PL233800B1

PL233800B1 - Hybrid, sealing for a shaft with vertical arrangement

Info

Publication number: PL233800B1
Application number: PL423957A
Authority: PL
Inventors: Wlodzimierz Ochonski; Wojciech Sikora; Dariusz Wedrychowicz
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-11-29
Also published as: PL423957A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest hybrydowe uszczelnienie dla wału w układzie pionowym, złożone z uszczelnienia labiryntowego, przeznaczone dla elementów maszyn i urządzeń o ruchu obrotowym, pracujących w środowisku gazowym lub w warunkach wysokiej próżni. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że w stopniowanej tulei kołnierzowej nieruchomej (5), wykonane jest wytoczenie (5c) usytuowane od strony łożyska tocznego (3), a na wewnętrznej walcowej powierzchni wytoczenia (5c) osadzone są wielokrawędziowe nabiegunniki (7) przedzielone magnesem trwałym (6), zaś w komorze powstałej pomiędzy skrajnym zewnętrznym występem (5a) w stopniowanej tulei kołnierzowej nieruchomej (5),a skrajnym zewnętrznym występem (4a) w stopniowanej tulei kołnierzowej ruchomej (4) umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki (9), przedzielone magnesem trwałym (8), osadzone na zewnętrznej walcowej powierzchni skrajnego występu (5a) w stopniowanej tulei kołnierzowej nieruchomej (5), natomiast ciecz magnetyczna (10) znajduje się w szczelinach pierścieniowych (δ), utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi, wykonanymi na wewnętrznych walcowych powierzchniach wielokrawędziowych nabiegunników (7), osadzonych w wytoczeniu (5c) stopniowanej tulei kołnierzowej nieruchomej (5), a odpowiednią zewnętrzną walcową powierzchnią stopniowanej tulei kołnierzowej ruchomej (4) oraz w szczelinach pierścieniowych (δ), pomiędzy występami uszczelniającymi wykonanymi na zewnętrznych walcowych powierzchniach wielokrawędziowych nabiegunników (9) osadzonych na zewnętrznej walcowej powierzchni skrajnego występu (5a) na stopniowanej tulei kołnierzowej nieruchomej (5) a wewnętrzną walcową powierzchnią skrajnego występu (4a) w stopniowanej tulei kołnierzowej ruchomej (4).The subject of the application is a hybrid seal for a vertical shaft, consisting of a labyrinth seal, intended for rotating elements of machines and devices operating in a gas environment or in high vacuum conditions. The solution is characterized by the fact that in the stepped fixed flange sleeve (5), there is a bore (5c) located on the side of the rolling bearing (3), and on the internal cylindrical surface of the bore (5c) multi-edge pole pieces (7) separated by a permanent magnet ( 6), and in the chamber created between the outermost protrusion (5a) in the stationary stepped flange sleeve (5) and the extreme outer projection (4a) in the movable stepped flange sleeve (4), there are multi-edge pole pieces (9), separated by a permanent magnet ( 8), mounted on the outer cylindrical surface of the extreme projection (5a) in the stepped fixed flange sleeve (5), while the magnetic fluid (10) is located in the annular gaps (δ) formed between the sealing projections made on the inner cylindrical surfaces of the multi-edge pole pieces ( 7), mounted in the recess (5c) of the stepped fixed flange sleeve (5) and the corresponding outer cylindrical surface of the stepped flange sleeve (4) and in the annular gaps (δ), between the sealing projections made on the outer cylindrical surfaces of the multi-edge pole pieces (9) mounted on the outer cylindrical surface of the extreme projection (5a) on the stepped fixed flange sleeve (5) and the inner cylindrical surface of the extreme projection (4a) in the stepped movable flange sleeve (4).

Description

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowe uszczelnienie dla wału w układzie pionowym, przeznaczone dla elementów maszyn i urządzeń o ruchu obrotowym, pracujących w środowisku gazowym lub w warunkach wysokiej próżni.The subject of the invention is a hybrid shaft seal in a vertical configuration, intended for elements of machines and devices with rotary motion, operating in a gas environment or in high vacuum conditions.

