С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Так как изготовление магнита к „ьцеобРазной фоРмы большого диаметРа затРУднено по технолоеским причинам, то, как показано на рис. 2. 3, для валов большого диаметра используются цилиндрические магниты, расположенные по окружности. для вала большого лнаметра и при высокой скорости его вращения нельзя пренебрегать выделением тепла из-эа вязкой лисснпации в магнитной жидкости, которая находится в состоянии сдвигового течения.
Поэтому в некоторых конструкциях полюсные наконечники имеют каналы для охлаждения, по которым проходит охлаждающая жидкость (рис. 2.3), отводящая выделяющееся тепло. В случае превышения давления газа в герметизируемой камере предельного значения происходит "выбивание" магнитной жидкости иэ области герметизации, а прн длительном использовании может происходить уменьшение объема герметизируюшей магнитной жидкости вследствие испарения. Поэтому в конструкции герметизатора может быть предусмотрено устройство для восполнения объема магнитной жидкости (рис.
2.3). Выше были описаны принципы герметизации с помощью магнитных жидкостей. Перечислим теперь основные характеристики магнитожидкостных герметизаторов валов. 1. Поскольку герметизация рабочего зазора обеспечивается контактом жидкости и твердого тела, устройство обладает высокой герметичностью (размеры промежутков между вращающимися и неподвижными частями имеют размеры молекул). Например, при герметизации вакуумной камеры независимо от того, неподвижен вал или вращается, обеспечивается вакуум до 10 е Па (7). 2. Поскольку в герметизаторе контактируют жидкость и твердое тело, отсутствует загрязнение объема частицами герметизируюшего матеРиала, образующимися при трении в системах герметизации с трущимися телами, и износостойкость герметиэатора повышается. 1(роме того, благодаря отсутствию собственных абразивных частиц и свойству задерживать сколь угодно мелкие частицы, устройство может быть также использовано в качестве высоконадежного противо- пылевого герметизатора.
3. В традиционных масляных и механических герметизаторах необходимо обрабатывать контактирующие поверхности с высокой то"постыл, при этом нужно обращать особое внимание на влияние формы, свойств, давления материалов, контактирующих в герметиза- ТОРЕ Для магннтожндкостных герметнзаторов этих проблем не существует. Глава 2 28 4. Поскольку герметизация происходит в условиях прилипания жидкости кповерхности твердого тела, отсутствуеттепловыделение, происходящее при трении твердых тел, как в механических уплотнениях, что исключает рост температуры на поверхности контакта. 5.
По тем же причинам, что и в пункте 4, при вращении вала не возникают сильные шумы. Магнитожидкостные герметизаторы имеют и недостатки: 1. Поскольку это герметизаторы нового типа, накопленные знания пока невелики и технические ржомендации по конкретному применению практически отсутствуют. 2. До настоящего времени не решена проблема гндродинамического смешивания магнитных жидкостей и герметизируемых жидкостей, поэтому разработка систем герметизации для жидкостей отстает от герметизации гаювых и вакуумных камер.
3. Поскольку предельно допустимое давление газа в расчете на один магнитожидкостный герметизатор (максимальное давление, при котором возможна герметизация вала) составляет самое большое несколько атмосфер, практически невозможна герметизация потоков с давлением, доходящим до нескольких сотен атмосфер.
Таковы характерные особенности магнитожидкостных герметизаторов по сравнению с традиционными герметнзирующими системами. 2.3. КОНСТРУКЦИИ МАГНИТОЖИДКОСТНЫХ ГЕРМЕТИЗАТОРОВ На рис. 2.4 показана конструкция, в которой герметизируемая поверхность соосна с валом, благодаря чему уменьшаегся длина герметизатора в осевом направлении. Тем не менее и в этом случае принципы герметизации такие же, как для устройства на рис. 2.3. В модифицированной конструкции, изображенной на рис. 2.4, дополнительно используется герметизатор центробежного типа (рис. 2.5) (8, 9). В такой конструкции при неподвижном вале и при вращении с низкой частотой герметизация осуществляется магнитной жидкостью на участке А (рис. 2.5), а при увеличении частоты вращения вала магнитная жидкость с участка А под действием центробежной силы перемещается на участок В, и устройство начинает работать как центробежный герметиэатор.
В конструкдии на рис. 2.3 повышение температуры в области герметизации, вызванное выделением тепла из-за вязкой диссипации энергии при вращен1 ч вала, ограничивается посредством прокачивания жидкости по охлаждающим каналам. Однако прн этом усложняется конструкция ввиду проблем прокачки охлаждающей жидкости во время работы. Магнитные жидкости в магнитном лоле н гермстнзалия валов 2,4, Магнитожндкостный герметиза- ор горлового типа.
