ОПИСАНИЕ

       Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации вращающихся валов машин и оборудования.

       Известны регулируемые магнитожидкостные герметизаторы (а.с. СССР № 773350, МПК F16J15/40, 1979; а.с. СССР № 1278531, МПК F16J15/40, 1985; а.с. СССР № 1343157, МПК F16J15/40, 1986), содержащие корпус, постоянный магнит с полюсными наконечниками и магнитную жидкость в рабочем зазоре между полюсными наконечниками и охваченным ими валом, в которых регулирование магнитной индукции в рабочем зазоре обеспечивается с помощью подвижного в осевом направлении относительно постоянных магнитов полюсного наконечника, связанного упругим  элементом с неподвижным полюсным наконечником или с корпусом. Однако данным герметизаторам присущи следующие негативные свойства:

-         недостаточная надёжность, обусловленная прерывистостью движения, перекосом и заклиниванием подвижного полюсного наконечника при его осевом перемещении относительно направляющей; наличием дополнительных конструкционных деталей (упругих элементов) между подвижными и неподвижными элементами магнитной системы; значительной величиной эксцентриситета (ε ≈ 1);

-         повышенные массо-габаритные характеристики, обусловленные наличием немагнитного корпуса и значительной осевой длиной подвижного полюсного наконечника и/или его направляющей;

-         повышенные требования к точности изготовления подвижного элемента и его направляющей;

-         недостаточный ресурс работы вследствие отсутствия системы дозаправки магнитной жидкостью. 

        Известен регулируемый магнитожидкостный герметизатор (а.с. СССР № 1168759, МПК F16J15/40, 1984), содержащий постоянный магнит с полюсными наконечниками, охваченными шунтирующим магнитопроводом, подвижным в радиальном направлении. Регулирование магнитной индукции в рабочем зазоре обеспечивается путём смещения шунтирующего магнитопровода в радиальном направлении, при этом исключаются прерывистость его движения, перекос и заклинивание в отличие от рассмотренных выше герметизаторов с осевым смещением. Однако данному герметизатору также присущи негативные свойства:

-         сложность конструкции, обусловленная наличием составного шунтирующего магнитопровода сложной геометрической формы, а также регулируемого зазора сложной геометрической формы и элементов  его регулирования;

-         повышенные требования к точности изготовления и подгонки составного шунтирующего магнитопровода и сопряжённых с ним элементов магнитной системы; 

-         недостаточная надёжность, обусловленная значительной величиной механического усилия для отрыва шунтирующего магнитопровода от полюсных наконечников при его смещении в радиальном направлении;

-         недостаточный ресурс работы вследствие отсутствия системы дозаправки магнитной жидкостью.

         Известны регулируемые магнитожидкостные герметизаторы (а.с. СССР № 1537941, МПК F16J15/40, 1988; а.с. СССР № 1622687, МПК F16J15/40, 1990; пат. РФ № 2027929, МПК F16J15/00, F16J15/40, 1991), содержащие корпус, магнитный узел в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками, охваченный шунтирующим его магнитопроводом, и магнитную жидкость в рабочем зазоре между полюсными наконечниками и охваченным ими валом, в которых регулирование магнитной индукции в рабочем зазоре обеспечивается с помощью шунтирующего магнитопровода, подвижного в осевом направлении относительно полюсных наконечников. В отличие от герметизаторов с подвижным полюсным наконечником в данных герметизаторах отсутствует упругий элемент между подвижными и неподвижными элементами магнитной системы, а также снижена величина эксцентриситета (она составляет обычную для магнитожидкостных герметизаторов величину ε = 0,1…0,3), что повышает их надёжность в работе. В отличие от герметизатора по а.с. СССР № 1168759 в данных герметизаторах отсутствует регулируемый зазор сложной геометрической формы и элементы его регулирования, а шунтирующий магнитопровод состоит из одной детали, что упрощает конструкцию герметизаторов. Однако данным герметизаторам присущи следующие негативные свойства:

