ES2695751T3 - Método y aparato para sellar un sistema de fluido de presión ultraalta - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de sellado (21) para un sistema de fluido de presión ultraalta (10), que comprende: una junta (22) que tiene un primer extremo (33) y un ánima (23) a través de la cual se mueve en vaivén un pistón (12); un cilindro (11); un cojinete (24) que tiene un ánima a través de la cual el pistón (12) se mueve en vaivén y que está posicionado al lado del primer extremo (33) de la junta (22), y un porta juntas (26) posicionado al lado de la junta (22) en el que el primer extremo (33) de la junta (22) está soportado a través de su ancho tanto por el portajuntas (26) como por el cojinete (24) y en el que el primer extremo (33) de la junta (22) está posicionado aguas abajo de un punto central (35) de un área de sellado tangencial (32) del portajuntas (26), en el que aguas abajo se encuentra la dirección de la carrera de presión del pistón (12) sobre el cual la carrera de presión del pistón (12) presuriza fluido, y en el que el cilindro (11) está posicionado al lado del portajuntas (26) y asentado contra el portajuntas (26) para formar una junta estática a lo largo del área de sellado tangencial, caracterizado por que una boca estrechada plana del cilindro (11) está en contacto comprimido con el área de sellado tangencial (32), que está curvada convexamente, o un perfil de sección transversal lineal cónico del portajuntas que se conjuga contra un perfil en sección transversal curvado convexo del cilindro para formar una junta circular.
Description
DESCRIPCION
Metodo y aparato para sellar un sistema de fluido de presion ultraalta
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a sistemas de fluido de presion ultraalta y, en particular, a metodos y conjuntos para sellar sistemas de presion ultraalta, tales como bombas de presion ultraalta.
Descripcion de la tecnica relacionada
Las bombas de alta presion aspiran un volumen de fluido hasta la bomba durante una carrera de admision de un piston, y durante una carrera de presion del piston presurizan el volumen de fluido hasta una presion deseada, hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi). El fluido presurizado fluye a traves de un cuerpo de valvula de retencion hasta una valvula de retencion de salida. Si la presion del fluido es mayor que una fuerza de solicitacion proporcionada por un fluido de alta presion en un area de salida que actua sobre un extremo aguas abajo de la valvula de retencion de salida, el fluido de alta presion supera la fuerza de solicitacion y atraviesa la valvula de retencion de salida hacia el area de salida. Tlpicamente, una bomba tiene multiples cilindros y el fluido presurizado del area de salida de cada bomba es recogido en un acumulador. El fluido de alta presion recogido de esta manera se usa despues selectivamente para realizar una funcion deseada, tal como cortar o limpiar. Tales bombas son fabricadas, por ejemplo, por la cesionaria de la presente invencion, Flow International Corporation of Kent, Washington.
La solicitante cree que serla deseable en muchas situaciones operar tales bombas a presiones mayores que las que puedan lograrse fiablemente en el momento actual. Por ejemplo, cuando diversos componentes de la bomba, tales como juntas dinamicas, son sometidos a altas presiones, de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi), las juntas tienen una vida de fatiga relativamente corta, fallando a intervalos indeseablemente cortos y provocando paradas de la maquina y productividad perdida.
Mas particularmente, cuando el piston se mueve en vaiven dentro de un anima del cilindro de la bomba, el piston atraviesa una junta dinamica que impide que el fluido presurizado del cilindro fluya mas alla del piston hacia el interior de la bomba.
Una de tales juntas dinamicas se muestra en la patente norteamericana numero 6.086.070, que ha sido cedida a la cesionaria de la presente solicitud, Flow International Corporation. La junta dinamica de la patente norteamericana numero 6.086.070 incluye un portajuntas 12 que funciona como un anillo de respaldo de la junta 18. El portajuntas incluye ademas un cojinete de guiado anular posicionado en una acanaladura anular del portajuntas, estando el cojinete de guiado axialmente separado de la junta. Un diametro interior del portajuntas en la region entre la junta y el cojinete de guiado es mayor que un diametro interior del cojinete de guiado, de tal manera que existe un pequeno hueco entre el portajuntas y el piston. Aunque tal disposicion funciona bien a presiones muy altas, de hasta y mas alla de 275,8 MPa (40.000 psi), la junta tiende a extruirse a traves del hueco entre el portajuntas y el piston cuando se expone tal junta dinamica a presiones de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi).
