磁流体密封原理及性能参数

2009-04-04 真空技术网真空技术网整理

图29.9-2中，圆环形永久磁铁1，极靴2和转轴3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4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（图29.9-2b）和非磁性体（图29.9-2c）两种场合。前者磁束集中于间隙处并贯穿转轴而构成磁路，而后者磁束并不通过转轴，只是通过密封间隙中的磁流体而构成磁路。

图29.9-2 磁流体的密封原理及其密封方式

a）剖视图；b）、c）剖面图

1—永久磁铁；2—极靴；3—旋转轴；4—磁流体

由于磁流体密封中，磁流体会有损耗，可考虑设置磁流体补给装置。因工作中温度升高会影响密封的耐压能力，故需装设冷却水槽。

图29.9-3为磁流体密封破坏过程示意图。当两则无压差时，极靴处密封液环保持正常形状（图a）；当两则有压差时，密封磁流体呈凹截面，但仍能保持正常形状（图b）；当两侧压差增大到大于磁流体密封的承载能力时，密封液环先开始变形（图c），然后迅速形成穿孔（图d），此时被密封介质通过针孔流到下一级。如果不断地增加压差，则密封液环遭到破坏（图e）；如果被密封介质通过针孔流到下一级，下一级压力增加，压差减小，针孔愈合（图b）。因此，多级磁流体密封具有一定的破坏压力和恢复压力。为安全起见，通常使工作压力小于各级恢复压力的总和，即要具有一定的备用级。

图29.9-3 密封及密封破坏

a）密封不受压；b）密封受压；c）密封受压增强；d）密封穿孔；e）密封破坏

2.1 密封的耐压能力

磁流体密封中，当聚焦结构（极靴）达到磁饱和时，间隙磁场强度可达（1.19～1.587）×10⁶A/m。由于磁流体作为流体状态在磁场内服从修正的伯努利方程

式中 ρ——磁流体的密度；

M——磁流体的磁通密度；

H——间隙中的磁场强度；

h——高出水平面的高度。

上式中前三项为静压能、动压能和位能之和，第四项为考虑磁特性的附加项。磁性项与其它每一项组合，就产生新的流体现象，构成铁磁流体动力学的基础。因此，在密封设计中既应考虑它的流体动力性能的参数（如密度、粘度、粘温关系以及流体的切应力等），又应当考虑它的磁性（磁饱和强度、由聚焦结构-极靴所产生的磁场梯度等）。实践表明，提高磁场强度将增加密封的承载能力，但随着流体粘度的增加，其切应力也增加，因而增加了动力消耗，并使流体的温度升高，温度升高，磁饱和强度将下降，而密封的承压能力下降。

式（29.9-1）可以预计单级密封的耐压能力，当外加磁场强度很大时可近似地取