-         недостаточная надёжность, обусловленная прерывистостью движения, перекосом и заклиниванием подвижного шунтирующего магнитопровода при его осевом перемещении относительно полюсных наконечников;

-         повышенные массо-габаритные характеристики, обусловленные наличием немагнитного корпуса и значительной осевой длиной подвижного шунтирующего магнитопровода;

-         повышенные требования к точности изготовления и подгонки подвижного шунтирующего магнитопровода и сопряжённых с ним элементов магнитной системы;

-         недостаточный ресурс работы вследствие отсутствия системы дозаправки магнитной жидкостью.

       Известен регулируемый магнитожидкостный герметизатор (пат. Украины № 38664 А, F16J15/40, 2000), содержащий корпус, два радиально-намагниченных пояса, набранных из отдельных призматических постоянных магнитов, внешние полюса которых соединены между собой с помощью магнитопроводного элемента; полюсные наконечники, которые примыкают к внутренним полюсам постоянных магнитов, и магнитную жидкость в рабочих зазорах. Магнитопроводный элемент, соединящий внешние полюса постоянных магнитов, выполнен в виде отдельных магнитопроводных пластин, подвижных в осевом направлении относительно постоянных магнитов, причем каждая пластина соединяет постоянный магнит из одного магнитного пояса с противоположным постоянным магнитом другого магнитного пояса. По сравнению с рассмотреными выше герметизаторами данный герметизатор отличается простотой конструкции, не требует повышенной точности изготовления подвижного магнитопроводного элемента, который составлен из магнитопроводных пластин простой геометрической формы, отсутствуют прерывистость движения, перекос и заклинивание подвижного элемента, так как поверхность трения является плоской, а механическое усилие, необходимое для смещения магнитопроводного элемента, распределено между многими пластинами. Однако и данному герметизатору присущи некоторые отрицательные свойства:

-         повышенные массо-габаритные характеристики, обусловленные наличием немагнитного корпуса и значительной осевой длиной подвижного замыкающего магнитопровода (приблизительно равной осевой длине корпуса);

-         повышенные требования к точности изготовления внешней боковой поверхности полюсных наконечников, имеющей форму правильного многогранника, и к точности установки полюсных наконечников один относительно другого;

-         недостаточный ресурс работы вследствие отсутствия системы дозаправки магнитной жидкостью.

         В качестве прототипа выбран модульный магнитожидкостный герметизатор (см. Кирей П.С., Кельина С.Ю., Шевченко Н.Д. «Анализ путей усовершенствования магнитожидкостных герметизаторов для вакуумной техники». – Сборник докладов 5-й Международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование». – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2002. – С. 311, рис. 7), содержащий  неподвижный относительно корпуса привода полюсный модуль, съёмный магнитный модуль и съёмный магнитоуправляющий модуль, причём полюсный модуль охвачен магнитным модулем, а магнитный модуль охвачен  магнитоуправляющим модулем. Полюсный модуль состоит из присоединительного фланца и герметично соединённых в порядке чередования полюсных наконечников и немагнитных кольцевых элементов, причём наружная поверхность полюсных наконечников выполнена в виде многогранника. Магнитная жидкость размещена в рабочем зазоре между полюсными наконечниками и охваченным ими валом. Магнитный модуль выполнен в виде магнитных поясов, набранных из отдельных призматических радиально-намагниченных постоянных магнитов, установленных на гранях многогранника. Магнитоуправляющий модуль выполнен в виде отдельных пластин, соединяющих внешние полюса противолежащих призматических магнитов из разных магнитных поясов. Данный герметизатор также отличается простотой конструкции; не требует повышенной точности изготовления съёмного магнитоуправляющего модуля, который составлен из магнитопроводных пластин простой геометрической формы; отсутствуют прерывистость движения, перекос и заклинивание съёмных элементов (постоянных магнитов и магнитопроводных пластин), так как поверхность трения является плоской, а механическое усилие, необходимое для смещения съёмных элементов, распределено между многими такими элементами. В отличие от рассмотренных выше герметизаторов выполнение в данном герметизаторе постоянных магнитов в виде магнитных поясов, набранных из отдельных призматических магнитов, позволяет варьировать в широких пределах количество магнитов в магнитных поясах, а также их линейные размеры по всем трём измерениям. Кроме того, обеспечивается снижение массо-габаритных характеристик за счёт реализации бескорпусного варианта выполнения герметизатора. Однако прототип также имеет некоторые негативные свойства:

