PL221563B1

PL221563B1 - Multistage sealing using a magnetic fluid

Info

Publication number: PL221563B1
Application number: PL397294A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Ochoński; Wojciech Horak
Original assignee: Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanisława Staszica W Krakowie
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2016-04-29
Also published as: PL397294A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest wielostopniowe uszczelnienie z cieczą magnetyczną, które stosowane jest do uszczelniania wałów w budowie maszyn i urządzeń o ruchu obrotowym.The subject of the invention is a multi-stage seal with a magnetic liquid, which is used for sealing shafts in the construction of machines and devices with rotary motion.

Znane jest z opisu patentowego US 4 605 233 wielostopniowe uszczelnienie z cieczą magnetyczną, które złożone jest z szeregu magnesów trwałych spolaryzowanych osiowo oraz umieszczonych pomiędzy nimi wielokrawędziowych nabiegunników, które mają występy uszczelniające usytuowane od strony wału. W szczelinach promieniowych utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników i powierzchnią wału znajduje się ciecz magnetyczna, utrzymywana w nich siłami pola magnetycznego.From US 4,605,233, a multi-stage magnetic liquid seal is known, which is composed of a series of axially polarized permanent magnets and multi-edge pole pieces arranged between them, which have sealing lips on the shaft side. In the radial gaps formed between the sealing lips of the pole shoes and the shaft surface there is a magnetic fluid, held in them by the forces of the magnetic field.

W polskim opisie patentowym nr 163 174 ujawniono wielostopniowe uszczelnienie ferromagnetyczne, które zawiera osadzone przesuwnie w komorze dławnicowej nabiegunniki z wielokrawędziowymi powierzchniami, oddzielone spolaryzowanymi osiowo magnesami trwałymi w kształcie pierścieni. Po stronie wielokrawędziowych powierzchni nabiegunników znajduje się ciecz ferromagnetyczna, a w przestrzeniach pierścieniowych pomiędzy nabiegunnikami, pod magnesami trwałymi są usytuowane kołnierze tulei osadzonych na wale. Powierzchnie czołowe kołnierzy są skojarzone z wielokrawędziowymi powierzchniami nabiegunników, a ponadto w tulejach, po stronie wału oraz w nabiegunnikach, po stronie ścian komory dławnicowej są wykonane gniazda pierścieni uszczelniających.Polish patent specification No. 163 174 discloses a multi-stage ferromagnetic seal, which contains pole pieces with multi-edge surfaces slidably mounted in the stuffing box, separated by axially polarized ring-shaped permanent magnets. On the side of the multi-edge surfaces of the pole pieces there is a ferromagnetic liquid, and in the annular spaces between the pole pieces, the collars of the sleeves mounted on the shaft are located under the permanent magnets. The faces of the flanges are associated with the multi-edge surfaces of the pole shoes, and moreover, in the sleeves, on the shaft side and in the pole shoes, on the side of the stuffing box walls, there are seals for the sealing rings.

Z polskiego opisu patentowego nr 205 812 znane jest wielostopniowe uszczelnienie z cieczą magnetyczną, które charakteryzuje się tym, że w komorze dławnicowej znajdują się szeregowo umieszczone segmenty, składające się z osadzonej na wale tulei kołnierzowej z pierścieniową wnęką, w której znajduje się magnes trwały spolaryzowany osiowo lub promieniowo, przy czym kołnierz tulei wraz z magnesem usytuowany jest we wnęce utworzonej przez dwa przylegające do siebie nabiegu nniki, osadzone w komorze dławnicowej. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach utworzonych pomiędzy nabiegunnikami, a kołnierzem tulei i magnesem oraz w szczelinach pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników a zewnętrznymi, cylindrycznymi powierzchniami tulei kołnierzowych.From the Polish patent specification No. 205 812 a multi-stage seal with a magnetic liquid is known, which is characterized by the fact that the stuffing box has segments in series, consisting of a flanged sleeve mounted on the shaft with an annular cavity in which there is an axially polarized permanent magnet. or radially, with the collar of the sleeve together with the magnet located in a cavity formed by two abutting runners, seated in the stuffing box. The magnetic fluid is contained in the gaps formed between the pole shoes and the sleeve flange and the magnet, and in the gaps between the sealing lips of the pole shoes and the outer cylindrical surfaces of the flange sleeves.

