Experiments on magnetic fluid rotary seals operating under vacuum conditions

Magnetic fluid rotary vacuum seals have been shown to be effective in machinery operating in a vacuum chamber. Such seals have the advantages of simple design, zero leakage at almost any rotation speed, and low friction. They have no wear and require no maintenance. This paper presents results obtained from experimental investigations of the operation of magnetic fluid rotary seals under vacuum conditions. The paper discusses the test apparatus and the seals used, the test conditions, and the procedure. The experimental results show characteristic phenomena observed in magnetic fluid rotary vacuum seals, including changes in vacuum pressure, temperature, and frictional moment dependent on the rotation speed of the shaft, number of sealing stages, height of the sealing gap, and mean magnetic flux density in the sealing gap.     

磁性流体水密封的实验研究

本文分析了磁性流体水密封的特殊问题，实验观察了不同磁性流体在水中的状态，根据疏水性质判定了油基磁性流体密封水的可行性。对两种密封装置进行了实验，高压密封装置的密封压差达到１．６ＭＰａ。     

针对液体介质的磁性液体旋转密封技术概述

磁性液体是一种功能材料,既具有液体的流动性,又具有固体磁性材料的磁性,在密封中的应用是其最成功的应用之一。磁性液体密封作为高新密封技术,被广泛应用在军工、化工、航空航天等领域。目前,磁性液体密封技术在密封气体介质和真空中的研究已经趋于成熟,相比之下,对液体介质的密封还存在很大局限性。从磁性液体与被密封液体介质的界面稳定性、界面破坏过程以及用于液体介质的密封装置结构设计三方面,对磁性液体旋转密封技术的研究进展进行阐述,总结三类用于液体介质密封的磁性液体密封结构设计方法的技术特点和缺点,最后对磁性液体在液体介质密封中的前景作出展望。     

分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能试验研究

某型大容量蒸发冷却电机上采用的磁脂旋转密封装置具有分瓣结构、运转线速度高、密封间隙大、密封直径大等特点。为测试其耐压性能,建立分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能试验平台,在转轴极齿间及靠近腔体内侧布置压力传感器测点,测试各道磁脂密封耐压压力,研究极齿间距、线速度等参数对分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能的影响。结果表明:各道极齿间的密封耐压性能分布规律与理论值不一致;极齿间距越大,则该道磁脂密封耐压能力相对较高;在一定范围内,线速度对各道磁脂密封耐压能力影响很小。     

水轮机主轴磁流体密封间隙流场关键参数研究

水轮机主轴磁流体密封装置间隙流场因工况和物理场的复杂性一直是磁流体密封研究难点。为研究水轮机主轴磁流体密封装置间隙内磁流体流动特性,建立主轴密封间隙流场数值模型并通过试验进行了验证;通过数值计算研究密封间隙、极齿宽度、极齿高度和极齿槽宽度对磁流体流动的影响。结果表明：极齿附近磁流体不受结构参数影响,基本保持不动;当密封间隙小于0.6 mm时,间隙内磁流体基本不发生流动,当密封间隙超过该值后,极齿槽和永磁体附近磁流体随间隙增加流动加剧,速度线性递增;极齿槽和永磁体附近磁流体随极齿宽度递增流动减弱,速度先线性递减,在3.0~3.5 mm极齿宽度时急剧减小,最后趋于稳定;随着极齿高度和极齿槽宽度逐渐增加,极齿槽和永磁体附近磁流体流动会减弱,极齿槽附近磁流体速度在极齿高度为1.0~3.5 mm和极齿槽宽为3.0~12 mm速度急剧减小,最后趋于稳定,而永磁体附近磁流体速度一直呈线性递减。     

一种滚动密封爬壁机器人的安全吸附条件与运动特性分析

为完成三峡大坝流道的缺陷检测,设计开发了一种滚动密封结构的履带式爬壁机器人。该机器人以柔性履带作为密封裙实现滚动密封,具备密封结构耐磨性好、通过性和壁面适应性强等特点,而长效稳定吸附是机器人设计的关键问题。基于动力学建模方法,提出了滑移参数等指标作为滚动密封爬壁机器人的稳定吸附条件,用于考察机器人运动状态下、特别是滑移转向状态下的吸附稳定性与运动准确性。通过讨论负压力在内的相关设计参数对机器人滑移与稳定吸附的影响,建立了关键设计参数与机器人吸附稳定性的联系。仿真与实验结果表明,所提的安全吸附条件能够作为开展爬壁机器人运动性能优化设计的理论依据,同时也为建立相应的控制模型提供了参考。     

