ES2275862T3 - Junta de estanqueidad metalica elastica abierta con partes salientes descentradas. - Google Patents

Abstract

Junta (10) de estanquidad metálica elástica abierta, que comprende un alma metálica elástica y una envolvente (14) metálica externa en la que está encastrada el alma metálica, presentando la junta (10), cuando está en reposo, una sección de forma circular abierta que define un eje (A2) medio, es decir, una recta que pasa por el centro geométrico de la sección de la junta en reposo, encontrándose la abertura (12) entre dos superficies (16) de liberación que son opuestas y que poseen, cada una de ellas, una parte (15) saliente cuyo vértice está destinado a formar un contacto estanco con un objeto (8) bajo el efecto de un esfuerzo de apriete determinado, que se caracteriza porque, en reposo, las partes (15) salientes están ligeramente descentradas con relación al eje (A2) medio por el lado opuesto de la abertura, de modo que se aproximan a este eje (A2) medio, bajo el efecto del esfuerzo de apriete.

Description

Junta de estanqueidad metálica elástica abierta con partes salientes descentradas.

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de la estanquidad estática, y en particular, a una junta metálica elástica que debe asegurar una estanquidad a fuerzas de apriete inferiores a las que se necesitan para la eficacia de una junta cuya alma es un resorte.

Técnica anterior y problema planteado

Tomando en consideración la elección de sus materiales frente a su insensibilidad al fluido corrosivo, su buen comportamiento a altas y bajas temperaturas y su buena uniformidad con el tiempo, las juntas de estanquidad metálicas son utilizadas en sectores de aplicación muy diversos, entre los que se pueden citar, de forma no limitativa, las industrias química, petrolera y nuclear, así como los sectores del automóvil y espacial. La calidad de la estanquidad proporcionada por una junta de estanquidad depende especialmente de la presión específica desarrollada entre las superficies de contacto de la junta y las bridas de montaje en las que se ha colocado la junta. En el transcurso del apriete inicial del montaje, la presión específica debe ser suficiente para permitir la adaptación de la junta a las irregularidades de las superficies de las bridas. Está claro, por lo tanto, que la presión específica de apriete debe ser relativamente elevada, y en cualquier caso superior a la presión de fluido reinante en el interior del volumen delimitado por la junta y por las superficies de las bridas de apriete.

Por otra parte, en numerosas aplicaciones, el esfuerzo de apriete debe permanecer bajo. Este es en particular el caso cuando el conjunto es poco accesible y se hace difícil la manipulación de las herramientas de apriete, como en la industria nuclear y en la industria de los semiconductores, y cuando los conjuntos fabricados con material de características superiores, deben ser aligerados y no soportan esfuerzos elevados, como en las industrias aeronáutica y espacial. Para obtener un resultado de ese tipo, se han puesto a punto juntas tóricas metálicas que utiliza como elemento elástico un tubo abierto, con preferencia recubierto con una fina capa de material dúctil. Cada superficie de contacto posee una parte saliente en el eje de la sección de la junta tórica normal con las superficies de las bridas de apriete. Esto permite reducir, en un factor de 2, los esfuerzos de apriete sobre este tipo de junta. Se puede citar, a este efecto, la Patente US-3 188 100. El principio y las desventajas del funcionamiento de la junta descrita en la Patente US-3 188 100, se explican con relación a las Figuras 1 y 2.

Con referencia a la Figura 1, que muestra en corte la junta descrita en esta Patente americana, se comprueba que ésta es de forma anular, siendo su sección de revolución. Por el contrario, esta última está abierta por medio de una abertura 2 dispuesta por el interior de la junta. Se ha constituido mediante dos partes que son principalmente un alma 3 metálica, alrededor de la cual se ha dispuesto una capa 4 externa más blanda. El conjunto se ha mecanizado sobre las partes que deben entrar en contacto con las piezas a estanquizar, con el fin de formar dos partes 5 salientes que sobresalen con respecto a una superficie 6 plana, por cada lado de la junta. Estas dos partes 5 salientes están por tanto destinadas a entrar en contacto con las dos superficies, con las que debe contactar la junta, y ser parcialmente aplastadas contra las mismas.

La elección de una estructura general en forma de tubo abierto, no permite satisfacer simultáneamente una baja rigidez del conjunto y una alta estanquidad, a pesar de la presencia de las partes 5 salientes. En efecto, la estructura en forma de tubo abierto conduce a una deformación asimétrica de la sección de la junta en el transcurso de su aplastamiento y, por consiguiente, a una degradación de la estanquidad generada por un desplazamiento de las partes 5 salientes, como muestra la Figura 2.

