PL231497B1

PL231497B1 - Hybrid seal with magnetic fluid for a rotary shaft

Info

Publication number: PL231497B1
Application number: PL421354A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Ochoński; Marcin Szczęch; Wojciech Horak
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2019-03-29
Also published as: PL421354A1

Abstract

Uszczelnienie hybrydowe z cieczą magnetyczną dla wału obrotowego, znajdujące zastosowanie w budowie maszyn i urządzeń pracujących w środowisku cieczy lub gazu, zawierające dwie tulejki kołnierzowe ruchome i jedną nieruchomą, pokrywę, magnesy trwałe pierścieniowe i walcowe spolaryzowane osiowo, wielokrawędziowe nabiegunniki oraz ciecz magnetyczną, charakteryzuje się tym, na wale obrotowym (1) osadzone są dwie tulejki kołnierzowe ruchome (4, 5), przedzielone pierścieniowym magnesem trwałym (6), a w obudowie (2) osadzona jest tulejka kołnierzowa nieruchoma (3), w kołnierzu której, umieszczone są w otworach równomiernie rozłożonych na obwodzie walcowe magnesy trwałe (7), zaś do obu powierzchni bocznych kołnierza przylegają wielokrawędziowe nabiegunniki (8) z występami uszczelniającymi wykonanymi na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych, osadzone na wewnętrznych powierzchniach walcowych tulejki nieruchomej (3), natomiast na walcowej powierzchni tulejki kołnierzowej ruchomej wewnętrznej (4) wykonane są rowki śrubowe (10), usytuowane po stronie komory roboczej, wypełnionej czynnikiem uszczelnianym (13).Hybrid seal with a magnetic liquid for a rotating shaft, used in the construction of machines and devices operating in a liquid or gas environment, containing two movable flange sleeves and one stationary one, a cover, axially polarized ring and cylindrical permanent magnets, multi-edge pole pieces and a magnetic liquid, characterized by on the rotating shaft (1) there are two movable flange sleeves (4, 5), separated by an annular permanent magnet (6), and in the housing (2) there is a stationary flange sleeve (3), in the flange of which, holes are placed cylindrical permanent magnets (7) evenly distributed around the circumference, and both side surfaces of the flange are adhered to by multi-edge pole pieces (8) with sealing protrusions made on their inner cylindrical surfaces, set on the inner cylindrical surfaces of the stationary sleeve (3), and on the cylindrical surface of the flange sleeve In the movable internal part (4) there are screw grooves (10) located on the side of the working chamber filled with the sealed agent (13).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie hybrydowe z cieczą magnetyczną dla wału obrotowego, znajdujące zastosowanie w budowie maszyn i urządzeń pracujących w środowisku cieczy lub gazu.The subject of the invention is a hybrid seal with a magnetic liquid for a rotating shaft, applicable in the construction of machines and devices operating in a liquid or gas environment.

Znane jest z opisu patentowego PL214030 hybrydowe uszczelnienie wału obrotowego, które charakteryzuje się tym, że osadzone na wale wielokrawędziowe nabiegunniki mają kształt tulejek kołnierzowych z występami uszczelniającymi usytuowanymi na powierzchniach cylindrycznych ich kołnierzy, a pomiędzy kołnierzami tulejek kołnierzowych umieszczony jest wewnętrzny kołnierz tulei nośnej osadzonej w obudowie. We wnękach tulei nośnej umieszczone są magnesy trwałe, do których przylegają pokrywy zamocowane do obudowy, przy czym magnesy trwałe są spolaryzowane promieniowo naprzemiennie względem siebie, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach pierścieniowych, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi tulejek kołnierzowych, a wewnętrznymi powierzchniami cylindrycznymi tulei nośnej.There is known from the patent description PL214030 a hybrid rotary shaft seal, which is characterized by the fact that the multi-edge pole pieces mounted on the shaft have the shape of flange sleeves with sealing projections located on the cylindrical surfaces of their flanges, and between the flanges of the flange sleeves there is an internal flange of the bearing sleeve embedded in the housing . Permanent magnets are placed in the recesses of the support sleeve, to which the covers attached to the housing adhere, the permanent magnets are polarized alternately radially to each other, and the magnetic liquid is located in the annular gaps formed between the sealing lips of the collar sleeves and the inner cylindrical surfaces of the support sleeve .

