PL234876B1

PL234876B1 - Shaft pass with ferromagnetic sealing

Info

Publication number: PL234876B1
Application number: PL418867A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Ochoński; Wojciech Horak; Estera Bożek
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2020-04-30
Also published as: PL418867A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przepust wału z uszczelnieniem ferromagnetycznym stosowany w budowie urządzeń gazowych niskociśnieniowych oraz w technice wysokiej próżni.The subject of the invention is a shaft culvert with a ferromagnetic seal used in the construction of low-pressure gas devices and in the high vacuum technique.

Znane z opisu patentowego PL 159631 B1 uszczelnienie ferromagnetyczne wału zawiera dwa pierścieniowe magnesy trwałe umieszczone w komorze dławnicowej, każdy między dwoma nabiegunnikami z wielokrawędziowymi występami na ich powierzchniach walcowych, jednym nabiegunnikiem wewnętrznym i drugim zewnętrznym. Szczeliny osiowe po stronie wielokrawędziowych występów na wolnych końcach nabiegunników są wypełnione cieczą ferromagnetyczną. Nabiegunniki wewnętrzne są pierścieniami połączonymi z odpowiednimi tulejami, zewnętrzną osadzoną w komorze dławnicowej i wewnętrzną osadzoną na osi uszczelnianego wału, zaś nabiegunniki zewnętrzne są pierścieniami, z których jeden jest osadzony w tulei zewnętrznej, a drugi na tulei wewnętrznej.The ferromagnetic shaft seal known from the patent specification PL 159 631 B1 comprises two annular permanent magnets placed in the stuffing box, each between two pole pieces with multi-edge projections on their cylindrical surfaces, one inner and the other outer pole. The axial slots on the side of the multi-edge projections on the free ends of the pole shoes are filled with a ferromagnetic fluid. The inner pole pieces are rings connected to the respective sleeves, the outer one is embedded in the stuffing box and the inner one is mounted on the axis of the shaft to be sealed, while the outer pole pieces are rings, one of which is embedded in the outer sleeve and the other on the inner sleeve.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego PL 203336 B1 próżniowy przepust wału obrotowego z uszczelnieniem ferromagnetycznym, zawierający dwie tuleje kołnierzowe wraz z wielokrawędziowymi nabiegunnikami, co najmniej dwa magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, umieszczone w komorze dławnicowej, każdy pomiędzy dwoma nabiegunnikami oraz ciecz magnetyczną. Na tulei osadzonej w obudowie i na tulei osadzonej na wale wykonane są występy uszczelniające, przy czym każda tuleja wraz z nabiegunnikami stanowi oddzielną całość. Magnesy umieszczone są w pierścieniowych wnękach, wykonanych w każdej tulei pomiędzy nabiegunnikami. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach promieniowych pomiędzy występami uszczelniającymi jednej tulei a walcową powierzchnią drugiej tulei.Also known from the Polish patent specification PL 203336 B1 is a vacuum rotary shaft bushing with a ferromagnetic seal, containing two flange sleeves with multi-edge pole pieces, at least two axially polarized permanent magnets, placed in the stuffing box, each between two pole pieces and a magnetic liquid. Sealing protrusions are provided on the sleeve mounted in the housing and on the sleeve mounted on the shaft, each sleeve with pole pieces forming a separate entity. The magnets are placed in annular recesses made in each sleeve between the pole pieces. The magnetic fluid is contained in the radial gaps between the sealing lips of one sleeve and the cylindrical surface of the other sleeve.

Z polskiego opisu patentowego PL 206630 B1 znany jest też przepust wału z uszczelnieniem cieczą magnetyczną, który w komorze dławnicowej, pomiędzy dwoma łożyskami tocznymi, ma osadzoną na wale tuleję z występami uszczelniającymi, wykonanymi na jej zewnętrznej powierzchni walcowej, a druga tuleja osadzona w obudowie ma występy uszczelniające wykonane na jej wewnętrznej powierzchni walcowej. Tuleje namagnesowane są w ten sposób, że kolejne występy każdej tulei stanowią bieguny różnoimienne lub jednoimienne i usytuowane są wobec siebie tak, że występ uszczelniający jednej tulei i odpowiadający mu występ drugiej tulei mają różnoimienne bieguny N i S, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi obu tulei.The Polish patent specification PL 206630 B1 also describes a shaft bushing with a magnetic liquid seal, which in the stuffing box, between two rolling bearings, has a sleeve mounted on the shaft with sealing projections made on its outer cylindrical surface, and the other sleeve embedded in the housing has sealing protrusions provided on its internal cylindrical surface. The sleeves are magnetized in such a way that the successive projections of each sleeve are dissimilar or identical poles and are positioned to each other such that the sealing lip of one sleeve and the corresponding projection of the other sleeve have different N and S poles, and the magnetic fluid is in the annular gaps formed between the sealing lips of both sleeves.

