工程师联盟科普系列 | 磁性液体密封原理与应用
工盟提示：磁性液体(有的也叫磁性流体或者铁磁性液体)是由磁性纳米颗粒, 经过特殊处理均匀分散到液体当中与其混合而成的一种固液相混的胶状液体。它既具有液体的流动性, 又具有磁性。磁性液体密封技术就是利用磁性液体对磁场的响应特性而实现的
磁性液体自20 世纪60 年代问世以来, 逐步被人们所认识, 应用也在逐步扩展。磁性液体密封是比较成熟的技术之一, 尤其在真空密封方面正在发挥越来越大的作用。但磁性液体密封是新近发展起来的密封技术, 人们对它认识不多, 加强宣传介绍力度, 对于扩展这项技术应用范围意义重大。本文仅从磁性液体及其密封原理、磁性液体密封技术的应用和密封件安装使用注意事项等方面做一简单介绍, 以求推动我国有关方面更好地应用这一技术, 促进产业化发展。
1、磁性液体及其密封原理
磁性液体(有的也叫磁性流体或者铁磁性液体)是由磁性纳米颗粒, 经过特殊处理均匀分散到液体当中与其混合而成的一种固液相混的胶状液体。它既具有液体的流动性, 又具有磁性。磁性液体密封技术就是利用磁性液体对磁场的响应特性而实现的。
当我们把制作精良的磁性液体注入到由高性能的永久磁铁、导磁良好的极靴、轴所构成的磁回路的间隙中, 在磁场的作用下, 磁液在间隙中形成数个液体“O ”型圈, 其数量与设计的凸牙个数相等, 当磁性液体受到压差作用时, 磁性液体在非均匀磁场中微略移动, 产生了对抗压差的磁力, 从而达到新的平衡,起到了密封作用, 这就是磁性液体的密封原理。在密封件内部由于只有导磁体与液体的接触密封, 因此它具有以下优点。
① 严密的密封性
目前所采用的酯基磁性液体能够对介质(大气或惰性气体) 进行严密的稳定的动密封、静密封。
② 不可测量的泄漏率
在静态实验下, 被密封介质的泄漏率在极限为1×10-11std·cc/s He 的质谱测定法下, 未能检出泄漏, 通常人们称磁性液体密封为零泄漏。
③ 寿命长
用于真空场合密封的磁性液体的基础液是一种惰性、稳定、低蒸气压的二酯基有机材料, 挥发量极低, 正常工作寿命一般可在5 年以上, 现在我公司设计、生产、制造的磁性流体密封件使用已超过三年多, 还未进行维修, 状况一直很好。
④ 可靠性高
磁性液体密封件在正压情况下产生瞬时过压击穿时, 一旦压力降低到密封可以承受的程度时, 密封效果依然能保持, 用于真空场合的磁性液体密封件一般要求其耐正压能力超过2kgf/cm 2, 因此使用的可靠性是相当高的。
⑤ 基本无污染
由于密封件本身不存在机械磨损, 磁性液体饱和蒸气压极低, 因而即使在高真空状态下使用也不会产生污染。
⑥ 高速性能好
磁性液体在旋转状态下, 内摩擦力极小, 功率损耗小, 因而具有高速运动的潜力, 有关资料介绍磁性液体密封的转速已应用在30000r/min 的场合。
⑦ 低摩擦, 低磨损、低发热
在装有轴承的密封件中, 除了轴承在旋转过程中的机械磨损外, 内部磁芯组件和转轴不直接接触,因而摩擦低, 磨损小, 发热低, 所需的运转动力小。
⑧ 良好的修复性
在使用当中, 因某些原因造成磁性液体密封失效,只要内部元件功能正常, 一般在现场用较短的时间即能使磁性液体密封件得以修复。
⑨ 无方向性密封
如果需要改变承压方向, 对于磁性液体密封件来说, 无需增加任何元件即能完成。
磁性液体密封件密封的可靠性、稳定性和使用寿命除了与应用的环境和条件有关外, 还与所加注的磁流液的品质和磁性液体密封件的结构设计优劣、加工、制造的质量有密切关系。评价磁流液品质的优劣主要有两个指标: 一是磁流液饱和磁化强度的大小;二是磁流液的稳定性。结构设计主要指磁性液体密封件各元件的材料选择、极靴齿形的型式、极靴与导磁套的间隙选定、耐压级数的确定以及磁路的合理计算、轴承组件与磁芯的相对位置等。加工制造的质量主要指为保证所设计的尺寸公差和形位公差而采取的工艺措施和检测方法。应该说良好的磁性液体密封,每级的耐压能力均大于或等于0.2个大气压。整体的耐压能力基本等于每级的耐压能力之和。从密封组件的结构来看, 如果按齿的位置划分, 有两种形式, 一是齿开在极靴上, 二是齿开在导磁套或者转轴上。齿的位置选定主要取决于转速的大小和是否采取水冷结构。密封组件如果按磁体与极靴的关系划分, 有单片磁体双极靴和多片磁体多极靴形式。而磁体本身有整块的磁环、磁柱形式和小圆片拼装形式,密封组件的结构形式一般是根据用户的作用工况确定。