BRPI0621390A2 - dispositivo de vedação com um anel de apoio que se projeta na direção de uma cámara de armazenamento do fluido para confinar um eixo rotativo - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE VEDAçãO COM UM ANEL DE APOIO QUE SE PROJETA NA DIREçãO DE UMA CáMARA DE ARMAZENAMENTO DO FLUIDO PARA CONFINAR UM EIXO ROTATIVO. <UM>Problemas<MV> Um dispositivo de vedação em que um bordo de vedação mantém de forma confiável uma vedação de eixo em relação a um fluido em alta pressão que deve ser vedado e em que a tensão aplicada equivalente que ocorre no bordo de vedação é reduzida para aumentar a vida útil do bordo de vedação. <UM>Meios para resolver os problemas<MV> Um anel de segurança (2) tem uma seção afunilada (23) que se estende continuamente a partir de uma seção de fixação (21) do anel de segurança (2) e também tem uma seção de extremidade dianteira (24) uma superfície arredondada (e) com um raio de curvatura (r-1) é formada pelo menos em um contorno (26) onde uma superfície (d) da superfície afunilada (23) muda para uma superfície (f) da seção de extremidade dianteira (24) uma parte da superfície (d) da superfície afunilada (23), cuja parte está em contato com a superfície arredondada (e) no contorno (26), é uma superfície de curvatura projetada com um raio de curvatura maior do que o raio de curvatura (r-1) do contorno (26).
Description
"DISPOSITIVO DE VEDAÇÃO COM UM ANEL DE APOIO QUE SE PROJETA NA DIREÇÃO DE UMA CÂMARA DE ARMAZENAMENTO DO FLUIDO PARA CONFINAR UM EIXO ROTATIVO"
CAMPO DA TÉCNICA
A presente invenção refere-se a um dispositivo de vedação para vedar um eixo, em que o dispositivo de vedação tem um bordo de vedação e se refere, particularmente, a um dispositivo de vedação em que um bordo de vedação pode estabelecer uma vedação de eixo confiável em relação a um refrigerante de alta pressão, ou a um outro fluido vedado como este, e em que a vida útil do bordo de vedação pode ser prolongada.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Recentemente, refrigerantes usados em condicionadores de ar de carros e congêneres estão sendo modificados de gás CFC para gás dióxido de carbono em virtude do impacto ambiental, e estruturas para a vedação de eixo com o gás dióxido de carbono como um fluido vedado têm ficado mais comum. Entretanto, em casos em que o gás dióxido de carbono é usado para o refrigerante, o fluido vedado que será o refrigerante é usado em pressões maiores do que eram usadas no passado. Surgiu uma necessidade urgente de melhorar a capacidade de vedação da parte da vedação de eixo, e vários dispositivos de vedação com grande capacidade de vedação foram desenvolvidos como vedações de bordo para compressores em condicionadores de ar de carro.
Um exemplo é um dispositivo de bordo de vedação (veja Figura 10) divulgado no Pedido de Modelo de Utilidade 3-41264 (Documento de Patente 1). Neste dispositivo de bordo de vedação, um anel de apoio 103 feito de um material metálico e com uma forma de anel fica disposto entre um eixo rotativo 102 e uma superfície periférica interna no lado da atmosfera de um bordo de vedação 101, o anel de apoio 103 sendo instalado em leve contato com a superfície periférica interna do bordo de vedação 101. Além do mais, uma parte anular 104, feita de um material de resina, fica disposta da mesma forma que o anel de apoio 103 no lado da atmosfera B do anel de apoio 103. Além do mais, em um lado da câmara de armazenamento do fluido A do anel de apoio 103, uma superfície de vedação 107a firmemente ligada na superfície periférica externa do eixo rotativo 102 é fornecida a uma parte de extremidade 107 na qual o bordo de vedação 101 se estende de forma inclinada na direção da câmara de armazenamento do fluido de uma parte proximal 106, na qual um anel de reforço 105 é embutido, e uma mola de extensão 108 para submeter a superfície de vedação 107a a tensão é montada em uma ranhura anular fornecida na superfície periférica externa da parte de extremidade 107.
Uma placa de suporte em forma de anel 109 fica disposta no lado da atmosfera da parte anular 104, e o anel de apoio 103, a parte anular 104 e a placa de suporte 109 são prensadas por um anel de retenção 110 cuja periferia externa tem uma seção transversal em forma de U. Coletivamente, estes três componentes prensados constituem uma parte de vedação que reforça o bordo de vedação alinhado 101.
A distância entre a ranhura anular e a superfície de vedação 107a na extremidade distai do bordo de vedação 101 deve ser fabricada de forma confiável, mas o bordo de vedação 101 se deforma facilmente, por ser feito de borracha, e é difícil garantir a dimensão desta distância quando a borracha é moldada. Além do mais, o anel de apoio 103 e o bordo de vedação 101 devem ser unidos de forma confiável e, quando o anel de apoio 103 for pressionado no bordo de vedação 101, a capacidade de vedação é comprometida, em virtude de o bordo de vedação 101 ser suspenso para longe da superfície periférica externa do eixo rotativo.
