РАЗДЕЛ 2
ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА МАГНИТОЖИДКОСТНЫХ
УПЛОТНЕНИЙ
Не смотря на кажущуюся простоту устройства МЖУ, его создание и разработка требует решения целого ряда достаточно сложных теоретических вопросов, а работа исследования физических и химических процессов в МЖ и самом уплотнении. На рис. 2.1 приведена блок схема, в которой указаны основные проблемы, которые требуют решения при разработке уплотнения, а также математические и физические методы, используемые при их решении.
Как видно из схемы, после формулировки основных требований к МЖУ все проблемы расчленяются на две параллельные ветви. Одна из них связана с изучением процессов в зазоре уплотнения и элементах его конструкции при известных свойствах МЖ. Вторая - с разработкой условий синтеза МЖ и исследованием ее свойств. Далее, в конце результаты исследований в обеих ветвях объединяются и находят свою практическую реализацию в изучении работы в целом самого МЖУ.
Теоретические вопросы расчета МЖУ образуют два блока. В блоке определения главных размеров устройства, характеристик магнита и геометрии зубцов полюсов используются уравнения теории магнитных цепей, математические модели потоков рассеяния магнитного поля и уравнения Максвелла для стационарного потенциального магнитного поля. В блоке расчета физических процессов в МЖУ на схеме указаны те явления, от которых в первую очередь зависит несущая способность уплотнения. В исследованиях здесь используются математические модели с применением уравнений Максвелла, феррогидродинамики и теплообмена.
Вопросы синтеза и изучения свойств МЖ также состоят из двух блоков. Первый из которых связан с синтезом МЖ с оптимальными свойствами для данных конкретных условий работы МЖУ. Основные исследования при этом выполняются физическими и физико-химическими методами, а обобщение результатов осуществляется с использованием моделей математической статистики. Второй
блок этой ветви связан с изучением основных свойств и характеристик МЖ, необходимых для обеспечения нормальной работы МЖУ. Здесь методы и модели исследований аналогичны применяемые в предыдущем блоке.
Результаты исследований обеих ветвей схемы находят свою совместную реализацию в блоке изучения характеристик МЖУ. Этот блок включает в себя комплекс экспериментальных исследований, которые позволяют установить правильность всех принятых выше решений, построенных теоретических моделей и методик экспериментальных исследований, описывающих работу МЖУ. Определяющими здесь являются методы физического эксперимента и статистические методы планирования и обработки эксперимента.
Безусловно, схема не охватывает всех проблем, возникающих при исследовании и разработке МЖУ. Однако, указанные на схеме процессы и связанные с ними задачи являются определяющими при работе МЖУ. Не все они важны при работе МЖУ в условиях маслоэкстракционного производства, поскольку, например, величина пускового момента уплотнения или явление гидравлического удара в тракте не оказывают практически никакого влияния на условия эксплуатации МЖУ. Первый - в силу незначительности по сравнению с мощностью привода оборудования, а второй - в силу стационарности режима работы оборудования и отсутствия резких колебаний давления в тракте.
В настоящей работе из всех перечисленных на схеме проблем были выделены и исследованы те из них, которые являются определяющими при работе МЖУ в условиях маслоэкстракционного производства и другими авторами не изучены, а именно, выбор главных размеров МЖУ, расчет многозубцовых полюсов, усилий между валом и полюсами, а также снижение величины удерживаемого перепада от величины эксцентриситета, разработка МЖ, экспериментальные исследование МЖ и МЖУ.
2.1 Теоретический анализ основных магнитных характеристик МЖУ.
Основные размеры конструкции уплотнения и его несущая способность определяются, прежде всего, напряженностью магнитного поля в зазоре и величиной градиента этого поля. Если инженерные методы расчета магнитных систем позволяют с достаточной степенью точности определить величину напряженности поля в зазоре, то для определения градиента поля необходимо знать распределение поля по зазору. Известны численные и аналитические методы расчета магнитныхполей [39, 40], но они выполняются, как правило, для конкретных конструкций и трудно воспроизводимы на практике. Кроме того, они не дают необходимой информации о параметрах магнитной системы, не позволяют осуществить выбор материала магнита и определить расстояния между полюсами.
Ниже изложен подход к расчету магнитной системы МЖУ, позволяющий на основании инженерных методов расчета и решений достаточно сложных краевых задач определить основные магнитные параметры полюсной системы уплотнения. Расчет магнитной системы выполняется в два этапа. На первом, используя методы расчета теории магнитных цепей, - определяются размеры постоянного магнита и сечения магнитопроводящих полюсов [19]. На втором - на основаниии решения краевых задач о распределении магнитного поля в рабочем зазоре уплотнения, определяются геометрические размеры полюсных наконечников. Задачей конструирования полюсной системы является получение максимального значения поля под зубцом и минимального в промежутках между полюсами. Зубцы должны располагаться с достаточно большим шагом для обеспечения пренебрежимо малого поля в промежутке. Промежутки также должны быть достаточно глубокими в радиальном направлении с целью создания большого магнитного сопротивления на пути потока рассеяния между полюсами. Форма зубца полюса существенно влияет на градиент поля в зоне заполнения магнитной жидкостью, от которого зависит несущая способность уплотнения.
2.1.1 Расчет магнитной цепи МЖУ
Магнитная цепь уплотнения включает в себя постоянные магниты, полюса и концентраторы магнитного поля (зубцы). Немагнитный корпус способствует снижению потока рассеяния на нерабочей стороне полюсов. Магнитная втулка на валу или магнитный вал замыкают магнитную цепь. Магнитные элементы цепи должны иметь достат
- Киев+380960830922