RU2409784C1

RU2409784C1 - Magnetic-liquid packing of shaft

Info

Publication number: RU2409784C1
Application number: RU2009120765/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Перминов (RU); Сергей Михайлович Перминов; Анастасия Сергеевна Перминова (RU); Анастасия Сергеевна Перминова
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2011-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: magnetic-liquid packing of shaft consists of permanent magnet, of pole adaptors, of removable cartridge enveloping them, of magnetic liquid, of shaft and of bearing unit with non-magnetic case. Each pole adaptor is made of at least two concentric arranged rings. The magnet together with adjacent external rings of the pole adaptors forms a removable magnetic system positioned on external surface of the non-magnetic case of the bearing unit. Internal rings of the pole adaptors are rigidly fixed on internal surface of the bearing unit case and form a gap with the shaft; this gap is filled with magnetic liquid. The removable cartridge with the non-magnetic case forms a sealed cavity and protects the magnetic system from influence of environment.

EFFECT: increased reliability of packing.

1 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.

Известны магнитожидкостные уплотнения валов (Авторское свидетельство СССР №420836, МКИ-2, F16J 15/40; авторское свидетельство СССР №881441, МКИ-2, F16J 15/40 и т.д.), в которых магнитная система, состоящая из кольцевого магнита с полюсными приставками, устанавливается по скользящей посадке в корпус, и образует с валом кольцевую полость под магнитную жидкость, причем на поверхностях полюсных приставок и/или вала выполнены различные концентраторы - канавки, зубцы, выступы, перераспределяющие магнитный поток в рабочем зазоре. Недостатками данных уплотнений являются их невысокие удерживающая способность, надежность, ресурс из-за высокой неравномерности зазора.Known magneto-liquid shaft seals (USSR Author's Certificate No. 420836, MKI-2, F16J 15/40; USSR Author's Certificate No. 881441, MKI-2, F16J 15/40, etc.) in which a magnetic system consisting of a ring magnet with pole attachments, it is mounted on a sliding fit into the housing, and forms an annular cavity for magnetic fluid with the shaft, and on the surfaces of the pole extensions and / or shaft various concentrators are made - grooves, teeth, protrusions that redistribute the magnetic flux in the working gap. The disadvantages of these seals are their low holding capacity, reliability, resource due to the high unevenness of the gap.

Известно магнитожидкостное уплотнение вала (Патент РФ №2351829, МПК 7 F16J 15/53), в котором полюсные приставки жестко соединены между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла, размещенного на уплотняемом валу, а магнит и полюсные приставки заключены в съемную гильзу.A magnetically liquid shaft seal is known (RF Patent No. 2351829, IPC 7 F16J 15/53), in which the pole consoles are rigidly connected to each other through a non-magnetic sleeve and to the housing of the bearing assembly located on the shaft to be sealed, and the magnet and pole consoles are enclosed in a removable sleeve.

Недостатками данного уплотнения являются его невысокая технологичность изготовления, повышенная стоимость изготовления, недостаточные надежность и ресурс при герметизации агрессивных сред.The disadvantages of this seal are its low manufacturability, increased manufacturing cost, insufficient reliability and resource when sealing aggressive environments.

Недостатки данного уплотнения обусловлены следующим. Жесткое соединение полюсных приставок между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла с помощью сварки делает уплотнение недостаточно технологичным в изготовлении. После проведения сварочных работ требуется проверка сварочных швов на герметичность, что выливается в дополнительные работы и дополнительное оборудование. Это снижает технологичность процесса изготовления и увеличивает его стоимость.The disadvantages of this seal are due to the following. A rigid connection of the pole attachments to each other through a non-magnetic sleeve and to the housing of the bearing assembly by welding makes the seal insufficiently technologically advanced to manufacture. After welding, it is required to check the welds for leaks, which translates into additional work and additional equipment. This reduces the manufacturability of the manufacturing process and increases its cost.