离心压缩机新型轴封设计

针对2MB—CH型离心压缩机设计了一种新型的轴封结构，该结构结合了迷宫密封和抽气密封的优点，并采用蒸汽作为阻塞介质，结构简单，运行费用低，无污染，安全可靠。现场应用表明。该种密封的性能明显优于其它密封形式。     

卧式柱塞泵曲轴的磁性液体密封设计*

卧式柱塞泵曲轴密封的可靠运行是曲轴轴承实现润滑与液压支架稳定供液的重要基础。基于磁性液体密封理论,设计一种单磁源梯度齿宽磁性液体密封结构,采用数值模拟的方法研究磁性液体密封结构的磁场分布特征,并分析不同密封间隙和转速对密封耐压性能的影响。结果表明：与均匀极齿宽度磁性液体密封结构相比,梯度极齿宽度密封结构平均耐压能力约提高11%;梯度齿宽密封结构中,随着极齿与永磁体距离的增大,各极齿耐压能力逐渐增强;随着密封间隙的增大,离心力引起密封失效的极限转速逐渐减小。     

大轴径离心压缩机磁流体密封传热特性研究

高温会降低磁流体饱和磁化强度,造成永磁铁退磁,影响磁流体密封装置的可靠性及稳定性。为探讨磁流体密封装置传热特性,以大轴径离心压缩机磁流体密封为研究对象,同时考虑磁流体摩擦热和轴承摩擦热对磁流体密封装置传热特性的影响,利用有限元数值计算与磁流体、轴承摩擦功耗理论分析相结合的方法,研究磁流体密封装置温度分布规律,分析齿宽、密封间隙和转速对永磁铁和磁流体最高稳态温度的影响,并确定相关工况所需冷却液质量流率。结果表明：由于轴径尺寸较大,表面线速度高,磁流体黏性摩擦热及轴承摩擦热对密封装置传热特性有显著影响,在无冷却工况下,密封装置最高温度超过磁流体和永磁铁的极限使用温度,需通过强制对流换热的方式进行降温处理;永磁铁及磁流体最高稳态温度随着齿宽增加而升高,随着密封间隙增加而减小;随着转速的增加,永磁铁及磁流体最高稳态温度升高,且转速越大,相同转速梯度差之间的温度差越大。     

A New Method to Visualize Grease Flow in a Double Restriction Seal Using Microparticle Image Velocimetry

A new method to visualize and quantify grease flow in between two sealing lips or, in general, a double restriction seal is presented. Two setups were designed to mimic different types of seals; that is, a radial and an axial shaft seal. The flow of the grease inside and in between the sealing restrictions was measured using microparticle image velocimetry. The results show that grease flow due to a pressure difference mainly takes place close to the rotating shaft surface with an exponentially decaying velocity profile in the radial direction. Consequently, contaminants may be captured in the stationary grease at the outer radius, which explains the sealing function of the grease.     

磁流体密封在捏合机上的应用

针对捏合机上普遍采用的填料密封及机械密封的不足,设计了一种磁流体密封装置。试验结果表明,磁流体密封装置应用在大轴径、高转速的捏合机上,密封性能良好,且温升较小。     

新型动静压混合润滑机械密封流场数值研究

以流体膜为研究对象,建立了新型动静压混合润滑密封端面的三维模型,并利用流体力学软件FLUENT对端面流场进行数值模拟,得出端面液膜的压力分布及速度分布.通过与静压和动压式密封对比,分析了操作参数(如封液压力、转速)对密封性能的影响规律.结果表明,该密封兼有动压与静压两种密封形式的特点,泄漏量小,液膜刚度大,适合于低速非接触密封.     

Estimation of the leakage for compressible gases in high-speed shaft seals

A comprehensive analytical work to estimate the leakage rate is presented for compressible fluid flow across shaft seals. The sealing gap for this study includes geometric terms such as eccentricity, misaligned shaft, and sinusoidal waviness of the mating surfaces. A temperature distribution across the sealing gap is developed using a temperature dependent viscosity. A pressure distribution in polynomial form is solved based on the simplified nonlinear Reynolds equation using the approximate power series expansion. It was found that the seal performance is largely influenced by the eccentricity and width of the seal at high speeds (greater than about 150m/s).     

