磁性液体大间隙旋转密封装置的设计及实验研究

针对大型船舶装备中大功率电机冷却蒸发介质的密封问题,设计一种五级九齿大间隙磁性液体与磁性润滑脂组合旋转密封装置,该装置适用于大型船舶高横摇性、高腐蚀性的环境场合。通过耐压公式的理论推导,得到密封耐压能力随磁性液体的饱和磁化强度、磁性润滑脂的屈服应力和密封间隙内磁场梯度的增大而增大的结论。采用ANSYS对该装置间隙内的磁场分布进行有限元分析。在密封实验台上对该装置进行密封耐压实验,结果表明:在最大间隙0.7 mm时,其单级耐压能力仍能达到18 kPa,密封能力随转速的递增保持稳定。理论和实验表明,设计的该密封适合具有腐蚀性环境下的大功率电机或其他高振动装备的大间隙密封场合。     

分瓣式密封装置磁性液体平面密封研究

为解决现有密封装置在试验、装配、使用中需要更换极靴造成的成本增加、效率降低等问题,设计一种磁性液体旋转密封与磁性液体平面密封相结合的分瓣式磁性液体密封结构,并且基于基尔霍夫第一定律和磁路欧姆定律理论,推导了磁性液体平面密封耐压性能理论,采用有限元分析法,针对不同密封间隙以及不同极靴齿宽,对平面密封结构间隙内磁场强度进行了模拟计算。结果表明:该结构具有很好的密封能力,密封间隙和齿宽都是影响密封性能的关键参数,密封间隙越大,漏磁现象越严重,密封性能越低;齿宽为0.4 mm时密封性能最佳,超过1.6 mm后,密封性能很低。理论分析与模拟结果能为不同密封装置性能的评价以及界面失效临界压力的预估提供参考。     

高速离心泵磁性液体新型旋转密封结构的设计及实验研究*

针对垃圾焚烧工程急冷系统中高速离心泵密封问题,设计一种五极六靴二十四齿的磁性液体旋转密封装置,该装置适用于焚烧的高温烟气环境条件,使用寿命长。理论上推导考虑温度和离心力因素的磁性液体密封耐压公式,得出密封耐压力为线速度的二次函数,温度的一次函数。用Ansys有限元分析软件计算该密封结构分别在间隙0.4、0.5、0.6和0.7 mm下的磁性液体磁场分布。结果表明:密封耐压能力随着密封间隙的减小而逐渐递增,而由于漏磁的存在,递增的程度并非线性的;磁力线分布表明,在第一、六极靴和二、五极靴处漏磁较大。密封实验中得出最大间隙为0.7 mm时单级密封耐压能力达到51.7 kPa。     

大间隙磁性液体与迷宫交替式组合密封的数值及试验研究

为了提高大间隙磁性液体密封的耐压能力,在多级磁源磁性液体密封的基础上提出一种新型的磁性液体与迷宫交替式组合密封结构并设计一种普通的具有二级磁源的磁性液体与迷宫交替式组合密封结构。试验研究0.3 mm到0.7 mm间隙下具有机油基、煤油基和酯基磁性液体的交替式组合密封耐压能力,数值模拟该交替式组合密封中密封间隙内的磁场强度,由磁性液体密封耐压理论计算出该交替式组合密封中磁性液体密封的理论耐压值,对交替式组合密封的试验结果与该交替式组合密封中磁性液体密封的理论耐压值进行比较和分析。结果表明,与多级磁源磁性液体密封相比,该交替式组合密封显示良好的密封能力;当密封间隙大于0.4 mm时,该交替式组合密封的耐压能力随着间隙的增大而减小。     

