Tenuta idraulica per macchina a fluido ad asse verticale (DE)
Tipologia
Fascicolo
Descrizione
Corrispondenza tra Ansaldo (avv. Salvadè, dott. Sobrino), Ansaldo Ricerche (ing. Avanzini, ing. Valentini, ing. Serafica), Ansaldo Spa Divisione NIRA (sig.na Poggi, dott. Basile) e Ufficio Professoinale Proprietà Intellettuale Vettor Galletti.
Specifiche del brevetto
Titolare: NIRA Spa
Inventori: Silvio Valentini, Mario Serafica
Riassunto: Tenuta idraulica per macchine a fluido ad asse verticale, caratterizzata dal fatto che tra l’albero rotante che attraversa l’involucro fisso e quest’ultimo è realizzata una tenuta a labirinto mediante due serie di guaine, ad andamento sostanzialmente conico, che si allargano dall’alto verso il basso.
Nel labirinto realizzato mediante la doppia serie di guaine è previsto un liquido di tenuta costituito da una miscela di due liquidi, aventi un peso specifico nettamente diverso, preferibilmente costituiti da mercurio e olio.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: L’invenzione riguarda delle tenute idrauliche per macchine a fluido ad asse verticale; in particolare, per quanto riguarda le applicazioni immediate citiamo le seguenti:
• pompe al sodio per reattori veloci;
• pompe di processo che trattano fluidi aventi una tossicità elevata;
• macchine per la manipolazione di elementi radioattivi.
In generale, dette tenute sono utilizzabili soprattutto in campo nucleare, dove non possono presentarsi tassi di fuga, per quanto limitati e dove manutenzioni e sostituzioni eventuali si svolgono in condizioni operative particolari.
Tecnica nota e limiti della tecnica nota: Le tenute attualmente disponibili per applicazioni industriali possono essere suddivise, sotto l’aspetto funzionale, in due classi fondamentali:
1) tenute meccaniche;
2) tenute a liquido.
1) Tenute meccaniche
Le tenute meccaniche note sono indicate ai punti che seguono.
a) Tenute a baderna
Si suddividono in tenute a compressione, automatiche e flottanti.
Si evidenzia quanto segue.
• Nelle tenute a compressione la tenuta è attuata comprimendo le baderne con un mezzo esterno;
• nelle tenute automatiche la tenuta è attuata tramite elementi elastici, adattati in sede dalla pressione dello stesso fluido, che deve essere contenuto;
• le tenute flottanti sono conosciute in commercia con i nomi “piston ring” e “segmental rod packing” e, normalmente, sono adattate in scanalature e compresse da molle.
b) Tenute a gioco
In questo tipo di tenutala differenza di pressione tra i due ambienti è ridotta tramite una perdita di carico realizzata attraverso la luce che separa la parte mobile da quella fissa.
Questo tipo di tenuta comporta un tasso di fuga piuttosto alto; quest’ultimo è stato limitato aumentando la perdita di carico tra le pareti in moto relativo mediante l’adozione di labirinti, boccole fisse o flottanti, ecc.
c) Tenute frontali a strisciamento (tenute meccaniche propriamente dette)
Questo tipo di tenuta è composto da due anelli a facce parallele, uno fisso e l’altro rotante con possibilità di scorrimento assiale. La tenuta è assicurata dal contatto diretto tra le due parti; la forza di contatto è determinata dalla risultante delle forze agenti sull’anello scorrevole e dalle forze dovute a d una serie di molle.
Nelle tenute meccaniche il contatto tra parte fissa e parte mobile può provocare fenomeni di usura.
2) Tenute a liquido
Le tenute a liquido realizzano la tenuta tramite l’interposizione tra i due ambienti di una certa quantità di liquido; l’interposizione può avvenire in due modi distinti, dando origine a due soluzioni principali, ovvero a tenute statiche oppure dinamiche.
a) Tenute statiche
È utilizzato unicamente il battente statico come elemento di equilibrio alla differenza di pressione tra i due ambienti.
b) Tenute dinamiche
La tenuta è garantita da un’iniezione di fluido nella luce tra parte fissa e parte mobile
Nelle tenute a liquido sono necessari alcuni accorgimenti per limitare il tasso di fuga.
Le tenute a liquido, fino ad oggi, sono state usate in applicazioni sostanzialmente statiche: infatti velocità di rotazione apprezzabili comportano un trascinamento parziale del fluido interposto e, quindi, l’innalzamento del livello del fluido fino al traboccamento.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: L'invenzione riguarda una tenuta idraulica che consente il contenimento del livello dei fluidi anche in presenza di velocità di rotazione notevoli.
