【doc】磁流体密封自修复的试验研究【doc】磁流体密封自修复的试验研究 磁流体密封自修复的试验研究 第18卷第3期 1998年9月 摩擦学 TRIBoIoGY v0I18.No3 ScD.1998 研究论文(2634267) 磁流体密封自修复 7 的试验研J究 刘颖王全胜王建华 (北京蠢i丐械工程系北京100081) I令-i? (中国科学院低温技秉耍噩耳吣北京100080) 摘要通过磁流体密封试验观察了磁流体密封破裂后的自修复过程.研究了导致磁流体密封破 裂的加压速率,破裂移=数,密封磁场梯度,磁极的密封齿级数和磁...

　　【doc】磁流体密封自修复的试验研究 磁流体密封自修复的试验研究 第18卷第3期 1998年9月 摩擦学 TRIBoIoGY v0I18.No3 ScD.1998 研究论文(2634267) 磁流体密封自修复 7 的试验研J究 刘颖王全胜王建华 (北京蠢i丐械工程系北京100081) I令-i? (中国科学院低温技秉耍噩耳吣北京100080) 摘要通过磁流体密封试验观察了磁流体密封破裂后的自修复过程.研究了导致磁流体密封破 裂的加压速率,破裂移=数,密封磁场梯度,磁极的密封齿级数和磁极圾数等因素对磁流体密封自 修复后承压能力的影响规律.结果

　　明:加压速率越太.破裂次数越多.磁场梯虞越小.则自修复 程度越低;齿级数过多会降低磁流体密封的自修复能力.而采用多磁极少齿级密封结构可使磁 流体损耗后得到较好的补充.从而提高磁流体密封的自修复能力. 关键词磁流体密封自修复 -.__一——,?_.一 分类号THl36 磁流体密封是一种具有多种优良特性并已获得广泛应用的新型密封

　　,其特点是在 磁流体密封承受压差过大而破裂后,一旦所受压差降至一定程度,磁流体密封将自动修复, 重新起到密封承压作用.许多关于磁流体密封的研究仅初步涉及到磁流体密封的自修复功 能口].考虑到磁流体密封应用中可能发生密封破裂而仍继续使用的情况,本文通过试验研 究了磁流体密封破裂后的自修复能力及其影响因素. 1试验方法 试验装置如图】所示.根据试验需要,将磁流体密封的磁极级数和磁极上的密封齿级数 进行了相应调整.所用磁铁的磁通量和磁铁数量也有所改变.在磁流体密封的腔体内采用气 体作为被密封介质,通过调接单位时间内进出密封腔体的气流量来控制磁流体密封所施加 的压力及加压速率的大小,由密封腔体上的压力表显示磁流体密封压差.在密封轴左端加一 水槽,使磁流体密封的左外端浸入水中,以便观察密封处气体的泄漏情况. 2试验结果与讨论 对磁流体密封破裂后的自修复而言,主要要求修复后密封的承压能力足够高.以磁流体 1997—01—30收到初樯1998—06—18临到修改稿/本文通讯联系人刘颖. 刘羁男4O岁.副教授,目前主要扶事砬汽体密封性能研究.发表诧文2O亲祷. 王全胜男,3O岁.讲师,目前主要从事功能梯度

