蒸发量10-6(g/cm2.h)

发表时间:2019-10-03

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第1章绪论 1.1选题的布景和意义 磁流体也叫磁液或铁流体,它是将磁性微粒掺入到载液中是一种对、可流动的液体磁性材料。磁流体自问世以来,正在研磨、抛光、润滑、减振、冷却等范畴逐渐被人们所认识,磁流体正在密封范畴的使用也逐步遭到人们的注沉。 磁流体密封是借帮磁流体正在的感化下构成的磁流体密封环对气体、液体进行密封,因为它和密封轴之间是通过磁流体进行接触密封,因此避免了密封轴取密封件之间的间接摩擦,降低了附加载荷。正在扭转轴密封中具有其它密封体例不成对比的长处:无泄露、无磨损、布局简单、寿命长,遭到国表里学者和工程手艺人员的注沉,正在工业、国防等范畴具有主要的意义。 磁流体密封正在低压气体密封中的使用较为简单,由于密封压力低,所需的密封级数较少、密封间隙也能够选的比力大,所以容易实现。同时因为密封级数少,故密封安拆的轴向尺寸较少,密封间隙大,其他诸如转速、磁极齿型等要素对密封安拆的密封能力影响也较小,往往能够采用恍惚的理式或经验公式对密封安拆进行设想,就能满脚利用的需要。跟着密封压力的升高,磁流体密封耐压公式正在磁流体密封安拆的设想中越来越主要,它的理论程度间接决定了密封安拆的机能。保守密封理式存正在一些缺陷,好比密封力的来历不明白,计较复杂,合用范畴小等等,这就不克不及很好的满脚磁流体高压密封设想的需要。因而,使用新的、合理的密封耐压公式对扭转轴高压密封安拆的设想是很需要的。 磁流体正在气体密封中的使用曾经良多,可是正在液体密封中的使用较少,本文将磁流体密封手艺使用于船舶艉轴密封中,并采用新的耐压公式,计较出密封安拆的参数,设想出密封尝试安拆,进行了具体尝试,取得了大量的数据。最初操纵尝试数据,阐发对船舶艉轴磁流体密封的次要影响要素,可为此后进行磁流体密封安拆的设想供给必然的帮帮。 1.2国表里磁流体密封手艺的成长示状 1.2.1磁流体简介 磁流体是由超微细磁粉正在液体(载体)中不变分离而构成的能流动、有超顺磁性的胶体,它无剩磁和矫顽力,可通过磁进行节制,正在感化下构成具有磁性的流体,其密封膜承压能力取强度成反比。因而磁流体是堵塞密封比力抱负的工做流体。 磁流体正在密封间隙中受感化,构成强韧的流体膜,泄露。膜层内的超细磁性微粒被分离剂及基液分手,悬浮于基液中,不凝结成胶体,仍连结液体特征,对轴无固体摩擦,只要粘畅阻力。 磁流体正在静态时不具备磁性,仅正在外加感化时,才表示出磁性,磁性微粒和基液构成一体,使磁流体既具有通俗磁性材料的特征,同时又具有液体的流动性,因而磁流体具有以下特点:①正在的感化下,磁化强度随外加的添加而添加,曲至饱和,而外去除当前又无任何磁畅现象,对磁流体的感化力表示为体积力。②取一般纳米粒子不异,具有小尺寸效应、概况效应、量子尺寸效应和宏不雅量子地道效应。③具有液体的流动性,正在凡是的离心力和的感化下,既不沉降,也不凝固。 1.2.2磁流体的分类 正在不异磁化饱和强度下,磁流体的质量次要由磁流体的不变性决定。磁流体的不变性包罗:不易挥发;正在强、电场、沉力场下不容易发生沉淀、分手或凝结:不取接触的介质发生化学反映等等。因而,为了顺应分歧场所的需要,正在磁流体质量不竭提高的同时,磁流体的品种也正在不竭添加。 磁流体的品种可按磁性微粒的品种和载液的品种进行分类。 按磁性微粒的品种分有:①铁盐酸系Fe3O4 , MeFe2O4, (Me = Co, Mn, Ni)等;②金属系Ni, Co, Fe等金属微粒及其合金(Fe -Co, Ni-Fe);③氮化铁系等。 按基液品种分有:①水;②无机溶剂(如二甲苯);③碳氢化合物;④合成脂;⑤聚二醇;⑥聚苯醚;⑦卤化烃;⑧苯乙烯等等。 正在本文中,对多品种型的磁流体进行了尝试,用来阐发选择 适合于水(海水)密封的基液的磁流体,正在设想中是以油基Fe3O4纳米磁流体基准来计较,正在以下章节中不再反复,其机能目标如下: 磁性微粒的体积浓度是30%,饱和磁化强度是200Gs,粘度为500CP(270C),蒸发量10-6(g/cm2.h),Fe3O4微粒的范畴10-50nm。 1.2.3船舶艉轴磁流体密封根基道理 磁流体密封以旋动弹密封为从,磁流体旋动弹密封手艺是正在磁流体的根本上成长起来的,是一种非接触式密封(即动件和静件没有间接接触),船舶艉轴的密封即合用该密封体例。 磁流体扭转密封安拆的功能是把扭转活动传送到被密封的容器内。安拆凡是由轴承、磁极、永世磁铁、导磁密封轴、磁流体等构成,其工做道理是:由环状永磁铁、磁极和具有导磁性的转轴形成闭合磁回,操纵永磁体中的磁能,正在密封轴取磁极齿端的间隙内发生强,将磁流体紧紧吸正在密封间隙内,构成磁性液体“O”型密封环,把间隙锁住,从而实现密封,如图1.1 磁流体密封用于隔离两个腔体时,若是两腔之间的压强不异,不存正在压力差,则磁流体密封能够相当靠得住地工做,这品种型次要用于防尘密封;若是两腔间有压差,则处正在间隙中的磁流体就要承受这一压差,这种密封跟着压差的提高而逐步变得坚苦。 1.2.4磁流体密封的长处 (1)密封机能好:目前采用的酷基磁流体可对介质进行严密的高度不变的动密封或静密封,几乎无泄露,以至利用质谱仪也未必能检出泄露,线)密封布局寿命长:用于实空场所密封的磁流体的载液是一种惰性、不变、低蒸汽压的二酩基无机物,挥发量极低,可持久利用,10年无需维修。 图1.1磁流体密封道理 (3)靠得住性高:磁流体密封件正在一般环境下发生瞬时过压击穿时,一旦压力降低至密封能够承受的程度时,密封结果仍然可以或许连结。用于实空场所的磁流体密封件一般要求其耐压能力跨越0.2MPa。 (4)传输效率高:磁流体密封安拆正在扭转形态下,摩擦力极小,无机械磨损,发烧低,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丧失。 (5)传送速度高:磁流体密封安拆具有高速运转的潜力,可传送30000r/min的扭转活动 (6)无污染:磁流体密封件本身不存正在机械磨损,没有微粒发生,磁液饱和蒸汽压极低,即便正在实空形态下利用也不会发生污染。 (7)优良的修复性:磁流体密封安拆正在利用过程中,若是因某些缘由形成密封失效,只需内部元件功能一般,一般可正在现场用较短的时间就能修复。 (8)无标的目的性密封:若是需要改变承压标的目的,对于磁流体密封而言,无需添加任何元件就能实现。 1.2.5国表里磁流体密封研究情况 20世纪60年代中期,美国起首成功用于处理宇航服可动部门的实空密封以及正在失沉形态下飞船液体燃料的固定问题。此后磁流体手艺逐步被人们所认识,其研究使用一曲是世界十分关心的前沿课题。我国科研工做者颠末数年的潜心研究,于1997年出产出首批产物。目前国际上仅美、中、俄、日等少数国度可以或许出产。 