Устройство для исследования рабочих характеристик магнитожидкостных устройств

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Устройство для исследования рабочих характеристик магнитожидкостных устройств

Полетаев Владимир Алексеевич, профессор

В данной статье пойдет речь о магнито-жидкостных уплотнениях и о устройстве для исследования рабочих характеристик рассмотренных в статье уплотнений.

Магнитожидкостные уплотнения (МЖУ) относят к бесконтактным щелевым уплотнениям, работающим по принципу гидравлического зазора, в котором магнитная жидкость удерживается магнитным полем в рабочих зазорах между сопрягаемыми деталями.

МЖУ имеет ряд преимуществ по сравнению с применяемыми уплотнениями: обеспечивают практически полную герметичность, выдерживают достаточно высокий перепад давлений как в статическом, так и в динамическом режимах; просты по конструкции и изготовлению.

Конструкция МЖУ можно классифицировать по характеру герметизируемых соединений, исполнению рабочего зазора, по виду рабочей и окружающей сред, условиям эксплуатации, комбинации с другими механизмами герметизации.

По исполнению рабочего зазора МЖУ разделяют на радиальные и торцовые. В радиальных МЖУ рабочий зазор выполнен в направлении радиуса вала, а торцовые - в направлении оси вала. Основной недостаток радиальных МЖУ - сложность обеспечения равномерности рабочего зазора из-за погрешностей изготовления и сборки деталей, а также люфта подшипникового узла. Экцентриситет и биение вала приводят к появлению магнитной силы одностороннего притяжения вала, повышению собственных потерь на трение, а также снижению работоспособности МЖУ. Торцовые МЖУ не чувствительны к радиальному биению и эксцентриситету, однако в них сложно обеспечить постоянство рабочего зазора в условиях изменения температуры окружающей среды, когда из-за температурного расширения вала увеличивается рабочий зазор, что в некоторых случаях может привести к его разгерметизации. На величину рабочего зазора влияют величины шероховатости и волнистости сопрягаемых поверхностей.

Конфигурация полюса и соотношения размеров рабочего зазора влияют на рабочие характеристики МЖУ, к основным из которых относятся критический перепад давлений и потери на трение. Выбирая оптимальную конфигурацию полюса и размеры рабочего зазора, необходимо стремиться к повышению критического перепада давлений и снижению потерь на трение в МЖУ [1].

Для определения момента сопротивления вращения вала, обусловленного трением с магнитной жидкостью (момента трения) используется формула

 (1)

где  - динамическая вязкость жидкости, R - радиус вращающегося вала, соприкасающегося с магнитной жидкостью;  - окружная скорость вала;  - зазор между валом и полюсом заполненный жидкостью.

Практическое применение в МЖУ нашли полюсы с треугольным, трапецеидальным и прямоугольным профилями зубцовой зоны. На рис. 1 показаны кривые распределения магнитной индукции на поверхности вала под зубцами различного профиля и показаны основные геометрические размеры:  - рабочий зазор; b - ширина зубца; t - ширина площадки на кромке зубца;  - угол между поверхности вала и зубца.

Рабочий зазор под зубцами с различным профилем описывается следующими зависимостями:

с треугольным профилем

 (2)

при 

с трапецеидальным профилем

 (3)

при  и 

Рисунок 1. Кривые распределения магнитной индукции под зубцами различного профиля: 1 - полюс; 2 - вал с прямоугольным профилем

 (3)

при 

Если принять, что весь зазор заполнен магнитной жидкостью, а вязкость ее не зависит от градиента скорости сдвига и магнитной индукции, определим момент трения соответственно для полюсов различной конструкции, проинтегрировав отношение  по ширине полюса:

 (4)

при 

 (5)

 (6)

 (7)

где w - угловая скорость.

Момент трения зависит от величины рабочего зазора и, следовательно, от шероховатости и волнистости поверхностей полюса (рис. 1, б, в).

С целью исследования влияния размера рабочего зазора на изменение критического перепада давлений и потерь на трение была разработана установка (рис. 2), включающая неподвижный вал 1, сменную втулку 2,. съемные полюсы 3 из разных материалов, постоянную втулку 4 из немагнитного материала.

Сменные втулки изготавливались из сталей ст. 3, 20Х13, Х18Н10Т и при проведении экспериментов приводились во вращение со скоростью 10-5000 об/мин.

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки: 1 - неподвижный вал; 2 - сменная втулка; 3 - съемные полюса; 4 - постоянная втулка

магнитожидкостный зазор уплотнение

Наружная поверхность втулки 2 обрабатывалась точением, шлифованием и алмазным выглаживанием с целью получения разной величины шероховатости поверхности, влияющей на величину рабочего зазора между втулкой и полюсами 3.

Неподвижная втулка 4 соединяется с тензодатчиком, позволяющим измерять величину момента трения.

Установка позволяет проводить исследования с разной скоростью вращения втулок; магнитами из разных материалов; втулками с разной величиной шероховатости поверхности, позволяющей изменять размер рабочего зазора.

Список литературы

Орлов Д.В., Михалев Ю.О., Мышкин Н.К., Подгорков В.В., Сизов А.П. Магнитные жидкости в машиностроении - М.: Машиностроение, 1993. - 272 с.

Патент РФ на полезную модель № 88407 МПК 7 F 16 J 15/43. Комбинированное торцевое магнитожидкостное уплотнение/Топоров А.В., Топорова Е.А., Пучков П.В. Опубликовано 10.11.2009 г.

Пучков П.В., Топоров А.В., Кропотова Н.А., Легкова И.А. Магнитожидкостное уплотнение подшипника качения. Наука и образование в социокультурном пространстве современного общества. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 29 февраля 2016 г. В 3-х частях. Часть 3. Смоленск:ООО «НОВАЛЕНСО», 2016. С. 33-35.

Топоров А.В., Пучков П.В. Топорова Е.А. Основные направления и пользования магнитной наножидкоти в пожарной технике. Сб. статей по материалам VI Всероссийской науч.-практ. конф. с междунар. уч. 23-24 сент. 2015 г.: в 2-х ч. Ч. 2 / ФГБОУ ВО Воронежский институт ГПС МЧС России. - Воронеж, 2015. с.120-122.

Размещено на Allbest.ru