УДК 538.4
Дан обзор новых технологических и конструктивных решений, направленных
на усовершенствование магнитожидкостных герметизаторов для вакуумной техники.
Приведены сведения о разработке и получении высокоустойчивых магнитных
жидкостей на основе вакуумных масел и других жидкостей с низким давлением
насыщенных паров. Высокая стабильность полученных магнитных жидкостей обеспечивается
использованием природных и синтетических органических кислот в качестве
стабилизаторов коллоидной системы. Проведен анализ конструкций четырёх типов
магнитожидкостных герметизаторов: с утопленным полюсным наконечником,
бескорпусных, с сотовыми элементами и регулируемых. Новые технологические и
конструктивные решения позволяют уменьшить массо-габаритные характеристики и
стоимость, а также повысить надёжность работы магнитожидкостных герметизаторов,
что делает их более привлекательными для использования в промышленном
производстве и научных исследованиях.
1. ВВЕДЕНИЕ
Изобретение магнитных
жидкостей (МЖ) [1] и магнитожидкостных герметизаторов (МЖГ) [2] в начале 60-х
годов прошлого века было связано с выполнением космических программ НАСА,
поэтому МЖ и МЖГ сразу же нашли применение в космической и вакуумной технике.
Пионером и мировым лидером в области технического и коммерческого использования
магнито-жидкостных технологий, в том числе вакуумных, является основанная в
1968 г. американская корпорация “Ferrofluidics Corporation”, имеющая в
настоящее время сеть филиалов в различных странах мира. Изделия этой фирмы
широко используются для герметизации вводов вращательного и более сложных видов
движения в технологических процессах, где требуется поддержание глубокого
вакуума – в производстве полупроводников, при напылении, металлизации,
вакуумной сушке, в рентген-аппаратах, электронных микроскопах, вакуумных печах,
маховичных двигателях, масс-спектрометрах и т.п. В США существует постоянный и
устойчивый промышленный спрос на МЖ и магнитожидкостные устройства, включая
магнитожидкостные вакуумные системы герметизации. Активно занимаются
разработками и применением вакуумных МЖГ в Японии, ФРГ, Франции,
Великобритании.
В странах СНГ исследования и
разработки вакуумных МЖГ начались в конце 60-х - начале 70-х годов [3-5]. МЖГ
достаточно широко применяются в космической технике (см., например [6]), однако
вплоть до настоящего времени промышленное использование вакуумных МЖГ весьма
ограниченно, несмотря на явные технические преимущества МЖГ по сравнению с
традиционными уплотнениями. К таким преимуществам относятся:
-
практически
нулевые утечки герметизируемой среды при заданных условиях работы;
-
отсутствие
износа вала и низкие потери мощности двигателя вследствие чисто жидкостного
трения в зазоре между подвижными и неподвижными элементами;
-
отсутствие
необходимости в смазке;
-
простота
технического обслуживания;
-
незначительные
эксплуатационные расходы.
МЖГ
сохраняют работоспособность в любом
пространственном положении, в стояночном и динамическом режимах, в
условиях переменных и знакопеременных давлений и вибрационных воздействий.
К
достоинствам МЖГ следует отнести также такие уникальные свойства, как
способность МЖ выталкивать наружу попадающие в рабочий зазор МЖГ немагнитные
частицы пыли или влаги (магнитолевитационный эффект) и способность к
самозалечиванию.
В настоящей работе
проанализированы пути усовершенствования вакуумных МЖГ с целью их адаптации к
существующим условиям промышленного производства.
2. МАГНИТНЫЕ ЖИДКОСТИ
ДЛЯ ВАКУУМНЫХ МАГНИТОЖИДКОСТНЫХ ГЕРМЕТИЗАТОРОВ
Важнейшим технологическим мероприятием, обеспечивающим возможность
применения МЖГ в вакуумной технике, является разработка технологии получения
высокоустойчивых МЖ на основе жидкостей-носителей, имеющих очень низкие
значения давления насыщенных паров (порядка 10-9…10-7 мм
рт. ст. при н.у.). Чем успешнее будет решена проблема получения
высокоустойчивых МЖ, тем надёжнее будут работать вакуумные МЖГ и тем проще
будет их конструктивное оформление.