　　研究,发表论文1o采篇 王建华女,59岁.教授,目前主要从事磁漉体密封性能研究.发表论文50条辅 阌令文男,_31岁,工程师目前主要从事低温医疗器械研究与开发,发表论文lo糸 264摩擦学第l8卷 密封破裂后自修复所能承受的最大压差(修复极限压差)与破裂前所能承受的最大压差(极 限压差)之比来表征磁流体密封破裂后自修复的程度,其高低取决于磁流体密封破坏的过程 和磁流体自修复的能力等因素. 2.1加压速率及破裂次数对磁流体密封自修复的影响 当磁流体密封结构为2级磁极,每磁极为3级密封时,以不同的加压速率对磁流体密封 加压直至密封破裂.当加压速率很慢时,密封承压到一定程度才出现泄漏,密封的破裂表现 为密封间隙外缘处磁流体向外凸出并有气泡从密封间隙处成串逸出,此时密封承受的压差 为磁流体密封的极限压差.若停止加压,密封腔体内压力随被密封气体的泄漏略有降低,此 时,磁流体密封立即自动修复并在再次加压时仍能达到原有的极限压差.当对磁流体密封实 行高速加压时,磁流体密封的破裂表现为被密封气体携带一定量的磁流体从密封处迅速冲? 5 FlMagneticfluidsealingstructure 1一Shaft2一SeMiringt3一SealedcontaJner,4一Pressuremeter5一Magneticfluid.6 一Source ofgast7一lnlakevalMe8一Dischargevalt9一Magnet10一Magneticpole. 图l磁流体密封结构 1轴.2密封环3一被密封 腔伴4一压力表5磁流体,6一气源,7一进气阔.8,排气闱9一磁铁.1o磁扳. 出.当密封腔体内的压力随着气体外泄迅速下降至某一值时,磁流体密封自动修复.此时对 磁流体密封再加压,磁流体密封并不立即破裂,而是在承受压差上升至某一值时才 发生破 裂.该压差高于自动修复时的压差但低于破裂前的极限压差,称为磁流体密封的修复极限压 差.磁流体密封自动修复时的压差低于修复极限压差的原因在于,气体外泄使磁流体偏离密 封间隙处磁场吸引力最强点,而密封腔体内压力下降至一定程度,密封自动修复后,磁流体 可返回磁场吸引力最强点,此时则需比自动修复时更高的压差才能使磁流体密封再次破裂. 试验发现,磁流体密封的修复极限压差与密封破坏时的加压速率有关.当加压速率增大 时,修复极限压差降低.这是由于加压速率越大,密封破裂时被冲出密封间隙的磁流体量越 多(磁流体密封承受压差的能力与密封间隙处的磁流体量有关),甚至可造成一些密封齿 下因磁流体量过少难形成完整的磁流体密封环,因而导致了修复极限压差的降低.不同加 压速率下每一次破裂后修复的结果见表l_可见,当加压速率较低时,虽经多次破裂,磁流体 第3期刘颧等.磁流体管封自修复的试验研究265 密封通过自修复仍能达到多次破裂前的密封承压水平.而当加压速率较高时,随破裂次数的 增加.磁流体密封自修复的程度逐渐降低. 2.2密封齿下磁场梯度对磁流体密封自修复的影响 保持磁流体密封结构为2磁极,每磁极为3级密封齿不变,以大,中,小3种不同磁通量 丧l磁流体密封破罨;『时加压速率和破裂次数对自恪复的影响 TablelTheinfluenceofrateofpressureincreasing andburstingtimesofmagneticfluidsealonself—restoringofmagneticfluidseal 的永久磁铁分别作为密封磁路的磁源来改变各磁极密封间隙中的磁场梯度?H.由于磁路 计算采用近似方法且密封间隙太小,通常难以确定磁极各密封齿下的磁场梯度分布.但根据 磁流体密封极限压差?P??H,可用Ap的 变化来间接反映各齿下?的平均变化,其试表2磁流体密封极限压差与自修复的关系 .可见,随着?,),即AH平 验结果见表2所示 均值的增大,磁流体密封的修复极限压差相应 提高.这主理是囡为?H平均值的增大提高了 各密封齿对磁流体的吸引力,在,定程度上减 少了密封破裂时由于密封气体外泄冲走的磁流 体的量.因而使磁流体密封能达到较高的修复 极限压差.所以通过提高密封磁路总磁通员和 Table2TherelatjOnof anti—pressurecapacitywithself—restoring P{MPaRes*ori~gralio 0.32 O.{ O62 O.67 优化磁路及密封齿形的设计.可增大AH并提高磁流体密封的极限压差和修复极限压差. 2,3磁极密封齿级数对磁流体密封自修复的影响 固定密封磁路的总磁通量,对2个磁极的密封齿级数均为2,3,5的磁流体密封进行试 验,结果见袁3.试验表明:随着齿级数的增加.密封的极限压差逐步提高,而每一级齿上的 表3磁流体密封磁极齿级数对自修复的影响 Table3Theinfluenceofthenumberofsealingteethonserf—restoring 平均极限压差有听降低,修复极限压差则明显降低.