用于罗茨泵的磁流体密封装置的设计
摘 要
磁流体是由0.1-100nm的导磁材料，分散剂和载体融合而成的胶体，是一种新型的磁性材料，他具有许多特殊的功能，是目前尖端的纳米技术之一。磁流体密封是借助磁流体在强磁场的作用下形成的磁流体密封环对气体、液体进行密封，由于它与密封轴之间是通过磁流体进行接触封密，因而避免了密封轴与密封件的直接摩擦和降低了附加载荷，此外磁流体密封还具有零泄漏、可靠性高、结构简单等特点。磁流体密封由于在低压气体动密封上的突出表现而备受关注，但在高压气体密封和液体密封上，磁流体密封还存在着许多问题有待解决，例如密封压力低、密封寿命短等，离实际应用还有一定差距。
本论文将磁流体密封技术应用于罗茨泵的传动轴头外伸部分通过泵盖处即轴保护套内的密封中，总结了磁流体密封装置的设计步骤，并确定了磁流体密封装置的总体方案，同时设计出了磁流体密封装置的具体结构，如壳体、磁环、磁极等。接着进行了各部件的材料选择及参数设计，主要是单级磁通、单级密封能力、密封装置所需磁极对数的设计。
本文还对磁流体密封装置进行磁回路分析，得出密封间隙中的磁感应强度决定了磁性微粒间相互引力的大小，但当磁感应强度在3000Gs以上时，磁性微粒间的引力是个固定值，不再随磁感应强度的上升而变化。根据磁回路分析的结果，分析了密封装置中的磁极、密封间隙、密封轴三者对磁回路的影响，三者占主回路磁阻的百分比为:2%、24%和74%，当中密封轴的磁阻最大，高达74%，成为限制密封间隙中磁感应强度的最大制约环节。
接着本文又讨论分析了影响磁流体密封装置密封耐压能力的主要因素。得到影响磁流体密封装置的密封耐压能力的因素包括：磁流体性能、磁场构型和强度、磁流体密封结构参数及轴的转速等。这些因素对磁流体密封装置的密封耐压能力的影响较大。通过对实验数据的分析，密封装置的密封能力不仅需要高磁能积的磁环，能够提供较大的磁场梯度。设计合理的磁极结构，在多级密封中，采用双侧斜角齿型得到的磁导率较低。在水基和烷烃基磁流体中，烷烃基磁流体适用于海水密封中，而水基磁流体则不能对海水形成密封。密封级数过多，则由于耐压能力与级数的非线形关系，形成磁场的浪费；太少则有效屏障减少，可以通过计算取得合理值结合。因此，在设计的过程中，选择性能较好的磁环和磁流体，合理的密封间隙，磁导率高的磁极齿型对于密封装置的密封耐压能力极为重要。
最后本文对磁流体密封的性能测试做了介绍。磁流体密封的性能测试有极限耐压能力、泄漏、使用寿命、功率损失、极限真空度和溅射特性等项,其中前3 个项目最为重要。这些测试对磁流体密封装置的质量影响非常大。在测试过程中，如何更好的更精确的测试是非常重要的。
关键词：磁流体密封 密封模型 磁力线
目 录
中文摘要...........................................................Ⅰ
英文摘要...........................................................Ⅲ
目录...............................................................Ⅴ
第一章 绪论 1
1.1选题的背景和意义 1
1.2国内外磁流体密封技术的发展现状 2
1.2.1磁流体简介 2
1.2.2磁流体的分类 2
1.2.3磁流体密封基本原理 3
1.2.4磁流体密封的优点 4
1.2.5国内外磁流体密封研究状况 4
1.2.6国内外磁流体密封应用状况 5
第二章 用于罗茨泵的磁流体密封装置的设计 7
2.1罗茨泵的工作原理及其密封 7
2.1.1罗茨泵的简介及其特点 7
2.1.2罗茨泵的工作原理 7
2.1.3罗茨泵的密封研究 8
2.2用于罗茨泵的磁流体密封装置的总体方案设计 9
2.2.1磁流体密封装置的设计基本原则 9
2.2.2用于罗茨泵的磁流体密封装置的具体结构 9
2.3用于罗茨泵的磁流体密封装置的主要参数设计 10
2.3.1磁流体密封装置的设计目标及材料选择 10
2.3.2磁流体密封装置轴的磁通量计算 10
2.3.3磁流体密封装置的磁极的设计 11
2.3.4磁流体密封装置的磁环设计 12
2.3.5磁流体密封装置的轴承间距计算 13
2.4本章小结 13
第三章 磁流体密封装置的磁场分析与计算 14
3.1磁回路模型 14
3.2密封间隙中的磁感应强度 15
3.3主要环节对磁感应强度的影响 15
3.4梯形齿型密封间隙处的磁导率 15
3.5本章小结 17
第四章 影响磁流体密封耐压能力的因素分析 18
4.1磁流体性能对磁流体密封耐压能力的影响 18
4.2磁场构型与强度对磁流体密封耐压能力的影响 18
4.3磁流体密封的结构参数对磁流体密封耐压能力的影响 18
4.4轴的转速对磁流体密封能力的影响 20
4.5本章小结 20
第五章 磁流体密封的性能测试方法 21
5.1极限耐压能力测量 21
5.2泄漏的测试 21
5.3使用寿命的测试 21
5.4功率损失的测试 21
5.5极限真空度测试 22
5.6溅射特性测试 22
5.7本章小结 22
结论 23
参考文献 24
致谢 25
附录
