ES2270987T3 - Junta laberintica entre componentes giratorios. - Google Patents
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Abstract
Una junta laberíntica entre componentes (7, 8) que pueden girar alrededor de un eje (14) uno respecto al otro y que están fijados axialmente, que comprende por lo menos dos huecos del anillo de obturación (12) de forma anular ininterrumpidos dispuestos axialmente uno detrás del otro, dispuestos cada uno entre una cara delantera (11) de un elemento anular (9) dispuesto en un componente (7) y una cara de obturación (13) opuesta que se encuentra directamente adyacente sin llegar a tocarse en el otro componente (8), donde la cara delantera (11) y la cara de obturación (13) forman las superficies laterales del hueco del anillo de obturación (12) correspondiente, donde por lo menos una superficie lateral (11, 13) de por lo menos un hueco del anillo de obturación (12) es de diseño cónico, caracterizada porque para evitar el acceso de fluidos desde ambos extremos de la junta laberíntica, las caras delanteras (11) y las caras de obturación (13) de los huecos del anillo de obturación (12) en un extremo de la junta laberíntica, están formadas con una inclinación opuesta a las caras delanteras (11) y las caras de obturación (13) de los huecos del anillo de obturación (12) en el otro extremo de la junta laberíntica.
Description
Junta laberíntica entre componentes
giratorios.
La invención se refiere a una junta laberíntica
según el preámbulo de la reivindicación 1.
Una junta laberíntica de este tipo, conocida por
el documento DE 44 03 776 A1, se ha aplicado en el campo de un
rodamiento de bolas, en la transición entre un motor de
accionamiento y una caja de cambios abridada a dicho motor de
accionamiento. En el presente ejemplo de realización, un componente
fijado a la carcasa abarca los elementos anulares que se dirigen
radialmente hacia adentro y están dispuestos de manera paralela
entre sí, donde el diámetro interior de todos los elementos
anulares es el mismo. Otro componente en forma de anillo se
encuentra en el eje rotor del motor de accionamiento, donde dicho
componente adicional en forma de anillo se encuentra en la región
de las caras frontales de los elementos anulares individuales,
abarcando caras de obturación cilíndricas adyacentes. Además, este
componente adicional comprende travesaños sobresalientes radialmente
hacia afuera que se sujetan entre los elementos anulares. El
diámetro de las caras frontales de los elementos anulares es
levemente más grande que el diámetro de la cara cilíndrica de
obturación asociada, de modo que se forma un hueco del anillo de
obturación estrecho, en forma de un cilindro hueco, entre la cara
delantera respectiva y la cara de obturación asociada. La cara
delantera y la cara de obturación forman así la superficie lateral
interna y externa del hueco del anillo de obturación respectivamente
asociado. La aplicación práctica ha demostrado que resulta
imposible lograr un funcionamiento concéntrico completo de las caras
de obturación. Debido a tales errores de forma y posición, que
resultan técnicamente inevitables, la anchura del hueco del anillo
de obturación, hueco que es muy pequeño de todos modos, cambia
dinámicamente con la frecuencia de la rotación. Así, si, por
ejemplo, fluye aceite, en forma de gotas o como espuma de aceite,
desde el rodamiento de bolas hasta la junta laberíntica y, de ese
modo, hasta el hueco del anillo de obturación, la cara de obturación
que rota de manera excéntrica actuaría a modo de bomba,
transportando de tal modo la contaminación a través del hueco del
anillo de obturación, donde podría alcanzar el motor y causar
funcionamientos erróneos. Para evitar esta deficiencia, se integra
una zona de depresión en la configuración del laberinto, que se
encuentra conectada, mediante un canal, a un difusor que actúa a
modo de tobera Ventura y que se comunica con la atmósfera
exterior.
Por el documento US 5,029,876 se conoce un junta
laberíntica que se utiliza asociada a la refrigeración de los
componentes de las turbinas de gas, donde una corriente de aire frío
definida de un lado bajo alta presión pasa por la junta laberíntica
a modo de corriente de escape para ejercer una acción refrigerante
al otro lado de los componentes colindantes de la junta
laberíntica.
