ITMC20090138A1 - Kit monocomponente che integra una tenuta a labbro semplice o composta con il supporto di scivolo in modo non separabile. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

KIT MONOCOMPONENTE CHE INTEGRA UNA TENUTA A LABBRO SEMPLICE O COMPOSTA CON IL SUPPORTO DI SCIVOLO IN MODO NON SEPARABILE.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di tenuta a labbro per pompe di circolazione di fluidi in genere, il quale à ̈ stato progettato per risolvere gli inconvenienti che penalizzano i sistemi di tenuta attualmente utilizzati in detto settore.

In particolare, nelle soluzioni convenzionali, questi sistemi di tenuta vengono realizzati con “tenute meccaniche frontali†che operano in condizioni di lubrificazione mista. La tenuta à ̈ realizzata con due anelli (uno di materiale tenero. L’altro di materiale più duro) tenuti in stretto contatto da una forza elastica e da una componente idrostatica connessa alla pressione del fluido da contenere.

Di questi due anelli, uno à ̈ fisso solidale al corpo della pompa, l’altro rotante con l’albero della pompa stessa. Il contatto tra i due anelli avviene tramite superfici di strisciamento.

La bassa rugosità delle superfici ed il contatto tra le superfici in moto relativo favorisce la tenuta del fluido che deve essere contenuto, così realizzando la tenuta.

Nelle applicazioni comuni, ed in particolare sulle pompe di circolazione delle auto, i due anelli sono tenuti insieme tramite due componenti metallici opportunamente agganciati.

Un sistema di tenuta così concepito, per quanto di universale diffusione, presenta alcuni svantaggi oggi aggravati da alcune sensibilità maturate relativamente al risparmio energetico ed alla riduzione della CO2, la specie chimica ritenuta più significativa per l’intensificazione dell’effetto serra.

Tali argomentazioni sono divenute negli ultimi anni così importanti da essere oggetto di direttive Europee e di Protocolli internazionali che invitano i settori dell’ingegneria a partecipare, con l’innovazione tecnologica, alla riduzione delle emissioni e dei consumi (potenze assorbite).

Con riferimento ai sistemi di tenuta convenzionali precedentemente descritti, va osservato innanzitutto che lo strisciamento che avviene attraverso le superfici di contatto tra i due anelli (piste di scivolo) produce una potenza dissipata per attrito che deve essere fornita dall’organo che movimenta la pompa stessa.

Tale potenza dissipata per attrito si aggiunge a quella necessaria per la pressurizzazione del fluido che circola all’interno della pompa e definisce, così, la potenza complessivamente assorbita dalla pompa.

La potenza per attrito dipende dalle forze di chiusura tra le piste di scivolo, dal coefficiente di attrito, e dalla velocità relativa nei punti in contatto.

All’aumentare di queste tre grandezze, aumenta la potenza dissipata.

Riferendo l’attenzione al settore dell’automobile, senza limitazione di applicazione per tutti gli altri settori, tale potenza viene sottratta al motore termico come potenza utile. Essendo potenza di tipo meccanico, essa ha un costo di combustibile che passa attraverso il rendimento globale del motore termico, notoriamente basso (0.3).

La riduzione della potenza assorbita si traduce in una riduzione del consumo specifico del motore e proporzionalmente in una riduzione della CO2 emessa.

L’evoluzione tecnologica dei motore vede, oggi, la diminuzione delle dimensioni dei componenti e, quindi, a parità di dimensioni della tenuta meccanica che non può essere ridotta oltre una certa dimensione, un aumento della velocità di rotazione della pompa stessa e, quindi, un ulteriore aumento della potenza dissipata per attrito. Inoltre, la necessità di aumentare l’affidabilità del componente tenuta fa sì che il dimensionamento dei vari fattori che ne influenzano il funzionamento viene spesso sovradimensionato, con ulteriori aggravi in termini di potenza dissipata;

Va inoltre considerato che le necessità connesse alla realizzazione delle migliori condizioni di lavoro e quindi di lubrificazione, in termini di campi di pressioni e velocità nella camera di tenuta, che si formano considerando il volume attorno alla tenuta meccanica (normalmente riempito dal fluido da contenere) finiscono per condizionare le dimensioni della pompa ed ancora altre caratteristiche di funzionamento della pompa stessa.

In particolare, relativamente alle dimensioni della tenuta, esse vincolano ad esempio le dimensioni dell’albero di rotazione, non consentendo di diminuire ulteriormente le dimensioni dell’albero della pompa e, quindi, della pompa stessa (raggio della girante, dimensioni del diffusore, ecc…).

