento de separación y la carcasa de la bomba o entre la tapa de la bomba y la carcasa de la bomba.

Otras medidas y configuraciones ventajosas de la invención se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes.

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de ejemplos de realización y con la ayuda del dibujo. En el dibujo esquemático se muestra parcialmente en sección lo siguiente:

La figura 1 muestra una representación en sección de un ejemplo de realización de un dispositivo de estanqueidad de acuerdo con la invención.

La figura 2 muestra una representación esquemática de una primera variante para la disposición del elemento de estanqueidad.

La figura 3 muestra una representación esquemática de una segunda variante para la disposición del elemento de estanqueidad.

La figura 4 muestra una representación esquemática de una tercera variante para la disposición del elemento de estanqueidad.

La figura 5 muestra una representación esquemática de una cuarta variante para la disposición del elemento de estanqueidad, y

La figura 6 muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización de una bomba de alta presión de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra en una representación en sección esquemática un ejemplo de realización de un dispositivo de estanqueidad de acuerdo con la invención, que está designado, en general, con el signo de referencia 1 y sirve para la obturación de una cámara de presión 2 en una bomba de alta presión 100 (ver la figura 6). La cámara de presión 2 se limita por un primer elemento de limitación 3 y un segundo elemento de limitación 4. El dispositivo de estanqueidad 1 comprende, además, un elemento de estanqueidad 5 separado, que presenta una primera superficie de estanqueidad 51 para la colaboración con el primer elemento de limitación 3 así como una segunda superficie de estanqueidad 52 para la colaboración con el segundo elemento de limitación 4. Con el concepto "elemento de estanqueidad separado" se entiende en este caso que el elemento de estanqueidad 5 no es un componente integral, por ejemplo de uno de los elementos de limitación 3, 4, sino que está configurado como componente propio.

Como se puede reconocer claramente, la representación en la figura 1 muestra sólo una parte del dispositivo de estanqueidad 1, a saber, por ejemplo, la mitad superior. En una bomba de alta presión 100, el elemento de estanqueidad 5 está configurado, en general, simétrico rotatorio con respecto al árbol de la bomba, que se indica en la figura 1 por medio de un eje de giro A, alrededor del cual giran las partes rotatorias de la bomba en el estado de funcionamiento. Es decir, que el elemento de estanqueidad 5 está configurado normalmente en forma de anillo. Por lo tanto, en la figura 1 se representa sólo una sección transversal a través del elemento de estanqueidad 5 en forma de anillo. También la cámara de presión 2 está configurada normalmente como espacio anular, que rodea el árbol de

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la bomba.

En cada una de las dos superficies de estanqueidad 51, 52 del elemento de estanqueidad 5 está prevista una ranura, a saber, una primera ranura 53 y una segunda ranura 54, que sirven, respectivamente, para el alojamiento de un anillo de estanqueidad 55, que está configurado, por ejemplo, como junta tórica. Los anillos de estanqueidad 55 sirven de manera conocida en sí para la obturación entre la superficie de estanqueidad 51 o bien 52 y el elemento de limitación 4 ó 4 que colabora con ésta y están fabricados, por ejemplo, de un material elastómero.

Se entiende que los anillos de estanqueidad pueden ser también otros medios de estanqueidad conocidos en sí, por ejemplo anillos metálicos o discos anulares o medios de estanqueidad de un plástico como PTFE o PEEK.

Como muestra esto la figura 1, las dos superficies de estanqueidad 51, 52 del elemento de estanqueidad 5 están inclinadas entre sí a lo largo de una línea de contacto 56. De manera especial, en este ejemplo de realización, las dos superficies de estanqueidad 51, 52 forman un ángulo esencialmente de 90°. El elemento de estanqueidad 5 según la figura 1 presenta una sección transversal esencialmente en forma de L con un brazo largo 57, que forma la primera superficie de estanqueidad 6 y colabora con el primer elemento de limitación 3, y con un brazo corto 58, que forma la segunda superficie de estanqueidad 52 y colabora con el segundo elemento de limitación 4.