Z polskiego opisu patentowego PL220187B1 znane jest rozwiązanie uszczelnienia hybrydowego wału pionowego, zawierające dwie stopniowane tuleje kołnierzowe, jedną ruchomą osadzoną na wale, drugą nieruchomą osadzoną w obudowie, przy czym obie tulejki na czołowych powierzchniach kołnierzy mają pierścieniowe występy i wnęki, tworzące uszczelnienie labiryntowe osiowe, które charakteryzuje się tym, że pomiędzy pierścieniami łożyska tocznego, osadzonego nawale i w obudowie a tulejkami kołnierzowymi, umieszczone są pierścieniowe magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, przy czym jeden z nich ustawiony biegunem S, a drugi - biegunem N względem powierzchni bocznych pierścieni łożyska. Tulejki kołnierzowe wyposażone są w występy uszczelniające wykonane na zewnętrznej powierzchni cylindrycznej tulejki ruchomej i na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej tulejki nieruchomej, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi tulejek kołnierzowych.From the Polish patent description PL220187B1, a solution for a hybrid vertical shaft seal is known, comprising two stepped flange sleeves, one movable mounted on the shaft, the other fixed embedded in the housing, both sleeves on the flanges' faces have annular projections and cavities, forming an axial labyrinth seal, characterized by the fact that axially polarized ring permanent magnets are placed between the rings of the rolling bearing, seated in shaft and in the housing and collar sleeves, one of them oriented with the S pole and the other with the N pole with respect to the side surfaces of the bearing rings. The flanged sleeves are provided with sealing lips made on the outer surface of the cylindrical movable sleeve and on the inner surface of the cylindrical fixed sleeve, and the magnetic fluid is in annular gaps formed between the sealing lips of the flanged sleeves.

Z innego polskiego opisu patentowego PL222903B1 znane jest hybrydowe uszczelnienie dla wału w układzie pionowym, w którym stopniowana tuleja osadzona na wale składa się z dwóch elementów, z których jeden przylegający do łożyska, posiada pierścieniową przegrodę skierowaną w stronę obudowy, a druga stopniowana tuleja osadzona w obudowie posiada pierścieniową przegrodę skierowaną w stronę wału, przy czym tuleja nieruchoma i element tulei ruchomej wyposażone są w pierścieniowe występy i pierścieniowe wnęki usytuowane na powierzchniach czołowych ich kołnierzy, tworząc uszczelnienie labiryntowe osiowe, a w otworach rozmieszczonych obwodowo, wykonanych w przegrodach tulei, osadzone są walcowe magnesy trwałe. Ponadto po obu stronach przegród umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki. Ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach utworzonych pomiędzy występami nieruchomych nabiegunników a odpowiednią zewnętrzną powierzchnią cylindryczną elementu stopniowanej tulei kołnierzowej ruchomej oraz w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami nabiegunników ruchomych a odpowiednią wewnętrzną powierzchnią cylindryczną stopniowanej tulei kołnierzowej nieruchomej.Another Polish patent description PL222903B1 discloses a hybrid seal for a shaft in a vertical configuration, in which a stepped sleeve mounted on the shaft consists of two elements, one of which adjoins the bearing, has an annular partition facing the housing, and the other stepped sleeve mounted in the housing has an annular partition facing the shaft, while the stationary sleeve and the movable sleeve element are equipped with annular projections and annular recesses located on the faces of their flanges, creating an axial labyrinth seal, and cylindrical holes are mounted in the circumferential holes made in the partitions of the sleeve permanent magnets. Moreover, on both sides of the partitions there are multi-edged pole shoes. The magnetic fluid is contained in the annular gaps formed between the projections of the stationary pole shoes and the corresponding outer cylindrical surface of the stepped element of the movable flange bushing and in the annular gaps formed between the projections of the movable pole shoes and the corresponding inner cylindrical surface of the stepped fixed flange sleeve.

