МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА
MAGNETIC FLUID SHAFT SEALING

Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может применяться в машиностроении для уплотнения вращающихся валов.
Широко 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), содержащее постоянный магнит, полюсные приставки, магнитную жидкость в зазоре уплотнение - вал, подшипниковый узел, в котором полюсные приставки жестко соединены между собой через немагнитную втулку и корпусом подшипникового узла, размещенного на уплотняемом валу, а магнит и полюсные приставки заключены в съемную гильзу, в рабочем состоянии магнит и полюсные приставки заключены в гильзу, выполненную из немагнитного материала, а в складском состоянии - в гильзу, выполненную из магнитопроводящего материала, имеющую кольцевую проточку.
Недостатками данного уплотнения являются его невысокая технологичность сборки и обслуживания, сложность заправки уплотнения, что обусловлено отсутствием возможности полного снятия напряженности магнитного поля в зазоре.
Недостатки известных уплотнений обусловлены следующим. Процесс сборки магнитожидкостного уплотнения достаточно сложен из-за присутствия сил магнитного притяжения между собираемыми деталями. Кроме этого в процессе эксплуатации магнитожидкостного уплотнения ему периодически требуется ревизия - определяется состояние подшипников качения, сохранность рабочего зазора, отсутствие износа рабочих поверхностей и покрытий, производится замена магнитной жидкости. Демонтаж уплотнения, удаление старой магнитной жидкости, контроль и измерение параметров системы, сборку и установку уплотнения намного проще и удобнее выполнять, когда в устройстве отсутствует магнитное поле, т.к. магнитное поле препятствует удалению магнитной жидкости, притягивает и намагничивает измерительный инструмент, собирает на себя магнитный мусор и крепежный материал и т.д. Магнитное поле в зазоре уплотнения также препятствует свободному перемещению магнитной жидкости по зазору, что сказывается на качестве заправки.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении технологичности сборки, монтажа и обслуживания магнитожидкостных уплотнений. Это достигается тем, что в магнитожидкостном уплотнении вала, содержащем подшипниковый узел, постоянный магнит, полюсные приставки, жестко соединенные между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла, охватывающую их съемную гильзу с проточками, магнитную жидкость, полюсные приставки выполнены составными и имеют кольцевой разрез на уровне наружной поверхности немагнитной втулки, при этом внутренние части полюсных приставок жестко соединены между собой через немагнитную втулку и с корпусом подшипникового узла, а наружные части полюсных приставок и магнит заключены в гильзу и образуют съемную магнитную систему, кроме этого внутренние части полюсных приставок и (или) немагнитная втулка имеют заправочные отверстия с заглушками.
На чертеже показано предлагаемое магнитожидкостное уплотнение.
Уплотнение устроено следующим образом. Магнитная система уплотнения состоит из постоянного магнита 1, двух полюсных приставок, каждая из которых имеет кольцевой разрез 2, который делит полюсную приставку на наружную 3 и внутреннюю 4 части. Постоянный магнит 1 может быть выполнен в виде кольца, цилиндров, призм и т.п., равномерно размещенных по окружности. Внутренние части полюсных приставок 4 жестко соединены между собой через немагнитную втулку 5 и корпусом подшипникового узла 6 в единое целое. Соединение внутренних частей полюсных приставок 4 и немагнитной втулки 5 может быть выполнено, допустим, с помощью сварки, клея и т.д. Внутренние части полюсных приставок 4 и (или) немагнитная втулка 5 имеют заправочные отверстия 7 с заглушками 8. На обращенных друг к другу поверхностях полюсных приставок и/или вала 9 выполнены концентраторы 10, это могут быть канавки, зубцы, выступы, перераспределяющие магнитный поток в рабочем зазоре 11. Зазор 11 между внутренними частями полюсных приставок 4 и валом 9 заполнен магнитной жидкостью 12. Магнит 1 и наружные части полюсных приставок 3 образуют съемную магнитную систему и заключены в гильзу 13. Уплотнение укомплектовано двумя гильзами 13, 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, когда производится сборка-разборка уплотнения или в период хранения на складе. Гильза 13, выполненная из магнитопроводящего материала, имеет кольцевую проточку 14, глубина которой определяет величину магнитного потока, проходящего через втулку, а 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 полюсными приставками, состоящими из частей 3 и 4, подводится к зазору 11 между полюсными приставками и вращающимся валом 9. Концентраторы 10 внутренних частей полюсных приставок перераспределяют рабочий магнитный поток в зазоре 11, и поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 12 втягивается в зоны минимального зазора, где поле имеет максимальную напряженность, и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, определяемый намагниченностью магнитной жидкости и перепадом напряженности магнитного поля в зазоре 11 под концентратором 10. Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под концентраторами.