К МЖ для вакуумной техники предъявляется ещё ряд специфических
требований:
-
МЖ
должны иметь достаточно высокую намагниченность насыщения для уменьшения
влияния центробежных сил при высоких скоростях вращения вала;
-
МЖ
должны иметь достаточно низкую вязкость в широком диапазоне рабочих температур
для уменьшения разогрева МЖ в процессе работы, отрицательно влияющего на многие
эксплуатационные характеристики МЖГ;
-
МЖ
должны обладать физико-химической совместимостью и химической инертностью
относительно контактируемых сред и
элементов конструкции МЖГ;
-
МЖ
должны иметь приемлемые технико-экономические показатели (относительно
невысокую стоимость, недефицитность компонентов, технологичность изготовления)
для возможности широкого промышленного применения.
МЖ на основе эфиров двухосновных кислот (диэфиров) и полифенилэфиров,
обладающих низкой испаряемостью и низкой вязкостью, широко применяются для
вакуумных МЖГ американской фирмой
“Ferrofluidics Corporation” [7]. Японская фирма «Мацумото юсисэй-якусэй»
использует для вакуумных герметизаторов МЖ на основе алкилнафталина, давление
паров которой составляет 9·10-8 мм рт.ст. при температуре 20О С.
О значительных масштабах применения МЖ свидетельствует тот факт, что МЖ этой
фирмы, известные под фирменным наименованием «Марпомагна», производятся в
количестве порядка 8 тонн/год [8]. Японская фирма «Тохоку киндзоку когё»
применяет для вакуумных установок с разрежением до 10-8 мм рт. ст.
МЖ собственного изготовления также на основе алкилнафталина под названием
«Ferricolloid NS-35A», обладающую высокой намагниченностью и низким давлением
паров (7·10-10 мм рт. ст. при 20О С и 5·10-3 мм рт. ст. при 150 О С) [9]. Японская
фирма «Исикавадзима Харима» производит для вакуумных герметизаторов МЖ на
основе другого производного нафталина - айкосилнафталина, давление паров
которого составляет 9·10-8 мм рт. ст. при 20О С [10].
Стабилизация коллоидной системы магнитных частиц в МЖ осуществляется с
помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ), поэтому в технологии получения
высокостабильных МЖ важную роль играет правильный выбор ПАВ, которые должны
хорошо адсорбироваться на поверхности коллоидных магнитных частиц и иметь
химическое сродство к жидкой основе.
Традиционно применяемые стабилизаторы для магнетитовых МЖ - олеиновая
кислота и другие жирные кислоты хорошо стабилизируют высокодисперсный магнетит
в среде углеводородов и нефтяных масел, но не обеспечивают достаточной
стойкости магнетита в вакуумных маслах, в щелочных и кислотных средах, при
взаимодействии с жидкими средами, при повышенных или пониженных
температурах.
Нами разработаны технологии получения МЖ на различных основах –
кремнийорганике (полиэтилсиликат-40, ПЭС-5, ПМС-50, ПМС-100 и
др.),
минеральных и вакуумных маслах, эпоксидных и новолачных смолах, лёгких
углеводородах, а также МЖ с эффектом избирательного переноса, МЖ с
магнитореологическим эффектом [11-16] . В качестве стабилизаторов используются
такие вещества, как природные нафтеновые кислоты (ПНК), синтетические
нафтеновые кислоты (СНК), синтетические нефтяные кислоты (СНКД), «Асидол-2»,
α-метилциклогексенкарбоновая кислота (α-МЦГКК).
В отличие от олеиновой кислоты перечисленные вещества характеризуются
значительно более стабильными физико-химическими свойствами, а также
отсутствием примесей, которые могли бы негативно повлиять на стабильность МЖ.
В некоторых узлах машин и механизмов МЖ выполняет одновременно две функции: герметизацию и смазку рабочих
поверхностей. Наличие в МЖ дисперсных частиц нанометровых размеров значительно
улучшает смазывающие свойства жидкостей за счёт усиления как
гидродинамического, так и граничного механизмов смазки. Введение в МЖ добавок,
инициирующих эффект избирательного переноса [11], обеспечивает дополнительное
улучшение и стабилизацию смазочных свойств МЖ, что, в свою очередь, приводит к
значительному повышению надёжности узлов трения и расширению областей
применения МЖ.
