ES3014719T3

ES3014719T3 - Composite seal structure for a machine, and method of manufacturing the composite seal structure

Info

Publication number: ES3014719T3
Application number: ES20842193T
Authority: ES
Inventors: Emanuele Rizzo; Massimiliano Tempestini
Original assignee: Nuovo Pignone Technologie SRL
Current assignee: Nuovo Pignone Technologie SRL
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2025-04-24
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: US20230019443A1; CN114787544A; EP4073405B1; KR20220106841A; AU2020400781B2; EP4073405A1; KR102818307B1; EP4073405B8; JP7444988B2; AU2020400781A1; WO2021115626A1; IT201900023850A1; US11927099B2; CA3159861A1; JP2023506429A

Abstract

La estructura de sellado compuesta incluye un anillo portador (33) y un elemento de sellado (35) alojado en una ranura anular formada entre una pared exterior circunferencial y dos paredes laterales del anillo portador (33). El elemento de sellado tiene una primera región en contacto directo con la ranura anular y una segunda región de sellado (35.12) que sobresale de la ranura anular. Un sistema de fijación acopla el elemento de sellado (35) y el anillo portador (33). El sistema de fijación comprende varios pasadores de fijación (37) dispuestos circunferencialmente alrededor del eje del anillo portador. También se describe un método para la fabricación de la estructura de sellado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura de junta compuesta para una máquina y método para fabricar la estructura de junta compuesta

Campo técnico

La presente descripción se refiere a estructuras de junta para sellar una región de sellado entre una parte estacionaria y una parte giratoria de una máquina, en particular, una turbomáquina, tal como un compresor centrífugo o axial, una turbina, un turboexpansor o similares. Las realizaciones descritas en la presente descripción en la presente descripciónse refieren específicamente a una junta de tipo laberinto.

Técnica anterior

El documento EP 3.106.620 A1 describe un cartucho de carenado con una estructura de junta compuesta según el preámbulo de la reivindicación 1. El documento EP 0.623.768 A1 describe una junta de tipo laberinto. El documento EP 2.154.335 A1 describe un sistema de unión de junta anular. El documento US-2018/100514 A1 describe un romperremolinos. Las máquinas rotativas, tales como las turbomáquinas, incluyen porciones de máquina donde hay diferentes presiones de fluido. Para evitar o limitar las fugas de fluido de un área de alta presión a un área de baja presión en la máquina, se proporcionan juntas para separar las dos áreas donde prevalecen presiones diferentes. Una junta de rotor típica está dispuesta entre un componente estacionario de la máquina, que normalmente forma parte integral de la carcasa de la máquina, y un árbol giratorio, que puede incluir un tambor giratorio, tal como un tambor de equilibrio de un compresor o bomba. El árbol giratorio se extiende a través del conjunto de junta de rotor, que está montado de manera estacionaria en el componente estacionario de la máquina e incluye miembros de sellado que actúan conjuntamente con el árbol giratorio para evitar o reducir la fuga de fluido.

Las juntas de rotor típicas incluyen juntas de tipo laberinto, juntas amortiguadoras o con patrón de orificios, juntas en forma de panal, juntas amortiguadoras con bolsillos, juntas abrasibles y similares.

Algunas juntas de rotor incluyen un anillo portador acoplado a un elemento de junta. El anillo portador generalmente está hecho de metal, está montado en la parte estacionaria de la máquina y funciona como un soporte para el elemento de junta, que está diseñado como un inserto aplicado en una ranura anular formada en el soporte. El elemento de junta normalmente está hecho de un polímero adecuado, tal como un polímero termoplástico. Las estructuras de junta de este tipo se denominan a veces “juntas compuestas” .

El elemento de junta se proyecta radialmente hacia adentro desde la ranura anular del anillo portador e incluye elementos de sellado, tales como aletas, también denominadas dientes o cuchillas, de una junta de tipo laberinto, que actúan conjuntamente con la parte giratoria de la máquina para proporcionar una acción de sellado. En oposición a las características de sellado, el elemento de junta está en contacto superficial con la superficie interior de la ranura anular del anillo portador.

Un aspecto crítico de este tipo de estructura de junta es la fiabilidad del acoplamiento entre el anillo portador y el elemento de junta. Dado que una diferencia de presión sale a través de los dos lados opuestos de la estructura de junta, el fluido a alta presión del lado de alta presión tiende a filtrarse a través del espacio entre el anillo portador y el elemento de junta y puede llegar al fondo de la ranura anular. Cuando esto ocurre, la presión que actúa radialmente hacia adentro contra el elemento de junta puede hacer que el elemento de junta se deforme y se separe del anillo portador.

