重力对磁性液体密封性能的影响

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京交通大学机械与电子控制工程学院 作者:何新智

  磁性液体密封是磁性液体最重要最成熟的应用之一。通常,在分析磁性液体的密封性能时重力被忽略,但随着磁性液体应用的发展,有些工况重力会严重影响磁性液体密封的密封性能,甚至导致密封失效。本文通过实验研究了大直径大间隙的磁性液体密封的密封性能,分析了密封失效的原因,探讨了重力对密封性能的影响,提出了密封极限尺寸的概念。对于一般密封间隙的磁性液体密封,极限尺寸大约为1.57 m。随着密封间隙的增大,间隙里磁场的减弱,极限尺寸减小。

  磁性液体是一种新型的功能材料,既具有液体的流动性,又有磁性材料的磁性。因此,通过控制磁场,可以对磁性液体进行定位、定向移动,可以改变磁性微粒的聚集形式、浓度等; 同时磁性液体还具有许多独特的性质,如磁化特性、磁粘特性、温度特性、磁光特性等。这些独特的性质,决定了磁性液体应用的广泛性,目前涉及的应用或研究主要包括密封、传感器、润滑、研磨、减震、扬声器、生物医学等领域。

  磁性液体密封是磁性液体最重要最成熟的应用之一,它是一种非接触式的液体密封,具有密封性能好、泄漏率低、摩擦力矩小、寿命长等特点,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为磁性液体密封在许多场合具有不可替代的作用。

  一般情况下,重力相对于磁场力较小,在研究磁性液体密封的性能时,重力都被忽略。本文研究了重力对磁性液体密封性能的影响,提出了密封极限尺寸的概念。

1、磁性液体密封的原理和分类

  磁性液体密封原理如图1 所示,它由非磁性外壳,环形永久磁铁,环形极靴,导磁轴和磁性液体所组成。极靴与外壳的静密封用“O”型橡胶密封圈密封,静止的极靴与轴之间的均匀间隙由轴承来定位。在轴的表面或极靴的表面开有若干齿槽,组成多极密封。这样,由永久磁铁,两个环形极靴和轴构成闭合磁路,在磁极和轴之间的间隙中产生强磁场,磁性液体在磁场作用下被束缚在间隙中,沿齿槽聚集结构的极尖处形成一圈一圈的液体“O”形圈,从而达到密封的目的。

磁性液体密封原理示意图

图1 磁性液体密封原理示意图

  磁性液体密封根据轴与极靴是否相对运动,可分为动密封和静密封两大类; 而按照轴与极靴的运动形式,动密封又分为旋转轴密封和往复轴密封。按照磁性液体“O”型圈的大小,磁性液体可分为小直径密封和大直径密封。值得一提的是目前关于何谓大直径和小直径并没有公认的标准,考虑到密封的一般情况磁性液体“O”型环直径都小于150 mm,定义其为小直径,反之为大直径。按照密封间隙的大小,磁性液体密封又可分为大间隙和小间隙。通常的磁性液体密封结构中密封间隙一般为0.05 ~0.15 mm,最大不超过0.25 mm,于是定义小于0.25 mm 为小间隙,大于0.25 mm 为大间隙。

5、结论

  在磁性液体密封中,重力的影响一直存在。对于工作时竖直放置( 所形成的磁性液体“O”型环轴线垂直重力) 的密封工况,随着密封间隙的增大,所能密封的极限直径越小。极限直径大小正比于所用磁性液体饱和磁化强度与密度的比值,反比于重力加速度,与密封间隙里的最大磁感应强度和最小磁感应强度之差成正比。

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