CC BY
31
УДК 669.058
В.В. Киселев, А.В. Топоров, П.В. Пучков
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТО-ЖИДКОСТНЫХ УСТРОЙСТВ В ПОЖАРНОЙ И АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
Представлен обзор по физико-техническим и эксплуатационным аспектам применения магнитных жидкостей и магнито-жидкостных устройств при проведении аварийно-спасательных работ и ликвидации последствий техногенных чрезвычайных ситуаций. Проблема относится к техническим системам двойного назначения.
Ключевые слова: магнитная жидкость, мягкий ферромагнетик, уплотнительные прокладки, сбор нефтепродуктов, чрезвычайная ситуация.
V. Kiselyov, A. Toporov, P. Puchkov
THE PROSPECTS OF MAGNETIC-LIQUID DEVICES APPLICATION IN FIRE ENGINEERING AND RESCUE EQUIPMENT
The article presents the review on physicotechnical and operational aspects of using magnetic liquids and magnetic-liquid devices carrying out emergency and rescue operations and elimination of consequences of man-made emergency situations. The problem concerns technical systems of dual-use.
Keywords: magnetic liquid, soft ferromagnetic, condensation lining, petroleum tax, emergency situation.
Магнитные жидкости (МЖ), используемые в технике, медицине и ряде других отраслей и направлений [1, 2, 3], получают как коллоидный раствор магнитного материала в жидкости, имеющей название «жидкость-носитель». В этом случае, в жидкую среду (воду, минеральные и синтетические масла) вводят магнитный наполнитель - ферромагнитные частицы сверхмалого размера (менее 10 нм) и поверхностно-активное вещество (ПАВ). За счёт введения ферромагнитных частиц, раствор приобретает магнитные свойства, и следовательно, способность управляться внешним магнитным полем. Введение в жидкость-носитель ПАВ, предотвращает агрегацию частиц раствора, которая неизбежно возникает под воздействием сил Ван-дер-Ваальса и сил магнитного взаимодействия между феррочастицами (рис. 1).
В качестве ферромагнитного материала используют частицы железа, магнетита, кобальта и др. Эти вещества относятся к группе магнитомягких веществ. Выбор материалов жидкости-носителя, ПАВ и магнитного наполнителя зависит от условий работы электромагнитного устройства. Следует отметить, что наиболее перспективной оказалась МЖ, для которой в качестве жидкости-носителя была использована полисилоксановая жидкость, в качестве магнитного наполнителя - магнетит, а в качестве ПАВ - синтетические жирные кислоты [3].
В настоящее время из всего спектра устройств с МЖ наибольшее распространение получили магнито-жидкостные уплотнения (МЖУ). МЖУ нашли применение в устройствах вакуумной техники, химической промышленности, сварочном оборудовании, медицине и биотехнологиях и т. д. Широкий круг применения МЖУ обусловлен рядом преимуществ по сравнению с традиционно используемыми видами уплотнений (сальниками, манжетами, торцовыми уплотнениями): высокой степенью герметичности, малыми потерями на трение, сравнимыми с потерями на трение в подшипниках качения, длительным сроком службы конструктивных элементов, составляющим МЖУ [2, 3].
С целью расширения применения МЖУ его комбинируют с манжетами, торцовыми уплотнениями. При комбинировании с манжетами уменьшаются потери на трение, возрастает герметичность и долговечность работы манжеты, расширяется температурный диапазон при эксплуатации гермети-
Рис. 1. Структура магнитной жидкости:
1 - магнитные частицы;
2 - поверхностно-активное вещество;
3 - жидкость- носитель
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2010'2
зирующего узла, что особенно важно для работы подшипниковых узлов при смазке их консистентными смазками. В случае работы МЖУ совместно с торцовыми уплотнениями уменьшаются потери на трение в уплотняющей паре и её работа без смазки, функции которой выполняет МЖ. Разработан ряд конструкций комбинированных магнито-жидкостных уплотнений [4, 5, 6, 7]. Такие комбинированные уплотнения возможно использовать в различных насосах, особенно при их работе в «дежурном» режиме.
