PL235937B1

PL235937B1 - Multi-stage gland sealing with magnetic fluid

Info

Publication number: PL235937B1
Application number: PL416152A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Ochoński; Józef Salwiński; Wojciech Sikora
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2020-11-16
Also published as: PL416152A1

Abstract

Wielostopniowe uszczelnienie dławnicowe z cieczą magnetyczną, znajdujące zastosowanie przy uszczelnianiu elementów maszyn i urządzeń o ruchu obrotowym i posuwisto - zwrotnych, złożone z wielokrawędziowych nabiegunników, pierścieniowych magnesów trwałych spolaryzowanych osiowo, cieczy magnetycznej i elastycznych pierścieni uszczelniających typu "O" charakteryzuje się tym, że w obudowie (2) wewnątrz komory dławnicowej osadzone są pary wielokrawędziowych nabiegunników (3), między którymi umieszczone są pierścieniowe magnesy trwałe (4) spolaryzowane osiowo, zaś wielokrawędziowe nabiegunniki (3) mają występy uszczelniające, usytuowane na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych oraz stażowania, pomiędzy którymi umieszczone są elastyczne pierścienie uszczelniające typu "O" (6), przylegające do stożkowych powierzchni wielokrawędziowych nabiegunników (3) i do walcowej powierzchni elementu uszczelnianego (1).Multi-stage stuffing box seal with magnetic liquid, used in sealing elements of rotary and reciprocating machines and devices, composed of multi-edge pole pieces, axially polarized permanent ring magnets, magnetic liquid and flexible O-type sealing rings. housing (2) inside the stuffing box there are pairs of multi-edge pole pieces (3), between which there are axially polarized ring permanent magnets (4), and the multi-edge pole pieces (3) have sealing projections located on their internal cylindrical surfaces and placements between which flexible O-type sealing rings (6) are placed, adhering to the conical surfaces of the multi-edge pole pieces (3) and to the cylindrical surface of the sealed element (1).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest wielostopniowe uszczelnienie dławnicowe z cieczą magnetyczną, znajdujące zastosowanie przy uszczelnianiu elementów maszyn i urządzeń o ruchu obrotowym i posuwisto-zwrotnym, np. wałów pomp wirowych lub trzpieni zaworów.The subject of the invention is a multi-stage gland packing with a magnetic liquid, applicable for sealing elements of machines and devices with rotary and reciprocating motion, e.g. shafts of centrifugal pumps or valve stems.

Powszechnie znane są uszczelnienia dławnicowe ze szczeliwem miękkim np. w postaci sznurów plecionych z włókien mineralnych lub syntetycznych, impregnowanych smarem plastycznym. Wadą tych uszczelnień jest wykładniczy rozkład nacisków stykowych pierścieni uszczelniających na uszczelniany element, malejący w kierunku dna komory dławnicowej.Gland seals with a soft packing are commonly known, e.g. in the form of ropes made of mineral or synthetic fibers, impregnated with plastic grease. The disadvantage of these seals is the exponential distribution of the contact pressure of the sealing rings on the sealed element, decreasing towards the bottom of the stuffing box.

Dla zapewnienia szczelności dławnicy wymagane są duże siły nacisku dławika, co powoduje ubytek smaru ze szczeliwa, a w konsekwencji znaczny wzrost oporów tarcia oraz intensywnego zużycia powierzchni wału w pobliżu dławika i prowadzi do szybkiej utraty szczelności dławnicy. W celu wyeliminowania tej wady stosuje się wielostopniowe dławnice, w których następuje wyrównanie rozkładu nacisków stykowych na długości uszczelnienia.In order to ensure tightness of the stuffing box, high gland pressure forces are required, which causes loss of grease from the packing, and consequently a significant increase in frictional resistance and intensive wear of the shaft surface near the gland, leading to a rapid loss of tightness of the stuffing box. In order to eliminate this drawback, multi-stage glands are used, in which the distribution of contact pressures is evenly distributed along the length of the seal.

