磁性流體密封技術(shù)

2020-04-18 真空技術(shù)網(wǎng) 真空技術(shù)網(wǎng)整理

  “磁性流體密封”是一個來自美國航天局空間項目的典型派生技術(shù),至今已有三十多年的歷史。最初的開發(fā)用于在外層空間失重的條件下推動火箭燃料,這種利用磁力來控制流體的技術(shù)已經(jīng)被有關工程技術(shù)人員推廣應用到地面上。磁性流體主要由三個部分構(gòu)成:載流體(通常為低蒸汽壓的碳氫化合物或者碳氟化合物)、表面活化劑(一種化學粘結(jié)劑)和磁性顆粒(極小的磁鐵礦球)。表面活化劑將磁性顆粒粘結(jié)到載流體中使之成為膠態(tài)懸浮體,從而產(chǎn)生相應的流體磁性。在過去三十年中,這種簡單的密封原理已應用在眾多的結(jié)構(gòu)中,有無數(shù)的磁性流體密封在運行。它能夠?qū)φ婵栈剞D(zhuǎn)裝置的軸進行密封。這類裝置遍及半導體和真空工業(yè)中,上述工業(yè)依靠磁性流體密封無泄漏、不磨損的特點來提供恒定的質(zhì)量。計算機磁盤驅(qū)動器行業(yè)已經(jīng)安裝了數(shù)百萬的磁性流體密封,用作驅(qū)動器電機和精密存儲裝置之間的隔離密封。這種密封的優(yōu)勢就在于:較低的安裝成本和可靠的使用壽命。

  磁性流體密封的主要部件包括一種磁性流體、一個磁鐵環(huán)、二個磁極片和一個可導磁的軸或軸套。由固定極片和轉(zhuǎn)動軸形成的磁回路根據(jù)極性將磁通量集中在極片下的徑向間隙內(nèi)。當將一種磁性流體加到徑向間隙時,它就呈現(xiàn)“液態(tài)O形環(huán)”的形式,并且在軸的四周形成一個無泄漏的密封。所有磁性流體密封均具有下列固有的特性:無需外部動力;不產(chǎn)生接觸,無磨損;軸靜止或轉(zhuǎn)動時無泄漏;長而可靠的使用壽命;低的轉(zhuǎn)矩和最小的能耗。磁性流體密封還具有獨特的自行恢復的特點。當過高的壓力通過磁性密封時,密封區(qū)域內(nèi)短時間的過高壓力會使一部分磁性流體瞬時從軸的四周排出,在超壓狀態(tài)期間,磁性流體保持封閉在密封體內(nèi),當干擾狀態(tài)結(jié)束后,仍以原壓力重新形成密封。

  專門為泵設計的基于磁性流體密封技術(shù)的新型輔助集裝式密封,是目前泵制造廠和用戶可以替代磁力驅(qū)動泵和復雜雙重密封系統(tǒng)的一種經(jīng)濟有效的密封方法,而且它易于在現(xiàn)有的泵上重新改裝。用這種經(jīng)過充分驗證的技術(shù)密封的泵可以滿足最嚴格的析出物控制條例。磁性流體集裝式密封是一種輔助的二次密封,它與主機械密封相結(jié)合,形成一個揮發(fā)性有機物保護系統(tǒng)。由磁性結(jié)構(gòu)和磁性流體形成的“液體O形環(huán)”防止了主密封蒸汽泄漏逸出,從而在泵軸周圍形成一個密閉式密封。

  經(jīng)過數(shù)年的生產(chǎn)運行之后,泵用戶一致認為磁性流體密封具有下列優(yōu)點:對現(xiàn)有的泵可以進行簡單的重裝改進;靜態(tài)和動態(tài)兩種條件下的泄漏為零;較低的安裝和使用成本;儀器儀表簡單,便于監(jiān)控;能夠在原位重新裝填和測定壓力;檢修要求低;無阻擋液或復雜的密封輔助系統(tǒng);無磨損件,維護明顯減少。

  基本的泵用集裝式密封的結(jié)構(gòu)是按照整個泵工業(yè)的通用驗收要求設計的。通過裝有可選用的冷卻裝置(適用于高溫裝置)或者可選用的氣體凈化系統(tǒng)(保護密封元件免受環(huán)境腐蝕),集裝式密封可以應用于更廣泛的領域。這種密封技術(shù)還有獨特的準確監(jiān)控主密封性能的能力,并且能在嚴重事故發(fā)生前預測故障或識別問題。由于二次磁性流體密封攔截了全部主密封的蒸汽泄漏,所以一個簡單的流量計就可準確地監(jiān)控主密封,并且在泄漏過大時發(fā)出報警信號。正在研究的新進展包括裝在集裝盒內(nèi)的一種整體高壓液體密封。這種密封在主機械密封嚴重失效時將充當一個安全裝置。另一項研究計劃是開發(fā)一種返回到泵吸入側(cè)的獨特方法,主密封逸出的蒸汽和微小液體泄漏量可以由二次集裝式密封封閉。這樣就可以取消火炬或其它排放裝置并且最終形成一個閉式的揮發(fā)性有機物回收系統(tǒng)。

  磁性流體密封技術(shù)對于密封泵泄漏的析出物早已證明是100%有效的。隨著流程工業(yè)的設計人員和用戶對這種技術(shù)的逐漸認識和了解,這種密封技術(shù)的使用范圍將日益擴大。它很有可能成為未來工業(yè)界迎接環(huán)境密封挑戰(zhàn)的一種經(jīng)濟有效的方式。