De acuerdo con la invención, el elemento de estanqueidad 5 está dispuesto y configurado de tal forma que en el caso de una impulsión con presión es desplazable, en general, al menos a lo largo de uno de los elementos de limitación 3, 4. Esto se explica a continuación con la ayuda de la figura 1.

En el estado sin presión, es decir, cuando en la cámara de presión 2 no predomina ninguna sobrepresión con relación a su entorno, el primer elemento de limitación 3 descansa sobre la superficie límite 43 del segundo elemento de limitación 4. Esto se puede realizar en una bomba, por ejemplo, porque el componente, que forma el primer elemento de limitación 3, está atornillado fijamente con aquel componente, que forma el segundo elemento de limitación 4. Cuando ahora en la cámara de presión 2 se genera una presión cada vez más alta, a través de deformaciones inducidas por la presión, por ejemplo arqueos, del primero o del segundo elemento de limitación 3 ó 4 puede suceder que entre los elementos de limitación 3, 4 se abra un intersticio 6. Este estado se representa en la figura 1. Puesto que la presión en la cámara de presión 3 impulsa también el elemento de estanqueidad 5 y éste es desplazable, en general, a lo largo del segundo elemento de limitación 4, todo el elemento de estanqueidad 5 se mueve de acuerdo con la representación hacia arriba y cierra de esta manera el intersticio 6 frente a la cámara de presión 2, de manera que no se puede escapar ningún fluido desde la cámara de presión 2 a través del intersticio 6, sino que se mantiene la acción de estanqueidad también a presiones muy altas.

En el caso de que el segundo elemento de limitación 4 se desplace bajo la acción de la presión en la cámara de presión 2 con relación al primer elemento de limitación 3 a lo largo de la superficie límite 43, por ejemplo según la representación en la figura 1 hacia la izquierda, el elemento de estanqueidad 5 puede seguir este movimiento, a saber, desplazándose el elemento de estanqueidad 5, en general, a lo largo del primer elemento de limitación 3. Durante este desplazamiento se dilata el elemento de estanqueidad 5 esencialmente en forma de anillo.

Con respecto al eje de giro A, el elemento de estanqueidad 5 se puede desplazar, en general, tanto en dirección radial - es decir, de acuerdo con la representación en la figura 1 hacia arriba (o hacia abajo) - como también en dirección axial - es decir, de acuerdo con la representación en la figura 1 hacia la derecha (o hacia la izquierda). El desplazamiento en dirección axial implica entonces evidentemente un ensanchamiento del elemento de estanqueidad 5 esencialmente en forma de anillo.

A través de esta capacidad de desplazamiento tanto en dirección axial como también en dirección radial, no sólo se cierran los intersticio 6 entre los elementos de limitación 3 y 4, sino que, además, se evita de una manea más ventajosa que entre la primera superficie de estanqueidad 51 y el primer elemento de limitación 3 o entre la segunda superficie de estanqueidad 52 y el segundo elemento de limitación 5 se abra o se forme un intersticio en el caso de presión.

A través de esta capacidad de desplazamiento del elemento de estanqueidad 5 se garantiza también que en el caso de presiones muy altas en la cámara de presión de por ejemplo hasta 1000 bares una estanqueidad fiable de la cámara de presión 2.

En particular, la capacidad de desplazamiento radial del elemento de estanqueidad 5 garantiza que el intersticio 6, que se abre bajo presión, entre los dos elementos de limitación 3 y 4, se cierre de una manera fiable a través del elemento de estanquidad 5. A través del cierre del intersticio 6 por medio del elemento de estanqueidad 5 se impide de una manera eficiente una extrusión de los anillos de estanqueidad 55, en particular de las juntas tóricas 55, en el intersticio 6.