La tenuta può essere oggetto di fenomeni di incollaggio e distacco in parte deterministici in parte erratici (stick slip) che generano emissioni acustiche, sovra-riscaldamento dei materiali, danneggiamenti locali delle piste di scivolo che richiedono accorgimenti di compensazione sulla pompa stessa. L’elevate temperature che si generano attraverso le piste di scivolo producono vaporizzazioni locali del fluido attorno alla tenuta che formano bolle di vapore che quando si muovono all’interno della pompa implodono dando luogo a rumore, irregolarità, portate alla mandata parzialmente ostruite, etc… che richiedono accorgimenti sulla pompa stessa.

Il fluido che normalmente viene elaborato dalla pompa à ̈ vicino alle condizioni di saturazione per cui à ̈ prossimo a condizioni di vaporizzazione e non sono infrequenti bolle di vapore o parziali interruzioni di fluido. In queste condizioni la tenuta tradizionale si surriscalda al punto tale che quando il fluido elaborato dalla pompa viene completamente ripristinato nascono condizioni di shock termico che portano spesso alla rottura degli anelli di tenuta con perdita immediata di fluido e necessità di sostituzione della pompa.

Il montaggio del componente tenuta all’interno della pompa richiede specifiche sulle tolleranze del corpo pompa di una certa precisione ed operazioni di montaggio della stessa tenuta sulle linee di produzione che introducono una certa complessità e costi.

In questo contesto, recentemente sono apparse sul mercato soluzioni innovative che partecipano in modo positivo alla soluzione di taluni dei problemi appena richiamati. Esse sono caratterizzate da una sensibile semplificazione della tenuta meccanica frontale , che si realizza tramite la sostituzione della stessa con un labbro (o più di uno) opportunamente dimensionato e supportato da rinforzi che ne consentono l’adattabilità alla situazione operativa.

Nelle soluzioni pluri-labbro viene spesso interposto tra di essi un mezzo lubrificante (olio, grasso, etc…) che favorisce la limitazione del coefficiente di attrito aumentando la vita del labbro (o labbri) stesso.

Il labbro, solidale al corpo della pompa, viene fatto strisciare su un cannotto (anello cilindrico) montato sull’albero in rotazione che ha le caratteristiche superficiali (bassa rugosità) tali da consentire uno strisciamento compatibile con la potenza dissipata.

In virtù dello stato superficiale di tale cannotto, lo strisciamento del labbro che avviene con definita interferenza sul cannotto stesso può prolungarsi per un tempo sufficientemente lungo (nel settore auto riportato in km equivalenti percorsi dal veicolo) sempre in condizioni di elevata affidabilità.

L’utilizzazione del cannotto, separato dal labbro o dai labbri, à ̈ indispensabile in quanto consente un controllo preciso della rugosità superficiale.

In talune applicazioni il labbro striscia sullo stesso albero di rotazione della pompa richiedendo su quest’ultimo complesse e costose lavorazioni superficiali che riportano la superficie di contatto a quella realizzata tramite cannotto.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un nuovo dispositivo di tenuta per pompe, del tipo che integra un cannotto ed almeno un labbro di tenuta, il quale possa vantare, rispetto a quelli già noti, una maggior semplicità e velocità di montaggio, nonché una maggior efficacia ed affidabilità di funzionamento .

Questi e altri vantaggi, che emergeranno con il prosieguo della descrizione, sono stati raggiunti dal dispositivo di tenuta secondo la presente invenzione, le cui caratteristiche principali sono state puntualizzate nella prima delle allegate rivendicazioni.

Il dispositivo secondo il trovato consiste in una unità di tenuta integrata, in seno alla quale il labbro di tenuta ed il relativo cannotto risultano già accoppiati fra loro ed entrambi contenuti all’interno di una stessa scatola di supporto, atta ad essere incassata e fissato nel corpo della pompa.

L’integrazione del cannotto e del labbro di tenuta in seno ad una stessa unità di supporto realizza i seguenti vantaggi .

Innanzitutto viene semplificata notevolmente la fase di montaggio, che può essere attuata con una sola operazione ( l’inserimento ed il fissaggio dell’unità di tenuta in seno al corpo pompa ), mentre fino ad oggi il montaggio dei due componenti separati ha comportato sia due interventi operativi distinti e successivi (quelle del cannotto e quello l labbro e quella del cannotto) sia una particolare cura e precisione di montaggio al fine di garantire che il labbro strisci nel suo moto in posizione centrata sul cannotto stesso;

Ulteriore vantaggio dell’invenzione consiste nel fatto che l’interferenza tra labbro e cannotto à ̈ fissa e garantita durante tutto il funzionamento della pompa.

