С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 9
Текст из файла (страница 9)
8.2). Изменения плотности числа коллоидных частиц могут быть получены путем решения уравнения Смолуховского [271, представляющего собой разновидность уравнения дифФузии. Если взять за основу такое решение, то с течением времени г после введения магнитной жидкости в зону герметизации концентрация коллоидных частиц магнитной жидкости на участке с максимальной напряженностью магнитного поля вблизи зубца будет увеличиваться пропоршгоиально Й. Обозначим число частиц в единице объема магнитной жидкости в этом месте как л(г). Можно написать л(г) = лв + С~ Й. (2.39) Здесь лв — число коллоидных частиц в единице обьема магнитной жидкости при г = О, т.
е. в обычных условиях, Сг — положительная константа, Формула (2.39) справедлива лишь при г' < 104 с. 52 Глава 2 1,0 Рис. 2.20. Изменение критического перепала давлении Ьр во времени (лла герметизатора ралгильного типа) 127]. и 5 и ч, 0 0 0.5 5 5 0 вт (2, 10'с] Когда г превышает это значение, увеличение л(г) прекращается. Поскольку намагниченность насыщения М, магнитной жидкости (намагниченность при Н- о) пропорциональна л [см. формулу (2.34)], М, может быть записано как Мг(Г) = М*о+ Сг' Й. (2.40) Здесь М,в — намагниченность насыщения при г = О, Сг' — положительная константа. Критический перепад давления рассчитывается по формуле (2.37).
Поскольку в формуле (2.37) М(В) можно заменить на М,(г), если подставить (2.40) в (2.37), получаем г2р = Мас[Н(В) — Н(А)] + Сг' [Н(В) — Н(А)] ° Й. (2.41) На рис. 2.28 приведены результаты экспериментов для магнитожидкостного герметизатора вала, аналогичного показанному на рнс. 2.2б [27]. В качестве начала отсчета времени принят момент заполнения магнитной жидкостью зоны герметизации. При г с 10' с критический перепад давления Ьр прямо пропорционален ьгг'. Аналогичные эксперименты были выполнены Отой и др.
[28] для магнитожндкостного герметизатора вала, конструкция которого приведена на рис. 2.4 (рис. 2.2Я). Результаты показали те же тенденции. В качестве исгочников магнитного поля использовались электромагниты; по мере увеличения магннтодвижущей силы Фу и, следовательно, увеличения напряженности магнитного поля в зоне герметизации зависимость предельно допустимого лавления р от Й все более приближается к линейной. В магнитожилкостном герме- 53 Магнитные жидкости в магнитном поле и герметизация валов Рис. 2.29. Изменение предельно допусти- мого данления р во времени (герметиза- тор упорного типа) [20). и "- 20 0 0 5 10 20 50 ОИ 60160 зФ [(,иин) 15 еь 1О Рнс. 2.30. Изменение предельно допустимого лавления р во времени при вращении вала в герметнзаторая радиального (кривые ) и 2) и торцового (кривая 3) тяпов [201. Частота вращения вала (об/мин) равна 775 ()), 1500 (2) н 400 (3).
Магнитолвижущая сила ')50 А. 0 0 5 1О 20 50 100 150 00 ус (с,мин] тизаторе вала такой конструкции, как на рис. 2.2б, скорость магнитной жидкости в зоне герметизации при вращении вала имеет только азимутальную составляющую. Поэтому при малой частоте вращения магнитная жидкость не перемешивается по направлениям г, 2 на рис. 2.10. Однако в случае высокой частоты вращения ввиду выделения тепла из-за вязкой диссипации энергии возникает конвекция, которая приводит к перемешиванию и по направлениям г, 2. В связи с этим неоднородность концентрации коллоидных частиц Глава З снижается.
Когда этот фактор становится существенным, зависимость р от ~/1 становится более пологой, чем прямо пропорциональная. Н магннтожндкосгных герметнзаторах, конструкции которых показаны на рис. 2.4 и 2.5, независимо от частоты вращения вала зависимость р от у г становится более слабой„чем прямо пропорциональная. Причина заключается в том, что в конструкции герметизатора, показанной на рнс. 2.4, составляющие скорости магнитной жидкости в зоне герметизации по направлениям осей координат г, я не равны нулю.
