МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 1994 года по МПК F16J15/40 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для герметизации вращающихся валов при передаче движения в газовые или жидкостные среды. Известно магнито-жидкостное уплотнение (МЖУ). В немагнитном корпусе указанного МЖУ установлен охватывающий вал, магнитный узел в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками. Для уменьшения вибрации вала в зоне уплотнителя в последний помещен подшипник скольжения, опирающийся наружной поверхностью в выточки, выполненные на торцовых поверхностях полюсных наконечников, и защищенный от влияния внешней среды ферромагнитной жидкостью (ФЖ), являющейся одновременно и смазкой подшипника.

Известно также МЖУ, содержащее два магнитных узла в виде постоянных магнитов осевого намагничивания с полюсными наконечниками, охватывающими вращающийся вал, ФЖ и подшипники скольжения, установленный между магнитными узлами.

В нем для обеспечения смазки подшипника ферромагнитной жидкостью торцовые поверхности полюсных наконечников, примыкающих к подшипнику, выполнены клинообразными или гиперболическими.

Недостатками указанного МЖУ являются низкая несущая способность подшипника, и ненадежная смазка подшипника.

Несущая способность подшипника определяется в соответствии с выражением
p= ·10^-5·d³(l/d)²·η·n, (1), где m - коэффициент, значение которого определяется посадкой вала в подшипнике;
d - диаметр вала;
l - длина подшипника;
η - динамическая вязкость масла - ФЖ;
n - частота вращения.

Как видно из (1), Р пропорциональна квадрату отношения l/d. Увеличение l/d возможно за счет увеличения длины подшипника l. Однако, максимальная величина l в МЖУ ограничена магнитными силами, которые втягивают ФЖ как смазку в зону трения. Необходимо учесть, что указанные силы незначительны, так как они создаются только потоками рассеивания в магнитной системе "вал - магнитные узлы" в зоне подшипника. Надежная смазка подшипника возможна только в случае принудительной подачи ФЖ, как смазки, в зону трения за счет неравномерного магнитного поля в осевом направлении. В указанном МЖУ неравномерное (градиентное) магнитное поле в зоне трения предлагается создавать за счет выполнения торцовых поверхностей полюсных наконечников, примыкающих к подшипнику, клинообразными или гиперболическими.

Однако, такое выполнение торцовых поверхностей полюсных наконечников приводит к появлению кольцевой пробки ФЖ между полюсными наконечниками на участке минимального расстояния между ними, которая препятствует поступлению ФЖ в зону трения. В случае, если минимальное расстояние между полюсными наконечниками равно или меньше толщины подшипника, принудительная подача ФЖ в зону трения за счет неравномерного (градиентного) магнитного поля исключена.

Цель изобретения - повышение несущей способности подшипника, а также надежности его смазки.

Поставленная цель достигается тем, что указанное МЖУ снабжено кольцевым магнитопроводом, установленным между внутренними полюсными наконечниками магнитных узлов и неподвижно соединенным с ними, а подшипник скольжения установлен между другими полюсными наконечниками магнитных узлов, образующих с валом рабочие зазоры. В нем поверхности внутренних полюсных наконечников, примыкающие к подшипнику скольжения, выполнены коническими с противоположным направлением вершин конусов.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого МЖУ.

МЖУ включает в себя два магнитных узла в виде постоянных магнитов 1 и 2 осевого намагничивания с полюсными наконечниками 3,4 и 5,6, магнитопровод 7, образующий неподвижные соединения с наконечниками 4 и 5, уплотняемый вал 8, подшипник 9 скольжения из антифрикционного материала, который центрируется по наружному диаметру в выточках полюсных наконечников 3 и 6, ФЖ 10 в рабочих зазорах и в зазоре между подшипником 9 и валом, а также кольцевой проточке-емкости 11 в середине подшипника.