1966年,日本的下饭坂润三传授用分歧的方式研制成功了磁流体。 60年代末期,美国成立了磁流体公司,特地处置磁流体及其使用的研究。日本,苏联,英国等国度也接踵展开了磁流体手艺的研究,我国是从70年代末起头的磁流体手艺的研究,近些年来,我国对磁流体手艺的研究日趋深切: 1996年,李明生等人做了关于磁流体密封正在水泵中的使用尝试研究,他们正在的尝试结论中提出,由密封轴运转时的颤动、导磁环内径取泵轴的不齐心取磁流体过热(由颤动的转轴取磁环的摩擦、轴速过高、磁流体冷却欠好等形成)等是形成密封最终失效的主要缘由。 1998年,刘颖等人通过磁流体密封试验察看了磁流体气体密封分裂后的复过程,其尝试成果认为:加压速度越大,分裂次数越多,梯度越小,则复程度越低;齿级数过多会降低磁流体密封的复能力,而采用多磁少少齿级密封布局可使磁流体损耗后获得较好的弥补,可提高磁流体密封的复能力。 1999年,张世伟等人阐述并用尝试验证了防液体密封的承压机理和失效机制。磁流体材料的不变性,即某种磁流体取某种被密封液体间的互不侵害性,对于防液体密封至关主要。 2002年,顾红等人通过磁流体密封水介质的试验,阐发了磁流体密封分裂后的修复过程,调查了导致磁流体密封分裂的要素对复的影响程度。 1.2.6国表里磁流体密封使用情况 密封件是机械配备高效、持久、平安和不变运转的主要根本件,其手艺程度、质量及机能间接影响配套从机产质量量和运转靠得住性。我国密封材料及成品颠末十多年的成长和手艺引进,构成了必然的出产能力和规模,一般产物能满脚各类从机的配套要求,但高压、高速、细密、耐高温、低暖和耐侵蚀的密封件取国际程度有较大差距。 磁流体密封的凸起长处:具有零泄露,高转速,高靠得住性,布局简单。用其它密封手艺,例如弹胶物、油封、磁性联轴节和橡胶垫圈等均有泄露、寿命短、速度慢、常常需要维修等错误谬误。磁流体密封正在要求实空、防尘、或封气体等特殊中的动态密封最为合用。 正在国外,磁流体旋动弹密封正在实空低压密封上的手艺己经相当成熟,并曾经实现部门工业化。国内的磁流体密封手艺,目前也次要用正在实空、防尘的气体动密封,普遍使用于X射线转靶衍射仪、单晶炉、大功率激光器、计较机等细密仪器的转轴动密封。具体使用如下: (1)动态密封是最早开辟和使用的磁流体使用手艺,其使用范畴包罗半导体加工、光学纤维、激光器、x射线安拆、热处置设备、硅单晶多晶炉和航空电子手艺等。这种密封系统的次要特点是:密封机能好(线 Pa的实空度的要求),几乎无泄露(泄露量最高可小于10-12m3/(Pa·s)),因密封发生的阻尼小(效率可达99 % ),利用寿命长(一般可长达10年之久,且改换磁流体后还可继续利用)。但对于高压密封、高速密封和高温密封则需要进行分歧的处置。对于高压密封,因为密封要靠各级密封(一般每级可密封20-80KPa)的压力和,并且当密封级数跨越必然的级数(一般为70 - 80级)后,密封能力就不再提高,所以一般采用压力均衡或组合密封的体例来达到较高压力的密封;高速密封次要考虑磁流体的离心力和活动中发生的热取温度,温渡过高时需采用轮回水冷却,离心力的次要取磁流体的机能和强度相关;高温密封则是磁流体密封最亏弱的,因为温度跨越永世磁铁和磁流体许可温度后,强度急剧下降,磁流体的饱和磁化强度也急剧下降,从而使密封安拆得到密封能力。 (2)密封是操纵磁流体来对环节元件进行的密封体例。现已把此类密封使用于各部分各行业,如纺织、计较机、机械和从动化设备上。正在纺织工业中,磁流体密封用来电动机轴承免受纤维污染。正在机床中磁流体密封可正在含碎屑的切削液和轴衬润滑油之间构成靠得住的层,从而耽误轴承寿命。为了半导体出产车间的洁净机械人不受油污和微粒的污染,机械人所有的活动关节都采用磁流体密封来极高的要求。 (3)特殊机械密封是把磁流体密封使用于具有特殊目标的密封,压力范畴一般正在10-6-106Pa,如使用最多的实空密封、铰孔阀和压力堆积器、磁流体轴承、水陆两用坦克动力传送轴的密封等,具有密封靠得住,布局简单,维修少,寿命长等特点。 (4)密封正在中起着主要感化。正在化工场、核电厂、冶炼厂等排放污染的挥发性物质和物的,除了配件、阀门和接头外,次要是泵。采用一级机械密封和一级磁流体密封,可使泄露或排放程度降到零。通俗的磁流体密封压力小于5×105Pa,温度小于80 OC,转速小于5 000 r/min,目前曾经有利用跨越8年无泄露的报道。 1.3本文的次要工做内容 本文将磁流体密封手艺使用于船舶艉轴密封上,通过本人设定尝试方针,根据新推导的密封耐压公式,设想出船舶艉轴磁流体密封尝试安拆。而且根据尝试数据,对影响船舶艉轴密封尝试安拆的要素进行了阐发。 1、确定船舶艉轴磁流体密封尝试安拆的总体方案。 2、根据密封压力,对船舶艉轴磁流体密封尝试安拆进行设想,对该安拆的具体环节,如磁环、磁极、轴套、电机等进行计较取选择。 3、对密封安拆的进行阐发取计较,并对磁流体密封常用耐压公式及本文采用的新的耐压公式进行推导。 4、操纵尝试数据对影响船舶艉轴磁流体密封能力的要素进行阐发,总结出一些纪律。 5、绘制出船舶艉轴磁流体密封尝试安拆的拆卸图和主要部件的零件图。 第2章船舶艉轴磁流体密封尝试安拆的设想 2.1引言 船舶艉轴磁流体密封尝试安拆是以海水为被密封介质,对三种基液类型的多个型号磁流体进行船舶艉轴磁流体密封使用模仿试验,以取得分歧基液的磁流体对密封能力的数据,对分歧基液的磁流体密封海水的的机能进行阐发。 2.2磁流体密封尝试安拆的总体方案设想 本文的尝试安拆,需要进行大量的尝试,要进行良多次的拆卸、安拆,所以该当侧沉于适用、易拆卸等进行元件选择,正在此根本上,尽量使精度较高,实现尝试的切确性。 2.2.1船舶艉轴磁流体密封尝试安拆的设想根基准绳 机械设想时应满脚的根基要求: 按照出产及糊口的需要分歧,设想的机械品种也不尽不异,但设想时应满脚的根基要求是不异的,这些根基要求是: (1)利用功能要求:就是要求所设想的机械应具有预定的利用功能,即可以或许施行机构实现所需的活动,又能构成机械的零,部件工做靠得住,有恰当的寿命,并且利用,维修便利。这是机械设想的根基要求。 (2)工艺性要求:所设想的机械无论总体方案仍是各部门的布局方案,正在满脚利用要求的环境下应尽量简单,适用,正在毛坯制制,机械加工,拆卸,维修等方面都具有优良的工艺性,合理的选用材料,尽可能地选用尺度件。 (3)经济性要求:经济性要求是一个分析目标,他表现于机械的设想,制制及利用的过程中,因而,设想机械时应全面分析地考虑。 此外还有便于拆拆和运输的要求及持久连结工做精度的要求等。 2.2.2船舶艉轴磁流体密封尝试安拆的具体布局 该安拆次要由密封壳体、磁环、磁极、传动和施压安拆构成。壳体部门包罗有非导磁性的青铜材料制成的筒形壳体、端盖和底座形成,其内径取尺寸不异的磁极构成过渡共同,壳体沿轴线标的目的开出取每极段密封腔相连通的三个压力表测试孔。 