Торцовое уплотнение Советский патент 1992 года по МПК F16J15/40 F16J15/34 

сл

с

Использование: для уплотнения вращающихся валов при высоких угловых скоростях в средах с большим количеством абразивных частиц. Сущность изобретения: подвижное кольцо трения установлено в неподвижном Постоянный магнит с магнитопроводами установлен на неподвижном кольце и взаимодействует с магнитоактивной порошкообразной смазкой в зоне трения. Кольца трения установлены один относительно другого с зазором, определяемым из соотношения: д /D 250, где д - зазор между подвижным и неподвижным кольцами; D - диаметр зерен магнитоактивной смазки. Твердость материала конец больше твердости магнитоактивной смазки. 1 з.п.ф-лы, 2 ил

Изобретение относится к уплотнитель- ной технике и может быть использовано для уплотнения вращающихся валов при высоких угловых скоростях вращения, в частности в средах, содержащих большое количество абразивных частиц.

Цель изобретения - повышение надежности торцового уплотнения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез торцового уплотнения: на фиг. 2 - узел I на фиг.1.

Уплотнение содержит корпус 1, в котором установлено неподвижное кольцо трения 2, выполненное из двух магнитопроводов 3.4, разделенных немагнитной вставкой 5, и постоянного магнита 6 Подвижное (вращающееся) кольцо трения 7 установлено на валу 8 через вторичное, например,резиновоеуп- лотнительное кольцо 9 Подвижное кольцо 7 и неподвижное 2 изготовлены из магнитомягкого материала, что создает максимальную напряженность магнитного поля в зазоре д, где находится сухая магнитоактивная порошкообразная смазка 10, обладающая герметизирующими и смазывающими свойствами. Периодическая подпитка смазки 10 осуществляется через канал 11. Для использования магнитоактивных смазок различной зернистости с соблюдением заданного соотношения д /D : 250, где д -зазор между подвижным 7 и неподвижным 2 кольцами трения , a D -диаметр зерен магнитоактивной смазки, предусмотрено перемещение неподвижного кольца 2 в осевом направлении с помощью втулки 12 со стопорным винтом 13. На неподвижном кольце 2 выполнены специальные радиальные канавки трапециевидного профиля, которые позволяют соответствующим образом распределить смазку 10 в зазорах между кольцами 2 и 7.

Торцовое уплотнение работает следующим образом.

XJ

СЛ

о VJ

о

vj

При вращении подвижного (вращающееся) кольца 7 за счет замыкания через него и неподвижное кольцо 2 магнитного потока Ф создается градиент напряженности магнитного поля grad H, который кольцами тре- ния формирует характерные слои магнитоактивной смазки 10с неоднородной плотностью (благодаря радиальным канавкам трапециевидного профиля). Магнитная сила FM взаимодействуя двух ферромагнитных тел равна:

dFM HfidV ,

где i0- магнитная постоянная,

%- магнитная восприимчивость объема ферромагнетика.

Максимальная напряженность магнитного поля Нмах имеет место при минимальном зазоре между кольцами 2 и 7 и перемещает магнитоактивную смазку 10 в зону минимального зазора, обеспечивая в них максимальную плотность порошка смазки Кроме этого, сюда же направлены центробежные силы Рц, действующие на смазку 10 при вращении вала 8 и подвижного (вращающегося) кольца 2. Вместе с тем, с противоположной стороны на смазку 10 оказывает давление среды Р, т.е уплот- Hflef ее и создает статическое заклинивание. В зоне входа в зазор 6 прочность сцепления смазки с поверхностью выступа (зуба) магнитопровода 3,4 возрастает.что увеличивает магнитную силу FM и давление внутри смазки 10, что значительно улучшает герметичность уплотнения При вращении вала 8 в зоне выхода из минимального зазора к тангенциальной составляющей магнитной силы FM добавляется центробежная сила Рц и эффект заклинивания усиливается, особенно при высоких угловых скоростях вращения вала, т к центробежная сила

Рц m ,

где m - масса смазки объемом dV;

со - угловая скорость объема dV при движении по траектории;

R - радиус траектории, находится в квадратичной зависимости от ш .

Действующие в минимальном (рабочем) зазоре на смазку силы центробежная Рц и магнитная силы с одной стороны, давление среды Ра - с противоположной сжимают смазку, находящуюся в зазоре 3, и компак- тируют ее до такой степени, что смазка становится непроницаемой для уплотняемой

среды (слабопроницаемой для газов), создавая статическое заклинивание

При этом уплотнение обеспечивает сравнительно низкие значения коэффици- ента трения и допускает перекосы подвижного 2 и неподвижного 7 колец. При вращении вала 8 увеличивается центробежная сила Рц, причем, по квадратической зависимости от скорости вращения, тем самым увеличивается суммарное давление на смазку, создавая эффект динамического заклинивания.

Работа уплотнения характеризуется перепадом удерживаемого давления АР

AP (P2-Pi)n,

где Pi - давление после уплотнения;

Р2 - давление среды до уплотнения; п - количество ступеней.

Сила расклинивания 1-й ступени торцо вого уплотнения

25

Fpi APiSi+Fui + Рм;

где Si 2лг; д - площадь, на которую действует перепад давления ДР|,

г - радиус Si.

Если уплотнение имеет п ступеней, то суммирование сил расклинивания осуществляют следующим образом

Ј APiSi+S Fui+Ј FM.

I 1

i 1

i 1

Зная силу расклинивания Fp jЈ Fpi,

i 1

рассчитывают допустимый перепад дэвле- ния APg торцового уплотнения.

Таким образом, повышение надежности торцового уплотнения достигается за счет реализации эффекта динамического заклинивания путем оптимального выбора соотношения 6/D что делает допустимым перекосы подвижного и неподвижного колец и попадание абразивных частиц в смазку (в рабочий зазор)

50

Формула иобретения

6 ,

где 6- зазор между подвижным и непод- 5 ного и неподвижного колец трения больше вижным кольцами трения;твердости частиц магнитоактивной смазки.

D - диаметр зерен магнитоактивной смазки.

Фиг. 2