Para resolver esta variedade de problemas, foram desenvolvidas técnicas tais como aquelas demonstradas na patente japonesa 3346743 (Documento de Patente 2) e no pedido de patente japonês em aberto 2003-120821 (Documento de Patente 3). Nas técnicas divulgadas, uma parte de suporte inclinado de um anel de apoio é encaixada por pressão em uma superfície afunilada em um bordo de vedação para expandir o diâmetro da superfície da parte de vedação, a superfície afunilada ampliada do bordo de vedação inclinado é presa em contato de pressão pela parte de suporte inclinado, e a superfície da parte de vedação no lado da atmosfera é mantida em um ângulo constante. De acordo com este tipo de configuração, a superfície da parte de vedação presa sob tensão pelo anel de apoio é firmemente ligada com pressão superficial acentuada na superfície periférica externa do eixo, a superfície da parte de vedação fica em contato com o eixo através de uma pequena área de superfície de contato, a capacidade de vedação é efetivamente impedida de diminuir em decorrência da deformação anormal na qual a superfície parte de vedação é comprimida, o estado do canto de vedação que está em contato sob pressão superficial acentuada é mantido, e excelente capacidade de vedação é exibida.
Documento de Patente 1: pedido de modelo de utilidade 3-41264 (página 1, Figura 1).
Documento de patente 2: patente japonesa 3346743 (página 2, Figura 2).
Documento de patente 3: pedido de patente japonês em aberto 2003-120821 (página 2, Figura 1).
DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO
[Problemas a ser Resolvidos pela Invenção] Entretanto, em técnicas convencionais, tais como aquelas divulgadas na patente japonesa 3346743 (Documento de Patente 2) e no pedido de patente japonês em aberto 2003- 120821 (Documento de Patente 3), quando uma grande quantidade de pressão do fluido vedado for aplicada na periferia externa do bordo de vedação de borracha, o bordo de vedação é pressionado na direção do eixo rotativo e tensão excessiva é criada entre o canto em que a superfície afunilada do anel de apoio dobra para trás na direção do eixo rotativo e da superfície de vedação interior do bordo de vedação. Uma quantidade extremamente grande de tensão aplicada equivalente é criada no bordo de vedação localizado no canto do anel de apoio e com o uso prolongado há um risco de que o bordo de vedação sofra fraturas. Na prática, embora a redondeza (R) seja formada no canto do anel de apoio supradescrito e esforços sejam feitos para reduzir a tensão aplicada equivalente criada no bordo de vedação, é desejada uma redução ainda adicional na tensão aplicada equivalente. Ά presente invenção foi projetada em vista dos problemas expostos e um objetivo desta é fornecer um dispositivo de vedação em que um bordo de vedação pode manter uma vedação de eixo confiável em relação a um fluido vedado a alta pressão, a tensão aplicada equivalente criada no bordo de vedação pode ser reduzida e a vida útil do bordo de vedação pode ser prolongada.
[Meios para Resolver Estes Problemas]
Para resolver estes problemas, o dispositivo de vedação de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é um dispositivo de vedação com um anel de apoio que se projeta na direção de uma câmara de armazenamento do fluido para confinar um eixo rotativo, em que pelo menos o anel de apoio tem uma forma afunilada e uma extremidade distai de um bordo de vedação suportado pelo anel de apoio pode entrar em contato com o eixo rotativo. O dispositivo de vedação é caracterizado em que o anel de apoio tem uma parte afunilada e uma parte de extremidade distai que se estende continuamente a partir de uma parte fixa desta. Uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-I) é formada pelo menos em um contorno onde uma superfície da parte afunilada muda para uma superfície da extremidade distai e parte da superfície da parte afunilada adjacente à superfície arredondada no contorno é uma superfície convexa com um raio de curvatura maior do que o raio de curvatura (R-I) do contorno.
De acordo com estas características, a pressão do lado da câmara de armazenamento do fluido age no bordo de vedação, e a extremidade distai do bordo é pressionada contra o eixo rotativo, a força de pressionamento do bordo de vedação sendo exercida no anel de apoio ao mesmo tempo. Então, o bordo de vedação em particular entra firmemente em contato com o contorno (canto do anel de apoio) onde a superfície da parte afunilada do anel de apoio muda para a superfície da extremidade distai, e há uma tendência de uma quantidade extremamente grande de tensão aplicada equivalente acumular neste local. Entretanto, de acordo com a presente invenção, uma vez que uma superfície que não é uma superfície linear reta e que tem um raio de curvatura relativamente grande é formada em parte da superfície da parte afunilada conectada na superfície arredondada no contorno, a redondeza intumescida (raio de curvatura) de pelo menos parte da parte afunilada contribui para aumentar a área de superfície da parte afunilada do anel de apoio para prender o bordo de vedação e, embora a pressão da câmara de armazenamento do fluido aja no bordo de vedação em função do aumento na força de atrito desta superfície de contato ampliada, desalinhamentos mínimos são efetivamente impedidos de ocorrer entre o bordo de vedação e a superfície afunilada do anel de apoio. Portanto, uma quantidade extrema de tensão aplicada equivalente não acumula no bordo de vedação localizado no contorno (canto do anel de apoio), onde a superfície da parte afunilada do anel de apoio muda para a superfície da extremidade distai, a tensão aplicada equivalente que ocorre no bordo de vedação pode ser reduzida, ao mesmo tempo em que uma vedação de eixo confiável é mantida pelo bordo de vedação, e a vida útil do bordo de vedação pode ser prolongada.. O dispositivo de vedação de acordo com um segundo aspecto da presente invenção é um dispositivo de vedação com um anel de apoio que se projeta na direção de uma câmara de armazenamento do fluido para confinar um eixo rotativo, em que pelo menos o anel de apoio tem uma forma afunilada e uma extremidade distai de um bordo de vedação suportado pelo anel de apoio pode entrar em contato com o eixo rotativo. O dispositivo de vedação caracterizado em que o anel de apoio tem uma parte afunilada e uma parte de extremidade distai que se estende continuamente a partir de uma parte fixa deste. Uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-1) é formada pelo menos em um contorno onde uma superfície da parte afunilada muda para uma superfície da extremidade distai e a superfície da parte afunilada é uma superfície convexa com um raio de curvatura (R-2) substancialmente constante maior do que o raio de curvatura (R-1) do contorno.