这是因为密封齿级数增加使各级齿的 ?H平均值降低.因而减弱了各级齿对磁流体的吸引力;此外,总的极限压差提高使密封腔 体内的压力增大.密封破裂时气体通过各级齿时的流速也增大,从而导致密封破裂时从密封 266率擦学第l8卷 间隙处冲走的磁流体量增多,降低破裂后的自修复能力.所以,采用简单增加磁极的齿级数 来提高磁流体密封的承压极限并不是提高磁流体密封综合性能的最佳选择. 2.4磁极级数对磁流体密封自修复的影响 磁流体密封自修复程度的高低取决于密封破裂后密封间隙处剩余磁流体量的多少.所 以只要能给密封间隙补充磁流体,就能提高磁流体密封的自修复能力.通常采用磁极为多级 密封齿的磁流体密封结构[见图2(a)],每个磁极中2个最外侧齿的外缘能储存一定最的磁 123123 {b) Fig2Distribution0fmagneticfluidundersealingteeth 1--Shaftt2一Maglteti,pok,3--Magneticfluid. 图2磁流体在磁极密封齿下的分布 1轴.2一磁扳,3磁流悻. 流体用于补充磁流体损耗,而磁极中间各级齿的密封间隙只能存有很少量的磁流体且损耗 后得不到补充,因而密封破裂后的自修复能力较低.本试验用多磁极少齿级的磁流 体密封结 构[见图2(b)],试验结果见表4.可知,增加磁极级数而减少每极的齿级数,能提高各磁极最 外侧的齿级总数(即能获得磁流体补充的齿级总数)占磁流体密封总齿级数的比例,从而提 丧4磁流体密封磁极擞对直修复的影响 Table4Theinfluenceof magneticpolenumberonself—restoring 高磁流体密封在较高加压速率下单次 或多次破裂后的自修复能力. 3结论 a.磁流体密封破裂后的自修复 能力与密封破裂时的打【『压速率,密封 破裂次数及磁场梯度有关.加压速率 越大,破裂次数越多,磁场梯度越小, 则自修复程度越低. b.磁流体密封破裂后的自修复能力与各磁极的密封齿级数有关齿级数过多将降低 磁流体密封的自修复能力. c.磁流体密封的自修复能力与磁流体损耗后得到补充的程度有关.采用多磁极少齿 级密封结构可使磁流体损耗后得到较好的补充,从而提高磁流体密封的自修复能力. 第3期刘颢等:磁流体密封自修复的试验研究267 参考文献 神山新一磁性流体三,润精[日],1982,27(3):153,158 邹继斌,陆永平,齐毓霖.磁性流体高压密封能力的计算与试验研究.峰擦学.]993,13(1):】,7 刘若茜,董增仁.磁流体密封器聚焦结构的有限元分析.电工电能新技 术.199],2:4l,46 ExperimentalResearchonSelf—restoring ofMagneticFluidSeal LiuYingWangQuanshengWangJianhua (Departme~,tofMechanicalEngineering BeOingInstitz~tetjTechnologyBeijing100081China YanLingwen (CryogemcI~aboratorytheChineseAcademyofSciencesBeiji100080China) AbstractMagneticfluidsealhastheself—restoringcapacityafterbursting.Theanti— pressurecapacityofmagneticfluidsealafterrestoringisimportentforapplication.The self—restoringprocesswasobserved.Theinfluenceofincreasingrateofpressure?the burstingtimesofmagneticfluidseal,magneticfieldgradientundersealingteeth,the numberofsealingteethonmagneticpoles,andthenumberofmagneticpolesonanti— pressurecapacityofrestoredmagneticfluidsealwasstudied.Someconclusionsvaluable forincreasingself—restoringcapacityofmagneticfluidsealweresummarized Keywordsmagneticfluidsealself—restoring ClassifyingnumberTHI36

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