При уплотнении агрессивных сред полюсные приставки и магнит оказываются под воздействием данных сред, поэтому для изготовления полюсных приставок требуется использовать дорогие нержавеющие стали или выполнять антикоррозионные покрытия, также приходится защищать и магнит, что снова снижает технологичность и повышает стоимость уплотнения. Отказ от вышеуказанных мер снижает ресурс и надежность уплотнений.When aggressive media are condensed, pole consoles and a magnet are exposed to these media, therefore, for the manufacture of pole consoles, expensive stainless steels or anti-corrosion coatings are required, the magnet also has to be protected, which again reduces manufacturability and increases the cost of sealing. Failure to take the above measures reduces the life and reliability of the seals.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении технологичности изготовления магнитожидкостных уплотнений, снижения их стоимости, повышения надежности и ресурса. Это достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем постоянный магнит, полюсные приставки, охватывающую их съемную гильзу, магнитную жидкость, вал, подшипниковый узел с немагнитным корпусом, что каждая полюсная приставка выполнена как минимум из двух концентрично расположенных колец, магнит с примыкающими к нему наружными кольцами полюсных приставок образует съемную магнитную систему, расположенную на внешней поверхности немагнитного корпуса подшипникового узла, а внутренние кольца полюсных приставок жестко закреплены на внутренней поверхности корпуса подшипникового узла и образуют с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью. Кроме этого, съемная гильза, охватывающая съемную магнитную систему, образует с немагнитным корпусом герметичную полость.The technical result achieved by the invention is to increase the manufacturability of the manufacture of magneto-liquid seals, reduce their cost, increase reliability and resource. This is achieved by the fact that in a magnetically liquid shaft seal containing a permanent magnet, pole attachments covering their removable sleeve, magnetic fluid, shaft, bearing assembly with a non-magnetic housing, that each pole attachment is made of at least two concentric rings, a magnet adjacent to the outer rings of the pole attachments forms a removable magnetic system located on the outer surface of the non-magnetic housing of the bearing assembly, and the inner rings of the pole attachments are rigidly closed epleny on the inner surface of the bearing unit housing and the shaft form a gap filled with magnetic fluid. In addition, a removable sleeve covering the removable magnetic system forms a sealed cavity with a non-magnetic body.

На чертеже показано магнитожидкостное уплотнение.The drawing shows a magnetic fluid seal.

Уплотнение устроено следующим образом. Магнитная система уплотнения состоит из постоянного магнита 1, который может быть выполнен в виде кольца, цилиндров, призм и т.п., равномерно размещенных по окружности, и двух полюсных приставок. Каждая полюсная приставка выполнена как минимум из двух концентрично расположенных колец - наружных 2 и внутренних 3. Постоянный магнит 1 с примыкающими к нему наружными кольцами 2 полюсных приставок образует съемную магнитную систему, которая располагается на внешней поверхности немагнитного корпуса подшипникового узла 4. Внутренние кольца 3 полюсных приставок расположены на внутренней поверхности корпуса подшипникового узла 4 и образуют с валом 5 зазор 6. На обращенных друг к другу поверхностях внутренних колец 3 полюсных приставок и/или вала 5 выполнены концентраторы 7 - это могут быть зубцы, канавки, выступы, перераспределяющие магнитный поток в рабочем зазоре 6. Рабочий зазор 6 заполнен магнитной жидкостью 8. Внутренние кольца 3 полюсных приставок закрепляются на корпусе подшипникового узла 4 жестко и герметично с помощью клея или прессовой посадки. Съемная гильза 9 охватывает магнитную систему, состоящую из постоянного магнита 1 с примыкающими к нему наружными кольцами 2 полюсных приставок, и образует с немагнитным корпусом 4 герметичную полость, защищая магнитную систему от воздействий уплотняемой среды. Герметизация магнитной системы позволяет выполнять наружные кольца 2 полюсных приставок из обычной магнитопроводящей стали вместо легированной и отказаться от дополнительных защитных покрытий, в том числе и магнита, что снижает стоимость уплотнения. Уплотнение может быть укомплектовано двумя гильзами 9, одна из которых выполняется из немагнитного материала, а вторая - из магнитопроводящего. Немагнитная гильза устанавливается, когда уплотнение находится в рабочем состоянии, а гильза из магнитопроводящего материала используется, когда производится сборка-разборка уплотнения или в период хранения на складе. Гильза, выполненная из магнитопроводящего материала, имеет кольцевую проточку 10, глубина которой определяет величину магнитного потока, проходящего через втулку, следовательно, величину напряженности магнитного поля в рабочем зазоре.The seal is arranged as follows. The magnetic sealing system consists of a permanent magnet 1, which can be made in the form of rings, cylinders, prisms, etc., evenly spaced around the circumference, and two pole attachments. Each pole attachment is made of at least two concentric rings - outer 2 and inner 3. The permanent magnet 1 with the outer rings of 2 pole attachments adjacent to it forms a removable magnetic system, which is located on the outer surface of the non-magnetic housing of the bearing assembly 4. Inner rings of 3 pole prefixes are located on the inner surface of the housing of the bearing assembly 4 and form a clearance 6 with the shaft 5. On the surfaces of the inner rings 3 of the pole prefixes facing each other and / or of shaft 5, hubs 7 are made — these can be teeth, grooves, protrusions that redistribute magnetic flux in the working gap 6. The working gap 6 is filled with magnetic fluid 8. The inner rings of the 3 pole attachments are fixed to the housing of the bearing assembly 4 rigidly and tightly with glue or press landing. The removable sleeve 9 covers a magnetic system consisting of a permanent magnet 1 with the outer rings of 2 pole attachments adjacent to it, and forms a sealed cavity with a non-magnetic housing 4, protecting the magnetic system from the effects of the medium being sealed. Sealing the magnetic system allows the outer rings of 2 pole attachments to be made of ordinary magnetic steel instead of alloy steel and to abandon additional protective coatings, including the magnet, which reduces the cost of sealing. The seal can be equipped with two sleeves 9, one of which is made of non-magnetic material, and the second is magnetically conductive. A non-magnetic sleeve is installed when the seal is in working condition, and a sleeve of magnetically conductive material is used when assembling and disassembling the seal or during storage. The sleeve made of a magnetically conductive material has an annular groove 10, the depth of which determines the magnitude of the magnetic flux passing through the sleeve, therefore, the magnitude of the magnetic field in the working gap.

Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 1 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток проходит через наружное кольцо 2 полюсной приставки, стенку немагнитного корпуса 4, внутреннее кольцо 3 полюсной приставки, уплотняемый зазор 6, вал 5, следующий уплотняемый зазор 6, внутреннее кольцо 3 второй полюсной приставки, стенку немагнитного корпуса 4, наружное кольцо 2 второй полюсной приставки, магнит 1. Концентраторы 7, выполненные на внутреннем кольце 3 полюсной приставки и/или валу 5, перераспределяют рабочий магнитный поток в зазоре, и поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 8 втягивается под зубцы, где поле имеет максимальную напряженность, и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, определяемый параметрами магнитного поля в зазоре и свойствами используемой магнитной жидкости. Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под зубцами.Sealing works as follows. The permanent magnet 1 in the seal serves as a source of magnetic field. The magnetic flux generated by it passes through the outer ring 2 of the pole attachment, the wall of the non-magnetic housing 4, the inner ring 3 of the pole attachment, the sealing gap 6, the shaft 5, the next seal gap 6, the inner ring 3 of the second pole attachment, the wall of the non-magnetic housing 4, the outer ring 2 the second pole attachment, magnet 1. Concentrators 7, made on the inner ring 3 of the pole attachment and / or shaft 5, redistribute the working magnetic flux in the gap, and the field becomes sharply inhomogeneous. Magnetic fluid 8 is drawn under the teeth, where the field has maximum tension, and forms a sealed plug with increased internal pressure. Each magneto-liquid plug is capable of perceiving a pressure drop determined by the parameters of the magnetic field in the gap and the properties of the magnetic fluid used. The pressure drop held by the seal is determined by the sum of the drops of all the magneto-liquid plugs under the teeth.

В предлагаемом изобретении внутренние кольца 3 полюсных приставок жестко закреплены (запрессованы) в корпусе 4 подшипникового узла и образуют с ним одну неразъемную деталь. Посадочные поверхности подшипников и поверхности концентраторов 7 на внутренних кольцах полюсных приставок выполняются на токарном станке за одну установку. Это позволяет, по сравнению с известными уплотнениями (аналогами), исключить из узла одно из имеющихся соединений сопрягаемых деталей, повысить точность выполнения зазора и снизить эксцентриситет вала.In the present invention, the inner rings of 3 pole attachments are rigidly fixed (pressed) in the housing 4 of the bearing assembly and form one integral part with it. The bearing surfaces of the bearings and the surface of the concentrators 7 on the inner rings of the pole attachments are performed on a lathe in one installation. This allows, in comparison with the known seals (analogues), to exclude from the assembly one of the existing joints of the mating parts, to increase the accuracy of the clearance and reduce the shaft eccentricity.

При обеспечении более высокой точности зазора данная конструкция исключает из технологии изготовления уплотнения сварочные работы, что снижает стоимость изготовления и временные затраты.While ensuring higher accuracy of the gap, this design excludes welding from the manufacturing technology of seals, which reduces manufacturing costs and time costs.

