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

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

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。

(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

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。