由永磁材料制成的永世磁环沿轴分布;每极端各吸附一块由45#钢制成的磁极构成一个极段的“磁源” ,每组“磁源”做N-N、S-S异向的轴向串接。 电动机通过一级V带传动,实现电动机的减速,这种方案较易实现,其错误谬误是并不很切确,对于研究船舶艉轴转速取船舶艉轴磁流体密封耐压能力的定量关系有影响,可是,最终的尝试成果对于实现定性阐发没有较着影响,证明这种传动体例仍是较为成功的。 安拆的模仿艉轴的尾端采用平键连接一个外径D=110mm、孔径d=8mm船舶水池自行模用巴氏合金四叶螺旋桨;螺旋桨部门置于密封耐压仓内,仓壳正上方开出一个高压表孔,仓后壁开出一个泵管孔取4MPa的手摇泵相联。 上述即形成本文所述的磁流体密封尝试安拆,该密封尝试安拆的示意简图如图2.1: 1电动机 2 V带轮 3密封壳体 4模仿船舶艉轴 5螺旋桨 6水箱 7溢流阀 8泵 9 水槽 图2.1船舶艉轴磁流体密封安拆示意简图 2.3船舶艉轴磁流体密封尝试安拆的次要参数设想 船舶艉轴磁流体密封尝试安拆的次要参数包罗磁环、磁极、单级密封能力取密封级数等,这些参数确定之后,选择合适的电动机取传动机构。 2.3.1密封尝试安拆的设想方针及材料选择 (1)设想方针: 密封对象:海水 密封压力:2MP 密封轴:20mm的模仿船舶艉轴 (2)磁源的选择:磁源采用N35号磁环(磁能积为199kJ/m3),轴向充磁,即磁力线)磁流体的选择:因为尝试需要进行分歧磁流体对密封安拆密封能力的影响的阐发,因而选择了多种型号的磁流体进行尝试。各型号及机能如下: 表2.1各型号磁流体的机能目标 型号 目标 HJY- 06 HJY- 07 HJY- 09 HJN- 10 HJN- 11 HJN- 13 HS-水 HS-海水 外不雅 黑 色 胶 体 黑色液体 黑色液体 载体 3# 从 轴 油 水 海水 密度(250C) g/cm3 1.64 1.56 1.58 1.80 1.91 1.70 1.40 1.35 粘度(250C) Pa·S 0.53 0.48 0.72 1.92 0.82 0.62 0.02 0.02 磁饱和强度 6.4×105A/m 0.06 0.056 0.052 0.08 0.086 0.079 0.030 0.025 (4)套筒、转轴、及磁极材料的选择:由磁流体密封道理能够晓得,磁力线颠末磁环、磁极、转轴构成一个磁回,为了避免磁力线颠末套筒的损耗,因而套筒的材料,该当选择非导磁材料,本文所采用的是青铜材料,它导磁材料,并且加工机能较好。转轴及磁极选择45#钢,这种材料的导磁率相对较高,正在磁强度为2T时接近磁化饱和。磁极也能够选择纯铁,纯铁的磁导率比45#钢更高,可是纯铁的加工机能极差,不易加工,因而本文选用45#钢。 (5)磁极齿型及密封间隙:通过磁极两种齿型的磁导率阐发,能够得出梯形齿型的磁导率比矩形齿型的高,因而,本文选择梯形齿型。为了提高密封能力,或减小磁环的体积,密封间隙该当尽可能的小,一般正在0.05-0.15mm之间,正在轴径较小时,间隙能够取得小些,因而本文取密封间隙的值为0.1mm。 2.3.2密封尝试安拆模仿艉轴的磁通量计较 (1)平安系数:平安系数选择1.5,即设想密封压力为现实需要密封压力的1.5倍,需要的密封压力为2MPa,所以设想的密封压力为2×1.5=3.0MPa. (2)选择密封间隙及确定磁极和磁环的组合体例:按照密封轴径和设想密封压力等选择密封间隙,确定密封间隙为0.1mm。组合体例为一个磁环共同两个磁极利用,两个磁极别离放置正在磁环两头,相邻磁环同极性相对放置。 (3)设想轴的磁通:对照45#钢的磁化饱和曲线#钢的磁化饱和曲线表 B(Gs) H (A/cm) 相对磁导率 5250 5 836 10100 10 800 12550 25 405 14550 50 233 16200 70 200 17500 18400 100 150 140 97 磁环的磁强度可知,选择B=1.6T(此时的相对磁导率约为200 )做为模仿轴上的设想磁强度,而轴的横截面积为S S= 而通过轴上的设想磁通为 =5.02×10-4Wb (4)设想磁环磁通:漏磁系数Kf采用1. 3设想值,总需要磁通 Kf× 考虑到从磁回正在密封间隙处的磁漏,总需要磁通和磁环磁通按1: 1. 2的比例选择磁环磁通 =1.2=1.2×1.3×5.02×10-4Wb =7.83×10-4Wb (5)密封间隙处的设想磁强度:为了密封间隙处的磁强度B3000Gs,按1.2: 1的比例设想密封间隙中磁强度,即密封间隙处的设想磁强度为1.2B。 2.3.3 密封尝试安拆的磁极的设想 (1)单磁极的最大密封级数n: 密封间隙中的无效磁通面积为Sq Sq=1.5× 每齿密封需要的磁通 =Wb (2)单齿的密封能力: 单个磁回由两个小磁极和一个磁环构成。按照单磁极的最大密封级数和单齿的密封能力计较单磁极的最大密封能力,而由按照总的设想密封压力、单齿的密封能力获得需要总的密封级数。由总的密封级数和单磁极的最大密封级数,获得需要的磁回个数。 (2.1) 此中L是磁极的齿宽,模仿艉轴的曲径,d为微粒曲径,为间隙 =4.2×10-12N 将值代入式(2.1)得 =45360Pa (3)单个磁回的最大密封能力 =2nP=2×12×45360 =1089000 (4)需要的磁回个数即磁极对数m: 因为磁极对数不成能取小数,因而取磁极对数m=3。 2.3.4密封尝试安拆的磁环设想 按照磁环的材料机能,由单个磁回的特点确定磁环的尺寸。正在磁环的尺寸参数中,磁环的内径可按照密封轴的曲径确定,磁环的内径要比密封轴稍大(好比大10mm)。为了减小轴向尺寸和磁回的长度,磁环的厚度最好是正在5-10mm的范畴内。再按照磁环磁通量、磁环的最大残剩磁强度确定等磁环的外径。 1)磁环的轴向横截面积S: =6.75×10-4m2 2)磁环的内、外曲径: 由(R为磁环外径,r为磁环内径,内径根据模仿艉轴的曲径为20mm,选择r为30mm)得 R== =41.4×10m 由此可取大要值R=45mm,即确定磁极的外径为48mm,同时由磁极取套筒的共同关系能够得知套筒的内径为48mm。 2.3.5密封尝试安拆的轴承间距计较 1)密封磁极的长度L L= 2n×h=2×12×1.5× =36×m 此中,h是密封齿的厚度。 2)轴承的间距L2 为了密封轴正在动弹时的同轴性,按2.5:1的比例选择磁极总长度和轴承间距比,故轴承的间距L2 L2=L/2.5=36×/2.5=14.4×m 3)密封套筒的长度L L=6 L+ L2 +3L3+L4=6×36+14.4+3×20+5 =295.4mm 此中是L3磁环的厚度,L4是密封轴取轴承的隔离距离。 2.4船舶艉轴磁流体密封尝试安拆的动力源及传动安拆的设想 2.4.1密封尝试安拆电动机的选择 螺旋桨的设想扭转速度n=750r/min(这个转速是水面舰船从推常规转速),为了便于换样试验的拆拆便利,及价钱要素的考虑,采用550W、同步转速1500r/min的Y801-4的Y系列三相异步电动机。 