В связи с этим при любой частоте вращения вала происходит перемешивание магнитной жидкости вдоль осей координат г и г н область с высокой концентрацией коллондных частиц «размывается», поэтому зависимость р от Й становится менее крутой, чем прямо пропорциональная. Экспериментальные данные такого рода получены Отой н др. ]28] (рис. 2.30). 2.8. СПОСОБЫ ИСПОЛБЗОВАНИЯ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАГНИТОЖИДКОСТНЫХ ГЕРМЕТИЗАТОРОВ Основная проблема, связанная с практическим использованием магнитожндкостных герметизаторов валов, — получение устройств с необходимыми характеристиками. В журнале «Кикай канкэй» («Механические системы») и других изданиях описываются характеристики магнитожидкостных герметизаторов, однако не приводит.ся никаких сведений о способах изготовления таких устройств.
Поэтому необходимо либо приобретать магнитожидкостные герметнзаторы у специализированных фирм, либо изучить литературу по нх проектированию и попытаться выполнить проектирование самостоятельно. Однако в настоящее время даже в обширном справочнике по механике, изданном Японским обществом 'машиностроения, практически отсутствуют сведения о методиках проектирования магнитожидкостных герметизаторов. Поэтому авторы надеются, что данная работа окажется полезной; в данном разделе сначала даются рекомендации по приобретению требуемых магнитожидкостных герметиэаторов валов, а затем описываются методы проектирования таких устройств. 55 Магиитиые жидкости в магнитном поле и герметизапия валов 2зь1.
пРинципы ВЫБОРА мАГнитОжидкОстных ГВРмегизАтОРОВ ДЛЯ ВРАШАЮШИХСЯ ВАЛОВ Здесь приводятся замечания, касающиеся выбора магнитожидкостных герметизаторов валов, когда они приобретаются в качестве готовых узлов, как в случае механических и масляных герметизаторов. Однако, поскольку в продаже может не быть магнитожндкостных герметизаторов валов с требуемыми характеристиками, для их проектирования следует использовать методики, описанные в следующем разделе. Здесь излагаются рекомендации по выбору магнитожидкостных герметизаторов вращающихся валов, изготавливаемых фирмой «Мацумото юси сэйяку», Махнитожидкостные герметизаторы валов общего назначения могут быть приблизительно разделены иа два типа. Герметизаторы первого типа (рис.
2.31) имеют собственный вал, который с помощью фланца крепится на корпусе узла, подлежащего герметизации. Как показано на рнс. 2.31, внутри вакуумной камеры имеется узел вращения, причем вал В этого узла вращения и вал С магнитожидкостного гермегизатора А соединены муфтой 23. Магнитожидкостный герметизатор А с помощью фланца Е соединен с корпусом вакуумной камеры. В этом случае герметизация соединения осуществляется кольцевой прокладкой Е Вал С магнитожидкостного герметизатора А соединяется фланцем Н с валом О, соединенным В Р с Рис. 2.31. Магиитожидкосгиыя герметиаатор вралииииегося вала с флавием.
Глава 2 56 Рис. 2.32. Типовые размеры магнитожилкостных герметизаторов с флавием (см. табл. 2.2). табллгнг 2.2 магнитожнлкостиые герметизаторы вала с фланнем (размеры в милли- метрах) Марка излекнк Диаметр Внешний аик- Длина Вневшгж Ллвиа Внешний ллавзаа (а) метр корлуса корлуса ликметр вала (е) метр фтулкл (а) (с) флаииа (д) (г) Слмндарншые МУЗ-3010 МУЗ-3610 1 МУЗ-3610 МУЗ-4010 1 100 156 156 156 10 1О ю 10 36 Зб Зб 40 50 55 57 66 70 81 81 85 36 С еодлным охлаждением МУ8-4810 Н 1О с двигателем. Наконец, с помощью узла, содержащего магнитожидкостный герметиэатор, осуществляется полная герметизапия вакуумной камеры. На рис. 2.32 и в табл. 2.2 приведены типовые размеры магннтожндкостных герметизаторов данного типа.
