ES2344059T3 - Disposicion para la obturacion de un intersticio entre un primer componente y un segundo componente. - Google Patents
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Abstract
Disposición de junta de obturación para ejes (1) con primero y segundo componentes (4, 6) para una turbina para la obturación de un intersticio (2) entre un primer componente (4) y un segundo componente (6), en la que entre una superficie de obturación (3) del primer componente (4) y una superficie de obturación (5) del segundo componente (6) está dispuesto un elemento de obturación (7), en la que el primer componente (4) está configurado como un rotor simétrico rotatorio (17) alojado de forma giratoria alrededor de un eje de rotación (16) y el segundo componente (6) está configurado como un estator (18) configurado simétrico rotatorio alrededor del eje de rotación (16), en la que están previstos medios (8, 9, 10) que están configurados para el desplazamiento del elemento de obturación (7) hacia el primer componente (4), en la que la superficie de obturación (5) del segundo componente (6) está dispuesta como superficie de guía para el elemento de obturación (7) durante el desplazamiento hacia el primer componente (4), en la que los medios (8, 9, 10) comprenden un elemento de presión (8) móvil, que está configurado de tal forma que su desplazamiento conduce a un desplazamiento del elemento de obturación (7) y el elemento de presión (8) está dispuesto por medio de un tornillo (9), que presenta un muelle (10) para el alojamiento elástico del medio de presión (8) en el segundo componente (6), caracterizada porque el elemento de obturación (7) está configurado en dirección circunferencial por varios elementos de obturación (7) individuales dispuestos alrededor del rotor (17).
Description
Disposición para la obturación de un intersticio
entre un primer componente y un segundo componente.
La invención se refiere a una disposición de
junta de obturación para ejes con primero y segundo componentes
para una turbina para la obturación de un intersticio entre un
primer componente y un segundo componente, en la que entre una
superficie de obturación del primer componente y una superficie de
obturación del segundo componente está dispuesto un elemento de
obturación, en la que el primer componente está configurado como un
rotor simétrico rotatorio alojado de forma giratoria alrededor de un
eje de rotación y el segundo componente está configurado como un
estator configurado simétrico rotatorio alrededor del eje de
rotación, en la que están previstos medios que están configurados
para el desplazamiento del elemento de obturación hacia el primer
componente, en la que la superficie de obturación del segundo
componente está dispuesta como superficie de guía para el elemento
de obturación durante el desplazamiento hacia el primer componente,
en la que los medios comprenden un elemento de presión móvil, que
está configurado de tal forma que su desplazamiento conduce a un
desplazamiento del elemento de obturación y el elemento de presión
está dispuesto por medio de un tornillo, que presenta un muelle para
el alojamiento elástico del medio de presión en el segundo
componente.
Las juntas de obturación para muelles conocidas
son, por ejemplo, juntas de obturación laberínticas. Una circulación
de fuga es frenada en este caso a través de los llamados labios de
obturación. Tales juntas de obturación se emplean en diferentes
turbinas.
Bajo la designación colectiva de "turbina"
se agrupan turbinas de agua, turbinas de vapor y de gas, molinetes,
bombas centrífugas y compresores centrífugos así como hélices. Todas
estas máquinas tienen en común que sirven para la finalidad de
extraer energía de un fluido para accionar de esta manera otra
máquina o a la inversa alimentar energía a un fluido para elevar su
presión. Como fluido se entienden tanto líquidos como también gases,
que pueden realizar movimientos de circulación.
Como en otras turbinas térmicas, las juntas de
obturación para ejes cierran herméticamente a través de la carcasa
así como los puntos de obturación interiores de las máquina
habitualmente por medio de juntas de obturación laberínticas, En el
caso de gases combustibles, nocivos o costosos, en cambio, se
requiere un cierre totalmente hermética al gas frente al medio
ambiente, que no se puede alcanzar con las juntas de obturación
laberínticas.
