МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ НЕМАГНИТНОГО ВАЛА С РЕГУЛИРУЕМОЙ УДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ ПС39
MAGNETIC FLUID SEAL OF NONMAGNETIC SHAFT WITH ADJUSTABLE HOLDING CAPACITY PS39

Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может использоваться для уплотнения немагнитных валов, работающих в условиях перепада давлений.
Известно магнитожидкостное уплотнение (Авторское свидетельство СССР №1283476, МПК F16J 15/40, 1987 г.), содержащее кольцевой постоянный магнит, полюсные приставки с конусными выступами, наборные шайбы с немагнитными прокладками между ними, при этом выступы соседних шайб примыкают к конусным выступам полюсных приставок разноименной полярности.
Недостатком указанного уплотнения является отсутствие возможности регулирования максимально удерживаемого перепада давлений.
Известно магнитожидкостное уплотнение (Авторское свидетельство СССР №1308803, МПК F16J 15/43, 1987 г.), принятое за прототип, в котором магнитная система состоит из постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами и разделенных полюсными приставками, поверхность последних, обращенная к валу, выполнена заподлицо с поверхностями магнитов, при этом на поверхностях полюсных приставок и вала, напротив магнитов, выполнены кольцевые канавки.
Недостатком указанного магнитожидкостного уплотнения является отсутствие возможности регулирования максимально удерживаемого перепада давлений.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в создании магнитожидкостного уплотнения немагнитного вала с регулируемым максимально удерживаемым перепадом давлений.
Технический результат достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении немагнитного вала с регулируемой удерживающей способностью, содержащем магнитную систему в немагнитном корпусе, состоящую из кольцевых постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, охватывающую вал, магнитную жидкость в зазорах, кольцевые постоянные магниты образуют между собой зазоры и зазор с корпусом, а уплотнение снабжено механизмом регулирования величины зазоров между кольцевыми постоянными магнитами. Механизм регулирования величины зазоров между кольцевыми магнитами выполнен в виде гайки, размещенной на корпусе уплотнения с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения и втулки, расположенной между гайкой и крайним кольцевым постоянным магнитом магнитной системы.
На чертеже показано предлагаемое уплотнение.
Магнитожидкостное уплотнение немагнитного вала с регулируемой удерживающей способностью состоит из размещенной в немагнитном корпусе 1 магнитной системы, состоящей из кольцевых постоянных магнитов 2, обращенных друг к другу одноименными полюсами. Постоянные магниты 2 разделены между собой воздушными межполюсными зазорами 3 и установлены в корпусе 1 по скользящей посадке, внешние цилиндрические поверхности постоянных магнитов 2 образуют с корпусом кольцевой зазор 4. Магнитная система охватывает немагнитный вал 5 и образует с ним рабочий зазор 6. В рабочий зазор 6 и в кольцевой зазор 4 введена магнитная жидкость 7. На корпусе 1 выполнена резьба 8, на которой размещена гайка 9. Между гайкой 9 и крайним магнитом расположена втулка 10, выполненная из немагнитного материала.
Уплотнение работает следующим образом. Постоянные магниты 2 в уплотнении служат источником магнитного поля. Магнитные потоки выходят из полюсов соседних магнитов в разделяющий их воздушный межполюсный зазор 3 и делятся на две части. Одна часть идет к рабочему зазору 6 между магнитами и валом, пересекает его, разделяется на две части, снова пересекает рабочий зазор 6 и, проходя по соседним воздушным межполюсным зазорам 3, входит в противоположные полюсы магнитов. Вторая часть магнитного потока по межполюсному зазору 3 идет к корпусу 1, пересекает кольцевой зазор 4, разделяется на две части, снова пересекает кольцевой зазор 4, проходит по соседним межполюсным зазорам 3 и входит в противоположные полюсы магнитов. В кольцевом зазоре 4 и рабочем зазоре 6 напротив воздушных межполюсных зазоров 3 создается магнитное поле высокой напряженности, куда втягивается магнитная жидкость 7 и образует герметичные кольцевые пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать определенный перепад давлений, зависящий от максимальной напряженности поля в рабочем зазоре, и находится по формуле
<mrow><mi>Δ</mi><mi>p</mi><mo>=</mo><msub><mi>μ</mi><mn>0</mn></msub><mstyle displaystyle="true"><mrow><munderover><mo>∫</mo><mrow><mi>Н</mi><mi>м</mi><mi>и</mi><mi>н</mi></mrow><mrow><mi>Н</mi><mi>м</mi><mi>а</mi><mi>х</mi></mrow></munderover><mrow><mi>M</mi><mi>d</mi><mi>Н</mi><mtext>     (1)</mtext></mrow></mrow></mstyle></mrow>
0
мах
мин
где µ - магнитная постоянная, M - намагниченность магнитной жидкости, H - максимальная напряженность магнитного поля в рабочем зазоре, H - минимальная напряженность магнитного поля в рабочем зазоре. Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок, находящихся в рабочем зазоре 6. Магнитожидкостные пробки в кольцевом зазоре 4 исключают протечку уплотняемой среды между магнитами 2 и корпусом уплотнения 1. Магнитный поток, выходящий из соседних постоянных магнитов в воздушный межполюсный зазор 3, делится таким образом, что обеспечивает практически одинаковую напряженность поля в рабочем зазоре 6 и в кольцевом зазоре 4. Поэтому суммарная удерживающая способность магнитожидкостных пробок в рабочем зазоре 6 практически равна суммарной удерживающей способности магнитожидкостных пробок в кольцевом зазоре 4. Максимальная напряженность магнитного поля в кольцевом зазоре 4 и в рабочем зазоре 6 зависит от расстояния между соседними магнитами или от величины воздушных межполюсных зазоров 3. Чем меньше межполюсные зазоры 3, тем выше максимальная напряженность магнитного поля в кольцевом зазоре 4 и в рабочем зазоре 6, тем выше удерживающая способность каждой магнитожидкостной пробки. Чем больше межполюсные зазоры 3, тем ниже максимальная напряженность магнитного поля в кольцевом зазоре 4 и в рабочем зазоре 6, тем ниже удерживающая способность каждой магнитожидкостной пробки. Т.е. при изменении расстояния между постоянными магнитами меняется удерживающая способность уплотнения.
Постоянные магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами, отталкиваются друг от друга. В корпусе уплотнения магниты от расхождения зафиксированы гайкой 9. Усилие от магнитов воспринимается гайкой 9 через втулку 10. При закручивании гайки 9 на корпус 1 уменьшаются величины межполюсных зазоров 3 и увеличивается удерживающая способность уплотнения, при выкручивании гайки 9 под действием сил отталкивания магниты расходятся, межполюсные зазоры 3 увеличиваются, удерживающая способность уплотнения уменьшается. Таким образом, закручивая или выкручивая гайку 9, меняют максимальную удерживающую способность уплотнения, настраивая на заданный максимально удерживаемый перепад давлений. Данное уплотнение кроме функции герметизации способно выполнять функцию предохранительного клапана в системах с повышенным внутренним давлением, предохраняя от разрушения корпус герметизируемого устройства при неконтролируемом колебании внутреннего давления. Магнитожидкостное уплотнение обладает свойством самозалечивания, т.е. при определенных обстоятельствах восстанавливать свою первоначальную удерживающую способность, что позволяет использовать его при многократных предохранительных прорывах.
Таким образом, предлагаемое магнитожидкостное уплотнение позволяет не только обеспечить герметичность ввода вращения немагнитного вала, но и использовать его в качестве предохранительного клапана замкнутых систем, расширяет функциональные возможности уплотнений.