RU2296900C2

RU2296900C2 - Magnetic fluid shaft seal

Info

Publication number: RU2296900C2
Application number: RU2004135672/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Перминов (RU); Сергей Михайлович Перминов; Максим Сергеевич Перминов (RU); Максим Сергеевич Перминов; Юрий Яковлевич Щелыкалов (RU); Юрий Яковлевич Щелыкалов
Original assignee: Сергей Михайлович Перминов; Максим Сергеевич Перминов; Юрий Яковлевич Щелыкалов
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2007-04-10
Also published as: RU2004135672A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: magnetic seal shaft seal comprises nonmagnetic housing that receives magnetic system composed of a permanent magnet and pole members. The surfaces of the pole members that face the shaft are provided with ring grooves. The space between the pole members and shaft is filled with a magnetic fluid. The outer surfaces and/or faces of the pole members are provided with ring grooves.

EFFECT: simplified structure.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может применяться в машиностроении для уплотнения вращающихся валов.The present invention relates to sealing technology and can be used in mechanical engineering for sealing rotating shafts.

Известно магнитожидкостное уплотнение вала SU 631726. Уплотнение вала содержит установленный в корпусе кольцевой магнит с полюсными приставками, образующий с валом кольцевую полость под уплотняющую магнитную жидкость, причем на поверхности вала выполнены канавки, заполненные диамагнитным наполнителем. Его недостатком является невысокая надежность и низкая технологичность сборки, обусловленные использованием резиновых прокладок для ликвидации утечки уплотняемой среды между корпусом и магнитной системой.A magnetically liquid shaft seal SU 631726 is known. The shaft seal comprises an annular magnet installed in the housing with pole attachments forming an annular cavity with a shaft for sealing magnetic fluid, and grooves filled with diamagnetic filler are made on the shaft surface. Its disadvantage is the low reliability and low manufacturability of the assembly, due to the use of rubber gaskets to eliminate leakage of the sealed medium between the body and the magnetic system.

Известно магнитожидкостное уплотнение вала SU 420836, содержащее немагнитный корпус, кольцевой постоянный магнит, полюсные приставки, на обращенных к валу поверхностях которых выполнены кольцевые канавки под диамагнитный наполнитель.Known magnetic fluid shaft seal SU 420836, containing a non-magnetic housing, an annular permanent magnet, pole attachments, on the surfaces of the shaft facing which the annular grooves are made for a diamagnetic filler.

Недостатками уплотнения являются: невысокая надежность, низкая технологичность сборки. Это обусловлено тем, что для герметизации магнитной системы по корпусу используют резиновые кольца, которые сжимаются с определенным усилием во время сборки уплотнения. Сложность заключается в том, что для правильного сжатия резинового кольца канавка под кольцо должна быть строго определенной глубины и ширины и хорошо согласовываться с размерами кольца. Отклонение в размерах как резинового кольца, так и канавки ведет к потере герметичности уплотнения и системы в целом. Использование резиновых колец требует определенных навыков и опыта при сборке уплотнения, исключающих перекос и неравномерность сжатия резиновых колец. Применение резиновых колец ограничивает использование уплотнений при низких минусовых температурах из-за технических свойств резины. Использование резиновых колец имеет также временные ограничения.The disadvantages of the seal are: low reliability, low manufacturability. This is due to the fact that rubber rings are used to seal the magnetic system along the body, which are compressed with a certain force during the assembly of the seal. The difficulty lies in the fact that for proper compression of the rubber ring, the groove for the ring must be strictly defined depth and width and should be well coordinated with the size of the ring. The deviation in the dimensions of both the rubber ring and the groove leads to a loss of tightness of the seal and the system as a whole. The use of rubber rings requires certain skills and experience in assembling the seal, eliminating the skew and uneven compression of the rubber rings. The use of rubber rings limits the use of seals at low subzero temperatures due to the technical properties of rubber. The use of rubber rings also has a time limit.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности и технологичности сборки магнитожидкостного уплотнения.The technical result achieved by the invention is to increase the reliability and manufacturability of the assembly of the magneto-liquid seal.

