Исследование эксплуатационных характеристик магнитожидкостных герметизаторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование эксплуатационных характеристик магнитожидкостных герметизаторов

Полетаев Владимир Алексеевич, профессор

Киселев Вячеслав Валерьевич, доцент

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Описана экспериментальная установка и результаты исследования эксплуатационных характеристик магнитожидкостных герметизаторов в зависимости от величин шероховатости и волнистости поверхностей полюсов и втулок из разных материалов, контактирующих с магнитной жидкостью разного типа.

Момент трения является одним из важнейших параметров электромеханических устройств. В магнитожидкостных герметизаторах (МЖГ) стремятся к снижению момента трения, определяющего внутренние тепловыделения и разогрев устройства. Поэтому представляет большой интерес исследование влияния на момент трения в МЖГ характера перераспределения магнитного поля около магнитопроводящей поверхности, где поле является неоднородным, и на каком удалении от поверхности неоднородность поля, вызванная шероховатостью и волнистостью, отсутствует. В зависимости от условий эксплуатации конструктивное исполнение МЖГ на основе нанодисперсных магнитных жидкостей очень разнообразно, как и величина рабочего зазора в них. Дальнейшее развитие и применение МЖГ требуют тщательного моделирования и расчета их магнитных систем с учетом строения рабочего зазора в них в зависимости от величины шероховатости и волнистости внутренних поверхностей магнитных полюсов и наружных поверхностей валов из различных материалов, контактирующих с магнитной жидкостью разных марок, а также свойств и особенностей поведения магнитных жидкостей в различных условиях, влияющих на изменение моментов трения.

В случае необходимости герметизации вала большого диаметра, когда нет возможности выполнить цельный постоянный магнит, его выполняют сборным из большого числа элементов. Чаще всего для этого изготовляется дисковый сепаратор 1 из немагнитного материала, и который и укладываются стандартные дисковые постоянные магниты 2 (рис. 1).

Рисунок 1. Дисковый сепаратор: 1 -- сепаратор; 2 -- магниты

магнитожидкостный герметизатор шероховатость магнитный

В условиях жидкостной (гидродинамической) смазки между поверхностями трения взаимодействующих деталей возникает зазор, превышающий сумму максимальных высот микронеровностей и волн этих поверхностей. Подшипники скольжения со смазочной магнитной жидкостью и магнитожидкостные уплотнения [1-2], как правило, просты по конструкции (рис.2).

Рисунок 2. Схема магнитожидкостного герметизатора при гидродинамической (жидкостной)смазке

Из-за различия в размерах вала и втулки между ними имеется радиальный зазор, заполненный ферромагнитной жидкостью.

Толщина слоя магнитной жидкости и зависит от угловой скорости и вязкости магнитной жидкости. Чем больше эти параметры, тем больше h. При установившемся режиме работы толщина hслоя магнитной жидкости должна быть больше суммы микронеровностей полюса R_zlи вала (втулки) R_z2.

Момент трения является одним из важнейших параметров магнитожидкостных герметизаторов, оказывающий влияние на величины передаваемых моментов и мощности. На момент трения магнитожидкостных герметизаторов влияют вязкость используемой магнитной жидкости, напряженность магнитного поля, градиент скорости сдвига в рабочем зазоре устройства, величина рабочего зазора, включающая величины шероховатости поверхностей полюсов и втулки, контактирующих с магнитной жидкостью, а изнашивание контактирующих поверхностей здесь практически исключается.

Для определения момента сопротивления вращения вала, обусловленного трением с магнитной жидкостью (момента трения) воспользуемся формулой Н.П. Петрова, справедливой при ламинарном течении жидкости между соосными цилиндрами, один из которых вращается и малом зазоре между ними.

Фактическая площадь контакта в рабочем зазоре магнитожидкостных герметизаторов определяется не только площадью соприкосновения прослойки магнитной жидкости с валом, а суммой площадей внутренней поверхности съемного полюса и наружной поверхности сменной втулки с прослойкой из ферромагнитной жидкости [3].

Разработана модель рабочего зазора магнитожидкостного герметизатора, образованного поверхностями с разной величиной шероховатости [4]. Для определения влияния вязкости используемой магнитной жидкости, температуры, напряженности магнитного поля, частоты вращения вала, величин шероховатости Ra и волнистости поверхностей сменных втулок и полюсов на момент трения в рабочем зазоре магнитожидкостного герметизатора использовалась установка с радиальным магнитожидкостным уплотнением.

Магнитная жидкость размещается с равномерным рабочим зазором с однородным магнитным полем между сменными полюсами и сменной втулкой. Источником магнитного поля являются цилиндрические постоянные магниты, равномерно размещенные по окружности между полюсными приставками. Вал приводится в движение электродвигателем с регулируемой скоростью вращения. Момент трения, создаваемый магнитной жидкостью и опорными подшипниками, передается на магнитную систему устройства и измеряется электронными весами. Температура на поверхности сменной втулки измеряется через отверстие при помощи тепловизора.

Для проведения исследований применялся тепловизор Testo 882 с размером матрицы 320x240 пикселей, температурной чувствительностью < 60 мК при 30°С. Температурный диапазон -20°С…+100°С. Погрешность измерения ±2% от величины показания. При измерении температуры применялся коэффициент излучения 0,95.

Для исследований использовались магнитные жидкости технического назначения, изготовленные в Проблемной научно-исследовательской лаборатории прикладной феррогидродинамики Ивановского государственного энергетического университета (ПНИЛ ПФГД ИГЭУ).

Разработанная экспериментальная установка позволяет проводить исследования изменения температуры и моментов трения в рабочих зазорах магнитожидкостных герметизаторов в зависимости от величины шероховатости и волнистости поверхностей полюсов и втулок из разных материалов, контактирующих с магнитной жидкостью разного типа.

Список литературы

1. Перминов С.М., Перминова А.С., Полетаев В.А Патент № 2536863 РФ. Способ повышения ресурса и надежности устройств с нанодисперсной магнитной жидкостью; опубл. 20.12.2014, Бюлл., №36. - 2 с.

2. Полетаев В.А., Власов А.М., Пахолкова Т.А Расчет фактической площади контакта в подшипниках скольжения при гидродинамической (жидкостной) смазке. В.А Полетаев, А.М. Власов, Т.А. Пахолкова // Трение и смазка в машинах и механизмах: журнал. Москва: ОООНТИ "Машиностроение" 2014. №11. С.26-31.

3. Власов А.М., Полетаев В.А., Пахолкова Т.А. Построение трехмерной модели шероховатой поверхности. А.М. Власов, В.А Полетаев, Т.А. Пахолкова // Новые материалы и технологии в машиностроении: сборник научных трудов. Брянск: Брянская государственная инженерно-технологическая академия. 2014. №20. С.19-22.

4. Полетаев В.А., Пахолкова Т.А., Власов А.М. Установка для исследования величины рабочего зазора на момент трения магнитожидкостных устройств. В.А Полетаев, Т.А. Пахолкова, А.М. Власов, //Трение и смазка в машинах и механизмах: Журнал. - Москва: ООО НТИ «Машиностроение». № 9. 2013 С.29-31.

5. Перминов С.М., Полетаев В.А Распределение магнитного поля в рабочем зазоре и окружающем магнитную систему пространстве магнитожидкостных герметизаторов / С.М. Перминов, В.А Полетаев //16-я Международная Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям, (Плес 9-12 сентября, 2014) Россия: сборник научных трудов. Иваново: ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина". 2014. С.401-410.

Размещено на Allbest.ru