En aun otra junta dinamica actualmente existente, mostrada en la figura 1, un piston se mueve en vaiven a traves de una junta dinamica que tiene una junta de plastico, un anillo torico y una junta de anilla metalica que estan soportados por un anillo de respaldo fabricado de un material de cojinete, tal como aluminio-bronce. El cilindro se aprieta a lo largo de su superficie plana con el anillo de respaldo al apretar unos tirantes, tal como se conoce en la tecnica. A presiones muy altas, por ejemplo, de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi), el hueco entre el anillo de respaldo y el piston no se cierra uniformemente bajo presion y, de nuevo, la junta se extruye a traves de cualquier hueco disponible provocando el fallo de la junta dinamica. Dada la muy corta vida de los componentes, se requiere un reemplazo frecuente de componentes, dando como resultado paradas de la maquina, productividad perdida y posibles danos a la bomba. No solo se deben tales fallos a la extrusion de la junta, sino que tambien el fallo puede ser el resultado del hendido de la junta de plastico y del fallo prematuro del anillo torico y la anilla de junta causado por el movimiento relativo entre los componentes de alta presion.
Se revela tecnica anterior relacionada adicional en los documentos WO 98/46881 A, GB 2002726 A, US 5.493.954 A y US 5.007.276 A.
Por tanto, existe una necesidad de una junta dinamica mejorada que pueda soportar presiones por encima de 275,8 MPa (40.000 psi) y, mas particularmente, presiones de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi). La presente invencion satisface esta necesidad.
El documento WO 98/46881 revela una junta de piston o material de empaquetadura que esta situado adyacente a un manguito y una porcion frontal del casquillo. El manguito asegurado es sencillamente un anillo de separacion cillndrico que separa la parte frontal del casquillo de la pared del cilindro para impedir la captura del casquillo. El
manguito no incluye un area de sellado tangencial y, por tanto, la junta de piston o material de empaquetadura no esta posicionado aguas debajo de un area de sellado tangencial. El documento GB2022726 revela una junta de tres piezas que esta encajada en un rebajo formado en la primera de dos estructuras cillndricas conjugadas, tales como un piston y un cilindro, en un aparato hidraulico e incluye un anillo de cojinete de plastico resistente al desgaste que tiene una primera superficie cillndrica para hacer contacto con la segunda estructura cillndrica. El rebajo de recepcion de junta puede estar en un cilindro o en un piston.
BREVE SUMARIO DE LA INVENCION
La presente invencion proporciona una junta dinamica mejorada para uso en un sistema de fluido de presion ultraalta, tal como una bomba de fluido de presion ultraalta, por ejemplo, los fabricados por Flow International Corporation. La junta dinamica mejorada proporcionada segun la presente invencion puede soportar presiones por encima de 275,8 MPa (40.000 psi) y, mas preferiblemente, presiones de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi). Por tanto, la presente invencion permite que las bombas funcionen fiablemente a presiones que anteriormente eran inalcanzables, dando como resultado una productividad y eficiencia aumentadas.
En una primera realizacion, un sistema de fluido de presion ultraalta proporcionado segun la reivindicacion 1 tiene una junta dinamica a traves de la cual se mueve en vaiven un piston, impidiendo la junta dinamica que el fluido presurizado fluya mas alla del piston. El conjunto de sellado dinamico incluye una junta de plastico que tiene un anima a traves de la cual el piston se mueve en vaiven, y un cojinete posicionado al lado de la junta, que tambien tiene un anima a traves del cual el piston se mueve en vaiven. Un portajuntas rodea la circunferencia del cojinete y esta sometido a una fuerza compresiva que es lo suficientemente alta como para aplastar circunferencialmente el portajuntas en una direccion radial contra el cojinete. Este aplastamiento del portajuntas contra el cojinete hace que una superficie interior del anima a traves del cojinete logre un contacto circunferencial sustancialmente uniforme con una superficie exterior del piston cuando el conjunto es sometido a cargas durante el ensamblaje, eliminando as! los huecos que aparecen en sistemas de la tecnica anterior. Eliminando cualquier hueco entre el portajuntas y el cojinete, y entre el cojinete y el piston, la presente invencion elimina cualquier ruta a traves de la cual la junta podrla extruirse en caso contrario, particularmente cuando se la somete a presiones altas de hasta y mas alla de 275,8 MPa (40.000 psi) y, mas particularmente, de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi).