Существуют статические МЖУ для соединений требующих быстрого разъёма конструкционных элементов, таких как фланцевых соединений. Использование таких МЖУ в трубопроводах позволит предотвратить их механическое разрушение в случае повышения давления в системе.
С использованием МЖ разработаны различные типы датчиков положения и давления, в которых МЖ используется в виде подвижного ферромагнитного сердечника, перемещающегося в электромагнитной системе и изменяющего параметры магнитной системы. Такие датчики могут использоваться в системах автоматического управления для регистрации изменения и регулирования давления. Датчики положения могут применяться для определения угла подъёма автолестниц или коленчатых подъёмников.
Используя способность изменять реологические свойства в магнитном поле, возможно создать магнитоуправляемые механизмы передачи движения. В этом случае такая среда должна значительно изменять в магнитном поле вязкость. В МЖУ стремятся использовать МЖ, которая при воздействии магнитного поля изменяет вязкость в малых пределах. Для устройств передачи движения необходимо значительное изменение вязкости рабочей среды при изменении величины напряжённости магнитного поля. Поэтому в магнито-жидкостных муфтах применяются специальные магнито-реологические суспензии, по этой характеристике значительно отличающиеся от МЖ. Магнито-жидкостные муфты могут применяться в устройствах, где необходимо регулирование частоты вращения в широком диапазоне при значительной величине передаваемой механической мощности.
В технических устройствах распространены демпферы, которые защищают механизмы от воздействия вибраций и ускорений, ударных нагрузок. В жидкостных демпферах поглощение энергии колебаний происходит в жидкой среде, т. е. жидкость выполняет функции диссипативного элемента. Использование МЖ в качестве диссипативного элемента позволяет с помощью магнитного поля управлять рабочими параметрами демпфера [2].
В решении экологических проблем возникает необходимость в очистке воды от нефтяных загрязнений. Эта проблема присуща в случае аварий нефтеналивных судов, при очистке трюмных вод на судах и в ряде других случаев. При использовании МЖ для очистки воды она вступает во взаимодействие с нефтяными включениями и затем собирается с помощью магнитного поля. Пока такой способ очистки воды от нефтяных включений находится в стадии исследований, но при решении ряда проблем этот метод найдет применение в практике.
Представленный обзор по использованию МЖ для решения ряда задач техники и в том числе противопожарной, экологических задач позволит определить направление работы по их практическому использованию для повышения надёжности средств, предназначенных для предотвращения и ликвидации аварийных ситуаций и проведения дальнейших опытно-конструкторских работ.
Литература
1. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / А.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др.; Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986 - 464 с., ил.
2. Фертман В.Е. Магнитные жидкости: Справ. пособие. - Минск: Высш.шк., 1988. - 184 с., ил.
3. Магнитные жидкости в машиностроении / Д.В. Орлов, Ю.О. Михалёв, Н.К. Мышкин и др.: Под общ. ред. Д.В. Орлова, В.В. Подгоркова. - М.: Машиностроение, 1993. - 272 с.
4. Топоров А.В., Сизов А.П., Смирнов Н.А., Виноградов Е.А., Серов Ю.П., Подгорков В.В. Комбинированное магнито-жидкостное манжетное уплотнение. Свидетельство на полезную модель RU 22518 U1 от 10.04.2002.
5. Сизов А.П., Смирнов Н.А., Виноградов Е.А., Серов Ю.П., Подгорков В.В., Топоров А.В. Термоуправляемое магнито-жидкостное уплотнение. Патент на изобретение RU 2186275 C2 от 27.07.2002.
6. Сизов А.П., Снегирев С.Д., Сергеев Е.В., Топоров А.В., Топорова Е.А. Термоуправляемое магнито-жидкостное уплотнение. Патент на изобретение RU 2353839 C2 от 27.04.2009.
7. Топоров А.В., Топорова Е.А., Пучков П.В. Комбинированное торцовое магнито-жидкостное уплотнение. Патент на полезную модель RU 88407 U1 от 10.11.2009.
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2010'2