Por el documento GB 274049 A se conoce una junta
laberíntica genérica para bombas centrífugas, turbinas de vapor o
turbinas hidráulicas con la que, mediante un eje de giro del hueco
del anillo de obturación inclinado, se consigue una corriente de
escape del lado bajo alta presión opuesta a la acción de bombeo.
Por el documento EP 0 608 672 A1 se conoce
igualmente una junta laberíntica genérica para un rodamiento de
lubricación mediante aceite, con la que también mediante un eje de
giro del hueco del anillo de obturación inclinado se evita una
corriente de escape en el interior de la carcasa del cojinete.
Con estas juntas laberínticas genéricas se
presenta el problema de que en especial se debe conseguir a ambos
lados de la junta laberíntica unas condiciones de trabajo precisas,
en especial unas condiciones de presión precisas, para asegurar que
un medio, contra el que debe haber hermeticidad, no se salga del
interior de una carcasa, así como evitar la entrada de elementos
contaminantes en la obturación o quizá en el interior de la
carcasa. Esto requiere, entre otras cosas, un diseño muy costoso de
los componentes.
La presente invención parte de esta base para
tener como objetivo la consecución de una junta laberíntica para el
sellado que, bajo condiciones de funcionamiento cambiantes,
posibilite de manera sencilla una separación segura entre las
cámaras de ambos lados de la obturación.
Según la invención, este objetivo se soluciona
mediante las medidas indicadas en las características de la
reivindicación 1.
En un diseño de una junta laberíntica según la
invención, debido a la forma cónica del hueco del anillo de
obturación en relación con la acción de bombeo axial que resulta de
los cambios dinámicos ya mencionados del hueco del anillo de
obturación debido a un estado de ovalización, se genera, además, un
componente radial en el hueco del anillo de obturación. Este
componente radial de la acción de bombeo depende de la velocidad
rotacional, del diámetro y de la expansión radial, así como de la
inclinación del hueco del anillo de obturación cónico en la
dirección axial. Preferiblemente, la anchura radial del hueco sigue
siendo igual a lo largo de la extensión axial. Esto da lugar a un
hueco del anillo de obturación en forma de un cono truncado vacío.
Sin embargo, también cabe la posibilidad de inclinar cónicamente
solamente una de las superficies laterales del hueco del anillo de
obturación, es decir la cara delantera del elemento anular o la cara
de obturación, en el componente posterior correspondiente. También
resulta viable que las dos superficies laterales ya mencionadas
estén inclinadas en dirección opuesta respecto a la dirección axial.
También puede resultar adecuado que la inclinación de las
superficies laterales anteriormente mencionadas se extiendan
solamente a lo largo de parte de su extensión axial.
Particularmente, la inclinación de la superficie lateral externa del
hueco del anillo de obturación determina el grado de la acción de
bombeo. La acción de bombeo se dirige hacia ese extremo del hueco
del anillo de obturación con el diámetro más grande. El diámetro más
grande del hueco del anillo de obturación se dispone así en el lado
por el que los líquidos que interfieren, particularmente aceite,
agua o similares, pueden fluir hacia la junta laberíntica. En lo
referente a la acción de bombeo, la fuerza centrífuga radial que
actúa en este proceso sobre el líquido a retener, puede ser de
importancia, donde dicha fuerza centrífuga transporta hacia el
exterior el líquido que ha entrado en el hueco del anillo de
obturación. Luego tiene lugar un componente de flujo en la
superficie lateral externa inclinada; dicho componente de flujo
actúa contra el líquido fluyente que se introduce como resultado de
la acción de bombeo axial generada por un funcionamiento con falta
de redondez. La magnitud del componente de fuerza contraria se puede
establecer seleccionando la inclinación de la velocidad cónica y
rotacional. Para poder mantener el diámetro del componente que
abarca las caras de obturación tan pequeño como sea posible,
existen caras de obturación axialmente secuenciales en forma de
conos truncados, que cuando se observan en sección longitudinal, se
disponen mutuamente a modo de dientes de sierra, de manera que el
diámetro medio pueda ser al menos aproximadamente el mismo. También
existe la posibilidad de diseñar la junta laberíntica con huecos del
anillo de obturación inclinados en direcciones opuestas. De esta
manera resulta posible por ejemplo, desde una sección ventilada de
la junta laberíntica situada en la región axial central,
contrarrestar el acceso de líquidos desde la dirección de ambas
regiones extremas. Aparte de esto, se puede asociar también una
cara de obturación común a varias superficies anulares opuestas.
