磁流体密封技术应用中的注意事项
来源：输配电设备网时间：2008-07-30 阅读：206次
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(1)在安装内部未装轴承的磁流体密封件时,应保证转轴或导磁套与极靴组件不接触,最好有比较均匀的间隙量;在安装内部装有轴承的磁流体密封件时,应保证主机轴承和磁流体密封件内的轴承的旋转互不干涉。也就是说要保证一定的同轴度要求。
(2)在怀疑磁流体密封件有故障时,不能随意拆开磁流体密封件的内部元件,以免造成不必要的损坏。
(3)磁流体密封件用于真空密封时,应注意不要将丙酮、乙醇、酸、碱、水、非真空用油和其它溶剂滴入到磁流体密封件内,以免引起密封失效。
(4)设备停放很长时间后,如果驱动磁流体密封件的动力比较小,在重新开始工作前应先将磁流体密封件的旋转轴转动几周,然后再开启动力。
(5)当温度升高时,磁流体密封的耐压能力有所下降,考虑到温度的影响,设计时应将转轴表面的线速度控制在20m/s以下。如果密封部位的温度高于80℃或磁流体轴的线速度超过20m/s时,需要进行冷却处理,把温度控制在一定的范围之内。带有水冷装置的磁流体密封件在工作前,应先将冷却水接通,然后才能启动旋转,避免因一定时间内的过热而造成密封失效。
(6)对于高速旋转的轴来说,离心力对磁流体的影响不可忽视,在密封组件的结构设计上应采取相应措施。
(7)在磁流体密封件初始使用阶段,如果发现有少量的磁液溢出,但真空仍能维持,一般密封效果不受影响。这是因为在加注磁液时,控制加注量比较困难,一旦加注过多,多余的磁液会被抽走,直到保持适量为止。磁液注入量与耐压之间的关系是:开始时增大磁液的注入量,耐压基本上呈线性增大,但注入量达到一定值后,耐压不再增大,而是稳定在一个恒定状态。
(8)在初次使用磁流体密封件时,应将抽真空的时间适当延长些,以便将密封件内部一切不利于真空的成分全部抽走,如果设备系统的其它密封没有问题,再次抽真空时,真空度将会很快上升。
(9)设计磁流体密封件的结构时,应注意磁流体密封件各元件的材料选择、极靴齿形的结
构设计计算、极靴与转轴间的密封间隙的选定、耐压级数的确定、磁路的合理设计计算与校核计算、轴承组件与磁芯的相对位置等问题。
(10)磁流体密封件在加工制造时,要采取适当的工艺措施,保证所设计的尺寸公差和形位公差,并采用适当的检测方法进行检测。
(11)磁流体密封破坏机理的研究表明,因磁流体材料蒸发、沉淀而造成密封失效的情况较少。最主要的破坏机理是由于被密封物质的内外压差过高,密封件本身不能提供足够的总耐压能力,从而使被密封物质冲破各流体密封环,造成磁流体的喷射状泄漏,同时携带走大量磁流体,因此无法自动恢复耐压能力,造成磁流体密封的彻底失败。为此,精确计算磁流体密封结构的实际耐压能力是保证密封可靠工作的最基本条件。磁流体密封结构的实际许用耐压能力Δp(单位为Pa)可由下式给出:Δp=MB0ΔλβNn,式中M为磁流体平均磁化强度
(A/m);B0为最大工作磁感应强度;Δλ为最大相对导磁率差;β为偏心影响系数;N为密封级数;n为安全系数。该式不仅从量值上正确全面地计算了耐压值,可以作为密封结构设计的最基本公式,而且等式右边的六个因子都可以各自独立地进行研究,从而将耐压计算与结构设计直接联系起来了。
第33卷第3期 1999年3月 上海交通大学学报 JOU RNAL O F SHAN GHA I J I AO TON G UN I V ER S IT Y V o l .33N o.3 M ar .1999 收稿日期:1998203224 基金项目:上海市教委科技发展基金资助(97H 04)作者简介:顾建明(1948～),男,副教授. 文章编号:100622467(1999)0320380203 磁流体密封间隙对密封性能的影响 顾建明1, 许永兴2, 陆明琦1, 芮 菁1 (1.上海交通大学动力与能源工程学院,上海200030;2.上海电视大学,上海200092) 摘 要:对磁流体在转轴密封中的应用作了探讨.阐明了磁流体密封的原理,根据磁学理论进行了磁回路的计算.在此基础上设计了磁流体密封的试验装置.实验中采用不同的密封间隙,以确定磁流体密封能力与密封间隙之间的关系.同时,进行了轴旋转和静止时磁流体密封能力变化的试验.试验结果表明,磁流体的密封能力随密封级数的增加而提高,随密封间隙的增大而减小,密封间隙在0.05～0.20mm 时,效果较好,同时密封级数有一个最佳值.关键词:磁流体;磁流体密封;密封间隙;密封能力 中图分类号:TH 117;TQ 584.1 文献标识码:A Effe c t of the G a p of M a gne tic F luid S e a l on S e a l C a pa c ity GU J ian 2m ing 1 , X U Y ong 2x ing 2 , L U M ing 2qi 1 , RU I Q ing 1 1.Schoo l of Pow er and Energy Engrg .,Shanghai J iao tong U n iv .,Shanghai 200030,Ch ina 2.Shanghai TV U n iv .,Shanghai 200092,Ch ina Abs tra c t :T he dynam ic seal of sp in shaft w ith m agnetic flu id w as studied .T he p rinci p le of m agnetic flu id seal w as described and w ith the calcu lati on of m agnetic loop based on m agnetic theo ry ,a