Un acoplamiento mecánico más eficaz entre el anillo portador y el elemento de junta en una estructura de junta compuesta sería beneficioso para lograr mejores rendimientos de sellado y estructuras de junta más fiables.

Resumen

La invención se define en las reivindicaciones adjuntas. Según un aspecto, se describe una estructura de junta, que incluye un anillo portador que tiene una pared exterior circunferencial, una primera pared lateral y una segunda pared lateral. La primera pared lateral y la segunda pared lateral sobresalen radialmente hacia adentro desde la pared exterior circunferencial hacia una línea central, es decir, un eje, del anillo portador. El eje o la línea central del anillo portador coincide con la línea central o el eje de la estructura de junta en su conjunto. El anillo portador incluye además una ranura anular formada entre la pared exterior circunferencial, la primera pared lateral y la segunda pared lateral. La estructura de junta incluye además un elemento de junta que tiene una primera región en contacto de superficie a superficie con la ranura anular y una segunda región de sellado que sobresale de la ranura anular del anillo portador hacia la línea central del anillo portador. Además, una disposición de fijación formada en la estructura de junta está adaptada para acoplar el elemento de junta y el anillo portador entre sí. Según las realizaciones descritas en la presente descripción, la disposición de fijación incluye una pluralidad de pasadores de fijación dispuestos circunferencialmente alrededor del eje del anillo portador, que se extienden a través de al menos una de la primera pared lateral y la segunda pared lateral y cada uno se engancha en un asiento correspondiente formado en el elemento de junta.

Los pasadores proporcionan un acoplamiento mecánico seguro entre el anillo portador y el elemento de junta.

Como se entiende en la presente descripción, un anillo portador es normalmente un componente monolítico de forma anular, es decir, un componente hecho de una sola pieza, por ejemplo, mecanizado a partir de una sola pieza en bruto.

Como se entiende en la presente descripción, el elemento de junta es normalmente un componente anular, es decir, de una sola pieza con forma de anillo, es decir, un componente monolítico, por ejemplo, mecanizado a partir de una pieza en bruto tubular.

En las realizaciones de la junta compuesta descritas en la presente descripción, los pasadores proporcionan un acoplamiento eficiente entre el elemento de junta y el anillo portador, de modo que se evitan o se reducen de manera eficiente las deformaciones radiales hacia adentro debidas a las fugas de gas presurizado.

Según un aspecto adicional, se describe un método para fabricar una estructura de junta. El método incluye una primera etapa de inserción de un elemento de junta en una ranura anular de un anillo portador. La ranura anular está formada entre una pared exterior circunferencial, una primera pared lateral y una segunda pared lateral del anillo portador, sobresaliendo la primera pared lateral y la segunda pared lateral radialmente hacia adentro desde la pared exterior circunferencial hacia una línea central del anillo portador. Tras la inserción del elemento de junta en la ranura anular del anillo portador, el elemento de junta se acopla mecánicamente al anillo de soporte, de manera que el elemento de junta tiene una primera región en contacto de superficie a superficie con la ranura anular y una segunda región de sellado que sobresale de la ranura anular del anillo de soporte hacia la línea central del anillo de soporte. Posteriormente, una superficie orientada hacia adentro de la segunda región de sellado del elemento de junta se mecaniza para producir características de sellado en la misma.

Otras características y realizaciones de la estructura de junta y del método de fabricación se exponen en las reivindicaciones adjuntas y se describen con más detalle en la siguiente descripción de realizaciones ilustrativas.

Breve descripción de los dibujos

Una apreciación más completa de las realizaciones descritas de la invención y muchas de sus ventajas relacionadas se obtendrá fácilmente a medida que la misma se entienda mejor por referencia a la siguiente descripción detallada al considerarse en relación con los dibujos adjuntos, en donde:

la figura 1 ilustra una vista esquemática en sección transversal de un compresor centrífugo que incluye una pluralidad de juntas de rotor, que pueden incluir estructuras de junta respectivas según la presente descripción;

la figura 2 ilustra una estructura de junta según la presente descripción según una vista en una dirección paralela al eje de la estructura de junta;

la figura 3 ilustra una vista en sección transversal ampliada de una realización según la línea MI-MI de la figura 2;

las figuras 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F y 4G ilustran una secuencia de etapas de un método para fabricar la estructura de junta;

la figura 5 ilustra una vista en sección transversal ampliada según la línea MI-MI de la figura 2 de una realización adicional (no reivindicada); y

la figura 6 ilustra un diagrama de flujo que resume un método de fabricación en una realización.