La fuerza compresiva sobre el portajuntas se logra apretando tirantes del sistema que cargan un cilindro posicionado al lado de la junta y el portajuntas, asentandose el cilindro contra el portajuntas de tal manera que forme una junta estatica a lo largo de un area de sellado tangencial. En una realizacion preferida, esta fuerza compresiva es suficientemente grande y se aplica de tal manera, dada la geometrla del sistema, que el portajuntas se deforma uniformemente para eliminar sustancialmente cualquier hueco que pudiera existir entre el portajuntas y el cojinete y, a su vez, aplasta con precision el cojinete sobre el piston para eliminar sustancialmente cualquier hueco entre el cojinete y el piston, particularmente en una region al lado de la junta. Dependiendo de la resistencia del material usado, esta deformacion puede ser de naturaleza elastica o plastica.
BREVE DESCRIPCION DE LAS VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es una vista en seccion transversal de una junta dinamica para una bomba de presion ultraalta proporcionada segun un sistema de la tecnica anterior.
La figura 2 es una vista en planta y en seccion transversal parcial de una bomba de presion ultraalta, que incorpora una junta dinamica proporcionada segun la presente invencion.
La figura 3 es una vista en planta y en seccion transversal agrandada de la junta dinamica de la figura 2, mostrada con un piston.
La figura 4 es una vista en planta y en seccion transversal agrandada de la junta dinamica de la figura 2, mostrada sin un piston.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
En muchas situaciones, serla deseable operar bombas de fluido de presion ultraalta a presiones mayores que las que pueden lograrse fiablemente en el momento actual. Por ejemplo, una bomba multiplicadora de presion ultraalta, tal como las fabricadas por Flow International Corporation, puede usarse para una variedad de aplicaciones, tales como suministrar fluido de alta presion a un cabezal de corte de chorro de agua abrasivo, o presurizar una vasija de presion para pasteurizar productos alimenticios. Aunque la discusion siguiente usara un multiplicador de presion ultraalta como ejemplo, se comprendera que la presente invencion tiene aplicacion para sellar un piston que se mueve axialmente en vaiven de cualquier bomba de alta presion.
Como se describio anteriormente, un piston que se mueve en vaiven es un multiplicador que se mueve en vaiven dentro de un anima del cilindro de la bomba. El fluido se mantiene dentro de una region de presurizacion deseada del cilindro de la bomba por una junta dinamica que rodea el piston. Aunque se han usado anteriormente una
variedad de tales juntas dinamicas, un ejemplo es el que se muestra en la patente norteamericana numero 6.086.070. Se comprendera por la lectura de esa patente que existe un hueco entre el portajuntas y el piston, en una region al lado de la junta. Aunque tal disposicion funciona bien a presiones muy altas, hasta y mas alla de 275,8 MPa (40.000 psi), la junta tiende a extruirse inaceptablemente a traves del hueco entre el portajuntas y el piston cuando tal junta dinamica se expone a presiones de hasta y mas alla de 599,8 MPa [87.000 psi (aproximadamente 6.000 bares)].
Se muestra en la figura 1 otra junta dinamica actualmente disponible empleada para sellar un piston que se mueve en vaiven. Cuando un piston 100 se mueve en vaiven dentro de un anima 101 del cilindro 102, se impide por una junta dinamica 103 que el fluido dentro del anima 101 fluya mas alla del piston hacia el interior de la bomba. La junta dinamica 103 incluye una junta de plastico 104, un anillo torico 105 y una anilla 106 de junta de acero inoxidable que estan soportadas por un anillo de respaldo 109 fabricado de un material de cojinete, tal como aluminio-bronce. Una superficie extrema del cilindro 102 se asienta nivelada contra una cara extrema plana del anillo de respaldo 109, formando una interfaz plana 107. El cilindro 102 se aprieta a lo largo de su interfaz plana 107 con el anillo de respaldo 109, apretando unos tirantes, como se conoce en la tecnica. Un hueco pequeno 108 existe entre el anillo de respaldo y el piston. A presiones muy altas, por ejemplo, por encima de 379,2 MPa (55.000 psi), la junta dinamica 103 comienza a fallar a intervalos indeseablemente cortos.