test un it fo r m ag 2netic flu id seal w as estab ished .In the exp eri m en t ,the relati on sh i p betw een the seal cap acity of m agnetic flu id and the differen t seal gap w as determ ined ,and the variance of m agnetic flu id seal cap acity w as also tested w ith the shaft ro tating o r stati onary .T he resu lt show s that the seal cap acity of m agnetic flu id is raised w ith the increase of seal stage and the decrease of seal gap .W hen the seal gap is betw een 0.05mm and 0.20mm ,the resu lt is better and the num ber of seal stage has an op ti m um value . Ke y w o rds :m agnetic flu id ;m agnetic flu id seal ;seal gap ;seal cap acity 磁流体是一种新材料,它在机械、动力、航天和医学等方面有着广阔的应用前景[1,2].由于它具有独特的超顺磁特性[3],密封是它的又一个重要的用途.自70年代始,美国、前苏联、日本等国先后对磁流体 密封进行了研究和探索.由于磁流体密封是一项新技术,它涉及到磁学、热力学、流体力学等多种学科领域,在机理上是很复杂的.因此,在研究上存在相当的难度.尽管不少国家进行了一定的研究,但无论在理论还是实用上,许多问题有必要进行深入的研究.除了须研制出高性能的磁流体外,研究不同的磁 场强度、不同几何形状的磁极以及不同转轴转速对 密封性能的影响,也是一个十分重要的方面. 1 磁性流体密封原理及实验装置 1.1 密封原理 密封部分原理如图1所示.永久磁铁4和磁极3设置在固定部件上,磁极3和转轴1的间隙内注入磁流体2,将转轴贯穿的空间隔断.图1中,永久磁铁、磁极、磁流体和转轴构成一个封闭磁路.永久磁铁产生的强磁场,将磁流件牢牢地“束缚”在密封间隙内形成液体“O ” 形环,即油膜屏障,用来克服转轴两端的压差.磁流体密封的耐压能力取决于磁场对磁性流体的“束缚”力.
科技成果——磁流体推进技术 技术开发单位中科院电工研究所 项目简介 该技术是利用海水通过磁场而产生的电磁力来推动海洋装置前进的新技术，它取代了传统螺旋桨、轴系、减速齿轮等结构，极大地降低了噪声；推进器的磁体、电极等是相对静止的固定装置，不受旋转机械极限功率的限制，可制造超大功率的高速海水推进器，理论航行速度可达150节。 操作简便灵活，改变电极电流的方向和大小就可以改变推进装置推力的方向及大小，空间布局灵活，推进器安静舒适。目前，已研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流体推进试验船HEMS-1号，船长为3.2米，排水量约1吨，可搭乘1人，中心磁场为5特斯拉，采用不锈钢镀铂电极，推力可达40-50牛顿，船速2节。该成果获中国科学院2000年科技进步二等奖。 应用范围低噪音海洋环境勘察、海洋观光旅游。 项目所处阶段实验室研究。 市场前景 世界游轮协会资助完成的一项研究显示，美国人口中有12.3%的人曾经乘坐过游轮，每年还有数以百万的人加入到这个队伍中来；超过6800万的美国人希望乘坐游轮，超过4300万人确定会成行，这意味着潜在的游轮度假市场至少达到570亿美元，最高可能达到850亿美元。我国自1976年9月日本国际游轮珊瑚公主号首次停靠大连港，
访问中国沿海港口的游轮数量逐年上升。据《2010-2011中国邮轮发展报告》，2010年乘坐游轮赴海外旅游的出入境大陆游客达到79万人次，比上年增长20.1%。同时还有正在兴起的游艇项目，可见我国市场发展潜力巨大。应用磁流体推进技术，可形成海上观光游轮、游艇，海底观光的水下推进器，实现广大民众的海底观光愿望。磁流体推进技术噪音低、环保，对水下生物影响小，是一种环保、绿色的海洋观光技术。 合作方式 技术转让、技术入股、合作开发
大学本科生毕业论文 摘要 本论文以对磁流体的表面张力的分析为出发点，建立了磁流体密封模型，根据磁流体密封力的最小单元——磁性微粒间的引力，结合磁性微粒在磁场下的浓度分布模型，推导出相应的磁流体密封耐压公式，并应用该磁流体密封耐压公式设计船舶艉轴磁流体密封实验装置的主要参数。依照密封装置的主要参数，设计出密封装置的动力源和传动机构。在设计的船舶艉轴磁流体密封实验装置上，对磁流体密封的主要密封参数进行了实验研究，并分析了影响磁流体密封装置的密封能力的因素,包括磁环、磁流体的性能，密封间隙与密封级数，磁极的齿型及转速。通过对实验数据的分析可知，密封能力是各因素综合影响的结果，任何一个因素的不合理，都能导致密封能力的降低。船舶艉轴密封实验装置，实现了较高的密封压差，对于实船应用具有一定的参考价值。 1
