МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА
MAGNETIC-LIQUID PACKING OF SHAFT

Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может применяться в машиностроении для уплотнения вращающихся валов.
Известны магнитожидкостные уплотнения валов (Авторское свидетельство СССР №420836, МКИ-2, F16J 15/40; авторское свидетельство СССР №881441, МКИ-2, F16J 15/40 и т.д.), в которых магнитная система, состоящая из кольцевого магнита с полюсными приставками, устанавливается по скользящей посадке в корпус, и образует с валом кольцевую полость под магнитную жидкость, причем на поверхностях полюсных приставок и/или вала выполнены различные концентраторы - канавки, зубцы, выступы, перераспределяющие магнитный поток в рабочем зазоре. Недостатками данных уплотнений являются их невысокие удерживающая способность, надежность, ресурс из-за высокой неравномерности зазора.
Известно магнитожидкостное уплотнение вала (Патент РФ №2351829, МПК 7 F16J 15/53), в котором полюсные приставки жестко соединены между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла, размещенного на уплотняемом валу, а магнит и полюсные приставки заключены в съемную гильзу.
Недостатками данного уплотнения являются его невысокая технологичность изготовления, повышенная стоимость изготовления, недостаточные надежность и ресурс при герметизации агрессивных сред.
Недостатки данного уплотнения обусловлены следующим. Жесткое соединение полюсных приставок между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла с помощью сварки делает уплотнение недостаточно технологичным в изготовлении. После проведения сварочных работ требуется проверка сварочных швов на герметичность, что выливается в дополнительные работы и дополнительное оборудование. Это снижает технологичность процесса изготовления и увеличивает его стоимость.
При уплотнении агрессивных сред полюсные приставки и магнит оказываются под воздействием данных сред, поэтому для изготовления полюсных приставок требуется использовать дорогие нержавеющие стали или выполнять антикоррозионные покрытия, также приходится защищать и магнит, что снова снижает технологичность и повышает стоимость уплотнения. Отказ от вышеуказанных мер снижает ресурс и надежность уплотнений.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении технологичности изготовления магнитожидкостных уплотнений, снижения их стоимости, повышения надежности и ресурса. Это достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем постоянный магнит, полюсные приставки, охватывающую их съемную гильзу, магнитную жидкость, вал, подшипниковый узел с немагнитным корпусом, что каждая полюсная приставка выполнена как минимум из двух концентрично расположенных колец, магнит с примыкающими к нему наружными кольцами полюсных приставок образует съемную магнитную систему, расположенную на внешней поверхности немагнитного корпуса подшипникового узла, а внутренние кольца полюсных приставок жестко закреплены на внутренней поверхности корпуса подшипникового узла и образуют с валом зазор, заполненный магнитной жидкостью. Кроме этого, съемная гильза, охватывающая съемную магнитную систему, образует с немагнитным корпусом герметичную полость.
На чертеже показано магнитожидкостное уплотнение.
Уплотнение устроено следующим образом. Магнитная система уплотнения состоит из постоянного магнита 1, который может быть выполнен в виде кольца, цилиндров, призм и т.п., равномерно размещенных по окружности, и двух полюсных приставок. Каждая полюсная приставка выполнена как минимум из двух концентрично расположенных колец - наружных 2 и внутренних 3. Постоянный магнит 1 с примыкающими к нему наружными кольцами 2 полюсных приставок образует съемную магнитную систему, которая располагается на внешней поверхности немагнитного корпуса подшипникового узла 4. Внутренние кольца 3 полюсных приставок расположены на внутренней поверхности корпуса подшипникового узла 4 и образуют с валом 5 зазор 6. На обращенных друг к другу поверхностях внутренних колец 3 полюсных приставок и/или вала 5 выполнены концентраторы 7 - это могут быть зубцы, канавки, выступы, перераспределяющие магнитный поток в рабочем зазоре 6. Рабочий зазор 6 заполнен магнитной жидкостью 8. Внутренние кольца 3 полюсных приставок закрепляются на корпусе подшипникового узла 4 жестко и герметично с помощью клея или прессовой посадки. Съемная гильза 9 охватывает магнитную систему, состоящую из постоянного магнита 1 с примыкающими к нему наружными кольцами 2 полюсных приставок, и образует с немагнитным корпусом 4 герметичную полость, защищая магнитную систему от воздействий уплотняемой среды. Герметизация магнитной системы позволяет выполнять наружные кольца 2 полюсных приставок из обычной магнитопроводящей стали вместо легированной и отказаться от дополнительных защитных покрытий, в том числе и магнита, что снижает стоимость уплотнения. Уплотнение может быть укомплектовано двумя гильзами 9, одна из которых выполняется из немагнитного материала, а вторая - из магнитопроводящего. Немагнитная гильза устанавливается, когда уплотнение находится в рабочем состоянии, а гильза из магнитопроводящего материала используется, когда производится сборка-разборка уплотнения или в период хранения на складе. Гильза, выполненная из магнитопроводящего материала, имеет кольцевую проточку 10, глубина которой определяет величину магнитного потока, проходящего через втулку, следовательно, величину напряженности магнитного поля в рабочем зазоре.
Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 1 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток проходит через наружное кольцо 2 полюсной приставки, стенку немагнитного корпуса 4, внутреннее кольцо 3 полюсной приставки, уплотняемый зазор 6, вал 5, следующий уплотняемый зазор 6, внутреннее кольцо 3 второй полюсной приставки, стенку немагнитного корпуса 4, наружное кольцо 2 второй полюсной приставки, магнит 1. Концентраторы 7, выполненные на внутреннем кольце 3 полюсной приставки и/или валу 5, перераспределяют рабочий магнитный поток в зазоре, и поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 8 втягивается под зубцы, где поле имеет максимальную напряженность, и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, определяемый параметрами магнитного поля в зазоре и свойствами используемой магнитной жидкости. Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под зубцами.
В предлагаемом изобретении внутренние кольца 3 полюсных приставок жестко закреплены (запрессованы) в корпусе 4 подшипникового узла и образуют с ним одну неразъемную деталь. Посадочные поверхности подшипников и поверхности концентраторов 7 на внутренних кольцах полюсных приставок выполняются на токарном станке за одну установку. Это позволяет, по сравнению с известными уплотнениями (аналогами), исключить из узла одно из имеющихся соединений сопрягаемых деталей, повысить точность выполнения зазора и снизить эксцентриситет вала.
При обеспечении более высокой точности зазора данная конструкция исключает из технологии изготовления уплотнения сварочные работы, что снижает стоимость изготовления и временные затраты.
Предлагаемое уплотнение позволяет также повысить технологичность сборки-разборки уплотнения и его обслуживания. При монтаже данного уплотнения на вал первоначально устанавливается корпус подшипникового узла с внутренними кольцами полюсных приставок (магнит с наружными кольцами полюсных приставок отсутствуют). Так как магнитного поля в зазоре уплотнения не существует, монтаж уплотнения существенно упрощается - нет сил магнитного притяжения, исключается повреждение концентраторов и рабочих поверхностей рабочего зазора. Затем на корпусе последовательно размещаются наружное кольцо первой полюсной приставки, магнит и наружное кольцо второй полюсной приставки. В рабочем зазоре возникает магнитное поле. Сверху на магнитную систему надевается съемная гильза 9, выполненная из немагнитного материала. Зазоры между съемной гильзой 9 и корпусом подшипникового узла 4 герметизируются. Уплотнение готово к работе или к хранению. Магнитная жидкость вводится в зазор непосредственно перед пуском оборудования.
Предлагаемое уплотнение обеспечивает более технологичный процесс демонтажа и ревизии уплотнения, во время которой определяется состояние подшипников качения, отсутствие износа рабочих поверхностей и покрытий, производится замена магнитной жидкости. Демонтаж уплотнения, контроль и измерение параметров системы, последующая сборка и установка уплотнения намного упрощается, когда в устройстве отсутствует магнитное поле, т.к. магнитное поле препятствует удалению старой магнитной жидкости, притягивает и намагничивает измерительный инструмент, собирает на себя магнитный мусор и крепежный материал и т.д. При демонтаже уплотнения немагнитная гильза 9 заменяется на магнитопроводящую. Магнитный поток системы замыкается через магнитопроводящую гильзу, что позволяет без труда снять магнитную систему и проводить дальнейшие действия с уплотнением при отсутствии в нем магнитного поля.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить технологичность сборки, монтажа и обслуживания магнитожидкостных уплотнений, снизить стоимость, увеличить ресурс и надежность уплотнений.