Se cree que tales fallos son debidos a muchas cosas, incluyendo la extrusion de la junta 104 a traves del hueco 108, el hendido de la junta 104 y el fallo prematuro del anillo torico 105 y de la anilla 106 de junta provocado por el movimiento relativo entre los componentes de alta presion. Estos problemas se exacerban con presiones aun mayores, por ejemplo, de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi). Mas particularmente, una junta dinamica como la mostrada en la figura 1 puede durar menos de 40 horas a 599,8 MPa (87.000 psi).
Esta es una vida de componente inaceptablemente corta que requiere un reemplazo frecuente de componentes, parada de la maquina, productividad perdida y posibles danos a la bomba.
Un multiplicador es capaz de funcionar fiablemente a 599,8 MPa (87.000 psi) segun la presente invencion. Como se muestra en la figura 2, un sistema de fluido de presion ultraalta 10, tal como una bomba multiplicadora, esta provista de un piston 12 que se mueve en vaiven dentro de un anima 13 de un cilindro 11 de bomba. El piston 12 aspira un volumen de fluido desde una fuente de fluido 18 dentro del anima 13 a traves de una valvula de entrada 16 dispuesta en el cuerpo 14 de valvula de retencion durante una carrera de admision del piston ilustrada por la flecha de direction marcada con 17. Durante la carrera 19 de presion, el piston 12 presuriza el volumen de fluido, fluyendo el fluido presurizado a traves del cuerpo 14 de valvula de retencion hacia la valvula de retencion 37 de salida. Si la presion del fluido presurizado es suficientemente alta para superar la fuerza de solicitation de la valvula de retencion 37 de salida, el fluido presurizado atravesara la valvula de retencion 37 de salida hacia un area 20 de salida, despues de lo cual el fluido presurizado se recoge en un acumulador y se usa de cualquier manera deseada, como se conoce en la tecnica.
Segun se muestra adicionalmente en la figura 2, y como puede verse mejor en las figuras 3 y 4, el piston 12 se mueve en vaiven a traves de un conjunto de sellado 21 dispuesto segun la presente invencion. El conjunto de sellado 21 incluye una junta de plastico 22 fabricada, por ejemplo, de un polietileno de peso molecular ultra alto. Segun puede verse mejor en la figura 4, la junta anular 22 esta provista de un anima 23 a traves de la cual el piston se mueve en vaiven. Un cojinete 24 esta posicionado al lado de la junta 22 y tambien esta provisto de un anima 25 a traves de la cual el piston 12 se mueve en vaiven. Por tanto, el material del cojinete se selecciona para que sea un material que pueda rodar seguramente a lo largo del piston mientras este esta en movimiento. Aunque el cojinete 24 y el piston 12 pueden fabricarse de cualesquiera materiales adecuadamente cooperativos, en una realization el cojinete 24 esta fabricado de bronce de alta resistencia, o de una aleacion de aluminio o cobre, y el piston se fabrica de un material ceramico, tal como Zirconia parcialmente estabilizada (PSZ).
Un porta juntas 26 rodea una circunferencia del cojinete 24 y esta posicionado al lado de la junta 22, aunque el portajuntas 26 puede fabricarse de una variedad de materiales, en una realizacion preferida, esta fabricado de acero inoxidable.
Segun la presente invencion, el portajuntas 26 esta sujeto a una fuerza compresiva que es suficientemente alta para aplastar circunferencialmente el portajuntas 26 uniformemente en una direccion radial contra el cojinete 24. Este aplastamiento uniforme del portajuntas 26 contra el cojinete 24 hace que una superficie interior del anima 25 a traves del cojinete 24 alcance un contacto circunferencial sustancialmente uniforme con una superficie exterior 28 del piston 12 cuando el conjunto es sometido a presion ultraalta, eliminando as! huecos que aparecen en sistemas de la tecnica anterior. Por el contrario, aunque una junta dinamica, como la ilustrada en la tecnica anterior de la figura 1, puede ser forzada contra el piston bajo presion, no se controla el cierre del hueco entre el anillo de respaldo y el piston, y no sucede uniformemente alrededor de la circunferencia del piston. Como resultado, puede haber contacto entre el anillo de respaldo y el piston en un lado, y un hueco en el otro, permitiendo que la junta se extruya.