Предлагаемое уплотнение позволяет также повысить технологичность сборки-разборки уплотнения и его обслуживания. При монтаже данного уплотнения на вал первоначально устанавливается корпус подшипникового узла с внутренними кольцами полюсных приставок (магнит с наружными кольцами полюсных приставок отсутствуют). Так как магнитного поля в зазоре уплотнения не существует, монтаж уплотнения существенно упрощается - нет сил магнитного притяжения, исключается повреждение концентраторов и рабочих поверхностей рабочего зазора. Затем на корпусе последовательно размещаются наружное кольцо первой полюсной приставки, магнит и наружное кольцо второй полюсной приставки. В рабочем зазоре возникает магнитное поле. Сверху на магнитную систему надевается съемная гильза 9, выполненная из немагнитного материала. Зазоры между съемной гильзой 9 и корпусом подшипникового узла 4 герметизируются. Уплотнение готово к работе или к хранению. Магнитная жидкость вводится в зазор непосредственно перед пуском оборудования.The proposed seal also improves the manufacturability of the assembly-disassembly of the seal and its maintenance. When mounting this seal on the shaft, the bearing housing with the inner rings of the pole attachments is initially installed (there is no magnet with the outer rings of the pole extensions). Since there is no magnetic field in the seal gap, the installation of the seal is significantly simplified - there are no forces of magnetic attraction, damage to the concentrators and working surfaces of the working gap is excluded. Then, the outer ring of the first pole attachment, the magnet and the outer ring of the second pole attachment are sequentially placed on the housing. A magnetic field appears in the working gap. On top of the magnetic system, a removable sleeve 9 is made of non-magnetic material. The gaps between the removable sleeve 9 and the housing of the bearing assembly 4 are sealed. The seal is ready for use or storage. Magnetic fluid is introduced into the gap immediately before starting up the equipment.

Предлагаемое уплотнение обеспечивает более технологичный процесс демонтажа и ревизии уплотнения, во время которой определяется состояние подшипников качения, отсутствие износа рабочих поверхностей и покрытий, производится замена магнитной жидкости. Демонтаж уплотнения, контроль и измерение параметров системы, последующая сборка и установка уплотнения намного упрощается, когда в устройстве отсутствует магнитное поле, т.к. магнитное поле препятствует удалению старой магнитной жидкости, притягивает и намагничивает измерительный инструмент, собирает на себя магнитный мусор и крепежный материал и т.д. При демонтаже уплотнения немагнитная гильза 9 заменяется на магнитопроводящую. Магнитный поток системы замыкается через магнитопроводящую гильзу, что позволяет без труда снять магнитную систему и проводить дальнейшие действия с уплотнением при отсутствии в нем магнитного поля.The proposed seal provides a more technological process of dismantling and revising the seal, during which the state of the rolling bearings, the absence of wear of the working surfaces and coatings are determined, the magnetic fluid is replaced. Dismantling the seal, monitoring and measuring the system parameters, subsequent assembly and installation of the seal is much easier when the device has no magnetic field, because a magnetic field prevents the removal of old magnetic fluid, attracts and magnetizes a measuring tool, collects magnetic debris and mounting material, etc. When removing the seal, the non-magnetic sleeve 9 is replaced by a magnetic core. The magnetic flux of the system is closed through a magnetically conducting sleeve, which allows you to easily remove the magnetic system and carry out further actions with the seal in the absence of a magnetic field in it.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить технологичность сборки, монтажа и обслуживания магнитожидкостных уплотнений, снизить стоимость, увеличить ресурс и надежность уплотнений.Thus, the present invention can significantly improve the manufacturability of the assembly, installation and maintenance of magneto-liquid seals, reduce cost, increase the resource and reliability of the seals.

Claims

Magneto-fluid shaft seal containing a permanent magnet, pole attachments, covering their removable sleeve, magnetic fluid, shaft, bearing assembly with a non-magnetic housing, characterized in that each pole attachment is made of at least two concentric rings, a magnet with outer rings adjacent to it pole attachments forms a removable magnetic system located on the outer surface of the non-magnetic housing of the bearing assembly, and the inner rings of the pole attachments are rigidly fixed and the inner surface of the bearing unit housing and the shaft form a gap filled with a magnetic fluid, in addition, a removable liner, which covers a removable magnetic system forms a non-magnetic body sealed cavity.