Исследование эксплуатационных характеристик магнитожидкостных герметизаторов

№85-2,

Технические науки

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

Похожие материалы

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).

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

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).

Схема магнитожидкостного герметизатора при гидродинамической (жидкостной)смазке
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 Rzlи вала (втулки) Rz2.

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 № 22531070 РФ. Магнитожидкостное уплотнение вала с пониженным моментом трения; опубл. 20.10.2014, Бюлл. №29. – 2 с.
  2. Перминов С.М., Перминова А.С.,Полетаев В.А Патент № 2536863 РФ. Способ повышения ресурса и надежности устройств с нанодисперсной маг-нитной жидкостью; опубл. 20.12.2014, Бюлл., №36. – 2 с.
  3. 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.
  4. Власов А.М., Полетаев В.А., Пахолкова Т.А. Построение трехмерной мо-дели шероховатой поверхности. А.М. Власов, В.А Полетаев, Т.А. Пахолко-ва // Новые материалы и технологии в машиностроении: сборник научных трудов. Брянск: Брянская государственная инженерно-технологическая ака-демия. 2014. №20. С.19–22.
  5. 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.
  6. 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 Плес-ская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям, (Плес 9-12 сентября, 2014)Россия: сборник научных трудов. Иваново: ФГБОУВПО "Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Лени-на".2014.С.401–410.