Z innego, polskiego opisu patentowego PL217813B1 znane jest uszczelnienie hybrydowe dla wału w układzie pionowym, które składa się z dwóch stopniowanych tulejek kołnierzowych - jednej ruchomej osadzonej na wale, drugiej nieruchomej osadzonej w obudowie, przy czym obie tulejki na czołowych powierzchniach kołnierzy mają pierścieniowe występy i wnęki, tworzące uszczelnienie labiryntowe osiowe, a w wytoczeniach nieruchomej tulejki, po obu stronach przegrody umieszczone są magnesy trwałe spolaryzowane osiowo oraz przylegające do nich wielokrawędziowe nabiegunniki, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników a cylindryczną powierzchnią tulejki osadzonej na wale.Another Polish patent specification PL217813B1 describes a hybrid seal for a shaft in a vertical configuration, which consists of two stepped flange sleeves - one movable mounted on the shaft, the other fixed mounted in the housing, both sleeves on the flanges' faces have annular projections and Axially polarized permanent magnets and multi-edge pole pieces adjoining them are placed on both sides of the partition in the recesses forming the axial labyrinth seal, and in the recesses of the fixed sleeve, on both sides of the partition, there are placed axially polarized permanent magnets and multi-edged pole shoes, and the magnetic liquid is located in the gaps formed between the sealing lips of the pole pieces and the cylindrical surface of the sleeve mounted on the shaft.

Istota hybrydowego uszczelnienia wału w układzie pionowym, zawierającego dwie stopniowane tuleje kołnierzowe - jedną ruchomą osadzoną na wale, drugą nieruchomą osadzoną w obudowie, przy czym w obu tych tulejach na czołowych powierzchniach kołnierzy wykonane są pierścieniowe występy i pierścieniowe wnęki, magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, wielokrawędziowe nabiegunniki oraz ciecz magnetyczną, polega na tym, że w stopniowanej tulei kołnierzowej nieruchomej wykonane jest wytoczenie usytuowane od strony łożyska tocznego, a na wewnętrznej walcowej powierzchni tego wytoczenia osadzone są wielokrawędziowe nabiegunniki przedzielone magnesem trwałym, zaś w komorze powstałej pomiędzy skrajnym zewnętrznym występem w tulei kołnierzowej nieruchomej a skrajnym zewnętrznym występem w tulei kołnierzowej ruchomej umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki, przedzielone magnesem trwałym, osadzone na zewnętrznej walcowej powierzchni skrajnego występu w tulei kołnierzowej nieruchomej. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach pierścieniowych, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi, wykonanymi na wewnętrznych walcowych powierzchniach wielokrawędziowych nabiegunników, osadzonych w wytoczeniu tulei kołnierzowej nieruchomej a odpowiednią zewnętrzną walcową powierzchnią tulei kołnierzowej ruchomej oraz w szczelinach pierścieniowych, pomiędzy występami uszczelniającymi wykonanymi na zewnętrznych walcowych powierzchniach wielokrawędziowych nabiegunników, osadzonych na zewnętrznej walcowej powierzchni skrajnego występu na tulei kołnierzowej nieruchomej a wewnętrzną walcową powierzchnią skrajnego występu w tulei kołnierzowej ruchomej.The essence of a hybrid shaft seal in a vertical configuration, consisting of two stepped flange sleeves - one movable seated on the shaft, the other stationary seated in the housing, with both of these sleeves on the flanges' front surfaces there are annular projections and annular recesses, axially polarized multi-edge permanent magnets pole shoes and magnetic liquid, consists in the fact that in the stepped fixed flange sleeve there is a recess located on the side of the rolling bearing, and on the internal cylindrical surface of this recess there are multi-edge pole pieces separated by a permanent magnet, and in the chamber formed between the outermost protrusion in the flange sleeve polygonal pole pieces, separated by a permanent magnet, are placed on the outer cylindrical surface of the outermost projection in the fixed flange sleeve. The magnetic fluid is located in the annular gaps formed between the sealing projections made on the internal cylindrical surfaces of the multi-edge pole pieces, embedded in the groove of the fixed flange sleeve and the corresponding external cylindrical surface of the movable flange sleeve and in the ring gaps between the sealing projections made on the external cylindrical surfaces of the multi-edge poles mounted on the outer cylindrical surface of the extreme projection on the fixed flange bushing and the internal cylindrical surface of the extreme projection in the movable flange bushing.

PL 233 800 B1PL 233 800 B1

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku w przekroju osiowym.The subject of the invention has been shown in an exemplary embodiment in the drawing in an axial section.

