МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА Российский патент 2007 года по МПК F16J15/43 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для уплотнения вращающихся валов.

Известен уплотнительный узел SU 779697, содержащий кольцевой постоянный магнит с полюсными наконечниками, образующими с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью. В канавках полюсных наконечников расположены эластичные камеры, из которых выдавливается магнитная жидкость через каналы в зазор во время сборки уплотнения. Его недостатком является сложность и невозможность заправки уплотнения вала с многозубцовыми полюсными наконечниками.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является уплотнение вала /SU 723281/.

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 находится распределительное устройство с каналом подачи герметизирующей жидкости. Отверстия на поверхности вала выводятся в промежуточные полости, которые расположены под магнитами.

Недостатками данного уплотнения являются: сложность, ненадежность, невозможность осуществления заправки при многозубцовых полюсах. Сложность заключается в необходимости последовательного точного совмещения каждого заправочного отверстия с заправочным каналом распределительного устройства в процессе заправки. Ненадежность обусловлена тем, что все заправочные отверстия выходят в полость вала, и недостаточная герметичность распределительного устройства приводит к шунтированию всех ступеней уплотнения, т.е. все межзубцовые зоны соединяются между собой. В этом случае работать будут только первый и последний зубцы. Удерживающей способности двух зубцов будет не достаточно, следовательно, произойдет разгерметизация уплотнения. Невозможность заправки многозубцовых полюсов объясняется тем, что вводимая в полости под магнитами жидкость из-за образования замкнутых полостей с повышенным давлением в межзубцовом пространстве дальше второго зубца не проникает.

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.

Результат достигается тем, что в многозубцовом магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем кольцевую магнитную систему с полюсными приставками с зубцами и каналом для заправки уплотнения магнитной жидкостью, в полюсных приставках выполнены каналы, соединяющие межзубцовые полости с запорным клапаном, а заправочный канал выполнен в полюсной приставке со стороны повышенного давления.

На фиг.1(а, б, в) изображен общий вид уплотнения, на фиг.2 - графическое представление о распределении напряженности магнитного поля в зазоре на поверхности вала.

В магнитожидкостном уплотнении (фиг.1, а) к постоянному магниту 1 примыкают полюсные приставки 2, имеющие зубцы 3, обращенные к валу 4. Каждый зазор между зубцом и валом заполнен магнитной жидкостью 5. Полости 6, образующиеся между зубцами, соединены каналами 7 с запорным клапаном 8. В рабочем состоянии уплотнения клапан находится в закрытом состоянии, то есть каналы 7 загерметизированы и полости 6 изолированы друг от друга. В полюсной приставке со стороны повышенного давления на уплотнении выполнен заправочный канал 9. Выход заправочного канала расположен в межзубцовой зоне между первым и вторым зубцом, а вход снабжен герметичной заглушкой 10.

Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 1 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток полюсными приставками 2 подводится к зазору с валом 4. Зубцы полюсных приставок перераспределяют магнитный поток в зазоре, и магнитное поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 5 втягивается в области с максимальной напряженностью и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. 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 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.

Заправка магнитной жидкостью рабочего зазора между полюсными приставками и валом уплотнения производится следующим образом. На время заправки из заправочного канала удаляется заглушка 10 (фиг.1, б), включается клапан 8, при этом межзубцовые полости 6 через каналы 7 и клапан соединяются с атмосферой. Под многозубцовым полюсом существует волнообразное распределение магнитного поля, чередование максимумов и минимумов напряженности (фиг.2). 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. В зазоре магнитная жидкость стремится в первую очередь занять области с максимальной напряженностью поля.

Магнитная жидкость вводится в зазор через заправочный канал 9. Попадая в зону действия магнитного поля рабочего зазора, жидкость втягивается под первый и второй зубцы. По мере подачи жидкости объем магнитной пробки под этими зубцами увеличивается, и наступает момент, когда правая граница пробки второго зубца достигает линии симметрии магнитного поля CD, разделяющей магнитные поля второго и третьего зубцов (фиг.2). Жидкость, которая переходит эту линию, захватывается магнитным полем третьего зубца и переносится в область максимальной напряженности под третьим зубцом. Магнитожидкостная пробка под третьим зубцом увеличивается до тех пор, пока правая граница пробки ни достигнет линии минимальной напряженности между третьим и четвертым зубцом. После этого начинается процесс формирования пробки под четвертым зубцом и т.д. Таким способом вводится в зазор весь объем магнитной жидкости, необходимый для заправки уплотнения. Магнитная жидкость втягивается в зазор и перетекает от зубца к зубцу беспрепятственно благодаря тому, что межзубцовые полости соединены через каналы и открытый запорный клапан с атмосферой и в них не образуется воздушных пробок с повышенным давлением. После введения всей жидкости канал 9 закрывается герметичной заглушкой 10, клапан выключается, при этом межзубцовые зоны изолируются друг от друга. На уплотнении плавно повышают перепад давлений, и магнитная жидкость начинает последовательно перераспределяться по остальным зубцам уплотнения. Давление повышается до тех пор, пока магнитная жидкость не появится под последним зубцом с противоположной стороны уплотнения (фиг.1, в). После этого перепад давлений на уплотнении снижается до нуля, жидкость принимает положение, близкое к показанному на фиг.1, а. Уплотнение считается заправленным и готовым к хранению или эксплуатации.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает качественную заправку уплотнения с многозубцовыми полюсами без разборки уплотнения в любой востребованный момент времени, упрощает конструкцию уплотнения и технологию его заправки.

Изобретение предназначено для герметизации вращающихся валов в машиностроении. В многозубцовом магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем кольцевую магнитную систему с полюсными приставками с зубцами и каналом для заправки уплотнения магнитной жидкостью, полюсные приставки имеют каналы, соединяющие межзубцовые полости с запорным клапаном, а канал в полюсной приставке для заправки уплотнения выполнен со стороны повышенного давления на уплотнении. Изобретение обеспечивает качественную заправку уплотнения с многозубцовыми полюсами без разборки уплотнения в любой востребованный момент времени, упрощает конструкцию уплотнения и технологию его заправки. 2 ил.

Многозубцовое магнитожидкостное уплотнение вала, содержащее кольцевую магнитную систему с полюсными приставками с зубцами и каналом для заправки уплотнения магнитной жидкостью, отличающееся тем, что полюсные приставки имеют каналы, соединяющие межзубцовые полости с запорным клапаном, а канал в полюсной приставке для заправки уплотнения выполнен со стороны повышенного давления на уплотнении.