Además, resulta ventajoso proporcionar radialmente anillos de
proyección hacia afuera, al menos entre algunas caras de obturación
adyacentes. Estos anillos de proyección llegan de entre los
elementos anulares adyacentes correspondientes, que lanzan
radialmente los líquidos que han penetrado el hueco del anillo de
obturación, las muescas colectoras previstas entre los elementos
anulares correspondientes. El líquido lanzado hacia afuera se puede
evacuar mediante un canal colector mutuo.
La invención se explica más detalladamente a
continuación con referencia a uno de los ejemplos de realización
representados en el dibujo de una junta laberíntica.
Muestran:
Fig. 1 Una sección longitudinal de
una junta laberíntica fijada a la placa de
cojinete de un motor.
Fig. 2 Representación aumentada del
anillo de obturación en la región de un
hueco del anillo de obturación.
Según la figura 1, un rotor 2 se encuentra unido
a un eje 3 en el interior 1 de una carcasa fija de un motor
eléctrico. Mediante un rodamiento 4, el eje 3 se sostiene de manera
giratoria en una placa de cojinete 5 de la carcasa. El extremo del
eje 3 que sobresale del espacio interior 1 de la carcasa hacia el
exterior, establece una conexión de accionamiento con una caja de
cambios mecánica conectada directamente con la placa de cojinete 5,
de cuya caja de cambios solamente se muestra una disposición de las
ruedas de engranaje 6. Las ruedas de engranaje 6 se mueven dentro
de un baño de aceite no mostrado. La cantidad de aceite transportada
por las ruedas de engranaje 6 también sirve para lubricar el
rodamiento 4. Para evitar que el aceite del engranaje pase
axialmente a través del rodamiento 4 y alcance el espacio interior 1
de la carcasa del motor, una junta laberíntica multicámara que se
extiende en la dirección axial al rotor 2, se prevé axialmente
adyacente al rodamiento 4. La junta laberíntica abarca un
componente interno 8 en forma de manguito, que se une al eje 3 y
rota con dicho eje 3, y un componente externo 7 que abarque el
componente interno 8 a modo de concha, donde dicho componente
externo 7 se encuentra firmemente conectado a la placa de cojinete
5. En la pared interior del componente externo 7 se encuentran
elementos anulares 9 radialmente dirigidos hacia adentro que se
prevén de manera que se encuentren axialmente distanciados entre
sí, con espacios huecos 10 de sección transversal en forma de U
previstos entre dichos elementos anulares 9. Como se muestra en la
figura 2, cada una de las caras frontales 11 de los elementos
anulares 9 que señalan radialmente hacia adentro se encuentran muy
cerca y, sin llegar a tocarlo, se dirige de frente a una cara de
obturación 13 para formar un hueco del anillo de obturación 12,
donde dicha cara de obturación se forma en la pared exterior del
componente en forma de manguito 8 que rota junto con el eje 3.
Puesto que en condiciones operacionales prácticas la cara de
obturación 13 no se mueve de manera completamente concéntrica, la
anchura radial del hueco del anillo de obturación 12 cambia con la
frecuencia rotatoria del eje 3. Esto produce que, por ejemplo, en el
hueco del anillo de obturación 12 el lubricante que emana del
rodamiento 4 se bombee a través del hueco del anillo de obturación
12, a pesar de la reducida anchura del hueco.
