RU2205309C2

RU2205309C2 - Magnetic fluid seal

Info

Publication number: RU2205309C2
Application number: RU2001116178/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.О. Михалев; С.Г. Лысенков
Original assignee: Михалев Юрий Олегович; Лысенков Сергей Германович
Priority date: 2001-06-09
Filing date: 2001-06-09
Publication date: 2003-05-27

Abstract

FIELD: magnetic fluid seals designed for sealing of shafts in machines, apparatuses and pumps of chemical, paint and varnish and other industries. SUBSTANCE: magnetic fluid seal has seal body consisting, and least, of two parts interconnected through bearing support embracing magnetic unit and installed symmetrical to pole pieces. Intermediate bushing is rigidly connected to one of parts of combined body and forms running clearance filled with magnetic fluid. Shaft bushing is connected with shaft and rotating part of combined body for radial and angular motions. Body connecting flange is additionally made for radial and angular motions. EFFECT: higher reliability of magnetic fluid seal. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения валов машин, аппаратов и насосов химической, лакокрасочной и других отраслей промышленности. The invention relates to a sealing technique and can be used to seal shafts of machines, apparatus and pumps in the chemical, paint and varnish and other industries.

Известно магнитожидкостное уплотнение (МЖУ)[SU 1227885, 30.04.1986], содержащее немагнитный корпус, фланец, закрепленную на валу втулку и немагнитный плавающий стакан, внутри которого расположен магнитный узел. Плавающий стакан образует одной своей торцевой поверхностью подвижный герметичный контакт с антифрикционным вкладышем аксиально-подвижного кольца. При радиальных смещениях вала вместе с ним смещается и плавающий стакан, проскальзывая по антифрикционному вкладышу, тем самым компенсируется биение вала. Недостатком этого МЖУ является то, что нижний подшипник, обеспечивающий рабочий зазор МЖУ, находится в контакте с уплотняемой средой или ее парами, что может привести к быстрому разложению или вымыванию смазки подшипника. При этом подшипник быстро износится, нарушится рабочий зазор МЖУ и произойдет его разгерметизация. A magnetically liquid seal (MF) is known [SU 1227885, 04/30/1986], comprising a non-magnetic housing, a flange, a sleeve fixed to the shaft, and a non-magnetic floating cup, within which a magnetic assembly is located. The floating cup forms with one end face its movable tight contact with the antifriction insert of the axially movable ring. With radial displacements of the shaft, the floating cup shifts with it, slipping along the antifriction liner, thereby compensating for the beat of the shaft. The disadvantage of this MF is that the lower bearing, which provides the working clearance of the MF, is in contact with the medium being sealed or its vapors, which can lead to rapid decomposition or leaching of the bearing grease. In this case, the bearing will quickly wear out, the MFU working clearance will be violated and its depressurization will occur.

Наиболее близким к предлагаемому является МЖУ SU 1227884, 30.04.1986, содержащее установленный в корпусе магнитный узел в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками, втулку вала, жестко и герметично установленную на ней промежуточную втулку, размещенную между втулкой вала и магнитным узлом и подшипниковую опору. При этом втулка вала установлена в стойке привода через вторую подшипниковую опору. Именно эта опора воспринимает основную нагрузку от радиальных биений вала, вследствие чего подшипник быстро изнашивается, и происходит разгерметизация МЖУ вследствие касания полюсных наконечников наружной поверхности промежуточной втулки. Кроме того, такая схема расположения подшипников, обеспечивающих рабочий зазор МЖУ, имеет недостаток, состоящий в том, что крайне сложно обеспечить соосность промежуточной втулки и полюсных наконечников, т.к. у этих деталей нет общей базовой поверхности. А при плохой соосности полюсных приставок и промежуточной втулки критический перепад давлений МЖУ резко уменьшается, вследствие того, что рабочий зазор по окружности промежуточной втулки становится неравномерным и появляется азимутальная составляющая градиента магнитного поля. При этом там, где зазор наибольший, магнитное поле ослабляется и пробой магнитожидкостной пробки идет именно в этом месте. Снижение критического перепада давлений и появление азимутальной составляющей градиента магнитного поля приводит к значительному снижению работоспособности МЖУ. Closest to the proposed is MZhU SU 1227884, 04/30/1986, containing a magnetic unit mounted in the housing in the form of a permanent magnet with pole tips, a shaft sleeve, an intermediate sleeve rigidly and hermetically mounted on it, located between the shaft sleeve and the magnetic assembly and a bearing support. In this case, the shaft sleeve is installed in the drive post through the second bearing support. It is this support that accepts the main load from the radial run-out of the shaft, as a result of which the bearing wears out quickly, and MFU depressurization occurs due to the contact of the pole pieces of the outer surface of the intermediate sleeve. In addition, this arrangement of bearings providing the operating clearance of the MFU has a drawback consisting in the fact that it is extremely difficult to ensure the alignment of the intermediate sleeve and the pole pieces, as these parts do not have a common base surface. And with poor alignment of the pole attachments and the intermediate sleeve, the critical differential pressure of the MFD sharply decreases, due to the fact that the working clearance around the circumference of the intermediate sleeve becomes uneven and an azimuthal component of the magnetic field gradient appears. At the same time, where the gap is the largest, the magnetic field is weakened and the breakdown of the magneto-liquid plug occurs in this place. A decrease in the critical pressure drop and the appearance of the azimuthal component of the magnetic field gradient leads to a significant decrease in the performance of the MFU.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности МЖУ путем исключения неблагоприятного воздействия уплотняемой среды и силового воздействия радиальной механической нагрузки от биения уплотняемого вала на подшипниковую опору, а также обеспечения равномерности рабочего зазора по окружности. The technical result of the invention is to increase the reliability of the MFU by eliminating the adverse effects of the medium being sealed and the force of the radial mechanical load from the runout of the shaft being sealed on the bearing support, as well as ensuring the uniformity of the working circumference.

