PL235930B1 - Centrifugal seal with magnetic fluid for a high-speed shaft - Google Patents

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest uszczelnienie odśrodkowe z cieczą magnetyczną dla wału wysokoobrotowego, stosowane w budowie maszyn i urządzeń, pracujących w środowisku gazowym.The subject of the invention is a centrifugal seal with a magnetic liquid for a high-speed shaft, used in the construction of machines and devices operating in a gas environment.

Znane jest z polskiego opisu patentowego PL174451 uszczelnienie odśrodkowe wału z cieczą ferromagnetyczną zawierające wał z kołnierzem, dwie pary magnesów trwałych oraz ciecz ferromagnetyczną. Na czołowych powierzchniach kołnierza usytuowane są występy uszczelniające, zaś dwie pary magnesów trwałych umieszczone są tak w obudowie, że po jednej stronie kołnierza jeden magnes usytuowany jest względem czoła kołnierza biegunem N, a drugi magnes biegunem S, tworząc zamknięty obwód magnetyczny.The Polish patent description PL174451 describes a centrifugal shaft seal with a ferromagnetic liquid, containing a shaft with a flange, two pairs of permanent magnets and a ferromagnetic liquid. Sealing protrusions are located on the front faces of the flange, and two pairs of permanent magnets are placed in the housing in such a way that on one side of the flange one magnet is located in relation to the flange face with the N pole, and the other magnet with the S pole, creating a closed magnetic circuit.

Znane jest też z opisu patentowego PL174460 uszczelnienie odśrodkowe z cieczą ferromagnetyczną dla wału zawierającego kołnierz ze stożkowymi powierzchniami bocznymi, magnes trwały spolaryzowany osiowo, dwa nabiegunniki z wielokrawędziowymi pobocznicami o stożkowych powierzchniach i takim samym kącie nachylenia jak stożkowe powierzchnie boczne kołnierza oraz ciecz ferromagnetyczną umieszczoną w szczelinach pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a powierzchniami bocznymi kołnierza.Also known from the patent description PL174460 is a centrifugal seal with a ferromagnetic liquid for a shaft containing a flange with conical side surfaces, an axially polarized permanent magnet, two pole pieces with multi-edge side walls with conical surfaces and the same angle of inclination as the conical side surfaces of the flange, and a ferromagnetic liquid placed in the gaps between the sealing lugs of the pole pieces and the side surfaces of the flange.

Z polskiego opisu patentowego PL202542 znane jest również uszczelnienie odśrodkowe wału z cieczą magnetyczną, zawierające wał z kołnierzem, magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, nabiegunniki wielokrawędziowe oraz ciecz magnetyczną, które charakteryzuje się 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, zaś ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach pomiędzy występami nabiegunników wewnętrznych, a czołowymi powierzchniami kołnierza oraz w szczelinach między występami nabiegunników zewnętrznych, a powierzchnią wału.From the Polish patent description PL202542, there is also known a centrifugal shaft seal with a magnetic liquid, comprising a shaft with a flange, axially polarized permanent magnets, multi-edge pole pieces and a magnetic liquid, which is characterized in that permanent magnets and pole pieces are placed in the housing chamber on both sides of the flange with sealing lugs toward the flange faces, and the housing components have outer pole pieces with sealing lugs toward the shaft surface, and the magnetic fluid is in the gaps between the inner pole lugs and the flange faces, and in the gaps between the outer pole lugs and the surface of the shaft.

Z opisu patentowego PL217273 znane jest także uszczelnienie odśrodkowe wału z zastosowaniem cieczy magnetycznej, które charakteryzuje się tym, że we wnękach wykonanych w elementach obudowy, po obu stronach kołnierza tulei osadzonej na wale, umieszczone są wielokrawędziowe nabiegunniki oraz magnesy trwałe usytuowane jednoimiennymi biegunami w stronę powierzchni bocznych kołnierza. Kolejny nabiegunnik umieszczony jest w komorze wykonanej w elementach nad cylindryczną powierzchnią kołnierza, a ciecz magnetyczna znajduje się w małych szczelinach pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a odpowiednimi powierzchniami bocznymi i powierzchnią cylindryczną kołnierza tulei.From the patent description PL217273, there is also known a centrifugal shaft seal with the use of a magnetic liquid, which is characterized in that in the cavities made in the housing elements, on both sides of the sleeve flange mounted on the shaft, there are multi-edge pole pieces and permanent magnets located with the same poles towards the surface side collar. Another pole piece is placed in a chamber made in elements above the cylindrical surface of the flange, and the magnetic liquid is located in small gaps between the sealing protrusions of the pole pieces and the corresponding side surfaces and the cylindrical surface of the sleeve flange.

