МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ НЕМАГНИТНОГО ВАЛА ПС-40
MAGNETIC FLUID SEAL OF NON-MAGNETIC SHAFT PS-40

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.б), содержащее кольцевой постоянный магнит, магнитные полюсы, которые концентрируют магнитное поле в кольцевом объеме между магнитными полюсами, примыкающими к немагнитному валу.
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 (патент на изобретение РФ №2407936 C2, МПК F16J 15/53, 2010 г.), принятое за прототип, содержащее магнитную систему уплотнения, выполненную в виде втулки из магнитопроводящего материала, охватывающей 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.
Недостатками уплотнения являются сложность изготовления втулки с кольцевыми канавками в виде ласточкина хвоста на внутренней поверхности, обращенной к валу, и невысокая удерживающая способность уплотнения. Сложность изготовления обусловлена трудностью выполнения канавок в виде ласточкина хвоста на внутренней поверхности втулки, в то время как зазор между остриями концентраторов должен быть меньше 1 мм. Невысокая удерживающая способность является следствием не очень удачного формирования магнитного поля в зоне расположения магнитожидкостной пробки.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении технологичности изготовления и в повышении удерживающей способности уплотнения.
Технический результат достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении немагнитного вала, содержащем магнитную жидкость и магнитную систему, выполненную из постоянного магнита и втулки из магнитопроводящего материала с кольцевыми канавками, охватывающей вал с зазором, по торцам втулки расположены выступы, примыкающие к противоположным полюсам магнита, кольцевые канавки расположены на внешней цилиндрической поверхности магнитопроводящей втулки и имеют треугольное поперечное сечение, при этом между втулкой и постоянным магнитом размещена немагнитная проставка, а канавки заполнены диамагнитным материалом.
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 внешней цилиндрической поверхности втулки 1, выполнены кольцевые канавки 4. Толщина втулки между дном кольцевой канавки и внутренней поверхностью втулки незначительная и может составлять десятые доли миллиметра. Канавки 4 заполнены диамагнитным материалом. По торцам втулки расположены выступы 5, которые примыкают к разноименным полюсам постоянного магнита 6. Между постоянным магнитом 6 и втулкой расположена немагнитная проставка 7. В зазор между втулкой 1 и валом 2 введена магнитная жидкость 8, 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 5 втулки 1, проходит по втулке 1 и через противоположный выступ 5 замыкается на южный полюс магнита. Поперечное сечение втулки 1 в области канавок 4 мало, поэтому материал втулки 1 здесь входит в состояние насыщения, что вытесняет магнитный поток в рабочий зазор 2. За счет этого в рабочем зазоре напротив канавок 4 создается повышенная напряженность магнитного поля. Канавки 4 с поперечным сечением треугольной формы обеспечивают наибольшую максимальную напряженность магнитного поля в рабочем зазоре. В эти зоны с максимальной напряженностью магнитного поля втягивается магнитная жидкость 8 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.
Конструкция данного уплотнения отличается простотой и технологичностью изготовления. Выполнение канавок 4 с треугольной формой поперечного сечения на внешней цилиндрической поверхности втулки 1 проще и технологичнее, чем выполнение канавок на внутренней поверхности втулки в форме ласточкиного хвоста. 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. Проставка 7 из немагнитного материала обеспечивает дополнительную жесткость втулке 1, повышая технологичность сборки и переборки уплотнения, а также надежность уплотнения.
Выполнение втулки 1 с кольцевыми канавками на внешней цилиндрической поверхности позволяет более эффективно сформировать магнитное поле в рабочем зазоре уплотнения и повысить его максимальную удерживающую способность. Численное моделирование магнитного поля магнитной системы предлагаемого уплотнения показало, что она позволяет повысить максимальный удерживаемый перепад давлений в 1,8÷2.1 раза по сравнению с прототипом при использовании одного и того же магнита.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить технологичность изготовления уплотнения и его максимально удерживаемый перепад давлений.