En el caso de una impulsión de la presión del elemento de estanqueidad 5, se combina su capacidad de

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desplazamiento, en general, con una deformación del elemento de estanqueidad 5, es decir, que además o durante el desplazamiento del elemento de estanqueidad 5, éste se puede también deformar. Esta deformación es con preferencia una deformación elástica, es decir, una deformación, que es reversible totalmente en el caso de descarga de la presión . Puesto que el elemento de estanqueidad 5 está configurado como componente separado, es decir, por ejemplo, que no es componente integral de uno de los elementos de limitación 3, 4, tiene la máxima libertad posible con respecto a la selección del material para el elemento de estanqueidad 5. De esta manera, para el elemento de estanqueidad 5 se puede seleccionar un material, que es óptico, con respecto a sus propiedades elásticas, para el caso de aplicación respectivo. Como material especialmente preferido para el elemento de estanqueidad 5 se ha probado titanio.

Para realizar una protección todavía más elevada de los anillos de estanqueidad 55 o bien de las juntas tóricas 55 contra extrusión, son ventajosas las medidas descritas a continuación.

La primera superficie de estanqueidad 51 está configurada cónica entre la primera ranura 53 y la línea de contacto 56, en la que se unen las dos superficies de estanqueidad 51, 52 entre sí y, en concreto, de tal manera que en el estado sin presión la distancia entre la primera superficie de estanqueidad 51 y el primer elemento de limitación 3 en aquel canto de limitación de la primera ranura 53, que está más próxima de la línea de contacto 56 (en la figura 1 el canto de limitación izquierdo de acuerdo con la representación) es mínimo y se incrementa entonces en la dirección de la línea de contacto 56. Este biselado de la primera superficie de estanqueidad 51 se representa en la figura 1 y el ángulo correspondiente del cono se designa con p. A través de esta medida se garantiza que del brazo largo 57, en el caso de una impulsión con presión del elemento de estanqueidad 5, entre en contacto en primer lugar este canto de limitación izquierdo según la representación de la primera ranura 53 o bien la zona en este canto de limitación con el primer elemento de limitación 3 y que allí también (con respecto a la primera superficie de estanqueidad 51) predomine la máxima presión superficial. De esta manera se puede evitar todavía mejor que se produzca una extrusión del anillo de estanqueidad 55 desde la primera ranura 53 entre la primera superficie de estanqueidad 51 y el primer elemento de limitación 3.

Con preferencia, también la segunda superficie de estanqueidad 52 está configurada cónica entre la segunda ranura 54 y la línea de contacto 56, en la que se unen las dos superficies de estanqueidad 51, 52 entre sí y, en concreto, de tal manera que en el estado sin presión, la distancia entre la segunda superficie de estanqueidad 52 y el segundo elemento de limitación 4 en aquel canto de limitación de la segunda ranura 54, que está más próxima a la línea de contacto 56 (en la figura 1 el canto de limitación superior según la representación) es mínima y se incrementa entonces en la dirección de la línea de contacto 56. Este biselado de la segunda superficie de estanqueidad 52 se representa en la figura 1 y el ángulo correspondiente del cono se designa con p. A través de esta medida se garantiza que del brazo corto 58, en el caso de una impulsión con presión del elemento de estanqueidad 5 entre en contacto primero este canto de limitación superior según la representación de la segunda ranura 54 o bien la zona en este canto de limitación con el segundo elemento de limitación 4 y que predomine allí también (con respecto a la segunda superficie de estanqueidad 52) la máxima presión superficial. De esta manera, se puede evitar todavía mejor que se produzca una extrusión del anillo de estanqueidad 55 desde la segunda ranura 54 entre la segunda superficie de estanqueidad 52 y el segundo elemento de limitación 4.