Aquí pueden servir de ayuda las juntas de
obturación de anillo deslizante o las juntas de obturación con un
bloqueo del líquido. En tales disposiciones se realiza la obturación
a través de una película de líquido entre un árbol y el taladro de
anillos de obturación, que están asegurados contra rotación, pero se
pueden mover en dirección radial, para que puedan seguir los
desplazamientos del árbol frente a la carcasa. El líquido de
bloqueo es alimentado entre dos anillos y sale por el lado del gas y
el lado de la atmósfera. Como líquidos de bloqueo se contemplan en
primer lugar aceites y agua. En la selección hay que tener en cuenta
qué modificaciones puede experimentar el líquido a través de gases
liberados, como formación de espuma. Modificación de la viscosidad o
reacciones químicas.
Evidentemente, la acción de obturación es tanto
mejor cuanto más estrecho es el intersticio entre el rotor y el
estator. Es deseable que tales disposiciones de junta de obturación
estén configuradas de tal forma que se pueda realizar un montaje
sencillo de toda la turbina. Por lo demás, debe garantizarse que el
rotor es giratorio en el estator en todas las condiciones de
funcionamiento. Una manifestación de un intersticio no deseable
entre un estator y un rotor está influenciada por fuerzas
centrífugas y diferencias de presión así como dilataciones
diferentes del rotor y del estator en virtud de fuertes oscilaciones
de la temperatura.
Se conocen juntas de obturación, en las que se
consigue un efecto de obturación por medio de gas de bloqueo. Para
una buena acción de obturación hay que tolerar, en determinadas
circunstancias, altos consumos de gas de bloqueo. Por lo demás, se
conocen juntas de obturación, en las que se realiza un contacto
entre el estator y el rotor. En este caso se conocen las llamadas
juntas de obturación de cepillo, cuyo efecto de obturación se da
también en el caso de anchuras variables del intersticio.
Se conoce a partir de la patente US 2.119.033 un
casquillo prensaestopas, como se utiliza para la obturación de ejes
giratorios para válvulas. Una configuración igualmente estática se
conoce a partir de la publicación alemana DE 26 37 028. A partir de
la publicación US 2001/0007632 A1 se conoce la creación de elementos
de cierre sustituibles para la reducción al mínimo del intersticio
de movimiento entre el rotor y el estator, de manera que estos
elementos de desgaste están tensados axialmente por medio de
superficies de apoyo inclinadas con efecto radial. Se conoce a
partir de la publicación US 2004/0100035 una disposición de junta de
obturación para ejes que cede radialmente hacia fuera, que en el
caso de un contacto entre el rotor y el estator se reduce al mínimo
el potencial de daños. Ninguna de las soluciones descritas muestra
cómo se puede mantener casi constante un intersticio de obturación
de una disposición de junta de obturación para ejes sobre amplias
gamas de temperatura.
Ya se conoce a partir del documento DE 41 07 586
C1 una disposición de junta de obturación para una máquina de
amasar, que prevé un casquillo prensaestopas pretensado
elásticamente de anillos flexibles de politetrafluor-
etileno.
etileno.
\newpage
El cometido de la invención es indicar una
disposición para la obturación de un intersticio entre un primer
componente y un segundo componente, en la que el intersticio es lo
más reducido posible para todas las condiciones de
funcionamiento.
El cometido se soluciona por medio de una
disposición para la obturación de un intersticio del tipo mencionado
al principio con las características adicionales de la parte de
caracterización de la reivindicación 1.
La ventaja de la invención es, entre otras
cosas, que el intersticio se puede mantener esencialmente constante
entre el primer componente y el segundo componente sobre un
intervalo grande de temperaturas. Cuando las temperaturas se elevan
fuertemente, el primer componente y el segundo componente se dilatan
con frecuencia con diferente intensidad. Un intersticio que se va
incrementando sería la consecuencia de ello. Con la inserción se
inserta un elemento de obturación, con lo que el intersticio se
reduce de nuevo a través de un desplazamiento de un elemento de
obturación.