Quest’ultimo vantaggio aumenta notevolmente l’affidabilità dell’unità di tenuta pre-assemblata secondo il trovato in quanto il parametro più critico del unità di tenuta rimane rigorosamente sotto controllo.

Nella unità di tenuta in parola, infatti, non può intervenire uno spostamento relativo tra cannotto e labbro in quanto i due componenti sono rigidamente collegati.

Nel caso di componenti separati , invece, l’interferenza fra cannotto e labbro dipende dalla posizione relativa tra i due componenti, che può variare in relazione alla non perfetta coassialità tra cannotto e supporto che tiene il labbro.

Ulteriore vantaggio offerto dispositivo di tenuta secondo il trovato consiste nella possibilità di collaudare il corretto funzionamento dell’unità di tenuta prima di procedere con il suo montaggio sul corpo pompa, consentendo così di intercettare e scartare eventuali esemplari mal funzionanti . Il dispositivo di tenuta secondo il trovato può altresì vantare dimensioni di ingombro assiali ridotti con la conseguenza di consentire la realizzazione di pompe assialmente più compatte. Non ultimo vantaggio à ̈ quello di preservare il labbro da eventuale lacerazione durante la fase di montaggio, rischio che invece à ̈ elevato nel caso in cui il cannotto ed il labbro vengano montati separatamente sul corpo pompa.

Va poi precisato che l’unità di tenuta integrata in parola alloggia anche un mezzo di tenuta statica che impedisce le perdite attraverso il corpo pompa. Tale mezzo viene realizzato con anello o-ring o simile che garantisce la tenuta per schiacciamento forzato di un elemento elastico o tramite collante o sigillante direttamente applicato sulla superficie esterna della scatola di supporto anzidetta , posta in aderenza con il corpo pompa .

Per maggior chiarezza esplicativa la descrizione del dispositivo di tenuta secondo il trovato prosegue con riferimento alle tavole di disegno allegate, riportate solo a titolo illustrativo e non certo limitativo, in cui :

- la fig. 1 mostra il dispositivo secondo il trovato , sezionato con un piano passante per l’asse longitudinale del cannotto, in esso integrato ;

- la fig. 2 à ̈ analoga alla fig. 1, dalla quale differisce soltanto per il fatto che il cannotto risulta illustrato in assetto estratto dall’unità di tenuta, di cui invece fa parte integrante .

- la fig. 3 mostra il dispositivo di tenuta in parola montato sul corpo pompa.

Con riferimento alla fig. 1 , il dispositivo di tenuta (1) secondo il trovato consiste in una unità integrata di tenuta, che comprende una scatola di supporto (2) , avente conformazione a vaschetta circolare , recante , in corrispondenza della sua parte di fondo (2a), un foro centrale (3) per il passaggio del cannotto (4 ).

Detta scatola di supporto (2) Ã ̈ chiusa da un coperchio (5), recante a sua volta un foro centrale (6) per il passaggio di detto cannotto (4).

Detto scatola (2) reca altresì una flangia esterna (2b), destinata a fungere da flangia di battuta contro il corpo-pompa (P), nel momento in cui il dispositivo (1) viene montato sul corpopompa (P) come evidenziato in fig. 3.

All’interno della scatola (2) à ̈ contenuto un collare in gomma (7) , che reca un labbro interno (8) , che costituisce il labbro di tenuta primario.

All’interno della scatola (2) à ̈ contenuto anche un secondo collare (9) , preferibilmente in PTFE , che reca un labbro interno (10) , che costituisce il labbro di tenuta secondario . All’interno della scatola (2) à ̈ contenuto infine un anello di rinforzo (12) , in metallo , centrato esattamente all’interno del collare in gomma (7).

Come mostrato in fig. 1 , il coperchio (5) schiaccia i collari (7 9) contro la parete di fondo (2a) della scatola (2), sul quale sia attestata il collare (9), mentre il primo collare (7) aderisce al coperchio (5).

Una volta collocati i collari (7 e 9) e l’anello di rinforzo (12) entro la scatola (2), quest’ultima viene chiusa con il coperchio (5), dopo di che il cannotto (3) viene infilato dall’esterno nel foro (3) e spinto fino a farlo fuoriuscire dal foro (6) presente sul coperchio (5) .

Durante questa fase di calzaggio del cannotto (4) nella scatola (2) , la superficie cilindrica esterna (4a) del cannotto (4) interferisce con i labbri di tenuta primario (8) e secondario (10), che si flettono e vanno in aderenza contro detta superficie (4a), con conseguente autocentraggio del cannotto (4) rispetto alla scatola (2).