确定传动比i: i===2 即颠末V带传动的传动减速比为2,即通过一级V带传动将电动机的动弹速度降到密封安拆中模仿艉轴的预定转速。 2.4.2密封尝试安拆传动机构的设想 正在传动机构中,次要考虑了齿轮传动和带传动两种传动体例,两种传动体例各有其特点,需要分析考虑本文密封安拆的需要。 齿轮传动的次要特点有: 效率高;正在常用的机械传动中,以齿轮传动的效率为最高。节构紧凑,正在同样的利用前提下,齿轮传动所需的空间尺寸一般比力小。工做靠得住、寿命长;设想制制准确合理、利用优良的齿轮传动,工做十分靠得住,寿命可达一、二十年,这是其他机构所不克不及对比的。传动比不变 传动比不变往往是对传动机能的根基要求。齿轮传动的制制及安拆精度要求高,价钱较贵 带传动的特点: 布局简单,传动平稳,制价低廉及可以或许缓冲吸振,这种方案较易实现。其错误谬误是因为存正在弹性滑动和打滑现象,不克不及连结不变的平均传动比并不很切确,对于研究船舶艉轴转速取船舶艉轴磁流体密封耐压能力的定量关系有影响,可是,最终的尝试成果对于实现定性阐发没有较着影响,证明这种传动体例仍是较为成功的。 此外,因为V带传动能传送较大的功率,所以正在传送不异功率的环境下,V带传动的布局比力紧凑。因而,本文尝试安拆选用V带传动,并根据V带传动的设想步调进行以下设想: 1)确定计较功率Pc Pc=1.1P=1.1 =0.6655kW 式中P——传送的表面功率,kW; K——工况系数,因为尝试安拆的载荷变更较小,选择工况系数为1.1。 2)选择带型 由Pc=0.6655kW n=1500r/min能够查通俗V带选型图,得出该当选择的带型为A系列。 3)拔取带轮基准曲径d和,验算带速V 因为d小,则带传动外廓尺寸小,d但过小,弯曲应力过大,故带轮曲径应予以,设想时满脚d,并合适基准曲径系列。d=50则=id(1-=2×50×0.985=98.5mmmm =3.93m/min 因为,即V带转速正在要求的范畴内,能够选用。 4)确定核心距a和V带的基准长度L 带传动的核心距过大,将惹起带的发抖,核心距过小,单元时间内带绕过带轮的次数增加,使带的寿命降低。 由0.7计较得 105 a取250即可满脚要求。 V带的基准长度L mm 5)采用经验公式估算d=(0.8~1.2)D得d=12~18mm故本文采用的传动轴d=12满脚要求。 计较长轴的转矩T N·m 选用A型平键的尺寸为,该键的参数如下: N/mm2,mm,mm。 键工做概况的压强p为: MPa 所以键的尺寸也满脚利用要求。 2.5本章小结 本章确定了磁流体密封尝试安拆的总体方案,而且设想出了磁流体密封尝试安拆的具体布局,如壳体、磁环、磁极、电机和传动机构等。接着进行了各部件的材料选择及参数设想,次要是单级磁通、单级密封能力、密封安拆所需磁极对数、电机及传动机构的设想。 第3章密封尝试安拆的阐发取耐压公式推导 3.1密封尝试安拆阐发取计较 正在磁设想的流体密封安拆上,通过对密封安拆的磁回特点进行阐发,而且求出梯形齿型密封间隙处的磁导率。 3.1.1密封尝试安拆的特点。 磁流体密封安拆中,采用聚磁布局,使得密封间隙内强度远高于间隙外,如许,正在密封间隙中注人磁流体后,磁流体被吸附正在密封间隙中并将其充满,而且处于对称的。当密封间隙两侧压力不等时,磁流体正在中发生转移,被挤向压力较低的一侧,从而使高压侧的磁流体概况处于较高的,而低压侧磁流体概况处于较低的,因为两概况间强度差而发生磁压,此磁压取外部压差均衡,从而实现了密封目标。其因为安拆本身布局的特点,具有如下特征: (1)的对称性 本文的磁流体密封是一个轴对称布局,布局的对称性导致了具有轴 对称性。 (2)介质鸿沟的复杂性 磁流体密封中的多级布局以及分歧的齿型使得磁流体密封的介质鸿沟比力复杂。 (3)稳态非线性强 因为磁流体密封以永磁体做为磁源,密封件间拆卸关系固定,且没有其它干扰要素,因而磁流体密封的是一个稳态此外密封间隙中的很强,往往接近导磁材料的饱和磁化点,这使得部门磁介质总要上做正在介质磁导率变化很大的非线梯形齿型密封间隙处的磁导率 梯形齿型的磁阻阐发如下图: 图3.1梯形齿型的磁阻阐发 设密封角为,密封间隙为,齿厚为L,齿距为h,齿槽的磁导为Pc,齿尖的磁导为Pa,齿尖到密封轴所包含间隙的磁导为Pb,是密封轴曲径。 (1)齿槽的磁导Pc: 设齿边到轴的距离为y (3.1) 对应于沿轴向的细小单位x,如图5-2中的(b),齿边的无效磁通感化面积 (3.2) 所以对应于X,齿边的无效细小单位磁导Pc (3.3) 此中,空磁导率。 故齿槽的磁导Pc (3.4) 求解得: (3.5) 本文的参数如下,b=0.2 mm;=600;L=l.5mm;h=1.5mm;=20mm; 代入式(3.5)后获得 Pc =15. 5 (2)求齿尖的磁导率Pa: 磁力线通过的无效长度La La (3.6) 磁力线通过的无效面积Sa (3.7) 因而获得以下公式: (3.8) 将参数代入公式(3.8)得Pa=1156, (3)齿尖到轴所包含间隙的磁导Pb: (3.9) 将各参数代入式(3.9),求得: Pb=15.3=48.1 由一个齿槽和一个齿尖及到其到轴的空地所构成的单位,其磁阻为Rabc, Rabc=∥∥ (3.10) 将Pa=1156,Pb=48.1,Pc=15.5代入得 Rabc=0.0158, 故密封间隙的磁阻R R==( (3.11) 再将各参数代入式(3.11)得 R= =0.00316 磁导率Pq Pq==316.5 由此能够看出,梯形齿型的磁导率较高,有很强的导磁结果,且具有较大的梯度,合用于磁流体密封尝试安拆。 3.2常用耐压公式推导 正在实空密封、防尘密封等低压密封时,因为密封压力较低,以恍惚的密封耐压公式或经验公式做为设想指点,设想的密封安拆也比力容易满脚密封的需要。 (1)邹继斌正在《磁性流体密封道理取设想》中,提出以磁计较方式对磁进行求解,计较出密封间隙的磁通和磁压降Fg,既而求出间隙内的磁强度 (3.12) 此中是极下的间隙,该间隙是沿轴向变化的,从而也是变化的。恰是因为的变化,构成了梯度,才发生力,实现了密封。 正在单级密封中,齿极极尖处的间隙最小,强度倒是最强的,此处的强度为 = (3.13) 磁极两侧的随距离的添加很快削弱。当磁流体量较多时,能够认为正在极限形态下,磁性流体密封环高压侧的鸿沟上的次强度为,而正在低压侧(即距离密封轴的间隙较大处)的磁强度远小于,能够将其忽略,则单级密封的极限密封压差 (3.14) 若考虑低压侧的影响,则能够取一个系数,以上公式就批改为: (3.15) 对于本文中的多级密封,齿尖处的最强 (3.16) 而齿槽处的最弱 (3.17) 此中g为密封间隙,s为槽宽,忽略末级齿下的不同,则肆意一级极限密封压差为 (3.18) N级密封级数的极限密封压差则为 (3.19) 这个公式的推倒过程明白,可是该公式中的最大和最小磁压降的计较很复杂,需要通过试探法或者图解法求解,下面简单引见一下试探法的求解过程。 