Результатом многолетних научно-исследовательских работ стало получение
высокостабильных, относительно недорогих МЖ на основе вакуумных масел и других
жидкостей с низким давлением насыщенных паров, которые могут быть рекомендованы
для применения в вакуумном оборудовании.
3.
МАГНИТОЖИДКОСТНЫЕ ГЕРМЕТИЗАТОРЫ С УТОПЛЕННЫМ ПОЛЮСНЫМ
НАКОНЕЧНИКОМ
Несмотря на наличие целого ряда неблагоприятных факторов МЖГ всё шире
применяются в различных отраслях техники и промышленности стран СНГ, поэтому
при проектировании МЖГ на первый план
всё чаще выдвигается проблема снижения их стоимости. Снижение стоимости МЖ
является одним из путей решения данной проблемы, другими не менее значимыми
направлениями являются:
-
упрощение
конструкции МЖГ;
-
снижение
массо-габаритных характеристик МЖГ;
-
уменьшение
материалоёмкости МЖГ по цветным металлам.
При классической компоновке
МЖГ его магнитная система помещается в немагнитный корпус, на который
приходится наибольшая доля затрат цветных металлов в конструкции МЖГ. Если при
этом корпус выполнен из алюминиевых сплавов, то он имеет низкую механическую
прочность и низкую коррозионную стойкость, а выполнение корпуса из других
цветных металлов приводит к резкому увеличению стоимости МЖГ.
Существенного снижения материалоёмкости МЖГ по цветным металлам можно
добиться двумя основными способами:
-
выполнением
корпуса из чёрных металлов;
-
отказом
от корпуса.
Выполнение корпуса из чёрных металлов, которые обладают ферромагнитными
свойствами, требует изменения классической компоновки магнитной системы МЖГ.
Одним из очевидных решений является использование радиально-намагниченной
магнитной системы, в которой ферромагнитный корпус одновременно выполняет
функцию замыкающего магнитопровода [17]. Однако такая компоновка магнитной
системы имеет некоторые недостатки по сравнению с аксиально-намагниченными
магнитными системами:
-
наличие
дополнительных деталей, которые усложняют конструкцию МЖГ;
-
наличие
дополнительных паразитных зазоров между элементами магнитной системы;
-
необходимость
высокой точности изготовления некоторых деталей и высокой точности их установки
или тщательной подгонки относительно друг друга;
-
наличие
большого количества крепёжных элементов.
Для
реализации аксиально-намагниченной системы с ферромагнитным корпусом была
предложена конструкция МЖГ с утопленным полюсным наконечником (рис. 1) [18]. В
этой конструкции один из полюсных наконечников охвачен с зазором другим
полюсным наконечником, выполненным в виде обечайки с внутренним кольцевым
выступом и внешним

Рис.
1. МЖГ с утопленным полюсным наконечником (вариант № 1): δ – рабочий
зазор, 1 – постоянный магнит, 2 –
кольцевой полюсный наконечник, 3 – внутренний кольцевой выступ, 4 – обечайка, 5
– внешний присоединительный фланец, 6 – МЖ, 7 – вал, 8 – кольцевой посадочный
элемент, 9 – корпус привода, 10 – концентраторы магнитного потока, 11 –
немагнитное кольцо, 12 – немагнитный заполнитель, 13 – немагнитная крышка, 14 –
немагнитный крепёжный элемент, 15 – крепёжный элемент.
присоединительным фланцем. При этом охватывающий
полюсный наконечник одновременно выполняет функции корпуса – он является
несущим элементом для всей конструкции, обеспечивает присоединение
герметизатора к приводу, обеспечивает центровку полюсных наконечников
относительно вала, частично выполняет защитные и герметизирующие функции
корпуса. Конструкция такого МЖГ насчитывает всего 4 детали (без учёта крепёжных
элементов и постоянных магнитов), а применение цветных металлов сведено к
минимуму.
На рис. 2 показан другой
вариант выполнения МЖГ с утопленным полюсным наконечником [19].

Рис.
2. МЖГ с утопленным полюсным наконечником (вариант № 2): δ – рабочий зазор, 1 – постоянный
магнит, 2 – кольцевой полюсный наконечник, 3 – кольцевой посадочный элемент, 4
– присоединительный фланец, 5 – бурт, 6 – МЖ 7 – вал, 8 – немагнитная втулка,
9, 10 – проходное отверстие, 11 – немагнитный крепёжный элемент, 12 – корпус
привода, 14 – немагнитное кольцо.
В отличие от МЖГ, показаного на рис. 1, в данном МЖГ один из полюсных
наконечников выполнен в виде присоединительного фланца с кольцевым посадочным
элементом на наружной торцевой поверхности и с кольцевым буртом на
противоположной торцевой поверхности, между полюсными наконечниками установлена
немагнитная втулка, а присоединение герметизатора к приводу осуществляется с
помощью немагнитного крепежа, пропущенного через внутреннюю полость МЖГ. Кроме
того, крепёжные элементы для жёсткого крепления герметизатора к приводу и
крепёжные элементы для жёсткого соединения полюсных наконечников размещены на
одном диаметре в чередующемся порядке. Такая компоновка магнитной системы
позволяет во многих практически важных случаях добиться существенного снижения
массо-габаритных характеристик по сравнению с МЖГ на рис. 1.
4. БЕСКОРПУСНЫЕ
МАГНИТОЖИДКОСТНЫЕ ГЕРМЕТИЗАТОРЫ
Бескорпусное выполнение МЖГ (рис. 3) [20] позволяет уменьшить его
массо-габаритные характеристики на величину, характерную для корпусов МЖГ.
Рис.
3. Бескорпусный МЖГ с полюсным наконечником в виде присоединительного
фланца: δ – рабочий зазор, 1 – постоянный магнит, 2 – полюсный
наконечник, 3 – полюсный наконечник в виде присоединительного фланца, 4 – МЖ, 5
– вал, 6 – проходное отверстие, 7 –
крепёжный элемент, 8 – корпус привода,
9, 10 – посадочный элемент, 11 – внутреннее немагнитное кольцо, 12 – внешнее
немагнитное кольцо, 13 – немагнитный крепёжный элемент, 14 – концентраторы
магнитного потока.
В конструкции на рис. 3 один
из полюсных наконечников выполнен в виде присоединительного фланца, на наружной
торцевой поверхности которого выполнен кольцевой посадочный элемент, ответный
кольцевому посадочному элементу, имеющемуся на корпусе привода. На обоих
полюсных наконечниках концентрично относительно ответного кольцевого
посадочного элемента выполнены концентраторы магнитного потока, что
обеспечивает равномерность величины рабочего зазора.
В конструкции бескорпусного
герметизатора «Ферро 15.00», предназначенного для влаго- и пылезащиты
электродвигателя ВАСО 15-23-34 [21], насчитывается 4 простых в изготовлении
детали (без учёта крепёжных элементов и постоянных магнитов). В таблице
приведены сравнительные массо-габаритные характеристики трёх моделей МЖГ,
каждая из которых предназначена для установки на электродвигатель ВАСО
15-23-34, диаметр вала которого в месте установки МЖГ составляет 126 мм, но при
этом герметизаторы МЖГ-126 и МЖГ-135 выполнены с корпусом из алюминиевых
сплавов, а герметизатор «Ферро 15.00» является бескорпусным:
Параметр
|
МЖГ-126
|
МЖГ-135
|
Ферро 15.00
|
|
Диаметр, мм |
276 |
238 |
204 |
|
Осевая длина, мм |
34 |
34 |
22 |
|
Масса, кг |
5,1 |
3,4 |
2,5 |
На рис. 4 [22] показана
конструкция бескорпусного МЖГ, в которой функцию присоединительного фланца
выполняет кольцевая немагнитная втулка, установленная между полюсными
наконечниками, а полюсные наконечники жёстко присоединены к кольцевой
немагнитной втулке.

Рис.
4. Бескорпусный МЖГ с немагнитной втулкой в виде присоединительного
фланца: δ – рабочий зазор, 1 – постоянный магнит, 2,3 – полюсный
наконечник, 4 – МЖ, 5 – вал, 6 – кольцевая немагнитная втулка, 7 – проходное
отверстие, 8, 12, 13 – крепёжный
элемент, 9 – корпус привода, 10, 11 – посадочный элемент, 14 – немагнитное
кольцо.
В данной конструкции кольцевую немагнитную втулку 6 и немагнитное
кольцо 14 можно заменить на одну деталь - немагнитную обойму с равномерно
расположенными отверстиями, в которых устанавливаются постоянные магниты [23].
