PL235310B1

PL235310B1 - Shaft vacuum passage with magnetic fluid sealing

Info

Publication number: PL235310B1
Application number: PL419342A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Ochoński; Józef Salwiński
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2020-06-29
Also published as: PL419342A1

Abstract

Próżniowy przepust wału obrotowego z uszczelnieniami cieczą magnetyczną charakteryzuje się tym, że w komorze utworzonej między łożyskami tocznymi (3) osadzonymi w obudowie (2) i na tulei kołnierzowej (4) umocowanej na wale (1), umieszczone są dwa uszczelnienia z cieczą magnetyczną, każde złożone z pary nieruchomych nabiegunników (8, 9) przedzielonych pierścieniowym magnesem trwałym (7), osadzonych w obudowie (2), a pomiędzy dwoma środkowymi nabiegunnikami (9) usytuowany jest z luzem kołnierz (4a) tulei kołnierzowej (4). Tuleja kołnierzowa (4) po obu stronach kołnierza (4a) wyposażona jest w występy uszczelniające wykonane na walcowych częściach tulei kołnierzowej (4) i położone pod nabiegunnikami (8, 9), pomiędzy łożyskami tocznymi (3). W przegrodzie (2a) obudowy (2) od strony próżni umieszczone są równomiernie rozłożone walcowe magnesy trwałe (5), a do obu powierzchni bocznych przegrody (2a) przylegają wielokrawędziowe nabiegunniki (6) z występami uszczelniającymi, wykonanymi na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych. Ciecz magnetyczna (10) znajduje się w pierścieniowych szczelinach (δ) utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi na tulei kołnierzowej (4) pomiędzy łożyskami (3), a wewnętrznymi, walcowymi powierzchniami nabiegunników (8, 9) oraz w szczelinach pierścieniowych (δ) pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników (6) a zewnętrzną powierzchnią walcową tulei kołnierzowej (4) położonej przy łożysku (3), od strony przegrody (2a) obudowy (2).The vacuum rotary shaft bushing with magnetic liquid seals is characterized by the fact that in the chamber formed between the rolling bearings (3) mounted in the housing (2) and the flange sleeve (4) mounted on the shaft (1), there are two seals with magnetic liquid, each consisting of a pair of stationary pole pieces (8, 9) separated by an annular permanent magnet (7), embedded in the housing (2), and between the two central pole pieces (9) there is a flange (4a) of the flange sleeve (4) with some clearance. The flange sleeve (4) on both sides of the flange (4a) is equipped with sealing protrusions made on the cylindrical parts of the flange sleeve (4) and located under the pole pieces (8, 9), between the rolling bearings (3). In the partition (2a) of the housing (2) from the vacuum side, uniformly distributed cylindrical permanent magnets (5) are placed, and both side surfaces of the partition (2a) are adjoined by multi-edge pole pieces (6) with sealing protrusions made on their inner cylindrical surfaces. The magnetic liquid (10) is in the annular gaps (δ) formed between the sealing protrusions on the flange sleeve (4) between the bearings (3) and the inner, cylindrical surfaces of the pole pieces (8, 9) and in the annular gaps (δ) between the sealing protrusions multi-edge pole pieces (6) and the outer cylindrical surface of the flange sleeve (4) located at the bearing (3), on the side of the partition (2a) of the housing (2).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest próżniowy przepust wału obrotowego z uszczelnieniami cieczą magnetyczną, przeznaczony do wykorzystania w budowie urządzeń stosowanych w technice wysokiej próżni.The subject of the invention is a vacuum rotary shaft seal with magnetic liquid seals, intended for use in the construction of devices used in the high vacuum technique.