试探法是先假定一个密封间隙的磁通,计较各部的磁强度,并由铁磁材料的磁化曲线查得响应的强度值,从而获得磁极的磁导率,计较出磁阻。然后按照磁定律计较各部的磁压降,最初计较出回的磁压降之和。若是取永世磁环的等效磁势相等或者相差很小,则假定的初值就是准确的或者比力接近现实值。不然,就要从头给顶初始值,从头进行计较,曲到两者的数值比力接近,这时的磁压降Fg才是无效值。 (2)1995年,方先清正在研究磁流体密封压力时,提出了正在不考虑转速 的影响下,磁流体的密封压力计较公式: (3.20) 此中,Ms:磁流体的饱和磁化强度;:别离是密封间隙中的最大、最小强度。 若是正在磁齿部门的尺寸满脚下列前提时: bz=(4-20)g hb0 b0 式中g:密封间隙; b0:齿宽; bz:齿槽宽; h:齿槽深 则正在密封间隙处存正在以下关系: (3.21) 此公式没有揭露磁流体密封力的具体来历,虽然计较简单,可是对磁极的尺寸做了良多,只适合于合适给定前提的磁流体密封安拆的设想,而无法为磁流体密封设想供给更普遍的指点。 3.3本文采用的耐压公式的推导 上一节给出的两种常用耐压公式,对于低压密封而言,是能够满脚密封安拆的设想要求的,可是跟着密封压力的升高,磁流体密封变得越来越坚苦,对单齿的密封效率也有越来越高的要求,纯真靠添加密封级数、减小密封间隙的简单设想曾经满脚不了大压力密封的需要。为了设想出能正在固定小轴向尺寸上实现大密封压力的高机能密封安拆,有需要对磁流体的密封耐压公式做进一步的推导。 以磁流体的概况张力的阐发为起点,先成立磁流体密封模子,再按照磁流体密封力的最小单位——磁性微粒间的引力,连系磁性微粒鄙人可能存正在的浓度分布模子,推导出响应的磁流体密封耐压公式。 3.3.1关于磁流体概况张力的研究 (1)2000年,顾建明等人从液体取固体界面之间的关系,以及它们之间存正在的概况张力入手,从另一个角度切磋了磁流体密封的机理。通过度析和试验,得出了磁流体密封能力取磁流体概况张力间的定性关系。正在把磁性力做为附加的范德瓦引力的新思根本上,提出了磁概况张力新概念,为研究磁流体密封能力做了一些根本性的工做。 他们的结论认为密封的压差取概况张力和管径相关。跟着管径的减小,磁流体概况张力的增大,密封能力逐步加强。而且,他们把概况张力的增大认为是使液固界面的吸引力加大而形成的。 (2)可是也别的一种概念。这种概念认为,概况张力的增大,可能是由于磁性微粒正在平均下的法则排布,构成比力致密的立体网状布局,使得概况张力的感化线急剧加长,全体概况张力较着添加。 磁性微粒正在感化下、沿磁力线标的目的挨次排布构成的链状布局叫磁性链;正在统一受压平面上由所有平行陈列的磁性链构成的平面布局叫磁流体密封网。 磁性微粒正在的感化下,沿磁力线慎密排布,构成坚忍的磁性链,链之间正在受压前后都彼此平行;磁性链之间,通过包裹正在磁性微粒上的分离剂取基液、分离剂取分离剂之间的连系力而慎密依托正在一路;跟着磁性链数目标增加,磁流体密封网上的磁性链也越来越慎密,逐步构成一个对密封有很大贡献的密封网。构成密封网的数目和磁流体中磁性微粒的体积浓度相关,体积浓度越大,构成密封网的数目就会越多。 但单靠密封网仍是不克不及供给密封力,只要当密封网上的网孔被堵上了,密封力才得以构成,而位于网孔上的油膜就是起了如许的感化。正在磁流体沿轴向的两个密封端面上,存正在着油膜的概况张力,由于网孔的面积很小,油膜的概况张力能够承受庞大密封压力。密封网和网孔上的油膜,这两者的配合感化,才使得密封力最终得以构成。 (1)正在无感化,已知温度正在27度时,水的概况张力系数;正在尝试中,水正在细管中的上升高度是5.2mm,而磁流体正在细管中上升的高度是8mm。由此获得:磁流体的概况张力 =121.4 (2)正在有固定感化的前提下,去掉溶液池,间接往细管中滴加磁液进行丈量。 测得成果如下,正在感化下磁流体的概况张力能够维持磁流体的高度Ha =310-3.5=306.5 mm 单个概况张力所能维持的最大高度Hb为3. 5mm 则 能够得出正在感化下磁流体的概况张力系数 =87.60=10512×N/m 但从尝试过程发觉,这个值并不是一个固定值,它可能跟着强度、磁极厚度、细管内径(即密封间隙)的变化而改变。 尝试成果表白,磁流体概况正在有和无感化时,所受的概况张力有较着的分歧。正在有的感化下,磁流体的概况张力系数比无感化时强良多,正在以上数据中,有感化的磁流体概况张力系数是无感化时的86.6倍。因而,磁流体正在感化下的较大概况感化力,能承受较大的密封压力。 3.3.2磁力线上两相邻磁性微粒的引力阐发 磁力线上两相邻磁性微粒的引力是磁流体密封力的最小单位,是阐发磁流体密封能力的环节,它取、磁性微粒的属性相关,更取磁性微粒正在中的分布形态相关。 假设:正在平均的感化下,磁性微粒会起首选择取此外磁性微粒组合成磁性链,能够认为正在一条磁性链没有排满之前,不会发生第二条磁性链。 按照如许的假设,能够认为,正在统一条磁力线上的磁性微粒正在变形前都是慎密相连的,而跟着磁性链的增加,磁性链间的距离也会逐步减小,这完全决定于磁流体中磁性微粒所占的体积浓度。当磁性链增加到必然程度,便可把磁性链正在垂曲于磁力线的平面上零乱的分布认为是间距都不异的平均分布。 连系前面的假设,按照磁流体的分歧浓度,可将正在受压变形前,磁性微粒正在平均中的分布分为两种模子:饱和模子取不饱和模子,别离如图3.2 图3-2磁性微粒分布模子及最小密封单位 正在本文设想的磁流体密封安拆中,因为磁环的的较大,磁流体正在强的感化下,磁流体微粒是饱和模子形态。 磁流体正在受压变形后,磁性微粒可能存正在以下三种浓度分布模子:最大浓度分布模子、半饱和浓度分布模子和最小浓度分布模子。 ①最大浓度分布模子:变形前处正在饱和模子下,正在变形过程中,有新的磁性微粒弥补,变形前后,磁性链上微粒的间距仍等于粒径且正在磁性链上平均排布,而变形前后,磁性链之间的距离都等于粒径。 ②半饱和浓度分布模子:变形前处正在饱和模子下,变形过程中,没有新的磁性微粒来弥补,变形后,磁性链上微粒的间距大于粒径且正在磁性链上匀排布,而变形前后,磁性链之间的距离都等于粒径。 ③最小浓度分布模子:变形前处正在不饱和模子下,变形过程中没有新的磁性微粒来弥补,变形后,磁性链上微粒的间距大于粒径且正在磁性链上平均排布,而变形前后,磁性链之间的距离都大于粒径。以上各模子,正在变形前,磁性链上微粒的间距等于粒径;变形前后,磁性链之间的距离正在各个标的目的上都相等。 正在图3-1中,(c), (d), (e)别离是最大浓度分布模子、半饱和浓度分布模子、最小浓度分布模子三种分布模子对应的最小密封单位,暗影部门是磁流体受压变形后最小密封单位的受压面积,微粒截面圆周正在暗影内的部门为磁流体概况张力感化线。 