大学本科生毕业论文 第1章绪论 1.1选题的背景和意义 磁流体也叫磁液或铁流体，它是将磁性微粒掺入到载液中是一种对磁场敏感、可流动的液体磁性材料。磁流体自问世以来，在研磨、抛光、润滑、减振、冷却等领域逐步被人们所认识，磁流体在密封领域的应用也逐渐受到人们的重视。 磁流体密封是借助磁流体在磁场的作用下形成的磁流体密封环对气体、液体进行密封，由于它和密封轴之间是通过磁流体进行接触密封，因而避免了密封轴与密封件之间的直接摩擦，降低了附加载荷。在旋转轴密封中具有其它密封方式不可比拟的优点：无泄露、无磨损、结构简单、寿命长，受到国内外学者和工程技术人员的重视，在工业、国防等领域具有重要的意义。 磁流体密封在低压气体密封中的应用较为简单，因为密封压力低，所需的密封级数较少、密封间隙也可以选的比较大，所以容易实现。同时由于密封级数少，故密封装置的轴向尺寸限制较少，密封间隙大，其他诸如转速、磁极齿型等因素对密封装置的密封能力影响也较小，往往可以采用模糊的理论公式或经验公式对密封装置进行设计，就能满足使用的需要。随着密封压力的升高，磁流体密封耐压公式在磁流体密封装置的设计中越来越重要，它的理论水平直接决定了密封装置的性能。传统密封理论公式存在一些缺陷，比如密封力的来源不明确，计算复杂，适用范围小等等，这就不能很好的满足磁流体高压密封设计的需要。因此，应用新的、合理的密封耐压公式对旋转轴高压密封装置的设计是很必要的。 磁流体在气体密封中的应用已经很多，但是在液体密封中的应用较少，本文将磁流体密封技术应用于船舶艉轴密封中，并采用新的耐压公式，计算出密封装置的参数，设计出密封实验装置，进行了具体实验，取得了大量的数据。最后利用实验数据，分析对船舶艉轴磁流体密封的主要影响因素，可为今后进行磁流体密封装置的设计提供一定的帮助。 1.2国内外磁流体密封技术的发展现状 2
1.刷式密封 最初研制的刷式密封用于军用飞机的发动机。刷式密封由牢固地固定在一个后板和侧板之间的浓密排列的金属丝鬓毛组成。鬓毛径向向内伸展，将其末端加工以适合转子表面，为了适应转子的径向运动，鬓毛沿轴旋转方向布置成450倾角。 当发动机变热时，鬓毛与转子表面轻微软接触，其弹性能使其追踪转子的径向偏移。在下游侧，后板限制鬓毛因压力导致的挠曲，通常在冷发动机上，鬓毛的尖端恰好离开转子，且其间隙恰好在运行中通过热膨胀和/或压力闭合。 转子与后板之间的间隙时确定刷式密封压力能力的一个关键参数，此间隙必须保持最小，但又大到足以在任何运行条件下避免接触转子。 实验表明一个精心设计的刷式密封的气体泄漏率不大于更大的传统迷宫密封泄漏率的20%。实验室试验和飞行经验表明径向偏移在0.5mm以下的刷式密封能在0.3MPa压力、100m/s转子线速度和5000C气体温度下工作。 一般的地，最小间隙30μm的浮动衬套密封的气体泄漏量预计最多为精心设计的刷式密封泄漏率的一半，或者低于迷宫密封的泄露量的15%。从原则上看，浮动衬套又向低泄漏气体密封迈进了一步，但由于在控制窄间隙密封方面的困难，特别是在发动机转速和温度处于瞬变情况下，这一潜力还难以实现。看来将来在军用和商用飞机气轮发动机中，传统的
迷宫密封将逐渐被刷式密封代替。 2、气膜密封 是一个薄的稳定气膜将密封端面分开，然而，气体黏度低需要更强大的流体动压机构来产生使端面脱离实际接触所需的压力，并提供抵抗瞬间载荷变化的必需的刚度。 把膜控制气体密封应用于现在飞机气轮机上，将提高发动机的总功率，因为在发动机的许多部位都需要把高度压缩的气体的泄漏率减到最小，此外，极热的空气过量流入轴承腔会招致着火的危险。 在现代喷气发动机内，在某些密封部位的条件是特别严峻的：空气压力可高达3.5MPa，温度为6500C，滑动速度范围可达250m/s。在未来的开发品中设想甚至更高速度和温度，也许500 m/s和750~8000C。传统的解决方案是使用迷宫密封，更现代的措施是使用刷式密封和浮动衬套。 自20世纪60年代中期以来已经投入很大努力来开发飞机汽轮机用气膜控制技术。早期的形式具有较大的密封环，有时为扇形，这些环都配有流体静压孔板或是螺旋槽和加强流体动力学用雷利阶梯。虽然在飞机发动机上的应用中这些环中没有一个得到认可，但是在20世纪80年代，膜控制气体密封在不足13.0MPa、2000C和100m/s的工业气体压缩机上的应用得到认可。膜控制气体密封引起注意是其耐高温和高压能力大大高于刷式密封，这一点使这种密封在飞机压缩
磁流体推进的研究 姓名：娄树旗 学号：20090916 班级：04120901 专业：电子科学与技术（光电子方向） 摘要：磁流体推进是利用海水中电流与磁场间的相互作用力使海水运动而产生推力的一种推进方法，可用于船舶、鱼雷、潜艇等水中作业工具，具有振动小、噪声低、操作灵活等优良特点。由于超导磁体的应用，目前磁流体推进技术已处于推进实用化研究阶段，大部分科学难题都已得到解决，但仍有少部分问题没有得到有效解决，比如如何完善超导材料及磁体技术。为了能够找到克服技术难题的关键，必须从工作原理对磁流体推进技术作详细的叙述，对磁流体推进器作系统的分析和对比，从中发现线索，找到突破口。 关键词：磁流体推进；超导磁体；工作原理 一、引言： 传统的船舶动力来源一般是人力、自然力、机械力，既耗时又耗力。现代船舶改用电力 作为推动装置，大大简化了操控过程，再加上核能发电技术的日益完善，现代船舶航行现状大为改观，船速更快，船向变化更灵敏。而磁流体概念的诞生又为现代推进技术增加了改进的可行性。 二、磁流体推进的工作原理： 法拉第研究出电与磁的关系后，世人对电磁之间的关系产生了极大的兴趣，以至于电磁技术在短时间内得到了长足的发展。磁流体推进技术便是电与磁相互作用的结果。 带电离子或者通电直导线在磁场中会受到力的作用，带电粒子受的力叫洛伦兹力，通电 导线受的力叫安培力。该力与离子运动速度或者导体棒中的电流满足左手系，即伸直左手，让磁感线垂直穿过手心，四指指向离子运动或导体棒中电流的方向，大拇指的指向就是带电粒子或者通电直导线受到的力的方向。磁流体推进技术就是依据以上的基本原理发展起来的。 我 们 先看一个磁流体推进简图（右图所示）。 此图为磁流体推进最简单的矩形通道 图，该矩形长、宽、高分别为L 、a 、b ，电流大小为I, 电流密度为J ，电源电动势为E ，穿过绝缘板的磁场的磁感应强度为B ，海水受力海水F ，矩形通道受力为推F ，海水流 速为u ，船速为船v 。
