Магнитожидкостное уплотнение

 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения вращающихся валов, работающих в условиях перепада давления. Целью изобретения является повышение надежности уплотнения за счет организации направленного движения магнитной жидкости. На внутренней поверхности немагнитной межполосной втулки 4 выполнен кольцевой выступ 5, уменьшающийся по высоте к торцам втулки, а в магнитопроводной втулке 7 выполнены торовые полости 8 и 9, разделенные кольцевым выступом 10, расположенным напротив выступа 5 и совпадающим с ним по форме.На торсвых поверхностях втулки 7 вьтолнены винтовые канавки 11 с направлением нарезки от выступа 10. При вращении вала 6 магнитная жидкость, находящаяся в полости между втулками 4 и 7, под действием центробежной силы отбрасывается в сторону втулки 4, а винтовые канавки 11 организуют движение магнитной жидкости в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения вала 6. В результате при вращении вала магнитная жидкость закручивается в вихревой диполь, который служит дополнительным динамическим уплотнением к уплотнению, создаваемому магнитными силами. 2 з.п, ф-лы, 1 ил. i ел

„„SU„„1372137 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5Н 4 F)6 J 15/40 aCr !14 q.. " Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4128213/40-08 (22) 01.08.86 (46) 07.02.88. Бюл. У 5 (71) П.Н.Назаров, А.П.Сизов и Ю.С.Шарыгин (53) 62-762 (088.8) (56) Патент США У 4486026, кл, 27780, 1984.

Авторское свидетельство СССР

9 368434, кл. F )6 J )5/40, !970.

I (54) МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ (57) Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения вращающихся валов, работающих в условиях перепада давления. Целью изобретения является повышение надежности уплотнения за счет органиэации направленного движения магнитной жидкости. На внутренней поверхности немагнитной межполосной втулки 4 выполнен кольцевой выступ 5, уменьшающийся по высоте к торцам втулки, а в магнитопроводной втулке 7 выполнены торовые полости 8 и 9, разделенные кольцевым выступом

)О, расположенным напротив выступа 5 и совпадающим с ним по форме.На торо-— вых поверхностях втулки 7 выполнены винтовые канавки 1) с направлением нарезки от выступа 10. При вращении вала 6 магнитная жидкость, находящаяся в полости между втулками 4 и 7, под действием центробежной силы отбрасывается в сторону втулки 4, а винтовые канавки 11 организуют движение магнитной жидкости в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения вала 6. В результате при вращении вала магнитная жидкость закручивается в вихревой диполь, который служит дополнительным динамическим уплотнением к уплотнению, создаваемому магнитными силами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил °

1372137

Изобретение относится к уплотнительной технике и предназначено для уплотнения вращающихся валов машин и механизмов, работающих в условиях

5 перепада давления.

Целью изобретения является повышение надежности уплотнения эа счет организации направленного движения магнитной жидкости.

На чертеже показано уплотнение, разрез.

Магнитожидкостное уплотнение содержит установленный в корпусе 1 кольцевой, например, ферритобариевый магнит 2 с полюсными наконечниками 3.

Между наконечниками 3 установлена немагнитная межполюсная втулка 4, имеющая в центральной части кольцевой выступ 5, уменьшающийся по высоте к 20 торцам втулки 4, вершина которого направлена в сторону вала 6, а на валу 6 установлена магнитопроводная втулка 7, которая может быть выполнена разъемной (для удобства ее монта- 25 жа на валу) . Во втулке 7 выполнены торовые полости 8 и 9, разделенные кольцевым выступом 10, расположенным напротив выступа 5 втулки 4. На торовых поверхностях полостей 8 и 9 вы- 30 полнены винтовые канавки 11 с направлением нарезки от выступа 10. На цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки 7, напротив полюсных наконечников 3, выполнены выступы 12 для повышения градиента магнитного поля по периферии уплотнения. Для образования устойчивого вихревого диполя при минимально возможных скоростных режимах диаметр выступа 5 не- 40 магнитной втулки 4 может быть выполнен меньшим, чем наружный диаметр магнитопроводной втулки 7.

Магнитожидкостное уплотнение работает следующим образом.

После сборки уплотнения и установки его в корпус возникает магнитный поток, замыкающийся через зазоры между полюсными наконечниками 3 и выступамш 12 магнитопроводной втулки 7.

Зазоры и полость, образованная втулками 4 и 7, через заправочные каналы заполняются магнитной жидкостью.

Объем ее в полостях 8 и 9 составляет

607 от общего ее объема в уплотнении.

