МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ НЕМАГНИТНОГО ВАЛА
MAGNETIC-LIQUID PACKING OF NON-MAGNETIC SHAFT

Изобретение относится к уплотнительной технике и может применяться в машиностроении для уплотнения немагнитных валов.
Известно магнитожидкостное уплотнение немагнитного вала (Фертман В.Е. Магнитные жидкости - естественная конвекция и тепломассообмен. Мн., «Наука и техника», 1978, с.55, рис.21.6), содержащее кольцевой постоянный магнит, магнитные полюсы, которые концентрируют магнитное поле в кольцевом объеме между магнитными полюсами, примыкающими к немагнитному валу (аналог).
Его недостатком является низкая удерживающая способность. Это обусловлено тем, что уплотнение позволяет создать одно магнитожидкостное кольцо с невысокой удерживающей способностью.
Известно магнитожидкостное уплотнение немагнитного вала (А.с. СССР №934106, МПК F16J 15/40), содержащее кольцевой постоянный магнит, полюсные наконечники, между которыми установлены дополнительные полюсные проставки, которые выполнены из ферромагнитного материала и изолированы друг от друга немагнитными втулками.
Недостатками уплотнения являются сложность конструкции и низкая надежность.
Конструкция сложна тем, что состоит из множества деталей, которые должны быть точно установлены относительно друг друга, изолированы в магнитном плане, а соединительные поверхности загерметизированы. Низкая надежность - следствие сложной конструкции.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в упрощении конструкции уплотнения, в повышении технологичности изготовления и обслуживания, в повышении надежности.
Технический результат достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении немагнитного вала, содержащем магнитную систему с постоянным магнитом и магнитной жидкостью, магнитная система уплотнения выполнена в виде втулки из магнитопроводящего материала, которая охватывает вал с зазором, на поверхности втулки, обращенной к валу, выполнены кольцевые канавки, которые заполнены диамагнитным материалом, а по краям наружной поверхности втулки расположены выступы, примыкающие к противоположным полюсам магнита. Выполнение канавок на поверхности втулки, обращенной к валу, в форме ласточкиного хвоста повышает эффективность уплотнения.
На чертеже показана конструкция магнитожидкостного уплотнения немагнитного вала. Втулка 1, выполненная из магнитопроводящего материала (Ст.3÷Ст.10), охватывает немагнитный вал 2 с зазором 3. На поверхности втулки 1, обращенной к валу, выполнены кольцевые канавки 4. Канавки 4 в глубину практически полностью пересекают втулку 1. Толщина втулки между дном кольцевой канавки и наружной поверхностью втулки незначительная и может составлять десятые доли миллиметра. Канавки 4 заполнены диамагнитным материалом. По краям наружной поверхности втулки расположены выступы 5, которые примыкают к разноименным полюсам постоянного магнита 6. В зазор между втулкой 1 и валом 2 введена магнитная жидкость 7, которая образует под воздействием магнитного поля герметичные кольца.
Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 6 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток выходит из северного полюса, проходит через примыкающий к нему выступ втулки 5, проходит по втулке 1, пересекая канавки 4, и через противоположный выступ 5 замыкается на южный полюс магнита. Поперечное сечение втулки в области канавок мало, поэтому материал втулки 4 здесь входит в состояние насыщения, обеспечивая существенное падение магнитного потенциала. За счет этого в канавках создается повышенная напряженность магнитного поля. Если канавки выполнить с сечением в форме ласточкиного хвоста, то магнитное поле в канавках перераспределится и максимальная напряженность магнитного поля будет расположена у зазора 3 между втулкой 1 и валом 2. В эти зоны с максимальной напряженностью магнитного поля втягивается магнитная жидкость 7 и образует герметичные кольца, перекрывающие зазор 3 и препятствующие прохождению через него уплотняемой среды. Каждое магнитожидкостное кольцо способно воспринимать перепад давлений, зависящий от напряженности поля в зазоре и магнитных свойств магнитной жидкости. Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов давлений всех магнитожидкостных колец в зазоре.
Особенностью конструкции данного уплотнения является его простота. Канавки 4 на внутренней поверхности втулки 1 могут иметь различную форму, но наиболее эффективна форма в форме ласточкиного хвоста, так как обеспечивает более рациональное распределение магнитного поля в канавке. Канавки 4 можно не заполнять диамагнитным материалом. Но заполнение канавок диамагнитным материалом снижает магнитный поток, замыкающийся между стенками канавки, повышая напряженность поля в уплотняемом зазоре, а следовательно, удерживающую способность уплотнения. Использование диамагнитного материала с упругими механическими свойствами увеличивает механическую жесткость и прочность втулки 1, что повышает технологичность сборки и упрощает обслуживание уплотнения.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию уплотнения и его обслуживание, повысить технологичность изготовления уплотнения и его надежность.