Комбинированное уплотнение

 

Изобретение м.б. использовано для герметизации вращающихся валов при наличии перепада давления. изобретения - повышение надежности комбинированного уплотнения за счет исключения нагрева магнитной жидкости выше определенного значения при высоких скорое-ях вращения приводных элементов. В корпусе установлен магнитный узел в виде кольцевого магнита 12 с полюсными наконечниками 10,11. Кольцевой элемент из магнитного материала установлен в подшипниках между узлом 10 9 и валом 3 и образует своими выступами (концентраторами магнитного поля) с валом 3 и выступами наконечников 10,11 уплотняемые зазоры. Элемент связан с валом через переключающее устройство. Элемент выполнен из частей 6,7 с радиальными и осевыми выступами 15,16,17,18. Вал 3 выполнен с немагнитными вставками, размещенными между зубцами 5. На элементе выполнены выступы, расположенные напротив выступов наконечников 10,11. Переключающее устройство выполнено в виде кольца с лопатками 9. В кольце выполнены радиальные отверстия 20, в к-рых размещен подпружиненный поршень 21, образующий подпоршневую полость, заполненную жидкостью 22, сообщенные с полостью между выступами 17.18. Полость, образованная выступами 15,16 и кольцом, заполнена жидкостью 13, плотность к-рой больше плотности жидкости 22. 4 ил п11 р,рг л t О ю ся о СП г з 25

союз советских сОциАлистических

РЕСПУБЛИК

ГосудАРственный комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4474923/29 (22) 17.08.88 (46) 30.11.91, Бюл. % 44 (75) И.В. Щур (53) 62-762(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 653470, кл, F 16 J 15/40, 1977. (54) КОМБИНИРОВАННОЕ УПЛОТНЕНИЕ (57) Изобретение м.б, использовано для герметизации вращающихся валов при наличии перепада давления. Цель изобретения— повышение надежности комбинированного уплотнения за счет исключения нагрева магнитной жидкости выше определенного значения при высоких скоростях вращения приводных элементов, B корпусе установлен магнитный узел в виде кольцевого магнита 12 с полюсными наконечниками 10,11.

Кольцевой элемент из магнитного материала установлен в подшипниках между узлом, SU 1695015 А1 (я)з F 16 J 15/40 и валом 3 и образует своими выступами (концентраторами магнитного воля) с валом 3 и выступами наконечников 10,11 уплотняемые зазоры. Элемент связан с валом через переключающее устройство. Элемент выполнен из частей 6,7 с радиальными и осевыми выступами 15,16,17,18. Вал 3 выполнен с немагнитными вставками, размещенными между зубцами 5. На элементе выполнены выступы, расположенные напротив выступов наконечников 10,11. Переключающее устройство выполнено в виде кольца с лопатками 9. В кольце выполнены радиальные отверстия 20, в к-рых размещен подпружиненный поршень 21, образующий подпоршневую полость, заполненную жидкостью 22, сообщенные с полостью между Я выступами 17,18. Полость, образованная выступами 15,16 и кольцом, заполнена жидкостью 13, плотность к-рой больше плотности жидкости 22, 4 ил.

-д

1695015

30

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации зазора между вращающимися относител ьно друг друга деталями машин и механизмов при наличии перепада давления, в частности для уплотнения валов.

Целью изобретения является повышение надежности в работе уплотнения путем исключения нагрева магнитной жидкости выше определенного значения при высоких скоростях вращения приводных элементов, На фиг,1 изображено комбинированное уплотнение, разрез; на фиг,2 — то же, при отключенном магнитожидкостном уплотнении; на фиг.3 — разрез А-А на фиг,1,; на фиг,4 — выполнение поверхностей опор подшипников уплотнения коническими, Уплотнение содержит кольцо 1 с радиально расположенными на наружной поверхности лопатками 2, Кольцо 1 закреплено на валу 3. Вал 3, выполненый из магнитного материала, имеет по обе стороны от кольца

1 по паре кольцевых углублений 4, заполненных немагнитным материалом (например; медь, полимер и т,д.), Расстояние между углублениями 4 равно расстоянию между вершинами соответствующей пары выступов — концентраторов магнитного поля — зубцов 5 кольцевого элемента, состоящего из двух частей 6 и 7 из магнитного материала, расположенных по обе стороны относительно кольца 1 и кольца 8.

Кольцо 8 имеет радиальные лопатки 9 и размещено в полости между полюсными наконечниками 10 и 11 магнита 12, заполненной жидкостью 13 между упорными подшипниками 14. На частях 6 и 7 кольцевого элемента, выполнены радиальные выступы 15,16 и осевые выступы 17 и 18, входящие с воэможностью осевого перемещения в противоположных направлениях в отверстиях 19 кольца 8. Б последнем выполнены радиальные отверстия 20, соединенные с отверстиями 19, и в них установлен подпружиненный поршень 21, а их подпоршневая полость заполнена жидкостью 22.

Кольцевой элемент образует с выступами полюсных наконечников 10 и 11, валом 3 зубцами выступов 15 и 16 уплотняемые верхние и нижние зазоры, заполненные магнитной жидкостью.

