PL241282B1

PL241282B1 - Vertical shaft sealing with magnetic fluid

Info

Publication number: PL241282B1
Application number: PL430883A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Ochoński; Mariusz Filipowicz; Karolina Papis; Szymon Podlasek
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2022-08-29
Also published as: PL430883A1

Abstract

Uszczelnienie wału w układzie pionowym z zastosowaniem cieczy magnetycznej zawierające stopniowaną tuleję ruchomą, pokrywę, wielokrawędziowe nabiegunniki, magnes trwały spolaryzowany promieniowo i ciecz magnetyczną, charakteryzuje się tym, że w stopniowanej tulei ruchomej (4) osadzonej na wale pionowym (1) wykonana jest pierścieniowa wnęka (4a) usytuowana w wystającej od dołu części tulei (4), w której umocowane są wielokrawędziowe nabiegunniki (7, 8) przedzielone magnesem trwałym (6). Pokrywa (5) zamocowana do obudowy (2), zaopatrzona jest w pierścieniową przegrodę (5a), która umieszczona jest z luzem pomiędzy wielokrawędziowymi nabiegunnikami (7, 8) i magnesem trwałym (6). Ciecz magnetyczna (9) znajduje się w szczelinach pierścieniowych (δ) utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wykonanymi na powierzchniach cylindrycznych wielokrawędziowych nabiegunników (7, 8), a zewnętrzną powierzchnią walcową oraz wewnętrzną powierzchnią cylindryczną pierścieniowej przegrody (5a) pokrywy (5).Vertical shaft seal with the use of a magnetic fluid containing a stepped movable sleeve, a cover, multi-edge pole shoes, a radially polarized permanent magnet and a magnetic liquid, characterized by the fact that in the stepped movable sleeve (4) mounted on the vertical shaft (1) an annular cavity is made (4a) located in the part protruding from the bottom of the sleeve (4), in which the multi-edge pole pieces (7, 8) separated by a permanent magnet (6) are mounted. The cover (5) attached to the housing (2) is provided with an annular partition (5a), which is placed with a play between the multi-edge pole pieces (7, 8) and the permanent magnet (6). The magnetic fluid (9) is contained in the annular gaps (δ) formed between the sealing projections made on the cylindrical surfaces of multi-edge pole pieces (7, 8) and the outer cylindrical surface and the inner cylindrical surface of the annular partition (5a) of the cover (5).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie wału w układzie pionowym z zastosowaniem cieczy magnetycznej, przeznaczone dla maszyn i urządzeń o ruchu obrotowym, pracujących w środowisku cieczy lub gazu.The subject of the invention is a vertical shaft seal with the use of magnetic fluid, intended for machines and devices with rotary motion, operating in a liquid or gas environment.

Znane jest z opisu patentowego PL191261 B1 uszczelnienie wału pionowego za pomocą cieczy magnetycznej, które ma we wgłębieniu korpusu umieszczony zwornik i spoczywającą na nim parę magnesów trwałych spolaryzowanych osiowo oraz przylegające do nich wielokrawędziowe nabiegunniki w postaci tulei kołnierzowych, zaopatrzonych w występy uszczelniające, usytuowane na ich powierzchniach walcowych. Pomiędzy nabiegunnikami jest usytuowana cienkościenna część stopniowanej tulei, a szczeliny utworzone pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników i walcowymi powierzchniami cienkościennej części stopniowanej tulei są wypełnione cieczą magnetyczną.It is known from the patent description PL191261 B1 for a vertical shaft seal with a magnetic liquid, which has a keystone placed in the body cavity and a pair of axially polarized permanent magnets resting on it, and multi-edge pole pieces adjacent to them in the form of flanged sleeves, provided with sealing protrusions located on their cylindrical surfaces. A thin-walled portion of the stepped sleeve is disposed between the pole pieces, and the gaps formed between the sealing projections of the pole shoes and the cylindrical surfaces of the thin-walled portion of the stepped sleeve are filled with magnetic fluid.

Znane jest też z opisu patentowego PL193937 B1 uszczelnienie z cieczą magnetyczną dla wału pionowego, w którym w wytoczeniu obudowy uszczelnienia znajdują się magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, usytuowane pomiędzy wielokrawędziowymi nabiegunnikami. Pomiędzy jednym magnesem wraz z nabiegunnikami, a drugim magnesem wraz z nabiegunnikami znajduje się przegroda stopniowanej tulei, a w szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a walcowymi powierzchniami przegrody tulei znajduje się ciecz magnetyczna.It is also known from the patent description PL193937 B1 a seal with a magnetic liquid for a vertical shaft, in which in the recess of the seal housing there are axially polarized permanent magnets located between multi-edge pole pieces. Between one magnet with the pole pieces and the other magnet with the pole pieces there is a septum of the stepped sleeve, and in the gaps formed between the sealing lips of the pole pieces and the cylindrical surfaces of the septum of the sleeve there is a magnetic liquid.

