液体环境中磁流体密封失效机制与密封性能研究
磁流体密封能够实现轴与密封部件的无接触旋转，具有优异的耐久性。然而，用于密封液体时，由于结构及性能问题导致磁流体密封普遍存在不稳定性。随着应用领域的拓宽，开展磁流体密封液体的研究，在航空、船舶、核电、水电、医疗、化工等许多领域具有广阔的工程应用前景。本文从对现有装置用于密封液体存在的问题为出发点，研究了磁流体密封液体失效机制，提出一种优化聚磁结构，对液体密封发展有一定的指导意义。本论文的主要工作内容和得到的主要结论如下： （1）针对现有装置用以密封液体时耐压、耐久性能不足的问题，对传统磁流体密封结构用于密封液体性能展开研究。通过漏磁分析，确定极靴端部为楔形，楔宽为4mm，厚度为8mm，楔形角为45°，从而实现漏磁最小、间隙内磁感应强度最大的目的。用于液体密封时，分别以饱和磁化强度Ms和密封间隙Lg作为特征参数，拟合出其动态密封性能曲线，发现动态耐压能力和转轴转速之间为二次函数关系。密封耐压性、耐久性均与间隙呈负相关关系，尤其在高转速工况下，磁流体密封的耐久性随着间隙的增大不断降低，在0.7mm间隙下密封仅可持续45min。 （2）为了探究密封液体时发生失效的原因，提出一种非导磁轴聚磁结构，首次采用中空透明轴，从转轴内部观察静、动态失过程，分析液体密封失效机制。依据实验结果将静态失效过程分为挤压、渗透和磁流体“屏障”的破裂两个阶段；静密封在达到其临界密封压力时不会完全泄露，泄露通道只会循环开启，超过其临界压力密封才会完全泄露。动密封失效是由相溶、挤压、界面失稳综合而成的复杂机制引起的；达到临界转速时，界面处的流动由层流向湍流过渡，两种流体产生明显的分层、波动现象，磁流体薄膜及其不稳定，转速为700rpm时，密封瞬间发生泄露。 （3）提出一种优化聚磁结构，旨在提高磁流体密封用以密封液体的性能。对其密封液体性能展开研究，与传统结构密封性能进行比较。结果发现，优化结构的磁流体密封性能优于传统结构，尤其在大间隙密封结构中临界密封压力是传统结构的2-3倍。静态密封中，随着密封间隙的增加，密封性能下降，且磁流体对密封性能的影响仅与饱和磁化强度有关，而与磁流体的其他物性无关。动态密封中，磁流体粘度也会影响临界密封压力，粘度越高临界密封压力越大，粘度同样会影响动态密封的耐久性，在相同密封间隙下，耐久性和磁性流体的饱和磁化强度呈正相关而和粘度呈负相关；转速和密封间隙的增大，均会导致动态密封的耐久性下降。
磁流体密封;失效机制;聚磁结构;液体环境
西华大学
硕士
动力工程及工程热物理
祝宝山;李正贵
2022
中文
TB42
2022-11-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）