正在中,两磁性微粒间的引力为T: (3.22) 此中,是两磁性微粒间的气隙面积;是磁性微粒内的磁强度;是气隙内的强度。 磁流体的一般饱和磁化强度为0.01-0.03 T,小间隙时,正在0.3T以上的下就能够使磁流体接近磁化饱和,正在尝试中,强度都正在0. 3T以上,所以都把磁流体当做磁化饱和形态。 由 (3.23) 即磁流体的磁化强度:反比于它所含的固相磁性微粒的体积浓度和固体微粒本身的磁化强度,所以固体微粒本身的磁化强度 (3.24) 将参数代入式(3.24) (3.25) 由 (3.26) 将参数代入以上式子得 ,即0.3667 T,此中是外加的磁强度; 而强度 H (3.27) 磁性微粒的彼此感化面积 (3.28) 此中D是磁性微粒的内核曲径,D=10m 由此得磁性链能够承受的最大拉力 =3.43 此时磁性微粒曾经达到磁化饱和,再加大强度,拉力都不克不及再有太大的增大。这是推导密封力来历的根本,是对密封能力进行阐发的次要根据。 由上述阐发得,对统一种磁流体,正在可使磁流体磁化饱和的下,沿磁力线标的目的上相邻两磁性微粒间的引力应有个响应的最大值,并且这个最大值不随前提的改变而改变,这能够用来指点密封安拆的设想。 3.3.3半饱和浓度分布模子下的密封耐压公式 理论阐发前做如下假设:1.平均且无磁漏; 2.磁性链上微粒的间距相等3.磁性链取磁力线 nm, 分离剂:包裹后平均粒径为50nm;5.当磁性链受压变构成半圆时,密封压力达到最大值。 按照假设,当磁性链受压变构成半圆,即密封间隙等于半圆的曲径时,密封压力达到最大值。现就半饱和浓度分布模子对磁链(圆弧)上肆意节点A进行受力阐发(如图3.3 ) 此中,T1、T2别离是相邻节点C、B对节点A的拉力,Fp是A点遭到压力的感化力,C1 C2 , C3别离是T1, T2, Fp取程度轴x的夹角,是,对应的圆周角,有: 图3.3 磁性微粒的受力阐发 列出均衡方程: x轴: Y轴: 因很小,所以,由以上两式解得 T=T1=T2=Fp/(2sin())Fp/(2) (3.29) 此成果申明,正在磁性链变构成曲率相等的圆弧时,磁力线上相邻两微粒间的拉力T大小处处相等,从而验证了当磁性链受压变构成半圆时密封安拆达到最大密封压力的假设。 上述阐发申明,A点可承受压力的最大感化力Fp取变形后相邻两磁性微粒所占圆弧对应的圆心角2a成反比。 按照密封间隙中磁流体浓度的分歧,正在有些场所,正在密封间隙中磁流体的浓度要比利用前要高,所以还要按照利用情况采用响应的耐压公式计较。本文中尝试采用的多种型号磁流体的磁性微粒浓度都很大,均达到了半饱和浓度,因而合用于半饱和模子进行阐发。 半饱和浓度分布模子的次要特点是:正在变形过程中没有新的磁性微粒弥补,变形后,磁性链上微粒的间距大于粒径且正在磁性链上平均分布,而变形前后,磁性链之间的距离都等于粒径。 磁性链上微粒的间距h: (3.30) 最小密封单位上压力的感化面积S: (3.31) 最小密封单位上压力的感化力Fp: (3.32) 网层数Lm: (3.33) 令,其时,会达到最大密封压力,故单层网的密封压力: (3.34) 总的最大密封压力 化简得 (3.35) 正在此模子中,微粒的间距较大,最小密封单位遭到的压力大,但微粒间引力合力的角度小,构成的合力也较大,密封压力取磁性链上微粒的间距无关。 以上得出了半饱和浓度磁流体正在饱和磁化强度下的最大密封耐压公式,密封耐压能力取密封齿厚、磁性微粒间的最大引力成反比,取磁性微粒粒径的平方、密封间隙成反比。 3.3.4最小密封单位内油膜的最大密封能力 磁流体最小密封单位内油膜的密封能力跟磁流体中磁性微粒的分布模子相关,分歧磁性微粒的分布模子有着分歧的油膜密封面积和分歧的概况张力感化线。本文只会商取尝试选用的磁流体即半饱和浓度的磁流体的油膜所能承受的最大压力。 (3.36) 将数值代入上式得 =4.8 正在本安拆中,所需要承受的密封压力为2MPa,小于4.8MPa,因而正在密封安拆的参数设想中,能够不考虑密封压力跨越最小密封单位内油膜的最大密封能力。 3.4本章小结 本章次要对本文中密封安拆的进行了阐发,并对设想所采用的新的磁流体密封耐压公式进行了推导。新的磁流体密封耐压公式是以磁流体的概况张力的阐发为起点,先成立磁流体密封模子,再按照磁流体密封力的最小单位一磁性微粒间的引力,连系磁性微粒鄙人可能存正在的浓度分布模子,推导出响应的磁流体密封耐压公式。同时,正在推导之前,对两种常见的磁流体密封耐压公式做了简要引见,可是这两种公式,都没有揭露磁流体密封力的具体来历。并且第一种推导过程虽然简单,可是计较比力复杂。第二种推导公式对磁极的尺寸做了良多,无法为磁流体密封设想供给更普遍的指点。 第四章影响磁流体密封能力的要素阐发 4.1磁环机能及尺寸对磁流体密封能力的影响 磁环的机能对磁流体密封能力有较大的影响,磁环机能越好,磁流体密封能力越强,可是,正在磁流体密封安拆中,体积往往遭到,因而,磁环的尺寸对密封安拆的密封能力也有必然的影响。 4.1.1磁环机能对磁流体密封能力的影响 本文尝试安拆中磁环采用的永世磁铁,是铁磁材料。铁磁材料按照磁畅回线的分歧,可分为软磁材料和硬磁材料。永世磁铁即属于硬磁材料,相对取软磁材料,其磁畅回线宽,剩磁Br,矫顽力Hc均很大。对于永世磁铁而言,Br、Hc越大,表白其机能越好,因而, 正在选用磁环的材料时,应选择剩磁Br、矫顽力Hc都比力大的永世磁铁。 永世磁铁工做区间是第饿、二象限,正在肆意一点上,都能够有一个对应的值B·H,单元体积所存储的能量为BH/2,这就是永世磁铁的磁能积。永世磁铁的工做区间,即 4.1退磁曲线所示。对于一般退磁曲线)max多生正在B=Br/2处,此时就能最大的阐扬永世磁铁的机能。 4.1.2磁环尺寸对磁流体密封能力的影响 由公式Vm=26 能够看出,当必然时,HmBm达到最大,永世磁铁的体积最小,这时,工做点处正在最大磁能积处。 当截面积必然时,长度的添加,能够加强磁流体密封安拆的密封能力,可是当长度添加到必然数值后,密封耐压能力的变化很小,并趋于极限值,其缘由正在于磁的总磁通变化较小并趋于恒值。 因而,颠末精确计较,合理经济的设想对密封尝试安拆的设想是很有需要的。 4.2密封间隙对磁流体的密封能力的影响 密封间隙内的强度取间隙大小相关,因此密封能力也取间隙的大小相关,密封压差随间隙的变化如图4.2所示。 能够看出,密封压差总体上随密封间隙的变小而增大,减小密封间隙能够使增大,从而能够提高密封耐压能力,密封耐压能力对密封间隙很,出格是当间隙小于0.1时,耐压能力急剧加强。为了提高密封压差, 或 4.2密封压差取密封间隙曲线 减小永世磁铁的体积,密封间隙应尽可能取得小些,一般正在0.05-0.15mm的范畴内。但同时该当考虑机械加工精度的,间隙过小时,则加工费用较高,且易导致机械磨损。轴径较小时,间隙能够取得小些;轴径较大时,间隙能够取得大些。 