RU2390743C1 - Device for non-destructive inspection of maximum holding capacity of magnetic fluid sealing systems - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: in the device, a removable sealer is docked to the magnetic fluid sealer, where the removable sealer is fitted with a pressure measuring device and a drainage valve. The inner volume of the pressure measuring device, drainage valve and the closed cavity formed by the magnetic fluid sealer under test, the removal sealer and the shaft are limited to the maximum. Smoothly rising pressure is formed at the input of the magnetic fluid sealing system and the time at which pressure begins to rise in the closed cavity is recorded at the output, and the pressure difference determines the maximum holding capacity of the magnetic fluid sealing system.

EFFECT: possibility of determining holding capacity of magnetic fluid sealing systems for any diametre of shafts, including large diametres.

1 dwg, 2 cl

Description

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для определения удерживающей способности магнитожидкостных систем герметизации без нарушения их работоспособности.The invention relates to mechanical engineering and is intended to determine the holding capacity of magneto-liquid sealing systems without affecting their performance.

Известны способ и устройство определения удерживающей способности магнитожидкостных систем герметизации, в котором с одной стороны герметизатора прикладывается давление, возрастающее до тех пор, пока ни произойдет пробой герметизатора. Давление, измеренное в момент пробоя, и является максимально удерживающей способностью магнитожидкостного герметизатора (Михалев Ю.О., Орлов Д.В., Страдомский Ю.И. Исследование феррожидкостных уплотнений. - Магнитная гидродинамика, 1979, №3, с.69-76).A known method and device for determining the holding capacity of magneto-liquid sealing systems, in which pressure is applied on one side of the sealant, increasing until a breakdown of the sealant occurs. The pressure measured at the time of breakdown is the maximum holding capacity of the magneto-liquid sealant (Mikhalev Yu.O., Orlov D.V., Stradomsky Yu.I. Investigation of ferrofluidic seals. - Magnetic Hydrodynamics, 1979, No. 3, pp. 69-76 )

Недостатком данного устройства является то, что при таком испытании герметизатор теряет исходную удерживающую способность, т.е. выходит из строя. Во время пробоя герметизатора газ устремляется через герметизируемый зазор с высокой скоростью, захватывает магнитную жидкость и выбрасывает ее из зазора. После снятия перепада давлений магнитожидкостный герметизатор способен "самозалечиваться", но удерживающая способность герметизатора при этом снижается в разы. Уровень снижения зависит от скорости движения газа через зазор и продолжительности протекания процесса пробоя. Чем выше скорость газа, тем интенсивнее захватывается и выносится магнитная жидкость. Для восстановления работоспособности герметизатора его нужно разобрать, промыть и заново заправить магнитной жидкостью.The disadvantage of this device is that in such a test, the sealant loses its original holding capacity, i.e. out of order. During the breakdown of the sealant, the gas rushes through the sealed gap at high speed, captures the magnetic fluid and throws it out of the gap. After removing the differential pressure, the magneto-liquid sealant is capable of "self-healing", but the holding capacity of the sealant is reduced by several times. The level of decrease depends on the gas velocity through the gap and the duration of the breakdown process. The higher the gas velocity, the more intensively magnetic fluid is captured and carried out. To restore the performance of the sealant, it must be disassembled, washed and refilled with magnetic fluid.

Известны способ и устройство неразрушающего контроля максимальной удерживающей способности магнитожидкостных систем герметизации (патент на изобретение РФ №2324913, МПК 7 F16J 15/ 40), в котором на входе магнитожидкостной системы герметизации в предельно ограниченном объеме создают плавно возрастающее давление, а на выходе в предельно ограниченном объеме фиксируют момент начала роста давления и по разности давлений на входе и выходе судят о максимальной удерживающей способности магнитожидкостной системы герметизации. Устройство, реализующее данный способ, содержит две герметичные камеры, пристыкованные к торцевым поверхностям магнитожидкостного герметизатора. Камеры снабжены датчиками давлений и дренажными клапанами. Камеры, датчики и клапаны выполнены с минимально возможными внутренними объемами.A known method and device for non-destructive testing of the maximum holding capacity of magneto-liquid sealing systems (patent for the invention of the Russian Federation No. 2323913, IPC 7 F16J 15/40), in which a smoothly increasing pressure is created at the input of the magneto-liquid sealing system in an extremely limited volume, and in the extremely limited outlet volume, the moment of the beginning of pressure increase is recorded and the maximum holding capacity of the magneto-liquid sealing system is judged by the pressure difference at the inlet and outlet. A device that implements this method contains two sealed chambers docked to the end surfaces of the magneto-liquid sealant. The cameras are equipped with pressure sensors and drain valves. Cameras, sensors and valves are made with the smallest possible internal volumes.