Istota uszczelnienia według wynalazku, zawierającego tuleję kołnierzową, magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, wielokrawędziowe nabiegunniki i ciecz magnetyczną, polega na tym, że tuleja kołnierzowa osadzona jest na wale, a do obu powierzchni bocznych kołnierza przylegają biegunami jednoimiennymi magnesy trwałe oraz wielokrawędziowe nabiegunniki, umocowane na zewnętrznych, walcowych powierzchniach tulei. Wielokrawędziowe nabiegunniki wyposażone są w występy uszczelniające wykonane na ich powierzchniach bocznych, a także tuleja kołnierzowa na obu jej końcach wyposażona jest w występy uszczelniające wykonane na jej zewnętrznych, powierzchniach walcowych. Ciecz magnetyczna znajduje się w szczelinach osiowych pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników, a bocznymi powierzchniami wytoczeń w elementach obudowy oraz w szczelinach promieniowych pomiędzy występami uszczelniającymi tulei kołnierzowej, a wewnętrznymi, cylindrycznymi powierzchniami w elementach obudowy.The essence of the seal according to the invention, comprising a flange sleeve, axially polarized permanent magnets, multi-edge pole pieces and a magnetic liquid, consists in the fact that the flange sleeve is mounted on the shaft, and permanent magnets and multi-edge pole pieces are attached to both side surfaces of the flange with identical poles and fixed to the outer , cylindrical surfaces of the sleeve. The multi-edge pole pieces are equipped with sealing protrusions made on their side surfaces, and the flange sleeve at both ends is equipped with sealing protrusions made on its outer, cylindrical surfaces. The magnetic fluid is located in the axial gaps between the sealing protrusions of the pole pieces and the side surfaces of the grooves in the housing elements, and in the radial gaps between the sealing protrusions of the flange sleeve and the internal, cylindrical surfaces in the housing elements.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku w półprzekroju osiowym, na którym fig. 1 przedstawia uszczelnienie w stanie spoczynku i przy małej prędkości obrotowej wału, a fig. 2 - uszczelnienie przy dużej prędkości obrotowej wału.The subject of the invention is presented in an axial semi-sectional drawing, where Fig. 1 shows the seal at rest and at low shaft speed, and Fig. 2 - the seal at high shaft speed.

Uszczelnienie składa się z elementów obudowy 2, 3, tulei kołnierzowej 4, magnesów trwałych 5 spolaryzowanych osiowo, wielokrawędziowych nabiegunników 6 i cieczy magnetycznej 7. Tuleja 4 osadzona jest na wale 1, a do obu powierzchni bocznych kołnierza 4a przylegają biegunami jednoimiennymi N magnesy trwałe 5 oraz wielokrawędziowe nabiegunniki 6, umocowane na zewnętrznych, walcowych powierzchniach tulei 4. Nabiegunniki 6 wyposażone są w występy uszczelniające wykonane na ich powierzchniach bocznych. Tuleja kołnierzowa 4 na obu jej końcach wyposażona jest także w występy uszczelniające, wykonane na jej zewnętrznych powierzchniach walcowych. Pierścienie uszczelniające 8 typu „O” uszczelniają nabiegunniki 6 względem tulei kołnierzowej 4, a pierścień osadczy sprężysty 9 mocuje tuleję 4 na wale 1. W warunkach eksploatacji uszczelnienia, przy małej prędkości obrotowejThe seal consists of housing elements 2, 3, flange sleeve 4, permanent magnets 5 axially polarized, multi-edge pole pieces 6 and magnetic liquid 7. The sleeve 4 is mounted on the shaft 1, and permanent magnets 5 adhere to both side surfaces of the flange 4a with the same poles N and multi-edge pole pieces 6 fixed on the outer, cylindrical surfaces of the sleeve 4. The pole pieces 6 are equipped with sealing protrusions made on their side surfaces. The flange sleeve 4 is also equipped with sealing protrusions on its outer cylindrical surfaces at both ends. The O-type sealing rings 8 seal the pole pieces 6 against the flange sleeve 4, and the snap ring 9 fixes the sleeve 4 on the shaft 1. Under the conditions of seal operation, at low rotational speed