磁流体密封原理 磁流体密封技术是在磁性流体的基础上发展而来的，当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的O型密封圈”。 磁流体密封装置的功能是把旋转运动传递到密封容器内，常用于真空密封，其基本原理见下图 磁流体密封装置是由不导磁座、轴承、磁极、永久磁铁、导磁轴、磁流体组成，在均匀稳定磁场的作用下，使磁流体充满于设定的空间内，建立起多级“O型密封圈”，从而达到密封的效果；每级密封圈一般可以承受大于0.15～0.2个大气压的压差。总承压为各级压差之和，一般设计为2.5个大气压，完全满足真空密封的需要；另外经过我公司的研究开发，也可用于高压密封。 2、磁流体密封的特性 ·长寿命 无磨损，具有极佳的工作可靠性。 ·高性能 极限真空度10-6Pa，泄漏率10-12Pa.m3/sec。 ·高适应性： 从低速到高速，从低压到高压，从室温到高温，均能满足各种[wiki]设备[/wiki]的要求。 3、磁流体密封的应用 近年来，国内外真空设备发展迅猛。在许多回转动密封装置上，磁流体密封得到了广泛的应用，例如在单晶硅炉、真空钎焊炉、真空熔炼炉、化学气相沉积、离子镀膜、液晶再生等真空设备的密封，以及高温高压设备及对[wiki]环境[/wiki]要求较高的设备的密封。从而提高产品质量，获得很好的经济效益。 1995年由美国帕佩尔（Papell）发明的磁性流体，是把磁铁矿等强磁性的微细粉末（约100?）在水、油类、酯类、醚类等液体中进行稳定分散的一种胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁铁所吸引的特性。 磁流体由3种主要成分组成： 1）固体铁磁体微粒（Fe3O4）； 2）包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性剂（稳定剂）； 3）载液（溶媒）。
■磁性流体密封技术 磁性流体密封技术是在磁性流体的基础上发展的，当磁性流体注 入具有磁场的间隙中时，它可以充满整个间隙，成为一种液体“O型 密封圈”。 磁性流体真空进给装置是一种把旋转运动传入真空容器的装置， 其基本构成为一个永久磁场，两个磁极，一个磁性转动轴和磁性流体。 传动轴是一个多级结构，由磁极和转轴组成。在每级环形间隙中，充 满了磁性流体。在理想状态下，所有磁性流体密封在每一级极间与磁 极之间，形成一系列的“磁性流体密封圈”。每级“磁性流体密封圈” 能随的压差0.15-0.2个大气压，整个区域的随能力为密封圈子总的承 压能力，为适应真空环境，磁性流体密封圈标准设计压力大于两个大 气压，所以说是绝对安全的。 Magnetic fluid Sealing Technique Sealing techniques of magnetic fluid take advantage of response of Magnetic fluids. When a Magnetic fluid is placed into a gap between the surfaces of rotating and stationary elements in the presence of magnetic fluid, it assumes the shape of a"Liquid O-ring" to comple电话y fill the gap. The magnetic fluid vacuum rotary feed through is a device that transmits rotary motion into a vacuum chamber. The basic components are permanent magnet, two pole pieces, a magnetically permeable shaft and Magnetic fluid. The shaft (of pole pieces) contains a multistage structure, completed bye the pole pieces and the shaft, concentrating magnetic flux in the radial gap under each stage. In the ideal situation, all flux lines are confined under each stage, and none are in interstate region. The magnetic fluid is trapped and
磁流体及其应用 【大比特导读】对新型特殊的功能材料—磁流体的发展历程、分类、理化特性、制备方法作了简单描述，对其应用领域进行了较详细地介绍。 1 前言 磁性吸引力，当外加磁场作用时，表现出磁性。 磁流体由纳米磁性颗粒、基液和表面活性剂组成。它是把纳米数量级（10纳米以下）（用过滤方法把粗颗粒去掉）的磁性固体颗粒包裹一层长链的表面活性剂，均匀地分散在基液（也叫媒体）中形成的一种均匀稳定的胶体溶液。一般常用Fe3O4、Fe2O3、Ni、Co等作为磁性颗粒，以水、有机溶剂(NaOH)、油等作为基液，以油酸（油酸钠溶液）等作为活性剂防止团聚，即可生成黑色的、分散质粒子的直径在5.5~36nm的磁流体。由于磁性颗粒很小，表面又有活性剂，故磁流体中每一颗粒都是分离的，而且能抵抗颗粒间的相互吸引力不使它们凝聚。它们在热布朗运动下，能稳定地悬浮在载体中，在正常情况下，它是稳定的，这表示，它在极强的磁场下，它内部的颗粒也不凝聚，也不会沉淀。 