4.3磁极齿型的选择对磁流体密封能力的影响 齿型的选择准绳,是正在不使磁回的磁阻添加太多的环境下,使密封间隙内的磁流体构成的磁液环,达到较好的密封结果。 密封安拆的磁极的齿型布局,次要有以下三种如图4.3: (a)为矩形齿型,(b)为单侧斜角齿型,(c)为双侧斜角齿型,正在多极密封中,一般都只使用矩形和双侧斜角齿型,因而本文只会商阐发这两种齿型的好坏。现实上,矩形齿型比双侧斜角齿型具有更大的梯度,理论上该当具有更强的密封能力,可是双侧斜角齿型的两侧倒角能起到堆积齿端磁通的感化,所以其机能优于布局矩形齿型。 4.3三种分歧的磁极齿型布局 正在密封安拆中,磁极的次要感化是构成磁回,使磁力线穿过磁流体进而构成密封,因而需要较高的磁导率,即磁极的磁阻尽可能的小,做以下尝试进行比力。 尝试前提:室温27C,磁极材料 为45#钢,采用一个磁极(7级精度),两头吸附N—S相对的磁环,密封间隙为g=0.2mm。 尝试成果如表4.1和表4.2所示: 表4.1矩形齿型的尝试数据表 n(r/min) 0 1500 0.122 0.137 表4.2双侧斜角齿型尝试数据表 n(r/min) 0 1500 0.130 0.144 尝试数据阐发: ① 这表白矩形齿型的动密封能力比静密封能力强。 ② 能够看出,双侧斜角齿型取矩形齿型一样,其动密封能力也比静密封能力强一些。 ③ 以上两式申明,正在密封前提及转速不异的环境下,无论是正在动密封仍是静密封环境下,双侧斜角齿型的密封能力比矩形齿型要好。 对于多级密封,一般都采用矩形齿型,由于它耐压能力大,两侧耐压不异,且加工工艺简单,机能容易。 但液体正在工做时要遭到沉力的感化,而双侧斜角齿型的梯度大,两侧倒角能起到堆积齿端磁通的感化,磁流体界面不变性好,密封能力较强,本尝试的尝试成果也证了然双侧斜角齿型的密封能力比矩形齿型要好。因而本文的尝试安拆选用双侧斜角齿型。 4.4双侧斜角齿型 双侧斜角齿型布局的密封要受磁极极尖宽度b,斜角A的影响。双侧斜角齿型的外形如图4.4所示: 极尖宽度b的大小,次要影响磁极间隙内的大小和分布。b太小,则极尖饱和,磁阻增大,这时的边缘效应较强,导致极尖下的削弱。反过来,b过大,则正在极尖下存正在平均的区域,因为磁流体正在平均中发生位移时不受力的感化,因此存正在 无用磁通,的操纵率降低。所以极尖宽度b需要取恰当的尺寸,按照计较的成果,极尖宽度取b=(4~8)g 较为合理。双侧斜角齿型的斜角A次要对的磁聚效应的影响比力大。当斜角小时,磁的等效面积增大,的堆积效应小,的大小和梯度均减小。斜角过大,则磁的磁阻增大,极尖达到饱和,也会使下降。 图4.5是经尝试绘出的密封压差取磁极斜角关系曲线: 由曲线能够看出,正在其他前提不异的环境下,密封压差取磁极斜角并不成反比,而是取的阐发分歧,既不克不及过大,也不克不及过小。曲线°摆布比力强,正在这个区间内,的大小和梯度较强,并且的堆积效应比力大,因此正在设想过程中,应尽量将磁极斜角定正在40°~60°摆布。 4.5密封压差取磁极斜角的关系 因而,正在多级密封中,磁极能够选用双侧斜角齿型布局,磁极宽度b及磁极斜角∠A均正在指定的区间内选择。 4.4密封级数对磁流体密封能力的影响 本文中设想的密封安拆采用多极多级密封,正在多级密封中,磁流体分布正在各个齿下,构成多个密封环,每个密封环都承受必然的压差。能够必定的是,多级密封压差大于单级密封的压差,多级密封所承受的密封压差为各级所承受的密封压差之和。可是多级密封总的极限密封压差并不等于每一级的极限密封压差之和。 经尝试,绘制出以下曲线多级密封压差的计较取尝试成果 由图4.6可知,现实密封压差△P小于计较密封压差,次要是因为正在临界环境下,各齿下的磁流体量分歧,不是每级密封都能达到极限压差。并且正在多级密封中,各级的密封压差并不相等,下面尝试能够申明多级密封的压差分派环境。尝试安拆示企图如图4.7所示: 将5个分歧的斜角磁极组合构成一个大磁极,形成多级密封。将各斜角磁极自高压侧向低压侧顺次编号为1,2,3,4,5。起首,正在分歧极尖下填充磁性流体,测得单级密封压差如表4.3所示。 表4.3单级密封压差 磁极序号 1 2 3 4 5 密封压差(kPa) 0.51 0.55 0.55 0.55 1.04 4.7多级密封取单级密封压差尝试简图 然后,再按分歧的组合,正在多个极尖下添加磁流体,测得多级密封压差,数据如下: 表4.4多级组合密封压差 磁极序号 1+2+3+4+5 2+3+4+5 3+4+5 4+5 密封压差(kPa) 3.0 2.69 2.14 1.59 将表各级密封压差相加,得多级密封压差,将计较成果记实如表4.5所示: 表4.5表(4.3)中单级密封压差理论组合密封压差 磁极序号 1+2+3+4+5 2+3+4+5 3+4+5 4+5 密封压差(kPa) 3.20 2.69 2.14 1.59 从表4.4和表4.5的对比能够看出,正在多级密封中,现实密封能力小于单级密封能力之和,缘由阐发如下: 正在多级密封中,跟着外加压差的添加,被密封介质必需颠末前级才能对后级加压,介质须顺次穿过前级磁流体(除最初一个齿外)才能对后级加压。正在介质穿过前级磁流体对后级加压的过程中,前级齿下的磁流体将被带到下一级,使得磁流体量削减。密封级数越多,前级齿过的介质量越大,越是接近高压侧的齿过的介质量越大,被带走的磁流体越多。因为各齿下的磁流体量削减,多级密封的密封压差也减小,并且这种环境跟着级数的添加而添加。因而,正在密封安拆的设想中,能够考虑,正在外加压差的过程中,设法连结各齿下磁流体的流量不变,好比按时弥补磁流体等等。 4.5磁流体机能对磁流体密封能力的影响 因为本文是船舶艉轴的磁流体密封尝试,因而考虑到密封对象是海水,所以进行了分歧磁流体的梳海水机能的测试。 起首将各型号的磁流体别离滴入海水中搅动,察看其形态的变化,然后将磁铁放入海水中,察看海水中的磁流体能否能够被接收;然后,再用磁铁别离吸附分歧类的磁流体,别离放入海水中搅动,察看其磁流体能否扩散流失。尝试成果如下表: 表4.6分歧基液磁流体的密封机能尝试成果 磁流体类型 尝试方式 海水基 脂基 烷烃基(油基) 将磁流体滴 入海水中 取海水消融、夹杂 分离于海水中 不扩散、不用融、不夹杂 用磁铁收受接管海水中磁流体 不克不及收受接管 不克不及收受接管,但能收受接管部门磁性微粒 能收受接管 磁流体被磁铁吸附后放入海水中搅拌 分离于海水中 分离于海水中 不分离 对表进行阐发,将烷烃基磁流体滴入海水中不扩散,不用融,不夹杂,用磁铁可以或许收受接管海水中烷烃基磁流体,烷烃基磁流体正在密封过程中能连结磁流体本身的存正在,因此能实现密封。烷烃基磁流体被磁铁吸附后放入海水中搅拌,并不分离,申明烷烃基磁流体正在海水中不流失,能实现磁流体密封的长命命。 由磁流体密封理论可知,磁流体的分离剂,是磁性微粒取基液两相之间的第三相,它能吸附于固体微粒概况,将微粒概况包裹起来,悬浮于基液中,基液取密封对象接触,两者之间不克不及相溶,因而,海水基和脂基磁流体不克不及对海水构成密封,烷烃基磁流体可以或许对海水进行密封。 