La fuerza compresiva sobre el portajuntas 26 se logra apretando unos tirantes 29 del sistema que cargan el cilindro
11 mediante una tapa extrema 38 que se asienta en el cuerpo 14 de la valvula de retencion contra un primer extremo 15 del cilindro 11. El cilindro 11 esta asentado contra el portajuntas 26 de tal manera que forme una junta estatica a lo largo de un area de sellado tangencial 32, como se describe en la solicitud de patente US 2003/0122376A1. Mas particularmente, en una realizacion, se logra una carga compresiva radial mediante el contacto comprimido de una boca estrechada sustancialmente plana del cilindro contra una region convexamente curvada del portajuntas. En una realizacion, el angulo de contacto incluido entre el cilindro y el anillo de respaldo es de aproximadamente 80-128 grados, con un rango preferido de aproximadamente 100-118 grados. Alternativamente, el portajuntas puede tener un perfil en seccion transversal conico, sustancialmente lineal, que forma un angulo incluido de 80-128 grados, y que se empareja contra un perfil en seccion transversal convexo curvado del cilindro para formar una junta sustancialmente circular. Un angulo de contacto entre los componentes anexos del cilindro y el portajuntas es tangencial a al menos uno de los componentes, midiendo la tangente entre 40 y 60 grados respecto de un eje longitudinal del componente.
La fuerza compresiva aplicada a traves de los tirantes y del cilindro 11 sobre el portajuntas 26 es suficientemente grande, y se aplica de tal manera dada la geometrla del sistema, incluyendo el anima de cojinete, y el angulo de contacto portajuntas/cilindro, que el portajuntas 26 se deforma sobre el cojinete 24 de una manera controlada uniforme para eliminar sustancialmente cualquier hueco que pudiera existir entre el portajuntas 26 y el cojinete 24. A su vez, el cojinete 24 se aplasta sobre el piston 12 en un extremo libre del cojinete para eliminar sustancialmente cualquier hueco entre el cojinete 24 y el piston 12, particularmente en una region al lado de la junta 22.
Eliminando cualquier hueco entre el portajuntas y el cojinete, y entre el cojinete y el piston, cuando el sistema esta funcionando con presion, la presente invencion elimina cualquier tramo a traves del cual la junta pudiera extruirse de cualquier otra manera, particularmente cuando esta sometida a altas presiones de hasta y mas alla de 379,2 MPa (55.000 psi) y, mas particularmente, cuando esta sometida a presiones de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi). Como resultado, un sistema proporcionado segun la presente invencion puede funcionar varios cientos de horas a 599,8 MPa (87.000 psi), en comparacion con menos de 40 horas usando conjuntos de sellado convencionales.
Adicionalmente, la compresion del cilindro 11 sobre el portajuntas 26, mediante la carga de los tirantes 29, crea una junta metal con metal en la interfaz de estos dos componentes, es decir, a lo largo del area de sellado tangencial 32. Como resultado de la formacion de esta junta estatica de metal con metal, no se requiere que la junta de plastico 22 se selle tanto hacia fuera, es decir, en la direccion de la interfaz del cilindro-portajuntas, as! como hacia dentro, es decir, en la direccion de la interfaz piston-portajuntas. Como resultado, el movimiento relativo al cual estan expuestas las superficies de la junta de plastico se reduce sustancialmente, impidiendo as! que la junta 22 sea arrancada. Ademas, se elimina la necesidad de una anilla de junta, segun se usa en sistemas de la tecnica anterior, simplificando as! el sistema y aliviando problemas asociados con un fallo prematuro del componente de anilla de junta.
Segun puede verse mejor en las figuras 3 y 4, un primer extremo 33 de la junta 22 esta soportado a traves de su anchura tanto por el cojinete 24 como por el porta juntas 26.
Esta disposition elimina el hueco de extrusion problematico entre el piston y el portajuntas que aparece en algunos disenos de la tecnica anterior en donde la junta esta soportada unicamente por un portajuntas de acero inoxidable, de tal manera que deba existir un hueco entre el portajuntas y el piston al lado de la junta. Ademas, la disposicion proporcionada segun la presente invencion proporciona una mayor resistencia que las juntas dinamicas actualmente disponibles que soportan la junta a traves de su anchura mediante solo un material de cojinete, como las ilustradas en la figura 1.