由于磁流体具有液体的流动性和固体磁性材料的磁性，使得磁流体呈现出许多特殊的磁、光、电现象，如法拉第效应、双折射效应和线二向色性等。这些性质在光调制、光开关、光隔离器和传感器等领域有着重要的应用前景。 2 发展历程 1832年法拉第首次提出有关磁流体力学问题。他根据海水切割地球磁场产生电动势的想法，测量泰晤士河两岸间的电位差，希望测出流速，但因河水电阻大、地球磁场弱和测量技术差，未达到目的。1937年哈特曼根据法拉第的想法，对水银在磁场中的流动进行了定量实验，并成功地提出粘性不可压缩磁流体力学流动（即哈特曼流动）的理论计算方法。1940~1948年阿尔文提出带电单粒子在磁场中运动轨道的“引导中心”理论、磁冻结定理、磁流体动力学波（即阿尔文波）和太阳黑子理论，1949年他在《宇宙动力学》一书中集中讨论了他的主要工作，推动了磁流体力学的发展。1950年伦德奎斯特首次探讨了利用磁场来保存等离子体的所谓磁约束问题，即磁流体静力学问题。受控热核反应中的磁约束，就是利用这个原理来约束温度高达一亿度量级的等离子体。1951年，伦德奎斯特给出一个稳定性判据，这个课题的研究至今仍很活跃。 美国是世界上研究磁流体发电最早的国家，1959年，美国就研制成功了11.5千瓦磁流体发电的试验装置。60年代中期以后，美国将它应用在军事上，建成了作为激光武器脉冲电源和风洞试验电源用的磁流体发电装置。
磁流体分离技术在环保领域的应用 赵毕清 （单位：西北工业大学应用物理系陕西西安 710129） 摘要：介绍了磁流体的基本特性；磁流体分离技术的原理；详述了磁流体分离技术在节能环保领域的应用；提出磁流体分离技术的应用前景展望。 关键词：磁流体分离技术磁流体应用 —————————————————————————————————————— 引言： 磁流体的研究开始于20 世纪30 年代末。1965 年,美国将其应用于宇宙服的磁性密封。1945 年比利时人Vermefiven T 应用水的磁化处理锅炉用水,并且获得了专利。20 世纪中叶起,美国、原苏联及日本等国掀起了“磁处理研究”热潮。磁分离技术首先应用于选矿和瓷土工业。20 世纪60 年末,前苏联开始用磁凝聚法处理钢铁厂的除尘废水。1970 年美国研究用磁絮凝法处理钢铁、食品、化工和造纸等工业废水。纽约的倍谢姆钢铁厂安装了磁分离设备。1974 年瑞典等国开始用磁盘法处理轧钢废水。1976 年日本用磁盘法处理平炉、转炉除尘污水,均取得良好效果。1977 年美国和日本等国用高梯度磁过滤器处理钢铁工业废水,在滤速达170 mPh 的情况下,出水悬浮物< 15 mgPL 。近几年来,我国在这方面的研究也很活跃。近年来环境问题成为全球关注的焦点，我国也提出建设节能环保型社会的目标。基于磁流体研究的磁分离技术越来越成熟，在节能环保方面的应用越来越广泛。 磁流体： 磁流体是由平均10nm 左右的铁磁性或亚铁磁性微粒表 面包覆一层界面活性剂分子，均匀分散在基液中构成的， 其组成如图1 示。载液可以是水、煤油、石蜡油等。磁流 体在重力场和磁场作用下是稳定而不沉积的。这是由于处 于重力场或磁场中的磁粒子的热能和重力能、磁场能处于 同一数量级上。并且，裹覆在磁粒子表面的表面活性剂具 有聚合链。因此，分子间的空间排斥阻止了磁粒子的接触，从而避免了因范德华力引起的粒
https://www.doczj.com/doc/ec11423191.html, 磁流体密封的磁场有限元分析 孙明礼，李德才，何新智，白博海 北京交通大学机电学院，北京（100044） E-mail ：sunmingli1@https://www.doczj.com/doc/ec11423191.html, 摘 要：介绍了磁性液体密封的理论，并应用ANSYS 有限元分析软件对一个三槽四齿密封结构进行磁场有限元分析，通过对计算结果进行的分析和讨论，结果表明，转轴侧极齿两侧磁场强度差决定密封装置的密封能力；密封间隙不宜超过0.3mm 。 关键词：磁流体；密封；磁场 中图分类号：TH136 文献表示码：A 1 引言 磁流体密封是近年来迅速发展起来的一项新技术，具有1）严密的密封性2）不可测量的泄漏率3）长寿命4）可靠性高 + 5）没有污染6）能承受高转速7）最佳的扭矩传递8）低的粘性摩擦9）磁性流体密封即使在中断运行时，也不像弹性密封在停机期间，受增塑和驰豫的影响等优点。可以在高速下运行，尤其在旋转轴密封中具有独特的优越性[1]。 磁流体密封原理是利用永久磁铁在转轴和极齿间的密封间隙内产生强磁场，将磁性流体固定在密封间隙内，形成液体0形密封环，磁场力和外界压差相平衡而实现介质密封。但目前普遍采用的磁流体密封结构其密封间隙很小，间隙内的磁场很难直接测量，一般通过解析方法进行近似计算，这样就很难了解间隙磁场的实际分布情况。邹继斌、Sama 等对磁流体密封的磁场问题进行了计算[2-4]，本文利用ANSYS 软件对密封间隙内的磁场进行深入分析。 2 密封理论 根据磁性流体力学分析，对旋转轴密封，磁性流体内部压强为： ()H p MdH r gh C φρ=+++∫（1） 式中，M 表示磁性流体的磁化强度；H 表示磁场强度；ρ表示磁性流体密度；g 表示重力加速度；φ( r)表示与转速、磁极形状及半 径有关的函数，转速为零时，φ( r)=0；h 表示磁性流体深度；C 表示由边界条件确定的积分常数。 设低压边和高压边磁性流体与被密封介质的分界面分别为1和2，当考虑分解面上介质跃变引起的应力跃变时，则磁性流体密封压差公式为： 2 1 2121()()() H H p MdH r r g h h φφρ?=+?+?∫ 0211 ()2 t t M M μ?? （2） 式中， M t 为磁化强度的切向分量，r 为半径. 一般地，外磁场较强，磁流体饱和磁化．M=Ms(磁性流体的饱和磁化强度)。式 (2)右边第五项可以忽略不计，且重力远小于磁场力，因而密封压差可以近似地表示为： 2121()()()s p M H H r r φφ?=?+? （3） 如果是磁性流体静止密封，式（3）密封压差可进一步简化为： 21()s p M H H ?=? （4） 由（4）式可知，在磁性流体饱和磁化强度一定的情况下，只有尽量提高ΔH 的值才能有效提高密封压差[3-6]。 3 静态磁场分析 在ANSYS 的前处理器中创建磁流体密封的物理环境。采用plan53单元并将此单元的的k3选项修改为对称，将磁流体密封的三维轴对称问题简化为二维平面问题。极靴和转轴的材料分别为电工纯铁和45＃钢，永磁材料为N40型的Nd-Fe-B 。由于磁性流体的
