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真空磁流體密封破壞機(jī)理的研究表明,因磁流體材料蒸發(fā)、沉積而造成密封失  效的境況很少,失效的主要原因是磁流體內(nèi)外兩側(cè)的壓差過大,超過其總的耐壓能  力密封物質(zhì)沖破各極靴間的密封環(huán),形成磁流體的噴射狀泄漏,并伴隨大量磁流  體的流失,使之無法自動恢復(fù)耐壓能力,造成永久性失效。因此,磁流體的耐壓能  力是確保密封件可靠工作的最主要性能參數(shù)。單級極靴的耐壓能力與極靴間隙、磁  流體的飽和磁化強(qiáng)度,磁流體的注入量、工作溫度以及傳動軸的轉(zhuǎn)速等因素的關(guān)  系,探討如下  (1)濃度與磁場強(qiáng)度  磁流體的耐壓能力與磁化強(qiáng)度的關(guān)系如圖3-26所示。磁流體的濃度影響其飽  和磁化強(qiáng)度,濃度越大流體能含磁粉微粒的數(shù)目越多,磁場強(qiáng)度越高,但過高的濃  度,由于磁流體的黏度加大,增加流體的內(nèi)摩擦,使轉(zhuǎn)軸的功耗加大,溫度升高。  般濃度取值在0.3~0.35g/mL為宜,此濃度對應(yīng)的磁化強(qiáng)度約為350~400Gs  (1Gs=10-4T)。

 

 磁流體耐壓能力與密封間隙的關(guān)系曲線。理論上密封間隙越小
其耐壓能力越高,但過小的間隙不僅難以加工,而且在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量會使  轉(zhuǎn)軸膨脹而卡死。綜合實驗數(shù)據(jù)與加工工藝,密封間隙最佳取值范圍為0.05~  0.30mm較好,在軸徑較小時,取0.1mm的間隙效果最佳  (3)磁流體的注入量  密封間隙一定的條件下,磁流體的耐壓與磁極間軸向長度有關(guān),以軸向長度密  封間隙形成的體積作為磁流體的注入量,而把磁靴與軸之間的空隙體積作為單位注  入量。磁流體的耐壓與注入量的實驗曲線如圖3-28所示?？梢钥闯?開始時磁流  體耐壓能力隨注入量線性增加,當(dāng)注入量增大到一定值后耐壓能力不再增加而是穩(wěn)  定在某一恒定值。取其開始到達(dá)最大耐壓值的注入量作為最佳注入量。圖3-28所  示注入量6倍以后,單極靴的耐壓值平衡在0.02MPa
3)磁流體的注入量  密封間隙一定的條件下,磁流體的耐壓與磁極間軸向長度有關(guān),以軸向長度密  封間隙形成的體積作為磁流體的注入量,而把磁靴與軸之間的空隙體積作為單位注  入量  磁流體的耐壓與注入量的實驗曲線  如圖3-28所示?？梢钥闯?開始時磁流  體耐壓能力隨注入量線性增加,當(dāng)注入量增大到一定值后耐壓能力不再增加而是穩(wěn)  定在某一恒定值。取其開始到達(dá)最大耐壓值的注入量作為最佳注入量。圖328所  示注入量6倍以后,單極靴的耐壓值平衡在0.02MPa

磁流體注入量/倍
圖3-28磁流體注入量與耐壓能力的關(guān)系  圖3-29耐壓能力與溫度的關(guān)系曲線
(4)磁流體工作溫度
圖329的曲線表明,溫度升高,耐壓能力下降。這是因為溫度升高,分子熱  運(yùn)動速度增加,使水久磁鐵和磁流體中磁時的有序排列被局部破壞,引起磁鐵的嬌頑力和磁流體飽和磁化強(qiáng)度下降,導(dǎo)致耐壓能力下降。當(dāng)磁流體密封組件處于高溫
工況時,可采用冷卻裝置把溫度降低到60℃以下  (5)轉(zhuǎn)軸的最高轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速對功耗的影響
轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速過高時,轉(zhuǎn)動的摩擦熱能使磁流體溫度升高,使流體中的分散劑脫  落,導(dǎo)致磁流體性能下降,造成密封失效。通常在高速傳動時,設(shè)置冷卻裝置,并且將轉(zhuǎn)軸的最高線速度控制在20m/s以下,處于真空室內(nèi)傳動軸的輸出端增設(shè)增速機(jī)構(gòu),用以滿足工藝需要的規(guī)定的轉(zhuǎn)速
6)多級磁靴串聯(lián)級數(shù)
單級磁流體極靴的密封耐壓能力最大只能達(dá)到2×10Pa,用于真空裝置的磁流體密封需要至少承受105Pa的大氣壓力。對矩形齒型組成的多級磁流體密封裝置,當(dāng)密封組件旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)度一定時,一般選取7~14級極靴串聯(lián)的磁流體密封的耐壓能力最大,此后再增加級數(shù),耐壓能力反而減小,原因是間隙中場強(qiáng)及其分布的變化影響到耐壓
對給定級數(shù)的密封裝置,提高耐壓可采用增加磁鐵尺寸和減少齒頂與軸間的間隙來實現(xiàn)。圖330給出了徑向間隙、壓差及磁鐵尺寸的關(guān)系曲線。徑向間隙L2通常取Lg=0.5~0.05mm,過小時機(jī)被的振動會引起齒頂與軸機(jī)械摩擦。密封軸的徑向跳動量一般限制在徑向間隙L的25%以內(nèi)。