光滑环形液体密封流态演变规律及静态稳定性研究

光滑环形密封静态刚度系数直接影响转子系统稳定性。为探究影响光滑环形液体密封的静态失稳机制及影响因素,应用计算流体力学方法建立光滑环形液体密封模型,研究密封在不同流动状态(层流、过渡流和湍流)、偏心率、进出口压力和转速下流动特性。结果表明:黏性效应是导致层流到过渡流状态下直接静态刚度先减后增主要原因;在过渡流和湍流中,黏性和惯性效应会使高偏心率下密封产生的气流力和刚度系数均为负值;随雷诺数增加,密封静态稳定性降低。

磁性液体密封耐压能力参数化分析

针对某型飞机磁性液体密封,利用COMSOL有限元分析软件建立不同结构参数的磁性液体密封模型,计算不同密封间隙、极齿宽度、极齿高度、极齿位置、极齿形状下密封的磁场强度差值,进而判断不同磁性液体密封结构的耐压能力。研究结果表明:密封间隙、极齿宽度对磁性液体密封耐压能力影响较大,极齿高度和极齿位置对磁性液体密封耐压能力影响较小;极齿形状为梯形时密封效果最好。通过比较分析,选择最优磁性液体密封结构参数,为磁性液体密封耐压能力研究提供了理论依据。

夹芯磁路下大轴径磁性液体密封性能研究

大直径轴的径向跳动使得磁性液体密封间隙大幅增加,严重削弱了磁性液体密封耐压性能。针对大直径大间隙轴密封耐压能力减弱问题,设计一种具有夹芯磁路的磁性液体密封结构。采用数值模拟的方法研究夹芯磁路下磁性液体密封结构的磁场特性与密封性能,分析夹芯磁路密封结构中密封间隙磁场分布特征,对磁性液体密封经典结构与该新型结构的理论耐压值进行比较和分析。结果表明:与经典磁性液体密封结构相比,该夹芯磁路新型密封耐压能力平均提高约20%,其中在大间隙下耐压能力提升效果更明显;相比于经典磁性液体密封结构,夹芯密封结构的内永磁体使得通过轴的近表面磁力线数量更多;且夹芯密封结构具有更大的磁通密度差值,因而具有更强的聚磁能力。

径向充磁磁性液体密封性能

针对大轴径大间隙工况下磁性液体密封耐压力减弱问题,设计了一种径向充磁磁性液体密封结构。采用有限元数值仿真的方法研究了该磁性液体密封结构的磁场和密封间隙中的磁通密度分布特征。讨论了内部永磁体结构尺寸对密封耐压性能的影响,并确定其结构尺寸。分析了经典磁性液体密封结构与径向充磁新型磁性液体密封结构的密封耐压力随密封间隙和转轴转速的变化规律。结果表明:相比经典磁性液体密封结构,径向充磁密封结构的理论静密封耐压力平均提高约57.4%;随着密封间隙的增大,径向充磁密封结构密封效果提升越加显著,密封失效极限转速逐渐减小。

非对称极齿磁性液体密封耐压能力研究

通过仿真模拟手段研究非对称极齿型结构磁性液体密封,分析计算了不同轴径、不同密封间隙结构的密封耐压,并针对不同应用场景对磁性液体密封装置两轴端的漏磁场的需求差异,探讨了非对称极齿型结构轴端漏磁场分布的影响因素及规律。结果表明:非对称极齿型结构密封耐压随磁源两侧极齿数量差的增大而减小,最小的密封耐压值也能达到对称极齿型结构密封耐压的70.1%;密封轴径和密封间隙对于非对称极齿型结构与对称极齿型结构密封耐压能力的影响相同;存在一临界值,当密封轴径小于该临界值时密封耐压随轴径增大而减小,当密封轴径超过该临界值时,密封耐压保持不变;非对称极齿型结构的漏磁场主要集中在极齿分布少的一侧的轴端处,另一轴端处漏磁场相比对称极齿型结构的轴端漏磁场要更小,因此可以利用此漏磁特征通过改变磁源两侧极齿数量差对不同轴端漏磁场进行调控。

新型磁性液体密封

磁性液体密封是一种新型的密封方式,具有零泄漏、长寿命、高可靠性等优点,传统的磁性液体密封在真空领域获得了广泛的应用.为了使磁性液体密封适应高线速度、高压差等工况,本文在总结磁性液体密封国内外发展历程的基础上,提出了几种新型的磁性液体密封方式:组合式磁性液体密封,密封介质为液体的磁性液体密封,高线速度的磁性液体密封和分瓣式磁性液体密封,以满足航空、航天、军工、石化等行业的需求.