磁流体密封技术应用中的注意事项 来源：输配电设备网时间：2008-07-30 阅读：206次 标签： (1)在安装内部未装轴承的磁流体密封件时,应保证转轴或导磁套与极靴组件不接触,最好有比较均匀的间隙量;在安装内部装有轴承的磁流体密封件时,应保证主机轴承和磁流体密封件内的轴承的旋转互不干涉。也就是说要保证一定的同轴度要求。 (2)在怀疑磁流体密封件有故障时,不能随意拆开磁流体密封件的内部元件,以免造成不必要的损坏。 (3)磁流体密封件用于真空密封时,应注意不要将丙酮、乙醇、酸、碱、水、非真空用油和其它溶剂滴入到磁流体密封件内,以免引起密封失效。 (4)设备停放很长时间后,如果驱动磁流体密封件的动力比较小,在重新开始工作前应先将磁流体密封件的旋转轴转动几周,然后再开启动力。 (5)当温度升高时,磁流体密封的耐压能力有所下降,考虑到温度的影响,设计时应将转轴表面的线速度控制在20m/s以下。如果密封部位的温度高于80℃或磁流体轴的线速度超过20m/s时,需要进行冷却处理,把温度控制在一定的范围之内。带有水冷装置的磁流体密封件在工作前,应先将冷却水接通,然后才能启动旋转,避免因一定时间内的过热而造成密封失效。 (6)对于高速旋转的轴来说,离心力对磁流体的影响不可忽视,在密封组件的结构设计上应采取相应措施。 (7)在磁流体密封件初始使用阶段,如果发现有少量的磁液溢出,但真空仍能维持,一般密封效果不受影响。这是因为在加注磁液时,控制加注量比较困难,一旦加注过多,多余的磁液会被抽走,直到保持适量为止。磁液注入量与耐压之间的关系是:开始时增大磁液的注入量,耐压基本上呈线性增大,但注入量达到一定值后,耐压不再增大,而是稳定在一个恒定状态。 (8)在初次使用磁流体密封件时,应将抽真空的时间适当延长些,以便将密封件内部一切不利于真空的成分全部抽走,如果设备系统的其它密封没有问题,再次抽真空时,真空度将会很快上升。 (9)设计磁流体密封件的结构时,应注意磁流体密封件各元件的材料选择、极靴齿形的结
磁流体密封在真空炉上的应用 一、目的、意义及必要性： 随着科技的发展和人们环境意识的提高，密封问题被放到很高的位置，磁流体密封作为一种新型密封方式——无泄露、无摩擦、结构简单、易维修，符合现代倡导的绿色生产、清洁生产等特点，已受到越来越多的关注。 对于磁流体密封在真空炉上应用还原电动机的应有工作环境，杜绝叶轮电机爆燃事故，作为真空炉的资深制造企业，为公司产品在市场的占有率，积极采用新技术，研发新产品的科技含量的基础上，创出华翔公司的特有品牌，明确展示华翔公司真空炉的特点和优势，为客户着想，创卓越产品。 二、国内外现状、水平和发展趋势： 近年来，国内外真空设备发展迅猛。在许多回转动密封装置上，磁流体密封得到了广泛的应用，例如在单晶硅炉、真空钎焊炉、真空熔炼炉、化学气相沉积、离子镀膜、液晶再生等真空设备的密封，以及高温高压设备及对环境要求较高的设备的密封。从而提高产品质量，获得很好的经济效益。并且，磁流体的应用现已扩展到机械、电子、能源、化工、冶金、船舶、航天、遥测、仪表、印刷、环保、卫生、医疗等诸多领域, 在密封、冷却、润滑、医学、发动机、压缩机、换能器、计量阀、造影剂、生物学、精密研磨、阻尼减振、矿物分离、油水分离、快速印刷、定向淬火、执行元件、磁畴观察、各向异性以及其它方面有着新的应用, 是唯一具有工业实用价值的液体磁性智
能化功能材料。 由于我国的磁流体密封技术起步相对较晚，同发达国家相比，仍有较大差距，尚有相当多的工程技术人员不了解此技术，要进行多方面的学习研究。有必要抢先在真空炉上展示和试验性采用。 磁流体密封是一项不断发展并逐步走向成熟和完善的技术。只要用户有更高的应用要求，再生产厂家和用户的密切配合下，这项技术的应用领域将不断拓展，同时也将给生产厂家和用户带来可观的经济效益。 三、课题总体目标及研究内容 目前公司在这项技术的试验性采用过程中对这一问题进行过匹配性技术研究，通过磁流体这种密封方式是否适合本公司的要求。同时前期已经有行业内企业存在启动采用这项技术的动作。 四、技术可行性分析： 首先，磁流体密封是由3部分组成：固体铁磁体微粒(Fe3O4);包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性剂(稳定剂)；载液(溶媒)。此密封技术是在磁性流体的基础上发展而来的，当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的O型密封圈”。其次，磁流体密封的工作原理是圆环形永久磁铁，极靴和转轴所构成的磁性回路，在磁铁产生的磁场作用下，把放置在轴与极靴顶端缝隙间的磁流体加以集中，使其形成一个所谓的“O”形环，将缝隙通道堵死而达到密封的目的。这种密封方式可用于转轴是磁性体和转轴是
