SU857607A1 - Магнитно-жидкостное уплотнение - Google Patents

Description

Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к уплотнениям с применением феррожидкости, и может быть использовано в устройствах с вращательным и поступательным движением валов преимущественно малых диаметров и гибких штоков.

Известно· магнитно-жидкостное уплотнение , содержащее последовательность кольцевых постоянных магнитов, охваченных полюсными наконечниками, образующими вместе с валом уплотняющие зазоры, немагнитные втулки, установленные между полюсными наконечниками, также ферромагнитную жидкость 15 (суспензию), заполняющую все внутреннее пространство уплотнения и под действием неоднородного магнитного поля расслаивающуюся на твердую магнитную фазу, заполняющую уплотняющие 20 зазоры, и немагнитную жидкость (среду) , заполняющую межзазорное пространство МНедостатком известного уплотнения 25 является невысокая уплотняющая способность и зависимость ее от скорости и величины поступательного перемещения вала (штока) вследствие постоянного перемешивания используемой ферромаг- 30 нитной жидкости (суспензии) в сдвиговом поле.

Цель изобретения - повышение уплотняющей способности и надежности работы при поступательном движении вала (штока).

Поставленная цель достигается тем, что в магнитно-жццкостном уплотнении, в корпусе которого установлены кольцевые постоянные магниты, охваченные полюсными наконечниками, образующими вместе с валом (штоком) уплотняющие зазоры, заполненные феррожидкостью, и диамагнитные втулки, расположенные между полюсными наконечниками, во внутренней полости размещены эластичные пористые вставки. При этом эластичные пористые вставки закреплены на полюсных наконечниках. Вставки, смачиваемые феррожидкостью, закреплены на полюсных наконечниках, а смачиваемые немагнитной жидкостью, разделяющей феррожидкость, закреплены на диамагнитных втулках.

Введение эластичных пористых вставок, которые полностью или частично заполняют внутреннее пространство уплотняя и пропитываются феррожидкостью и немагнитной жидкостью, позволяет увеличить уплотняющий эффект и надежность работы при поступательном' движении вала (штока) .

На фиг. 1 показаны конструкции магнитно-жидкостного уплотнения, в которых эластичные пористые вставки закреплены на полюсных наконечниках; на фиг. 2 - во всей внутренней полости уплотнения; на фиг. 3 - уплотнение с эластичными пористыми вставками с различной смачиваемостью.

В корпусе 1 уплотнения установлены кольцевые постоянные магниты с аксиальной намагниченностью 2, охваченные полюсными наконечниками 3, которые образуют вместе с валом (штоком) 4 уплотняющие зазоры, заполненные феррожидкостью 5. Для равномерного распределения приложенного давления между уплотняющими зазорами все пространство заполнено немагнитной жидкостью 6, не смешивающейся с применяемой феррожидкостью. Для исключения радиальной нагрузки на постоянные магниты и уменьшения полей рассеивания между полюсными наконечниками установлены диамагнитные втул-> ки 7. Кольцевые постоянные магниты, полюсные наконечники, феррожидкость, заполняющая уплотняющие зазоры и вал являются элементами магнитной цепи (пунктиром показано направление магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами) . Для предотвращения перемешивания феррожидкости и немагнитной жидкости при поступательном движении вала (штока) на полюсных наконечниках закреплены эластичные пористые вставки 8, пропитанные феррожидкостью , которые перекрывают весь уплотняющий зазор.

Устройство работает следующим образом.

Магнитная сила, создаваемая постоянным магнитом 2, удерживает феррожидкость 5 в уплотняющем зазоре, образованном полюсными наконечниками 3 и валом (штоком) 4. Это позволяет противостоять приложенному перепаду давления. Для повышения уплотняющей способности всего узла уплотнения промежутки между уплотняющими зазорами заполняются немагнитной жидкостью 6, не смешивающейся с Феррожидкостью, которая вследствие своей несжимаемости передает приложенное к ней давление и равномерно распределяет его между уплотняющими зазорами. Для исключения перемешивания феррожидкости и немагнитной жидкости при поступательном перемещении вала (.штока) на концах полюсных наконечников 3 закреплены эластичные пористые вставки 8, пропитанные феррожидкостью и перекрывающие полностью уплотняющие зазоры. Применение таких вставок значительно уменьшает сдвиговые усилия, действующие на феррожидкость при поступательном перемещении вала (штока). Уплотняющая способность такого устройства определяется как магнитными свойствами феррожидкости , так и ее способностью образовывать в магнитном поле линейные агрегаты из ферромагнитных частиц, которые параллельны линиям напряженности магнитного поля, и тем самым дополнительно противостоять приложенному давлению. В динамическом режиме работы уплотнения (например, при вращении вала) на феррожидкость действует сдвиговое усилие, которое разрушает линейные агрегаты. Это приводит к некоторому уменьшению уплотняющей способности в динамическом режиме (при поступательном или вращательном движении вала', вследствие разрушения линейных агрегатов.