Z opisu patentowego US6161838(A), znane jest wielostopniowe uszczelnienie dławnicowe, złożone z szeregu metalowych pierścieni nośnych, elastomerowych pierścieni wargowych oraz sprężyn dociskowych o przekroju poprzecznym pierścieniowym, zaś cały pakiet uszczelniający umieszczony jest w komorze dławnicowej, zamkniętej od góry dławikiem.From the patent description US6161838 (A), a multi-stage gland packing is known, consisting of a series of metal support rings, elastomeric lip rings and compression springs with an annular cross-section, and the entire sealing package is placed in a stuffing box, closed at the top with a gland.

Znana jest z opisu patentowego PL210754, dławnica z wyrównanym rozkładem nacisków stykowych, zawierająca elastyczne pierścienie uszczelniające, przedzielone parami walcowych magnesów trwałych spolaryzowanych osiowo, umieszczone w komorze dławnicowej i dociśnięte dławikiem, charakteryzująca się tym, że magnesy trwałe osadzone są w pierścieniach nośnych i rozmieszczone równomiernie na ich obwodzie, przy czym pary magnesów osadzonych w sąsiednich pierścieniach nośnych usytuowane są względem siebie biegunami różnoimiennymi, zaś w przestrzeniach utworzonych pomiędzy pierścieniami nośnymi, magnesami, a wałem oraz pomiędzy pierścieniami nośnymi, magnesami, a obudową znajdują się elastyczne pierścienie uszczelniające.It is known from the patent description PL210754, a gland with an even distribution of contact pressures, containing flexible sealing rings, separated by pairs of cylindrical permanent magnets, axially polarized, placed in a gland chamber and pressed with a gland, characterized by the fact that permanent magnets are embedded in the support rings and evenly spaced on their circumference, with pairs of magnets embedded in adjacent support rings positioned with opposing poles to each other, and in the spaces formed between the support rings, magnets and the shaft and between the support rings, magnets and the housing there are flexible sealing rings.

Z opisu patentowego PL216904 znana jest także wielostopniowa dławnica z wyrównanym rozkładem nacisków stykowych, wyposażona w tulejki nośne, elastomerowe pierścienie uszczelniające i pierścienie dociskowe, która charakteryzuje się tym, że ma osadzone w komorze dławnicowej tulejki nośne w wytoczeniach których od strony wału umieszczone są elastomerowe pierścienie uszczelniające, korzystnie o przekroju poprzecznym w kształcie dużej litery „zeta”, skierowane w stronę wału, przy czym tulejki od góry zamknięte są pierścieniami dociskowymi.Patent description PL216904 also describes a multi-stage gland with an even distribution of contact pressures, equipped with support sleeves, elastomeric sealing rings and pressure rings, which is characterized by the fact that it has support sleeves embedded in the gland chamber in the grooves of which elastomer rings are placed on the shaft side Seals, preferably with a "zeta" shaped cross-section, facing the shaft, the sleeves closed at the top with pressure rings.

Z opisu patentowego PL218671 znana jest dławnica z promieniowym dociskiem szczeliwa, w której każdy pierścień uszczelniający składa się z dwóch części o przekroju poprzecznym w kształcie litery „L”, pomiędzy którymi umieszczony jest pierścień, wykonany ze stopu metalu z efektem „pamięci kształtu”, przy czym w każdym pierścieniu wykonane są występy uszczelniające usytuowane na ich powierzchniach walcowych położonych od strony wału.From the patent description PL218671 a gland with radial pressure packing is known, in which each sealing ring consists of two parts with a cross-section in the shape of the letter "L", between which a ring is placed, made of a metal alloy with a "shape memory" effect, with each ring has sealing projections on its shaft-side cylindrical surfaces.