Z opisu patentowego US4995622A znany jest próżniowy przepust wału obrotowego z wielostopniowym uszczelnieniem cieczą magnetyczną, zawierający magnes trwały spolaryzowany osiowo, umieszczony pomiędzy dwoma nabiegunnikami. Magnes wraz z nabiegunnikami usytuowany jest pomiędzy, dwoma łożyskami tocznymi osadzonymi w obudowie. Nabiegunniki złożone są z szeregu cienkich pierścieni, wykonanych z materiału ferromagnetycznego, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w małych szczelinach pierścieniowych, utworzonych pomiędzy wewnętrznymi walcowymi powierzchniami pierścieni, a wałem.From the patent description US4995622A there is known a vacuum rotary shaft passage with a multi-stage seal with a magnetic liquid, containing an axially polarized permanent magnet placed between two pole pieces. The magnet with the pole pieces is located between two rolling bearings mounted in the housing. The pole pieces are composed of a series of thin rings made of a ferromagnetic material, and the magnetic fluid is contained in small ring gaps formed between the inner cylindrical surfaces of the rings and the shaft.

Z opisu patentowego PL208613B1 znany jest też próżniowy przepust wału uszczelniony cieczą magnetyczną, który charakteryzuje się tym, że ma nabiegunniki wykonane w postaci tulei kołnierzowych, jeden osadzony w obudowie, drugi osadzony na wale. Nabiegunniki mają występy uszczelniające usytuowane na walcowych powierzchniach kołnierzy tulei oraz na środkowych częściach walcowych powierzchni obu tulei, przy czym w pierścieniowych wnękach wykonanych w nabiegunnikach, umieszczone są magnesy trwałe spolaryzowane promieniowo. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach pierścieniowych, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi obu nabiegunników oraz w szczelinach promieniowych pomiędzy występami na kołnierzu nieruchomego nabiegunnika, a wałem i w szczelinach pomiędzy występami na kołnierzu ruchomego nabiegunnika, a obudową.The patent description PL208613B1 also describes a vacuum shaft bushing sealed with a magnetic liquid, which is characterized by the fact that it has pole shoes made in the form of flange sleeves, one embedded in the housing, the other mounted on the shaft. The pole pieces have sealing protrusions located on the cylindrical surfaces of the sleeve flanges and on the central cylindrical parts of both sleeves, with radially polarized permanent magnets placed in annular recesses made in the pole shoes. The magnetic fluid is contained in the annular gaps formed between the sealing lips of both pole shoes and in the radial gaps between the projections on the flange of the stationary pole piece and the shaft, and in the gaps between the projections on the flange of the movable pole piece and the housing.

Z opisu patentowego PL214309B1 znany jest także próżniowy przepust z wielostopniowym uszczelnieniem z cieczą magnetyczną, który charakteryzuje się tym, że w komorze dławnicowej obudowy, pomiędzy łożyskami, na których osadzony jest element uszczelniany, umieszczony jest pakiet uszczelniający, złożony z pierścieniowych magnesów trwałych przedzielonych niemagnetycznymi przekładkami. 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. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach obwodowych, utworzonych pomiędzy ostrymi krawędziami magnesów, a powierzchnią elementu uszczelnianego.The patent description PL214309B1 also describes a vacuum bushing with a multi-stage seal with a magnetic liquid, which is characterized by the fact that in the stuffing box of the housing, between the bearings on which the sealed element is mounted, a sealing package is placed, consisting of annular permanent magnets separated by non-magnetic spacers . The magnets have a rectangular trapezoidal cross-section with their 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 N and S poles with respect to the sealed element. The magnetic fluid is contained in the peripheral gaps formed between the sharp edges of the magnets and the surface of the sealed element.

Z opisu patentowego PL224130B1 znany jest inny próżniowy przepust wału uszczelniony cieczą magnetyczną, który charakteryzuje się tym, że w komorze utworzonej pomiędzy przegrodą obudowy, wewnętrzną cylindryczną powierzchnią gniazda obudowy i zewnętrzną cylindryczną powierzchnią tulei kołnierzowej osadzonej na wale, umieszczone są łożyska toczne przedzielone tulejką kołnierzową z kołnierzem skierowanym w stronę wału, w którym umieszczone są równomiernie rozłożone, walcowe magnesy trwałe, a do powierzchni bocznych kołnierza przylegają wielokrawędziowe nabiegunniki nieruchome z występami uszczelniającymi wykonanymi na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych tulei kołnierzowej.Patent description PL224130B1 describes another vacuum shaft passage sealed with a magnetic liquid, which is characterized by the fact that in the chamber formed between the casing partition, the inner cylindrical surface of the casing seat and the outer cylindrical surface of the flanged sleeve mounted on the shaft, there are placed rolling bearings separated by a flanged sleeve with with the flange facing the shaft, in which are placed evenly distributed cylindrical permanent magnets, and the side surfaces of the flange are adjoined by multi-edge fixed pole shoes with sealing projections made on their internal cylindrical surfaces of the flange sleeve.