Z opisu patentowego PL209284 B1 znane jest także uszczelnienie wału pionowego z zastosowaniem cieczy magnetycznej, które charakteryzuje się tym, że w wytoczeniu stopniowanej tulei znajdują się wielokrawędziowe nabiegunniki z występami uszczelniającymi usytuowanymi na ich powierzchniach walcowych i umieszczony pomiędzy nimi magnes trwały, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach pierścieniowych, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a walcowymi powierzchniami wytoczenia, wykonanego w nieruchomej obudowie uszczelnienia.The patent description PL209284 B1 also describes a vertical shaft seal with the use of a magnetic liquid, which is characterized by the fact that in the embossing of the stepped sleeve there are multi-edge pole shoes with sealing projections located on their cylindrical surfaces and a permanent magnet placed between them, and the magnetic liquid is located in the annular gaps formed between the sealing projections of the pole pieces and the cylindrical surfaces of the embossing made in the stationary seal housing.

W opisie patentowym PL214310 B1 przedstawione jest również uszczelnienie wału pionowego z cieczą magnetyczną, w którym usytuowane koncentrycznie względem osi wału pionowego magnesy trwałe są spolaryzowane osiowo i naprzemiennie względem siebie są osadzone na dnie wytoczenia tulei stopniowanej, w którym osadzone są również wielokrawędziowe nabiegunniki przylegające do magnesów trwałych, a pomiędzy wielokrawędziowymi nabiegunnikami i magnesami trwałymi usytuowana jest przegroda osłony tarczowej, zaś w szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników, a powierzchniami cylindrycznymi przegrody osłony tarczowej znajduje się ciecz magnetyczna. W innej odmianie, uszczelnienie to charakteryzuje się tym, że usytuowane koncentrycznie względem osi wału pionowego magnesy trwałe są spolaryzowane osiowo naprzemiennie względem siebie i są osadzone na osłonie tarczowej po obu stronach jej przegrody, która wraz z magnesami trwałymi i wielokrawędziowymi nabiegunnikami jest umieszczona w wytoczeniu tulei stopniowanej, zaś w szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników, a powierzchniami cylindrycznymi wytoczenia stopniowanej tulei znajduje się ciecz magnetyczna.The patent description PL214310 B1 also shows a vertical shaft seal with a magnetic liquid, in which permanent magnets located concentrically to the axis of the vertical shaft are axially polarized and alternately mounted on the bottom of the stepped sleeve groove, in which also multi-edge pole pieces adjacent to the magnets are embedded. The partition of the shield is located between the multi-edge pole pieces and the permanent magnets, and the magnetic fluid is contained in the gaps formed between the sealing projections of the multi-edge pole pieces and the cylindrical surfaces of the partition of the shield. In another variant, the seal is characterized in that the permanent magnets located concentrically to the axis of the vertical shaft are polarized alternately axially to each other and are mounted on a disc cover on both sides of its partition, which, together with the permanent magnets and multi-edge pole pieces, is placed in the groove of the sleeve. there is a magnetic fluid in the gaps formed between the sealing projections of the multi-edge pole pieces and the cylindrical surfaces of the embossing of the stepped sleeve.

Inne rozwiązanie uszczelnienia wału w układzie pionowym z zastosowaniem cieczy magnetycznej przedstawiono w opisie patentowym PL220102 B1, w którym w wytoczeniu wykonanym w stopniowanej tulei osadzonej na wale pionowym oraz w wytoczeniu wykonanym w nieruchomej obudowie uszczelnienia umieszczone są magnesy trwałe spolaryzowane promieniowo, przy czym jeden z magnesów jest usytuowany w układzie biegunów S-N, a drugi magnes w układzie biegunów N-S względem osi wału, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi, wykonanymi na odpowiednich powierzchniach walcowych tulei stopniowanej, a powierzchniami walcowymi we wnęce obudowy uszczelnienia lub pomiędzy występami uszczelniającymi, wykonanymi na odpowiednich powierzchniach walcowych obudowy uszczelnienia, a powierzchniami walcowymi we wnęce tulei stopniowanej.Another solution for vertical shaft sealing with the use of a magnetic fluid is presented in patent description PL220102 B1, in which in the embossing made in a stepped sleeve mounted on a vertical shaft and in an embossing made in a stationary seal housing there are radially polarized permanent magnets, one of the magnets is located in the S-N pole system, and the second magnet in the N-S pole system with respect to the shaft axis, and the magnetic fluid is located in the annular gaps formed between the sealing projections made on the corresponding cylindrical surfaces of the stepped sleeve and the cylindrical surfaces in the seal housing cavity or between the sealing lips made on the corresponding cylindrical faces of the seal housing and cylindrical faces in the recess of the stepped sleeve.