磁流體的原理 磁流体的概念及其组成 产品说明 磁流体的概念及其组成： 磁流体又称磁液或铁流体，是一种对磁场敏感可流动的液体磁性材料。是由磁性纳米颗粒，经过特殊处理均匀分散到液体当中与其混合而成的一种固液相混的胶状液体。它既具有液体的流动性，又具有磁性。 磁流体由三部分组成：磁性微粒、基液（也叫载液）、表面活性剂（也叫分散剂、稳定剂或表面涂层）。 产品名称:工作原理特性命名法安装注意事项 产品说明 一、磁流体密封技术的工作原理： 磁流体密封技术是在磁流体的基础上发展起来的。当磁流体注入到高性能的永久磁铁、导磁性能良好的极靴及主轴所构成的磁回路中时，由于磁极齿尖处磁场力最强，磁流体集中于齿尖处，在密封间隙内形成一系列液体“O”型密封环，将密封间隙充满而达到密封的效果。如上图所示： 试验表明，每级密封环一般可以承受0.15-0.25个大气压，总耐压能力近似为各级耐压能力之和。真空用密封装置一般设计压力为2.5个大气压，完全能够满足真空密封的需要。 二、磁流体密封的特性： 1、严密的密封性：包围着主轴的磁流体能够对空气、水气、烟雾等进行严密的稳定的动、静密封。 3、寿命长、可靠性高：因磁流体的基液是一种惰性、稳定、低蒸气压的二酯基有机材料，挥发量极低，可以说密封的寿命取决于支撑旋转轴的轴承的寿命。 4、无磨损：这种密封是非接触式密封（极靴和主轴不直接接触），无机械部件的接触和磨损。 5、无污染性：由于密封装置本身不存在机械磨损，磁流体饱和蒸气压极低，因而即使用在高真空状态下使用也不会产生污染。 6、低阻尼和高速旋转能力：磁流体极低的粘滞阻力和磁流体密封装置无需接触密封圈的结构，决定了它的稳定操作和高速转动。 三、磁流体密封传动装置命名法： 轴类型：实心轴（S）、空心轴（K）、多轴（D）。 机座类型：法兰式（F）、套筒式（T）、悬臂式（X）。 冷却方式：无水冷（W）、带水冷（Z）。 负荷状态：普通负荷（P）、重负荷（Z）。 运动状态：旋转（略）、往复（W）。 示例：S F 030 Z P——表示实心轴法兰式轴径为φ30带水冷普通负荷的磁流体密封传动装置。
流体密封作用 流体密封是防止或限制流体泄漏的工程技术或零部件。起密封作用的零部件通常称之为密封件。放置密封件的部位称为密封腔。较复杂的密封。特别是带有辅助系统的密封，称为密封装置。被密封的流体包括气体、液体、以及气体/液体混合物、气体/液体/固体颗粒(par ticles)混合物。泄漏(1eakage)是指具有负面作用的质量迁移。 被密封的流体通常以三种形式泄漏：穿漏、渗漏和扩散。 1.穿漏是在压力差(differential pressure)作用下通过密封间隙引起的质量迁移(包括漏出和漏入)。 2.渗漏(seepage)是在表面张力(surface tension)作用下通过密封件材料的毛细管的质量迁移。 3.扩散(diffusion)是在浓度差(differential concentration)作用下通过密封间隙的质量迁移。 流体密封装置(或密封)是流体机械、工艺设备、液压设备、管道和阀门等的重要组成部份。其主要作用有：维持设备的正常工作条件，如高压、高真空等；保证设备及人身的安全；消除或减轻环境污染；防止或减少物料和能源的消耗，提高设备的效率。流体密封是机械设备的易损性、关键性和基础性零部件。密封件虽然不大，但往往能决定机器设备的安全性、可靠性和耐久性。例如：震惊世界的美国“挑战者”号航天飞机的失事原因就是由橡胶密封圈的失效引起的；改进航空发动机的密封可提高其效率2～3个百分点；在石油化工透平机械上采用干气密封是革命性的进步，大大提高了高速透平机械工作的经济性、可靠性和耐久性。 流体密封技术的应用领域 流体密封虽然只是机器和设备的一个零部件，但其应用范围极其广泛，几乎囊括了工农业生产和人们日常生活的各个方面，凡是需要将两个流体参数不同的腔体隔离的地方都需要流体密封。 其主要应用领域包括：石油和天然气开采和输送，炼油厂的各种动设备和静设备，石油化工和化工(乙烯、化纤、化肥等)的动、静设备，能源工业(水力、火力和核发电)，矿山和
磁流体密封 第1章绪论 1.1选题的背景和意义 磁流体也叫磁液或铁流体，它是将磁性微粒掺入到载液中是一种对磁场敏感、可流动的液体磁性材料。磁流体自问世以来，在研磨、抛光、润滑、减振、冷却等领域逐步被人们所认识，磁流体在密封领域的应用也逐渐受到人们的重视。 磁流体密封是借助磁流体在磁场的作用下形成的磁流体密封环对气体、液体进行密封，由于它和密封轴之间是通过磁流体进行接触密封，因而避免了密封轴与密封件之间的直接摩擦，降低了附加载荷。在旋转轴密封中具有其它密封方式不可比拟的优点：无泄露、无磨损、结构简单、寿命长，受到国内外学者和工程技术人员的重视，在工业、国防等领域具有重要的意义。 磁流体密封在低压气体密封中的应用较为简单，因为密封压力低，所需的密封级数较少、密封间隙也可以选的比较大，所以容易实现。同时由于密封级数少，故密封装置的轴向尺寸限制较少，密封间隙大，其他诸如转速、磁极齿型等因素对密封装置的密封能力影响也较小，往往可以采用模糊的理论公式或经验公式对密封装置进行设计，就能满足使用的需要。随着密封压力的升高，磁流体密封耐压公式在磁流体密封装置的设计中越来越重要，它的理论水平直接决定了密封装置的性能。传统密封理论公式存在一些缺陷，比如密封力的来源不明确，计算复杂，适用范围小等等，这就不能很好的满足磁流体高压密封设计的需要。因此，应用新的、合理的密封耐压公式对旋转轴高压密封装置的设计是很必要的。 磁流体在气体密封中的应用已经很多，但是在液体密封中的应用较少，本文将磁流体密封技术应用于船舶艉轴密封中，并采用新的耐压公式，计算出密封装置的参数，设计出密封实验装置，进行了具体实验，取得了大量的数据。最后利用实验数据，分析对船舶艉轴磁流体密封的主要影响因素，可为今后进行磁流体密封装置的设计提供一定的帮助。 1.2国内外磁流体密封技术的发展现状 1.2.1磁流体简介 磁流体是由超微细磁粉在液体（载体）中稳定分散而形成的能流动、有超顺磁性的胶体，它无剩磁和矫顽力，可通过磁进行控制，在磁场作用下形成具有磁性的流体，其密封膜承压能力与磁场强度成正比。因此磁流体是阻塞密封比较理