Istota próżniowego przepustu wału obrotowego z uszczelnieniami cieczą magnetyczną, zawierającego wał, obudowę, łożyska toczne, tuleję kołnierzową, walcowe i pierścieniowe magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, nabiegunniki oraz ciecz magnetyczną według wynalazku charakteryzuje się tym, że w komorze utworzonej między łożyskami tocznymi osadzonymi w obudowie i na tulei kołnierzowej umocowanej na wale, umieszczone są dwa uszczelnienia z cieczą magnetyczną, każde złożone z pary nieruchomych nabiegunników przedzielonych pierścieniowym magnesem trwałym, osadzonych w obudowie. Pomiędzy dwoma środkowymi nabiegunnikami usytuowany jest z luzem kołnierz tulei kołnierzowej. Tuleja kołnierzowa po obu stronach kołnierza wyposażona jest w występy uszczelniające wykonane na walcowych częściach tulei kołnierzowej i położone pod nabiegunnikami, pomiędzy łożyskami tocznymi. W przegrodzie obudowy od strony próżni, umieszczone są równomiernie rozłożone walcowe magnesy trwałe, a do obu powierzchni bocznych przegrody przylegają wielokrawędziowe nabiegunniki z występami uszczelniającymi, wykonanymi na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych. Ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi na tulei kołnierzowej pomiędzy łożyskami, a wewnętrznymi, walcowymi powierzchniami nabiegunników oraz w szczelinach pierścieniowych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników, a zewnętrzną powierzchnią walcową tulei kołnierzowej położonej przy łożysku od strony przegrody obudowy.The essence of the rotary shaft vacuum seal with magnetic liquid seals, including the shaft, housing, rolling bearings, flanged sleeve, cylindrical and ring permanent magnets axially polarized, pole shoes and magnetic fluid according to the invention is characterized by the fact that in the chamber formed between the rolling bearings embedded in the housing and on the flange sleeve fixed on the shaft, there are two seals with a magnetic liquid, each consisting of a pair of stationary pole pieces separated by an annular permanent magnet, embedded in the housing. Between the two middle pole pieces there is a flange of the flanged sleeve with play. The flange bushing on both sides of the flange is provided with sealing lugs on the cylindrical parts of the flange bushing and located under the pole pieces, between the rolling bearings. In the housing partition on the vacuum side, evenly distributed cylindrical permanent magnets are placed, and both side surfaces of the partition are adjoined by multi-edge pole shoes with sealing protrusions made on their internal cylindrical surfaces. The magnetic fluid is contained in the annular gaps formed between the sealing lips on the flange bushing between the bearings and the inner cylindrical surfaces of the pole shoes and in the annular gaps between the sealing lips of the multi-edge pole pieces and the outer cylindrical surface of the flange bushing located at the bearing on the side of the housing partition.

PL 235 310 B1PL 235 310 B1

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku w półprzekroju wzdłużnym.The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing in a longitudinal half-section.

