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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

磁性液体密封耐压能力参数化分析

针对某型飞机磁性液体密封,利用COMSOL有限元分析软件建立不同结构参数的磁性液体密封模型,计算不同密封间隙、极齿宽度、极齿高度、极齿位置、极齿形状下密封的磁场强度差值,进而判断不同磁性液体密封结构的耐压能力。研究结果表明：密封间隙、极齿宽度对磁性液体密封耐压能力影响较大,极齿高度和极齿位置对磁性液体密封耐压能力影响较小;极齿形状为梯形时密封效果最好。通过比较分析,选择最优磁性液体密封结构参数,为磁性液体密封耐压能力研究提供了理论依据。     

磁液密封装置

磁液密封装置工作介质采用磁性液体,它是铁磁性颗粒的胶体溶液,具有很高的磁性。如图1所示,旋转体1装在内有环形磁铁3的环形极靴2内,在轴和极靴之间的间隙内安放磁性液体4。它具有良好的流动性,可以充填间隙;并保持环形磁铁磁场,以达到可靠的密封。磁液密封装置与通常密封装置相比有很多优点。它有较高的密封性和可靠性,对密封表面加工光洁度要求较低。相反,在一定范围内较大的表面粗糙度还     

背向串联式磁性液体密封聚磁结构特性分析

背向串联式磁性液体密封的聚磁结构中有多个永磁环和极靴环交替相间排列,且相邻永磁环的极性彼此相反。采用ANSYS有限元软件对背向串联式磁性液体密封聚磁结构特性进行数值分析,分析永磁环厚度、极靴环厚度、密封间隙大小以及叠层环径向宽度等结构参数对密封间隙路径上的磁通密度分布特性的影响。结果表明,背向串联式磁性液体密封聚磁结构可以在相对有限的结构空间内,在其密封间隙路径上较好地形成强弱相间的周期性变化磁通密度分布;但是密封间隙路径上周期性出现的弱磁场区域内存在局部强磁场,不利于提高密封性能和结构紧凑性。     

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。     

磁性液体密封耐压与启动力矩的影响因素研究

由于驱动电机的功率和力矩的限制,一些动密封场合对启动力矩有着明确的要求,相较于传统的密封导致启动力矩较大,磁性液体密封在启动力矩方面有更大的优势。但是在不同的环境中,磁性液体密封的启动力矩波动较大,无法达到某些极端密封场合对耐压和力矩的双重要求,从而限制了磁性液体密封在该类密封场合的应用。以温度为切入点,就磁性液体密封的耐压能力和启动力矩进行理论和实验研究,得到温度与磁性液体密封耐压能力和启动力矩的关系。结果表明：磁性液体密封的间隙越小,耐压能力越大;温度越低,最大耐压值越大,-40℃时最大耐压值为80℃时的5倍;启动力矩随压力的增加而逐渐减小;温度越低,启动力矩越大,-40℃时的启动力矩接近20℃时的5倍,并且在低温磁液用量对密封启动力矩的有明显影响。     

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。     

高转速磁性液体密封结构的优化设计

普通磁性液体密封装置应用于高转速轴密封时,因离心作用的影响会引起磁性液体出现大量迁移,导致密封性能变差,高转速过程中产生的大量摩擦热引起磁性液体温度升高,导致磁性液体黏度降低、密封性能受损。设计一种适用于高转速的磁性液体密封结构,在普通磁性液体密封结构的基础上通过互换旋转磁极与静止磁极位置,消除离心力对磁性液体的影响;通过增加非导磁套筒,加快热量传递,降低磁性液体温度。对密封结构关键部件的几何参数进行优化,确定磁极和永磁体的径向尺寸、永磁体的轴向长度,优化后密封间隙处磁通密度分布更均匀,磁通密度梯度更大,密封性能最优。通过ANSYS分析,模拟出高转速磁性液体密封结构中磁通密度的分布和极齿上的磁通密度大小,证实密封结构优化的合理性。     

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。     

磁性液体密封与迷宫密封组合密封的结构设计及优化

目前,磁性液体密封作为一种新型密封方式,具有零泄漏、无污染、寿命长等优点,但存在着耐温差和耐压差能力相对较弱,高速工况下容易失效的问题。而迷宫密封作为传统密封方式,具有泄漏量大的缺点,但适用于高温、高压和高速的工况,可以很好地弥补磁性液体密封的缺点。因此,设计了磁性液体密封与迷宫密封组合密封的结构,对极靴和轴套的结构尺寸进行正交试验和响应曲面法优化,得到了使组合密封结构耐压值最大的结构尺寸,为高温、高压、高速工况实现零泄漏密封提供了理论基础。     

柔性极靴磁脂密封温度场和传热性能的研究

针对现有磁脂密封密封能力有限、运行时极靴易与转轴发生刚性磕碰;而刷式密封摩擦生热较大、不能实现零泄漏等问题,综合磁脂密封与刷式密封的特点,提出了新型柔性极靴磁脂密封。利用GAMBIT和FLUENT软件建立柔性极靴磁脂密封的数值分析模型,对比分析了柔性极靴磁脂密封理论上的温度场分布以及磁脂温升规律等传热特性。结果表明:密封的接触线速度、柔性丝的直径、排列倾角和安装过盈量都会对磁脂温度变化产生一定的影响;排列倾角和安装过盈量对磁脂温升的影响有限。由于涂层厚度过小,改变涂层材料,对磁脂温度的影响较小。此外,建立了柔性极靴磁脂密封试验系统,验证了随着转轴转速的增加,柔性极靴密封功耗和磁脂温度会有明显的上升。     

一种新型的可靠密封装置——ML型磁液密封器

磁液密封的工作介质是采用磁性液体,它是铁磁性颗粒的胶体溶液,具有很高的磁性。磁液密封器的结构示意图如图示,轴1为旋转体,极靴2内装有环形磁铁3,极靴和     

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%。     

磁流体密封性能的实验研究

本文设计加工了一套全新的磁流体旋转密封实验装置，能保证高性能磁源和有效防止漏磁，具有较高的实验精度。利用该实验装置，分别研究了磁流体密封的密封间隙、磁流体和饱和磁化强度、磁流体的注入量对密封耐压能力的影响，对实验现象和结果进行了分析与讨论。