В выступах 15 и 16 кольцевого элемента выполнены соединяющиеся между собой отверстия с установленными в них подпружиненными поршнями 23 и 24 и поршнями

25 и 26 в виде стержневых магнитов, заполненные жидкостью 22, Полость, образованная выступ-ми 15 и

16 и кольцом 8, заполнена жидкостью 13, плотность которой больше плотности жидкости 22, Выступы 17 и 18 имеют планки 27 и 28 с зубцами, находящимися в зацеплении с зубцами зубчатого колеса 29. Планки 27 и 28 расположены по разные стороны от колеса

29, насаженного на ось, которая крепится к кольцу 8, Части 6 и 7 кольцевого элемента установлены в подшипниках 30 и 31.

Возможно выполнение уплотнения с конической насадкой 32 на подшипниках

30,3 t и соответствующей ей конической поверхностью частей 6 и 7 кольцевого элемента.

Подпружиненные поршни 23,24 и магнитные поршни 25,26 с жидкостью 13 и 22 образуют устройство редуцирования частоты вращения кольцевого элемента.

Кольцо 8, кольцевые уплотнения 4 на валу 3 и частях б и 7 кольцевого элемента.

/ сами части 6 и 7, поршни 21 с жидкостями

13 и 22 образуют переключающее устройство фаз работы уплотнения.

Работа уплотнения заключается в следующем, В зависимости от частоты вра;цение вала 3 делится на две фазы, В парвс фазе диапазон частоты вращения вала 3 варьируется от 0 до fig благодаря фиксации магнитных частей элементов б и 7 кольцевого элемента. При вращении валя 3 лопатки 2 на кольца 1 взаимодействуют с жидкостью 13, вызывая ее циркуляцию. в результате чего в ней возникают центробежные силы. располагаю.циа ее по максимальному радиусу, При циркуляции жидкость 13 взаимодействует с поверхностью ее контакта с кольцевым элементом и поршнями 25 и 26, т,е. часть вращательного момента передается кольцавому элементу. Сгепень взаимодействия жидкости 13 зависит от скорости ее двих<ения в зазора и площади контакта, Следовательно, при вращении вала 3 на кольцевой элемент действуют силы со стороны жидкости 13 в нижнем зазоре (F®), а также сила, обусловленная взаимодействием магнитной жидкости с магнитным слоем на валу 3 (Гф). Силы Р,» и Fy вызывают вращение последнего в случае, если Р><+Fy >

Fyp, гда Fyp — сила трения подшипников(гп), плюс сила сопротивления жидкости 13 в верхнем зазоре (Fc) плюс силы взаимодействия магнитной жидкости. обусловливающей ае разогрев, на зубцах полюсных наконечников 10,11 и частях 5 и б,<ольцевого элемента. Центробежные силы (F ) в жидкости

";3 создают давление на г;оршни 25 и 26, так как плотность жидкости 13 бол ьше, чем жидкости 22, значит и центробежная сила жид5

20

50 когти 13 больше, и поршни начинают смеща гься: поршни 23,24 — из зазора, а поршни

25,26 — в зазор, что вызывает изменение F®.

Варьируя величину плогцади поверхности контакта кольцевого элемента и поршней 24 и 25 с жидкостью 13, радиальное расстояние между ними, отношение плотности жидкостей 22 и 13, а также жесткость пружин поршней 23,24, можно конструктивно заложить нужное соотношение скоростей вращения вала 3 и кольцевого элемента, что требуется от устройства регулирования частоты. Вращение кольцевого элемента вызывает циркуляцию жидкости

13 в верхнем зазоре в результате их взаимодействия. При уменьшении частоты вращения уплотнение работает в обратной последовательности, т.е. частота вращения кольцевого элемента уменьшается вследствие воздействия на него Frp и уменьшения

F® (величина F® пропорциональна частоте вращения вала 3). Жесткость пружин поршней 23,24 такова, что при частоте вращения вала 3, не обеспечивающей в жидкости 13 необходимых центробежных сил для герметизации зазора, они выдвигают поршни 25 и 26, приводя их в жесткое зацепление с лопатками 2 кольца 1, Работа переклю- ающего устройства заключается в обеспечении синхронного перемещения частей б и 7 кольцевого элемента в прстивополож,blx направлениях при определеннь:х частотах вращения кольцевого элемента (са) и вала 3(в,), при которь|х обеспечивается герметизация уплотняющих зазоров центробежными силами в жидкости 13. Перемещение частей 6 и

7 кольцевого элемента обеспечивает разгерметизацию верхнего и нижнего уплотняемых зазоров.

Синхронность и противоположнонаправленность перемещения частей -6 и 7 обеспечивается благодаря зубчатой передаче (колесо 29 и планки 27,28) и фиксации кольца 8 подшипниками 14, Перемещение частей б и 7 происходит вдоль оси вала 3 под действием центробежных сил (Гц), возникающих в жидкости 13 при ее циркуляции, которые воздействуют также на поршень

21, так как плотность жидкости 13 больше, чем у жидкости 22, то результирующая центробежных сил направлена к оси вращения вала 3. Масса поршня 21 такова, что его центробежная сила меньше результирующей центробежных сил жидкостей 13 и 22, минус сила пружины, подпружинивающей поршень 21.