Como tambien puede verse en las figuras 3 y 4, el portajuntas 26 esta provisto de un vaso 30 que se extiende a lo largo de una superfine exterior 31 de la junta 22, impidiendo as! que la junta 22 toque el cilindro 11. El posicionamiento del vaso elimina el movimiento relativo entre la junta 22 y el cilindro 11 que podrla provocar desgaste de la junta y un fallo temprano. Ademas, segun se muestra en la figura 3, el primer extremo 33 de la junta 23 esta posicionado aguas abajo de un punto central 35 del area de sellado tangencial 32, por una distancia 36 (“Aguas abajo” es indicado por la flecha de referencia 34, y esta en la direccion de la carrera de presurizacion del piston). Al proporcionar un conjunto de sellado 21 segun la presente invencion como se muestra en la figura 3, la fuerza de compresion sobre el vaso 30 del portajuntas es mayor que la fuerza de expansion sobre el vaso del portajuntas mientras esta bajo presion, facilitando as! el aplastamiento adicional del portajuntas sobre el cojinete y del cojinete sobre el piston para eliminar los huecos entre el porta juntas, cojinete y piston.
La cantidad de deformation del portajuntas 26 es funcion tanto de los angulos de las superficies del cilindro 11 como del portajuntas 26 que forman el area de sellado tangencial 32, y tambien es funcion de los materiales seleccionados, as! como de la cantidad de carga del conjunto, por ejemplo, que pueda lograrse mediante el apriete de los tirantes. Aunque los tirantes se describen e ilustran en la presente solicitud, se comprendera que la carga en el conjunto puede lograrse de cualquier manera disponible.
En una realizacion, el cojinete se presiona por encaje dentro del portajuntas y se mecaniza un anima a su traves.
Cuanto mas blandos los materiales, mayor sera la deformacion lograda y, a su vez, se necesitara un anima mas grande para acomodar un piston seleccionado. Por tanto, en una realizacion preferida, se selecciona un material para el portajuntas que tenga una resistencia deseada, y se selecciona un diametro interior del anima a traves del portajuntas, para lograr una cantidad seleccionada de contacto entre el cojinete y el piston para una fuerza de compresion dada. Mas particularmente, el portajuntas esta fabricado de un material cuya resistencia se empareja con precision con el anima final mecanizada a traves del cojinete, de tal manera que la cantidad de compresion aplicada por los tirantes se traslade a una cantidad controlada de contacto entre el cojinete y el piston de alta presion.
Como se describio anteriormente, un sistema de fluido de presion ultraalta proporcionado segun la presente invention permite que el sistema opere fiablemente a presiones de hasta y mas alla de 599,8 MPa (87.000 psi), manteniendo al mismo tiempo una junta alrededor de un piston que se mueve en vaiven del sistema. Aunque la presente invencion permite una operation fiable a presiones que causan fallos en sistemas de la tecnica anterior, haciendo la invencion particularmente beneficiosa a estas presiones mas altas, se comprendera que la presente invencion tambien tiene aplicacion a presiones inferiores, de hasta y mas alla de 275,8 MPa (40.000 psi). Por tanto, la presente invencion proporciona ventajas significativas sobre sistemas actualmente disponibles. A partir de lo anterior, se apreciara que, aunque se han descrito en el presente documento realizaciones especlficas de la invencion con fines ilustrativos, pueden realizarse diversas modificaciones sin apartarse del esplritu y alcance de la invencion. En consecuencia, la invencion no esta limitada excepto por las reivindicaciones anexas.