Технический результат достигается тем, что МЖУ, содержащее установленный в корпусе магнитный узел в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками, магнитную жидкость в уплотняемом зазоре, втулку вала, герметично установленную на валу, промежуточную втулку, размещенную между валом и магнитным узлом и подшипниковую опору, согласно изобретению корпус магнитожидкостного уплотнения выполнен составным как минимум из двух частей, соединенных друг с другом через подшипниковую опору, охватывающую магнитный узел и установленную симметрично относительно полюсных наконечников, а промежуточная втулка жестко соединена с одной из частей составного корпуса, при этом втулка вала соединена с валом и вращающейся частью составного корпуса с возможностью радиальных и угловых перемещений. Кроме того, фланец корпуса выполнен с возможностью радиальных и угловых перемещений. The technical result is achieved in that the MFL, comprising a magnetic assembly installed in the housing in the form of a permanent magnet with pole pieces, a magnetic fluid in the sealing gap, a shaft sleeve sealed on the shaft, an intermediate sleeve located between the shaft and the magnetic assembly and a bearing support, according to of the invention, the housing of the magneto-liquid seal is made integral of at least two parts connected to each other through a bearing support spanning the magnetic assembly and mounted symmetrically but with respect to the pole pieces and the intermediate sleeve rigidly connected with one of the parts of the composite body, wherein the sleeve shaft is connected to the shaft and the rotating part of a composite body with the possibility of radial and angular movements. In addition, the flange of the housing is made with the possibility of radial and angular movements.

Выполнение корпуса составным и установка подшипниковой опоры между его составными частями обеспечивает равномерность рабочего зазора, заполненного магнитной жидкостью, по окружности промежуточной втулки. А установка подшипниковой опоры на наружной поверхности магнитного узла симметрично относительно полюсных наконечников, во-первых, исключает неблагоприятное воздействие на нее уплотняемой среды и, во-вторых, максимально снижает влияние собственного боя подшипниковой опоры на равномерность рабочего зазора МЖУ, что позволяет получить достаточную точность уплотняемого зазора, используя одну подшипниковую опору вместо традиционных двух. Жесткое соединение промежуточной втулки с одной из частей составного корпуса позволяет обеспечить соосность промежуточной втулки и полюсных наконечников, а соответственно, и равномерность рабочего зазора, поскольку в этом случае они имеют общую базовую поверхность. Соединение втулки вала с валом и вращающейся частью составного корпуса с возможностью радиальных и угловых перемещений предотвращает воздействие радиальной механической нагрузки от биений вала на подшипниковую опору МЖУ, что увеличивает ресурс работы подшипниковой опоры и, соответственно, МЖУ. Выполнение фланца корпуса с возможностью радиальных и угловых перемещений предотвращает воздействие радиальной механической нагрузки на подшипниковую опору при значительных биениях вала. The implementation of the housing is composite and the installation of the bearing support between its component parts ensures uniformity of the working gap filled with magnetic fluid around the circumference of the intermediate sleeve. And the installation of the bearing support on the outer surface of the magnetic assembly is symmetrical with respect to the pole pieces, firstly, it eliminates the adverse effect of a sealed medium on it and, secondly, it minimizes the impact of the bearing’s own battle on the uniformity of the working gap of the MFU, which makes it possible to obtain sufficient accuracy of the seal clearance using one bearing instead of the traditional two. Rigid connection of the intermediate sleeve with one of the parts of the composite housing allows you to ensure the alignment of the intermediate sleeve and the pole pieces, and accordingly, the uniformity of the working gap, since in this case they have a common base surface. The connection of the shaft sleeve with the shaft and the rotating part of the composite housing with the possibility of radial and angular movements prevents the impact of radial mechanical load from the beats of the shaft on the bearing support of the MF, which increases the service life of the bearing support and, accordingly, of the MF. The implementation of the housing flange with the possibility of radial and angular movements prevents the impact of radial mechanical load on the bearing support with significant beating of the shaft.