Esposizione dell’idea inventiva: La tenuta oggetto dell’invenzione è formata da un certo numero di camere in serie, costituite ciascuna da una parte fissa e da una parte rotante. Il numero e la dimensione delle camere sono funzione delle differenze di pressione tra i due ambienti e dalle esigenze d’ingombro specifiche.
Le pareti che costituiscono le camere sono inclinate, anziché verticali, per evitare l’innalzamento dei livelli dovuto alla velocità di rotazione.
Per ottenere una suddivisione omogenea di battenti nelle singole camere sono stati utilizzati due fluidi aventi un peso specifico diverso, precisamente mercurio e olio minerale; il mercurio realizza il battente idraulico, mentre l’olio assicura continuità alla variazione di battente nelle singole camere.
Il comportamento delle tenute in oggetto in condizioni statiche e dinamiche è caratterizzato da una disposizione diversa del pelo libero dei due fluidi.
Più in dettaglio, l’invenzione riguarda una tenuta a fluido ad asse verticale, caratterizzata dal fatto che tra l’albero rotante che attraversa l’involucro fisso e l’involucro fisso è realizzata una tenuta a labirinto mediante due serie di guaine ad andamento sostanzialmente conico, che si allargano dall’alto verso il basso.
L’albero rotante prevede alla sua estremità superiore un disco ad esso solidale in rotazione, dalla cui faccia inferiore sporgono verso il basso una serie di guaine coniche che si allargano verso il basso e che si estendono fino quasi al livello del coperchio sopraccitato.; dalla faccia superiore di quest’ultimo sporgono verso l’alto, fino quasi al livello della faccia inferiore del disco solidale in rotazione con l’albero sopraccitato, una seconda serie di guaine ad andamento conico, fisse, che si allargano dall’alto verso il basso, che si inseriscono tra coppie contigue di guaine rotanti della prima serie.
Nel labirinto realizzato mediante la doppia serie di guaine fisse e girevoli è previsto un liquido di tenuta, costituito dalla miscela di due liquidi a peso specifico nettamente diverso, preferibilmente mercurio e olio; detto liquido riempie una porzione dell’altezza del labirinto suddetto.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Secondo una forma di realizzazione preferita, nella tenuta oggetto dell’invenzione il coperchio superiore della cassa di una macchina a fluido è attraversato da un albero che presenta superiormente un disco solidale in rotazione all’albero.
Dalla faccia superiore del disco sporgono inferiormente una serie di guaine coniche che, superiormente, sono solidali al disco e, inferiormente, giungono fino ad un’altezza H opportuna dalla faccia superiore del coperchio.
Le guaine coniche si allargano dall’alto verso il basso ed hanno andamento parallelo, cioè il loro angolo di apertura è sostanzialmente uguale.
Dalla faccia superiore del coperchio sporgono verso l’alto una seconda serie di guaine coniche, non necessariamente dello stesso spessore, che si inseriscono a pettine tra le guaine del primo gruppo e, inoltre, le circondano internamente ed esternamente.
Le guaine della seconda serie, fisse, si estendono fino sotto la faccia inferiore del disco e la distanza che le separa da questo è dello stesso ordine di grandezza della distanza H che separa il borso inferiore delle guaine girevoli della prima serie dalla faccia superiore del coperchio.
L’insieme dei due gruppi di guaine costituisce pertanto una tenuta a labirinto che è riempita fino ad un’altezza opportuna con un liquido di tenuta.
Quando l’albero, il disco e le guaine girevoli sono poste in rotazione anche il liquido di tenuta è trascinato in rotazione; tuttavia, secondo l’invenzione, è impossibile che si verifichi un innalzamento indesiderato del livello del liquido di tenuta in quanto l’inclinazione delle guaine di tenuta origina una componente centrifuga, che tende ad incuneare il liquido verso il basso anziché verso l’alto come avverrebbe se le due serie di guaine fossero a pareti verticali.
Secondo l’invenzione, inoltre, invece di un unico liquido di tenuta sono usati due liquidi a densità molto diversa, preferibilmente mercurio e olio; questo consente di frazionare il battente totale in battenti parziali di uguale altezza, consentendo uno sviluppo radiale.
Vantaggi:
1) tasso di fughe ridotto a zero;
2) assenza di contatto diretto tra parti fisse e rotanti con conseguente assenza di usura;
3) affidabilità per quanto riguarda l’inquinamento da parte di liquidi di tenuta e la fuoriuscita degli stessi;
4) mancanza di circuiti ausiliari di lubrificazione;
5) non necessità di manutenzioni periodiche;
6) mancanza di influenza da parte delle vibrazioni e dei disassamenti dell’albero.