De acordo com estas características, a superfície da parte afunilada é uma superfície afunilada com uma extremidade afunilada e um raio de curvatura substancialmente constante (R-2) maior do que o raio de curvatura (R-1) do contorno, por meio do que o raio de curvatura (R-2) contribui para aumentar a área de superfície da parte afunilada do anel de apoio para prender o bordo de vedação e, embora a pressão da câmara de armazenamento do fluido aja no bordo de vedação, pode-se impedir efetivamente que ocorram desalinhamentos mínimos entre o bordo de vedação e a superfície afunilada do anel de apoio. Portanto, uma quantidade extrema de tensão aplicada equivalente não acumula no bordo de vedação localizado no contorno (canto do anel de apoio) onde a superfície da parte afunilada do anel de apoio muda para a superfície da extremidade distai, a tensão aplicada equivalente que ocorre no bordo de vedação pode ser reduzida, ao mesmo tempo em que uma vedação de eixo confiável é mantida pelo bordo de vedação, e a vida útil do bordo de vedação pode ser prolongada por mais tempo.
O dispositivo de vedação de acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é o dispositivo de vedação de acordo com o segundo aspecto, o dispositivo de vedação caracterizado em que o anel de apoio tem uma parte saliente estendendo-se continuamente a partir de uma parte fixa deste, em que a superfície da parte saliente é substancialmente paralela ao eixo rotativo e o contorno onde a superfície da parte saliente muda para a superfície da parte afunilada é uma superfície arredondada com um raio de curvatura igual ou maior do que o raio de curvatura (R-2) de uma superfície afunilada que é a superfície da parte afunilada.
De acordo com estas características, na prática convencional, quando uma parte curva com um raio de curvatura relativamente pequeno está presente no contorno onde a superfície da parte saliente muda para a superfície da parte afunilada no anel de apoio, é provável que flutuações na pressão interna da câmara de armazenamento do fluido façam com que o bordo de vedação se separe do anel de apoio nesta parte curva, e desalinhamentos mínimos ocorrem mais facilmente entre o bordo de vedação e a superfície afunilada do anel de apoio. Entretanto, de acordo com a configuração supradescrita, um contorno pode ser formado onde a superfície da parte saliente muda suavemente para a superfície da parte afunilada. Portanto, não há parte extremamente curva, e pode-se impedir efetivamente que ocorram desalinhamentos mínimos entre o bordo de vedação e a superfície afunilada do anel de apoio.
0 dispositivo de vedação de acordo com um quarto aspecto da presente invenção é um dispositivo de vedação com um anel de apoio que se projeta na direção de uma câmara de armazenamento do fluido para confinar um eixo rotativo, em que pelo menos o anel de apoio tem uma forma afunilada e uma extremidade distai de um bordo de vedação suportado pelo anel de apoio pode entrar em contato com o eixo rotativo. 0 dispositivo de vedação é caracterizado em que o anel de apoio tem uma parte afunilada e uma parte de extremidade distai que se estende continuamente a partir de uma parte fixa deste. Uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-1) é formada pelo menos em um contorno onde uma superfície da parte afunilada muda para uma superfície da extremidade distai e a superfície da parte afunilada é uma superfície convexa que não tem superfícies lineares e que é composta por uma combinação de uma pluralidade de diferentes raios de curvatura maiores do que o raio de curvatura (R-I) do contorno.
De acordo com estas características, a superfície da parte afunilada é uma superfície afunilada com uma extremidade afunilada e sem superfícies lineares retas, a superfície sendo composta por uma combinação de uma pluralidade de diferentes raios de curvatura maiores do que o raio de curvatura (R-I) do contorno, por meio do que a curvatura pode variar para se adaptar à distribuição de pressão no interior da câmara de armazenamento do fluido, e pode-se impedir efetivamente que ocorram desalinhamentos mínimos entre o bordo de vedação e a superfície afunilada do anel de apoio.
O dispositivo de vedação de acordo com um quinto aspecto da presente invenção é o dispositivo de vedação de acordo com qualquer um dos primeiro até o quarto aspectos, caracterizado em que uma superfície de extremidade interior substancialmente paralela ao eixo rotativo é formada na extremidade distai do anel de apoio e uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-O) menor do que aquele da superfície arredondada com o raio de curvatura (R- 1) é formada no contorno onde a superfície da extremidade distai muda para a superfície de extremidade interna.
De acordo com estas características, o bordo de vedação não é danificado no canto da superfície de extremidade interior da extremidade distai do anel de apoio.
