為了解決真空鍍膜機雙軸密封問題, 對真空鍍膜機雙軸采用磁性液體密封, 設計了磁性液體密封整體結構、密封極齒和永久磁鐵。分析了雙軸磁性液體密封的設計。還使用Ansys 軟件計算了雙軸磁性液體密封的磁場分布。在實驗上對所設計加工的雙軸磁性液體密封進行了實驗研究, 得出了磁性液體密封耐壓能力與加注磁性液體量的關系。

　　真空鍍膜機采用的密封措施有許多種, 一般有機械密封、石棉盤根密封、皮碗密封和反螺旋密封[1] , 且絕大多數(shù)為單軸的, 密封部位常產(chǎn)生強烈的摩擦、磨損, 致使密封部位的溫度常超過80度 , 最終導致密封壽命縮短, 真空度下降, 功率損失加大。作者對某型號雙軸鍍膜機采用了雙軸磁性液體動密封, 雙軸磁性液體動密封結構如圖1 所示。磁性液體密封是一種新型的密封方式, 它具有嚴密的密封性, 不可測量的泄漏率, 使用壽命長, 可靠性高, 完全無污染, 能承受高轉速, 最佳的扭矩傳遞, 低的粘性摩擦等優(yōu)點。正因如此, 人們對磁性液體密封進行了大量研究。在這些研究中, 代表性的有: 轉軸直徑為14 mm, 間隙在0.1~ 0.5 mm 之間的磁性液體密封的耐壓能力[2] ; 密封間隙最大為0.3 mm, 密封直徑為750 mm 的大直徑法蘭靜密封[3]; 密封間隙為0.3 mm 的單級磁性液體動密封[4] ; 軸徑為50 mm,密封級數(shù)為4, 6, 8, 密封間隙為0.1, 0.3mm 時, 磁性液體旋轉密封的密封耐壓能力[5] ; 密封級數(shù)為12級, 密封間隙為0.35 mm, 軸徑為32 mm 的旋轉密封耐壓[6] ; 間隙小于0.3 mm, 軸徑小于30 mm 條件下,化工用磁性液體密封的裝配特性, 采礦用磁性液體密封軸的轉速對磁性液體耐壓能力的影響[7- 9]; 此外, Fertman V E 指出只有當旋轉速度超過20 m/ s時, 離心力對磁性液體耐壓能力的影響才能顯示出來, 在一般旋轉速度下, 磁性液體的動耐壓能力近似等于靜止密封的耐壓能力[10] 。而以上這些研究, 磁性液體密封軸都是單軸的。本文中, 作者設計了真空鍍膜機用雙軸磁性液體密封, 并對其性能進行了實驗研究。

圖1 真空鍍膜機密封部位結構圖

2、實驗結果和分析

　　實驗表明: 磁性液體注入量至關重要, 為此作者進行了雙軸磁性液體密封磁性液體加入量與耐壓能力的實驗, 得出了磁性液體加入量與磁性液體最大靜止耐壓能力的關系。由式(5)知, 磁性液體密封耐壓取決于磁性液體界面的磁場強度差, 隨著磁性液體注入量的增加, 界面磁場強度差增大, 因此耐壓能力提高, 當磁場強度差逐漸一定時, 耐壓不再發(fā)生變化。

　　實驗得出了磁性液體密封注入磁性液體體積為6 ml時, 真空度與軸表面線速度之間的關系實驗曲線如圖9 所示。因為密封1的軸表面線速度高于密封2 的軸表面線速度, 故只做了密封1 的。

　　從圖9 可以看出, 在上述軸的線速度范圍內, 速度對密封真空度幾乎沒有影響。當密封軸的旋轉速度很大時, 密封間隙下的磁性液體在離心力的作用下發(fā)生變形, 使得界面磁場強度差發(fā)生變化, 從而影響耐壓能力。一般情況下, 旋轉速度不會使得密封間隙下的磁性液體形狀發(fā)生變化, 因而對耐壓能力的影響很小[13-14] 。

　　此外, 在雙軸磁性液體真空密封的設計中雙用套結構的設計與加工至關重要, 在圖4中, 雙用套分A, B兩部分。A, B兩部分由不同材料組成。在設計初, 將A, B 兩部分做成一個整體, 由1Cr13加工而成, 結果在實驗臺上實驗時, 整個密封件發(fā)生泄漏,經(jīng)過仔細分析后得知: A 部分要求不導磁, 否則磁力線的分散, 使得磁性液體密封組件2 的極齒下磁感應強度下降, 使得耐壓能力降低, 最終選用304材料。B部分要求導磁, 只有B部分導磁, 才能使得磁性液體密封組件1形成完整的磁路, 從而磁性液體密封組件1 起到密封作用, 最終B 部分材料選用1Cr13。A, B兩部分的連接很重要, 在實驗初, 作者只是在A, B兩部分聯(lián)接處進行焊接, 實驗結果發(fā)現(xiàn): 在焊縫處有泄漏, 這表現(xiàn)在在實驗臺上進行實驗時, 當真空度達到10^{- 3} Pa 時, 還沒有發(fā)現(xiàn)泄漏, 但當真空度達到10^-5 Pa后, 發(fā)現(xiàn)密封件發(fā)生泄漏, 后來經(jīng)過仔細分析, 確定泄漏發(fā)生在A, B的焊縫處。后來將A, B 的配合面C 處用密封膠進行粘接, 再在A, B連接面D處焊接, 實驗表明A, B聯(lián)接處再沒有發(fā)生泄漏。

　　在實驗臺上使真空鍍膜機連續(xù)運轉15天, 真空度保持很好, 密封功能的溫度降到環(huán)境溫度, 摩擦功率至少降低5倍。使用該磁性液體密封的真空鍍膜機至今連續(xù)運轉近2 年, 密封效果一直很好。

圖9 磁性液體密封件1 的軸表面線速度與真空耐壓能力的關系

3、結論

　　經(jīng)過理論和實驗驗證得出, 在真空鍍膜機上采用雙軸磁性液體密封是可行的。

　　在雙軸磁性液體密封件中雙用套的設計和加工至關重要, 它對整個磁性液體密封結構的性能很重要。

　　在磁性液體密封中, 磁性液體的注入量很重要。注入的磁性液體量少, 則其密封能力不能得到有效的利用, 磁性液體注入量多時, 多余的磁性液體會引起真空室的污染。

　　實驗和實際應用表明作者所研制的雙軸磁性液體密封性能良好。