磁性液体密封是磁性液体最成熟的应用之一,环型永久磁铁是磁性液体密封最常用的磁源结构,但在大直径磁性液体密封中环型永久磁铁会因直径过大而导致充磁不均匀和耐压值降低的问题,需要更改磁源结构.针对大直径环形磁铁充磁不匀的问题,对多种磁源结构进行研究,以一个在工程中成功应用的磁性液体密封为算例,使用Maxwell软件对不同磁源结构进行了有限元仿真和定量分析.结果表明:由圆柱磁铁或瓦型磁铁拼接磁源结构可以替代传统环形磁体作为磁性液体密封的磁源,使之具有一定的密封能力.

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。

为了在磁流体密封结构的密封间隙内获得最大磁感应强度差从而提高磁性液体密封装置的耐压能力,基于一典型的磁性液体密封结构,在磁性液体密封理论基础上,采用有限元仿真计算出磁性液体密封结构中的磁场,从而计算出磁性液体密封耐压能力并对极齿进行了优化。结果表明,改变极齿齿形,增加极齿齿顶部长度,极齿处于饱和磁化,磁阻逐渐减小,极齿间最大磁感应强度的均值逐渐增高,而最小磁感应强度的均值逐渐降低,因此密封间隙的耐压能力增强。继续增加极齿齿顶部宽度,极齿处于不饱和磁化状态,极齿间最大磁感应强度降低的幅度大于最小磁感应强度降低的幅度,因此耐压能力降低。

磁性液体密封是一种新型密封方式,具有零泄漏、无污染、寿命长和可靠性高等优点,广泛应用于干式罗茨真空泵、反应釜、船舶尾轴和旋转式血泵等密封领域。目前,磁性液体密封技术在气体、真空条件下的应用已趋于成熟,但在液体密封方面起步较晚,存在密封界面稳定较差、磁性液体乳化失效等一系列问题。因此,基于磁性液体在液体密封领域的研究及应用现状进行归纳总结,从而为磁性液体在液体密封领域发展提供理论参考。

磁性液体密封应用于大轴径的工况下时,环形永磁体作为磁性液体密封的磁源结构,存在因直径过大导致充磁不均匀进而引发的密封耐压能力降低的问题。为解决这一问题,设计了一种轴上永磁体的磁性液体密封结构,该结构的环形永磁体设计在轴上,与传统的磁性液体密封相比减小了环形永磁体的直径,同时减小了结构总体的轴向尺寸,使其具有结构紧凑的特点。通过有限元仿真对环形永磁体的几何参数进行优化,同时对比了新结构在极靴上开极齿和在环形永磁体上开极齿两种方式耐压能力的区别。通过模拟分析得到所设计密封结构磁通密度在极齿上的分布以及大小,并计算出理论耐压能力,证明了所设计密封结构的合理性。

对磁性液体动静密封时界面形状的研究是解决密封液体界面不稳定的关键。由于磁性液体密封装置材料的限制,利用试验的方法观察密封时的界面形状存在一定困难。基于数值计算和理论推导相结合的方式,对磁性液体动静密封时的界面形状进行研究。研究表明,静密封时,密封压力和密封间隙处磁感应强度分布是决定磁性液体界面形状的主要因素,当外界压力为理论密封压力最大值的50%时,界面形状呈现双曲线函数轮廓,有利于界面稳定;当外界压力为理论密封压力最大值的75%时,界面形状存在凸起,严重影响界面稳定性;当密封压差为理论密封压力最大值时,界面形状呈现S型,界面稳定性较好。动密封时,界面形状受转速、轴径、外界压力、磁感应强度分布共同影响,对动密封时界面形状推导了理论公式。

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。

根据纳米磁性液体在外加磁场作用下的可视特性,搭建了自动化纳米磁性液体教学演示平台。设计制作的"自动化纳米磁性液体教学演示平台"，它利用单片机和机械传动原理，通过机械与电子的结合，生动趣味地展示了纳米磁性液体的特性,使纳米磁性液体展示出处于磁场中的特征与现象，能够激发学生深入研究相关知识的兴趣，对于提高学生相关科学文化知识的热情有重要作用。