PL241119B1

PL241119B1 - Hybrid shaft packing

Info

Publication number: PL241119B1
Application number: PL435118A
Authority: PL
Inventors: Leszek Matuszewski
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-08-01
Also published as: PL435118A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest hybrydowe uszczelnienie dławnicowe wału, stosowane do uszczelniania wałów obrotowych w maszynach i urządzeniach. Hybrydowe uszczelnienie dławnicowe wału posiada w obudowie (2), pomiędzy miękkimi pierścieniami uszczelniającymi (3), wielokrawędziowy nabiegunnik (4), oddzielony od miękkich pierścieni uszczelniających (3) przekładkami niemagnetycznymi (8), w którym wykonane są zewnętrzne wnęki pierścieniowe (4a), usytuowane po stronie obudowy (2), oraz wewnętrzne wnęki pierścieniowe (4b), położone po stronie wału (1), dzięki czemu w wielokrawędziowym nabiegunniku (4), powstały kołnierze zewnętrzne (4c), usytuowane po stronie obudowy (2), oraz kołnierze wewnętrzne (4d), położone po stronie wału (1), zaś w zewnętrznych wnękach pierścieniowych (4a), wielokrawędziowego nabiegunnika (4), umieszczone są magnesy trwałe (5, 6), które przylegają do powierzchni bocznych środkowego kołnierza zewnętrznego (4c), biegunami jednoimiennymi N-N, a na walcowych powierzchniach zewnętrznych kołnierzy (4c), wielokrawędziowego nabiegunnika (4), po stronie obudowy (2), umieszczone są w gniazdach elastyczne pierścienie uszczelniające (13), typu „O”, a na cylindrycznych powierzchniach wewnętrznych kołnierzy (4d), wielokrawędziowego nabiegunnika (4), po stronie wału (1), wykonane są występy uszczelniające, zaś w szczelinach promieniowych (dr) utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowego nabiegunnika (4), a wałem (1) znajduje się ciecz magnetyczna (7), zaś w komorze dławnicowej w obudowie (2), na końcu pakietu uszczelniającego po stronie zewnętrznej, umieszczony jest pierścień dociskowy (9), oraz dławik (10), a we wnękach wykonanych na powierzchniach czołowych pierścienia dociskowego (9) i dławika (10), osadzone są magnesy trwałe (11, 12) spolaryzowane osiowo i usytuowane względem siebie biegunami jednoimiennymi N-N.The subject of the application is a hybrid shaft packing used to seal rotary shafts in machines and devices. The hybrid shaft seal in the casing (2), between the soft sealing rings (3), has a multi-edge pole piece (4), separated from the soft sealing rings (3) by non-magnetic spacers (8), in which the outer ring cavities (4a) are made, located on the housing side (2), and internal annular recesses (4b) located on the shaft side (1), so that in the multi-edge pole piece (4), external flanges (4c) located on the housing side (2) and flanges are formed internal (4d), located on the shaft side (1), and in the outer annular recesses (4a) of the multi-edge pole piece (4), permanent magnets (5, 6) are placed, adhering to the side surfaces of the central outer flange (4c), with N-N homonymous poles, and on the cylindrical outer surfaces of the flanges (4c), multi-edge pole piece (4), on the housing side (2), there are flexible rings on the sockets sealing (13), "O" type, and on the cylindrical inner surfaces of the flanges (4d) of the multi-edge pole piece (4), on the shaft side (1), sealing lips are made, and in the radial gaps (dr) formed between the sealing lips of the multi-edge the pole piece (4), and the shaft (1) contains a magnetic fluid (7), and in the stuffing box in the casing (2), at the end of the sealing package on the outer side, there is a pressure ring (9) and a gland (10), and in the cavities made on the faces of the pressure ring (9) and the choke (10), permanent magnets (11, 12), axially polarized and positioned in relation to each other with homonymous N-N poles, are mounted.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowe uszczelnienie dławnicowe wału, stosowane do uszczelniania wałów obrotowych w maszynach i urządzeniach, np. uszczelnienie wałów w pompach wirowych.The subject of the invention is a hybrid shaft seal used for sealing rotary shafts in machines and devices, e.g. shaft sealing in centrifugal pumps.