Descripción detallada

En la presente descripción se describe una estructura de junta nueva y útil, específicamente para una junta de rotor. La estructura de junta incluye un soporte anular, denominado en la presente descripción “ anillo portador” , que tiene una ranura anular que aloja un inserto anular, denominado en la presente descripción “ elemento de junta” . El elemento de junta se acopla mecánicamente al anillo portador por medio de una pluralidad de pasadores distribuidos alrededor del eje de la estructura de junta y que preferiblemente se extienden en paralelo al eje o línea central de la estructura de junta. Como se explicará más adelante con referencia a la descripción detallada de las realizaciones, la disposición de fijación resultante evita o limita la deformación radial del elemento de junta. La manera particular de fijar el elemento de junta al anillo portador también permite métodos novedosos y útiles de fabricación de la estructura de junta, que pueden ahorrar tiempo y costes, dando como resultado una estructura de junta de alta precisión y eficiencia.

Si bien la siguiente descripción se centra en las juntas de tipo laberinto, las nuevas características de la estructura de junta descrita en la presente descripción también se pueden usar con ventaja en otros tipos de juntas de rotor, es decir, juntas adaptadas para actuar conjuntamente con un miembro giratorio de una máquina. Por ejemplo, las características de la estructura de junta que se refieren específicamente al acoplamiento mecánico entre el elemento de junta y el anillo portador también se pueden usar en juntas abrasibles, juntas en forma de panal u otras juntas, tal como se recuerda en la parte introductoria de la presente memoria descriptiva. En general, las características descritas en la presente descripción pueden usarse en estructuras de junta combinadas que incluyen un anillo portador y un elemento de junta anular acoplado al anillo portador y que se proyecta desde el mismo radialmente hacia adentro con una región de sellado diseñada para actuar conjuntamente con un árbol o tambor.

Volviendo ahora a los dibujos, la figura 1 ilustra una vista esquemática en sección de un compresor centrífugo 1. La vista en sección se toma a lo largo de un plano que contiene el eje de rotación A-A del rotor del compresor. La sección de la figura 1 ilustra solo una parte del compresor centrífugo, suficiente para los fines de la presente descripción.

El compresor centrífugo 1 de la figura 1 se presenta aquí como una realización ilustrativa de una turbomáquina, en que se puede aplicar ventajosamente la estructura de junta de la presente descripción. Los expertos en la técnica de las turbomáquinas comprenderán, sin embargo, que la estructura de junta descrita en la presente descripción se puede aplicar también a diferentes tipos de turbomáquinas y en diferentes posiciones de la turbomáquina. En general, la estructura de junta se puede usar siempre que sea necesario sellar alrededor de un miembro giratorio, como un rotor, un tambor o un árbol, entre un área de alta presión y un área de baja presión.

El compresor centrífugo 1 incluye un árbol 3 y uno o más impulsores 5. En la figura 1 se ilustran tres impulsores 5. Si bien en la figura 1 los impulsores 5 están montados en el árbol 3 para girar conjuntamente con él en una disposición denominada de ajuste por contracción, en otras realizaciones los impulsores pueden estar configurados como los denominados impulsores de pila, que se apilan axialmente y se acoplan torsionalmente entre sí con la ayuda de una viga de unión y el correspondiente acoplamiento de Hirth u otras características de acoplamiento.

En la realización de la figura 1, un anillo distanciador 7 está dispuesto entre cada par de impulsores 5 adyacentes. Un tambor 9 de equilibrio está además enchavetado en el árbol 3 para girar con él. El árbol 3, los impulsores 5, los anillos distanciadores 7 y el tambor 9 de equilibrio forman juntos un rotor 11, que está montado para girar alrededor del eje de rotación A-A según la flecha f11. El rotor 11 está alojado en una carcasa (no mostrada), en donde están alojados los componentes estacionarios del compresor 1. Los componentes estacionarios incluyen diafragmas 13 que definen los difusores 15 y los canales 17 de retorno del compresor.

Cada impulsor incluye un ojo impulsor 5.1. A modo de ilustración, se coloca una junta 21 de tipo laberinto ocular alrededor de cada ojo impulsor 5.1 para reducir las fugas de gas desde el lado de alta presión aguas abajo del impulsor hasta el lado de baja presión aguas arriba del impulsor. Los términos “ aguas arriba” y “ aguas abajo” se refieren a la dirección del flujo del gas de proceso a través del compresor 1, que se representa esquemáticamente con las flechas G. Cada junta 21 de tipo laberinto está montada en un alojamiento mecanizado en el diafragma respectivo del compresor centrífugo 1.

Las juntas 23 de tipo laberinto del árbol se proporcionan además entre los diafragmas 13 y el árbol 3, por ejemplo, alrededor de los anillos distanciadores 7. Las juntas 23 de tipo laberinto del árbol están montadas en alojamientos respectivos mecanizados en los diafragmas 13.

