船舶艉轴磁流体密封液的制备与性能研究

针对船舶艉轴的密封问题,采用化学法制备了以Fe3O4为磁性粒子,以水、油和氟醚油为基液的磁流体密封液,并分别对其疏水性能、疏油性能进行了研究,分析了磁化特性、粘度特性和悬浮稳定性的影响因素.结果表明:磁流体的磁化强度随着外加磁场强度的增大而增大,粘度随着密度的增大而增大;在外加磁场作用下,水基型磁流体表现出极强的亲水性和亲油性,而油基型磁流体具有较好的疏水性和疏油性,密封能力较好.     

磁流体稳定性的解析

一、引言 磁流体又称磁性液体,目前已广泛地应用在润滑、密封、研磨、分选、换能、印刷、医药等许多领域。磁流体通常是由强磁性微粒、基液以及表面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状溶液。该流体表观上没有磁吸引能力,只有在外磁场的作用下,才能显示出具有磁性功能的液体。七十年代我国开展了磁流体的基础研究和应用研究,提出许多新的见解。 本文在前人工作的基础上,仅就磁性微粒(含非磁性体)在磁流体中所处的状态和作用,以及外磁场对磁流体稳定性影响进行了解析。 二、磁流体稳定性的解析 1.粒子间的磁力吸引     

船舶艉轴磁流体密封的设计与试验研究

研制了一种用于船舶艉轴磁流体密封的试验装置,研究了不同的磁饱和强度、转速及密封间隙对不同类型的磁流体密封承压能力的影响.结果表明,油基磁性流体可作为船舶艉轴密封液,对水和海水介质密封压差可以达到2MPa;船舶艉轴磁流体密封的耐压能力,随着磁流体饱和磁化强度的提高而增大,随着转轴转速的增加而减小,随着径向间隙的减小而增大.     

磁流体的硬化性能分析

本文主要分析磁流体在加上磁场后,影响其表面抗挤压性能的各种因素,如磁性粒子的种类和大小、磁粉和基液的重量比、基液的粘度、表面活性剂、加载磁场强度的大小等。     

微米 Ｃｏ 粒子对磁流体密封水性能的影响

为提高耐蚀水泵磁流体旋转密封的承压值,在Fe3O4油基磁流体中添加适量强磁性Co微米粒子,并研究磁流体中Co粒子体积分数对磁流体密封水性能和磁流体密封装置温升的影响。研究结果表明,随着磁流体中Co粒子体积分数增加,因Co粒子在密封间隙内密封极齿表面聚积形成的“柔性磁极”,导致密封间隙减小,磁流体密封承压值明显增大;随着磁流体中Co粒子体积分数的增加,磁流体密封的功耗将增大,磁流体密封装置的温度升高;磁流体密封装置的温升缘于密封间隙内Co粒子之间和Co粒子与旋转轴之间内摩擦所产生的摩擦热。     

磁流体密封

图1是由永久磁铁、磁路及磁流体密封件所组成的磁流体密封结构和原理图。从图中可以看到,在强磁力作用下的磁流体(存留于密封槽端与转轴之间)能阻止气体、烟雾、蒸气及其他污物通过,达到预期的密封要求。随着半导体制造业的发展,磁流体密封已获得成功的应用——特别对真空密封——并显示出其可靠性高、寿命长和适用于高速运转等特性。磁流体是指含有直径约100A(0.01微米)的磁性粒子的液体。磁性粒子在液体中呈胶态     

聚四氟乙烯基磁性液体的制备及在井口密封中的应用

用电弧放电法,在30% C2H2、70% Ar的混合气氛中制备Fe-Ni合金纳米粒子.利用Fe-Ni合金纳米粒子作为磁性粒子、油酸为表面活性剂、聚四氟乙烯乳液和少量硅油、硅脂的混合液为基液制备高黏度聚四氟乙烯基磁性液体.制备的聚四氟乙烯基磁性液体在25℃时的黏度为6-30 Pa·s,在85℃时的黏度为1-20 Pa·s,室温下饱和磁化强度为18.26-39.66 A·m2 /kg.将制备的聚四氟乙烯基磁性液体应用于油井井口密封,有效密封时间比原密封结构提高50%以上.     

阴离子表面活性剂分散制备水基磁流体

用化学共沉淀法制备了纳米级Fe2O4磁性粒子，用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对所制备的磁性粒子进行表面处理和溶液中分散处理制得稳定分散的Fe3O4磁流体。实验研究球磨时间、表面活性的加入量、溶液的pH值以及磁流体的固含量等诸多因素对纳米Fe3O4包覆结构和磁流体稳定性的影响，并分析了这些因素的影响机制。结果表明，纳米磁流体的稳定性与球磨时间和pH值之间存在一定的相关性，而磁性粒子固含量和SDBS用量对其稳定性起主导作用，并且在一定固含量下，SDBS用量对纳米粒子包覆结构起着决定性作用。制得的样品经过HRTEM和XPS等手段的表征，表明SDBS以化学和物理吸附在纳米Fe3O4粒子表面形成了Fe-O-S化学键，并以多层吸附的形式通过静电作用和空间位阻作用有效防止纳米粒子团聚，制得了稳定分散的纳米Fe3O4磁流体。     