Una ventaja es, entre otras cosas, que una
dilatación térmica, que se realiza en una dirección radial, se
convierte en un movimiento axial.
De acuerdo con la invención, el medio comprende
un elemento de presión móvil, que está configurado de tal forma que
su desplazamiento conduce a un desplazamiento del elemento de
obturación. Un movimiento del primer componente realizado a través
de la dilatación de la temperatura del primer componente conduce en
este caso a un movimiento del elemento de presión móvil. El
movimiento es tal en este caso que éste conduce a un movimiento o
bien a un desplazamiento del elemento de obturación en la dirección
del intersticio.
De esta manera, un medio adecuado y al mismo
tiempo sencillo puede contrarrestar un movimiento condicionado por
la turbina.
En un desarrollo ventajoso, el elemento de
presión presenta una primera superficie inclinada frente a una
dirección de movimiento del elemento de obturación, que se apoya en
una segunda superficie inclinada del elemento de obturación.
Un desplazamiento del elemento de presión que
conduce a una dirección del movimiento es desviado, por decirlo así,
sobre una superficie inclinada común en otra dirección de
movimiento. Las superficies inclinadas deben presentar en este caso
un ángulo adecuado.
De esta manera, se indica una posibilidad
sencilla para convertir a través de superficies adecuadas y a través
de una cierta fricción de deslizamiento los movimientos en una
dirección en un movimiento en otra dirección.
En la invención, el medio de presión está
dispuesto por medio de un tornillo que presenta un muelle para el
alojamiento elástico del elemento de obturación en el segundo
componente.
Con esta medida es posible descargar el elemento
de presión en la mayor medida posible de fuerzas externas. Como
consecuencia de temperaturas variables, se modifica el intersticio
entre el primer componente y el segundo componente. Un incremento
del intersticio conduce a un movimiento del elemento de presión como
consecuencia de una fuerza de resorte. El movimiento del elemento
de presión conduce finalmente a un movimiento del elemento de
obturación en la dirección del intersticio.
De esta maneras se da una posibilidad sencilla
para realizar a través de una fuerza de resorte sencilla un
movimiento en una dirección del movimiento.
En otra configuración ventajosa, la dirección
del movimiento del elemento de presión está esencialmente
perpendicular a la dirección del movimiento del elemento de
obturación.
La ventaja está en este caso en que a través de
una conversión casi ortogonal de direcciones de movimiento se ahorra
espacio de construcción.
De acuerdo con la invención, el elemento de
obturación está configurado en la dirección circunferencial por
varios elementos de obturación individuales dispuestos alrededor del
rotor.
De esta manera, se crea la posibilidad de cubrir
a lo largo del eje del rotor una anchura mayor del intersticio. Un
incremento del intersticio conduce a una longitud circunferencial
incrementada del elemento de obturación. Una reducción del
intersticio conduce a una disminución de la periferia del elemento
de obturación. Un elemento de obturación configurado como anillos
tendría de acuerdo con ello un diámetro mínimo. A través de la
división del elemento de obturación en elementos de obturación
individuales, que están dispuestos alrededor del rotor, es posible
preparar una extensión variable.
En otra configuración ventajosa, el elemento de
presión está configurado en forma de un anillo alrededor del
rotor.
Esta disposición es adecuada para rotores, en
los que se puede montar fácilmente un anillo alrededor del
rotor.
En otra configuración, el elemento de presión
está configurado en al menos dos anillos parciales.
Esta disposición es adecuada para turbinas, en
las que no se puede montar fácilmente un anillo alrededor del
rotor. A través de la división de todo el anillo en al menos dos
anillos parciales, éstos se pueden montar fácilmente.
En un desarrollo ventajoso, el elemento de
presión y el elemento de obturación presentan, respectivamente, una
superficie cónica, que están configuradas de tal forma que un
desplazamiento del elemento de presión provoca un desplazamiento del
elemento de obturación.
