磁流体动压密封磁场发生器的设计及性能研究论文(磁流体动压密封磁场发生器的设计及性能研究实验报告)

磁流体的粘度可随外磁场强度的变化而变化，因此可用作非接触式机械密封端面的润滑介质，并且磁流体膜的动压性能可控制通过改变外部磁场的强度。为了提高磁流体动压机械密封的密封性能，设计了磁场发生器。磁场发生器可以通过改变电流来调节磁性流体膜的粘度，从而产生不同的动压，实现流体膜的动压效果。控制。采用数值分析的方法对动环、静环、磁液膜和磁场发生器组成的导磁结构进行磁场分析，获得磁力线、磁场强度的分布规律和导磁结构中的磁感应强度。研究发现，导磁结构中的磁力线几乎全部穿过密封环端面，此处磁场强度达到最高水平；磁力线在垂直于密封端面的方向上具有一定的磁场梯度，磁液膜中的磁场强度与磁场一致。与发电机的电流强度成正比。

磁流体密封是近年来发展迅速的一项新技术。具有摩擦功耗低、密封严密、零泄漏、寿命长、可靠性高、无污染、可高速运转等诸多优点。机械密封是目前最常用的动态密封。其中，非接触式机械密封是利用润滑膜的动压作用，使密封环端面保持非接触，从而实现介质的密封，同时降低摩擦功耗。许多研究人员对磁流体密封结构进行了有限元分析，获得了不同磁流体密封结构中的磁场分布规律，并对磁流体密封结构进行了优化设计。然而，传统的磁流体密封中，磁场由永磁体提供，永磁体的电流密度J是固定值。为了增强密封性能，需要增加密封级数或增加极片尺寸和齿数。但在多级密封中，级数的增加带来了轴向尺寸过大、对密封结构精度要求高等缺点。

基于电流强度I决定磁场强度H的原理，结合非接触式机械密封和磁流体密封的特点，本文作者提出了磁流体膜粘度的控制方案和设计了一种用于流体动力机械密封的磁场发生器，实现了通过增大电流强度I，增大密封间隙的磁场强度H，在整个导磁结构中产生强磁场，从而使密封间隙的磁场强度H增大，从而使整个导磁结构产生强磁场。导磁结构饱和磁化，导磁性能达到最强，从而尺寸保持不变。漏磁大大减少，密封性能增强。考虑到精确测量狭窄密封间隙内的磁场强度非常困难，利用ANSYS软件建立了密封圈和磁场发生器的整体模型。对整个密封结构和密封间隙的磁场分布模式进行了分析，得到了电流强度I和密封间隙。通过比较外磁场与粘度的关系，可以确定磁流体薄膜的粘度，为分析磁流体薄膜的动压效应和设计非接触式磁流体密封结构奠定了基础。

1、磁流体动压密封原理及磁场发生器设计

1.1.磁流体动力密封原理

磁流体作为动压机械密封的润滑介质，对密封圈和动压槽的结构没有特殊要求，但密封圈必须采用导磁性能好的材料，以便磁力线能够通过。穿过密封圈到达密封端面。研究发现，粘度对润滑膜的动压效果有显着影响。对于螺旋槽机械密封来说，液膜的承载能力与粘度成正比。

在静态状态下，磁性流体内部的纳米磁性颗粒会沿着磁场方向形成颗粒链。颗粒链可以抵抗剪切力，相当于增加了流体的粘度。当外部磁场强度较强时，外部磁场的强度远大于颗粒间磁偶极子电势的强度，且外部磁场电势占主导地位。大部分颗粒沿外磁场方向形成链状结构，外磁场增大。强度可以增加垂直于磁场方向的磁性流体的粘度。为了获得控制磁流体粘度的效果，将外磁场的方向设置为垂直于密封圈端面，即垂直于磁流体膜的剪切方向，如图图1.调节外部磁场的强度可以改变磁液膜的粘度。

2. 结论

(1)针对非接触式磁流体机械密封的外磁场产生要求，设计了磁场发生器，并对由密封环、极片、磁环和磁体组成的磁性结构进行了有限元分析。流体膜。结果表明，导磁结构中的磁力线形成完整的“O”形回路，漏磁极少，表明结构设计和材料选择合理。

(2)分析整个系统的磁场强度H和磁通密度B的分布规律，发现密封间隙处的磁场强度H明显高于其他位置。磁力线垂直于密封环的端面，并按一定的梯度分布，因此可以形成一定的梯度。密封压差的同时满足磁流体粘度控制要求。

(3)通过调节磁场发生器的电流，可以调节磁性流体膜的粘度，从而产生不同的动压，控制流体膜的动压效果。