Комбинированное уплотнение

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК О 15 А 16 40 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(56) Авторское свидетельство СССРМ 653470, кл, Р 16 3 15/40, 1977,(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, 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 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 плотно- сти жидкости 22, 4 ил.10 Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации зазора между вращающимися относительно другдруга 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 радиально расположенными на наружной поверхности лопатками 2,. Кольцо 1 закреплено на валу 3. Вал 3, аыполненый 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 о 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 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 установлены в подшипниках ЗО и 31.Возможно выполнение уплотнения с конической насадкой 32 на подшипниках 30,31 и соответствующей ей конической поверхностью частей б 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,/ само части б 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;ценив вала 3 делится на две фазы, В первой фазе диапазон частоты вращения вала 3 варьируется от 0 до яь 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 о 26, т,е, часть вращательного момента передается кольцавому элементу, Степень взаимодействия жидкости 13 зависит от скорости ее движения в зазора и площади контакта,Следовательно, при вращении вала 3 на кольцевой элемент действуют силы со стороны жидкости 13 в нижнем зазоре (Рж), а также сила, обусловленная взаимодействием магнитной жидкости с магнитным слоем на валу 3 (Гф), Силы Рж и Еф вызывают вращение последнего в слу 1 ае, если Г+РфГтр, гда Рр - сила трения подшипников(Рп), плюс сила сопротивления жидкости 13 в верхнем зазоре (Рс) плюс силы взаимодействия магнитной жидкости. обусловливающей ае разогрев, на зубцах полюсных наконечников 10,11 и частях 5 и б кольцевого элемента, Центробежные силы Ел) 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 жид51015 20 30 40 45 50 когти 13 больше, и поршни начинают смеща гься: поршни 23,24 - из зазора, а поршни 25,26 - в зазор, что вызывает изменение Гж.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 Гтр и уменьшения Гж (величина Г 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 переключающего устройства заключается в обеспечении синхронного перемещения частей б и 7 кольцевого элемента в прстивоположных направлениях при определеннь:х частотах вращения кольцевого элемента ( щ) и вала 3( гос), при которьх обеспечивается герметизация уплотняющих зазоров центробежными силами в жидкости 13. Перемещение частей б и7 кольцевого элемента обеспечивает разгерметизацию верхнего и нижнего уплотняемых зазоров,Синхронность и противоположнонаправленность перемещения частей б 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.Под действием сил Гц части 6 и 7 кольцевого элемента смецаются от кольца 8. Магнитная жидкость на зубцах полюсных наконечников 10,11 и частей б 7 терметизирующая верхний и нижний зазор при смещении последних теряет свои гер,е,изируюпие свойства. Действительно, п.и их смещении зубцы располагаются над углублениями 4 на валу 3 и на кольцевом элемен 1 е, 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, высоой, равной разности уровней, возникающей в жидкости 13 при ее смещении (и), 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, Следовательно, верхний 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 в о, 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 б 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 13при 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 уг 1 поп яемые зазоры, заполненные магнитной жидкостью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цепью 5 повышения надежности уплотнения, Оноснабжено дополнительным кольцевым магнитом, упругим элементоф установленным между кОрпусом и Одни . из полюсных нако.нечников, пантографным устройством вь полненным в виде планок, установленныхна полюсных наконечниках и связанных между собой поворотными осями, а гакже кольцевым элементом с радиальными лопатками, установленным на валу, в корпусе 15 выполнен выступ со сквозным Осевым отверстием, связанным с полостью низкого давления, по торцам выступа установлены полюсные наконечники, а в Отверстии раз мещено пантографное устройство, ма;нить, 20 установлены на полюсных наконечниках свозможностью Осевого перемещения по выступу, при этом на валу выполнены кольцевые проточки, размещенные между и с внешних стОООн выступов полюсных накО нечников, а полость между пслюсным-:аконечниками заполнена жидкой средой,1695015 О Уаг. 1оставитель А.Бельцоваехред М.Моргентал Редактор С,Лиси М,Максимишине орре Тираж Подписнственного комитета по изобретениям и откр 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 каз 4148 ВНИИП иям при ГКНТ ССС о ул. Гагарина Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж