磁流體密封原理及性能參數

2009-04-04 真空技術網真空技術網整理

圖29.9-2中，圓環形永久磁鐵1，極靴2和轉軸3所構成的磁性回路，在磁鐵產生的磁場作用下，把放置在軸與極靴頂端縫隙間的磁流體4加以集中，使其形成一個所謂的“O”形環，將縫隙通道堵死而達到密封的目的。這種密封方式可用于轉軸是磁性體（圖29.9-2b）和非磁性體（圖29.9-2c）兩種場合。前者磁束集中于間隙處并貫穿轉軸而構成磁路，而后者磁束并不通過轉軸，只是通過密封間隙中的磁流體而構成磁路。

圖29.9-2 磁流體的密封原理及其密封方式

a）剖視圖；b）、c）剖面圖

1—永久磁鐵；2—極靴；3—旋轉軸；4—磁流體

由于磁流體密封中，磁流體會有損耗，可考慮設置磁流體補給裝置。因工作中溫度升高會影響密封的耐壓能力，故需裝設冷卻水槽。

圖29.9-3為磁流體密封破壞過程示意圖。當兩則無壓差時，極靴處密封液環保持正常形狀（圖a）；當兩則有壓差時，密封磁流體呈凹截面，但仍能保持正常形狀（圖b）；當兩側壓差增大到大于磁流體密封的承載能力時，密封液環先開始變形（圖c），然后迅速形成穿孔（圖d），此時被密封介質通過針孔流到下一級。如果不斷地增加壓差，則密封液環遭到破壞（圖e）；如果被密封介質通過針孔流到下一級，下一級壓力增加，壓差減小，針孔愈合（圖b）。因此，多級磁流體密封具有一定的破壞壓力和恢復壓力。為安全起見，通常使工作壓力小于各級恢復壓力的總和，即要具有一定的備用級。

圖29.9-3 密封及密封破壞

a）密封不受壓；b）密封受壓；c）密封受壓增強；d）密封穿孔；e）密封破壞

2.1 密封的耐壓能力

磁流體密封中，當聚焦結構（極靴）達到磁飽和時，間隙磁場強度可達（1.19～1.587）×10⁶A/m。由于磁流體作為流體狀態在磁場內服從修正的伯努利方程

式中 ρ——磁流體的密度；

M——磁流體的磁通密度；

H——間隙中的磁場強度；

h——高出水平面的高度。

上式中前三項為靜壓能、動壓能和位能之和，第四項為考慮磁特性的附加項。磁性項與其它每一項組合，就產生新的流體現象，構成鐵磁流體動力學的基礎。因此，在密封設計中既應考慮它的流體動力性能的參數（如密度、粘度、粘溫關系以及流體的切應力等），又應當考慮它的磁性（磁飽和強度、由聚焦結構-極靴所產生的磁場梯度等）。實踐表明，提高磁場強度將增加密封的承載能力，但隨著流體粘度的增加，其切應力也增加，因而增加了動力消耗，并使流體的溫度升高，溫度升高，磁飽和強度將下降，而密封的承壓能力下降。

式（29.9-1）可以預計單級密封的耐壓能力，當外加磁場強度很大時可近似地取