МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ Российский патент 2003 года по МПК F16J15/43 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения валов машин, аппаратов и насосов химической, лакокрасочной и других отраслей промышленности.

Известно магнитожидкостное уплотнение (МЖУ)[SU 1227885, 30.04.1986], содержащее немагнитный корпус, фланец, закрепленную на валу втулку и немагнитный плавающий стакан, внутри которого расположен магнитный узел. Плавающий стакан образует одной своей торцевой поверхностью подвижный герметичный контакт с антифрикционным вкладышем аксиально-подвижного кольца. При радиальных смещениях вала вместе с ним смещается и плавающий стакан, проскальзывая по антифрикционному вкладышу, тем самым компенсируется биение вала. Недостатком этого МЖУ является то, что нижний подшипник, обеспечивающий рабочий зазор МЖУ, находится в контакте с уплотняемой средой или ее парами, что может привести к быстрому разложению или вымыванию смазки подшипника. При этом подшипник быстро износится, нарушится рабочий зазор МЖУ и произойдет его разгерметизация.

Наиболее близким к предлагаемому является МЖУ SU 1227884, 30.04.1986, содержащее установленный в корпусе магнитный узел в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками, втулку вала, жестко и герметично установленную на ней промежуточную втулку, размещенную между втулкой вала и магнитным узлом и подшипниковую опору. При этом втулка вала установлена в стойке привода через вторую подшипниковую опору. Именно эта опора воспринимает основную нагрузку от радиальных биений вала, вследствие чего подшипник быстро изнашивается, и происходит разгерметизация МЖУ вследствие касания полюсных наконечников наружной поверхности промежуточной втулки. Кроме того, такая схема расположения подшипников, обеспечивающих рабочий зазор МЖУ, имеет недостаток, состоящий в том, что крайне сложно обеспечить соосность промежуточной втулки и полюсных наконечников, т.к. у этих деталей нет общей базовой поверхности. А при плохой соосности полюсных приставок и промежуточной втулки критический перепад давлений МЖУ резко уменьшается, вследствие того, что рабочий зазор по окружности промежуточной втулки становится неравномерным и появляется азимутальная составляющая градиента магнитного поля. При этом там, где зазор наибольший, магнитное поле ослабляется и пробой магнитожидкостной пробки идет именно в этом месте. Снижение критического перепада давлений и появление азимутальной составляющей градиента магнитного поля приводит к значительному снижению работоспособности МЖУ.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности МЖУ путем исключения неблагоприятного воздействия уплотняемой среды и силового воздействия радиальной механической нагрузки от биения уплотняемого вала на подшипниковую опору, а также обеспечения равномерности рабочего зазора по окружности.

Технический результат достигается тем, что МЖУ, содержащее установленный в корпусе магнитный узел в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками, магнитную жидкость в уплотняемом зазоре, втулку вала, герметично установленную на валу, промежуточную втулку, размещенную между валом и магнитным узлом и подшипниковую опору, согласно изобретению корпус магнитожидкостного уплотнения выполнен составным как минимум из двух частей, соединенных друг с другом через подшипниковую опору, охватывающую магнитный узел и установленную симметрично относительно полюсных наконечников, а промежуточная втулка жестко соединена с одной из частей составного корпуса, при этом втулка вала соединена с валом и вращающейся частью составного корпуса с возможностью радиальных и угловых перемещений. Кроме того, фланец корпуса выполнен с возможностью радиальных и угловых перемещений.

Выполнение корпуса составным и установка подшипниковой опоры между его составными частями обеспечивает равномерность рабочего зазора, заполненного магнитной жидкостью, по окружности промежуточной втулки. А установка подшипниковой опоры на наружной поверхности магнитного узла симметрично относительно полюсных наконечников, во-первых, исключает неблагоприятное воздействие на нее уплотняемой среды и, во-вторых, максимально снижает влияние собственного боя подшипниковой опоры на равномерность рабочего зазора МЖУ, что позволяет получить достаточную точность уплотняемого зазора, используя одну подшипниковую опору вместо традиционных двух. Жесткое соединение промежуточной втулки с одной из частей составного корпуса позволяет обеспечить соосность промежуточной втулки и полюсных наконечников, а соответственно, и равномерность рабочего зазора, поскольку в этом случае они имеют общую базовую поверхность. Соединение втулки вала с валом и вращающейся частью составного корпуса с возможностью радиальных и угловых перемещений предотвращает воздействие радиальной механической нагрузки от биений вала на подшипниковую опору МЖУ, что увеличивает ресурс работы подшипниковой опоры и, соответственно, МЖУ. Выполнение фланца корпуса с возможностью радиальных и угловых перемещений предотвращает воздействие радиальной механической нагрузки на подшипниковую опору при значительных биениях вала.

На чертеже изображено предлагаемое МЖУ.