夹芯磁路下大轴径磁性液体密封性能研究

大直径轴的径向跳动使得磁性液体密封间隙大幅增加,严重削弱了磁性液体密封耐压性能。针对大直径大间隙轴密封耐压能力减弱问题,设计一种具有夹芯磁路的磁性液体密封结构。采用数值模拟的方法研究夹芯磁路下磁性液体密封结构的磁场特性与密封性能,分析夹芯磁路密封结构中密封间隙磁场分布特征,对磁性液体密封经典结构与该新型结构的理论耐压值进行比较和分析。结果表明：与经典磁性液体密封结构相比,该夹芯磁路新型密封耐压能力平均提高约20%,其中在大间隙下耐压能力提升效果更明显;相比于经典磁性液体密封结构,夹芯密封结构的内永磁体使得通过轴的近表面磁力线数量更多;且夹芯密封结构具有更大的磁通密度差值,因而具有更强的聚磁能力。     

极齿关键参数对磁流体密封热特性影响的试验研究*

为探讨磁流体密封极齿参数对磁流体热特性的影响,利用传热学理论构建磁流体密封装置的传热计算模型,研究不同转速下密封间隙、极齿宽度、极齿槽宽度和极齿高度与磁流体温度的关系。在磁流体密封实验台上研究密封间隙、极齿宽度、极齿槽宽度和极齿高度对磁流体温度的影响,并利用模型计算结果对试验结果进行了验证。试验结果表明:随着密封间隙和极齿高度的增加,磁流体温度逐渐减小,呈负指数变化趋势;随着极齿宽度的增加,磁流体温度线性增加;随着极齿槽宽度的增加,磁流体的温度基本不变;密封间隙对磁流体温度影响最大,其次是极齿宽度和极齿高度,极齿槽宽度对磁流体温度基本没有影响。研究表明,在一定范围内适当增加密封间隙和极齿高度,适当减小极齿宽度,可以在一定程度上减小磁流体的发热量,提高磁流体密封装置寿命。     

大功率电机磁性液体组合旋转密封的理论及实验研究

设计某装备中大功率电机用的牛顿型磁性液体与磁性润滑脂组合旋转密封。理论上推导2种磁性液体组合旋转密封时的耐压公式和摩擦功耗公式,表明耐压能力主要与密封级数、磁场强度、磁性液体饱和磁化强度及磁性润滑脂屈服应力有关,磁性润滑脂的黏性损耗与转速的(2n+1)(其中n为磁性润滑脂的流动指数)次方成正比。设计适用于大功率电机密封用的大间隙磁性液体及磁性润滑脂组合旋转密封结构,并在密封实验台上进行磁性液体密封耐压实验及磁性润滑脂旋转密封温度测试实验。验证理论分析的正确性及大功率电机磁性液体与磁性润滑脂组合旋转密封方式的可行性。     

离心压缩机磁流体密封设计及优化分析

针对现有密封方式难以解决离心压缩机旋转主轴线速度高所引发的密封困难问题,设计一种带有降温和降压功能的新型磁流体密封装置,基于磁流体运动方程建立考虑离心力影响的磁流体旋转动密封耐压计算公式,利用有限元数值分析方法研究该密封装置密封间隙内磁感应强度分布规律,分析各结构参数对密封性能的影响,运用正交试验和响应曲面优化方法对关键结构参数进行优化设计。结果表明：当转轴线速度较高时,离心力对密封性能有显著影响;密封压力值随着永磁铁厚度和永磁铁宽度的增加,先增加后趋于平稳,随着密封间隙的增加而降低,随着齿宽、齿高和槽宽增加,先增加后减小,各参数对密封性能的影响程度由大到小依次为密封间隙、齿宽、槽宽、永磁铁宽度、齿高、永磁铁厚度;优化后磁流体密封的结构参数为密封间隙0.1 mm、极齿宽度1.274 mm、齿高1.8 mm、槽宽2.236 mm、永磁铁厚度7 mm、永磁铁宽度20 mm;优化后密封压力值为0.721 MPa,远高于工况要求密封压力值。     

