RU2403477C1

RU2403477C1 - Magnetic fluid shaft sealing

Info

Publication number: RU2403477C1
Application number: RU2009120210/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Перминов (RU); Сергей Михайлович Перминов
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-11-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: magnetic fluid shaft sealing includes constant magnet, pole attachments, magnetic fluid in the gap, and bearing assembly. Pole attachments have circular cut at the level of external surface of non-magnetic bushing; at that, inner parts of pole attachments are rigidly connected to each other through non-magnetic bushing and housing of bearing assembly, and outer parts of pole attachments and magnet form removable magnetic system. Inner parts of pole attachments and (or) non-magnetic bushing have filling-in holes with plugs. Removable magnetic system consisting of magnet and outer parts of pole attachments is enclosed in sleeve.

EFFECT: invention allows increasing assembly, erection and maintenance manufacturability of magnetic fluid sealings.

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.

Широко 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.Magneto-liquid shaft seals are widely known (USSR copyright certificate No. 420836, MKI 2 F16J 15/40; USSR copyright certificate No. 881441, MKI 2 F16J 15/40, etc.) in which the magnetic system consists of a ring magnet with pole attachments , is installed on a sliding fit into the housing and forms an annular cavity with magnetic fluid under the shaft, and various concentrators — grooves, teeth, protrusions redistributing the magnetic flux in the working gap — are made on the surfaces of the pole attachments and / or the shaft. 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), содержащее постоянный магнит, полюсные приставки, магнитную жидкость в зазоре уплотнение - вал, подшипниковый узел, в котором полюсные приставки жестко соединены между собой через немагнитную втулку и корпусом подшипникового узла, размещенного на уплотняемом валу, а магнит и полюсные приставки заключены в съемную гильзу, в рабочем состоянии магнит и полюсные приставки заключены в гильзу, выполненную из немагнитного материала, а в складском состоянии - в гильзу, выполненную из магнитопроводящего материала, имеющую кольцевую проточку.Known magneto-liquid shaft seal (RF Patent No. 2351829, IPC 7 F16J 15/53) containing a permanent magnet, pole attachments, magnetic fluid in the clearance seal — a shaft, a bearing assembly in which pole extensions are rigidly interconnected through a non-magnetic sleeve and a bearing housing of the assembly located on the shaft to be sealed, and the magnet and pole consoles are enclosed in a removable sleeve, in working condition the magnet and pole consoles are enclosed in a sleeve made of non-magnetic material, and in the storage state - in the sleeve, made of a magnetically conductive material having an annular groove.

Недостатками данного уплотнения являются его невысокая технологичность сборки и обслуживания, сложность заправки уплотнения, что обусловлено отсутствием возможности полного снятия напряженности магнитного поля в зазоре.The disadvantages of this seal are its low manufacturability of assembly and maintenance, the complexity of filling the seal, due to the lack of the ability to completely remove the magnetic field in the gap.

Недостатки известных уплотнений обусловлены следующим. Процесс сборки магнитожидкостного уплотнения достаточно сложен из-за присутствия сил магнитного притяжения между собираемыми деталями. Кроме этого в процессе эксплуатации магнитожидкостного уплотнения ему периодически требуется ревизия - определяется состояние подшипников качения, сохранность рабочего зазора, отсутствие износа рабочих поверхностей и покрытий, производится замена магнитной жидкости. Демонтаж уплотнения, удаление старой магнитной жидкости, контроль и измерение параметров системы, сборку и установку уплотнения намного проще и удобнее выполнять, когда в устройстве отсутствует магнитное поле, т.к. магнитное поле препятствует удалению магнитной жидкости, притягивает и намагничивает измерительный инструмент, собирает на себя магнитный мусор и крепежный материал и т.д. Магнитное поле в зазоре уплотнения также препятствует свободному перемещению магнитной жидкости по зазору, что сказывается на качестве заправки.The disadvantages of the known seals are due to the following. The assembly process of the magneto-liquid seal is rather complicated due to the presence of magnetic forces of attraction between the assembled parts. In addition, during the operation of the magneto-liquid seal, he periodically needs to be revised - the condition of the rolling bearings, the safety of the working gap, the absence of wear on the working surfaces and coatings are determined, the magnetic fluid is replaced. Dismantling the seal, removing the old magnetic fluid, monitoring and measuring system parameters, assembling and installing the seal is much easier and more convenient to carry out when there is no magnetic field in the device, as a magnetic field prevents the removal of magnetic fluid, attracts and magnetizes a measuring tool, collects magnetic debris and mounting material, etc. The magnetic field in the seal gap also prevents the free movement of magnetic fluid through the gap, which affects the quality of the charge.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении технологичности сборки, монтажа и обслуживания магнитожидкостных уплотнений. Это достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем подшипниковый узел, постоянный магнит, полюсные приставки, жестко соединенные между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла, охватывающую их съемную гильзу с проточками, магнитную жидкость, полюсные приставки выполнены составными и имеют кольцевой разрез на уровне наружной поверхности немагнитной втулки, при этом внутренние части полюсных приставок жестко соединены между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла, а наружные части полюсных приставок и магнит заключены в гильзу и образуют съемную магнитную систему, кроме этого внутренние части полюсных приставок и (или) немагнитная втулка имеют заправочные отверстия с заглушками.The technical result achieved by the invention is to increase the manufacturability of the assembly, installation and maintenance of magnetic fluid seals. This is achieved by the fact that in the magneto-liquid shaft seal containing the bearing assembly, a permanent magnet, pole attachments rigidly connected to each other through a non-magnetic sleeve and with the bearing assembly housing, covering their removable sleeve with grooves, the magnetic fluid, the pole attachments are made integral and have an annular a cut at the level of the outer surface of the non-magnetic sleeve, while the internal parts of the pole attachments are rigidly connected to each other through a non-magnetic sleeve and to the housing of the bearing assembly, and The external parts of the pole attachments and the magnet are enclosed in a sleeve and form a removable magnetic system; in addition, the internal parts of the pole attachments and (or) the non-magnetic sleeve have filling holes with plugs.