Недостатком данного устройства является невозможность его реализации в системах с большим диаметром вала. Причина в том, что с ростом диаметра вала внутренние объемы камер возрастают по квадратичной зависимости и при больших диаметрах они становится несоизмеримо больше камер межзубцовых пространств герметизатора. Поэтому при испытании герметизатора в зазоре образуется кратковременный сквозной канал (кратковременный пробой), который сопровождается частичным выбросом жидкости из зазора, что недопустимо.The disadvantage of this device is the impossibility of its implementation in systems with a large shaft diameter. The reason is that with an increase in the diameter of the shaft, the internal volumes of the chambers increase in a quadratic dependence, and with large diameters they become incommensurably larger than the chambers of the interdental spaces of the sealant. Therefore, when testing the sealant in the gap, a short-term through channel (short-term breakdown) is formed, which is accompanied by a partial ejection of liquid from the gap, which is unacceptable.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в создании устройства неразрушающего контроля максимальной удерживающей способности магнитожидкостных систем герметизации любых диаметров, в том числе и больших.The technical result achieved by the invention is to create a device for non-destructive testing of the maximum holding capacity of magneto-liquid sealing systems of any diameter, including large ones.

Результат достигается тем, что к магнитожидкостному герметизатору пристыкован съемный уплотнительный узел, снабженный измерителем давления и дренажным клапаном, причем внутренние объемы измерителя давления, дренажного клапана и замкнутой полости, образованной испытуемым магнитожидкостным уплотнением, съемным уплотнительным узлом и валом, предельно ограничены.The result is achieved by the fact that a removable sealing unit equipped with a pressure meter and a drain valve is docked to the magneto-liquid sealant, and the internal volumes of the pressure meter, drain valve and a closed cavity formed by the tested magneto-liquid seal, removable sealing unit and shaft are extremely limited.

На чертеже показано предлагаемое устройство неразрушающего контроля максимальной удерживающей способности магнитожидкостных систем герметизации. К одной торцевой поверхности испытуемого магнитожидкостного герметизатора 1 через уплотнительное кольцо 2 пристыкована герметичная камера 3 с регулируемым избыточным давлением. Ко второй торцевой поверхности через уплотнительное кольцо 2 пристыкован съемный уплотнительный узел 4, снабженный измерителем давления 5 и дренажным клапаном (на чертеже не показан). Испытуемый магнитожидкостный герметизатор 1, съемный уплотнительный узел 4 и вал 6 образуют замкнутую герметичную полость 7, объем которой соизмерим с объемами полостей между концентраторами испытуемого герметизатора. Внутренние объемы измерителя-давления 5 и дренажного клапана предельно ограничены. Включение дренажного клапана обеспечивает соединение полости 7 с атмосферой. В качестве съемного уплотнительного узла 4 может использоваться любой тип уплотнений, обеспечивающий герметичность полости 7. На чертеже съемный уплотнительный узел 4 выполнен в виде миниатюрного магнитожидкостного герметизатора.The drawing shows the proposed device non-destructive testing of the maximum holding capacity of the magneto-liquid sealing systems. A sealed chamber 3 with an adjustable overpressure is docked to one end surface of the tested magneto-liquid sealant 1 through a sealing ring 2. To the second end surface through the sealing ring 2 is attached a removable sealing unit 4, equipped with a pressure meter 5 and a drain valve (not shown). The tested magneto-liquid sealant 1, the removable sealing assembly 4 and the shaft 6 form a closed airtight cavity 7, the volume of which is comparable with the volume of the cavities between the concentrators of the tested sealant. The internal volumes of the pressure gauge 5 and the drain valve are extremely limited. The inclusion of a drainage valve provides a connection cavity 7 with the atmosphere. As a removable sealing unit 4, any type of seal can be used to ensure the tightness of the cavity 7. In the drawing, the removable sealing unit 4 is made in the form of a miniature magneto-liquid sealant.