磁性液体性能及运行工况对密封耐压值的影响

为研究不同种类磁性液体及密封工况对密封效果的影响,以Fe3O4为磁性颗粒,以链状氟醚油为基液,制备一系列不同颗粒含量、基液分子量的磁性液体,对磁性颗粒及磁性液体的结构、性能进行表征,在搭建的密封试验台上测试磁性液体种类及运行工况对密封耐压效果的影响。结果表明：制备的磁性颗粒粒径为纳米级,呈近球形形貌,具有较高的饱和磁化强度,磁性液体具有较好的分散稳定性;随颗粒含量增加、基液分子量增大,密封耐压值先增大后减小;在颗粒质量分数为30%、基液分子量为4 600 g/mol时,密封耐压值最高;随主轴转速增大,密封耐压值逐渐减小;随密封时间延长,密封耐压值先减小后趋于稳定。     

改善磁流体稳定性的研究

本研究从改进磁流体的制备方法入手,很好解决了磁流体中Ｆｅ３Ｏ４粒子的聚闭问题,并利用表面活性剂对Ｆｅ３Ｏ４粒子进行单独或复合包覆处理制备出了高稳定性的油基,水基及聚醚基磁流体。     

沉淀氧化法制备Fe3O4磁性粒子的研究

在以沉淀氧化法制备不同粒径大小、高比饱和磁化强度的Fe3O4磁性粒子过程中,用NaNO3,NaClO3和KMnO4代替传统的空气作氧化剂氧化Fe（OH）2.本文研究了各种工艺因素对所得Fe3O4磁性粒子的粒径和比饱和磁化强度的影响,结果表明：氧化剂氧化能力和反应液pH值是影响Fe3O4磁性粒子粒径的主要因素.与采用空气氧化制备Fe3O4磁性粒子不同,采用NaNO3和NaClO3为氧化剂制备的Fe3O4磁性粒子形态不受pH值变化的影响,均为球形,且在粒径大小相近的情况下,比饱和磁化强度明显高于以空气氧化所制备的Fe3O4磁性粒子.     

憎油性聚醚基磁流体的研制

采用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂双层包覆的方法制备得到聚醚基磁流体.通过研究表面活性剂的化学结构式,讨论了双层包覆方法的化学机理;重点探讨了非离子表面活性剂的种类、用量以及非离子表面活性剂的包覆温度对Fe304粒子分散性的影响;得到了提高包覆Fe3O3粒子分散稳定性的最佳工艺和参数.这种制备工艺能够显著提高聚醚基磁流体的稳定性.     

基于磁液表面张力磁流体密封模型的研究

通过试验观察,提出了基于磁性链上磁液表面张力的磁流体密封模型。用磁性链对密封问隙内的磁流体进行了划分,并推导出了磁流体静密封的耐压计算公式。试验结果表明：理论计算值和实验值较接近,具有实用性。     

磁流体润滑螺旋槽机械密封中的热流固耦合分析

为了研究磁流体润滑螺旋槽机械密封中的热流固耦合效应,利用ANSYS Workbench软件计算了磁流体膜的压力分布、温度分布和动环的变形量,分析了电流强度、转速和磁性颗粒体积分数对磁流体膜压力、温度和动环变形的影响。结果表明：随着电流强度、转速和磁性颗粒体积分数的升高,磁流体膜的动压、温度和密封环的热变形都增大;内径处的磁流体温度最高但压力最低,磁流体基液易汽化;动环的压力变形远小于热变形;磁流体膜的压力、磁流体膜温度的数值解大于试验值和解析值,其主要原因在于数值解考虑了密封堰和离心力对磁流体膜的影响。     

相对速度对磁流体液体动密封中界面稳定性的影响

推导了旋转轴液体密封中液-液界面由于相对运动引起的切应力,从相对速度角度对液体动密封界面稳定性问题进行了研究,并对结构进行了改进,将磁流体界面的稳定性问题转化为静态扩散处理.     

微乳液一步法制备Fe3O4 磁流体及其性能研究

对油包水(W／O)型微乳液的制备进行了研究,探明了一定条件下W／O型微乳液中的最大增溶水量,进而利用此W／O型微乳液作为“微乳反应器”,采用一步法合成了Fe3O4磁流体。应用古埃磁天平对所制备磁流体的磁性进行研究,并分析了制备条件对磁流体磁性的影响及磁流体良好的抗电解质浸扰能力。     

磁流体制备技术的研究现状及其存在问题

根据磁性粒子种类的不同，对磁流体进行归类，并对金属类磁流体与氮化铁类磁流体的制备方法进行了系统回顾，指出了存在的问题及解决的措施，与铁氧体类磁流体相比，金属类磁流体与氮化铁类磁流体具有更高的饱和磁化强度，但是其抗氧化性较差，要实现真正的实用化，还须作进一步的完善。     

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.     

琼脂铁氧体水基磁流体的制备

采用化学共沉淀法,选择食用琼脂为稳定剂,NaOH作沉淀剂在水溶液中共沉淀FeCl2和FeCl3得到Fe3O4磁粒子,由此制备具有高度生物亲和性的琼脂水基磁流体。用古埃磁天平法对影响磁流体磁性和稳定性的主要因素进行了研究。结果表明:在FeCl2.7H2O和FeCl3.9H2O的数量比为1∶1.7,pH值为11,反应温度50℃,时间30 min,琼脂和Fe3O4质量比为1∶1.6的条件下,可得到磁粒子粒径约12 nm,饱和磁化强度16 mT,对空气不敏感的高稳定性水基磁流体。该磁流体可用作X射线造影剂。     

磁流体液体动密封结构中漏磁控制参数的优化设计

本文根据外加磁场对磁流体和被密封液体界面稳定性的影响，对磁流体流体密封结构中的轴向漏磁参数进行了优化设计。结果表明，在密封旋转轴上添加合适厚度的高导磁套和合适宽度的非导磁势圈，可以有效地将密封界面处的漏磁控制在界面稳定性阈值以下，从而保证磁流体液体密封中磁流体和被密封液体的界面稳定性。