Ущільнюючий пристрій

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для герметизации вводов вращательного, возвратно-поступательного движения, а также фланцевых разъемных соединений. Известно уплотнительное устройство, содержащее кольцевой постоянный магнит с полюсными наконечниками, образующими с валом рабочие зазоры, заполненные магнитоактивным герметизирующим элементом - магнитной жидкостью [1]. Однако для магнитожидкостных уплотнений весьма ограничен удерживаемый перепад давления, что определяется прежде всего предельными возможностями магнитных жидкостей по величине намагниченности насыщения. Максимальные значения величины насыщения магнитной жидкости ограничены величиной 80-120 кА/м (0,09-0,12 Тл), а это в конечном счете ограничивает значение DP при прочих равных условиях. Величина намагниченности насыщения магнитной жидкости определяется концентрацией и качеством магнитной дисперсной фазы - магнетита - и не может быть существенно увеличена. В качестве прототипа выбрано уплотнительное устройство, содержащее установленные в корпусе источник магнитного поля с полюсными наконечниками с выступами, охватывающими уплотняемую поверхность, и магнитоактивный герметизирующий элемент - порошковую магнитную композицию - в рабочих зазорах. Торцевые поверхности выступов наконечников выполнены наклонными к уплотняемой поверхности [2]. Перепад давления такие уплотнения могут выдерживать несколько больше, т.к. в порошковых композициях можно использовать композиции из порошков g Fе2О 3, карбонильного железа и др. у которых намагниченность насыщения существенно выше (на 50-60%), чем у магнитных жидкостей, следовательно DP будет больше на 5060%. Вместе с тем предельные значения намагниченности насыщения таких порошковых композиций (хотя они и в 1,5-2 раза больше, чем у магнитной жидкости) также имеют предельную величину, что определяет соответствующий предельный удерживаемый перепад давления. Если же величина рабочего давления превысит величину удерживаемого магнитным уплотнением перепада давления, произойдет разгерметизация уплотнения. В реальных ситуациях могут возникнуть такие режимы, при которых пиковое давление может превысить номинальное рабочее давление в 5-10 раз, например при гидравлических ударах. В основу заявляемого изобретения поставлена задача создания уплотнительного устройства, обладающего повышенной надежностью при высоких перепадах давления. Эта задача решается за счет того, что в уплотнительном устройстве, содержащем установленные в корпусе источник магнитного поля с полюсными наконечниками с выступами, одна из торцевых поверхностей которых выполнена наклонной к охватываемой ими уплотняемой поверхности, и герметизирующие элементы в рабочих зазорах, согласно изобретению, герметизирующие элементы выполнены в виде гибкого разрезного кольцевого элемента из магнитной проволоки, заключенной в антифрикционную немагнитную оболочку, при этом кольцевой элемент размещен со стороны наклонных поверхностей выступов, а его наружный диаметр больше величины рабочего зазора. Кроме того, кольцевой элемент выполнен многовитковым, а в рабочих зазорах помещена высокодисперсная порошковая магнитоактивная смазывающая композиция. Выполнение герметизирующего элемента из магнитной проволоки обеспечивает прохождение всего магнитного потока через этот элемент, осуществляя при этом максимальную силу поджатия его к уплотняемым поверхностям. Размещение этого кольцевого герметизирующего элемента в рабочих зазорах предотвращает от выдавливания (или выброса при гидроударах) магнитоактивной герметизирующей композиции из рабочих зазоров. Таким образом, основное пространство рабочего зазора заполнено гибким кольцевым герметизирующим элементом, образованные же герметизирующим элементом и контактирующими с ним уплотняемой поверхностью вала и наклонной поверхностью выступа наконечника микрозазоры заполнены порошковой магнитоактивной смазывающей композицией, которая обеспечивает надежную герметичность микрозазоров и хорошую смазку в зоне трения сопрягаемых поверхностей, поскольку коэффициент трения этой композиции составляет 0,025-0,04. Ввиду того, что оболочка, в которую заключена магнитная проволока, выполнена из немагнитного материала, а смазывающая порошковая композиция является магнитоактивной, то при наличии любых микрозазоров между оболочкой и уплотняемой поверхностью под воздействием магнитного поля они мгновенно заполняются магнитоактивной порошковой композицией. При этом интенсивность (величина) поля в этих микрозазорах в десятки раз превышает величину поля в зазорах уплотнительного устройства, выполненного по прототипу. Следовательно, во столько же раз увеличивается удерживаемый этим магнитным уплотнением перепад давления. Поэтому даже при повышении перепада давления и при гидроударах не будет происходить разгерметизация уплотнения. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен продольный разрез уплотнительного устройства; на фиг. 2 - место 1 с фиг. 1; на фиг. 3 - фрагмент уплотнительного устройства с многовитковым герметизирующим элементом; на фиг. 4, 5 - конструкции герметизирующих элементов (места стыковки). Уплотнительное устройство содержит установленные в корпусе 1 постоянный магнит 2 с полюсными наконечниками 3 и 4 с выступами 5, одна из торцевых поверхностей которых выполнена наклонной к охватываемой ими уплотняемой поверхности вала 6. В рабочих зазорах размещены герметизирующие элементы 7, выполненные в виде гибкого разрезного кольца из магнитной проволоки, заключенной в антифрикционную немагнитную оболочку 8. Толщина колец 7 должна быть больше величины минимального рабочего зазора, образованного наконечниками 3 и 4 и валом 6. Ввиду наличия различного рода каналов, стыков целесообразно в рабочий зазор помещать высокодисперсную порошковую магнитоактивную смазывающую герметизирующую композицию 9, размеры частиц которой не превышали бы размеров каналов, стыков, щелей, образованных в герметизирующих кольцах 7 различных конструкций. Между полюсными наконечниками 3 и 4 установлена проставка 10 из магнитного материала, а все уплотнительное устройство в сборе закрепляется в корпусе 1 крышкой 11. Уплотнительное устройство работает следующим образом. Во время монтажа уплотнительного устройства в корпус 1, гибкие кольца 7 устанавливаются в рабочие зазоры со стороны наклонных поверхностей выступов 5. После установки магнита 2 и закрепления устройства в корпусе 1 с крышкой 11 магнитный поток замыкается через полюсные наконечники 3 и 4, кольца 7 и вал 6. За счет мощного неоднородного магнитного поля кольца 7 займут наиболее выгодное в энергетическом аспекте место, примыкающее к минимальному зазору, что подтверждается уравнением: dFi = m 0 кHgradHaVi где dFi - сила, действующая на элемент dVі магнитного кольца 7 в неоднородном магнитном поле; к - магнитная восприимчивость материала кольца; Н - напряженность магнитного поля. При этом кольца 7, плотно охватывая уплотняемую поверхность - вал 6 - осуществляют его герметизацию. Сила магнитного взаимодействия автоматически в процессе работы устройства обеспечивает постоянное прижатие колец 7 к валу 6 и полюсным наконечникам 3, 4. Такой же эффект имеет место и в случае постепенного износа материала колец 7. Сила, втягивающая кольцо в минимальный зазор и формирующая в конечном счете его форму, зависит (помимо HgradH) главным образом от магнитных свойств материала кольца 7. Поскольку наружный диаметр колец 7 несколько больше минимальных размеров рабочих зазоров, возникает существенный дополнительный эффект герметизации за счет наличия давления уплотняемой среды, которая дополнительно поджимает кольца 7 к сопрягаемым поверхностям 3, 4 и 6, в связи с чем повышается удерживаемый перепад давления и надежность уплотнительного устройства. Чтобы исключить износ проволоки кольца 7 и сопрягаемых с нею поверхностей, на проволоку необходимо нанести антифрикционную оболочку 8. Такая оболочка должна быть немагнитной, т.к. в противном случае трудно обеспечить равномерное прижатие кольца 7 к сопрягаемым поверхностям в полях, величина которых не позволяет достичь состояния насыщения материала всего отрезка проволоки 7. Это произойдет по той причине, что поток будет замыкаться в наиболее предпочтительных местах, где имеется прямой контакт магнитопроводных поверхностей. При этом площадь контакта будет определяться автоматически в зависимости от величины Ф, чтобы в контакте не наступило насыщение материала 7. Поэтому по остальной "ненужной" поверхности могут иметь место случаи "отставания" кольца 7 от вала 6 ввиду меньших сил магнитного воздействия. Повысить удерживаемый перепад давления и надежность устройства можно, выполняя кольца 7 в виде магнитовитковых бухт из проволоки с немагнитным антифрикционным покрытием 8. В этом случае уплотняющий эффект также соответственно возрастает. Чтобы исключить раскручивание бухты, необходимо бухту наматывать в сторону, противоположную вращению вала 6. И, наконец, чтобы повысить герметичность устройства, следует полости под полюсными наконечниками 3, 4 заполнять высокодисперсными магнитоактивными герметизирующими смазывающими композициями 9, размер частиц которых не превышал бы размеров каналов и зазоров, образованных стыками разрезных колец 7. В этом случае частички композиции 9 будут закупоривать каналы, а кроме того обеспечивать дополнительную смазку в местах непосредственного контакта колец 7 с сопрягаемыми поверхностями 3, 4 и 6. Относительная скорость скольжения в местах непосредственного контакта колец 7 с поверхностями 3, 4, 6 существенно ниже аналогичных скоростей в сальниковых или торцовых уплотнениях. Это достигается за счет проскальзывания поверхностей колец 7 относительно вала 6 и относительно поверхностей наконечников 3 и 4, Уменьшение же относительных скоростей скольжения поверхностей существенно снижает износ этих поверхностей. В качестве оболочки для гибкого разрезного кольцевого элемента 7 из магнитной проволоки может быть использован графит. Нанесение графита на проволоку с диаметром 0,15-4,0 мм может быть осуществлено в результате проведения реакции топохимического разложения углеводородных газов в замкнутом пространстве, где находится проволока, при температуре 900-1200°С. При этом на поверхности проволоки можно нарастить требуемый немагнитный антифрикционный слой графита гексагональной формы (слоистый графит). Толщина слоя определяется временем проведения реакции. Кроме того, оболочкой могут служить различные фторопласты и эластомеры, а их нанесение на проволоку может производиться по технологии, аналогичной технологии нанесения изоляции на обычные провода.