En la realización de la figura 1, una junta 25 de tipo laberinto del tambor de equilibrio también está dispuesta alrededor del tambor 9 de equilibrio.

Una, algunas o todas las juntas 21, 23, 25 de tipo laberinto del compresor centrífugo 1 pueden estar configuradas según la presente descripción. A continuación, haciendo referencia a las figuras 2 y 3, se describe una realización de una junta de tipo laberinto genérica, para ilustrar sus nuevas características. Los expertos en tecnología de sellado serán capaces de diseñar juntas de tipo laberinto para diferentes usos y diferentes partes dentro del compresor centrífugo 1, u otra turbomáquina, que incorpore las características que se describen a continuación.

La figura 2 ilustra una estructura 30 de junta ilustrativa, que puede usarse en la junta 21 de tipo laberinto ocular, en la junta 23 de tipo laberinto del árbol, en la junta 25 de tipo laberinto del tambor de equilibrio o, más generalmente, en cualquier junta de rotor diferente dentro de una turbomáquina.

La junta laberíntica 30 incluye un anillo portador 33 y un elemento 35 de junta en forma de anillo. El eje o línea central de la disposición de sellado se etiqueta A-A y coincide con el eje de rotación del rotor 11 del compresor cuando la estructura de junta está montada en la turbomáquina alrededor del rotor 11 del compresor.

El anillo portador 33 puede estar hecho de un metal o una aleación de metal. El material utilizado para fabricar el anillo portador 33 se puede seleccionar en función de la naturaleza del gas de proceso, que entrará en contacto con la disposición 30 de sellado, de las presiones en los dos lados de la disposición de sellado, de la dimensión del sello y de otras consideraciones de diseño. Por ejemplo, generalmente en ambientes normales, agridulces con baja acidez, se pueden emplear las siguientes aleaciones: aleaciones de aluminio de la serie 2000, un ejemplo de las cuales es AVIONAL® 14; o aleaciones de aluminio de la serie 5000, un ejemplo de las cuales es PERALUMAN®, donde AVIONAL y PERALUMAN son marcas comerciales registradas a nombre de Constellium Valais SA, Suiza; o aleaciones de aluminio de la serie 6000, un ejemplo de las cuales es ANTICORODAL®, donde ANTICORODAL es una marca registrada a nombre de Novelis Switzerland SA, Suiza, y aceros inoxidables martensíticos. En un entorno normal, se puede utilizar acero al carbono y acero de baja aleación. En ambientes ácidos, se pueden emplear aceros inoxidables austeníticos, superausteníticos, dúplex y superdúplex, así como aleaciones a base de Ni. Como buena práctica de diseño, el anillo portador debe estar hecho del mismo material que el diafragma.

El elemento 35 de junta puede estar hecho principalmente de un polímero termoplástico. Por ejemplo, el elemento 35 de junta puede estar hecho de un material polimérico compuesto que tiene una matriz polimérica llena de fibras o partículas de refuerzo, tales como fibras de carbono, fibras de vidrio o similares. Como opciones, se pueden usar polímeros como PEK (polietercetona), PEEK (polieteretercetona), PAI (poliamida-imidas), PEI (polietilenimina) y PFA (perfluoroalcoxialcanos). Las fibras de refuerzo pueden ser largas o cortas (<30 pm) dependiendo de las características mecánicas requeridas o de la tecnología disponible.

Continuando con la referencia a la figura 2, la figura 3 muestra una sección transversal ampliada del anillo portador 33 y del elemento 35 de junta.

El anillo portador 33 incluye una pared 33.1 exterior circunferencial, una primera pared lateral 33.2 y una segunda pared lateral 33.3. La pared 33.1 exterior circunferencial, la primera pared lateral 33.2 y la segunda pared lateral 33.3 forman una ranura anular 33.4 entre las mismas, que aloja el elemento 35 de junta.

En la realización de las figuras 2 y 3, la pared 33.1 exterior circunferencial tiene una forma ampliamente cilíndrica. La superficie interior de la pared 33.1 exterior circunferencial forma la parte inferior de la ranura anular 33.4. La superficie exterior de la pared 33.1 exterior circunferencial forma una característica 33.5 de fijación para acoplarse a un asiento anular formado en un miembro estacionario de la turbomáquina, por ejemplo, el diafragma del compresor, en que está montada la estructura 30 de junta. En la realización de las figuras 2 y 3, la característica de fijación incluye una proyección anular que se extiende desde la superficie periférica exterior de la pared 33.1 exterior circunferencial. La proyección tiene una forma de sección transversal que forma una muesca 33.6 para el acoplamiento mecánico al asiento anular de la turbomáquina.

