RU2397380C1

RU2397380C1 - Procedure for sealing gap between surfaces out of magnet-conducting and non-magnetic material by means of magnetic fluid

Info

Publication number: RU2397380C1
Application number: RU2009109867/11A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Перминов (RU); Сергей Михайлович Перминов
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-08-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: elements-concentrators in from of grooves, teeth, and lugs with sharp edges are made on magnetic-conducting surface during sealing gap between two surfaces out of magnet-conducting and non-magnetic materials by means of magnetic fluid. Surfaces of these elements-concentrators are arranged to facilitate maximal approach of sharp edges of the elements-concentrators to non-magnetic surface. Magnetic fluid is introduced into the gap between surfaces, whereupon magnetic field is imposed on the gap; magnetic field vector is perpendicular to plane of the gap.

EFFECT: by degree raised maintaining capacity of gap.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к уплотнительной технике и может применяться в машиностроении для герметизации зазора между двумя поверхностями, одна из которых выполнена из немагнитного материала, а вторая из магнитопроводящего материала.The present invention relates to a sealing technique and can be used in mechanical engineering to seal the gap between two surfaces, one of which is made of non-magnetic material, and the second of magnetic material.

Известен способ герметизации зазора с помощью магнитной жидкости между двумя поверхностями из магнитопроводящего и немагнитного материалов (фиг.3), в котором магнитопроводящая поверхность выполнена не сплошной, а имеет разрыв. В промежутках между частями поверхности создается магнитное поле, вектор напряженности которого направлен вдоль поверхности, сюда же помещена магнитная жидкость. (Данный способ использован в опоре, защищенной патентом №3734578 США, МКИ F16C 39/06).A known method of sealing the gap with a magnetic fluid between two surfaces of a magnetically conductive and non-magnetic materials (figure 3), in which the magnetically conductive surface is not continuous, but has a gap. In the gaps between the parts of the surface, a magnetic field is created, the intensity vector of which is directed along the surface, magnetic fluid is also placed here. (This method is used in the support protected by US patent No. 3734578, MKI F16C 39/06).

Недостатком способа является его низкая эффективность. Это обусловлено тем, что энергия магнитного поля недостаточно эффективно используется. Максимальная энергия магнитного поля сосредоточена в промежутке между частями магнитопроводящей поверхности и не определяет удерживающую способность магнитожидкостной пробки. Свойства пробки определяет энергия потоков рассеяния, замыкающаяся через уплотняемый зазор, которая невелика.The disadvantage of this method is its low efficiency. This is due to the fact that the energy of the magnetic field is not used effectively enough. The maximum energy of the magnetic field is concentrated in the gap between the parts of the magnetically conductive surface and does not determine the holding capacity of the magneto-liquid plug. The properties of the plug are determined by the energy of the scattering flux, which closes through a sealed gap, which is small.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении эффективности способа герметизации зазора между двумя поверхностями, одна из которых выполнена из немагнитного материала, а вторая из магнитопроводящего материала с помощью магнитной жидкости.The technical result achieved by the invention is to increase the efficiency of the method of sealing the gap between two surfaces, one of which is made of non-magnetic material, and the second of the magnetically conductive material using magnetic fluid.

Технический результат достигается тем, что при герметизации зазора между двумя поверхностями из магнитопроводящего и немагнитного материалов с помощью магнитной жидкости на магнитопроводящей поверхности выполняют элементы-концентраторы в виде канавок, зубцов, выступов с острыми кромками, поверхности располагают так, чтобы острые кромки элементов-концентраторов были максимально приближены к немагнитной поверхности, в зазор между поверхностями вводят магнитную жидкость, после чего на зазор накладывают магнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярен плоскости зазора.The technical result is achieved by the fact that when sealing the gap between two surfaces of magnetically conductive and non-magnetic materials using magnetic fluid on the magnetically conductive surface, hub elements are made in the form of grooves, teeth, protrusions with sharp edges, the surfaces are arranged so that the sharp edges of the hub elements are as close as possible to a non-magnetic surface, a magnetic fluid is introduced into the gap between the surfaces, after which a magnetic field is applied to the gap, the vector is Nosta is perpendicular to the plane of the gap.

На фиг.1 показан пример реализации способа с помощью элементов-концентраторов, выполненных в виде зубцов треугольной формы с острыми кромками на магнитопроводящей поверхности, положение магнитожидкостных пробок в зазоре.Figure 1 shows an example implementation of the method using hubs made in the form of teeth of a triangular shape with sharp edges on a magnetically conductive surface, the position of the magneto-liquid plugs in the gap.

На фиг.2 показано графическое представление распределения напряженности магнитного поля в зазоре (сплошная кривая соответствует зубцам с острыми кромками, пунктирная кривая - зубцам с закругленными кромками).Figure 2 shows a graphical representation of the distribution of the magnetic field in the gap (the solid curve corresponds to the teeth with sharp edges, the dashed curve corresponds to the teeth with rounded edges).

На фиг.3 показана реализация способа, являющегося прототипом.Figure 3 shows the implementation of the prototype method.

Способ герметизации заключается в следующем. На магнитопроводящей поверхности выполняют элементы-концентраторы - канавки, зубцы, выступы, имеющие острые кромки. Поверхности располагают так, чтобы острые кромки элементов-концентраторов были максимально приближены к немагнитной поверхности. В зазор между поверхностями вводят магнитную жидкость, после чего на зазор накладывают магнитное поле, вектор напряженности которого перпендикулярен плоскости зазора. Под воздействием поля магнитная жидкость образует отдельные магнитожидкостные пробки, расположенные в области кромок элементов.The sealing method is as follows. Hub elements — grooves, teeth, protrusions having sharp edges — are made on a magnetically conductive surface. The surfaces are positioned so that the sharp edges of the concentrator elements are as close as possible to the non-magnetic surface. A magnetic fluid is introduced into the gap between the surfaces, after which a magnetic field is applied to the gap, the intensity vector of which is perpendicular to the plane of the gap. Under the influence of the field, the magnetic fluid forms separate magneto-liquid plugs located in the region of the edges of the elements.

