Магнитно-жидкостное уплотнение Советский патент 1981 года по МПК F16J15/40 F16J15/43 

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к уплотнениям с применением феррожидкости, и может быть использовано в устройства с вращательным и поступательным движением валов преимущественно малых диаметров и гибких штоков. Известно, магнитно-жидкостное уплотнение , содержащее последовательность кольцевых постоянных магнитов, охваченных полюсными наконечниками, образующими вместе с валом уплотняющие зазоры, немагнитные втулки, установленные между полюсными наконечниками, также ферромагнитную жидкост (суспензию), заполняющую все внутреннее пространство уплотнения и под действием неоднородного магнитного поля расслаивающуюся на твердую магниуную фазу, заполняющую уплотняющие зазоры, и немагнитную жидкость (среду) , заполняющую межзазориое простра ство t lНедостатком известного уплотнения является невысокая уплотняющая спосо ность и зависимость ее от скорости и величины поступательного перемещения вала (штока) вследствие постоянного перемешивания используемой ферромагнитной жидкости (суспензии) в сдвиговом по.ле. Цель изобретения - повыивние уплотняквдей способности и надежности работы при поступательном движении вала (штока). Поставленная цель достигается тем, что в магнитно-жидкостном уплотнении, в корпусе которого установлены кольцевые постоянные магниты, охваченные полюсными наконечниками, образующими вместе с валом (штоком) уплотняющие зазоры, заполненные феррожидкостью, и диамагнитные втулки, расположенные между полюсн лми наконечниками, во внутренней полости размещены эластичные пористые вставки. При этом эластичные пористые вставки закреплены на полюсных наконечниках. Вставки, смачивае1«ле феррожидкостью, закреплены на полюсных наконечниках, а смачиваемые немагнитной жидкостью, разделяющей феррожидкость, закреплены на диамагнитных втулках. Введение эластичных пористых вставок, которые полностью или частично заполняют внутреннее пространство уплотняя и пропитываются феррожидкостью и немагнитной жидкостью, позволяет увеличить уплотняющий эффект и надежность работы при поступательном движении вала (штока) . На фиг. 1 показаны конструкции магнитно-жидкостного уплотнения, в Которых эластичные пористые вставки закреплены на полюсных наконечниках; на фиг. 2 во всей внутренней полости уплотн ения; на фиг. 3 - уплотнение с эластичными пористыми вставками с различной смачиваемостью. В корпусе 1 уплотнения установлены кольцевые постоянные магниты с аксиальной намагниченностью 2, охваченные полюсными наконечниками 3, которые образуют вместе с валом (штоком) 4 уплотняклцие зазоры, заполненные феррожидкостью 5. Для равномерного распределения приложенного давления между уплотня С1щими зазорами все пространство заполнено немагнитной жидкостью б, не смешивагач.ейся с применяемой феррожидкостью. Для исключения радиальной нагрузки на постоянные магниты и уменьшения полей рассеивания между полюсными наконечниками установлены диамагнитные втул-i ки 7. Кольцевые постоянные магниты. полюсные наконечники, феррожидкость, заполняющая уплотня1аи,ие зазоры и вал являются элементами магнитной цепи (пунктиром показано направление маг.нитного потока, создаваемого постоян ными магнитами) . Для предотвращения перемешивания феррожидкости и немагнитной жидкости при поступательном движении вала (штока) на полюсных наконечниках закреплены эластичные пористые вставки 8, пропитанные феррожидкостью, которые перекрывают вес уплотняющий зазор. Устройство работает следующим образом. Магнитная сила, создаваемая посто янным магнитом 2, удерживает феррожидкость 5 в уплотняющем зазоре, образованном полюсными наконечниками 3 и валом (штоком) 4. Это позволяет противостоять приложенному перепаду давления. Для повышения уплотняющей способности всего узла уплотнения промежутки между уплотняющими зазора ми заполняются немагнитной жидкостью 6, не смешивающейся с Феррожидкостью которая вследствие своей несжимаемос ти передает ггриложенное к ней давление и равномерно распределяет его ме ду уплотняющими зазорами. Для исключения перемешивания феррожидкости и немагнитной жидкости при поступател ном перемещении вала Сштока) на кон цах полюсных наконечников 3 закреплены эластичные пористые вставки 8, пропитанные феррожидкостью и перекр вающие полностью уплотняющие зазоры Применение таких вставок значительн уменьшает сдвиговые усилия, действу щие на феррожидкость при поступател ном перемещении вала (штока). Уплот някядая способность такого устройств пределяется как магнитными свойствами феррожидкости, так и ее способностью образовывать в магнитном поле инейные агрегаты из ферромагнитных частиц, которые параллельны линиям напряженности магнитного поля, и тем самым дополнительно противостоять приложенному давлению. В динамическом режиме работы уплотнения (например, при вращении аа.