O dispositivo de vedação de acordo com um sexto aspecto é o dispositivo de vedação de acordo com qualquer um dos primeiro até o quinto aspectos, caracterizado em que a superfície interior do bordo de vedação, que é suportada pelo anel de apoio com a parte saliente, a parte afunilada e a parte de extremidade distai que se estende continuamente a partir da parte fixa são formadas antecipadamente, pelo menos quando o bordo de vedação é moldado como uma superfície côncava para se ajustar à superfície convexa da parte afunilada do anel de apoio. De acordo com estas características, o bordo de vedação é formado antecipadamente como uma superfície côncava arredondada para se ajustar à superfície convexa arredondada da parte afunilada do anel de apoio. Portanto, pode-se impedir efetivamente que ocorram desalinhamentos mínimos entre o bordo de vedação e a superfície afunilada do anel de apoio, dependendo da resistência do próprio material do bordo de vedação.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
A Figura 1 é uma vista semi-seccional transversal do dispositivo de vedação na primeira modalidade da presente invenção;
a Figura 2 é uma vista em perspectiva do anel de apoio;
a Figura 3 é uma vista seccional transversal da metade de topo do anel de apoio;
a Figura 4 contém desenhos que mostram a medição (Teste 1) da tensão aplicada equivalente alcançada com o anel de apoio, e um experimento (Teste 2) para avaliar a probabilidade do bordo de vedação se romper;
a Figura 5 contém desenhos que mostram os resultados do Teste 1;
a Figura 6 é um diagrama que mostra os resultados do Teste 2;
a Figura 7 contém desenhos que comparam os anéis de segurança da primeira modalidade e do Exemplo Comparativo 3;
a Figura 8 é um desenho que mostra a estrutura do bordo de vedação; a Figura 9 é um desenho que mostra o dispositivo de vedação da segundo modalidade; e
a Figura 10 é um desenho que mostra o dispositivo de bordo de vedação divulgado no Pedido de Modelo de Utilidade 3-41264 (Documento de Patente 1).
Referências Numéricas
1 dispositivo de vedação 2 anel de apoio 3 bordo de vedação 4 bordo de vedação 5 bordo de vedação 6 alojamento 7 parte de instalação 7A parte de vedação 8 anel de reforço 21 parte fixa 22 parte saliente 23 parte afunilada 24 extremidade distai 26 contorno 27 superfície de extremidade interior 29 contorno 31 extremidade distai do bordo 32 superfície côncava 50 eixo rotativo 61 orifício de instalação
MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO
Modalidades da presente invenção são descritas a seguir. MODALIDADES
As modalidades da presente invenção serão descritas em relação aos desenhos. Primeiro, a Figura 1 é uma vista semi-seccional transversal do dispositivo de vedação da primeira modalidade da presente invenção. A Figura 2 é um vista em perspectiva do anel de apoio. A Figura 3 é uma vista seccional transversal da metade de topo do anel de apoio. A Figura 4 contém desenhos que mostram a medição (Teste 1) da tensão aplicada equivalente alcançada com o anel de apoio, e um experimento (Teste 2) para avaliar a probabilidade do bordo de vedação se romper. A Figura 5 contém desenhos que mostram os resultados do Teste 1. A Figura 6 é um diagrama que mostra os resultados do Teste 2. A Figura 7 contém desenhos que comparam os anéis de segurança da primeira modalidade e do Exemplo Comparativo 3. A Figura 8 é um desenho que mostra a estrutura do bordo de vedação. A Figura 9 é um desenho que mostra o dispositivo de vedação da segunda modalidade. A Figura 10 é um desenho que mostra o dispositivo de bordo de vedação divulgado no Pedido de Modelo de Utilidade 3-41264 (Documento de Patente 1).
A Figura 1 mostra o dispositivo de vedação da primeira modalidade de acordo com a presente invenção, e é um vista semi-seccional transversal de um estado no qual o dispositivo de vedação não está anexado em um eixo. Na Figura 1, o símbolo numérico 1 denota um dispositivo de vedação instalado entre um lado da atmosfera Y e um lado da câmara de armazenamento do fluido X, e este dispositivo de vedação 1 é fornecido com uma parte de instalação de borracha 7 para instalação no interior de um orifício de instalação 61 em um alojamento 6. Uma parte de vedação de forma convexa 7A é formada na superfície periférica externa da parte de instalação 7. Um anel de reforço 8 é embutido na parte de instalação 7. A instalação no alojamento 6 é reforçada por este anel de reforço 8, e um segundo bordo de vedação 4 e o terceiro bordo de vedação 5 são presos pela parte de instalação 7.
Um bordo de vedação de borracha 3 é formado em uma forma de cilindro que se inclina da parte de instalação 7 na direção de um eixo rotativo 50, com o anel de reforço 8 disposto entre eles. Uma extremidade distai de bordo 31 do bordo de vedação 3 constitui uma superfície de função de vedação e exibe uma capacidade de vedação pelo aumento da pressão de superfície quando ligado de forma ideal ao eixo rotativo 50.
O lado do bordo de vedação 3 que fica voltado para a câmara de armazenamento do fluido X a partir da parte de instalação 7 é provido com um anel de apoio 2 com uma forma que lembra substancialmente o bordo de vedação 3 ao longo da superfície do bordo de vedação 3. Este anel de apoio 2 é formado em uma espessura que é resistente à pressão o suficiente para não deformar, apesar de a pressão do fluido vedado agir sobre o bordo de vedação 3.