На чертеже показано предлагаемое магнитожидкостное уплотнение.The drawing shows the proposed magneto-liquid seal.

Уплотнение устроено следующим образом. Магнитная система уплотнения состоит из постоянного магнита 1, двух полюсных приставок, каждая из которых имеет кольцевой разрез 2, который делит полюсную приставку на наружную 3 и внутреннюю 4 части. Постоянный магнит 1 может быть выполнен в виде кольца, цилиндров, призм и т.п., равномерно размещенных по окружности. Внутренние части полюсных приставок 4 жестко соединены между собой через немагнитную втулку 5 и корпусом подшипникового узла 6 в единое целое. Соединение внутренних частей полюсных приставок 4 и немагнитной втулки 5 может быть выполнено, допустим, с помощью сварки, клея и т.д. Внутренние части полюсных приставок 4 и (или) немагнитная втулка 5 имеют заправочные отверстия 7 с заглушками 8. На обращенных друг к другу поверхностях полюсных приставок и/или вала 9 выполнены концентраторы 10, это могут быть канавки, зубцы, выступы, перераспределяющие магнитный поток в рабочем зазоре 11. Зазор 11 между внутренними частями полюсных приставок 4 и валом 9 заполнен магнитной жидкостью 12. Магнит 1 и наружные части полюсных приставок 3 образуют съемную магнитную систему и заключены в гильзу 13. Уплотнение укомплектовано двумя гильзами 13, 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, когда производится сборка-разборка уплотнения или в период хранения на складе. Гильза 13, выполненная из магнитопроводящего материала, имеет кольцевую проточку 14, глубина которой определяет величину магнитного потока, проходящего через втулку, а следовательно, величину напряженности магнитного поля в рабочем зазоре.The seal is arranged as follows. The magnetic sealing system consists of a permanent magnet 1, two pole attachments, each of which has an annular section 2, which divides the pole attachment into outer 3 and inner 4 parts. The permanent magnet 1 can be made in the form of rings, cylinders, prisms, etc., evenly spaced around the circumference. The internal parts of the pole attachments 4 are rigidly interconnected through a non-magnetic sleeve 5 and the housing of the bearing assembly 6 in a single unit. The connection of the internal parts of the pole attachments 4 and the non-magnetic sleeve 5 can be performed, for example, by welding, glue, etc. The internal parts of the pole attachments 4 and (or) the non-magnetic sleeve 5 have filling holes 7 with plugs 8. Concentrators 10 are made on the surfaces of the pole extensions and / or shaft 9 facing each other, these can be grooves, teeth, protrusions that redistribute the magnetic flux into working gap 11. The gap 11 between the inner parts of the pole attachments 4 and the shaft 9 is filled with magnetic fluid 12. The magnet 1 and the outer parts of the pole hooks 3 form a removable magnetic system and are enclosed in a sleeve 13. The seal is equipped with two sleeves 13, one of which is made of nonmagnetic material, and the second - of magnetically. The non-magnetic sleeve is installed when the seal is in working condition, and the sleeve is made of magnetically conductive material when the seal is assembled and disassembled or during storage. The sleeve 13, made of a magnetically conductive material, has an annular groove 14, the depth of which determines the magnitude of the magnetic flux passing through the sleeve, and 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 полюсными приставками, состоящими из частей 3 и 4, подводится к зазору 11 между полюсными приставками и вращающимся валом 9. Концентраторы 10 внутренних частей полюсных приставок перераспределяют рабочий магнитный поток в зазоре 11, и поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 12 втягивается в зоны минимального зазора, где поле имеет максимальную напряженность, и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, определяемый намагниченностью магнитной жидкости и перепадом напряженности магнитного поля в зазоре 11 под концентратором 10. Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под концентраторами.Sealing works as follows. The permanent magnet 1 in the seal serves as a source of magnetic field. The magnetic flux created by it by pole consoles, consisting of parts 3 and 4, is led to the gap 11 between the pole consoles and the rotating shaft 9. Concentrators 10 of the inner parts of the pole consoles redistribute the working magnetic flux in the gap 11, and the field becomes sharply inhomogeneous. Magnetic fluid 12 is drawn into the zones of minimum clearance, where the field has maximum tension, and forms sealed plugs with increased internal pressure. Each magneto-liquid plug is capable of perceiving a pressure difference determined by the magnetization of the magnetic fluid and the difference in magnetic field strength in the gap 11 under the concentrator 10. The pressure difference held by the seal is determined by the sum of the drops of all magneto-liquid plugs under the concentrators.