磁性液体密封与机械密封组合密封技术研究

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。

磁流体用于旋转轴液体密封的研究

本文以润滑油为例,通过实验研究了磁流体密封液体时的界面稳定性。结果表明,磁流体用于液体密封时,其密封寿命不仅与磁流体的特性有关,而且与液-液界面的磁场分布有关。在成功合成与被密封液体不相溶的磁流体的基础上,通过合理布置密封装置的磁场和磁路,可以大大延长磁流体用于旋转轴液体密封的寿命。

磁性液体密封研究的现状与趋势

介绍了磁性液体密封（ＭＦＳ）研究的现状及主要研究成果。分析了ＭＦＳ的发展趋势。

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。

一种新型实用的液体密封技术

介绍了旋转轴伸的密封方法,提出了一种新型实用的液体密封技术,阐述了该新型实用液体密封技术的优良性能,并通过使用实例证明了该技术的可行性、可靠性。

混合遗传算法在磁性液体密封齿形优化中的应用

为使小生境遗传算法快速收敛,减少总的运算时间,在小生境遗传算法中融入局部贪婪性搜索过程,形成混合遗传算法。基于该算法,对磁性液体密封齿形进行优化设计。结果表明,混合遗传算法同样能够找到多组最优解,但与小生境遗传算法的计算过程相比,显著减小了进化代数,且总的运算时间减为原来的82%。

屈服应力对磁性液体密封启动扭矩的影响

磁性液体密封是磁性液体最成熟的应用。磁性液体密封的密封性能会随着静置时间的延长发生变化,尤其是启动扭矩随静置时间延长而增大的现象,可能会导致密封件启动困难甚至损坏。针对磁性液体密封启动扭矩发生改变的现象,实验研究启动扭矩与温度、静置时间、磁性液体注入量和磁性液体所受压力的关系,理论分析启动扭矩产生变化的原因。研究结果表明:密封装置所在环境温度降低、静置时间延长、磁性液体注入量增多、所受外界压力减小,都会造成磁性液体密封启动扭矩的增大;引起这种现象的本质是磁性液体中的磁性颗粒在磁场作用下成链,链断裂所需的屈服应力是引起磁性液体密封启动扭矩变化的原因。

界面尺寸对分瓣式磁性液体密封性能的影响及有限元分析

分瓣式磁性液体密封是本实验室研究的一项新密封技术,胶接面的密封是分瓣式磁性液体密封失效的主要因素之一。本文基于Volkersen剪滞模型理论,采用有限元分析的方法,对受法向和切向联合载荷作用下的胶涂层内部应力进行了模拟计算。分析了不同微坑深度、微坑宽度以及微坑间距对密封性能的影响。结果表明:当粗糙度增大时,处于波峰位置的Mises应力相应减小,波谷位置的Mises应力相应增大。当减小微坑宽度时,曲线曲率明显增大,更容易出现应力集中,密封性能相应越差。边界处的波形对τxy和σy的影响很大,边界处处于波峰形状更有利于密封性能。微坑间距的变化对密封性能的影响不会起到主导作用。模拟结果能为不同密封装置的基底密封性能的评价以及界面失效临界应力的预估提供参考。

往复轴磁性液体密封结构的研究

为研究往复轴磁性液体密封所存在的问题,从实验中探析了往复轴在不同速度和不同行程时磁性液体的流动状态,研究了往复轴磁性液体密封耐压能力和往复轴运动速度及位移的关系,并得出了密封失效的原因,提出了新型往复轴磁性流体密封结构的构思。

