Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie odśrodkowe wału z cieczą magnetyczną, znajdujące zastosowanie przy uszczelnianiu wałów wysokoobrotowych maszyn i urządzeń pracujących w środowisku gazowym.The subject of the invention is a shaft centrifugal seal with a magnetic liquid, applicable for sealing the shafts of high-speed machines and devices operating in a gas environment.
Znane z polskiego opisu patentowego nr 174451 odśrodkowe uszczelnienie ferromagnetyczne wałów, zawierające dwie pary magnesów trwałych oraz osadzony w komorze dławnicowej wielokrawędziowy nabiegunnik i ciecz ferromagnetyczną, polega na tym, że na wale jest wykonany kołnierz z wielokrawędziowymi wystę pami usytuowany w komorze obudowy. Dwie pary magnesów trwał ych umieszczone są tak w obudowie, że po jednej stronie kołnierza pierwszy magnes usytuowany jest względem czoła kołnierza biegunem N, a drugi magnes biegunem S, tworząc zamknięty obwód magnetyczny. Znane również z polskiego opisu patentowego nr 174460 ferromagnetyczne uszczelnienie odśrodkowe wałów, zawierające ciecz ferromagnetyczną oraz osadzone w komorze dławnicowej dwa pierścieniowe nabiegunniki wielokrawędziowe, oddzielone osiowo spolaryzowanym magnesem trwałym, polega na tym, że pobocznice nabiegunników są powierzchniami stożkowymi, o kącie pochylenia takim samym jak stożkowe powierzchnie boczne kołnierza usytuowane na wale, zaś nabiegunniki od strony wewnętrznej magnesu mają gniazda, w których są osadzone pierścienie uszczelniające.The centrifugal ferromagnetic shaft seal, known from Polish patent description No. 174451, containing two pairs of permanent magnets and a multi-edge pole piece and a ferromagnetic liquid embedded in the stuffing box, consists in the fact that the shaft has a flange with multi-edge projections located in the housing chamber. Two pairs of permanent magnets are placed in the housing in such a way that on one side of the flange, the first magnet is positioned with the N pole relative to the flange face, and the second magnet with the S pole, forming a closed magnetic circuit. The ferromagnetic centrifugal shaft seal, also known from the Polish patent specification No. 174,460, containing a ferromagnetic liquid and two multi-edged ring pole pieces embedded in the stuffing box, separated by an axially polarized permanent magnet, consists in the fact that the sides of the pole pieces are conical surfaces with the same inclination angle as conical the side surfaces of the flange located on the shaft, and the pole pieces on the inside of the magnet have seats in which sealing rings are mounted.
Istota uszczelnienia odśrodkowego według wynalazku, zawierającego wał z kołnierzem, magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, nabiegunniki wielokrawędziowe oraz ciecz magnetyczną polega na tym, że w komorze obudowy po obu stronach kołnierza umieszczone są magnesy trwałe i nabiegunniki wewnętrzne z występami uszczelniającymi skierowanymi w stronę czołowych powierzchni kołnierza, a ponadto elementy obudowy mają nabiegunniki zewnętrzne z występami uszczelniającymi skierowanymi w stronę powierzchni wału. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach pomiędzy występami nabiegunników wewnętrznych a czołowymi powierzchniami kołnierza oraz w szczelinach między występami nabiegunników zewnętrznych a powierzchnią wału.The essence of the centrifugal seal according to the invention, comprising a shaft with a flange, axially polarized permanent magnets, multi-edge pole shoes and a magnetic liquid consists in the fact that in the housing chamber on both sides of the flange there are permanent magnets and internal pole shoes with sealing lugs directed towards the flange faces, and the casing members furthermore have outer pole shoes with sealing lips facing the shaft surface. The magnetic fluid is present in the gaps between the lugs of the inner pole shoes and the flange faces and in the gaps between the lugs of the outer pole shoes and the shaft surface.
Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uszczelnienie w półprzekroju osiowym w stanie spoczynku lub przy małej prędkoś ci obrotowej, a fig. 2 uszczelnienie w półprzekroju osiowym przy dużej prędkoś ci obrotowej wału.The subject matter of the invention is illustrated in the drawing, in which Fig. 1 shows the seal with a half-axial section at rest or at low speed, and Fig. 2 shows the seal with a half-section view at high speed of the shaft.
Uszczelnienie według wynalazku ma w komorze obudowy umieszczone po obu stronach kołnierza 1 dwa magnesy trwałe 2 i 3 spolaryzowane osiowo oraz dwa nabiegunniki wewnętrznej 1 i 5 z występami uszczelniającymi, skierowanymi w stronę powierzchni czołowych kołnierza 1 na wale 6. Elementy obudowy 7 i 8 zawierają nabiegunniki zewnętrzne 9 i 10, które mają występy uszczelniające skierowane w stronę powierzchni wału 6. Ciecz magnetyczna 11 znajduje się w szczelinach pomiędzy występami nabiegunników wewnętrznych 4 i 5 a czołowymi powierzchniami kołnierza 1 oraz w szczelinach między występami nabiegunników zewnętrznych 9 i 10 a powierzchnią wału 6. Wał wraz z kołnierzem, nabiegunniki wewnętrzne, magnesy trwałe, nabiegunniki zewnętrzne oraz ciecz magnetyczna tworzą dwa zamknięte obwody magnetyczne. Przy małej prędkości obrotowej wału lub w stanie spoczynku (fig. 1), ciecz magnetyczna 11 znajduje się w szczelinach δ pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników wewnętrznych 4 i 5 a czołowymi powierzchniami kołnierza 1 oraz w szczelinach δ między występami nabiegunników zewnętrznych 9 i 10 a powierzchnią wału 6 utrzymywana jest siłami pola magnetycznego. Przy dużej prędkości obrotowej wału (fig. 2), ciecz magnetyczna 11 na skutek działania siły odśrodkowej przewyższającej siłę przyciągania magnetycznego, zostaje odrzucona do pierścieniowej szczeliny wokół zewnętrznego obwodu kołnierza 1, tworząc, warstwę cieczy, która stanowi barierę dla czynnika uszczelnianego.The seal according to the invention has in the housing chamber, on both sides of the flange 1, two axially polarized permanent magnets 2 and 3 and two inner pole pieces 1 and 5 with sealing lips facing the face of the flange 1 on the shaft 6. The housing elements 7 and 8 contain pole pieces outer 9 and 10, which have sealing projections directed towards the surface of the shaft 6. The magnetic fluid 11 is present in the gaps between the projections of the inner pole pieces 4 and 5 and the faces of the flange 1 and in the gaps between the projections of the external pole pieces 9 and 10 and the surface of the shaft 6. The shaft with the collar, inner pole pieces, permanent magnets, outer pole pieces and the magnetic liquid form two closed magnetic circuits. At low shaft speed or at rest (Fig. 1), the magnetic fluid 11 is located in the gaps δ between the sealing lips of the inner pole pieces 4 and 5 and the faces of the flange 1 and in the gaps δ between the projections of the outer pole pieces 9 and 10 and the shaft surface 6 is held by the force of the magnetic field. At a high rotational speed of the shaft (Fig. 2), the magnetic fluid 11, due to the centrifugal force in excess of the magnetic force, is thrown into the annular gap around the outer periphery of the flange 1, forming a liquid layer that acts as a barrier to the sealing medium.