背向串联式磁性液体密封聚磁结构特性分析

背向串联式磁性液体密封的聚磁结构中有多个永磁环和极靴环交替相间排列,且相邻永磁环的极性彼此相反。采用ANSYS有限元软件对背向串联式磁性液体密封聚磁结构特性进行数值分析,分析永磁环厚度、极靴环厚度、密封间隙大小以及叠层环径向宽度等结构参数对密封间隙路径上的磁通密度分布特性的影响。结果表明,背向串联式磁性液体密封聚磁结构可以在相对有限的结构空间内,在其密封间隙路径上较好地形成强弱相间的周期性变化磁通密度分布;但是密封间隙路径上周期性出现的弱磁场区域内存在局部强磁场,不利于提高密封性能和结构紧凑性。     

结构参数对液压旋转接头密封性能的影响

为探究结构参数对液压旋转接头间隙密封性能的影响规律,分别以泄漏量和压力损失作为液压旋转接头的性能指标,研究密封有效长度、密封直径、密封间隙值3种主要结构参数对旋转接头性能的影响。采用正交试验与Fluent流体仿真相结合的方法,分析液压旋转接头间隙密封在不同结构参数下的泄漏量和压力损失情况。结果表明：3种结构参数对泄漏的影响程度由大到小依次为密封间隙值、密封有效长度、密封直径,对压力损失的影响程度由大到小依次为密封有效长度、密封直径、密封间隙值;密封间隙值大小对泄漏量影响非常显著,泄漏量随着间隙的增大呈指数增长关系,而间隙密封有效长度、环形密封直径对泄漏量无显著影响;密封有效长度对压力损失有极其显著影响,而密封直径和密封间隙值对压力损失没有显著影响;从整体上看密封间隙值、间隙密封直径、密封有效长度都大致与压力损失呈一次函数关系,且前两者与压力损失呈正相关关系,后者则与压力损失呈负相关关系。     

On the Normal Stress Effect in Grease-Lubricated Bearing Seals

The film formation in lip seals, due to the non-Newtonian rheology of the lubricant, has been a topic of speculation. Earlier work suggests that normal stresses in grease would be favorable for the film buildup between the seal lip and shaft or bearing ring. In the current article, we evaluate this earlier work and our earlier theoretical seal lip model with a series of experiments. We use a modified concentric cylinder geometry and a model fluid to study the fluid pressure distribution in the seal-type geometry. The results are then related to grease-lubricated seals and our earlier theoretical predictions. The present analysis shows that this earlier work and our earlier predictions are not correct and indicate that normal stresses in the grease pull the seal lip toward the shaft, increasing the contact pressure. However, normal stresses also ensure the presence of grease on the shaft or bearing inner ring, which enhances replenishment of the sealing contact.     

滚动轴承的磁流体密封及其性能

利用磁性流体良好的润滑和自密封性能，选择饱和蒸气压极低的基液和分散剂，使磁性流体达到极低的蒸发性能，将其应用到高真空洁净环境中的滚动轴承上。经动力学分析，效果良好，与陶瓷氮化硅轴承及聚四氟烯涂膜的轴承相比，有良好的性价比。     

高黏度非牛顿磁性流体密封耐压性能分析

采用ANSYS分析软件对高黏度非牛顿磁性流体密封的磁场进行有限元数值模拟,通过得出的实际密封简化耐压公式计算该密封的耐压能力.结果表明:高黏度非牛顿磁性流体密封能力好于普通牛顿磁流体密封,且由于高黏度非牛顿磁性流体密封的磁极与转轴间隙可以更大,所以适用于轴径向跳动量大的场合,应用范围更广泛.     

磁流体密封技术

介绍了磁流体密封技术的应用原理和当前的主要应用领域,并通过与传统机械密封相比较,阐述了磁流体密封技术在各应用领域中的主要优缺点.分析了磁流体密封装置的结构、工作机制以及磁流体密封装置所需要的磁流体性能指标.指出制备具有高饱和磁化强度的磁流体和设计具有高磁场强度的密封装置是磁流体密封技术的两大要素,优化设计、突破极限、开...     

用回归正交设计法建立磁极结构参数与磁性流体密封压差的经验公式

在磁性流体密封压差分析领域引入回归正交分析,采用回归正交设计得到了磁性流体密封的磁极结构参数与密封压差的回归经验公式,并对回归经验公式进行了简化。结果表明:回归经验公式计算结果与有限元模型计算结果和实验结果相差不大,能够满足工程上的应用需要。