Особенности конструкций магнитожидкостных уплотненительных устройств для применения на потенциально опасных производствах

№90-1,

технические науки

Рассмотрен ряд видов статических магнитожидкостных уплотнений и их характеристики. На основе проанализированных данных сделан вывод, что все рассмотренные статические магнитожидкостные уплотнения обладают определенными недостатками.

Похожие материалы

В настоящее время статические магнитожидкостные уплотнения все больше и больше находят применение в технике. Они применяются для герметизации статических зазоров и повышения надежности работы узлов технологического оборудования. Тем не менее, статические магнитожидкостные уплотнения имеют свои преимущества и недостатки.

Рассмотрим ряд конструкций таких уплотнений, которые могут быть использованы в вакуумном оборудовании, химическом и биологическом машиностроении для герметизации объемов. Применение таких уплотнений за счет их абсолютной герметичности позволит значительно снизить риски чрезвычайных ситуаций, вызванных утечкой химически опасных реагентов и биологически опасных веществ.

Командой авторов ранее была предложена конструкция магнитожидкостного уплотнения статического вида. Описываемое уплотнение содержит магнитный узел, в состав которого вошли торцевая и боковая поверхности. Эти поверхности изготавливались из мягкого магнитного материала. Следует отметить, что боковая часть магнитного уплотнения охватывает бурт уплотнения. Отличительной стороной данного уплотнения является наличие двух элементов торцевой части — это подвижной и неподвижной. Эти части разделены постоянным магнитом. Также следует отметить, что на цилиндрических поверхностях, как внутренней, так и наружной нарезана резьба [1].

Пример такого уплотнения приведен на рисунке 1.

Конструкция магнитожидкостного герметизатора разъемного соединения
Рисунок 1. Конструкция магнитожидкостного герметизатора разъемного соединения

Анализ конструкции рассмотренного выше (рисунок 1) уплотнительного устройства позволяет сделать вывод о принципе его работы. На позиции 1 показан постоянный магнит, являющийся основным элементом магнитного зла уплотнения. Позициями 2 и 3 соответственно обозначены торцевая и боковая части магнитного уплотнения, тогда как уплотнение содержит в своей конструкции и подвижный элемент — это подвижный торцевой участок (позиция 4). Резьба нарезана на цилиндрических поверхностях (внутренней и наружной). Для обеспечения удобства монтажа в конструкции магнитного уплотнения предусмотрено наличие втулки, обозначенной на рисунке 1 позицией 5. Ее целесообразно изготавливать из материала, не обладающего магнитными свойствами. При помощи этой втулки осуществляется монтаж магнитного узла на бурт, обозначенный позицией 6. При этом необходимо соблюдать требуемое качество посадки. Конструкция уплотнения позволяет осуществлять вращение подвижной торцевой части (позиция 4). Для обеспечения вращения в конструкции предусмотрен соответствующий поворотный винт. Это винт показан под номером 7.

Достоинства данной конструкции заключается в том, что она позволяет обеспечить плавное регулирование величины магнитного потока, тем самым добиться оптимальных параметров магнитного поля в рабочих зазорах магнитожидкостного герметизатора [1].

Недостатком данной конструкции являются низкая вибрационная стойкость, поэтому она не позволяет обеспечить высокую надежность работы при использовании его в химических реакторах, из-за возможного нарушения герметичности соединения [1].

Другое изобретение относится к герметизирующим устройствам и может быть использовано в химической промышленности, вакуумной и холодильной техники [2].

Пример такого уплотнения приведен на рисунке 2.

Поперечное сечение крышки-заглушки
Рисунок 2. Поперечное сечение крышки-заглушки

Уплотнение включает в себя заглушку, которая содержит корпус 1 выполненный из не магнитного материала. На боковой стенке корпуса выполнено кольцевое ребро 2, обозначающее кольцевую проточку 3 под электромагнитную катушку 4. На внешней стороне сердечника 5 расположен концентратор 6 из магнитомягкого материала [2].

Достоинством устройства является возможность регулировать величину магнитной индукции в рабочем зазоре уплотнения, что позволит выбрать наиболее рациональный режим работы [2].

Существенным недостатком описанной конструкции является необходимость использования внешнего источника питания. При отключении электропитание такое уплотнение потеряет герметичность и перестанет выполнять свои функции [2].

Следующие изобретение относится к статическому уплотняющему устройству для фланца большого диаметра с магнитным флюидным уплотнением, которое относится к области уплотнения для машиностроения [3].

Устройство включает в себя левый фланец, магниты, правый фланец, большое немагнитное кольцо, небольшое немагнитное кольцо, винты, болты, гайки и шайбы. Большое немагнитное кольцо 4 приварено в кольцевую канавку левого фланца 1 при установке, небольшое немагнитное кольцо 5 приварено в глубоком отверстии левого фланца 1, большое немагнитное кольцо 4 и небольшое немагнитное кольцо 5, затем болты 7, шайбы 8 и гайки 9 используются для фиксации левого фланца 1 и правого фланца 3 вместе, тогда магниты 2 встроены в периферическое пространство между фланцем 1 и правым фланцем 2, магнитная жидкость вводится в зазор между шестернями полюсов левого фланца 1 и правый фланец 3 через отверстия для наполнения, отверстия для наполнения подаются на винты 6, чтобы сформировать уплотнение с магнитной текучей средой [3].

Пример такого уплотнения приведен на рисунке 3.

Статическое уплотнение для фланца большого диаметра с магнитным уплотнением жидкости
Рисунок 3. Статическое уплотнение для фланца большого диаметра с магнитным уплотнением жидкости

Достоинством данного изобретения в том, что оно может быть легко собрано за очень короткое время и обладает высокой герметичностью и длительным сроком службы [3].

Главным недостатком является шунтирование магнитного потока соединительными болтами, что приведет к снижению магнитной индукции в рабочей зоне уплотнения и как следствие к снижению удерживаемого перепада давления [3].

Таким образом, анализ рассмотренных конструкций статических магнитожидкостных уплотнений показал, что все они обладают определенным рядом недостатков снижающий эффективность их работы. Неудовлетворительная герметичность рассмотренных конструкций при их эксплуатации на потенциально опасных объектах может стать причиной промышленной катастрофы повлекшей за собой человеческие жертвы, либо разрушение и уничтожение объекта.

Поэтому разработка новых конструкций статических магнитожидкостных уплотнений обладающих повышенными рабочими характеристиками является актуальной задачей.

Список литературы

  1. Сайкин, М.С. Магнитожидкостные герметизаторы технологического оборудования монография / М.С. Сайкин. – Электрон. дан. — Санкт-Петербург: Лань, 2017. – 136 с.
  2. Коровин В.М., Кубасов А.А. Магнитожидкостная крышка-заглушка патент СССР 2000506 С от 12.05.91
  3. Decai. L., Zhenhua. F. Static sealing device for large-diameter flange with magnetic seal patent US 2011/0187061 A1 from 08.04.2011.