Испытуемый магнитожидкостный герметизатор 1 обычно выполнен следующим образом. К торцам постоянного магнита 8 примыкают полюсные приставки 9. На поверхностях полюсных приставок 9, обращенных к валу 6, выполнены концентраторы магнитного поля 10. Концентраторы 10 образуют с валом зазор 11, заполненный магнитной жидкостью 12.The tested magneto-liquid sealant 1 is usually made as follows. To the ends of the permanent magnet 8 adjoining pole prefixes 9. On the surfaces of the pole prefixes 9, facing the shaft 6, magnetic field concentrators 10 are made. The concentrators 10 form a gap 11 with the shaft filled with magnetic fluid 12.

Магнитожидкостный герметизатор работает следующим образом. Создаваемый магнитом 8 магнитный поток подводится к зазору 11. Концентраторы полюсных приставок 10 перераспределяют магнитный поток в зазоре, и магнитное поле становится резко неоднородным. Магнитная жидкость 12 втягивается в области с максимальной напряженностью и образует герметичные пробки с повышенным внутренним давлением. Каждая магнитожидкостная пробка способна воспринимать определенный перепад давлений, зависящий от распределения поля под концентратором и намагниченности жидкости. Перепад давлений, удерживаемый герметизатором, определяется суммой перепадов всех магнитожидкостных пробок под концентраторами.Magneto-liquid sealant operates as follows. The magnetic flux generated by the magnet 8 is fed to the gap 11. The hubs of the pole attachments 10 redistribute the magnetic flux in the gap, and the magnetic field becomes sharply inhomogeneous. Magnetic fluid 12 is drawn in the area with maximum tension and forms a sealed plug with increased internal pressure. Each magneto-liquid plug is capable of perceiving a certain pressure drop, depending on the distribution of the field under the concentrator and the magnetization of the liquid. The pressure drop held by the sealant is determined by the sum of the drops of all the magneto-liquid plugs under the concentrators.