5. МАГНИТОЖИДКОСТНЫЕ
ГЕРМЕТИЗАТОРЫ С СОТОВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Проблема снижения
массо-габаритных характеристик имеет особую важность для авиа-космической техники.
В существующих конструкциях МЖГ основная часть массы приходится на
магнитопроводные элементы (полюсные наконечники, замыкающие магнитопроводы или
корпус), которые изготавливаются из магнитомягких материалов с плотностью порядка 7,8 г/см3. В МЖГ, предназначенных
для использования в летательных аппаратах, целесообразно применять полюсные
наконечники в виде сотового заполнителя, имеющего ячеистую структуру, ячейки
которого заполнены магнитной жидкостью или немагнитным материалом с плотностью
в диапазоне 1,5…4 г/см3 [24]. При этом снижение массы МЖГ может
составлять до 50…60 %.
Сочетание МЖГ с сотовыми
элементами позволяет полностью или частично использовать положительные свойства
как МЖГ, так и сотовых уплотнений. Сотовые элементы
легко встраиваются практически в любую конструкцию МЖГ:
-
с аксиально- или радиально-намагниченным индуктором;
-
с монолитным или наборным индуктором;
-
с радиальным или торцевым рабочим зазором;
-
с магнитным или немагнитным валом;
-
с магнитной системой в корпусе или на валу;
-
в сочетании с другими типами уплотнений.
В конструкции МЖГ с аксиально-намагниченным
индуктором (рис. 5) [25] полюсные наконечники выполнены из двух частей -
магнитопроводного кольца 2, примыкающего к полюсу постоянного магнита 1, и
кольцевого элемента 3, размещённого между магнитопроводным кольцом 2 и валом 4,
причём кольцевой элемент 3 выполнен из магнитомягкого

Рис. 5. Схема
применения сотовых элементов в МЖГ с аксиально-намагниченным индуктором: δ – рабочий зазор, 1 – постоянный магнит, 2 – магнитопроводное
кольцо, 3 – сотовый кольцевой элемент,
4 – вал, 5 – МЖ.
материала
в виде сотового заполнителя, имеющего ячеистую структуру, ячейки которого
заполнены магнитной жидкостью 5.
При выполнении полюсных наконечников в виде сотовых
заполнителей отпадает необходимость нарезки на полюсных наконечниках
концентраторов магнитного потока, так как их функцию выполняют стенки ячеек
сотового заполнителя. Кроме того, обеспечивается повышение надёжности работы
МЖГ, так как в рабочем зазоре образуются не отдельные
кольцеобразные магнитожидкостные ступени герметизации, а сетчатая (ячеистая)
структура распределения магнитной жидкости. Прорыв такой структуры носит
локальный характер, потому что находящаяся под давлением герметизируемая среда
нарушает только одну ячейку, что приводит к быстрой локализации места прорыва и
его самозалечиванию. Наличие в ячейках сотовых заполнителей дополнительного
количества магнитной жидкости также
повышает надёжность МЖГ и значительно увеличивает его ресурсные
характеристики.
В качестве материала для изготовления
сотовых полюсных наконечников целесообразно применять сплавы типа «пермаллой»,
обладающие наибольшими значениями магнитной проницаемости, что позволяет
минимизировать потери магнитного потока в полюсных наконечниках и
минимизировать необходимую толщину стенок ячеек сотового заполнителя.
Оптимальной толщиной стенок ячеек сотового заполнителя является диапазон 0,1…1
мм, нижний предел диапазона определяется технологическими возможностями изготовления
сотового заполнителя и магнитным насыщением материала, верхний предел –
уменьшением магнитной индукции в рабочем зазоре, и, следовательно, уменьшением
критического перепада давлений.
Для размещения в МЖГ резервного
количества МЖ возможна установка немагнитного сотового кольцевого элемента в
пространстве между полюсными наконечниками, что, в свою очередь, открывает
дополнительные возможности для повышения надёжности и ресурса работы МЖГ [26].