Способ осуществляется следующим образом. Магнитный поток пересекает зазор 1, образованный магнитопроводящей поверхностью 2 и немагнитной поверхностью 3, перпендикулярно его плоскости. Элементы-концентраторы (зубцы, выступы, канавки) 4, выполненные на магнитопроводящей поверхности 2, перераспределяют магнитный поток в зазоре 1 (пунктирная кривая на фиг.2). Элементы-концентраторы на магнитопроводящей поверхности - зубцы, выступы, канавки - имеют острые кромки 5, около которых существует локальный всплеск напряженности магнитного поля, поэтому кривая распределения напряженности в зазоре приобретает резко выраженный характер (сплошная кривая на фиг.2). Напряженность магнитного поля быстро убывает при удалении от кромки 5 в любом направлении. Магнитная жидкость втягивается магнитным полем в зоны, где поле имеет максимальную напряженность и образует пробки 6 с повышенным внутренним давлением. Острые кромки 5 элементов-концентраторов максимально приближены к немагнитной поверхности 3, поэтому магнитожидкостные пробки 6 перекрывают зазор 1 и препятствуют прохождению через него уплотняемой среды.The method is as follows. The magnetic flux crosses the gap 1, formed by a magnetically conductive surface 2 and a non-magnetic surface 3, perpendicular to its plane. Hub elements (teeth, protrusions, grooves) 4, made on the magnetic surface 2, redistribute the magnetic flux in the gap 1 (dashed curve in figure 2). Hub elements on a magnetically conductive surface - teeth, protrusions, grooves - have sharp edges 5, around which there is a local surge in magnetic field strength, so the tension distribution curve in the gap acquires a pronounced character (solid curve in figure 2). The magnetic field strength decreases rapidly with distance from the edge 5 in any direction. The magnetic fluid is drawn by the magnetic field into the zones where the field has maximum intensity and forms plugs 6 with increased internal pressure. The sharp edges 5 of the concentrator elements are as close as possible to the non-magnetic surface 3, therefore, the magneto-liquid plugs 6 overlap the gap 1 and prevent the passage of the condensed medium through it.

Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, который определяется по формуле:Each magneto-liquid plug is capable of perceiving a pressure drop, which is determined by the formula:

где µ₀ - магнитная постоянная, M - намагниченность магнитной жидкости, H - напряженность магнитного поля в зазоре, H_max и H_min - максимальная и минимальная напряженности магнитного поля на границах магнитожидкостной пробки в момент удержания ею максимального перепада давлений.where μ ₀ is the magnetic constant, M is the magnetization of the magnetic fluid, H is the magnetic field strength in the gap, H _max and H _min are the maximum and minimum magnetic field strengths at the boundaries of the magneto-liquid plug at the moment of holding the maximum pressure drop.

Результирующий перепад давлений определяется суммой перепадов давлений всех магнитожидкостных пробок в зазоре 1.The resulting pressure drop is determined by the sum of the pressure drops of all the magneto-liquid plugs in the gap 1.

Особенностью кромочного всплеска напряженности магнитного поля является большая величина на пике и быстрое убывание напряженности поля при удалении от острой кромки, поэтому необходимо стремиться к уменьшению минимального зазора между острой кромкой элемента-концентратора магнитопроводящей поверхности и немагнитной поверхностью. По этой же причине размеры элементов-концентраторов на магнитопроводящей поверхности - зубцов, выступов, канавок - могут быть маленькими. В зазоре вместо одной магнитожидкостной пробки с ограниченной удерживающей способностью (прототип) создается множество магнитожидкостных пробок, которые обеспечивают суммарный удерживающий уплотнением перепад давления на порядок выше на единицу длины зазора.A feature of the edge surge of the magnetic field strength is a large value at the peak and a rapid decrease in the field strength with distance from the sharp edge; therefore, it is necessary to strive to reduce the minimum gap between the sharp edge of a concentrator element of a magnetically conductive surface and a non-magnetic surface. For the same reason, the sizes of concentrator elements on the magnetically conductive surface — teeth, protrusions, grooves — can be small. In the gap, instead of one magnetofluidic plug with limited holding capacity (prototype), a lot of magnetofluidic plugs are created that provide a total seal-differential pressure drop an order of magnitude higher per unit length of gap.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить удерживающую способность зазора, образованного поверхностью из магнитопроводящего материала и поверхностью из немагнитного материала, с помощью магнитной жидкости практически на порядок.Thus, the proposed method allows to increase the holding capacity of the gap formed by the surface of a magnetically conductive material and the surface of a non-magnetic material using magnetic fluid by almost an order of magnitude.

Claims

A method of sealing the gap between two surfaces of magnetically conductive and non-magnetic materials using magnetic fluid, characterized in that on the magnetically conductive surface there are concentrator elements in the form of grooves, teeth, protrusions with sharp edges, the surfaces are arranged so that the sharp edges of the concentrator elements are maximally close to a non-magnetic surface, a magnetic fluid is introduced into the gap between the surfaces, after which a magnetic field is applied to the gap, the intensity vector of which is not is perpendicular to the plane of the gap.