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.

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。

作为磁性液体最成熟的应用之一,磁性液体密封常用的环形磁体存在连通和定位问题,首次提出在永磁体上设计连通通孔这一新型结构。对磁体部位连通通孔尺寸和位置进行建模设计,随后进行有限元分析和仿真,利用仿真结果计算出不同情况下磁体液体密封装置的耐压值,分析了不同结构下密封装置耐压值的变化,为永磁体通孔的设计提供了方案:当通孔设置远轴侧时,其直径应小于磁体径向尺寸的2/3;若需要将通孔位置设置于近轴侧,通孔直径应小于磁体径向尺寸的1/3。该方法设计出的磁性液体密封在工程中成功应用十多年,密封良好,可靠性高。

针对水银洞金矿缓倾斜破碎富水矿床顶板支护难、开采效率低的难题,基于岩体质量评价优化顶板支护技术,进一步提出了集群式液压支柱护顶空场嗣后充填采矿法。Q系统岩体质量评价结果表明,底板灰岩、矿体黏土质粉砂岩、顶板粉砂质黏土岩岩体质量均为差等级;RMR法质量评价结果表明中底板、矿体及顶板岩体质量分别为一般、差/一般、差。DW25-250/100型液压支柱可有效支护破碎顶板,支柱合理承载能力为145.9~151.15 kN/m^(2),间距为2 m,排距为2 m,整排支柱用柔性钢丝绳相互牵引以防止倒伏,不同排间形成集群式协同支护。集群式液压支柱护顶空场嗣后充填采矿法应用结果表明,矿石损失率为7.4%,贫化率为4.7%,吨矿成本为124.05元,安全与经济效益明显。