Otra medida ventajosa opcional es cuando el brazo largo 57 o el brazo corto 58 o con preferencia ambos brazos 57, 58 están configurados y rebajados en la zona entre la primera ranura y la segunda ranura 53, 54, respectivamente, y el extremo que está alejado de la línea de contacto 56 en cada caso de forma cilíndrica (es decir, no cónica o bien no inclinada). En la figura 1, se puede reconocer esto en que estas zonas se extienden en cada caso paralelas al primero o bien al segundo elemento de limitación 3, 4 y presenta una distancia mayor desde el primero o bien desde el segundo elemento de limitación 3, 4 que el canto de limitación respectivo de la primera o bien de la segunda ranura 53, 54, que está más próxima a la línea de contacto 56. También a través de esta medida se apoya la acción con la que la presión superficial máxima respectiva de la primera o bien de la segunda superficie de estanqueidad 51, 52 aparece en la zona de aquel canto de limitación de la primera o bien de la segunda ranura 53, 54, que está más cerca de la línea de contacto 56.

Los dos ángulos a y p del cono respectivo de la primera o bien de la segunda superficie de estanqueidad 51, 52 pueden ser iguales o diferentes. En la práctica, se ha mostrado que a y p son en cada caso como máximo 2° y con preferencia como máximo 1°. En particular, han dado buen resultado para a y p también valores entre 0,1° y 0,2°.

Se entiende que a través del dispositivo de estanqueidad 1 no sólo se pueden provocar intersticios inducidos por la presión, sino también intersticios inducidos según el sentido de la misma manera también térmicamente, como por ejemplo a través de diferentes coeficientes de dilatación térmica de componentes adyacentes entre sí, a través del desplazamiento del elemento de estanqueidad.

Además de la sección transversal en forma de L descrita aquí del elemento de estanqueidad 5, también son posibles naturalmente otras geometrías para la sección transversal del elemento de estanqueidad, por ejemplo los dos brazos 57 y 58 pueden tener la misma longitud, de manera que el área de la sección transversal es un perfil de ángulo isósceles, o pueden estar previstos redondeos.

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En la descripción siguiente de diferentes variantes para la disposición del elemento de estanqueidad 5 así como de un ejemplo de realización de una bomba de alta presión, las partes iguales o equivalentes en cuanto a la función están designadas con los mismos signos de referencia que en la figura 1 y tienen el significado explicado con relación a la figura 1. Por razones de mayor claridad, en las figuras 2 a 6 se ha prescindido de la representación de diferentes detalles. Así, por ejemplo, no se representan los anillos de estanqueidad 55 previstos en las ranuras 53 y 54, que están configurados como juntas tóricas. Tampoco se representa la configuración cónica, descrita con relación a la figura 1, de las superficies de estanqueidad 51, 52 en las figuras 2 a 6. Pero se entiende que todas las medidas, que han sido descritas con relación a la figura 1, como por ejemplo al receso y la configuración cilíndrica de las superficies de estanqueidad 51, 52 en la zona entre la primera y la segunda ranura 53, 54, respectivamente, y su extremo alejado de la línea de contacto 56, se pueden realizar según el sentido de la misma maneta también que en las configuraciones representadas en las figuras 2 a 6 en cada caso individualmente o en combinación discrecional entre sí. A la inversa, las explicaciones realizadas con relación a las figuras 2 a 6 se aplica según el sentido de la misma manera también para la forma de realización según la figura 1 y para las otras formas de realización respectivas de las figuras 2 a 6.