W opisie patentowym PL 214309 B1 ujawniony jest próżniowy przepust z wielostopniowym uszczelnieniem z cieczą magnetyczną, który charakteryzuje się tym, że w komorze dławnicowej obudowy, pomiędzy łożyskami umieszczony jest pakiet uszczelniający, złożony z pierścieniowych magnesów trwałych, przedzielonych niemagnetycznymi przekładkami, przy czym magnesy mają przekrój poprzeczny w kształcie trapezów prostokątnych z podstawami usytuowanymi prostopadle do osi elementu uszczelnianego i skierowanych ostrymi krawędziami, stanowiącymi nabiegunniki, w stronę jego powierzchni, a sąsiednie magnesy mają przemienny układ biegunów N i S względem elementu uszczelnianego, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach obwodowych, utworzonych pomiędzy ostrymi krawędziami magnesów a powierzchnią elementu uszczelnianego.Patent description PL 214309 B1 discloses a vacuum bushing with a multi-stage sealing with a magnetic liquid, which is characterized in that in the stuffing box of the housing, between the bearings there is a sealing packet composed of annular permanent magnets separated by non-magnetic spacers, the magnets having a cross-section transverse in the shape of rectangular trapeziums with the bases perpendicular to the axis of the sealed element and directed with sharp edges, constituting the pole pieces, towards its surface, and the adjacent magnets have an alternating arrangement of the N and S poles with respect to the sealed element, and the magnetic fluid is located in the peripheral gaps formed between the sharp edges of the magnets and the surface of the element to be sealed.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.408562 A1 znane jest także rozwiązanie przepustu wału obrotowego z uszczelnieniem ferromagnetycznym, który charakteryzuje się tym, że tuleja kołnierzowa nieruchoma osadzona w obudowie ma kołnierz skierowany w stronę wału, a tuleja kołnierzowa ruchoma osadzona na wale ma kołnierz skierowany w stronę obudowy. Pomiędzy obu kołnierzami występuje luz, a w komorach powstałych pomiędzy tulejami kołnierzowymi ruchomą i nieruchomą i ich kołnierzami, z jednej strony do kołnierza tulei kołnierzowej nieruchomej, przylega pierścień nośny nieruchomy, w którym osadzone są walcowe magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, a w wytoczeniach tego pierścienia umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki nieruchome, zaś z drugiej strony do kołnierza tulei kołnierzowej ruchomej przylega pierścień nośny ruchomy, w którym osadzone są walcowe magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, a w wytoczeniach tego pierścienia umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki ruchome. Ciecz ferromagnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników ruchomych a wewnętrzną powierzchnią walcową tulei nieruchomej oraz w szczelinach pierścieniowych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników nieruchomych a zewnętrzną powierzchnią walcową tulei kołnierzowej ruchomej.From the Polish patent application P.408562 A1 there is also a known solution for a rotary shaft bushing with a ferromagnetic seal, which is characterized by the fact that a fixed flange sleeve mounted in the housing has a flange facing the shaft, and a movable flange bushing mounted on the shaft has a flange facing housing. There is play between both flanges, and in the chambers formed between the movable and stationary flanges and their flanges, on the one hand, to the flange of the stationary flange, there is a stationary carrier ring in which axially polarized cylindrical permanent magnets are mounted, and multi-edged in the recesses of this ring are placed fixed pole shoes, and on the other hand, a movable support ring adjoins the flange of the movable flange sleeve, in which axially polarized cylindrical permanent magnets are mounted, and multi-edge movable pole pieces are placed in the recesses of this ring. The ferromagnetic liquid is contained in the annular gaps formed between the sealing projections of the movable pole pieces and the inner cylindrical surface of the fixed sleeve and in the annular gaps between the sealing lips of the multi-edge fixed pole pieces and the outer cylindrical surface of the movable flange sleeve.