磁性液体密封永磁体通孔结构设计与仿真

作为磁性液体最成熟的应用之一,磁性液体密封常用的环形磁体存在连通和定位问题,首次提出在永磁体上设计连通通孔这一新型结构。对磁体部位连通通孔尺寸和位置进行建模设计,随后进行有限元分析和仿真,利用仿真结果计算出不同情况下磁体液体密封装置的耐压值,分析了不同结构下密封装置耐压值的变化,为永磁体通孔的设计提供了方案:当通孔设置远轴侧时,其直径应小于磁体径向尺寸的2/3;若需要将通孔位置设置于近轴侧,通孔直径应小于磁体径向尺寸的1/3。该方法设计出的磁性液体密封在工程中成功应用十多年,密封良好,可靠性高。

基于无齿极靴结构的磁性液体密封耐压仿真分析

作为磁性液体最成熟的应用之一,磁性液体密封的极齿结构易出现因安装和转轴跳动而剐蹭损坏的问题,且常用的极齿结构因尺寸微小,还存在加工工艺差和大间隙下密封性能差的问题,从而导致密封失效。为了解决上述问题,首次提出使用环形导磁片和不导磁片交替放置的无齿磁性液体密封结构,新型密封的结构优势明显,经ANSYS仿真计算,并与经典磁性液体密封进行了对比,发现新结构具有一定的耐压能力,可以替代磁性液体密封的经典结构;随后运用Design-Expert统计工具对无齿磁性液体密封进行优化设计,为无齿磁性液体密封的设计提供参考方案。该方法设计出的无齿磁性液体密封在工程中已有成功应用,密封良好,可靠性高。

磁性液体密封液体技术的进展简述

相比于机械密封、填料密封、迷宫密封等传统密封形式,磁性液体密封具有“零”泄漏、耗能少和可靠性高的特点。目前,用于密封气体的磁性液体密封技术已经趋于成熟且具有稳定的商业应用。相比之下,用磁性液体密封技术来密封液体仍存在许多问题,随着纳米技术、医学技术以及海洋技术的进步,磁性液体密封液体技术有了更广阔的应用需求。本文就此技术的理论、实验以及结构方面的研究进展进行了详细的阐述,希望对于参与相关方面研究的科研人员以及此技术的发展有所帮助。

液体密封压力差对转子系统动力学性能的影响

利用数值方法,通过求解基于Bulk-flow模型的液体动压环状密封控制方程,得到不同密封压力差下液体动压环状密封的动力特性系数。结合密封的流体动反力模型,建立考虑液体动压环状密封动力学特性的系统运动方程,通过理论分析导出表征系统动力学性能的模态阻尼与频率、振幅对数衰减率以及动力放大系数等的解析表达式,并计算分析密封压力差对转子系统动力学性能的影响。结果表明:正、反向涡动模态阻尼和正、反向涡动的振幅对数衰减率均随密封压力差的增加而增大,动力放大系数随密封压力差的增加而减小,而正、反向涡动模态频率先随密封压力差的增大而减小,达到最小值后又随密封压力差的增加而增大。

变运行参数的磁性液体密封中磁液温度特性分析

磁性液体工作温度高于汽化温度时不仅会导致磁性液体的表面活性物质受损,还会引起磁性液体汽化。为探讨磁性液体密封中磁液的温度特性,基于数值计算和试验验证相结合的方法,研究磁性液体旋转密封的转速、轴径和温度的关系,并分析磁性液体工作温度高于汽化温度时的相变过程。结果表明:磁性液体旋转密封的温度最大值出现在与轴表面相接触的位置,最小值出现在与极齿底部相接触的位置;随转速和轴径的增大,磁液温度最大值均升高,当两工况轴径与转速乘积相等时,磁性液体的温升值相同;当磁性液体温度高于其汽化温度时,与外界相通靠近轴表面附近的磁性液体最先发生相变,相变面积呈现抛物线形状向内扩散,且相同工作温度下,磁性液体的相变体积分数随轴径增大而降低。