Claims (9)
1. Un conjunto de sellado (21) para un sistema de fluido de presion ultraalta (10), que comprende:
una junta (22) que tiene un primer extremo (33) y un anima (23) a traves de la cual se mueve en vaiven un piston (12); un cilindro (11); un cojinete (24) que tiene un anima a traves de la cual el piston (12) se mueve en vaiven y que esta posicionado al lado del primer extremo (33) de la junta (22), y
un porta juntas (26) posicionado al lado de la junta (22) en el que el primer extremo (33) de la junta (22) esta soportado a traves de su ancho tanto por el portajuntas (26) como por el cojinete (24) y en el que el primer extremo (33) de la junta (22) esta posicionado aguas abajo de un punto central (35) de un area de sellado tangencial (32) del portajuntas (26), en el que aguas abajo se encuentra la direccion de la carrera de presion del piston (12) sobre el cual la carrera de presion del piston (12) presuriza fluido, y en el que el cilindro (11) esta posicionado al lado del portajuntas (26) y asentado contra el portajuntas (26) para formar una junta estatica a lo largo del area de sellado tangencial, caracterizado por que
una boca estrechada plana del cilindro (11) esta en contacto comprimido con el area de sellado tangencial (32), que esta curvada convexamente, o
un perfil de seccion transversal lineal conico del portajuntas que se conjuga contra un perfil en seccion transversal curvado convexo del cilindro para formar una junta circular.
2. El conjunto de sellado (21) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el portajuntas (26) rodea circunferencialmente el cojinete (24), y el primer extremo (33) de la junta (22) esta en contacto con el portajuntas (26) y el cojinete (24).
3. El conjunto de sellado (21) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el portajuntas (26) incluye un vaso (30) que se extiende a lo largo de una superficie exterior de la junta (22).
4. El conjunto de sellado (21) de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que la junta (22) y el vaso (30) del portajuntas (26) estan configurados para garantizar que una fuerza de compresion sobre el vaso (30) sea mayor que una fuerza de expansion sobre el vaso (30), cuando el conjunto (21) se somete a presion ultraalta.
5. El conjunto de sellado (21) de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que la junta (22) incluye un segundo extremo, opuesto al primer extremo, y una superficie exterior entre los extremos primero y segundo, extendiendose el vaso (30) del portajuntas (26) al menos parcialmente desde un punto adyacente al cojinete y al primer extremo de la junta (22) hasta un punto adyacente a la superficie exterior de la junta (22).
6. El conjunto de sellado (21) de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el vaso (30) evita el contacto entre la junta (22) y el cilindro (11).
7. El conjunto de sellado (21) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el portajuntas (26) esta hecho de un primer material y el cojinete (24) esta hecho de un segundo material, diferente del primer material.
8. El conjunto de sellado (21) de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el primer material incluye acero inoxidable y el segundo material se selecciona de entre un grupo que consiste en un bronce de alta resistencia, una aleacion de aluminio y una aleacion de cobre.
9. Una bomba de presion ultraalta que comprende el conjunto de sellado (21) de una de las reivindicaciones precedentes.
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| US8333387B2 (en) * | 2008-07-01 | 2012-12-18 | Jet Edge, Inc. | High pressure fluid sealing mechanism |
| DE102010008534A1 (de) * | 2010-02-18 | 2011-08-18 | Vladimir Y. Chernobaev | Höchstdruckplungerpumpe |
| TWI413738B (zh) * | 2011-07-11 | 2013-11-01 | Leif F Yu | 高壓柱塞泵之缸體結構 |
| CA2851647C (en) * | 2011-10-10 | 2019-08-13 | Kmt Waterjet Systems Inc. | Gasketless high pressure connection |
| TW201350714A (zh) | 2012-01-19 | 2013-12-16 | Flow Int Corp | 用於密封高壓及超高壓流體系統之設備 |
| CN106461083B (zh) | 2014-03-07 | 2019-07-30 | 海别得公司 | 具有压力激活支承环的紧凑型超高压力动态密封组件 |
| EP3366963B1 (de) * | 2017-02-23 | 2022-12-14 | Allfi Ag | Abdichtsystem einer einrichtung zum durchlassen eines mediums insbesondere im hochdruckbereich |
