PL235929B1

PL235929B1 - Rotary shaft bushing with multi-stage sealing with magnetic fluid

Info

Publication number: PL235929B1
Application number: PL420052A
Authority: PL
Inventors: Leszek Matuszewski
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2020-11-16
Also published as: PL420052A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest przepust wału obrotowego z wielostopniowym uszczelnieniem z cieczą magnetyczną, stosowany w urządzeniach gazowych niskociśnieniowych oraz w technice wysokiej próżni.The subject of the invention is a rotary shaft transit with a multi-stage seal with a magnetic liquid, used in low-pressure gas devices and in the high vacuum technique.

Znane z opisu patentowego PL159631 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 description PL159631 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 at the free ends of the pole pieces 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 sealed shaft, 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 PL203336 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, zaś 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 description PL203336 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 projections are made on the sleeve mounted in the housing and on the sleeve mounted on the shaft, each sleeve with the pole pieces forming a separate unit, and the magnets 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 PL206630 znany jest również 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, przy czym 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.From the Polish patent description PL206630 there is also 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 external cylindrical surface, and the other sleeve embedded in the housing has sealing lips made on its internal cylindrical surface, the sleeves being magnetized in such a way that the successive projections of each sleeve are dissimilar or identical poles and are arranged in relation to each other such that the sealing lip of one sleeve and the corresponding projection of the other sleeve have polarity differently N and S and the magnetic fluid is contained in annular gaps formed between the sealing lips of both sleeves.

Z opisu patentowego PL220983 znany jest także wysokoobrotowy przepust wału z wielostopniowym uszczelnieniem z cieczą magnetyczną, w którym tulejka umocowana w obudowie ma kołnierz skierowany w stronę wału, natomiast tulejka osadzona na wale ma kołnierz skierowany w stronę obudowy, a na zewnętrznej powierzchni walcowej umocowanej w obudowie wykonany jest obwodowy rowek śrubowy, zaś w przestrzeni powstałej pomiędzy tulejkami umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki, przedzielone magnesami trwałymi, umocowane w nieruchomej tulejce i skierowane występami uszczelniającymi w stronę wału lub na ruchomej tulejce z występami uszczelniającymi skierowanymi w stronę obudowy, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a odpowiednimi powierzchniami cylindrycznymi tulejek kołnierzowych.The patent description PL220983 also describes a high-speed shaft bushing with a multi-stage seal with a magnetic liquid, in which the sleeve mounted in the housing has a flange facing the shaft, while the sleeve mounted on the shaft has a flange facing the housing, and on the outer cylindrical surface mounted in the housing there is a circumferential screw groove, and in the space created between the sleeves there are multi-edged pole shoes separated by permanent magnets, fixed in a fixed sleeve and directed with the sealing lips towards the shaft or on the movable sleeve with sealing lips directed towards the housing, and the magnetic fluid is in annular gaps formed between the sealing projections of the pole shoes and the corresponding cylindrical surfaces of the collar bushes.

Istota przepustu według wynalazku, złożonego z dwóch tulei kołnierzowych, magnesów trwałych spolaryzowanych osiowo, wielokrawędziowych nabiegunników i cieczy magnetycznej polega na tym, że tuleja kołnierzowa nieruchoma osadzona w obudowie ma kołnierz skierowany w stronę wału, tuleja kołnierzowa ruchoma osadzona na wale ma kołnierz skierowany w stronę obudowy, a po obu stronach kołnierza tulei nieruchomej i kołnierza tulei ruchomej umieszczone są magnesy trwałe i wielokrawędziowe nabiegunniki. Pomiędzy tuleją nieruchomą wraz z magnesami i nabiegunnikami, a pomiędzy tuleją ruchomą wraz z magnesami i nabiegunnikami występuje luz osiowy i promieniowy. Ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników nieruchomych, a zewnętrzną, cylindryczną powierzchnią tulei kołnierzowej ruchomej oraz w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników ruchomych, a wewnętrzną, cylindryczną powierzchnią tulei kołnierzowej nieruchomej.The essence of the bushing according to the invention, composed of two flange sleeves, axially polarized permanent magnets, multi-edge pole shoes and a magnetic liquid, consists in the fact that the stationary flange bushing embedded in the housing has a flange facing the shaft, the movable flange bushing mounted on the shaft has a flange facing towards the housing, and on both sides of the flange of the fixed sleeve and the flange of the movable sleeve, permanent magnets and multi-edge pole shoes are placed. There is axial and radial play between the movable sleeve with magnets and pole pieces and between the movable sleeve with magnets and pole pieces. The magnetic fluid is contained in the annular gaps formed between the sealing projections of the fixed pole pieces and the outer, cylindrical surface of the movable flange sleeve and in the annular gaps formed between the sealing lips of the movable pole pieces and the inner, cylindrical surface of the fixed flange sleeve.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku w półprzekroju wzdłużnym, przy czym na fig. 1 pokazano przepust z uszczelnieniem, w którym pary magnesów trwałych przylegają do bocznych powierzchni kołnierzy tulejek biegunami jednoimiennymi, a na fig. 2 pokazano przepust z uszczelnieniem, w którym pary magnesów trwałych przylegają do bocznych powierzchni kołnierzy tulejek biegunami różnoimiennymi.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing in a longitudinal half-section, while Fig. 1 shows a culvert with a seal, in which pairs of permanent magnets adhere to the side surfaces of the flanges of the bushings with identical poles, and Fig. 2 shows a culvert with a seal, in which the pairs of permanent magnets adhere to the side surfaces of the sleeve flanges with opposite poles.