流体密封技术作业 一．问答题 1．气体分之流与粘性流动根据什么来判别？ 2．简述雷诺数与流动状态的关系。 3．分别分析液体在圆管中、平行圆板中，圆环形间隙中流速特性和压力分布特性。 4．法兰垫片密封的原理是什么？影响因素有哪些？ 5．法兰垫片密封面型式有哪些？各有什么特点？ 6．垫片按其材料分几类？各类有什么特点和大致适宜什么范围？ 7．GB150中垫片设计参数是有哪些？它们各自的物理意义是什么？ 8．法兰型式有哪些？各有什么特点？ 9．垫片的重要性能是哪些？ 10．垫片选择的一般原则是什么？ 11．垫片的蠕变松弛是什么？由什么引起？ 12．垫片尺寸选择的原则是什么？ 13．高压设备法兰中密封有什么特点？ 14．半自紧密封的结构特点是什么？ 15．自紧密封的结构特点是什么？ 16．填料密封的应力分布有什么特点？有什么方法来改善填料密封？ 17．与填料密封相比，机械密封在结构上和密封机理上有什么区别？ 18．什么叫端面液膜压力系数 ？端面比压？载荷系数？ 19．机械密封摩擦副组对几项原则？ 20．如何判断密封失效？ 21．流体动压型机械密封有那些形式？其密封机理是什么？ 22．机械密封摩擦副常见磨损形式有哪几种？ 23．阻止或控制流体泄漏的方法有哪几种？列举4种。 24．构成机械密封的5个基本要素是什么？ 25．简述液压往复运动O型橡胶圈的密封原理。 26．油封的工作原理及结构组成。 27. 冲洗－隔离介质、冷却、改善润滑目的是如何达到的? 28. 高温、高压工况下机械密封的问题与措施？ 29．不同高速工况、腐蚀介质工况、颗粒介质工况下机械密封结构设计和材料选择。 30．迷宫密封工作原理和设计选型要点。 31．干气密封设计和工作原理，液膜密封和离心密封的特点和工作原理。 32．干气密封与液膜密封的区别？ 33．螺旋密封、停车密封的工作原理。 34．磁力密封和磁流体密封、全封闭密封类型特点及使用范围和工作原理。 35．浮环密封与固定环密封密封（间隙密封）的类型特点及使用范围，工作原理。 二．计算题 1．套管与圆管的流动阻力比较 圆管内半径和套管外管内半径均为R，两管内流动的流体相同，流量均为Q。设套管的内管是一根半径为0.01R的钢丝（相当于直径100mm的管子中心有一根1mm的钢丝），试比较两者的压力降。 2．有一长度为8.23m的圆环形截面水平管，内管外半径为0.0126m，外管内半径为0.028m。现
磁流体密封装置使用说明 1．灰尘和溶剂（水、油、酒精、丙酮、氟利昂等）不能侵入磁流体密封装置； 2．泄漏检查使用氦质谱检漏仪进行； 3．不得加上超出规定的压力，真空场合时加压1kg/cm2，加压场合时，只能加压到技术说明规定的压力为止； 4．磁流体密封装置的转轴在静止时，对真空腔抽真空或真空中长时间停止后再运转时，会导致真空压力上升，这个是磁流体密封装置的固有现象，可以通过提早起动等措施来消除； 5．水冷产品使用时，需使用常温、压力为1-3kg/cm2的水，冷却水可以使用普通的自来水(氯离子200mg/L，铁离子0.3mg/L)。此外，装置内不能结水，因为这样会导致轴承生锈，从而使回转不良。 Vacuum Feedthroughs Operation Instructions 1. Prevent dust and solvents (water, oil, alcohol, acetone, Freon, etc) contaminating the vacuum feedthroughs. 2. Using Helium mass spectrum leak detector to detect the leakage rates. 3. It can not be loaded too much pressure beyond its maximal permitted pressure. At the vacuum occasion, it is permitted to load 1 kg/cm2; at the pressurizing occasion, it is only permitted to pressurize within the range of technology allowing. 4. If vacuumizing the vacuum-chamber when the shaft of vacuum feedthrough is at rest or the vacuum feedthruogh begins to work after long-time stopping in vacuum, it may cause a rise in vacuum pressure. This is a connatural phenomenon of vacuum feedthroughs, which can be avoided through advanced startup. 5. When it needs water cooling, the cooling water should be of normal temperature and 1-3 kg/cm2 pressure, which could be ordinary tap water (chlorine ion 200 mg/L, iron ion 0.3mg/L). Besides, water can not exist in the inner parts of vacuum feedthroughs which may cause rust of bearing and circumrotating failure.