Znane jest też z opisu patentowego PL216903 uszczelnienie hybrydowe dla wału wysokoobrotowego, które charakteryzuje się tym, że w obudowie osadzone są nabiegunniki w postaci tulejek kołnierzowych z występami i wnękami, wykonanymi na ich powierzchniach czołowych, a kołnierz osadzony na wale usytuowany jest pomiędzy nabiegunnikami i wewnętrzną powierzchnią walcową magnesu, a na swoich bocznych powierzchniach posiada występy i wnęki, które z występami i wnękami nabiegunników tworzą uszczelnienie labiryntowe, zaś w szczelinach utworzonych pomiędzy występami nabiegunników, a wnękami kołnierza znajduje się ciecz magnetyczna.There is also known from the patent description PL216903 a hybrid seal for a high-speed shaft, which is characterized in that the housing has pole shoes in the form of collar sleeves with protrusions and recesses made on their front surfaces, and the flange mounted on the shaft is located between the pole pieces and the inner the cylindrical surface of the magnet, and on its side surfaces it has protrusions and recesses, which together with the protrusions and recesses of the pole pieces form a labyrinth seal, and in the gaps formed between the protrusions of the pole shoes and the recesses of the collar there is a magnetic fluid.

Z opisu patentowego PL217274 znane jest także hybrydowe uszczelnienie z cieczą magnetyczną dla wału wysokoobrotowego, w którym na wale osadzone są wielokrawędziowe nabiegunniki, na których umocowane są nabiegunniki wraz z magnesami trwałymi, a w obudowie umocowana jest tuleja walcowo-stożkowa, przy czym na powierzchniach walcowych i stożkowych nabiegunników wykonane są występy uszczelniające, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w małych szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a odpowiednimi powierzchniami walcowymi i stożkowymi tulei, a ponadto część stożkowa tulei tworzy ze ścianą obudowy komorę chłodzącą.Patent description PL217274 also describes a hybrid seal with a magnetic liquid for a high-speed shaft, in which the shaft is mounted with multi-edged pole pieces, on which the pole pieces are mounted with permanent magnets, and a cylindrical-conical sleeve is mounted in the casing, with a cylindrical and conical sleeve on the shaft and of the conical pole pieces, sealing protrusions are made, and the magnetic fluid is contained in the small gaps formed between the sealing protrusions of the pole pieces and the corresponding cylindrical and conical surfaces of the sleeve, and the conical part of the sleeve forms a cooling chamber with the housing wall.

Z opisu patentowego PL218973 znane jest również hybrydowe uszczelnienie wału z cieczą magnetyczną, które charakteryzuje się tym, że magnes i przylegające do niego tulejki kołnierzowe osadzone są na obracającym się wale, a po obu stronach obudowy umocowane są pokrywy. Kołnierze tulejek usytuowane są w komorze utworzonej pomiędzy obudową i pokrywami, a na walcowych powierzchniach kołnierzy tulejek wykonane są występy uszczelniające, zaś na walcowych powierzchniach tulejek znajdują się rowki śrubowe, przy czym na jednej tulejce rowki wykonane są w układzie lewoskrętnym, a na drugiej - w układzie prawoskrętnym. Ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi kołnierzy, a wewnętrzną, walcową powierzchnią obudowy. Ponadto, wewnętrzne powierzchnie walcowe pokryw tworzą z rowkami śrubowymi tulejek, uszczelnienia szczelinowe, usytuowane po obu stronach uszczelnienia z cieczą magnetyczną.The patent description PL218973 also describes a hybrid shaft seal with a magnetic liquid, which is characterized in that the magnet and the adjacent flange sleeves are mounted on a rotating shaft, and covers are mounted on both sides of the housing. The sleeves of the sleeves are situated in the chamber formed between the housing and the covers, and the cylindrical surfaces of the sleeves have sealing protrusions, and there are screw grooves on the cylindrical surfaces of the sleeves, while on one sleeve the grooves are made in a left-handed configuration, and on the other - in clockwise system. The magnetic fluid is contained in annular gaps formed between the sealing lips of the flanges and the inner cylindrical surface of the housing. Moreover, the inner cylindrical surfaces of the covers form, with the screw grooves of the sleeves, gap seals, located on both sides of the magnetic fluid seal.