Para evitar cualquier escape no deseado del
líquido a través del hueco del anillo de obturación 12, dicho hueco
del anillo de obturación 12 es cónico. A este efecto, en el ejemplo
de realización actual, tanto la cara delantera 11 en el elemento
anular 9, como la cara de obturación 13 asociada son de forma
cónica. En el ejemplo de realización mostrado, la inclinación en la
cara delantera 11 y la cara de obturación 13 es la misma en
relación con el eje 14 indicado del eje 3; tal inclinación también
se encuentra en la misma dirección. Así, el hueco del anillo de
obturación 12 se presenta en la forma de un cono truncado vacío cuyo
diámetro se expande hacia la dirección en la que se escapa el
líquido a retener, en el presente ejemplo aceite lubricante. Con el
eje 3 rotando y la cara de obturación 13 rotando con él, cualquier
líquido que se acerque al hueco del anillo de obturación 12 se ve
acelerado radialmente hacia afuera cuando alcanza el hueco del
anillo de obturación 12. En la cara delantera 11 inclinada
asociada, dicho líquido se somete a una desviación mediante un
componente de fuerza ejercido contra las direcciones de entrada del
líquido. Seleccionando la inclinación, teniendo en cuenta la
velocidad rotacional del eje 3, el componente de fuerza se puede
seleccionar de manera que la acción de bombeo, generada por un
movimiento excéntrico en el hueco del anillo de obturación 12, se
ve contrarrestado, y dicha acción de bombeo se ve, al menos en
parte, compensada. Proporcionando varios sellos del hueco
laberíntico diseñado de esta manera, el fluido que pasa por una
junta laberíntica diseñada de manera acorde, se puede reducir por
lo menos hasta tal punto que no se precisa que se tomen más medidas
o, solo un número reducido de los huecos del anillo de obturación
12, cada uno de ellos formados por el elemento anular 9 y la cara
de obturación 13, resultan necesarios para lograr el mismo efecto de
obturación, comparado con las disposiciones que comprenden huecos
del anillo de obturación puramente
cilíndricos.
cilíndricos.
A diferencia del diseño del ejemplo de
realización mostrado, en el que las superficies laterales cónicas 11
y 13 del hueco del anillo de obturación 12 tienen la misma
inclinación, puede también bastar conque la cara delantera 11 o la
superficie de obturación 13 sean de diseño cónico. Sin embargo,
tendrá que tenerse en cuenta la dirección del componente de fuerza
resultante en relación con la relación deseada de obturación
mejorada.
Para mantener el espesor de pared radial del
componente interno 8 tan pequeño como sea posible, el diámetro
medio de por lo menos dos huecos del anillo de obturación 12 cónicos
adyacentes se selecciona de modo que sea por lo menos
aproximadamente del mismo tamaño. En esta disposición, las caras de
obturación 13 cónicas truncadas, previstas de manera que se sitúen
lado a lado en el componente giratorio 8, forman un borde en forma
de dientes de sierra en la sección longitudinal axial.
Para mejorar la expulsión del líquido que, sin
embargo, ha penetrado el hueco del anillo de obturación 12, se
prevén anillos de proyección 15 que se dirigen radialmente hacia
fuera en la región de las puntas de los dientes de sierra, entre
las caras de obturación 13 adyacentes, que resaltan entre los
elementos anulares 9 adyacentes correspondientes.
Si existe la posibilidad de que penetren
líquidos no deseados desde ambos lados de la junta, resulta
ventajoso proporcionar huecos del anillo de obturación 12
inclinados en direcciones opuestas en las regiones axiales extremas
de la junta laberíntica. Por consiguiente, en el ejemplo de
realización mostrado, la sección del extremo del componente interno
8, cuya sección extrema mira hacia el rotor 2, abarca una cara de
obturación 13 inclinada respecto al eje 14 en la dirección opuesta
a la inclinación de la cara de obturación 13 en el extremo opuesto
de la junta laberíntica, cuyo extremo mira hacia la caja de cambios.
Por lo tanto, las caras frontales 11 de los elementos anulares 9
correspondientes se encuentran también inclinadas en la dirección
opuesta. En el presente ejemplo, una cámara neutra 16 se inserta en
la junta laberíntica entre las regiones en las que el hueco del
anillo de obturación 12 se encuentra inclinado en direcciones
opuestas. El líquido que ha entrado se guía desde dicho
compartimiento al exterior. En cambio, desde los espacios huecos 10
que miran hacia la caja de cambios, el líquido que se ha depositado
en estos, es decir, aceite de engranaje en el actual ejemplo de
realización, puede volver al rodamiento 4 o a la caja de
cambios.