При полном разрушении агрегатов, которое происходит при скорости вращения вала 500-800 об/мин (в случае вращения вала), уплотняющая способность падает на 15-20%. При наличии эластичных пористых вставок в уплотняющем зазоре, которые пропитываются феррожидкостью, сдвиговые усилия, действующие на феррожидкость, уменьшаются, из-за чего уплотняющая способность практически не зависит от скорости перемещения или вращения вала.

Для устранения, частичного перемешивания немагнитной жидкости и феррожидкости на границе их раздела и увеличения надежности работы магнитножидкостного уплотнения при возвратнопоступательном движении вала (штока) эластичные пористые вставки 8 закрепляются вдоль всей внутренней полости уплотнения на его неподвижной части (фиг. 2) , В этом случае как феррожидкость 5, так и немагнитная жидкость 6 находятся внутри эластичной пористой вставки. Такая конструкция практически исключает сдвиговое усилие, действующее как на феррожидкость, так и на немагнитную жидкость при поступательном движении вала (штока), что обеспечивает надежность работы при больших осевых сдвиговых усилиях, действующих на вал (шток) .

Для увеличения уплотняющей способности устройства как при поступательном движении, так и при вращении вала (штока) эластичные пористые вставки 8, установленные в уплотняющем зазоре и в межзаэорном пространстве изготов|Лены из различного материала (фиг. 3). Эластичные пористые вставки, установленные в уплотняющих зазорах, хорошо смачиваются феррожидкостью 5 и не смачиваются немагнитной жидкостью 6, в то время как эластичные пористые вставки, установленные в межзазорном пространстве, хорошо смачиваются немагнитной жидкостью и не смачиваются феррожидкостью. Это позволяет добиться увеличения уплотняющей способности как в статике, так и в динамике за счет капиллярных сил, действую5 щих внутри эластичных пористых вставок, из-за хорошего смачивания их соответствующими жидкостями, а также за счет увеличения поверхностных сил, действующих на границе раздела между феррожидкостью и немагнитной жидкостью.

Полюсные наконечники могут иметь как прямоугольный, так и треугольный профиле, а также несколько выступов, образованных кольцевыми канавками (фиг. 1-3)<

В качестве эластичных пористых вставок могут быть использованы пористые полимерные материалы или металлические фетры, изготовленные из немагнитного материала. Применение эластичных пористых вставок увеличивает трение незначительно, не более чем на 5-10%.

Предлагаемая конструкция позволяет уплотнить как вал, так и гибкий шток. Кроме того, увеличивает уплотняющую способность пропорционально количеству уплотняющих зазоров как в случае вращения, так и при поступательном движении вала (штока); увеличивает уплотняющую способность за счет капиллярных сил и поверхностных сил раздела на границе между феррожидкостью и немагнитной жидкостью по сравнению с известным на 1020%; уменьшает зависимость уплотняющей способности от скорости движения вала (штока); обеспечивает устойчивую работу как при вращении вала (штока), так и при его поступательном движении за счет уменьшения воздействия пульсирующего давления и уменьшения сдвиговых усилий, действующих на феррожидкость при вращении и при поступательном движении вала (штока); а также расширяет область применения путем использования в конструкциях с одновременным вращательным и по' ступательным движением вала (штока) .