Próżniowy przepust wału obrotowego z uszczelnieniami cieczą magnetyczną składa się z wału obrotowego 1, obudowy 2, łożysk tocznych 3, tulei kołnierzowej 4, walcowych magnesów trwałych 5 spolaryzowanych osiowo, wielokrawędziowych nabiegunników 6, pierścieniowych magnesów trwałych 7 spolaryzowanych osiowo, nabiegunników 8, 9 i cieczy magnetycznej 10. W komorze utworzonej pomiędzy łożyskami tocznymi 3 osadzonymi w obudowie 2 i na tulei kołnierzowej 4 umocowanej na wale 1, umieszczone są dwa uszczelnienia z cieczą magnetyczną, każde złożone z pary nieruchomych nabiegunników 8, 9 przedzielonych pierścieniowym magnesem trwałym 7, osadzonych w obudowie 2, a pomiędzy dwoma środkowymi nabiegunnikami 9 usytuowany jest z luzem kołnierz 4a tulei kołnierzowej 4. Tuleja kołnierzowa 4 po obu stronach kołnierza 4a wyposażona jest w występy uszczelniające wykonane na walcowych częściach tulei 4 i położone pod nabiegunnikami 8, 9, pomiędzy łożyskami 3. W przegrodzie 2a obudowy 2, od strony próżni, umieszczone są równomiernie rozłożone walcowe magnesy trwałe 5, a do obu powierzchni bocznych przegrody 2a przylegają wielokrawędziowe nabiegunniki 6 z występami uszczelniającymi, wykonanymi na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych. C iecz magnetyczna 10 znajduje się w pierścieniowych szczelinach δ, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi na tulei kołnierzowej 4 pomiędzy łożyskami 3, a wewnętrznymi, walcowymi powierzchniami nabiegunników 8, 9 oraz w szczelinach pierścieniowych 5 pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników 6, a zewnętrzną powierzchnią walcową tulei kołnierzowej 4, położonej przy łożysku 3 od strony przegrody 2a obudowy 2. Łożyska toczne 3 wraz z umieszczonymi między nimi pierścieniowymi magnesami trwałymi 7 i nabiegunnikami 8, ustalone są w obudowie 2 przez nakrętkę ustalającą 11, a tuleja kołnierzowa 4 umocowana jest na wale 1 za pomocą pierścienia sprężystego osadczego 12. Zamknięty obwód magnetyczny Φι utworzony jest przez: tuleję kołnierzową 4, walcowe magnesy trwałe 5, wielokrawędziowe nabiegunniki 6 i ciecz magnetyczną 10. Dwa zamknięte obwody magnetyczne Φ2 tworzą: tuleja 4, pierścieniowe magnesy trwałe 7, nabiegunniki 8, 9 i ciecz magnetyczna 10.Vacuum rotary shaft seal with magnetic liquid seals consists of rotating shaft 1, housing 2, rolling bearings 3, flange sleeve 4, cylindrical permanent magnets 5 axially polarized, multi-edge pole pieces 6, ring permanent magnets 7 axially polarized, pole pieces 8, 9 and liquids magnetic liquid 10. In the chamber formed between the rolling bearings 3 mounted in the housing 2 and on the flange bushing 4 fixed on the shaft 1, there are two seals with a magnetic liquid, each consisting of a pair of fixed pole pieces 8, 9 separated by a permanent annular magnet 7, embedded in the housing 2, and between the two central pole pieces 9 there is a playable collar 4a of the collar sleeve 4. The collar sleeve 4 on both sides of the collar 4a is provided with sealing projections made on cylindrical parts of sleeve 4 and located under the pole pieces 8, 9, between the bearings 3. partition 2a of housing 2, on the vacuum side, fit Uniformly distributed cylindrical permanent magnets 5 are connected, and to both side surfaces of the partition 2a abut multi-edge pole shoes 6 with sealing protrusions made on their internal cylindrical surfaces. The magnetic fluid 10 is contained in the annular gaps δ, formed between the sealing lips on the flange sleeve 4 between the bearings 3 and the internal cylindrical surfaces of the pole pieces 8, 9 and in the ring gaps 5 between the sealing lips of the multi-edge pole pieces 6 and the outer cylindrical surface of the flange sleeve 4, located next to the bearing 3 from the side of the partition 2a of the housing 2. Rolling bearings 3 with the annular permanent magnets 7 and pole pieces 8 placed between them are fixed in the housing 2 by a retaining nut 11, and the collar bushing 4 is fastened on the shaft 1 by of the snap ring 12. The closed magnetic circuit Φι is formed by: a flange sleeve 4, cylindrical permanent magnets 5, multi-edge pole shoes 6 and a magnetic liquid 10. Two closed magnetic circuits Φ2 form: sleeve 4, ring permanent magnets 7, pole shoes 8, 9 and magnetic liquid 10.

