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磁流体密封在真空炉上的应用


磁流体密封在真空炉上的应用 一、目的、意义及必要性: 随着科技的发展和人们环境意识的提高, 密封问题被放到很高的 位置,磁流体密封作为一种新型密封方式——无泄露、无摩擦、结构 简单、易维修,符合现代倡导的绿色生产、清洁生产等特点,已受到 越来越多的关注。 对于磁流体密封在真空炉上应用还原电动机的应有工作环境, 杜 绝叶轮电机爆燃事故,作为真空炉的资深制造企业,为公司产品在市 场的

占有率,积极采用新技术,研发新产品的科技含量的基础上,创 出华翔公司的特有品牌,明确展示华翔公司真空炉的特点和优势,为 客户着想,创卓越产品。 二、国内外现状、水平和发展趋势: 近年来,国内外真空设备发展迅猛。在许多回转动密封装置上, 磁流体密封得到了广泛的应用,例如在单晶硅炉、真空钎焊炉、真空 熔炼炉、化学气相沉积、离子镀膜、液晶再生等真空设备的密封,以 及高温高压设备及对环境要求较高的设备的密封。从而提高产品质 量,获得很好的经济效益。并且,磁流体的应用现已扩展到机械、电 子、能源、化工、冶金、船舶、航天、遥测、仪表、印刷、环保、卫 生、医疗等诸多领域, 在密封、冷却、润滑、医学、发动机、压缩机、 换能器、计量阀、造影剂、生物学、精密研磨、阻尼减振、矿物分离、 油水分离、快速印刷、定向淬火、执行元件、磁畴观察、各向异性以 及其它方面有着新的应用 , 是唯一具有工业实用价值的液体磁性智
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能化功能材料。 由于我国的磁流体密封技术起步相对较晚,同发达国家相比,仍 有较大差距,尚有相当多的工程技术人员不了解此技术,要进行多方 面的学习研究。有必要抢先在真空炉上展示和试验性采用。 磁流体密封是一项不断发展并逐步走向成熟和完善的技术。 只要 用户有更高的应用要求,再生产厂家和用户的密切配合下,这项技术 的应用领域将不断拓展, 同时也将给生产厂家和用户带来可观的经济 效益。 三、课题总体目标及研究内容 目前公司在这项技术的试验性采用过程中对这一问题进行过匹配性 技术研究,通过磁流体这种密封方式是否适合本公司的要求。同时前 期已经有行业内企业存在启动采用这项技术的动作。

四、技术可行性分析: 首先,磁流体密封是由 3 部分组成:固体铁磁体微粒(Fe3O4); 包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性剂(稳定剂);载液(溶媒)。 此密封技术是在磁性流体的基础上发展而来的, 当磁流体注入磁场的 间隙时,它可以充满整个间隙,形成一种“液体的 O 型密封圈”。 其次,磁流体密封的工作原理是圆环形永久磁铁,极靴和转轴所构成 的磁性回路,在磁铁产生的磁场作用下,把放置在轴与极靴顶端缝隙 间的磁流体加以集中,使其形成一个所谓的“O”形环,将缝隙通道 堵死而达到密封的目的。 这种密封方式可用于转轴是磁性体和转轴是
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非磁性体两种场合。前者磁束集中于间隙处并贯穿转轴而构成磁路, 而后者磁束比不通过转轴,只是通过密封间隙中的磁流体而构成磁 路。

再次,磁流体密封的特征是 (1)密封性能好:目前采用的酯基磁流体可对介质进行严密的高度稳 定的动密封或静密封,几乎无泄漏(<10-11Pa? m3/s),甚至使用质 谱仪也未必能检出泄露,真空密封时的真空度可达 10-5Pa。 (2)密封结构寿命长:用于真空场合密封的磁流体的载液是一种惰性、 稳定、低蒸汽压的二酯基有机物,挥发量极低,可长期使用,10 年 无需维修。 (3)可靠性高:磁流体密封件在正常情况下产生瞬时过压击穿时,一 旦压力降低至密封可以承受的程度时,密封效果依然能够保持。用于 真空场合的磁流体密封件一般要求其耐压能力超过 0.2MPa。 (4)传输效率高:磁流体密封装置在旋转状态下,摩擦力极小,无机械 磨损,发热低、功率损耗极小,传输效率几乎达 100%,功率损耗仅 仅考虑轴承的损失。

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(5) 传递 速 度高 : 磁 流 体密 封 装置具 有 高速 运 转的潜 力 ,可 传 递 30000r/min 的旋转运动。 (6)无污染:磁流体密封件本身不存在机械磨损,没有微粒产生,磁 液饱和蒸汽压极低,即使在真空状态下使用也不会产生污染。 (7)良好的修复性:磁流体密封装置在使用过程中, 如果因某些原因造 成密封失效,只要内部元件功能正常,一般可在现场用较短的时间就 能修复。 (8)无方向性密封:如果需要改变承压方向,对于磁流体密封而言,无 需增加任何元件就能实现。 在真空中使用磁流体密封的优点: (1)磁流体密封真空转轴可消除密封件间的接触所产生的摩擦损失, 提高轴的转速(可达 120000r/min),大大减少泄露。如果采用低蒸汽 压的磁流体可将真空室内的真空度维持在 1.3×10-7Pa 以上。 (2)磁流体的密封结构简单,维护方便,轴与极靴间的间隙较大,因 此可不必要求过高的制造精度。 (3)磁流体在密封空隙中由磁铁所产生的磁场所固定,因此轴的运动 和停止较方便。其特点是磁流体在高温下难以稳定,工作温度一般在 -30~120℃之间。 轴的过高或过低温度下工作室需要采用冷却或升温 措施,从而是密封结构复杂化。 最后,应用磁流体密封技术最早、最多、最成功的设备是各种真空设 备,其中转轴或摆动杆的真空动密封目前已经达到标准化、通用化的 程度。因为将旋转运动从大气侧传递到真空室时,采用这种液体 O 型
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密封圈式动密封装置不但可以克服固体密封中易磨损、功耗大、寿命 低、易污染等弊病,而且由于液态的磁流体可以充满整个被密封的空 间,从而堵塞了一切可以漏气的通道,实现了运转和停车两个过程中 的零泄漏。另外节能效果明显,不受轴偏心振动的影响,密封结构简 单不需维修。 五、经济与社会效益分析: 如果在电机与炉体连接中采用磁流体密封,就可以取消电机罩, 还原了电机所要求的工作环境,通风、大气压状态环境运行;对于抽 真空来说也减少了抽空面积与抽空时间; 使得电机在大气压下直接启 动,避免在真空状态下启动,节省了启动的时间;同时可避免石墨粉 尘的进入,造成高压静电的事故发生,避免真空放电,延长电机的使 用寿命, 减少电机故障, 降低维修成本, 便于保养。 提高品牌的质量。 降低了售后服务的工作范围和工作量以及不可预见费用。 4、协作单位:北京交通大学磁性液体生产制造中心研发制造。

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