В предлагаемом изобретении внутренние части 4 полюсных приставок жестко объединены между собой через немагнитную втулку 5 в единое целое, а также с корпусом 6 подшипникового узла. Получается одна неразъемная деталь, у которой посадочные поверхности подшипников и поверхности концентраторов 10 на полюсных приставках выполняются на токарном станке за одну установку. Это позволяет, по сравнению с известными уплотнениями (аналогами), повысить точность выполнения сопрягаемых поверхностей и их соосность, исключить из узла одно из имеющихся соединений сопрягаемых деталей (соединение между корпусом уплотнения и полюсными приставками) и при одних и тех же исходных параметрах более чем на треть повысить точность выполнения зазора и снизить эксцентриситет вала.In the present invention, the internal parts of the 4 pole consoles are rigidly combined with each other through a non-magnetic sleeve 5 into a single unit, as well as with the housing 6 of the bearing assembly. It turns out one integral part, in which the bearing surfaces of the bearings and the surfaces of the concentrators 10 on the pole attachments are performed on a lathe in one installation. This allows, in comparison with the known seals (analogues), to increase the accuracy of the mating surfaces and their alignment, to exclude from the assembly one of the existing joints of the mating parts (the connection between the seal housing and the pole attachments) and with the same initial parameters more than third increase the accuracy of the clearance and reduce the eccentricity of the shaft.

Кольцевой разрез 2 полюсных приставок позволяет повысить технологичность обслуживания уплотнения. Во-первых, упрощается сборка уплотнения. Перед монтажом уплотнения на вал съемная гильза 13, выполненная из магнитопроводящего материала, надевается на наружные части полюсных приставок и магнит 1. Магнитный поток системы замыкается через гильзу 13, после чего наружные части 3 полюсных приставок с магнитом, образующие съемную магнитную систему, без труда снимаются с неразборного узла, состоящего из внутренних колец 4 полюсных приставок, немагнитной втулки 5, корпуса подшипникового узла 6. Данный узел без магнитной системы легко монтируется на вал, т.к. отсутствуют силы магнитного притяжения. Через заправочные отверстия 7 в рабочий зазор 11 вводится магнитная жидкость 12, в отверстия ставятся заглушки 8. На неразборный блок надевается съемная магнитная система (магнит - наружные части полюсных приставок - гильза), после чего магнитопроводящая гильза 13 заменяется на немагнитную. В зазоре 11 создается рабочий магнитный поток, уплотнение готово к работе.An annular cross-section of 2 pole attachments makes it possible to increase the processability of servicing the seal. First, the assembly of the seal is simplified. Before mounting the seal on the shaft, a removable sleeve 13 made of magnetically conductive material is put on the outer parts of the pole attachments and magnet 1. The magnetic flux of the system is closed through the sleeve 13, after which the outer parts of the 3 pole arms with a magnet forming a removable magnetic system can be easily removed from a non-separable assembly consisting of inner rings of 4 pole attachments, a non-magnetic sleeve 5, a housing of a bearing assembly 6. This assembly without a magnetic system is easily mounted on the shaft, as there are no forces of magnetic attraction. Magnetic fluid 12 is introduced into the working gap 11 through the filling holes 7, and plugs 8 are inserted into the holes. A removable magnetic system is put on the non-separable block (magnet — the outer parts of the pole attachments — the sleeve), after which the magnetically conductive sleeve 13 is replaced with a non-magnetic one. In the gap 11 creates a working magnetic flux, the seal is ready for operation.

