针对传统机械密封运行阻力大、寿命短和轴向式磁性液体密封适用性差等问题,结合矿山装备旋转部件的高转速、重载荷工况特点,提出一种新型轴-径组合式磁性液体密封结构。对密封结构中关键部件的尺寸参数进行优化;用ANSYS软件对轴-径组合式与单一轴向式密封结构进行磁场特性仿真,并将2种密封结构的密封性能进行对比。结果表明:新型轴-径组合式磁性液体密封的结构设计合理,可有效避免因离心力造成的高速旋转轴密封失效问题,且相比于单一轴向式磁性液体密封结构其耐压能力提高了52.7%,验证轴-径组合式密封结构的可靠性。

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。

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

由于驱动电机的功率和力矩的限制,一些动密封场合对启动力矩有着明确的要求,相较于传统的密封导致启动力矩较大,磁性液体密封在启动力矩方面有更大的优势。但是在不同的环境中,磁性液体密封的启动力矩波动较大,无法达到某些极端密封场合对耐压和力矩的双重要求,从而限制了磁性液体密封在该类密封场合的应用。以温度为切入点,就磁性液体密封的耐压能力和启动力矩进行理论和实验研究,得到温度与磁性液体密封耐压能力和启动力矩的关系。结果表明:磁性液体密封的间隙越小,耐压能力越大;温度越低,最大耐压值越大,-40℃时最大耐压值为80℃时的5倍;启动力矩随压力的增加而逐渐减小;温度越低,启动力矩越大,-40℃时的启动力矩接近20℃时的5倍,并且在低温磁液用量对密封启动力矩的有明显影响。

磁性液体是一种功能材料,既具有液体的流动性,又具有固体磁性材料的磁性,在密封中的应用是其最成功的应用之一。磁性液体密封作为高新密封技术,被广泛应用在军工、化工、航空航天等领域。目前,磁性液体密封技术在密封气体介质和真空中的研究已经趋于成熟,相比之下,对液体介质的密封还存在很大局限性。从磁性液体与被密封液体介质的界面稳定性、界面破坏过程以及用于液体介质的密封装置结构设计三方面,对磁性液体旋转密封技术的研究进展进行阐述,总结三类用于液体介质密封的磁性液体密封结构设计方法的技术特点和缺点,最后对磁性液体在液体介质密封中的前景作出展望。

磁性液体(磁流体/磁流变液)作为一种新型磁控智能材料,兼顾液体的流动性及固体磁性材料的磁响应特性,在外磁场作用下可实现二者间的可逆性转换。磁性液体润滑密封因其零泄漏、自修复等优良特性受到广泛关注,特别是近年来在航天装备中的应用研究。为探讨磁性液体在航天装备中的应用,从恶劣的宇宙环境出发,分析地外空间装备研发所面临的严峻环境挑战,对高真空、高辐射、高低温热循环三大主要问题进行针对性分析,探讨磁性液体用于航天装备润滑/密封的可行性,总结相关磁性液体极端工况润滑/密封技术的进展和局限性,并提出未来研究中亟待解决的重要科学问题。

极靴一体化磁性液体密封具有良好的应用前景,为研究极靴一体化磁性液体密封耐压性能的影响因素,对一体化极靴结构参数进行了分析.首先,推导了磁性液体密封结构的耐压公式;其次,使用有限元仿真分析磁性液体密封结构的耐压性能,首次分析了有无薄壁、薄壁厚度、极齿与薄壁的轴向距离以及多级极靴尺寸分布比例对于磁性液体密封结构耐压的影响;最后,加工了极靴一体化磁性液体密封装置,搭建实验台进行实验研究.结果表明:一体化极靴比传统极靴磁性液体密封耐压略小,但相差不大;薄壁厚度以及极齿与薄壁轴向距离均与密封结构耐压值成反比;对于多级极靴结构,磁铁之间的极靴长度大于两侧极靴长度,更利于磁性液体密封的耐压.

文中将磁性液体应用于压差传感器,在分析磁性液体磁学模型的基础上，分析了磁性液体用于传感的优势特性——磁性液体的磁化性能和快速响应特性，对其进行了测试并得出结论：制备较高磁化强度的磁性液体，可提高压差传感器的输出特性；同时磁性液体具有的快速响应特性也会使压差传感器具有较好的徊向应特性。因此，磁性液体在压差传感应用领域必将得到广泛应用和发展。