磁性液体密封与机械密封组合密封技术研究

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文章 编号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ２ １ ９ ２ — ０ ５
财
料
２ ０ １ ７ 年第２ 期（ ４ ８ ） 卷
磁 性 液体 密 封 与 机 械 密 封 组 合 密 封 技术 研 究
朱姗 姗 ， 李德 才 ， 王 智 森 ， 杨 晓 雪。
Ｄ分别 表示 机械密 封结 构 中的 ４ 个 泄露 通道 。
１ ． ２ 机 械 密 封 件
漏和气 相零 逸 出） ， 使 用寿命 长 、 稳定性 高 、 抗 干扰 能力 强、 成 本低 、 维修 方便 等 。传 统 的机械 密封 技术 已很难
适 应 新 的需 求 ｕ 。
在旋转 流体 机 械用 各 种 密 封 形 式 中 ， 密 封界 面 通 常有 两种基 本 型 式 ： 一 种 是 两 个 径 向对 置 的圆 柱 形 表 面形 成 的径 向密 封 ； 另一 种 是 两 个轴 向对 置 的 平 面 表
０ 引 言
随着石 油化 工 、 宇航、 材 料科 学及制 造 技术 正 朝着
取得 了具有 一定 实用价 值 的结果 。基 于流 体动 压 密 封 原理 ， 在现 有 的组 合 密封结 构上 ， 设计 出新 型组 合 密封 结构 ， 为组 合密封 技术 的应 用与研 究提 供一定 依 据 。
体 密封组 合应 用 的密封 结 构 ， 通 过 理 论 推导 及 实 验 验
面 。它决 定 了机械 密封 的有效 工作 寿命 ， 更 重要 的是 ， 也是 决定 密封 性能 的关键 因 素 。现有 的机械 密 封件 中
用 于旋转 密封 的密 封形式 也多 种多样 ， 如图 ２ （ ａ ） ～（ ｃ ）
所 示 。
２ 磁 性 液 体 密 封
２ ． １ 磁 性 液 体 密 封 技 术
磁 性液 体是将 包覆 有表 面活性 剂 的纳米 铁 磁 性或 亚 铁磁 性颗粒 高度 弥散 于低 挥发度 的基 载液 中形成 的 高 度稳 定 的胶体溶 液 。磁性 液体 是一 种 新型 的 液态 磁 性功 能材 料 ，既 具有 普 通 液 体 的流 动 性 ， 也 具 有 普
面形 成 的轴 向密封 。传统 的机 械密 封技 术 采用 由密
封环 端 面形 成 的 轴 向密 封 应 用 于旋 转 流 体机 械 中 ， 其
耐压 性和 耐振 性 均较 好 ， 但其结构复杂， 加 工精 度 高 。 磁性 液体 密封 是应用 新 型纳米 磁性颗 粒分 散 到基 载 液 中形 成稳定 的胶体溶 液 ， 即磁性 液体 ； 再 通过 磁场 作 用
间 隙 中泄 漏＿ ３ ］ 。磁性 液体 密封 可实现 零 泄露 、 无磨损、 寿命 长、 结 构简 单 ， 但 耐 温 差 和 耐 压 差 能 力 相 对 较 弱 ］ 。将 传统 的机 械密 封与新 型 的磁性 液 体密 封组 合 应用， 相 对 于二者 单独 密封 ， 其 密封 性能 将大 大提 升 。 笔 者设计 了一 种 由传统 的机 械密封 与新 型 磁性 液
１ 机 械 密 封
１ ． １ 机 械 密 封 原 理
机械 密封 又称 端 面密 封 ， 是 一 种 用 来 解 决 旋 转 轴 与机 体之 间密封 的装 置 ， 主要应 用弹 性元 件对 动 环 、 静 环端 面密 封副 的预 紧和介质 压力 与 弹性元 件压 力 的压 紧实 现密 封［ ５ ］ 。机械 密 封 的 结 构 简 图如 图 Ｉ所 示 ， 一 般 主要 由 ５大 部 分组 成 ： 端 面 摩擦 副 （ 静、 动环） 、 弹 性 元件 、 辅助 密封 件 、 传 动件 以及 紧 固件 。 图 中 Ａ、 Ｂ、 ｃ、
从图 １ 所示 的 机 械 密封 结 构 中 ， 静 环 与 动 环 接 触 的端 面 间隙 、 静 环 密 封 圈 以及 动 环 密封 圈均 有 可 能 产
生泄 漏 。静 环 与 动 环 接 触 的 端 面 间 隙 是 主要 的 密 封
将磁 性液 体吸 附 在 密封 间隙 中， 磁 性 液体 在 密 封 间 隙 中形 成一 圈强 韧 的环 形 液 体 膜 ， 阻 止 密封 介 质 从 密 封
能总是有 一定 的局 限性 。设计 了磁性 液体 密封 与 机械 密封 组合 密封 的结 构 ， 并研 究 了组合 密封 的 耐压 能 力 。通
过 实验验 证 了组合 密封分 别应 用 于静 密封 液体和 动 密封 液体 时， 密封 耐压 能 力均 高于磁 性 液 体 密封 单 独作 用 时
的 密封 耐压能 力 ， 具 有一 定的 实 际价值 。在流体 动 压 密封 原 理 的基 础 上 ， 提 出了流 体动 压 型组 合 密 封 结构 ， 为组
合 密 封 结 构 优 化 提 供 了 一 定 的依 据 。
关键 词 ： 磁性 液体 密封 ； 组合 密封 ； 密来自 耐压能 力 ； 流 体动 压
中 图分类 号 ： Ｏ３ ６ １ ； ＴＨＩ ３ ３ ． ２ 文 献标 识码 ： Ａ ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ２ ． ０ ３ ６
高度智 能化 、 节 能以及 绿色环 保方 向发 展 ， 航空 航 天等 领 域对 于高 温差 、 高压 差密 封的要 求越 来 越高 ， 现 代工 业对 密封 系统提 出了新 的要 求 ： 在高温 差 、 高 压差 环 境
下实 现密封 介 质 的微 泄 露 甚 至无 泄 漏 （ 包 括 液 相 零泄
（ １ ． 北 京交通 大学 机 械与 电子控 制工 程学 院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ；
２ ． 北 京 工业职 业技术 学 院 机 电工 程学 院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ２ ）
摘 要： 以提 高磁 性 液体饱 和磁化 强度 和 外加 磁 场 强度 的 方 式 来提 升磁 性 液体 密封技 术 应 用 于 密封 液体 的性