Обычно для этой цели используется немагнитный пористый материал, пропитанный
МЖ. Однако пористый материал, заполняющий межполюсное пространство, имеет
значительную удельную поверхность, что затрудняет перемещение МЖ в рабочий
зазор в случае необходимости подпитки
рабочего зазора. Это обстоятельство, а также изотропность свойств пористого
материала приводят к возникновению в его толще застойных зон, из которых МЖ не
может попасть в рабочий зазор. Выполнение дополнительного резервуара для МЖ в
виде сотового заполнителя позволяет устранить этот недостаток. Так как сотовая
капиллярная структура имеет менее развитую удельную поверхность, чем пористый
материал, то МЖ может перемещаться из толщи сотового заполнителя в рабочий
зазор при меньших значениях градиента напряжённости магнитного поля, поэтому в
толще сотового заполнителя отсутствуют условия для возникновения застойных зон.
Этому способствует также резкая анизотропия свойств сотового заполнителя в
осевом и радиальном направлениях.
На рис. 6 показана схема применения
сотовых элементов в МЖГ с радиально-намагниченным индуктором [27].

Рис. 6. Схема
применения сотовых элементов в МЖГ с радиально-намагниченным индуктором: δ – рабочий зазор, 1 – замыкающий магнитопровод, 3 – сотовый
магнитопроводный элемент, 4 – постоянный магнит, 5 – МЖ, 6 – вал,
7 – немагнитный
заполнитель.
Возможны три варианта заполнения ячеек сотовых
элементов МЖ: 1 - ячейки полностью заполнены МЖ, в этом случае полюсные
наконечники являются дополнительным резервуаром для размещения МЖ, что повышает
надёжность МЖГ и значительно увеличивает его ресурсные характеристики; 2 -
ячейки полностью заполнены немагнитным материалом, в этом случае уменьшаются
магнитные потоки рассеяния и, соответственно, увеличивается критический перепад
давлений, а обращённая к рабочему зазору поверхность полюсных наконечников
является гладкой, что уменьшает собственный момент трения и увеличивает
допустимую скорость вращения вала, особенно, если в качестве немагнитного
материала применять антифрикционные материалы; 3 – промежуточный вариант
частичного заполнения ячеек МЖ и немагнитным материалом.
Применение МЖГ с сотовыми элементами перспективно
для вращающихся валов с относительно невысокими скоростями вращения (до 20
м/сек) и перепадом давлений (до 1 МПа), но с повышенными требованиями по
надёжности и ресурсу работы.
6. РЕГУЛИРУЕМЫЕ
МАГНИТОЖИДКОСТНЫЕ ГЕРМЕТИЗАТОРЫ
Важность проблемы регулирования
параметров МЖГ в процессе работы обусловлена тем, что индукция магнитного поля
в рабочем зазоре МЖГ должна иметь оптимальное значение, так как заниженное
значение магнитной индукции уменьшает критический перепад давлений, а завышенное
приводит к магнитному насыщению материала концентраторов магнитного потока и
понижает устойчивость МЖ. Поскольку существующие методы расчёта магнитной
индукции в рабочем зазоре "гребенчатого" типа обладают значительной
погрешностью, с которой суммируются конструктивные и технологические
погрешности, то наилучшим выходом из данной ситуации является обеспечение
регулирования магнитной индукции и эмпирический поиск её оптимального значения.
Кроме того, регулирование магнитной индукции обеспечивает
"щадящие" условия для МЖ в стояночном режиме работы, а также
возможность применения МЖ с разными магнитными свойствами и возможность варьирования в широких пределах
количеством и свойствами постоянных магнитов. В большинстве известных
конструкций МЖГ не предусмотрена регулировка параметров, а известные
конструкции регулирующих устройств отличаются сложностью и громоздкостью.
Новые конструктивные
решения позволяют сравнительно простыми методами обеспечить регулирование
магнитной индукции в рабочем зазоре МЖГ. К таким решениям относятся: выполнение
замыкающих магнитопроводных элементов и постоянных магнитов съёмными (рис. 7)
[28], выполнение замыкающего магнитопровода (рис. 8) [29], магнитной системы
(рис. 9) [30] или шунтирующего
магнитопроводного элемента (рис. 10) [31] подвижными относительно полюсных
наконечников.

Рис. 7. МЖГ со
съёмными замыкающим магнитопроводом и постоянными магнитамии: δ – рабочий зазор, 1 – присоединительный фланец, 2 – полюсный
наконечник, 3 – немагнитная втулка, 4 – съёмный постоянный магнит, 5 – съёмный
замыкающий магнитопровод, 6 – МЖ, 7 – вал, 8 – заправочное отверстие, 9 –
заглушка заправочного отверстия.