Además, también cabe la posibilidad de prever
por lo menos dos elementos anulares 9 en una cara de obturación 13
común, como se representa en el ejemplo de realización según la
figura 1, a ambos lados de la cámara neutra 16. En conjunto, se
logra una mejora en el efecto de obturación sin la necesidad de
espacio adicional u otros recursos como resultado del diseño cónico
del hueco del anillo de obturación 12. Por otra parte, como
resultado del componente de fuerza que se puede utilizar de esta
manera, se pueden reducir los requisitos para la acción de
estrangulamiento del hueco del anillo de obturación 12, es decir,
que la anchura radial del hueco se puede aumentar de manera que se
pueda llevar a cabo la producción de componentes en condiciones de
precisión reducida. Con una anchura creciente del hueco, su cambio
dinámico relativo también se reduce cuando el eje 3 rota, lo que,
una vez más, supone una reducción del efecto de bombeo no deseado en
lo que al aceite proveniente de la dirección opuesta se refiere. A
pesar de un diseño cónico de la cara de obturación 13, el diámetro
del componente interno 8 no tiene que agrandarse, si las caras de
obturación 13, que se observan en la vista de la sección
longitudinal, colindan axialmente entre sí a modo de dientes de
sierra. Para facilitar la instalación, el componente externo 7
junto con los elementos anulares 9 se fabrican en piezas divididas,
mientras que el componente interno 8 con las caras de obturación 13
y los anillos de proyección 15, forma una unidad única. Ambos
componentes 7 y 8 pueden girar uno respecto al otro, pero están
fijados axialmente, a excepción de la misma dislocación, que
resulta normal durante el funcionamiento. Además, esa parte de la
cara de obturación 13 respectiva que se asocia directamente a una
cara delantera 11, se diseña sin ninguna interrupción en la
dirección axial.
Claims (8)
1. Una junta laberíntica entre componentes (7,
8) que pueden girar alrededor de un eje (14) uno respecto al otro y
que están fijados axialmente, que comprende por lo menos dos huecos
del anillo de obturación (12) de forma anular ininterrumpidos
dispuestos axialmente uno detrás del otro, dispuestos cada uno entre
una cara delantera (11) de un elemento anular (9) dispuesto en un
componente (7) y una cara de obturación (13) opuesta que se
encuentra directamente adyacente sin llegar a tocarse en el otro
componente (8), donde la cara delantera (11) y la cara de obturación
(13) forman las superficies laterales del hueco del anillo de
obturación (12) correspondiente, donde por lo menos una superficie
lateral (11, 13) de por lo menos un hueco del anillo de obturación
(12) es de diseño cónico, caracterizada porque para evitar el
acceso de fluidos desde ambos extremos de la junta laberíntica, las
caras delanteras (11) y las caras de obturación (13) de los huecos
del anillo de obturación (12) en un extremo de la junta laberíntica,
están formadas con una inclinación opuesta a las caras delanteras
(11) y las caras de obturación (13) de los huecos del anillo de
obturación (12) en el otro extremo de la junta laberíntica.
2. Una junta laberíntica según la reivindicación
1, caracterizada porque una cara delantera (11) es de diseño
cónico.
3. Una junta laberíntica según la reivindicación
1 ó 2, caracterizada porque una cara de obturación (13) es de
diseño cónico.
4. Una junta laberíntica según al menos una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque ambas
superficies laterales (11, 13) de un hueco del anillo de obturación
(12) son de diseño cónico y presentan la misma inclinación.
5. Una junta laberíntica según al menos una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el diámetro
medio de por lo menos dos huecos del anillo de obturación (12)
cónicos adyacentes es aproximadamente el mismo.
6. Una junta laberíntica según al menos una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque por lo menos
dos elementos anulares (9) miran hacia una cara de obturación (13)
mutua continua.
7. Una junta laberíntica según al menos una de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque varias caras
de obturación (13) cónicas están dispuestas axialmente una detrás de
la otra en un componente (8).
8. Una junta laberíntica según la reivindicación
7, caracterizada porque entre las caras de obturación (13)
adyacentes están dispuestos anillos de proyección (15) que se
dirigen radialmente hacia fuera, donde dichos anillos de proyección
(15) sobresalen entre elementos anulares (9) adyacentes
correspondientes.
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