No dispositivo de vedação 1 da primeira modalidade, o anel de apoio 2, que se projeta na direção da câmara de armazenamento do fluido X para confinar o eixo rotativo, tem uma forma afunilada pelo menos na parte frontal do anel de apoio, como mostrado nas Figuras 1 e 2, e a extremidade distai de bordo 31 do bordo de vedação 3 suportada pelo anel de apoio 2 pode ficar em contato com o eixo rotativo 50. O anel de apoio 2 do dispositivo de vedação 1 tem uma parte fixa 21, que é uma parte fixa no dispositivo de vedação 1 em função de ser prensada pelo segundo bordo de vedação 4 e pelo bordo de vedação de borracha 3 suportado pelo anel de reforço 8.
Além do mais, o anel de apoio 2 tem uma parte saliente 22, uma parte afunilada 23 e uma parte de extremidade distai 24 que se estende continuamente a partir da parte fixa 21. A Figura 3 mostra uma vista seccional transversal da metade de topo do anel de apoio 2, em que as superfícies das partes são mostradas seqüencialmente como uma superfície A da parte fixa 21, uma superfície B da parte saliente 22, uma superfície D da parte afunilada 23 e uma superfície F da extremidade distai 24. Uma superfície arredondada E com um raio de curvatura (R-1) é formada pelo menos em uma superfície de um primeiro contorno 26 onde a superfície D da parte afunilada 23 muda para a superfície F da extremidade distai 24 e uma superfície arredondada C com um raio de curvatura (R-3) é formada em uma superfície de um segundo contorno 29 onde a superfície B da parte saliente 22 muda para a superfície D da parte afunilada 23. No dispositivo de vedação da primeira modalidade, toda a superfície D da parte afunilada 23 em particular é formada em uma superfície afunilada composta por uma superfície convexa com um raio de curvatura substancialmente constante (R-2) maior do que o raio de curvatura (R-1) da superfície arredondada E do primeiro contorno 26. Além do mais, a superfície arredondada C, que é a superfície do segundo contorno 29 onde a superfície B da parte saliente 22 muda para a superfície D da parte afunilada 23, também é formada em uma superfície convexa com o mesmo raio de curvatura (R- 2) que o raio de curvatura (R-2) da superfície D da parte afunilada 23. Neste caso, quando o raio de curvatura (R-3) da superfície arredondada Ceo raio de curvatura (R-2) da superfície D da parte afunilada 23 são os mesmos raios de curvatura, a superfície arredondada Cea superfície D da parte afunilada 23 são facilmente trabalhadas, e a superfície B da parte saliente 22 pode mudar para a superfície D da parte afunilada 23 meramente por meio de uma superfície ligeiramente curva.
Sem ficar limitado à presente modalidade, basta formar uma superfície convexa com um raio de curvatura (R-2) maior do que o raio de curvatura (R-1) da superfície arredondada E do primeiro contorno 26 em somente parte da superfície D da parte afunilada 23 que continua na superfície arredondada E, que é a superfície do primeiro contorno 26. Especificamente, na presente invenção, uma superfície reta na superfície D da parte afunilada 23 somente precisa ser feita tão pequena quanto possível, e a redondeza intumescida (raio de curvatura) de pelo menos parte da (ou de toda a) superfície afunilada do anel de apoio 2 pode contribuir para aumentar a área de superfície da superfície afunilada do anel de apoio 2 para prender o bordo de vedação 3.
Em casos em que uma superfície convexa com um raio de curvatura (R-2) maior do que o raio de curvatura (R-1) da superfície arredondada E do primeiro contorno 26 for formada somente em parte da superfície D da parte afunilada 23, é mais preferível formar uma superfície convexa com um raio de curvatura (R-2) maior do que o raio de curvatura (R-I) da superfície arredondada E na parte da superfície D da parte afunilada 23 próxima da superfície arredondada E, em virtude de ser provável que esta superfície convexa afete a proximidade da superfície arredondada E.
Além do mais, uma superfície de extremidade interior 27 substancialmente paralela ao eixo rotativo 50 é formada na extremidade distai 24 do anel de apoio 2, e uma superfície arredondada F1 com um raio de curvatura (R-O) menor do que o raio de curvatura (R-I) da superfície arredondada E do primeiro contorno 26 é formada na parte onde a superfície F da extremidade distai 24 muda para a superfície de extremidade interior 27. Considerando a extremidade distai 24, a superfície F da extremidade distai 24 é orientada essencialmente perpendicular ao eixo rotativo 50 e, em vez de fornecer uma superfície perpendicular a este, a superfície F da extremidade distai 24 pode ser uma superfície curva onde a superfície arredondada E com um raio de curvatura (R-I) muda diretamente para a superfície arredondada F' com um raio de curvatura (R-O). O resultado da presença de pelo menos a superfície arredondada F' com um raio de curvatura (R-O) é que o bordo de vedação 3 não é danificado pelo canto formado na superfície de extremidade interior da extremidade distai 24 do anel de apoio 2.
No dispositivo de vedação da primeira modalidade, como exemplos adequados, o raio de curvatura (R-O) da superfície arredondada F' é 0, 1 mm, o raio de curvatura (R- 1) da superfície arredondada E é 0,4 mm, o raio de curvatura (R-2) da superfície D é 3,0 mm, e o raio de curvatura (R-3) da superfície arredondada C é 3,0 mm.