Устройство неразрушающего контроля работает следующим образом. Для определения максимально возможной удерживающей способности магнитожидкостный герметизатор пристыковывают к камере повышенного давления 3, с другой его стороны располагают съемный уплотнительный узел 4. В камере 3 плавно повышают давление. Повышающееся давление перемещает магнитожидкостную пробку под первым концентратором вправо, а магнитные силы этому противодействуют. Наступает момент, когда магнитожидкостная пробка займет крайнее правое положение, после чего наступает ее микропробой. Через магнитожидкостную пробку в наиболее слабом месте (где магнитное поле имеет наименьшую напряженность) образуется сквозной канал, по которому газ устремляется в полость между первым и вторым зубцами. Объем пространства между первым и вторым концентраторами незначителен, поэтому давление газа в этой полости быстро возрастает. Теперь возрастающему давлению противодействуют магнитные силы первой пробки и силы давления газа в полости между первым и вторыми концентраторами. Это приводит к быстрой ликвидации сквозного канала в первой магнитожидкостной пробке. Т.е. наблюдается порциальный (от слова порция) или пузырьковый процесс пробоя магнитожидкостных пробок, который из-за кратковременности и микроскопичности объемов проходящего по каналу газа не приводит к переносу магнитной жидкости из одной магнитожидкостной пробки в другую. Возросшее давление в полости между первым и вторыми концентраторами вызывает смещение вправо магнитожидкостной пробки под вторым концентратором. Следует отметить, что вязкость и плотность газов примерно на 3 порядка ниже, чем вязкость и плотность магнитных жидкостей, поэтому газовые процессы в рабочем зазоре протекают гораздо быстрее, чем гидродинамические. В данном случае из-за высокой инерции магнитожидкостной пробки образование микропробоя в первой магнитожидкостной пробке, натекание газа в межзубцовую полость и закрытие канала заканчиваются до того, как магнитожидкостная пробка под вторым концентратором придет в движение. Под возросшим давлением газа в межзубцовой полости магнитожидкостная пробка под вторым концентратором смещается вправо и давление в полости несколько снижается. Плавное повышение давления в камере приводит к периодическому пузырьковому пробою магнитожидкостной пробки первого концентратора и повышению давления в полости между первым и вторым концентраторами до тех пор, пока магнитожидкостная пробка второго концентратора ни займет крайнее правое положение, после чего начинается процесс пузырькового пробоя второй магнитожидкостной пробки. Заполняется газом полость между вторыми и третьим концентраторами. Таким же образом заполняются все полости между концентраторами герметизатора. Процесс протекает до тех пор, пока ни заполнится последняя газовая полость перед последним концентратором, и магнитожидкостная пробка под ним ни займет крайнее правое положение. После чего наступает процесс пузырькового пробоя последней магнитожидкостной пробки. Если бы не было пристыкованного съемного герметизатора 4, то пробой последней магнитожидкостной пробки вызвал бы процесс последовательного пробоя всех остальных магнитожидкостных пробок и привел к образованию сквозного канала, что закончилось бы пробоем герметизатора в целом с выбросом магнитной жидкости из зазора.The non-destructive testing device operates as follows. To determine the maximum possible holding capacity, the magneto-liquid sealant is docked to the pressure chamber 3, and on the other side, a removable sealing assembly 4. is placed in the chamber 3 to gradually increase the pressure. Increasing pressure moves the magneto-liquid plug under the first concentrator to the right, and magnetic forces counteract this. There comes a time when the magneto-liquid plug will occupy the extreme right position, after which it will breakdown. Through the magneto-liquid plug in the weakest spot (where the magnetic field has the lowest intensity), a through channel is formed through which the gas rushes into the cavity between the first and second teeth. The volume of space between the first and second concentrators is negligible, so the gas pressure in this cavity increases rapidly. Now the increasing pressure is counteracted by the magnetic forces of the first tube and the gas pressure forces in the cavity between the first and second concentrators. This leads to the rapid elimination of the through channel in the first magneto-liquid plug. Those. there is a partial (from the word portion) or bubble breakdown of magneto-liquid plugs, which, due to the short duration and microscopic nature of the volumes of gas passing through the channel, does not lead to the transfer of magnetic fluid from one magneto-fluid plug to another. The increased pressure in the cavity between the first and second concentrators causes the magneto-liquid plug to shift to the right under the second concentrator. It should be noted that the viscosity and density of gases is about 3 orders of magnitude lower than the viscosity and density of magnetic fluids, so gas processes in the working gap proceed much faster than hydrodynamic ones. In this case, due to the high inertia of the magnetofluidic plug, the formation of micro-breakdown in the first magnetofluidic plug, gas leakage into the interdental cavity, and the closure of the channel end before the magnetofluidic plug under the second concentrator sets in motion. Under increased gas pressure in the interdental cavity, the magneto-liquid plug under the second concentrator shifts to the right and the pressure in the cavity decreases slightly. A smooth increase in the pressure in the chamber leads to a periodic bubble breakdown of the magneto-liquid plug of the first concentrator and an increase in pressure in the cavity between the first and second concentrators until the magneto-fluid plug of the second concentrator occupies the extreme right position, after which the process of bubble breakdown of the second magneto-fluid plug begins. The cavity between the second and third concentrators is filled with gas. In the same way, all cavities between the concentrator of the sealant are filled. The process proceeds until the last gas cavity in front of the last concentrator is filled, and the magneto-liquid plug under it does not occupy the extreme right position. Then comes the process of bubble breakdown of the last magneto-liquid plug. If there were no docked removable sealant 4, then the breakdown of the last magneto-fluid plug would cause a sequential breakdown of all other magneto-fluid plugs and lead to the formation of a through channel, which would end with the breakdown of the sealant as a whole with the magnetic fluid ejected from the gap.