Z polskiego opisu patentowego nr 208 615 znane jest także wielostopniowe uszczelnienie z cieczą magnetyczną dla wału obrotowego, które charakteryzuje się tym, że w gniazdach tulejek kołnierzowych, wykonanych na wewnętrznych powierzchniach bocznych kołnierzy umieszczone są m agnesy trwałe spolaryzowane promieniowo, przy czym jeden z magnesów spolaryzowany jest w układzie biegunów S-N, a drugi w układzie biegunów N-S względem powierzchni wału. Na powierzchniach walcowych kołnierzy znajdują się występy uszczelniające, a po obu stronach zewnętrznych powierzchni bocznych kołnierzy tulejek znajdują się magnesy trwałe spolaryzowane osiowo oraz wielokrawędziowe nabiegunniki. W tulejce nieruchomej magnes i nabiegunniki osadzone są na jej wewnętrznej powierzchnio walcowej, natomiast w tulejce ruchomej magnes i nabiegunniki osadzone są na jej zewnętrznej powierzchni walcowej. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach pierścieniowych, powstałych pomiędzy występami uszczelniającymi na nabiegunnikach i kołnierzach tulejek, a powierzchniami walcowymi tulejek ruchomej i nieruchomej. Natomiast w zgłoszeniu patentowym nr P. 387316 ujawniono wielostopniowe uszczelnienie z cieczą magnetyczną, w którym magnesy umieszczone są pomiędzy wielokrawędziowymi nabiegunnikami osadzonymi przemiennie w obudowie i na wale, a również tulejki kołnierzowe osadzone są przemiennie na wale i w obudowie. Kołnierze tulejek osadzonych na wale usytuowane są w komorach utworzonych przez magnesy i nabiegunniki osadzone w obudowie, a kołnierze tulejek osadzonych w obudowie usytuowane są w komorach utworzonych przez magnesy i nabiegunniki osadzone na wale. Ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a cylindrycznymi powierzchniami tulejek.The Polish patent specification No. 208 615 also describes a multi-stage seal with a magnetic liquid for a rotating shaft, which is characterized by the fact that in the seats of flange sleeves made on the inner side surfaces of the flanges there are radially polarized permanent magnets, one of the magnets polarized is in the MV pole system, and the other in the NS pole system with respect to the shaft surface. There are sealing lips on the cylindrical surfaces of the flanges, and on both sides of the outer side surfaces of the sleeve flanges there are axially polarized permanent magnets and multi-edge pole shoes. In a fixed sleeve, the magnet and pole shoes are mounted on its internal cylindrical surface, while in the movable sleeve, the magnet and pole pieces are mounted on its external cylindrical surface. The magnetic fluid is located in the annular gaps formed between the sealing lips on the pole shoes and sleeve flanges and the cylindrical surfaces of the movable and stationary sleeves. On the other hand, patent application no. P. 387316 discloses a multi-stage seal with a magnetic liquid, in which the magnets are placed between multi-edge pole pieces alternately mounted in the housing and on the shaft, and the collar sleeves alternately mounted on the shaft and in the housing. The flanges of the sleeves mounted on the shaft are situated in the chambers formed by magnets and pole pieces mounted in the housing, and the collars of the sleeves mounted in the housing are located in the chambers formed by magnets and pole shoes mounted on the shaft. The magnetic fluid is contained in the annular gaps between the sealing lips of the pole shoes and the cylindrical surfaces of the sleeves.