У магнитожилкостных герметнзаторов другого типа собственный вал отсутствует (рис. 2.33). В узле вращения внутри вакуумной камеры на рис. 2.33 вал С, соединен(ый с двигателем, входит в герметизирующий узел А. В данном случае герметизация зазора между валом С и узлом А осуществляется посредством кольцевой прокладки Е. Весь герметизирующнй узел А входит в вакуумную камеру.
Герметизация. зазора между корпусом камеры В и узлом А осуществляется также кольцевой прокладкой 2?. Поскольку внутри узла имеется магнитож)щкостный герметизатор Е, независимо от того, вращается вал С или нет, внутри вакуумной камеры обеслечиваегся полная герметизация. Размеры магнитожидкостных герметизаторов этого типа показаны на рис. 2В4 и в табл. 2.3. Магнитожндкостные герметизаторы перечисленных типов можно щлюбрести как серийные изделия. 57 Магнитные жилкости в магнитном поле и герметизация валов Рис. 2.33. Полый магнитожнпкостный герметизатор.
Таблица 2,3. Полые магиитвкилкостные герметизаторы (размеры в миллиметрах) Рекомеялуемма Ниешииа лиамегр Длина втулки Длина втулки Сиаметр яэла (а) втулки (Е) (г) с Фланцем (з)) Мара изделия Рис. 2 34. Типовые размеры полых магнитожилкостных герметнзаторов (см. табл. 2 3). МУЯ-ТЯ 41!0 МУЯ ТЯ 6425 М ззЯ ТЯ 8835 М я'Я ТЯ 10550 1О 25„4 35 50 41 64 88 105 57 62 87,5 80,5 58 Глава 2 2.8.2. МЕТОДИКА РАСЧЕГА МАГНИТОЖИДКОСТНЫХ ГЕРМЕТИЗАТОРОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ В данном разделе описываются основные приемы проектирования и изготовления магнитожидкостных герметизаторов для вращающихся валов.
Магнитное поле в рабочем зазоре магнитожидкостного герметизатора создается постоянным магнитом. С точки зрения увеличения магнитодвижушей силы в пепи и простоты сборки узла в качестве постоянных магнитов желательно использовать кольцевые магниты, намагниченные в осевом направлении. Однако, поскольку изготовление кольцевых магнитов большого диаметра— очень сложный процесс, можно использовать набор цилиндрических магнитов, располагаемых по окружности с помощью сепаратора (рис.
2.3). Что касается материалов постоянных магнитов, то лучше всего использовать магниты из редкоземельных металлов, у которых размагничивание мало и которые обладают большой магнитодвижущей силой, однако при недостатке средств можно применять и ферритовые магниты. В этом случае для ослабления влияния размагничиваюшего поля используется определенная форма магнита. Здесь подразумевается характеристика, отражающая влияние формы магнита на магнитодвижушую силу; например, в случае цилиндрических магнитов магнитная проводимость возрастает по мере увеличения отношения (высота цилиндра)/(диаметр цилиндра) [29].
Значения магнитной проводимости для магнитов разной формы приведены в соответствующих справочниках. Поскольку в зоне герметизации необходимо создать магнитную цепь, для изготовления герметизируюшего узла используется магнитопроводяший материал. К другим условиям относится требование коррозионной стойкости материала. В качестве материала„удовлетворяющего этим условиям, авторы использовали неРжавеющую сталь марки Я)Б 400. Однако упомянутым условиям можно также удовлетворить, нанеся гальваническое покрытие на железо. По мере увеличения диаметра вада и частоты вращения магнитожидкостного герметизатора увеличивается выделение тепла из-за вязкой диссилации механической энергии при сдвиговом течении магнитной жидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