En la figura 2, se representa una primera variante para la disposición del elemento de estanqueidad 5. En particular, ésta es una disposición para la obturación radial, como se puede utilizar en una bomba de varias fases. En el caso de bombas de varias fases, en particular en aquéllas con una llamada disposición adosada (ver también la figura 6) existe entre la presión en la entrada de la bomba, por ejemplo presión atmosférica, y la máxima presión en la cámara de presión 2, que está conectada normalmente con la salida de la bomba, al menos una presión intermedia, que está en el caso de una disposición adosada típicamente en el centro entre la presión en la entrada y la presión máxima en la cámara de presión 2 aproximadamente en 100' bares y la presión intermedia puede estar en 500 bares. En la figura 2, además de la cámara de presión 2 están previstas con cámaras de presión intermedias 7 y 8, en las que la presión del fluido a transportar es en cada caso aproximadamente la mitad que en la cámara de presión 2. En la variante mostrada en la figura 2, el primer elemento de limitación 3 está configurado como carcasa de bomba 3 y el segundo elemento de limitación 4 sirve para la separación entre las dos cámaras de presión intermedia 7, 8 así como para la separación respectiva de cada una de las cámaras de presión intermedia 7, 8 de la cámara de presión 2. Están previstos dos elementos de estanqueidad 5, que son en cada caso parte de un dispositivo de estanqueidad radial y uno de cuyos elementos de estanqueidad 5 sirve para la obturación entre la cámara de presión 2 y la cámara de presión intermedia 7 y el otro elemento de estanqueidad sirve para la obturación entre la cámara de presión 2 y la cámara de presión intermedia 8. Adicionalmente a los componentes descritos en la figura 1, en estos dispositivos de estanqueidad está previsto en cada caso todavía un anillo de apoyo 9, cuya función es el posicionamiento del elemento de estanqueidad 4 respectivo en el estado sin presión. El anillo de apoyo 9 puede estar configurado, por ejemplo, como anillo dividido, es decir, que puede estar constituido por dos o más segmentos, que son insertados, por ejemplo, en la cámara de presión 2 y son atornillados en su pared. En este caso, el anillo de apoyo 9 está atornillado o bien fijado con juego con respecto al elemento de estanqueidad 5, puesto que el anillo de apoyo 9 sólo tiene que posicionar el elemento de estanqueidad 5, pero no tiene que enclavarlo o impedir o perjudicar la capacidad de desplazamiento del elemento de estanqueidad 5 de una manera no deseada. Al anillo de apoyo 9 no le corresponde ninguna función de estanqueidad, sólo tiene que garantizar que el elemento de estanqueidad 5 se encuentre en el estado sin presión en una posición definida.

En la configuración mostrada aquí, el anillo de apoyo 9 tiene en cada caso una sección transversal esencialmente en forma de L. Con uno de los brazos de la L, el anillo de apoyo se apoya en la pared interior de la cámara de presión 2, el otro brazo forma la superficie, que apoya el elemento de estanqueidad 5 en el estado sin presión. La superficie de apoyo del elemento de estanqueidad 5, que se apoya en el estado sin presión en el anillo de apoyo, es aquí, respectivamente, el lado frontal del brazo largo 57 del elemento de estanqueidad 5.

Si se impulsa ahora la cámara de presión 2 con presión. entonces se puede producir un arqueo u otra dilatación de la carcasa de la bomba 3, con lo que se puede abrir un intersticio entre la carcasa de la bomba 3 y el segundo elemento de limitación. Este intersticio se cierra de una manera efectiva - como se explica con relación a la figura 1 - a través del desplazamiento de los elementos de estanqueidad 5.

Se entiende que también en este ejemplo de realización representado en la figura 1 así como en las formas de realización según las figuras 3 a 6 puede estar previsto según el sentido de la misma manera un anillo de apoyo 9.

En la figura 3 se representa una segunda variante para la disposición del elemento de estanqueidad 5. En esta variante, el elemento de estanqueidad 5 sirve para la obturación entre la carcasa de la bomba, que representa aquí el primer elemento de limitación 3, y una tapa de la bomba, que representa aquí el segundo elemento de limitación 4. Típicamente, la tapa de la bomba 4 está atornillada fijamente con varios tornillos 41 en la carcasa de la bomba 3, solamente uno de los cuales se representa en la figura 3. Típicamente, fuera de la carcasa de la bomba 3 predomina presión atmosférica, mientras que en la cámara de presión 2 predomina una presión más elevada. Con presiones muy altas en la cámara de presión 2 se arquea la tapa de la bomba 4, con lo que se abre un intersticio entre la carcasa de la bomba 3 y la tapa de la bomba 4. Puesto que el elemento de estanqueidad 5 se puede mover en