De esta manera se da un medio especialmente
sencillo para realizar una conversión de direcciones de movimiento.
La conversión se realiza en este caso a través de fuerzas puramente
mecánicas, que requieren, además, poco espacio de construcción.
En una configuración ventajosa, el estator y el
elemento de obturación presentan otra superficie, por ejemplo,
opuesta a la superficie cónica mencionada anteriormente, que está
configurada de tal forma que un desplazamiento del elemento de
obturación provoca un apoyo en el estator.
De esta manera se consigue la ventaja de que a
través de la selección determinada del ángulo de las superficies
cónicas se centra el elemento de obturación. Esto significa que se
evita un basculamiento del elemento de obturación, lo que conduciría
a un intersticio variable.
La utilización de la disposición para la
obturación de un intersticio se utiliza de manera más ventajosa en
una turbina.
A continuación se explica en detalle la
invención con la ayuda de ejemplos de realización, que se
representan de manera esquemática en el dibujo. Para los mismos
componentes y los componentes de funciones idénticas se utilizan en
todo el texto los mismos signos de referencia.
En este caso:
La figura 1 muestra una sección a través de una
disposición para la obturación de un intersticio.
La figura 2 muestra una vista lateral de la
disposición.
En la figura 1 se representa una sección a
través de una disposición para la obturación de un intersticio 2.
Entre una superficie de obturación 3 de un primer componente 4 y una
superficie de obturación 5 de un segundo componente 6 está dispuesto
un elemento de obturación 7.
Un elemento de presión 8 es alojado sobre un
tornillo 9 y un muelle 10 elásticamente en el segundo componente 6.
El muelle 10 provoca una fuerza en una primera dirección de
movimiento 11. Un movimiento del elemento de presión 8 ejercería a
través de una superficie 12 inclinada otra fuerza sobre el elemento
de obturación 7. El movimiento del elemento de presión 8 conduciría
finalmente a un desplazamiento del elemento de obturación 7 en otra
dirección del movimiento 13.
Entre el segundo componente 6 y el elemento de
obturación 7 está dispuesta otra superficie inclinada. Esta
selección de ángulos adecuados para la primera superficie inclinada
y para la otra superficie inclinada 14 lleva a cabo un movimiento no
basculante del elemento de obturación 7 en la dirección del
intersticio 2.
En el equilibrio termodinámico, la fuerza de
resorte del muelle 10 es la primera superficie inclinada 12 y la
otra superficie inclinada 14 está seleccionada de tal forma que se
configura un intersticio 2 lo más reducido posible. En el caso de
una elevación de la temperatura, se dilata el segundo componente 6
en una dirección de dilatación 15. En el caso de una disposición
rígida o bien fija del elemento de obturación 7 en el segundo
componente 6, esto conduciría a un incremento del intersticio 2. Un
movimiento del segundo componente 6 en la dirección de dilatación
15 conduce a un movimiento del elemento de presión 8 debido a la
fuerza de resorte del muelle 10 en la primera dirección de
movimiento 11. Este desplazamiento del elemento de presión 8 es tal
que su desplazamiento conduce a un desplazamiento del elemento de
obturación 7 en dirección 13.
La primera dirección de movimiento 12 y la
dirección 13 están en este caso esencialmente perpendiculares entre
sí.
El primer componente 4 puede estar configurado
como un rotor 17 simétrico rotatorio alojado de forma giratoria
alrededor de un eje de rotación 16. El segundo componente 6 puede
estar configurado como un estator 18 configurado de forma simétrica
rotatoria alrededor del eje de rotación 16.
El intersticio 2 puede ser influenciado a través
de la selección de materiales adecuados para el elemento de
obturación 7, el elemento de presión 8 y del segundo componente. El
tamaño del intersticio 2 depende, por lo tanto, de los estados de
funcionamiento reinantes.