Uszczelnienie zbudowane jest ze stopniowanej tulei kołnierzowej ruchomej 4, osadzonej na wale pionowym 1, stopniowanej tulei kołnierzowej nieruchomej 5 umocowanej w obudowie 2, magnesów trwałych 6,8 spolaryzowanych osiowo, wielokrawędziowych nabiegunników 7,9 i cieczy magnetycznej 10. W obu tulejach kołnierzowych 4,5 na czołowych powierzchniach kołnierzy wykonane są pierścieniowe występy 4a,5a i pierścieniowe wnęki 4b,5b. Ponadto, w tulei kołnierzowej nieruchomej 5, wykonane jest wytoczenie 5c usytuowane od strony łożyska tocznego 3, a na wewnętrznej walcowej powierzchni wytoczenia 5c osadzone są wielokrawędziowe nabiegunniki 7 przedzielone magnesem trwałym 6. W komorze powstałej pomiędzy skrajnym zewnętrznym występem 5a w tulei kołnierzowej nieruchomej 5 a skrajnym zewnętrznym występem 4a w tulei kołnierzowej ruchomej 4 umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki 9 przedzielone magnesem trwałym 8, osadzone na zewnętrznej walcowej powierzchni skrajnego występu 5a w tulei kołnierzowej nieruchomej 5. Ciecz magnetyczna 10 znajduje się w szczelinach pierścieniowych δ, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi, wykonanymi na wewnętrznych walcowych powierzchniach wielokrawędziowych nabiegunników 7 osadzonych w wytoczeniu 5c tulei kołnierzowej nieruchomej 5 a odpowiednią zewnętrzną walcową powierzchnią tulei kołnierzowej ruchomej 4 oraz w szczelinach pierścieniowych δ pomiędzy występami uszczelniającymi wykonanymi na zewnętrznych walcowych powierzchniach wielokrawędziowych nabiegunników 9 osadzonych na zewnętrznej walcowej powierzchni skrajnego występu 5a na tulei kołnierzowej nieruchomej 5 a wewnętrzną walcową powierzchnią skrajnego występu 4a w tulei kołnierzowej ruchomej 4. Zamknięty obwód magnetyczny φ1 utworzony jest przez skrajny zewnętrzny występ 4a tulei kołnierzowej 4, magnes trwały 8, wielokrawędziowe nabiegunniki 9 i ciecz magnetyczną 10, a zamknięty obwód magnetyczny φ2 tworzą: walcowa część tulei kołnierzowej 4, przylegająca do wewnętrznego pierścienia łożyska tocznego 3, magnes trwały 6, wielokrawędziowe nabiegunniki 7 i ciecz magnetyczna 10.The seal consists of a stepped movable flange bushing 4, mounted on a vertical shaft 1, a stepped fixed flange bushing 5 mounted in a housing 2, permanent magnets 6.8 axially polarized, multi-edge pole pieces 7,9 and a magnetic liquid 10. In both flange bushings 4, 5, annular projections 4a, 5a and annular recesses 4b, 5b are provided on the end faces of the flanges. Moreover, in the fixed flange sleeve 5, there is a recess 5c situated on the side of the rolling bearing 3, and on the internal cylindrical surface of the recess 5c there are mounted multi-edge pole shoes 7 separated by a permanent magnet 6. In the chamber formed between the outermost protrusion 5a in the fixed flange sleeve 5 and on the outermost protrusion 4a in the movable flange bushing 4 there are multi-edge pole pieces 9 separated by a permanent magnet 8, mounted on the outer cylindrical surface of the extreme protrusion 5a in the fixed flange bushing 5. The magnetic fluid 10 is contained in the annular gaps δ, formed between the sealing protrusions made on internal cylindrical surfaces of multi-edge pole pieces 7 embedded in the embossment 5c of the fixed flange sleeve 5 and the corresponding external cylindrical surface of the movable flange sleeve 4 and in the annular gaps δ between the sealing lips made on the outer cylindrical surfaces of multi-edge pole pieces 9 mounted on the outer cylindrical surface of the extreme projection 5a on the fixed flange sleeve 5 and the inner cylindrical surface of the extreme projection 4a in the movable flange sleeve 4. The closed magnetic circuit φ1 is formed by the outermost projection 4a of the flange sleeve 4, a magnet permanent 8, multi-edge pole pieces 9 and magnetic liquid 10, and the closed magnetic circuit φ2 consists of: the cylindrical part of the flange sleeve 4, adjacent to the inner ring of the rolling bearing 3, permanent magnet 6, multi-edge pole pieces 7 and magnetic liquid 10.

