МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА ДЛЯ СРЕД С МАГНИТНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК F16J15/53 

Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может применяться в машинах и механизмах для уплотнения сред, содержащих магнитные включения, в частности в редукторах и коробках передач, где имеются продукты износа зубчатых шестерен.

Известно магнитожидкостное уплотнение вала, содержащее немагнитный корпус, кольцевой постоянный магнит, полюсные приставки, на обращенных к валу поверхностях которых выполнены кольцевые канавки под диамагнитный наполнитель. Его недостатком является невысокая надежность при уплотнении сред, содержащих магнитные включения (Авторское свидетельство СССР 420836 МКИ-2, F16J 15/40).

Известно магнитожидкостное уплотнение вала (Авторское свидетельство СССР 1483147 A1, F16J, 15/40), предназначенное для передачи движения в газовые и жидкостные среды с частицами ферромагнетика, где надежность уплотнения повышается путем введения средства отталкивания частиц. Средство отталкивания выполнено в виде кольцевых магнитов с полюсными приставками. Магниты расположены концентрично и со стороны герметизируемой среды обращены друг к другу одноименными полюсами.

Данное уплотнение при работе в среде с частицами ферромагнетика не позволяет обеспечить надежность его защиты вследствие того, что если силовые линии потока рассеяния направлены от уплотняющего узла, то это не означает, что частицы ферромагнетика также будут от него (потока рассеяния) отталкиваться. В действительности на любые магнитные частицы, независимо от того, имеют они собственный магнитный момент, или момент наведен внешним магнитным полем, действовуют силы, направление которых определяется направлением градиента напряженности магнитного поля. Силы действуют в направлении максимального роста напряженности магнитного поля. При этом направление силовых линий потока никакой роли не играет.

На фиг.1 показана картина линий магнитного потока системы, указанной в А.С. 1483147, а также кривая распределения напряженности поля на линии 00′, проходящей через середину рабочего зазора уплотнения. Представленные результаты получены на основе расчета магнитного поля методом конечных элементов. По характеру кривой распределения напряженности можно сделать вывод, что на магнитные частицы, находящиеся вблизи уплотнения, будут действовать силы, втягивающие частицы в зазор.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении надежности магнитожидкостных уплотнений, работающих в контакте со средами, содержащими магнитные включения. Это достигается тем, что средство защиты уплотнения от прохождения в него магнитных включений со стороны уплотняемой среды выполнено в виде немагнитного охватывающего вал диска, закрепленного на полюсной приставке и заходящего в паз вала.

На фиг.2 показано предлагаемое уплотнение, на фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг.6 - варианты исполнения предлагаемого уплотнения.

Магнитожидкостное уплотнение состоит из постоянного магнита 1, к которому примыкают полюсные приставки 2. На поверхностях полюсных приставок, обращенных к валу 3, расположены зубцы 4. Каждый зазор между зубцом и валом заполнен магнитной жидкостью 5. Зубцы могут располагаться на поверхности полюсных приставок, на поверхности вала, на поверхностях полюсных приставок и вала. Со стороны уплотняемой среды установлено средство предотвращения попадания магнитных частиц уплотняемой среды в рабочий зазор уплотнения. На фиг.2 средство выполнено в виде немагнитного охватывающего вал диска 6, который наружной стороной закреплен на полюсной приставке, а внутренней заходит в радиальный паз вала 7.

Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 1 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток полюсными приставками 2 подводится к зазору между полюсными приставками и валом. Зубцы полюсов 4 перераспределяют магнитный поток в зазоре, и поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 5 втягивается под зубцы, где поле имеет максимальную напряженность и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать определенный перепад давлений. Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под зубцами. Около магнитной системы уплотнения всегда существует поле рассеяния. Напряженность поля максимальна около рабочего зазора и убывает при удалении от уплотнения. Поэтому магнитные частицы, находящиеся в уплотняемой среде, попав в зону действия потоков рассеяния, начинают дрейфовать в направлении рабочего зазора, где напряженность магнитного поля максимальна. В обычном уплотнении они втягиваются в зону минимального зазора под кромки зубцов, со временем накапливаются здесь, вызывая повышенный момент трения, интенсивный разогрев и износ поверхностей рабочего зазора и последующую разгерметизацию уплотнения. В предлагаемом уплотнении на пути движения магнитных частиц расположен немагнитный диск 7, останавливающий их движение и предотвращающий их попадание в рабочий зазор. Диск 7 обеспечивает надежное задерживание магнитных частиц благодаря следующим обстоятельствам. Наружной кромкой диск герметично закреплен на полюсной приставке. Внутренняя кромка диска заходит в узкий радиальный паз вала. Магнитное поле в пазу характеризуется тем, что напряженность поля уменьшается при движении от поверхности вала в глубь паза практически до нуля. Это объясняется тем, что пространство паза с трех сторон окружено ненасыщенным магнитомягким материалом - сталью вала. Поэтому при работе уплотнения при попадании магнитной частицы в зазор между станками паза и поверхностью немагнитого диска на частицу начинают действовать магнитные силы, стремящиеся вытащить ее из зазора обратно наружу. Таким образом, механизм действия магнитных сил в пазу исключает проникновения магнитных частиц через зазор между диском и стенками паза в рабочий зазор уплотнения. Магнитные частицы оседают на поверхности немагнитного диска, откуда они периодически в профилактических целях могут удаляться.