W zgłoszeniu patentowym P-413201 ujawniono hybrydowe uszczelnienie z cieczą magnetyczną dla wałów obrotowych, w którym wielokrawędziowy nabiegunnik osadzony na wale jest w kształcie tulei kołnierzowej i ma na powierzchni walcowej kołnierza oraz na powierzchni walcowej tulei wykonane występy uszczelniające, a we wnęce usytuowanej na czołowej powierzchni pokrywy, przymocowanej do obudowy, osadzone są segmentowe magnesy trwałe spolaryzowane promieniowo, zaś ciecz ferromagnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi na kołnierzu, a wewnętrzną walcową powierzchnią pokrywy, której średnica odpowiada zewnętrznej średnicy magnesów trwałych oraz w szczelinach pierścieniowych pomiędzy występami uszczelniającymi położonymi na zewnętrznej, walcowej powierzchni tulei, a odpowiednią wewnętrzną powierzchnią walcową pokrywy.Patent application P-413201 discloses a hybrid seal with a magnetic liquid for rotating shafts, in which the multi-edge pole piece mounted on the shaft is in the shape of a collar sleeve and has sealing lips on the cylindrical surface of the flange and on the cylindrical surface of the sleeve, and in a recess located on the front surface segmented radially polarized permanent magnets are mounted on the cover, and the ferromagnetic liquid is located in the annular gaps formed between the sealing lips on the flange and the inner cylindrical surface of the cover, the diameter of which corresponds to the outer diameter of the permanent magnets, and in the ring gaps between the sealing lips located on the outer cylindrical surface of the sleeve, and the corresponding inner cylindrical surface of the cover.

Istota uszczelnienia hybrydowego z cieczą magnetyczną dla wału obrotowego, zawierającego dwie tulejki kołnierzowe ruchome i jedną nieruchomą, pokrywę, magnesy trwałe pierścieniowe i walcowe spolaryzowane osiowo, wielokrawędziowe nabiegunniki oraz ciecz magnetyczną, polega na tym, że na wale obrotowym osadzone są dwie tulejki kołnierzowe ruchome wewnętrzna i zewnętrzna, przedzielone pierścieniowym magnesem trwałym, a w obudowie osadzona jest tulejka kołnierzowa nieruchoma, w kołnierzu której, umieszczone są w otworach równomiernie rozłożonych na obwodzie walcowe magnesy trwałe, zaś do obu powierzchni bocznych tego kołnierza przylegają wielokrawędziowe nabiegunPL 231 497 B1 niki z występami uszczelniającymi wykonanymi na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych, osadzone na wewnętrznych powierzchniach walcowych tulejki nieruchomej. Ponadto, na walcowej powierzchni tulejki kołnierzowej ruchomej wewnętrznej, wykonane są rowki śrubowe, usytuowane po stronie komory roboczej, wypełnionej czynnikiem uszczelnianym. Ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a odpowiednimi zewnętrznymi powierzchniami walcowymi tulejek kołnierzowych ruchomych.The essence of the hybrid seal with a magnetic liquid for the rotating shaft, containing two movable and one fixed flanged sleeves, a cover, permanent ring and cylindrical magnets axially polarized, multi-edge pole shoes and a magnetic liquid, consists in the fact that two movable inner flange sleeves are mounted on the rotating shaft and outer, separated by an annular permanent magnet, and a fixed flange sleeve is mounted in the housing, in the flange of which cylindrical permanent magnets are placed in the holes evenly distributed around the circumference, and multi-edge poles with sealing lugs made of on their internal cylindrical surfaces, mounted on the internal cylindrical surfaces of the fixed sleeve. Moreover, on the cylindrical surface of the internally movable flange bushing, there are screw grooves located on the side of the working chamber filled with the sealed medium. The magnetic fluid is contained in the annular gaps formed between the sealing projections of the pole shoes and the corresponding outer cylindrical surfaces of the movable flange bushings.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, w przekroju wzdłużnym.The subject of the invention is shown in the drawing in a longitudinal section.