En esta última, los puntos C1 y C2 indican los dos lugares de una parte saliente, respectivamente antes y después del aplastamiento. En efecto, la junta 1 ha sido representada en contacto con dos superficies que delimitan dos espacios que deben ser estanquizados y que se aproximan, durante el aplastamiento. Se produce un desplazamiento Da del emplazamiento C1 con relación al emplazamiento C2 del punto de contacto. Se puede incluso constatar que, durante el aplastamiento de la junta 1, los extremos 7 de la estructura abierta que constituye la junta 1 se aproximan ligeramente y se descentran hacia el exterior. En otros términos, si el posicionamiento inicial de las partes salientes, referenciadas con 5 en la Figura 1, se encuentra en mitad de la estructura geométrica de la junta, como el punto C1 en la Figura 2, el punto C2, que representa el posicionamiento de las partes salientes tras el aplastamiento de la junta 1, no se encuentra en mitad de ésta, sino en posición excéntrica. Este desplazamiento de este eje de la sección de la junta, es por tanto perjudicial para la obtención de la estanquidad que se busca. En una junta de ese tipo, el mejor nivel de estanquidad se obtiene en el transcurso del aplastamiento y no al final del aplastamiento, como pretenden los usuarios. Se puede incluso asistir a una degradación de la estanquidad en el transcurso del aplastamiento.

Las Patentes francesas FR-2 557 662 y FR-2 636 115 describen, cada una de ellas, un tipo de junta metálica tórica cuya alma está constituida por un resorte helicoidal, y que poseen dos partes salientes mecanizadas sobre la envolvente externa. Sin embargo, la elección de un resorte helicoidal para que constituya el alma central de la junta no permite reducir el esfuerzo de apriete más allá de un cierto umbral, puesto que existe un riesgo muy elevado de basculamiento de las espiras del resorte y, como consecuencia, una reacción aleatoria del resorte sobre el alcance de la estanquidad.

El objeto de la invención consiste por tanto en subsanar estos inconvenientes, proponiendo otro tipo de junta metálica elástica con partes sobresalientes.

Resumen de la invención

A este efecto, el objeto principal de la invención consiste en una junta de estanquidad metálica y elástica abierta que comprende un alma metálica y una envolvente metálica externa en la que se ha encastrado el alma metálica elástica, y que presenta, cuando la junta está en reposo, una sección de tipo circular abierta que define un eje medio, es decir, una recta que pasa por el centro geométrico de la sección en reposo, encontrándose la abertura de la estructura general de la junta entre dos superficies de liberación opuestas que poseen, cada una de ellas, una parte saliente, cuyo vértice está destinado a entrar en contacto estanco con un objeto, bajo el efecto de un esfuerzo de apriete determinado.

Según la invención, en reposo, las partes salientes están ligeramente descentradas con relación al eje medio, por el lado opuesto de la abertura, de modo que se aproximan a este eje medio, bajo el efecto del esfuerzo de apriete.

Con preferencia, las partes salientes son simétricas con relación al plano medio de la junta.

En la realización preferente de la junta conforme a la invención, las dos superficies de liberación son perpendiculares, cada una de ellas, a un eje de simetría de la parte saliente a la que se asocian, y cuyo eje de simetría pasa por el centro del círculo definido por la sección circular de la junta.

En este caso, cuando la junta está en reposo, cada superficie de liberación posee una parte saliente cuyo eje de simetría está inclinado en un ángulo \alpha determinado, comprendido entre 1º y 12º, teniendo este ángulo \alpha de inclinación tendencia a desaparecer bajo el efecto del esfuerzo de apriete.

En un gran número de realizaciones de junta según la invención, ésta tiene forma general anular. En ese caso, la abertura puede ser posicionada hacia el eje de simetría de la junta, o bien opuesta a éste.

La junta puede ser asimismo de diferentes formas, por ejemplo de forma elíptica, de forma triangular o de forma rectangular.

Las partes salientes pueden ser de varias formas, por ejemplo de forma generalmente triangular, de forma generalmente trapezoidal, de forma generalmente elíptica, o de forma generalmente rectangular.

Con preferencia, la altura de las partes salientes, de sección aproximadamente triangular, está comprendida entre 0,05 y 0,50 mm.

Lista de figuras

La invención y sus diferentes características, podrán ser mejor descritas con la lectura de la descripción que sigue, acompañada de varias Figuras que representan respectivamente:

- la Figura 1, una junta metálica según la técnica anterior;

- la Figura 2, el comportamiento de la junta metálica de la técnica anterior en funcionamiento;

- la Figura 3, el principio de funcionamiento de la junta metálica elástica según la invención;

- la Figura 4, la junta metálica elástica según la invención;

- las Figuras 5 y 6, curvas relativas al buen funcionamiento de la junta metálica elástica según la invención;

- las Figuras 7 a 10, diferentes formas que se puede dotar a la junta, y

- las Figuras 11 a 14, diferentes formas que pueden tener las partes salientes.