Specifiche del brevetto
Titolare: NIRA Spa
Inventori: Silvio Valentini, Mario Serafica
Riassunto: Tenuta idraulica per macchine a fluido ad asse verticale, caratterizzata dal fatto che tra l’albero rotante che attraversa l’involucro fisso e quest’ultimo è realizzata una tenuta a labirinto mediante due serie di guaine, ad andamento sostanzialmente conico, che si allargano dall’alto verso il basso.
Nel labirinto realizzato mediante la doppia serie di guaine è previsto un liquido di tenuta costituito da una miscela di due liquidi, aventi un peso specifico nettamente diverso, preferibilmente costituiti da mercurio e olio.
Definizione del campo della tecnica in cui si colloca l’invenzione: L’invenzione riguarda delle tenute idrauliche per macchine a fluido ad asse verticale; in particolare, per quanto riguarda le applicazioni immediate citiamo le seguenti:
• pompe al sodio per reattori veloci;
• pompe di processo che trattano fluidi aventi una tossicità elevata;
• macchine per la manipolazione di elementi radioattivi.
In generale, dette tenute sono utilizzabili soprattutto in campo nucleare, dove non possono presentarsi tassi di fuga, per quanto limitati e dove manutenzioni e sostituzioni eventuali si svolgono in condizioni operative particolari.
Tecnica nota e limiti della tecnica nota: Le tenute attualmente disponibili per applicazioni industriali possono essere suddivise, sotto l’aspetto funzionale, in due classi fondamentali:
1) tenute meccaniche;
2) tenute a liquido.
1) Tenute meccaniche
Le tenute meccaniche note sono indicate ai punti che seguono.
a) Tenute a baderna
Si suddividono in tenute a compressione, automatiche e flottanti.
Si evidenzia quanto segue.
• Nelle tenute a compressione la tenuta è attuata comprimendo le baderne con un mezzo esterno;
• nelle tenute automatiche la tenuta è attuata tramite elementi elastici, adattati in sede dalla pressione dello stesso fluido, che deve essere contenuto;
• le tenute flottanti sono conosciute in commercia con i nomi “piston ring” e “segmental rod packing” e, normalmente, sono adattate in scanalature e compresse da molle.
b) Tenute a gioco
In questo tipo di tenutala differenza di pressione tra i due ambienti è ridotta tramite una perdita di carico realizzata attraverso la luce che separa la parte mobile da quella fissa.
Questo tipo di tenuta comporta un tasso di fuga piuttosto alto; quest’ultimo è stato limitato aumentando la perdita di carico tra le pareti in moto relativo mediante l’adozione di labirinti, boccole fisse o flottanti, ecc.
c) Tenute frontali a strisciamento (tenute meccaniche propriamente dette)
Questo tipo di tenuta è composto da due anelli a facce parallele, uno fisso e l’altro rotante con possibilità di scorrimento assiale. La tenuta è assicurata dal contatto diretto tra le due parti; la forza di contatto è determinata dalla risultante delle forze agenti sull’anello scorrevole e dalle forze dovute a d una serie di molle.
Nelle tenute meccaniche il contatto tra parte fissa e parte mobile può provocare fenomeni di usura.
2) Tenute a liquido
Le tenute a liquido realizzano la tenuta tramite l’interposizione tra i due ambienti di una certa quantità di liquido; l’interposizione può avvenire in due modi distinti, dando origine a due soluzioni principali, ovvero a tenute statiche oppure dinamiche.
a) Tenute statiche
È utilizzato unicamente il battente statico come elemento di equilibrio alla differenza di pressione tra i due ambienti.
b) Tenute dinamiche
La tenuta è garantita da un’iniezione di fluido nella luce tra parte fissa e parte mobile
Nelle tenute a liquido sono necessari alcuni accorgimenti per limitare il tasso di fuga.
Le tenute a liquido, fino ad oggi, sono state usate in applicazioni sostanzialmente statiche: infatti velocità di rotazione apprezzabili comportano un trascinamento parziale del fluido interposto e, quindi, l’innalzamento del livello del fluido fino al traboccamento.
Definizione del problema tecnico risolto dall’invenzione: L'invenzione riguarda una tenuta idraulica che consente il contenimento del livello dei fluidi anche in presenza di velocità di rotazione notevoli.
Esposizione dell’idea inventiva: La tenuta oggetto dell’invenzione è formata da un certo numero di camere in serie, costituite ciascuna da una parte fissa e da una parte rotante. Il numero e la dimensione delle camere sono funzione delle differenze di pressione tra i due ambienti e dalle esigenze d’ingombro specifiche.
Le pareti che costituiscono le camere sono inclinate, anziché verticali, per evitare l’innalzamento dei livelli dovuto alla velocità di rotazione.
Per ottenere una suddivisione omogenea di battenti nelle singole camere sono stati utilizzati due fluidi aventi un peso specifico diverso, precisamente mercurio e olio minerale; il mercurio realizza il battente idraulico, mentre l’olio assicura continuità alla variazione di battente nelle singole camere.