| US12403621B2 (en) | 2019-12-20 | 2025-09-02 | Hypertherm, Inc. | Motorized systems and associated methods for controlling an adjustable dump orifice on a liquid jet cutting system |
| EP4127527A1 (en) | 2020-03-24 | 2023-02-08 | Hypertherm, Inc. | High-pressure seal for a liquid jet cutting system |
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| KR20230005840A (ko) | 2020-03-30 | 2023-01-10 | 하이퍼썸, 인크. | 다기능 접속 종방향 단부들을 갖는 액체 제트 펌프를 위한 실린더 |
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Family Cites Families (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2321927A (en) * | 1941-09-09 | 1943-06-15 | Carl J Mccoy | Packing device |
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| US3877113A (en) * | 1974-02-06 | 1975-04-15 | Cesar D Reyes | Anchoring system used in post stressing concrete |
| US4181332A (en) * | 1976-05-26 | 1980-01-01 | Volkswagenwerk Aktiengesellschaft | Flexible pipe connection |
| CA1136413A (en) | 1977-07-21 | 1982-11-30 | Jack L. Blumenthal | Carbonaceous material and process for producing a high btu gas from this material |
| US4239244A (en) * | 1978-05-26 | 1980-12-16 | Textron, Inc. | Hydraulic piston rod seal |
| JPS58189883U (ja) * | 1982-06-11 | 1983-12-16 | 日立金属株式会社 | ユニオン |
| US4817962A (en) * | 1987-12-28 | 1989-04-04 | The Hydril Company | Universal tubular connection having a variable metal-to-metal seal width corresponding to material yield strength |
| KR930001669B1 (ko) * | 1989-03-20 | 1993-03-08 | 더 게이츠 러버 컴패니 | 캔틸레버 립 도관 커플링 부재 및 조립체 |
| JP2898384B2 (ja) * | 1989-09-27 | 1999-05-31 | 臼井国際産業株式会社 | 高圧燃料レールにおける分岐接続体の接続構造 |
| US5172939A (en) * | 1989-10-14 | 1992-12-22 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd. | Connection structure for branch pipe in high-pressure fuel rail |
| US5007276A (en) * | 1990-05-09 | 1991-04-16 | Teledyne Industries, Inc. | Seal arrangement for use in a press assembly |
| JP2915099B2 (ja) * | 1990-06-30 | 1999-07-05 | 臼井国際産業株式会社 | 高圧燃料多岐管における分岐接続体の接続構造 |
| JPH05215243A (ja) * | 1992-02-10 | 1993-08-24 | Daikin Ind Ltd | 超高圧用シール装置 |
| US5489127A (en) | 1993-08-25 | 1996-02-06 | Itt Corporation | Mounting apparatus with reduced resistance bead seal |
| US5350200A (en) * | 1994-01-10 | 1994-09-27 | General Electric Company | Tube coupling assembly |
| US5667255A (en) * | 1994-06-28 | 1997-09-16 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd. | Joint structure for joining a branch member to a high pressure fuel rail |
| US5493954A (en) * | 1994-11-18 | 1996-02-27 | Flow International Corporation | Self-venting seal assembly |
| US5588680A (en) * | 1994-12-20 | 1996-12-31 | Bks Company | Pipe lap joint with improved collapsible sealing zone |
| US5725259A (en) * | 1996-12-19 | 1998-03-10 | Dials; Carroll P. | Conduit coupling |
| US6045162A (en) * | 1997-01-14 | 2000-04-04 | Usui Kokusai Sangyo Kaisha Limited | Joint head for high-pressure metal piping, and common rail to which the piping is to be joined |
| US5924853A (en) | 1997-04-11 | 1999-07-20 | Butterworth Jetting Systems, Inc. | High pressure pump |
| WO1998054501A1 (fr) * | 1997-05-30 | 1998-12-03 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Joint a vis pour tuyau de puits de petrole |
| US6086070A (en) * | 1997-09-18 | 2000-07-11 | Flow International Corporation | High pressure fluid seal assembly |
| WO1999014500A1 (en) * | 1997-09-18 | 1999-03-25 | Flow International Corporation | Biased seal assembly for high pressure fluid pump |
| US6162031A (en) * | 1998-10-30 | 2000-12-19 | Flow International Corporation | Seal seat for high pressure pumps and vessels |
| JP3077693B1 (ja) * | 1999-04-12 | 2000-08-14 | 国産部品工業株式会社 | 管継手 |
| US6312022B1 (en) * | 2000-03-27 | 2001-11-06 | Metex Mfg. Corporation | Pipe joint and seal |
| US6305693B1 (en) * | 2000-04-06 | 2001-10-23 | Woodex Bearing Company, Inc. | Precision load adjustable rotary shaft seal |
| US20020142376A1 (en) | 2000-12-20 | 2002-10-03 | Gennady Merkulov | Isolated human transporter proteins, nucleic acid molecules encoding human transporter proteins, and uses thereof |
-
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