-         повышенные массо-габаритные характеристики вследствие значительной осевой длины магнитного и магнитоуправляющего модулей (равной осевой длине полюсного модуля) и радиальной компоновки полюсного, магнитного и магнитоуправляющего модулей;

-         повышенные требования к точности изготовления наружных боковых поверхностей полюсных наконечников, имеющих форму правильного многогранника, и к точности установки полюсных наконечников один относительно другого;

-         недостаточный ресурс работы вследствие отсутствия системы дозаправки магнитной жидкостью.

       В основу изобретения поставлена задача усовершенствования модульного магнитожидкостного герметизатора, изменение конструкции которого обеспечивает снижение его массо-габаритных характеристик и увеличение ресурса работы.

       Поставленная задача решается тем, что в модульном магнитожидкостном герметизаторе, содержащем неподвижный относительно корпуса привода полюсный модуль, состоящий из герметично соединённых в порядке чередования полюсных наконечников и немагнитного разделительного элемента; съёмный магнитный модуль, выполненный в виде магнитных поясов, набранных из отдельных призматических постоянных магнитов; съёмный магнитоуправляющий модуль, выполненный в виде отдельных магнитопроводных пластин, соединяющих внешние полюса противолежащих призматических магнитов из разных магнитных поясов, и магнитную жидкость в рабочем зазоре между полюсными наконечниками и охваченным ими валом, согласно изобретению один из полюсных наконечников выполнен в виде обечайки с внутренним кольцевым выступом, во внутренней полости которой с зазором относительно внутренней поверхности обечайки установлен кольцевой полюсный наконечник, призматические постоянные магниты установлены на наружной торцевой поверхности обечайки и на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника, при этом векторы намагниченности призматических постоянных магнитов направлены по оси вала, а векторы намагниченности постоянных магнитов, установленных на наружной торцевой поверхности обечайки, ориентированы противоположно векторам намагниченности постоянных магнитов, установленных на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника, в немагнитном разделительном элементе выполнена выточка, образующая полость, заполненную магнитной жидкостью, которая соединена каналами с рабочим зазором, а в одной из стенок немагнитного разделительного элемента и/или в одном из полюсных наконечников выполнен заправочный канал.

       Выполнение одного из полюсных наконечников в виде обечайки с внутренним кольцевым выступом, во внутренней полости которой с зазором относительно внутренней поверхности обечайки установлен кольцевой полюсный наконечник, обеспечивает возможность осевой компоновки полюсного, магнитного и магнитоуправляющего модулей. При этом обеспечивается снижение массо-габаритных характеристик герметизатора по сравнению с герметизаторами, имеющими радиальную компоновку полюсного, магнитного и магнитоуправляющего модулей, так как значительно уменьшаются осевая длина магнитного и магнитоуправляющего модулей. Установка призматических постоянных магнитов на наружной торцевой поверхности обечайки и на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника обеспечивает уменьшение осевой длины магнитного модуля до величины осевой длины отдельного постоянного магнита. При этом  детали, на поверхностях которых устанавливаются постоянные магниты, имеют простую геометрическую форму и не требуют повышенной точности изготовления. Для формирования замкнутой магнитной цепи необходимо, чтобы векторы намагниченности призматических постоянных магнитов были бы направлены по оси вала, а векторы намагниченности постоянных магнитов, установленных на наружной торцевой поверхности обечайки, были бы ориентированы противоположно векторам намагниченности постоянных магнитов, установленных на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника. Выполнение в немагнитном разделительном элементе выточки, образующей полость, заполненную магнитной жидкостью, которая соединена каналами с рабочим зазором, а также выполнение заправочного канала в одной из стенок немагнитного разделительного элемента и/или в одном из полюсных наконечников обеспечивает формирование резервной ёмкости с магнитной жидкостью, которая пополняет рабочий зазор в случае необходимости, что увеличивает ресурс работы герметизатора. При этом объём резервной ёмкости с магнитной жидкостью увеличен по сравнению с аналогами за счёт использования объёма между полюсными наконечниками, который обычно заполнен постоянными магнитами.

