Uszczelnienie z cieczą magnetyczną, magnetic fluid seal

Uszczelnienia z cieczą ferromagnetyczną (w skrócie „uszczelnienia FF”) należą do klasy bezstykowych, cieczowych uszczelnień przeznaczonych do ciśnień nieprzekraczających 3,5 MPa. Uszczelniania tego typu znajdują zastosowanie m.in. jako uszczelnienia ochronne w układach pracujących w próżni, w uszczelnieniach wałów szybkoobrotowych, urządzeń mechaniki precyzyjnej czy w przemyśle elektromechanicznym. Prędkość obrotowa, temperatura pracy może zmieniać się w szerokim zakresie. Stosowane są zarówno jako uszczelnienia statyczne jak i w warunkach dynamicznych. Wykorzystywane są w ruchu obrotowym jak i posuwisto – zwrotnym. Uszczelnienia takie działają na zasadzie tworzenia się pierścienia cieczy ferromagnetycznej utrzymywanego w danym miejscu w polu magnetycznym. Dzięki temu zapewniona jest szczelność w układzie. Uszczelnienia te zachowują szczelność zarówno w obecności gazu, wilgoci i innych zanieczyszczeń. Moment tarcia, który jest wynikiem tarcia wewnętrznego w cieczy powoduje niewielkie straty mocy. Zwiększa to trwałość konstrukcji, ponieważ w praktyce nie występuje zużywanie się elementów. Uszczelnienia z cieczą ferromagnetyczną w sprzyjających warunkach mogą pracować przez ponad 10 lat bez potrzeby wykonywania przeglądów i bieżących napraw. Małe tarcie umożliwia osiąganie wysokich prędkości obrotowych do 10000 obr/min. Temperatura pracy uszczelnienia w zależności od rodzaju cieczy ferromagnetycznej oraz zastosowanego systemu chłodzenia może wahać się w zakresie od –100 do 200C. Budowa oraz zasada działania typowego obrotowego uszczelnienia z cieczą ferromagnetyczną przedstawiona jest na rysunku poniżej. Źródłem pola magnetycznego jest magnes trwały lub elektromagnes 3 spolaryzowany w kierunku osiowym. Wał obrotowy 2 i nabiegunniki 1 są ferromagnetykami. Elementy te stanowią główną część obwodu magnetycznego. Całość umieszczona jest w niemagnetycznej obudowie. Ciecz ferromagnetyczna 4 utrzymywana jest przez natężenie pola magnetycznego na występach uszczelniających 6 (widok A).

 

Głównymi zaletami stosowania uszczelnień tego typu są:

1. Szczelność
Ciecz magnetyczna zapewnia szczelność zarówno w statycznych i dynamicznych warunkach przed gazem, wilgocią i innymi zanieczyszczeniami.
2. Długi cykl pracy
Czynnikiem uszczelniającym jest O-ring cieczy magnetycznej. Występujące tarcie jest niewielkie i praktycznie nie występuje zużycie elementów. Uszczelnienie tego typu może pracować ponad 10 lat bez remontów.
3. Wysoka niezawodność
Wynika to z prostej konstrukcji tego typu uszczelnień,
4. Brak zanieczyszczeń systemu, produktami tarcia elementów,
5. Wysokie prędkości obrotów,
Obecna technologia wytwarza uszczelnienia, które działają w warunkach dN = 500000, gdzie d – średnica wału w mm, a N - prędkość obrotowa w rpm,
6. Niski moment tarcia.

Warto również wspomnieć o wadach tego typu uszczelnień. Wymagają one fachowej wiedzy i wykwalifikowanego pracownika do obsługi lub remontu uszczelnienia.
Produkcja jednostkowa tego typu uszczelnienia wiąże się z podniesionymi kosztami w stosunku do alternatywy zastosowania klasycznych uszczelnień.
Wymagają one również dodatkowej przestrzeni w konstrukcji na umieszczenie uszczelnienia.
Stosowane szczeliny w uszczelnieniach wahają się w przedziale ok 0,1 do 0,5 mm z tego powodu przy dużych średnicach nominalnych wymagane są podniesione dokładności wykonawcze, które nie każdy zakład może spełnić. Tolerancja powinna wahać się w przedziale 0,02 mm. 

Przykład uszczelnienia z cieczą magnetyczną dla wysoko próżniowych systemów, 1 - niemagnetyczna obudowa, 2 - magnetyczna tuleja, 3 - uszczelnienie tarciowe, 4 - główne uszczelnienie z cieczą magnetyczną, 5 - drugie uszczelnienie z cieczą magnetyczną, 6 - wyjście do pompy próżniowej