Рис. 8. МЖГ с
подвижным замыкающим магнитопроводом: 1 – корпус, 2 – постоянный магнит, 3 –
замыкающий магнитопровод, 4 – полюсный наконечник, 5 – МЖ, 6 – вал, 7 –
немагнитный заполнитель.

Рис. 9. МЖГ с
подвижной магнитной системой: δ – рабочий зазор, 1 – присоединительный
фланец, 2 – неподвижная часть полюсного наконечника, 3 – немагнитная втулка, 4 – постоянный магнит, 5 – немагнитная
обойма, 6 – подвижная часть полюсного наконечника, 7 – МЖ, 8 – вал.

Рис. 10. МЖГ с
подвижным шунтирующим элементом: δ – рабочий зазор, 1 – постоянный магнит,
2, 3 – полюсный наконечник, 4 – шунтирующий элемент, 5 – внутреннее немагнитное
кольцо, 6 – внешнее немагнитное кольцо, 7 – МЖ, 8 – вал.
В конструкции МЖГ (рис. 8) подвижный элемент совершает
возвратно-поступательное движение. В конструкциях МЖГ, показанных на рис 9 и
10, подвижный элемент одновременно совершает поступательное и вращательное
движение, поэтому их целесообразно снабжать приводом принудительного вращения,
что обеспечивает возможность плавного регулирования магнитной индукции в
рабочем зазоре по заданному закону, например, в
зависимости от перепада давления, частоты вращения вала, температуры МЖ в
рабочем зазоре и т.п.
Магнитожидкостные вакуумные системы герметизации обладают целым рядом
преимуществ по сравнению с традиционными герметизирующими системами и широко
применяются в промышленно развитых странах мира.
В настоящей работе
проанализированы пути усовершенствования вакуумных магнито-жидкостных
герметизаторов с целью их адаптации к существующим условиям промышленного
производства в странах СНГ.
Разработаны технологии
получения относительно недорогих высокоустойчивых магнитных жидкостей на основе
вакуумных масел и других жидкостей с низким давлением насыщенных паров.
Проведен анализ конструкций
четырёх типов магнитожидкостных герметизаторов: с утопленным полюсным
наконечником, бескорпусных, с сотовыми элементами и регулируемых.
Новые технологические и
конструктивные решения позволяют уменьшить массо-габаритные характеристики и
стоимость, а также повысить надёжность работы магнитожидкостных герметизаторов,
что делает их более привлекательными для использования в промышленном
производстве и научных исследованиях.
1. Патент США № 3215572. «Low viscosity magnetic fluid obtained by the colloidal suspension of
magnetic particles»/ S.S. Papell – Опубл. 02.11.1965.
2.
R.E. Rosensweig, G. Miskolczy, F.D. Ezekiel. «Magnetic Fluid Seals».// Machine Design. 1968, 40, 8, 145.
3.
Авт.
свид. СССР № 420836. «Вакуумное уплотнение»./Д.В. Орлов и др. – Опубл.
25.03.74. Бюл. № 11.
4.
А.К.
Калинкин. «Анализ конструкций магнитожидкостных уплотнений».//«Вопросы теории и
расчёта электрических машин и аппаратов». Сб. научн. трудов./ Ивановский энерг.
ин-т. 1975, с. 61-66.
5.
М.О.
Луцет, В.А. Старовойтов. «Исследование возможности создания высокооборотных
вакуумных магнитных уплотнений».// Материалы Всесоюз. семинара по проблемам
намагничивающихся жидкостей. М.: Изд-во МГУ, 1979, с. 29-30.
6.
А.М.
Савостьянов и др. «Исследования фрагментов магнитожидкостной гермовибро-защиты
крупногабаритных конструкций».// Космическая наука и технология. 1996, т.2, №
1-2, с. 99-107. (украин.)
7. Проспект фирмы «Ferrofluidics Corporation» (США).
1991. (англ.).
8. Проспект фирмы «Мацумото
юсисэй-якусэй» (Япония). 1989. (япон.).
9. Т. Онодера. «Примеры
применения и характеристики магнитной жидкости».//Когё дзайрё. 1983, 30, 7,
22-26. (япон.).