大间隙磁性液体静密封研究

为满足航空、航天、冶金等领域大间隙静密封要求,建立磁性液体静密封试验台,设计出磁性液体静密封试验件。在试验台上对磁性液体静密封进行深入研究,通过试验得出磁性液体静密封耐压、磁性液体注入量与密封间隙、密封温度和磁性液体磁化强度的关系。从理论上,计算试验件密封间隙中磁场分布,推导出磁性液体静密封耐压和温度关系的解析表达式,计算磁性液体静密封在不同间隙,不同饱和磁化强度下的最大耐压能力。理论分析和试验表明,在大间隙下磁性液体静密封能够满足一定耐压要求,具有实用价值。     

光束定向器方位轴磁流变液密封的设计与优化

为满足光束定向器方位轴内气体的密封要求,设计一种外筒分离式的磁流变液密封结构,主要由磁流变液、极靴、永磁体、外筒和内筒组成。利用Maxwell建立该密封结构的简化模型,仿真分析密封结构的磁感应强度及其分布情况。分析磁流变液密封结构中极齿形状对耐压值的影响,得出在密封间隙为0.12～0.22 mm时,单侧倒角齿形的磁流变液密封性能更好。采用正交试验法对密封间隙、齿宽、齿高、槽宽和单侧倒角等齿形参数进行优化,正交试验结果表明：密封间隙对磁流变液密封耐压值影响最大,其次是极齿宽度,槽宽、倒角角度和齿高对耐压值的影响较小。最终得到一组最优参数,优化后的磁流变液密封的密封性能提高了199.4%。     

新型变齿磁流体密封结构设计及性能研究

为提高磁流体密封耐压能力,在传统磁流体密封结构基础上提出一种新型变齿磁流体密封结构.基于磁流体密封耐压理论,利用ANSYS Maxwell软件对新型变齿结构密封间隙内磁感应强度大小分布进行研究,采用控制变量法分析变齿宽系数、变齿高系数2个因素单独及共同对磁流体密封耐压性能的影响.结果表明:随着变齿宽系数的增加磁流体密封...     

水轮机主轴磁流体密封间隙流场关键参数研究

水轮机主轴磁流体密封装置间隙流场因工况和物理场的复杂性一直是磁流体密封研究难点。为研究水轮机主轴磁流体密封装置间隙内磁流体流动特性,建立主轴密封间隙流场数值模型并通过试验进行了验证;通过数值计算研究密封间隙、极齿宽度、极齿高度和极齿槽宽度对磁流体流动的影响。结果表明：极齿附近磁流体不受结构参数影响,基本保持不动;当密封间隙小于0.6 mm时,间隙内磁流体基本不发生流动,当密封间隙超过该值后,极齿槽和永磁体附近磁流体随间隙增加流动加剧,速度线性递增;极齿槽和永磁体附近磁流体随极齿宽度递增流动减弱,速度先线性递减,在3.0~3.5 mm极齿宽度时急剧减小,最后趋于稳定;随着极齿高度和极齿槽宽度逐渐增加,极齿槽和永磁体附近磁流体流动会减弱,极齿槽附近磁流体速度在极齿高度为1.0~3.5 mm和极齿槽宽为3.0~12 mm速度急剧减小,最后趋于稳定,而永磁体附近磁流体速度一直呈线性递减。     

矿山装备关键旋转件轴-径组合式磁性液体密封结构设计及性能*

针对传统机械密封运行阻力大、寿命短和轴向式磁性液体密封适用性差等问题,结合矿山装备旋转部件的高转速、重载荷工况特点,提出一种新型轴-径组合式磁性液体密封结构。对密封结构中关键部件的尺寸参数进行优化;用ANSYS软件对轴-径组合式与单一轴向式密封结构进行磁场特性仿真,并将2种密封结构的密封性能进行对比。结果表明：新型轴-径组合式磁性液体密封的结构设计合理,可有效避免因离心力造成的高速旋转轴密封失效问题,且相比于单一轴向式磁性液体密封结构其耐压能力提高了527%,验证轴-径组合式密封结构的可靠性。     