Это достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем немагнитный корпус и размещенную в нем кольцевую магнитную систему, состоящую из постоянного магнита и полюсных приставок, в которых на поверхностях, обращенных к валу, выполнены кольцевые канавки, на внешних и (или) торцевых поверхностях полюсных приставок выполнены кольцевые канавки, а между полюсными приставками и корпусом введена магнитная жидкость.This is achieved by the fact that in a magnetically liquid shaft seal containing a non-magnetic housing and an annular magnetic system housed in it, consisting of a permanent magnet and pole attachments, in which annular grooves are made on surfaces facing the shaft, on the external and (or) end surfaces pole consoles made annular grooves, and between the pole consoles and the housing introduced magnetic fluid.

На фиг.1а, б показаны варианты выполнения уплотнения, на фиг.2 - положение магнитной жидкости в рабочем зазоре уплотнения, на фиг.3 - графическое представление распределения напряженности магнитного поля на внешних поверхностях полюсных приставок с канавками и положение магнитной жидкости в зазоре между полюсными приставками и корпусом.On figa, b shows embodiments of the seal, figure 2 - the position of the magnetic fluid in the working clearance of the seal, figure 3 is a graphical representation of the distribution of magnetic field strength on the outer surfaces of the pole attachments with grooves and the position of the magnetic fluid in the gap between the pole prefixes and case.

Уплотнение устроено следующим образом. В корпусе 1 установлен постоянный магнит 2 с примыкающими к нему полюсными приставками 3 (фиг.1). На поверхностях полюсных приставок, обращенных к валу 4, расположены зубцы 5. Каждый зазор между зубцом и валом заполнен магнитной жидкостью 6. Зубцы могут располагаться на поверхности полюсных приставок, на поверхности вала, на поверхностях полюсных приставок и вала. На наружных и торцевых поверхностях полюсных приставок выполнены кольцевые канавки 7. Между немагнитным корпусом и полюсными приставками введена магнитная жидкость 8 (фиг.3).The seal is arranged as follows. In the housing 1 is installed a permanent magnet 2 with adjacent pole attachments 3 (figure 1). The teeth are located on the surfaces of the pole attachments facing the shaft 4. Each gap between the tooth and the shaft is filled with magnetic fluid 6. The teeth can be located on the surface of the pole extensions, on the shaft surface, on the surfaces of the pole extensions and the shaft. On the outer and end surfaces of the pole consoles made annular grooves 7. Between the non-magnetic body and the pole consoles introduced magnetic fluid 8 (Fig.3).

Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 2 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток можно разбить на две составляющие: рабочий магнитный поток и поток рассеяния. Рабочий магнитный поток полюсными приставками 3 подводится к зазору между полюсными приставками и вращающимся валом. Зубцы полюсов 5 перераспределяют рабочий магнитный поток в зазоре, и поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 6 втягивается под зубцы, где поле имеет максимальную напряженность и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, который определяется по формуле:Sealing works as follows. The permanent magnet 2 in the seal serves as a source of magnetic field. The magnetic flux created by it can be divided into two components: the working magnetic flux and the scattering flux. The working magnetic flux of the pole attachments 3 is brought to the gap between the pole attachments and the rotating shaft. The teeth of the poles 5 redistribute the working magnetic flux in the gap, and the field becomes sharply inhomogeneous. Magnetic fluid 6 is drawn under the teeth, where the field has maximum tension and forms sealed plugs with increased internal pressure. Each magneto-liquid plug is capable of perceiving a pressure drop, which is determined by the formula:

где μ₀ - магнитная постоянная,where μ ₀ is the magnetic constant,

М - намагниченность магнитной жидкости,M is the magnetization of the magnetic fluid,

Н - напряженность магнитного поля в зазоре,N is the magnetic field strength in the gap,

Н_max и H_min - максимальная и минимальная напряженности магнитного поля на границах магнитожидкостной пробки в момент удержания ею максимального перепада давлений (фиг.2).H _max and H _min - the maximum and minimum magnetic field strengths at the boundaries of the magneto-liquid plug at the moment it holds the maximum pressure drop (figure 2).

Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под зубцами.The pressure drop held by the seal is determined by the sum of the drops of all the magneto-liquid plugs under the teeth.

Через наружные и торцевые поверхности полюсных приставок проходит поток рассеяния. Он примерно на порядок меньше, чем рабочий магнитный поток. Кольцевые канавки на наружных и торцевых поверхностях полюсных приставок приводят к перераспределению потоков рассеяния по поверхности. В канавках магнитное поле имеет меньшую напряженность, на выступах между канавками - более высокую. Кроме этого на каждой кромке канавок наблюдается всплеск напряженности магнитного поля (фиг.3). Магнитная жидкость, находящаяся в зазоре между немагнитным корпусом и полюсными приставками втягивается в зоны с повышенной напряженностью поля около кромок канавок и образует магнитожидкостные пробки, которые работают по такому же принципу, как и магнитожидкостные пробки в рабочем зазоре. Потоки рассеяния значительно меньше рабочего магнитного потока, и напряженность магнитного поля около кромок канавок на наружных поверхностях полюсных приставок ниже, чем под зубцами в рабочем зазоре, но суммарная удерживающая способность магнитожидкостных пробок оказывается достаточной для герметизации зазора по корпусу благодаря тому, что пробки работают в статическом режиме, а зазор между полюсными приставками и корпусом примерно на порядок меньше, чем рабочий зазор (обычно применяется скользящая посадка деталей). Поэтому эти магнитожидкостные пробки успешно герметизируют зазор между полюсными приставками и немагнитным корпусом и устраняют утечку уплотняемой среды.A scattering stream passes through the outer and end surfaces of the pole attachments. It is about an order of magnitude smaller than the working magnetic flux. The annular grooves on the outer and end surfaces of the pole attachments lead to a redistribution of scattering fluxes over the surface. In the grooves the magnetic field has a lower intensity, on the protrusions between the grooves - a higher one. In addition, at each edge of the grooves there is a surge in magnetic field strength (Fig.3). The magnetic fluid located in the gap between the non-magnetic housing and the pole attachments is drawn into areas with increased field strength near the edges of the grooves and forms magneto-fluid plugs, which work on the same principle as magneto-fluid plugs in the working gap. The scattering fluxes are much smaller than the working magnetic flux, and the magnetic field strength near the edges of the grooves on the outer surfaces of the pole attachments is lower than under the teeth in the working gap, but the total holding capacity of the magneto-liquid plugs is sufficient to seal the gap in the housing due to the plugs working in a static mode, and the gap between the pole attachments and the housing is approximately an order of magnitude smaller than the working gap (usually a sliding fit of parts is used). Therefore, these magnetically liquid plugs successfully seal the gap between the pole attachments and the non-magnetic housing and eliminate the leakage of the medium being sealed.

Следует отметить, что для герметизации зазора между магнитной системой и корпусом магнитной жидкостью не приходится дополнительно перераспределять поток магнита, уменьшать рабочий и увеличивать поток рассеяния, а используется исключительно существующий поток рассеяния.It should be noted that in order to seal the gap between the magnetic system and the housing with magnetic fluid, it is not necessary to redistribute the magnet flux additionally, reduce the working flux and increase the diffusion flux, but only the existing diffusion flux is used.

Предлагаемое магнитожидкостное уплотнение позволяет отказаться от использования резиновых уплотнительных колец, тем самым упрощается конструкция узла, повышается технологичность сборки и надежность уплотнения.The proposed magneto-liquid seal eliminates the use of rubber o-rings, thereby simplifying the design of the assembly, increasing the manufacturability of the assembly and the reliability of the seal.

Claims

A magnetically liquid shaft seal containing a non-magnetic housing and an annular magnetic system housed in it, consisting of a permanent magnet and pole attachments, in which annular grooves are made on surfaces facing the shaft, characterized in that on the outer and (or) end surfaces of the pole attachments annular grooves are made, and magnetic fluid is introduced between the pole attachments and the housing.