Полость 7 выполнена с минимальным внутренним объемом, который сравним с объемом пространств между концентраторами герметизатора. Поэтому при пузырьковом пробое последней магнитожидкостной пробки в полости 7 возрастает давление, которое приводит к ее залечиванию, как и в предыдущих случаях, и прекращению процесса образования сквозного канала. После пробоя последней магнитожидкостной пробки и появления в полости 7 повышенного давления разность давлений между камерой повышенного давления и полостью 7 стабилизируется, она равна максимальной удерживающей способности герметизатора. В этот момент производится замер давлений в камере повышенного давления 3 и полости 7, определение значения их разности. После окончания измерений давление газа в камере повышенного давления 3 снижается до нуля, затем включается дренажный клапан и снижается давление газа полости 7. Съемный герметизатор 4 отсоединяют. После этого испытуемый герметизатор готов к использованию.The cavity 7 is made with a minimum internal volume, which is comparable with the volume of spaces between the concentrators of the sealant. Therefore, with a bubble breakdown of the last magneto-liquid plug in the cavity 7, the pressure increases, which leads to its healing, as in previous cases, and the termination of the formation of a through channel. After the breakdown of the last magnetofluidic plug and the appearance of increased pressure in the cavity 7, the pressure difference between the pressure chamber and the cavity 7 is stabilized, it is equal to the maximum holding capacity of the sealant. At this moment, the pressure is measured in the pressure chamber 3 and cavity 7, determining the value of their difference. After completing the measurements, the gas pressure in the pressure chamber 3 decreases to zero, then the drain valve is turned on and the gas pressure of the cavity 7 decreases. The removable sealant 4 is disconnected. After that, the tested sealant is ready for use.

Процесс измерения удерживающей способности герметизатора рекомендуется проводить при вращающемся вале, что обеспечивает более четкий механизм перераспределения газа между полостями, разделяемыми концентраторами.The process of measuring the holding capacity of the sealant is recommended to be carried out with a rotating shaft, which provides a clearer mechanism for the redistribution of gas between the cavities shared by the concentrators.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определять максимальную удерживающую способность магнитожидкостных систем герметизации для любых диаметров валов, в том числе больших, без выброса магнитной жидкости из рабочего зазора и нарушения его технических параметров.Thus, the proposed device allows you to determine the maximum holding capacity of the magneto-liquid sealing systems for any shaft diameters, including large ones, without ejecting magnetic fluid from the working gap and violating its technical parameters.

Claims (2)

1. Устройство неразрушающего контроля максимальной удерживающей способности магнитожидкостных систем герметизации, содержащее камеру повышенного давления, измерители давления, дренажные клапаны с предельно ограниченными объемами, отличающееся тем, что к магнитожидкостному герметизатору пристыкован съемный уплотнительный узел, снабженный измерителем давления и дренажным клапаном, причем внутренние объемы измерителя давления, дренажного клапана и замкнутой полости, образованной испытуемым магнитожидкостным герметизатором, съемным уплотнительным узлом и валом, предельно ограничены.1. A device for non-destructive testing of the maximum holding capacity of magneto-liquid sealing systems, comprising a pressure chamber, pressure meters, drain valves with extremely limited volumes, characterized in that a removable sealing assembly is attached to the magneto-liquid sealant, equipped with a pressure meter and a drain valve, the internal volumes of the meter pressure, drain valve and a closed cavity formed by the test magneto-liquid sealant, removable m sealing unit and shaft, extremely limited. 2. Устройство неразрушающего контроля максимальной удерживающей способности магнитожидкостных систем герметизации по п.1, отличающееся тем, что в качестве съемного уплотнительного узла используется магнитожидкостный герметизатор. 2. The non-destructive testing device for the maximum holding capacity of the magneto-liquid sealing systems according to claim 1, characterized in that a magneto-liquid sealant is used as a removable sealing assembly.