га) на феррожидкость действует сдвиговое усилие, которое разрушает линейные агрегаты. Это приводит к некоторому уменьшению уплотняющей способности в динамическом (при поступательном, или вращательном движении вала , вследствие разрушения линейных агрегатов. При полном разрушении агрегатов, которое происходит при скорости вращения вала 500-800 об/мин (в случае вращения вала), уплотняющая способность падает на 15-20%. При наличии эластичных пористых вставок в уплотняющем зазоре, которые пропитываются феррожидкостью, сдвиговые усилия, действующие на феррожидкость, уменьшаются, из-за чего уплотняк«дая способность практически не зависит от скорости перемещения или вращения вала. Для устранения, частичного перемешивания немагнитной жидкости и феррожидкости на границе их раздела и увеличения надежности работы магнитножидкостного уплотнения при возвратнопоступательном движении вала (штока) эластичные пористые вставки 8 закрепляются вдоль всей внутренней полости уплотнения на его неподвижной части (фиг. 2) , В этом случае как феррожидкос-ь 5, так и немагнитная жидкость 6 находятся внутри эластичной пористой вставки. Такая конструкция практически исключает сдвиговое усилие, действующее как на феррожидкость, так и на немагнитную жидкость при поступательном движении вала, (штока), что обеспечивает надежность работы при больших осевых сдвиговых усилиях, действующих на вал (шток) . Для увеличения уплотняющей способности устройства как при поступательном движении, так и при вращении вала (штока) эластичные пористые вставки 8, установленные в уплотняющем зазоре и в межзазорном пространстве изготов|Лены из различного материала (фиг. 3). Эластичные пористые вставки, установленные в уплотняющих зазорах, хо- рошо смачиваются феррох идкостью 5 и не смачиваются немагнитной жидкостью б, в то время как эластичные пористые вставки, установленные в межзазорном пространстве, хорошо смачиваются немагнитной жидкостью и не смачиваются феррожидкостью. Это позволяет добиться увеличения уплотняющей способности как в статике, так и в динамике за счет капиллярных сил, действуютих внутри эластичных пористых вставок, из-за хорошего смачивания их со ответствующими жидкостями, а также за счет увеличения поверхностных сил действующих на границе раздела между феррожидкостью и немагнитной жидкостью. Полюсные наконечники могут иметь как прямоугольный, так и треугольный профило, а также несколько выступов, образованных кольцевыми канавками (фиг. 1-3) : В качестве эластичных пористых вставок могут быть использованы пористые полимерные материалы или ме- таллические фетры, изготовленные из немагнитного материала. Применение эластичных пористых вставок увеличивает трение незначительно, не более чем на 5-10%. Предлагаемая конструкция позволяет уплотнить как вал, так и гибкий шток. Кроме того, увеличивает уплотняющую способность пропорционально количеству уплотняющих зазоров как в случае вращения, так и при поступательном движении вала (штока); уве личивает уплотняюгцую способность за счет капиллярных сил и поверхностных сил раздела на границе между . феррожидкостью и немагнитной жидкостью по сравнению с известным на 1020%; уменьшает зависимость уплотняющей способности от скорости движения вала (штока); обеспечивает устойчиву работу как при вращении вала (штока) так и при его поступательном движеНИИ за счет уменьшения воздействия пульсирующего давления и уменьшения сдвиговых усилий, действующих на феррожидкость при вршдении и при поступательном движении вала (штока); а также расширяет область применения путем использования в конструкциях с одновременным вращательным и поступательным движением вала (штока) . Формула изобретения 1.Магнитно-жидкостное уплотнение, в корпусе которого установлены кольцевые постоянные магниты, охваченные полюсными наконечниками, образующими вместе с валом уплотняющие зазоры, заполненные феррожидкостью, а между полюсными наконечниками установлены диамагнитные втулки, отличающееся тем, что, с целью повышения уплотняющей способности и повьпиения надежности при возвратно-поступательном движении вала, во внутренней полости уплотнения размещены зластичные пористые вставки. 2.Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что вставки закреплены на полюсннх наконечниках. 3.Уплотнение по п. 1 и 2, отличающееся тем, что вставки, смачиваемые феррожидкостью, закреплены на полюсных нaкoнeчникax а вставки, смачиваемые немагнитной жидкостьнуна диамагнитных втулках. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 340814, кл. F 16 J 15/54, 1972.