No anel de apoio 2 no dispositivo de vedação da primeira modalidade, a superfície B da parte saliente 22 que se estende continuamente a partir da parte fixa 21 é substancialmente paralela ao eixo rotativo 50 e a superfície arredondada C, que é a superfície do segundo contorno 29 onde a superfície B da parte saliente 22 muda para a superfície D da parte afunilada 23, pode ser uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-3) maior do que o raio de curvatura (R-2) da superfície D da parte afunilada 23. Além do mais, a forma da parte fixa 21 é arbitrária, e não somente não há necessidade de a superfície B da parte saliente 22 ser substancialmente paralela ao eixo rotativo 50, mas também não há necessidade de distinguir separadamente a parte fixa 21 e a parte saliente 22.
No geral, como supradescrito, nos casos em que uma grande quantidade de pressão do fluido vedado for aplicada na periferia externa do bordo de vedação de borracha 3, o bordo de vedação 3 é empurrado na direção axial do eixo rotativo 50, tensão excessiva é criada entre a superfície de vedação interna do bordo de vedação 3 e o canto (proximidade da superfície arredondada E) onde a superfície afunilada do anel de apoio 2 dobra para trás na direção do eixo rotativo, e a tensão aplicada equivalente é aplicada no bordo de vedação 3 localizado nas proximidades da superfície arredondada E. Foram tomadas medições (Teste 1) da tensão aplicada equivalente alcançada com o anel de apoio 2 do dispositivo de vedação (presente invenção) da primeira modalidade e da tensão aplicada equivalente alcançada quando um anel de apoio diferentemente estruturado dos Exemplos Comparativos 1, 2, e 3 foi usado. E um experimento (Teste 2) foi conduzido para avaliar a probabilidade de o bordo de vedação se romper quando sujeito às flutuações de pressão e variações nas condições de temperatura, como mostrado na Figura 4.
(1) No Exemplo Comparativo 1 do anel de apoio, a superfície arredondada Cl é um canto substancialmente sem redondeza, e a superfície Dl é uma superfície chata substancialmente sem redondeza. (2) No Exemplo Comparativo 2 do anel de apoio, a superfície arredondada C2 tem um raio de curvatura de 1,5 mm e a superfície D2 é uma superfície chata substancialmente sem redondeza. (3) No Exemplo Comparativo 3 do anel de apoio, a superfície arredondada C3 tem um raio de curvatura de 1,0 mm e a superfície D3 é uma superfície chata substancialmente sem redondeza.
Para as condições de teste do Teste 1, água quente foi mantida em uma temperatura de 200 °C, uma pressão de 8 MPa foi aplicada como a pressão do fluido vedado e a tensão máxima aplicada equivalente na extremidade distai do bordo em função das formas dos anéis de segurança foi produzida como o resultado da análise FEM.
Para as condições de teste do Teste 2, água quente foi mantida em uma temperatura de 220 °C, a faixa de flutuação de pressão foi ajustada em 2 MPa, pressões de 6 MPa e 8 MPa foram alternativamente aplicadas e a freqüência de pulso foi ajustada em 2.400 vezes. Além do mais, para a excentricidade do eixo, a excentricidade axial foi ajustada em 0,3 mm e a probabilidade de o bordo de vedação se romper em função das formas dos anéis de segurança foi avaliada.
Para os resultados do Teste 1, a tensão máxima aplicada equivalente na extremidade distai do bordo no Exemplo Comparativo 1 foi 15,2 MPa, a tensão máxima aplicada equivalente na extremidade distai do bordo no Exemplo Comparativo 2 foi 13,3 MPa, a tensão máxima aplicada equivalente na extremidade distai do bordo no Exemplo Comparativo 3 foi 8,3 MPa e a tensão máxima aplicada equivalente na extremidade distai do bordo no dispositivo de vedação (presente invenção) da primeira modalidade foi 7,9 MPa, como mostrado na Figura 5. Além do mais, medir a força de tensão (N) também confirmou que o dispositivo de vedação (presente invenção) da primeira modalidade tinha uma força de tensão (N) de cerca de 184 N, menor do que nos Exemplos Comparativos, e o dispositivo de vedação era resistente ao calor gerado, como mostrado na Figura 6.
Os resultados do Teste 2 mostraram que a ruptura ocorreu em todos os bordos de vedação nos outros Exemplos Comparativos 1, 2, e 3, enquanto que nenhuma ruptura ocorreu no bordo de vedação do dispositivo de vedação (presente invenção) da primeira modalidade, e ficou claro que a tensão aplicada equivalente no bordo de vedação pode ser reduzida.
Em relação à Figura 7, o anel de apoio do dispositivo de vedação da primeira modalidade é comparado com o anel de apoio de Exemplo Comparativo 3 que, relativamente, remete à primeira' modalidade. No geral, quando a pressão do lado da câmara de armazenamento do fluido X age no bordo de vedação 3, a extremidade distai do bordo é pressionada contra o eixo rotativo, embora ao mesmo tempo, força de pressionamento do bordo de vedação 3 seja exercida no anel de apoio 2. Então, o bordo de vedação 3 em particular entra firmemente em contato com o contorno (canto do anel de apoio) onde a superfície da parte afunilada do anel de apoio 2 muda para a superfície da extremidade distai, e há uma tendência de uma quantidade extremamente grande de tensão aplicada equivalente acumular neste local. De acordo com a Figura 7, a superfície D3 na parte afunilada do anel de apoio 2 no Exemplo Comparativo 3 é formada em uma superfície linear reta. Além do mais, a superfície arredondada C3 é formada no contorno entre a superfície B3 da parte saliente, que é uma superfície linear reta que se estende continuamente a partir da parte fixa, e a superfície D3 da parte afunilada, que é uma superfície linear reta. No anel de apoio 2 usado no dispositivo de vedação da primeira modalidade, uma superfície que não é reta nem linear e que tem um raio de curvatura relativamente grande é formada por toda a (ou parte da) superfície D da parte afunilada.