Cada una de las paredes laterales 33.2 y 33.3 incluye una superficie interior, que puede ser sustancialmente plana y ortogonal a la línea central o eje A-A de la estructura de sellado. Las superficies interiores de las paredes laterales 33.2 y 33.3 se extienden radialmente hacia adentro desde la superficie interior de la pared 33.1 exterior circunferencial y forman los flancos de la ranura anular 33.4. Cada pared lateral 33.2 y 33.3 incluye además una superficie exterior respectiva, que puede ser sustancialmente paralela a la superficie interior respectiva y puede ser sustancialmente plana. En algunas realizaciones, en una o ambas superficies externas de las paredes laterales 33.2 y 33.3 se pueden proporcionar romperremolinos 33.9.

La primera pared lateral 33.2 está fabricada para tener un primer conjunto de orificios pasantes 33.7 que se extienden desde la superficie exterior a la superficie interior de la primera pared lateral 33.2. Del mismo modo, la segunda pared lateral 33.3 tiene un segundo conjunto de orificios pasantes 33.8 que se extienden desde la superficie exterior a la superficie interior de la segunda pared lateral 33.3.

El elemento 35 de junta incluye un cuerpo principal 35.1 con una superficie cilíndrica externa 35.2 en contacto superficial con la parte inferior de la ranura anular 33.4. El cuerpo principal 35.1 incluye además las superficies laterales 35.3 y 35.4 en contacto superficial con las superficies interiores de la primera pared lateral 33.2 y de la segunda pared lateral 33.3, respectivamente. Por lo tanto, el cuerpo principal 35.1 incluye una primera región del elemento de junta, en contacto de superficie a superficie con la ranura anular 33.4 formada en el anillo portador 33.

Además, el cuerpo principal 35.1 incluye una segunda región, en concreto, una región de sellado, dispuesta radialmente hacia adentro de la primera región y etiquetada como 35.12. La segunda región 35.12 de sellado tiene una pluralidad de características de sellado adaptadas para actuar conjuntamente con una parte giratoria de un rotor. En la realización de las figuras 2 y 3, la estructura 30 de junta presenta una junta de tipo laberinto y las características de sellado incluyen dientes anulares, cuchillas o labios 35.5, que se proyectan radialmente hacia adentro desde el anillo portador 33 hacia la línea central o eje A-A de la estructura 30 de junta.

Una disposición de fijación acopla mecánicamente el anillo portador 33 y el elemento 35 de junta entre sí. En la realización de la figura 3, la disposición de fijación incluye un primer conjunto de pasadores 37 de fijación y un segundo conjunto de pasadores 39 de fijación. Cada pasador 37 de fijación del primer conjunto de pasadores de sujeción se extiende en el orificio pasante 33.7 y tiene un extremo orientado hacia adentro que se proyecta en un asiento 35.10 formado en la superficie lateral 35.3 del elemento 35 de junta, que está en contacto superficial con la pared lateral 33.2. Cada pasador 39 de fijación del segundo conjunto de pasadores de fijación se extiende en el orificio pasante 33.8, que se extiende a través de la segunda pared lateral 33.3 y tiene un extremo orientado hacia adentro alojado en un asiento 35.11 formado en la superficie lateral 35.4 del elemento 35 de junta, que está en contacto superficial con la pared lateral 33.3.

Los asientos 35.10 y 35.11 tienen la forma de orificios ciegos perforados en el elemento 35 de junta.

En algunas realizaciones, los orificios 33.7 y 33.8, así como los asientos 35.10 y 35.11, están orientados en paralelo al eje o línea central A-A de la disposición 30 de sellado.

En algunas realizaciones, cada orificio 33.7 y cada asiento 35.10 correspondiente son colineales con un orificio 33.8 correspondiente y un asiento 35.11 correspondiente, de modo que los pares de pasadores 37, 39 de fijación de los dos conjuntos de pasadores de fijación son colineales entre sí.

Si los asientos 35.10 y 35.11 son colineales, cada asiento puede tener una longitud que sea inferior a la mitad del grosor del elemento 35 de junta, es decir, menos de la mitad de la dimensión del elemento 35 de junta en la dirección de la línea central, medida entre las superficies laterales opuestas del elemento 35 de junta, donde están perforados los asientos 35.10 y 35.11. En la figura 3, dicho grosor se indica como “ T” . De esta manera, los asientos colineales permanecen separados unos de otros en forma de dos orificios ciegos opuestos.

