способ герметизации зазора между двумя поверхностями из магнитопроводящего и немагнитного материала с помощью магнитной жидкости

Формула изобретения

Способ герметизации зазора между двумя поверхностями из магнитопроводящего и немагнитного материалов с помощью магнитной жидкости, отличающийся тем, что 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.

Описание изобретения к патенту

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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).

На фиг.3 показана реализация способа, являющегося прототипом.

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.

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.

Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать перепад давлений, который определяется по формуле:

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.

Результирующий перепад давлений определяется суммой перепадов давлений всех магнитожидкостных пробок в зазоре 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.

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.