Como fica claro a partir dos resultados dos testes comparativos supradescritos, a redondeza intumescida (raio de curvatura) de pelo menos parte da (ou de toda a) superfície afunilada do anel de apoio 2 usado no dispositivo de vedação da primeira modalidade contribui para aumentar a área de superfície da superfície afunilada do anel de apoio 2 para prender o bordo de vedação 3 e, embora a pressão da câmara de armazenamento do fluido X aja no bordo de vedação como um resultado da força de atrito desta superfície de contato ampliada, desalinhamentos mínimos são efetivamente impedidos de ocorrer entre o bordo de vedação 3 e a superfície afunilada do anel de apoio 2. Portanto, uma quantidade extrema de tensão aplicada equivalente não acumula no bordo de vedação localizado na superfície arredondada E do primeiro contorno 26 onde a superfície da parte afunilada do anel de apoio muda para a superfície da extremidade distai, a tensão aplicada equivalente que ocorre no bordo de vedação 3 pode ser reduzida, ao mesmo tempo em que uma vedação de eixo confiável é mantida pelo bordo de vedação 3 e pode ser dada ao bordo uma vida útil maior do que aquela dos produtos convencionais.
Particularmente, no dispositivo de vedação da primeira modalidade, toda a superfície D da parte afunilada 23 é formada em uma superfície afunilada com uma extremidade afunilada e composta por uma superfície convexa com um raio de curvatura substancialmente constante (R-2) maior do que o raio de curvatura (R-1) da superfície arredondada E do primeiro contorno 26. Além do mais, a superfície arredondada C, que é a superfície do segundo contorno 29 onde a superfície B da parte saliente 22 muda para a superfície D da parte afunilada 23, também é uma superfície convexa com o raio de curvatura (R-2). Neste caso, o raio de curvatura (R- 3) da superfície arredondada Ceo raio de curvatura (R-2) da superfície D da parte afunilada 23 são os mesmos raios de curvatura.
O anel de apoio 2 é facilmente fabricado se o raio de curvatura (R-3) da superfície arredondada Ceo raio de curvatura (R-2) da superfície D da parte afunilada 23 forem os mesmos raios de curvatura, mas, sem limitações, a superfície arredondada C também pode ter um raio de curvatura (R-3) maior do que o raio de curvatura (R-2) da superfície afunilada, que é a superfície da parte afunilada.
Particularmente, no anel de apoio 2 do Exemplo Comparativo 3 ou congêneres, a superfície arredondada C3 é concebida como uma parte curva relativamente notável no contorno entre a superfície B3 da parte saliente, que é uma superfície linear reta que se estende continuamente a partir da parte fixa, e a superfície D3 da parte afunilada, que é uma superfície linear reta. Se a parte curva com um raio de curvatura relativamente pequeno estiver presente desta maneira, é provável que flutuações na pressão interna da câmara de armazenamento do fluido façam com que o bordo de vedação 3 se separe do anel de apoio 2 nesta parte curva, e é provável que desalinhamentos mínimos ocorram entre o bordo de vedação 3 e a superfície afunilada do anel de apoio 2. Entretanto, no dispositivo de vedação da primeira modalidade, a superfície D da parte afunilada já se estende em um raio de curvatura específico e um contorno é formado onde a superfície D da parte afunilada muda suavemente para a superfície B da parte saliente. Portanto, não há parte extremamente curva, e pode-se impedir efetivamente que ocorram desalinhamentos mínimos entre o bordo de vedação 3 e a superfície afunilada do anel de apoio 2 .
A Figura 8 mostra a estrutura do bordo de vedação 3, em que a superfície interior do bordo de vedação 3, que é suportada pelo anel de apoio 2 com uma parte saliente, uma parte afunilada e uma parte de extremidade distai do bordo 31, que se estende continuamente a partir da parte fixa, são formadas antecipadamente como uma superfície côncava 32 para se ajustar com a curvatura convexa da superfície D da parte afunilada do anel de apoio 2, pelo menos durante a moldagem do bordo de vedação 3. Assim, quando o bordo de vedação 3 é formado antecipadamente como uma superfície côncava 32 para se ajustar com a superfície convexa D da parte afunilada do anel de apoio 2, a superfície côncava 32 do bordo de vedação 3 e a superfície convexa D da parte afunilada também se ajustam juntamente no estado de pressão usual. Além do mais, o bordo de vedação 3 é menos propenso à deformação do que um bordo de vedação convencional com uma superfície linear reta na superfície interior e pode-se impedir efetivamente que ocorram desalinhamentos mínimos entre o bordo de vedação 3 e a superfície afunilada do anel de apoio 2, dependendo da resistência do próprio material do bordo de vedação 3.