Znane jest z opisu patentowego PL195697 uszczelnienie dławnicowe wału, który składa się z pakietu pierścieni uszczelniających umieszczony w komorze dławnicowej i ściśniętych dławikiem, zaś pomiędzy pierścieniami uszczelniającymi oraz na dnie komory dławnicowej umieszczone są nabiegunniki w postaci pierścieni z występami uszczelniającymi, a ponadto uszczelnienie dławnicowe wyposażone jest w co najmniej jeden magnes trwały spolaryzowany promieniowo i usytuowany pomiędzy dwoma nabiegunnikami, przy czym w powstałych szczelinach pomiędzy występami uszczelniającymi, a powierzchnią wału oraz w szczelinach pomiędzy powierzchnią wewnętrzną magnesu, a powierzchnią wału znajduje się ciecz magnetyczna utrzymywana w nich siłami pola magnetycznego.A shaft gland seal is known from the patent description PL195697, which consists of a packet of sealing rings placed in the stuffing box and compressed with a gland, and between the sealing rings and at the bottom of the stuffing box there are pole pieces in the form of rings with sealing lips, and the stuffing box seal is also equipped with into at least one radially polarized permanent magnet and located between two pole pieces, in the resulting gaps between the sealing lips and the shaft surface and in the gaps between the magnet's inner surface and the shaft surface, there is a magnetic fluid held in them by the forces of the magnetic field.

Znane jest też z opisu patentowego PL208631 hybrydowe uszczelnienie wału, które charakteryzuje się tym, że wewnątrz stopniowanej komory, pomiędzy pakietami pierścieni uszczelniających, umieszczony jest dławik wewnętrzny w postaci wydrążonej tulei, w której osadzony jest magnes trwały spolaryzowany promieniowo i wielokrawędziowy nabiegunnik, a ponadto na walcowej powierzchni dławika wewnętrznego od strony wału usytuowane są występy uszczelniające, zaś w szczelinach promieniowych, utworzonych pomiędzy występami dławika i nabiegunnika, a wałem, znajduje się ciecz magnetyczna.A hybrid shaft seal is also known from the patent description PL208631, which is characterized by the fact that inside the stepped chamber, between the packets of sealing rings, there is an internal gland in the form of a hollow sleeve, in which a radially polarized permanent magnet and a multi-edge pole piece are mounted, and also on On the shaft side of the cylindrical surface of the inner gland, sealing projections are situated, and in the radial slots formed between the projections of the gland and the pole piece and the shaft, there is a magnetic fluid.

Z opisu patentowego PL223553 znane jest także uszczelnienie hybrydowe elementów o ruchu obrotowym lub posuwisto-zwrotnym, w którym w komorze dławnicowej obudowy zamkniętej dławikiem zewnętrznym znajdują się dwa wielokrawędziowe nabiegunniki w postaci tulei kołnierzowych z występami uszczelniającymi wykonanymi na wewnętrznych powierzchniach walcowych ich kołnierzy, przedzielone magnesem trwałym, a w wytoczeniach nabiegunników usytuowanych po stronie ich zewnętrznych powierzchni czołowych, umieszczone są miękkie pierścienie uszczelniające, dociskane dławikami wewnętrznymi, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a powierzchnią wału lub tłoczyska.Patent description PL223553 also describes a hybrid seal of elements with rotary or reciprocating movement, in which in the stuffing box of the housing closed with an external gland there are two multi-edge pole shoes in the form of flanged sleeves with sealing protrusions made on the internal cylindrical surfaces of their flanges, separated by a permanent magnet. , and in the recesses of the pole pieces located on the side of their outer faces, there are soft sealing rings, pressed with internal glands, and the magnetic fluid is located in the annular gaps formed between the sealing lips of the pole pieces and the surface of the shaft or piston rod.