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dirección axial - es decir, en la dirección del eje de giro A -, el elemento de estanqueidad se desplaza hacia la derecha bajo la impulsión con presión de acuerdo con la representación y cierra de esta manera de una forma fable el intersticio entre la tapa de la bomba 4 y la carcasa de la bomba 3. Adicionalmente, la carcasa de la bomba 3 se puede dilatar también, es decir, por decirlo así se puede inflar. El elemento de estanqueidad 5 puede seguir también este movimiento, porque es desplazable también con relación a la dirección radial. Este desplazamiento con respecto a la dirección radial implica, en general, un ensanchamiento del elemento de estanqueidad 5, puesto que en el caso de una dilatación de la carcasa de la bomba 3 en dirección radial se incrementa también su diámetro interior.

El concepto de que el elemento de estanqueidad está "dispuesto desplazable" debe entenderse, por lo tanto, en el marco de esta solicitud en el sentido de que con ello se entiende o bien está comprendido también un ensanchamiento o bien una dilatación de un elemento de estanqueidad en forma de anillo.

En la tercera variante representada en la figura 4, el elemento de estanqueidad 5 sirve para obturar la cámara de presión 2 de una bomba frente a una cámara de presión intermedia 7. En la cámara de presión 2 predomina la presión máxima, por ejemplo 1000 bares, y en la cámara de presión intermedia 7 predomina cualquier presión intermedia, que está entre la presión atmosférica o bien la presión ambiental y la presión en la cámara de presión 2, por ejemplo la presión inter media es la mitad que la presión en la cámara de presión 2. En esta variante, la carcasa de la bomba forma el primer elemento de limitación. El segundo elemento de limitación 4 es un componente, por ejemplo un elemento de separación 4, que delimita la cámara de presión intermedia 7 desde la cámara de presión 2.

La cuarta variante representada en la figura 5 para la disposición de elementos de estanqueidad 5 es similar a la representada en la figura 2. Esta disposición es especialmente apropiada para bombas de varias fases en disposiciones adosadas. En estas bomba existen dos bloques esencialmente idénticos, cada uno de los cuales puede contener varias fases de la bomba. Estos dos bloques están dispuestos en simetría de espejo entre sí - es decir, dorso a dorso -, de manera que la cámara de presión 2, en la que predomina la presión máxima y está conectada con la salida de la bomba, está dispuesta normalmente como cámara anular en el centro de la bomba. En esta variante, están previstos dos elementos de estanqueidad 5. El primer elemento de limitación 3 se forma por la carcasa de la bomba 3, mientras que el segundo elemento de limitación 4 es, como elemento de separación, la pared de separación entre los dos bloques dispuestos adosados. A uno de los bloques pertenece la cámara de presión intermedia 7, al otro bloque pertenece la cámara de presión intermedia 8. Fuera de la carcasa de la bomba 3 predomina la presión atmosférica o presión ambiental y en las dos cámaras de presión intermedia 7 y 8 predomina esencialmente la misma presión, que es típicamente en cada caso la mitad que la presión en la cámara de presión 2.

En la figura 6 se representa de forma esquemática y en la sección un ejemplo de realización de la bomba de alta presión de acuerdo con la invención, que se designa, en general, con el signo de referencia 100. En la bomba de alta presión 100 se trata de una bomba de alta presión de varias fases - aquí de cuatro fases - con disposición adosada, que está configurada como bomba rotatoria radial. La bomba de alta presión 100 tiene una carcasa de bomba 103, una tapa de bomba 112 para cerrar la carcasa de la bomba 103, una entrada 110, a través de la cual el fluido a transportar, por ejemplo un líquido como agua o petróleo, llega a la bomba de alta presión 100 y tiene una salida 111, a través de la cual el fluido que está entonces bajo presión abandona la bomba de alta presión 100. Para el accionamiento de la bomba de alta presión 100 está previsto un árbol de la bomba 113, que gira en el estado de funcionamiento alrededor del eje de giro A y es accionado por una unidad de accionamiento no representada.

