МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА Российский патент 2006 года по МПК F16J15/53 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для уплотнения вращающихся валов.

Известен уплотнительный узел [1], содержащий немагнитный корпус, кольцевой постоянный магнит, полюсные приставки, на обращенных к валу поверхностях которых выполнены кольцевые канавки, и зазор, заполненный магнитной жидкостью. Его недостатком является невысокая надежность уплотнения вала, сложность заправки и отсутствие возможности периодической дозаправки уплотнения без его разборки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является уплотнение вала [2].

Уплотнение вала содержит кольцевую магнитную систему, образующую с валом зазоры, заполненные магнитной жидкостью. В валу выполнена соединенная отверстиями с каждым рабочим зазором полость, в которой размещено распределительное устройство с каналом подачи герметизирующей жидкости. Отверстия на поверхности вала выводятся в промежуточные полости, которые расположены под магнитами.

Недостатками уплотнения являются: сложность и ненадежность конструкции заправочного устройства, невозможность осуществления заправки при многозубцовых полюсах.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в качественной заправке уплотнения с многозубцовыми полюсами, где под качеством заправки понимается заправка каждого зубца требуемым объемом магнитной жидкости без разборки уплотнения в любой востребованный момент времени, упрощении конструкции уплотнения и технологии его заправки.

Это достигается тем, что в кольцевой магнитной системе полюсные приставки выполнены с полюсными зубцами - более одного, а число каналов для заправки равно числу зубцов, причем их выходы в межзубцовую зону смещены от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала в сторону понижения давления в уплотнении, на входе в валу каналы имеют технологическую заглушку.

На фиг.1 изображен общий вид уплотнения, на фиг.2 - вид уплотнения с торца, на фиг.3 - графическое представление о распределении напряженности магнитного поля в зазоре на поверхности вала.

В корпусе 1 установлен постоянный магнит 2 с примыкающими к нему полюсными приставками 3, с обращенными к валу 4 зубцами 5. Каждый зазор между зубцом и валом заполнен магнитной жидкостью 6. В валу выполнены заправочные каналы 7, их число соответствует числу зубцов. Каналы равномерно разнесены по окружности вала. Выходы каналов расположены под зубцами и смещены от линии минимальной напряженности на поверхности вала в сторону понижения давления в уплотнении. Каждый канал снабжен герметичной заглушкой 8.

Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 2 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток полюсными приставками 3 подводится к зазору с валом 4. Зубцы полюсных приставок 5 перераспределяют магнитный поток в зазоре, и магнитное поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 6 втягивается в области с максимальной напряженностью и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Магнитная жидкость под зубцы вводится через заправочные каналы 7. После заправки каждый канал герметично закрывается технологической заглушкой 8.

Каждая магнитожидкостная пробка (Фиг.3) способна воспринимать перепад давлений, который определяется по формуле

где μ₀ - магнитная постоянная,

М - намагниченность магнитной жидкости,

Н - напряженность магнитного поля в зазоре на поверхности вала,

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

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

Под многозубцовым полюсом существует волнообразное распределение магнитного поля, чередование максимумов и минимумов напряженности. Линии АВ - линии максимальной напряженности магнитного поля под зубцами. Линии CD - линии минимальной напряженности магнитного поля под зубцами, их можно условно назвать линиями симметрии магнитного поля, разделяющими магнитные поля двух соседних зубцов. При смещении от каждой линии CD хоть вправо, хоть влево напряженность поля будет возрастать.

Поместим каплю магнитной жидкости в зазор между первым и вторым зубцом (Фиг.3). Если капля окажется справа от линии симметрии CD, то силы магнитного поля будут втягивать ее в зазор под второй зубец, если капля окажется слева от линии симметрии CD, то силы магнитного поля будут втягивать ее в зазор под первый зубец. Если выходное отверстие заправочного канала выходит на линию CD, то заправляемая магнитная жидкость может попадать как под первый, так и второй зубец. Какая часть объема вводимой магнитной жидкости окажется под первым, а какая под вторым зубцом зависит от случайностей, допустим от скорости подачи жидкости.

В предлагаемом же уплотнении каждый зубец снабжен своим заправочным каналом. Выход каждого заправочного канала расположен в соответствующей межзубцовой зоне и смещен от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала (это кольцевая линия, проходящая через точку С) в сторону понижения давления в уплотнении. Такое расположение выхода канала обеспечивает втягивание всей вводимой магнитной жидкости под один заправляемый зубец, исключает искажение магнитного поля в зоне минимального зазора, т.к. максимальная напряженность магнитного поля, определяющая удерживающую способность зубца, остается неизменной, не сказывается на характере распределения магнитного поля и минимальной напряженности под зубцом со стороны, где находится магнитная жидкость во время работы уплотнения.

Эти особенности позволяют производить контролируемую заправку каждого зубца уплотнения с многозубцовыми полюсными приставками и в то же время обеспечивают сохранение 100% удерживающей способности уплотнения.

Таким образом, предлагаемое уплотнение позволяет под каждый зубец полюса последовательно ввести требуемый объем магнитной жидкости, обеспечить повышенную удерживающую способность уплотнения, создать возможность заправки и дозаправки уплотнения в любой требуемый момент времени, упрощает технологию эксплуатации уплотнения.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 773351, МКИ 2 F 16 J 15/40.

2. Авторское свидетельство СССР 723281, МКИ 2 F 16 J 15/40.

Изобретение предназначено для герметизации вращающихся валов в машиностроении. В кольцевой магнитной системе уплотнения полюсные приставки выполнены с полюсными зубцами - более одного, а число каналов для заправки равно числу зубцов. Выходы каналов в межзубцовую зону смещены от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала в сторону понижения давления в уплотнении, на входе в валу каналы имеют технологическую заглушку. Уплотнение позволяет под каждый зубец полюса последовательно ввести требуемый объем магнитной жидкости, обеспечить повышенную удерживающую способность уплотнения, создать возможность заправки и дозаправки уплотнения в любой требуемый момент времени, упрощает технологию эксплуатации уплотнения. 3 ил.

Магнитожидкостное уплотнение вала, содержащее кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, выполненные в валу каналы для заправки уплотнения магнитной жидкостью, отличающаяся тем, что полюсные приставки выполнены с полюсными зубцами - более одного, а число каналов для заправки равно числу зубцов, причем их выходы в межзубцовую зону смещены от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала в сторону понижения давления в уплотнении, на входе в валу каналы имеют технологическую заглушку.