Istota przepustu wału według wynalazku, zawierającego tuleję kołnierzową, wielokrawędziowe nabiegunniki, magnesy trwałe spolaryzowane osiowo i ciecz ferromagnetyczną polega na tym, że w komorze obudowy, pomiędzy łożyskami tocznymi, umieszczone są: tuleja kołnierzowa osadzona na waleThe essence of the shaft bushing according to the invention, containing a collar sleeve, multi-edge pole shoes, permanent magnets polarized axially and a ferromagnetic liquid consists in the fact that in the housing chamber, between the rolling bearings, there are: a collar sleeve mounted on the shaft

PL 234 876 B1 lub w obudowie, wielokrawędziowe nabiegunniki umocowane w obudowie lub na wale i dwie pary magnesów trwałych, które umieszczone są w obudowie i na wale pomiędzy tuleją kołnierzową i wielokrawędziowymi nabiegunnikami a łożyskami tocznymi, przy czym usytuowane są one względem powierzchni bocznych pierścieni obu łożysk biegunami różnoimiennymi N i S. Ciecz ferromagnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników a zewnętrznymi lub wewnętrznymi powierzchniami cylindrycznymi tulei kołnierzowej.PL 234 876 B1 or in the housing, multi-edge pole pieces mounted in the housing or on the shaft, and two pairs of permanent magnets, which are placed in the housing and on the shaft between the flanged sleeve and the multi-edge pole pieces and rolling bearings, and they are located in relation to the side surfaces of the rings of both bearings with the opposing N and S poles. The ferromagnetic fluid is contained in the annular gaps between the sealing lips of the pole pieces and the outer or inner cylindrical surfaces of the flange bushing.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku w półprzekroju wzdłużnym, na którym fig. 1 przedstawia przepust wału z uszczelnieniem, w którym wielokrawędziowe nabiegunniki umocowane są nieruchomo w obudowie, a tuleja kołnierzowa osadzona jest na wale, a fig. 2 przedstawia przepust wału z uszczelnieniem, w którym tuleja kołnierzowa umocowana jest nieruchomo w obudowie, a wielokrawędziowe nabiegunniki osadzone są na wale.The subject matter of the invention is shown in the embodiment on the drawing in a longitudinal section, in which Fig. 1 shows the shaft passage with a seal, in which the multi-edge pole pieces are fixed in the housing, and the collar sleeve is mounted on the shaft, and Fig. 2 shows the shaft passage with a seal. a seal in which the flanged sleeve is fixed immobile in the housing, and multi-edge pole shoes are mounted on the shaft.