磁流体的机能次要包罗磁流体的温度特征,挥发性及不变性,这些机能对磁流体密封安拆的机能有很大的影响。 (1)磁流体的饱和磁化强度随温度的升高而减小,当温度达到磁流体的居里点时,磁性将完全消逝,因而磁流体密封安拆的密封能力遭到温度的影响,密封安拆的温度该当正在一个较为恒定的范畴,不适宜工做正在温渡过高的场所。 (2)磁流体的挥发性和不变性次要影响磁流体的寿命。挥发性次要取决于基液和分离剂的的饱和蒸气压或蒸发率的大小。因而,要使磁流体密封安拆具有较长的寿命,因该选择蒸发率低的基液和分离剂。 以二脂基磁流体和聚苯醚基磁流体为例,两者正在87时,每平方厘米概况蒸发的磁流体量取时间关系为一指数函数。由外推法测出两种磁流体一年的蒸发量为:二脂基磁流体为0.118g/(cm)2, 聚苯醚基磁流体为0.024 g/(cm)2。五年的蒸发量为:二脂基磁流体为0.68 g/(cm)2, 聚苯醚基磁流体为0.149 g/(cm)2。由此能够看出,聚苯醚基磁流体的蒸发量极小,从而使磁流体密封安拆具有很长的利用寿命。 4.6模仿艉轴的转速对磁流体密封能力的影响 磁流体密封安拆中没有固体部件之间的接触摩擦,是一种非接触式密封形式。可是磁流体具有必然的粘度,正在转轴扭转时会发生粘畅阻力和粘畅损耗。级数越多,阻力取损耗就越较着。 磁流体密封中阻力矩和损耗可分为两部门:根基阻力矩取损耗,附加阻力矩取损耗。 (1)根基阻力矩取损耗:磁流体本身的粘度惹起的粘畅阻力矩取粘畅损耗。 感化正在转轴概况的摩擦应力为 此中R1,R2别离为转轴曲径取磁极内径,为转轴扭转角速度。 阻力矩为T T= (4.1) 以上公式中带有负号,申明粘畅阻力矩的标的目的取模仿艉轴的扭转速度相反,老是障碍转轴的扭转。 本文设想的船舶艉轴密封模仿尝试安拆的密封间隙为g=0.1mm,则 g/R1=0.1/20100%=0.05% 因而R1,R2能够近似认为相等,即得出 将此式带入式(4.1)得 (4.2) 阻力矩T取粘度成反比,取转速成反比 损耗 (4.3) 损耗P取阻力矩一样,取粘度成反比,取转速的二次方成反比因而一般正在选择磁流体时,正在能满脚密封其他前提时,应尽量选择粘度较低的磁流体。 (2)附加阻力矩取损耗:正在感化下,磁流体粘度增大,这部门惹起的阻力矩取损耗的添加量称为附加阻力矩取损耗。 对于附加阻力矩,做以下尝试: 尝试前提:转轴曲径26mm,密封压差为2.5MPa 尝试数据:插手磁流体后当即丈量,转轴阻力矩为11.8N·cm; 插手磁流体24小时后丈量,转轴阻力矩为88.2N·cm; 插手磁流体45天后丈量,转轴阻力矩为131.3 N·cm; 能够看出转轴静止的时间越长,阻力矩越大。 可是转轴动弹后,阻力矩很快减小,这表白转轴的动弹了静止时磁性微粒的堆积,因而附加阻力矩变小。 测得转速取密封压差的关系如下两条曲线密封压差较小时密封能力取转速的关系 图4.8中,跟着转速的添加,密封压差从60KPa下降到50KPa,下降率为: 图4.9密封压差较大时密封能力取转速的关系 图4.9中,跟着转速的添加,密封压差从3MPa下降到1MPa,下降率为: 能够看出,密封安拆的密封压差跟着转轴转速的添加而减小,可是图4.8中数据比图4.9的数据更为抱负,阐发缘由如下: 图4.9的尝试安拆中,正在磁极齿槽处填充了非磁性材料,非磁性材料的填充能够磁流体沿径向挪动,收效了离心力感化,如许正在转轴扭转时密封能力无较着下降。此外,图4.9尝试安拆中的密封压差小,实现密封时发生的密封压力丧失小,取理论值比力接近。 正在密封间隙较小的环境下,转轴扭转发生的离心力较小。当转轴线m/s时,能够不考虑离心力的感化。 正在本文的尝试安拆中,转轴的设想转速为V 因而正在本文的设想过程中,不消考虑磁流体密封曲达轴扭转所发生的离心力。 4.7 本章小结 本章次要会商阐发了影响磁流体密封安拆密封能力的次要要素。磁流体密封安拆的密封能力的影响要素包罗:磁环机能、密封间隙、磁极齿型、密封级数、磁流体机能及模仿船舶艉轴的转速等。这些要素对磁流体密封安拆的密封能力的影响较大,从中能够看出,正在设想的过程中,选择机能较好的磁环和磁流体,合理的密封间隙,磁导率高的磁极齿型对于密封安拆的密封能力极为主要。 结论 本文引见了磁流体手艺,并设想出磁流体密封船舶艉轴的模仿尝试安拆,操纵该尝试安拆进行了多组尝试,取得了响应的尝试数据,对尝试数据进行了比力阐发,次要会商了磁流体密封安拆的极限耐压能力。 磁流体密封安拆的耐压能力遭到良多要素的影响,此中次要是磁环机能、磁极布局、磁流体机能、密封间隙和转速。通过对尝试数据的阐发,密封安拆的密封能力不只需要高磁能积的磁环,可以或许供给较大的梯度。设想合理的磁极布局,正在多级密封中,采用双侧斜角齿型获得的磁导率较低。正在水基和烷烃基磁流体中,烷烃基磁流体合用于海水密封中,而水基磁流体则不克不及对海水构成密封。密封级数过多,则因为耐压能力取级数的非线形关系,构成的华侈;太少则无效樊篱削减,能够通过计较取得合理值连系。以上要素再考虑加工能力取转速,则能设想出密封能力较好的密封安拆。 磁流体密封接触密封,因而磨损小,乐音低,同时因为磁流体的不变性,磁流体密封具有寿命长的特点。磁流体具有的这些特点,使得磁流体密封正在船舶艉轴的密封中有使用空间,对实现低噪舰船的研制将阐扬很大的感化。 磁流体密封机能的次要目标包罗:极限耐压能力、泄露、利用寿命、功率丧失、极限实空度和溅射特征。可是本尝试因为前提的,只进行了耐压能力的测试。正在此后的尝试中,能够对其他机能目标进行测试。同时能够考虑用电磁铁替代永磁铁,以对磁流体密封安拆实行及时节制,使磁流体密封的具有更普遍的使用。 参考文献 [1]邹继斌,陆永平.磁性流体密封道理取设想[M].:国防工业出书社,2000 [2]孙,赵长发,边培荣.舰船用水基磁流体密封液研究[R]. 称谢 本文是正在导师X教员的悉心指点和热情关怀下完成的,这14周的结业设想,使我学到了丰硕的科学学问,控制了进行科学研究的方式,提高了正在现实中使用理论的能力,同时也认识到本人所学学问的欠缺,认识到正在此后的工做傍边,需要不竭的进修和提高本人的学问程度,争取做到“活到老,学到老”。 正在这近半年的时间里,我从X教员身上学到了很多工具。X教员严谨求实的工做做风、勤勤恳恳的工做立场、学术上的不断改进以及对学生的严酷要求,对我完成结业设想有着莫大的帮帮,是很值得我进修的。我很是感激半年来X教员正在进修上赐与我的帮帮,这使我一生难忘,并将激励我当前积极工做、吃苦进修和乐不雅糊口。 正在设想过程中,当碰到了的坚苦和问题时,X教员老是赐与热心的帮帮和中肯的,X教员也赐与的热情指点,同窗们也都赐与力所能及的帮帮,正在此对列位教员和同窗暗示诚挚的谢意,并祝福大师身体健康、工做成功、万事如意。 本科生结业论文