С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 8
Текст из файла (страница 8)
2.10). Эти значения можно найти, зная распределение напряженности магнитного поля, а также степень адгезии магнитной жидкости в зоне герметизации (или кривую 27ЕРна рис. 2.10). Авторы определялн критический перепад лавления на экспериментальной установке с герметизируемым валом диаметром 100 мм и формами зубца и рабочего зазора„показанными на рцс. 2.18.
Полученные результаты приведены в табл. 2.1. Видно, что критический перепад давления сильно зависит от размера 8 зазора. Глана г Рнс. 2.18. Геометрия зубца н рабочего зазора. таблица 2 1. Крнтнческиа перепад даалення ллн гер- метнзатора, геомегрня рабочего зазора е котором по- казана на рнс. 2.1З лр, кпа Ь, мм 28 гэ 17 2,5 2,4 2,3 1 п !и 0,2 О,Э 0.4 фертман и др, [16) теоретически изучали влияние количества магнитной жидкости в зоне герметизации на критический перепад давления.
Для упрошения расчетов авторы выполнили анализ для одноступенчатого прямоугольного зубца (рис. 2 19). Овн исходили из определенного распределения напряженности магнитного поля в зоне герметизации, рассчитали зависимость удерживаемого перепада Ьр от по- ЛОжЕНИЯ ГРаНИЦЫ МсжлУ МаГНИтНОй жнДКОСтЬЮ И ГаЗОМ (згя,210 И 201 си на рис. 2.19) и нашли оптимальный объем заправки герметизатора магнитной жидкостью.
Аналогичные исследования были выполнены также Камиямой и др. [17[. Михалев н др. [18) провели зксаерименты по определению критического перепада давления с использованием герметизнруюшего узла, в котором зубцы имеют такие же форму и размеры, как на рис. 2.20. Авторы изменяли параметры ег, 6, 1 н Ь, число зубцов и измеряли критический перепад давления.
Наримия и др. [19) экспериментально определяли критический перепад давления для прямоугольной, трапецеидальной и треугольной форм зубцов, причем толшина герметиэнруемого зазора выбиралась равной 0,1, 0,2 и 0,4 мм. Их результаты приведены на рис. 2,21. В данном случае по горизонтальной оси отложена не напряженность магнитного поля в зоне герметизации, а произведение силы тока, проте- 45 Рнс. 2.19.
Полеречпое сеченпе копьлсиого слоя магнитной апыкостн ПЯ. 0 уми Рнс. 2.20. Параметры рабочего зазора П 81. 0 0 800 1600 АмлерУклгяи Ямотпп Жгзфмйпия, А О 610 %00 Апмрюпли ангелин йоХРэеУевпя, А Рнс. 2.21. Крнтнческнй перепал лавлення лля эубпов различной конбнгурапни ~Щ. Светлые значки — экспериментальные значепня; зачерненные значки — расчетные зна- чення; й,„м — минимальный зазор в зоне гермегнэапни (мм). 0,4 н и й ьч 0,2 ° пЦ ф Магнитные жалкости в магнитном поле н гермегвзапнн палов ЦФ и н Ч,Я Рьчп 012 Ф~ 00 Ампер-Йэш езмпнпи ЙЭйгзгреюив, А Глава 2 каюшего через обмотку электромагнита, создающего магнитное поле, и числа витков обмотки.
По мере увеличения этого произведения напряженность магнитного поля в зоне герметизации возрастает (однако прямая пропорциональная зависимость отсутствует). Авторы провелн также расчеты на ЭВМ распределения напряженности магнитного поля и рассчитали критический перепад давления. При этом точка, соответствующая точке А на рис.
2. 10, выбиралась на достаточном удалении от зубца. 2.7.2. ЗАВИСИМОСТЬ КРИТИЧЕСКОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА Если вал, герметизированный кольцевым слоем магнитной жидкости, вращается, то жидкость находится в состоянии сдвигового течения и па нее действует центробежная сила, влияние которой на распределение давления в слое' жидкости при этом описывается вгорым членом в правой части уравнения (2.27): )в в" 1 »А г (2,32) Г Ггз — гз /г а 14 х в 1 — 2г21п -д — — 2 (г 2 — г, 2) . (2.33) 2 г 2 1 Выполним оценку для конкретных числовых значений.
