真空磁流體密封的結構設計與工作原理

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所屬分類:磁流體密封
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1965年美國papell發明一種磁流體是把磁鐵礦等強磁性的細微粉末(約0.1nm~10nm)放入水、油類、脂類、醚類等液體中形成穩定分散的一種膠態液體。這種液體在通常離心力和磁場作用下,既不下沉、凝聚又具有磁性,可被磁鐵吸引。把這種液態磁性體用于真空轉軸密封,稱為真空磁流體密封。它與其它密封技術相比有下列優點:

(1)磁流體密封真空轉軸的摩擦力很小,可減少功耗和提高軸的最高轉速(可達120000r/min)。采用低蒸氣壓磁流體密封,可使真空度維持在10-7Pa以上。

(2)磁流體密封結構簡單、維護方便,軸與極靴間的間隙較大,制造精度要求低。

(3)磁流體在密封空隙中是靠磁鐵產生的磁場固定的,因此轉軸的啟動和停止比較方便.

磁流體密封裝置在高溫下不穩定,工作溫度一般在-30oC~100oC之間。軸在過高或過低溫度下工作時,需采取冷卻或升溫措施,從而使密封結構復雜化。

1.?磁流體密封原理

磁流體密封原理如圖1所示。圓環形永久磁鐵1、極靴2和旋轉軸3構成磁回路。磁鐵產生的磁場使磁流體4集中在軸與極靴頂端縫隙中,形成一個所謂的磁流體密封O形環,從而實現密封。轉軸材料可以是磁性體(圖1(a))和非磁性體(圖1(b));前者磁束集中于間隙處并通過轉軸構成磁回路,后者磁束不通過轉軸,而是通過密封間隙中的磁流體構成磁回路。

真空磁流體密封的結構設計與工作原理

2. 磁流體的承壓能力

磁流兩側承受的壓力差Δp與磁流體兩側面的場強有關,也就是與磁流體在軸向上的厚度有關,而軸向厚度取決于磁流體注入量。磁流體耐壓與注入量之間的實驗曲線,如圖2所示。可以看出,開始時增大磁流體注入量,耐壓線性增加;但注入量達到一定值以后,耐壓不再增加,而是穩定在某一恒定狀態。圖中注入量6倍以后,單極靴的耐壓值平衡在0.02MPa

增加Bi可封住較大的壓力差Δp。由于Bi的大小取決于磁流體種類,因此,在一定磁場下,密封裝置的磁流體種類選定后,其單極靴的最大耐壓能力也就確定了。表1給出了常用的磁流體的物理性質。

3.?磁流體密封轉軸轉數對耐壓的影響

密封軸轉數增大(磁流體接觸表面速度增大),高速旋轉摩擦耗功增加而使磁流體溫度升高,導致磁流體載液的蒸發和表面活化劑的脫離而惡化密封性能,耐壓能力也將隨磁流體溫升而下降。圖3給出耐壓與溫度的關系曲線。設計時應將轉軸表面線速度控制在20m/s以下,或者對磁流體進行冷卻,控制磁流體溫度,防止溫度過高。

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