Магнитожидкостное уплотнение вала
Владельцы патента RU 2296903:
Щелыкалов Юрий Яковлевич (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина" (RU)
Перминов Максим Сергеевич (RU)
Перминов Сергей Михайлович (RU)
Изобретение предназначено для герметизации вращающихся валов в машиностроении. Магнитожидкостное уплотнение вала содержит кольцевую магнитную систему, охватывающую вал, включающую постоянный магнит и примыкающие к нему полюсные приставки с зубцами, образованными кольцевыми канавками, где зазор между зубцами и валом заполнен магнитной жидкостью. Вал имеет зубцы, аналогичные зубцам полюсных приставок как по форме, так и их образованию, причем зубцы полюсных приставок смещены в осевом направлении на половину зубового деления относительно зубцов на валу. Техническое решение позволяет повысить удерживаемый перепад давлений и надежность магнитожидкостных уплотнений. 4 ил.
Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может применяться в машиностроении для уплотнения вращающихся валов.
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. Его недостатком является невысокая удерживающая способность и надежность.
Известно магнитожидкостное уплотнение вала SU 653470. Уплотнение вала содержит постоянный магнит и установленные концентрично уплотняемому валу полюсные приставки, между которыми помещена магнитная жидкость. На обращенных друг к другу поверхностях полюсных приставок и вала выполнены канавки с двумя боковыми образующими в осевом сечении, причем выступы на валу расположены напротив выступов на полюсных приставках.
Недостатками уплотнения являются: невысокая удерживающая способность, следовательно, низкая надежность. Это обусловлено недостаточно эффективной формой рабочей зоны магнитожидкостного уплотнения.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении удерживающей способности магнитожидкостного уплотнения и его надежности. Это достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем кольцевую магнитную систему, охватывающую вал, включающую постоянный магнит и примыкающие к нему полюсные приставки с зубцами, образованными кольцевыми канавками, где зазор между зубцами и валом заполнен магнитной жидкостью, вал имеет зубцы, аналогичные зубцам полюсных приставок как по форме, так и их образованию, причем зубцы полюсных приставок смещены в осевом направлении на половину зубового деления относительно зубцов на валу.
На фиг.1 показана конструкция уплотнения, на фиг.2 - форма зубца и положение магнитожидкостных пробок в зазоре, на фиг.3 - положение магнитожидкостных пробок в зазоре известных уплотнений, на фиг.4 - графическое представление распределения напряженности магнитного поля в рабочем зазоре известного и предлагаемого уплотнений.
Уплотнение устроено следующим образом. В корпусе 1 установлен постоянный магнит 2 с примыкающими к нему полюсными приставками 3. На поверхностях полюсных приставок, обращенных к валу 4, расположены прямоугольные зубцы 5. На поверхности вала под полюсными приставками также расположены зубцы 6, аналогичные зубцам полюсных приставок как по форме, так и их образованию, причем зубцы полюсных приставок смещены в осевом направлении на половину зубового деления относительно зубцов на валу. Магнитная жидкость, введенная в рабочий зазор, образует отдельные магнитожидкостные пробки 7 (фиг.2), расположенные в области кромок зубцов.
Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 2 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток полюсными приставками 3 подводится к зазору между полюсными приставками и валом. Зубцы полюсов 5 и вала 6 перераспределяют магнитный поток в зазоре, и поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость втягивается магнитным полем в зоны, где поле имеет максимальную напряженность и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Зоны с максимальной напряженностью поля находятся между кромками зубцов полюсных приставок и вала. 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,
Нmax и Hmin - максимальная и минимальная напряженности магнитного поля на границах магнитожидкостной пробки в момент удержания ею максимального перепада давлений.
Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов давлений всех магнитожидкостных пробок под зубцами.
Если сравнить распределения напряженности магнитного поля в рабочих зазорах уплотнений (фиг.4), то увидим, что на каждое зубовое деление предлагаемого уплотнения, приходится два пика и два минимума напряженности магнитного поля, по сравнению с одним пиком и минимумом в прототипе. Поэтому в предлагаемом уплотнении под каждым зубцом образуется две магнитожидкостные пробки вместо одной, существующей в известных уплотнениях. Если шаг зубового деления в том и другом случае выполнить одинаковым, то удерживаемый перепад давлений практически удваивается по сравнению с прототипом.
Таким образом, предлагаемое магнитожидкостное уплотнение позволяет увеличить удерживаемый перепад давлений практически вдвое и тем самым повысить надежность уплотнения.
Магнитожидкостное уплотнение вала, содержащее кольцевую магнитную систему, охватывающую вал, включающую постоянный магнит и примыкающие к нему полюсные приставки с зубцами, образованными кольцевыми канавками, где зазор между зубцами и валом заполнен магнитной жидкостью, отличающееся тем, что вал имеет зубцы, аналогичные зубцам полюсных приставок как по форме, так и их образованию, причем зубцы полюсных приставок смещены в осевом направлении на половину зубцового деления относительно зубцов на валу.