CN104696529A - 一种提高磁性液体密封在高温工作环境中耐压能力和工作可靠性的方法 - Google Patents

一种提高磁性液体密封在高温工作环境中耐压能力和工作可靠性的方法 Download PDF

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李德才
李振坤
王忠忠
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
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Abstract

一种提高磁性液体密封在高温工作环境中耐压能力和工作可靠性方法，属于机械工程密封技术领域，特别适用于磁性液体密封。选择一种具有反常热膨胀特性的铁镍合金材料和一种热膨胀系数较大并且综合机械性能良好的铁磁材料，用所选的铁磁材料制作相互配合的极靴和密封轴，用所选的铁镍合金材料制作与两极靴外圈过盈配合的极靴套，该合金套与极靴的径向宽度比为1:2。本发明弥补了现有高温下磁性液体密封方法的不足，对解决磁性液体密封在高温环境中的使用问题以及拓宽磁性液体密封的应用广度，具有重要的意义。

Description

一种提高磁性液体密封在高温工作环境中耐压能力和工作可靠性的方法
技术领域
本发明属于机械工程密封技术领域，特别适用于磁性液体密封。
背景技术
磁性液体密封具有零泄漏，长寿命，高可靠性，没有污染等优点，因而在机械、航空、化工等领域得到了广泛的应用。在磁性液体密封装置中，通常涉及的极靴与轴所构成的密封间隙在0.1～0.5mm之间。在磁场作用下，磁性液体填充在密封间隙内。磁性液体密封中常用永磁铁和磁导率较高的铁磁材料制造的极靴、转轴形成磁路。化工、航天等领域常常要求磁性液体长期工作在高温环境中，例如某设备工作温度达200℃。由于在高温下永磁体的磁性降低，磁性液体的粘度也随温度升高而降低，磁性性能下降，同时发生热胀冷缩效应使密封间隙增大，磁性液体密封的耐压能力急剧下降，严重影响了磁性液体密封在高温领域的应用。因此提高磁性液体密封在高温工作环境中耐压能力和工作可靠性就成为迫切需要解决的问题。
磁性液体密封耐压能力随间隙的减小而增大，在磁性液体密封间隙为0.1～0.25mm之间时耐压能力对密封间隙变化很敏感。部分铁镍合金具有反常膨胀特性，属于低膨胀合金，低膨胀合金在弯曲点以下的平均膨胀系数低于3×10-6℃-1，本发明根据材料热胀冷缩的性质和低膨胀合金的特点，提出了一种提高磁性液体密封在高温工作环境中耐压能力和工作可靠性的方法。可以在高温条件下，抑制磁性液体密封间隙的增大，甚至减小磁性液体密封间隙，很大程度上提高了高温条件下磁性液体密封的耐压能力以及可靠性，在实际应用中获得了很好的效果，对解决磁性液体密封在高温环境中的使用问题以及拓宽磁性液体密封的应用广度，具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
高温下永磁体磁性和磁性液体粘度的下降导致磁性液体密封耐压能力急剧下降，现有的磁性液体密封方法不能在高温条件下正常工作。因此，本发明提出一种保证磁性液体密封在高温条件下正常工作的方法，弥补现有磁性液体密封方法在高温下耐压能力低、可靠性差等不足，并能根据温差大小不同程度的提高耐压能力，满足实际需求。
本发明的技术方案：
选择一种具有反常热膨胀特性的铁镍合金材料和一种热膨胀系数较大并且综合机械性能良好的铁磁材料，用所选的铁磁材料制作相互配合的极靴和密封轴，用所选的铁镍合金材料制作与两极靴外圈过盈配合的合金套，该合金套与极靴的径向宽度比为1:2。
所述的磁性液体密封间隙范围在0.1～0.25mm。
所述的复合材料轴直径范围50～100mm。
所述的高温工作环境指100℃～300℃。
所述的磁性液体密封包括静密封和动密封。
本发明的有益效果：
密封轴与极靴在高温条件下配合使用后，极靴和轴都会产生膨胀。采用传统密封方法时，由于极靴径向尺寸较大，轴的径向膨胀量将小于极靴内圈的径向收缩量，导致密封间隙增大。用具有反常热膨胀特性的铁镍合金制作极靴套，由于该合金的热膨胀系数很小且强度较高，极靴套膨胀量很小。因此，与极靴过盈配合的极靴套限制了极靴外圈沿径向膨胀，使得轴的径向膨胀量大于极靴内圈的径向收缩量，减小了高温条件密封间隙，使密封耐压能力显著提高。密封间隙随温度升高而减小，温差越大磁性液体密封耐压能力越强，所以本方法可以根据温差大小不同程度的提高耐压能力。本发明针对现有磁性液体密封方法在高温下存在的缺陷，保证了磁性液体密封在高温条件下的正常工作，对解决磁性液体密封在高温环境中的使用问题以及拓宽磁性液体密封的应用广度，具有重要的意义。
附图说明
图1是本密封方法示意图。
图2不同情况下磁性液体密封间隙对比示意图。
图中：常温下间隙L1、高温下采用传统密封方法间隙L2、高温下采用本发明密封方法间隙L3。
图3是磁性液体密封装置结构图。
具体实施方式
实施方式一
选择4J36合金和45钢，用45钢制作相互配合的极靴和密封轴，用所4J36合金制作与两极靴外圈过盈配合的极靴套。其中密封轴直径为80mm，极靴外径为120mm，极靴套径向宽度为20mm，将极靴和密封轴与其他零部件配合组成间隙为0.2mm的磁性液体密封装置。将该装置应用于100℃的高温条件下的磁性液体密封。
实施方式二
选择4J36合金和45钢，用45钢制作相互配合的极靴和密封轴，用所4J36合金制作与两极靴外圈过盈配合的极靴套。其中密封轴直径为50mm，极靴外径为80mm，极靴套径向宽度为15mm，将该极靴和密封轴与其他零部件配合组成间隙为0.1mm的磁性液体密封装置。将该装置应用于200℃的高温条件下的磁性液体密封。

Claims (3)

1.一种提高磁性液体密封在高温工作环境中耐压能力和工作可靠性的方法，其特征在于：
选择一种具有反常热膨胀特性的铁镍合金材料和一种热膨胀系数较大并且综合机械性能良好的铁磁材料，用所选的铁磁材料制作相互配合的极靴和密封轴，用所选的铁镍合金材料制作与两极靴外圈过盈配合的极靴套，该合金套与极靴的径向宽度比为1:2。
2.根据权利要求1所述的一种提高磁性液体密封在高温工作环境中耐压能力的方法，其特征在于：磁性液体密封间隙范围在0.1～0.25mm。
3.根据权利要求1所述的一种提高磁性液体密封在低温工作环境中耐压能力的方法，其特征在于：密封轴的直径范围是50～100mm。
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