Jeszcze inną konstrukcję uszczelnienia wału w układzie pionowym z zastosowaniem cieczy magnetycznej ujawniono w zgłoszeniu patentowym PL424105 A1, w którym w stopniowanej tulei, osadzonej na wale pionowym, wykonane jest wytoczenie usytuowane w dolnej części tulei, w którym umocowany jest wielokrawędziowy nabiegunnik o przekroju poprzecznym teowym, którego dolna część w postaci tulejki posiada występy uszczelniające, wykonane na jej powierzchniach cylindrycznych zewnętrznej oraz wewnętrznej, a ponadto na dnie wytoczenia wykonanego w obudowie uszczelnienia od strony jej górnej powierzchni czołowej, umieszczony jest magnes trwały spolaryzowany promieniowo, nad któPL 241 282 B1 rym usytuowana jest z luzem tulejka wielokrawędziowego nabiegunnika, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w pierścieniowych szczelinach, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunnika, a odpowiednimi powierzchniami cylindrycznymi w wytoczeniu obudowy uszczelnienia.Yet another design of a shaft seal in a vertical arrangement using a magnetic fluid is disclosed in patent application PL424105 A1, in which a stepped sleeve, mounted on a vertical shaft, is embossed in the lower part of the sleeve, in which a multi-edge pole piece with a T-cross section is mounted, the lower part in the form of a sleeve has sealing projections made on its outer and inner cylindrical surfaces, and moreover, at the bottom of a recess made in the seal housing on the side of its upper face, there is a radially polarized permanent magnet, over which it is located with a play, the sleeve of the multi-edge pole piece, and the magnetic fluid resides in the annular gaps formed between the pole piece sealing lips and the corresponding cylindrical surfaces in the seal housing recess.

Istota uszczelnienia wału w układzie pionowym z zastosowaniem cieczy magnetycznej, według wynalazku, zawierającego stopniowaną tuleję ruchomą, pokrywę, wielokrawędziowe nabiegunniki, magnes trwały spolaryzowany promieniowo i ciecz magnetyczną, polega na tym, że w stopniowanej tulei ruchomej osadzonej na wale pionowym wykonana jest pierścieniowa wnęka usytuowana od dołu w wystającej części tulei, w której umocowane są wielokrawędziowe nabiegunniki przedzielone magnesem trwałym, zaś pokrywa zamocowana do obudowy, zaopatrzona jest w pierścieniową przegrodę, która umieszczona jest z luzem pomiędzy wielokrawędziowymi nabiegunnikami i magnesem trwałym. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach pierścieniowych, utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wykonanymi na powierzchniach cylindrycznych wielokrawędziowych nabiegunników, a zewnętrzną powierzchnią walcową oraz wewnętrzną powierzchnią cylindryczną pierścieniowej przegrody pokrywy.The essence of a vertical shaft seal with the use of a magnetic fluid, according to the invention, containing a stepped movable sleeve, a cover, multi-edge pole shoes, a radially polarized permanent magnet and a magnetic liquid, consists in the fact that in the stepped movable sleeve mounted on the vertical shaft there is an annular cavity located from the bottom, in the protruding part of the sleeve, in which the multi-edge pole pieces separated by a permanent magnet are mounted, and the cover attached to the housing is provided with an annular partition, which is placed with a play between the multi-edge pole pieces and the permanent magnet. The magnetic fluid is contained in the annular gaps formed between the sealing projections made on the cylindrical surfaces of multi-edge pole pieces and the outer cylindrical surface and the inner cylindrical surface of the annular partition of the cover.