На чертеже изображено предлагаемое МЖУ. The drawing shows the proposed MJU.

МЖУ содержит магнитный узел, включающий постоянный магнит 5 и полюсные наконечники 1. Магнитный узел установлен на вращающейся части 4 составного корпуса. Промежуточная втулка 11 жестко установлена в неподвижной части 3 составного корпуса. Возможно и обратное расположение деталей, т.е. установка магнитного узла на неподвижной части составного корпуса, а промежуточной втулки - на вращающейся части. Уплотняемый зазор, образованный полюсными наконечниками 1 и промежуточной втулкой 11, заполнен магнитной жидкостью 10. Для повышения эффективности работы магнитного узла на поверхности полюсных наконечников или промежуточной втулки выполнены кольцевые канавки. Вращающаяся и неподвижная части составного корпуса соединены через подшипниковую опору 2, обеспечивающую постоянство уплотняемого зазора. Вращающаяся часть корпуса соединена с валом 8 втулкой вала 6. Места их соединений уплотнены эластичными (например, резиновыми) кольцами 7 и 9, обеспечивающими возможность радиально-угловых перемещений этих деталей относительно друг друга. МЖУ присоединено к уплотняемому аппарату 14 через фланец 13. Корпус 3 МЖУ может также иметь возможность радиально-угловых перемещений относительно фланца 13 за счет эластичного кольца 12. MJU contains a magnetic assembly, including a permanent magnet 5 and pole pieces 1. The magnetic assembly is mounted on the rotating part 4 of the composite housing. The intermediate sleeve 11 is rigidly mounted in the fixed part 3 of the composite housing. The reverse arrangement of parts is also possible, i.e. the installation of a magnetic node on the fixed part of the composite housing, and the intermediate sleeve on the rotating part. The sealing gap formed by the pole pieces 1 and the intermediate sleeve 11 is filled with magnetic fluid 10. To increase the efficiency of the magnetic assembly, annular grooves are made on the surface of the pole pieces or the intermediate sleeve. The rotating and stationary parts of the composite housing are connected through a bearing support 2, ensuring the constancy of the sealing gap. The rotating part of the housing is connected to the shaft 8 by the sleeve of the shaft 6. The places of their connections are sealed with elastic (eg rubber) rings 7 and 9, providing the possibility of radial-angular movements of these parts relative to each other. The MFJ is connected to the sealing device 14 through the flange 13. The housing 3 of the MFU may also have the possibility of radial-angular movements relative to the flange 13 due to the elastic ring 12.

МЖУ работает следующим образом. Вращение от вала 8 за счет силы трения колец 7 и 9 через втулку вала 6 передается вращающейся части 4 составного корпуса и установленному в ней магнитному узлу, состоящему из полюсных наконечников 1 и постоянного магнита 5. Магнитное поле, создаваемое магнитным узлом в рабочем зазоре МЖУ, образованном вращающимися полюсными наконечниками 1 и неподвижной промежуточной втулкой 11, удерживает в нем магнитную жидкость 10, тем самым обеспечивая его герметизацию. Выполнение корпуса составным и установка подшипниковой опоры 2 между его составными частями обеспечивает равномерность рабочего зазора, заполненного магнитной жидкостью, по окружности промежуточной втулки 11. А установка подшипниковой опоры 2 на наружной поверхности магнитного узла симметрично относительно полюсных наконечников 1, во-первых, позволяет исключить неблагоприятное воздействие на нее уплотняемой среды и, во-вторых, максимально снизить влияние собственного боя подшипниковой опоры на равномерность рабочего зазора МЖУ, что позволяет получить достаточную точность уплотняемого зазора, используя одну подшипниковую опору вместо традиционных двух. MJU works as follows. The rotation from the shaft 8 due to the frictional force of the rings 7 and 9 is transmitted through the shaft sleeve 6 to the rotating part 4 of the composite housing and to the magnetic assembly installed therein, consisting of pole pieces 1 and a permanent magnet 5. The magnetic field generated by the magnetic assembly in the working gap of the MFU, formed by rotating pole lugs 1 and a stationary intermediate sleeve 11, holds magnetic fluid 10 in it, thereby ensuring its sealing. The implementation of the housing is composite and the installation of the bearing support 2 between its components ensures uniformity of the working gap filled with magnetic fluid around the circumference of the intermediate sleeve 11. And the installation of the bearing support 2 on the outer surface of the magnetic assembly is symmetrical with respect to the pole pieces 1, firstly, to eliminate the adverse the impact of a sealed medium on it and, secondly, to minimize the effect of the bearing’s own battle on the uniformity of the operating clearance of the MFU, which Allows to obtain sufficient accuracy of the sealed clearance using one bearing support instead of the traditional two.