Los orificios 33.7 pueden estar equidistantes entre sí. Del mismo modo, los orificios 33.8 pueden estar equidistantes entre sí. Por ejemplo, los orificios se pueden disponer según un paso angular constante a (véase la figura 2). En algunas realizaciones, el paso angular a puede estar comprendido entre aproximadamente 5° y aproximadamente 45°, preferiblemente entre aproximadamente 10° y aproximadamente 40°, por ejemplo, entre aproximadamente 18° y aproximadamente 36°. En la realización de la figura 2, el paso angular a es de 20°.

Los pasadores 37, 39 de fijación pueden bloquearse en los orificios 33.7, 33.8 y en los asientos 35.10, 35.11 de cualquier manera adecuada, por ejemplo, mediante pegado, soldadura, soldado o similares. El pegado puede ser particularmente ventajoso, ya que no se aplica calor, lo que puede dañar el elemento 35 de junta.

Los pasadores 37, 39 de fijación proporcionan un acoplamiento fiable entre el anillo portador 33 y el elemento 35 de junta. Los pasadores 37, 39 de fijación proporcionan una fuerza de reacción efectiva que se opone a una presión que actúa radialmente hacia adentro, que puede generarse por el fluido presurizado que penetra en el espacio entre la parte inferior de la ranura anular 33.4 y la superficie cilíndrica externa 35.2 del elemento 35 de junta.

La estructura 30 de junta descrita anteriormente se puede fabricar de manera conveniente según el método descrito a continuación, haciendo referencia a la secuencia de las figuras 4A-4G.

El anillo portador 33 puede fabricarse mediante técnicas convencionales, por ejemplo, mediante torneado, fresado o cualquier otro proceso de eliminación de virutas, partiendo de una pieza en bruto, por ejemplo, en forma de tubo, hasta lograr su forma neta final, con la excepción de los orificios pasantes 33.7, 33.8, véase la figura 4A. Los orificios pasantes 33.7, 33.8 se fabrican en una etapa posterior, como se describe a continuación.

El elemento 35 de junta puede fabricarse a partir de una pieza en bruto 35B, que se muestra en una vista en sección transversal en la figura 4b . La pieza en bruto 35B puede tener una forma anular, sección transversal que tiene una forma simple cuadrada o rectangular. La pieza en bruto 35B se puede fabricar mediante tecnologías convencionales, así como con tecnologías de fabricación por impresión 3D.

La pieza en bruto 35B se mecaniza entonces parcialmente, por ejemplo, girándola o mediante un procedimiento similar de extracción de virutas, para generar las superficies exteriores 35.2, 35.3, 35.4 del elemento 35 de junta, es decir, aquellas superficies que están destinadas a estar en contacto superficial con la ranura anular 33.4 del anillo portador 33. Véase la figura 4C. La superficie orientada hacia adentro sobre la que se proporcionan las características 35.5 de sellado se mecanizará en una etapa posterior, que se describirá a continuación.

El elemento 35 de junta parcialmente mecanizado se introduce entonces en la ranura anular 33.4 del anillo portador 33, como se muestra en la figura 4D.

En la siguiente etapa de fabricación, se perforan los orificios pasantes 33.7 y 33.8 a través de las paredes laterales 33.2 y 33.3. Se continúa perforando para mecanizar los asientos 35.10 y 35.11 del elemento 35 de junta.

Una vez perforados los orificios 33.7, 33.8 y los asientos 35.10, 35.11, los pasadores 37, 39 de fijación se introducen y se bloquean, por ejemplo, pegándolos, véase la figura 4F.

Una vez que el elemento 35 de junta parcialmente mecanizado se ha acoplado al anillo portador 33, la segunda región 35.12 de sellado del elemento 35 de junta se puede mecanizar, girándola, por ejemplo, para lograr la forma final, incluidos los dientes 35.5 u otras características de sellado, véase la figura 4G.

El proceso descrito hasta ahora permite un mecanizado muy preciso y reduce la cantidad de material plástico necesario. Se evita la deformación de la pieza en bruto de plástico durante la fabricación. Se puede prescindir del recocido u otros tratamientos térmicos del elemento 35 de junta para eliminar las tensiones inducidas térmicamente. En la figura 5 se ilustra una realización modificada (no reivindicada) de la estructura 30 de junta. Los mismos números de referencia designan las partes iguales o equivalentes mostradas en las figuras 2 y 3 y descritas anteriormente. La principal diferencia entre la realización de las figuras 2 y 3 y la realización de la figura 5 se refiere a la disposición de fijación, que acopla mecánicamente el elemento 35 de junta al anillo portador 33. La figura 5 ilustra un único conjunto de pasadores 38 de fijación. Cada pasador 38 se extiende a través de ambas paredes laterales 33.2, 33.3, así como a través de un asiento 35.13 que se extiende a lo largo de todo el grosor (es decir, la dimensión en la dirección axial) del elemento 35 de junta, desde la superficie lateral 35.3 hasta la superficie lateral 35.4.