Uszczelnienie składa się z dwóch tulejek kołnierzowych ruchomych 4, 5 i jednej tulejki kołnierzowej nieruchomej 3, pokrywy 11, pierścieniowego magnesu trwałego 6 i walcowych magnesów trwałych 7 spolaryzowanych osiowo, wielokrawędziowych nabiegunników 8 oraz cieczy magnetycznej 9. Na wale obrotowym 1 osadzone są dwie tulejki kołnierzowe ruchome: wewnętrzna 4 i zewnętrzna 5, przedzielone pierścieniowym magnesem trwałym 6, a w obudowie 2 osadzona jest tulejka kołnierzowa nieruchoma 3, w kołnierzu której umieszczone są w otworach równomiernie rozłożonych na obwodzie walcowe magnesy trwałe 7, zaś do obu powierzchni bocznych tego kołnierza przylegają wielokrawędziowe nabiegunniki 8 z występami uszczelniającymi wykonanymi na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych, osadzone na wewnętrznych powierzchniach walcowych tulejki nieruchomej 3. Tulejka kołnierzowa 3 wraz z magnesami 7 i wielokrawędziowymi nabiegunnikami 8 oraz tulejki kołnierzowe 4, 5 z pierścieniowym magnesem trwałym 6 umieszczone są w obudowie 2, wewnątrz komory dławnicowej zamkniętej pokrywą 11. Tulejki kołnierzowe 4, 5 wraz z magnesem 6 umocowane są na wale obrotowym 1 za pomocą pierścienia sprężystego osadczego 12. Ponadto, na walcowej powierzchni tulejki kołnierzowej ruchomej wewnętrznej 4 wykonane są rowki śrubowe 10, usytuowane po stronie komory rob oczej, wypełnionej czynnikiem uszczelnianym 13. Wewnętrzna, cylindryczna powierzchnia obudowy 2 wraz z rowkami śrubowymi 10 na tulejce kołnierzowej ruchomej 4 tworzą dodatkowe uszczelnienie szczelinowe. Ciecz magnetyczna 9 znajduje się w pierścieniowych szczelinach δ, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników 8, a odpowiednimi zewnętrznymi powierzchniami walcowymi tulejek kołnierzowych ruchomych 4, 5. Zamknięty obwód magnetyczny Φ utworzony jest przez tulejki kołnierzowe 4, 5, magnesy trwałe 6, 7, wielokrawędziowe nabiegunniki 8 i ciecz magnetyczną 9. W warunkach eksploatacji rozwiązania według wynalazku, siły pola magnetycznego utrzymują ciecz magnetyczną w pierścieniowych szczelinach δ, stanowiąc bariery dla czynnika uszczelnianego 13. Ponadto, rowki śrubowe 10 usytuowane na tulejce kołnierzowej ruchomej wewnętrznej 4, obracającej się wraz z wałem 1, wywołują efekt pompowania zwrotnego, który powoduje odrzucanie czynnika uszczelnianego 13, ze szczeliny lewostronnej pomiędzy tulejką ruchomą wewnętrzną 4, a obudową do wnętrza komory roboczej.The seal consists of two movable flange bushings 4, 5 and one fixed flange bushing 3, cover 11, annular permanent magnet 6 and cylindrical permanent magnets 7 axially polarized, multi-edge pole pieces 8 and magnetic fluid 9. Two flange bushings are mounted on the rotary shaft 1 movable: inner 4 and outer 5, separated by an annular permanent magnet 6, and the housing 2 has a fixed flange bushing 3, in the flange of which there are cylindrical permanent magnets 7 in the holes evenly distributed around the circumference, and multi-edge pole pieces adjoin both side surfaces of the flange 8 with sealing projections made on their internal cylindrical surfaces, mounted on the internal cylindrical surfaces of the stationary sleeve 3. Collar sleeve 3 with magnets 7 and multi-edge pole pieces 8 and flange sleeves 4, 5 with annular permanent magnet 6 placed they are in the casing 2, inside the stuffing box closed with the cover 11. The flanged sleeves 4, 5 with the magnet 6 are fixed on the rotary shaft 1 by means of a snap ring 12. Moreover, on the cylindrical surface of the inner movable flange bushing 4 there are screw grooves 10, located on the side of the working chamber filled with the sealed medium 13. The inner, cylindrical surface of the housing 2 together with the screw grooves 10 on the movable flange bushing 4 form an additional gap seal. The magnetic fluid 9 is contained in the annular gaps δ, formed between the sealing projections of the multi-edge pole pieces 8 and the corresponding external cylindrical surfaces of the movable flange bushings 4, 5. The closed magnetic circuit Φ is formed by flange sleeves 4, 5, permanent magnets 6, 7, multi-edge pole shoes 8 and magnetic fluid 9. In the operating conditions of the solution according to the invention, the magnetic field forces keep the magnetic fluid in the annular gaps δ, constituting barriers for the sealed medium 13. Moreover, the screw grooves 10 located on the inner movable flange bushing 4, rotating with the shaft 1, cause a back-pumping effect which causes the sealing medium 13 to be thrown from the left-hand gap between the inner movable sleeve 4 and the housing into the working chamber.

