Магнитожидкостное уплотнение вала

Изобретение относится к уплотнительной технике. Магнитожидкостное уплотнение вала содержит немагнитный корпус и размещенную в нем кольцевую магнитную систему, состоящую из постоянного магнита и полюсных приставок, на поверхностях которых, обращенных к валу, выполнены кольцевые канавки. Зазор между полюсными приставками и валом заполнен магнитной жидкостью. На внешних и (или) торцевых поверхностях полюсных приставок выполнены кольцевые канавки, а между полюсными приставками и корпусом введена магнитная жидкость. Магнитожидкостное уплотнение позволяет отказаться от использования резиновых уплотнительных колец, тем самым упрощается конструкция узла, повышается технологичность сборки и надежность уплотнения. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может применяться в машиностроении для уплотнения вращающихся валов.

Известно магнитожидкостное уплотнение вала SU 631726. Уплотнение вала содержит установленный в корпусе кольцевой магнит с полюсными приставками, образующий с валом кольцевую полость под уплотняющую магнитную жидкость, причем на поверхности вала выполнены канавки, заполненные диамагнитным наполнителем. Его недостатком является невысокая надежность и низкая технологичность сборки, обусловленные использованием резиновых прокладок для ликвидации утечки уплотняемой среды между корпусом и магнитной системой.

Известно магнитожидкостное уплотнение вала SU 420836, содержащее немагнитный корпус, кольцевой постоянный магнит, полюсные приставки, на обращенных к валу поверхностях которых выполнены кольцевые канавки под диамагнитный наполнитель.

Недостатками уплотнения являются: невысокая надежность, низкая технологичность сборки. Это обусловлено тем, что для герметизации магнитной системы по корпусу используют резиновые кольца, которые сжимаются с определенным усилием во время сборки уплотнения. Сложность заключается в том, что для правильного сжатия резинового кольца канавка под кольцо должна быть строго определенной глубины и ширины и хорошо согласовываться с размерами кольца. Отклонение в размерах как резинового кольца, так и канавки ведет к потере герметичности уплотнения и системы в целом. Использование резиновых колец требует определенных навыков и опыта при сборке уплотнения, исключающих перекос и неравномерность сжатия резиновых колец. Применение резиновых колец ограничивает использование уплотнений при низких минусовых температурах из-за технических свойств резины. Использование резиновых колец имеет также временные ограничения.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности и технологичности сборки магнитожидкостного уплотнения.

Это достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем немагнитный корпус и размещенную в нем кольцевую магнитную систему, состоящую из постоянного магнита и полюсных приставок, в которых на поверхностях, обращенных к валу, выполнены кольцевые канавки, на внешних и (или) торцевых поверхностях полюсных приставок выполнены кольцевые канавки, а между полюсными приставками и корпусом введена магнитная жидкость.

На фиг.1а, б показаны варианты выполнения уплотнения, на фиг.2 - положение магнитной жидкости в рабочем зазоре уплотнения, на фиг.3 - графическое представление распределения напряженности магнитного поля на внешних поверхностях полюсных приставок с канавками и положение магнитной жидкости в зазоре между полюсными приставками и корпусом.

Уплотнение устроено следующим образом. В корпусе 1 установлен постоянный магнит 2 с примыкающими к нему полюсными приставками 3 (фиг.1). На поверхностях полюсных приставок, обращенных к валу 4, расположены зубцы 5. Каждый зазор между зубцом и валом заполнен магнитной жидкостью 6. Зубцы могут располагаться на поверхности полюсных приставок, на поверхности вала, на поверхностях полюсных приставок и вала. На наружных и торцевых поверхностях полюсных приставок выполнены кольцевые канавки 7. Между немагнитным корпусом и полюсными приставками введена магнитная жидкость 8 (фиг.3).

Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 2 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток можно разбить на две составляющие: рабочий магнитный поток и поток рассеяния. Рабочий магнитный поток полюсными приставками 3 подводится к зазору между полюсными приставками и вращающимся валом. Зубцы полюсов 5 перераспределяют рабочий магнитный поток в зазоре, и поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 6 втягивается под зубцы, где поле имеет максимальную напряженность и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, который определяется по формуле:

где μ₀ - магнитная постоянная,

М - намагниченность магнитной жидкости,

Н - напряженность магнитного поля в зазоре,

Н_max и H_min - максимальная и минимальная напряженности магнитного поля на границах магнитожидкостной пробки в момент удержания ею максимального перепада давлений (фиг.2).

Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под зубцами.

Через наружные и торцевые поверхности полюсных приставок проходит поток рассеяния. Он примерно на порядок меньше, чем рабочий магнитный поток. Кольцевые канавки на наружных и торцевых поверхностях полюсных приставок приводят к перераспределению потоков рассеяния по поверхности. В канавках магнитное поле имеет меньшую напряженность, на выступах между канавками - более высокую. Кроме этого на каждой кромке канавок наблюдается всплеск напряженности магнитного поля (фиг.3). Магнитная жидкость, находящаяся в зазоре между немагнитным корпусом и полюсными приставками втягивается в зоны с повышенной напряженностью поля около кромок канавок и образует магнитожидкостные пробки, которые работают по такому же принципу, как и магнитожидкостные пробки в рабочем зазоре. Потоки рассеяния значительно меньше рабочего магнитного потока, и напряженность магнитного поля около кромок канавок на наружных поверхностях полюсных приставок ниже, чем под зубцами в рабочем зазоре, но суммарная удерживающая способность магнитожидкостных пробок оказывается достаточной для герметизации зазора по корпусу благодаря тому, что пробки работают в статическом режиме, а зазор между полюсными приставками и корпусом примерно на порядок меньше, чем рабочий зазор (обычно применяется скользящая посадка деталей). Поэтому эти магнитожидкостные пробки успешно герметизируют зазор между полюсными приставками и немагнитным корпусом и устраняют утечку уплотняемой среды.

Следует отметить, что для герметизации зазора между магнитной системой и корпусом магнитной жидкостью не приходится дополнительно перераспределять поток магнита, уменьшать рабочий и увеличивать поток рассеяния, а используется исключительно существующий поток рассеяния.

Предлагаемое магнитожидкостное уплотнение позволяет отказаться от использования резиновых уплотнительных колец, тем самым упрощается конструкция узла, повышается технологичность сборки и надежность уплотнения.

Магнитожидкостное уплотнение вала, содержащее немагнитный корпус и размещенную в нем кольцевую магнитную систему, состоящую из постоянного магнита и полюсных приставок, в которых на поверхностях, обращенных к валу, выполнены кольцевые канавки, отличающееся тем, что на внешних и (или) торцевых поверхностях полюсных приставок выполнены кольцевые канавки, а между полюсными приставками и корпусом введена магнитная жидкость.