Комбинированное уплотнение Советский патент 1991 года по МПК F16J15/43 

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике и может быть использовано для герметизации зазора между вращающимися относительно 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.З - разрез А-А на фиг.1,; на фиг,4 - выполнение поверхностей опор подшипников уплотнения коническими,

Уплотнение содержит кольцо 1 с ради- ально 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 эы- ступы 15,16 и осевые выступы 17 и 18, входящие с возможностью осевого перемещения в противоположных направлениях в отверстиях 19 кольца 8. В последнем выполнены радиальные отверстия 20, соединенные с отверстиями 19, и в них установлен подпружиненный поршень 21, а их подпор- шневая 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 выступами 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 б и 7 кольцевого элемента уста0 човлены в подшипниках 30 и 31.

Возможно выполнение уплотнения с комической насадкой 32 на подшипниках 30,3 i л соответствующей ей конической поверхностью частей 6 / 7 кольцевого злемен5 та.

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

0Кольцо 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

5Работа уплотнения заключается в следующем,

В зависимости от частоты вращение зала 3 делится на две фазы В первой фазе диапазон частоты вращения вала 3 вэрьиру0 ется от 0 цо Одз благодаря фиксации магнитных частей элементов 6 и 7 кольцевого элемента При вращении вала 3 лопатки 2 на кольце 1 взаимодействуют с жидкостью 13, вызывая ее циркуляцию в результате чего в

5 ней возникают центробежные силы располагающие ее по максимальному радиусу При циркуляции жидкость 13 взаимодействует с поверхностью ее контакта с кольцевым элементом и поршнями 25 и 26, т.е.

0 часть вращательного момента передается кольцевому элементу. Степень взаимодействия жидкости 13 зависит от скорости ее движения в зазоре и площади контакта Следовательно при врашении вала 3 на

5 кольцевой элемент действуют силы со стороны жидкости 13 в к ихнем зазоре (Рж), а также сила, обусловленная взаимодействием магнитной жидкости с магнитным слоем на валу 3 (Рф). Силы Fx и РФ вызывают вра0 щение последнего в случае, если Рж+Рф РТр, где Ртр - сила трения подшипников (Рп), плюс сила сопротивления жидкости 13 в верхнем зазоре (Fc) плюс силы взаимодействия магнитной жидкости обусловливающей

5 ае разогрев, на зубцах попюсных наконечников 10,11 и частях 5 и б кольцевого зле- мента. Центробежные силы (Рп) в жидкости 13 создают давление нд поршни 25 и 26, так хгк плотность жидкости 13 больше, чем жидкости 22, значит и центробежная сила жидкости 13 больше, и поршни начинают сме- ща гься: поршни 23,24 - из зазора, а поршни 25,26 - в зазор, что вызывает изменение Рж.

Варьируя величину площади 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 консфуктив- но заложить нужное соотношение скоростей вращения вала 3 и кольцевого элемента, что требуется от устройства регулирования частоты. Вращение кольцевого элемента вызывает циркуляцию жидкости 13 а верхнем зазоре в результате их взаимодействия. При уменьшении частоты вращения уплотнение раЬотает в обратной последовательности, т.е. частота вращения кольцевого элемента уменьшается вследствие воздействия на чего ГТр и уменьшения РЖ (величина Рж 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 Б жесткое зацепление с лопатками 2 кольца 1.

Работа перект «знающего устройства заключается в обеспечении синхронного перемещения частей б и 7 кольцевого элемента в противоположных направлениях при определенных частотах вращения кольцевого элемента ( (У/) и вала 3( сос), при которых 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 противоположнонап- равленность перемещения частей 6 и 7 обеспечивается благодаря зубчатой передаче (колесо 29 и планки 27,28) и фиксации кольца 8 подшипниками 14, Перемещение частей 6 и 7 происходит вдоль оси валаЗ под действием центробежных сил (Рц), 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.

Под действием сил Рц части 6 и 7 кольцевого элемента смещаются от кольца 8. Магнитная жидкость на зубцах полюсных

наконечников 10.11 и частей 6 герметизирующая верхний и нижний зазор при смещении последних теряет свои герме, изирующие свойства Действительно, при их смещении зубцы располагаются над углублениями 4 на валу 3 и на кольцевом элементе, т е зазор между зубцами и магкитопроеодящими поверхностями контакта магнитной жидкости увеличивается, что приведет к ослаблению сил магнитного взаимодействия, а значит и

0 к разгерметизации зазоров.

При разгерметизации зазоров жидкость 13 подвергается воздействию силы, обусловленной перепадом давления на их концах В результате она смещается в сторону

5 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 стремят0 ся разместить на одном радиусе вращения уровни жидкости в каждом конце зазоров, т.е центробежная сила кольца жидкости 13. высоки, равной разности уровней, возникающей в жидкости 13 при ее смещении (h),

5 должна компенсировать перепад давления на концах верхнего и нижнего зазоров. Значит поспе уравновешивания этих сил жидкость 13 прекращает свое перемещение из конца зазора с большим давлением в конец с

0 меньшим. Следовательно,верхний и нижний зазоры загерметизированы уже центробежными силами и жидкости 13, возникшими при ее циркуляции в зазоре. При уменьшении частоты вращения вала 3 скорость циркуляции

5 жидкости 13 уменьшается - разность уровней увеличивается. При частоте вращения вала 2, равной а) 0, части 6 и 7 кольцевого элемента начинают сближаться. При этом их магнитное взаимодействие в этих зазо0 pax увеличивается, что приводит к их герме- тизации магнитной жидкостью, т.е. уплотнение переходит в первую фазу работы. Удержание магнитной жидкости на зубцах 5 во второй фазе работы происходит при

5 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

0 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.

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

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 - раз- мещение 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 выстуг э- ми, образующими с валом уплотняемые зазоры, заполненные магнитной жидкостью отличающееся тем, что, с цепью

повышения надежное in уплотнения, оно снабжено дополнительные кольцевым магнитом, упругим элементом, установленным между корп/сом и одни: из полюсных наконечников, пантэграфным устройством вь полненным в виде платеж, установленных на полюсных наконечниках и связанных между собой поворотными осями, а ,экже кольцезым элементом с радиальными лопатками, установленным на валу, г корпусе

выполнен выступ со сквозным осены отверстием, связанном с полостью низкого давления, по торцам выступа установлены полюсные наконечники, а в отверстый размещено пантографное устройство ма-иигы

установлены на полюсных наконечниках с возможностью осевого теремещ ;ния по выступу, при этом на валу выполнены кольцевые пооточки, размещенные между и с внешних сторон выступов полюсных ьакопечников, s попость между пслюсны . - конечниками заполнена жидкой среден,

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

/5

Фиг, 2

Фиг 3 ю

Редактор С.Лисина

Составитель А.Бельцова Техред М.Моргентал

//

ФигЛ

Корректор М.Максимишинец