PL 235 929 B1PL 235 929 B1

Uszczelnienie składa się z tulei kołnierzowej nieruchomej 4, tulei kołnierzowej ruchomej 5, magnesów trwałych 6, 8, wielokrawędziowych nabiegunników 7, 9 i cieczy magnetycznej 10. W obudowie 2 pomiędzy łożyskami tocznymi 3, na których osadzono wał 1, umocowana jest tuleja kołnierzowa 4, której kołnierz 4a skierowany jest w stronę wału 1 i tuleja kołnierzowa 5 osadzona na wale 1, której kołnierz 5a skierowany jest w stronę obudowy 2. Po obu stronach kołnierza 4a tulei nieruchomej 4 i kołnierza 5a tulei ruchomej 5, umieszczone są magnesy trwałe 6, 8 i wielokrawędziowe nabiegunniki 7, 9, przy czym pomiędzy tuleją nieruchomą 4 wraz z magnesami 6 i nabiegunnikami 7, a pomiędzy tuleją ruchomą 5 wraz z magnesami 8 i nabiegunnikami 9 występuje luz osiowy i promieniowy. Ciecz magnetyczna 10 znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników nieruchomych 7, a zewnętrzną, cylindryczną powierzchnią tulei kołnierzowej ruchomej 5 oraz w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników ruchomych 9, a wewnętrzną, cylindryczną powierzchnią tulei kołnierzowej nieruchomej 4. Nakrętka 11 umocowana w obudowie 2 ustala położenie łożysk 3 i uszczelnienia magnetycznego oraz zamyka przepust od strony atmosfery. W przepuście z uszczelnieniem, w którym pary magnesów trwałych przylegają do bocznych powierzchni kołnierzy biegunami jednoimiennymi (fig. 1), dwa zamknięte obwody magnetyczne Φι i Φ2 utworzone są przez tuleje 4, 5 magnesy 8, nabiegunniki 9 i ciecz magnetyczną 10, a dwa zamknięte obwody magnetyczne Φ3 i Φ4 utworzone są przez tuleje 4, 5, magnesy 6, nabiegunniki 7 i ciecz magnetyczną 10. W przepuście z uszczelnieniem, w którym pary magnesów trwałych przylegają do bocznych powierzchni kołnierzy biegunami różnoimiennymi (fig. 2), zamknięty obwód magnetyczny Φ1 utworzony jest przez tuleje 4, 5, magnesy 6, nabiegunniki 7 i ciecz magnetyczną 10, a zamknięty obwód magnetyczny Φ2 tworzą tuleje 4, 5, magnesy 8, nabiegunniki 9 i ciecz magnetyczna 10.The seal consists of a fixed flange bushing 4, a movable flange bushing 5, permanent magnets 6, 8, multi-edge pole pieces 7, 9 and a magnetic liquid 10. In the housing 2, between the rolling bearings 3 on which the shaft 1 is mounted, the flange bushing 4 is fixed, where the flange 4a faces the shaft 1 and the flange sleeve 5 is mounted on the shaft 1, the flange 5a of which faces the housing 2. On both sides of the flange 4a of the fixed sleeve 4 and the flange 5a of the movable sleeve 5, permanent magnets 6, 8 are placed and multi-edge pole pieces 7, 9, axial and radial play between the fixed sleeve 4 with magnets 6 and pole pieces 7 and between the mobile sleeve 5 with magnets 8 and pole pieces 9. The magnetic fluid 10 is contained in the annular gaps formed between the sealing projections of the fixed pole pieces 7 and the outer, cylindrical surface of the movable collar sleeve 5 and in the annular gaps formed between the sealing lips of the movable pole pieces 9 and the inner, cylindrical surface of the fixed flange sleeve 4. Nut 11 fixed in the housing 2 fixes the position of the bearings 3 and the magnetic seal and closes the passage from the atmosphere side. In a bushing with a seal, in which the pairs of permanent magnets adhere to the side surfaces of the flanges with identical poles (Fig. 1), two closed magnetic circuits Φι and Φ2 are formed by sleeves 4, 5 magnets 8, pole shoes 9 and magnetic fluid 10, and two closed Magnetic circuits Φ3 and Φ4 are formed by sleeves 4, 5, magnets 6, pole pieces 7 and a magnetic liquid 10. In a bushing with a seal, in which the pairs of permanent magnets adhere to the side surfaces of the flanges with opposite poles (Fig. 2), closed magnetic circuit Φ1 it is formed by sleeves 4, 5, magnets 6, pole shoes 7 and a magnetic fluid 10, and the closed magnetic circuit Φ2 is formed by sleeves 4, 5, magnets 8, pole shoes 9 and a magnetic fluid 10.