Znane jest ze zgłoszenia patentowego P-396667, wielostopniowe uszczelnienie dławnicowe, złożone z szeregu metalowych tulejek kołnierzowych, pierścieni uszczelniających z wargą elastyczną typu „V” oraz pierścieni uszczelniających typu „O”, charakteryzujące się tym, że pojedynczy stopień uszczelnienia stanowi tulejka kołnierzowa osadzona na wale z kołnierzem skierowanym w stronę obudowy i tulejka kołnierzowa osadzona w obudowie z kołnierzem skierowanym w stronę wału, przy czym pomiędzy kołnierzem jednej tulejki, a powierzchnią walcową drugiej tulejki oraz pomiędzy powierzchniami bocznymi obu kołnierzy występuje luz. Ponadto w wytoczeniu tulejki umocowanej w obudowie umieszczony jest pod jej kołnierzem pierścień uszczelniający z wargą elastyczną typu „V” przylegającą do powierzchni walcowej tulejki umieszczonej na wale, a także w wytoczeniu tulejki osadzonej na wale, a także w wytoczeniu tulejki osadzonej na wale nad jej kołnierzem umieszczony jest pierścień uszczelniający z wargą elastyczną typu „V”, przylegającą do powierzchni walcowej tulejki osadzonej w obudowie.It is known from the patent application P-396667, a multi-stage gland packing, consisting of a series of metal flange bushings, sealing rings with a flexible "V" type and sealing rings "O", characterized by the fact that a single degree of sealing is a flanged sleeve mounted on the shaft with the flange facing the housing and the flange bushing embedded in the housing with the flange facing the shaft, there is play between the flange of one bushing and the cylindrical surface of the other bushing and between the side surfaces of both flanges. In addition, in the extrusion of the sleeve mounted in the housing, there is a sealing ring under its flange with a flexible V-type lip adjacent to the cylindrical surface of the sleeve placed on the shaft, and also in the extrusion of the sleeve mounted on the shaft, and also in the embossing of the sleeve mounted on the shaft above its flange there is a sealing ring with a flexible V-type lip adjacent to the cylindrical surface of the sleeve embedded in the housing.

Istotą wielostopniowego uszczelnienia dławnicowego z cieczą magnetyczną według wynalazku, jest to, że wewnątrz komory dławnicowej w obudowie osadzone są pary wielokrawędziowych nabiegunników, między którymi umieszczone są we wnękach wykonanych na bocznych powierzchniach nabiegunników, pierścieniowe magnesy trwałe spolaryzowane osiowo. Na wewnętrznych powierzchniach cylindrycznych wielokrawędziowych nabiegunników usytuowane są występy uszczelniające, zaś w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników i powierzchnią walcową elementu uszczelnianego znajduje się ciecz magnetyczna. Ponadto pomiędzy sfazowaniami wykonanymi na wewnętrznych powierzchniach bocznych każdej paryThe essence of the multistage gland seal with a magnetic fluid according to the invention is that inside the stuffing box in the housing there are pairs of multi-edge pole pieces, between which there are axially polarized ring permanent magnets placed in the cavities on the side surfaces of the pole pieces. On the inner surfaces of the cylindrical multi-edge pole pieces there are sealing projections, and in the annular gaps formed between the sealing lips of the multi-edge pole pieces and the cylindrical surface of the sealing element there is a magnetic liquid. In addition, between the chamfers made on the inner side surfaces of each pair

PL 235 937 B1 wielokrawędziowych nabiegunników, umieszczone są elastyczne pierścienie uszczelniające typu „O”, przylegające do walcowej powierzchni elementu uszczelnianego. Natomiast pomiędzy każdą parą wielokrawędziowych nabiegunników, na dnie komory dławnicowej oraz pod dławikiem, umieszczone są niemagnetyczne przekładki.In the case of multi-edge pole pieces, elastic O-rings are provided adjacent to the cylindrical surface of the sealing element. However, between each pair of multi-edge pole pieces, at the bottom of the stuffing box and under the gland, there are non-magnetic spacers.