Z opisu patentowego PL226935 znane jest również hybrydowe uszczelnienie elementów o ruchu obrotowym lub posuwisto-zwrotnym, charakteryzujące się tym, że w komorze dławnicowej obudowy znajduje się tuleja kołnierzowa, której końce umieszczone są w wytoczeniach wykonanych w dławiku wewnętrznym i w dławiku zewnętrznym, a ponadto tuleja zaopatrzona jest w walcowe magnesy trwałe rozmieszczone równomiernie na obwodzie i osadzone w otworach wykonanych w kołnierzu tulei. Po obu stronach kołnierza tulei, do jego powierzchni bocznych przylegają wielokrawędziowe nabiegunniki, do których z kolei przylegają miękkie pierścienie uszczelniające, zaś na dnie komory umieszczony jest dławik wewnętrzny, a od strony otoczenia komora zamknięta jest dławikiem zewnętrznym. Ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a powierzchnią wału lub tłoczyska.Patent description PL226935 also describes a hybrid sealing of rotating or reciprocating elements, characterized by the fact that in the stuffing box of the housing there is a flanged sleeve, the ends of which are placed in the recesses made in the internal gland and in the external gland, and the sleeve is also provided with it is made of cylindrical permanent magnets evenly distributed around the circumference and embedded in holes made in the sleeve flange. On both sides of the sleeve flange, multi-edged pole pieces adjoin to its side surfaces, to which, in turn, soft sealing rings adjoin, and at the bottom of the chamber there is an internal gland, and from the surrounding side, the chamber is closed with an external gland. The magnetic fluid is contained in annular gaps formed between the sealing lips of the pole pieces and the surface of the shaft or piston rod.

Z kolei w opisie patentowym PL227803 przedstawiono hybrydowe uszczelnienie dla elementów o ruchu obrotowym lub posuwisto-zwrotnym, które w komorze dławnicowej obudowy ma miękkie pierścienie uszczelniające, pomiędzy którymi umieszczone są w części środkowej wielokrawędziowe nabiegunniki o przekroju poprzecznym prostokątnym, przedzielone magnesem trwałym spolaryzowanym osiowo, a pomiędzy pierścieniami uszczelniającymi usytuowanymi od strony dławika i od strony dna komory umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki o przekroju poprzecznym w kształcie litery „L”, a w ich wytoczeniach położonych od strony obudowy znajdują się magnesy trwałe spolaryzowane promieniowo, przy czym jeden z tych magnesów jest ustawiony w układzie biegunów S-N, a drugi magnes - w układzie biegunów N-S względem osi wału (lub tłoczyska), zaś ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi, wykonanymi na wewnętrznych powierzchniach walcowych nabiegunników, a powierzchnią wału (lub tłoczyska).On the other hand, patent description PL227803 presents a hybrid seal for elements with rotary or reciprocating movement, which in the stuffing box of the housing has soft sealing rings, between which are placed in the middle part multi-edge pole pieces with a rectangular cross-section, separated by an axially polarized permanent magnet, and between the sealing rings located on the side of the gland and on the bottom of the chamber there are multi-edged pole pieces with a cross-section in the shape of the letter "L", and in their recesses located on the side of the housing there are radially polarized permanent magnets, with one of these magnets positioned in a system S-N poles, and the second magnet - in the N-S pole system with respect to the axis of the shaft (or piston rod), and the magnetic fluid is in the annular gaps between the sealing lips on the internal cylindrical surfaces of the pole pieces and the surface of the shaft (or piston rod).

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie konstrukcji hybrydowego uszczelnienia dławnicowego wału, zapewniającego jego wysoką szczelność oraz dużą trwałość w przypadku zastosowania go w budowie maszyn i urządzeń, np. do uszczelniania wałów w pompach wirowych.The aim of the present invention is to develop a hybrid shaft seal design ensuring its high tightness and high durability when used in the construction of machines and devices, e.g. for sealing shafts in centrifugal pumps.

