高梯度磁过滤器的机理分析与性能实验

　　0　引言

　　在液压油的固体污染物中,金属颗粒约占75%,而在金属颗粒中,铁磁性和顺磁性颗粒占了相当大的比重,此外,在机械润滑系统的油液中,磨损产生的铁质污染物颗粒所占的比例会更大。磁力过滤对铁质颗粒非常有效,而且它的流阻小、污容量高。新型的高梯度磁性过滤器易于清洗,不必更换滤芯,也减少了新污染物侵入的机会,这对工作环境恶劣的矿山机械尤为重要,从而具有重要的应用价值。

　　1　高梯度磁过滤器的机理

　　磁场对污染颗粒的吸引力是磁过滤器性能的决定性因素,磁场中铁磁性颗粒所受的吸引力

　　式中Vp———铁磁性颗粒的体积,m3;

　　Xp———铁磁性颗粒的磁导率,H/m;

　　Xm———油液的磁导率,H/m;

　　H———外磁场强度,A/m;

　　gradH———该点的外磁场强度的梯度,A/m2。

　　从式(1)中可以看出,铁磁性颗粒所受的吸引力与外磁场强度H成正比,与磁场强度的梯度gradH成正比。传统式磁过滤器都是通过提高外磁场强度H来提高磁引力,从而提高过滤能力的;高梯度磁过滤器则是通过磁介质的手段主要提高外磁场的梯度gradH来增大吸引力,达到高效滤除污染物的效果。

　　高梯度磁过滤器在磁场中布置聚磁性多孔介质,油液在多孔介质中流动,会使流场、磁场发生显著的变化。直观地看,高梯度磁过滤器不是利用磁铁直接捕捉铁磁性颗粒,而是利用被磁源磁化的聚磁性介质来捕捉。由于油液在多孔介质中流动,污染颗粒与多孔介质的接触机会非常多,所以颗粒被捕捉的几率也非常大,从而大大提高了磁滤器的分离效果。

　　以单根无限长圆柱为例说明聚磁介质对外磁场影响的效果。对于半径为a的无限长柱形体,设其磁导率为μr,周围油液的磁导率为μf,外磁场为均匀磁场H0,出磁介质柱内外的磁场强度为

　　柱内

　　柱外径向

　　柱外周向

　　式中H0———外磁场强度,A/m;

　　a———圆柱形介质半径,m;

　　μr———介质磁导率,H/m;

　　μf———油液磁导率,H/m;

　　r———该点到介质轴中心的距离,m;

　　θ———r方向和H0方向的夹角。

　　由式(3)、式(4)看出,磁介质附近的磁场是源磁场和介质磁场叠加的结果,如图1所示。磁介质改变了源磁场的均匀性,尤其在介质附近变化很大,从而看出了提高磁场梯度的作用。

　　在式(2)、式(3)、式(4)中,若μr远大于μf,则有