Descripción detallada de un modo de realización de la invención

Con referencia a la Figura 3, el funcionamiento de la junta según la invención está basado en un principio similar al de la junta de la técnica anterior, evocado en el documento americano con, no obstante, un matiz preponderante que es el siguiente.

La junta 10 posee una estructura cilíndrica abierta con una abertura 12. La misma posee, en cada superficie 16 de liberación, una parte saliente que debe entrar en contacto con los objetos a estanquizar, cada uno en relación con el otro. Sin embargo, esta parte 15 saliente está situada en un emplazamiento, referenciado como D1 o D2, sobre un eje A1, de forma libremente desplazada con relación a un eje A2 medio de la junta 10 con anterioridad al aplastamiento, que pasa por el centro geométrico de la sección de la junta 10. En otros términos, existe una pequeña distancia \Deltaa entre el eje A1 que pasa por los dos puntos D1 y D2, esquematizando cada uno de ellos una parte saliente, y el eje A2 medio de la junta 10 con anterioridad al aplastamiento.

De este modo, mediante la Figura que muestra las posiciones de antes y de después del aplastamiento, se aprecia que la junta 10 se desplaza ligeramente hacia el exterior con relación al eje A3 medio de la junta, como esquematiza el cambio de posición de los extremos 17 de la junta 10 con relación a la abertura 12. En otros términos, al final del aplastamiento, el eje de simetría de cada parte saliente debe encontrarse en el entorno de D'1 o D'2, en contacto estanco frente a las partes 8, sobre o muy cerca del eje A2 medio de la junta 10. En consecuencia, conviene prever por tanto la posición, en reposo, de las partes salientes, desplazada del eje A2 medio, como esquematizan los emplazamientos D1 y D2. Cualquiera que sea la posición de la abertura 12, las partes 165 salientes se sitúan por el lado opuesto a esta abertura.

La Figura 4 muestra con detalle una realización preferente de la junta según la invención. Ésta comprende un alma 13 metálica realizada con frecuencia con un material que posee un elevado límite elástico, tal como acero inoxidable laminado en frío, cuproberilio, y aleaciones de níquel o de titanio. Alrededor de esta alma 13 metálica, se encuentra la envolvente 14 externa, prevista en un material muy dúctil, tal como aluminio, plata, oro o cobre, u otro material de ductibilidad equivalente, o menos dúctil, tal como níquel o acero inoxidable.

Dos superficies 16 de liberación, han sido previstas en posiciones casi diametralmente opuestas, y son planas. Sin embargo, no son paralelas, puesto que están inclinadas las dos hacia un mismo lado con un mismo ángulo \alpha de inclinación. En una zona intermedia, con preferencia en mitad de cada una de las superficies 16 de liberación, se ha previsto una parte 15 saliente de sección aproximadamente triangular. El eje A5 de simetría de cada parte 15 saliente se encuentra así inclinado con un mismo ángulo \alpha de inclinación con respecto al eje A2 medio, y pasa por el centro geométrico de la sección de la junta 10.

Debido a esta inclinación de las superficies 16 de liberación, éstas pueden tener, cada una de ellas, un extremo 19 en contacto con una de las piezas 8 con relación a las cuales debe asegurarse la estanquidad. Así, eligiendo una altura h de las partes 15 salientes, un ángulo \alpha de inclinación de las superficies 16 de liberación y una longitud de estas superficies 16 de liberación, es posible obtener, cuando la junta se encuentra colocada con anterioridad al aplastamiento, un doble contacto entre ésta y las piezas 8. En efecto, se puede prever que cada una de estas piezas 8, cuyas superficies son paralelas, puede estar en contacto a la vez con los vértices de una parte 15 sobresaliente y con un extremo 19 de la superficie 16 de liberación correspondiente al comienzo del aplastamiento, pero este doble contacto no es perjudicial para un buen funcionamiento al final del aplastamiento.

A título de ejemplo, el ángulo \alpha de inclinación debe ser pequeño, y puede variar entre 1 y 15º. La elección de su valor exacto viene impuesta por la doble exigencia de obtener un nivel de estanquidad óptimo al final del apriete, y mantener este mismo nivel de estanquidad para un esfuerzo de umbral lo más bajo posible en fase de descompresión.

Para una envolvente de aluminio, con un espesor de 0,5 mm, y para un diámetro exterior de 4,2 mm, se puede prever un ángulo \alpha de inclinación del orden de 8º, lo que conduce a un descentrado de los ejes A1 y A2 de la Figura 3, del orden de 0,30 mm para una altura h de 0,1 mm.

La Figura 5 representa una curva característica del esfuerzo lineal de apriete F, en función del aplastamiento E aplicable tanto a las juntas de la técnica anterior como a las juntas conforme a la invención.