En la figura 2 se representa una vista lateral
de la disposición para la obturación de un intersticio entre un
rotor y un estator. En la forma de realización representada en la
figura 2, el elemento de presión está configurado en forma de un
anillo alrededor del rotor 17. Es concebible una configuración del
elemento de presión 8 también en forma de dos anillos parciales.
El elemento de obturación 7 está dividido en la
forma de realización representada en la figura 2 en varios, en total
ocho elementos de obturación 7 individuales.
En esta forma de realización, el elemento de
presión 8 y el elemento de obturación 7 están configurados de tal
forma que presentan, respectivamente, una superficie cónica, en la
que un desplazamiento del elemento de presión 8 provoca un
desplazamiento del elemento de obturación 7.
Por lo demás, esta forma de realización del
estator 18 y del elemento de obturación 7 presenta otra superficie
cónica, que está configurada de tal forma que un desplazamiento del
elemento de obturación 7 provoca un apoyo en el estator 18.
Claims (7)
1. Disposición de junta de obturación para ejes
(1) con primero y segundo componentes (4, 6) para una turbina para
la obturación de un intersticio (2) entre un primer componente (4) y
un segundo componente (6), en la que entre una superficie de
obturación (3) del primer componente (4) y una superficie de
obturación (5) del segundo componente (6) está dispuesto un
elemento de obturación (7), en la que el primer componente (4) está
configurado como un rotor simétrico rotatorio (17) alojado de forma
giratoria alrededor de un eje de rotación (16) y el segundo
componente (6) está configurado como un estator (18) configurado
simétrico rotatorio alrededor del eje de rotación (16), en la que
están previstos medios (8, 9, 10) que están configurados para el
desplazamiento del elemento de obturación (7) hacia el primer
componente (4), en la que la superficie de obturación (5) del
segundo componente (6) está dispuesta como superficie de guía para
el elemento de obturación (7) durante el desplazamiento hacia el
primer componente (4), en la que los medios (8, 9, 10) comprenden un
elemento de presión (8) móvil, que está configurado de tal forma
que su desplazamiento conduce a un desplazamiento del elemento de
obturación (7) y el elemento de presión (8) está dispuesto por medio
de un tornillo (9), que presenta un muelle (10) para el alojamiento
elástico del medio de presión (8) en el segundo componente (6),
caracterizada porque el elemento de obturación (7) está
configurado en dirección circunferencial por varios elementos de
obturación (7) individuales dispuestos alrededor del rotor (17).
2. Disposición de junta de obturación para ejes
(1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque
el elemento de presión (8) presenta una primera superficie (12)
inclinada frente a una dirección de movimiento (11) del elemento de
obturación (7), que se apoya en una segunda superficie inclinada
(19) del elemento de obturación (7).
3. Disposición de junta de obturación para ejes
(1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque
la dirección de movimiento (11) del elemento de presión (8) está
esencialmente perpendicular a la dirección de movimiento (13) del
elemento de obturación (7).
4. Disposición de junta de obturación para ejes
(1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque
el elemento de presión (8) está configurado en forma de un anillo
alrededor del rotor (17).
5. Disposición de junta de obturación para ejes
(1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque
el elemento de presión (8) comprende al menos dos anillos
parciales.
6. Disposición de junta de obturación para ejes
(1) de acuerdo con las reivindicaciones 1, 4 ó 5,
caracterizada porque el elemento de presión (8) y el elemento
de obturación (7) presentan, respectivamente, una superficie cónica
(12, 19), que están configuradas de tal forma que un desplazamiento
del elemento de presión (8) provoca un desplazamiento del elemento
de obturación (7).
7. Disposición de junta de obturación para ejes
(1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizada porque el estator (18) y el elemento de
obturación (7) presentan otra superficie cónica (14), que está
configurada de tal forma que un desplazamiento del elemento de
obturación (7) provoca un apoyo en el estator (18).
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