W warunkach eksploatacji przepustu według wynalazku, w wyniku oddziaływania sił pola magnetycznego na ciecz magnetyczną, utrzymywana jest ona w małych szczelinach pierścieniowych pomiędzy występami nabiegunników, a odpowiednimi powierzchniami cylindrycznymi tulei kołnierzowych, tworząc bariery uszczelniające dla czynnika roboczego.In the operating conditions of the bushing according to the invention, due to the influence of the magnetic field forces on the magnetic fluid, it is kept in small annular gaps between the protrusions of the pole shoes and the corresponding cylindrical surfaces of the flanged sleeves, creating sealing barriers for the working medium.

Oznaczenia na rysunku:Designations in the drawing:

- wał obrotowy,- rotary shaft,

- obudowa,- housing,

- łożysko toczne,- rolling bearing,

- tuleja kołnierzowa nieruchoma, 4a - kołnierz,- fixed collar sleeve, 4a - collar,

- tuleja kołnierzowa ruchoma, 5a - kołnierz, , 8 - magnesy trwałe,- movable flange sleeve, 5a - flange, 8 - permanent magnets,

- wielokrawędziowy nabiegunnik nieruchomy,- multi-edged stationary pole,

- wielokrawędziowy nabiegunnik ruchomy,- multi-edged movable pole piece,

- ciecz magnetyczna,- magnetic liquid,

- nakrętka,- nut,

Φι, Φ2, Φ3, Φ4 - zamknięte obwody magnetyczne.Φι, Φ2, Φ3, Φ4 - closed magnetic circuits.

Claims

Patent claim

1. Rotary shaft bushing with a multi-stage seal with a magnetic liquid, composed of two flange sleeves, axially polarized permanent magnets, multi-edge pole pieces and a magnetic liquid, characterized in that the fixed flange bushing (4) embedded in the housing (2) has the flange (4a) facing towards the shaft (1), the movable flange bushing (5) on the shaft (1) has a flange (5a) facing the housing (2), and on both sides of the flange (4a) of the fixed sleeve (4) and the flange (5a) the movable sleeve (5), permanent magnets (6, 8) and multi-edge pole shoes (7, 9) are placed, between the fixed sleeve (4) with magnets (6) and pole pieces (7), and between the movable sleeve (5) ) together with magnets (8) and pole pieces (9), there is axial and radial play, and the magnetic fluid (10) is located in the annular gaps between the sealing lips of the fixed pole pieces (7) and the outer, cylindrical surface of the sleeve the movable flange (5) and in the annular gaps formed between the sealing lips of the movable pole pieces (9) and the inner, cylindrical surface of the fixed flange sleeve (4).