Para evitar que los pasadores 38 de fijación sean expulsados de la estructura 30 de junta por el diferencial de presión entre un área de alta presión y un área de baja presión, entre las que se coloca la disposición 30 de sellado, los pasadores 38 de fijación pueden estar provistos de una cresta anular 38.1 que colinda con el lado de la estructura 30 de junta orientado hacia el área de alta presión, o con cualquier otra característica adaptada para retener los pasadores 38 de fijación en posición contra la fuerza resultante del diferencial de presión a través de la estructura 30 de junta.

Según la invención, los orificios 33.7, 33.8 son ciegos, es decir, están restringidos solo a una parte del grosor de la pared lateral correspondiente, de modo que no salen a la superficie del lado del anillo portador 33 orientado hacia la zona de baja presión de la máquina donde está montada la estructura 30 de junta. De esta manera, los pasadores 38 de fijación introducidos en los orificios ciegos desde el lado de alta presión se apoyarán contra la parte inferior de los orificios ciegos y quedarán retenidos contra la fuerza resultante del diferencial de presión a través de la estructura 30 de junta.

En todas las realizaciones descritas anteriormente, el elemento 35 de junta está formado por un único miembro anular integral. Si bien esto es particularmente ventajoso en términos de precisión de fabricación y fácil montaje, no se excluye que el elemento 35 de junta esté formado por partes anulares separadas, que se introducen en la ranura anular 33.4 del anillo portador 33. Las diversas partes anulares se pueden conectar entonces entre sí mediante pegado o de cualquier otra manera adecuada.

La figura 6 resume las etapas principales de los métodos de fabricación según la presente descripción.

Si bien la invención se ha descrito en términos de varias realizaciones específicas, será evidente para los expertos en la materia que son posibles muchas modificaciones, cambios y omisiones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones. Es más, el orden o la secuencia de cualesquiera etapas del proceso o método puede modificarse o volver a secuenciarse según realizaciones alternativas.

Claims

REIVINDICACIONES

i.Una estructura (30) de junta compuesta adaptada para montarse en una turbomáquina, comprendiendo la estructura de junta compuesta:

un anillo portador (33) que tiene: una pared (33.1) exterior circunferencial con una superficie interior y una superficie exterior, una primera pared lateral (33.2) y una segunda pared lateral (33.3), en donde la primera pared lateral y la segunda pared lateral sobresalen radialmente hacia adentro desde la pared exterior circunferencial hacia un eje del anillo portador; en donde hay una ranura anular (33.4) formada entre la pared (33.1) exterior circunferencial, la primera pared lateral (33.2) y la segunda pared lateral (33.3);

un elemento (35) de junta que tiene una primera región (35.2) en contacto de superficie a superficie con la ranura anular (33.4) y una segunda región (35.12) de sellado que sobresale desde la ranura anular del anillo portador hacia el eje del anillo portador (33) y está provisto de características (35.5) de sellado; y

una disposición de fijación que acopla el elemento (35) de junta y el anillo portador (33) entre sí, formando dicha estructura de junta compuesta; en donde la disposición de fijación comprende una pluralidad de pasadores (37, 39) de fijación dispuestos circunferencialmente alrededor del eje del anillo portador (33); en donde cada pasador de fijación de la pluralidad de pasadores de fijación se extiende a través de al menos una de la primera pared lateral (33.2) y la segunda pared lateral (33.3); y en donde cada pasador de fijación de la pluralidad de pasadores (37, 39) de fijación se engancha en un asiento (35.10, 35.11) correspondiente formado en el elemento de junta;