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к уплотнительной технике, а именно к уплотнени м с применением феррожидкости, и может быть использовано в устройства с вращательным и поступательным движением валов преимущественно малых диаметров и гибких штоков. Известно, магнитно-жидкостное уплотнение , содержащее последовательность кольцевых посто нных магнитов, охваченных полюсными наконечниками, образующими вместе с валом уплотн ющие зазоры, немагнитные втулки, установленные между полюсными наконечниками , также ферромагнитную жидкост ( суспензию), заполн ющую все внутреннее пространство уплотнени  и под действием неоднородного магнитного пол  расслаивающуюс  на твердую магниуную фазу, заполн ющую уплотн ющие зазоры, и немагнитную жидкость (среду ) , заполн ющую межзазориое простра ство t lНедостатком известного уплотнени   вл етс  невысока  уплотн юща  спосо ность и зависимость ее от скорости и величины поступательного перемещени  вала (штока) вследствие посто нного перемешивани  используемой ферромагнитной жидкости (суспензии) в сдвиговом по.ле. Цель изобретени  - повыивние уплотн квдей способности и надежности работы при поступательном движении вала (штока). Поставленна  цель достигаетс  тем, что в магнитно-жидкостном уплотнении, в корпусе которого установлены кольцевые посто нные магниты, охваченные полюсными наконечниками, образующими вместе с валом (штоком) уплотн ющие зазоры, заполненные феррожидкостью, и диамагнитные втулки, расположенные между полюсн лми наконечниками, во внутренней полости размещены эластичные пористые вставки. При этом эластичные пористые вставки закреплены на полюсных наконечниках. Вставки, смачивае1«ле феррожидкостью, закреплены на полюсных наконечниках, а смачиваемые немагнитной жидкостью, раздел ющей феррожидкость, закреплены на диамагнитных втулках. Введение эластичных пористых вставок , которые полностью или частично заполн ют внутреннее пространство уплотн   и пропитываютс  феррожидкостью и немагнитной жидкостью, позвол ет увеличить уплотн ющий эффект и надежность работы при поступательном движении вала (штока) . На фиг. 1 показаны конструкции магнитно-жидкостного уплотнени , в Которых эластичные пористые вставки закреплены на полюсных наконечниках; на фиг. 2 во всей внутренней полости уплотн ени ; на фиг. 3 - уплотнение с эластичными пористыми вставками с различной смачиваемостью. В корпусе 1 уплотнени  установлены кольцевые посто нные магниты с аксиальной намагниченностью 2, охваченные полюсными наконечниками 3, которые образуют вместе с валом (штоком) 4 уплотн клцие зазоры, заполненные феррожидкостью 5. Дл  равномерного распределени  приложенного давлени  между уплотн  С1щими зазорами все пространство заполнено немагнитной жидкостью б, не смешивагач.ейс  с примен емой феррожидкостью. Дл  исключени  радиальной нагрузки на посто нные магниты и уменьшени  полей рассеивани  между полюсными наконечниками установлены диамагнитные втул-i ки 7. Кольцевые посто нные магниты. полюсные наконечники, феррожидкость, заполн юща  уплотн 1аи,ие зазоры и вал  вл ютс  элементами магнитной цепи (пунктиром показано направление маг .нитного потока, создаваемого посто н ными магнитами) . Дл  предотвращени  перемешивани  феррожидкости и немагнитной жидкости при поступательном движении вала (штока) на полюсных наконечниках закреплены эластичные пористые вставки 8, пропитанные феррожидкостью , которые перекрывают вес уплотн ющий зазор. Устройство работает следующим образом . Магнитна  сила, создаваема  посто  нным магнитом 2, удерживает феррожидкость 5 в уплотн ющем зазоре, образованном полюсными наконечниками 3 и валом (штоком) 4. Это позвол ет противосто ть приложенному перепаду давлени . Дл  повышени  уплотн ющей способности всего узла уплотнени  промежутки между уплотн ющими зазора ми заполн ютс  немагнитной жидкостью 6, не смешивающейс  с Феррожидкостью котора  вследствие своей несжимаемос ти передает ггриложенное к ней давление и равномерно распредел ет его ме ду уплотн ющими зазорами. Дл  исключени  перемешивани  феррожидкости и немагнитной жидкости при поступател ном перемещении вала Сштока) на кон цах полюсных наконечников 3 закреплены эластичные пористые вставки 8, пропитанные феррожидкостью и перекр вающие полностью уплотн ющие зазоры Применение таких вставок значительн уменьшает сдвиговые усили , действу щие на феррожидкость при поступател ном перемещении вала (штока). Уплот н к да  способность такого устройств предел етс  как магнитными свойствами феррожидкости, так и ее способностью образовывать в магнитном поле инейные агрегаты из ферромагнитных частиц, которые параллельны лини м напр женности магнитного пол , и тем самым дополнительно противосто ть приложенному давлению. В динамическом режиме работы уплотнени  (например , при вращении аа.