La bomba de alta presión 100 tiene cuatro fases configuradas esencialmente iguales, a saber, una primera fase 114, una segunda fase 115, una tercera fase 116 y una cuarta fase 117. Cada una de estas fases 114-117 tiene, respectivamente, un rodete 120. Cada rodete 120 está conectado fijo contra giro con el árbol de la bomba 113. La primera y la segunda fases 114, 115 pertenecen a un primer bloque 130. La tercera y la cuarta fases 116, 117 pertenecen a un segundo bloque 140. Los dos bloques 130, 140 están separados uno del otro a través de un elemento de separación 104, que está fijado con respecto a la carcasa de la bomba 103. Los dos bloques 130, 140 configurados esencialmente iguales están dispuestos en simetría de espejo, es decir, adosados, por lo que esta estructura se designa también como disposición adosada.

La curva de la circulación del fluido a través de la bomba de alta presión 100 se representa en la figura 6 por medio de flechas, solamente la primera de las cuales en la entrada 110 se designa con el signo de referencia 150. El fluido circula desde la entrada 110 en dirección axial hacia el rodete 120 de la primera fase 114 y se conduce desde su salida en dirección axial hacia el rodete de la segunda fase 115. Desde la salida de la segunda fase 115, que forma al mismo tiempo también la salida del primer bloque 130, se conduce el fluido a través de una conexión de circulación 160, que está prevista en el elemento de separación 104, a una cámara de presión intermedia 108 del segundo bloque 140, a través del cual llega el fluido a la entrada de la tercera fase 116. Desde la salida de la tercera fase 116 se conduce el fluido en dirección axial hacia la entrada de la cuarta fase 117, que transporta el fluido finalmente a la alta presión, con la que está disponible en la salida 111 de la bomba de alta presión 100. Desde la salida de la cuarta fase 117 una conexión de circulación a alta presión 170 conduce hacia la cámara de presión 102,

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que está conectada con la salida 111 de la bomba de alta presión 100. La cámara de presión 102 está configurada esencialmente como espacio anular, que se extiende radialmente hacia fuera alrededor del elemento de separación 104.

También en el primer bloque 130 está prevista una cámara de presión intermedia 107, que está configurada esencialmente como espacio anular y está dispuesta en el interior en la carcasa de la bomba 103. Esta cámara de presión intermedia 107 está conectada a través de una conexión de la circulación no representada en la figura 6 con la salida de la segunda fase 115, de manera que en ambas cámaras de presión intermedia 107 y 108 predomina la misma presión, que corresponde en virtud de la configuración esencialmente igual de las cuatro fases 114-117, aproximadamente a la mitad de la presión en la cámara de presión 2.

Como se ilustra por medio de las flechas en la figura 6, el fluido circula, con respecto a la dirección axial, a través del segundo bloque 140 en dirección inversa que a través del primer bloque 130. De acuerdo con la representación, el primer bloque 130 es atravesado por la corriente desde la derecha hacia la izquierda, mientras que el segundo bloque es atravesado por la corriente desde la izquierda hacia la derecha.

El elemento de separación 104 delimita, por una parte, en la cámara de presión 102, en la que actúa la presión máxima y, por otra parte, en las dos cámaras de presión intermedia 107y 108, en las que actúa aproximadamente la mitad de la presión que en la cámara 2. Esto corresponde, en principio, a la configuración representada en la figura 2. Para la obturación de la cámara de presión 102 frente a las cámaras de presión intermedia 107 y 108 está previsto en cada caso un elemento de estanqueidad 5, que forma con los elementos de limitación vecinos una configuración del dispositivo de estanqueidad 1 de acuerdo con la invención. En la figura 6, la carcasa de la bomba 103 forma el primer elemento de limitación 3 y el elemento de separación forma el segundo elemento de limitación 4. Esta disposición de estanqueidad 1 es adecuada para presiones muy altas. Así, por ejemplo, la presión en la cámara de presión 102 puede ser, por ejemplo, 1000 bares. Entonces la presión en las cámaras de presión intermedia 107 y 108 es, respectivamente, 500 bares aproximadamente.

