способ заправки магнитожидкостных систем герметизации под давлением

Формула изобретения

1. Способ заправки магнитожидкостных систем герметизации под давлением, заключающийся во введении магнитной жидкости в зону потоков рассеяния магнитного поля уплотнения, примыкающую к зазору между уплотнением и валом, и создании плавно возрастающего перепада давлений на уплотнении, отличающийся тем, что магнитную жидкость вводят в зону потоков рассеяния магнитного поля уплотнения одновременно с повышением перепада давлений на уплотнении.

2. Способ заправки по п.1, отличающийся тем, что ввод магнитной жидкости и повышение перепада давлений на уплотнении осуществляют при вращении вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для заправки магнитожидкостных систем герметизации.

Известен способ заправки магнитожидкостных систем герметизации магнитной жидкостью, где магнитная жидкость подается в промежуточные полости под магнитами с помощью распределительного устройства, находящегося в полости вала, через канал и отверстия (Авторское свидетельство СССР 723281 МКИ-2, F16J 15/40).

Недостатками данного способа являются сложность, ненадежность, невозможность осуществления заправки при многозубцовых полюсах. Сложность заключается в необходимости последовательного точного совмещения каждого заправочного отверстия с заправочным каналом распределительного устройства в процессе заправки. Ненадежность обусловлена тем, что все заправочные отверстия выходят в полость вала и недостаточная герметичность распределительного устройства приводит к шунтированию всех ступеней уплотнения через данную полость, а следовательно, к разгерметизации уплотнения. Невозможность заправки многозубцовых полюсов объясняется тем, что вводимая в полости под магнитами жидкость из-за образования замкнутых полостей в межзубцовом пространстве дальше второго зубца не проникает.

Известен способ заправки магнитожидкостных систем герметизации магнитной жидкостью, где магнитная жидкость вводится в зону потоков рассеяния магнитного поля уплотнения, примыкающую к зазору между уплотнением и валом, после чего на уплотнении создается перепад давлений, плавно возрастающий до тех пор, пока в зазоре с противоположной стороны уплотнения не появится магнитная жидкость (Патент РФ №2291339 от 2007.01.10).

Недостатками данного способа являются сложность и ненадежность заправки в системах с большим количеством зубцов на полюсах, перерасход магнитной жидкости при заправке. Дело в том, что в магнитожидкостных уплотнениях с большим количеством зубцов объем заправляемой магнитной жидкости значителен. При введении магнитной жидкости в зону потоков рассеяния, примыкающую к рабочему зазору, жидкость не проникает в зазор дальше второго зубца из-за образования между первым и вторым зубцом замкнутой полости с повышенным давлением. На торце полюсной приставки вокруг вала образуется кольцо из магнитной жидкости (фиг.1). Напряженность поля потока рассеяния максимальна у рабочего зазора и быстро убывает при удалении от зазора. При заправке многозубцового полюса объем заправляемой магнитной жидкости значителен. Жидкость, находящаяся на поверхности кольца, слабо удерживается магнитным полем и начинает стекать, загрязняя прилегающие поверхности. В оптических системах и ряде других загрязнение поверхностей не допускается. Кроме этого, при заправке наблюдается перерасход заправляемой жидкости.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в качественной заправке собранного уплотнения с многозубцовыми полюсами, где под качеством заправки понимается заправка каждого зубца оптимальным объемом магнитной жидкости без разборки уплотнения в любой востребованный момент времени. Предлагаемое изобретение позволяет исключить также перерасход магнитной жидкости во время заправки уплотнения и загрязнение жидкостью прилегающих к уплотнению поверхностей.

Результат достигается тем, что магнитную жидкость вводят в зону потоков рассеяния магнитного поля уплотнения, примыкающую к уплотняемому зазору, одновременно с повышением перепада давлений на уплотнении. Ввод магнитной жидкости и повышение перепада давлений продолжают до тех пор, пока в зазоре с противоположной стороны уплотнения не появится магнитная жидкость.

Реализацию предлагаемого способа заправки рассмотрим на примере заправки магнитожидкостного уплотнения, показанного на фиг.2. В магнитожидкостном уплотнении к постоянному магниту 1 примыкают полюсные приставки 2, имеющие зубцы 3, обращенные к валу 4. В заправленном уплотнении каждый зазор между зубцом и валом заполнен магнитной жидкостью 5.

Уплотнение работает следующим образом. Постоянный магнит 1 в уплотнении служит источником магнитного поля. Создаваемый им магнитный поток полюсными приставками 2 подводится к зазору с валом 4. Зубцы полюсных приставок 3 перераспределяют магнитный поток в зазоре, и магнитное поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 5 втягивается в области с максимальной напряженностью и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, который определяется по формуле

где ₀ - магнитная постоянная,

М - намагниченность магнитной жидкости,

Н - напряженность магнитного поля в зазоре на поверхности вала,

Н _max и H_min - максимальная и минимальная напряженности магнитного поля на границах магнитожидкостной пробки в момент удержания ею максимального перепада давлений.

Перепад давлений, удерживаемый уплотнением, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под зубцами.

В магнитожидкостных системах герметизации в зоне около рабочего зазора существует магнитный поток рассеяния. Напряженность поля потока рассеяния максимальна у рабочего зазора и убывает пропорционально расстоянию удаления от зазора. В предлагаемом способе заправка уплотнения магнитной жидкостью осуществляется следующим образом. Магнитная жидкость постепенно вводится в зону потоков рассеяния, примыкающую к рабочему зазору (фиг.3). Здесь магнитная жидкость захватывается полем потока рассеяния и переносится к рабочему зазору между полюсной приставкой и валом. Первоначально под первым зубцом образуется магнитожидкостное кольцо, герметично перекрывающее рабочий зазор между полюсом и валом. С этого момента к уплотнению прикладывается плавно возрастающий перепад давлений. Под его воздействием магнитожидкостная пробка смещается в сторону второго зубца. Ввод магнитной жидкости приводит к росту магнитожидкостного кольца под первым зубцом до тех пор, пока его поверхность не достигнет границы поля 00' между первым и вторым зубцами (фиг.3). После чего жидкость, вытесненная за границу поля первого зубца, будет захватываться полем второго зубца и начинается процесс формирования магнитожидкостного кольца под вторым зубцом (фиг.4). Продолжающееся введение магнитной жидкости и возрастающий перепад давлений на уплотнении приводят к росту магнитожидкостного кольца под вторым зубцом. В определенный момент его поверхность достигнет границы поля между вторым и третьим зубцами. После этого начинается процесс формирования магнитожидкостного кольца под третьим зубцом (фиг.5). Так этот процесс продолжается до тех пор, пока с противоположной стороны уплотнения не появится магнитная жидкость (фиг.6). Следует отметить, что процесс распределения жидкости между зубцами проходит автоматически, причем под каждым зубцом остается оптимальный объем, обеспечивающий его максимальную удерживающую способность. После чего перепад давлений на уплотнении снижается до нуля, и уплотнение считается готовым к использованию.

Процесс перераспределения жидкости между зубцами происходит более плавно при вращающемся вале.

Таким образом, в предлагаемом способе в процессе заправки исключаются потери магнитной жидкости, загрязнение жидкостью поверхностей уплотнения и прилегающих деталей, обеспечивается качественная заправка уплотнения, то есть под каждый зубец полюса вводится оптимальный объем магнитной жидкости.