Для создания неравномерного магнитного поля в рабочих зазорах б₁ и б₂ на полюсных наконечниках 3 и 6 выполнены кольцевые канавки. Для создания неравномерного магнитного поля в осевом направлении в зоне подшипника 9 поверхности полюсных наконечников 4 и 5, примыкающие к подшипнику, выполнены коническими и с противоположным направлением вершин конусов. Для обеспечения принудительной подачи ФЖ 10 из проточки-емкости 11 в зону трения под действием неравномерного магнитного поля в зоне подшипника 9 ширина кольцевой проточки-емкости 11 превышает ширину магнитопровода 7. Постоянные магниты 1 и 2 с полюсными наконечниками 3,4 и 5,6, магнитопровод 7, вал 8 и ФЖ 10 в уплотняемых зазорах б₁ и б₂ образуют замкнутую магнитную цепь, соответствующих потоку Ф на чертеже. Магнитная сила, возникающая в результате взаимодействия ФЖ 10 с полем постоянных магнитов 1 и 2, препятствует вытеканию ФЖ под действием перепада давления из зазоров б₁ и б₂. Величина этой силы зависит от магнитных характеристик ФЖ, индукции в зазорах б₁ и б₂ и пропорциональна градиенту магнитного поля в указанных зазорах.

Под действием неравномерного магнитного поля с осевом направлении ФЖ 10 принудительно поступает из проточки-емкости 11 в зону трения, обеспечивая надежную смазку подшипника 9. Это позволяет увеличить ресурс подшипника и уплотнения в целом.

Технико-экономический эффект предложенного технического решения в сравнении с прототипом заключается в повышении несущей способности подшипника, а также надежности его смазки. Несущая способность подшипника скольжения, как видно из (1), пропорциональна квадрату отношения l/d. Увеличение l/d возможно за счет увеличения длины подшипника l. В предлагаемом МЖУ длина подшипника составляет
L= l+2(l_п.м.+l_п.н), (2) где l - максимальная длина подшипника в прототипе, соответствующая расстоянию между магнитными узлами;
l_п.м. - длина постоянная магнита 1 (или 2);
l_п.н. - длина полюсного наконечника 4 (или 5).

Так как L>l, то несущая способность подшипника предлагаемого МЖУ значительно превосходит несущую способность подшипника в прототипе.

Надежная смазка подшипника возможна только в случае принудительной подачи ФЖ как смазки в зону трения за счет неравномерного магнитного поля в осевом направлении в зоне подшипника. В прототипе неравномерное магнитное поле предлагается создать за счет выполнения торцовых поверхностей полюсных наконечников, примыкающих к подшипнику, клинообразными или гиперболическими. Клинообразная форма образуется выполнением полюсных наконечников по наружному диаметру коническими. Однако такое выполнение торцовых поверхностей полюсных наконечников приводит к появлению кольцевой пробки ФЖ на участке минимального расстояния между ними, которая препятствует поступлению ФЖ в зону трения. В случае, если минимальное расстояние между полюсными наконечниками равно или меньше толщины подшипника, принудительная подача ФЖ в зону трения за счет неравномерного магнитного поля исключена.

В предлагаемом МЖУ поверхности внутренних полюсных наконечников, примыкающие к подшипнику скольжения, выполнены коническими с противоположным направлением вершин конусов. Это позволяет создать неравномерное магнитное поле в осевом направлении в зоне подшипника. Последнее, в свою очередь, обеспечивает принудительную подачу ФЖ в зону трения из проточки-емкости 11. Таким образом, в предлагаемом МЖУ осуществлена надежная смазка подшипника. Это позволяет увеличить ресурс подшипника и уплотнения в целом.

Использование: для герметизации вращающихся валов при передаче давления в газовые или жидкостные среды. Сущность изобретения: полюсные наконечники охватывают вращающийся вал. Подшипник скольжения установлен между магнитными узлами. Кольцевой магнитопровод установлен между внутренними полюсными наконечниками осевого намагничивания магнитных узлов, образующих с валом рабочие зазоры, заполненные ферромагнитной жидкостью. Поверхности внутренних наконечников, примыкающие к подшипнику скольжения, выполнены коническими с противоположным направлением вершин конусов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ, содержащее два магнитных узла в виде постоянных магнитов осевого намагничивания с полюсными наконечниками, охватывающих вращающийся вал, ферромагнитную жидкость и подшипник скольжения, установленный между магнитными узлами, отличающееся тем, что оно снабжено кольцевым магнитопроводом, установленным между внутренними полюсными наконечниками магнитных узлов и неподвижно соединенным с ними, а подшипник скольжения установлен между другими полюсными наконечниками магнитных узлов, образующих с валом рабочие зазоры. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что поверхности внутренних полюсных наконечников, примыкающие к подшипнику скольжения, выполнены коническими с противоположным направлением вершин конусов.