化工裝備密封技術(shù)主講人：蔣強(qiáng)強(qiáng)磁流體密封課程目標(biāo)【知識(shí)目標(biāo)】掌握磁流體的組成和特性；掌握磁流體密封的工作原理與應(yīng)用。【能力目標(biāo)】能正確選擇和使用磁流體密封。知識(shí)點(diǎn)010203目錄磁流體的概念磁流體密封的工作原理磁流體密封的應(yīng)用磁流體密封磁流體密封是一種用磁流體作為密封介質(zhì)的獨(dú)特動(dòng)密封。它是由外加磁場(chǎng)在磁極與軸套之間形成強(qiáng)磁場(chǎng)，從而將磁流體牢牢地吸附住，形成類(lèi)似O形圈形狀的液體環(huán)，將間隙完全堵住，達(dá)到密封的要求。一、磁流體的概念1995年由美國(guó)帕佩爾（Papell）發(fā)明的磁性流體，是把磁鐵礦等強(qiáng)磁性的微細(xì)粉末（約100Å）在水、油類(lèi)、酯類(lèi)、醚類(lèi)等液體中進(jìn)行穩(wěn)定分散的一種膠態(tài)液體。這種液體具有在通常離心力和磁場(chǎng)作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁鐵所吸引的特性。磁流體的組成磁流體由3種主要成分組成：1）固體鐵磁體微粒（Fe3O4）；2）包覆著微粒并阻止其相互凝聚的表面活性劑（穩(wěn)定劑）；3）載液（溶媒）。一、磁流體的概念磁流體的組成固態(tài)磁性微粒懸浮在載液中，同時(shí)表面上吸附著一層表面活性劑，在離心力及磁場(chǎng)作用下，它既不沉淀也不凝絮，而是穩(wěn)定地懸浮在液相中，保持著均勻混合的懸浮狀態(tài)，如圖所示。一、磁流體的概念磁流體的組成常用的磁性顆粒有：1)非金屬顆粒：亞鐵磁性的鐵氧體，F(xiàn)e3O4、等；2)金屬顆粒：鐵（Fe）、鎳（Ni）、鈷（Co）、釓（Gd）等；3)合金：FeCo、FeC、FeNi、Fe-CO-Ni等；4)氮化物：Fe3N等；5)化合物：Co-Fe3O4、CoFe2O4和NiFe2O4等。磁性微粒一、磁流體的概念磁流體的組成載液不同，可生成不同性能、不同應(yīng)用領(lǐng)域的磁性液體，如水基、煤油基、二醋基、烴基，聚苯基、硅油基、氟化烴基，氟炭基，金屬有機(jī)化合物，鎵、汞、釩、銦錫合金等液態(tài)金屬等。對(duì)于磁性液體潤(rùn)滑和密封來(lái)說(shuō)，通常選用礦物油和硅油機(jī)體；碳?xì)浠衔餀C(jī)體基體的磁性液體通常用作分散和打印設(shè)備；醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的一般為水基體的磁性液體。通常液體載液需要有低的蒸發(fā)率，無(wú)毒，抗腐蝕介質(zhì)和不溶于特殊介質(zhì)等特性。載液一、磁流體的概念磁流體的組成為了使磁流體中磁性微粒不相互于吸引，或不因重力場(chǎng)作用而引起的沉淀，在磁性顆粒制取過(guò)程中正確的選擇穩(wěn)定劑，使其與載液性能相匹配以及把摻與載液中磁性微粒直徑控制在小于10nm以下。微粒間的電偶極相互作用可以被分散劑所克服，使粒子間不能靠近。重力場(chǎng)所引起的沉淀作用，因穩(wěn)定劑的作用以及微粒在載液中的濃度遠(yuǎn)小于100%（濃度大約10%左右），因此不易沉淀。穩(wěn)定劑-油酸、丁二酸、氟醚酸一、磁流體的概念磁流體的特性磁流體是一種磁性的膠體溶液。作為密封用的磁流體，其性能要求是：穩(wěn)定性好，不凝聚、不沉淀、不分解；飽和磁化強(qiáng)度高；起始磁導(dǎo)率大；黏度和飽和蒸汽低。其它如凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)、導(dǎo)熱率、比熱容和表面張力等也有一定的要求。磁流體屬于超順磁材料。在外加磁場(chǎng)作用下，磁流體中的磁性微粒立刻被磁化，定向排列，顯示出磁性。磁流體磁性微粒定向排列的程度取決于磁流體的磁化強(qiáng)度M。磁化強(qiáng)度(M)隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度（H)的增加而增加，直至達(dá)到磁流體的飽和磁化強(qiáng)度(Ms)。Ms受磁性微粒材料飽和磁化強(qiáng)度、磁性微粒濃度和磁流體溫度的影響。一、磁流體的概念磁流體的特性評(píng)價(jià)磁流體性能的指標(biāo)：載液要有低的蒸發(fā)率；磁流體要有較高的物理性能，即磁性能；磁流體要有較高的化學(xué)性能，即抗腐蝕性和不溶于其它特殊介質(zhì)的性能；無(wú)毒無(wú)污染。二、磁流體密封的工作原理工作原理圖4-37磁流體密封示意圖1—永久磁鐵；2—磁極；3—旋轉(zhuǎn)軸；4—磁流體