caracterizada por quela pluralidad de pasadores de fijación comprende: un primer conjunto de pasadores (37) de fijación que se extienden a través de unos orificios (33.7) a través de la primera pared lateral (33.2) y se enganchan a un primer conjunto de los asientos (35.10) del elemento (35) de junta; y un segundo conjunto de pasadores (39) de fijación que se extienden a través de unos orificios (33.8) a través de la segunda pared lateral (33.3) y se enganchan a un segundo conjunto de los asientos (35.11) del elemento (35) de junta; y en donde los asientos (35.10, 35.11) tienen forma de orificios ciegos en el elemento (35) de junta.
2. La estructura de junta de la reivindicación 1, en donde los pasadores (37, 39) de fijación son paralelos al eje del anillo portador.
3. La estructura de junta de la reivindicación 1 o 2, en donde la región (35, 12) de sellado es una región de sellado de tipo laberinto; y en donde la región de sellado comprende una pluralidad de dientes (35.5) que se proyectan desde una superficie radial hacia adentro de la región de sellado hacia el eje del anillo portador.
4. La estructura de junta de la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el anillo portador (33) está hecho de un primer material y el elemento (35) de junta está hecho de un segundo material, diferente del primer material; en donde el elemento (35) de junta está hecho de un polímero, en particular, un polímero termoplástico, o un material polimérico compuesto.
5. La estructura de junta de una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento (35) de junta está formado por un único elemento en forma de anillo.
6. La estructura de junta de una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde el anillo portador (33) está hecho de uno de entre un metal y una aleación metálica.
7. La estructura de junta de una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde cada pasador (37) de fijación del primer conjunto es colineal con un pasador (39) de fijación respectivo del segundo conjunto.
8. La estructura de junta de una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde la superficie interior forma un fondo de la ranura anular (33.4) y en donde el elemento (35) de junta incluye un cuerpo principal con una superficie cilíndrica externa en contacto superficial con el fondo de la ranura anular (33.4).
9. La estructura de junta de una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde los pasadores (37, 39) de fijación están separados a una distancia angular de entre aproximadamente 18° y aproximadamente 36°.
10. La estructura de junta de una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde la pared (33.1) exterior circunferencial del anillo portador (33) comprende una característica de fijación, adaptada para fijar la estructura de junta en un asiento anular de una máquina, en particular, una turbomáquina.
11. La estructura de junta de la reivindicación 10, en donde la característica de fijación comprende una proyección anular que se extiende desde una superficie periférica exterior de la pared exterior circunferencial; teniendo la proyección anular preferiblemente una forma de sección transversal que forma una entalladura (33.6), para un acoplamiento mecánico al asiento anular de la máquina.

La estructura de junta de una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos una de la primera pared lateral y la segunda pared lateral (33.2, 33.3) comprende romperremolinos (33.9) formados en una superficie exterior de las mismas.

Una máquina (1), en particular, una turbomáquina, que comprende: una carcasa; un árbol (3) dispuesto para girar en la carcasa; al menos una estructura de junta según una o más de las reivindicaciones anteriores, adaptada para proporcionar una acción de sellado en el árbol giratorio (3).

Un método para fabricar una estructura de junta, comprendiendo el método las siguientes etapas:

insertar un elemento (35) de junta en una ranura anular (33.4) de un anillo portador (33), estando formada la ranura anular (33.4) entre una pared (33.1) exterior circunferencial, una primera pared lateral (33.2) y una segunda pared lateral (33.3) del anillo portador (33), sobresaliendo radialmente la primera pared lateral (33.2) y la segunda pared lateral (33.3) hacia adentro desde la pared (33.1) exterior circunferencial hacia un eje del anillo portador (33);

acoplar mecánicamente el elemento (35) de junta al anillo portador (33), de manera que el elemento (35) de junta tenga una primera región (35.2) en contacto superficie a superficie con la ranura anular (33.4) y una segunda región (35.12) de sellado que sobresale desde la ranura anular del anillo portador hacia el eje del anillo portador;

mecanizar una superficie orientada hacia adentro de la segunda región (35.12) de sellado del elemento (35) de junta para producir características (35.5) de sellado en la misma;

en donde la etapa de acoplar mecánicamente el elemento (35) de junta al anillo portador (33) comprende la etapa de introducir una pluralidad de pasadores (37, 39) de fijación a través de una pluralidad correspondiente de orificios (33.7, 33.8) que se extienden a través de al menos una de la primera pared lateral (33.2) y la segunda pared lateral (33.3) y enganchar cada uno de los pasadores (37, 39) de fijación en un asiento (35.10, 35.11) correspondiente formado en el elemento (35) de junta;

en donde la etapa de introducir la pluralidad de los pasadores (37, 39) de fijación a través de la pluralidad correspondiente de orificios (33.7, 33.8) y enganchar cada pasador de fijación en el asiento correspondiente incluye las etapas de:

introducir un primer conjunto de pasadores (37) de fijación a través de un primer conjunto de orificios (33.7) que se extienden a través de la primera pared lateral (33.2) y enganchar los pasadores de fijación del primer conjunto en un primer conjunto de asientos (35.10) formados en un primer lado del elemento de junta; e

introducir un segundo conjunto de pasadores (39) de fijación a través de un segundo conjunto de orificios (33.8) que se extienden a través de la segunda pared lateral (33.3) y enganchar los pasadores de fijación del segundo conjunto en un segundo conjunto de asientos (35.11) formados en un segundo lado del elemento de junta.