       Таким образом, изменение конструкции модульного магнитожидкостного герметизатора обеспечивает:

-         снижение массо-габаритных характеристик герметизатора за счёт снижения в 5…10 раз осевой длины магнитного и магнитоуправляющего модулей, а также за счёт осевой компоновки полюсного, магнитного и магнитоуправляющего модулей;

-         увеличение ресурса работы герметизатора за счёт формирования резервной ёмкости с магнитной жидкостью, которая пополняет рабочий зазор в случае необходимости.

       На рисунке схематически изображён модульный магнитожидкостный герметизатор, продольный разрез.

       Модульный магнитожидкостный герметизатор содержит неподвижный относительно корпуса привода полюсный модуль, состоящий из герметично соединённых полюсного наконечника 1-2, выполненного в виде обечайки 1 с внутренним кольцевым выступом 2, немагнитного разделительного элемента 3 и кольцевого полюсного наконечника 4, установленного во внутренней полости обечайки 1 с зазором относительно внутренней поверхности обечайки 1; съёмный магнитный модуль, выполненный в виде магнитных поясов, набранных из отдельных призматических постоянных магнитов 5; и съёмный магнитоуправляющий модуль, выполненный в виде отдельных магнитопроводных пластин 6, соединяющих внешние полюса противолежащих призматических магнитов 5 из разных магнитных поясов. Магнитная жидкость 7 размещена в рабочем зазоре δ между полюсными наконечниками 2, 4 и охваченным ими валом 8. Призматические постоянные магниты 5 установлены на наружной торцевой поверхности обечайки 1 и на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника 4, при этом векторы намагниченности призматических постоянных магнитов 5 направлены по оси вала, а векторы намагниченности постоянных магнитов 5, установленных на наружной торцевой поверхности обечайки 1, ориентированы противоположно векторам намагниченности постоянных магнитов 5, установленных на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника 4. В немагнитном разделительном элементе 3 выполнена выточка 9, образующая полость, заполненную магнитной жидкостью, которая соединена каналами 10 с рабочим зазором δ, а в обечайке 1 выполнен заправочный канал 11, который заглушен винтом 12.

       Устройство работает следующим образом.

       Магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами 5, замыкается через полюсные наконечники 1-2, 4, магнитопроводные пластины 6 и вал 8, удерживая магнитную жидкость 7 в рабочем зазоре δ и обеспечивая герметизацию вала 8 как в динамическом, так и в стояночном режимах работы. Регулирование магнитной индукции в рабочем зазоре δ осуществляется путём удаления/добавления постоянных магнитов 5 и/или магнитопроводных пластин 6 в магнитной системе герметизатора. Пополнение рабочего зазора δ магнитной жидкостью в случае её испарения, вымывания и т.п. осуществляется самотёком по каналам 10 из резервной ёмкости 9, выполненной в немагнитном разделительном элементе 3. Заправка резервной ёмкости 9 магнитной жидкостью 6 осуществляется через заправочный канал 11, который выполнен в обечайке 1 и заглушен винтом 12.