На фиг.3 показан вариант уплотнения, в котором средство предотвращения попадания магнитных частиц уплотняемой среды в рабочий зазор уплотнения выполнено в виде немагнитного диска, герметично закрепленного на валу и заходящего в радиальный паз полюсной приставки. Механизм действия барьера такой же, как и в первом случае.

На фиг.4 показан вариант уплотнения, в котором средство предотвращения попадания магнитных частиц уплотняемой среды в рабочий зазор уплотнения выполнено в виде закрепленного на полюсной приставке немагнитного диска г-образного сечения, выступ которого заходит в аксиальный паз вала или втулки, закрепленной на валу (фиг.5).

На фиг.6 показан вариант уплотнения, в котором средство предотвращения попадания магнитных частиц уплотняемой среды в рабочий зазор уплотнения выполнено в виде закрепленного на валу немагнитного диска г-образного сечения, выступ которого заходит в аксиальный паз полюсной приставки. Варианты, показанные на фиг.4, 5, 6, отличаются повышенной технологичностью при сборке и разборке уплотнений.

Таким образом, предлагаемое уплотнение позволяет при герметизации сред, содержащих магнитные частицы, исключить их попадание в рабочий зазор уплотнения, тем самым существенным образом повысить его надежность и ресурс.

Изобретение относится к уплотнениям валов и может применяться в машиностроении для уплотнения сред, содержащих магнитные включения. Магнитожидкостное уплотнение вала содержит кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, образующими с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью. Со стороны уплотняемой среды уплотнение снабжено средством защиты от попадания магнитных частиц уплотняемой среды в рабочий зазор уплотнения. Средство защиты расположено в зоне потоков рассеяния уплотнения и выполнено в виде немагнитного диска, закрепленного на полюсной приставке, часть которого расположена в радиальном пазу вала. Описаны варианты расположения немагнитного диска. Изобретение отличается повышенными надежностью и ресурсом. 5 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Магнитожидкостное уплотнение вала для сред с магнитными включениями, содержащее кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, образующими с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью, и средство защиты уплотнения со стороны герметизируемой среды от прохождения в него магнитных включений, отличающееся тем, что средство защиты выполнено в виде немагнитного диска, закрепленного на полюсной приставке, часть которого расположена в радиальном пазу вала.2. Магнитожидкостное уплотнение вала для сред с магнитными включениями, содержащее кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, образующими с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью, и средство защиты уплотнения со стороны герметизируемой среды от прохождения в него магнитных включений, отличающееся тем, что средство защиты выполнено в виде немагнитного диска, закрепленного на валу, часть которого расположена в радиальном пазу полюсной приставки.3. Магнитожидкостное уплотнение вала для сред с магнитными включениями, содержащее кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, образующими с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью, и средство защиты уплотнения со стороны герметизируемой среды от прохождения в него магнитных включений, отличающееся тем, что средство защиты выполнено в виде немагнитного диска г-образного сечения, закрепленного на полюсной приставке, выступ которого расположен в аксиальном пазу вала.4. Магнитожидкостное уплотнение вала для сред с магнитными включениями, содержащее кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, образующими с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью, и средство защиты уплотнения со стороны герметизируемой среды от прохождения в него магнитных включений, отличающееся тем, что средство защиты выполнено в виде немагнитного диска г-образного сечения, закрепленного на полюсной приставке, выступ которого расположен в аксиальном пазу втулки вала.5. Магнитожидкостное уплотнение вала для сред с магнитными включениями, содержащее кольцевую магнитную систему с полюсными приставками, образующими с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью, и средство защиты уплотнения со стороны герметизируемой среды от прохождения в него магнитных включений, отличающееся тем, что средство защиты выполнено в виде закрепленного на валу немагнитного диска г-образного сечения, выступ которого расположен в аксиальном пазу полюсной приставки.