基于一阶浮力原理的磁性液体密封液体介质的研究

发布时间：2020-10-10 04:20

　　磁性液体的主要应用之一是磁性液体密封,磁性液体密封具有长寿命、零泄漏、无污染等优点,因而广泛的应用于气体和真空密封。随着对磁性液体密封的深入研究,其应用范围不断扩大。在石油化工、海洋工程等领域,需要在液体环境下完成密封。在液体密封过程中,磁性液体与被密封液体直接接触,会产生乳化现象,很难保证磁性液体的密封性能。本论文为解决磁性液体密封液体介质的难题,提出了一种新的解决思路:在磁性液体中加入非导磁性固体颗粒,利用磁性液体的一阶浮力原理,将非导磁性固体颗粒排到磁性液体表面,弱化了磁性液体和被密封液体的直接接触,提高了磁性液体的密封性能。本论文主要进行了以下工作:(1)根据磁性液体密封液体的主要失效机理,提出一种利用磁性液体一阶浮力原理解决该问题的方法:在磁性液体中加入非导磁性固体颗粒,利用磁性液体的一阶浮力原理,将非导磁性固体颗粒排到磁性液体表面,弱化磁性液体和被密封液体的直接接触,提高了磁性液体的密封性能。(2)对比了不同种类磁性液体的特性,要保证磁性液体与被密封液体介质不会产生相互作用,根据本论文中被密封液体介质的物理、化学特性,选择一种机油基磁性液体。(3)搭建了界面观测实验台对添加非导磁性固体颗粒的磁性液体的密封机制进行研究。得出单极极齿下磁性液体体积是影响液体密封的重要因素。添加非导磁性固体颗粒的磁性液体密封变化过程的趋势与常规磁性液体是一致的,非导磁性固体颗粒在密封过程中能够减弱磁性液体和被密封液体之间的相互作用。(4)设计了液体密封实验件,利用软件ANSYS对极靴的齿宽、齿形等进行了耐压能力仿真,结合液体密封的失效与单个极齿下磁液量的关系,最终确定齿宽为0.5mm。(5)搭建了磁性液体密封实验台,对添加非导磁性固体颗粒的磁性液体进行了耐压实验与密封时长实验研究。实验得出添加非导磁性固体颗粒对磁性液体的耐压能力影响很小。添加非导磁性固体颗粒后,弱化了磁性液体与被密封液体介质的直接接触,相比常规磁性液体,密封时长最高提升了 21.5%。图48幅,表14个,参考文献57篇。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB42
【部分图文】：

磁化曲线,磁性液体,铁磁物质,磁化曲线

图１－２磁性液体和铁磁物质的磁化曲线逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｆｌｕｉｄ邋ａｎｄ邋ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑磁性液体对磁场的响应如图１－３所示。逡逑图１－３磁性液体对磁场的响应逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｏｆ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｆｌｕｉｄ邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｆｉｅｌｄ逡逑１．２．２磁性液体密封原理及特点逡逑磁性液体旋转密封是磁性液体材料在工程中最为典型和成功的应用，其原理逡逑简单易懂。磁性液体密封结构必须由导磁零件组成，这样才能实现磁场的聚集，逡逑形成磁力线回路。通常选用永久磁铁或者电磁铁作为磁性液体密封的磁源，磁回逡逑路的其他部分则由极靴、磁性液体和转轴组成。逡逑磁性液体密封是一种将磁性液体作为密封介质的非接触式密封［２７］，其密封性逡逑能与密封部件之间的压紧力无关。原理是利用磁性液体对磁场强度的响应特性，逡逑把磁性液体注入到密封间隙中，在磁场力的作用下，磁性液体在旋转轴表面形成逡逑类似０型密封圈的结构，防止密封介质泄露，从而

示意图,磁性液体,示意图

型的密封方式，在国防重要领域发挥了极其重要的作用。该密封结构包括转轴、逡逑永磁体、极靴和密封间隙处的磁性液体，可以形成磁性回路，将磁性液体束缚在逡逑密封间隙处。如图１－４所示，磁性液体被注入在转轴和极齿间的间隙内，在密封过逡逑程中，磁性液体受到极齿两侧的压力差而发生变形，变形的磁性液体在磁场力的逡逑作用下达到一个新的平衡状态，从而实现密封的效果［２８］。逡逑在运行过程中，被磁性液体连接的两个零件之间的相对运动几乎没有摩擦损逡逑伤，并且还能提供一定的润滑作用，这是磁性液体密封最独特的优点。这表明磁逡逑性液体密封在应用中具有低损耗、无污染，高润滑等优点。逡逑＿逦Ｌ—７—７’邋才１Ｊ逡逑（／／／／／／／ＡＸ逦轴磁液体极齿极靴逡逑图１－４磁性液体的密封示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｆｌｕｉｄ邋ｓｅａｌ逡逑磁性液体密封与其它传统方式相比较，具有以下特

叶轮泵,主轴,密封结构

性液体与被密封液体的直接接触可以有效地增加密封寿命。文章作者用有限元软逡逑件对密封界面附近的流场进行了流场仿真，并添加了隔离装置，这能血液泵的磁逡逑性液体密封时长增加。如图１－６三种改进的密封结构。逡逑４逦４逦４逡逑ａ密封结构逦ｂ密封结构逦ｃ密封结构逡逑卜永磁体；２－转轴；３－磁流体；４－极靴；５－挡板逡逑图卜６三种血泵磁性液体密封结构［４５］逡逑１－ｐｅｒｍａｎｅｎｔ邋ｍａｇｎｅｔ；邋２－ｓｈａｆｔ；邋３－ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｆｌｕｉｄ；邋４－ｐｏｌｅ邋ｐｉｅｃｅｓ；邋５－ｓｈｉｅｌｄ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－６邋Ｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｆｌｕｉｄ邋ｓｅａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｉｎ邋ｂｌｏｏｄ邋ｐｕｍｐ［４５］逡逑国内学者对磁性液体的研究也做了非常多的工作。逡逑８逡逑

【参考文献】