李（lǐ）書文

（BUCT流體密封技術研究中心（xīn））

一（yī）、研（yán）究背景

現代工業發展對密封（fēng）裝置提出了更嚴格的要求。采用高黏度非牛頓流體作為載液,加（jiā）入磁性（xìng）微粒製備的磁性流體稱為磁脂，運用（yòng）於大直（zhí）徑旋轉軸密（mì）封具有不可（kě）比（bǐ）擬的優點：無泄漏、磨損少、結構（gòu）簡單、壽命長，更強的自修複能力（lì）。高黏度大直徑高性能磁脂密封作為流（liú）體密封技術研（yán）究中心開發（fā）的新型密封方式，與磁流體密封相（xiàng）比（bǐ），具有（yǒu）更高的單級密封能力，更大的轉軸直徑和密封間隙，允許的徑向偏移和軸向偏移（yí）也更大，不僅可用於真空及氣（qì）相密封，還可用於（yú）以海水為典型代表的液相密封。

磁脂密封由永磁（cí）鐵、磁極（jí）、極靴、磁脂、導磁軸（或導磁軸（zhóu）套）組成，並形成封閉的磁回路。密封間隙的磁場梯度將磁脂吸附於極齒端部形成抵抗兩側壓差的密封能力。

二、密封（fēng）特點

1.轉子和定子不接觸（chù），不（bú）會產生金屬碎屑，磁脂在磁場力（lì）作用下被（bèi）吸附在極齒下方，阻止外部空氣或水進入密封腔。

2.支持0.5mm以上密封間隙，較高黏度的（de）磁脂在安裝時就可以吸附於極齒下方，充滿密封間隙即可形成密封作用。

3.磁脂的飽和磁化強度遠大於普通磁性液體（tǐ），承壓能力（lì）更高，隻要極（jí）齒兩側壓差小於磁場力，密封就不會產生任（rèn）何泄漏。

4.高黏度的磁脂可以（yǐ）抵抗液（yè）相介質的衝刷，將（jiāng）密封條件拓展到了海水或者（zhě）其他液相環境。

三、研究現狀

流體密封技術研究中心針對磁脂密封的磁脂製備，結構設計，密封能力分析和試驗進行了一係列（liè）研（yán）究，主要研（yán）究（jiū）技術總結為以下三類：

01　特種磁脂製備工藝

研究中心自主研發了特種磁脂，對（duì）影響（xiǎng）磁脂（zhī）性能的各種因素進行了基於響應麵法的實驗研（yán）究，得到了Z佳實驗（yàn）條（tiáo）件（jiàn）。對磁性（xìng）顆粒實現了批量化生產，形成了（le）特種磁脂製備工藝，保證（zhèng）了（le）磁脂性能的穩定性。本研究中心製備的磁性顆粒電鏡照片及尺寸（cùn）分布如下圖所示。

02　磁脂密封承壓能力與溫度特性數值（zhí）研究

采用ANSYS軟件，根據非線性磁（cí）場有限元法，建立了磁脂密封承壓能力數值模型，預測了磁脂密封的磁（cí）場分布（bù），根據承壓能力與磁脂的飽和磁（cí）化強度、磁場梯度的公式，分析了結構參數（齒高、齒（chǐ）寬、槽寬）對其承（chéng）壓能力的影響規律，直接指導磁脂密封的設計。

根（gēn）據磁脂的對流傳熱方程，建（jiàn）立（lì）了磁脂瞬態溫度場數值模型，預（yù）測了磁脂密封的溫度（dù）場分布，分析了結構參數（齒高、齒寬、槽寬）、工況參數（冷卻方（fāng）式（shì）、轉速）和磁脂粘度等對磁脂失效條件的影響（xiǎng）規律，反向（xiàng）指導磁脂密封結構設計。

根據兩相流及水（shuǐ）平集方法，耦合磁場力，建立了基於層流假設的磁脂密封兩相流動數值模型，預測了密封條件下磁脂與密封介質界麵動態（tài）變（biàn）化過程，分析了結構參數（shù）（齒高、齒（chǐ）寬、槽寬）、工況參（cān）數（壓差、轉速）和磁（cí）脂粘度等對磁脂密封動態（tài）過程的影（yǐng）響，對（duì）磁（cí）脂密封的作（zuò）用機理做出了具體化和形（xíng）象化的解釋。

03　磁脂密封試驗研究

根據高黏度高（gāo）性能磁脂密封工況參數，設計並搭建磁脂密封密封件試（shì）驗（yàn）台。試驗研究主要（yào）包括磁脂密封耐壓能力實驗、磁脂密封壽命測量實驗、磁脂（zhī）密封摩擦生熱實驗（yàn）、磁脂密封海水因素作用（yòng）試驗。

四、典型（xíng）應用

01　艦船（chuán）電機係統（tǒng）主（zhǔ）軸密封

高黏度大直（zhí）徑（jìng）高性（xìng）能磁脂密封解（jiě）決（jué）了某海水環境工作條件下（xià）電機係統主軸密（mì）封的難題，該項目涉及以下難點：介（jiè）質為（wéi）氟利昂，其氣態時滲透性強；軸徑達到600mm，軸向傳動量1.5~2mm，徑向跳動量0.5mm，轉軸精（jīng）度低，工作線速度較高，密封條件較為惡劣；密封要適應（yīng）船用條件下傾（qīng）斜、搖擺、振（zhèn）動和衝擊等（děng）苛刻要求，並滿（mǎn）足船用條件下（xià）的“三防”要求，即密封要適應潮濕、鹽霧和黴菌條件下的工作性能；密封使用壽命（mìng）高於3年。

02　海水環境下電機旋（xuán）轉密封

高黏度磁脂密封解決了某船舶研究所（suǒ）電機軸端密封的難題，該項目涉及以下難題：介質為海水，衝刷作用（yòng）較強；軸端焊接法蘭盤，密封結構必（bì）須采用分半式；有鹽霧、油霧（wù）、黴菌的影響（xiǎng）。

五　結語

基於高黏度大直徑高性能磁脂密封技術的（de）相關研究，實驗室共發表相關（guān）核心論文六篇，EI會議（yì）論文一（yī）篇，申請發（fā）明專（zhuān）利（lì）三項，成功解決實（shí）際密（mì）封難題兩項，形成了（le）成熟的高黏（nián）度大直徑高性能磁脂密封技術。