卧式柱塞泵曲轴的磁性液体密封设计*

卧式柱塞泵曲轴密封的可靠运行是曲轴轴承实现润滑与液压支架稳定供液的重要基础。基于磁性液体密封理论,设计一种单磁源梯度齿宽磁性液体密封结构,采用数值模拟的方法研究磁性液体密封结构的磁场分布特征,并分析不同密封间隙和转速对密封耐压性能的影响。结果表明：与均匀极齿宽度磁性液体密封结构相比,梯度极齿宽度密封结构平均耐压能力约提高11%;梯度齿宽密封结构中,随着极齿与永磁体距离的增大,各极齿耐压能力逐渐增强;随着密封间隙的增大,离心力引起密封失效的极限转速逐渐减小。     

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。     

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。     

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。     

磁性液体往复运动密封耐压公式的理论研究

为了正确得出和验证磁性液体往复运动密封耐压公式,研究了磁性液体往复运动密封中磁性液体的运动机理,利用有限元法分析了密封件的磁场分布及静止耐压能力。利用磁性液体动力学的Navier-Stokes方程与电磁学中的麦克斯韦方程联立推导了磁性液体往复运动密封的耐压公式。在往复运动密封试验台上验证了转速、行程等参数对密封耐压能力的影响。     

基于纳米磁性液体的托辊密封与润滑设计及仿真

针对托辊通常采用的迷宫密封和唇形密封存在的不可靠、寿命短等问题,提出基于纳米磁性液体的托辊密封与润滑方案。通过设计托辊内外磁性液体密封件,选用兼顾密封与润滑性能的纳米磁性液体,形成可靠液体密封的同时对轴承进行润滑。利用ANSYS有限元软件分析磁性液体密封结构的磁场强度分布规律,计算密封间隙处磁感应强度和磁性液体密封的耐压能力。仿真结果表明,托辊的磁性液体密封结构设计合理,密封耐压能力满足使用要求。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

高黏度非牛顿磁性流体密封耐压性能分析

采用ANSYS分析软件对高黏度非牛顿磁性流体密封的磁场进行有限元数值模拟,通过得出的实际密封简化耐压公式计算该密封的耐压能力.结果表明:高黏度非牛顿磁性流体密封能力好于普通牛顿磁流体密封,且由于高黏度非牛顿磁性流体密封的磁极与转轴间隙可以更大,所以适用于轴径向跳动量大的场合,应用范围更广泛.     

基于PTFE矩形密封圈的高压容器密封结构设计

PTFE矩形密封圈具有耐化学性能好、截面稳定性高等优点,可以有效解决腐蚀性介质的密封问题。但在实际使用中,PTFE矩形密封圈及其适配沟槽的尺寸设计缺乏参考依据。针对上述问题,根据高压容器端面密封结构的形状与受力特征,在Ansys Workbench中建立PTFE矩形密封圈的二维轴对称模型,采用双线性等向强化模型表征PTFE的力学性能,对基于PTFE矩形密封圈的高压容器端面密封结构进行分析和设计,讨论压缩率、PTFE矩形密封圈几何参数和沟槽结构参数对高压容器端面密封性能的影响。结果表明,压缩率、矩形圈的高度和宽度以及矩形圈与沟槽侧壁的间隙对密封性能的影响较大,而内径对密封性能的影响较小,因而设计时应优先考虑沟槽深度、矩形圈的截面尺寸以及与沟槽的装配位置等参数。确定PTFE矩形密封圈及适配沟槽的尺寸后,采用有限元仿真手段验证了设计的密封结构在常温30 MPa高压下的密封性能,证实了设计的合理性。     

柔性钻杆O形圈球面密封性能研究

柔性钻杆已成为老井改造和增产提效的重要工具,为保障柔性钻杆球面密封的可靠性,对设计的一种O形圈球面密封结构开展数值模拟和试验研究。基于ANSYS有限元分析软件探究密封间隙、流体压力、转动角度以及有无挡环等因素对O形圈von Mises应力、接触应力、有效密封宽度等密封特性参数的影响。结果表明：流体压力与密封间隙存在耦合关系,流体压力越高要求密封间隙越小;往复转动会导致最大von Mises应力和最大接触应力升高,且随着密封间隙增大而影响加剧;挡环的安装可有效防止在密封间隙和流体压力较大时O形圈挤入缝隙。通过室内试验验证了O形圈球面密封结构的可靠性,为现场应用提供了理论依据和技术支撑。     

典型磁流体密封结构磁场有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件进行了较大密封间隙的典型三极齿磁流体密封结构的磁场有限元分析，并将密封间隙的磁通密度分布分为轴向和径向分别进行分析和讨论，结果表明：在靠近导磁轴的一侧，中间极齿附近磁通密度差值远小于靠近极齿侧的差值；同时密封间隙处存在显著的、会造成磁性液体纳米粒子浓度梯度分布的径向磁通密度梯度。这两个效应使靠近导磁轴一侧的区域成为密封截面上最薄弱环节，是造成较大密封间隙的磁流体密封性能下降的主要原因。