分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能试验研究

某型大容量蒸发冷却电机上采用的磁脂旋转密封装置具有分瓣结构、运转线速度高、密封间隙大、密封直径大等特点。为测试其耐压性能,建立分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能试验平台,在转轴极齿间及靠近腔体内侧布置压力传感器测点,测试各道磁脂密封耐压压力,研究极齿间距、线速度等参数对分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能的影响。结果表明:各道极齿间的密封耐压性能分布规律与理论值不一致;极齿间距越大,则该道磁脂密封耐压能力相对较高;在一定范围内,线速度对各道磁脂密封耐压能力影响很小。     

Coaxial twin-shaft magnetic fluid seals applied in vacuum wafer-handling robot

Compared with traditional mechanical seals,magnetic fluid seals have unique characters of high airtightness,minimal friction torque requirements,pollution-free and long life-span,widely used in vacuum robots.With the rapid development of Integrate Circuit(IC),there is a stringent requirement for sealing wafer-handling robots when working in a vacuum environment.The parameters of magnetic fluid seals structure is very important in the vacuum robot design.This paper gives a magnetic fluid seal device for the robot.Firstly,the seal differential pressure formulas of magnetic fluid seal are deduced according to the theory of ferrohydrodynamics,which indicate that the magnetic field gradient in the sealing gap determines the seal capacity of magnetic fluid seal.Secondly,the magnetic analysis model of twin-shaft magnetic fluid seals structure is established.By analyzing the magnetic field distribution of dual magnetic fluid seal,the optimal value ranges of important parameters,including parameters of the permanent magnetic ring,the magnetic pole tooth,the outer shaft,the outer shaft sleeve and the axial relative position of two permanent magnetic rings,which affect the seal differential pressure,are obtained.A wafer-handling robot equipped with coaxial twin-shaft magnetic fluid rotary seals and bellows seal is devised and an optimized twin-shaft magnetic fluid seals experimental platform is built.Test result shows that when the speed of the two rotational shafts ranges from 0-500 r/min,the maximum burst pressure is about 0.24 MPa.Magnetic fluid rotary seals can provide satisfactory performance in the application of wafer-handling robot.The proposed coaxial twin-shaft magnetic fluid rotary seal provides the instruction to design high-speed vacuum robot.     

Analysis of Magnetic-Fluid Seals

The paper offers a basic investigation of magnetic-fluid sealing. The objectives aimed at quantitative relationships between the parameters of the magnetic circuit, the properties of the fluid, and the resulting Δp capacity of a single or multistage seal. The pole pieces were investigated with the aim of arriving at an optimum configuration which would yield maximum sealing capacity for a given total space. It is shown that lines of constant intensity represent to a good approximation also lines of constant pressure and thus potential interfaces for the magnetic fluid; and that maximum sealing capacity is obtained when tooth width is twice and intertooth spacing three times the clearance.     

磁流体液体动密封装置中磁极参数的优化设计

根据磁流体密封的工作原理，通过对密封结构模型的简化，采用有限元方法数值计算了磁极参数不同时密封间隙中磁场的轴向分布。根据磁场分布对密封性能的影响，选取了磁流体液体动密封装置中磁极的合适形状，确定了磁极极尖宽度和磁极倾斜角等参数的最佳值。     

新型矿用排水泵入口段口环密封结构优化研究

以某型号矿用排水泵入口段口环密封为研究对象,采用数值仿真方法,研究排水泵迷宫密封内部流动特征,分析迷宫密封结构尺寸与形状对其泄漏量的影响。结果表明:迷宫的间隙尺寸对密封性能的影响最大,间隙宽度和节流齿宽度的变化将导致泄漏量的大幅变化;相比直齿结构迷宫密封,异形齿结构有利于湍流充分发展,从而可以提高密封性能;通过分析复杂迷宫密封的内部流场,得到适用于排水泵的优化的迷宫密封结构。