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

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для герметизации вращающихся валов.

Известно магнитожидкостное уплотнение вала, содержащее немагнитный корпус, кольцевой постоянный магнит, полюсные приставки и зазор, заполненный магнитной жидкостью [SU 420836].

Его недостатком является невысокая надежность уплотнения вала, сложность заправки, отсутствие возможности периодической дозаправки уплотнения без его разборки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является уплотнение вала [SU 123281].

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 недостаточно, 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 межзубцовых пространствах 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 магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем корпус, кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, каналы в валу для заправки уплотнения магнитной жидкостью, полюсные приставки выполнены с полюсными зубцами - более одного, каждая пара зубцов имеет один заправочный канал, причем их выходы в межзубцовую зону смещены от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала в одну сторону, на входе в валу каналы имеют технологические заглушки, кроме того, оно имеет устройство для перемещения магнитной системы в осевом направлении. Устройство для перемещения может быть выполнено в виде регулировочных винтов и подпружиненной магнитной системы.

На фиг.1 изображен общий вид уплотнения, на фиг.2 - графическое представление о распределении напряженности магнитного поля в зазоре на поверхности вала и положение выходов каналов.

В корпусе магнитожидкостного уплотнения 1 (фиг.1) расположена магнитная система, состоящая из постоянного магнита 2, к которому примыкают полюсные приставки 3. На полюсных приставках выполнены зубцы 4, обращенные к валу 5. Каждый зазор между зубцом и валом заполнен магнитной жидкостью 6. В валу выполнены заправочные каналы 7. На каждую пару рядом расположенных зубцов приходится один заправочный канал. Каналы равномерно разнесены по окружности вала. Выходы каналов расположены под зубцами и смещены от линий симметрии магнитного поля между зубцами в одну сторону - сторону четных или нечетных зубцов. Каждый канал снабжен герметичной заглушкой 8. Магнитная система по корпусу уплотнения герметизируется упругими резиновыми кольцами 9, которые поджимаются через крышку корпуса 10 регулировочными винтами 11.

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 5. Зубцы полюсных приставок 4 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. 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 Н_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.

Магнитожидкостное уплотнение заправляется следующим образом. Регулировочные винты 11 вывинчиваются на несколько оборотов, при этом упругие кольца 9 смещают магнитную систему уплотнения, состоящую из магнита 2 и полюсных приставок 3, по корпусу 1 вдоль оси вала. 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 возрастает. Это значит, что если капля магнитной жидкости 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 под 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 каждая пара зубцов снабжена одним заправочным каналом. Выход каждого заправочного канала расположен в межзубцовой зоне и при частично вывинченных винтах 11 смещен от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала в сторону четных зубцов. Такое расположение выходов каналов обеспечивает при заправке втягивание всей вводимой через канал магнитной жидкости под один четный зубец. Последовательно обходя каналы, заправляют четные зубцы. Затем винтами 11 магнитную систему перемещают вдоль корпуса уплотнения в исходное положение. При этом, если первоначально выход каждого заправочного канала был смещен от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала в сторону четных зубцов, то после перемещения магнитной системы он должен быть смещен от линии минимальной напряженности магнитного поля в сторону нечетных зубцов. Теперь магнитная жидкость, вводимая через каналы, будет втягиваться под нечетные зубцы. Последовательно обходя каналы, заправляют уже нечетные зубцы. После заправки каждый канал герметично закрывается технологической заглушкой 8. В зависимости от конструкции магнитожидкостного уплотнения последовательность заправки зубцов может быть обратной - сначала заправляются нечетные зубцы, затем четные.

Эти особенности позволяют производить контролируемую заправку каждого зубца уплотнения с многозубцовыми полюсными приставками.

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

Изобретение предназначено для герметизации вращающихся валов в машиностроении. В магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем корпус, кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, каналы в валу для заправки уплотнения магнитной жидкостью, полюсные приставки выполнены с полюсными зубцами более одного, каждая пара зубцов имеет один заправочный канал, причем их выходы в межзубцовую зону смещены от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала в одну сторону, на входе в валу каналы имеют технологические заглушки, кроме того, оно имеет устройство для перемещения магнитной системы в осевом направлении. Изобретение 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. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Магнитожидкостное уплотнение вала, содержащее корпус с размещенной в нем кольцевой магнитной системой с полюсными приставками, каналами, выполненными в валу для заправки уплотнения магнитной жидкостью, отличающееся тем, что полюсные приставки выполнены с полюсными зубцами более одного, каждая пара зубцов имеет один заправочный канал, причем выходы всех каналов в межзубцовую зону смещены от линии минимальной напряженности магнитного поля на поверхности вала в одну сторону, на входе в валу каналы имеют технологические заглушки, кроме того, оно имеет устройство для перемещения магнитной системы в осевом направлении.2. Магнитожидкостное уплотнение по п.1, отличающееся тем, что устройство для перемещения выполнено в виде подпружиненной магнитной системы и регулировочных винтов.