La Figura 6 es representativa de la evolución del valor de fuga Q en el transcurso del ciclo de aplastamiento, en función de la fuerza de aplastamiento. En esta Figura 6, se han comparado los comportamientos de la junta según la invención (curva I, de trazos continuos), con relación a los comportamientos de una junta según la técnica anterior que no posea excentricidad de las partes salientes (curva (a), de trazos discontinuos).

Se comprueba que la junta según la técnica anterior, obtiene más rápidamente una mejor estanquidad al comienzo del aplastamiento. Por el contrario, esta estanquidad se degrada enseguida, en particular cuando se alcanzan 0,7 mm de aplastamiento, para un ejemplo considerado. Además, la junta según la invención, para la que el ángulo \alpha de inclinación es igual a 8º, presenta una mejora constante de la estanquidad en la fase de compresión, y una muy buena estanquidad al final del aplastamiento para el mismo valor de 0,7 mm de aplastamiento. Esta muy buena estanquidad varía muy poco en la descompresión, hasta un umbral de esfuerzo lineico de 4 a 5 newtons por milímetro de circunferencia media de la junta.

En un gran número de realizaciones de la junta según la invención, ésta es de forma general anular.

En otras realizaciones de la junta según la invención, ésta puede ser elíptica (Figura 7), rectangular, rectangular en general con esquinas redondeadas (Figura 8), triangular, oblonga (Figura 9), o según una de entre otras formas 7 resultantes de una combinación y/o de una modificación de estas formas (Figura 10).

En el caso representado, la altura de las partes salientes, de sección aproximadamente triangular, está comprendida entre 0,05 y 0,50 mm.

Para una sección aproximadamente triangular, la altura se mide perpendicularmente a la superficie 16, a partir del vértice de la parte sobresaliente hasta la citada superficie. En otras realizaciones de la junta según la invención, la parte saliente puede ser elíptica (Figura 11), rectangular, generalmente rectangular con esquinas redondeadas (Figura 12), triangular (Figura 13), trapezoidal (Figura 14), o con una de entre otras formas 8. Para una sección aproximadamente trapezoidal, redondeada o de otra forma, la altura se mide perpendicularmente a la superficie 16, a partir del vértice de la parte sobresaliente hasta la citada superficie.

Claims (16)

1. Junta (10) de estanquidad metálica elástica abierta, que comprende un alma metálica elástica y una envolvente (14) metálica externa en la que está encastrada el alma metálica, presentando la junta (10), cuando está en reposo, una sección de forma circular abierta que define un eje (A2) medio, es decir, una recta que pasa por el centro geométrico de la sección de la junta en reposo, encontrándose la abertura (12) entre dos superficies (16) de liberación que son opuestas y que poseen, cada una de ellas, una parte (15) saliente cuyo vértice está destinado a formar un contacto estanco con un objeto (8) bajo el efecto de un esfuerzo de apriete determinado,

que se caracteriza porque, en reposo, las partes (15) salientes están ligeramente descentradas con relación al eje (A2) medio por el lado opuesto de la abertura, de modo que se aproximan a este eje (A2) medio, bajo el efecto del esfuerzo de apriete.

2. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partes (15) salientes son simétricas con relación al plano de simetría de la junta (10).

3. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque cada una de las dos superficies (16) de liberación es perpendicular al eje (A5) de simetría de la parte (15) saliente a la que se asocia.

4. Junta según la reivindicación 3, que se caracteriza porque el eje (A5) de simetría pasa por el centro del círculo definido por la sección de la junta (10).

5. Junta según la reivindicación 4, que se caracteriza porque cada superficie (16) de liberación posee en su centro una parte saliente cuyo eje (A5) de simetría está inclinado un ángulo \alpha con una inclinación determinada comprendida entre 1 y 12º, teniendo este ángulo determinado de inclinación \alpha tendencia a desaparecer bajo el efecto del esfuerzo de apriete.

6. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque es de forma anular.

7. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque la altura (h) de las partes (15) salientes, que son de sección aproximadamente triangular, está comprendida entre 0,05 mm y 0,50 mm.

8. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partes (15) salientes son de forma generalmente triangular.

9. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partes (15) salientes son de forma generalmente trapezoidal.

10. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partes (15) salientes son de forma generalmente elíptica.

11. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque las partes salientes son de forma generalmente rectangular.

12. Junta según la reivindicación 1, que se caracteriza porque es de forma general anular.

13. Junta según la reivindicación 12, que se caracteriza porque es de forma elíptica.

14. Junta según la reivindicación 12, que se caracteriza porque es de forma triangular.

15. Junta según la reivindicación 12, que se caracteriza porque es de forma rectangular.

16. Junta según la reivindicación 12, que se caracteriza porque la abertura (12) está posicionada hacia el eje de simetría de la junta, o de forma opuesta a ésta.