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

Uszczelnienie wału pionowego 1 i składa się ze stopniowanej tulei ruchomej 4, pokrywy 5, wielokrawędziowych nabiegunników 7, 8, magnesu trwałego 6 spolaryzowanego promieniowo i cieczy magnetycznej 9. W stopniowanej tulei ruchomej 4 osadzonej na wale pionowym 1 wykonana jest pierścieniowa wnęka 4a usytuowana od dołu w wystającej części tulei 4, w której umocowane są wielokrawędziowe nabiegunniki 7, 8 przedzielone magnesem trwałym 6, zaś pokrywa 5 zamocowana do obudowy 2, zaopatrzona jest w pierścieniową przegrodę 5a, która umieszczona jest z luzem pomiędzy wielokrawędziowymi nabiegunnikami 7, 8 i magnesem trwałym 6. Ciecz magnetyczna 9 umieszczona jest w szczelinach pierścieniowych δ utworzonych pomiędzy występami uszczelniającymi wykonanymi na powierzchniach cylindrycznych wielokrawędziowych nabiegunników 7, 8, a zewnętrzną powierzchnią walcową oraz wewnętrzną powierzchnią cylindryczną pierścieniowej przegrody 5a pokrywy 5. Zamknięty obwód magnetyczny utworzony jest przez pierścieniową przegrodę 5a pokrywy 5, wielokrawędziowe nabiegunniki 7, 8, magnes trwały 6 i ciecz magnetyczną 9. Pierścień osadczy sprężynujący 10 mocuje łożysko toczne 3 i stopniowaną tuleję ruchomą 4 na wale pionowym 1.Vertical shaft seal 1 and consists of a stepped movable sleeve 4, a cover 5, multi-edge pole pieces 7, 8, a permanent magnet 6 radially polarized and a magnetic liquid 9. In the stepped movable sleeve 4 mounted on the vertical shaft 1 there is an annular recess 4a located at the bottom in the protruding part of the sleeve 4, in which the multi-edge pole pieces 7, 8 are fixed, separated by a permanent magnet 6, and the cover 5 is attached to the housing 2, is provided with an annular partition 5a, which is placed with play between the multi-edge pole pieces 7, 8 and the permanent magnet 6 The magnetic fluid 9 is placed in the annular gaps δ formed between the sealing projections made on the cylindrical surfaces of multi-edge pole pieces 7, 8 and the outer cylindrical surface and the inner cylindrical surface of the annular partition 5a of the cover 5. The closed magnetic circuit is formed by the annular partition 5a. baffle 5a of cover 5, multi-edge pole pieces 7, 8, permanent magnet 6 and magnetic fluid 9. A snap ring 10 fixes the rolling bearing 3 and stepped movable bushing 4 on the vertical shaft 1.

Podczas pracy uszczelnienia według wynalazku, stopniowana tuleja ruchoma 4 wraz z umocowanymi w niej wielokrawędziowymi nabiegunnikami 7, 8 i pierścieniowym magnesem trwałym 6 obraca się względem nieruchomej pokrywy 5, a w wyniku oddziaływania sił pola magnetycznego na ciecz magnetyczną 9, utrzymywana jest ona w szczelinach pierścieniowych δ pomiędzy występami uszczelniającymi wielokrawędziowych nabiegunników 7, 8, a odpowiednimi powierzchniami cylindrycznymi pierścieniowej przegrody 5a pokrywy 5, tworząc bariery uszczelniające dla czynnika roboczego. Ponadto pomiędzy pokrywą 5, a stopniowaną tuleją ruchomą 4 wraz z wielokrawędziowymi nabiegunnikami 7, 8 i magnesem trwałym 6, występują luzy osiowe i promieniowe, tworząc osiowo-promieniowe uszczelnienie labiryntowe, które stanowi dodatkową barierę dla czynnika roboczego.During the operation of the seal according to the invention, the stepped movable sleeve 4 with the multi-edge pole pieces 7, 8 and the annular permanent magnet 6 fixed therein rotates in relation to the fixed cover 5, and due to the magnetic field forces acting on the magnetic fluid 9, it is held in the annular gaps δ between the sealing projections of the multi-edge pole pieces 7, 8 and the corresponding cylindrical surfaces of the annular partition 5a of the cover 5, creating sealing barriers for the working medium. Moreover, between the cover 5 and the stepped movable sleeve 4 together with the multi-edge pole pieces 7, 8 and the permanent magnet 6, there are axial and radial clearances, creating an axial-radial labyrinth seal, which constitutes an additional barrier for the working medium.

Claims

1. Vertical shaft seal with the use of a magnetic fluid, including a stepped movable sleeve, a cover, multi-edge pole shoes, a radially polarized permanent magnet and a magnetic liquid, characterized in that the stepped movable sleeve (4) is mounted on the vertical shaft (1) and is annular a recess (4a) located in the part of the sleeve (4) protruding from the bottom, in which multi-edge pole pieces (7, 8) separated by a permanent magnet (6) are attached, and the cover (5) is attached to the housing (2), is provided with an annular partition (5a), which is placed with a play between multi-edge pole pieces (7, 8) and the permanent magnet (6), while the magnetic fluid (9) is located in the annular gaps (δ) formed between the sealing lips made on the cylindrical surfaces of multi-edge pole pieces (7). , 8), and the outer cylindrical surface and the inner cylindrical surface of the annular partition (5a) the cover (5).