Пад действием сил Гц части 6 и 7 кольцевого элемента смецаются от кольца 8.

Магнитная жидкость на зубцах полюсных наконечников 10.11 и частей 6.7 герметизирующая верхний и нижний зазор при смещении последних теряет свои repr r.-,i зируюн ие свойства. Действительно, п .и их с -;ещении зубцы располагаются над углублениями 4 на валу 3 и на кольцевом элемен1е, т.е. зазор между зубцами и магнитопроводящими поверхностями контакта магнитной жидкости увеличивается, что приведет к ослаблению сил магнитного взаимодействия, а значит и к разгерметизации зазоров, При разгерметизации зазоров жидкость

13 подвергается воздействию силы, обусловленной перепадом давления на их концах, В результате она смещается в сторону меньшего давления, т.е. уровень жидкости

13 на концах верхнего и нижнего зазоров со стороны большего давления уменьшается, а на противоположных концах увеличивается.

Центробежные силы в жидкости 13 стремятся разместить на одном радиусе вращения уровни жидкости в каждомл конце зазоров, т.е центробежная сила кольца жидкости 13, высо i ой, равной разности уровней, возникающей в жидкости 13 при ее смещении (h), должна компенсировать перепад давления на концах верхнего и нижнего зазоров. Значит после уравновешивания этих сил жидкость 13 прекращает свое перемещение из конца зазора с большим давлением в конец с меньшим, СледователbHG,âeðõíèé и нижний зазоры загерметизированы уже центробежными силами в жидкости 13, возникшими при ее циркуляции в зазоре. При уменьшении частоты вращения вала 3 скорость циркуляции жидкости 13 уменьшается — разность уровней увеличивается. При частоте вращения вала 2, равной N <, части б и 7 кольцевого элемента начинают сближаться. При этом их магнитное взаимодействие в этих зазорах увеличивается, что приводит к их герметизации магнитной жидкостью, т,е, уплотнение переходит в первую фазу работы,.удержание магнитной жидкости на зубцах 5 во второй фазе работы происходит при помощи поршней 25 и 26, В случае выполнения уплотнения с конусообразными насадками 31,32 и коническими поверхностями на частях 6 и 7 кольцеообразного элемента, она работает аналогично указанному, с той лишь разницей, что при переходе во вторую фазу работы кольцевой элемент теряет контакт с подшипниками 30,31 вследствие осевого смещения частей 6 и 7.

Фиксация кольцевого элемента от радиальных смещений обеспечивается работой инерционного гидроподшипника, функционирование которого обусловлено возникновением центробежных сил в жидкости 13

1б95015

9 при ее циркуляции в верхнем и нижнем зазорах. Действительно, при смещении кольцевого элемента, например, под действием силы тяжести, в радиальном направлении в зазорах происходит перераспределение жидкости 13. В верхнем зазоре часть жидкости 13 перемещается в сторону меньшего радиуса. Но центробежные силы в жидкости препятствуют этому перемещению, т.е, кольцевого элемента, Даже если несоосность его и вала 3 существовала, то (так как по условию средняя удельная плотность кольцевого элемента меньше, чем плотность жидкости 13), он под действием центробежных сил в жидкости 13, также стремится занять соосное с валом 3 положение, т.е. работает эффект центрифуги — размещение тел с меньшей удельной плотностью по отношению к жидкости, в которой они взвешены, по минимальному радиусу относительно оси их совместной циркуляции, Формула изобретения

Комбинированное уплотнение, содержащее размещенный в корпусе кольцевой магнит и полюсные наконечники с выстугами, образующими с валом уплотняемые зазоры, заполненные магi;èTHoé жидкостью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

5 повышения надежности уплотнения. сНо снабжено дополнительным кольцевым магнитом, упругим элементо. „установленным между кОрпycovi и Одни . из пол косных наконечников, пантографным устройством. вь-10 полненным в виде пла Io, установленных на полюсных наконечниках и связанных между собой поворотными осями, а чакже кольцевым элементом с радиальными лопатками, установленным на валу, í корпусе

15 выполнен выступ со сквозным Осевым отверстием, связанным с полостью низкого давления, по-торцам выступа установлены полюсные наконечники, а в GTBQpcTNB p83мещено пантографное уcTpoAcTBG, ма; I (èibI

20 установлены на полloсiых нàKoHc÷íèêàx с возможностью Осевого переме..цения по выступу, при этом на валу выполнены кольцевые проточки, размещенные между и с

ВНЕШНИХ CTOPOH BbfCT!!ПОВ ПОЛЮС !ЫХ НЯКО25 нечников, а полость между полюсным ...-:аконечниками заполнена жидкой средой, 169501Г) п8 5

10 с:э

Составитель А. Бельцова

Техред М.Моргентал Корректор M.Ìàêcèìèmèíåö

Редактор С,Лисина

Заказ 4148 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101