Il montaggio del dispositivo (1) sul corpo pompa (P) richiede una sola operazione, durante la quale il cannotto (4) viene infilato sull’albero (A) della pompa, con contestuale insediamento della scatola (2) nella sede (B) del corpo pompa (P) .

L’inserimento della scatola (2) entro detta sede (B) avviene fino a battuta, costituita, come già detto, della flangia (2b) della scatola (2).

Come sopra precisato, il dispositivo di tenuta (1) integra anche un mezzo di tenuta statica che impedisce le perdite attraverso il corpo pompa.

Con ciò si intende far riferimento ad una fascia anulare (13), in materiale sigillante (13), prevista all’esterno della parete cilindrica della scatola (2), con il fine di realizzare un tenuta statica fra corpo pompa (P) e scatola (2).

Al posto di detta fascia si potrebbe utilizzare un comune anello di tenuta “o-ring†.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo di tenuta per pompe costituito da un’unità integrata di tenuta (1), che comprende: - una scatola di supporto (2), di forma circolare, chiusa da un coperchio (5), attraversata centralmente da un cannotto (4), - un primo collare in gomma (7) recante un labbro di tenuta (8), aderente contro la superficie esterna (4a) di detto cannotto (4), per costituire il labbro di tenuta primario (8), - un secondo collare (9) che reca un labbro interno (10) che costituisce il labbro di tenuta secondario (10), caratterizzato dal fatto che detto secondo collare (9) à ̈ in PTFE, e il labbro di tenuta primario (8) ha una forma diversa dal labbro di tenuta secondario (10), in cui, in sezione assiale, il labro di tenuta secondario (10) ha una forma curvata e il labbro di tenuta primario (8) ha una forma dritta ed inclinata rispetto all’asse del cannotto (4).
2. 2) Dispositivo di tenuta per pompe secondo la rivendicazione precedente caratterizzato per il fatto che detta scatola (2) contiene un anello di rinforzo (12), infilato esattamente nel collare (7).
3. 3) Dispositivo di tenuta per pompe secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato per il fatto che detta scatola di supporto (2) reca, in corrispondenza della sua parte di fondo (2a), un foro centrale (3) per il passaggio del cannotto (4 ), così come detto coperchio (5) recante a sua volta un foro centrale (6) per il passaggio di detto cannotto (4).
4. 4) Dispositivo di tenuta per pompe secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato per il fatto che detto scatola (2) reca una flangia esterna (2b), destinata a fungere da flangia di battuta contro il corpo del pompa (P), nel momento in cui il dispositivo (1) viene montato sul corpo pompa (P).
5. 5) Dispositivo di tenuta per pompe secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato per il fatto di comprendere un elemento di tenuta statica fra corpo pompa (P) e scatola (2).
6. 6) Dispositivo di tenuta per pompe secondo la rivendicazione precedente caratterizzato per il fatto che detto elemento di tenuta statica consiste in un fascia anulare (13), di materiale sigillante, collocata sulla parete esterna della scatola (2).
7. 7) Dispositivo di tenuta per pompe secondo la rivendicazione 6, caratterizzato per il fatto che detto elemento di tenuta statica consiste in un anello “o-ring†, collocato sulla parete esterna della scatola (2). limitazione del coefficiente di attrito aumentando la vita del labbro (o labbri) stesso. Il labbro, solidale al corpo della pompa, viene fatto strisciare su un cannotto (anello cilindrico) montato sull’albero in rotazione che ha le caratteristiche superficiali (bassa rugosità) tali da consentire uno strisciamento compatibile con la potenza dissipata. In virtù dello stato superficiale di tale cannotto, lo strisciamento del labbro che avviene con definita interferenza sul cannotto stesso può prolungarsi per un tempo sufficientemente lungo (nel settore auto riportato in km equivalenti percorsi dal veicolo) sempre in condizioni di elevata affidabilità. L’utilizzazione del cannotto, separato dal labbro o dai labbri, à ̈ indispensabile in quanto consente un controllo preciso della rugosità superficiale. In talune applicazioni il labbro striscia sullo stesso albero di rotazione della pompa richiedendo su quest’ultimo complesse e costose lavorazioni superficiali che riportano la superficie di contatto a quella realizzata tramite cannotto. DE 10 2008 010 338 descrive un gruppo di tenuta per alberi rotanti comprendente due guarnizioni di tenuta a doppio labbro aventi la stessa forma e realizzate nello stesso materiale, vale a dire gomma. Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un nuovo dispositivo di tenuta per pompe, del tipo che integra un cannotto ed almeno un labbro di tenuta, il quale possa vantare, rispetto a quelli già noti, una maggior semplicità e velocità di montaggio, nonché una maggior efficacia ed affidabilità di