真空磁流体密封破坏机理的研究表明,因磁流体材料蒸发、沉积而造成密封失  效的境况很少,失效的主要原因是磁流体内外两侧的压差过大,超过其总的耐压能  力密封物质冲破各极靴间的密封环,形成磁流体的喷射状泄漏,并伴随大量磁流  体的流失,使之无法自动恢复耐压能力,造成永久性失效。因此,磁流体的耐压能  力是确保密封件可靠工作的最主要性能参数。单级极靴的耐压能力与极靴间隙、磁  流体的饱和磁化强度,磁流体的注入量、工作温度以及传动轴的转速等因素的关  系,探讨如下  (1)浓度与磁场强度  磁流体的耐压能力与磁化强度的关系如图3-26所示。磁流体的浓度影响其饱  和磁化强度,浓度越大流体能含磁粉微粒的数目越多,磁场强度越高,但过高的浓  度,由于磁流体的黏度加大,增加流体的内摩擦,使转轴的功耗加大,温度升高。  般浓度取值在0.3~0.35g/mL为宜,此浓度对应的磁化强度约为350~400Gs  (1Gs=10-4T)。

 

 磁流体耐压能力与密封间隙的关系曲线。理论上密封间隙越小
其耐压能力越高,但过小的间隙不仅难以加工,而且在运转过程中产生的热量会使  转轴膨胀而卡死。综合实验数据与加工工艺,密封间隙最佳取值范围为0.05~  0.30mm较好,在轴径较小时,取0.1mm的间隙效果最佳  (3)磁流体的注入量  密封间隙一定的条件下,磁流体的耐压与磁极间轴向长度有关,以轴向长度密  封间隙形成的体积作为磁流体的注入量,而把磁靴与轴之间的空隙体积作为单位注  入量。磁流体的耐压与注入量的实验曲线如图3-28所示。可以看出,开始时磁流  体耐压能力随注入量线性增加,当注入量增大到一定值后耐压能力不再增加而是稳  定在某一恒定值。取其开始到达最大耐压值的注入量作为最佳注入量。图3-28所  示注入量6倍以后,单极靴的耐压值平衡在0.02MPa
3)磁流体的注入量  密封间隙一定的条件下,磁流体的耐压与磁极间轴向长度有关,以轴向长度密  封间隙形成的体积作为磁流体的注入量,而把磁靴与轴之间的空隙体积作为单位注  入量  磁流体的耐压与注入量的实验曲线  如图3-28所示。可以看出,开始时磁流  体耐压能力随注入量线性增加,当注入量增大到一定值后耐压能力不再增加而是稳  定在某一恒定值。取其开始到达最大耐压值的注入量作为最佳注入量。图328所  示注入量6倍以后,单极靴的耐压值平衡在0.02MPa

磁流体注入量/倍
图3-28磁流体注入量与耐压能力的关系  图3-29耐压能力与温度的关系曲线
(4)磁流体工作温度
图329的曲线表明,温度升高,耐压能力下降。这是因为温度升高,分子热  运动速度增加,使水久磁铁和磁流体中磁时的有序排列被局部破坏,引起磁铁的娇顽力和磁流体饱和磁化强度下降,导致耐压能力下降。当磁流体密封组件处于高温
工况时,可采用冷却装置把温度降低到60℃以下  (5)转轴的最高转速及转速对功耗的影响
转轴的转速过高时,转动的摩擦热能使磁流体温度升高,使流体中的分散剂脱  落,导致磁流体性能下降,造成密封失效。通常在高速传动时,设置冷却装置,并且将转轴的最高线速度控制在20m/s以下,处于真空室内传动轴的输出端增设增速机构,用以满足工艺需要的规定的转速
6)多级磁靴串联级数
单级磁流体极靴的密封耐压能力最大只能达到2×10Pa,用于真空装置的磁流体密封需要至少承受105Pa的大气压力。对矩形齿型组成的多级磁流体密封装置,当密封组件旋转磁场的强度一定时,一般选取7~14级极靴串联的磁流体密封的耐压能力最大,此后再增加级数,耐压能力反而减小,原因是间隙中场强及其分布的变化影响到耐压
对给定级数的密封装置,提高耐压可采用增加磁铁尺寸和减少齿顶与轴间的间隙来实现。图330给出了径向间隙、压差及磁铁尺寸的关系曲线。径向间隙L2通常取Lg=0.5~0.05mm,过小时机被的振动会引起齿顶与轴机械摩擦。密封轴的径向跳动量一般限制在径向间隙L的25%以内。