Se entiende que el dispositivo de estanqueidad 1 de acuerdo con la invención se puede utilizar también en otros lugares de una bomba de alta presión. En el ejemplo de realización representado en la figura 6, por ejemplo, también en el límite entre la tapa de la bomba 112 y la carcasa de la bomba 113 puede estar previsto un elemento de estanqueidad 5.

Claims (15)

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   REIVINDICACIONES

   1. - Dispositivo de estanqueidad para la obturación de una cámara de presión (2) en una bomba de alta presión, que se delimita por un primero y un segundo elementos de limitación (3, 4), con un elemento de estanqueidad (5) separado, que presenta una primera superficie de estanqueidad (51) para la colaboración con el primer elemento de limitación (3) así como una segunda superficie de estanqueidad (52) para la colaboración con el segundo elemento de limitación (4), de manera que las dos superficies de estanqueidad (51, 52) están inclinadas una hacia la otra y de manera que el elemento de estanqueidad (5) está dispuesto y configurado de tal forma que en el caso de impulsión con presión, es desplazable, en general, a lo largo de uno de los elementos de limitación (3, 4), caracterizado porque las dos superficies de estanqueidad (51, 52) presentan, respectivamente, una ranura (53, 54) para el alojamiento de un anillo de estanqueidad (55).
2. 2. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las dos superficies de estanqueidad (51, 52) del elemento de estanqueidad (5) forman un ángulo esencialmente de 90°.
3. 3. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que está previsto un anillo de apoyo (9) para el posicionamiento del elemento de estanqueidad (5) especialmente en el estado sin presión.
4. 4. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el anillo de apoyo (9) se apoya en el estado sin presión en una superficie de apoyo del elemento de estanqueidad (5), en el que la superficie de apoyo es diferente de las dos superficies de estanqueidad (51, 52) del elemento de estanqueidad (5).
5. 5. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de estanqueidad (5) presenta una sección transversal esencialmente en forma de L con un brazo largo (57), que forma la primera superficie de estanqueidad (51), y con un brazo corto (58), que forma la segunda superficie de estanqueidad (52).
6. 6. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de estanqueidad (5) está dispuesto de forma desplazable a lo largo del primero y del segundo elementos de limitación (3, 4).
7. 7. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera superficie de estanqueidad (51) está configurada cónica entre la ranura (53) prevista en ella y su extremo dirigido hacia la segunda superficie de estanqueidad (52).
8. 8. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda superficie de estanqueidad (52) está configurada cónica entre la ranura (54) prevista en ella y su extremo dirigido hacia la primera superficie de estanqueidad (51).
9. 9. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que el ángulo del cono (a, P) es en cada caso como máximo 2°, con preferencia como máximo 1°.
10. 10. - Dispositivo de estanqueidad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores configurado como dispositivo de estanqueidad radial.
11. 11. - Bomba de alta presión con un dispositivo de estanqueidad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
12. 12. - Bomba de alta presión de acuerdo con la reivindicación 11 con una tapa de bomba (4) y una carcasa de bomba (3), en la que el dispositivo de estanqueidad (1) está previsto el dispositivo de estanqueidad (1) para la estanqueidad entre la tapa de la bomba y la carcasa de la bomba.
13. 13. - Bomba de alta presión de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, configurada como bomba de fases múltiples.
14. 14. - Bomba de alta presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 13, en la que el dispositivo de estanqueidad (1) está previsto para la obturación entre una cámara de trabajo (102) y una cámara de presión intermedia (107, 108).
15. 15. - Bomba de alta presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 14, en la que el dispositivo de estanqueidad (5) está previsto para la obturación entre el elemento de separación (104) y la carcasa de la bomba (103) o entre la tapa de la bomba (112) y la carcasa de la bomba (103).