真空的獲得是與密封分不開(kāi)的, 特別是旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封技術(shù), 是制約真空設(shè)備性能的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。過(guò)去由于無(wú)可靠的轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封技術(shù), 至今采用橡膠密封圈者有之; 采用端面靜密封加電機(jī)密封罩者有之; 或者做成內(nèi)藏式結(jié)構(gòu), 將驅(qū)動(dòng)電機(jī)與被驅(qū)動(dòng)裝置(如風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)) 全部置于密封工作膠體內(nèi)者亦有之。實(shí)際上后兩者本質(zhì)是一樣的: 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與真空腔相通。其致命弱點(diǎn)是通電導(dǎo)體在一定真空度條件下易產(chǎn)生真空放電, 損壞設(shè)備, 而且電機(jī)系統(tǒng)在真空條件下釋放出來(lái)的物質(zhì)容易污染真空環(huán)境, 影響設(shè)備性能。至于橡膠密封的缺點(diǎn)更是顯而易見(jiàn), 因接觸磨損使用壽命極短, 可靠性差, 易產(chǎn)生磨損粉塵、污染環(huán)境、更換維修工作量大等, 都是真空設(shè)備致命的缺點(diǎn)。轉(zhuǎn)軸磁流體密封技術(shù), 由于無(wú)接觸磨損、且磁液揮發(fā)量在10^-5g/cm²h以下, 因而其使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、轉(zhuǎn)軸摩擦轉(zhuǎn)矩小、功耗小、無(wú)磨損粉塵、環(huán)境清潔、維修工作量極小是真空設(shè)備轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)零泄漏最佳的密封技術(shù)。

       磁流體密封的技術(shù)核心包括兩個(gè)方面: 一是適合密封使用條件的磁流體的制備; 二是密封裝置的結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)與制造。磁流體一般包含三個(gè)組分:

① 鐵磁性納米級(jí)顆粒;

② 包裹顆粒的穩(wěn)定劑;

③ 一種適宜的液體作液態(tài)載體。

        密封件的結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)設(shè)計(jì)要考慮磁液特性、軸的大小與轉(zhuǎn)速、溫度環(huán)境、工作介質(zhì)特性、密封件與主機(jī)的連接方式等諸多因素。下面從設(shè)備類型、運(yùn)行工況和與之配套的磁流體密封件特點(diǎn)作簡(jiǎn)單介紹。

1、單晶爐傳動(dòng)軸密封

        單晶爐傳動(dòng)軸包括坩堝轉(zhuǎn)軸、晶轉(zhuǎn)軸、晶升軸。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速一般都不高, 最高不超過(guò)50r/min。工作溫度不超過(guò)120℃。真空度要求一般也不是很高,有的3Pa 已滿足要求。泄漏率要求較高, 美國(guó)KAYEX公司規(guī)定為1×10^-9std. cc/sec He。我們從事單晶爐傳動(dòng)軸磁流體密封件生產(chǎn)已經(jīng)近三年。配套主機(jī)包括T62、T70、T80型單晶爐、860D型單晶爐, CG23000型單晶爐、6000 型單晶爐,又從事進(jìn)口單晶爐的改造。軸的類型包括實(shí)心軸和空心軸。根據(jù)軸的材質(zhì)不同, 密封件有帶導(dǎo)磁套者, 也有不帶導(dǎo)磁套者。連接方式則有法蘭式和螺紋式之分。當(dāng)工作溫度超過(guò)80℃,密封件本身就必須帶水冷式結(jié)構(gòu)。密封件所用磁液則需選擇恰當(dāng)?shù)拇呕瘡?qiáng)度、粘度等性能指標(biāo)。實(shí)際使用效果表明, 我們所配單晶爐傳動(dòng)軸磁流體密封件完全能夠滿足主機(jī)對(duì)密封性能的要求, 且達(dá)到了三年免維修、仍繼續(xù)正常運(yùn)行的良好狀態(tài)。