Istota uszczelnienia według wynalazku złożonego z magnesów trwałych spolaryzowanych osiowo, nabiegunników ruchomych, nabiegunników nieruchomych oraz cieczy magnetycznej, polega na tym, że w obudowie uszczelnienia umieszczone są nabiegunniki nieruchome w postaci stopniowanych tulejek przedzielonych magnesem trwałym, a na wale osadzone są nabiegunniki ruchome również w postaci stopniowanych tulejek przedzielonych magnesem trwałym, przy czym występy uszczelniające wykonane są na wewnętrznych powierzchniach walcowych nabiegunników nieruchomych lub na zewnętrznych powierzchniach walcowych nabiegunników ruchomych, a ponadto magnesy umieszczone w obudowie i na wale ustawione są względem siebie w ten sposób, że jeden magnes jest w układzie biegunów N-S, a drugi magnes - w układzie biegunów S-N. Ciecz magnetyczna umieszczona jest w pierścieniowych szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiePL 221 563 B1 gunników ruchomych, a gładkimi powierzchniami walcowymi nabiegunników nieruchomych lub w szczelinach pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników nieruchomych, a gładkimi powierzchniami walcowymi nabiegunników ruchomych. Ponadto w uszczelnieniu usytuowana jest przegroda w postaci pierścienia o przekroju poprzecznym prostokątnym, która osadzona jest na wewnętrznej powierzchni walcowej magnesu umieszczonego w obudowie lub na zewnętrznej powierzchni walcowej magnesu umocowanego na wale.The essence of the seal according to the invention, composed of axially polarized permanent magnets, movable pole pieces, fixed pole pieces and magnetic liquid, consists in the fact that in the seal housing there are stationary pole pieces in the form of stepped sleeves separated by a permanent magnet, and on the shaft there are also mobile stepped sleeves separated by a permanent magnet, the sealing projections are made on the inner cylindrical surfaces of the stationary pole shoes or on the outer cylindrical surfaces of the movable pole shoes, and moreover, the magnets placed in the housing and on the shaft are positioned in such a way that one magnet is in the arrangement of poles NS, and the second magnet - in the MV poles. The magnetic fluid is placed in the annular gaps formed between the sealing projections on the movable pole pieces and the smooth cylindrical surfaces of the stationary pole pieces or in the gaps between the sealing lips of the fixed pole pieces and the smooth cylindrical surfaces of the movable pole pieces. Moreover, in the seal there is a partition in the form of a ring with a rectangular cross-section, which is mounted on the internal cylindrical surface of the magnet placed in the housing or on the external cylindrical surface of the magnet mounted on the shaft.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku w półprzekroju wzdłużnym, przy czym na fig. 1 i 2 pokazano uszczelnienie, w którym nabiegunniki ustawione są w ten sposób, że nabiegunniki nieruchome mają największy stopień skojarzony z najmniejszym stopniem nabiegunnika ruchomego po zewnętrznych stronach uszczelnienia, a na fig. 3 i 4 nabiegunniki nier uchome mają najmniejszy stopień skojarzony z największym stopniem nabiegunnika ruchomego po zewnętrznych stronach uszczelnienia. Uszczelnienie składa się z dwóch nabiegunników nieruchomych 3 umocowanych w obudowie 2, które przedzielone są magnesem trwałym 5, z dwóch nabiegunników ruchomych 4 osadzonych na wale 1 i przedzielonych magnesem trwałym 6, cieczy magnetycznej 7 oraz przegrody 8. Magnes trwały 5 ustawiony jest względem nabiegunników nieruchomych 3 w układzie biegunów N-S, a magnes trwały 6 ustawiony jest względem nabiegunników ruchomych 4 w układzie biegunów S-N.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing in a half longitudinal section, while Figures 1 and 2 show a seal in which the pole pieces are positioned so that the fixed pole pieces have the greatest degree associated with the smallest degree of movable pole piece on the outer sides of the seal, and in Figures 3 and 4, the stainless pole pieces have the smallest degree associated with the greatest degree of pole piece movable on the outer sides of the seal. The seal consists of two fixed pole pieces 3 fixed in the housing 2, which are separated by a permanent magnet 5, two mobile pole pieces 4 mounted on the shaft 1 and separated by a permanent magnet 6, a magnetic liquid 7 and a partition 8. Permanent magnet 5 is positioned relative to the fixed pole pieces 3 in the NS pole system, and the permanent magnet 6 is positioned with respect to the movable pole pieces 4 in the SN pole system.