га) на феррожидкость действует сдвиговое усилие, которое разрушает линейные агрегаты. Это приводит к некоторому уменьшению уплотн ющей способности в динамическом (при поступательном, или вращательном движении вала , вследствие разрушени  линейных агрегатов. При полном разрушении агрегатов, которое происходит при скорости вращени  вала 500-800 об/мин (в случае вращени  вала), уплотн юща  способность падает на 15-20%. При наличии эластичных пористых вставок в уплотн ющем зазоре, которые пропитываютс  феррожидкостью, сдвиговые усили , действующие на феррожидкость, уменьшаютс , из-за чего уплотн к«да  способность практически не зависит от скорости перемещени  или вращени  вала. Дл  устранени , частичного перемешивани  немагнитной жидкости и феррожидкости на границе их раздела и увеличени  надежности работы магнитножидкостного уплотнени  при возвратнопоступательном движении вала (штока) эластичные пористые вставки 8 закрепл ютс  вдоль всей внутренней полости уплотнени  на его неподвижной части (фиг. 2) , В этом случае как феррожидкос-ь 5, так и немагнитна  жидкость 6 наход тс  внутри эластичной пористой вставки. Така  конструкци  практически исключает сдвиговое усилие, действующее как на феррожидкость, так и на немагнитную жидкость при поступательном движении вала, (штока), что обеспечивает надежность работы при больших осевых сдвиговых усили х, действующих на вал (шток) . Дл  увеличени  уплотн ющей способности устройства как при поступательном движении, так и при вращении вала (штока) эластичные пористые вставки 8, установленные в уплотн ющем зазоре и в межзазорном пространстве изготов|Лены из различного материала (фиг. 3). Эластичные пористые вставки, установленные в уплотн ющих зазорах, хо- рошо смачиваютс  феррох идкостью 5 и не смачиваютс  немагнитной жидкостью б, в то врем  как эластичные пористые вставки, установленные в межзазорном пространстве, хорошо смачиваютс  немагнитной жидкостью и не смачиваютс  феррожидкостью. Это позвол ет добитьс  увеличени  уплотн ющей способности как в статике, так и в динамике за счет капилл рных сил, действуютих внутри эластичных пористых вставок , из-за хорошего смачивани  их со ответствующими жидкост ми, а также за счет увеличени  поверхностных сил действующих на границе раздела между феррожидкостью и немагнитной жидкостью . Полюсные наконечники могут иметь как пр моугольный, так и треугольный профило, а также несколько выступов, образованных кольцевыми канавками (фиг. 1-3) : В качестве эластичных пористых вставок могут быть использованы пористые полимерные материалы или ме- таллические фетры, изготовленные из немагнитного материала. Применение эластичных пористых вставок увеличивает трение незначительно, не более чем на 5-10%. Предлагаема  конструкци  позвол ет уплотнить как вал, так и гибкий шток. Кроме того, увеличивает уплотн ющую способность пропорционально количеству уплотн ющих зазоров как в случае вращени , так и при поступательном движении вала (штока); уве личивает уплотн югцую способность за счет капилл рных сил и поверхностных сил раздела на границе между . феррожидкостью и немагнитной жидкостью по сравнению с известным на 1020%; уменьшает зависимость уплотн ющей способности от скорости движени  вала (штока); обеспечивает устойчиву работу как при вращении вала (штока) так и при его поступательном движеНИИ за счет уменьшени  воздействи  пульсирующего давлени  и уменьшени  сдвиговых усилий, действующих на феррожидкость при вршдении и при поступательном движении вала (штока); а также расшир ет область применени  путем использовани  в конструкци х с одновременным вращательным и поступательным движением вала (штока) . Формула изобретени  1.Магнитно-жидкостное уплотнение, в корпусе которого установлены кольцевые посто нные магниты, охваченные полюсными наконечниками, образующими вместе с валом уплотн ющие зазоры, заполненные феррожидкостью, а между полюсными наконечниками установлены диамагнитные втулки, отличающеес  тем, что, с целью повышени  уплотн ющей способности и повьпиени  надежности при возвратно-поступательном движении вала, во внутренней полости уплотнени  размещены зластичные пористые вставки.
2. 2.Уплотнение по п. 1, отличающеес  тем, что вставки закреплены на полюсннх наконечниках.
3. 3.Уплотнение по п. 1 и 2, отличающеес  тем, что вставки, смачиваемые феррожидкостью, закреплены на полюсных нaкoнeчникax а вставки , смачиваемые немагнитной жидкостьнуна диамагнитных втулках. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 340814, кл. F 16 J 15/54, 1972.