Когда г„г, гв и гз приблизительно равны 5 ем, г — г, 0,1 мм, ы Зб00об/мин, по формуле (2.33) получаегся примерно 0 01. Первый член в правой части уравнения (2.27) для критического перепада давления обычно равен примерно 0,2 атм, т. е. на порядок больше, чем второй член. При приведенных выше размерах результаты экспериментов также показывают, что зависимость критического перепала давления от частоты врашения вала отсутствует (20) (в этом случае га12 ( 1(Р см с 2). Перри и др. [2Ц при радиусе вала г = 0,75 см и частоте вращения 6000 об/мин экспериментально установили, что критический перепад Здесь г„гв — радиусы в точках А и В Рассмотрим сначала случай, представленный на рис.
2.3, когда герметизнруемая поверхность параллельна оси вала, а затем случай, когда герметизируемая поверхность перпендикулярна оси вала (насалка на рис. 2.4). Если в первом случае выражение (2.24) для в подставить в (2.32), то можно получить 47 Магшггиые жидкости в магнитном поле н гермегизапня валов 50 Ф," ф 40 Ф!ф Ц 50 %. и 20 й и Ю ф 0 5 10 чаопягял фещеяля бала, 10 зяб/ниа Рис. 2,22.
Зависимости критического переведя давления ат частоты врашеняя вала (для герьжтизатора радиального типа) (22[. Толшнна зазора 0,1 мм (кривая )) и 03 мм (кривая з). 260 жо о 240 " 220 ф 200 160 ,ЦЮ Ъ 140 ч~ 120 ~ Юа 60 ф 60 1 $0 20 1 2 б 4 5 6 7 6 9 Ю 11 12 16 Маипота бяищнггиа з(ада, Юз об[мин рнс.
З Збс Зависимости критического перепада давления от чзьтоты вращения вала при совмещении гермезизаторов торшиюго и пентробежного типов [9[. 1 — при увеличении частоты вращения; к — при уменьшении частоты вращения, Глава 2 у $ й. 0 ф 1 6 фо а 10 40 00 Одстоягя брггщиая бала, оЦинн Рис. 2.24.
Зависимости критического перепала давления от частоты врашеиня вала при совмешенни герметиэаторов горнового и нентробежн ого тнпая Д41. Герметиэяруемми эаэор 0,25 мм, давления не зависит от частоты вращения (в этом случае также г ыз < 105 ем.с 2). Одзаки и др. [22) зкспериментально исследовалн критический перепад давления на герметизаторе при радиусе вала г = 6 см и повышении частоты вращения до 12 000 об/мин.
Эти авторы наблюдали, что вблизи частоты вращения 8000 об/мин (гыт = 105 см с 2) критиче.ский перепад давления резко снижался (рис. 2.22). Аналогичные результаты получили также Рахуба и др. [23[. Рассмотрим зависимость критического перепада давления от частоты вращения вала для герметизатора, в котором герметизируемая Я 40 и 4 50 чм Ъ ф. 20 ф 10 ч 4. Оа О 5000 2000 ЫОО Уастста бдаигеяня Мгла, 06/вин рнс. 2.25. Зависимости критического перепада давления от частоты вращенн вала (251.
Герм етнэатор тернового типа б = 0,5 м. ЛЧ вЂ” ма нтодвижэшаясн ла (А) электромагнита. Магнитные жалкости в магнитном поле и герметнталии валов 49 поверхность перпендикулярна валу и имеет форму диска (рис. 2.4), а также для герметизатора, совмещенного с центробежным герметизатором (рис. 2.5). В конструкциях, приведенных н» рис. 2.4 и 2.5, характер влияния центробежной силы на критический перепад давления является сложным. Хешмат и др. (9) выполнили эксперименты на установке с герметизатором, конструкция которого аналогична показанной на рис.
2.5. Радиусы зоны герметизации в соответствии с обозначениями парис. 2.5 составили 32 мм (г, ) и 82 мм (г ). Результаты приведены на рис. 2.23. При высокой частоте вращения вала начинает действовать механизм центробежной герметизации и критический перепал павлония увеличивается с ростом частоты. Мидзумото и др. (24] получили аналогичный результат с использованием установки, показанной парис.