二、磁流體密封的工作原理工作原理首先在靜止部件與運(yùn)動(dòng)部件的間隙中形成外加磁場(chǎng)，在均勻穩(wěn)定磁場(chǎng)的作用下，使磁流體充滿(mǎn)于設(shè)定的空間內(nèi)，建立起多級(jí)“O型密封圈”,從而達(dá)到密封的效果；每級(jí)密封圈一般可以承受大于0.15～0.2個(gè)大氣壓的壓差?？偝袎簽楦骷?jí)壓差之和，一般設(shè)計(jì)為2.5個(gè)大氣壓，完全滿(mǎn)足真空密封的需要.二、磁流體密封的工作原理工作原理圖4-38磁流體密封原理

(a)當(dāng)密封部位兩側(cè)的壓力p1=p2時(shí)，磁流體處于平衡狀態(tài);(b)當(dāng)p2<p1、(p1一p2）≤Δp(單級(jí)密封能力）時(shí)，磁流體偏于壓力低的一側(cè)，密封能正常工作;(c)當(dāng)（p1一p2)>Δp，磁流體液環(huán)即被吹出一些空隙，并可聽(tīng)到壓力介質(zhì)被沖破時(shí)發(fā)出的“嗤”“嗤”聲。(d)如果壓差>>[p]或者壓差增加非常迅速，并大于[p]時(shí)，此時(shí)磁流體就會(huì)被吹走，脫離外加磁場(chǎng)的范圍，導(dǎo)致密封失效。磁流體有一特殊功能即自愈合性能。二、磁流體密封的工作原理工作原理圖4-39具有磁流體補(bǔ)充裝置和水冷卻槽的密封1—永久磁鐵；2—磁流體；3—加磁流體裝置；4—水冷卻槽；5—環(huán)形磁極；6—導(dǎo)磁軸套

在磁流體密封中，由于磁流體會(huì)有損耗，應(yīng)考慮設(shè)磁流體的補(bǔ)給裝置。由于磁流體的溫度升高會(huì)影響密封的耐壓能力，應(yīng)裝設(shè)冷卻水槽。二、磁流體密封的工作原理工作特點(diǎn)①因?yàn)槭怯梢后w形成的密封，只要是在允許的壓差范圍內(nèi)，它可以實(shí)現(xiàn)零泄漏。②因?yàn)槭欠墙佑|式密封，不存在固體摩擦，僅有磁流體內(nèi)部的液體摩擦，因此功率消耗低，使用壽命長(zhǎng)易于維護(hù)。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。沒(méi)有復(fù)雜的零部件，且對(duì)軸的表面質(zhì)量和間隙加工要求不高。④特別適用于含固體顆粒的介質(zhì)。這是因?yàn)榇帕黧w具有很強(qiáng)的排他性，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，磁流體能將任何雜質(zhì)都排出磁流體外，從而不至于因存在固體顆粒的磨損造成密封提前失效的情況。⑤可用于往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的密封。⑥軸的對(duì)中性要求不高。⑦能夠適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，特別是在撓性軸中使用。⑧瞬時(shí)過(guò)壓，在壓力回落時(shí)磁流體密封可自動(dòng)愈合。優(yōu)點(diǎn)二、磁流體密封的工作原理工作特點(diǎn)①磁流體密封能適用的介質(zhì)種類(lèi)有限，特別是對(duì)石油化工。②要求工藝流體與磁流體互相不熔合。③受工藝流體蒸發(fā)和磁鐵退磁的限制。④不耐高壓差(<7MPa)。⑤耐溫范圍小。⑥不能對(duì)任何液體都安全地應(yīng)用，目前多用于蒸汽和氣體的密封。⑦磁流體尚無(wú)法大量供應(yīng)。不足三、磁流體密封的應(yīng)用圖(a)用于軸承密封的磁流體密封1—永久磁鐵；2—磁流體

圖(b)

活塞和氣缸的磁流體密封1—永久磁鐵；2—磁流體

三、磁流體密封的應(yīng)用圖(a)磁流體離心密封1—轉(zhuǎn)軸；2—磁極片；3—回轉(zhuǎn)圓盤(pán)；4—磁鐵；5—?dú)んw；6—磁流體；7—停車(chē)或低速回轉(zhuǎn)時(shí)磁流體密封

圖(b)

磁流體密封與螺旋密封的組合

三、磁流體密封的應(yīng)用磁流體可以作為新型的潤(rùn)滑劑。通常潤(rùn)滑劑易損耗、易污染環(huán)境。磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10納米單位，因此不會(huì)損壞軸承，而基液亦可用潤(rùn)滑油。只要采用合