В предлагаемом изобретении внутренние части 4 полюсных приставок жестко объединены между собой через немагнитную втулку 5 в единое целое, а также с корпусом 6 подшипникового узла. Получается одна неразъемная деталь, у которой посадочные поверхности подшипников и поверхности концентраторов 10 на полюсных приставках выполняются на токарном станке за одну установку. Это позволяет, по сравнению с известными уплотнениями (аналогами), повысить точность выполнения сопрягаемых поверхностей и их соосность, исключить из узла одно из имеющихся соединений сопрягаемых деталей (соединение между корпусом уплотнения и полюсными приставками) и при одних и тех же исходных параметрах более чем на треть повысить точность выполнения зазора и снизить эксцентриситет вала.
Кольцевой разрез 2 полюсных приставок позволяет повысить технологичность обслуживания уплотнения. Во-первых, упрощается сборка уплотнения. Перед монтажом уплотнения на вал съемная гильза 13, выполненная из магнитопроводящего материала, надевается на наружные части полюсных приставок и магнит 1. Магнитный поток системы замыкается через гильзу 13, после чего наружные части 3 полюсных приставок с магнитом, образующие съемную магнитную систему, без труда снимаются с неразборного узла, состоящего из внутренних колец 4 полюсных приставок, немагнитной втулки 5, корпуса подшипникового узла 6. Данный узел без магнитной системы легко монтируется на вал, т.к. отсутствуют силы магнитного притяжения. Через заправочные отверстия 7 в рабочий зазор 11 вводится магнитная жидкость 12, в отверстия ставятся заглушки 8. На неразборный блок надевается съемная магнитная система (магнит - наружные части полюсных приставок - гильза), после чего магнитопроводящая гильза 13 заменяется на немагнитную. В зазоре 11 создается рабочий магнитный поток, уплотнение готово к работе.
Более технологичным становится и процесс дозаправки уплотнения магнитной жидкостью. Иногда при эксплуатации уплотнения в технологическом оборудовании могут возникать аварийные режимы, когда давление повышается выше допустимого. Магнитожидкостное уплотнение пробивается, срабатывая как ограничительный клапан, при этом из зазора выбрасывается часть магнитной жидкости. Чтобы восстановить работоспособность уплотнения, выброшенную магнитную жидкость нужно компенсировать. В предлагаемом уплотнении для этого не требуется выполнять его полную разборку, достаточно, как было описано выше, удалить съемную магнитную систему и через заправочные отверстия 7 ввести в зазор магнитную жидкость 12, после чего возвратить магнитную систему на место.
В предлагаемом уплотнении более технологичен и процесс ревизии уплотнения, во время которой определяется состояние подшипников качения, отсутствие износа рабочих поверхностей и покрытий, производится замена магнитной жидкости. Демонтаж уплотнения, удаление старой магнитной жидкости, контроль и измерение параметров системы, последующая сборка и установка уплотнения намного упрощается, когда в устройстве отсутствует магнитное поле, т.к. магнитное поле препятствует удалению магнитной жидкости, притягивает и намагничивает измерительный инструмент, собирает на себя магнитный мусор, крепежный материал и т.д. Присутствие магнитного поля в зазоре уплотнения также препятствует свободному перемещению магнитной жидкости по зазору, что сказывается на качестве заправки.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить технологичность сборки, монтажа и обслуживания магнитожидкостных уплотнений.