Istota uszczelnienia według wynalazku złożonego z miękkich pierścieni uszczelniających, wielokrawędziowego nabiegunnika, magnesów trwałych spolaryzowanych osiowo, przekładek niemagnetycznych, cieczy magnetycznej, pierścienia dociskowego i dławika polega na tym, że w komorze dławThe essence of the inventive seal consisting of soft sealing rings, multi-edge pole piece, axially polarized permanent magnets, non-magnetic spacers, magnetic liquid, pressure ring and gland is that in the choke chamber

PL241 119 B1 nicowej w obudowie, pomiędzy miękkimi pierścieniami uszczelniającymi umieszczony jest wielokrawędziowy nabiegunnik oddzielony od miękkich pierścieni uszczelniających przekładkami niemagnetycznymi, w którym wykonane są zewnętrzne wnęki pierścieniowe, usytuowane po stronie obudowy oraz wewnętrzne wnęki pierścieniowe położone po stronie wału, dzięki czemu w wielokrawędziowym nabiegunniku powstały kołnierze zewnętrzne usytuowane po stronie obudowy oraz kołnierze wewnętrzne położone po stronie wału. W zewnętrznych wnękach pierścieniowych wielokrawędziowego nabiegunnika umieszczone są magnesy trwałe, które przylegają do powierzchni bocznych środkowego kołnierza zewnętrznego biegunami jednoimiennymi N-N. Na walcowych powierzchniach zewnętrznych kołnierzy wielokrawędziowego nabiegunnika po stronie obudowy umieszczone są w gniazdach elastyczne pierścienie uszczelniające typu „O”, a na cylindrycznych powierzchniach wewnętrznych kołnierzy wielokrawędziowego nabiegunnika po stronie wału wykonane są występy uszczelniające, zaś w szczelinach promieniowych utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowego nabiegunnika, a wałem znajduje się ciecz magnetyczna. Ponadto, w komorze dławnicowej w obudowie na końcu pakietu uszczelniającego od strony zewnętrznej, umieszczony jest pierścień dociskowy oraz dławik, zaś we wnękach wykonanych na powierzchniach czołowych pierścienia dociskowego i dławika osadzone są magnesy trwałe spolaryzowane osiowo i usytuowane względem siebie biegunami jednoimiennymi N-N.There is a multi-edge pole piece between the soft sealing rings in the housing, separated from the soft sealing rings by non-magnetic spacers, in which there are external annular cavities located on the housing side and internal ring cavities located on the shaft side, thanks to which a multi-edge pole piece is formed outer flanges on the casing side and inner flanges on the shaft side. Permanent magnets are positioned in the outer annular recesses of the multi-edge pole piece and adhere to the lateral surfaces of the central outer flange with N-N homonymous poles. On the cylindrical outer surfaces of the multi-edge pole piece flanges on the casing side, elastic O-rings are placed in the sockets, and on the shaft side of the cylindrical inner surfaces of the multi-edge pole piece flanges, sealing lips are made, and in the radial gaps formed between the sealing lips of the multi-edge pole piece, and the shaft contains a magnetic fluid. Moreover, in the stuffing box in the housing, at the end of the sealing package from the outside, a pressure ring and a gland are placed, while in the cavities made on the faces of the pressure ring and the gland, permanent magnets polarized axially and positioned with N-N homogeneous poles are embedded.

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.

Oznaczenia na rysunku:Designations in the drawing:

- wał,- shaft,

- obudowa,- case,

- miękki pierścień uszczelniający,- soft sealing ring,

- wielokrawędziowy nabiegunnik, a - zewnętrzna wnęka pierścieniowa, b - wewnętrzna wnęka pierścieniowa, c - kołnierz zewnętrzny, d - kołnierz wewnętrzny, , 6, 11, 12 - magnesy trwałe spolaryzowane osiowo,- multi-edge pole piece, a - outer annular recess, b - inner annular recess, c - outer flange, d - inner flange, 6, 11, 12 - axially polarized permanent magnets,

- ciecz magnetyczna,- magnetic liquid,

- przekładka niemagnetyczna,- non-magnetic spacer,

- pierścień dociskowy,- pressure ring,

- dławik,- choke,

- elastyczny pierścień uszczelniający typu „O”, dr - szczelina promieniowa, da - szczelina osiowa powietrzna, , 02 - zamknięte obwody magnetyczne.- elastic O-ring, dr - radial gap, da - axial air gap, 02 - closed magnetic circuits.