2.5 (рис. 2.24). Осида и др. (25] выполнили эксперименты на установке с герметиэатором, конструкция которого аналогична показанной на рис. 2.4, и получили данные, согласно которым при увеличении частоты вращения вала также растет критический перепад давления (рис. 2.25). 2.7.3. ЗАВИСИМОСТЬ КРИТИЧЕСКОГО ПЕРЕПАЛА ДАВЛЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ Намагниченность М магнитной жидкости хорошо аппрокснмируется выражением (2.34) М(Н) = 7гл(с1)г(гаНI7гТ) — )гТIРН) . Здесь р — постоянный магнитный момент, приходящийся на одну коллоидную магнитную частицу в жидкости, л — число коллоидных частиц в единичном объеме жидкости, гг — постоянная Больцмана 1,36 10 а' Дж К ', Т вЂ” температура (К). Поскольку в окрестности зубца в зоне герметизации напряженность магнитного поля Н достигает значения 10 А ° м ' (рис.
2.15), справедливо неравенство 1 ч р.Н/(еТ. (2.35) Поэтому аЬ1лНI7г Т) ° 1, и намагниченность М магнитной жидкости в окрестности зубца в зоне герметизации в соответствии с формулой (2.34) может быть аппроксимирована следующим образом: М(Н) 7гп(1 — )гТI~ Н). (2.36) Поскольку зависимость М(Н) близка к состоянию насыщения, критический перепад давления га)7, ИСХОдя ИЗ фОрмулы (2.28), может Глава 2 и чь„ Т,к Рис. 2.26. Зависимость критического перепада давления ор от температуры Т 1ав).
быть приближенно записан как (2.37) им 3 Подставив (2,36) в (2.37), получим т. е. Ьр линейно зависит от Т. На рис. 2.26 приведены эксперимен- -тальные данные Сэки и др. (26), на рис. 2.27 — данные Наримии и др. )19). Видно, что критический перепад давления — линейная функция температуры Т. 2,0 Рис. 2.27. Зависимость критического пере- 0 пала давления Ьр (на 11-ступенчатом гер. 2(10 010 ЯО 000 Зчв метнзатове) от темпеватУРы Т (в зоне Т,К герметизации) 1191.
Ю ю -. 1,0 гь. глвз Тзр = ~ ЛЫН ж М(Н(В))(Н(В) — Н(А)). Ь)з = рн(Н(В) — Н(А)) — --- — ---- — — —. Т, )сн)Н(В) — Н(А)) (2.38) й(в) Магнитные жалкости в магнитном поле и гера(етнааниа валов 51 Зд.е. ЗАВИСИМОСТЬ КРИТИЧЕСКОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ ОТ ВРЕМЕНИ Магнитная жидкость содержит магнитные коллондные'частицы. Считается, что если к таким частицам приложить неоднородное магнитное поле, то они будут двигаться в жидкост и поступательно пол лействием магнитной силы.
Однако на практике в результате хаотических соударений с молекулами жидкости, размер которых по крайней мере в 100 раз меньше, чем у коллоидных частиц, магнитная сила, приложенная к коллоидным частицам, воздействует и на молекулы жидкости. Однонаправленное поступательное движение коллоидиых частиц нарушается нерегулярными соударениями с молекулами жидкосги. Это обеспечивает существование магнитной жидкости как устойчивого коллонцного раствора даже при наличии магнитного поля, а также является причиной втягивания магнитной жидкости как целого в области с большей напряженностью магнитного поля.
Однако если магнитная сила, действующая на коллоидные частицы, становится очень большой (т. е. градиент магнитного поля 7 Н становится очень большим), ситуация менчется. Коллоидные частицы начинают двигаться поступательно в одном направлении и со временем скапливаются в области с максимальной напряженностью магнитного поля. Поскольку градиент напряженности магнитного полн в зоне зубца магнигожидкостного герметизатора, как ясно из рис. 2.12, очень велик, то возникает следующая проблема. Коллоидные частицы в магнитной жидкости, скапливающиеся вблизи зубца, вызывают увеличение равновесной концентрации частиц (подробности описаны в разд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