МЖУ содержит магнитный узел, включающий постоянный магнит 5 и полюсные наконечники 1. Магнитный узел установлен на вращающейся части 4 составного корпуса. Промежуточная втулка 11 жестко установлена в неподвижной части 3 составного корпуса. Возможно и обратное расположение деталей, т.е. установка магнитного узла на неподвижной части составного корпуса, а промежуточной втулки - на вращающейся части. Уплотняемый зазор, образованный полюсными наконечниками 1 и промежуточной втулкой 11, заполнен магнитной жидкостью 10. Для повышения эффективности работы магнитного узла на поверхности полюсных наконечников или промежуточной втулки выполнены кольцевые канавки. Вращающаяся и неподвижная части составного корпуса соединены через подшипниковую опору 2, обеспечивающую постоянство уплотняемого зазора. Вращающаяся часть корпуса соединена с валом 8 втулкой вала 6. Места их соединений уплотнены эластичными (например, резиновыми) кольцами 7 и 9, обеспечивающими возможность радиально-угловых перемещений этих деталей относительно друг друга. МЖУ присоединено к уплотняемому аппарату 14 через фланец 13. Корпус 3 МЖУ может также иметь возможность радиально-угловых перемещений относительно фланца 13 за счет эластичного кольца 12.

МЖУ работает следующим образом. Вращение от вала 8 за счет силы трения колец 7 и 9 через втулку вала 6 передается вращающейся части 4 составного корпуса и установленному в ней магнитному узлу, состоящему из полюсных наконечников 1 и постоянного магнита 5. Магнитное поле, создаваемое магнитным узлом в рабочем зазоре МЖУ, образованном вращающимися полюсными наконечниками 1 и неподвижной промежуточной втулкой 11, удерживает в нем магнитную жидкость 10, тем самым обеспечивая его герметизацию. Выполнение корпуса составным и установка подшипниковой опоры 2 между его составными частями обеспечивает равномерность рабочего зазора, заполненного магнитной жидкостью, по окружности промежуточной втулки 11. А установка подшипниковой опоры 2 на наружной поверхности магнитного узла симметрично относительно полюсных наконечников 1, во-первых, позволяет исключить неблагоприятное воздействие на нее уплотняемой среды и, во-вторых, максимально снизить влияние собственного боя подшипниковой опоры на равномерность рабочего зазора МЖУ, что позволяет получить достаточную точность уплотняемого зазора, используя одну подшипниковую опору вместо традиционных двух.

Рассмотрим работу уплотнения при биении вала. Компенсация биений вала происходит за счет нежесткого соединения втулки вала 6 с валом 8 и вращающейся частью 4 корпуса МЖУ. Пусть первоначально цилиндрические оси вала 8, втулки вала 6, промежуточной втулки 11 и полюсных наконечников 1 совпадают и образуют базовую ось. При биении вала ось вала отклоняется от базовой оси на угол β под воздействием радиальной механической нагрузки. Поскольку втулка вала 6 имеет возможность радиальных и угловых перемещений, то ее ось также отклоняется от базовой на угол β. При этом механическая нагрузка практически не передается на вращающуюся часть 4 составного корпуса МЖУ и соответственно на подшипниковую опору 2, что облегчает работу подшипниковой опоры и увеличивает ее ресурс работы.

Таким образом, втулка вала, передавая вращательное движение от вала к подвижной части составного корпуса, качается вслед за биениями вала и предотвращает воздействие радиальной механической нагрузки от биений вала на подшипниковую опору МЖУ. Следует отметить, что при качении втулки вала 6 герметичность ее соединения с валом 8 и вращающейся частью 4 составного корпуса не нарушается благодаря тому, что обжатие колец 7 и 9, отвечающее за герметичность соединения, остается при этом практически неизменным. Если биение превысит некоторую допустимую величину, то необходимо дополнительно сделать соединение фланца 13 с неподвижной частью 3 корпуса МЖУ с возможностью радиальных и угловых перемещений за счет эластичного кольца 12. При этом составной корпус будет качаться вслед за биениями вала, осуществляя дополнительную компенсацию биений. При использовании предложенной схемы компенсации биений подшипниковая опора 2 остается практически ненагруженной.

Применение вышеприведенной конструкции позволяет значительно повысить надежность МЖУ, работающего при сильном биении вала.

Магнитожидкостное уплотнение предназначено для герметизации валов машин, аппаратов и насосов химической, лакокрасочной и других отраслей промышленности. Магнитожидкостное уплотнение содержит корпус уплотнения, выполненный составным, как минимум, из двух частей, соединенных друг с другом через подшипниковую опору, охватывающую магнитный узел и установленную симметрично относительно полюсных наконечников. Промежуточная втулка жестко соединена с одной из частей составного корпуса и образует рабочий зазор, заполненный магнитной жидкостью. Втулка вала соединена с валом и вращающейся частью составного корпуса с возможностью радиальных и угловых перемещений. Присоединительный фланец корпуса дополнительно выполнен с возможностью радиальных и угловых перемещений. Изобретение повышает надежность уплотнения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Магнитожидкостное уплотнение, содержащее установленный в корпусе магнитный узел в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками, магнитную жидкость в уплотняемом зазоре, втулку вала, герметично установленную на валу, промежуточную втулку, размещенную между валом и магнитным узлом, и подшипниковую опору, отличающееся тем, что корпус магнитожидкостного уплотнения выполнен составным как минимум из двух частей, соединенных друг с другом через подшипниковую опору, охватывающую магнитный узел и установленную симметрично относительно полюсных наконечников, а промежуточная втулка жестко соединена с одной из частей составного корпуса, при этом втулка вала соединена с валом и вращающейся частью составного корпуса с возможностью радиальных и угловых перемещений. 2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что фланец корпуса выполнен с возможностью радиальных и угловых перемещений относительно корпуса магнитожидкостного уплотнения.