Il comportamento delle tenute in oggetto in condizioni statiche e dinamiche è caratterizzato da una disposizione diversa del pelo libero dei due fluidi.
Più in dettaglio, l’invenzione riguarda una tenuta a fluido ad asse verticale, caratterizzata dal fatto che tra l’albero rotante che attraversa l’involucro fisso e l’involucro fisso è realizzata una tenuta a labirinto mediante due serie di guaine ad andamento sostanzialmente conico, che si allargano dall’alto verso il basso.
L’albero rotante prevede alla sua estremità superiore un disco ad esso solidale in rotazione, dalla cui faccia inferiore sporgono verso il basso una serie di guaine coniche che si allargano verso il basso e che si estendono fino quasi al livello del coperchio sopraccitato.; dalla faccia superiore di quest’ultimo sporgono verso l’alto, fino quasi al livello della faccia inferiore del disco solidale in rotazione con l’albero sopraccitato, una seconda serie di guaine ad andamento conico, fisse, che si allargano dall’alto verso il basso, che si inseriscono tra coppie contigue di guaine rotanti della prima serie.
Nel labirinto realizzato mediante la doppia serie di guaine fisse e girevoli è previsto un liquido di tenuta, costituito dalla miscela di due liquidi a peso specifico nettamente diverso, preferibilmente mercurio e olio; detto liquido riempie una porzione dell’altezza del labirinto suddetto.
Descrizione di almeno un esempio di realizzazione: Secondo una forma di realizzazione preferita, nella tenuta oggetto dell’invenzione il coperchio superiore della cassa di una macchina a fluido è attraversato da un albero che presenta superiormente un disco solidale in rotazione all’albero.
Dalla faccia superiore del disco sporgono inferiormente una serie di guaine coniche che, superiormente, sono solidali al disco e, inferiormente, giungono fino ad un’altezza H opportuna dalla faccia superiore del coperchio.
Le guaine coniche si allargano dall’alto verso il basso ed hanno andamento parallelo, cioè il loro angolo di apertura è sostanzialmente uguale.
Dalla faccia superiore del coperchio sporgono verso l’alto una seconda serie di guaine coniche, non necessariamente dello stesso spessore, che si inseriscono a pettine tra le guaine del primo gruppo e, inoltre, le circondano internamente ed esternamente.
Le guaine della seconda serie, fisse, si estendono fino sotto la faccia inferiore del disco e la distanza che le separa da questo è dello stesso ordine di grandezza della distanza H che separa il borso inferiore delle guaine girevoli della prima serie dalla faccia superiore del coperchio.
L’insieme dei due gruppi di guaine costituisce pertanto una tenuta a labirinto che è riempita fino ad un’altezza opportuna con un liquido di tenuta.
Quando l’albero, il disco e le guaine girevoli sono poste in rotazione anche il liquido di tenuta è trascinato in rotazione; tuttavia, secondo l’invenzione, è impossibile che si verifichi un innalzamento indesiderato del livello del liquido di tenuta in quanto l’inclinazione delle guaine di tenuta origina una componente centrifuga, che tende ad incuneare il liquido verso il basso anziché verso l’alto come avverrebbe se le due serie di guaine fossero a pareti verticali.
Secondo l’invenzione, inoltre, invece di un unico liquido di tenuta sono usati due liquidi a densità molto diversa, preferibilmente mercurio e olio; questo consente di frazionare il battente totale in battenti parziali di uguale altezza, consentendo uno sviluppo radiale.
Vantaggi:
1) tasso di fughe ridotto a zero;
2) assenza di contatto diretto tra parti fisse e rotanti con conseguente assenza di usura;
3) affidabilità per quanto riguarda l’inquinamento da parte di liquidi di tenuta e la fuoriuscita degli stessi;
4) mancanza di circuiti ausiliari di lubrificazione;
5) non necessità di manutenzioni periodiche;
6) mancanza di influenza da parte delle vibrazioni e dei disassamenti dell’albero.
Data testuale
1980 marzo 12 - 1988 maggio 17
Estremi cronologici
March 12, 1980 – May 17, 1988
Consistenza
cc. 44
Stato di conservazione
Ottimo
Soggetto produttore
Identificativo
BRA.000051
Collocazione
Deposizione 420
Note
La domanda di brevetto era stata estesa in Francia, ex Germania Ovest, Paesi Bassi e regno Unito, Giappone e U.S.A.
In Italia, Francia, Paesi Bassi e Regno Unito la domanda di brevetto era stata rilasciata.
In Italia, Francia, Paesi Bassi e Regno Unito la domanda di brevetto era stata rilasciata.
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