磁流體密封原理與應(yīng)用
磁流體自20 世紀(jì)60 年代問世以來, 逐步被人們所認(rèn)識, 應(yīng)用也在逐步擴展。磁流體密封是比較成熟的技術(shù)之一, 尤其在真空密封方面正在發(fā)揮越來越大的作用。但磁流體密封是新近發(fā)展起來的密封技術(shù), 人們對它認(rèn)識不多, 加強宣傳介紹力度, 對于擴展這項技術(shù)應(yīng)用范圍意義重大。本文僅從磁流體及其密封原理、磁流體密封技術(shù)的應(yīng)用和密封件安裝使用注意事項等方面做一簡單介紹, 以求推動我國有關(guān)方面更好地應(yīng)用這一技術(shù), 促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
1、磁流體及其密封原理
磁性液體(有的也叫磁性流體或者鐵磁性液體)是由磁性納米顆粒, 經(jīng)過特殊處理均勻分散到液體當(dāng)中與其混合而成的一種固液相混的膠狀液體。它既具有液體的流動性, 又具有磁性。磁性液體密封技術(shù)就是利用磁性液體對磁場的響應(yīng)特性而實現(xiàn)的。
當(dāng)我們把制作精良的磁性液體注入到由高性能的永久磁鐵、導(dǎo)磁良好的極靴、軸所構(gòu)成的磁回路的間隙中, 在磁場的作用下, 磁液在間隙中形成數(shù)個液體“O ”型圈, 其數(shù)量與設(shè)計的凸牙個數(shù)相等, 當(dāng)磁性液體受到壓差作用時, 磁性液體在非均勻磁場中微略移動, 產(chǎn)生了對抗壓差的磁力, 從而達(dá)到新的平衡,起到了密封作用, 這就是磁性液體的密封原理。在密封件內(nèi)部由于只有導(dǎo)磁體與液體的接觸密封, 因此它具有以下優(yōu)點。
① 嚴(yán)密的密封性
目前所采用的酯基磁性液體能夠?qū)橘|(zhì)(大氣或惰性氣體) 進(jìn)行嚴(yán)密的穩(wěn)定的動密封、靜密封。
② 不可測量的泄漏率
在靜態(tài)實驗下, 被密封介質(zhì)的泄漏率在極限為1×10-11std·cc/s He 的質(zhì)譜測定法下, 未能檢出泄漏, 通常人們稱磁性液體密封為零泄漏。
③ 壽命長
用于真空場合密封的磁性液體的基礎(chǔ)液是一種惰性、穩(wěn)定、低蒸氣壓的二酯基有機材料, 揮發(fā)量極低, 正常工作壽命一般可在5 年以上, 現(xiàn)在我公司設(shè)計、生產(chǎn)、制造的磁性流體密封件使用已超過三年多, 還未進(jìn)行維修, 狀況一直很好。
④ 可靠性高
磁流體密封件在正壓情況下產(chǎn)生瞬時過壓擊穿時, 一旦壓力降低到密封可以承受的程度時, 密封效果依然能保持, 用于真空場合的磁流體密封件一般要求其耐正壓能力超過2kgf/cm 2, 因此使用的可靠性是相當(dāng)高的。
⑤ 基本無污染
由于密封件本身不存在機械磨損, 磁性液體飽和蒸氣壓極低, 因而即使在高真空狀態(tài)下使用也不會產(chǎn)生污染。
⑥ 高速性能好
磁性液體在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下, 內(nèi)摩擦力極小, 功率損耗小, 因而具有高速運動的潛力, 有關(guān)資料介紹磁性液體密封的轉(zhuǎn)速已應(yīng)用在30000r/min 的場合。
⑦ 低摩擦, 低磨損、低發(fā)熱
在裝有軸承的密封件中, 除了軸承在旋轉(zhuǎn)過程中的機械磨損外, 內(nèi)部磁芯組件和轉(zhuǎn)軸不直接接觸,因而摩擦低, 磨損小, 發(fā)熱低, 所需的運轉(zhuǎn)動力小。
⑧ 良好的修復(fù)性
在使用當(dāng)中, 因某些原因造成磁流體密封失效,只要內(nèi)部元件功能正常, 一般在現(xiàn)場用較短的時間即能使磁流體密封件得以修復(fù)。
⑨ 無方向性密封
如果需要改變承壓方向, 對于磁流體密封件來說, 無需增加任何元件即能完成。
磁流體密封件密封的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命除了與應(yīng)用的環(huán)境和條件有關(guān)外, 還與所加注的磁流液的品質(zhì)和磁流體密封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)劣、加工、制造的質(zhì)量有密切關(guān)系。評價磁流液品質(zhì)的優(yōu)劣主要有兩個指標(biāo): 一是磁流液飽和磁化強度的大小;二是磁流液的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要指磁流體密封件各元件的材料選擇、極靴齒形的型式、極靴與導(dǎo)磁套的間隙選定、耐壓級數(shù)的確定以及磁路的合理計算、軸承組件與磁芯的相對位置等。加工制造的質(zhì)量主要指為保證所設(shè)計的尺寸公差和形位公差而采取的工藝措施和檢測方法。應(yīng)該說良好的磁流體密封,每級的耐壓能力均大于或等于0.2個大氣壓。整體的耐壓能力基本等于每級的耐壓能力之和。從密封組件的結(jié)構(gòu)來看, 如果按齒的位置劃分, 有兩種形式, 一是齒開在極靴上, 二是齒開在導(dǎo)磁套或者轉(zhuǎn)軸上。齒的位置選定主要取決于轉(zhuǎn)速的大小和是否采取水冷結(jié)構(gòu)。密封組件如果按磁體與極靴的關(guān)系劃分, 有單片磁體雙極靴和多片磁體多極靴形式。而磁體本身有整塊的磁環(huán)、磁柱形式和小圓片拼裝形式,密封組件的結(jié)構(gòu)形式一般是根據(jù)用戶的作用工況確定。目前, 我公司生產(chǎn)的磁流體密封件是按十級設(shè)計的密封組件, 其承壓能力都在2kgf/cm 2 以上, 在承壓能力和密封效果方面與日本和美國的磁流體密封件不相上下。