          Использование изобретения по сравнению с прототипом и другими известными устройствами позволяет:

-         снизить массо-габаритные характеристики герметизатора за счёт снижения в 5…10 раз осевой длины магнитного и магнитоуправляющего модулей, а также за счёт осевой компоновки полюсного, магнитного и магнитоуправляющего модулей;

-         увеличить ресурс работы герметизатора за счёт формирования резервной ёмкости с магнитной жидкостью, которая пополняет рабочий зазор в случае необходимости.

ФОРМУЛА  ИЗОБРЕТЕНИЯ

       МОДУЛЬНЫЙ МАГНИТОЖИДКОСТНЫЙ ГЕРМЕТИЗАТОР, содержащий неподвижный относительно корпуса привода полюсный модуль, состоящий из герметично соединённых в порядке чередования полюсных наконечников и немагнитного разделительного элемента; съёмный магнитный модуль, выполненный в виде магнитных поясов, набранных из отдельных призматических постоянных магнитов; съёмный магнитоуправляющий модуль, выполненный в виде отдельных магнитопроводных пластин, соединяющих внешние полюса противолежащих призматических магнитов из разных магнитных поясов, и магнитную жидкость в рабочем зазоре между полюсными наконечниками и охваченным ими валом, отличающийся тем, что один из полюсных наконечников выполнен в виде обечайки с внутренним кольцевым выступом, во внутренней полости которой с зазором относительно внутренней поверхности обечайки установлен кольцевой полюсный наконечник, призматические постоянные магниты установлены на наружной торцевой поверхности обечайки и на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника, при этом векторы намагниченности призматических постоянных магнитов направлены по оси вала, а векторы намагниченности постоянных магнитов, установленных на наружной торцевой поверхности обечайки, ориентированы противоположно векторам намагниченности постоянных магнитов, установленных на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника, в немагнитном разделительном элементе выполнена выточка, образующая полость, заполненную магнитной жидкостью, которая соединена каналами с рабочим зазором, а в одной из стенок немагнитного разделительного элемента и/или в одном из полюсных наконечников выполнен заправочный канал.

Р Е Ф Е Р А Т

МОДУЛЬНЫЙ  МАГНИТОЖИДКОСТНЫЙ  ГЕРМЕТИЗАТОР

       Использование: в уплотнительной технике. Сущность изобретения: модульный магнитожидкостный герметизатор содержит неподвижный относительно корпуса привода полюсный модуль, состоящий из герметично соединённых полюсного наконечника 1-2, выполненного в виде обечайки 1 с внутренним кольцевым выступом 2, немагнитного разделительного элемента 3 и кольцевого полюсного наконечника 4, установленного во внутренней полости обечайки 1 с зазором относительно внутренней поверхности обечайки 1; съёмный магнитный модуль, выполненный в виде магнитных поясов, набранных из отдельных призматических постоянных магнитов 5; и съёмный магнитоуправляющий модуль, выполненный в виде отдельных магнитопроводных пластин 6, соединяющих внешние полюса противолежащих призматических магнитов 5 из разных магнитных поясов. Магнитная жидкость 7 размещена в рабочем зазоре δ между полюсными наконечниками 2, 4 и охваченным ими валом 8. Призматические постоянные магниты 5 установлены на наружной торцевой поверхности обечайки 1 и на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника 4, при этом векторы намагниченности призматических постоянных магнитов 5 направлены по оси вала, а векторы намагниченности постоянных магнитов 5, установленных на наружной торцевой поверхности обечайки 1, ориентированы противоположно векторам намагниченности постоянных магнитов 5, установленных на наружной торцевой поверхности кольцевого полюсного наконечника 4. В немагнитном разделительном элементе 3 выполнена выточка 9, образующая полость, заполненную магнитной жидкостью, которая соединена каналами 10 с рабочим зазором δ, а в обечайке 1 выполнен заправочный канал 11, который заглушен винтом 12.