Oznaczenia na rysunku:Designations in the drawing:

- wał obrotowy,- rotary shaft,

- obudowa,- housing,

- tulejka kołnierzowa nieruchoma,- fixed collar bush,

- tulejka kołnierzowa ruchoma wewnętrzna,- movable internal flange sleeve,

- tulejka kołnierzowa ruchoma zewnętrzna,- external movable flange sleeve,

- pierścieniowy magnes trwały,- ring permanent magnet,

- walcowy magnes trwały,- cylindrical permanent magnet,

- wielokrawędziowy nabiegunnik,- multi-edged pole piece,

- ciecz magnetyczna,- magnetic liquid,

- rowki śrubowe,- screw grooves,

- pokrywa,- cover,

- pierścień sprężysty osadczy,- snap ring,

- czynnik uszczelniany (ciecz lub gaz), δ - szczelina pierścieniowa,- sealed medium (liquid or gas), δ - annular gap,

Φ - zamknięty obwód magnetyczny.Φ - closed magnetic circuit.

Claims

Patent claims

1. Hybrid seal with a magnetic liquid for the rotating shaft, containing two movable and one fixed flange sleeves, a cover, permanent ring and cylindrical magnets axially polarized, multi-edge pole shoes and a magnetic liquid, characterized in that two sleeves are mounted on the rotating shaft (1) movable flange (4, 5), separated by an annular permanent magnet (6), and in the housing (2) there is a fixed flange bushing (3), in the flange of which there are cylindrical permanent magnets (7) placed in holes evenly distributed around the circumference, and both side surfaces of the flange are adjoined by multi-edged pole shoes (8) with sealing projections made on their internal cylindrical surfaces, seated on the internal cylindrical surfaces of the fixed sleeve (3), while the cylindrical surface of the movable inner sleeve (4) has screw grooves (10) , located on the side of the working chamber filled with the medium sealed (13).

2. A seal according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that between the sealing lips of the multi-edge pole pieces (8) and the respective outer cylindrical surfaces of the movable flange sleeves (4, 5) in the annular slots 5 there is a magnetic fluid (9).