Uszczelnienie składa się z miękkich pierścieni uszczelniających 3, wielokrawędziowego nabiegunnika 4, magnesów trwałych 5, 6, 11, 12 spolaryzowanych osiowo, cieczy magnetycznej 7, przekładek niemagnetycznych 8, pierścienia dociskowego 9 i dławika 10. W komorze dławnicowej w obudowie 2, pomiędzy miękkimi pierścieniami uszczelniającymi 3 (np. ze sznura plecionego) umieszczony jest wielokrawędziowy nabiegunnik 4, oddzielony od miękkich pierścieni uszczelniających 3 przekładkami niemagnetycznymi 8, w którym wykonane są zewnętrzne wnęki pierścieniowe 4a, usytuowane po stronie obudowy 2, oraz wewnętrzne wnęki pierścieniowe 4b, położone po stronie wału 1, dzięki czemu w wielokrawędziowym nabiegunniku 4, powstały kołnierze zewnętrzne 4c, usytuowane po stronie obudowy 2, oraz kołnierze wewnętrzne 4d, położone po stronie wału 1. W zewnętrznych wnękach pierścieniowych 4a, wielokrawędziowego nabiegunnika 4, umieszczone są magnesy trwałe 5, 6, które przylegają do powierzchni bocznych środkowego kołnierza zewnętrznego 4c, biegunami jednoimiennymi N-N. Na walcowych powierzchniach zewnętrznych kołnierzy 4c, wielokrawędziowego nabiegunnika 4, po stronie obudowy 2, umieszczone są w gniazdach elastyczne pierścienie uszczelniające 13, typu „O”, a na cylindrycznych powierzchniach wewnętrznych kołnierzy 4d, wielokrawędziowego nabiegunnika 4, po stronie wału 1, wykonane są występy uszczelniające, zaś w szczelinach promieniowych dr, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowego nabiegunnika 4, a wałem 1, znajduje się ciecz magnetyczna 7. Ponadto, w komorze dławnicowej w obudowie 2, na końcu pakietu uszczelniającego po stronie zewnętrznej, umieszczony jest pierścień dociskowy 9, oraz dławik 10, zaś we wnękach wykonanych na powierzchniach czołowych pierścienia dociThe seal consists of soft sealing rings 3, multi-edge pole piece 4, permanent magnets 5, 6, 11, 12 axially polarized, magnetic fluid 7, non-magnetic spacers 8, pressure ring 9 and gland 10. In the stuffing box in the housing 2, between the soft rings For sealing 3 (e.g. made of braided rope), a multi-edge pole piece 4 is placed, separated from soft sealing rings 3 by non-magnetic spacers 8, in which there are made external annular cavities 4a located on the housing side 2, and internal annular cavities 4b located on the shaft side 1, so that in the multi-edge pole piece 4, external flanges 4c are formed, located on the housing side 2, and internal flanges 4d, located on the shaft side. adhere to the side surfaces of the center wheel outer tube 4c, with N-N homogeneous poles. On the cylindrical outer surfaces of the flanges 4c, multi-edge pole piece 4, on the housing side 2, there are provided in the sockets flexible sealing rings 13, "O" type, and on the cylindrical outer surfaces of the flanges 4d, multi-edge pole piece 4, on the shaft 1 side, protrusions are provided There is a magnetic fluid 7 in the radial gaps dd between the sealing lips of the multi-edge pole piece 4 and the shaft 1. In addition, a pressure ring 9 is provided in the stuffing box in the housing 2 at the outer end of the sealing packet, and the throttle 10, and in the recesses formed on the faces of the throttle ring