1 — наседка на вал; 2 — магнитная жидкость; 3 — повинные гжконечники; 4 — постоянный магнит. В рассмотренном ниже охлаждаемом магнитожнцкостном герметизаторе все эти проблемы решены. На рис. 2.6 показана конструкция охлаждаемого магнитожидкостного герметизатора с системой отвода тепла 110]. С помощью установки между полюсными наконечниками кольцевых пластин с хорошей теплопроводностью (например, из меди) тепло, выделяющееся в области герметизации, может быль эффективно отведено. На рис. 2.7 приведены экспериментальные данные 11 Ц по температурному режиму магнитожидкостного герметиэатора с теплоотводящнми пластинами и без них.
В обоих случаях диаметр вала равнялся 1 см, частота вращения составляла 10 000 об/мин. Формула для расчета момента силы трения приведена в разд. 2.4. Она пропорциональна кубу радиуса и квадрату частоты вращения, и поэ- зГР1З- лур Рнс 2Д. Магнитожидкостный герметизазор вала, совмещенный с центробежным герметизатором. 1 — магнитная жилкость; 2 — магнитожилкостный герметизатор 4: 3 — магнит, "4 — центробежный герметизатор В; 5 — немагнитный матеРиал: 6 — лолнжные наконечники (маг- нитный матеРиал). Глава 2 Зо Рис.
2.0. Магннтожидкостный герметиэатор вала с системой длл отвода тепла. 1 — пла- стины ллл отвода тепла; 2 — теплоиой поток; 3 — полюсные наконечники; 4 — магнит из редкоземельных металлов; 5 — магнитная жидкость; 6 — вал. тому по мере увеличения диаметра вала и повышения частоты врыцения выделяющееся в единицу времени количество теплотьг возрастает ~ такой же степени.
Следовательно, значение системы для отвода тепла увеличивается с ростом лиаметра вала. Описанные выше магннтожидкостные герметизаторы предназначены для герметизации врыцающегося вала, но, безусловно, может быть осуществлена н герметизация вала, перемещающегося в осевом направлении. На рис. 2.8 показана экспериментальная конструкция подобного типа 1121.
Вал установлен вертикально и совершает ОО ' „70 ч 60 й 50 Ф ~~~к чО $30 ХО 0,5 1,0 1,5 2,0 Ереэгд слита, ч Рис. 2.7. Температура гсрметиэатора с системой дла отвода тепла (показано изменение температуры и области герметлзапии при частоте врыннэик 10 000 сб/мин и температуре в помешенни 17 'С в течение 2 ч). 1 — обычный вакуумный герметиэатор; 2 — герметизатор с отводом тепла.
М ватные жидкости в магнитном поле н герметизация валов Рнс. 2.й. Магннтожвднзстный гермешзатор вала. совершаюшего возвратно- поступательное двнженне. 1 — полнхный наконечник (магннтный матернал); 2 — постокнный магнит; 3 — направление возвратно-поступательного двнженна; 4 — мапштнак жалкость. возвратно-поступательное движение в вертикалъном направлении. Особенность данного уплотнения состоит в том, что участки внутренних поверхностей полюсных наконечников имеют скошенную форму относительно вала.
Благодаря этому на поверхности вала возникает градиент магнитного поля, направленный вертикально вверх, в результате чего при поступательном движении вала предотвращается стекание магнитной жидкости под действием силы тяжести, которая остается на поверхности вала в виде тонкой пленки. Показанная на рис. 2.9 конструкция не предназначена для герметизации вала ~13]. Пространство между двумя плоскими параллельными пластинами охвачено подвижным ремнем; оно изолируется от окруягающей среды с помощью магнитной жидкости.
На поверхности контакта ремня и пластин имеются пазы; через щели между ремнем и пазами мажет проходить газ, Поэтому герметизашщ щелей между пазами и ремнем осуществляется магнитожидкостной системой (см. сечение АВС0 на рис. 2.9). даже если давление в пространстве меагду пластинами и ремнем становится выше или ниже атмосферного. протекания газа не происходит. Такая герметизируюцигя система не препятствует перемещению ремня. Глава 2 32 Рис.
2.9. Испольэование магнитожидкостной системы для герметнзапии ремня. 1— плоские параллельные пластины, "2 — селение А ВСР; 3 — ремень; к — магнитная жидкость; 5 — магниты: б — магнитный материал. 2.4. ТЕОРИЯ МАГНИТОЖИДКОСТНЪ|Х ГЕРМЕТИЗАТОРОВ Сначала рассмотрим простейший случай неподвижного вала. Для удооства анализа введем цилиндрическую систему координат. Ось 2 Зтсй СиСтЕмЫ КОординат совпадает с осью герметиэатОРа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