A Figura 9 mostra o dispositivo de vedação da segunda modalidade, que é diferente do dispositivo de vedação da primeira modalidade, em que no dispositivo de vedação da primeira modalidade toda a superfície D da parte afunilada 23 em particular é formada em uma superfície afunilada com uma extremidade afunilada composta por uma superfície convexa com um raio de curvatura substancialmente constante (R-2) maior do que o raio de curvatura (R-I) da superfície arredondada E do primeiro contorno 26. Entretanto, no dispositivo de vedação da segunda modalidade, a superfície D da parte afunilada 23 é composta por superfícies Dl, D2, D3. . . com diferentes raios de curvatura que são maiores do que o raio de curvatura (R-I) do primeiro contorno, e a superfície D da parte afunilada 23 é uma superfície afunilada com uma extremidade afunilada sem superfícies lineares retas, a superfície sendo composta por uma combinação de diferentes raios de curvatura. A curvatura da superfície D da parte afunilada 23 pode ser enormemente variada pela combinação das superfícies Dl, D2, D3 de diferentes raios de curvatura para se adaptar à distribuição de pressão no interior da câmara de armazenamento do fluido, e, portanto, desalinhamentos mínimos podem ser impedidos de ocorrer entre o bordo de vedação e a superfície afunilada do anel de apoio.
Quando a superfície for projetada para aumentar gradualmente em raio de curvatura da superfície arredondada E do primeiro contorno 26, de maneira tal que o relacionamento (raio de curvatura Dl) > (raio de curvatura D2) > (raio de curvatura de D3) seja mantido, então, é formado um contorno em que a superfície D da parte afunilada muda suavemente para a superfície B da parte saliente e, portanto, é improvável que partes extremamente curvas estejam presentes.
Modalidades da presente invenção foram expostas em relação aos desenhos anexos, mas a configuração específica não é limitada a estas modalidades, e a presente invenção incorpora variações e adições que não fogem do escopo da presente invenção.
Claims (6)
1. Dispositivo de vedação com um anel de apoio que se projeta na direção de uma câmara de armazenamento do fluido para confinar um eixo rotativo, em que pelo menos o dito anel de apoio tem uma forma afunilada e uma extremidade distai de um bordo de vedação suportado pelo anel de apoio pode entrar em contato com o eixo rotativo, o dito dispositivo de vedação sendo caracterizado pelo fato de que: o dito anel de apoio tem uma parte afunilada e uma parte de extremidade distai que se estende continuamente a partir de uma parte fixa deste; uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-1) é formada pelo menos em um contorno onde uma superfície da dita parte afunilada muda para uma superfície da dita extremidade distai; e parte da superfície da parte afunilada adjacente à superfície arredondada no dito contorno é uma superfície convexa com um raio de curvatura maior do que o raio de curvatura (R-1) do dito contorno.
2. Dispositivo de vedação com um anel de apoio que se projeta na direção de uma câmara de armazenamento do fluido para confinar um eixo rotativo, em que pelo menos o dito anel de apoio tem uma forma afunilada, e com uma extremidade distai de um bordo de vedação suportada pelo anel de apoio que pode entrar em contato com o eixo rotativo, o dito dispositivo de vedação sendo caracterizado pelo fato de que: o dito anel de apoio tem uma parte afunilada e uma parte de extremidade distai que se estendem continuamente a partir de uma parte fixa deste; uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-I) é formada pelo menos em um contorno onde uma superfície da dita parte afunilada muda para uma superfície da dita extremidade distai; e a superfície da dita parte afunilada é uma superfície convexa com um raio de curvatura substancialmente constante (R-2) maior do que o raio de curvatura (R-I) do dito contorno.
3. Dispositivo de vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: o dito anel de apoio tem uma parte saliente que se estende continuamente a partir de uma parte fixa deste, em que a superfície da parte saliente é substancialmente paralela ao dito eixo rotativo; e o contorno onde a superfície da dita parte saliente muda para a superfície da dita parte afunilada é uma superfície arredondada com um raio de curvatura igual ou maior do que o raio de curvatura (R-2) de uma superfície afunilada que é a superfície da dita parte afunilada.
4. Dispositivo de vedação com um anel de apoio que se projeta na direção de uma câmara de armazenamento do fluido para confinar um eixo rotativo, em que pelo menos o dito anel de apoio tem uma forma afunilada, e uma extremidade distai de um bordo de vedação suportada pelo anel de apoio pode entrar em contato com o eixo rotativo, o dito dispositivo de vedação sendo caracterizado pelo fato de que: o dito anel de apoio tem uma parte afunilada e uma parte de extremidade distai que se estende continuamente a partir de uma parte fixa deste; uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-I) é formada pelo menos em um contorno onde uma superfície da dita parte afunilada muda para uma superfície da dita extremidade distai; e a superfície da dita parte afunilada é uma superfície convexa que não tem superfícies lineares e que é composta por uma combinação de uma pluralidade de diferentes raios de curvatura maiores do que o raio de curvatura (R-I) do dito contorno.
5. Dispositivo de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que: uma superfície de extremidade interior substancialmente paralela ao eixo rotativo é formada na extremidade distai do dito anel de apoio; e uma superfície arredondada com um raio de curvatura (R-O) menor do que aquele da superfície arredondada com o dito raio de curvatura (R-I) é formada no contorno onde a superfície da dita extremidade distai muda para a dita superfície de extremidade interna.
6. Dispositivo de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que uma superfície interior do bordo de vedação, que é suportada pelo dito anel de apoio com a parte saliente, a parte afunilada, e a parte de extremidade distai que se estende continuamente a partir da parte fixa são formadas antecipadamente, pelo menos quando o dito bordo de vedação é moldado, como uma superfície côncava para se ajustar com superfície convexa da parte afunilada de dito anel de apoio.
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