Nabiegunniki 3 i 4 są w postaci stopniowanych tulejek, przy czym na każdej powierzchni walcowej poszczególnych stopni nabiegunników wykonane są występy uszczelniające usytuowane na zewnętrznych powierzchniach walcowych nabiegunników ruchom ych 4 (fig. 1 i 4) lub na wewnętrznych powierzchniach walcowych nabiegunników nieruchomych 3 (fig. 2 i 3). Ciecz magnetyczna 7 umieszczona jest w pierścieniowych szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników ruchomych 4, a gładkimi powierzchniami walcowymi nabiegunników nieruchomych 3 (fig. 1 i 4) lub w szczelinach pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników nieruchomych 3, a gładkimi powierzchniami walcowymi nabiegunników ruchomych 4 (fig. 2 i 3). Zamknięty obwód magnetyczny utworzony jest przez nabiegunniki 3 i 4, magnesy trwałe 5 i 6 oraz ciecz magnetyczną 7.The pole pieces 3 and 4 are in the form of stepped sleeves, while on each cylindrical surface of the individual stages of the pole pieces there are sealing protrusions located on the outer cylindrical surfaces of the movable pole pieces 4 (Fig. 1 and 4) or on the inner cylindrical surfaces of the fixed pole pieces 3 (Fig. 2 and 3). The magnetic fluid 7 is placed in the annular gaps formed between the sealing projections of the movable pole pieces 4 and the smooth cylindrical surfaces of the fixed pole pieces 3 (Figs. 1 and 4) or in the gaps between the sealing lips of the fixed pole pieces 3 and the smooth cylindrical surfaces of the movable pole pieces 4 (Fig. 2 and 3). The closed magnetic circuit is made up of pole pieces 3 and 4, permanent magnets 5 and 6 and a magnetic fluid 7.

Przegroda 8 ma postać pierścienia o przekroju poprzecznym prostokątnym, który umieszczony jest na wewnętrznej powierzchni walcowej magnesu trwałego 5 (fig. 1 i 2) lub na zewnętrznej powierzchni walcowej magnesu 6 (fig. 3 i 4).The partition 8 is in the form of a ring with a rectangular cross-section which is placed on the inner cylindrical surface of the permanent magnet 5 (Figs. 1 and 2) or on the outer cylindrical surface of the magnet 6 (Figs. 3 and 4).

W warunkach eksploatacji uszczelnienia ciecz magnetyczna 7 jest utrzymywana siłami pola magnetycznego w pierścieniowych szczelinach pomiędzy stopniami nabiegunników nieruchomych 3 i ruchomych 4, stanowiąc bariery uszczelniające dla czynnika roboczego, a ponadto przegroda 8 tworzy dodatkowe uszczelnienie labiryntowe, które zwiększa szczelność uszczelnienia.In the operating conditions of the seal, the magnetic fluid 7 is kept by the forces of the magnetic field in the annular gaps between the steps of the fixed 3 and movable pole pieces 4, constituting sealing barriers for the working medium, and moreover, the partition 8 creates an additional labyrinth seal, which increases the tightness of the seal.

- wał- shaft

- obudowa- housing

- nabiegunnik nieruchomy- fixed pole piece

- nabiegunnik ruchomy- movable pole piece

5,6 - magnesy trwałe5.6 - permanent magnets

- ciecz magnetyczna- magnetic liquid

- przegroda- partition

Claims

Multistage seal with magnetic liquid consisting of axially polarized permanent magnets, movable pole pieces, fixed pole pieces, magnetic liquid and a barrier, characterized by the fact that fixed pole pieces (3) in the form of graduated sleeves separated by a permanent magnet (5) are placed in the seal housing (2) , and on the shaft (1) movable pole pieces (4) are mounted, also in the form of stepped sleeves separated by a permanent magnet (6), while the sealing lips are made on the internal cylindrical surfaces of the fixed pole pieces (3) or on the external cylindrical surfaces of the mobile pole pieces ( 4), and also permanent magnets (5 and 6) placed in the housing (2) and on the shaft (1) are positioned in such a way that the permanent magnet (5) is in the NS pole arrangement, and the magnet (6) - in the MV pole system or vice versa, while the magnetic fluid (7) is placed in the annular gaps formed between the protrusions of the seals sealing of the pole pieces

PL 221 563 B1 of the movable pole pieces (4) and the smooth cylindrical surfaces of the fixed pole pieces (3) or in the gaps between the sealing lips of the fixed pole pieces (3) and the smooth and cylindrical surfaces of the mobile pole pieces (4), and the partition (8) has the form of a ring with rectangular cross section, which is mounted on the internal cylindrical surface of the permanent magnet (5) placed in the housing (2) or on the external cylindrical surface of the permanent magnet (6) mounted on the shaft (1).