迷宫-磁性液体组合密封的理论及实验研究

作     者：戚志强 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李德才

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：磁性液体密封 迷宫密封 组合密封 寿命 压力加载 自修复能力 

摘      要：在诸如反应釜等现代工业机械设备要求零泄漏、能够承受压力波动的工况背景下,设计出一种新型的迷宫-磁性液体组合密封液体装置,以满足复杂工况环境的密封要求。从理论上分析迷宫-磁性液体组合密封的方案可行性,并对其密封性能进行仿真分析和实验研究。通过查阅文献发现,传统的迷宫磁液组合密封主要是针对阶梯轴的状况,且单纯的将极靴、磁铁与阶梯轴形成的迷宫空间并不是迷宫密封传统设计齿形时的比例参数,因此迷宫的节流性能不佳。为了在密封介质存在压力波动的环境中使用磁性液体密封,本文设计出一种新型的迷宫-磁性液体组合密封结构。本论文主要进行了以下工作:（1）根据迷宫密封和磁性液体密封各自的工作原理及密封形式,设计出了迷宫-磁性液体组合密封的结构,并加工出实物。（2）根据磁性液体密封液体时的边界条件,推导出了磁性液体的耐压公式。（3）通过ANSYS有限元软件对组合密封件进行磁场仿真。求得了磁力线分布图、磁感应强度云图和密封间隙内磁感应强度分布图,验证了所设计的组合密封件结构的合理性,并计算出了组合密封结构的理论最大耐压值。（4）运用FLUENT软件分别对组合密封件和单一的磁性液体密封件进行流场仿真。得到了压强和转速对密封件界面的影响。经过对比分析发现,相较于单一的磁性液体密封件,组合密封件的自修复能力更好,并且接触界面更稳定。（5）完成了组合密封实验台的搭建,在此基础上进行了实验研究,完成了组合密封件的耐压实验,得到了迷宫-磁性液体组合密封实验件的总耐压为142k Pa。（6）分别对组合密封件和单一的磁性液体密封件的密封寿命进行了实验研究,结果发现与单一的磁性液体密封结构相比,所设计的迷宫-磁性液体组合密封结构的密封时长提高了12%。（7）分别对组合密封件和单一的磁性液体密封件的自修复能力进行了实验研究,结论可以说明迷宫-磁性液体组合密封结构的自修复能力要优于单一的磁性液体密封结构。图48幅,表13个,参考文献54篇。