2、鍍膜機(jī)擋板軸、工作轉(zhuǎn)動(dòng)軸和電極轉(zhuǎn)動(dòng)軸密封

        鍍膜機(jī)的類型、規(guī)格較多, 工作條件與技術(shù)要求各異, 但都存在電極與軸類動(dòng)密封問(wèn)題。其主要特點(diǎn)是: 真空度普遍要求較高, 達(dá)到10^-4Pa,軸的轉(zhuǎn)速也較單晶爐高, 且在某些情況下有軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的要求, 這是磁流體密封的難度所在。此外, 一些直徑超小的軸類, 其密封件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不能采用常規(guī)辦法。我們?cè)跒槌啥寄瞎鈱?shí)業(yè)有限公司配套鍍膜機(jī)磁流體密封件過(guò)程中已克服了上述障礙, 取得了良好效果。軸向3mm 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的磁流體密封經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn), 證明是可行的。Á 6超小直徑軸類磁流體密封件結(jié)構(gòu)也經(jīng)受實(shí)踐考驗(yàn), 并且從理論上說(shuō)更小一點(diǎn)的軸徑也應(yīng)該可行。

3、真空加熱爐(包括真空擴(kuò)散爐、真空釬焊爐、真空熱處理爐等) 傳動(dòng)軸密封

        此類設(shè)備對(duì)真空度的要求也較高, 如釬焊爐要求10^-4～10^-5 Pa,且軸徑較大,電機(jī)轉(zhuǎn)速很高, 大多采用二級(jí)馬達(dá), 轉(zhuǎn)速高達(dá)2940r/min, 工作溫度亦較高。因此, 在設(shè)計(jì)這些軸類磁流體密封件時(shí), 必須采取如下措施: 首先, 磁流體密封件本身必須帶冷卻水結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榇帕黧w工作溫度一般不應(yīng)超過(guò)80℃, 即使工作環(huán)境溫度不高, 但是軸徑較大, 轉(zhuǎn)速又很高, 在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中磁流體本身也會(huì)發(fā)熱, 密封件本身需要水冷。有資料介紹, 當(dāng)軸的線速度達(dá)20m/s以上時(shí)需水冷, 20m/s以下時(shí)不需水冷, 而我們的試驗(yàn)證明, 當(dāng)軸的線速度達(dá)到12m/s 以上時(shí), 磁流體發(fā)熱現(xiàn)象就已比較明顯, 就應(yīng)該采取水冷措施。

         其次, 對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的軸來(lái)說(shuō), 離心力對(duì)磁流體的影響不可忽略, 在密封組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)采取相應(yīng)措施。

         第三, 則是軸與極靴同心度問(wèn)題。由于這類軸較大, 且轉(zhuǎn)速很高, 如何保證軸與極靴間的間隙既能滿足密封要求, 又不至于因太小甚至沒(méi)有間隙而互相蹭磨, 是為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須十分注意的問(wèn)題。我們?yōu)槎�汽東風(fēng)公司刃具廠工具研究所改造從美國(guó)進(jìn)口的擴(kuò)散爐, 用我們的磁流體密封件代替美國(guó)進(jìn)口件取得了良好的效果。為蘭州真空設(shè)備廠配的釬焊爐密封件既有立式軸與有臥式軸, 都獲得了成功。當(dāng)然也有教訓(xùn), 出現(xiàn)過(guò)因?yàn)檩S與極靴的同心度沒(méi)有得到充保證而導(dǎo)致失敗。咎其原因, 主要是因?yàn)槲覀儧](méi)有充分注意到原設(shè)備的同心度要求不高, 又不想對(duì)其做太大的改變。這個(gè)問(wèn)題我們?cè)谔m州真空設(shè)備廠和首都機(jī)械廠都遇到過(guò)。一旦注意了這個(gè)問(wèn)題, 并采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施, 問(wèn)題都不難解決。

        真空加熱爐的另一個(gè)特點(diǎn)是, 有些真空爐, 如真空淬火爐, 除了加熱過(guò)程要求真空條件以外, 在淬火階段又有充0. 6M Pa 甚至更高壓力的N 2 氣的工藝要求。對(duì)于這種情況, 磁流體密封件也是可行的。實(shí)際上1M Pa 以下的壓力對(duì)于磁流體密封件來(lái)說(shuō), 結(jié)構(gòu)上差別不大。因此, 磁流體密封技術(shù)是真空熱處理爐實(shí)現(xiàn)高壓淬火最有力的幫手。

       真空設(shè)備還很多, 如真空泵等, 都有軸類動(dòng)密封問(wèn)題。我們成熟的磁流體真空密封和氣體壓力密封技術(shù)一定能助一臂之力, 使我國(guó)的真空設(shè)備更加完美, 品質(zhì)更加優(yōu)良。