PL 235 930 B1 wału lub w stanie spoczynku (fig. 1), ciecz magnetyczna 7 utrzymywana jest siłami pola magnetycznego i znajduje się w szczelinach osiowych 5a pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników 6, a bocznymi powierzchniami wytoczeń w elementach obudowy 2, 3 oraz w szczelinach promieniowych 5r pomiędzy występami uszczelniającymi tulei kołnierzowej 4, a wewnętrznymi powierzchniami cylindrycznymi w elementach obudowy 2, 3, tworząc bariery uszczelniające dla czynnika uszczelnianego. Przy dużej prędkości obrotowej wału (fig. 2), ciecz magnetyczna 7 znajdująca się w szczelinach osiowych 5a na skutek działania siły odśrodkowej, przewyższającej siłę przyciągania magnetycznego zostaje odrzucona do przestrzeni wokół zewnętrznych powierzchni walcowych nabiegunników 6, tworząc warstwę cieczy, która wraz z cieczą magnetyczną 7 utrzymywaną w szczelinach promieniowych 5r tworzy bariery dla czynnika uszczelnianego. W stanie spoczynku i przy małej prędkości obrotowej zamknięte obwody magnetyczne Φι, Φ2 (fig. 1), a przy dużej prędkości obrotowej zamknięte obwody magnetyczne Φ3, Φ4 (fig. 2) utworzone są przez tuleję kołnierzową 4, magnesy 5, nabiegunniki 6, ciecz magnetyczną 7 i elementy obudowy 2, 3.PL 235 930 B1 or at rest (fig. 1), the magnetic fluid 7 is held by the magnetic field forces and is located in the axial slots 5a between the sealing protrusions of the pole pieces 6 and the side surfaces of the grooves in the housing elements 2, 3 and in the radial slots 5r between the sealing protrusions of the flange sleeve 4 and the internal cylindrical surfaces in the housing elements 2, 3, creating sealing barriers for the sealed medium. At high rotational speed of the shaft (fig. 2), the magnetic liquid 7 located in the axial slots 5a, as a result of the centrifugal force exceeding the magnetic attraction force, is thrown into the space around the outer cylindrical surfaces of the pole pieces 6, forming a layer of liquid which together with the magnetic liquid 7 held in the radial slots 5r creates barriers for the sealed medium. At rest and at low rotational speed, closed magnetic circuits Φι, Φ2 (fig. 1), and at high rotational speed, closed magnetic circuits Φ3, Φ4 (fig. 2) are formed by a flange sleeve 4, magnets 5, pole pieces 6, liquid magnetic 7 and housing elements 2, 3.

Oznaczenia na rysunku:Designations in the drawing:

- wał obrotowy, , 3 - elementy obudowy,- rotating shaft, 3 - casing elements,

- tuleja kołnierzowa, 4a - kołnierz,- flange sleeve, 4a - flange,

- magnes trwały,- permanent magnet,

- wielokrawędziowy nabiegunnik,- multi-edge pole piece,

- ciecz magnetyczna,- magnetic liquid,

- pierścień uszczelniający typu „O”,- O-ring sealing ring,

- pierścień osadczy sprężysty,- spring retaining ring,

5r - szczelina promieniowa,5r - radial gap,

5_a - szczelina osiowa,5 _a - axial gap,

Φι, Φ2, Φ3, Φ4 - zamknięte obwody magnetyczneΦι, Φ2, Φ3, Φ4 - closed magnetic circuits

Claims (1)

Zastrzeżenie patentowePatent Disclaimer 1. Uszczelnienie odśrodkowe z cieczą magnetyczną dla wału wysokoobrotowego, zawierające tuleję kołnierzową, magnesy trwałe spolaryzowane osiowo, wielokrawędziowe nabiegunniki i ciecz magnetyczną, znamienne tym, że tuleja kołnierzowa (4) osadzona jest na wale (1), a do obu powierzchni bocznych kołnierza (4a) przylegają biegunami jednoimiennymi magnesy trwałe (5) oraz wielokrawędziowe nabiegunniki (6), umocowane na zewnętrznych, walcowych powierzchniach tulei (4), przy czym wielokrawędziowe nabiegunniki (6) wyposażone są w występy uszczelniające wykonane na ich powierzchniach bocznych, a także tuleja kołnierzowa (4) na obu jej końcach wyposażona jest w występy uszczelniające wykonane na jej zewnętrznych, powierzchniach walcowych, zaś ciecz magnetyczna (7) znajduje się w szczelinach osiowych (Sa) pomiędzy występami uszczelniającymi nabiegunników (6), a bocznymi powierzchniami wytoczeń w elementach obudowy (2, 3) oraz w szczelinach promieniowych (Sr) pomiędzy występami uszczelniającymi tulei kołnierzowej (4), a wewnętrznymi, cylindrycznymi powierzchniami w elementach obudowy (2, 3).1. Centrifugal seal with a magnetic liquid for a high-speed shaft, comprising a flange sleeve, axially polarized permanent magnets, multi-edge pole pieces and a magnetic liquid, characterized in that the flange sleeve (4) is mounted on the shaft (1), and to both sides of the flange ( 4a) permanent magnets (5) and multi-edge pole pieces (6) adhere with the same name poles, fixed on the outer, cylindrical surfaces of the sleeve (4), the multi-edge pole pieces (6) are equipped with sealing protrusions made on their side surfaces, as well as a flange sleeve (4) at both ends is equipped with sealing protrusions made on its outer, cylindrical surfaces, and the magnetic fluid (7) is located in the axial gaps (Sa) between the sealing protrusions of the pole pieces (6) and the side surfaces of the grooves in the housing elements ( 2, 3) and in the radial gaps (Sr) between the sealing protrusions of the flange sleeve (4) and the internal, cylindrical surfaces in the housing elements (2, 3).