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

Wielostopniowe uszczelnienie złożone jest z wielokrawędziowych nabiegunników 3, pierścieniowych magnesów trwałych 4 spolaryzowanych osiowo, cieczy magnetycznej 5, elastycznych pierścieni uszczelniających typu „O” 6, 7 oraz niemagnetycznych przekładek 8. W obudowie 2 wewnątrz komory dławnicowej osadzone są pary wielokrawędziowych nabiegunników 3, między którymi umieszczone są pierścieniowe magnesy trwałe 4 spolaryzowane osiowo. W wielokrawędziowych nabiegunnikach 3 wykonane są występy uszczelniające usytuowane na ich wewnętrznych powierzchniach walcowych oraz stażowania, pomiędzy którymi umieszczone są elastyczne pierścienie uszczelniające typu „O” 6, przylegające do stożkowych powierzchni wielokrawędziowych nabiegunników 3 i do walcowej powierzchni elementu uszczelnianego 1. Pomiędzy każdą parą wielokrawędziowych nabiegunników 3 oraz na dnie komory i pod dławikiem 9 umieszczone są niemagnetyczne przekładki 8. Ciecz magnetyczna 5 (ferromagnetyczna lub magnetoreologiczna) znajduje się w pierścieniowych szczelinach δ, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników 3, a powierzchnią walcową elementu uszczelnianego 1. Elastyczne pierścienie uszczelniające typu „O” 7 uszczelniają wielokrawędziowe nabiegunniki 3 względem obudowy 2. Zamknięte obwody magnetyczne Φ utworzone są przez magnesy trwałe 4, wielokrawędziowe nabiegunniki 3, ciecz magnetyczną 5 i element uszczelniany 1.The multi-stage seal consists of multi-edge pole pieces 3, ring permanent magnets 4 axially polarized, magnetic fluid 5, elastic O-rings 6, 7 and non-magnetic spacers 8. In the housing 2 inside the stuffing box there are pairs of multi-edge pole pieces 3, between which 4 axially polarized ring permanent magnets are placed. In the multi-edge pole pieces 3 there are sealing protrusions located on their internal cylindrical surfaces, and between which there are elastic O-rings 6, adjacent to the conical surfaces of the multi-edge pole pieces 3 and to the cylindrical surface of the sealing element 1. Between each pair of multi-edge pole pieces 3 and at the bottom of the chamber and under the gland 9 there are non-magnetic spacers 8. The magnetic fluid 5 (ferromagnetic or magnetorheological) is contained in the annular gaps δ, formed between the sealing lips of multi-edge pole pieces 3 and the cylindrical surface of the sealed element 1. Flexible sealing rings of the "type" O "7 are sealed by multi-edge pole shoes 3 against the housing 2. Closed magnetic circuits Φ are formed by permanent magnets 4, multi-edge pole shoes 3, magnetic fluid 5 and a sealing element 1.

W warunkach eksploatacji, podstawową funkcję uszczelniającą spełniają elastyczne pierścienie uszczelniające typu „O”, które w czasie montażu dławnicy, odkształcają się powodując powstanie nacisków stykowych na powierzchni elementu uszczelnianego, a dodatkowe bariery uszczelniające stanowi ciecz magnetyczna, umieszczona w pierścieniowych szczelinach δ pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników, a powierzchnią walcową elementu uszczelnianego.Under operating conditions, the basic sealing function is performed by elastic O-rings, which deform during the assembly of the stuffing box, causing contact pressure on the surface of the sealed element, and additional sealing barriers are magnetic fluid, placed in the δ ring gaps between the multi-edge sealing lips pole shoes and the cylindrical surface of the sealed element.

Claims

Patent claim

1. Multistage gland packing with magnetic liquid consisting of multi-edge pole pieces, axially polarized ring permanent magnets, magnetic liquid and flexible O-rings, characterized by the fact that inside the stuffing box in the housing (2) there are pairs of multi-edge pole pieces (3) between which there are axially polarized annular permanent magnets (4) in the recesses made on the side surfaces of the pole pieces (3), and on the inner surfaces of the cylindrical multi-edge pole pieces (3) there are sealing projections, and in the δ annular gaps formed between the sealing projections There is a magnetic fluid (5) between the multi-edge pole pieces (3) and the cylindrical surface of the sealed element (1), and between the chamfers on the inner side surfaces of each pair of multi-edge pole pieces (3) there are elastic p O-rings (6), adjacent to the cylindrical surface of the sealed element (1), while between each pair of multi-edge pole pieces (3), at the bottom of the stuffing box and under the gland (9), there are non-magnetic spacers (8).