Рассмотрим работу уплотнения при биении вала. Компенсация биений вала происходит за счет нежесткого соединения втулки вала 6 с валом 8 и вращающейся частью 4 корпуса МЖУ. Пусть первоначально цилиндрические оси вала 8, втулки вала 6, промежуточной втулки 11 и полюсных наконечников 1 совпадают и образуют базовую ось. При биении вала ось вала отклоняется от базовой оси на угол β под воздействием радиальной механической нагрузки. Поскольку втулка вала 6 имеет возможность радиальных и угловых перемещений, то ее ось также отклоняется от базовой на угол β. При этом механическая нагрузка практически не передается на вращающуюся часть 4 составного корпуса МЖУ и соответственно на подшипниковую опору 2, что облегчает работу подшипниковой опоры и увеличивает ее ресурс работы. Consider the operation of the seal during the runout of the shaft. Compensation of the beating of the shaft occurs due to the non-rigid connection of the sleeve of the shaft 6 with the shaft 8 and the rotating part 4 of the housing of the MFU. Let initially the cylindrical axis of the shaft 8, the sleeve of the shaft 6, the intermediate sleeve 11 and the pole pieces 1 coincide and form the base axis. When the shaft is beating, the shaft axis deviates from the base axis by an angle β under the influence of radial mechanical load. Since the sleeve of the shaft 6 has the possibility of radial and angular movements, its axis also deviates from the base angle β. In this case, the mechanical load is practically not transmitted to the rotating part 4 of the composite housing of the MFU and, accordingly, to the bearing support 2, which facilitates the operation of the bearing support and increases its service life.

Таким образом, втулка вала, передавая вращательное движение от вала к подвижной части составного корпуса, качается вслед за биениями вала и предотвращает воздействие радиальной механической нагрузки от биений вала на подшипниковую опору МЖУ. Следует отметить, что при качении втулки вала 6 герметичность ее соединения с валом 8 и вращающейся частью 4 составного корпуса не нарушается благодаря тому, что обжатие колец 7 и 9, отвечающее за герметичность соединения, остается при этом практически неизменным. Если биение превысит некоторую допустимую величину, то необходимо дополнительно сделать соединение фланца 13 с неподвижной частью 3 корпуса МЖУ с возможностью радиальных и угловых перемещений за счет эластичного кольца 12. При этом составной корпус будет качаться вслед за биениями вала, осуществляя дополнительную компенсацию биений. При использовании предложенной схемы компенсации биений подшипниковая опора 2 остается практически ненагруженной. Thus, the shaft sleeve, transmitting rotational motion from the shaft to the moving part of the composite housing, sways after the beats of the shaft and prevents the effect of radial mechanical load from the beats of the shaft on the bearing support of the MF. It should be noted that during rolling of the shaft sleeve 6, the tightness of its connection with the shaft 8 and the rotating part 4 of the composite housing is not violated due to the fact that the compression of the rings 7 and 9, which is responsible for the tightness of the connection, remains almost unchanged. If the runout exceeds a certain allowable value, then it is necessary to additionally make the connection of the flange 13 with the fixed part 3 of the housing of the MFU with the possibility of radial and angular movements due to the elastic ring 12. In this case, the composite body will swing after the beatings of the shaft, providing additional compensation for the beats. When using the proposed beating compensation scheme, the bearing support 2 remains practically unloaded.

Применение вышеприведенной конструкции позволяет значительно повысить надежность МЖУ, работающего при сильном биении вала. The use of the above design can significantly increase the reliability of the MFU, working with a strong beating of the shaft.

Claims

1. Magnetic-liquid seal containing a magnetic assembly installed in the housing in the form of a permanent magnet with pole pieces, a magnetic fluid in the sealing gap, a shaft sleeve sealed on the shaft, an intermediate sleeve located between the shaft and the magnetic assembly, and a bearing support, characterized in that the magneto-liquid seal housing is made integral of at least two parts connected to each other through a bearing support spanning the magnetic assembly and mounted symmetrically to the of the pole pieces and the intermediate sleeve rigidly connected with one of the parts of the composite body, wherein the sleeve shaft is connected to the shaft and the rotating part of a composite body with the possibility of radial and angular movements.

2. The seal according to claim 1, characterized in that the housing flange is made with the possibility of radial and angular movements with respect to the magneto-liquid seal housing.