10.
Х.
Сога. «Магнитожидкостные уплотнения».// Юацу то кукиацу. 1984, 15, 5, 395-398.
(япон.).
11.
Патент
Украины № 24993 А. «Ферро-магнитная жидкость и способ её получения». /С.Н. Соловьёв и др. – Опубл. 15.12.1998.
Бюл. № 6.
12.
Патент
Украины № 31935 А. «Способ получения ферромагнитной жидкости». /С.Н. Соловьёв и др. – Опубл.
15.12.2000. Бюл. № 7-II.
13.
Патент
Украины № 31936 А. «Способ получения магнитной жидкости». /Н.Д. Шевченко и др. – Опубл.
15.12.2000. Бюл. № 7-II.
14.
Патент
Украины № 31937 А. «Способ получения ферромагнитной жидкости». /С.Н. Соловьёв и др. – Опубл.
15.12.2000. Бюл. № 7-II.
15.
Патент
Украины № 33128 А. «Способ получения магнитной жидкости». /Н.Д. Шевченко и др. – Опубл.
15.02.2001. Бюл. № 1.
16.
Патент
Украины № 36293 А. «Способ получения ферромагнитной жидкости». /Н.Д. Шевченко и др. – Опубл.
16.04.2001. Бюл. № 3.
17.
Авт.
свид. СССР № 773353. «Магнито-жидкостное уплотнение вращающегося вала». / В.А. Крикун и др. – Опубл. 23.10.80.
Бюл. № 39.
18.
Патент
Украины № 43277 А. «Магнито-жидкостный герметизатор». /П.С. Кирей – Опубл.
15.11.2001. Бюл. № 10.
19.
Патент
Украины № 44181 А. «Магнито-жидкостный герметизатор». /П.С. Кирей – Опубл. 15.01.2002.
Бюл. № 1.
20.
Патент
Украины № 39552 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл.
15.06.2001. Бюл. № 5.
21.
П.С.
Кирей и др. «Разработка модельного ряда магнитожидкостных герметизаторов для
влаго- и пылезащиты электродвигателей градирен».// Материалы 9 международной
научно-практической конференции
«Организация и технологии ремонта машин, механизмов, оборудования» (РЕМОНТ). –
Киев, 2001.
22.
Патент
Украины № 45838 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл.
15.04.2002. Бюл. № 4.
23.
Патент
Украины № 46540 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл.
15.05.2002. Бюл. № 5.
24.
П.С.
Кирей, А.М. Савостьянов. «Применение сотовых элементов в магнитожидкостных
комбинированных уплотнениях для летательных аппаратов».//Тезисы докладов
Международной космической конференции «Космос без оружия - арена мирного сотрудничества в ХХI веке». М.: Изд-во МАИ,
2001, с.35-36.
25.
Патент
Украины № 38762 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл. 15.05.2001. Бюл. № 4.
26.
Патент
Украины № 43012 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл.
15.11.2001. Бюл. № 10.
27.
Патент
Украины № 40492 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл. 16.07.2001.
Бюл. № 6.
28.
Патент
Украины № 47792 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл. 15.07.2002. Бюл. № 7.
29.
Патент
Украины № 38664 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл. 15.05.2001. Бюл. № 4.
30.
Патент
Украины № 47834 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл. 15.07.2001. Бюл. № 7.
31.
Патент
Украины № 48676 А. «Магнито-жидкостный герметизатор»./П.С. Кирей – Опубл. 15.08.2002. Бюл. № 8.
It is survey of the new
technological and constructional solutions for improvement magnetic fluid
seals for vacuum technics. Survey
includes information about working out and receiving of high steady magnetic fluids on the basis of
the vacuum oils and other liquids with low pressure of saturated vapours. High stability of the receiving magnetic fluids is provided
with using of the natural and synthetical organic acids as stabilizers of the
colloid system. Survey contains the analysis of the constructions of the four
types of magnetic fluid seals: with
recessed polepiece, open-frame, having honeycomb elements, and
regulable. New technological and constructional solutions allow to decrease
mass-overall characteristics and cost, and to raise reliability of the work of
the magnetic fluid seals too. It makes
them more attractive for using in industrial production and scientific
researchs.
| Купить подшипники можно тут. |