磁流体密封技术的发展及应用综述(2)

2010-02-01 温利中国科学院西安光学精密机械研究所

(4) 磁流体密封技术应用于防尘密封

　　磁流体密封应用于防尘密封的一个典型例子是计算机硬盘防尘密封。磁流体密封圈应用于具有高密度记忆性能的计算机硬盘时, 能将小于0.1μm的超微细尘埃挡住, 并实现防静电的功能, 从而保护磁盘、磁头不受损伤, 避免机内珍贵数据资料丢失。由于计算机硬盘在读写时, 主轴在高速旋转, 电机里面轴承会产生灰尘, 灰尘侵入到磁盘和读写头之间的空间去,会造成磁盘数据丢失或读写头的工作失效; 同时主轴在高速旋转时会产生静电, 对硬盘的性能和寿命也有很大的影响。而磁流体密封圈通过磁场的作用, 使其独特的磁性流体与旋转轴实现软接触, 从而不仅可以成功防止灰尘侵入, 还可以通过磁性流体的导电性形成电流的回路, 及时释放静电, 对硬盘起到了很好的保护作用。此外, 磁流体密封圈还被广泛地应用于存储IC 的制造工程、彩色打印机步进马达等多项领域的防尘密封。

　　除以上所述之外, 在许多自由控制进给的装置上, 磁流体密封也得到了广泛的应用, 例如在硅单晶炉、真空热处理炉、离子溅射、化学气相沉淀、离子镀膜、液晶再生、电子指示器等真空设备的密封以及机器人、军工产品等对环境要求较高的设备的环境密封。从而提高产品质量, 获得很好的经济效益。磁流体密封技术的一些应用实例列举于表2 中。

表2 　磁流体密封技术应用实例

5、磁流体密封技术应用中的注意事项

　　(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。