W warunkach eksploatacji przepustu według wynalazku, w którym zastosowano trzy uszczelnienia z cieczą magnetyczną, w wyniku oddziaływania siły pola magnetycznego na ciecz magnetyczną 10, utrzymywana jest ona w szczelinach pierścieniowych δ pomiędzy występami uszczelniającymi na tulei kołnierzowej 4 pomiędzy łożyskami tocznymi 3, a wewnętrznymi powierzchniami nabiegunników 8, 9 oraz pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników 6, a zewnętrzną powierzchnią walcową tulei kołnierzowej 4, umiejscowionej przy łożysku tocznym 3, od strony przegrody 2a obudowy 2, tworząc bariery dla czynnika uszczelnianego, które zapewniają wysoką szczelność przepustu.In the operating conditions of the bushing according to the invention, in which three seals with magnetic fluid are used, due to the force of the magnetic field on the magnetic fluid 10, it is kept in the annular gaps δ between the sealing lips on the flange sleeve 4 between the rolling bearings 3 and the inner surfaces of the pole pieces 8, 9 and between the sealing projections of multi-edge pole pieces 6 and the outer cylindrical surface of the flanged sleeve 4 located at the rolling bearing 3, on the side of the partition 2a of the housing 2, creating barriers for the sealed medium that ensure high tightness of the passage.

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

- wał,- shaft,

- obudowa,- housing,

2a - przegroda,2a - partition,

- łożysko toczne,- rolling bearing,

- tuleja kołnierzowa,- collar sleeve,

4a - kołnierz,4a - collar,

- walcowy magnes trwały,- cylindrical permanent magnet,

- wielokrawędziowy nabiegunnik,- multi-edged pole piece,

- pierścieniowy magnes trwały, , 9 - nabiegunniki,- ring permanent magnet, 9 - pole shoes,

- ciecz magnetyczna,- magnetic liquid,

- nakrętka ustalająca,- locating nut,

- pierścień sprężysty osadczy, δ - szczelina pierścieniowa,- snap ring, δ - annular gap,

Φι, Φ2 - zamknięte obwody magnetyczne.Φι, Φ2 - closed magnetic circuits.

Claims

1. Vacuum rotary shaft seal with magnetic liquid seals, including shaft, housing, rolling bearings, flange sleeve, cylindrical and ring permanent magnets axially polarized, pole pieces and magnetic liquid, characterized in that in the chamber formed between the rolling bearings 3 mounted in the housing 2 and on the flange sleeve 4 fixed on the shaft 1, there are two seals with a magnetic liquid, each consisting of a pair of fixed pole pieces 8, 9 separated by an annular permanent magnet 7, embedded in the housing 2, and between the two middle pole pieces 9 there is a flange 4a with play. flange bushing 4, while the flange bushing 4 on both sides of the flange 4a is equipped with sealing protrusions made on the cylindrical parts of the flange bushing 4 and located under the pole pieces 8, 9, between the rolling bearings 3, and in the partition 2a of the housing 2, on the vacuum side there are evenly distributed cylindrical permanent magnets 5, a to polygonal pole pieces 6 adjoin both side surfaces of the partition 2a with sealing projections made on their internal cylindrical surfaces, the magnetic fluid 10 is located in the annular gaps δ between the sealing lips on the flange sleeve 4 between the bearings 3 and the internal cylindrical surfaces of the pole pieces 8, 9 and in the annular gaps δ between the sealing projections of multi-edge pole pieces 6 and the outer cylindrical surface of the flanged sleeve 4 located at the bearing 3, from the side of the partition 2a of the housing 2.