W warunkach eksploatacji uszczelnienia według wynalazku, dzięki zastosowaniu tulei kołnierzowych 4,5, w których na czołowych powierzchniach kołnierzy wykonane są pierścieniowe występy 4a, 5a i pierścieniowe wnęki 4b, 5b powstaje uszczelnienie labiryntowe osiowe. Ponadto, dzięki umieszczeniu dodatkowych uszczelnień z cieczą magnetyczną, usytuowanych na wlocie i wylocie uszczelnienia labiryntowego osiowego, tworzy się trójstopniowy układ uszczelniający. Ciecz magnetyczna 10 utrzymywana w szczelinach pierścieniowych δ usytuowanych na obu końcach labiryntu, stanowi dodatkowe bariery uszczelniające dla czynnika roboczego, zapewniając odpowiednią szczelność.Under the operating conditions of the seal according to the invention, an axial labyrinth seal is created by the use of flange sleeves 4,5 in which the flanges 4a, 5a and annular recesses 4b, 5b are formed on the flanges' front faces. Moreover, by placing additional magnetic fluid seals at the inlet and outlet of the axial labyrinth seal, a three-stage sealing system is created. The magnetic liquid 10 kept in the annular gaps δ located at both ends of the labyrinth, constitutes additional sealing barriers for the working medium, ensuring adequate tightness.

Wykaz oznaczeń na rysunku:List of symbols in the drawing:

- wał pionowy,- vertical shaft,

- obudowa,- housing,

- łożysko toczne,- rolling bearing,

- stopniowana tuleja kołnierzowa ruchoma,- stepped movable flange sleeve,

4a - pierścieniowy występ, 4b - pierścieniowa wnęka,4a - annular protrusion, 4b - annular recess,

- stopniowana tuleja kołnierzowa nieruchoma,- stepped collar sleeve, stationary,

5a - pierścieniowy występ, 5b - pierścieniowa wnęka, 5c - wytoczenie,5a - annular protrusion, 5b - annular recess, 5c - groove,

6, 8 - magnesy trwałe,6, 8 - permanent magnets,

7, 9 - wielokrawędziowe nabiegunniki,7, 9 - multi-edge pole pieces,

- ciecz magnetyczna, δ - szczelina pierścieniowa, φ1, φ2 - zamknięte obwody magnetyczne- magnetic liquid, δ - annular gap, φ1, φ2 - closed magnetic circuits

Zastrzeżenie patentowePatent claim

Claims

1. Hybrid shaft seal in a vertical arrangement, consisting of two stepped flange sleeves - one movable seated on the shaft, the other stationary seated in the housing, with annular projections and annular recesses in both sleeves on the flanges' faces, as well as axially polarized permanent magnets , multi-edge pole shoes and magnetic fluid, characterized in that in the stepped fixed flange sleeve (5), there is an embossing (5c) located on the bearing side

PL 233 800 Β1 t (3), and on the internal cylindrical surface of the groove (5c) there are multi-edged pole pieces (7) separated by a permanent magnet (6), and in the chamber formed between the outermost protrusion (5a) in a stepped fixed flange sleeve (5 ) and the outermost protrusion (4a) in the stepped movable flange bushing (4) there are multi-edged pole shoes (9) separated by a permanent magnet (8), mounted on the outer cylindrical surface of the extreme protrusion (5a) in the stepped fixed flange bushing (5), while the magnetic fluid (10) is located in the annular gaps (δ), formed between the sealing projections made on the internal cylindrical surfaces of the pole pieces (7), embedded in the recess (5c) of the stepped fixed flange sleeve (5) and the corresponding external cylindrical surface of the stepped sleeve the movable flange (4) and in the annular gaps (δ) between the lips of the seals made on the outer cylindrical surfaces of multi-edge pole pieces (9) mounted on the outer cylindrical surface of the extreme projection (5a) on the stepped fixed flange bushing (5) and the internal cylindrical surface of the extreme projection (4a) in the stepped movable flange bushing (4).

Drawing