Более технологичным становится и процесс дозаправки уплотнения магнитной жидкостью. Иногда при эксплуатации уплотнения в технологическом оборудовании могут возникать аварийные режимы, когда давление повышается выше допустимого. Магнитожидкостное уплотнение пробивается, срабатывая как ограничительный клапан, при этом из зазора выбрасывается часть магнитной жидкости. Чтобы восстановить работоспособность уплотнения, выброшенную магнитную жидкость нужно компенсировать. В предлагаемом уплотнении для этого не требуется выполнять его полную разборку, достаточно, как было описано выше, удалить съемную магнитную систему и через заправочные отверстия 7 ввести в зазор магнитную жидкость 12, после чего возвратить магнитную систему на место.The process of refueling the seal with magnetic fluid also becomes more technologically advanced. Sometimes during operation of the seal in technological equipment, emergency conditions can occur when the pressure rises above the permissible level. A magneto-liquid seal breaks through, acting as a restriction valve, while part of the magnetic fluid is ejected from the gap. To restore seal performance, ejected magnetic fluid must be compensated. In the proposed seal, this does not require complete disassembly, it is enough, as described above, to remove the removable magnetic system and through the filling holes 7 to introduce the magnetic fluid 12 into the gap, and then return the magnetic system to its place.

В предлагаемом уплотнении более технологичен и процесс ревизии уплотнения, во время которой определяется состояние подшипников качения, отсутствие износа рабочих поверхностей и покрытий, производится замена магнитной жидкости. Демонтаж уплотнения, удаление старой магнитной жидкости, контроль и измерение параметров системы, последующая сборка и установка уплотнения намного упрощается, когда в устройстве отсутствует магнитное поле, т.к. магнитное поле препятствует удалению магнитной жидкости, притягивает и намагничивает измерительный инструмент, собирает на себя магнитный мусор, крепежный материал и т.д. Присутствие магнитного поля в зазоре уплотнения также препятствует свободному перемещению магнитной жидкости по зазору, что сказывается на качестве заправки.The proposed seal is more technologically advanced and the audit process of the seal, during which the state of the rolling bearings, the absence of wear of the working surfaces and coatings, is determined, the magnetic fluid is replaced. Dismantling the seal, removing the old magnetic fluid, monitoring and measuring system parameters, subsequent assembly and installation of the seal is much easier when there is no magnetic field in the device, as a magnetic field prevents the removal of magnetic fluid, attracts and magnetizes a measuring tool, collects magnetic debris, mounting material, etc. The presence of a magnetic field in the seal gap also prevents the free movement of magnetic fluid along the gap, which affects the quality of the charge.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить технологичность сборки, монтажа и обслуживания магнитожидкостных уплотнений.Thus, the present invention can significantly improve the manufacturability of the assembly, installation and maintenance of magnetic fluid seals.

Claims

Магнитожидкостное уплотнение вала, содержащее постоянный магнит, полюсные приставки, охватывающую их гильзу, магнитную жидкость в зазоре, подшипниковый узел, причем полюсные приставки жестко соединены между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла, а магнит и полюсные приставки заключены в съемную гильзу, отличающееся тем, что полюсные приставки выполнены составными и имеют кольцевой разрез на уровне наружной поверхности немагнитной втулки, при этом внутренние части полюсных приставок жестко соединены между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла, а наружные части полюсных приставок и магнит заключены в гильзу и образуют съемную магнитную систему, кроме этого внутренние части полюсных приставок и (или) немагнитная втулка имеют заправочные отверстия с заглушками. A magnetically liquid shaft seal containing a permanent magnet, pole attachments covering their sleeve, magnetic fluid in the gap, a bearing assembly, the pole attachments being rigidly interconnected through a non-magnetic sleeve and to the housing of the bearing assembly, and the magnet and pole attachments enclosed in a removable sleeve, characterized the fact that the pole consoles are made integral and have an annular cut at the level of the outer surface of the non-magnetic sleeve, while the inner parts of the pole consoles are rigidly connected between oh through the nonmagnetic sleeve and the housing of the bearing assembly and the outer portion of the pole-top boxes and the magnet are enclosed in a sleeve to form a removable magnetic system, except that the inner parts of the pole-top boxes and (or) the non-magnetic sleeve have filling openings with plugs.