PL 241 119 B1 skowego 9 i dławika 10, osadzone są magnesy trwałe 11,12, spolaryzowane osiowo i usytuowane względem siebie biegunami jednoimiennymi N-N. Takie ustawienie magnesów trwałych 11,12 powoduje, że pomiędzy pierścieniem dociskowymi i dławikiem 10, występuje szczelina osiowa powietrzna da. Zamknięte obwody magnetyczne 01, 02 utworzone są przez magnesy trwałe 5, 6, wielokrawędziowy nabiegunnik 4, ciecz magnetyczną 7 oraz wał 1.Permanent magnets 11, 12, axially polarized and positioned in relation to each other with N-N identical poles, are mounted. Such an arrangement of the permanent magnets 11, 12 results in an axial air gap da between the pressure ring and the throttle 10. The closed magnetic circuits 01, 02 are formed by permanent magnets 5, 6, a multi-edge pole piece 4, a magnetic fluid 7 and a shaft 1.

W warunkach eksploatacji uszczelnienia według wynalazku, siła docisku dławika 10, powoduje ściśnięcie miękkich pierścieni uszczelniających 3 i powstanie odpowiednich nacisków stykowych na powierzchniach uszczelnianych, a ustawienie magnesów trwałych 11, 12 w pierścieniu dociskowym 9 i w dławiku 10, w układzie biegunów jednoimiennych N-N, powoduje odpychanie pierścienia dociskowego 9 od dławika 10, zapewniając stały docisk miękkich pierścieni uszczelniających 3 w pakiecie. Ponadto w wyniku oddziaływania sił pola magnetycznego na ciecz magnetyczną 7, utrzymywana jest ona w szczelinach promieniowych dr, pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników 4, a wałem 1, tworząc dodatkowe bariery uszczelniające dla czynnika roboczego. Dzięki zastosowaniu cieczy magnetycznej o dobrych własnościach smarnych, uzyskuje się także znacznie zmniejszenie oporów tarcia w uszczelnieniu.Under the operating conditions of the seal according to the invention, the clamping force of the gland 10 causes compression of the soft sealing rings 3 and the creation of appropriate contact pressures on the sealed surfaces, and the positioning of the permanent magnets 11, 12 in the pressure ring 9 and in the gland 10 in the N-N monopolar system causes repulsion. the pressure ring 9 from the gland 10, ensuring a constant pressure of the soft sealing rings 3 in the package. Moreover, due to the influence of the magnetic field forces on the magnetic fluid 7, it is kept in the radial gaps dr between the sealing lips of the multi-edge pole pieces 4 and the shaft 1, creating additional sealing barriers for the working medium. Thanks to the use of a magnetic fluid with good lubricating properties, a significant reduction of frictional resistance in the seal is also achieved.

Claims

1. Hybrid shaft packing consisting of soft sealing rings, multi-edge pole piece, axially polarized permanent magnets, non-magnetic spacers, magnetic liquid, pressure ring and gland, characterized in that in the stuffing box in the housing (2), between soft sealing rings (3 ), a multi-edge pole piece (4) is placed, separated from the soft sealing rings (3) by non-magnetic spacers (8), in which there are external annular cavities (4a) located on the side of the housing (2), and internal annular cavities (4b) , located on the shaft side (1), so that in the multi-edge pole piece (4), external flanges (4c) are formed, located on the housing side (2), and internal flanges (4d), located on the shaft (1) side, and in external annular recesses (4a), multi-edge pole piece (4), permanent magnets (5, 6) are placed adjacent to the surfaces of the side cavities of the central outer flange (4c), with N-N homonymous poles, and on the cylindrical outer surfaces of the flanges (4c) of the multi-edge pole piece (4), on the housing side (2), there are elastic sealing rings (13), type "O" in the sockets. ", And on the cylindrical surfaces of the inner flanges (4d), the multi-edge pole piece (4), on the shaft side (1), sealing lips are made, and in the radial gaps (dr) formed between the sealing lips of the multi-edge pole piece (4) and the shaft ( 1) there is a magnetic fluid (7), and in the stuffing box in the casing (2), at the end of the sealing package on the outer side, there is a pressure ring (9) and a gland (10), and in the recesses made on the faces of the ring (9) and the choke (10), permanent magnets (11, 12), axially polarized and positioned with N-N homogeneous poles are mounted.