Магнитная сила, возникающая в результате взаимодействия магнитной жидкости с магнитным потоком, удерживает внешний перепад давлений при неподвижном вале. При вращении вала магнитная жидкость, находящаяся в полости между, втулками 4 и 7, под действием центробежной силы отбрасывается в сторону неподвижной немагнитной втулки 4, а винтовые канавки ll организуют движение магнитной жидкости в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения вала 6. В результате при вращении вала 6 магнитная жидкость закручивается в вихревой диполь, который служит дополнительным динамическим уплотнением к обычным магнитным силам. Закрутка-от угловой скорости, направленной по оси вращения вала, дает импеллерный эффект, а дополнительная закрутка в ортогональной плоскости дает вихревой эффект, который в сумме приблизительно в 2 раза превышает эффект одного импеллера.

Сила, с которой вихревой диполь прижимается к неподвижной стенке, определяется иэ формулы

1 где ш — масса жидкости, вовлекаемая в вихревое движение, R — радиус уплотняемого вала, Я, — частота вращения жидкости относительно оси вала, r — - радиус вихревого диполя;

4, — частота вращения жидкости относительно оси, перпендикулярной оси вала, зависящая от шага нарезки винтовых канавок.

Таким образом, вихревой диполь способен удерживать перепад давлений, равный

ДР = где S — площадь зазора с торцовой стороны уплотнения, определяемая по формуле

S=й (R,— R), где Р, — наружный радиус магнитопроводной втулки;

R - внутренний радиус полюсных наконечников.

При малых линейных скоростях (6-8 м/с) уплотнение работает только за счет магнитных сил. В интервале скоростей 0-8 м/с удерживаемый перепад давлений несколько падает в связи с тем, что при повышении частоты вращения вала ухудшаются магнитные свойства жидкости, а устойчивого вих1372137

Составитель А. Бельцова

Редактор 11.Лазаренко Техред М. Ходанич

Корректор В. Гирняк

Заказ 468/31 Тираж 784

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, ° 4 ревого движения не происходит, При скорости порядка 8 м/с начинают формироваться вихри, энергия которых пропорциональна квадрату скорости. В интервале скоростей 30-100 м/с наблюдается интенсивный рост удерживаемого перепада давлений магнитожидкостным уплотнением в связи с тем, что возрастает энергия вихревого диполя и темп нарастания удерживаемого перепада давлений составляет

0,0015 МПа/(м/с).

Максимальной величины удерживаемого перепада давлений, равной 6Р 15

1,9 МПа, предлагаемое магнитожидкостное уплотнение достигает при линейных скоростях, равных порядка

130 м/с, в связи с тем, что образуется система противонаправленных вихрей, внутри которой отсутствует перемешивание, а сами они обладают свойствами твердого тела. Затем эффективность уплотнения падает из-за преобладания гидравлических потерь над 25 эффективностью вихревого течения, Создание на периферии уплотнения в уплотняемом зазоре большой неравномерности магнитного поля путем выполнения зубцов на поверхности, обращенной к полюсным наконечникам, приводит к большой концентрации феррофаэы под выступами 12 при вращении вала 6, т.е. к ее расслоению. Однако в связи с тем, что организуется на35 правленное движение магнитной жидкости, происходит постоянное вымывание ее из-под зубцов свежим потоком и, таким образом, выравнивание концентрации ее как под выступами, так и ва ! всем объеме уплотнения, что существенно увеличивает ресурс уплотнения.

Формула изобретения

1. Магнитожидкостное уплотнение, содержащее установленный в корпусе кольцевой магнит с полюсными наконечниками, образующими рабочий зазор с магнитопроводной втулкой, размещенной на валу, заполненный магнитной жидкостью, и немагнитную втулку между полюсными наконечниками, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности уплотнения, на внутренней поверхности немагнитной втулки выполнен кольцевой выступ, уменьшающийся по высоте к торцам втулки, а на наружной поверхности магнитопроводной втулки выполнено кольцевое уплотнение в виде двухторовых полостей, разделенных выступом, совпадающим по форме с упомянутым и расположенным напротив него, при этом на торовых поверхностях углубления выполнены винтовые канавки с направлением нарезки от выступа, а на наружной поверхности магнитопроводной втулки по обе стороны от торовых полостей напротив полюсных наконечников выполнены кольцевые выступы.

2. Уплотнение по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что поверхности выступов немагнитной и магнитопроводной втулок от вершины к основанию выполнены по вогнутой кривой.

3. Уплотнение по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что диаметр выступа немагнитной втулки меньше наружного диаметра магнитопроводной втулки.