W komorze obudowy 2 pomiędzy łożyskami tocznymi 3, umieszczone są: tuleja kołnierzowa 4 z kołnierzem 4a, która osadzona jest na wale 1 (fig. 1 ) lub w obudowie 2 (fig. 2), wielokrawędziowe nabiegunniki 5 umocowane w obudowie 2 (fig. 1) lub na wale 1 (fig. 2) i dwie pary magnesów trwałych 6, 7, 8 i 9 umieszczone w obudowie 2 i na wale 1, pomiędzy tuleją kołnierzową 4 i wielokrawędziowymi nabiegunnikami 5 a łożyskami tocznymi 3, usytuowane względem powierzchni bocznych pierścieni obu łożysk tocznych 3 biegunami różnoimiennymi N i S. Ciecz ferromagnetyczna 10 znajduje się w pierścieniowych szczelinach δ pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników 5 a zewnętrznymi lub wewnętrznymi powierzchniami cylindrycznymi tulei kołnierzowej 4. Nakrętka 11 umocowana w obudowie 2 ustala położenie łożysk tocznych 3 i uszczelnienia ferromagnetycznego oraz zamyka przepust wału od strony atmosfery. Zamknięty obwód magnetyczny Φι utworzony jest przez lewostronne łożysko toczne 3, tuleję kołnierzową 4, wielokrawędziowy nabiegunnik 5, magnesy trwałe 6 i 7 i ciecz ferromagnetyczną 10. Natomiast drugi obwód magnetyczny Φ2 utworzony jest przez prawostronne łożysko toczne 3, tuleję kołnierzową 4, wielokrawędziowy nabiegunnik 5, magnesy trwałe 8 i 9 i ciecz ferromagnetyczną 10.In the housing chamber 2, between the rolling bearings 3, there are placed: a flange sleeve 4 with a flange 4a, which is mounted on the shaft 1 (Fig. 1) or in the housing 2 (Fig. 2), multi-edge pole shoes 5 fastened in the housing 2 (Fig. 1) or on the shaft 1 (Fig. 2) and two pairs of permanent magnets 6, 7, 8 and 9 placed in the housing 2 and on the shaft 1, between the flanged sleeve 4 and multi-edge pole pieces 5 and rolling bearings 3, located in relation to the side surfaces of the rings of both rolling bearings 3 with opposite poles N and S. The ferromagnetic fluid 10 is contained in the annular gaps δ between the sealing lips of multi-edge pole pieces 5 and the outer or inner cylindrical surfaces of the flange sleeve 4. The nut 11 fixed in the housing 2 fixes the position of the rolling bearings 3 and the ferromagnetic seal and closes the shaft passage from the atmosphere side. The closed magnetic circuit Φι is formed by a left-hand rolling bearing 3, a collar sleeve 4, a multi-edge pole piece 5, permanent magnets 6 and 7 and a ferromagnetic liquid 10. The second magnetic circuit Φ2 is formed by a right-hand rolling bearing 3, a flange sleeve 4, a multi-edge pole piece 5 , permanent magnets 8 and 9 and ferromagnetic liquid 10.

W warunkach eksploatacji przepustu wału według wynalazku, w wyniku oddziaływania sił p ola magnetycznego na ciecz ferromagnetyczną 10, utrzymywana jest ona w małych szczelinach pierścieniowych δ pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników 5 a odpowiednimi zewnętrznymi lub wewnętrznymi powierzchniami cylindrycznymi tulei kołnierzowej 4, tworząc bariery uszczelniające dla czynnika roboczego. Ponadto, pomiędzy tuleją kołnierzową 4 z kołnierzem 4a a wielokrawędziowymi nabiegunnikami 5 występuje labirynt osiowo-promieniowy, który dodatkowo zwiększa szczelność przepustu.In the operating conditions of the shaft bushing according to the invention, as a result of the magnetic field forces acting on the ferromagnetic fluid 10, it is kept in small annular gaps δ between the sealing projections of multi-edge pole pieces 5 and the corresponding external or internal cylindrical surfaces of the flange sleeve 4, creating sealing barriers for the medium working. Moreover, an axial-radial labyrinth is present between the flanged sleeve 4 with a collar 4a and the multi-edge pole pieces 5, which further increases the tightness of the passage.

Wykaz oznaczeń na rysunkuList of symbols in the drawing

- wał- shaft

- obudowa- housing

- łożysko toczne- rolling bearing

- tuleja kołnierzowa- collar sleeve

4a - kołnierz4a - collar

- wielokrawędziowy nabiegunnik- multi-edged pole piece

6-9 - magnesy trwałe6-9 - permanent magnets

- ciecz ferromagnetyczna- ferromagnetic liquid

- nakrętka δ - szczelina pierścieniowa- δ nut - annular gap

Φι, Φ2 - zamknięte obwody magnetyczneΦι, Φ2 - closed magnetic circuits

Claims

Patent claim

1. Shaft bushing with ferromagnetic seal, including a flange sleeve, multi-edge pole shoes, permanent magnets polarized axially and a ferromagnetic liquid, characterized in that in the housing chamber (2) between the rolling bearings (3) there are: a collar sleeve (4) mounted on the shaft (1) or in the housing (2), multi-edge pole shoes (5) mounted in the housing 2 or on the shaft (1) and two pairs of permanent magnets (6, 7, 8 and 9) placed in the housing (2) and on the shaft (1) ) between the collar sleeve (4) and multi-edge pole shoes (5) and the rolling bearings (3), located in relation to the surface

PL 234 876 Β1 of the side rings of both rolling bearings (3) with opposite poles N and S, and the ferromagnetic fluid (10) is located in the annular gaps δ between the sealing lips of the multi-edge pole pieces (5) and the outer or inner cylindrical surfaces of the flange bushing (4).